JPH10219403A - 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Info
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- JPH10219403A JPH10219403A JP2158097A JP2158097A JPH10219403A JP H10219403 A JPH10219403 A JP H10219403A JP 2158097 A JP2158097 A JP 2158097A JP 2158097 A JP2158097 A JP 2158097A JP H10219403 A JPH10219403 A JP H10219403A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 最近火力発電の熱効率を向上させるため、蒸
気条件の高温高圧化が計画され、いわゆる超超臨界圧条
件に引き上げようとしている。このボイラ管などの材料
選択にあたっては高強度・高靭性のフェライト系耐熱鋼
の開発が望まれている。 【解決手段】 MoとW の添加量の適正化をはかり、Coと
B の積極的な利用などにより、高温強度と常温靭性の優
れたフェライト系耐熱鋼を得た。その主要化学成分は、
C :0.05-0.15% 未満、Si:0.50%以下、Mn:0.05-1.50% 、
Cr:8.00-13.00%、Ni:1.00%以下、Mo:0.50%未満、W :3.5
0 超-7.50%、V :0.10-0.30% 、Nb:0.01-0.15% 、Co:2.0
0 超-7.00%、N :0.01-0.10、さらにB:0.0010-0.0100%、
Cu:1.00%以下である。
気条件の高温高圧化が計画され、いわゆる超超臨界圧条
件に引き上げようとしている。このボイラ管などの材料
選択にあたっては高強度・高靭性のフェライト系耐熱鋼
の開発が望まれている。 【解決手段】 MoとW の添加量の適正化をはかり、Coと
B の積極的な利用などにより、高温強度と常温靭性の優
れたフェライト系耐熱鋼を得た。その主要化学成分は、
C :0.05-0.15% 未満、Si:0.50%以下、Mn:0.05-1.50% 、
Cr:8.00-13.00%、Ni:1.00%以下、Mo:0.50%未満、W :3.5
0 超-7.50%、V :0.10-0.30% 、Nb:0.01-0.15% 、Co:2.0
0 超-7.00%、N :0.01-0.10、さらにB:0.0010-0.0100%、
Cu:1.00%以下である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、すぐれた高温クリ
ープ強度と十分な常温靭性のすぐ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鋼等に係
わるものである。
ープ強度と十分な常温靭性のすぐ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、現
行の538 ℃/246kgf/cm2 から593 ℃/316kgf/cm2 、さら
には650 ℃/350kgf/cm2 、といういわゆる超々臨界圧条
件に引き上げようとしている。このような動向にともな
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、繰り返し熱応力による疲労やコス
トアップやなどの問題がある。したがって、この両者の
特性を満足する高強度高靭性のフェライト系耐熱鋼の開
発が望まれている。
力発電においては蒸気条件の高温高圧化が進められ、現
行の538 ℃/246kgf/cm2 から593 ℃/316kgf/cm2 、さら
には650 ℃/350kgf/cm2 、といういわゆる超々臨界圧条
件に引き上げようとしている。このような動向にともな
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、繰り返し熱応力による疲労やコス
トアップやなどの問題がある。したがって、この両者の
特性を満足する高強度高靭性のフェライト系耐熱鋼の開
発が望まれている。
【０００３】他方、このような用途にこれまで9Cr-1Mo
鋼及び9Cr-2Mo 鋼などの高クロムフェライト系耐熱鋼が
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。その他
関連技術として、特公平3-60905 号、特開昭61-231139
号、特開平04-371552 号の各公報などに記載のものがあ
る。特公平3-60905 号公報には8-13%Cr鋼に0.5-2.3%Mo
と0.2-2.0%W を添加して高クリープ強度と良好な靭性を
示す鋼が開示され、特開昭61-231139 号公報には8-13%C
r 鋼に0.1-0.4%Moと1.8-3.0%W を添加して高クリープ強
度と良好な靭性を示す鋼が開示され、特開平04-371552
号公報には8-13%Cr 鋼に0.5%未満Moと2.0-3.5%W を添加
して高クリープ強度と良好な靭性を示す鋼が開示されて
いる。
鋼及び9Cr-2Mo 鋼などの高クロムフェライト系耐熱鋼が
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。その他
関連技術として、特公平3-60905 号、特開昭61-231139
号、特開平04-371552 号の各公報などに記載のものがあ
る。特公平3-60905 号公報には8-13%Cr鋼に0.5-2.3%Mo
と0.2-2.0%W を添加して高クリープ強度と良好な靭性を
示す鋼が開示され、特開昭61-231139 号公報には8-13%C
r 鋼に0.1-0.4%Moと1.8-3.0%W を添加して高クリープ強
度と良好な靭性を示す鋼が開示され、特開平04-371552
号公報には8-13%Cr 鋼に0.5%未満Moと2.0-3.5%W を添加
して高クリープ強度と良好な靭性を示す鋼が開示されて
いる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
鋼材は上記のような超々臨界条件の圧力ではクリープ破
断強度が不足であった。以上のような事情を踏まえて、
本発明は超々臨界圧ボイラなどの素材として使用できる
ような高強度、高靭性を有するフェライト系耐熱鋼を提
供することを目的としている。
鋼材は上記のような超々臨界条件の圧力ではクリープ破
断強度が不足であった。以上のような事情を踏まえて、
本発明は超々臨界圧ボイラなどの素材として使用できる
ような高強度、高靭性を有するフェライト系耐熱鋼を提
供することを目的としている。
【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、合金成分の最適化をはかり、W の多量添
加をはかると同時に、Co、Cu、Ni及びB 等の積極的な利
用などにより、高温強度と常温靭性のすぐれた高強度フ
ェライト系耐熱鋼を提供するものである。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。
成するために、合金成分の最適化をはかり、W の多量添
加をはかると同時に、Co、Cu、Ni及びB 等の積極的な利
用などにより、高温強度と常温靭性のすぐれた高強度フ
ェライト系耐熱鋼を提供するものである。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。
【０００６】（１）重量％で、C :0.05-0.15% 未満、S
i:0.50%以下、Mn:0.05-1.50% 、Cr:8.00-13.00%、Ni:1.
