JPH11193444A - 高温強度と耐酸化性に優れた低合金耐熱鋼及びその製造方法 - Google Patents
高温強度と耐酸化性に優れた低合金耐熱鋼及びその製造方法Info
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- JPH11193444A JPH11193444A JP36498A JP36498A JPH11193444A JP H11193444 A JPH11193444 A JP H11193444A JP 36498 A JP36498 A JP 36498A JP 36498 A JP36498 A JP 36498A JP H11193444 A JPH11193444 A JP H11193444A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】Ｃｒを５％含有し耐酸化性を保持しながら同時
に蒸気条件の高温・高圧化に対応可能な高温強度に優れ
た低合金耐熱鋼及びその製造方法を提供する。 【解決手段】重量％で、Ｃ：０．０５〜０．２％と、Ｓ
ｉ：０．０５〜０．４％と、Ｍｎ：０．１〜１％と、Ｃ
ｒ：４．５〜５．５％と、Ｍｏ：０．１〜１％と、Ｗ：
０．１〜１％と、Ｖ：０．２〜０．５％と、Ｔｉ：０．
０２〜０．１２％と、Ｂ：０．００１〜０．００６％
と、Ｎｂ：０．０１％以下（０％を含む）とを含有し、
残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、且つ（Ｍｏ％＋
Ｗ％）：０．２〜１．５％であることを特徴とする、高
温強度と耐酸化性に優れた低合金耐熱鋼。
に蒸気条件の高温・高圧化に対応可能な高温強度に優れ
た低合金耐熱鋼及びその製造方法を提供する。 【解決手段】重量％で、Ｃ：０．０５〜０．２％と、Ｓ
ｉ：０．０５〜０．４％と、Ｍｎ：０．１〜１％と、Ｃ
ｒ：４．５〜５．５％と、Ｍｏ：０．１〜１％と、Ｗ：
０．１〜１％と、Ｖ：０．２〜０．５％と、Ｔｉ：０．
０２〜０．１２％と、Ｂ：０．００１〜０．００６％
と、Ｎｂ：０．０１％以下（０％を含む）とを含有し、
残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、且つ（Ｍｏ％＋
Ｗ％）：０．２〜１．５％であることを特徴とする、高
温強度と耐酸化性に優れた低合金耐熱鋼。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、特にボイラ用鋼
管、化学プラント配管用鋼管などに使用される高温強度
と耐酸化性に優れた低合金耐熱鋼及びその製造方法に関
する。
管、化学プラント配管用鋼管などに使用される高温強度
と耐酸化性に優れた低合金耐熱鋼及びその製造方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】ボイラ用鋼として、使用温度、圧力に応
じて炭素鋼からオーステナイトステンレス鋼まで使用さ
れているが、近年蒸気条件の高温、高圧化が計画されて
おり、従来材よりも高強度の材料が要求されている。現
在の蒸気圧力２４６ｋｇｆ／ｃｍ2 を３５０ｋｇｆ／ｃ
ｍ2 まで高圧にする場合、同じ管肉厚で設計するために
は約１．３倍の強度が必要となる。すなわち、現用の
２．２５Ｃｒ−１Ｍｏ鋼の６００℃の許容応力２．８ｋ
ｇｆ／ｍｍ2 の１．３倍の許容応力３．６ｋｇｆ／ｍｍ
2 を有する必要がある。低合金鋼のクリープ破断強度
は、高温長時間側で急激に低下する傾向があるため、こ
の許容応力を満たすためには、６００℃，１万時間のク
リープ破断強度として、１２ｋｇｆ／ｍｍ2 以上が要求
される。この低合金鋼における高温長時間側でのクリー
プ破断強度の低下の一因に、酸化による減肉がある。６
００℃以下の温度においては、現在２．２５Ｃｒ−１Ｍ
ｏ鋼が主に使用されているが、今後の蒸気温度及び圧力
の高温高圧化を考えた場合、現用の２．２５Ｃｒ−１Ｍ
ｏ鋼の管肉厚を厚くして対処することは、プラントの大
幅な重量増加を招き、大幅な設計変更を余儀なくされ、
コストも増加する。
じて炭素鋼からオーステナイトステンレス鋼まで使用さ
れているが、近年蒸気条件の高温、高圧化が計画されて
おり、従来材よりも高強度の材料が要求されている。現
在の蒸気圧力２４６ｋｇｆ／ｃｍ2 を３５０ｋｇｆ／ｃ
ｍ2 まで高圧にする場合、同じ管肉厚で設計するために
は約１．３倍の強度が必要となる。すなわち、現用の
２．２５Ｃｒ−１Ｍｏ鋼の６００℃の許容応力２．８ｋ
ｇｆ／ｍｍ2 の１．３倍の許容応力３．６ｋｇｆ／ｍｍ
2 を有する必要がある。低合金鋼のクリープ破断強度
