JPH07286246A - 高強度フェライト系耐熱鋼 - Google Patents

高強度フェライト系耐熱鋼

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JPH07286246A
JPH07286246A JP7854394A JP7854394A JPH07286246A JP H07286246 A JPH07286246 A JP H07286246A JP 7854394 A JP7854394 A JP 7854394A JP 7854394 A JP7854394 A JP 7854394A JP H07286246 A JPH07286246 A JP H07286246A
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JP
Japan
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less
strength
ferritic heat
resistant steel
toughness
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Pending
Application number
JP7854394A
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English (en)
Inventor
Hisashi Naoi
久 直井
Hiroyuki Mimura
裕幸 三村
Masahiro Ogami
正浩 大神
Toshio Fujita
利夫 藤田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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  • Heat Treatment Of Steel (AREA)

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 超超臨界圧条件下で用いられるボイラ鋼管用
の高強度・高靱性のフェライト系耐熱鋼を提供する。 【構成】 MoとWの添加量の適正化をはかり、またC
oとBの積極的な利用などにより、高温強度の優れたフ
ェライト系耐熱鋼において、SiとAlの適正添加によ
り時効後靱性と水蒸気酸化特性にすぐれたボイラ材料を
得る。その化学成分はSi:0.21〜0.50%、A
l:0.002〜0.050%、C:0.02〜0.1
5%未満、Mn:0.05〜1.50%、Cr:8.0
0〜13.00%、Ni:1.00%以下、Mo:0.
50%未満、W:2.00〜3.50%、V:0.10
〜0.30%、Nb:0.01〜0.15%、Co:
4.0%以下、N:0.01〜0.10%、Si+10
Al:0.80%以下である。さらに必要に応じてB:
0.0010〜0.0100%を含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、優れた高温クリープ強
度、十分な靱性と耐酸化特性の優れた高強度フェライト
系耐熱鋼に関し、さらに詳しくはボイラ用鋼管用鋼等に
係わるものである。
【0002】
【従来の技術】最近、熱効率を向上させる観点から、火
力発電においては蒸気条件の高温高圧化が進められ、例
えば蒸気条件を現行の538℃/246kgf/cm2
から593℃/316kgf/cm2 、さらには649
℃/352kgf/cm2 に引き上げようとする計画が
推進されている。このような動向に伴い、ボイラ管など
の材料選択にあたっては、耐酸化性と高温強度の観点か
ら、現在使われている2・1/4Cr−Mo鋼は適用で
きなくなる。一方、18−8オーステナイト系耐熱鋼の
適用が考えられるが、コストアップなどの問題がある。
従って、この二者の間に位置する耐酸化特性を有し、か
つ高強度、高靱性のフェライト系耐熱鋼の開発が望まれ
ている。
【0003】他方、このような用途には、これまで9C
r−1Mo鋼および9Cr−2Mo鋼などの高クロムフ
ェライト系耐熱鋼も用いられてきたが、これらは何れも
上記の蒸気条件ではクリープ破断強度が不足するので適
用できない。なお、その他の関連技術として、既に特開
昭62−297435号、特開昭62−297436
号、特開昭63−89644号の各公報等に記載のもの
がある。また、特開平4−371552号公報には、M
o、W、Nb、VおよびBの複合添加によりクリープ強
度の向上をはかる技術が提案されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上のよう
な要望に応えるために、超々臨界圧ボイラ用鋼管等の鋼
素材として使用できるような高強度、高靱性を有し、か