00%以下、Mo:0.50%未満、W :3.50 超-7.50%、V :0.10-
0.30%、Nb:0.01-0.15% 、Co:2.00 超-7.00%、N :0.01-
0.10% を含有し、残部がFe及び不可避の不純物よりな
り、優れた高温強度と十分な常温靭性を有する高強度フ
ェライト系耐熱鋼である。
i:0.50%以下、Mn:0.05-1.50% 、Cr:8.00-13.00%、Ni:1.
00%以下、Mo:0.50%未満、W :3.50 超-7.50%、V :0.10-
0.30%、Nb:0.01-0.15% 、Co:2.00 超-7.00%、N :0.01-
0.10% を含有し、残部がFe及び不可避の不純物よりな
り、優れた高温強度と十分な常温靭性を有する高強度フ
ェライト系耐熱鋼である。
【０００７】（２）さらに、重量% でB:0.0010-0.0100%
を添加したことを特徴とする（１）記載の優れた高温強
度と十分な常温靭性を有する高強度フェライト系耐熱鋼
である。 （３）さらに、重量でCu:1.00%以下を添加したことを特
徴とする（１）または（２）記載の優れた高温強度と十
分な常温靭性を有する高強度フェライト系耐熱鋼であ
る。
を添加したことを特徴とする（１）記載の優れた高温強
度と十分な常温靭性を有する高強度フェライト系耐熱鋼
である。 （３）さらに、重量でCu:1.00%以下を添加したことを特
徴とする（１）または（２）記載の優れた高温強度と十
分な常温靭性を有する高強度フェライト系耐熱鋼であ
る。
【０００８】
【発明の実施の形態】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）及びM23C6 型の炭化物として析出し、強度
及び靭性に大きな影響を有する。0.05% 未満では析出量
が少なく、強化には不十分であり、0.15% 以上では靭性
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.
05-0.15%未満に限定する。
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）及びM23C6 型の炭化物として析出し、強度
及び靭性に大きな影響を有する。0.05% 未満では析出量
が少なく、強化には不十分であり、0.15% 以上では靭性
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.
