JPS6147217B2 - - Google Patents
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- JPS6147217B2 JPS6147217B2 JP2543683A JP2543683A JPS6147217B2 JP S6147217 B2 JPS6147217 B2 JP S6147217B2 JP 2543683 A JP2543683 A JP 2543683A JP 2543683 A JP2543683 A JP 2543683A JP S6147217 B2 JPS6147217 B2 JP S6147217B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- steel
- strength
- amount
- toughness
- present
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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- Heat Treatment Of Strip Materials And Filament Materials (AREA)
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は高温におけるクリープ特性と溶接性、
靭性を同時に改良したCr鋼に係わるものであ
る。近年火力発電所の大型化に伴ない、ボイラー
が高温高圧化しつつあるが、550℃を超すとその
材料を選択するに当り、耐酸化性、高温強度の点
から通常の２1/4Cr−1Mo鋼からいきなり18−８
ステンレス鋼の如き高級鋼へと飛躍して使用され
ているのが現状である。 然しながらステンレス鋼管は低合金鋼にくらべ
著しくコストが高く、ボイラー建造費が高価につ
くために、材料上の問題からボイラーの使用温度
が逆に制限されて現在では蒸気温度566℃が上限
となつている。従つてボイラーの効率を高めるた
めには圧力を高めた超臨界圧ボイラーが使用され
ている。 ところで２1/4Cr−1Mo鋼とオーステナイトス
テンレス鋼の中間を埋めるための鋼材は過去数十
年模索されているがCr量が中間の5Cr，9Cr，
12Cr等のボイラー鋼管は強度を高めるとその溶
接性が悪化するため、研究はかなり行われたが、
ボイラーの施工上、作業能率を著るしく低下させ
るために実際には使用されていないのが実情であ
る。 このような観点から２1/4Cr−1Mo鋼とオース
テナイトステンレス鋼の中間を埋めるクリープ強
度を有する経済的鋼の出現が待ち望まれていた。 本発明はこのような事情にかんがみ、溶接性を
向上させてなおかつクリープ破断強度も従来材を
大巾に上廻る新しい鋼種を開発せんとして達成さ
れた鋼であり、その特徴とするところは溶接性向
上のためにＣ量をかなり低目にコントロールし、
強度は適正量のＶ，Nbの添加により、析出炭化
物の微細分散を利用することによつて確保してい
る。更に最大の特徴はSi量を0.095％以下に制限
することによつて靭性の飛躍的向上を図つたこと
である。またそれにともない強度が若干低下する
ことに対してＶによつて補償し、さらに多量のＶ
の添加は靭性を損うのでSi量に対するＶ量の上限
を定め、このようなSiとＶとの関係について相関
図を求めたことも本発明のもう一つの特徴であ
る。 本発明者らは上記事実にもとづいて新規な成分
のボイラ用鋼を開発することに成功したものであ
る。 本発明の成分範囲を示せば第１表の如くなる。 第１表 本発明鋼の成分範囲（重量％） Ｃ 0.03〜0.12％ Mn 0.1〜1.5％ Mo 1.6〜３％ Cr ６〜15％ Nb 0.005〜0.10％ Ｖ 0.10〜0.28％ Si 0.095％以下に制限 ＶとSiの関係第１図ABCDで囲まれる範囲 但し第１図において Ａ：Si0％，V0.28％ Ｂ：Si ０％，V0.16％ Ｃ：Si0.095％，V0.10％ Ｄ：Si0.095％，V0.18％ 残部 Feおよび不可避不純物 以下に本発明について詳細に説明する。 先ず本発明鋼に含まれる各成分の限定理由につ
いて述べるとＣは強度の保持に必要であるが、溶
接性の点から上限を0.12％とした。即ち後述する
Cr量との関係で、この種の鋼は非常に焼入性が
よく溶接熱影響部が著しく硬化し、溶接時低温割
れの原因となる。従つて溶接を完全に行うため
に、かなり高温の予熱を必要とし、ひいては溶接
作業性が著しく損われる。しかるにＣを0.12％以
