JPH10259449A - Low alloy heat resistant cast steel and cast steel parts for steam turbine - Google Patents
Low alloy heat resistant cast steel and cast steel parts for steam turbineInfo
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- JPH10259449A JPH10259449A JP24660097A JP24660097A JPH10259449A JP H10259449 A JPH10259449 A JP H10259449A JP 24660097 A JP24660097 A JP 24660097A JP 24660097 A JP24660097 A JP 24660097A JP H10259449 A JPH10259449 A JP H10259449A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は最終部品形状に近い
形を、鍛造等の素材鍛練工程を経ずに鋳造法によって製
造することができる、靱性と高温強度特性に優れ、火力
発電用蒸気タービン車室をはじめとするタービン用鋳鋼
部品に好適な低合金耐熱鋳鋼及びそれを用いたタービン
用鋳鋼部品に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a steam turbine for thermal power generation, which is capable of producing a shape close to the shape of a final part by a casting method without going through a material forging process such as forging. The present invention relates to a low-alloy heat-resistant cast steel suitable for a cast steel part for a turbine including a vehicle compartment, and a cast steel part for a turbine using the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】火力発電用蒸気タービンプラントに用い
られる車室材や圧力容器用材料としては鋳物材料が多く
使われている。これは複雑な形状を有し、かつ同一形状
のものがあまりない単品生産部品を経済的に製造するた
めである。これらの材料のうち低合金鋼系の材料として
は主にCrMoV鋳鋼、2.25%CrMo鋳鋼、Cr
Mo鋳鋼などが挙げられる。これらの材料は高温で使用
されるため、良好な高温強度特性が必要とされ、さらに
鋳造欠陥部を溶接により補修できるように、優れた溶接
性もあわせて必要とする。2. Description of the Related Art Casting materials are widely used as materials for casings and pressure vessels used in steam turbine plants for thermal power generation. This is for economically producing a single-piece production part having a complicated shape and having few identical shapes. Among these materials, low alloy steel-based materials mainly include CrMoV cast steel, 2.25% CrMo cast steel, and CrMoV cast steel.
Mo cast steel and the like. Since these materials are used at a high temperature, good high-temperature strength characteristics are required, and further, excellent weldability is required so that a casting defect can be repaired by welding.
【0003】2.25%CrMo鋳鋼やCrMo鋳鋼
は、常温の衝撃特性が優れており、その結果、溶接性も
良好である。しかし、Vを添加していないためクリープ
破断強度が必ずしも十分でなく、年々高温化する蒸気タ
ービンの車室材に対するニーズに対応できないものとな
っている。一方、CrMoV鋳鋼はクリープ破断強度に
優れているが、衝撃特性が劣るために溶接性が悪く、製
造時の溶接補修が行いにくい問題点がある。[0003] 2.25% CrMo cast steel and CrMo cast steel have excellent impact characteristics at room temperature, and as a result, have good weldability. However, since V is not added, the creep rupture strength is not always sufficient, and it cannot meet the needs for steam room interior materials for steam turbines, which increase in temperature year by year. On the other hand, CrMoV cast steel is excellent in creep rupture strength, but has poor weldability due to inferior impact characteristics, and has a problem that welding repair during production is difficult to perform.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記技術水準
に鑑み、CrMoV鋳鋼の優れたクリープ破断強度を現
状もしくはそれ以上に高くし、さらに靱性をCrMoV
鋳鋼よりも改善して溶接性を高めた、高強度低合金耐熱
鋳鋼材料及びそれを用いたタービン用鋳鋼部品を提供し
ようとするものである。SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above-mentioned state of the art, the present invention increases the excellent creep rupture strength of CrMoV cast steel to the present level or higher, and further improves the toughness of CrMoV cast steel.
An object of the present invention is to provide a high-strength low-alloy heat-resistant cast steel material improved in castability and improved in weldability, and a cast steel part for a turbine using the same.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
を解決すべくCrMoV鋳鋼を基本成分として合金元素
の厳選を行って高温強度の改善を鋭意行い、優れた高温
特性を有する新しい低合金耐熱鋳鋼材料及びこの低合金
鋳鋼によるタービン用鋳鋼部品を見出した。すなわち、
本発明は次の(1)〜(5)の発明を含むものである。Means for Solving the Problems In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have carefully selected alloy elements using CrMoV cast steel as a basic component, and have enthusiastically improved high-temperature strength to obtain a new low-temperature alloy having excellent high-temperature characteristics. An alloy heat-resistant cast steel material and a cast steel part for a turbine using the low alloy cast steel have been found. That is,
The present invention includes the following inventions (1) to (5).
【0006】(1)重量比で炭素:0.06〜0.14
%、ケイ素:0.01〜0.35%、マンガン:0.2
〜0.8%、クロム:0.8〜1.5%(1.5%含ま
ず)、ニッケル:0.1〜0.5%、バナジウム:0.
05〜0.3%、ニオブ:0.01〜0.1%、モリブ
デン:0.1〜1.5%、タングステン:0.1〜3
%、ホウ素:0.001〜0.01%を含み、残部が不
可避的不純物及び鉄からなることを特徴とする低合金耐
熱鋳鋼。 (2)不可避的に不純物として含有する量を除いては、
ニッケル及び/又はマンガンを含まないことを特徴とす
る上記(1)の低合金耐熱鋳鋼。 (3)鉄の一部をコバルトで置換し、その含有量が重量
比で0.1〜3.5%であることを特徴とする上記
(1)又は(2)の低合金耐熱鋳鋼。 (4)鉄の一部をチタン及び/又はカルシウムで置換
し、その量が重量比でチタン:0.01〜0.045
%、カルシウム:0.001〜0.009%であること
を特徴とする上記(1)〜(3)のいずれかに記載の低
合金耐熱鋳鋼。 (5)上記の(1)〜(4)のいずれかの低合金耐熱鋳
鋼で構成されてなることを特徴とするタービン用鋳鋼部
品。(1) Carbon: 0.06-0.14 by weight
%, Silicon: 0.01 to 0.35%, manganese: 0.2
-0.8%, chromium: 0.8-1.5% (excluding 1.5%), nickel: 0.1-0.5%, vanadium: 0.1-0.5%.
05 to 0.3%, niobium: 0.01 to 0.1%, molybdenum: 0.1 to 1.5%, tungsten: 0.1 to 3
%, Boron: 0.001 to 0.01%, and the balance is made of inevitable impurities and iron. (2) Except for the amount inevitably contained as impurities,
The low-alloy heat-resistant cast steel according to the above (1), which does not contain nickel and / or manganese. (3) The low-alloy heat-resistant cast steel according to (1) or (2), wherein a part of iron is replaced by cobalt, and the content thereof is 0.1 to 3.5% by weight. (4) Part of iron is replaced with titanium and / or calcium, and the amount is titanium: 0.01 to 0.045 in weight ratio.
%, Calcium: 0.001 to 0.009%, the low alloy heat-resistant cast steel according to any one of the above (1) to (3). (5) A cast steel part for a turbine, comprising a low-alloy heat-resistant cast steel according to any one of the above (1) to (4).