05-0.15%未満に限定する。
【０００９】Siは強度への影響は少ないが、靭性を悪化
させるので、0.50% 以下に限定する。Mnはδフェライト
の生成を抑制し、相バランス上最低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
は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、M23C6 型炭化物を析出する効果も
有する。8.00% 未満では高温での耐酸化性が不足とな
り、高温強度も低下する。一方、13.00%超ではδフェラ
イトの抑制が難しくなり、強度と靭性が損なわれるの
で、8.00-13.00% に限定する。
させるので、0.50% 以下に限定する。Mnはδフェライト
の生成を抑制し、相バランス上最低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
は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、M23C6 型炭化物を析出する効果も
有する。8.00% 未満では高温での耐酸化性が不足とな
り、高温強度も低下する。一方、13.00%超ではδフェラ
イトの抑制が難しくなり、強度と靭性が損なわれるの
で、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、靭性にも有益な影響を
及ぼす。しかし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強度が低下するので、1.00% 以
下とした。Moは固溶体強化をもたらすと同時に、M23C6
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、0.50% 以上ではδフェライトの生成を促進する
と同時に、M6C とLaves 相の析出及び凝集粗大化を促進
するので、0.50% 未満とした。
ェライトを抑制する効果を有し、靭性にも有益な影響を
及ぼす。しかし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強度が低下するので、1.00% 以
下とした。Moは固溶体強化をもたらすと同時に、M23C6
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、0.50% 以上ではδフェライトの生成を促進する
と同時に、M6C とLaves 相の析出及び凝集粗大化を促進
するので、0.50% 未満とした。
【００１１】W は固溶体強化とM23C6 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。最低3.50% 超必要であるが、7.50% を超えると各種
オーステナイト生成元素を添加しても、δフェライトの
生成及び粗大なLaves 相が生成しやすくなり、高温強度
と靭性を低下させるため、3.50超-7.50%とした。
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。最低3.50% 超必要であるが、7.50% を超えると各種
オーステナイト生成元素を添加しても、δフェライトの
生成及び粗大なLaves 相が生成しやすくなり、高温強度
と靭性を低下させるため、3.50超-7.50%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。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、M23C
6 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、0.10-0.30%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である。最低0.01%
が必要であるが、0.15% を超えて添加すると焼きならし
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%に限定する。
度を高める働きをする。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、M23C
6 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、0.10-0.30%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である。最低0.01%
が必要であるが、0.15% を超えて添加すると焼きならし
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%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。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靭性の低下をもたらすだけでは
なく、製造上でも困難であるため、0.01-0.10%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A1
変態点を降下させる効果が小さいため、靭性と延性の確
保のための高い温度での焼き戻しができる。Coの添加量
は、W 添加量を3.50超-7.50%とした鋼のδフェライトの
生成を抑制するためには、最低2.00% 超必要であり、7.
00% 超えて添加しても効果は変わらず、かえってコスト
の面で不利となる。従って、Coは2.00超-7.00%とした。
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。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靭性の低下をもたらすだけでは
なく、製造上でも困難であるため、0.01-0.10%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A1
変態点を降下させる効果が小さいため、靭性と延性の確
保のための高い温度での焼き戻しができる。Coの添加量
は、W 添加量を3.50超-7.50%とした鋼のδフェライトの
生成を抑制するためには、最低2.00% 超必要であり、7.
00% 超えて添加しても効果は変わらず、かえってコスト
の面で不利となる。従って、Coは2.00超-7.00%とした。
【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。0.0010%
未満では効果が小さく、0.0100% 超では粗大なB 含有相
を生じさせる傾向があり、また脆化が起こりやすくなる
ため、0.0010-0.0100%と限定する。Cuはオーステナイト
生成元素であり、Coと同様にδフェライトの生成を抑制
する効果を有する。またCuは鋼のA1変態点を降下させる
効果が小さいため、靭性と延性の確保のための高い温度
での焼き戻しができる。Cuの添加量を1.00% 超えとする
と熱間加工性や溶接性を悪化させるとともに、その粒界
析出によりクリープ強度を低減するため、Cuは最大1.00
% と限定した。
析出強化の効果があり、高温強度を向上する。0.0010%
未満では効果が小さく、0.0100% 超では粗大なB 含有相
を生じさせる傾向があり、また脆化が起こりやすくなる
ため、0.0010-0.0100%と限定する。Cuはオーステナイト
生成元素であり、Coと同様にδフェライトの生成を抑制
する効果を有する。またCuは鋼のA1変態点を降下させる
効果が小さいため、靭性と延性の確保のための高い温度
での焼き戻しができる。Cuの添加量を1.00% 超えとする
と熱間加工性や溶接性を悪化させるとともに、その粒界
析出によりクリープ強度を低減するため、Cuは最大1.00
