JPH0368100B2

JPH0368100B2 -

Info

Publication number: JPH0368100B2
Application number: JP22528084A
Authority: JP
Inventors: Haruo Kaji; Chisato Ishioka; Mutsuo Hiromatsu; Shoji Tone; Akihito Nishijima
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1984-10-25
Filing date: 1984-10-25
Publication date: 1991-10-25
Also published as: JPS61104056A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、主としてボイラ、圧力容器用として
使用されるCr−Mo鋼に関し、詳しくは、耐溶接
割れ性、耐エロージヨン性及び耐クリープ特性に
もすぐれる高強度高靭低炭素Cr−Mo鋼板に関す
る。従来より、１％Cr−0.5％Mo鋼板や1.25％Cr−
0.5％Mo鋼板は、石油精製をはじめとする化学工
業プラントや、発電プラントにおける中・高温圧
力容器鋼板として広く用いられている。しかし、
これらの従来のCr−Mo鋼板は、通常、Ｃ含有量
が0.15％程度と高く、且つ、Cr、Mo等の合金成
分を多量に含有しているために、溶接割れ感受性
組織P_CMが高く、その溶接施工にあたつては、低
温割れ防止のために、通常、150〜350℃程度での
高温の予熱を必要とし、製造期間の長期化や熱エ
ネルギーの大量消費等、製造コスト上昇の一因と
なつている。また、他方において、低温割れ感受性を低めて
溶接性を改善するためには、P_CMを低減するこ
と、特にＣ量を下げることが有効であることは既
によく知られている。しかし、Ｃ量を低減すれ
ば、強度の低下、耐エロージヨン性の低下、高温
クリープ強度の低下等の問題を生じるため、従
来、低Ｃ化Cr−Mo鋼板は実用化されていない。一方、Ｂは、従来、焼入れ焼戻しを行なう調質
鋼については広く利用されているが、一般に、焼
ならし鋼乃至焼ならし焼戻し鋼には、従来、殆ど
添加されていないところ、最近に至つて、焼なら
し鋼乃至焼ならし焼戻し鋼にも微量のＢを添加す
ることにより、鋼の焼入れ性の増加を図り、強度
を増加させる方法が実用化されるに至つている。
しかし、Cr−Mo鋼に関しては、従来、Ｂ添加
は、耐SR脆化特性の付与及び高強度高靭性化、
熱間加工性の改善等の目的に限られており、しか
も、このようなCr−Mo鋼におけるＣ含有量は、
従来鋼とほぼ同等であつて、約0.11％以上である
ので、大幅な溶接性の改善には至つていない。本発明者らは、Cr−Mo鋼における溶接性を改
善するために鋭意研究した結果、Ｃ量を著しく低
減する一方、適正量のAl添加とＮ量の低減の下
にＢを添加し、Cu及びNiを複合添加することに
より、低Ｃ鋼でりながら、約0.11〜0.21％のよう
にＣ量の多い従来のCr−Mo鋼と比肩し得るすぐ
れた強度、靭性、耐エロージヨン性、耐クリープ
特性を有する新規なCr−Mo鋼を得ることができ
ることを見出して、本発明に至つたものである。即ち、本発明は、耐溶接割れ性、耐エロージヨ
ン性及び耐クリープ特性にすぐれる高強度高靭性
焼ならし焼戻し型低炭素Cr−Mo鋼板を提供する
ことを目的とする。本発明によるかるCr−Mo鋼の第１は、重量％