は、高温長時間側で急激に低下する傾向があるため、こ
の許容応力を満たすためには、６００℃，１万時間のク
リープ破断強度として、１２ｋｇｆ／ｍｍ2 以上が要求
される。この低合金鋼における高温長時間側でのクリー
プ破断強度の低下の一因に、酸化による減肉がある。６
００℃以下の温度においては、現在２．２５Ｃｒ−１Ｍ
ｏ鋼が主に使用されているが、今後の蒸気温度及び圧力
の高温高圧化を考えた場合、現用の２．２５Ｃｒ−１Ｍ
ｏ鋼の管肉厚を厚くして対処することは、プラントの大
幅な重量増加を招き、大幅な設計変更を余儀なくされ、
コストも増加する。
【０００３】一方、より高強度で耐酸化性も有する材料
として、ＳＴＢＡ２８（９Ｃｒ−１Ｍｏ−Ｎｂ−Ｖ）鋼
が火力技術基準に規格化されているが、この材料は、Ｃ
ｒを多量添加することから高価になり、経済性に難があ
る。また、耐酸化性を持たせるために適正量Ｃｒを増量
したＳＴＢＡ２５（５Ｃｒ−０．５Ｍｏ）鋼は、耐酸化
性は有するが、クリープ破断強度は、２．２５Ｃｒ−１
Ｍｏ鋼よりも劣っている。そこで、上記のような従来鋼
の欠点を改善するための高強度の５％Ｃｒ系耐熱鋼とし
て、クリープ破断強度に有効な、Ｖ，Ｎｂ等の添加（特
開平３−２０４４０号公報，特開平６−４９６０１号公
報）、Ｗの添加（特開平４−１６５０４３号公報，特開
平６−８８１６７号公報）、それらの複合添加（特開平
７−２８６２４８号公報，特開平８−１３４５８４号公
報）を特徴とする技術が各々開示されている。
として、ＳＴＢＡ２８（９Ｃｒ−１Ｍｏ−Ｎｂ−Ｖ）鋼
が火力技術基準に規格化されているが、この材料は、Ｃ
ｒを多量添加することから高価になり、経済性に難があ
る。また、耐酸化性を持たせるために適正量Ｃｒを増量
したＳＴＢＡ２５（５Ｃｒ−０．５Ｍｏ）鋼は、耐酸化
性は有するが、クリープ破断強度は、２．２５Ｃｒ−１
Ｍｏ鋼よりも劣っている。そこで、上記のような従来鋼
の欠点を改善するための高強度の５％Ｃｒ系耐熱鋼とし
て、クリープ破断強度に有効な、Ｖ，Ｎｂ等の添加（特
開平３−２０４４０号公報，特開平６−４９６０１号公
報）、Ｗの添加（特開平４−１６５０４３号公報，特開
平６−８８１６７号公報）、それらの複合添加（特開平
７−２８６２４８号公報，特開平８−１３４５８４号公
報）を特徴とする技術が各々開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たＶ，Ｎｂ，Ｗ等の添加を特徴の一つとした高強度の５
％Ｃｒ系耐熱鋼においても、前記の蒸気条件の高温・高
圧化に対応可能なクリープ破断強度（６００℃，１万時
間のクリープ破断強度≧１２ｋｇｆ／ｍｍ2 ）を十分に
満足していない。本発明の目的は、上記の問題点を解決
するために、Ｃｒを５％含有し耐酸化性を保持しながら
同時に蒸気条件の高温・高圧化に対応可能な高温強度に
優れた低合金耐熱鋼及びその製造方法を提供することに
ある。
たＶ，Ｎｂ，Ｗ等の添加を特徴の一つとした高強度の５
％Ｃｒ系耐熱鋼においても、前記の蒸気条件の高温・高
圧化に対応可能なクリープ破断強度（６００℃，１万時
間のクリープ破断強度≧１２ｋｇｆ／ｍｍ2 ）を十分に
満足していない。本発明の目的は、上記の問題点を解決
するために、Ｃｒを５％含有し耐酸化性を保持しながら
同時に蒸気条件の高温・高圧化に対応可能な高温強度に
優れた低合金耐熱鋼及びその製造方法を提供することに
ある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決し目的を
達成するために、本発明は以下に示す手段を用いてい
る。 （１）本発明の鋼は、重量％で、Ｃ：０．０５〜０．２
％と、Ｓｉ：０．０５〜０．４％と、Ｍｎ：０．１〜１
％と、Ｃｒ：４．５〜５．５％と、Ｍｏ：０．１〜１％
と、Ｗ：０．１〜１％と、Ｖ：０．２〜０．５％と、Ｔ
ｉ：０．０２〜０．１２％と、Ｂ：０．００１〜０．０
０６％と、Ｎｂ：０．０１％以下（０％を含む）とを含
有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、且つ（Ｍ
ｏ％＋Ｗ％）：０．２〜１．５％であることを特徴とす
る、高温強度と耐酸化性に優れた低合金耐熱鋼である。
達成するために、本発明は以下に示す手段を用いてい
る。 （１）本発明の鋼は、重量％で、Ｃ：０．０５〜０．２
％と、Ｓｉ：０．０５〜０．４％と、Ｍｎ：０．１〜１
％と、Ｃｒ：４．５〜５．５％と、Ｍｏ：０．１〜１％
と、Ｗ：０．１〜１％と、Ｖ：０．２〜０．５％と、Ｔ
ｉ：０．０２〜０．１２％と、Ｂ：０．００１〜０．０
０６％と、Ｎｂ：０．０１％以下（０％を含む）とを含
