JPS6024353A

JPS6024353A - １２％Ｃｒ系耐熱鋼

Info

Publication number: JPS6024353A
Application number: JP58130773A
Authority: JP
Inventors: Takeo Ohashi; 建夫大橋; Hideyuki Kawamoto; 川本　英之; Yutaka Murakami; 豊村上
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 1983-07-20
Filing date: 1983-07-20
Publication date: 1985-02-07
Also published as: US4564392A; DE3426882A1

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】本発明は高温度、高応力下で使用される機械構造用部材
に用いられる１２％Ｃｒ系耐熱鋼に関する。

一般に、火力発電用蒸気タービンの高温部ロータにおい
て、大型のもの、特に高温蒸気中で使用されるものには
、従来より、一般的に要求される強度と靭性の他に特に
高温におけるクリープ破断強度の優れた１２％Ｃｙ　−
Ｍｏ−Ｖ鋼、１２％Ｃｒ−Ｍｏ−Ｖ−Ｔａ−Ｎ鋼あるい
は１２％Ｃｒ　−Ｍｏ　−Ｖ−Ｎｂ−Ｎ鋼が使用されて
いる。

近年蒸気タービンにおいては、出力の増大、製造コスト
の低減が図られており、これに伴ない、タービンの大型
化、使用温度の高温化の傾向にあり、そのためさらに高
温のクリープ破断強度の優れた１２Ｃｒ基耐熱鋼の開発
がめられている。

本発明は、上記に鑑み、高温におけるクリープ破断強度
の優れた１２％Ｃｒ系耐熱鋼を提供することを目的とす
る。

発明者らはこの目的を達成するため（二種々の実験を行
ｒｚつた。その結果高温クリープ強さは炭素と窒素の添
加量（二大きく影響されることが判明した。すなわち、
１２％Ｃｒ系耐熱鋼のクリープ破断強度は炭素量を０．
１２％未満とし、かつ、第１図を参照すれば明らかなよ
うに、炭素と窒素との重量比を３以下とすることにより
大巾に改善されることが判明した。

本発明は、上記のように炭素と窒素の量を制御すること
により、従来の１２％Ｃｒ系耐熱鋼に比らべ、はるかに
優れた高温クリープ強さを有する１２％Ｃｒ系耐熱鋼を
提供する。

本発明の１２ＳＣｒ系耐熱鋼は重量基準で、Ｃ０，０５
多以上で０．１２％未満、Ｓｉ　Ｏ，５’１６以下、Ｍ
ｎ１．５％以下、Ｎｉ　１．５’Ｓ以下、Ｃｒ　９．０
〜１３．０％、ＭＯｏ、５〜２．０係、Ｖｏ、０５〜０
．５０％、Ｎ　Ｏ，１５％以下ヲ含み、残部Ｆｅおよび
不可避的不純物元素からなり、さらにＣとＮとの重量比
（Ｃ／Ｎ　）が３以下の範囲とする合金鋼であり、また
上記組成の合金鋼にＮｂ　Ｏ，０２〜０．５０％、Ｔａ
　０．０２〜０．５０％、Ｗｏ、５〜２．０％、ＢＯ，
０００３〜０．０１００％のうち一種あるいは二種以上
を添加°含有せしめた合金鋼である。

つぎに本発明鋼の組成の限定理由について説明する。

（ａ）炭素０，０５％以上、０．１２％未満二炭素は高
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および低
温における強さを向上させるとともに、Ｔａ　、　Ｎｂ
　、　Ｍｏ　ｆ（、どの元素と炭化物を形成して高温ク
リープ強さを向上させるのに必要な元素であって、０．
０５％未満の含有量ではその効果が小さく、一方０．１
２％以上を含有すると粗大炭化物の生成あるいは炭化物
の凝集が生じ易く、そのため高温クリープ強さが低下す
ると共に低湿の靭性も低下する。従ってその範囲を０．
０５’Ｓ以上で０．１２％未満とした。

