JPH1143719A - 高温強度と靭性に優れたフェライト系耐熱鋼の熱処理方法 - Google Patents
高温強度と靭性に優れたフェライト系耐熱鋼の熱処理方法Info
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- JPH1143719A JPH1143719A JP21022197A JP21022197A JPH1143719A JP H1143719 A JPH1143719 A JP H1143719A JP 21022197 A JP21022197 A JP 21022197A JP 21022197 A JP21022197 A JP 21022197A JP H1143719 A JPH1143719 A JP H1143719A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 火力発電、高速増殖炉、核融合炉等の高温用
構造機器に用いられる焼き戻しマルテンサイト組織を有
する高Ｃｒを含有するフェライト系耐熱鋼において、熱
処理方法により、優れた高温のクリープ破断強度と低温
靱性を得ることを課題とする。 【解決手段】 重量％で、０．０５％≦Ｃ＋Ｎ≦０．３
％，０．００２％≦Ｎｂ＋Ｔａ≦０．３％を含有するフ
ェライト系耐熱鋼において、 Ｔ＝８０６５／（３．５５−ｌｏｇＸ）−３７３（℃） Ｘ＝（Ｃ＋Ｎ×１２／１４）×（Ｎｂ＋Ｔａ／２）
（％） を満たす温度以上、かつオーステナイトが安定なＡ4 変
態点または１２８０℃以下の温度で固溶化熱処理を行
い、その後Ａ3 変態点以下に冷却することなく、Ａ3 変
態点以上１０５０℃以下の温度で炭窒化物の析出熱処理
を行い、その後Ａ3変態点以下に冷却してマルテンサイ
ト組織とし、引き続き焼き戻し処理を行う。
構造機器に用いられる焼き戻しマルテンサイト組織を有
する高Ｃｒを含有するフェライト系耐熱鋼において、熱
処理方法により、優れた高温のクリープ破断強度と低温
靱性を得ることを課題とする。 【解決手段】 重量％で、０．０５％≦Ｃ＋Ｎ≦０．３
％，０．００２％≦Ｎｂ＋Ｔａ≦０．３％を含有するフ
ェライト系耐熱鋼において、 Ｔ＝８０６５／（３．５５−ｌｏｇＸ）−３７３（℃） Ｘ＝（Ｃ＋Ｎ×１２／１４）×（Ｎｂ＋Ｔａ／２）
（％） を満たす温度以上、かつオーステナイトが安定なＡ4 変
態点または１２８０℃以下の温度で固溶化熱処理を行
い、その後Ａ3 変態点以下に冷却することなく、Ａ3 変
態点以上１０５０℃以下の温度で炭窒化物の析出熱処理
を行い、その後Ａ3変態点以下に冷却してマルテンサイ
ト組織とし、引き続き焼き戻し処理を行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、火力発電、高速増
殖炉、核融合炉等の高温用構造機器に用いられる、焼き
戻しマルテンサイト組織を有するフェライト系耐熱鋼に
おいて、特に高温におけるクリープ破断強度および優れ
た靱性を得るための熱処理方法に関する。
殖炉、核融合炉等の高温用構造機器に用いられる、焼き
戻しマルテンサイト組織を有するフェライト系耐熱鋼に
おいて、特に高温におけるクリープ破断強度および優れ
た靱性を得るための熱処理方法に関する。
【０００２】
【従来技術】最近の火力発電においては、発電効率の向
上を目的として、蒸気条件の高温高圧化が進められてい
る。このような動向に伴い、発電用高温機器部材に用い
られる耐熱鋼では、高温強度と耐酸化性の観点から、従
来の炭素鋼、低合金鋼に代わり、焼き戻しマルテンサイ
ト組織を有するＣｒを含有するフェライト系の合金鋼が
耐熱鋼として使用され始めている。
上を目的として、蒸気条件の高温高圧化が進められてい
る。このような動向に伴い、発電用高温機器部材に用い
られる耐熱鋼では、高温強度と耐酸化性の観点から、従
来の炭素鋼、低合金鋼に代わり、焼き戻しマルテンサイ
ト組織を有するＣｒを含有するフェライト系の合金鋼が
耐熱鋼として使用され始めている。
【０００３】また、高速増殖炉、核融合炉等の高温部材
においても、上記の特性に加え、低放射化特性の観点か
ら、オーステナイト系ステンレス鋼に代わり、Ｃｒを含
有する合金鋼あるいはフェライト系ステンレス鋼が期待
されている。
においても、上記の特性に加え、低放射化特性の観点か
ら、オーステナイト系ステンレス鋼に代わり、Ｃｒを含
有する合金鋼あるいはフェライト系ステンレス鋼が期待
されている。
【０００４】このようなニーズに対応して、Ｃｒを９％
程度含有する鋼に、Ｍｏ，Ｗ，Ｖ，Ｎｂ等の炭窒化物を
形成する元素を添加して、高温クリープ強度を向上させ
たフェライト系の耐熱鋼が各種開発提案されている。こ
れらの鋼は、例えば、ＡＳＴＭ ＳＡ２１３−Ｔ９１鋼
あるいは火力技術基準告示による火ＳＴＢＡ２８鋼等と
して規格化され、高温機器用部材として適用され始めて
