JPH02197550A - 高純度耐熱鋼 - Google Patents
高純度耐熱鋼Info
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- JPH02197550A JPH02197550A JP1628189A JP1628189A JPH02197550A JP H02197550 A JPH02197550 A JP H02197550A JP 1628189 A JP1628189 A JP 1628189A JP 1628189 A JP1628189 A JP 1628189A JP H02197550 A JPH02197550 A JP H02197550A
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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。
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〕
本発明は超々臨界圧蒸気タービンのタービンロータ軸等
に用いられる優れた高温クリープ破断強さと優れた靭性
とを兼ね備えた高純度耐熱鋼に関する。
に用いられる優れた高温クリープ破断強さと優れた靭性
とを兼ね備えた高純度耐熱鋼に関する。
近年、大型火力発電プラントの熱効率の向上のために、
主蒸気温度の上昇を図フた超々臨界圧蒸気タービンが開
発されている。超々臨界圧下で用いられるタービンロー
タ軸等の材料には、高温における優れたクリープ破断強
さと優れた靭性とを兼ね備えていることが要求される。
主蒸気温度の上昇を図フた超々臨界圧蒸気タービンが開
発されている。超々臨界圧下で用いられるタービンロー
タ軸等の材料には、高温における優れたクリープ破断強
さと優れた靭性とを兼ね備えていることが要求される。
この要求に沿って種々の材料が開発されているが、例え
ば、特開昭５９−２３２２：ＩＩには高温のクリープ破
断強さが優れるとともに延性及び靭性にも優れた１２ｃ
ｒ−Ｍｏ−Ｖ−Ｎｂ （Ｔａ）−Ｎ鋼が開示されている
。
ば、特開昭５９−２３２２：ＩＩには高温のクリープ破
断強さが優れるとともに延性及び靭性にも優れた１２ｃ
ｒ−Ｍｏ−Ｖ−Ｎｂ （Ｔａ）−Ｎ鋼が開示されている
。
しかしながら、−数的に１２ｃｒ系耐熱鋼においては、
熱処理を変えたり、合金元素の添加量を変えたりして、
高温クリープ破断強さを上昇させると、逆に、その材料
の室温付近での靭性は損なわれるので、高温クリープ破
断強さと靭性の両特性の優れた１２Ｃｒ系耐熱鋼を得る
ことは非常に難しく、面記特開昭５９−２３２２３１に
開示の材料はこの点で充分とは言えず、さらに改良の余
地がある。
熱処理を変えたり、合金元素の添加量を変えたりして、
高温クリープ破断強さを上昇させると、逆に、その材料
の室温付近での靭性は損なわれるので、高温クリープ破
断強さと靭性の両特性の優れた１２Ｃｒ系耐熱鋼を得る
ことは非常に難しく、面記特開昭５９−２３２２３１に
開示の材料はこの点で充分とは言えず、さらに改良の余
地がある。
（発明が解決しようとする課題）
従来の１２Ｇｒ系耐熱鋼においては、特開昭５９−２３
２２３１にも開示されているように、合金元素を適量添
加配合し、適正熱処理を施すことにより靭性及び高温の
クリープ破断強さなどの諸特性の改善が図られてきたが
、すでに類似鋼種が多数開発されている現状においては
、合金元素の適量添加配合及び適正熱処理を行うだけで
は従来鋼の大幅な改良は望めない情況にある。
２２３１にも開示されているように、合金元素を適量添
加配合し、適正熱処理を施すことにより靭性及び高温の
クリープ破断強さなどの諸特性の改善が図られてきたが
、すでに類似鋼種が多数開発されている現状においては
