JP2687067B2 - 優れたクリープ強度と良好な加工性を有する高Ｃｒフェライト鋼板の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、火力発電、化学プラン
ト等に用いられる高Ｃｒフェライト鋼板において、優れ
たクリープ強度と良好な加工性を付与する製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】９〜１２％Ｃｒを含有する高Ｃｒフェラ
イト鋼板は、通常熱間圧延の後、１０００℃以上の高温
で焼ならしあるいは焼入れ（以下単に焼ならし）され、
所定の強度に焼もどして使用される。この場合、焼なら
し温度が高いほど、焼もどし後のクリープ強度が向上す
ることが知られている。このため、圧延での高温加熱を
焼ならし温度とみなし、熱間圧延後に焼ならしすること
なく、直接Ａｃ₁未満の温度で焼もどすことが行われ
る。このような方法は特開平２−１８２８２６号公報等
で知ることができる。

【０００３】上記の方法では、高いクリープ強度を得る
ことができるものの、常温での強度が上昇し、通常の焼
もどしでは冷間加工に適した７７ｋｇｆ／ｍｍ² 以下の
強度とすることが困難であった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、熱間圧延
し、３００℃以下に冷却した後に焼ならしを行わず、焼
もどす工程において、優れたクリープ強度と良好な加工
性を両立させた高Ｃｒフェライト鋼板の製造方法を提供
することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、高Ｃｒフ
ェライト鋼板を圧延後、３００℃以下に冷却し、焼もど
しを行う工程において、クリープ強度と加工性を支配す
る常温での引張強さについて種々検討した結果、化学成
分と圧延プロセスの組合せを制限することにより、優れ
たクリープ強度と良好な靱性を工業的に両立できる条件
を見出した。

【０００６】本発明はこの知見に基づきなされたもので
あり、その要旨とするところは下記のとおりである。 （１） 重量％にて、 Ｃ ：０．０５〜０．１５％、 Ｓｉ：０．０１〜０．５％、 Ｍｎ：０．１〜１％、 Ｃｒ：８〜１３％、 Ｍｏ：０．７〜１．５％、 Ｖ ：０．０５〜０．２５％、 Ｎｂ：０．０１〜０．１５％、 Ａｌ：０．００５〜０．０５％、 Ｎ ：０．００５〜０．１％ を含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋼を、
１１００℃以上の温度に加熱し、表面が９５０℃以上の
温度域で圧延を開始し、同温度が７５０℃以上で圧延を
終了し、３００℃以下まで冷却の後、Ａｃ₁ 〜Ａｃ₁ ＋
４０℃での加熱を行い、次いでＡｃ ₁ 以下での焼もどし
を行うことを特徴とする優れたクリープ強度と良好な加
工性を有する高Ｃｒフェライト鋼板の製造方法。

【０００７】（２） 重量％にて、さらに Ｗ ：０．２〜２．０％ を含み、Ｍｏが０．７〜１．５％に代えてＭｏ＋（Ｗ／
２）が０．７％以上１．５％以下である前項１記載の優
れたクリープ強度と良好な加工性を有する高Ｃｒフェラ
イト鋼板の製造方法。

【０００８】

【作用】以下、本発明についてさらに詳細に説明する。
０．１０％Ｃ−０．２５％Ｓｉ−０．５２％Ｍｎ−８．
９３％Ｃｒ−０．９７％Ｍｏ−０．２１％Ｖ−０．０６
７％Ｎｂ−０．０１２％Ａｌ−０．０５４％Ｎを含み、
残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる８０ｍｍ厚の鋼
スラブを用い、１２５０℃に加熱の後、１０５０℃から
圧延を開始し、８００℃で圧延を終了した。圧延後の板
厚は１２ｍｍとした。スラブ温度は幅射温度計により測
定した。圧延後、３００℃以下まで冷却した後、種々の
温度で３０分の加熱を行い、常温での引張強さおよび６
５０℃−１０００時間でのクリープ破断強度を求めた。
結果を図１および図２に示す。