【0007】[0007]
【発明の実施の形態】以下に前記発明(1)における各
成分範囲の限定理由を述べる。 炭素:炭素は熱処理時の焼入れ性を確保するとともに材
料強度を高める効果がある。また、炭化物を形成して高
温におけるクリープ破断強度の向上に寄与する。本合金
系では0.06%未満の添加では十分な材料強度が得ら
れないため、下限値を0.06%とする。一方、炭素の
添加量が多すぎると靱性が低下し、溶接性が低下するた
め、添加量の上限を0.14%とする。材料強度特性と
優れた靱性を兼ね揃えるために特に望ましい範囲は0.
08〜0.12%である。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The reasons for limiting the range of each component in the invention (1) will be described below. Carbon: Carbon has the effect of ensuring hardenability during heat treatment and increasing material strength. In addition, it forms carbides and contributes to improvement in creep rupture strength at high temperatures. In this alloy system, if the addition is less than 0.06%, sufficient material strength cannot be obtained, so the lower limit is set to 0.06%. On the other hand, if the added amount of carbon is too large, the toughness is reduced and the weldability is reduced. Therefore, the upper limit of the added amount is set to 0.14%. A particularly desirable range for achieving a balance between material strength characteristics and excellent toughness is 0.
08 to 0.12%.
【0008】ケイ素:ケイ素は湯流れ性を高めるととも
に脱酸材としての効果がある反面、過剰に添加すると基
地を脆化させる元素である。脱酸効果を十分に期待する
場合、最大0.35%までの添加を許容するが、本発明
材の製造において、製鋼過程で真空カーボン脱酸法を適
用する場合は、特にケイ素による脱酸効果をさほど期待
しなくてもよく、添加量を最小限度にとどめることが可
能となる。ただし、極端にケイ素量を低くするためには
原料の厳選が必要となりコストが上昇するため、下限を
0.01%とする。よってケイ素の成分範囲を0.01
〜0.35%とする。[0008] Silicon: Silicon is an element that enhances the flow of molten metal and has an effect as a deoxidizer, but when added in excess, makes the matrix brittle. When the deoxidizing effect is sufficiently expected, the addition of a maximum of 0.35% is permitted. Need not be expected so much, and the amount of addition can be kept to a minimum. However, in order to extremely reduce the amount of silicon, it is necessary to carefully select raw materials, which increases the cost. Therefore, the lower limit is set to 0.01%. Therefore, the component range of silicon is 0.01
To 0.35%.
【0009】マンガン:マンガンは製鋼時に脱酸材とし
て作用するとともに熱処理時の焼入れ性を高める作用が
ある。しかし、マンガンを加えるとその量に応じてクリ
ープ破断強度が劣化するとともに、脆化を引き起こすた
め添加の最大量を0.8%とした。ただし、含有量を
0.2%以下に制御するためには、原料鋼の厳選と過度
の精練工程が必要となりコスト高を招くため、最低量を
0.2%に設定している。Manganese: Manganese acts as a deoxidizing agent during steel making and has an effect of improving the hardenability during heat treatment. However, when manganese is added, the creep rupture strength is degraded in accordance with the amount thereof, and embrittlement is caused. Therefore, the maximum amount of addition is set to 0.8%. However, in order to control the content to 0.2% or less, it is necessary to carefully select the raw material steel and an excessive refining process, which leads to an increase in cost. Therefore, the minimum amount is set to 0.2%.
【0010】クロム:クロムは熱処理時の焼入れ性を高
めるとともに炭化物を形成してクリープ破断強度の改善
に寄与し、かつマトリックス中に溶け込んで耐酸化性を
改善する。またマトリックス自体を強化することでもク
リープ破断強度の向上に寄与する。0.8%未満である
とその効果が十分でないため、下限値を0.8%とす
る。一方、1.5%を越える量を添加すると溶湯の流動
性が低下して鋳造性が低下する傾向を示すとともに、本
合金系ではクリープ破断強度も低下する傾向にある。し
たがって、添加範囲を0.8〜1.5%(1.5%含ま
ず)とする。望ましい範囲は1.2〜1.45%であ
る。Chromium: Chromium enhances hardenability during heat treatment and forms carbides to contribute to improvement in creep rupture strength, and dissolves in the matrix to improve oxidation resistance. Reinforcement of the matrix itself also contributes to improvement in creep rupture strength. If it is less than 0.8%, the effect is not sufficient, so the lower limit is set to 0.8%. On the other hand, when an amount exceeding 1.5% is added, the flowability of the molten metal tends to decrease and the castability tends to decrease, and the creep rupture strength of the present alloy system also tends to decrease. Therefore, the addition range is set to 0.8 to 1.5% (not including 1.5%). A desirable range is 1.2 to 1.45%.
【0011】ニッケル:ニッケルは熱処理時の焼入れ性
を高め、引張強さや耐力を向上させるほか、特に靱性を
高めるのに有効である。しかしその反面、長時間クリー
プ破断強度はニッケル添加により低下する。本発明材で
は、CrMoV鋳鋼に比べて炭素量を低めに設定し靱性
を高めているため、ニッケルによる靱性向上はさほど期
待しないが、炭素量が上限に近い場合は0.5%程度の
ニッケルを添加し、炭素増量による靱性低下を補う必要
がある場合も生じるため、上限値を0.5%とする。長
時間クリープ破断強度を最重視する場合、ニッケル含有
量は低いほど望ましいが、0.1%以下に抑制するため
には原料の厳選が必要となりコストが上昇するため、下
限を0.1%とする。Nickel: Nickel is effective for enhancing hardenability during heat treatment, improving tensile strength and proof stress, and in particular, enhancing toughness. However, on the other hand, the long-term creep rupture strength decreases with the addition of nickel. In the present invention material, since the toughness is increased by setting the carbon content lower than that of the CrMoV cast steel, the toughness improvement by nickel is not expected much. However, when the carbon content is close to the upper limit, about 0.5% of nickel is reduced. In some cases, it is necessary to compensate for the decrease in toughness due to the addition of carbon, so the upper limit is set to 0.5%. When the long-term creep rupture strength is most important, the lower the nickel content, the better. However, in order to suppress the nickel content to 0.1% or less, it is necessary to carefully select raw materials and the cost increases. I do.
【0012】バナジウム:バナジウムは熱処理時の焼入
れ性を高めるとともに炭化物となってクリープ破断強度
を改善する。0.05%未満の添加では十分な効果が得
られない。また、逆に0.35%を越える量を添加する
と靱性が低下してしまう。このため、成分範囲を0.0
5〜0.3%とする。強度特性と靱性のバランスを考慮
すると望ましい添加量は0.15〜0.25%である。Vanadium: Vanadium enhances hardenability during heat treatment and becomes a carbide to improve creep rupture strength. If the addition is less than 0.05%, a sufficient effect cannot be obtained. Conversely, if the amount exceeds 0.35%, the toughness is reduced. Therefore, the component range is set to 0.0
5 to 0.3%. Considering the balance between the strength characteristics and the toughness, the desirable addition amount is 0.15 to 0.25%.
