JPH02145751A

JPH02145751A - Ｃｒ合金鋼

Info

Publication number: JPH02145751A
Application number: JP29605388A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Yamada; 政之山田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-11-25
Filing date: 1988-11-25
Publication date: 1990-06-05

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】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）この発明は１例えばタービンケーシング、蒸気弁、高速
増殖炉等の圧力容器等に適用される場合。

クリープラブチャ、脆化等の諸特性を一段と高めるよう
改良を加えたＣｒ合金鋼に関する。

（従来の技術）例えば、蒸気タービン装置では、ランキンサイクルの下
で再熱再生方式が採用され、出力増加が図られており、
その意図に沿うよう使用する蒸気条件も主蒸気温度５３
８℃、再熱蒸気温度５６６℃、蒸気圧２４６ｋｇ／−の
ものが使用されている。

このため、従来機では、蒸気条件に見合う強度が保証さ
れるように材質が選定されており、例えばボイラからタ
ービンに蒸気を送る主蒸気管は、合金鋼やＩ　Ｃｒ　　
Ｉ　Ｍｏ　　４　Ｖ合金鋼を使用している。

ところが、電力需要増と相まって出力効率の増加を目ざ
すこの種分野では、さらに従来機に使用されている蒸気
条件を今−歩アツブさせた、いわゆる超々臨界圧プラン
トの出現が求められ、かような要求を満たす材料の研究
開発が進められている。

（発明が解決しようとする課題）かかる動向の中で、この種分野が、従来機に用いるＣｒ
合金鋼をそのまま横すべりにすると、従来機とくらべて
大幅な肉厚の増加はまぬがれず、容易の厚肉化によって
器内外に温度差が生じ好ましくない現象があられれてい
る。例えば、器内外に温度差が生じると、局所的に過度
な熱応力があられれ、ましでは頻繁な起動・停止の運転
が繰返されると、過度な熱応力に重量された熱疲労があ
られれて材料の耐久性が低下する不具合を備えている。

かような不具合は、材料の金属組織変化によるところが
大きな原因であるだけに、金属組織の安定したＣｒ合金
鋼の出現が求められている。さらに、高速増殖炉の分野
でも従来のオーステナイト系ステンレス鋼に代わる熱伝
導性の高いＣｒ合金鋼の出現が求められている。

この発明は、かような事情にもとづいてなされてもので
、使用する蒸気条件が今以上にアップしても、それに適
用できるように材料の耐久性に改良を加えたＣｒ合金鋼
ならびに熱伝導性の高いＣｒ合金鋼を開示することを目
的とする。

〔発明の構成〕

（ｆａ題を解決するための手段）Ｃｒ合金鋼にかかる発明の第１は、重量比で、Ｃ０．０
５〜０．２０％、Ｓｉ　０．１０％以下、Ｍｎ　０．３
％以下、Ｎｉ　１．０％以下、Ｃｒ　８．０〜９．５％
、　　Ｍｏ　０．５〜１．５％、Ｖ０．１５〜０．３０
％、Ｎｂ　０．０５〜０．１５％、Ｎ０．０３〜０．０
８％、Ｐ　０．００５％以下、Ｓ　０．００５％以下、
残部Ｆ６および付随的不純物からなる組成のＣｒ合金鋼
にしたものである。

第２の発明は、重量比で、Ｃ０，０５〜０．２０％、Ｓ
ｉ０．１０％以下、Ｍｎ　０．３％以下、Ｎｉ　１．０
％以下、Ｃｒ８．０〜９．５％、Ｍｏ　０．５〜１．５
％、Ｖ０．１５〜０．３０％、Ｎｂ　０．０５−０．１
５％、Ｎ０．０３〜０．０８％、残部Ｆｅおよび付随的
不純物からなる組成に、重量比で０．２〜２．０％のＷ
を添加する構成にしたものである。

上記組成の量的限定理由は以下の通りである。

Ｃ（炭素）：Ｃは、焼入時におけるオーステナイト相を安定にし、さ
らに炭化物を生成してクリープラブチャ強度を高めるよ
うにしており、そのためには０．０５％以−には必要で
ある。しかし、　０．２０％を越えると炭化物が過剰に
なり、逆にクリープラブチャ強度が低下する。したがっ
て、Ｃは０．０５〜０．２０％にする。