【０００９】図１に示すように、引張強さは８００℃ま
での加熱温度の上昇に伴い低下するが、８００℃以上の
加熱温度では上昇し、加工性の観点から必要な７７ｋｇ
ｆ／ｍｍ² 以下に低下することができない。また、クリ
ープ破断強度は８２０℃辺りから低下する傾向を有す
る。図２には、上記のように種々の温度で加熱した後、
一旦冷却し、７５０℃で３０分の焼もどしを追加した場
合の結果を示す。常温での引張強さはＡｃ₁に相当する
８３０℃以上で７７ｋｇｆ／ｍｍ² 以下を満足する。し
かしながら、クリープ破断強度は最初の加熱温度がＡｃ
₁を過ぎても開発目標とする１２ｋｇｆ／ｍｍ² 以上を
有しており、Ａｃ₁＋４０℃に相当する８７０℃まで低
下しない。

【００１０】このことから、第１段の加熱をＡｃ₁〜Ａ
ｃ₁＋４０℃で行い、次いでＡｃ₁以下の温度で焼もどし
を行うことにより、クリープ破断強度と加工性を両立す
る高Ｃｒフェライト鋼板を製造することができる。上記
の理由については以下のように考えられる。最初の加熱
温度が８００℃以上で引張強さが上昇するのは、局部的
な偏析も含め、この加熱温度で一部分がオーステナイト
化し、加熱後の冷却でマルテンサイトとなるためであ
る。この冷却は水冷でも空冷でも良い。このマルテンサ
イト化は、板厚が薄いために冷却速度が速くなることに
よっても助長される。また、マルテンサイト組織を含む
ことにより、その高い転位密度によりクリープ破断強度
が低下する。

【００１１】これに対し、Ａｃ₁以下の温度で焼もどす
ことにより、マルテンサイトが焼もどされて引張強さが
低下するとともに、クリープ破断強度に有害な転位密度
が低下し、クリープ破断強度も減少しない。しかし、第
１段の加熱温度が高すぎ、Ａｃ₁＋４０℃を超えるとマ
ルテンサイトの分率が高くなりすぎ、Ａｃ₁以下の焼も
どしを追加しても回復が困難となるものである。

【００１２】次に、成分元素の限定理由について述べ
る。Ｃは常温および高温での強度を高めるのに有効な元
素であり、高Ｃｒフェライト鋼として要求される強度レ
ベルから、少なくても０．０５％を必要とする。しか
し、Ｃ量の増加とともに、鋼材の靱性が低下し、溶接性
も悪くなるため、上限を０．１５％とする。

【００１３】Ｓｉは脱酸および強度上昇のため０．０１
％以上添加するが、添加量が多いと靱性を低下するた
め、上限を０．５％とする。ＭｎはＳを固定し、強度を
高めるのに有効な元素であるが、添加量が多いとクリー
プ破断強度を低下するため、０．１〜１％とする。Ｃｒ
は焼入れ性を増すとともに、焼もどしおよび溶接後熱処
理で炭窒化物を析出し、高温強度を向上させる。またＣ
ｒは密着性の良い酸化皮膜を形成し、耐酸化性を向上さ
せるため、８％以上添加する。しかし、１３％超の添加
は反応容器用鋼では不必要なため、上限を１３％とす
る。

【００１４】Ｍｏは高温強度、特にクリープ破断強度を
増すために添加する。しかし、０．７％未満の添加では
効果が顕著でなく、１．５％超では効果が飽和し、場合
によってはδフェライトを生成し、クリープ強度を低下
するため、添加量を０．７〜１．５％とする。Ｖはそれ
自体炭窒化物を形成し、強度を上昇するとともに、Ｃｒ
の炭窒化物に固溶し、Ｃｒ炭窒化物をさらに安定化する
効果がある。しかし、０．０５％未満では効果が認めら
れず、０．２５％超では効果が飽和し、添加量に応じた
効果が得られないため、０．０５〜０．２５％とする。