% と限定した。
【００１５】炭窒化物を形成し且つ溶接性を確保するに
必要な0.05-0.15%のC と0.01-0.10%のN を含有する9-13
% のCr鋼に 0.50%未満のMo, 0.01-0.15%のNb, 0.10-0.3
0%のV を複合添加すると共に、3.50% 超-7.50%の多量の
W と2.00-7.00%のCoを複合添加する事により高温強度と
常温靭性を兼ね備えたフェライト系耐熱鋼が得られる。
必要な0.05-0.15%のC と0.01-0.10%のN を含有する9-13
% のCr鋼に 0.50%未満のMo, 0.01-0.15%のNb, 0.10-0.3
0%のV を複合添加すると共に、3.50% 超-7.50%の多量の
W と2.00-7.00%のCoを複合添加する事により高温強度と
常温靭性を兼ね備えたフェライト系耐熱鋼が得られる。
【００１６】上記のフェライト系耐熱鋼に0.0010-0.010
0%のB を添加することにより、高温強度がさらに向上し
たフェライト系耐熱鋼が得られる。
0%のB を添加することにより、高温強度がさらに向上し
たフェライト系耐熱鋼が得られる。
【００１７】
【実施例】表１に示す化学組成を有する本発明鋼(No.1-
12) と比較の9 〜12Cr鋼(No.13,14)を真空誘導溶解炉に
て各20kgf のインゴットに溶製し、熱間圧延によって厚
さ15mmの板とした後、1060℃Ｘ60min.の焼きならし、76
0 ℃Ｘ60min.の焼き戻しを施した。このように用意した
試料を600 ℃、30kgf/mm2 と650 ℃、20kgf/mm2 の２条
件においてクリープ破断試験を行い、また600 ℃にて10
00時間時効後20℃においてシャルピー衝撃試験を行っ
た。その結果を表２に示す。表２から明らかなように、
600 ℃、30kgf/mm2 および650 ℃、20kgf/mm2 ともに、
本発明鋼のクリープ破断時間が比較鋼に比べて著しく長
く、比較鋼No.13 に比較して8 倍〜25倍、比較鋼No.14
に比較して1.5 倍〜4 倍の破断時間を示している。な
お、本発明鋼は600 ℃にて1000時間時効後20℃でのシャ
ルピー吸収エネルギーが比較鋼と同程度であり、すぐれ
た高温強度を有すると同時に、高い常温靭性が保たれて
いる。
12) と比較の9 〜12Cr鋼(No.13,14)を真空誘導溶解炉に
て各20kgf のインゴットに溶製し、熱間圧延によって厚
さ15mmの板とした後、1060℃Ｘ60min.の焼きならし、76
0 ℃Ｘ60min.の焼き戻しを施した。このように用意した
試料を600 ℃、30kgf/mm2 と650 ℃、20kgf/mm2 の２条
件においてクリープ破断試験を行い、また600 ℃にて10
00時間時効後20℃においてシャルピー衝撃試験を行っ
た。その結果を表２に示す。表２から明らかなように、
600 ℃、30kgf/mm2 および650 ℃、20kgf/mm2 ともに、
本発明鋼のクリープ破断時間が比較鋼に比べて著しく長
く、比較鋼No.13 に比較して8 倍〜25倍、比較鋼No.14
に比較して1.5 倍〜4 倍の破断時間を示している。な
お、本発明鋼は600 ℃にて1000時間時効後20℃でのシャ
ルピー吸収エネルギーが比較鋼と同程度であり、すぐれ
た高温強度を有すると同時に、高い常温靭性が保たれて
いる。
【００１８】
【表１】
【００１９】
【表２】
【００２０】
【発明の効果】以上の如く、本発明によりすぐれたクリ
ープ破断強度と良好な靭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、火力発電の分野への適用が
期待される。
ープ破断強度と良好な靭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、火力発電の分野への適用が
期待される。
Claims (3)
- 【請求項１】 重量％で C :0.05-0.15% 未満 Si:0.50%以下 Mn:0.05-1.50% Cr:8.00-13.00% Ni:1.00%以下 Mo:0.50%未満 W :3.50 超-7.50% V :0.10-0.30% Nb:0.01-0.15% Co:2.00 超-7.00% N :0.01-0.10% を含有し、残部がFe及び不可避の不純物よりなり、優れ
た高温強度と十分な常温靭性を有する高強度フェライト
系耐熱鋼。 - 【請求項２】 さらに、重量で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
十分な常温靭性を有する高強度フェライト系耐熱鋼。 - 【請求項３】 さらに、重量でCu:1.00%以下を添加した
ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の優れた
高温強度と十分な常温靭性を有する高強度フェライト系
耐熱鋼。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02158097A JP3866816B2 (ja) | 1997-02-04 | 1997-02-04 | 高温クリープ強度と常温靭性に優れた高強度フェライト系耐熱鋼 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02158097A JP3866816B2 (ja) | 1997-02-04 | 1997-02-04 | 高温クリープ強度と常温靭性に優れた高強度フェライト系耐熱鋼 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10219403A true JPH10219403A (ja) | 1998-08-18 |
| JP3866816B2 JP3866816B2 (ja) | 2007-01-10 |
Family
ID=12058986
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02158097A Expired - Fee Related JP3866816B2 (ja) | 1997-02-04 | 1997-02-04 | 高温クリープ強度と常温靭性に優れた高強度フェライト系耐熱鋼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3866816B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1087028A1 (en) * | 1999-09-24 | 2001-03-28 | Japan as represented by Director General of National Research Institute for Metals | High-chromium containing ferrite based heat resistant steel |
| WO2002052056A1 (en) * | 2000-12-26 | 2002-07-04 | The Japan Steel Works, Ltd. | HIGH Cr FERRITIC HEAT RESISTANCE STEEL |
| EP4112762A1 (en) * | 2021-06-28 | 2023-01-04 | Technische Universität Graz | Ferritic steel for service temperatures from 650 to 700 °c |
-
1997
- 1997-02-04 JP JP02158097A patent/JP3866816B2/ja not_active Expired - Fee Related
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