Ｃｒ　（クロム）：Ｃｒは、高温環墳中での酸化を防止するとともに、クリ
ープラブチャ強度の向上を図るのに必要な元素である。

この目的のためには８．０％以上の添加が必要であるが
、９．５％　を越えると延・靭性が低下する。よって、
　Ｃｒの量は８．０〜９，５％とする。

Ｎｏ　（モリブデン）：ＭＯは、クリープラブチャ強度の向上を図るために有効
な元素であり、そのためには０．５％以上の添加が必要
である。しかし、１．５％　を越えるとデルタフェライ
トを生成し、クリープラブチャ強度や靭性の低下をきた
すので、０．５〜１．５％とする。

■（バナジウム）： ■は、クリープラブチャ強度を向上させるのに有効な元
素である。そのためには０．１５％以上の添加が必要で
あるが、　０．３０％を越えるとデルタフェライトを生
成し易くなるので、　０．１５〜０．３０％とする。

Ｎｂにオーダ）：Ｎｂは、結晶粒を微細化して、延性、靭性を増す作用が
ある。さらに、Ｎｂは、炭化物、炭窒化物を形成し、マ
トリックス中に微細に分散析出して、クリープ特性を著
しく改善する。これらの効果を得るためには、少なくと
も０．０５％以上の添加が必要であるが、０．１５％を
越えると、デルタフェライトを生成し、また、炭化物が
粗大に析出して好ましくない。よって、添加量は０．０
５〜０．１５％とする。

Ｎ（窒素）：Ｎは、フェライト相の生成を抑制するのに有効であり、
またＮｂの炭窒化物を形成するのに必要な元素である。

この目的のためには、０．０３％以上の添加が必要であ
るが、０．０８％を越えると、延・靭性が低下するので
、０．０３〜０．０８％とする。

Ｍｎ　（マンガン）：本発明の特徴とするＭｎに関しては、従来、その脱硫作
用および残存するフリーなＳを抑制することを目的に０
．５％程度添加されていた。しかし、炉外精錬を適用す
ることにより、Ｓを０．００２％前後まで低減させるこ
とが可能となり、Ｍｎ添加が不要となる。Ｓの低減化に
伴ってＭｎＳの非金属介在物も極めて少なくなり、清浄
度が向上し、延・靭性が改善され、その結果として低サ
イクル疲労強度が向上する。そのため、Ｍｎは０．３０
％以下とする。

ところで、　Ｍｎは焼入性を向上させるため、圧力容器
のような大型肉厚構造材では、中心まで均質な強度を得
るのに重要な元素であると考えられていたが、　Ｍｎを
０．３０％以下として、５００■厚の肉厚材を模擬して
実験を行った結果、中心部まで従来と同様の強度が得ら
れ、焼入性という観点からは、低Ｍｎでも何ら問題のな
いことが判明した。この中心部におけるかたさおよび結
晶粒度のＭｎ含有量に対する変化の様子を第１図に示し
である。

ＳＬ　（ケイ素）：Ｓｉは、従来、脱酸のために添加されていたが、真空鋳
込、真空カーボン脱酸を適用することにより、その必要
性がなくなり、また、非金属介在物を形成して、延・靭
性を損うことや、経年的な脆化を促進することから、極
力含有量を低減するのが望ましい、しかしながら、現状
の精錬技術を以ってしては不可避的に微量が残存するこ
とから、０．１０％以下とする。

Ｐ　（リン）：Ｐは、クリープラブチャ強度や延性の低下に直接関与す
る元素であるとともに、溶接性も低下させるため、可能
な限り、低減するのが望ましい。

しかしながら、現状の精錬技術を以ってしては、不可避
的に微量が残存することから、０．００５％以下とする
。

Ｓ　（硫黄）：Ｓも、Ｓｉと同様に、特にクリープ延性を損う作用があ
る。可能な限り低減するのが望ましい。しかしながら、
現状の精錬技術を以ってしては、不可避的に微量が残存
することから、０．ｏｏｓ％以下とする。

Ｎｉ　にッケル）：Ｎｉは、オーステナイト生成元素であり、焼入時のオー
ステナイト相を安定にし、デルタフェライトの生成を防
止するのに有効であるが、多く添加しすぎると、クリー
プラブチャ強度が低下し、また、Ａｅｘ変態点が低下す
るため、１．０％以下とする。

Ｗ（タングステン）：Ｗは、　Ｍｏと同様に、クリープラブチャ強度を向上さ
せる作用があり、このためには０．２％を越える添加が
必要であるが、２．０％　を越えると、デルタフェライ
トを生成し、延・靭性の低下、クリープラブチャ強度の
低下を生ずるため、添加量は。

