JPS60230964A - 高靭性マルテンサイト鋼 - Google Patents
高靭性マルテンサイト鋼Info
- Publication number
- JPS60230964A JPS60230964A JP8805384A JP8805384A JPS60230964A JP S60230964 A JPS60230964 A JP S60230964A JP 8805384 A JP8805384 A JP 8805384A JP 8805384 A JP8805384 A JP 8805384A JP S60230964 A JPS60230964 A JP S60230964A
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- JP
- Japan
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- steel
- toughness
- equivalent
- martensitic steel
- heating
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は高温にお込て長時間使用しても高靭性を保有す
るマルテンサイト鋼に関するものである。
るマルテンサイト鋼に関するものである。
従来、火力発電用プラントや原子カプラント等における
高温熱交換器等の機器の材料として低合金鋼が広く使用
されている。なかでも5〜9 % Crと0.5〜2.
0 % Mo f含むCr−Mo系鋼(例えば特願昭5
1−49594 、特願昭48−23841及びJIS
鋼)が、機器の使用条件に応じ夫々使用される場合が多
い。これら材料は強度の向上や耐食性向上等の観点から
の検討改善が行われておシ、5〜9チCr−Mo系鋼の
それぞれすぐれ−たものが提案されている。しかしなが
ら、それらは高温で長時間使用すると靭性が乏しくなシ
、溶接部から割れが発生するという問題がある。
高温熱交換器等の機器の材料として低合金鋼が広く使用
されている。なかでも5〜9 % Crと0.5〜2.
0 % Mo f含むCr−Mo系鋼(例えば特願昭5
1−49594 、特願昭48−23841及びJIS
鋼)が、機器の使用条件に応じ夫々使用される場合が多
い。これら材料は強度の向上や耐食性向上等の観点から
の検討改善が行われておシ、5〜9チCr−Mo系鋼の
それぞれすぐれ−たものが提案されている。しかしなが
ら、それらは高温で長時間使用すると靭性が乏しくなシ
、溶接部から割れが発生するという問題がある。
本発明の目的は、上記問題を解決し、%に高温で長時間
使用しても高靭性を有するマルテンサイト鋼の提供にあ
る。
使用しても高靭性を有するマルテンサイト鋼の提供にあ
る。
本発明の高靭性マルテンサイト鋼は、重量でC0,04
〜0.15%、810.2〜1.0 To 9Mn 0
.3〜1.5 To a N10.04〜1.O% 、
Cr 4.0〜10.0 % 、 Mo 0.2〜3
.0 % 、 Mlr0.01〜0.3%を含有し、V
o、05〜0.3%、 Nb 0.6−以下を含み、残
部が不可避元素全除きFeよシなるもので、かつCr当
量が11%以下に調整されているマルテンサイト鋼であ
る。Nb、Vはフェライト生成元素であるが炭化物、窒
化物をつ〈ヤ適当に結晶粒内に分布することによシ溶接
時の高温微細割れを防止するため、場合によシ添加する
。
〜0.15%、810.2〜1.0 To 9Mn 0
.3〜1.5 To a N10.04〜1.O% 、
Cr 4.0〜10.0 % 、 Mo 0.2〜3
.0 % 、 Mlr0.01〜0.3%を含有し、V
o、05〜0.3%、 Nb 0.6−以下を含み、残
部が不可避元素全除きFeよシなるもので、かつCr当