いる。
程度含有する鋼に、Ｍｏ，Ｗ，Ｖ，Ｎｂ等の炭窒化物を
形成する元素を添加して、高温クリープ強度を向上させ
たフェライト系の耐熱鋼が各種開発提案されている。こ
れらの鋼は、例えば、ＡＳＴＭ ＳＡ２１３−Ｔ９１鋼
あるいは火力技術基準告示による火ＳＴＢＡ２８鋼等と
して規格化され、高温機器用部材として適用され始めて
いる。
【０００５】これらの鋼は、合金成分を均一化するとと
もに、その優れた高温強度を確保するためには、含有す
る炭窒化物形成元素を完全に固溶させた後、熱処理の冷
却過程で炭窒化物を析出させる必要がある。従って、高
温での焼きならし処理が必須となる。しかし、焼きなら
し温度が高温の場合には、オーステナイト（以下「γ」
という。）結晶粒が粗大化し、クリープ強度は向上する
ものの靱性が劣化する。従って、高温強度向上を目的と
して炭窒化物形成元素を含有した鋼において、この問題
を解決するためには、熱処理方法の最適化を図る必要が
ある。
もに、その優れた高温強度を確保するためには、含有す
る炭窒化物形成元素を完全に固溶させた後、熱処理の冷
却過程で炭窒化物を析出させる必要がある。従って、高
温での焼きならし処理が必須となる。しかし、焼きなら
し温度が高温の場合には、オーステナイト（以下「γ」
という。）結晶粒が粗大化し、クリープ強度は向上する
ものの靱性が劣化する。従って、高温強度向上を目的と
して炭窒化物形成元素を含有した鋼において、この問題
を解決するためには、熱処理方法の最適化を図る必要が
ある。
【０００６】従来の熱処理方法は、焼きならし処理を１
回施した後、焼き戻し処理を行うものであり、焼きなら
し温度の最適化と焼きならし後の冷却速度の制御によ
り、所定の諸特性を確保する方法が主であった。しか
し、特開平８−２２５８３２号公報号においては、焼き
ならしを２段階に分けて行うことで、高温強度と靱性と
の両立を図る熱処理方法が開示されている。
回施した後、焼き戻し処理を行うものであり、焼きなら
し温度の最適化と焼きならし後の冷却速度の制御によ
り、所定の諸特性を確保する方法が主であった。しか
し、特開平８−２２５８３２号公報号においては、焼き
ならしを２段階に分けて行うことで、高温強度と靱性と
の両立を図る熱処理方法が開示されている。
【０００７】この熱処理方法は、熱間加工後室温まで冷
却した鋼を、焼きならし処理における昇温中に所定の温
度に保持し、ついでさらに昇温中に再度所定の温度に保
持する、いわゆる２段階の焼きならし処理を行うことを
特徴とするものである。しかしながら、この方法は実際
の製造においては、生産性及び制御性に難点があると考
えられる。
却した鋼を、焼きならし処理における昇温中に所定の温
度に保持し、ついでさらに昇温中に再度所定の温度に保
持する、いわゆる２段階の焼きならし処理を行うことを
特徴とするものである。しかしながら、この方法は実際
の製造においては、生産性及び制御性に難点があると考
えられる。
【０００８】特に、後段の高温熱処理におけるγ結晶粒
の粗大化を防止するために、前段の熱処理において、炭
窒化物を十分に析出させてγ結晶粒の成長をピンニング
することが必要であることから、後段の熱処理は、合金
元素の固溶に充分な時間をかけることが難しく、狭い温
度範囲に限定されるという問題点がある。
の粗大化を防止するために、前段の熱処理において、炭
窒化物を十分に析出させてγ結晶粒の成長をピンニング
することが必要であることから、後段の熱処理は、合金
元素の固溶に充分な時間をかけることが難しく、狭い温
度範囲に限定されるという問題点がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の従来
技術の欠点である、焼きならし温度が高温では高温強度
は向上するが靱性は劣化する、あるいは、焼きならし温
度が低温では靱性は改善するが高温強度は劣化する、と
いう相反する両特性のいずれも満足すること、及び、そ
の製造条件も広い範囲で可能であることを実現し、これ
によりクリープ破断強度が高く、靱性が良好なフェライ
ト系耐熱鋼を得ることを目的とする。
技術の欠点である、焼きならし温度が高温では高温強度
は向上するが靱性は劣化する、あるいは、焼きならし温
度が低温では靱性は改善するが高温強度は劣化する、と
いう相反する両特性のいずれも満足すること、及び、そ
の製造条件も広い範囲で可能であることを実現し、これ
によりクリープ破断強度が高く、靱性が良好なフェライ
ト系耐熱鋼を得ることを目的とする。
【００１０】なお、ここでフェライト系耐熱鋼とは、低
合金鋼、又はフェライト系ステンレス鋼からなる耐熱鋼
であり、Ｎｉを実質的に含まず、Ｃｒが２８％以下の鋼
をいう。従って、少なくとも、ＪＩＳ Ｇ３４６２「ボ
イラ・熱交換機用合金鋼鋼管」に規格されるＳＴＢＡ２
５、ＳＴＢＡ２６の各々Ｃｒを約５％あるいは約９％程
