JP2808048B2 - 高強度フェライト系耐熱鋼 - Google Patents
高強度フェライト系耐熱鋼Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、すぐれた高温クリープ
強度と十分な常温靱性を有する高強度フェライト系耐熱
鋼に関し、さらに詳しくはボイラ用鋼管用鋼等に係わる
ものである。
強度と十分な常温靱性を有する高強度フェライト系耐熱
鋼に関し、さらに詳しくはボイラ用鋼管用鋼等に係わる
ものである。
【０００２】
【従来の技術】最近、熱効率を向上させる観点から、火
力発電においては蒸気条件の高温高圧化が進められ、例
えば、蒸気条件を現行の５３８℃／２４６kgf/cm2 から
５９３℃／３１６kgf/cm2 に引き上げようとする計画が
推進されている。このような動向にともない、ボイラ管
などの材料選択にあたっては耐酸化性と高温強度の観点
から、現在使われている２・1/4Cr-Mo鋼は適用できなく
なる。一方、１８−８オーステナイト系耐熱鋼の適用が
考えられるが、コストアップなどの問題がある。したが
って、この二者の間に位置する高強度高靱性のフェライ
ト系耐熱鋼の開発が望まれている。
力発電においては蒸気条件の高温高圧化が進められ、例
えば、蒸気条件を現行の５３８℃／２４６kgf/cm2 から
５９３℃／３１６kgf/cm2 に引き上げようとする計画が
推進されている。このような動向にともない、ボイラ管
などの材料選択にあたっては耐酸化性と高温強度の観点
から、現在使われている２・1/4Cr-Mo鋼は適用できなく
なる。一方、１８−８オーステナイト系耐熱鋼の適用が
考えられるが、コストアップなどの問題がある。したが
って、この二者の間に位置する高強度高靱性のフェライ
ト系耐熱鋼の開発が望まれている。
【０００３】他方、このような用途にこれまで９Cr−１
Mo鋼及び９Cr−２Mo鋼などの高クロムフェライト系耐熱
鋼も用いられてきたが、これらは何れも上記の蒸気条件
ではクリープ破断強度が不足するので適用できない。な
お、其他の関連技術として、すでに特開昭６２−２９７
４３５号、特開昭６２−２９７４３６号、特開昭６３−
８９６４４号の各公報などに記載のものがある。
Mo鋼及び９Cr−２Mo鋼などの高クロムフェライト系耐熱
鋼も用いられてきたが、これらは何れも上記の蒸気条件
ではクリープ破断強度が不足するので適用できない。な
お、其他の関連技術として、すでに特開昭６２−２９７
４３５号、特開昭６２−２９７４３６号、特開昭６３−
８９６４４号の各公報などに記載のものがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は以上のような
要望に応えるために、超々臨界圧ボイラ用鋼管などの鋼
素材として使用できるような高強度高靱性を有するフェ
ライト系耐熱鋼を提供することを目的としている。
要望に応えるために、超々臨界圧ボイラ用鋼管などの鋼
素材として使用できるような高強度高靱性を有するフェ
ライト系耐熱鋼を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は上述の目的を達
成するために、合金成分の最適化をはかり、MoよりＷを
積極的に利用し、Coの添加などにより、すぐれた高温強
度と十分な常温靱性を有する高強度フェライト系耐熱鋼
を得た。すなわち、本発明の要旨とするところは、下記
のとおりである。
成するために、合金成分の最適化をはかり、MoよりＷを
積極的に利用し、Coの添加などにより、すぐれた高温強
度と十分な常温靱性を有する高強度フェライト系耐熱鋼
を得た。すなわち、本発明の要旨とするところは、下記
のとおりである。
【０００６】（１） 重量％で、 Ｃ：0.05〜0.15％未満 Si：0.20％以下 Mn：0.05〜1.50％ Cr：8.00〜13.00％ Ni：1.00％以下 Mo：0.50％未満 Ｗ：2.00％超〜3.50％ Ｖ：0.10〜0.30％ Nb：0.01〜0.15％ Co：1.00％超〜2.00％ Ｎ：0.01〜0.10％ を含有し、残部がＦｅ及び不可避の不純物よりなり、δ
フェライトの発生を抑制するとともに、クリープ強度の