有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、且つ（Ｍ
ｏ％＋Ｗ％）：０．２〜１．５％であることを特徴とす
る、高温強度と耐酸化性に優れた低合金耐熱鋼である。
【０００６】（２）本発明の製造方法は、上記（１）に
記載の組成を有する鋼を所定の温度で加熱し、熱間仕上
加工した後、１０００〜１１５０℃で焼準し、７００℃
以上Ａｃ1 点以下で焼き戻すことを特徴とする、高温強
度と耐酸化性に優れた低合金耐熱鋼の製造方法である。
記載の組成を有する鋼を所定の温度で加熱し、熱間仕上
加工した後、１０００〜１１５０℃で焼準し、７００℃
以上Ａｃ1 点以下で焼き戻すことを特徴とする、高温強
度と耐酸化性に優れた低合金耐熱鋼の製造方法である。
【０００７】（３）本発明の製造方法は、上記（１）に
記載の組成を有する鋼を１０００℃以上で加熱し、１０
００〜８００℃で３０％以上の加工を加えた後２００℃
以下まで冷却し、７００℃以上Ａｃ1 点以下で焼き戻す
ことを特徴とする、高温強度と耐酸化性に優れた低合金
耐熱鋼の製造方法である。
記載の組成を有する鋼を１０００℃以上で加熱し、１０
００〜８００℃で３０％以上の加工を加えた後２００℃
以下まで冷却し、７００℃以上Ａｃ1 点以下で焼き戻す
ことを特徴とする、高温強度と耐酸化性に優れた低合金
耐熱鋼の製造方法である。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明者らは、上記の課題を解決
すべく、従来鋼（２．２５Ｃｒ−１Ｍｏ）に比べて耐酸
化性を向上させることを目的にＣｒを重量％で５％程度
含有させると同時に、クリープ破断強度に有効な固溶強
化元素Ｍｏ，Ｗとともに、析出強化元素Ｔｉ，Ｖ，Ｎｂ
を添加して、所望のクリープ破断強度を有し、蒸気条件
の高温高圧化に対応し得る鋼について研究した。
すべく、従来鋼（２．２５Ｃｒ−１Ｍｏ）に比べて耐酸
化性を向上させることを目的にＣｒを重量％で５％程度
含有させると同時に、クリープ破断強度に有効な固溶強
化元素Ｍｏ，Ｗとともに、析出強化元素Ｔｉ，Ｖ，Ｎｂ
を添加して、所望のクリープ破断強度を有し、蒸気条件
の高温高圧化に対応し得る鋼について研究した。
【０００９】その結果、５％Ｃｒ鋼では、Ｎｂは、Ｔ
ｉ，Ｖと複合添加すると、著しく鋼の靭性を低下させる
ため、Ｔｉ，Ｖとは複合添加しない方がよいという知見
と、さらにＢは、Ｔｉ，Ｖの析出強化作用を補助する役
割があり、クリープ破断強度の改善に寄与するので、積
極的に複合添加しなければならないという知見を得た。
ｉ，Ｖと複合添加すると、著しく鋼の靭性を低下させる
ため、Ｔｉ，Ｖとは複合添加しない方がよいという知見
と、さらにＢは、Ｔｉ，Ｖの析出強化作用を補助する役
割があり、クリープ破断強度の改善に寄与するので、積
極的に複合添加しなければならないという知見を得た。
【００１０】これらの知見に基づき、本発明者らは、Ｔ
ｉ，Ｖ，Ｂと複合添加させる場合のＮｂの添加量を一定
値以下に制限するようにして、Ｃｒを多量に添加するこ
となく耐酸化性を有する適正量の添加で、蒸気条件の高
温・高圧化に対応できる本発明の鋼及びその製造方法を
見出し、本発明を完成した。
ｉ，Ｖ，Ｂと複合添加させる場合のＮｂの添加量を一定
値以下に制限するようにして、Ｃｒを多量に添加するこ
となく耐酸化性を有する適正量の添加で、蒸気条件の高
温・高圧化に対応できる本発明の鋼及びその製造方法を
見出し、本発明を完成した。
【００１１】すなわち、本発明は、鋼組成及び製造条件
を下記範囲に限定することにより、ボイラ鋼管として必
要な溶接性及び加工性を保持しつつ、蒸気条件の高温・
高圧化に対応できる高温強度と耐酸化性に優れた鋼を得
ることができる。
を下記範囲に限定することにより、ボイラ鋼管として必
要な溶接性及び加工性を保持しつつ、蒸気条件の高温・
高圧化に対応できる高温強度と耐酸化性に優れた鋼を得
ることができる。
【００１２】以下に本発明の成分添加理由、成分範囲限
定理由、及び製造条件の限定理由について説明する。 （１）成分組成範囲 Ｃ：０．０５〜０．２％ ＣはＴｉ，ＶとＭＣ型炭化物、ＣｒとＭ23Ｃ6 型炭化
物、また、Ｍｏ，Ｗとも炭化物を形成し、引張・クリー
プ破断強度を向上させる元素である。その添加量が、
０．０５％未満では炭化物の析出量が少なく十分な強度
が得られない。０．２％を超えると靭性が低下するとと
もに、溶接による高温割れが生じるため、０．０５〜
０．２％の範囲である。 Ｓｉ：０．０５〜０．４％ Ｓｉは脱酸剤として添加されるが、０．０５％未満の添