でＣ 0.03〜0.10％、 Si 0.05〜1.00％、 Mn 0.30〜0.95％、Ｐ 0.020％以下、Ｓ 0.015％以下、 Cu 0.05〜0.50％、 Ni 0.05〜0.50％、 Cr 0.40〜1.75％、 Mo 0.20〜0.75％、Ｂ 0.0003〜0.0020％、 sol Al 0.005〜0.100％、Ｎ 0.005％以下、残部鉄及び不可避的不純物よりなり、 P_CM＝Ｃ＋Si／30＋Mn＋Cu＋Cr／2
0＋Ni／60＋Mo／15＋Ｖ／10＋5B（％）で定義されるP_CMが0.27％以下であり、且つ、そ
の主要組織がベイナイトであることを特徴とす
る。本発明による第２のCr−Mo鋼は、上記した化
学成分に加えて、 Nb 0.005〜0.07％、及びＶ 0.005〜0.07％よりなる群から選ばれる少なくとも１種以上を含
有することを特徴とする。本発明による第３のCr−Mo鋼は、前記した化
学成分に加えて、 Ca 0.0005〜0.0070％を含有することを特徴とする。また、本発明による第４のCr−Mo鋼は、前記
した化学成分に加えて、上記した範囲でNb及び
Ｖよりなる群から選ばれる少なくとも１種以上と
Caとを含有することを特徴とする。以下に本発明について詳細に説明する。本発明によるCr−Mo鋼において、Ｂは、オー
ステナイト中に固溶し、結晶粒界に偏析して、フ
エライト変態を抑制するため、鋼の焼入れ性を向
上させる。しかし、他方において、Ｂは、鋼中の
Ｎと結合しやすい。従つて、ＢがBNを生成する
と、鋼中におけるＢの有効量が減少し、焼入れ性
を低下させる。従つて、本発明においては、鋼の
焼入れ性を向上させるべく、Ｂの有効量を確保す
るために、鋼中のＮ量を低減すると共に、Alに
よつてＮを固定する。しかし、Ｂを過多に添加す
るときは、オーステナイト粒界にＢ化合物が析出
し、却つて焼入れ性を低下させるので、本発明に
おいては、Ｂを適正量を添加することが必要であ
る。しかし、本発明鋼のように、低Ｃ鋼において
は、Ｂの焼入れ性向上効果を利用するだけでは、
強度、靭性ほか目的とする望ましい特性を得るこ
とは困難である。ここにおいて、本発明者らは、
研究を重ねた結果、低Ｃ鋼において、Ｂを適正量
添加して、その焼入性効果を利用すると共に、
Cu及びNiを複合添加することにより、鋼の焼入
れ性を一層向上させると同時に、Ｂの焼入れ性向
上効果との相乗効果によつて、鋼の主要組織をベ
イナイトとし、かくして、強度を上昇させ得ると
同時に、耐エロージヨン性及び耐クリープ特性を
も従来鋼と同等以上に改善できることを見出した
のである。次に、本発明によるCr−Mo鋼における化学成
分の限定理由について説明する。Ｃは、鋼の強度及び耐エロージヨン性を確保す
るために、本発明鋼においては、003％以上を添
加することが必要であるが、半面、Ｃ量の増加と
共に溶接性、靭性が低下するので、添加量の上限
は0.10％とする。 Siは、強度の確保及び耐酸化性の向上のために
有効であり、0.05％以上を含有させるが、しか
し、過多に含有させるときは、焼戻し脆化感受性
を高めるので、含有量の上限は1.00％とする。 Mnは、鋼の強度と延性を高めるのに有効であ
るが、過多に添加すると、溶接性が低下するの
で、添加量は0.30％〜0.95％の範囲とする。Ｐは、鋼中に不純物として含有されるが、靭性
及び溶接性を損なうばかりでなく、焼戻し脆化感
受性を高めるため、極力低減することが望まし
い。従つて、本発明においては、Ｐの含有量は
0.020％以下とする。Ｓも鋼中に不純物として含有されるが、鋼の靭
性を著しく損なうので、極力低減することが望ま
しく、含有量は0.015％以下とする。 Cuは、固溶強化及び析出強化に有効な成分で