【0013】ニオブ:ニオブは焼入れ性を高めるととも
に微細な炭化物を形成して高温強度の改善に寄与する。
また、溶体化処理等の高温加熱時の結晶粒成長を適度に
抑制し、靱性の向上に寄与する。添加量が0.01%未
満では顕著な効果はなく、また0.1%を越える量を添
加すると、溶湯凝固製造時に生成した粗大なニオブの炭
化物が熱処理(溶体化処理)時にマトリックスに十分に
固溶できず多量に残存し、靱性や長時間のクリープ破断
強度を低下させる。そこで成分範囲を0.01〜0.1
%に限定する。強度特性と靱性のバランスを考慮すると
望ましい添加量は0.02〜0.05%である。Niobium: Niobium enhances hardenability and forms fine carbides to contribute to improvement in high-temperature strength.
Further, it appropriately suppresses the growth of crystal grains during high-temperature heating such as solution treatment, and contributes to improvement in toughness. If the addition amount is less than 0.01%, there is no remarkable effect, and if the addition amount exceeds 0.1%, the coarse niobium carbide generated during the solidification production of the molten metal can sufficiently form the matrix during the heat treatment (solution treatment). It cannot form a solid solution and remains in a large amount, reducing toughness and long-term creep rupture strength. Therefore, the component range is 0.01 to 0.1
%. Considering the balance between the strength characteristics and the toughness, the desirable addition amount is 0.02 to 0.05%.
【0014】モリブデン:モリブデンは熱処理時の焼入
れ性を高めるとともにマトリックス中や炭化物中に固溶
してクリープ破断強度を改善する。添加量が0.1%未
満であれば顕著な効果は期待されない。一方、多量に添
加すると靱性が低下するとともにコスト高を招くため
に、添加量の上限を1.5%に制限している。強度特
性、靱性、コストのバランスを考慮すると望ましい添加
量は0.45〜1.2%、靱性、コストとのバランスを
とりながら特にクリープ破断強度を重視する場合、より
望ましい添加量は0.8〜1.2%である。Molybdenum: Molybdenum enhances the hardenability during heat treatment and improves the creep rupture strength by forming a solid solution in a matrix or carbide. If the amount is less than 0.1%, no remarkable effect is expected. On the other hand, if added in a large amount, the toughness is reduced and the cost is increased. Therefore, the upper limit of the added amount is limited to 1.5%. Considering the balance of strength characteristics, toughness, and cost, the preferable addition amount is 0.45 to 1.2%, and the more preferable addition amount is 0.8 when the creep rupture strength is particularly important while balancing the toughness and cost. ~ 1.2%.
【0015】タングステン:タングステンはマトリック
ス中や炭化物中に固溶してクリープ破断強度を改善す
る。添加量が0.1%未満であれば顕著な効果は期待さ
れない。一方、過剰に添加すると靱性を低下させるとと
もに、偏析して材料特性が不均一になる恐れもあり、さ
らにはコスト高も招くため、添加量の上限を3%に制限
している。強度特性、靱性、コストのバランスを考慮す
ると望ましい添加量は1〜2.5%、靱性、コストとの
バランスをとりながら特にクリープ破断強度を重視する
場合、より望ましい添加量は1.7〜2.5%である。Tungsten: Tungsten forms a solid solution in a matrix or carbide to improve the creep rupture strength. If the amount is less than 0.1%, no remarkable effect is expected. On the other hand, if it is added excessively, the toughness is lowered, and there is a possibility that the material properties may be uneven due to segregation, and the cost may be increased. Therefore, the upper limit of the addition amount is limited to 3%. Considering the balance between the strength characteristics, toughness and cost, the preferable addition amount is 1 to 2.5%, and the more preferable addition amount is 1.7 to 2 when the creep rupture strength is particularly important while balancing the toughness and cost. 0.5%.
【0016】ホウ素:ホウ素は粒界に適当量偏析して焼
入れ性を高めるとともに、粒界を強化し靱性や高温強度
特性を改善する。微小量の添加で大きな特性向上をもた
らす有用な元素であるが、過剰に添加すると逆に粒界を
脆弱化して靱性を低下させる方向に転じてしまうため、
微小量を適切に制御して添加する必要がある。添加量が
0.001%未満では、焼入れ性向上や靱性、高温強度
特性向上効果は明確に現れず、逆に0.01%を超える
量を添加すると靱性低下を招くため、添加範囲を0.0
01〜0.01%とする。望ましい添加範囲は0.00
2〜0.007%である。Boron: Boron segregates in an appropriate amount at grain boundaries to enhance hardenability, strengthens grain boundaries, and improves toughness and high-temperature strength characteristics. Although it is a useful element that brings a great improvement in properties when added in a small amount, if it is added excessively, it will weaken the grain boundaries and turn to the direction of reducing toughness,
It is necessary to control the addition in a very small amount. If the addition amount is less than 0.001%, the effect of improving hardenability, toughness, and high-temperature strength characteristics does not clearly appear. Conversely, if the addition amount exceeds 0.01%, the toughness is reduced. 0
01 to 0.01%. Desirable addition range is 0.00
2 to 0.007%.
【0017】本発明材1においては、上記の合金元素以
外は不可避的に不純物として混入するものを除いては含
有されないこと、すなわち意図的な添加を行わないこと
をその特徴の一つとしている。以下、いくつかの元素に
ついて添加を行わない理由を説明する。One of the features of the material 1 of the present invention is that it does not contain any alloy elements other than the above-mentioned alloy elements except those which are inevitably mixed as impurities, that is, does not intentionally add. The reason why some elements are not added will be described below.
【0018】窒素:窒素は炭素と同様に熱処理時の焼入
れ性を確保するとともに材料強度を高める効果がある。
また、炭窒化物を形成して高温におけるクリープ破断強
度の向上に寄与する。しかしながら、窒素はホウ素と化
合物を形成しやすいため、少量でも不用意に添加すると
ホウ素が粒界に適度に偏析せずにホウ素添加による効果
が消失してしまう。場合によっては、焼入れ処理時に、
ホウ素化合物がフェライト生成の核として作用するため
に焼入れ性を低下させる。本発明材1では、ホウ素添加
による焼入れ性向上効果、高温強度向上効果を優先させ
るために、窒素を無添加としている。Nitrogen: Nitrogen, like carbon, has the effect of ensuring hardenability during heat treatment and increasing material strength.
In addition, it forms carbonitrides and contributes to improvement in creep rupture strength at high temperatures. However, since nitrogen easily forms a compound with boron, if it is added carelessly even in a small amount, the effect of boron addition disappears without boron segregating moderately at the grain boundaries. In some cases, during the quenching process,
Since the boron compound acts as a nucleus for ferrite formation, the hardenability is reduced. In the present invention material 1, nitrogen is not added in order to give priority to the hardenability improvement effect and the high temperature strength improvement effect by boron addition.