加では脱酸が十分でなく靭性を低下させる。耐酸化性の
観点からは有効な元素であるが、０．４％を超えると炭
化物の凝集・粗大化を促進しクリープ破断強度を低下さ
せ、焼戻し後の靭性も低下させることから、０．０５〜
０．４％の範囲である。 Ｍｎ：０．１〜１％ Ｍｎは脱酸、脱硫剤として添加されるが、０．１％未満
では十分な脱酸、脱硫効果が得られないこと、１％を超
えるとＳｉと同様に靭性を低下させるため、０．１〜１
％の範囲である。
定理由、及び製造条件の限定理由について説明する。 （１）成分組成範囲 Ｃ：０．０５〜０．２％ ＣはＴｉ，ＶとＭＣ型炭化物、ＣｒとＭ23Ｃ6 型炭化
物、また、Ｍｏ，Ｗとも炭化物を形成し、引張・クリー
プ破断強度を向上させる元素である。その添加量が、
０．０５％未満では炭化物の析出量が少なく十分な強度
が得られない。０．２％を超えると靭性が低下するとと
もに、溶接による高温割れが生じるため、０．０５〜
０．２％の範囲である。 Ｓｉ：０．０５〜０．４％ Ｓｉは脱酸剤として添加されるが、０．０５％未満の添
加では脱酸が十分でなく靭性を低下させる。耐酸化性の
観点からは有効な元素であるが、０．４％を超えると炭
化物の凝集・粗大化を促進しクリープ破断強度を低下さ
せ、焼戻し後の靭性も低下させることから、０．０５〜
０．４％の範囲である。 Ｍｎ：０．１〜１％ Ｍｎは脱酸、脱硫剤として添加されるが、０．１％未満
では十分な脱酸、脱硫効果が得られないこと、１％を超
えるとＳｉと同様に靭性を低下させるため、０．１〜１
％の範囲である。
【００１３】Ｃｒ：４．５〜５．５％ Ｃｒは耐酸化性に有効であり、Ｍ23Ｃ6 型炭化物を形成
し、高温強度を向上させる元素であるが、４．５％未満
では耐酸化性が十分でないこと、５．５％を超えるとＭ
Ｃ炭化物の生成量を減少させクリープ破断強度を低下さ
せるため、その範囲は４．５〜５．５％である。 Ｍｏ：０．１〜１％，Ｗ：０．１〜１％，Ｍｏ％＋Ｗ
％：０．２〜１．５％ Ｍｏ，Ｗは固溶強化元素、炭化物形成元素として高温強
度に有効であるが、高価な元素であるため過剰な添加は
経済性を損なう。また、凝固時に偏析しやすい元素であ
り、材質の不均一さを生じ靭性等を低下させるため、そ
の添加量はそれぞれ０．１〜１％であり、かつその合計
含有量は０．２〜１．５％に限定される。 Ｖ：０．２
〜０．５％ ＶはＶＣを形成して、高温強度特に高温側のクリープ破
断強度の向上に有効な元素である。０．２％未満では、
ＶＣとしての析出量が少ないため目標とするクリープ破
断強度が得られない。０．５％を超えると１０００℃以
上の高温加熱を実施しても未固溶の粗大なＶＣとして残
存し、クリープ破断強度低下の原因になる。また、靭性
も低下させるため、その範囲は０．２〜０．５％であ
る。 Ｔｉ：０．０２〜０．１２％ ＴｉはＶと同様にＭＣ炭化物形成元素であり、ＴｉＣと
して析出しクリープ破断強度を向上させる。０．０２％
未満ではその効果が現れず、０．１２％を超えると高温
加熱時にＶと同様に未固溶のＴｉＣとして残存し、クリ
ープ破断強度を低下させるため、その範囲は０．０２〜
０．１２％である。 Ｂ：０．００１〜０．００６％ Ｂはクリープ破断強度の改善に有効な元素であるが、
０．００１％未満では、その効果が認められず、０．０
０６％を超えると熱間加工性を低下させ、キズ等の発生
原因になるため、その添加量は０．００１〜０．００６
％である。 Ｎｂ：０．０１％以下（０％を含む） Ｎｂはクリープ破断強度の改善に有効な元素であるが、
Ｔｉ，Ｖと複合添加した場合、その上限が０．０１％を
超えると著しく靭性を低下させるため、その範囲は０．
０１％以下（０％を含む）である。上記の成分組成範囲
に調整することにより、蒸気条件の高温・高圧化に対応
可能な高温強度と耐酸化性に優れた性能を得ることが可
能である。
し、高温強度を向上させる元素であるが、４．５％未満
では耐酸化性が十分でないこと、５．５％を超えるとＭ
Ｃ炭化物の生成量を減少させクリープ破断強度を低下さ
せるため、その範囲は４．５〜５．５％である。 Ｍｏ：０．１〜１％，Ｗ：０．１〜１％，Ｍｏ％＋Ｗ
％：０．２〜１．５％ Ｍｏ，Ｗは固溶強化元素、炭化物形成元素として高温強
度に有効であるが、高価な元素であるため過剰な添加は
経済性を損なう。また、凝固時に偏析しやすい元素であ
り、材質の不均一さを生じ靭性等を低下させるため、そ
の添加量はそれぞれ０．１〜１％であり、かつその合計
含有量は０．２〜１．５％に限定される。 Ｖ：０．２
〜０．５％ ＶはＶＣを形成して、高温強度特に高温側のクリープ破
断強度の向上に有効な元素である。０．２％未満では、