【００１５】Ｎｂは焼もどしあるいは溶接後熱処理時に
安定な炭窒化物を形成し、またＶの炭窒化物と複合析出
し、鋼のクリープ破断強度を向上させる効果を有する。
このため、０．０１％以上を添加するが、０．１５％超
では添加量に見合った効果が得られないため、経済的な
観点から０．１５％以下に限定する。Ａｌは鋼の脱酸に
不可欠な元素であり、この目的から０．００５％以上を
添加する。しかし、Ａｌ添加量が高くなるとクリープ破
断強度を害するため添加の上限を０．０５％とする。

【００１６】ＮはＣと同様、鋼の強度を上昇させるが、
通常の溶製方法では０．１％を超える添加で鋼塊内に気
孔を形成する。気孔が圧延によっても未圧着であると、
延性および靱性を低下させるため、添加量を０．１％以
下とする。また、Ｎ量が０．００５％未満では、添加に
よる強度上昇効果が認められないため、添加量を０．０
０５〜０．１％とする。

【００１７】本発明は以上の元素を基本成分として含む
が、さらにＷの添加が有効である。ＷはＭｏと同様にク
リープ破断強度の向上に有効な元素であり、必要に応じ
てＭｏと同時添加して使用することができる。この場合
０．２％未満では添加効果が明瞭でなく、２．０％超で
は添加効果が飽和する。また、Ｍｏ＋（Ｗ／２）が０．
７％未満ではクリープ破断強度向上効果が十分でなく、
１．５％を超えるとδフェライトの生成により却ってク
リープ破断強度が低下する。このため、さらにＷを０．
２〜２．０％添加する場合には、Ｍｏが０．７〜１．５
％に代えてＭｏ＋（Ｗ／２）が０．７〜１．５％となる
ように添加量を調整する。

【００１８】次に、素材の製造条件について述べる。前
記のような化学成分を有する鋼は転炉、電気炉で溶製し
た後、必要に応じて取鍋精練や真空脱ガス処理を施して
得られ、通常鋳型あるいは一方向凝固鋳型で造塊した
後、分塊工程でスラブとされる。またスラブは連続鋳造
法により溶鋼から直接製造しても良い。分塊での均熱・
圧下はいかなるものであっても構わない。即ち、スラブ
を冷却した後均熱してもよく、分塊のまま熱片で均熱炉
に装入しても良い。１０００〜１３００℃で均熱の後、
圧延または鍛造によりスラブとする。スラブ厚は製品板
厚の２倍以上が好ましい。

【００１９】スラブは鋼に含有されるＮｂの一部あるい
は全部が固溶する温度で加熱されることが不可欠であ
る。したがって、１１００℃以上の温度に加熱する。し
かし、１２８０℃を超えると、オーステナイト粒が粗大
化しすぎ、圧延によっても微細化できなくなることがあ
るため、１２８０℃以下が好ましい。加熱されたスラブ
はクレーン、テーブルローラー等により圧延機まで搬送
され、複数パスの熱間圧延により所定の板厚に圧延され
る。圧延開始温度はスラブ表面温度が９５０℃以上とす
る。この温度未満では未再結晶圧延となり、γ粒が伸長
するのみで細粒化が実現しない。また、圧延終了温度は
７５０℃以上とする。この温度より圧延終了温度が低下
すると、組織の異方性が大きくなり、靱性が却って低下
するため、上記の様に７５０℃以上に制限する。

【００２０】圧延終了後はマルテンサイト変態温度であ
る約３００℃以下まで冷却する。冷却は空冷でもよく、
水冷等の加速冷却を採用してもよい。冷却した熱延板
は、既に述べたように焼もどしを含む二段階の加熱によ
り所定の強度に調整する。本発明の高Ｃｒフェライト鋼
のＡｃ₁温度は概ね８３０〜８５０℃であり、焼もどし
はこの温度以下とする。

