JPS6362848A

JPS6362848A - 高強度低合金耐熱鋼

Info

Publication number: JPS6362848A
Application number: JP20680086A
Authority: JP
Inventors: Fujimitsu Masuyama; 不二光増山; Fumio Mitsuura; 満浦　不三男
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1986-09-04
Filing date: 1986-09-04
Publication date: 1988-03-19
Anticipated expiration: 2012-11-19
Also published as: JP2680567B2

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。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、高強度低合金耐熱鋼に関し、例えば、発電用
ボイラや化学プラントの熱交換器、配管等の鋼管材、高
温耐圧バルブ等の鋳鍛鋼品、高温で使用される吊金具、
支持材等の丸鋼、形鋼、鋼板等に適用される高強度低合
金耐熱鋼に関する。

〔従来の技術〕

従来、耐熱鋼としては、オーステナイト系ステンレス鋼
、　ｔａｒ鋼、　１２Ｃｒ鋼、　２　’ｙｇ　ｃｒ　−
ＩＭ。

鋼（５ＴＢＡ２４　）、１．５Ｘ以下のｃｒ　　を含有
する低合金鋼等がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記の従来の耐熱鋼の場合、約６００Ｃまでの高温で使
用することを条件とすると、次のような問題点がある。

１）オーステナイト系ステンレス鋼；高温強度、靭性、
加工性は良好であるが、使用環境によっては応力腐食割
れ、粒界腐食が生じる欠点がある。また、材料価格が高
い。

２）　　？Ｃｒ鋼及び１　Ｚ　ｃｒ　　鋼；種々の鋼種
があるが、８ＴＢＡ　２６　（９Ｃｒ　−ＩＭｏ鋼）や
ＤＩＮ規格Ｘ２０ＣｒＭｏＶｉ２１（？２Ｃｒ−ｊＭｏ
−Ｖ＠はＣ量が約０．１３−０．２５　ｗｔ％と高いた
めに１溶接割れが発生しやすく、また加工性が劣る。

最近開発された低Ｃ系で、■及びＮｂ　　を添加した９
Ｇｒ鋼及び１２０ｒ鋼は上記の高Ｃ系の鋼種に比べ、溶
接性及び高温強度とも改善されているが、２’ｙ（Ｃｒ
　−Ｉ　Ｍｏ鋼などの低合金鋼に比べ、熱伝導率が低く
、全般に溶接作業性が劣る。

３）　　２３（Ｃｒ　−Ｉ　ＭＯ鋼（５ＴＢＡ　２４　
）　；この鋼は約６００Ｃまで使用できる耐酸化性があ
り、ＳＴＢ＾２６を含めた低合金鋼の中では最も高温強
度が優れ、溶接性及び加工性が良好である。しかし、最
近開発された高強度の９Ｃｒ鋼及び１２Ｃ；ｒ鋼やオー
ステナイト系ステンレス鋼に比べ、高温強度が劣るため
、木調を使用する場合、６００Ｃ付近の設計温度では極
厚となり、配管等の大径管では、大きな熱応力が発生す
ることになる。

４）　　１．５％以下のｃｒを含有する低合金鋼；２Ｋ
Ｃｒ　−Ｉ　Ｍｏ鋼に比べて高温強度が低く、耐酸化性
が劣るため、使用限界温度が低い欠点がある。

本発明は、上記のような従来鋼種の欠点をなくし、約６
ｏａＣ″！での温度域で使用される安価な高強度鋼で、
基本的には従来の５ＴＢＡ　２４（２１ｃｒ−ｔｕｏ鋼
）の高温強度を大巾に改善し、約６ｏａＣ４でオーステ
ナイト系ステンレス鋼及び高強度ｑＣｒ鋼や１２Ｃｒ鋼
に代えて使用できるものを提供するものである。

従って、本発明では、熱伝導率が高く、溶接性、加工性
の優れた２　’ｙｉ　Ｃｒ　−Ｉ　ＭＯ鋼の特性をその
まま生かし、下記の高温強度を有する鋼を提供すること
を目標とする。

すなわち、これらの強度は従来鋼種である２！４０ｒ−
ＩＭｏ鋼のクリープ破断強度のデータバンドの上限値で
あシ、これ以上の強度を有する２３Ｃｒ−ＩＭｏ鋼であ
れば、従来のオーステナイト系ステンレス鋼、ｔＣｒ鋼
、１２Ｃｒ鋼に代えて約６０００まで使用できるもので
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、ｆｌ＋　　重量％でＣ０．０３〜０．１２％、Ｓｌく１
％、Ｍｎ　０．２〜１％、Ｐ　’：　０．０３％、Ｓ≦
０，０３　Ｘ。

