JPH10259449A

JPH10259449A - 低合金耐熱鋳鋼及び蒸気タービン用鋳鋼部品

Info

Publication number: JPH10259449A
Application number: JP24660097A
Authority: JP
Inventors: Masatomo Kamata; 政智鎌田; Akiji Fujita; 明次藤田; Kouji Morinaka; 康治守中; Yasunori Tashiro; 康則田代
Original assignee: Japan Casting and Forging Corp; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Japan Casting and Forging Corp; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1997-01-17
Filing date: 1997-09-11
Publication date: 1998-09-29
Anticipated expiration: 2017-09-11
Also published as: JP3504835B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ＣｒＭｏＶ鋳鋼の優れたクリープ破断強度を
現状もしくはそれ以上に高くし、さらに靱性をＣｒＭｏ
Ｖ鋳鋼よりも改善して溶接性を高めた、高強度低合金耐
熱鋳鋼材料及びそれを用いたタービン用鋳鋼部品を提供
すること。【解決手段】重量比で炭素：０．０６〜０．１４％、
ケイ素：０．０１〜０．３５％、マンガン：０．２〜
０．８％、クロム：０．８〜１．５％（１．５％含ま
ず）、ニッケル：０．１〜０．５％、バナジウム：０．
０５〜０．３％、ニオブ：０．０１〜０．１％、モリブ
デン：０．１〜１．５％、タングステン：０．１〜３
％、ホウ素：０．００１〜０．０１％を含み、残部が不
可避的不純物及び鉄からなることを特徴とする低合金耐
熱鋳鋼並びにそれを用いて構成されてなることを特徴と
するタービン用鋳鋼部品。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は最終部品形状に近い
形を、鍛造等の素材鍛練工程を経ずに鋳造法によって製
造することができる、靱性と高温強度特性に優れ、火力
発電用蒸気タービン車室をはじめとするタービン用鋳鋼
部品に好適な低合金耐熱鋳鋼及びそれを用いたタービン
用鋳鋼部品に関する。

【０００２】

【従来の技術】火力発電用蒸気タービンプラントに用い
られる車室材や圧力容器用材料としては鋳物材料が多く
使われている。これは複雑な形状を有し、かつ同一形状
のものがあまりない単品生産部品を経済的に製造するた
めである。これらの材料のうち低合金鋼系の材料として
は主にＣｒＭｏＶ鋳鋼、２．２５％ＣｒＭｏ鋳鋼、Ｃｒ
Ｍｏ鋳鋼などが挙げられる。これらの材料は高温で使用
されるため、良好な高温強度特性が必要とされ、さらに
鋳造欠陥部を溶接により補修できるように、優れた溶接
性もあわせて必要とする。

【０００３】２．２５％ＣｒＭｏ鋳鋼やＣｒＭｏ鋳鋼
は、常温の衝撃特性が優れており、その結果、溶接性も
良好である。しかし、Ｖを添加していないためクリープ
破断強度が必ずしも十分でなく、年々高温化する蒸気タ
ービンの車室材に対するニーズに対応できないものとな
っている。一方、ＣｒＭｏＶ鋳鋼はクリープ破断強度に
優れているが、衝撃特性が劣るために溶接性が悪く、製
造時の溶接補修が行いにくい問題点がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記技術水準
に鑑み、ＣｒＭｏＶ鋳鋼の優れたクリープ破断強度を現
状もしくはそれ以上に高くし、さらに靱性をＣｒＭｏＶ
鋳鋼よりも改善して溶接性を高めた、高強度低合金耐熱
鋳鋼材料及びそれを用いたタービン用鋳鋼部品を提供し
ようとするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
を解決すべくＣｒＭｏＶ鋳鋼を基本成分として合金元素
の厳選を行って高温強度の改善を鋭意行い、優れた高温
特性を有する新しい低合金耐熱鋳鋼材料及びこの低合金
鋳鋼によるタービン用鋳鋼部品を見出した。すなわち、
本発明は次の（１）〜（５）の発明を含むものである。