度含有する鋼、及び、ＪＩＳ Ｇ３４６３「ボイラ・熱
交換機用ステンレス鋼鋼管」に規格されるフェライト系
鋼管、すなわちＳＵＳ４０５ＴＢからＳＵＳＸＭ２７Ｔ
Ｂに相当するＣｒを約１０％から２８％含有する鋼を包
含する。
合金鋼、又はフェライト系ステンレス鋼からなる耐熱鋼
であり、Ｎｉを実質的に含まず、Ｃｒが２８％以下の鋼
をいう。従って、少なくとも、ＪＩＳ Ｇ３４６２「ボ
イラ・熱交換機用合金鋼鋼管」に規格されるＳＴＢＡ２
５、ＳＴＢＡ２６の各々Ｃｒを約５％あるいは約９％程
度含有する鋼、及び、ＪＩＳ Ｇ３４６３「ボイラ・熱
交換機用ステンレス鋼鋼管」に規格されるフェライト系
鋼管、すなわちＳＵＳ４０５ＴＢからＳＵＳＸＭ２７Ｔ
Ｂに相当するＣｒを約１０％から２８％含有する鋼を包
含する。
【００１１】
【課題を解決するための手段】発明者らは、Ｃｒを含有
するフェライト系の耐熱鋼において、高温強度と靭性の
両特性を満たす条件について詳細に検討を重ねた結果、
最終的に得られる鋼のマルテンサイト組織自体を微細に
することが重要であることを知見し、以下の発明をする
に至った。
するフェライト系の耐熱鋼において、高温強度と靭性の
両特性を満たす条件について詳細に検討を重ねた結果、
最終的に得られる鋼のマルテンサイト組織自体を微細に
することが重要であることを知見し、以下の発明をする
に至った。
【００１２】即ち、本発明は、重量％で、０．０５％≦
Ｃ＋Ｎ≦０．３％，０．００２％≦Ｎｂ＋Ｔａ≦０．３
％を含有するフェライト系耐熱鋼であって、 Ｔ＝８０６５／（３．５５−ｌｏｇＸ）−３７３（℃） Ｘ＝（Ｃ＋Ｎ×１２／１４）×（Ｎｂ＋Ｔａ／２）
（％） を満たす温度以上、かつオーステナイトが安定なＡ4 変
態点または１２８０℃以下の温度で固溶化熱処理を行
い、その後Ａ3 変態点以下に冷却することなく、Ａ3 変
態点以上１０５０℃以下の温度で炭窒化物の析出熱処理
を行い、その後Ａ3 変態点以下に冷却してマルテンサイ
ト組織とし、引き続き焼き戻し処理を行うことを特徴と
する高温強度と靱性に優れたフェライト系耐熱鋼の熱処
理方法である。
Ｃ＋Ｎ≦０．３％，０．００２％≦Ｎｂ＋Ｔａ≦０．３
％を含有するフェライト系耐熱鋼であって、 Ｔ＝８０６５／（３．５５−ｌｏｇＸ）−３７３（℃） Ｘ＝（Ｃ＋Ｎ×１２／１４）×（Ｎｂ＋Ｔａ／２）
（％） を満たす温度以上、かつオーステナイトが安定なＡ4 変
態点または１２８０℃以下の温度で固溶化熱処理を行
い、その後Ａ3 変態点以下に冷却することなく、Ａ3 変
態点以上１０５０℃以下の温度で炭窒化物の析出熱処理
を行い、その後Ａ3 変態点以下に冷却してマルテンサイ
ト組織とし、引き続き焼き戻し処理を行うことを特徴と
する高温強度と靱性に優れたフェライト系耐熱鋼の熱処
理方法である。
【００１３】上記熱処理は、フェライト系耐熱鋼である
ＡＳＴＭ ＳＡ２１３−Ｔ９１鋼、または、通商産業省
令火力技術基準告示に規定する火ＳＴＢＡ２８（成分組
成：９Ｃｒ−１Ｍｏ−０．１Ｎｂ−０．２Ｖ）に望まし
く適用できる。
ＡＳＴＭ ＳＡ２１３−Ｔ９１鋼、または、通商産業省
令火力技術基準告示に規定する火ＳＴＢＡ２８（成分組
成：９Ｃｒ−１Ｍｏ−０．１Ｎｂ−０．２Ｖ）に望まし
く適用できる。
【００１４】また、上記熱処理は、フェライト系耐熱鋼
であるＦ−８２Ｈ（商品名）（成分組成：８Ｃｒ−２Ｗ
−０．０５Ｔａ）、ＮＦ６１６( 商品名）（成分組成：
９Ｃｒ−０．５Ｍｏ−２Ｗ−０．２Ｖ−０．０５Ｎｂ−
０．０６Ｎ）、又はＨＣＭ１２Ａ( 商品名）（成分組
成：１２Ｃｒ−０．５Ｍｏ−３Ｗ−０．２Ｖ−１Ｃｕ）
のいずれにも適用できる熱処理方法である。
であるＦ−８２Ｈ（商品名）（成分組成：８Ｃｒ−２Ｗ
−０．０５Ｔａ）、ＮＦ６１６( 商品名）（成分組成：
９Ｃｒ−０．５Ｍｏ−２Ｗ−０．２Ｖ−０．０５Ｎｂ−
０．０６Ｎ）、又はＨＣＭ１２Ａ( 商品名）（成分組
成：１２Ｃｒ−０．５Ｍｏ−３Ｗ−０．２Ｖ−１Ｃｕ）
のいずれにも適用できる熱処理方法である。
【００１５】更に、上記熱処理は、従来知られているフ
ェライト系耐熱鋼であるＪＩＳ Ｇ３４６２「ボイラ・
熱交換機用合金鋼鋼管」に規格されるＳＴＢＡ２５、ま
たはＳＴＢＡ２６にも適用できる。
ェライト系耐熱鋼であるＪＩＳ Ｇ３４６２「ボイラ・
熱交換機用合金鋼鋼管」に規格されるＳＴＢＡ２５、ま
たはＳＴＢＡ２６にも適用できる。
【００１６】また、上記熱処理は、フェライト系耐熱鋼
であるＪＩＳ Ｇ３４６３「ボイラ熱交換機用ステンレ
ス鋼鋼管」に規格されるＳＵＳ４０５ＴＢからＳＵＳＸ
Ｍ２７ＴＢにも適用できる。
であるＪＩＳ Ｇ３４６３「ボイラ熱交換機用ステンレ
ス鋼鋼管」に規格されるＳＵＳ４０５ＴＢからＳＵＳＸ
Ｍ２７ＴＢにも適用できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】本発明の基本となる考え方を以下