下に保てば溶接熱影響部の最高硬さが低下し、溶
接割れの防止が容易に行いうるので上限を0.12％
とした。また下限についてはＣ量を0.03％未満に
するとクリープ破断強度の確保が困難になるので
下限を0.03％と定めた。 Mnは脱酸のためのみでなく強度保持上も必要
な成分である。上限を1.5％としたのはこれを超
すと靭性の点から好ましくないからであり、下限
は脱酸に必要な最少量として0.1％と定めた。 Moは固溶体硬化により、高温強度を顕著に高
める元素であるので使用温度、圧力を上昇させる
目的で添加するが、高価であることと溶接性、耐
酸化性を損なうので上限を３％とし、下限はクリ
ープ破断強度の向上に顕著な効果があるのは1.6
％以上からであるので1.6％と定めた。 Crは耐酸化性に不可欠の元素であり、耐熱鋼
には必らず添加されているが、その他に本発明で
はM23C6，M6C（但しＭは金属元素を指す）の微
細析出により高温強度を高めているので下限はそ
の析出効果が顕著となる６％とし、上限は溶接性
および靭性の点から15％と定めた。 Nbは熱処理時の析出物の分散状態を微細に保
ち、その後M23C6，M6Cを微細析出させることに
貢献する極めて重要な元素であるが0.005％未満
では効果がなく、また0.10％超では効果が飽和す
るので下限を0.005％、上限を0.10％と定めた。 ＶはMo同様素地に固溶しても析出物として析
出しても鋼の高温強度を著しく高める元素であ
る。特に析出の場合にはV4C3としての他M23C6，
M6CのＭの一部に入り、析出物の粗大化の抑制に
顕著な効果を示す。 ところで本発明においては靭性の飛躍的改良の
ためにSiを極めて低いレベルに抑えるため強度的
には若干低下する。そこで通常のSi含有量の場合
の強度レベルに保つためにはＶ量は0.1％以上を
必要とする。また、Ｖ量が0.28％を超えると折角
Si量を下げて靭性の改良を図つた効果がなくなる
ので上限を0.28％、下限を0.10％とした。 Siについては靭性におよぼす影響を調べたとこ
ろ、0.095％以下に抑えることにより急激に靭性
が改善されしかもその使用温度である600℃前後
の温度で長時間時効させてもほとんど脆化しない
という、これまで得られなかつた驚異的性質が得
られた。そこでSi量については0.095％以下に制
限することにした。 次にSi量とＶ量の関係を第１図Ａ（０，
0.28）、Ｂ（０，0.16）、Ｃ（0.095，0.10）、Ｄ
（0.095，0.18）の範囲に定めた理由は、先ず線分
CDはSiが0.095％の線であつて、先に述べたとお
りこれよりSi量を低く制限することによつて靭性
が飛躍的に向上するからである。Ｃ点の位置は
Si0.095％に対し高温強度的に最低必要量の0.1％
Ｖの点である。線分BCについてはSi量とＶ量の
関係からきまるものであつてSi量の低減による強
度低下とＶ量増大による強度上昇との釣り合う線
でこれより下側では通常Siレベルの鋼の強度が期
待出来ない。Ｂ点は上記直線とSi量０％の縦軸と
の交点であり、Si0％、V0.16％の位置である。Ｄ
点の位置はSi0.095％に対し、靭性を良好に保つ
ためのＶの上限0.18％の点である。線分ADにつ
いてはSi量とＶ量の関係からきまるものであつて
Si量の低減による効果とＶ量増大による悪影響と
の釣り合う線でこれより上側ではＶの悪影響が顕
著となつて望ましい靭性が期待出来ない。点Ａは
その境界線の延長とSi量０％の縦軸との交点であ
り、Si0％、V0.28％の点である。 なお本発明で云う不可避不純物とはNi，Cu，
Co，As，Sn，Sb，Ｐ，Ｓ，Ｂ等を指し、合計で
0.25％以内は含有されるものであつて、この程度
の含有量である限りは本来の材質に影響を与える
ものではない。 次に本発明鋼の効果を実施例について述べる。 第２表に供試鋼の化学組成、600℃、16Kg／mm2
の応力でのクリープ破断時間、破断伸び或いは
600℃、1000時間でのクリープ破断強度、溶接性
を表わす溶接時の予熱温度、600℃、1000時間時
効後の衝撃値、常温の引張り特性を示す。 第２表に示すもののうち、Ｈ，Ｉ，Ｌ，Ｍ，
Ｎ，Ｑ，鋼は本発明鋼であり、その他は比較鋼で
ある。 Ｃ鋼は通常低合金耐熱鋼として使用されている
２1/4Cr−1Mo鋼であり、Ａ鋼は更に耐高温腐食
性を向上させたボイラ熱交換器用合金鋼鋼管であ
るがクリープ破断強度が低いので、これを改良す
るために開発された鋼種がＢ鋼である。しかしな
がら、いずれにしても本発明鋼にくらべ、著しく
クリープ破断強度が低い。 Ｄ鋼は現在ドイツを中心にヨーロツパで石炭専