、合金元素の適量添加配合及び適正熱処理を行うだけで
は従来鋼の大幅な改良は望めない情況にある。
本発明は上記情況に鑑みてなされたもので、従来鋼より
も大幅に優れた高温クリープ破断強さと靭性とを兼ね備
えた新規な１２ｃｒ、％耐熱鋼を提供することを目的と
するものである。
も大幅に優れた高温クリープ破断強さと靭性とを兼ね備
えた新規な１２ｃｒ、％耐熱鋼を提供することを目的と
するものである。
上記目的を達成する具体的な手段は、まず、１２Ｃｒ基
合金へ所要の強度が得られ、かつ優れた靭性と高温クリ
ープ強度を高める合金元素を適量添加配合し、脱酸剤あ
るいは合金元素としてＳｉ、 Ｍｎは添加せず、不可避
不純物として、ｐ、ｓとともにその含有量を極力低減し
、高純度化を図った。
合金へ所要の強度が得られ、かつ優れた靭性と高温クリ
ープ強度を高める合金元素を適量添加配合し、脱酸剤あ
るいは合金元素としてＳｉ、 Ｍｎは添加せず、不可避
不純物として、ｐ、ｓとともにその含有量を極力低減し
、高純度化を図った。
すなわち、第１の発明は重量％でＣ０．０５〜０．２５
％、Ｃｒ９〜１３％、Ｍｏ ０．１〜２．０％、Ｖ ０
．１〜０．５％、ＷＯ０５〜２．５％、Ｎ ０．０３〜
０．１０％を含有し、ざらにＮｉ ０．５〜１．５％、
Ｃｏ ０．５〜１．５％の１種又は２種を含有し、残
部がＦｅと不可避不純物からなる高純度耐熱鋼である。
％、Ｃｒ９〜１３％、Ｍｏ ０．１〜２．０％、Ｖ ０
．１〜０．５％、ＷＯ０５〜２．５％、Ｎ ０．０３〜
０．１０％を含有し、ざらにＮｉ ０．５〜１．５％、
Ｃｏ ０．５〜１．５％の１種又は２種を含有し、残
部がＦｅと不可避不純物からなる高純度耐熱鋼である。
第２の発明は′：ＪＳ１の発明の合金組成に、さらに重
量％でＮｂ０．０２〜０．１０％、Ｔａ ０．０２〜０
．１０％の１種又は２種を含有してなる高純度耐熱鋼で
ある。
量％でＮｂ０．０２〜０．１０％、Ｔａ ０．０２〜０
．１０％の１種又は２種を含有してなる高純度耐熱鋼で
ある。
第３の発明は第１又は７１ｇ２の発明の高純度耐熱鋼に
含有する不可避不純物のうち、重量％で５ｉＯ１０５％
以下、Ｍｎ ０．０５％以下、Ｐ ０．００５％以下、
Ｓ ０．００５％以下を許容含有叶とする高純度耐熱鋼
である。
含有する不可避不純物のうち、重量％で５ｉＯ１０５％
以下、Ｍｎ ０．０５％以下、Ｐ ０．００５％以下、
Ｓ ０．００５％以下を許容含有叶とする高純度耐熱鋼
である。
つぎに本発明鋼に含有する各元素の作用と各成分の限定
理由について説明する。
理由について説明する。
Ｃは高温で鉄中に固溶してオーステナイト組織を安定化
させ、急冷によりマルテンサイト変態を促進させて、高
温及び室温における強さを向上させるとともに、Ｔａ、
Ｎｂ、 Ｖ 、 Ｍ０．胃などの元素と結びついて炭
化物を形成して高温クリープ破断強さを向上させる。
させ、急冷によりマルテンサイト変態を促進させて、高
温及び室温における強さを向上させるとともに、Ｔａ、
Ｎｂ、 Ｖ 、 Ｍ０．胃などの元素と結びついて炭
化物を形成して高温クリープ破断強さを向上させる。
その含有量が０．０５％未満では訂記作用がほとんど認
められない。一方、０．２５％を超えて含有させると、
粗大炭化物の生成や凝集が生じ易く、そのため、高温ク
リープ破断強さが低下するとともに、低温の靭性も悪く
なるので、その含有量を０．０５〜０．２５％に限定し
た。
められない。一方、０．２５％を超えて含有させると、
粗大炭化物の生成や凝集が生じ易く、そのため、高温ク
リープ破断強さが低下するとともに、低温の靭性も悪く
なるので、その含有量を０．０５〜０．２５％に限定し
た。
Ｃｒ：９〜１３％
Ｃ「は本発明の耐熱鋼の主要構成成分であって鉄中に固
溶し、合金の強度を向上させるとともに、耐酸化性及び
耐食性を向上させるのに必要な元素である。その含有量