に述べる。本発明で対象とするフェライト系耐熱鋼と
は、一般に低合金鋼、又はフェライト系ステンレス鋼か
らなる耐熱鋼であり、Ｎｉを実質的に含まず、Ｃｒが２
８％以下の鋼をいう。このフェライト系耐熱鋼の成分組
成の例は、例えばＣｒ：５〜１３％、Ｍｏ：２％以下、
Ｗ：３％以下、Ｎｉ：１％以下、Ｖ：０．５％以下、Ｎ
ｂ：０．５％以下、Ｔａ：０．５％以下である。
に述べる。本発明で対象とするフェライト系耐熱鋼と
は、一般に低合金鋼、又はフェライト系ステンレス鋼か
らなる耐熱鋼であり、Ｎｉを実質的に含まず、Ｃｒが２
８％以下の鋼をいう。このフェライト系耐熱鋼の成分組
成の例は、例えばＣｒ：５〜１３％、Ｍｏ：２％以下、
Ｗ：３％以下、Ｎｉ：１％以下、Ｖ：０．５％以下、Ｎ
ｂ：０．５％以下、Ｔａ：０．５％以下である。
【００１８】従って、少なくとも、ＪＩＳ Ｇ３４６２
「ボイラ・熱交換機用合金鋼鋼管」に規格されるＳＴＢ
Ａ２５、ＳＴＢＡ２６の各々Ｃｒを約５％あるいは約９
％程度含有する鋼を含む。更に、ＪＩＳ Ｇ３４６３
「ボイラ・熱交換機用ステンレス鋼鋼管」に規格される
フェライト系鋼管、すなわちＳＵＳ４０５ＴＢからＳＵ
ＳＸＭ２７ＴＢに相当するＣｒを約１０％から２８％含
有する鋼にも本発明は適用できる。
「ボイラ・熱交換機用合金鋼鋼管」に規格されるＳＴＢ
Ａ２５、ＳＴＢＡ２６の各々Ｃｒを約５％あるいは約９
％程度含有する鋼を含む。更に、ＪＩＳ Ｇ３４６３
「ボイラ・熱交換機用ステンレス鋼鋼管」に規格される
フェライト系鋼管、すなわちＳＵＳ４０５ＴＢからＳＵ
ＳＸＭ２７ＴＢに相当するＣｒを約１０％から２８％含
有する鋼にも本発明は適用できる。
【００１９】本発明が特に望ましく適用される鋼種とし
ては、例えば、ＡＳＴＭ ＳＡ２１３−Ｔ９１鋼、ある
いは通商産業省令火力技術基準告示に規定する火ＳＴＢ
Ａ２８（成分組成：９Ｃｒ−１Ｍｏ−０．１Ｎｂ−０．
２Ｖ）鋼にも適用できる。更に、本願の出願人らがすで
に発明しているＦ−８２Ｈ（商品名）（成分組成：８Ｃ
ｒ−２Ｗ−０．０５Ｔａ）、ＮＦ６１６( 商品名）（成
分組成：９Ｃｒ−０．５Ｍｏ−２Ｗ−０．２Ｖ−０．０
５Ｎｂー０．０６Ｎ）、，さらにはＨＣＭ１２Ａ( 商品
名）（成分組成：１２Ｃｒ−０．５Ｍｏ−３Ｗ−０．２
Ｖ−１Ｃｕ）等のいずれのフェライト系耐熱鋼にも適用
できる熱処理方法である。
ては、例えば、ＡＳＴＭ ＳＡ２１３−Ｔ９１鋼、ある
いは通商産業省令火力技術基準告示に規定する火ＳＴＢ
Ａ２８（成分組成：９Ｃｒ−１Ｍｏ−０．１Ｎｂ−０．
２Ｖ）鋼にも適用できる。更に、本願の出願人らがすで
に発明しているＦ−８２Ｈ（商品名）（成分組成：８Ｃ
ｒ−２Ｗ−０．０５Ｔａ）、ＮＦ６１６( 商品名）（成
分組成：９Ｃｒ−０．５Ｍｏ−２Ｗ−０．２Ｖ−０．０
５Ｎｂー０．０６Ｎ）、，さらにはＨＣＭ１２Ａ( 商品
名）（成分組成：１２Ｃｒ−０．５Ｍｏ−３Ｗ−０．２
Ｖ−１Ｃｕ）等のいずれのフェライト系耐熱鋼にも適用
できる熱処理方法である。
【００２０】上記Ｃｒ含有のフェライト鋼で熱処理温度
を最適化するには、二つの視点がある。第一は均質化処
理であり、第二は結晶粒度の調整である。均質化処理の
ためには、高温長時間の熱処理が望ましい。しかし、結
晶粒度は、一般的には、粗粒の方がクリープ破断強度に
優れるが、細粒の方が靱性が良好なため、低温の熱処理
が望ましい。これを、１回の焼ならし熱処理で達成する
には、自由度が小さく、結局両特性を最小限に満足する
限られた狭い範囲で熱処理を行うか、両特性の妥協を図
らざるをえない。
を最適化するには、二つの視点がある。第一は均質化処
理であり、第二は結晶粒度の調整である。均質化処理の
ためには、高温長時間の熱処理が望ましい。しかし、結
晶粒度は、一般的には、粗粒の方がクリープ破断強度に
優れるが、細粒の方が靱性が良好なため、低温の熱処理
が望ましい。これを、１回の焼ならし熱処理で達成する
には、自由度が小さく、結局両特性を最小限に満足する
限られた狭い範囲で熱処理を行うか、両特性の妥協を図
らざるをえない。
【００２１】一方、上記Ｃｒ含有のフェライト鋼は焼入
れ性が高いため、焼ならし後に空冷で冷却してもマルテ
ンサイト組織が生成する。焼きならし温度を低温にし
て、γ結晶粒を細かくすると靭性が向上するが、これ
は、結晶粒の細粒化とともに、生成するマルテンサイト
組織自体も微細になることが理由の一つであると考えら
れる。従って、γ結晶粒を細かくすることは、必ずしも
絶対的な条件ではなく、マルテンサイト組織自体を微細
にすることで、靭性の向上が期待できる。
れ性が高いため、焼ならし後に空冷で冷却してもマルテ
ンサイト組織が生成する。焼きならし温度を低温にし
て、γ結晶粒を細かくすると靭性が向上するが、これ
は、結晶粒の細粒化とともに、生成するマルテンサイト
組織自体も微細になることが理由の一つであると考えら