低下を阻止した、すぐれた高温強度と十分な常温靱性を
有する高強度フェライト系耐熱鋼。
フェライトの発生を抑制するとともに、クリープ強度の
低下を阻止した、すぐれた高温強度と十分な常温靱性を
有する高強度フェライト系耐熱鋼。
【０００７】（２） 重量％で、 Ｃ：0.05〜0.15％未満 Si：0.20％以下 Mn：0.05〜1.50％ Cr：8.00〜13.00％ Ni：1.00％以下 Mo：0.50％未満 Ｗ：2.00％超〜3.50％ Ｖ：0.10〜0.30％ Nb：0.01〜0.15％ Co：1.00％超〜2.00％ Ｂ：0.0010〜0.0100％ Ｎ：0.01〜0.10％ を含有し、残部がＦｅ及び不可避の不純物よりなり、δ
フェライトの発生を抑制するとともに、クリープ強度の
低下を阻止した、すぐれた高温強度と十分な常温靱性を
有する高強度フェライト系耐熱鋼。
フェライトの発生を抑制するとともに、クリープ強度の
低下を阻止した、すぐれた高温強度と十分な常温靱性を
有する高強度フェライト系耐熱鋼。
【０００８】
【作用】以下、本発明の各成分の限定理由について説明
する。Ｃは主にＭＣ（Ｍは合金元素を指す、以下も同
じ）及びＭ23Ｃ6 型の炭化物として析出し、強度及び靱
性に大きな影響を有する。０．０５％未満では析出量が
少なく、強化に不十分であり、０．１５％以上では靱性
が低下するとともに、炭化物の凝集粗大化が促進され、
高温長時間側のクリープ破断強度を低下させるので、
０．０５〜０．１５％未満に限定する。
する。Ｃは主にＭＣ（Ｍは合金元素を指す、以下も同
じ）及びＭ23Ｃ6 型の炭化物として析出し、強度及び靱
性に大きな影響を有する。０．０５％未満では析出量が
少なく、強化に不十分であり、０．１５％以上では靱性
が低下するとともに、炭化物の凝集粗大化が促進され、
高温長時間側のクリープ破断強度を低下させるので、
０．０５〜０．１５％未満に限定する。
【０００９】Siは強度に及ぼす影響が小さいが、０．２
０％超を添加すると、Ｌａｖｅｓ相の析出を促進して靱
性を低下させるので、０．２０％以下に限定する。Mnは
δフェライトの生成を抑制する効果を有する。最低０．
０５％が必要であるが、１．５０％を超えると高温強度
を低下させるので、上限は１．５０％とした。
０％超を添加すると、Ｌａｖｅｓ相の析出を促進して靱
性を低下させるので、０．２０％以下に限定する。Mnは
δフェライトの生成を抑制する効果を有する。最低０．
０５％が必要であるが、１．５０％を超えると高温強度
を低下させるので、上限は１．５０％とした。
【００１０】Crは高温耐酸化性を確保する上で必要不可
欠な元素であり、Ｍ23Ｃ6 型炭化物を析出させる効果も
ある。８．００％未満では高温での耐酸化性が不足し、
高温強度も低下する。一方、１３．００％超ではδフェ
ライトの抑制が困難で、強度と靱性が損なわれるので、
８．００〜１３．００％に限定する。Niはオーステナイ
ト生成元素であり、δフェライトを抑制する効果を有
し、靱性にも有益な影響を及ぼす。しかし１．００％超
では析出物の凝集粗大化をきたし、長時間側のクリープ
破断強度が低下するので、１．００％以下とした。
欠な元素であり、Ｍ23Ｃ6 型炭化物を析出させる効果も
ある。８．００％未満では高温での耐酸化性が不足し、
高温強度も低下する。一方、１３．００％超ではδフェ
ライトの抑制が困難で、強度と靱性が損なわれるので、
８．００〜１３．００％に限定する。Niはオーステナイ
ト生成元素であり、δフェライトを抑制する効果を有
し、靱性にも有益な影響を及ぼす。しかし１．００％超
では析出物の凝集粗大化をきたし、長時間側のクリープ
破断強度が低下するので、１．００％以下とした。
【００１１】Moは固溶体強化をもたらすと同時に、Ｍ23
Ｃ6 を安定化させ、高温強度を向上させる。Ｗの添加量
と関連して、０．５０％以上ではδフェライトの生成を
促進すると同時に、Ｍ6 ＣとＬａｖｅｓ相の析出及び凝
集粗大化を促進するので、０．５０％未満とした。Ｗは
固溶体強化とＭ23Ｃ6 の微細析出の効果を奏すると同時
に、炭化物の凝集粗大化を抑制し、高温長時間側のクリ