【００２１】

【実施例】表１に示す化学組成を有する鋼を用い、表２
に示す製造条件で熱間圧延し、一旦３００℃以下まで冷
却した後、熱処理を施して製品とした。得られた鋼板か
らサンプルを切り出し、常温引張試験により引張強さ、
シャルピー衝撃試験でのｖＴｒｓを求めるとともに、６
００℃−２１ｋｇｆ／ｍｍ² でのクリープ破断時間を測
定した。結果を併せて表２に示す。

【００２２】

【表１】

【００２３】

【表２】

【００２４】鋼番１Ｂおよび５Ｂは熱間圧延後Ａｃ₁以
下での焼もどし処理のない鋼板であり、本発明法で製造
した１Ａあるいは５Ａと比較してクリープ破断時間が短
く、引張強さが冷間加工に望ましい７７ｋｇｆ／ｍｍ²
以下を満たさない。鋼板２Ｂおよび８Ｂでは圧延での加
熱温度が１１００℃より低く、２Ａあるいは８Ａと比較
してクリープ破断時間が短い。

【００２５】鋼板３Ｂおよび７Ｂでは圧延終了温度が７
５０℃より低く、鋼板３Ａあるいは７Ａと比較してクリ
ープ破断時間が短いばかりでなく、靱性も劣る。鋼板４
Ｂおよび６Ｂでは圧延開始温度が低すぎるため、クリー
プ破断時間は鋼板４Ａあるいは６Ａと比べて若干短い程
度であるが、靱性が悪い。このように、本発明法により
製造したＡシリーズの鋼板は常温での加工性に支配的な
常温引張強さが７７ｋｇｆ／ｍｍ² 以下であり、加工性
が良好であるばかりでなく、クリープ破断強度および靱
性が良好である。

【００２６】

【発明の効果】本発明による高Ｃｒフェライト鋼板は優
れたクリープ強度と靱性を有するばかりでなく、良好な
加工性を有しており、高温高圧で使用される火力発電や
化学プラント用として極めて有用なものであり、工業上
価値が大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１段加熱温度と６００℃−２１ｋｇｆ／ｍｍ
² でのクリープ破断時間および常温での引張強さの関係
を示す図である。

【図２】図１に示す第１段の加熱の後７５０℃−３０分
の焼もどしを実施した場合の、第１段加熱温度と６００
℃−２１ｋｇｆ／ｍｍ² でのクリープ破断時間および常
温での引張強さの関係を示す図である。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％にて、 Ｃ ：０．０５〜０．１５％、 Ｓｉ：０．０１〜０．５％、 Ｍｎ：０．１〜１％、 Ｃｒ：８〜１３％、 Ｍｏ：０．７〜１．５％、 Ｖ ：０．０５〜０．２５％、 Ｎｂ：０．０１〜０．１５％、 Ａｌ：０．００５〜０．０５％、 Ｎ ：０．００５〜０．１％ を含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋼を、
   １１００℃以上の温度に加熱し、表面が９５０℃以上の
   温度域で圧延を開始し、同温度が７５０℃以上で圧延を
   終了し、３００℃以下まで冷却の後、Ａｃ₁ 〜Ａｃ₁ ＋
   ４０℃での加熱を行い、次いでＡｃ ₁ 以下での焼もどし
   を行うことを特徴とする優れたクリープ強度と良好な加
   工性を有する高Ｃｒフェライト鋼板の製造方法。
2. 【請求項２】 重量％にて、さらに Ｗ ：０．２〜２．０％ を含み、Ｍｏが０．７〜１．５％に代えてＭｏ＋（Ｗ／
   ２）が０．７％以上１．５％以下である請求項１記載の
   優れたクリープ強度と良好な加工性を有する高Ｃｒフェ
   ライト鋼板の製造方法。