量が11%以下に調整されているマルテンサイト鋼であ
る。Nb、Vはフェライト生成元素であるが炭化物、窒
化物をつ〈ヤ適当に結晶粒内に分布することによシ溶接
時の高温微細割れを防止するため、場合によシ添加する
。
本発明のマルテンサイト鋼の主な特徴は、高温長時間使
用後における靭性低下を防止するため、Cr当量を制限
したこと、および脱酸効果をあげ、靭性を高めるためM
g ’に添加したことにある。
用後における靭性低下を防止するため、Cr当量を制限
したこと、および脱酸効果をあげ、靭性を高めるためM
g ’に添加したことにある。
第1の主な%徴であるCr当量について説明する。
Cri量の制限は、高温長時間使用後の靭性低下を防止
するためである。火力発電用プラントや原子カプラント
などに使用される低合金鋼(例えば、5%Cr−No系
及び9 % Cr−Mo系)が長時間高温にさらされる
と、金属組織に変化を生じ、靭性が低下する。これまで
、このような靭性低下を防止するためにC、Si *
Mn 、 Ni 、 Cr 1Mo# V 、 Nbな
どの元素を添加して改善を図ることは知られている。こ
れら元素の含有量は靭性低下に影響するので、式(1)
に示すCr当引により靭性低下を評価する。
するためである。火力発電用プラントや原子カプラント
などに使用される低合金鋼(例えば、5%Cr−No系
及び9 % Cr−Mo系)が長時間高温にさらされる
と、金属組織に変化を生じ、靭性が低下する。これまで
、このような靭性低下を防止するためにC、Si *
Mn 、 Ni 、 Cr 1Mo# V 、 Nbな
どの元素を添加して改善を図ることは知られている。こ
れら元素の含有量は靭性低下に影響するので、式(1)
に示すCr当引により靭性低下を評価する。
Cr当量(%)= Cr(%)+ 68i @)+ 4
Mo (%)+ 11 V(%)+ 5Nb (%)
−400@)−2Mn(%)−4NiS)−3ON(%
) −(1)第1図はこのCr当量と、550℃で10
時間加熱後の鋼の吸収エネルギーEおよび該加熱前の
鋼の吸収エネルギーE、の比との関係を示す。ここで、
吸収エネルギーとは、衝撃試験として鋼をハンマで叩い
たとき鋼の吸収したエネルギーを表わすもので、それが
大きいt′!!ど鋼の靭性が大きいことを表わしている
。現在の技術レベルでは一般に加熱後の靭性低下に対す
る許容値は与えられてい々い。ところで、他方、長時間
高温使用の前後における強度の比の許容値は設計上0,
1にとるのが安全であるとする考え方が高温機器におい
て一般に採用されている。そこで、強度につ込てのこの
考え方を靭性にも適用し、さらに金属組織的なばらつき
を考えれば、上記の吸収エネルギーの比の許容値を0.
15にとるのが安全と考えられる。この許容値を第1図
に点線で示した。加熱後の靭性要求に関する上記許容値
0.15を満足するCr当量は第1図によれば11−以
下と1st4以上である。
Mo (%)+ 11 V(%)+ 5Nb (%)
−400@)−2Mn(%)−4NiS)−3ON(%
) −(1)第1図はこのCr当量と、550℃で10
時間加熱後の鋼の吸収エネルギーEおよび該加熱前の
鋼の吸収エネルギーE、の比との関係を示す。ここで、
吸収エネルギーとは、衝撃試験として鋼をハンマで叩い
たとき鋼の吸収したエネルギーを表わすもので、それが
大きいt′!!ど鋼の靭性が大きいことを表わしている
。現在の技術レベルでは一般に加熱後の靭性低下に対す
る許容値は与えられてい々い。ところで、他方、長時間
高温使用の前後における強度の比の許容値は設計上0,
1にとるのが安全であるとする考え方が高温機器におい
て一般に採用されている。そこで、強度につ込てのこの
考え方を靭性にも適用し、さらに金属組織的なばらつき
を考えれば、上記の吸収エネルギーの比の許容値を0.