Ｎ１り０．８％、Ｃａｒ　１−５〜３　Ｘ　％　Ｍｏ　
０．ｓ　〜１．５％、ｖ　０．ｏ　ｓ　〜ａ、ｓ　ｓ％
、Ｎｂ　０．０１〜０．１２Ｘ、　Ｎ　０．０１〜０．
０５Ｘ’ｉ含み、残部Ｆｅ及び不可避の不純物からなる
ことを特徴とする高強度耐熱鋼（２）　　重量％でｃ　０．ｏ　３〜０．１２％、ＳＬ
≦１５Ａ１Ｍｎ　０．２〜１％、ｐ−；０．０３％、Ｓ
＜０．０３Ｘ。

Ｎｌ　＜　０．８％、Ｃｒｌ、５〜３％、Ｍｏ　０．５
〜１．５％、Ｖ　０．０５〜０．３５％、Ｎｂ　０．０
１〜０．１２％、Ｎ　０．０１〜０．Ｕ５Ｘを含み、史
にＷＯ３５〜　１．５％、　８０．０００５〜０．０　
１　５　％、　ＡＩ！＜０．ＯＳ％、Ｔ１０．０５〜０
．２％の１種以上を含み、残部Ｆｅ　　及び不可避の不
純物からなることを特徴とする高強度耐熱鋼に関するものである。

本発明鋼の金属組織は、フェライト＋ベーナイトであシ
、通常の２！ｑＣｒ−１ＭＯ鋼に比べ、フェライトの量
が多い。このフェライト相内には微細なＶＮ析出物が生
成する。

また本発明鋼における成分範囲の限定理由は、次の通９
である。

１）ＣはＣｒ、Ｍ０．Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔ１とともに炭化
物を形成し、クリープ強度を上昇させる。しかし、０．
１２　ｗｔ％を越えると溶接割れが生じやすく、また却
ってクリープ強度を低下させることになる。一方、クリ
ープ強度上昇のためには０．０３　ｗｔ％以上が必要で
あり、これを下廻るとクリープ強度が低下する。従って
、０．０３〜０．１２　ｗｔ％とした。好ましくは０．
０５〜０．０９　ｗｔ％である。

２）Ｓｌ　　は、脱酸剤として用いられ、強度上昇、耐
酸化性向上に寄与するが、Ｉ　ｗｔＸを越えて添加する
と靭性が低下し、クリープ延性を低下させるので、１　
ｗｔ％以下とした。好ましくは０．２　ｗｔ％以下であ
る。

３）　　Ｍｎは、３１と同様に脱酸剤としての効果を有
し、焼入れ性を向上させるが、０．２ｗｔ％未満ではそ
の効果が少なく、また１　ｗｔＸを越えて添加すると脆
化しやすいので、０．２〜１ｗｔ％とじた。好ましくは
、０．４〜０．６　ｗｔＸである。

４）　　Ｐ及びＳは、不純物元素として靭性を低下させ
、機械的性質を劣化させるので、ともに０．０３ｗｔ％
以下とした。好ましくは、Ｐは０．０１　ｗｔ％以下、
Ｓは０．００５　ｗｔ％以下である。

５）Ｎ１　　は焼入れ性を向上させ、靭性を改善する元
素であるが、０．８　ｗｔＸを越えて添加すると硬化性
が大きくなり、溶接性が低下すると同時にクリープ破断
強度を低下させるので、０．８　ｗｔＸ以下とした。好
ましくは、０．ａｗｔｘ以下である。

６）　　ｃｒ　　は耐酸化性を高め、適正な量であれば
炭化物形成元素としてクリープ破断強度を高めるが、添
加量が多くなると熱伝導率が小さくなるとともに、却っ
てクリープ破断強度を低下させる。また、１．５ｗｔ％
を下根る量では耐酸化性の面から約ｂａｏｃ″′！で使
用することは困難になり、クリープ破断強度も低下する
。そこで、下限を１．５ｗｔ％、上限を５　ｖｒｔ％と
した。好ましくは１．８〜２．４％であり、最も好まし
くは下限と上限の中央である２、２５ｗｔ％であり、そ
れより±０．７５　ｗｔＸの範囲内では目的とする良好
な高温強度及び耐酸化性が得られる。