【0019】チタン:チタンは炭窒化物を形成しやすい
元素であり、特に窒素との親和力が強いことから微量の
添加によって窒素を固定する(ホウ素と窒素が結び付か
ないようにする)効果を有している。しかしながら、酸
素と結合して酸化物を形成し、材料欠陥を生じさせやす
い元素でもある。鋳鋼材では鍛造工程を取らないことが
大前提であり、鍛造により酸化物と基地金属を密着させ
ることもできないため、素材の清浄性を高めることが肝
要である。また、不可避的に混入するレベルの窒素であ
れば、あえてチタンを添加してこれを固定しなくともホ
ウ素は有効に作用するため、本発明材1ではチタンを無
添加としている。Titanium: Titanium is an element that easily forms carbonitrides. Particularly, titanium has a strong affinity for nitrogen, and thus has an effect of fixing nitrogen (preventing the binding of boron and nitrogen) by adding a small amount. doing. However, it is also an element which easily forms an oxide when combined with oxygen to cause a material defect. It is a major premise that no forging step is performed in cast steel materials, and it is not possible to make the oxide and the base metal adhere to each other by forging, so it is important to improve the cleanliness of the material. In addition, in the case of nitrogen at a level that is inevitably mixed, boron works effectively even if titanium is not added and fixed, so titanium material is not added in the material 1 of the present invention.
【0020】アルミニウム:アルミニウムも窒素との親
和力が強いことから窒素を固定する作用を有している
が、チタンと同様に酸化物を形成して素材の清浄度を下
げる元素である。したがって、チタンの場合と同様の理
由により無添加としている。Aluminum: Aluminum also has the effect of fixing nitrogen because of its strong affinity for nitrogen, but is an element that forms an oxide like titanium and lowers the cleanliness of the material. Therefore, it is not added for the same reason as in the case of titanium.
【0021】次に、前記発明(2)における成分限定理
由を述べる。なお、前述の発明(1)に関する説明で既
に述べた成分については限定理由は同じなので、ここで
は前記発明(1)の低合金耐熱鋳鋼材料に含まれるニッ
ケル及び/又はマンガンを鉄で置換した理由を述べる。Next, the reasons for limiting the components in the invention (2) will be described. Since the reasons for limiting the components already described in the description of the invention (1) are the same, here, the reason why nickel and / or manganese contained in the low-alloy heat-resistant cast steel material of the invention (1) is replaced by iron. State.
【0022】マンガン:発明(1)の低合金耐熱鋳鋼材
料においてマンガンは、脱酸効果や焼入れ性向上効果を
期待して添加されている。しかしながら、その量に応じ
てクリープ破断強度が劣化するため、素材コストは上昇
してもクリープ破断特性を高めることを重視する場合に
は無添加とすることが望ましい。脱酸効果に関しては、
真空カーボン脱酸法の採用やケイ素などの他の脱酸材に
よる効果を考慮すればマンガンを無添加としても問題は
ない。また、焼入れ性に関しても、必要に応じて炭素、
クロム、バナジウム、ニオブ、モリブデン、ホウ素など
の焼入れ性を高める元素の添加量をコントロールするこ
とで確保することが可能である。したがって、特に高温
強度特性を最重視するために、コストの上昇を容認した
うえでマンガンを無添加としている。Manganese: In the low alloy heat resistant cast steel material of the invention (1), manganese is added in expectation of a deoxidizing effect and an effect of improving hardenability. However, since the creep rupture strength is degraded according to the amount, even if the material cost is increased, it is desirable that no addition is made when emphasis is placed on enhancing the creep rupture characteristics. Regarding the deoxidizing effect,
Considering the use of the vacuum carbon deoxidation method and the effects of other deoxidizing materials such as silicon, there is no problem even if manganese is not added. Also, regarding hardenability, if necessary, carbon,
It can be ensured by controlling the addition amount of an element that enhances hardenability, such as chromium, vanadium, niobium, molybdenum, and boron. Therefore, in order to give the highest priority to the high-temperature strength characteristics, manganese is not added without increasing the cost.
【0023】ニッケル:発明(1)の低合金耐熱鋳鋼材
料においてニッケルは熱処理時の焼入れ性を高め、引張
強さや耐力を向上させるほか、特に靱性を高める効果を
期待して添加されている。しかしその反面、長時間クリ
ープ破断強度はニッケル添加により低下するため、素材
コストは上昇してもクリープ破断特性を高めることを重
視する場合には無添加とすることが望ましい。焼入れ性
に関しては、必要に応じて炭素、クロム、バナジウム、
ニオブ、モリブデン、ホウ素などの焼入れ性を高める元
素の添加量をコントロールすることで確保することが可
能である。また、靱性に関しては、本発明材では、Cr
MoV鋳鋼に比べて炭素量を低めに設定し靱性を高めて
いるため、ニッケルによる靱性向上はさほど期待しない
が、炭素量が上限に近い場合は、靱性が低下して溶接性
が悪くなり、コスト上昇を招く場合もある。しかしなが
ら、このようなコスト高を容認したうえで、特に、高温
強度特性を最重視するために、ニッケルを無添加として
いる。Nickel: In the low alloy heat-resistant cast steel material of the invention (1), nickel is added with an expectation of an effect of increasing hardenability at the time of heat treatment, improving tensile strength and proof stress, and particularly enhancing toughness. However, on the other hand, the long-term creep rupture strength is reduced by the addition of nickel. Therefore, even if the material cost is increased, it is desirable that no addition is made when emphasis is placed on enhancing the creep rupture characteristics. Regarding hardenability, carbon, chromium, vanadium,
It can be ensured by controlling the addition amount of an element that enhances hardenability, such as niobium, molybdenum, and boron. Regarding the toughness, the material of the present invention
Since the toughness is increased by setting the carbon content lower than that of MoV cast steel, the toughness improvement by nickel is not expected much. However, when the carbon content is close to the upper limit, the toughness decreases and the weldability deteriorates, and the cost increases. In some cases, it will rise. However, in view of such a high cost, nickel is not added in order to give the highest priority to high-temperature strength characteristics.
【0024】次に前記発明(3)における成分限定の理
由を述べるが、コバルト以外の元素については発明
(1)と同じであるのでここでは省略し、コバルトの作
用についてのみ説明する。 コバルト:コバルトは焼入れ性を高めるとともにマトリ
ックスに固溶して基地自体を強化する。さらにコバルト
は焼戻し軟化抵抗を高める作用があり、強度と靱性のバ
ランスを図るためにも有用である。コバルト添加の効果
が現れるのは添加量0.1%以上であるが、3.5%を
越える量を添加すると、炭化物の析出を促進してしまう
ために、長時間側のクリープ破断強度を劣化させてしま
う。加えてコバルト自体高価な材料であるため、多量の
添加はコスト高を招く。このため、成分範囲として0.
1〜3.5%を設定している。望ましい範囲としては
0.5〜2.5%である。Next, the reasons for the limitation of the components in the invention (3) will be described. Elements other than cobalt are the same as those in the invention (1), and therefore are omitted here, and only the action of cobalt will be described. Cobalt: Cobalt enhances hardenability and forms a solid solution in the matrix to strengthen the matrix itself. Further, cobalt has an effect of increasing tempering softening resistance, and is useful for balancing strength and toughness. The effect of the addition of cobalt appears when the addition amount is 0.1% or more. However, when the addition amount exceeds 3.5%, the precipitation of carbides is promoted, so that the long-term creep rupture strength is deteriorated. Let me do it. In addition, since cobalt itself is an expensive material, the addition of a large amount causes an increase in cost. For this reason, a component range of 0.