つ耐酸化特性に優れたフェライト系耐熱鋼を提供するこ
とを目的とするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、上述の目的を
達成するためになされたものであり、合金成分の最適化
をはかり、MoよりWを積極的に利用し、Coの添加な
どによって高温強度をを改善した高強度フェライト系耐
熱鋼において、SiとAlの適正なる添加により、靱性
および耐酸化特性に優れ、かつ高クリープ強度を維持し
た鋼を得るようにしたものである。
【0006】すなわち、本発明の要旨とするところは、
下記のとおりである。 (1)重量%で、C:0.02〜0.15%未満、M
n:0.05〜1.50%、Cr:8.00〜13.0
0%、Ni:1.00%以下、Mo:0.50%未満、
W:2.00〜3.50%、V:0.10〜0.30
%、Nb:0.01〜0.15%、Co:4.0%以
下、N:0.01〜0.10%を含有し、さらにSi:
0.21〜0.50%、Al:0.002〜0.05
%、かつSi+10Alを0.80%以下含有し、残部
がFeおよび不可避的不純物からなる優れた高温強度と
十分な靱性と耐酸化特性を有する高強度フェライト系耐
熱鋼。
【0007】(2)B:0.0010〜0.0100%
を添加したことを特徴とする前項(1)記載の優れた高
温強度と十分な靱性と耐酸化特性を有する高強度フェラ
イト系耐熱鋼。
【0008】
【作用】以下、本発明の各成分の限定理由について説明
する。Cは主にMC(Mは合金元素を指す、以下も同
じ)およびM236 型の炭化物として析出し、強度およ
び靱性に大きな影響を及ぼす。Cが0.02%未満では
析出量が少なく、強化に不十分であり、また0.15%
以上では靱性が低下するとともに、炭化物の凝集粗大化
が促進され、高温長時間側のクリープ破断強度を低下さ
せるので、0.02〜0.15%未満に限定する。
【0009】Mnはδフェライトの生成を抑制する効果
を有する。Mnは最低0.05%が必要であるが、1.
50%を超えると高温強度を低下させるので、上限を
1.50%とした。Crは高温耐酸化性を確保する上で
必要不可欠な元素であり、M236 型炭化物を析出させ
る効果もある。Crが8.00%未満では高温での耐酸
化性が不足し、高温強度も低下する。一方、Crが1
3.00%超ではδフェライトの抑制が困難で、強度と
靱性が損なわれるので、Crの範囲を8.00〜13.
00%に限定する。
【0010】Niはオーステナイト生成元素であり、δ
フェライトを抑制する効果を有し、靱性にも有益な影響
を及ぼす。しかし、Niが1.00%超では析出物の凝
集粗大化をきたし、長時間側のクリープ破断強度が低下
するので、1.00%を上限とした。Moは固溶体強化
をもたらすと同時に、M236 を安定化させ、高温強度
を向上させる。Wの添加量と関連して、Moが0.50
%以上ではδフェライトの生成を促進すると同時に、M
6 CとLaves相の析出および凝集粗大化を促進する
ので、Mo量は0.50%未満とした。
【0011】Wは固溶体強化とM236 の微細析出の効
果を奏すると同時に、炭化物の凝集粗大化を抑制し、高
温長時間側のクリープ破断強度の向上に極めて有効であ
る。Wは最低2.00%が必要であるが、3.50%を
超えるとδフェライトおよび粗大なLaves相が生成
しやすくなり、高温強度と靱性を低下させるため、2.
00〜3.50%の範囲とした。
【0012】Vは微細な炭窒化物として析出し、高温強
度を高める働きをする。Vが0.10%未満では効果が
小さく、0.30%超ではV(C、N)の粗大化を招く
だけではなく、M236 として析出し得るC量を減少さ
せ、逆に高温強度を低下させるので、0.10〜0.3
0%の範囲に限定する。Nbは炭窒化物として析出し、
強度を高めるのに有効な元素である。Nbは最低0.0
1%が必要であるが、0.15%を超えて添加すると焼
ならし温度ではマトリックスに完全に溶けきれず、十分
な強化効果が得られないので、0.01〜0.15%の
範囲に限定する。
【0013】NはNb、VおよびCrなどと結合して窒
化物または炭窒化物を析出させ、高温強度を高める重要
な元素の一つである。Nは最低0.01%で有効である
が、0.10%を超えると窒化物の粗大化と靱性の低下
をもたらすだけではなく、製造上でも困難となるため、
0.01〜0.10%の範囲に限定する。Coの利用は
本発明の特徴の一つである。Coはオーステナイト生成
元素であり、機械的性質を損なうδフェライトの生成を
抑制する効果を有する。また、Coは鋼のAc1変態温度
を降下させる効果が小さいため、靱性と延性の確保のた
めの高い温度での焼もどしができる。一方、Co添加量
が4.0%を超えるとコストの面では不利となるので、
4.0%以下に限定する。
【0014】Bは粒界強化およびM23(C、B)6 など