あり、且つ、耐エロージヨン性の向上にも効果が
ある。かかる効果を有効に発揮させるためには、
少なくとも0.05％を添加する必要がある。一方、
0.50％を越えて過多に添加すると、熱間加工性が
劣化するので、Cuの添加量は0.05〜0.50％の範囲
とする。 Niは、鋼の焼入れ性を増し、また、耐エロー
ジヨン性の向上に効果があり、更に、高温におけ
るオーステナイト粒界へのCuの析出による亀甲
割れを防止するの有効である。かかる効果を有効
に発現させるためには、0.05％以上を添加する必
要があるが、しかし、高価な元素であるので、実
用的な観点からその添加量は0.05〜0.50％の範囲
とする。 Crは、高温における耐食性と強度を確保する
のに有効であるので、少なくとも0.40％を添加す
る。しかし、過度に添加すると溶接性が劣化する
ので、その添加量の上限は1.75％とする。 Moは、鋼の焼入れ性、特にＢと共存した場合
の焼ならし時の焼入れ性を高めるのに不可欠な元
素である。また、焼戻し軟化抵抗を高め、高温強
度の向上にも有効であるので、0.20％以上の添加
を必要とするが、高価な元素であるので、その添
加量は0.20〜0.75％の範囲とする。Ｂは、前記したように、焼ならし時の焼入れ性
を高め、強度上昇に有効であるので、本発明鋼に
おいては、0.0003％以上を添加することが必要で
ある。しかし、0.0020％を越えて過剰に添加する
ときは、焼ならし時にＢ化合物を生成し、焼入れ
性を低下させると同時に靭性の劣化を伴う。従つ
て、添加量の上限は0.0020％とする。 sol Alは、前記したように、Ｎを固定し、ま
た、組織を微細化する作用があるが、その含有量
が0.005％よりも少ないときは、上記の効果が期
待できず、一方、含有量が0.10％を越えると、鋼
塊表面割れの原因となることから、その含有量は
0.005〜0.10％の範囲とする。Ｎは、その含有量が0.005％を越えるときは、
BNを生成しやすくなり、その結果、焼入れ性に
有効なＢ量が減少し、鋼板の焼入れ性が低下する
ので、含有量は0.005％以下とする。前記P_CMは、よく知られているように、溶接時
の低温割れ感受性を示す指標であり、溶接施工時
の予熱温度をより低くするためには、この値を極
力低く抑える必要がある。予熱温度を約100℃に
しても割れを生じないようにするため、本発明
Cr−Mo鋼においては、P_CMを0.27％以下とする。
更に、予熱温度を約50℃以下とするためには、
P_CMを0.23％以下とすることが好ましい。本発明によれば、第２の発明によるCr−Mo鋼
は、前記した元素に加えて、Nb、Ｖ及びCaより
なる群から選ばれる少なくとも１種以上の元素を
含有する。 Nb、Ｖは共に、結晶粒を微細化して強度を向
上させるのに有効であるが、それぞれ0.005％未
満ではその効果が期待できず、一方、それぞれ
0.07％を越えるときは、靭性及び溶接性を劣化さ
せるのみならず、経済性の点からも好ましくな
い。従つて、その添加量は、それぞれ0.005〜
0.07％の範囲とする。 Caは靭性を改善し、溶接継手、ボンド部の靭
性を向上させ、更に、板厚方向の特性を改善す
る。かかる効果を有効に発揮させるには、少なく
とも0.0005％を添加することが必要である。しか
し、0.0070％を越えて過多に添加するときは、非
金属介在物の量が増して、延性を低下させる。従
つて、本発明鋼においては、その添加量を0.0005
〜0.0070％の範囲とする。上記Nb、Ｖ及びCaは必要に応じて適当に組み
合わせて使用されるが、Ｖを添加する場合も、