れる。従って、γ結晶粒を細かくすることは、必ずしも
絶対的な条件ではなく、マルテンサイト組織自体を微細
にすることで、靭性の向上が期待できる。
【００２２】従って、高温強度と靭性を合わせ持つため
には、従来試みられなかった以下の熱処理方法が効果的
である。すなわち、最初に鋼を均質化と炭窒化物の固溶
化に充分な高温でオーステナイト化し、ついで温度を下
げて、（Ｎｂ＋Ｔａ）の炭窒化物を析出させる温度域に
保持し、その後冷却してマルテンサイト組織を得る。こ
の時、マルテンサイトは、析出した（Ｎｂ＋Ｔａ）炭窒
化物により粗大化が抑制できるので、微細なマルテンサ
イト組織が得られる。しかる後に、その鋼についての適
正な温度にて焼き戻しを行い、実用に供する。
には、従来試みられなかった以下の熱処理方法が効果的
である。すなわち、最初に鋼を均質化と炭窒化物の固溶
化に充分な高温でオーステナイト化し、ついで温度を下
げて、（Ｎｂ＋Ｔａ）の炭窒化物を析出させる温度域に
保持し、その後冷却してマルテンサイト組織を得る。こ
の時、マルテンサイトは、析出した（Ｎｂ＋Ｔａ）炭窒
化物により粗大化が抑制できるので、微細なマルテンサ
イト組織が得られる。しかる後に、その鋼についての適
正な温度にて焼き戻しを行い、実用に供する。
【００２３】従って、本発明においては、オーステナイ
トが安定な高温領域での固溶化処理と、それより低温度
域での（Ｎｂ＋Ｔａ）の炭窒化物の析出処理とを、Ａ3
変態点以下の温度に下げることなく、二段のステップに
分けて行うことを骨子とする。
トが安定な高温領域での固溶化処理と、それより低温度
域での（Ｎｂ＋Ｔａ）の炭窒化物の析出処理とを、Ａ3
変態点以下の温度に下げることなく、二段のステップに
分けて行うことを骨子とする。
【００２４】以下に、本発明において、成分範囲及び熱
処理条件を限定した理由について述べる。 Ｃ＋Ｎ：オーステナイトを安定化させ、また高温強度の
向上に必要な炭窒化物を生成させる元素であり、ＣとＮ
との役割は実用上等価である。これらの効果を生ずるに
は、Ｃ＋Ｎが０．０５％以上含有する必要があり、一方
過剰に含有すると、溶接性・靱性を阻害し、実用的では
ないことから、その上限を０．３％とする。
処理条件を限定した理由について述べる。 Ｃ＋Ｎ：オーステナイトを安定化させ、また高温強度の
向上に必要な炭窒化物を生成させる元素であり、ＣとＮ
との役割は実用上等価である。これらの効果を生ずるに
は、Ｃ＋Ｎが０．０５％以上含有する必要があり、一方
過剰に含有すると、溶接性・靱性を阻害し、実用的では
ないことから、その上限を０．３％とする。
【００２５】Ｎｂ＋Ｔａ：炭窒化物を生成し高温強度を
向上させるとともに、析出した（Ｎｂ＋Ｔａ）炭窒化物
が、鋼の冷却中に生成するマルテンサイトの成長を抑制
する役割を果たす。従って、その効果を生ずるには、
０．００２％以上の含有が必要であり、一方多すぎると
鋼の溶接性を阻害し実用的でなくなることから、その上
限を０．３％とする。
向上させるとともに、析出した（Ｎｂ＋Ｔａ）炭窒化物
が、鋼の冷却中に生成するマルテンサイトの成長を抑制
する役割を果たす。従って、その効果を生ずるには、
０．００２％以上の含有が必要であり、一方多すぎると
鋼の溶接性を阻害し実用的でなくなることから、その上
限を０．３％とする。
【００２６】固溶化温度：固溶化熱処理の目的は、合金
元素を充分に固溶すること及びγ結晶粒度を大きくして
クリープ破断強度を向上させることである。従って、固
溶化熱処理温度の下限は、（Ｎｂ＋Ｔａ）炭窒化物が完
全に溶け込む温度が好ましい。ただし、固溶化温度がＡ
3 変態点以上であり、かつ以下の式を満たす温度以上で
あれば、その効果は実用上充分である。 Ｔ＝８０６５／（３．５５−ｌｏｇＸ）−３７３（℃） Ｘ＝（Ｃ＋Ｎ×１２／１４）×（Ｎｂ＋Ｔａ／２）
（％）
元素を充分に固溶すること及びγ結晶粒度を大きくして
クリープ破断強度を向上させることである。従って、固
溶化熱処理温度の下限は、（Ｎｂ＋Ｔａ）炭窒化物が完
全に溶け込む温度が好ましい。ただし、固溶化温度がＡ
3 変態点以上であり、かつ以下の式を満たす温度以上で
あれば、その効果は実用上充分である。 Ｔ＝８０６５／（３．５５−ｌｏｇＸ）−３７３（℃） Ｘ＝（Ｃ＋Ｎ×１２／１４）×（Ｎｂ＋Ｔａ／２）
（％）
【００２７】一方、固溶化熱処理の上限温度は、高温強
度の点からは高温ほど望ましいが、δフェライトが生成
するような温度域は好ましくない。従って、上限温度
は、Ａ4 変態点を越えない範囲、または、オーステナイ
トが安定な領域である１２８０℃とする。
度の点からは高温ほど望ましいが、δフェライトが生成
するような温度域は好ましくない。従って、上限温度
は、Ａ4 変態点を越えない範囲、または、オーステナイ
トが安定な領域である１２８０℃とする。
【００２８】（Ｎｂ＋Ｔａ）の炭窒化物析出温度：固溶