1 to 3.5% is set. A desirable range is 0.5 to 2.5%.
【0025】次に前記発明(4)における成分限定の理
由を述べるが、新規添加元素であるチタンと、チタンの
添加に関連するものとして不可避的不純物として混入す
る窒素、および新規添加元素であるカルシウム以外の元
素については発明(1)〜(3)と同じであるのでここ
では省略し、チタン(窒素の影響を含む)、カルシウム
の作用についてのみ説明する。Next, the reasons for limiting the components in the invention (4) will be described. Titanium which is a new additive element, nitrogen which is mixed as an unavoidable impurity related to the addition of titanium, and calcium which is a new additive element Elements other than the above are the same as those of the inventions (1) to (3), and will not be described here. Only the action of titanium (including the influence of nitrogen) and calcium will be described.
【0026】チタン:発明(1)〜(3)の成分的特徴
の一つは、窒素およびチタンの意図的な添加を行わない
点である。窒素無添加の理由は窒素はホウ素と化合物を
形成しやすく、少量でも不用意に添加するとホウ素が粒
界に適度に偏析せずにホウ素添加による効果が消失して
しまうためである。製鋼工程で真空脱ガスが可能な場
合、不純物として混入する窒素量は低く抑えられるた
め、発明(1)〜(3)の成分でもホウ素が有効に作用
するが、製造設備の関係等で大気溶解を余儀なくされる
場合や、出発原料のスクラップ中の窒素濃度が高い場合
には、不純物として混入する窒素量が許容量を越えるよ
うになり、ホウ素が有効に作用しなくなる。一方、チタ
ンは炭窒化物を形成しやすい元素であり、特に窒素との
親和力が強いことから微量の添加によって窒素を固定す
る(ホウ素と窒素が結び付かないようにする)効果を有
している。不純物として混入する窒素の許容量は、他の
元素との兼ね合いで微妙に変化するが、本発明者らがこ
れまで得てきた多くの実験結果に基づけば0.006%
を越えるような場合には、ホウ素の有効な効果が低下す
る傾向にあるため、このような場合にチタンを添加する
ものとする。チタンの添加量が0.01%未満では窒素
の固定効果が不十分であるため、下限値を0.01%と
する。一方、必要以上の添加は材料の清浄度を低下させ
て靱性や高温強度特性を低下させるため、上限値を0.
045%とする。窒素を確実に固定し、かつ過剰添加と
ならないことを考慮すると、望ましい添加量は0.02
%〜0.04%である。Titanium: One of the constituent features of the inventions (1) to (3) is that no intentional addition of nitrogen and titanium is performed. The reason why nitrogen is not added is that nitrogen easily forms a compound with boron, and if a small amount is added carelessly, boron does not segregate properly at the grain boundaries and the effect of boron addition disappears. When vacuum degassing is possible in the steelmaking process, the amount of nitrogen mixed as an impurity can be suppressed to a low level, so that boron effectively acts even with the components of the inventions (1) to (3). When the nitrogen concentration in the scrap of the starting material is high, the amount of nitrogen mixed as impurities exceeds the allowable amount, and boron does not work effectively. On the other hand, titanium is an element that easily forms a carbonitride, and has an effect of fixing nitrogen (preventing the binding of boron and nitrogen) by adding a small amount because it has a particularly strong affinity for nitrogen. . Although the allowable amount of nitrogen mixed as an impurity varies slightly depending on the balance with other elements, it is 0.006% based on many experimental results obtained by the present inventors.
Is exceeded, the effective effect of boron tends to be reduced. In such a case, titanium should be added. If the added amount of titanium is less than 0.01%, the effect of fixing nitrogen is insufficient, so the lower limit is made 0.01%. On the other hand, an excessive addition lowers the cleanliness of the material and lowers the toughness and high-temperature strength properties.
045%. Considering that nitrogen is fixed securely and not excessively added, the preferable addition amount is 0.02.
% To 0.04%.
【0027】カルシウム:カルシウムは介在物を球状化
し細かく分散させるとともに、その接種効果によって等
軸晶の成長を促進して、硫黄等の有害不純物元素のマク
ロ偏析を低減する。また、介在物の融点を下げて、精錬
工程で介在物を取り除きやすくする効果も有している。
この結果、材料の靱性や高温強度特性が向上する。とく
に本発明材のような鋳鋼材では、鍛造等の素材加工工程
により、介在物と基地金属の密着や偏析の解消を図るこ
とはできないため、カルシウムの添加は有効である。添
加量が0.001%未満では有効な作用を生じないた
め、下限値を0.001%とする。また、過剰に添加す
ると、カルシウム酸化物を生成し素材の清浄度が低下し
てしまうため、添加の上限値を0.009%とする。望
ましい添加範囲は0.002〜0.006%である。Calcium: Calcium spheroidizes and finely disperses inclusions, promotes the growth of equiaxed crystals by its inoculation effect, and reduces macrosegregation of harmful impurity elements such as sulfur. It also has the effect of lowering the melting point of the inclusions so that the inclusions can be easily removed in the refining process.
As a result, the toughness and high-temperature strength characteristics of the material are improved. Particularly in the case of a cast steel material such as the material of the present invention, the addition of calcium is effective because it is impossible to eliminate the adhesion between the inclusions and the base metal and eliminate segregation by a material processing step such as forging. If the added amount is less than 0.001%, no effective action is produced, so the lower limit is made 0.001%. Further, if added in excess, calcium oxide is generated and the cleanliness of the material is reduced, so the upper limit of the addition is made 0.009%. A desirable addition range is 0.002 to 0.006%.
【0028】[0028]
【実施例】以下に実施例に基づいて本発明をさらに具体
的に説明する。 (実施例1)表1に試験に供した材料の化学成分を示
す。試料番号1〜7が発明(1)に係る本発明材、試料
番号8〜12が比較材に相当する。比較材のうち、試料
番号11は2.25CrMo鋳鋼の代表的成分、試料番
号12はCrMoV鋳鋼の代表的な成分である。全ての
試験材料は50kg真空高周波溶解炉にて溶製し、砂型
を用いて造塊した。続いて、タービン車室のような大型
鋳鋼品の製造熱処理を模擬する形で、均質化焼鈍、溶体
化処理後、500℃までの平均冷却速度3℃/分で冷却
した。なお、この冷却速度は肉厚400mmの部品の中
心部の冷却を模擬したものである。焼戻しは0.2%耐
力がおよそ50±3kgf/mm2 になるように各材料
の焼戻し温度を決めて行った。The present invention will be described in more detail with reference to the following examples. (Example 1) Table 1 shows the chemical components of the materials subjected to the test. Sample numbers 1 to 7 correspond to the material of the present invention according to invention (1), and sample numbers 8 to 12 correspond to comparative materials. Of the comparative materials, Sample No. 11 is a typical component of 2.25 CrMo cast steel, and Sample No. 12 is a typical component of CrMoV cast steel. All test materials were melted in a 50 kg vacuum high-frequency melting furnace and ingots were formed using a sand mold. Subsequently, the steel sheet was cooled at an average cooling rate of 3 ° C./min up to 500 ° C. after homogenizing annealing and solution treatment in a form simulating a heat treatment for manufacturing a large cast steel product such as a turbine casing. The cooling rate simulates the cooling of the central part of a 400 mm thick part. Tempering was performed by determining the tempering temperature of each material so that the 0.2% proof stress was approximately 50 ± 3 kgf / mm 2 .