として析出強化の効果があり、高温強度を向上する。B
が0.0010%未満では効果が小さく、また0.01
00%超では粗大なB含有相を生じさせる傾向にあり、
また脆化が起こりやすくなるため、0.0010〜0.
0100%の範囲に限定する。Siはフェライト系耐熱
鋼の脱酸に必要な元素であり、0.2%以下にSiを低
く抑えることはフェライト系耐熱鋼の精錬コストが上昇
し、0.2%を超えてSiを高くすればその精錬コスト
が低減することが明らかになったので、フェライト系耐
熱鋼の使用性能の観点から必要なSiの最小および最大
量について検討した。ボイラの使用性能としてクリープ
強度、靱性および溶接性および耐水蒸気酸化特性に及ぼ
すSiの影響を詳細に調べたところ、Siが0.21%
以上でかつ0.50%以下の範囲の成分を有するフェラ
イト系耐熱鋼の使用性能はSiが0.2%以下の範囲の
成分を有するフェライト系耐熱鋼の使用性能とほぼ同等
であり、ボイラ鋼管として必要な性能を確保できること
が判った。
【0015】Alは脱酸材として使用されるが、その残
留量は結晶粒径や機械的性質に大きな影響を及ぼす。A
lが0.002%未満では脱酸には不十分であり、また
0.05%超ではクリープ破断強度が低下するので、
0.002〜0.05%の範囲に限定する。Alが0.
05%以下、Siが0.50%以下であっても、両者が
複合して多量に添加されると時効後靱性が悪化するた
め、Si+10Alを0.80%以下に制限した。
【0016】
【実施例】表1に示す化学組成を有する本発明鋼(N
o.8〜11)と比較鋼(No.1〜7)を真空誘導溶
解炉にて各20kgのインゴットに溶製し、熱延によっ
て厚さ15mmの板とした後、1060℃×60min
の焼ならし、780℃×60minの焼もどしを施し
た。このように用意した試料を600℃、25kgf/
mm2 の条件においてクリープ破断試験を行い、また6
00℃にて3000時間時効後20℃においてシャルピ
ー衝撃試験を行い、650℃で500時間の水蒸気酸化
試験を行った。その結果を表2に示す。
【0017】表2から明らかなように、本発明鋼は、6
00℃、25kgf/mm2 のクリープ破断時間、60
0℃、3000時間時効後20℃でのシャルピー吸収エ
ネルギーおよび水蒸気酸化特性のバランスが比較鋼に対
し良好になっている。
【0018】
【表1】
【0019】
【表2】
【0020】
【発明の効果】以上の如く、本発明により優れたクリー
プ破断強度と良好な靱性を有する高強度フェライト系耐
熱鋼の供給が可能となり、火力発電の分野のみならず、
原子力発電、化学工業など多くの分野への適用が期待さ
れ、産業界に対し貢献するところが極めて大きい。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大神 正浩 千葉県富津市新富20−1 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内 (72)発明者 藤田 利夫 東京都文京区向丘1丁目14の4

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で C:0.02〜0.15%未満 Mn:0.05〜1.50% Cr:8.00〜13.00% Ni:1.00%以下 Mo:0.50%未満 W:2.00〜3.50% V:0.10〜0.30% Nb:0.01〜0.15% Co:4.0%以下 N:0.01〜0.10% を含有し、さらに Si:0.21〜0.50% Al:0.002〜0.05%、かつ Si+10Alを0.80%以下含有し、残部がFeお
    よび不可避的不純物からなる優れた高温強度と十分な靱
    性と耐酸化特性を有する高強度フェライト系耐熱鋼。
  2. 【請求項2】 B:0.0010〜0.0100%を添
    加したことを特徴とする請求項1記載の優れた高温強度
    と十分な靱性と耐酸化特性を有する高強度フェライト系
    耐熱鋼。
JP7854394A 1994-04-18 1994-04-18 高強度フェライト系耐熱鋼 Pending JPH07286246A (ja)

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Cited By (4)

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EP0892079A1 (en) * 1997-07-16 1999-01-20 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Heat-resisting cast steel
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