15にとるのが安全と考えられる。この許容値を第1図
に点線で示した。加熱後の靭性要求に関する上記許容値
0.15を満足するCr当量は第1図によれば11−以
下と1st4以上である。
他方、第2図は、Cr当量と550℃−t’IO’時間
加熱後の吸収エネルギーの値との関係を示す。高温で長
時間使用される鋼の靭性値としては例えば550℃で1
0 時間加熱後に少くとも1 kl −m以上の吸収エ
ネルギーを持つことが必要であると一般に言われている
。加熱後の靭性要求に関するこの最小吸収エネルギー値
1 kg −m を満足するCri量は第2図によれば
18%以下である。
加熱後の吸収エネルギーの値との関係を示す。高温で長
時間使用される鋼の靭性値としては例えば550℃で1
0 時間加熱後に少くとも1 kl −m以上の吸収エ
ネルギーを持つことが必要であると一般に言われている
。加熱後の靭性要求に関するこの最小吸収エネルギー値
1 kg −m を満足するCri量は第2図によれば
18%以下である。
従って靭性に関する上記二つの要求の両方を満足するC
r当量は11チ以下である。
r当量は11チ以下である。
次に第2の主な特徴であるMg添加にづいて説明すると
、Mgは脱酸効果が大きいので、鋼中の酸素量を抑える
ことを目的に添加される。
、Mgは脱酸効果が大きいので、鋼中の酸素量を抑える
ことを目的に添加される。
鋼中に含まれる酸素は、靭性に大きく影響する。
すなわち、鋼中の酸素が0.1−以上になると脆化が起
る。一方、脱酸効果元素として、代表的なものに81
、 Mn 、 kl 、 Ca e Ti 、 Mgな
どがある。
る。一方、脱酸効果元素として、代表的なものに81
、 Mn 、 kl 、 Ca e Ti 、 Mgな
どがある。
しかし、別の増加は鋼中のデルタフェライト量を促進さ
せる。AtはAt203の形で酸素と結合し、脱酸効果
は大きいが、非金属介在物が析出しゃすく靭性を低下さ
せる。Caは、組成が平衡に達する時間を短縮する効果
があるが、単独添加では脱酸効果が小さく、*z−ca
やCa−8lとの共存で脱酸に寄与するもので、単独で
は効果が少なく、また共存で効果が出ても脆く々る。T
iけTIC2として脱酸効果は太き込が、Tl添加によ
fi TIC2の他にTIN。
せる。AtはAt203の形で酸素と結合し、脱酸効果
は大きいが、非金属介在物が析出しゃすく靭性を低下さ
せる。Caは、組成が平衡に達する時間を短縮する効果
があるが、単独添加では脱酸効果が小さく、*z−ca
やCa−8lとの共存で脱酸に寄与するもので、単独で
は効果が少なく、また共存で効果が出ても脆く々る。T
iけTIC2として脱酸効果は太き込が、Tl添加によ
fi TIC2の他にTIN。
TICが鋼中に析出する。このようにTIは脱酸効果の
他に介在物を多く作り靭性を低下させるとともに溶接欠
陥発生の要因となる。また、TItZrtcbは結晶粒
度粗大化抑制元素としても寄与するが、介在物を作シや
すく、靭性の低下及び溶接欠陥発生の原因となシ、好ま
しくない。
他に介在物を多く作り靭性を低下させるとともに溶接欠
陥発生の要因となる。また、TItZrtcbは結晶粒
度粗大化抑制元素としても寄与するが、介在物を作シや
すく、靭性の低下及び溶接欠陥発生の原因となシ、好ま
しくない。
一方、Mgは脱酸材として効果が大きいとともに溶接性
を低下させることなく、靭性を向上させるには最も好ま
しい元素である。
を低下させることなく、靭性を向上させるには最も好ま
しい元素である。
次に本発明のマルテンサイト鋼におけるMg以外の成分
およびその含有範囲を定めた理由を述べるO Cは強度、靭性を向上させるの忙有効な成分で0、04
4以上必要であるが、0.15%を超えると溶接性の点
で好ましく力い。
およびその含有範囲を定めた理由を述べるO Cは強度、靭性を向上させるの忙有効な成分で0、04
4以上必要であるが、0.15%を超えると溶接性の点
で好ましく力い。
Stは一般に脱酸剤として添加されるものであるが、強
度の向上にも効果のある元素である。しかし溶接性、靭
性の点から上限は1.0%に抑えた。
度の向上にも効果のある元素である。しかし溶接性、靭
性の点から上限は1.0%に抑えた。
下限は脱酸ならびに強度低下をもたらすため0.2チと
した。
した。
Mnは脱酸剤及び加工性を向上させるが、多すぎると脆
化させるゆえに添加量は0.3〜1.5チである。
化させるゆえに添加量は0.3〜1.5チである。
Crは耐酸化性や高温強度を増大させる。4.0チ未満
では耐酸化性が劣シ、10%を超えると、溶接性が低下
し、さらに使用中脆化が著しくなる。
では耐酸化性が劣シ、10%を超えると、溶接性が低下
し、さらに使用中脆化が著しくなる。
N1Fi0.04%以上の添加によって鋼中のCr当量
を減少させ、フェライトの析出を抑えることによシ靭性
を向上させるが、しかし、x、o%’を超えると延性を
低下させる。このためNi含有量は0.04〜1.0%
の範囲とした。
を減少させ、フェライトの析出を抑えることによシ靭性
を向上させるが、しかし、x、o%’を超えると延性を
低下させる。このためNi含有量は0.04〜1.0%
の範囲とした。
Moは、マトリックス中忙固溶し、マトリックスを強化
させるとともに、炭化物を作シ高温強度を高める。多す
ぎると強化作用が不十分であシ、多すぎると加工性、靭
性を低下させる。したがってMo含有量は0.2〜3.