【0029】表2に発明(1)に係る本発明材及び比較
材の機械的性質及びクリープ破断特性を示す。使用時の
組織安定性を考慮すると、焼戻しは使用温度より150
℃以上は高い温度で行うのが望ましいため、焼戻しの下
限温度を680℃としたが、本発明材は、いずれも目標
強度を確保できたのに対して、一部の比較材では、68
0℃で焼き戻しても目標の0.2%耐力を得られないも
のがあった。これは、大型部品を想定したゆっくりとし
た冷却では十分に焼きが入らなかったためである。比較
材のうち、鋼種8,9及び11は十分に焼きが入らず、
下限温度:680℃で焼き戻しても目標の0.2%耐力
に到達しなかった鋼種である。Table 2 shows the mechanical properties and creep rupture characteristics of the material of the present invention and the comparative material according to the invention (1). Considering the structural stability during use, tempering is 150
The lower limit temperature of tempering was set to 680 ° C. because it is desirable to perform the process at a higher temperature than ℃.
In some cases, the target 0.2% proof stress could not be obtained even when tempered at 0 ° C. This is because burning was not sufficiently performed by slow cooling assuming large components. Of the comparative materials, steel types 8, 9 and 11 were not sufficiently baked,
Lower limit temperature: Steel type that did not reach the target 0.2% proof stress even after tempering at 680 ° C.
【0030】発明(1)に係る本発明材のシャルピー衝
撃吸収エネルギー(常温試験)は、最低でも11.9k
gf−mであり、溶接性が良好な2.25CrMo鋳鋼
(比較材:鋼種11)と比べても遜色はない。このこと
は、発明(1)に係る本発明材が2.25CrMo鋳鋼
と同等以上の溶接性を有していることを示している。6
00℃で15kgf/mm2 の荷重を負荷した場合のク
リープ破断時間に着目すると、発明(1)に係る本発明
材は比較材を大幅に上回る破断時間を示しており、クリ
ープ破断特性が十分に高いことがわかる。以上のこと
は、発明(1)に係る本発明材における各種元素の適切
な成分設計が靱性の確保とクリープ破断強度の向上に有
効であったことを示唆している。The Charpy impact absorption energy (normal temperature test) of the material of the present invention according to the invention (1) is at least 11.9 k.
gf-m, which is comparable to 2.25CrMo cast steel (comparative material: steel type 11) having good weldability. This indicates that the material of the present invention according to the invention (1) has weldability equal to or higher than that of 2.25CrMo cast steel. 6
Focusing on the creep rupture time when a load of 15 kgf / mm 2 is applied at 00 ° C., the material of the present invention according to the invention (1) shows a rupture time that is significantly greater than that of the comparative material, and the creep rupture characteristics are sufficiently high. It turns out that it is high. The above suggests that appropriate component design of various elements in the material of the present invention according to the invention (1) was effective in securing toughness and improving creep rupture strength.
【0031】(実施例2)表3に試験に供した材料の化
学成分を示す。試料番号13は実施例1で用いた試料番
号3の成分をベースに、ニッケルを無添加とした鋼種、
試料番号14は実施例1で用いた試料番号4の成分をベ
ースに、マンガン及びニッケルを無添加とし、焼入れ性
確保のためにモリブデンを増量した鋼種、試料番号15
は実施例1で用いた試料番号5の成分をベースに、マン
ガンを無添加とし焼入れ性確保のためにクロムを増量し
た鋼種である。全ての試料材料は50kg真空高周波溶
解炉にて溶製し、砂型を用いて造塊した。続いて、ター
ビン車室のような大型鋳鋼品の製造熱処理を模擬する形
で、均質化焼鈍、溶体化処理後、500℃までの平均冷
却速度3℃/分で冷却した。なお、この冷却速度は肉厚
400mmの部品の中心部の冷却を模擬したものであ
る。焼戻しは0.2%耐力がおよそ50±3kgf/m
m2 になるように各材料の焼戻し温度を決めて行った。(Example 2) Table 3 shows the chemical components of the materials subjected to the test. Sample No. 13 is based on the component of Sample No. 3 used in Example 1, and is a steel type in which nickel is not added.
Sample No. 14 is based on the component of Sample No. 4 used in Example 1 and is a steel type in which manganese and nickel are not added and molybdenum is increased to secure hardenability.
Is a steel type in which manganese is added without addition of manganese to secure quenchability based on the component of sample No. 5 used in Example 1. All of the sample materials were melted in a 50 kg vacuum high-frequency melting furnace and ingots were formed using a sand mold. Subsequently, the steel sheet was cooled at an average cooling rate of 3 ° C./min up to 500 ° C. after homogenizing annealing and solution treatment in a form simulating a heat treatment for manufacturing a large cast steel product such as a turbine casing. The cooling rate simulates the cooling of the central part of a 400 mm thick part. Tempering has a 0.2% proof stress of about 50 ± 3kgf / m
The tempering temperature of each material was determined so as to obtain m 2 .
【0032】表4に発明(2)に係る本発明材(試料番
号13〜15)の機械的性質及びクリープ破断特性を示
す。試料番号13〜15の鋼種の特性を表2に示した実
施例1のベース材の特性と比較すると、シャルピー衝撃
吸収エネルギー(常温試験)は若干低めであるが、それ
でも、表1の比較材:試料番号11(2.25CrMo
鋳鋼)と比べて遜色はない。一方、600℃で15kg
f/mm2 の荷重を負荷した場合のクリープ破断時間は
確実に伸びており、クリープ破断強度が上昇したことを
示している。Table 4 shows the mechanical properties and creep rupture properties of the material of the present invention (sample Nos. 13 to 15) according to the invention (2). When the properties of the steel types of Sample Nos. 13 to 15 are compared with the properties of the base material of Example 1 shown in Table 2, the Charpy impact absorption energy (normal temperature test) is slightly lower. Sample No. 11 (2.25CrMo)
(Cast steel). On the other hand, 15kg at 600 ° C
The creep rupture time when a load of f / mm 2 was applied was definitely extended, indicating that the creep rupture strength was increased.