P_CMを0.27％以下に抑える必要がある。本発明によるCr−Mo鋼を製造するには、常法
に従い、本発明による化学成分を有する鋼片を熱
間圧延し引続いて熱処理を行なえばよい。しかし
ながら、かかる方法による製造においても、操作
的にＢの焼入れ性向上効果を最大限に発揮させる
ことが望ましい。即ち、ＮをAlで固定する場合、
厚板の製品圧延時、鋼片の加熱温度が1150℃を越
えると、AlNの固溶が促進され、固溶Ｎが増加
する。このとき、オーステナイト粒界にBNを析
出するので、次に実施する焼ならし処理時におけ
るＢの焼入れ性向上効果が完全に発揮されない。
従つて、Ｂの焼入れ性向上効果を最大限に活用す
るためには、鋼片の加熱温度を1200℃以下とする
ことが望ましい。また、焼ならし時に加速冷却を実施することに
より、本発明鋼の特性は大きく改善される。実施例第１表に示す化学組成を有する本発明による
Cr−Mo鋼１（Hv＝176）及び従来鋼Cr−Mo鋼２
（Hv＝178）、及び比較鋼３（Hv＝136）のそれぞ
れの耐エロージヨン性を第１図に示す。従来鋼は
Ｃ量が高く、比較鋼は本発明鋼においてCu及び
Niを除いた化学成分

【表】

【表】組成を有する。耐エロージヨン性は、それぞれ表面を研摩した
直径10mmの試験片の中心部に高圧で150℃の水を
粒側５ｍ／秒で500時間衝突させた後、試験片の
腐食減重量を測定して、評価した。比較鋼は、従来鋼と比較して耐エロージヨン性
は低下しているが、Cu及びNiを複合添加した本
発明鋼は、従来鋼よりすぐれた鋼エロージヨン性
を有している。これは、Cu及びNiの複合添加に
よつて、鋼の耐食性自体が向上していること、ま
た、焼入れ性向上により全体の硬度が上昇してい
ること、並びに低Ｃ化により、炭化物の析出が少
なく、結晶粒界及び粒内の強度差が小さいため
に、局部的な腐食が起こり難くなつていることに
よる。第２図に本発明によるCr−Mo鋼１及び従来の
Cr−Mo鋼の高温クリープ破断強度を示す。横軸
〔Ｐ〕はLarson−Millerパラメータを示し、Ｔは
試験温度（Ｋ）、ｔは破断時間（ｈ）である。本
発明鋼の破断強度は、従来鋼のそれと比較して同
等以上である。これは、本発明鋼によれば、クリ
ープ温度域において、ボイド発生の核となる結晶
粒界上の炭化物の析出が少ないうえに、粒界と粒
内の強度差が小さいため、粒界に歪の集中が起こ
り難いことによるものである。次に、第１表に示す化学成分を有する本発明鋼
Ａ〜Ｇ及び比較鋼Ｈ〜Ｋからなる鋼板の熱処理条
件、その機械的特性及び溶接性をそれぞれ示す。本発明鋼は、比較鋼に比べてＣ量を大幅に低減
しているために、P_CMが0.27％以下であつて、比
較鋼より低い。そのために、本発明鋼の斜めＹ形
溶接割れ試験におけるルート割れ防止予熱温度
は、比較鋼の場合、100℃以上であるのに対して、
本発明鋼によれば100℃以下である。また、同時
に、本発明鋼の０℃における吸収エネルギーvEo
は、比較鋼が10.0Kgｆ・ｍ以下であるのに対し
て、本発明鋼によれば、10.0Kgｆ・ｍ以上であ
る。更に、破面遷移温度vTrsも、比較鋼は０℃
以上であるが、本発明鋼によれば０℃以下であ
る。このように、本発明鋼は、耐溶接割れ性、耐
エロージヨン性及び耐クリープ特性にすぐれ且
つ、高強度高靭性を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明鋼、比較鋼及び従来鋼の耐エロ
ージヨン性を示すグラフ、第２図は本発明鋼及び