７）　　Ｍｏ　　は母地に固溶するとともに炭化物等の
析出物を形成してクリープ破断強度を高めるが、０．ｓ
ｗｔ％ｗｔＸは不十分であり、またＬ５　ｗｔＸを越え
て添加してもその効果は飽和し、靭性が低下してくる。

また、Ｍｏ　　の多量添加は熱間加工性を阻害するので
、成分範囲を０．５〜１．５　ｗｔＸとした。好ましく
は、０．７〜１．３　ｗｔＸである。

８）　　Ｖは炭化物を生成するとともに、Ｈと化合して
ＶＮがフェライト地中に析出し、クリープ破断強度全署
しく高める効果がある。その効果は０．ｏ　５　ｗｔＸ
以上で現われ、０．３５ｗｔ％を越えると溶接割れ感受
性を高め、溶接性が劣化する。従って、υ、０５〜０．
３５　ｗｔＸとした。

好ましくは、０．１５〜３　ｗｔＸである。

９）　　Ｎｂ　　は炭窒化物を生成し、短時間側のクリ
ープ破断強度を高め、■との複合添加によって、■炭窒
化物を微細に、また良好な分散状態で析出させる効果が
あ〕、その効果はα０１ｗｔ％以上で現われる。また、
０．１２　ｗｔＸを越えて添加しても、その効果は飽和
し、却って、長時間側のクリニブ破断強度を低下させる
原因となる。また、多量添加した場合には１８接性を低
下させる。従って、０，０１〜０．１２ｗｔ％を成分範
囲とした。好ましくは、０．０１〜０．０５　ｗｔＸで
ある。

１０）ＮはＣの代替元素としての役割りを果すとともに
、■及びＮｂ　　などと窒化物あるいは炭窒化物を形成
し、クリ−１？：ｉｊ、ｉＶ？強度を著しく上昇させる
。その効果は０．＋ｌ　１ｗｔ％未／Ａでは不十分であ
シ、０．ｏ　ｓ　ｗｔＸを越えて添加すると焼入れ硬化
性が高くなり、溶接性？阻害するので、範囲を０．０１
〜０．ｏ　５　ｗｔＸとじた。

好ま１７りは、０．０１〜０．０３　ｗｔＸである。

１１）Ｗは上記成分に加えて添加することにより、ＭＯ
の添加量を減じ、またＭＯとともにフェライト地に固溶
して高温強度を著しく高める。

その効果は、０．５　ｗｔ％未満では十分ではなく、ま
た１、５Ｗｔｚを越えて添加しても飽和する。

さらに、１．５ｗｔ％を越えて添加した場合、熱間加工
性を阻害し、靭性が低下する。

従って０．５〜１．５ｗｔ％とした。好壕しくは、０．
７〜４．２ｗｔ％である。

１２）Ｂは、粒界の強度を高める元素であり、クリープ
破断強度及び延性を上昇させる。その効果は０．０００
５　ｗｔ％未満では不十分であジ、０．０１５　ｗｔＸ
を越えて添加した場合、熱間加工性を阻害するとともに
、常温強度が高くなり、加工性を低下させる。従って、
０．ｏｏｏｓ〜０．０１５　ｗｔＸとした。好ましくは
０．００１〜０．００５．ｗｔＸである。

１３）　　ｋｌ　　は脱酸剤としても有効であるが、０
．０５ＷｔＸを越えて多量に含有した場合、結晶粒を小
さくし、クリープ破断強度を低下させる。

一方で、低温靭性を向上させる効果を有する。

従って、成分範囲はＵ、０５　ｗｔＸ以下とした。

好ましくは、０．０１５　ｗｔＸ以下である。

１４）τ１　は炭化物を形成しクリープ破断強度を上昇
させるが、その効果は０．ｏ　ｓ　ｗｔ％未満では十分
ではなく、また０、２　ＷｔＸを越えて添加した場合、
低温靭性を低下させる。従って、０．０５−０．２　ｗ
ｔＸとした。好ましくは、０．０５〜０．ｔ　ｗｔＸで
ある。

上記のＷ　、　Ｂ　、　Ａ／　、　Ｔｉは、本発明鋼に
おけるフェライトを安定化する効果がアリ、フェライト
地の強化析出物ＶＮの析出を促し、間接的に高温強度（
クリープ破断強度）を高めるのく役立つ。本発明では、
このＷ　、　Ｂ　、　ＡＩ！、　Ｔλを上記範囲内にお
いて１種以上を含有させる。