【０００６】（１）重量比で炭素：０．０６〜０．１４
％、ケイ素：０．０１〜０．３５％、マンガン：０．２
〜０．８％、クロム：０．８〜１．５％（１．５％含ま
ず）、ニッケル：０．１〜０．５％、バナジウム：０．
０５〜０．３％、ニオブ：０．０１〜０．１％、モリブ
デン：０．１〜１．５％、タングステン：０．１〜３
％、ホウ素：０．００１〜０．０１％を含み、残部が不
可避的不純物及び鉄からなることを特徴とする低合金耐
熱鋳鋼。（２）不可避的に不純物として含有する量を除いては、
ニッケル及び／又はマンガンを含まないことを特徴とす
る上記（１）の低合金耐熱鋳鋼。（３）鉄の一部をコバルトで置換し、その含有量が重量
比で０．１〜３．５％であることを特徴とする上記
（１）又は（２）の低合金耐熱鋳鋼。（４）鉄の一部をチタン及び／又はカルシウムで置換
し、その量が重量比でチタン：０．０１〜０．０４５
％、カルシウム：０．００１〜０．００９％であること
を特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載の低
合金耐熱鋳鋼。（５）上記の（１）〜（４）のいずれかの低合金耐熱鋳
鋼で構成されてなることを特徴とするタービン用鋳鋼部
品。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下に前記発明（１）における各
成分範囲の限定理由を述べる。炭素：炭素は熱処理時の焼入れ性を確保するとともに材
料強度を高める効果がある。また、炭化物を形成して高
温におけるクリープ破断強度の向上に寄与する。本合金
系では０．０６％未満の添加では十分な材料強度が得ら
れないため、下限値を０．０６％とする。一方、炭素の
添加量が多すぎると靱性が低下し、溶接性が低下するた
め、添加量の上限を０．１４％とする。材料強度特性と
優れた靱性を兼ね揃えるために特に望ましい範囲は０．
０８〜０．１２％である。

【０００８】ケイ素：ケイ素は湯流れ性を高めるととも
に脱酸材としての効果がある反面、過剰に添加すると基
地を脆化させる元素である。脱酸効果を十分に期待する
場合、最大０．３５％までの添加を許容するが、本発明
材の製造において、製鋼過程で真空カーボン脱酸法を適
用する場合は、特にケイ素による脱酸効果をさほど期待
しなくてもよく、添加量を最小限度にとどめることが可
能となる。ただし、極端にケイ素量を低くするためには
原料の厳選が必要となりコストが上昇するため、下限を
０．０１％とする。よってケイ素の成分範囲を０．０１
〜０．３５％とする。

【０００９】マンガン：マンガンは製鋼時に脱酸材とし
て作用するとともに熱処理時の焼入れ性を高める作用が
ある。しかし、マンガンを加えるとその量に応じてクリ
ープ破断強度が劣化するとともに、脆化を引き起こすた
め添加の最大量を０．８％とした。ただし、含有量を
０．２％以下に制御するためには、原料鋼の厳選と過度
の精練工程が必要となりコスト高を招くため、最低量を
０．２％に設定している。

【００１０】クロム：クロムは熱処理時の焼入れ性を高
めるとともに炭化物を形成してクリープ破断強度の改善
に寄与し、かつマトリックス中に溶け込んで耐酸化性を
改善する。またマトリックス自体を強化することでもク
リープ破断強度の向上に寄与する。０．８％未満である
とその効果が十分でないため、下限値を０．８％とす
る。一方、１．５％を越える量を添加すると溶湯の流動
性が低下して鋳造性が低下する傾向を示すとともに、本
合金系ではクリープ破断強度も低下する傾向にある。し
たがって、添加範囲を０．８〜１．５％（１．５％含ま
ず）とする。望ましい範囲は１．２〜１．４５％であ
る。