ＶＣとしての析出量が少ないため目標とするクリープ破
断強度が得られない。０．５％を超えると１０００℃以
上の高温加熱を実施しても未固溶の粗大なＶＣとして残
存し、クリープ破断強度低下の原因になる。また、靭性
も低下させるため、その範囲は０．２〜０．５％であ
る。 Ｔｉ：０．０２〜０．１２％ ＴｉはＶと同様にＭＣ炭化物形成元素であり、ＴｉＣと
して析出しクリープ破断強度を向上させる。０．０２％
未満ではその効果が現れず、０．１２％を超えると高温
加熱時にＶと同様に未固溶のＴｉＣとして残存し、クリ
ープ破断強度を低下させるため、その範囲は０．０２〜
０．１２％である。 Ｂ：０．００１〜０．００６％ Ｂはクリープ破断強度の改善に有効な元素であるが、
０．００１％未満では、その効果が認められず、０．０
０６％を超えると熱間加工性を低下させ、キズ等の発生
原因になるため、その添加量は０．００１〜０．００６
％である。 Ｎｂ：０．０１％以下（０％を含む） Ｎｂはクリープ破断強度の改善に有効な元素であるが、
Ｔｉ，Ｖと複合添加した場合、その上限が０．０１％を
超えると著しく靭性を低下させるため、その範囲は０．
０１％以下（０％を含む）である。上記の成分組成範囲
に調整することにより、蒸気条件の高温・高圧化に対応
可能な高温強度と耐酸化性に優れた性能を得ることが可
能である。
【００１４】このような特性の鋼は、以下の製造方法に
より製造することができる。 （２）製造工程 （２−１）態様１の製造条件 （製造方法）上記（１）の成分組成範囲に調整した鋼を
転炉にて溶製した後、連続鋳造により鋼スラブにし、所
定の温度で加熱して、熱間加工（粗圧延・仕上圧延）を
行う。次に、熱間仕上圧延された鋼を、１０００〜１１
５０℃の温度範囲で焼準して、７００℃以上Ａｃ1 点以
下で焼き戻す。
より製造することができる。 （２）製造工程 （２−１）態様１の製造条件 （製造方法）上記（１）の成分組成範囲に調整した鋼を
転炉にて溶製した後、連続鋳造により鋼スラブにし、所
定の温度で加熱して、熱間加工（粗圧延・仕上圧延）を
行う。次に、熱間仕上圧延された鋼を、１０００〜１１
５０℃の温度範囲で焼準して、７００℃以上Ａｃ1 点以
下で焼き戻す。
【００１５】ａ．焼準温度：１０００〜１１５０℃ １１５０℃を超えて焼準した場合、結晶粒が粗大化する
ため靭性が低下する。このため焼準温度の上限は１１５
０℃である。また、１０００℃未満では、炭化物析出元
素が十分に固溶せず、強度、靭性バランスが劣化するた
め、下限は１０００℃である。
ため靭性が低下する。このため焼準温度の上限は１１５
０℃である。また、１０００℃未満では、炭化物析出元
素が十分に固溶せず、強度、靭性バランスが劣化するた
め、下限は１０００℃である。
【００１６】ｂ．焼戻し温度：７００℃以上Ａｃ1 点以
下 焼戻し処理は、鋼の靭性改善と溶接、応力除去処理等に
よる軟化を防止するために必須である。しかし、その温
度が、Ａｃ1 点を超えると、オーステナイト相へのＣの
再固溶が生じ強度が低下するため、上限はＡｃ1 点であ
る。また、７００℃未満では、強度が高くなり、靭性を
劣化させるため、下限は７００℃である。
下 焼戻し処理は、鋼の靭性改善と溶接、応力除去処理等に
よる軟化を防止するために必須である。しかし、その温
度が、Ａｃ1 点を超えると、オーステナイト相へのＣの
再固溶が生じ強度が低下するため、上限はＡｃ1 点であ
る。また、７００℃未満では、強度が高くなり、靭性を
劣化させるため、下限は７００℃である。
【００１７】（２−２）態様２の製造条件 （製造方法）上記（１）の成分組成範囲に調整した鋼を
転炉で溶製した後、連続鋳造により鋼スラブにし、１０
００℃以上で加熱して、十分炭化物析出元素を固溶さ
せ、１０００〜８００℃で３０％以上の加工を加えた後
２００℃以下まで冷却し、７００℃以上Ａｃ1 点以下で
焼き戻す。 ａ．加熱温度：１０００℃以上 加熱温度を１０００℃未満にすると、炭化物析出元素が
十分に固溶せず、クリープ破断強度が劣化するため、下
限は１０００℃である。 ｂ．熱間加工率：３０％以上 加熱温度を１０００℃以上にしても圧延時の加工量が３
０％未満の場合、結晶粒の細粒化が十分になされず、靭
性が劣化するため、加工量の下限は３０％である。 ｃ．冷却温度：２００℃以下 加工後の冷却を２００℃より高い温度で停止すると、ベ
イナイト変態が未完了になり強度が低下するため、冷却
温度の上限は２００℃である。 ｄ．焼戻し温度：７００℃以上Ａｃ1 点以下 態様１の製造条件と同様。
転炉で溶製した後、連続鋳造により鋼スラブにし、１０
００℃以上で加熱して、十分炭化物析出元素を固溶さ