（ｂ）シリコン０．５％以下：シリコンは溶解時の脱酸剤として一般的に必要な元素で
あるが多量の含有は低温における靭性を害するため、な
るべく少ない方が望ましく、その限度を０．５％以下と
する。例えば真空カーボン酸を実施する時には特に添加
しない。

（ｃ）マンガン１．５チ以下：マンガンは溶解時の脱酸、脱硫剤として必要な元素であ
るが、１．５係をこえると低温における靭性と高温にお
けるクリープ強さを低下させる。従ってその含有量を１
．５％以下とした。

（ｄ）ニッケル１．５％以下：ニッケルは、高温におけるオーステナイト組織を安定化
させる効果を有し、その存在により低温における延性あ
るいは靭性、および高温における強さを低下させるフェ
ライトの生成を抑制する元素であるが、１．５％をこえ
ると高温における強さを低下させるため、その上限を１
．５係とする。

（ｅ）クロム９．０〜１３．０％ニクロムは鉄中に固溶し、合金の強度を向上させると共に
耐酸化性および耐食性を向上させるのに必要な元素であ
るが、９チ未満では充分な強度や耐酸化性、耐食性を得
ることができず、一方１３チをこえると好ましくないフ
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強さを低下させる。従ってその
含有量を９０〜１３．０％とする。

（ｆ＋モリブデン０．５〜２．０チ：モリブデンは合金中に固溶し、低温および高温における
強さを向上させると共に焼戻し脆化を抑制するのに必要
な元素であり、その含有量が０．５％未満ではその効果
は少すく、一方２．０％をこえると好ましくないフェラ
イト組織を発生させ低温および高温における強度を低下
させる。従ってその範囲を０．５〜２．０％とする。

（ｇ）バナジウム０，０５〜０．５０％：バナジウムは
高温クリープ強さを向上させるのに必要な元素であるが
、０．０５％未満ではその効果が不充分で、また０、５
％をこえるとフェライトを生成して高温のクリープ強さ
を低下させる。従ってその範囲を０．０５〜０，５チと
する。

（ｈ）窒素０．１５係以下：窒素は高温において鉄中に固溶してオーステナイト組織
を安定イヒさせて好ましくないフェライト相の生成を抑
制する効果を有すると共に、他の元素と化合して窒化物
あるいは炭窒化物を形成して高温のクリープ強さを向上
させるために必要ｒｚ元素であるが、０．１５％をこえ
ると巣やミクロポロシティの発生を増加させるので、そ
の上限を０．１５％とする。

（ｉ）ニオビウム０，０２〜０．５０％：ニオビウムは
合金中の炭素および窒素と化合して炭化物、窒化物およ
び炭窒化物を生成し、合金の素地中に微細に析出分散し
て高温クリープ強さを向上させると共に鍛造時および熱
処理時の結晶粒の粗大化を防止し、低温における靭性な
向上させるのに必要な元素で少なくとも０．０２％の含
有量が必要である。しかしニオビウムはフェライト相の
生成を促進させる元素であり、また過大Ｔｌ量の炭窒化
物を生成すると靭性の低下をきた１−ので上限を０．５
０係とした。すｒ（ゎちその範囲を０，０２〜０．５０
％とする。

（Ｊ）タンタル０．０２〜０．５０％：タンタルは合金
中の炭素および窒素と化合して炭化物および炭窒化物を
形成し、合金の素地中に微細に析出分散して高部におけ
るクリープ強さを向上させると共に、鍛造時および熱処
理時の結晶粒の粗大化を防止し低温における靭性な向上
させるのに必要ｒ、（元素で少ｒ（くとも０．０２％は
必要である。しかしタンタルはフェライト相の生成を促
進させる元素であり、また過大な量の炭窒化物を生成す
ると靭性の低下をきたすので上限を０．５０％とした。

すなわちその範囲を０６０２飴〜０．５０％とする。

（１０タングステン０．５〜２．０％：タングステンは
モリブデンと同様に固溶体強化および炭化物の析出強化
により低温および高温における強度を向上させるのに必
要な元素であるが、０．５％未満ではその効果は少なく
、一方２．０％をこえると好ましくないフェライトを生
成して、低温および高温強度を低下させる。従ってその
範囲を０５〜２．０％とする。