０．２〜２．０％とする。

こうして元素の選定ならびに各元素の重量比を定めるこ
とによって、適用分野に対してその品質保証が発揮され
る。

（実施例）この発明にかかるＣｒ合金鋼の一実施例を詳述する。

第１表は、この発明にかかる’Ｃｒ合金鋼と従来のＣｒ
合金鋼とを比較した組成の重量比である。

（以下余白）上記組成のＣｒ合金鋼を作製するには、原料を上記重量
比に配合して、高周波真空溶解炉で溶解後、金型に鋳込
んでインゴットを得た。このインゴットの表面を機械加
工で削り落した後、重油炉に装入し、１２００℃に加熱
してハンマ鍛造を行ない、直径６０ｍｍの丸棒に鍛伸し
た。

こうして得られた丸棒を、電気炉において１０５０℃に
３時間加熱保持し、しかる後、室温まで空冷を行なった
。その後、電気炉にて７５０℃に８時間加熱して焼戻し
だ、この熱処理を終えた各素材を２群に分け、そのうち
１群については、そのまま機械加工して試験片を作製し
、引張試験、シャルピー衝撃試験、クリープラブチャ試
験および低サイクル疲労試験を実施した。残る１群につ
いては。

熱処理後、５５０℃の電気炉にて１０，０００時間加熱
した後、機械加工して試験片を作製し、シャルピー衝撃
試験を実施した。これらの結果を第２表に示す。

引張試験は、室温で実施した。クリープラブチャ試験は
温度、応力の異なる２条件で行ない、ラブチャ時間、破
断伸び、破断絞りについても第２表の中に示した。さら
に、シャルピー衝撃試験は一１００℃から＋１００℃ま
での範囲で複数の温度で実施し、破面遷移温度（ＦＡＴ
Ｔ）を求めた。

第２表に示した試験結果から、本発明にがかるＣｒ合金
鋼である実施例１〜６は、比較例１・〜４に比べ、クリ
ープラブチャ強度が格段に優れていることが明らかであ
る。特に、低Ｐ化し、Ｗを添加した実施例３〜５で、特
に顕著である。また。

５５０℃にて、ｉ０．ｏｏｏ時間加熱した後のＦＡＴＴ
の変化、ΔＦＡＴＴ　（加熱材のＦＡＴＴ−非加熱材の
ＦＡＴＴ）をみると、比較例１〜４はいずれも、３６℃
以上の上昇がみられるのに対して、実施例１〜６はＳｉ
、ｉｌが０．０３〜０．０５％であるため、　ＦＡＴＴ
の上昇は５〜１２℃にとどまっており、経年脆化が低く
抑えられている。

さらに、５５０℃で、全ひずみ範囲、Δεｔが　１．０
％の場合の低サイクル疲労試験における亀裂発生回数は
、実施例２〜５で増加しており、特に、ＳＬ＋　Ｍｎ、
　Ｓの低減化による低サイクル疲労強度の改善が認めら
れる。

〔発明の効果〕

以上の説明から、この発明では耐久性あるいは熱伝導率
を高めるため、好ましい元素選定の下、重量比を適正に
定めたＣｒ合金鋼にしたもので、この種分野の適用にあ
たってその信頼性が一段と高まることが期待できる。

【図面の簡単な説明】

図面は、　Ｍｎの重量比増加量に対するビッカースかた
さおよび結晶粒度の関係を示すグラフである。代理人　弁理士　則　近　憲　佑同　　第子丸　健

Claims

【特許請求の範囲】

（１）重量比で、Ｃ０．０５〜０．２０％、Ｓｉ０．１
０％以下、Ｍｎ０．３％以下、Ｎｉ１．０％以下、Ｃｒ
８．０〜９．５％、Ｍｏ０．５〜１．５％、Ｖ０．１５
〜０．３０％、Ｎｂ０．０５〜０．１５％、Ｎ０．０３
〜０．０８％、Ｐ０．００５％以下、Ｓ０．００５％以
下、残部Ｆｅおよび付随的不純物からなるＣｒ合金鋼。
（２）重量比で、Ｃ０．０５〜０．２０％、Ｓｉ０．１
０％以下、Ｍｎ０．３０％以下、Ｎｉ１．０％以下、Ｃ
ｒ８．０〜９．５％、Ｎｏ０．５〜１．５％、Ｖ０．１
５〜０．３０％、Ｎｂ０．０５〜０．１５％、Ｎ０．０
３〜０．０８％、残部Ｆｅおよび付随的不純物からなる
組成に、重量比で０．２〜２．０％のＷを添加したこと
を特徴とするＣｒ合金鋼。