が９％未満では充分な強度や耐酸化性を得ることができ
ず、１３％を超えて含有させるとデルタフェライト組織
を生成し、低温における延性、靭性および高温における
クリープ破断強さを低下させるので、その含有量を９〜
１３％に限定した。
溶し、合金の強度を向上させるとともに、耐酸化性及び
耐食性を向上させるのに必要な元素である。その含有量
が９％未満では充分な強度や耐酸化性を得ることができ
ず、１３％を超えて含有させるとデルタフェライト組織
を生成し、低温における延性、靭性および高温における
クリープ破断強さを低下させるので、その含有量を９〜
１３％に限定した。
Ｍｏ： ０．１〜２．０％
恥は合金中に固溶し、低温及び高温における強度を向上
させるとともに、焼戻し脆化を抑制するのに必要な元素
である。その含有量が０．１％未満ではその作用効果が
少なく、一方２％を超えて含有させるとデルタフェライ
ト組織を生成し、低温及び高温における強度を低下させ
るので、その含有量を０．１〜２．０％に限定した。
させるとともに、焼戻し脆化を抑制するのに必要な元素
である。その含有量が０．１％未満ではその作用効果が
少なく、一方２％を超えて含有させるとデルタフェライ
ト組織を生成し、低温及び高温における強度を低下させ
るので、その含有量を０．１〜２．０％に限定した。
Ｖ：０．１〜０．５％
■は高温クリープ強さを向上させるのに必要な元素であ
り、 ０．１％未満ではその作用効果が不充分であり、
０．５％を超えて含有させるとデルタフェライト組織を
生成し、高温のクリープ破断強さが低下するので、その
含有量を０．１〜０．５％に限定した。
り、 ０．１％未満ではその作用効果が不充分であり、
０．５％を超えて含有させるとデルタフェライト組織を
生成し、高温のクリープ破断強さが低下するので、その
含有量を０．１〜０．５％に限定した。
Ｗ ： ０．５〜２．５％
Ｗは合金中に固溶し、低温及び高温における強度を向上
させるのに必要な元素である。その含有量が０．５％未
満ではその作用効果がほとんど認められず、一方２．５
％を超えて含有させると、デルタフェライト組織を生成
して低温及び高温における強度を低下させるので、その
含有量を０．５〜２．５％に限定した。
させるのに必要な元素である。その含有量が０．５％未
満ではその作用効果がほとんど認められず、一方２．５
％を超えて含有させると、デルタフェライト組織を生成
して低温及び高温における強度を低下させるので、その
含有量を０．５〜２．５％に限定した。
Ｎ ： ０．０３〜０．１０％
Ｎは高温及び低温における強度を向上させるとともに、
高温クリープ破断強さを向上させる元素である。その含
Ｋｍが０．０３％以上になると、その作用効果が顕著に
あられれるが、０．１％を超えて含有させると、鋼塊の
製造が困難となり、かつ熱間加工性が悪くなるので、そ
の含有量を０．０３〜０．１％に限定した。
高温クリープ破断強さを向上させる元素である。その含
Ｋｍが０．０３％以上になると、その作用効果が顕著に
あられれるが、０．１％を超えて含有させると、鋼塊の
製造が困難となり、かつ熱間加工性が悪くなるので、そ
の含有量を０．０３〜０．１％に限定した。
Ｎｉ Ｃｏ ： ０．５〜１．５％
Ｎｉ及びＣＯは高温におけるオーステナイト組織を安定
化させ、フェライトの生成を抑制する作用があり、この
作用により低温の靭性及び高温クリープ破断強さが向上
する。ＭｎもＮｉ、 Ｃｏと同様の作用があるが、Ｎｉ
、 Ｃｏはど大きな効果が得られないので、本発明では
Ｍｎに替えてＮｉ、 Ｃ。
化させ、フェライトの生成を抑制する作用があり、この
作用により低温の靭性及び高温クリープ破断強さが向上
する。ＭｎもＮｉ、 Ｃｏと同様の作用があるが、Ｎｉ
、 Ｃｏはど大きな効果が得られないので、本発明では