せ、１０００〜８００℃で３０％以上の加工を加えた後
２００℃以下まで冷却し、７００℃以上Ａｃ1 点以下で
焼き戻す。 ａ．加熱温度：１０００℃以上 加熱温度を１０００℃未満にすると、炭化物析出元素が
十分に固溶せず、クリープ破断強度が劣化するため、下
限は１０００℃である。 ｂ．熱間加工率：３０％以上 加熱温度を１０００℃以上にしても圧延時の加工量が３
０％未満の場合、結晶粒の細粒化が十分になされず、靭
性が劣化するため、加工量の下限は３０％である。 ｃ．冷却温度：２００℃以下 加工後の冷却を２００℃より高い温度で停止すると、ベ
イナイト変態が未完了になり強度が低下するため、冷却
温度の上限は２００℃である。 ｄ．焼戻し温度：７００℃以上Ａｃ1 点以下 態様１の製造条件と同様。
【００１８】なお、鋼の溶製方法等は特に限定されず、
高炉や電炉で溶製したものであってもまた、連続鋳造に
よらず分塊圧延により作成した鋼スラブであっても本発
明の効果を得ることができる。以下に、本発明の実施例
を挙げ、本発明の効果を立証する。
高炉や電炉で溶製したものであってもまた、連続鋳造に
よらず分塊圧延により作成した鋼スラブであっても本発
明の効果を得ることができる。以下に、本発明の実施例
を挙げ、本発明の効果を立証する。
【００１９】
【実施例】表１に示す化学組成の鋼（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．
８：本発明鋼、Ｎｏ．９〜Ｎｏ．１６：比較鋼）を、真
空溶解し１０ｋｇの鋼塊としたのち１０００〜１２００
℃に加熱し、熱間圧延で仕上げ板厚１２ｍｍの鋼板を製
造した。熱間での加工率は８５％である。
８：本発明鋼、Ｎｏ．９〜Ｎｏ．１６：比較鋼）を、真
空溶解し１０ｋｇの鋼塊としたのち１０００〜１２００
℃に加熱し、熱間圧延で仕上げ板厚１２ｍｍの鋼板を製
造した。熱間での加工率は８５％である。
【００２０】比較鋼Ｎｏ．９は、規格化されており現用
のＳＴＢＡ２４（２．２５Ｃｒ−１Ｍｏ）鋼である。ま
た比較鋼Ｎｏ．１０も規格化されており、耐酸化性は有
するが高温強度が不足しているＳＴＢＡ２５（５Ｃｒ−
０．５Ｍｏ）鋼である。比較鋼Ｎｏ．１１は本発明の成
分を有する鋼にＮｂを過剰に添加した鋼、比較鋼Ｎｏ．
１２，１３，１４は、Ｍｏ，Ｗを過剰に添加した鋼、比
較鋼Ｎｏ．１５はＶを、比較鋼Ｎｏ．１６はＴｉをそれ
ぞれ過剰に添加した鋼である。熱処理は、比較鋼Ｎｏ．
９，１０は、通常の９３０℃のオーステナイト化後徐冷
し６９０℃で保持する恒温焼鈍を行い、比較鋼Ｎｏ．
９，１０以外は、１０５０℃×１時間空冷した後７８０
℃×１時間の焼戻し処理を施した。各供試鋼の熱処理材
から、試験片を採取し常温の引張試験、クリープ破断試
験、シャルピー衝撃試験および水蒸気酸化試験を実施し
た。クリープ破断試験は、６００℃および６５０℃で実
施し、６００℃，１万時間の破断強度を求めた。また、
水蒸気酸化試験は、６００℃×１０００時間で実施し、
生成した酸化スケールの全厚さを測定した。これらの結
果を表２に示す。
のＳＴＢＡ２４（２．２５Ｃｒ−１Ｍｏ）鋼である。ま
た比較鋼Ｎｏ．１０も規格化されており、耐酸化性は有
するが高温強度が不足しているＳＴＢＡ２５（５Ｃｒ−
０．５Ｍｏ）鋼である。比較鋼Ｎｏ．１１は本発明の成
分を有する鋼にＮｂを過剰に添加した鋼、比較鋼Ｎｏ．
１２，１３，１４は、Ｍｏ，Ｗを過剰に添加した鋼、比
較鋼Ｎｏ．１５はＶを、比較鋼Ｎｏ．１６はＴｉをそれ
ぞれ過剰に添加した鋼である。熱処理は、比較鋼Ｎｏ．
９，１０は、通常の９３０℃のオーステナイト化後徐冷
し６９０℃で保持する恒温焼鈍を行い、比較鋼Ｎｏ．
９，１０以外は、１０５０℃×１時間空冷した後７８０
℃×１時間の焼戻し処理を施した。各供試鋼の熱処理材
から、試験片を採取し常温の引張試験、クリープ破断試
験、シャルピー衝撃試験および水蒸気酸化試験を実施し
た。クリープ破断試験は、６００℃および６５０℃で実
施し、６００℃，１万時間の破断強度を求めた。また、
水蒸気酸化試験は、６００℃×１０００時間で実施し、
生成した酸化スケールの全厚さを測定した。これらの結
果を表２に示す。
【００２１】比較鋼Ｎｏ．９の現用２．２５Ｃｒ−１Ｍ
ｏ鋼は、クリープ破断強度が１２ｋｇｆ／ｍｍ2 未満で
ある。また、水蒸気酸化スケール生成量も多く、耐酸化
性も劣る。比較鋼Ｎｏ．１０の規格５Ｃｒ−０．５Ｍｏ
鋼は、耐酸化性は良好ながらも、クリープ破断強度は、
２．２５Ｃｒ−１Ｍｏ鋼（比較鋼Ｎｏ．９）よりもさら
に低い。一方、比較鋼Ｎｏ．１１〜１４は、クリープ破
断強度は１２ｋｇｆ／ｍｍ2 以上であるが、衝撃特性が