【００１１】ニッケル：ニッケルは熱処理時の焼入れ性
を高め、引張強さや耐力を向上させるほか、特に靱性を
高めるのに有効である。しかしその反面、長時間クリー
プ破断強度はニッケル添加により低下する。本発明材で
は、ＣｒＭｏＶ鋳鋼に比べて炭素量を低めに設定し靱性
を高めているため、ニッケルによる靱性向上はさほど期
待しないが、炭素量が上限に近い場合は０．５％程度の
ニッケルを添加し、炭素増量による靱性低下を補う必要
がある場合も生じるため、上限値を０．５％とする。長
時間クリープ破断強度を最重視する場合、ニッケル含有
量は低いほど望ましいが、０．１％以下に抑制するため
には原料の厳選が必要となりコストが上昇するため、下
限を０．１％とする。

【００１２】バナジウム：バナジウムは熱処理時の焼入
れ性を高めるとともに炭化物となってクリープ破断強度
を改善する。０．０５％未満の添加では十分な効果が得
られない。また、逆に０．３５％を越える量を添加する
と靱性が低下してしまう。このため、成分範囲を０．０
５〜０．３％とする。強度特性と靱性のバランスを考慮
すると望ましい添加量は０．１５〜０．２５％である。

【００１３】ニオブ：ニオブは焼入れ性を高めるととも
に微細な炭化物を形成して高温強度の改善に寄与する。
また、溶体化処理等の高温加熱時の結晶粒成長を適度に
抑制し、靱性の向上に寄与する。添加量が０．０１％未
満では顕著な効果はなく、また０．１％を越える量を添
加すると、溶湯凝固製造時に生成した粗大なニオブの炭
化物が熱処理（溶体化処理）時にマトリックスに十分に
固溶できず多量に残存し、靱性や長時間のクリープ破断
強度を低下させる。そこで成分範囲を０．０１〜０．１
％に限定する。強度特性と靱性のバランスを考慮すると
望ましい添加量は０．０２〜０．０５％である。

【００１４】モリブデン：モリブデンは熱処理時の焼入
れ性を高めるとともにマトリックス中や炭化物中に固溶
してクリープ破断強度を改善する。添加量が０．１％未
満であれば顕著な効果は期待されない。一方、多量に添
加すると靱性が低下するとともにコスト高を招くため
に、添加量の上限を１．５％に制限している。強度特
性、靱性、コストのバランスを考慮すると望ましい添加
量は０．４５〜１．２％、靱性、コストとのバランスを
とりながら特にクリープ破断強度を重視する場合、より
望ましい添加量は０．８〜１．２％である。

【００１５】タングステン：タングステンはマトリック
ス中や炭化物中に固溶してクリープ破断強度を改善す
る。添加量が０．１％未満であれば顕著な効果は期待さ
れない。一方、過剰に添加すると靱性を低下させるとと
もに、偏析して材料特性が不均一になる恐れもあり、さ
らにはコスト高も招くため、添加量の上限を３％に制限
している。強度特性、靱性、コストのバランスを考慮す
ると望ましい添加量は１〜２．５％、靱性、コストとの
バランスをとりながら特にクリープ破断強度を重視する
場合、より望ましい添加量は１．７〜２．５％である。

【００１６】ホウ素：ホウ素は粒界に適当量偏析して焼
入れ性を高めるとともに、粒界を強化し靱性や高温強度
特性を改善する。微小量の添加で大きな特性向上をもた
らす有用な元素であるが、過剰に添加すると逆に粒界を
脆弱化して靱性を低下させる方向に転じてしまうため、
微小量を適切に制御して添加する必要がある。添加量が
０．００１％未満では、焼入れ性向上や靱性、高温強度
特性向上効果は明確に現れず、逆に０．０１％を超える
量を添加すると靱性低下を招くため、添加範囲を０．０
０１〜０．０１％とする。望ましい添加範囲は０．００
２〜０．００７％である。

【００１７】本発明材１においては、上記の合金元素以
外は不可避的に不純物として混入するものを除いては含
有されないこと、すなわち意図的な添加を行わないこと
をその特徴の一つとしている。以下、いくつかの元素に
ついて添加を行わない理由を説明する。