Ｍｎに替えてＮｉ、 Ｃ。
を添加し、フェライトの生成を抑制し、靭性及び高温ク
リープ破断強さの向上を図った。
リープ破断強さの向上を図った。
なお、それらの含有量が０．５％以下では前記作用が顕
著にあられれず、 １．５％を超えると、クリープ破断
強さが逆に低下する傾向が見られるので、Ｎｉ、 Ｃｏ
の含有量をそれぞれ、０．５〜１．５％に限定した。
著にあられれず、 １．５％を超えると、クリープ破断
強さが逆に低下する傾向が見られるので、Ｎｉ、 Ｃｏ
の含有量をそれぞれ、０．５〜１．５％に限定した。
Ｎｂ、 Ｔａ ： ０．０２〜０．１０％Ｎｂ及びＴａ
は同等の作用を有し、合金中の炭素及び窒素と化合して
炭化物、窒化物及び炭窒化物を生成し、合金の素地中に
微細に析出分散して高温クリープ破断強さを向上させる
とともに、鍛造時及び熱処理時の結晶粒の粗大化を防止
し、低温における靭性を向上させるのに必要な元素で、
少なくとも０．０２％含有させる必要がある。
は同等の作用を有し、合金中の炭素及び窒素と化合して
炭化物、窒化物及び炭窒化物を生成し、合金の素地中に
微細に析出分散して高温クリープ破断強さを向上させる
とともに、鍛造時及び熱処理時の結晶粒の粗大化を防止
し、低温における靭性を向上させるのに必要な元素で、
少なくとも０．０２％含有させる必要がある。
しかし、これらの元素を０．１０％を超えて含有させる
と、デルタフェライト組織を生成せしめ、かつ炭窒化物
量が多くなり過ぎて靭性の低下をもたらすので、その含
有量の上限を０．１％にした。
と、デルタフェライト組織を生成せしめ、かつ炭窒化物
量が多くなり過ぎて靭性の低下をもたらすので、その含
有量の上限を０．１％にした。
Ｓｆ ： ０．０５％ Ｍｎ： ０．
０５％Ｐ ： ０．００５％以 、 Ｓ ： ０．００
５％Ｓｉは通常脱酸剤として使用され、その場合の含有
量は、通常０．３０〜０．５０％程度であり、真空カー
ボン脱酸法などにより、さらにＳｉ含ｆｆｆｉを低減し
ていくと、マクロ偏析、特に逆Ｖ偏析が軽微となり、肉
厚内部における延性及び靭性の不均性が改善される。ま
たＳｉ含有量が高いと、焼戻脆化感受性が極めて大とな
り切欠靭性が損なわれる。したがって、その含有量は可
能な限り少ないことが望ましく、本発明では不可避不純
物とし、その許容含有量を工業的に可能な０．０５％以
下に制限した。
０５％Ｐ ： ０．００５％以 、 Ｓ ： ０．００
５％Ｓｉは通常脱酸剤として使用され、その場合の含有
量は、通常０．３０〜０．５０％程度であり、真空カー
ボン脱酸法などにより、さらにＳｉ含ｆｆｆｉを低減し
ていくと、マクロ偏析、特に逆Ｖ偏析が軽微となり、肉
厚内部における延性及び靭性の不均性が改善される。ま
たＳｉ含有量が高いと、焼戻脆化感受性が極めて大とな
り切欠靭性が損なわれる。したがって、その含有量は可
能な限り少ないことが望ましく、本発明では不可避不純
物とし、その許容含有量を工業的に可能な０．０５％以
下に制限した。
Ｍｎは溶解時の脱酸、脱硫剤として一般的には必要であ
る。しかし、ＭｎはＳと結びついて非金属介在物を形成
し、靭性を低下させる。反面ｕｎは高温におけるオース
テナイト組織を安定化させ、高温クリープ破断強さや靭
性に有害なフェライトの生成を抑制する作用を併せ有し
ている。
る。しかし、ＭｎはＳと結びついて非金属介在物を形成
し、靭性を低下させる。反面ｕｎは高温におけるオース
テナイト組織を安定化させ、高温クリープ破断強さや靭
性に有害なフェライトの生成を抑制する作用を併せ有し
ている。
したがって、本発明ではＭｎの作用効果をＮｉとＧＯで
代替させ、Ｍｎ含有量を工業的に可能な限り低減し、不
可避不純物とし、その許容含有量を０．０５％以下に制
限した。
代替させ、Ｍｎ含有量を工業的に可能な限り低減し、不
可避不純物とし、その許容含有量を０．０５％以下に制