焼ボイラの過熱器管、再熱器管に使用されている
鋼種であるが、Ｃ量が本発明鋼にくらべ著しく高
いので溶接性、加工性に難点がある。 本発明鋼はこの点を改良するためＣ量を下げる
と共にNb，Ｖを複合添加して炭化物の析出、分
散を最良の状態に保つて強度を保証すると共にSi
量の低減によつて使用中脆化の軽減を計つた鋼で
ある。 Ｅ鋼は以前に開発された同種の開発鋼であり、
通常に靭性を備えているものである。Ｆ，Ｇ鋼は
Ｅ鋼にくらべ若干の靭性の向上を図つたものであ
るが、Si量の上限をはずれるものであつて飛躍的
な靭性の向上は得られていない。 Ｊ，Ｏ鋼は第１図BC線の下に位置するもので
あつて靭性の顕著な向上はあるもののクリープ破
断強度の低下が著るしい。 Ｋ，Ｐ鋼は第１図AD線の上側に位置するもの
であつて強度的には充分高いが、Si量は低くても
Ｖ量が高すぎるために靭性の向上がない。しかも
Ｐ鋼に至つては溶接性の点からも著しい低下があ
り本発明の目的にはずれている。 600℃におけるクリープ破断強度について本発
明鋼のＨ鋼、Ｍ鋼と市販の鋼とを比較したグラフ
を第２図に示すが、本発明鋼は既存のフエライト
系耐熱鋼であるドイツのX20CrMoV−121（比較
鋼Ｄ）と比較してかなりすぐれており、市販の２
1/4Cr−1Mo鋼（比較鋼Ｃ）、9Cr−1Mo鋼（比較
鋼Ａ）よりはるかに高い強度を有し、同一応力レ
ベルではかなり高い温度で使用できる。 【表】
靭性を同時に改良したCr鋼に係わるものであ
る。近年火力発電所の大型化に伴ない、ボイラー
が高温高圧化しつつあるが、550℃を超すとその
材料を選択するに当り、耐酸化性、高温強度の点
から通常の２1/4Cr−1Mo鋼からいきなり18−８
ステンレス鋼の如き高級鋼へと飛躍して使用され
ているのが現状である。 然しながらステンレス鋼管は低合金鋼にくらべ
著しくコストが高く、ボイラー建造費が高価につ
くために、材料上の問題からボイラーの使用温度
が逆に制限されて現在では蒸気温度566℃が上限
となつている。従つてボイラーの効率を高めるた
めには圧力を高めた超臨界圧ボイラーが使用され
ている。 ところで２1/4Cr−1Mo鋼とオーステナイトス
テンレス鋼の中間を埋めるための鋼材は過去数十
年模索されているがCr量が中間の5Cr，9Cr，
12Cr等のボイラー鋼管は強度を高めるとその溶
接性が悪化するため、研究はかなり行われたが、
ボイラーの施工上、作業能率を著るしく低下させ
るために実際には使用されていないのが実情であ
る。 このような観点から２1/4Cr−1Mo鋼とオース
テナイトステンレス鋼の中間を埋めるクリープ強
度を有する経済的鋼の出現が待ち望まれていた。 本発明はこのような事情にかんがみ、溶接性を
向上させてなおかつクリープ破断強度も従来材を
大巾に上廻る新しい鋼種を開発せんとして達成さ
れた鋼であり、その特徴とするところは溶接性向
上のためにＣ量をかなり低目にコントロールし、
強度は適正量のＶ，Nbの添加により、析出炭化
物の微細分散を利用することによつて確保してい
る。更に最大の特徴はSi量を0.095％以下に制限
することによつて靭性の飛躍的向上を図つたこと
である。またそれにともない強度が若干低下する
ことに対してＶによつて補償し、さらに多量のＶ
の添加は靭性を損うのでSi量に対するＶ量の上限
を定め、このようなSiとＶとの関係について相関
図を求めたことも本発明のもう一つの特徴であ
る。 本発明者らは上記事実にもとづいて新規な成分
のボイラ用鋼を開発することに成功したものであ
る。 本発明の成分範囲を示せば第１表の如くなる。 第１表 本発明鋼の成分範囲（重量％） Ｃ 0.03〜0.12％ Mn 0.1〜1.5％ Mo 1.6〜３％ Cr ６〜15％ Nb 0.005〜0.10％ Ｖ 0.10〜0.28％ Si 0.095％以下に制限 ＶとSiの関係第１図ABCDで囲まれる範囲 但し第１図において Ａ：Si0％，V0.28％ Ｂ：Si ０％，V0.16％ Ｃ：Si0.095％，V0.10％ Ｄ：Si0.095％，V0.18％ 残部 Feおよび不可避不純物 以下に本発明について詳細に説明する。 先ず本発明鋼に含まれる各成分の限定理由につ
いて述べるとＣは強度の保持に必要であるが、溶
接性の点から上限を0.12％とした。即ち後述する
Cr量との関係で、この種の鋼は非常に焼入性が
よく溶接熱影響部が著しく硬化し、溶接時低温割
れの原因となる。従つて溶接を完全に行うため
に、かなり高温の予熱を必要とし、ひいては溶接
作業性が著しく損われる。しかるにＣを0.12％以