【００１８】窒素：窒素は炭素と同様に熱処理時の焼入
れ性を確保するとともに材料強度を高める効果がある。
また、炭窒化物を形成して高温におけるクリープ破断強
度の向上に寄与する。しかしながら、窒素はホウ素と化
合物を形成しやすいため、少量でも不用意に添加すると
ホウ素が粒界に適度に偏析せずにホウ素添加による効果
が消失してしまう。場合によっては、焼入れ処理時に、
ホウ素化合物がフェライト生成の核として作用するため
に焼入れ性を低下させる。本発明材１では、ホウ素添加
による焼入れ性向上効果、高温強度向上効果を優先させ
るために、窒素を無添加としている。

【００１９】チタン：チタンは炭窒化物を形成しやすい
元素であり、特に窒素との親和力が強いことから微量の
添加によって窒素を固定する（ホウ素と窒素が結び付か
ないようにする）効果を有している。しかしながら、酸
素と結合して酸化物を形成し、材料欠陥を生じさせやす
い元素でもある。鋳鋼材では鍛造工程を取らないことが
大前提であり、鍛造により酸化物と基地金属を密着させ
ることもできないため、素材の清浄性を高めることが肝
要である。また、不可避的に混入するレベルの窒素であ
れば、あえてチタンを添加してこれを固定しなくともホ
ウ素は有効に作用するため、本発明材１ではチタンを無
添加としている。

【００２０】アルミニウム：アルミニウムも窒素との親
和力が強いことから窒素を固定する作用を有している
が、チタンと同様に酸化物を形成して素材の清浄度を下
げる元素である。したがって、チタンの場合と同様の理
由により無添加としている。

【００２１】次に、前記発明（２）における成分限定理
由を述べる。なお、前述の発明（１）に関する説明で既
に述べた成分については限定理由は同じなので、ここで
は前記発明（１）の低合金耐熱鋳鋼材料に含まれるニッ
ケル及び／又はマンガンを鉄で置換した理由を述べる。

【００２２】マンガン：発明（１）の低合金耐熱鋳鋼材
料においてマンガンは、脱酸効果や焼入れ性向上効果を
期待して添加されている。しかしながら、その量に応じ
てクリープ破断強度が劣化するため、素材コストは上昇
してもクリープ破断特性を高めることを重視する場合に
は無添加とすることが望ましい。脱酸効果に関しては、
真空カーボン脱酸法の採用やケイ素などの他の脱酸材に
よる効果を考慮すればマンガンを無添加としても問題は
ない。また、焼入れ性に関しても、必要に応じて炭素、
クロム、バナジウム、ニオブ、モリブデン、ホウ素など
の焼入れ性を高める元素の添加量をコントロールするこ
とで確保することが可能である。したがって、特に高温
強度特性を最重視するために、コストの上昇を容認した
うえでマンガンを無添加としている。

【００２３】ニッケル：発明（１）の低合金耐熱鋳鋼材
料においてニッケルは熱処理時の焼入れ性を高め、引張
強さや耐力を向上させるほか、特に靱性を高める効果を
期待して添加されている。しかしその反面、長時間クリ
ープ破断強度はニッケル添加により低下するため、素材
コストは上昇してもクリープ破断特性を高めることを重
視する場合には無添加とすることが望ましい。焼入れ性
に関しては、必要に応じて炭素、クロム、バナジウム、
ニオブ、モリブデン、ホウ素などの焼入れ性を高める元
素の添加量をコントロールすることで確保することが可
能である。また、靱性に関しては、本発明材では、Ｃｒ
ＭｏＶ鋳鋼に比べて炭素量を低めに設定し靱性を高めて
いるため、ニッケルによる靱性向上はさほど期待しない
が、炭素量が上限に近い場合は、靱性が低下して溶接性
が悪くなり、コスト上昇を招く場合もある。しかしなが
ら、このようなコスト高を容認したうえで、特に、高温
強度特性を最重視するために、ニッケルを無添加として
いる。