いずれも１０ｋｇｆ・ｍ以下になり、靭性が劣る。特に
Ｎｂ過剰添加の比較鋼Ｎｏ．１１は、１ｋｇｆ・ｍ程度
の著しく低い吸収エネルギーしか示さない。
ｏ鋼は、クリープ破断強度が１２ｋｇｆ／ｍｍ2 未満で
ある。また、水蒸気酸化スケール生成量も多く、耐酸化
性も劣る。比較鋼Ｎｏ．１０の規格５Ｃｒ−０．５Ｍｏ
鋼は、耐酸化性は良好ながらも、クリープ破断強度は、
２．２５Ｃｒ−１Ｍｏ鋼（比較鋼Ｎｏ．９）よりもさら
に低い。一方、比較鋼Ｎｏ．１１〜１４は、クリープ破
断強度は１２ｋｇｆ／ｍｍ2 以上であるが、衝撃特性が
いずれも１０ｋｇｆ・ｍ以下になり、靭性が劣る。特に
Ｎｂ過剰添加の比較鋼Ｎｏ．１１は、１ｋｇｆ・ｍ程度
の著しく低い吸収エネルギーしか示さない。
【００２２】比較鋼Ｎｏ．１５，１６は、衝撃特性は比
較的良好であるが、クリープ破断強度の低下が顕著であ
り、いずれも１２ｋｇｆ／ｍｍ2 未満になる。これに対
して、本発明鋼Ｎｏ．１〜８はいずれも良好な１２ｋｇ
ｆ／ｍｍ2 以上のクリープ破断強度、衝撃特性および耐
酸化性を有している。
較的良好であるが、クリープ破断強度の低下が顕著であ
り、いずれも１２ｋｇｆ／ｍｍ2 未満になる。これに対
して、本発明鋼Ｎｏ．１〜８はいずれも良好な１２ｋｇ
ｆ／ｍｍ2 以上のクリープ破断強度、衝撃特性および耐
酸化性を有している。
【００２３】表３に、本発明鋼Ｎｏ．２を用いて、熱処
理条件を変化させた場合の結果を示す（３Ａ〜３Ｃ：本
発明鋼、３Ｄ〜３Ｆ：比較鋼）。素材の加熱、圧延条件
は１１５０℃加熱で８５％加工し、９７０℃の圧延仕上
がり温度である。焼準温度が高い場合、クリープ破断強
度は向上するが、本発明の範囲外の１１５０℃超えで焼
準した比較鋼２Ｄの場合、結晶粒が粗大化するため、衝
撃特性が低下する。また、また本発明の範囲外の１００
０℃未満の比較鋼２Ｅ，２Ｆの場合は、クリープ破断強
度が明らかに低下し、１２ｋｇｆ／ｍｍ2 未満となる。
これに対して本発明の熱処理条件を満たす本発明鋼２
Ａ，２Ｂ，２Ｃはいずれも良好な１２ｋｇｆ／ｍｍ2 以
上のクリープ破断強度及び衝撃特性を有している。
理条件を変化させた場合の結果を示す（３Ａ〜３Ｃ：本
発明鋼、３Ｄ〜３Ｆ：比較鋼）。素材の加熱、圧延条件
は１１５０℃加熱で８５％加工し、９７０℃の圧延仕上
がり温度である。焼準温度が高い場合、クリープ破断強
度は向上するが、本発明の範囲外の１１５０℃超えで焼
準した比較鋼２Ｄの場合、結晶粒が粗大化するため、衝
撃特性が低下する。また、また本発明の範囲外の１００
０℃未満の比較鋼２Ｅ，２Ｆの場合は、クリープ破断強
度が明らかに低下し、１２ｋｇｆ／ｍｍ2 未満となる。
これに対して本発明の熱処理条件を満たす本発明鋼２
Ａ，２Ｂ，２Ｃはいずれも良好な１２ｋｇｆ／ｍｍ2 以
上のクリープ破断強度及び衝撃特性を有している。
【００２４】焼準温度と６００℃，１万時間クリープ破
断強度の関係を図１に示す。１０００℃以上の焼準温度
（本発明の範囲内）でクリープ破断強度が１２ｋｇｆ／
ｍｍ2 以上に向上することがわかる。
断強度の関係を図１に示す。１０００℃以上の焼準温度
（本発明の範囲内）でクリープ破断強度が１２ｋｇｆ／
ｍｍ2 以上に向上することがわかる。
【００２５】表４に、本発明鋼Ｎｏ．２を用いて、加熱
温度、圧延仕上がり温度、加工率を変化させた場合の結
果を示す（２Ａ，２Ｂ，２Ｃ：本発明鋼、２Ｄ，２Ｅ：
比較鋼）。加熱温度が低い比較鋼２Ｅは、クリープ破断
強度が１２ｋｇｆ／ｍｍ2 未満になる。加熱温度を１０
００℃以上にしても、圧延時の加工量が少ない場合、比
較鋼２Ｄに示すようにクリープ破断強度は高いが衝撃特
性が低下する。
温度、圧延仕上がり温度、加工率を変化させた場合の結
果を示す（２Ａ，２Ｂ，２Ｃ：本発明鋼、２Ｄ，２Ｅ：
比較鋼）。加熱温度が低い比較鋼２Ｅは、クリープ破断
強度が１２ｋｇｆ／ｍｍ2 未満になる。加熱温度を１０
００℃以上にしても、圧延時の加工量が少ない場合、比
較鋼２Ｄに示すようにクリープ破断強度は高いが衝撃特
性が低下する。
【００２６】これに対して、本発明の熱間圧延条件（加
熱温度、加工率）を満たす本発明鋼２Ａ，２Ｂ，２Ｃは
いずれも良好な１２ｋｇｆ／ｍｍ2 以上のクリープ破断
強度及び衝撃特性を有している。
熱温度、加工率）を満たす本発明鋼２Ａ，２Ｂ，２Ｃは
いずれも良好な１２ｋｇｆ／ｍｍ2 以上のクリープ破断
強度及び衝撃特性を有している。
【００２７】
【表１】
【００２８】
【表２】
【００２９】
【表３】
【００３０】
【表４】
【００３１】
【発明の効果】本発明によれば、鋼組成及び製造条件を
特定することにより、Ｃｒを大量に添加しないで、耐酸