ープ破断強度の向上に極めて有効である。最低２．００
％超が必要であるが、３．５０％を超えるとδフェライ
ト及び粗大なＬａｖｅｓ相が生成しやすくなり、高温強
度と靱性を低下させるため、２．００％超〜３．５０％
とした。
Ｃ6 を安定化させ、高温強度を向上させる。Ｗの添加量
と関連して、０．５０％以上ではδフェライトの生成を
促進すると同時に、Ｍ6 ＣとＬａｖｅｓ相の析出及び凝
集粗大化を促進するので、０．５０％未満とした。Ｗは
固溶体強化とＭ23Ｃ6 の微細析出の効果を奏すると同時
に、炭化物の凝集粗大化を抑制し、高温長時間側のクリ
ープ破断強度の向上に極めて有効である。最低２．００
％超が必要であるが、３．５０％を超えるとδフェライ
ト及び粗大なＬａｖｅｓ相が生成しやすくなり、高温強
度と靱性を低下させるため、２．００％超〜３．５０％
とした。
【００１２】Ｖは微細な炭窒化物として析出し、高温強
度を高める働きをする。０．１０％未満では効果が小さ
く、０．３０％超ではＶ（Ｃ、Ｎ）の粗大化を招くだけ
ではなく、Ｍ23Ｃ6 として析出し得るＣ量を減少させ、
逆に高温強度を低下させるので、０．１０〜０．３０％
に限定する。Nbは炭窒化物として析出し、強度を高める
のに有効である。最低０．０１％が必要であるが、０．
１５％を超えて添加すると焼ならし温度ではマトリック
スに完全に溶けきれず、十分な強化効果が得られないの
で、０．０１〜０．１５％に限定する。
度を高める働きをする。０．１０％未満では効果が小さ
く、０．３０％超ではＶ（Ｃ、Ｎ）の粗大化を招くだけ
ではなく、Ｍ23Ｃ6 として析出し得るＣ量を減少させ、
逆に高温強度を低下させるので、０．１０〜０．３０％
に限定する。Nbは炭窒化物として析出し、強度を高める
のに有効である。最低０．０１％が必要であるが、０．
１５％を超えて添加すると焼ならし温度ではマトリック
スに完全に溶けきれず、十分な強化効果が得られないの
で、０．０１〜０．１５％に限定する。
【００１３】ＮはNb、ＶおよびCrなどと結合して窒化物
または炭窒化物を析出させ、高温強度を高める重要な元
素の一つである。最低０．０１％で有効であるが、０．
１０％を超えると窒化物の粗大化と靱性の低下をもたら
すだけではなく、製造上でも困難であるため、０．０１
〜０．１０％に限定する。Coの利用は本発明の特徴の一
つである。Coはオーステナイト生成元素であり、機械的
性質を損なうδフェライトの生成を抑制する効果を有す
る。また、Coは鋼のＡc1変態温度を降下させる効果が小
さいため、靱性と延性の確保のための高い温度での焼も
どしができる。一方、添加量が、１．００％以下よりも
１．００％超の方がクリープ破断強度の向上代が大き
く、２．００％を超えるとコストの面では不利となり、
２．００％以下に限定する。
または炭窒化物を析出させ、高温強度を高める重要な元
素の一つである。最低０．０１％で有効であるが、０．
１０％を超えると窒化物の粗大化と靱性の低下をもたら
すだけではなく、製造上でも困難であるため、０．０１
〜０．１０％に限定する。Coの利用は本発明の特徴の一
つである。Coはオーステナイト生成元素であり、機械的
性質を損なうδフェライトの生成を抑制する効果を有す
る。また、Coは鋼のＡc1変態温度を降下させる効果が小
さいため、靱性と延性の確保のための高い温度での焼も
どしができる。一方、添加量が、１．００％以下よりも
１．００％超の方がクリープ破断強度の向上代が大き
く、２．００％を超えるとコストの面では不利となり、
２．００％以下に限定する。
【００１４】Ｂは粒界強化およびＭ23（Ｃ、Ｂ）6 など
として析出強化の効果があり、高温強度を向上する。
０．００１０％未満では効果が小さく、０．０１００％
超では粗大なＢ含有相を生じさせる傾向にあり、また脆
化が起こりやすくなるため、０．００１０〜０．０１０
０％と限定する。
として析出強化の効果があり、高温強度を向上する。
０．００１０％未満では効果が小さく、０．０１００％
超では粗大なＢ含有相を生じさせる傾向にあり、また脆
化が起こりやすくなるため、０．００１０〜０．０１０
０％と限定する。
【００１５】
【実施例】表１に示す化学組成を有する本発明鋼（No.