【００２４】次に前記発明（３）における成分限定の理
由を述べるが、コバルト以外の元素については発明
（１）と同じであるのでここでは省略し、コバルトの作
用についてのみ説明する。コバルト：コバルトは焼入れ性を高めるとともにマトリ
ックスに固溶して基地自体を強化する。さらにコバルト
は焼戻し軟化抵抗を高める作用があり、強度と靱性のバ
ランスを図るためにも有用である。コバルト添加の効果
が現れるのは添加量０．１％以上であるが、３．５％を
越える量を添加すると、炭化物の析出を促進してしまう
ために、長時間側のクリープ破断強度を劣化させてしま
う。加えてコバルト自体高価な材料であるため、多量の
添加はコスト高を招く。このため、成分範囲として０．
１〜３．５％を設定している。望ましい範囲としては
０．５〜２．５％である。

【００２５】次に前記発明（４）における成分限定の理
由を述べるが、新規添加元素であるチタンと、チタンの
添加に関連するものとして不可避的不純物として混入す
る窒素、および新規添加元素であるカルシウム以外の元
素については発明（１）〜（３）と同じであるのでここ
では省略し、チタン（窒素の影響を含む）、カルシウム
の作用についてのみ説明する。

【００２６】チタン：発明（１）〜（３）の成分的特徴
の一つは、窒素およびチタンの意図的な添加を行わない
点である。窒素無添加の理由は窒素はホウ素と化合物を
形成しやすく、少量でも不用意に添加するとホウ素が粒
界に適度に偏析せずにホウ素添加による効果が消失して
しまうためである。製鋼工程で真空脱ガスが可能な場
合、不純物として混入する窒素量は低く抑えられるた
め、発明（１）〜（３）の成分でもホウ素が有効に作用
するが、製造設備の関係等で大気溶解を余儀なくされる
場合や、出発原料のスクラップ中の窒素濃度が高い場合
には、不純物として混入する窒素量が許容量を越えるよ
うになり、ホウ素が有効に作用しなくなる。一方、チタ
ンは炭窒化物を形成しやすい元素であり、特に窒素との
親和力が強いことから微量の添加によって窒素を固定す
る（ホウ素と窒素が結び付かないようにする）効果を有
している。不純物として混入する窒素の許容量は、他の
元素との兼ね合いで微妙に変化するが、本発明者らがこ
れまで得てきた多くの実験結果に基づけば０．００６％
を越えるような場合には、ホウ素の有効な効果が低下す
る傾向にあるため、このような場合にチタンを添加する
ものとする。チタンの添加量が０．０１％未満では窒素
の固定効果が不十分であるため、下限値を０．０１％と
する。一方、必要以上の添加は材料の清浄度を低下させ
て靱性や高温強度特性を低下させるため、上限値を０．
０４５％とする。窒素を確実に固定し、かつ過剰添加と
ならないことを考慮すると、望ましい添加量は０．０２
％〜０．０４％である。

【００２７】カルシウム：カルシウムは介在物を球状化
し細かく分散させるとともに、その接種効果によって等
軸晶の成長を促進して、硫黄等の有害不純物元素のマク
ロ偏析を低減する。また、介在物の融点を下げて、精錬
工程で介在物を取り除きやすくする効果も有している。
この結果、材料の靱性や高温強度特性が向上する。とく
に本発明材のような鋳鋼材では、鍛造等の素材加工工程
により、介在物と基地金属の密着や偏析の解消を図るこ
とはできないため、カルシウムの添加は有効である。添
加量が０．００１％未満では有効な作用を生じないた
め、下限値を０．００１％とする。また、過剰に添加す
ると、カルシウム酸化物を生成し素材の清浄度が低下し
てしまうため、添加の上限値を０．００９％とする。望
ましい添加範囲は０．００２〜０．００６％である。