0%とした。
させるとともに、炭化物を作シ高温強度を高める。多す
ぎると強化作用が不十分であシ、多すぎると加工性、靭
性を低下させる。したがってMo含有量は0.2〜3.
0%とした。
■は0.05%以上の添加によって強度が向上する。し
かし、0.3%を超えると靭性を低下させる。
かし、0.3%を超えると靭性を低下させる。
したがってV含有量は0.05〜0.3%の範囲とした
O NbはCとの親和力が強く、炭化物を析出し高温強度の
向上に有効であるが、多すぎると組織を不安定化するた
め0.6%以下とした。
O NbはCとの親和力が強く、炭化物を析出し高温強度の
向上に有効であるが、多すぎると組織を不安定化するた
め0.6%以下とした。
本発明のマルテンサイト鋼は前記元素をそれぞれ前記の
特定範囲内の量において含有するFe合金であシ、シた
がって残部は実質的にFeからなるが、本発明のマルテ
ンサイト鋼の所定の効果を阻害しない程度の微量の不可
避元素が混在することはさしつかえない。
特定範囲内の量において含有するFe合金であシ、シた
がって残部は実質的にFeからなるが、本発明のマルテ
ンサイト鋼の所定の効果を阻害しない程度の微量の不可
避元素が混在することはさしつかえない。
本発明は4.0〜10%Cr 、 0.2〜3.0 %
Mo t−含むマルテンサイト鋼中に、特にMgt−特
定範囲量含有せしめた点、及び長時間高温にさらされた
場合、加熱後の靭性低下を防止するためCr当量を調整
し若しくは制限した成分系である点に特徴を有し、55
0℃の温度で10 時間使用しても1kg−mの高靭性
を有する。
Mo t−含むマルテンサイト鋼中に、特にMgt−特
定範囲量含有せしめた点、及び長時間高温にさらされた
場合、加熱後の靭性低下を防止するためCr当量を調整
し若しくは制限した成分系である点に特徴を有し、55
0℃の温度で10 時間使用しても1kg−mの高靭性
を有する。
以下、本発明の実施例を比較例と共に詳細に説明する。
第1表は供試鋼の化学組成を示す。第1表のうち、I6
.1〜A5は構造用鋼であり、A6は溶接金属である。
.1〜A5は構造用鋼であり、A6は溶接金属である。
表中A 1 、 A 2 、 A 3及び屋4の鋼は比
較例であシ、A5.A6は本発明実施例の鋼である。こ
れら全ての供試鋼は950℃×1h加熱後、空冷の焼入
れをしてから、750℃×1h加熱後、空冷の焼戻しを
されている。本発明実施例の鋼は全焼戻マルテンサイト
組織である。
較例であシ、A5.A6は本発明実施例の鋼である。こ
れら全ての供試鋼は950℃×1h加熱後、空冷の焼入
れをしてから、750℃×1h加熱後、空冷の焼戻しを
されている。本発明実施例の鋼は全焼戻マルテンサイト
組織である。
さて&1〜墓6の鋼について550℃X 10’ hの
加熱脆化を行い、その後、試験温度20℃で衝撃試験を
実施した。第1図及び第2図にその試験結果を示す。第
1図よシ明らかなように、550℃で加熱後の靭性要求
に対応する吸収エネルギー比の許容値0.15’i満足
するCr当量は11%以下(比較例/I61.A2及び
本発明実施例墓5及び屋6鋼がこれKあて#iまる)と
18%以上(比較例l64)である。比較例A3のCr
当量は16%、屋4のそれは19%である。A3は許容
値0.15を下期ル、ム4は第2図に示す550℃で1
04時間加熱後の最小吸収エネルギー値1 kll −
mを下期る。
加熱脆化を行い、その後、試験温度20℃で衝撃試験を
実施した。第1図及び第2図にその試験結果を示す。第
1図よシ明らかなように、550℃で加熱後の靭性要求
に対応する吸収エネルギー比の許容値0.15’i満足
するCr当量は11%以下(比較例/I61.A2及び
本発明実施例墓5及び屋6鋼がこれKあて#iまる)と
18%以上(比較例l64)である。比較例A3のCr
当量は16%、屋4のそれは19%である。A3は許容
値0.15を下期ル、ム4は第2図に示す550℃で1
04時間加熱後の最小吸収エネルギー値1 kll −
mを下期る。
し友がって本発明のCrd量に元素の含有量を調整すれ
ば長時間使用後も安全上問題となる脆化を生じないもの
となる。
ば長時間使用後も安全上問題となる脆化を生じないもの
となる。
以上の如く本発明のマルテンサイト鋼は通常の鋼に比べ
高温での長時間使用後にも靭性の優れた鋼であシ、例え
は火力発電プラントや原子カブランートにおける高温熱
交換器のチューブや管板など高温機器の材料として好適
なものである。
高温での長時間使用後にも靭性の優れた鋼であシ、例え
は火力発電プラントや原子カブランートにおける高温熱
交換器のチューブや管板など高温機器の材料として好適
なものである。
第1図はCr当量と550℃、104時間加熱後の吸収
エネルギー比の関係を示す図、第2図はCr当量と55
0℃、104時間加熱後の吸収エネルギー値の関係を示
す図である。 第1頁の続き ■発明者 土 井 裕 之 日立市幸町3丁目所内
エネルギー比の関係を示す図、第2図はCr当量と55
0℃、104時間加熱後の吸収エネルギー値の関係を示
