JPS6360262A - 耐熱鋼 - Google Patents
耐熱鋼Info
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- JPS6360262A JPS6360262A JP20133186A JP20133186A JPS6360262A JP S6360262 A JPS6360262 A JP S6360262A JP 20133186 A JP20133186 A JP 20133186A JP 20133186 A JP20133186 A JP 20133186A JP S6360262 A JPS6360262 A JP S6360262A
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- Japan
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- steel
- toughness
- strength
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- heat resistant
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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）
この発明は、高強度、高靭性で且つ耐熱性にすぐれた耐
熱鋼に関し、例えばタービン用部品（ディスク、ロータ
、ブレード）やその他高強度、高靭性および耐熱性が要
求される各種の機械構造用部品の素材として利用される
含Ｃｏ−１２Ｃｒ系耐熱鋼に関する。
熱鋼に関し、例えばタービン用部品（ディスク、ロータ
、ブレード）やその他高強度、高靭性および耐熱性が要
求される各種の機械構造用部品の素材として利用される
含Ｃｏ−１２Ｃｒ系耐熱鋼に関する。
（従来の技術）
含Ｇｏ−１２Ｃｒ系耐熱鋼はＭｏ、Ｖ、Ｎｂなどのカー
ボンと強力に結び付き易い炭化物生成元素が多量に含イ
するため焼入れ温度、即ち、炭化物の固溶温度が１１５
０〜１１８０℃と高く、このため結晶粒度が粗くなり常
温近傍の靭性が低いのが欠点の一つであった。
ボンと強力に結び付き易い炭化物生成元素が多量に含イ
するため焼入れ温度、即ち、炭化物の固溶温度が１１５
０〜１１８０℃と高く、このため結晶粒度が粗くなり常
温近傍の靭性が低いのが欠点の一つであった。
（発明が解決しようとする問題点）
従来の含Ｃｏ−１２Ｃｒ系耐熱鋼は、その常温時の街替
値が０．３〜１．ｏｋｇｆｒｍ Ｌ、かなく、この時の
靭性破面率が１０ｏｚと非常にもろいため、タービン・
ディスク、ロータ、動翼等の、常温から起動する回転部
品などには材質として不適である。靭性を傷めるために
は結晶粒の微細化が有効であるが前述の通り焼入れ温度
が前述した通り１１５０〜１１８０℃と高いため、Ｎｂ
、Ｖなど結晶粒調整元素は十分にその効果を果たせない
という問題がある。
値が０．３〜１．ｏｋｇｆｒｍ Ｌ、かなく、この時の
靭性破面率が１０ｏｚと非常にもろいため、タービン・
ディスク、ロータ、動翼等の、常温から起動する回転部
品などには材質として不適である。靭性を傷めるために
は結晶粒の微細化が有効であるが前述の通り焼入れ温度
が前述した通り１１５０〜１１８０℃と高いため、Ｎｂ
、Ｖなど結晶粒調整元素は十分にその効果を果たせない
という問題がある。
本発明は斯かる問題点を解決するためになされたもので
、耐熱性に優れ、且つ、高強度、高靭性である含Ｇｏ−
１２Ｃｒ系の耐熱鋼を提供することを百的とする。
、耐熱性に優れ、且つ、高強度、高靭性である含Ｇｏ−
１２Ｃｒ系の耐熱鋼を提供することを百的とする。
（問題点を解決するための手段）
上述の目的を達成するために、本発明者は真空カーボン
脱酸法（ＶＣＤ法）、真空アーク溶解法（ＶＡＲ法）等
の、Ｓｔに依らない脱酸法を用い、鋼中のＳｉ含有量を
０．１ｗｔＸ以下と極めて少ない量に規制することによ
り、粒界析出物の凝集を遅滞させ、結果として靭性、ク
リープラブチャ伸びが向上することにより、より優れた
耐熱鋼が得られるとの知見を得た０本発明は斯かる知見
に基づくもので、本発明によれば、重量％でＣ：０．０
５〜０．２゜％、Ｓｉ：Ｑ、ＩＱ％以下、Ｍｎ：１．５
％以下、Ｎｉ：０．２〜３．０％、Ｃｒ ： ８．０〜