また、通常、２　ｑＣｒ　−Ｉ　Ｍｏ鋼は約９３０Ｃで
焼なまし処理をして使用されるが、上記組成の本発明鋼
の高温強度を一層上昇させるためには９００Ｃ以上の温
度での焼ならし、６８０Ｃ以上の温度での焼戻しが有効
である。すなわち、本発明鋼は基本的にＶ及びＮｂ　　
を含有しており、それらの炭窒化物の作用によって高温
強度を高めるものであシ、そのためＫは高温においてＶ
及びＮｂｔ−母地中に十分に固溶させる必要がある。９
００Ｃ未満の温度では、Ｖ及びＮｂ　　の固溶量は不十
分であり、高温強度が低下する。また、焼ならしのまま
では硬さが高く、靭性も低いので、十分に焼戻し、軟化
させる必要がある。

２５４ａｒ−１ｗｏ鋼では、応力除去焼鈍などの熱処理
は約ｙｕｏｃで行なわれるので、この温度を目安とし、
６８０ｔ：’以上を焼戻し温度としｆｃ。

また、これより低い温度では十分な軟化が得られない。

〔実施例〕

第１表に供試材の化学成分を示す。供試材は大気中高周
波溶解炉により各々５０ｋ）溶製した後、９５０〜ｔ１
００ｃの範囲で熱間鍛造し、断面が４０Ｘ２０ｍの棒に
仕上げた。

熱処理は、■１０５０Ｃ’ＡＣ＋７５ＤＣＡＣ。

■９５０ＣＡＣ＋７００ｔｌｌ’　　４０％　０９３　
ロＣＦＣの３通りとした。

試験片は上記棒状素材より鍛造方向に直角に採取し、常
温引張試験、６００Ｃでのクリープ破断試験及び２ｔＩ
ｖノツチシヤルピー衝撃試験をυＣで実施した。

第２表に試験結果を示すが、６００Ｃクリ−グ破断強度
は最長約８０００ｈまでの試験結果から内外挿により１
０３ｈ破断強度及びＩ　Ｑ’ｈ破断強度を求めた。

第２表から明らかなように、本発明鋼のクリーブ破断強
ｆｆＵ全て、第１．２表中比較鋼２人２Ｂとして示す従
来の５ＴＢＡ２４　（２３Ｃｒ−Ｉ　ＭＯ鋼）のデータ
バンドの上限値を上廻っており、本発明鋼がすぐれた高
温強度を有していることが確認できた。また、引張性質
及びシャルピン衝撃値も良好であった。

〔発明の効果〕

実施例で述べたように本発明鋼は、良好な機機的性質を
有すると同時に、６００Ｃにおいてれは、２５４　ｃｒ
−１ｕｏ鋼への各種合金元素、特にｖ、　Ｎｂ　　の添
加と、ｃ−ｉを２　’／４０ｒ　−Ｉ　Ｍｏ鋼より低く
したことによって得られたものである。

０合を低くすることは、溶接性向上の面からも効果的で
あり、これによって予熱、後熱処理を省略することも可
能である。また、焼戻し＠度を６８０Ｃ以上、より好ま
しくは７ｏｏｃ以上とすれば、軟化が良好とな９、加工
性も良好となる。

復代理人　内　１）　　明復代理人　萩　原　亮　− 復代理人　安　西　篤　夫

Claims

【特許請求の範囲】

（１）重量％でＣ０．０３〜０．１２％、Ｓｉ≦１％、
Ｍｎ０．２〜１％、Ｐ≦０．０３％、Ｓ≦０．０３％、
Ｎｉ≦０．８％、Ｃｒ１．５〜３％、、Ｍｏ０．５〜１
．５％、Ｖ０．０５〜０．３５％、Ｎｂ０．０１〜０．
１２％、Ｎ０．０１〜０．０５％を含み残部Ｆｅ及び不
可避の不純物からなることを特徴とする高強度耐熱鋼。
（２）重量％でＣ０．０３〜０．１２％、Ｓｉ≦１％、
Ｍｎ０．２〜１％、Ｐ≦０．０３％、Ｓ≦０．０３％、
Ｎｉ≦０．８％、Ｃｒ１．５〜３％、Ｍｏ０．５〜１．
５％、Ｖ０．０５〜０．３５％、Ｎｂ０．０１〜０．１
２％、Ｎ０．０１〜０．０５％を含み、更にＷ０．５〜
１．５％、Ｂ０．０００５〜０．０１５％、Ａｌ≦０．
０５％、Ｔｉ０．０５〜０．２％の１種以上を含み、残
部Ｆｅ及び不可避の不純物からなることを特徴とする高
強度耐熱鋼。