化処理の後、鋼をＡ3 変態点以下の温度に冷却すること
なく、（Ｎｂ＋Ｔａ）の炭窒化物の析出温度に保持し、
（Ｎｂ＋Ｔａ）の炭窒化物を析出させる。この熱処理に
より析出した（Ｎｂ＋Ｔａ）の炭窒化物が、鋼の冷却中
に生ずるマルテンサイト変態に際して、マルテンサイト
の成長を抑制するため、微細なマルテンサイト組織を得
ることができ、これにより、靱性を改善される。
化処理の後、鋼をＡ3 変態点以下の温度に冷却すること
なく、（Ｎｂ＋Ｔａ）の炭窒化物の析出温度に保持し、
（Ｎｂ＋Ｔａ）の炭窒化物を析出させる。この熱処理に
より析出した（Ｎｂ＋Ｔａ）の炭窒化物が、鋼の冷却中
に生ずるマルテンサイト変態に際して、マルテンサイト
の成長を抑制するため、微細なマルテンサイト組織を得
ることができ、これにより、靱性を改善される。
【００２９】従って、固溶化処理の後、鋼をＡ3 変態点
以下の温度に冷却してしまうと、（Ｎｂ＋Ｔａ）炭窒化
物が析出しない状態でマルテンサイト変態が生じるた
め、マルテンサイト組織は粗大化し、高温強度は良好で
あるが、靱性が劣化してしまう。従って、炭窒化物の析
出熱処理温度の下限はＡ3 変態点以上とする。
以下の温度に冷却してしまうと、（Ｎｂ＋Ｔａ）炭窒化
物が析出しない状態でマルテンサイト変態が生じるた
め、マルテンサイト組織は粗大化し、高温強度は良好で
あるが、靱性が劣化してしまう。従って、炭窒化物の析
出熱処理温度の下限はＡ3 変態点以上とする。
【００３０】一方、析出処理温度が高温すぎると、析出
物が粗大となり、マルテンサイト組織の微細化に寄与し
ないので、その上限を１０５０℃とする。なお、加熱時
間は、析出温度で、５分以上保持することが望ましい。
物が粗大となり、マルテンサイト組織の微細化に寄与し
ないので、その上限を１０５０℃とする。なお、加熱時
間は、析出温度で、５分以上保持することが望ましい。
【００３１】焼き戻し処理：最終的な材料の常温強度、
すなわち引張強さは、焼き戻し条件によって決まるの
で、固溶化処理・析出処理に引き続いて、所定の強度を
得るために必要な、標準的な焼き戻し条件にて熱処理を
行う必要がある。
すなわち引張強さは、焼き戻し条件によって決まるの
で、固溶化処理・析出処理に引き続いて、所定の強度を
得るために必要な、標準的な焼き戻し条件にて熱処理を
行う必要がある。
【００３２】本発明においては、マルテンサイト組織の
微細化を（Ｎｂ＋Ｔａ）の炭窒化物で実現するものであ
るが、以上の考えを基にすれば、Ｎｂ，Ｔａの代わり
に、同様な炭窒化物形成元素である、Ｔｉ，Ａｌ，Ｖ等
も使うことも出来る。
微細化を（Ｎｂ＋Ｔａ）の炭窒化物で実現するものであ
るが、以上の考えを基にすれば、Ｎｂ，Ｔａの代わり
に、同様な炭窒化物形成元素である、Ｔｉ，Ａｌ，Ｖ等
も使うことも出来る。
【００３３】本発明は、ボイラ・タービン部材等の高温
構造材料を基本的な対象物としているが、一般的な機械
部品、原子力部品等への適用も可能である。また、本発
明は、鋼管、鋼板のほか他の各種形状の耐熱部材に施す
ことも可能である。また、本発明は、基本的には、焼き
ならし＋焼き戻しの工程を経て製品とする鋼材を対象と
するが、これに加えて、焼きならし、焼き戻し工程を単
独で、あるいは工程を複数回繰り返して適用する鋼材に
も適用が可能であり、本発明の効果に何等影響を与える
ものではない。
構造材料を基本的な対象物としているが、一般的な機械
部品、原子力部品等への適用も可能である。また、本発
明は、鋼管、鋼板のほか他の各種形状の耐熱部材に施す
ことも可能である。また、本発明は、基本的には、焼き
ならし＋焼き戻しの工程を経て製品とする鋼材を対象と
するが、これに加えて、焼きならし、焼き戻し工程を単
独で、あるいは工程を複数回繰り返して適用する鋼材に
も適用が可能であり、本発明の効果に何等影響を与える
ものではない。
【００３４】
【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。図１とし
て示す表１に、供試鋼の化学成分を示す。これらの鋼
は、Ｃｒを５〜１２％（重量％）含有したフェライト系
の耐熱鋼である。これらの鋼を１５０kg真空溶解炉で溶
解した後、熱間圧延にて、板厚５０mmの鋼板とした。こ
の鋼板に図２として示す表２に示す条件で、熱処理を行
った。
て示す表１に、供試鋼の化学成分を示す。これらの鋼
は、Ｃｒを５〜１２％（重量％）含有したフェライト系
の耐熱鋼である。これらの鋼を１５０kg真空溶解炉で溶
解した後、熱間圧延にて、板厚５０mmの鋼板とした。こ
の鋼板に図２として示す表２に示す条件で、熱処理を行
った。
【００３５】各々の熱処理を行った鋼板の板厚中心部よ
り、クリープ破断試験片およびシャルピー衝撃試験片を
採取した。クリープ破断試験は、６００℃−１８０ＭＰ
ａの条件にて試験を行いその破断時間を求めた。また、