限した。
Ｐは焼戻脆化感受性を助長する元素であって、経年劣化
の少ない材料を得るためには極力低減することが望まし
く、現状の精錬技術レベルを考慮して、その許容含有量
を０．００５％以下に制限した。
の少ない材料を得るためには極力低減することが望まし
く、現状の精錬技術レベルを考慮して、その許容含有量
を０．００５％以下に制限した。
Ｓは大型鋼塊においては微量の含有でもＶ状あるいは逆
Ｖ状の偏析を発生せしめ、鋼の品質を劣化せしめるので
、極力低減することが望ましく、Ｐと同様に現状の精錬
技術レベルを考慮して、その許容含有量を０．００５％
以下に制限した。
Ｖ状の偏析を発生せしめ、鋼の品質を劣化せしめるので
、極力低減することが望ましく、Ｐと同様に現状の精錬
技術レベルを考慮して、その許容含有量を０．００５％
以下に制限した。
なお、上述の不可避不純物の他に鋼質を劣化させる不純
物元素としてＣｕ 、また焼戻脆性を助長する不純物元
素としてＡｓ、 Ｓｂ、５口などがあげられるが、これ
らの不純物元素は極力低減することが好ましい。しかし
、これら不純物元素は原材料に付随して不可避的に混入
するものであって、精錬によって除去することは困難で
ある。したがって、原材料の厳選によるところが大きく
、鋼質改屏の見地から、 Ｃｕ ０．１０％以下、Ａｓ
０．００８％以下、Ｓｎ ０．０１０％以下、Ｓｂ
０．００５％以下に抑えることが望ましい。
物元素としてＣｕ 、また焼戻脆性を助長する不純物元
素としてＡｓ、 Ｓｂ、５口などがあげられるが、これ
らの不純物元素は極力低減することが好ましい。しかし
、これら不純物元素は原材料に付随して不可避的に混入
するものであって、精錬によって除去することは困難で
ある。したがって、原材料の厳選によるところが大きく
、鋼質改屏の見地から、 Ｃｕ ０．１０％以下、Ａｓ
０．００８％以下、Ｓｎ ０．０１０％以下、Ｓｂ
０．００５％以下に抑えることが望ましい。
第１表に示す組成の本発明鋼と比較鋼を真空溶解炉にて
溶解し、５０ｋｇ鋼塊を溶製した。ついで１２００℃に
加熱後鍛造した。これらの鍛造材から試験片素材を切り
出し、実際のロータ軸材の熱処理をシミュレーションし
た熱処理（１０５０℃に５時間保持後油冷→５６０℃に
５時間保持後炉冷→６６０℃に２４時間保保持炉冷）を
施し供試材とした。これらの供試材の材料試験結果を第
２表に示す。第２表から明らかなように、本発明鋼は従
来材である比較鋼に較べて、クリープ破断時間が長く破
面遷移温度が低い。これらはそれぞれクリープ破断強さ
が優れていること、靭性が優れていることを示すもので
ある。
溶解し、５０ｋｇ鋼塊を溶製した。ついで１２００℃に
加熱後鍛造した。これらの鍛造材から試験片素材を切り
出し、実際のロータ軸材の熱処理をシミュレーションし
た熱処理（１０５０℃に５時間保持後油冷→５６０℃に
５時間保持後炉冷→６６０℃に２４時間保保持炉冷）を
施し供試材とした。これらの供試材の材料試験結果を第
２表に示す。第２表から明らかなように、本発明鋼は従
来材である比較鋼に較べて、クリープ破断時間が長く破
面遷移温度が低い。これらはそれぞれクリープ破断強さ
が優れていること、靭性が優れていることを示すもので
ある。
（発明の効果〕
１２ｃｒ系耐熱鋼において、合金元素を通ｆｆｉ添加配
合するとともに不可避不純物を極力低減して高純度化す
ることにより、高温クリープ破断強さと靭性に優れた新
規な高純度耐熱鋼を得ることができた。
合するとともに不可避不純物を極力低減して高純度化す
ることにより、高温クリープ破断強さと靭性に優れた新
規な高純度耐熱鋼を得ることができた。
特許出願人 株式会社日本製鋼所
Claims (3)
- （１）重量％でＣ０．０５〜０．２５％、Ｃｒ９〜１３
％、Ｍｏ０．１〜２．０％、Ｖ０．１〜０．５％、Ｗ０