【0033】(実施例3)表5に試験に供した材料の化
学成分を示す。試料番号16,17は実施例1の試料番
号1,3の成分をベースとした発明(3)に係る発明
材、試料番号18,19は実施例2の試料番号14,1
5の成分をベースとした発明(3)に係る発明材であ
る。全ての試験材料は50kg真空高周波溶解炉にて溶
製し、砂型を用いて造塊した。続いて、タービン車室の
ような大型鋳鋼品の製造熱処理を模擬する形で、均質化
焼鈍、溶体化処理後、500℃までの平均冷却速度3℃
/分で冷却した。なお、この冷却速度は肉厚400mm
の部品の中心部の冷却を模擬したものである。焼戻しは
0.2%耐力がおよそ50±3kgf/mm2 になるよ
うに各材料の焼戻し温度を決めて行った。(Example 3) Table 5 shows the chemical components of the materials subjected to the test. Sample Nos. 16 and 17 are invention materials according to invention (3) based on the components of Sample Nos. 1 and 3 of Example 1, and Sample Nos. 18 and 19 are Sample Nos. 14 and 1 of Example 2.
An invention material according to invention (3), based on the ingredient No. 5. All test materials were melted in a 50 kg vacuum high-frequency melting furnace and ingots were formed using a sand mold. Subsequently, in a form simulating the heat treatment for manufacturing large cast steel products such as turbine casings, after homogenizing annealing and solution treatment, the average cooling rate to 500 ° C. was 3 ° C.
/ Min. The cooling rate is 400 mm in thickness.
This simulates cooling of the central part of the part. Tempering was performed by determining the tempering temperature of each material so that the 0.2% proof stress was approximately 50 ± 3 kgf / mm 2 .
【0034】表6に本発明材の機械的性質及びクリープ
破断特性を示す。鋼種16〜19の特性を表2に示した
実施例1のベース材の特性及び表4に示した実施例2の
ベース材の特性と比較すると、シャルピー衝撃吸収エネ
ルギー(常温試験)はほとんど変わらないか、むしろ高
めの良好な値を示している。一方、600℃で15kg
f/mm2 の荷重を負荷した場合のクリープ破断時間は
確実に伸びており、クリープ破断強度が上昇したことを
示している。Table 6 shows the mechanical properties and creep rupture characteristics of the material of the present invention. When the characteristics of steel types 16 to 19 are compared with the characteristics of the base material of Example 1 shown in Table 2 and the characteristics of the base material of Example 2 shown in Table 4, the Charpy impact absorption energy (normal temperature test) hardly changes. Rather, it shows a rather good value. On the other hand, 15kg at 600 ° C
The creep rupture time when a load of f / mm 2 was applied was definitely extended, indicating that the creep rupture strength was increased.
【0035】(実施例4)表7には試験に供した材料の
化学成分を示す。試料番号20,23,24は実施例1
の試料番号3の成分をベースにとした発明(4)に係る
発明材、試料番号21は実施例2の試料番号14の成分
をベースにとした発明(4)に係る発明材、試料番号2
2、25は実施例3の試料番号17の成分をベースにと
した発明(4)に係る発明材である。また、試料番号2
6〜28は比較材である。また、上記の試料のうち、試
料番号20〜23、26、27は、製造設備の関係等で
大気溶解を余儀なくされる場合や、出発原料のスクラッ
プ中の窒素濃度が高い場合を想定して、不可避的に混入
する量の不純物としての窒素を模擬する形であえて窒素
を加えている(窒素添加による有用な効果を狙ったもの
ではない)。全ての試験材料は50kg真空高周波溶解
炉にて溶製し、砂型を用いて造塊した。続いて、タービ
ン車室のような大型鋳鋼品の製造熱処理を模擬する形
で、均質化焼鈍、溶体化処理後、500℃までの平均冷
却速度3℃/分で冷却した。なお、この冷却速度は肉厚
400mmの部品の中心部の冷却を模擬したものであ
る。焼もどしは0.2%耐力がおよそ50±3kgf/
mm2 になるように各材料の焼もどし温度を決めて行っ
た。Example 4 Table 7 shows the chemical components of the materials subjected to the test. Sample Nos. 20, 23, and 24 correspond to Example 1.
Inventive material according to Invention (4) based on the component of Sample No. 3 of Example 2, and Sample No. 21 is the invention material according to Invention (4) based on the component of Sample No. 14 of Example 2, and Sample No. 2
Reference numerals 2 and 25 denote invention materials according to invention (4) based on the component of sample number 17 in Example 3. Sample No. 2
6 to 28 are comparative materials. In addition, among the above samples, Sample Nos. 20 to 23, 26, and 27 are supposed to be inevitably dissolved in the air due to manufacturing equipment or the like, or assuming that the nitrogen concentration in the scrap of the starting material is high. Nitrogen is added in a manner simulating nitrogen as an inevitable amount of impurities (not intended to be a useful effect of nitrogen addition). All test materials were melted in a 50 kg vacuum high-frequency melting furnace and ingots were formed using a sand mold. Subsequently, the steel sheet was cooled at an average cooling rate of 3 ° C./min up to 500 ° C. after homogenizing annealing and solution treatment in a form simulating a heat treatment for manufacturing a large cast steel product such as a turbine casing. The cooling rate simulates the cooling of the central part of a 400 mm thick part. Tempering has a 0.2% proof stress of about 50 ± 3kgf /
The tempering temperature of each material was determined so as to obtain mm 2 .
【0036】表8に本発明材の機械的性質およびクリー
プ破断特性を示す。まず、チタン添加の効果について記
述する。試料番号20〜23および27のように不可避
的に混入する窒素の量が大きい場合でも、適切量のチタ
ンの添加を行えばホウ素による焼入性向上効果が有効に
作用して目標強度を確保することができる。一方、チタ
ン添加量が本発明の下限値より低い試料番号26では焼
入性が低く目標強度を確保できていないとともに、初析
フェライトが多量に出現するためにシャルピー衝撃吸収
エネルギー(常温試験)も低い。試料番号20〜22で
は、本発明範囲内の量のチタンの添加を行うことで、シ
ャルピー衝撃吸収エネルギー(常温試験)や600℃で
15kgf/mm2 の荷重を負荷した場合のクリープ破
断時間はそれぞれのベース材より若干低下する。しかし
衝撃吸収エネルギーに関しては10kgf−m以上の十
分に高い値を示し、現用材(試料番号11)と比較して
も大きく劣るものではなく、かつ、クリープ破断時間に
関しては現用材(試料番号11)を大幅に上回ってい
る。試料番号27は本発明の上限値以上のチタンを添加
したものであるが、クリープ破断時間は現用材(試料番
号11)を大幅に上回るものの、衝撃吸収エネルギーが
極端に劣っている。Table 8 shows the mechanical properties and creep rupture characteristics of the material of the present invention. First, the effect of adding titanium will be described. Even when the amount of unavoidably mixed nitrogen is large, as in the case of sample numbers 20 to 23 and 27, the effect of improving the hardenability by boron works effectively by adding an appropriate amount of titanium to secure the target strength. be able to. On the other hand, in Sample No. 26, in which the amount of titanium added was lower than the lower limit of the present invention, the hardenability was low and the target strength could not be secured, and the Charpy impact absorption energy (room temperature test) was also low because a large amount of proeutectoid ferrite appeared. Low. In Sample Nos. 20 to 22, the addition of titanium in an amount within the range of the present invention resulted in Charpy impact absorption energy (normal temperature test) and creep rupture time when a load of 15 kgf / mm 2 was applied at 600 ° C., respectively. Slightly lower than the base material. However, the impact absorption energy shows a sufficiently high value of 10 kgf-m or more, which is not so inferior to the current material (Sample No. 11), and the creep rupture time of the current material (Sample No. 11). Is significantly higher. Sample No. 27 has titanium added to the upper limit or more of the present invention, but the creep rupture time is much longer than that of the current material (Sample No. 11), but the shock absorption energy is extremely poor.