（ｆｌ）ボロン０．０００３〜０．０１００％：ボロン
は鋼の焼入性を向上させると共にクリープ強さを向上さ
せるのに必要な元素であるが、０．０００３１未満では
その効果は少なく、また、０．０１００％をこえると結
晶粒界に化合物を多量に生成し切欠靭性を劣化させる。

従ってその範囲を０．０００３〜０．０１００％とする
。

（ホ）炭素と窒素との重量比（Ｃハ）３以下：これは本
発明において最も重要な条件である。

炭素と窒素は、前述のように、微細な炭窒化物を形成し
高温のクリープ強さを向上させる元素であるが、炭素と
窒素との重量比を適正に規制することにより炭素量の上
限の規制との相剰効果によって微細な炭窒化物が基地中
に均一に分散され高温におけるり９−プ強さが向上する
。この比が３をこえると、炭素量が過多となり炭化物の
凝集が生じ昂＜、そこで高温におけるクリープ強さを低
下させるとともに低温における靭性も低下させる。

従ってこの比（Ｃハ）を３以下とする。

本発明鋼は上述のような化学成分を有するが、さらにク
リープ破断強さおよび靭性な低下させるフェライト組織
の生成を防止し、均一なマルテンザイト組織を形成させ
るために次式で計算されるクロム当量が１０以下である
ことが好ましい。

ただし、Ｃｒ　、　Ｓｉ　、Ｍｏ　、Ｖ、Ｔａ　、Ｎｂ
　、Ｗ、Ｃ，Ｍｎ　。

Ｎｉ、Ｎは重量裂で表わした合金中の各成分の存在割合
である。

また、不可避的に混入する不純物元素は高温クリープ延
性あるいは低温靭性を向上するうえで、できるだけ低減
するのが好ましい。

つぎに、本発明の効果を実施例により説明する。

高周波真空溶解炉を用いて本発明の１２％Ｃｒ系鋼およ
び従来の比較鋼を溶解、鋳造し、ついで１２００℃に加
熱後鍛造した。

第１表には本発明鋼の実施例８例の、さらに従来の１２
％Ｃｒ鋼である比較鋼の４例の化学成分を示した。

これらの鋼の各鍛造材から試験素材を切り出し、ロータ
月の表層をシミュレートして熱処理を施こした。熱処理
は下記の通りである。

１０５０℃×５時間−油玲、５６０℃×５時間−炉冷。

６６０℃×２４時間−炉冷つぎにこの工程を経た各試材から引張試験片、シャルビ
衝撃試験片およびクリープ破断試験片を作製しそれぞれ
の試験を実施した。これらの試験結果を第２表に示す。

第２表第２表より明らかなように、本発明鋼は従来の比較鋼に
較らべてクリープ破断時間が大きく、すなわちクリープ
破断強さが優れている。例えば略同程度の耐力および引
張強さの本発明鋼７と比較鋼３との６００℃クリープ破
断時間を見ると、本発明鋼７は７２００．２時間である
のに対し、比較鋼３は１３６５．１時間でその差は極め
て顕著である。