従来鋼のクリープ破断強度を示すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】１重量％でＣ 0.03〜0.10％、 Si 0.05〜1.00％、 Mn 0.30〜0.95％、Ｐ 0.020％以下、Ｓ 0.015％以下、 Cu 0.05〜0.50％、 Ni 0.05〜0.50％、 Cr 0.40〜1.75％、 Mo 0.20〜0.75％、Ｂ 0.0003〜0.0020％、 sol Al 0.005〜0.100％、Ｎ 0.005％以下、残部鉄及び不可避的不純物よりなり、 P_CM＝Ｃ＋Si／30＋Mn＋Cu＋Cr／2
0＋Ni／60＋Mo／15＋Ｖ／10＋5B（％）で定義されるP_CMが0.27％以下であり、且つ、そ
の主要組織がベイナイトであることを特徴とする
耐溶接割れ性、耐エロージヨン性及び耐クリープ
特性にすぐれる高強度高靱性焼ならし焼戻し型低
炭素Cr−Mo鋼板。２重量％で (a) Ｃ 0.03〜0.10％、 Si 0.05〜1.00％、 Mn 0.30〜0.95％、Ｐ 0.020％以下、Ｓ 0.015％以下、 Cu 0.05〜0.50％、 Ni 0.05〜0.50％、 Cr 0.40〜1.75％、 Mo 0.20〜0.75％、Ｂ 0.0003〜0.0020％、 sol Al 0.005〜0.100％、Ｎ 0.005％以下、 (b) Nb 0.005〜0.07％、及びＶ 0.005〜0.07％よりなる群から選ばれる少なくとも１種以上、
残部鉄及び不可避的不純物よりなり、 P_CM＝Ｃ＋Si／30＋Mn＋Cu＋Cr／2
0＋Ni／60＋Mo／15＋Ｖ／10＋5B（％）で定義されるP_CMが0.27％以下であり、且つ、そ
の主要組織がベイナイトであることを特徴とする
耐溶性割れ性、耐エロージヨン性及び耐クリープ
特性にすぐれる高強度高靱性焼ならし焼戻し型低
炭素Cr−Mo鋼板。３重量％で (a) Ｃ 0.03〜0.10％、 Si 0.05〜1.00％、 Mn 0.30〜0.95％、Ｐ 0.020％以下、Ｓ 0.015％以下、 Cu 0.05〜0.50％、 Ni 0.05〜0.50％、 Cr 0.40〜1.75％、 Mo 0.20〜0.75％、Ｂ 0.0003〜0.0020％、 sol Al 0.005〜0.100％、Ｎ 0.005％以下、 (b) Ca 0.005〜0.0070％残部鉄及び不可避的不純物よりなり、 P_CM＝Ｃ＋Si／30＋Mn＋Cu＋Cr／2
0＋Ni／60＋Mo／15＋Ｖ／10＋5B（％）で定義されるP_CMが0.27％以下であり、且つ、そ
の主要組織がベイナイトであることを特徴とする
耐溶接割れ性、耐エロージヨン性及び耐クリープ
特性にすぐれる高強度高靱性焼ならし焼戻し型低
炭素Cr−Mo鋼板。４重量％で (a) Ｃ 0.03〜0.10％ Si 0.05〜1.00％、 Mn 0.30〜0.95％、Ｐ 0.020％以下、Ｓ 0.015％以下、 Cu 0.05〜0.50％、 Ni 0.05〜0.50％、 Cr 0.40〜1.75％、 Mo 0.20〜0.75％、Ｂ 0.0003〜0.0020％、 sol Al 0.005〜0.100％、Ｎ 0.005％以下、 (b) Nb 0.005〜0.07％、及びＶ 0.005〜0.07％よりなる群から選ばれる少なくとも１種以上、 (c) Ca 0.0005〜0.0070％残部鉄及び不可避的不純物よりなり、 P_CM＝Ｃ＋Si／30＋Mn＋Cu＋Cr／2
0＋Ni／60＋Mo／15＋Ｖ／10＋5B（％）で定義されるP_CMが0.27％以下であり、且つ、そ
の主要組織がベイナイトであることを特徴とする
耐溶性割れ性、耐エロージヨン性及び耐クリープ
特性にすぐれる高強度高靱性焼ならし焼戻し型低
炭素Cr−Mo鋼板。