【0037】以上の結果より、不可避的に混入する窒素
の量が大きい場合において、焼入性を確保して目標強度
を確保するとともに、かつ良好なシャルピー衝撃吸収エ
ネルギーとクリープ破断強度強度を得るためには、本発
明にて限定した範囲内のチタンを添加することが有用で
あることが明らかである。From the above results, in the case where the amount of nitrogen unavoidably mixed is large, it is necessary to secure the target strength by securing the hardenability, and to obtain good Charpy impact absorption energy and good creep rupture strength. It is clear that it is useful to add titanium within the range limited by the present invention.
【0038】つぎにカルシウム添加の効果について記述
する。表8から明らかなように、本発明範囲内のカルシ
ウムを添加した鋼種(試料番号23〜25)は、それぞ
れのベース材料に比べて、シャルピー衝撃吸収エネルギ
ー(常温試験)、600℃で15kgf/mm2 の荷重
を負荷した場合のクリープ破断時間とともにほぼ同等
(試料番号23)あるいは同等以上の高い値(試料番号
24,25)を示している。一方、上限値以上の量のカ
ルシウムを添加した試料番号28では、現用材(試料番
号11)に比べて衝撃吸収エネルギーが極端に劣ってい
る。以上の結果より、本発明にて限定した範囲内のカル
シウムの添加は靱性とクリープ破断強度を高める有効な
作用を有することが明らかである。Next, the effect of adding calcium will be described. As is clear from Table 8, the steel type to which calcium within the scope of the present invention was added (Sample Nos. 23 to 25) had a Charpy impact absorption energy (normal temperature test) and 15 kgf / mm at 600 ° C. as compared with the respective base materials. It shows almost the same value (sample No. 23) or a high value equal to or higher than the creep rupture time when a load of 2 is applied (sample Nos. 24 and 25). On the other hand, in sample No. 28 to which calcium in an amount equal to or more than the upper limit was added, the impact absorption energy was extremely inferior to the current material (sample No. 11). From the above results, it is apparent that the addition of calcium within the range defined in the present invention has an effective action to increase toughness and creep rupture strength.
【0039】[0039]
【表1】 [Table 1]
【0040】[0040]
【表2】 [Table 2]
【0041】[0041]
【表3】 [Table 3]
【0042】[0042]
【表4】 [Table 4]
【0043】[0043]
【表5】 [Table 5]
【0044】[0044]
【表6】 [Table 6]
【0045】[0045]
【表7】 [Table 7]
【0046】[0046]
【表8】 [Table 8]
【0047】[0047]
【発明の効果】本発明の低合金耐熱鋳鋼材は優れた高温
強度及び靱性を有するため、最終製品形状に近い形を鋳
造等の素材鍛練工程を経ずに製造するための材料として
適している。特に、遅い冷却速度でも十分に焼きが入る
成分であるため、火力発電用蒸気タービン車室をはじめ
とする大型のタービン用鋳鋼部品材料として有用であ
る。本発明により、低コストで高効率の発電プラントの
建設が可能となり、化石燃料の節約に寄与するとともに
二酸化炭素の発生量を抑制するうえで効果がある。Since the low alloy heat-resistant cast steel of the present invention has excellent high-temperature strength and toughness, it is suitable as a material for producing a shape close to the final product shape without going through a material forging process such as casting. . In particular, since it is a component that can be sufficiently quenched even at a low cooling rate, it is useful as a material for cast steel parts for large turbines such as a steam turbine casing for thermal power generation. According to the present invention, it is possible to construct a low-cost and high-efficiency power generation plant, which contributes to saving fossil fuels and is effective in suppressing the amount of carbon dioxide generated.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 守中 康治 福岡県北九州市戸畑区大字中原先ノ浜46番 地59 日本鋳鍛鋼株式会社内 (72)発明者 田代 康則 福岡県北九州市戸畑区大字中原先ノ浜46番 地59 日本鋳鍛鋼株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Koji Morinaka 46-59 Nakahara-Sannohama, Oaza, Tobata-ku, Kitakyushu-shi, Fukuoka Prefecture Within Nippon Casting and Forging Steel Co., Ltd. (72) Inventor Yasunori Tashiro Tobata-ku, Fukuoka 46, Nakahara Sanohama 59 Nippon Cast Forged Steel Co., Ltd.
Claims (5)
ケイ素:0.01〜0.35%、マンガン:0.2〜
0.8%、クロム:0.8〜1.5%(1.5%を含ま
ず)、ニッケル:0.1〜0.5%、バナジウム:0.
05〜0.3%、ニオブ:0.01〜0.1%、モリブ
デン:0.1〜1.5%、タングステン:0.1〜3
%、ホウ素:0.001〜0.01%を含み、残部が不
可避的不純物及び鉄からなることを特徴とする低合金耐
熱鋳鋼。1. Carbon: 0.06 to 0.14% by weight,
Silicon: 0.01-0.35%, manganese: 0.2-
0.8%, chromium: 0.8 to 1.5% (excluding 1.5%), nickel: 0.1 to 0.5%, vanadium: 0.1 to 0.5%
05 to 0.3%, niobium: 0.01 to 0.1%, molybdenum: 0.1 to 1.5%, tungsten: 0.1 to 3
%, Boron: 0.001 to 0.01%, and the balance is made of inevitable impurities and iron.
いては、ニッケル及び/又はマンガンを含まないことを
特徴とする請求項1に記載の低合金耐熱鋳鋼。2. The low-alloy heat-resistant cast steel according to claim 1, wherein nickel and / or manganese is not contained except for an amount inevitably contained as an impurity.
量が重量比で0.1〜3.5%であることを特徴とする
請求項1又は2に記載の低合金耐熱鋳鋼。3. The low-alloy heat-resistant cast steel according to claim 1, wherein a part of iron is replaced by cobalt, and its content is 0.1 to 3.5% by weight.
で置換し、その量が重量比でチタン:0.01〜0.0
45%、カルシウム:0.001〜0.009%である
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の低合
金耐熱鋳鋼。4. A part of iron is replaced by titanium and / or calcium, and the amount thereof is titanium: 0.01 to 0.0 in weight ratio.
The low-alloy heat-resistant cast steel according to any one of claims 1 to 3, wherein 45% and calcium are 0.001 to 0.009%.
耐熱鋳鋼で構成されてなることを特徴とするタービン用
鋳鋼部品。5. A cast steel part for a turbine, comprising a low-alloy heat-resistant cast steel according to any one of claims 1 to 4.
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