す図である。 第1頁の続き ■発明者 土 井 裕 之 日立市幸町3丁目所内
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 重量でCO,04〜0.159b * Sl O,2〜
1.096− Mn0.3〜1.5 % 、 N10.
04〜1.0%p Cr 4.0〜10.0 fb *
Mo 0.2〜3.0%、 Mg 0.01〜0.31
を含有し、更に場合によッテV O,05〜0.3 %
第1びNb O,6%以下の少くとも1種を含有し、
残部が不可避元素を除いて実質的にFeからなシ、下式
で定義されるCr当量がiis以下に調整されているこ
とを特徴とする高靭性マルテンサイト鋼。 Cr当量(%)=Cr(1%)+681(%)−1−4
Mo(%)+oy(%)+ s Nb(%) −40C
(%)−2Mn(%)−4NI(%)−30N(%)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8805384A JPS60230964A (ja) | 1984-05-01 | 1984-05-01 | 高靭性マルテンサイト鋼 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8805384A JPS60230964A (ja) | 1984-05-01 | 1984-05-01 | 高靭性マルテンサイト鋼 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60230964A true JPS60230964A (ja) | 1985-11-16 |
| JPH0218377B2 JPH0218377B2 (ja) | 1990-04-25 |
Family
ID=13932092
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8805384A Granted JPS60230964A (ja) | 1984-05-01 | 1984-05-01 | 高靭性マルテンサイト鋼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60230964A (ja) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55110758A (en) * | 1979-02-20 | 1980-08-26 | Sumitomo Metal Ind Ltd | High temperature use chromium steel |
| JPS57164971A (en) * | 1981-03-31 | 1982-10-09 | Sumitomo Metal Ind Ltd | Austenite steel with superior strength at high temperature |
| JPS58141892A (ja) * | 1982-02-19 | 1983-08-23 | Sumikin Yousetsubou Kk | 9Cr―2Mo鋼用溶接材料 |
| JPS58181849A (ja) * | 1982-04-14 | 1983-10-24 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 高温用高クロム鋼 |
-
1984
- 1984-05-01 JP JP8805384A patent/JPS60230964A/ja active Granted
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55110758A (en) * | 1979-02-20 | 1980-08-26 | Sumitomo Metal Ind Ltd | High temperature use chromium steel |
| JPS57164971A (en) * | 1981-03-31 | 1982-10-09 | Sumitomo Metal Ind Ltd | Austenite steel with superior strength at high temperature |
| JPS58141892A (ja) * | 1982-02-19 | 1983-08-23 | Sumikin Yousetsubou Kk | 9Cr―2Mo鋼用溶接材料 |
| JPS58181849A (ja) * | 1982-04-14 | 1983-10-24 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 高温用高クロム鋼 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0218377B2 (ja) | 1990-04-25 |
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