化性を有する適性量の添加で蒸気条件の高温・高圧化に
対応可能な高温強度と耐酸化性に優れた耐熱鋼を製造す
ることができる。この鋼は、高温強度と耐酸化性に優れ
るとともに、靭性、溶接性、加工性にも優れていること
から、ボイラ用鋼管として、蒸気条件を高温高圧にした
火力発電設備の実現を可能にする。また、石油精製プラ
ント用配管としても、その優れた高温強度により、設計
肉厚の許容範囲が広がることから、プラント全体の低コ
スト化に寄与し得るものであるなど、産業上の利用価値
は大きい。
特定することにより、Ｃｒを大量に添加しないで、耐酸
化性を有する適性量の添加で蒸気条件の高温・高圧化に
対応可能な高温強度と耐酸化性に優れた耐熱鋼を製造す
ることができる。この鋼は、高温強度と耐酸化性に優れ
るとともに、靭性、溶接性、加工性にも優れていること
から、ボイラ用鋼管として、蒸気条件を高温高圧にした
火力発電設備の実現を可能にする。また、石油精製プラ
ント用配管としても、その優れた高温強度により、設計
肉厚の許容範囲が広がることから、プラント全体の低コ
スト化に寄与し得るものであるなど、産業上の利用価値
は大きい。
【図１】本発明の実施例に係る焼準温度と、６００℃，
１万時間クリープ破断強度の関係を示す図。
１万時間クリープ破断強度の関係を示す図。
Claims (3)
- 【請求項１】 重量％で、Ｃ：０．０５〜０．２％と、
Ｓｉ：０．０５〜０．４％と、Ｍｎ：０．１〜１％と、
Ｃｒ：４．５〜５．５％と、Ｍｏ：０．１〜１％と、
Ｗ：０．１〜１％と、Ｖ：０．２〜０．５％と、Ｔｉ：
０．０２〜０．１２％と、Ｂ：０．００１〜０．００６
％と、Ｎｂ：０．０１％以下（０％を含む）とを含有
し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、且つ（Ｍｏ
％＋Ｗ％）：０．２〜１．５％であることを特徴とす
る、高温強度と耐酸化性に優れた低合金耐熱鋼。 - 【請求項２】 請求項１に記載の組成を有する鋼を所定
の温度で加熱し、熱間仕上加工した後、１０００〜１１
５０℃で焼準し、７００℃以上Ａｃ1 点以下で焼き戻す
ことを特徴とする、高温強度と耐酸化性に優れた低合金
耐熱鋼の製造方法。 - 【請求項３】 請求項１に記載の組成を有する鋼を１０
００℃以上で加熱し、１０００〜８００℃で３０％以上
の加工を加えた後２００℃以下まで冷却し、７００℃以
上Ａｃ1 点以下で焼き戻すことを特徴とする、高温強度
と耐酸化性に優れた低合金耐熱鋼の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36498A JPH11193444A (ja) | 1998-01-05 | 1998-01-05 | 高温強度と耐酸化性に優れた低合金耐熱鋼及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36498A JPH11193444A (ja) | 1998-01-05 | 1998-01-05 | 高温強度と耐酸化性に優れた低合金耐熱鋼及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11193444A true JPH11193444A (ja) | 1999-07-21 |
Family
ID=11471750
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP36498A Pending JPH11193444A (ja) | 1998-01-05 | 1998-01-05 | 高温強度と耐酸化性に優れた低合金耐熱鋼及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11193444A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100330453B1 (ko) * | 1999-10-28 | 2002-04-01 | 윤영석 | 압력용기용 크롬-몰리브데늄-바나듐강 |
-
1998
- 1998-01-05 JP JP36498A patent/JPH11193444A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100330453B1 (ko) * | 1999-10-28 | 2002-04-01 | 윤영석 | 압력용기용 크롬-몰리브데늄-바나듐강 |
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