２、３、５、６）と比較鋼鋼（No. １、４、７、８，
９）を真空誘導溶解炉にて各２０kgのインゴットに溶製
し、熱延によって厚さ１５mmの板とした後、１０６０℃
×６０min の焼ならし、７８０℃×６０min の焼もどし
を施した。このように用意した試料を６００℃、２５kg
f/mm2 と６５０℃、１２kgf/mm2 の２条件においてクリ
ープ破断試験を行い、また６００℃にて３０００時間時
効後２０℃においてシャルピー衝撃試験を行った。その
結果を表２に示す。表２から明らかなように、６００
℃、２５kgf/mm2においては本発明鋼のクリープ破断時
間が比較鋼（No.８、９）の２〜４倍以上であり、６５
０℃、１２kgf/mm2 の高温長時間側においてはその差が
さらに大きく、本発明鋼は比較鋼の４〜７倍以上の破断
時間を示している。なお、本発明鋼は６００℃、３００
０時間時効後２０℃でのシャルピー吸収エネルギーが比
較鋼と同程度であり、すぐれた高温強度を有すると同時
に、高い常温靱性が保たれている。なお、比較鋼（No．
１、４、７）は、Co含有量が１．００％以下のもので、
クリープ破断強度が相対的に１．００％超のものより短
い。
２、３、５、６）と比較鋼鋼（No. １、４、７、８，
９）を真空誘導溶解炉にて各２０kgのインゴットに溶製
し、熱延によって厚さ１５mmの板とした後、１０６０℃
×６０min の焼ならし、７８０℃×６０min の焼もどし
を施した。このように用意した試料を６００℃、２５kg
f/mm2 と６５０℃、１２kgf/mm2 の２条件においてクリ
ープ破断試験を行い、また６００℃にて３０００時間時
効後２０℃においてシャルピー衝撃試験を行った。その
結果を表２に示す。表２から明らかなように、６００
℃、２５kgf/mm2においては本発明鋼のクリープ破断時
間が比較鋼（No.８、９）の２〜４倍以上であり、６５
０℃、１２kgf/mm2 の高温長時間側においてはその差が
さらに大きく、本発明鋼は比較鋼の４〜７倍以上の破断
時間を示している。なお、本発明鋼は６００℃、３００
０時間時効後２０℃でのシャルピー吸収エネルギーが比
較鋼と同程度であり、すぐれた高温強度を有すると同時
に、高い常温靱性が保たれている。なお、比較鋼（No．
１、４、７）は、Co含有量が１．００％以下のもので、
クリープ破断強度が相対的に１．００％超のものより短
い。
【００１６】
【表１】
【００１７】
【表２】
【００１８】
【発明の効果】以上の如く、本発明によりすぐれたクリ
ープ破断強度と良好な靱性を有する高強度フェライト系
耐熱鋼の供給が可能となり、火力発電の分野のみなら
ず、原子力発電、化学工業など多くの分野への適用が期
待され、産業界に対し貢献するところが極めて大きい。
ープ破断強度と良好な靱性を有する高強度フェライト系
耐熱鋼の供給が可能となり、火力発電の分野のみなら
ず、原子力発電、化学工業など多くの分野への適用が期
待され、産業界に対し貢献するところが極めて大きい。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三村 裕幸 神奈川県相模原市淵野辺５−10−１ 新 日本製鐵株式会社 第２技術研究所内 (72)発明者 藤田 利夫 東京都文京区向丘１丁目14の４ (56)参考文献 特開 昭63−89644（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−69948（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C22C 38/00
Claims (2)
- 【請求項１】 重量％で、 Ｃ：0.05〜0.15％未満 Si：0.20％以下 Mn：0.05〜1.50％ Cr：8.00〜13.00％ Ni：1.00％以下 Mo：0.50％未満 Ｗ：2.00％超〜3.50％ Ｖ：0.10〜0.30％ Nb：0.01〜0.15％ Co：1.00％超〜2.00％ Ｎ：0.01〜0.10％ を含有し、残部がＦｅ及び不可避の不純物よりなり、δ
フェライトの発生を抑制するとともに、クリープ強度の
低下を阻止した、すぐれた高温強度と十分な常温靱性を
有する高強度フェライト系耐熱鋼。 - 【請求項２】 重量％で、 Ｃ：0.05〜0.15％未満 Si：0.20％以下 Mn：0.05〜1.50％ Cr：8.00〜13.00％ Ni：1.00％以下 Mo：0.50％未満 Ｗ：2.00％超〜3.50％ Ｖ：0.10〜0.30％ Nb：0.01〜0.15％ Co：1.00％超〜2.00％ Ｂ：0.0010〜0.0100％ Ｎ：0.01〜0.10％ を含有し、残部がＦｅ及び不可避の不純物よりなり、δ
フェライトの発生を抑制するとともに、クリープ強度の
低下を阻止した、すぐれた高温強度と十分な常温靱性を
有する高強度フェライト系耐熱鋼。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3146346A JP2808048B2 (ja) | 1991-06-18 | 1991-06-18 | 高強度フェライト系耐熱鋼 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3146346A JP2808048B2 (ja) | 1991-06-18 | 1991-06-18 | 高強度フェライト系耐熱鋼 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04371552A JPH04371552A (ja) | 1992-12-24 |