．５〜２．５％、Ｎ０．０３〜０．１０％を含有し、さ
らにＮｉ０．５〜１．５％、Ｃｏ０．５〜１．５％の１
種又は２種を含有し、残部がＦｅと不可避不純物からな
る高純度耐熱鋼。 - （２）請求項（１）の組成に、さらに重量％でＮｂ０．
０２〜０．１０％、Ｔａ０．０２〜０．１０％の１種又
は２種を含有してなる高純度耐熱鋼。 - （３）不可避不純物のうち、重量％でＳｉ０．０５％以
下、Ｍｎ０．０５％以下、Ｐ０．００５％以下、Ｓ０．
００５％以下を許容含有量とする請求項（１）又は（２
）記載の高純度耐熱鋼。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1628189A JPH02197550A (ja) | 1989-01-27 | 1989-01-27 | 高純度耐熱鋼 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1628189A JPH02197550A (ja) | 1989-01-27 | 1989-01-27 | 高純度耐熱鋼 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02197550A true JPH02197550A (ja) | 1990-08-06 |
Family
ID=11912168
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1628189A Pending JPH02197550A (ja) | 1989-01-27 | 1989-01-27 | 高純度耐熱鋼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02197550A (ja) |
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| JPH05311346A (ja) * | 1992-05-14 | 1993-11-22 | Nippon Steel Corp | 高クリープ強度を有するフェライト系耐熱鋼 |
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| JPH07197208A (ja) * | 1994-01-06 | 1995-08-01 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 高温圧力容器用高強度高クロム鋳鋼 |
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| EP0778356A1 (en) * | 1994-07-06 | 1997-06-11 | Morinaga, Masahiko | Process for producing ferritic iron-base alloy and ferritic heat-resistant steel |
| WO2020068578A1 (en) * | 2018-09-28 | 2020-04-02 | Corning Incorporated | Alloyed metals with an increased austenite transformation temperature and articles including the same |
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-
1989
- 1989-01-27 JP JP1628189A patent/JPH02197550A/ja active Pending
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