【００２８】

【実施例】以下に実施例に基づいて本発明をさらに具体
的に説明する。（実施例１）表１に試験に供した材料の化学成分を示
す。試料番号１〜７が発明（１）に係る本発明材、試料
番号８〜１２が比較材に相当する。比較材のうち、試料
番号１１は２．２５ＣｒＭｏ鋳鋼の代表的成分、試料番
号１２はＣｒＭｏＶ鋳鋼の代表的な成分である。全ての
試験材料は５０ｋｇ真空高周波溶解炉にて溶製し、砂型
を用いて造塊した。続いて、タービン車室のような大型
鋳鋼品の製造熱処理を模擬する形で、均質化焼鈍、溶体
化処理後、５００℃までの平均冷却速度３℃／分で冷却
した。なお、この冷却速度は肉厚４００ｍｍの部品の中
心部の冷却を模擬したものである。焼戻しは０．２％耐
力がおよそ５０±３ｋｇｆ／ｍｍ²になるように各材料
の焼戻し温度を決めて行った。

【００２９】表２に発明（１）に係る本発明材及び比較
材の機械的性質及びクリープ破断特性を示す。使用時の
組織安定性を考慮すると、焼戻しは使用温度より１５０
℃以上は高い温度で行うのが望ましいため、焼戻しの下
限温度を６８０℃としたが、本発明材は、いずれも目標
強度を確保できたのに対して、一部の比較材では、６８
０℃で焼き戻しても目標の０．２％耐力を得られないも
のがあった。これは、大型部品を想定したゆっくりとし
た冷却では十分に焼きが入らなかったためである。比較
材のうち、鋼種８，９及び１１は十分に焼きが入らず、
下限温度：６８０℃で焼き戻しても目標の０．２％耐力
に到達しなかった鋼種である。

【００３０】発明（１）に係る本発明材のシャルピー衝
撃吸収エネルギー（常温試験）は、最低でも１１．９ｋ
ｇｆ−ｍであり、溶接性が良好な２．２５ＣｒＭｏ鋳鋼
（比較材：鋼種１１）と比べても遜色はない。このこと
は、発明（１）に係る本発明材が２．２５ＣｒＭｏ鋳鋼
と同等以上の溶接性を有していることを示している。６
００℃で１５ｋｇｆ／ｍｍ²の荷重を負荷した場合のク
リープ破断時間に着目すると、発明（１）に係る本発明
材は比較材を大幅に上回る破断時間を示しており、クリ
ープ破断特性が十分に高いことがわかる。以上のこと
は、発明（１）に係る本発明材における各種元素の適切
な成分設計が靱性の確保とクリープ破断強度の向上に有
効であったことを示唆している。

【００３１】（実施例２）表３に試験に供した材料の化
学成分を示す。試料番号１３は実施例１で用いた試料番
号３の成分をベースに、ニッケルを無添加とした鋼種、
試料番号１４は実施例１で用いた試料番号４の成分をベ
ースに、マンガン及びニッケルを無添加とし、焼入れ性
確保のためにモリブデンを増量した鋼種、試料番号１５
は実施例１で用いた試料番号５の成分をベースに、マン
ガンを無添加とし焼入れ性確保のためにクロムを増量し
た鋼種である。全ての試料材料は５０ｋｇ真空高周波溶
解炉にて溶製し、砂型を用いて造塊した。続いて、ター
ビン車室のような大型鋳鋼品の製造熱処理を模擬する形
で、均質化焼鈍、溶体化処理後、５００℃までの平均冷
却速度３℃／分で冷却した。なお、この冷却速度は肉厚
４００ｍｍの部品の中心部の冷却を模擬したものであ
る。焼戻しは０．２％耐力がおよそ５０±３ｋｇｆ／ｍ
ｍ²になるように各材料の焼戻し温度を決めて行った。

【００３２】表４に発明（２）に係る本発明材（試料番
号１３〜１５）の機械的性質及びクリープ破断特性を示
す。試料番号１３〜１５の鋼種の特性を表２に示した実
施例１のベース材の特性と比較すると、シャルピー衝撃
吸収エネルギー（常温試験）は若干低めであるが、それ
でも、表１の比較材：試料番号１１（２．２５ＣｒＭｏ
鋳鋼）と比べて遜色はない。一方、６００℃で１５ｋｇ
ｆ／ｍｍ²の荷重を負荷した場合のクリープ破断時間は
確実に伸びており、クリープ破断強度が上昇したことを
示している。