シャルピー衝撃試験は脆性−延性破面遷移温度を求め
た。結果を図３として示す表３に示す。
り、クリープ破断試験片およびシャルピー衝撃試験片を
採取した。クリープ破断試験は、６００℃−１８０ＭＰ
ａの条件にて試験を行いその破断時間を求めた。また、
シャルピー衝撃試験は脆性−延性破面遷移温度を求め
た。結果を図３として示す表３に示す。
【００３６】鋼ＡからＣにおいて、１０５０℃にて焼き
ならし後７５０℃前後にて焼き戻し処理を行う標準的な
条件の場合は、クリープ破断時間が必ずしも十分ではな
い。これに対して、焼きならし温度を１１００〜１１５
０℃に高めると、クリープ破断時間は向上するが、衝撃
試験の破面遷移温度は約２０℃以上劣化している。
ならし後７５０℃前後にて焼き戻し処理を行う標準的な
条件の場合は、クリープ破断時間が必ずしも十分ではな
い。これに対して、焼きならし温度を１１００〜１１５
０℃に高めると、クリープ破断時間は向上するが、衝撃
試験の破面遷移温度は約２０℃以上劣化している。
【００３７】一方、鋼Ｄにおいては、焼きならし温度を
９７０℃とすると、靭性は向上するが、クリープ破断時
間は著しく劣化する。また、鋼Ｅは低温で焼き戻した場
合であるが、鋼材の常温強度は著しく高強度化し、クリ
ープ破断時間も極めて優れたものであるが、靭性の劣化
が大きく実用に供さない。
９７０℃とすると、靭性は向上するが、クリープ破断時
間は著しく劣化する。また、鋼Ｅは低温で焼き戻した場
合であるが、鋼材の常温強度は著しく高強度化し、クリ
ープ破断時間も極めて優れたものであるが、靭性の劣化
が大きく実用に供さない。
【００３８】これらの通常の熱処理方法に比較して、本
発明の方法である、１０４０〜１２００℃にて固溶化処
理を行い、次いで９４０〜９７０℃にて炭窒化物の析出
処理を行う熱処理を行った場合、同一の成分を有する鋼
において、通常の焼きならしよりも高温で固溶化熱処理
を行えるためクリープ破断強度が向上する。また、マル
テンサイト組織の微細化が図られるため、シャルピー衝
撃特性も著しく改善されていることが分かる。
発明の方法である、１０４０〜１２００℃にて固溶化処
理を行い、次いで９４０〜９７０℃にて炭窒化物の析出
処理を行う熱処理を行った場合、同一の成分を有する鋼
において、通常の焼きならしよりも高温で固溶化熱処理
を行えるためクリープ破断強度が向上する。また、マル
テンサイト組織の微細化が図られるため、シャルピー衝
撃特性も著しく改善されていることが分かる。
【００３９】
【発明の効果】以上のように、本発明は、高温強度の確
保を、高温の固溶化処理時の合金元素の固溶量の増加、
γ結晶粒度の粗大化により達成し、一方、靱性の確保
を、低温での（Ｎｂ＋Ｔａ）炭窒化物の微細析出処理と
これによるマルテンサイト組織の微細化及びそれの焼き
戻しにより達成するものである。これにより、同一成分
を有する従来の材料と比べて、高強度高靱性のフェライ
ト系耐熱鋼が得られる。この手法を用いれば、溶接性、
靱性、加工性、コスト面等で不利となるＮｂ，Ｔａ等の
炭窒化物を生成する合金元素を必要最小限にすることが
可能となり、実用上の貢献は極めて大である。
保を、高温の固溶化処理時の合金元素の固溶量の増加、
γ結晶粒度の粗大化により達成し、一方、靱性の確保
を、低温での（Ｎｂ＋Ｔａ）炭窒化物の微細析出処理と
これによるマルテンサイト組織の微細化及びそれの焼き
戻しにより達成するものである。これにより、同一成分
を有する従来の材料と比べて、高強度高靱性のフェライ
ト系耐熱鋼が得られる。この手法を用いれば、溶接性、
靱性、加工性、コスト面等で不利となるＮｂ，Ｔａ等の
炭窒化物を生成する合金元素を必要最小限にすることが
可能となり、実用上の貢献は極めて大である。
【図１】供試鋼の化学成分を表１として示す図である。
【図２】供試鋼の熱処理条件を表２として示す図であ
る。
る。
【図３】供試鋼の試験結果を表３として示す図である。
Claims (5)
- 【請求項１】 重量％で、０．０５％≦Ｃ＋Ｎ≦０．３
％，０．００２％≦Ｎｂ＋Ｔａ≦０．３％を含有するフ
ェライト系耐熱鋼であって、 Ｔ＝８０６５／（３．５５−ｌｏｇＸ）−３７３（℃） Ｘ＝（Ｃ＋Ｎ×１２／１４）×（Ｎｂ＋Ｔａ／２）
（％） を満たす温度以上、かつオーステナイトが安定なＡ4 変
態点または１２８０℃以下の温度で固溶化熱処理を行
い、その後Ａ3 変態点以下に冷却することなく、Ａ3 変
態点以上１０５０℃以下の温度で炭窒化物の析出熱処理
を行い、その後Ａ3変態点以下に冷却してマルテンサイ
ト組織とし、引き続き焼き戻し処理を行うことを特徴と
する高温強度と靱性に優れたフェライト系耐熱鋼の熱処
理方法。 - 【請求項２】 前記フェライト系耐熱鋼が、ＡＳＴＭ
ＳＡ２１３−Ｔ９１鋼、または、通商産業省令火力技術
基準告示に規定する火ＳＴＢＡ２８（成分組成：９Ｃｒ
−１Ｍｏ−０．１Ｎｂ−０．２Ｖ）鋼であることを特徴