下に保てば溶接熱影響部の最高硬さが低下し、溶
接割れの防止が容易に行いうるので上限を0.12％
とした。また下限についてはＣ量を0.03％未満に
するとクリープ破断強度の確保が困難になるので
下限を0.03％と定めた。 Mnは脱酸のためのみでなく強度保持上も必要
な成分である。上限を1.5％としたのはこれを超
すと靭性の点から好ましくないからであり、下限
は脱酸に必要な最少量として0.1％と定めた。 Moは固溶体硬化により、高温強度を顕著に高
める元素であるので使用温度、圧力を上昇させる
目的で添加するが、高価であることと溶接性、耐
酸化性を損なうので上限を３％とし、下限はクリ
ープ破断強度の向上に顕著な効果があるのは1.6
％以上からであるので1.6％と定めた。 Crは耐酸化性に不可欠の元素であり、耐熱鋼
には必らず添加されているが、その他に本発明で
はM23C6，M6C（但しＭは金属元素を指す）の微
細析出により高温強度を高めているので下限はそ
の析出効果が顕著となる６％とし、上限は溶接性
および靭性の点から15％と定めた。 Nbは熱処理時の析出物の分散状態を微細に保
ち、その後M23C6，M6Cを微細析出させることに
貢献する極めて重要な元素であるが0.005％未満
では効果がなく、また0.10％超では効果が飽和す
るので下限を0.005％、上限を0.10％と定めた。 ＶはMo同様素地に固溶しても析出物として析
出しても鋼の高温強度を著しく高める元素であ
る。特に析出の場合にはV4C3としての他M23C6，
M6CのＭの一部に入り、析出物の粗大化の抑制に
顕著な効果を示す。 ところで本発明においては靭性の飛躍的改良の
ためにSiを極めて低いレベルに抑えるため強度的
には若干低下する。そこで通常のSi含有量の場合
の強度レベルに保つためにはＶ量は0.1％以上を
必要とする。また、Ｖ量が0.28％を超えると折角
Si量を下げて靭性の改良を図つた効果がなくなる
ので上限を0.28％、下限を0.10％とした。 Siについては靭性におよぼす影響を調べたとこ
ろ、0.095％以下に抑えることにより急激に靭性
が改善されしかもその使用温度である600℃前後
の温度で長時間時効させてもほとんど脆化しない
という、これまで得られなかつた驚異的性質が得
られた。そこでSi量については0.095％以下に制
限することにした。 次にSi量とＶ量の関係を第１図Ａ（０，
0.28）、Ｂ（０，0.16）、Ｃ（0.095，0.10）、Ｄ
（0.095，0.18）の範囲に定めた理由は、先ず線分
CDはSiが0.095％の線であつて、先に述べたとお
りこれよりSi量を低く制限することによつて靭性
が飛躍的に向上するからである。Ｃ点の位置は
Si0.095％に対し高温強度的に最低必要量の0.1％
Ｖの点である。線分BCについてはSi量とＶ量の
関係からきまるものであつてSi量の低減による強
度低下とＶ量増大による強度上昇との釣り合う線
でこれより下側では通常Siレベルの鋼の強度が期
待出来ない。Ｂ点は上記直線とSi量０％の縦軸と
の交点であり、Si0％、V0.16％の位置である。Ｄ
点の位置はSi0.095％に対し、靭性を良好に保つ
ためのＶの上限0.18％の点である。線分ADにつ
いてはSi量とＶ量の関係からきまるものであつて
Si量の低減による効果とＶ量増大による悪影響と
の釣り合う線でこれより上側ではＶの悪影響が顕
著となつて望ましい靭性が期待出来ない。点Ａは
その境界線の延長とSi量０％の縦軸との交点であ
り、Si0％、V0.28％の点である。 なお本発明で云う不可避不純物とはNi，Cu，
Co，As，Sn，Sb，Ｐ，Ｓ，Ｂ等を指し、合計で
0.25％以内は含有されるものであつて、この程度
の含有量である限りは本来の材質に影響を与える
ものではない。 次に本発明鋼の効果を実施例について述べる。 第２表に供試鋼の化学組成、600℃、16Kg／mm2
の応力でのクリープ破断時間、破断伸び或いは
600℃、1000時間でのクリープ破断強度、溶接性
を表わす溶接時の予熱温度、600℃、1000時間時
効後の衝撃値、常温の引張り特性を示す。 第２表に示すもののうち、Ｈ，Ｉ，Ｌ，Ｍ，
Ｎ，Ｑ，鋼は本発明鋼であり、その他は比較鋼で
ある。 Ｃ鋼は通常低合金耐熱鋼として使用されている
２1/4Cr−1Mo鋼であり、Ａ鋼は更に耐高温腐食
性を向上させたボイラ熱交換器用合金鋼鋼管であ
るがクリープ破断強度が低いので、これを改良す
るために開発された鋼種がＢ鋼である。しかしな
がら、いずれにしても本発明鋼にくらべ、著しく
クリープ破断強度が低い。 Ｄ鋼は現在ドイツを中心にヨーロツパで石炭専