【００３３】（実施例３）表５に試験に供した材料の化
学成分を示す。試料番号１６，１７は実施例１の試料番
号１，３の成分をベースとした発明（３）に係る発明
材、試料番号１８，１９は実施例２の試料番号１４，１
５の成分をベースとした発明（３）に係る発明材であ
る。全ての試験材料は５０ｋｇ真空高周波溶解炉にて溶
製し、砂型を用いて造塊した。続いて、タービン車室の
ような大型鋳鋼品の製造熱処理を模擬する形で、均質化
焼鈍、溶体化処理後、５００℃までの平均冷却速度３℃
／分で冷却した。なお、この冷却速度は肉厚４００ｍｍ
の部品の中心部の冷却を模擬したものである。焼戻しは
０．２％耐力がおよそ５０±３ｋｇｆ／ｍｍ²になるよ
うに各材料の焼戻し温度を決めて行った。

【００３４】表６に本発明材の機械的性質及びクリープ
破断特性を示す。鋼種１６〜１９の特性を表２に示した
実施例１のベース材の特性及び表４に示した実施例２の
ベース材の特性と比較すると、シャルピー衝撃吸収エネ
ルギー（常温試験）はほとんど変わらないか、むしろ高
めの良好な値を示している。一方、６００℃で１５ｋｇ
ｆ／ｍｍ²の荷重を負荷した場合のクリープ破断時間は
確実に伸びており、クリープ破断強度が上昇したことを
示している。

【００３５】（実施例４）表７には試験に供した材料の
化学成分を示す。試料番号２０，２３，２４は実施例１
の試料番号３の成分をベースにとした発明（４）に係る
発明材、試料番号２１は実施例２の試料番号１４の成分
をベースにとした発明（４）に係る発明材、試料番号２
２、２５は実施例３の試料番号１７の成分をベースにと
した発明（４）に係る発明材である。また、試料番号２
６〜２８は比較材である。また、上記の試料のうち、試
料番号２０〜２３、２６、２７は、製造設備の関係等で
大気溶解を余儀なくされる場合や、出発原料のスクラッ
プ中の窒素濃度が高い場合を想定して、不可避的に混入
する量の不純物としての窒素を模擬する形であえて窒素
を加えている（窒素添加による有用な効果を狙ったもの
ではない）。全ての試験材料は５０ｋｇ真空高周波溶解
炉にて溶製し、砂型を用いて造塊した。続いて、タービ
ン車室のような大型鋳鋼品の製造熱処理を模擬する形
で、均質化焼鈍、溶体化処理後、５００℃までの平均冷
却速度３℃／分で冷却した。なお、この冷却速度は肉厚
４００ｍｍの部品の中心部の冷却を模擬したものであ
る。焼もどしは０．２％耐力がおよそ５０±３ｋｇｆ／
ｍｍ²になるように各材料の焼もどし温度を決めて行っ
た。

【００３６】表８に本発明材の機械的性質およびクリー
プ破断特性を示す。まず、チタン添加の効果について記
述する。試料番号２０〜２３および２７のように不可避
的に混入する窒素の量が大きい場合でも、適切量のチタ
ンの添加を行えばホウ素による焼入性向上効果が有効に
作用して目標強度を確保することができる。一方、チタ
ン添加量が本発明の下限値より低い試料番号２６では焼
入性が低く目標強度を確保できていないとともに、初析
フェライトが多量に出現するためにシャルピー衝撃吸収
エネルギー（常温試験）も低い。試料番号２０〜２２で
は、本発明範囲内の量のチタンの添加を行うことで、シ
ャルピー衝撃吸収エネルギー（常温試験）や６００℃で
１５ｋｇｆ／ｍｍ²の荷重を負荷した場合のクリープ破
断時間はそれぞれのベース材より若干低下する。しかし
衝撃吸収エネルギーに関しては１０ｋｇｆ−ｍ以上の十
分に高い値を示し、現用材（試料番号１１）と比較して
も大きく劣るものではなく、かつ、クリープ破断時間に
関しては現用材（試料番号１１）を大幅に上回ってい
る。試料番号２７は本発明の上限値以上のチタンを添加
したものであるが、クリープ破断時間は現用材（試料番
号１１）を大幅に上回るものの、衝撃吸収エネルギーが
極端に劣っている。