| JP2808048B2 true JP2808048B2 (ja) | 1998-10-08 |
Family
ID=15405633
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3146346A Expired - Lifetime JP2808048B2 (ja) | 1991-06-18 | 1991-06-18 | 高強度フェライト系耐熱鋼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2808048B2 (ja) |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH083697A (ja) * | 1994-06-13 | 1996-01-09 | Japan Steel Works Ltd:The | 耐熱鋼 |
| CN1075563C (zh) * | 1994-07-06 | 2001-11-28 | 关西电力株式会社 | 铁素体系耐热钢的制造方法 |
| JP3480061B2 (ja) * | 1994-09-20 | 2003-12-15 | 住友金属工業株式会社 | 高Ｃｒフェライト系耐熱鋼 |
| WO1996025530A1 (fr) * | 1995-02-14 | 1996-08-22 | Nippon Steel Corporation | Acier ferritique thermoresistant a haute durete non sujet a la fragilisation due au depot des composes intermetalliques |
| JPH08218154A (ja) * | 1995-02-14 | 1996-08-27 | Nippon Steel Corp | 耐金属間化合物析出脆化特性の優れた高強度フェライト系耐熱鋼 |
| AT408350B (de) * | 1995-04-03 | 2001-10-25 | Japan Steel Works Ltd | Hitzebeständiger stahl |
| JP3310825B2 (ja) * | 1995-07-17 | 2002-08-05 | 三菱重工業株式会社 | 高温用蒸気タービンロータ材 |
| JP3358951B2 (ja) * | 1996-09-10 | 2002-12-24 | 三菱重工業株式会社 | 高強度・高靱性耐熱鋳鋼 |
| JP3245097B2 (ja) * | 1997-01-08 | 2002-01-07 | 三菱重工業株式会社 | 高温用蒸気タービンロータ材 |
| JPH10245658A (ja) * | 1997-03-05 | 1998-09-14 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 高Ｃｒ精密鋳造材及びタービン翼 |
| JP4221518B2 (ja) * | 1998-08-31 | 2009-02-12 | 独立行政法人物質・材料研究機構 | フェライト系耐熱鋼 |
| JP2005076062A (ja) * | 2003-08-29 | 2005-03-24 | National Institute For Materials Science | 高温ボルト材 |
| WO2017104815A1 (ja) | 2015-12-18 | 2017-06-22 | 新日鐵住金株式会社 | フェライト系耐熱鋼用溶接材料、フェライト系耐熱鋼用溶接継手及びフェライト系耐熱鋼用溶接継手の製造方法 |
| JP7140207B2 (ja) | 2018-12-05 | 2022-09-21 | 日本製鉄株式会社 | フェライト系耐熱鋼溶接継手の製造方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60155648A (ja) * | 1984-01-25 | 1985-08-15 | Nippon Kokan Kk <Nkk> | 高靭性フエライト系耐熱鋼 |
| JPS6169948A (ja) * | 1984-09-12 | 1986-04-10 | Nippon Steel Corp | 高強度フエライト系耐熱鋼 |
| JPS6389644A (ja) * | 1986-10-03 | 1988-04-20 | Nippon Steel Corp | 高強度フエライト系ボイラ鋼管用鋼 |
-
1991
- 1991-06-18 JP JP3146346A patent/JP2808048B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04371552A (ja) | 1992-12-24 |
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