焼ボイラの過熱器管、再熱器管に使用されている
鋼種であるが、Ｃ量が本発明鋼にくらべ著しく高
いので溶接性、加工性に難点がある。 本発明鋼はこの点を改良するためＣ量を下げる
と共にNb，Ｖを複合添加して炭化物の析出、分
散を最良の状態に保つて強度を保証すると共にSi
量の低減によつて使用中脆化の軽減を計つた鋼で
ある。 Ｅ鋼は以前に開発された同種の開発鋼であり、
通常に靭性を備えているものである。Ｆ，Ｇ鋼は
Ｅ鋼にくらべ若干の靭性の向上を図つたものであ
るが、Si量の上限をはずれるものであつて飛躍的
な靭性の向上は得られていない。 Ｊ，Ｏ鋼は第１図BC線の下に位置するもので
あつて靭性の顕著な向上はあるもののクリープ破
断強度の低下が著るしい。 Ｋ，Ｐ鋼は第１図AD線の上側に位置するもの
であつて強度的には充分高いが、Si量は低くても
Ｖ量が高すぎるために靭性の向上がない。しかも
Ｐ鋼に至つては溶接性の点からも著しい低下があ
り本発明の目的にはずれている。 600℃におけるクリープ破断強度について本発
明鋼のＨ鋼、Ｍ鋼と市販の鋼とを比較したグラフ
を第２図に示すが、本発明鋼は既存のフエライト
系耐熱鋼であるドイツのX20CrMoV−121（比較
鋼Ｄ）と比較してかなりすぐれており、市販の２
1/4Cr−1Mo鋼（比較鋼Ｃ）、9Cr−1Mo鋼（比較
鋼Ａ）よりはるかに高い強度を有し、同一応力レ
ベルではかなり高い温度で使用できる。 【表】
第１図は本発明におけるＶ量とSi量の適正範囲
を示す図、第２図は本発明鋼と比較鋼の600℃に
おける応力−破断時間の関係を対比した線図であ
る。
を示す図、第２図は本発明鋼と比較鋼の600℃に
おける応力−破断時間の関係を対比した線図であ
る。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 重量％でC0.03〜0.12％、Mn0.1〜1.5％、
Mo1.6〜３％、Cr6〜15％、Nb0.005〜0.10％、
V0.10〜0.28％を含み、Siを0.095％以下に制限
し、且つＶ％とSi％との関係が第１図ABCDで囲
まれる範囲にあり、残部Feおよび不可避不純物
よりなることを特徴とする溶接性、靭性のすぐれ
たボイラ用鋼。 但し第１図において Ａ：Si ０％，V0.28％ Ｂ：Si ０％，V0.16％ Ｃ：Si0.095％，V0.10％ Ｄ：Si0.095％，V0.18％
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2543683A JPS59153865A (ja) | 1983-02-17 | 1983-02-17 | 溶接性，靭性のすぐれたボイラ用鋼 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2543683A JPS59153865A (ja) | 1983-02-17 | 1983-02-17 | 溶接性，靭性のすぐれたボイラ用鋼 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59153865A JPS59153865A (ja) | 1984-09-01 |
| JPS6147217B2 true JPS6147217B2 (ja) | 1986-10-17 |
Family
ID=12165934
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2543683A Granted JPS59153865A (ja) | 1983-02-17 | 1983-02-17 | 溶接性，靭性のすぐれたボイラ用鋼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59153865A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6029447A (ja) * | 1983-07-27 | 1985-02-14 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 高クロム耐熱鋼 |
-
1983
- 1983-02-17 JP JP2543683A patent/JPS59153865A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59153865A (ja) | 1984-09-01 |
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