【００３７】以上の結果より、不可避的に混入する窒素
の量が大きい場合において、焼入性を確保して目標強度
を確保するとともに、かつ良好なシャルピー衝撃吸収エ
ネルギーとクリープ破断強度強度を得るためには、本発
明にて限定した範囲内のチタンを添加することが有用で
あることが明らかである。

【００３８】つぎにカルシウム添加の効果について記述
する。表８から明らかなように、本発明範囲内のカルシ
ウムを添加した鋼種（試料番号２３〜２５）は、それぞ
れのベース材料に比べて、シャルピー衝撃吸収エネルギ
ー（常温試験）、６００℃で１５ｋｇｆ／ｍｍ²の荷重
を負荷した場合のクリープ破断時間とともにほぼ同等
（試料番号２３）あるいは同等以上の高い値（試料番号
２４，２５）を示している。一方、上限値以上の量のカ
ルシウムを添加した試料番号２８では、現用材（試料番
号１１）に比べて衝撃吸収エネルギーが極端に劣ってい
る。以上の結果より、本発明にて限定した範囲内のカル
シウムの添加は靱性とクリープ破断強度を高める有効な
作用を有することが明らかである。

【００３９】

【表１】

【００４０】

【表２】

【００４１】

【表３】

【００４２】

【表４】

【００４３】

【表５】

【００４４】

【表６】

【００４５】

【表７】

【００４６】

【表８】

【００４７】

【発明の効果】本発明の低合金耐熱鋳鋼材は優れた高温
強度及び靱性を有するため、最終製品形状に近い形を鋳
造等の素材鍛練工程を経ずに製造するための材料として
適している。特に、遅い冷却速度でも十分に焼きが入る
成分であるため、火力発電用蒸気タービン車室をはじめ
とする大型のタービン用鋳鋼部品材料として有用であ
る。本発明により、低コストで高効率の発電プラントの
建設が可能となり、化石燃料の節約に寄与するとともに
二酸化炭素の発生量を抑制するうえで効果がある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者守中康治福岡県北九州市戸畑区大字中原先ノ浜46番地59 日本鋳鍛鋼株式会社内 (72)発明者田代康則福岡県北九州市戸畑区大字中原先ノ浜46番地59 日本鋳鍛鋼株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量比で炭素：０．０６〜０．１４％、
ケイ素：０．０１〜０．３５％、マンガン：０．２〜
０．８％、クロム：０．８〜１．５％（１．５％を含ま
ず）、ニッケル：０．１〜０．５％、バナジウム：０．
０５〜０．３％、ニオブ：０．０１〜０．１％、モリブ
デン：０．１〜１．５％、タングステン：０．１〜３
％、ホウ素：０．００１〜０．０１％を含み、残部が不
可避的不純物及び鉄からなることを特徴とする低合金耐
熱鋳鋼。
【請求項２】不可避的に不純物として含有する量を除
いては、ニッケル及び／又はマンガンを含まないことを
特徴とする請求項１に記載の低合金耐熱鋳鋼。
【請求項３】鉄の一部をコバルトで置換し、その含有
量が重量比で０．１〜３．５％であることを特徴とする
請求項１又は２に記載の低合金耐熱鋳鋼。
【請求項４】鉄の一部をチタン及び／又はカルシウム
で置換し、その量が重量比でチタン：０．０１〜０．０
４５％、カルシウム：０．００１〜０．００９％である
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の低合
金耐熱鋳鋼。
【請求項５】請求項１〜４のいずれかに記載の低合金
耐熱鋳鋼で構成されてなることを特徴とするタービン用
鋳鋼部品。