とする請求項１記載の高温強度と靱性に優れたフェライ
ト系耐熱鋼の熱処理方法。 - 【請求項３】 前記フェライト系耐熱鋼が、Ｆ−８２Ｈ
（商品名）（成分組成：８Ｃｒ−２Ｗ−０．０５Ｔ
ａ）、ＨＣＭ１２Ａ( 商品名）（成分組成：１２Ｃｒ−
０．５Ｍｏ−３Ｗ−０．２Ｖ−１Ｃｕ）、又はＮＦ６１
６( 商品名）（成分組成：９Ｃｒ−０．５Ｍｏ−２Ｗ−
０．２Ｖ−０．０５Ｎｂー０．０６Ｎ）のいずれかであ
ることを特徴とする請求項１記載の高温強度と靱性に優
れたフェライト系耐熱鋼の熱処理方法。 - 【請求項４】 前記フェライト系耐熱鋼が，ＪＩＳ Ｇ
３４６２「ボイラ・熱交換機用合金鋼鋼管」に規格され
るＳＴＢＡ２５、またはＳＴＢＡ２６であることを特徴
とする請求項１記載の高温強度と靱性に優れたフェライ
ト系耐熱鋼の熱処理方法。 - 【請求項５】 前記フェライト系耐熱鋼が，ＪＩＳ Ｇ
３４６３「ボイラ・熱交換機用ステンレス鋼鋼管」に規
格されるＳＵＳ４０５ＴＢからＳＵＳＸＭ２７ＴＢであ
ることを特徴とする請求項１記載の高温強度と靱性に優
れたフェライト系耐熱鋼の熱処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21022197A JPH1143719A (ja) | 1997-07-22 | 1997-07-22 | 高温強度と靭性に優れたフェライト系耐熱鋼の熱処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21022197A JPH1143719A (ja) | 1997-07-22 | 1997-07-22 | 高温強度と靭性に優れたフェライト系耐熱鋼の熱処理方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1143719A true JPH1143719A (ja) | 1999-02-16 |
Family
ID=16585800
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21022197A Pending JPH1143719A (ja) | 1997-07-22 | 1997-07-22 | 高温強度と靭性に優れたフェライト系耐熱鋼の熱処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1143719A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102534394A (zh) * | 2010-12-23 | 2012-07-04 | 核工业西南物理研究院 | 一种聚变堆用控氮型低活性铁素体/马氏体钢 |
| CN102588659A (zh) * | 2012-02-23 | 2012-07-18 | 武汉大禹阀门制造有限公司 | 带开度指示液压控制阀门的可伸缩加长杆装置 |
| JP6113359B1 (ja) * | 2015-10-29 | 2017-04-12 | 新日鐵住金ステンレス株式会社 | クリープ特性に優れたＡｌ含有フェライト系ステンレス鋼材と、燃料電池用部材 |
| JP2021143354A (ja) * | 2020-03-10 | 2021-09-24 | 日鉄ステンレス株式会社 | レーザー溶接用のマルテンサイト系ステンレス鋼 |
-
1997
- 1997-07-22 JP JP21022197A patent/JPH1143719A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102534394A (zh) * | 2010-12-23 | 2012-07-04 | 核工业西南物理研究院 | 一种聚变堆用控氮型低活性铁素体/马氏体钢 |
| CN102588659A (zh) * | 2012-02-23 | 2012-07-18 | 武汉大禹阀门制造有限公司 | 带开度指示液压控制阀门的可伸缩加长杆装置 |
| JP6113359B1 (ja) * | 2015-10-29 | 2017-04-12 | 新日鐵住金ステンレス株式会社 | クリープ特性に優れたＡｌ含有フェライト系ステンレス鋼材と、燃料電池用部材 |
| WO2017073094A1 (ja) * | 2015-10-29 | 2017-05-04 | 新日鐵住金ステンレス株式会社 | クリープ特性に優れたＡｌ含有フェライト系ステンレス鋼材及びその製造方法と、燃料電池用部材 |
| JP2021143354A (ja) * | 2020-03-10 | 2021-09-24 | 日鉄ステンレス株式会社 | レーザー溶接用のマルテンサイト系ステンレス鋼 |
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