このように本発明の１２４Ｃｒ系耐熱鋼は高温高応力下
で使用される機械構造用耐熱部材として工業上極めて有
用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は１２係Ｃｒ　−ＭＯ７Ｖ　−Ｎ鋼のクリープラ
ブチャー試験（試験温度５９０℃、応力２７Ｋｇ／ｍａ
）における破断時間に及ぼすＣとＮとの比（Ｃ／Ｎ）の
影響を示すグラフである。特許出願人　株式会社日本製鋼所手続補正書（自発）昭和５８年８月３１日特許庁長官　殿１、事件の表示　昭和５８年　特許願　第１３０７７３
号２、発明の名称１２チＣｒ系耐熱鋼３、補正をする者事件との関係　特許出願人株式会社日本製鋼所４、代理人住所　東京都港区赤坂１丁目９番２０号５、補正の対象明細書の゛特許請求の範囲・お゛よび発明の詳細な説明
の欄。６、補正の°内容（１）特許請求の範囲を別紙の通り補正する。（２）明細書箱４頁２０行目「カーボン酸」を「カーボ
ン脱酸」と補正する。（３）　明細書第７頁３行目「ポロン」を「ポロン」と
補正する。（４）明細書箱１０頁１行目「１＋Ｃｒ」を「１×Ｃｒ
」と補正する。特許請求の範囲（１）重量基準で、Ｃ０，０５％以上で０．１２％未満
、Ｓｉ　Ｏ，５％以下、Ｍｎ１．５ｑ６以下、Ｎｉ　１
．５％以下、Ｃｒ　９．０〜１３．０％、Ｍｏ　０．５
〜２．０％、Ｖｏ、０５〜０．５０％、ＮＯ，１５％以
下、残部Ｆｅおよび不可避的不純物元素よりなり、かつ
ＣとＮとの重量比（Ｃ／Ｎ　）が３以下であることを特
徴とする１２％Ｃｒ系耐熱鋼。（２）重量基準で、Ｃ０１０５％以上で０．１２％未満
、Ｓｉ　Ｏ，５％以下、Ｍｎ　１．５％以下、Ｎｉ　１
．５％以下、Ｃｒ　９．０〜１３．０％、Ｍｏ　０．５
〜２．０％、Ｖｏ、０５〜０．５０％、ＮＯ，１５係以
下を含有し、さらにＮｂ　Ｏ，０２〜０．５０　％、Ｔ
ａ　０．０２〜０．５０％、Ｗ　０．５〜２．０　％、
Ｂｏ、０００３〜０．０１００係のうち１種あるいは２
種以上を添加含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物元
素よりなり、かつＣとＮとの重量比（Ｃ／Ｎ）が３以下
であることを特徴とする１２％Ｃｒ系耐熱鋼。手続補正書（自発）昭和５９年　６月　４日特許庁長官　殿１、事件の表示　昭和５８年　特許願　第１３０７７３
号２、発明の名称１２％Ｃｒ系耐熱鋼３、補正をする者事件との関葆　出願人株式会社　日本製鋼所４、代理人住所　東京都港区赤坂１丁目９番２０号第１６興和ビル
８階明細書の「発明の詳細な説明」の欄６補正の内容（１）明細書第９頁１３行目「易く、」の次Ｇこ「第１
図で明らかなごとく」を挿入する。（２）明細舎弟９頁１３行目「そこで」を削除する。（３）明細書第１２頁の第２表を別紙の通り補正する。第２表

Claims

【特許請求の範囲】

（１）重量基準で、ＣＯ，０５係以上で０．１２％未満
、Ｓｉ　０．５ｑ６以下、Ｍｎ１．５％以下、Ｎｉ　１
．５％以下、Ｃｒ　９．０〜１３．０％、Ｍｏ　０．５
〜２．０％、Ｖ　Ｏ，０５〜０．５０％、Ｎ、０．１５
％以下、残部Ｆｅおよび不可避的不純物元素よりなり、
かつＣとＮとの比重比（Ｃ／Ｎ　）が３以下であること
を特徴とする１２％Ｃｒ系耐熱鋼。
（２）重量基準で、Ｃ０，０５％以上で０．１２％未満
、Ｓｉ　Ｏ，５％以下、Ｍｎ１．５％以下、Ｎｉ１．５
％以下、Ｃｒ　９．０〜１３．０　％、Ｍｏ　０．５〜
２．０％、ｖｏ、０５〜０５０％、ＮＯ，１５％以下を
含有シ、すらニＮｂ　Ｏ，０２〜０．５０％、Ｔａ　Ｏ
，０２〜０．５０　％、Ｗ　０．５〜２．０％、ＢＯ，
０Ｏ０３〜０．０１００％のうち１種あるいは２種以上
を添加含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物元素より
なり、かっＣとＮとの重量比（Ｃ／Ｎ）が３以下である
ことを特徴とする１２％Ｃｒ系耐熱鋼。