１３．０％、Ｍｏ：０．５〜２．０％、Ｖ ： ０．０
５〜３．０％、Ｎｂ＋Ｔａ：０．１〜３．０％、Ｃｏ：
４．０〜７．０％、Ｂ：０．００５〜０．１％、Ｎ：０
．００２〜０．２％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物か
らなることを特徴とする高強度、高靭性で且つ耐熱性に
すぐれた耐熱鋼が提供される。
脱酸法（ＶＣＤ法）、真空アーク溶解法（ＶＡＲ法）等
の、Ｓｔに依らない脱酸法を用い、鋼中のＳｉ含有量を
０．１ｗｔＸ以下と極めて少ない量に規制することによ
り、粒界析出物の凝集を遅滞させ、結果として靭性、ク
リープラブチャ伸びが向上することにより、より優れた
耐熱鋼が得られるとの知見を得た０本発明は斯かる知見
に基づくもので、本発明によれば、重量％でＣ：０．０
５〜０．２゜％、Ｓｉ：Ｑ、ＩＱ％以下、Ｍｎ：１．５
％以下、Ｎｉ：０．２〜３．０％、Ｃｒ ： ８．０〜
１３．０％、Ｍｏ：０．５〜２．０％、Ｖ ： ０．０
５〜３．０％、Ｎｂ＋Ｔａ：０．１〜３．０％、Ｃｏ：
４．０〜７．０％、Ｂ：０．００５〜０．１％、Ｎ：０
．００２〜０．２％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物か
らなることを特徴とする高強度、高靭性で且つ耐熱性に
すぐれた耐熱鋼が提供される。
次に２．この発明による耐熱鋼の成分範囲（重量％）の
限定理由を述べる。
限定理由を述べる。
Ｃ： ｏ、ｏｓ〜０．２ ％
Ｃは常温および高温にあける強度ならびに硬さを増大す
るのに最も重要な元素であり、鋼の強度を高めるにはま
ず第１にＣ含有量の増大が必要である。したがってＣは
少なくとも０．０５％以上は必要である。しかし、０．
２％を超えると高温で炭化物の凝導を促進し、高温での
クリープ・ラブチャ強度の低下をまねく、Ｃ量のより好
ましい含有量範囲は０．０８〜０．１２％である。
るのに最も重要な元素であり、鋼の強度を高めるにはま
ず第１にＣ含有量の増大が必要である。したがってＣは
少なくとも０．０５％以上は必要である。しかし、０．
２％を超えると高温で炭化物の凝導を促進し、高温での
クリープ・ラブチャ強度の低下をまねく、Ｃ量のより好
ましい含有量範囲は０．０８〜０．１２％である。
Ｓｉ：０．１０％ｐ
Ｓｉは鋼の耐酸化性を向上させ、Ｏを安定化させる（固
定化させる）が、焼もどしによる析出物（炭化物など）
の凝集を早め、クリープ・ラブチャ伸びを低めたり、常
温近傍および高温長時間保持後の靭性を劣化させるなど
の問題点を有している。従って、前記ＶＣＤ法やＶＡＲ
法を用いることによりＳｉによる脱酸は行わないという
考えに基づき、３ｉの上限を０．１０％に規制した。
定化させる）が、焼もどしによる析出物（炭化物など）
の凝集を早め、クリープ・ラブチャ伸びを低めたり、常
温近傍および高温長時間保持後の靭性を劣化させるなど
の問題点を有している。従って、前記ＶＣＤ法やＶＡＲ
法を用いることによりＳｉによる脱酸は行わないという
考えに基づき、３ｉの上限を０．１０％に規制した。
Ｍｎ：１．５％以下
ＭｎはＳｉと同様に鋼中のＯを介在物として安定化させ
機械的性質を向上させるが、強力なオーステナイト生成
元素であるため１．５％を超えると残留オーステナイト
の生成を助長し、目的とする焼もどしマルテンサイト組
織を得るには逆に不安定元素として作用するので上限を
１．５％に規制した。
機械的性質を向上させるが、強力なオーステナイト生成
元素であるため１．５％を超えると残留オーステナイト
の生成を助長し、目的とする焼もどしマルテンサイト組
織を得るには逆に不安定元素として作用するので上限を
１．５％に規制した。
Ｎｉ：０．２〜３．０％
Ｎｉは靭性の向上に寄与するが、クリープラブチャ寿命
を短くする欠点がある。また、強力なオーステナイト生
成元素であり、多量に添加するとＭｓ点が著しく低下し
、残留オーステナイトの生成をまねき組織が不安定とな
るので上限を３．０χに規制した。
を短くする欠点がある。また、強力なオーステナイト生
成元素であり、多量に添加するとＭｓ点が著しく低下し
、残留オーステナイトの生成をまねき組織が不安定とな
るので上限を３．０χに規制した。
Ｃｒ ： ８．０〜１３．０％
Ｃｒは本発明に係る耐熱口の基本元素であり、所要の耐
蝕性、耐熱性、強度及び靭性を確保するのに必須の元素
である。このＣｒはＣと炭化物を生成して強度を向上さ
せるのに寄与する。そして、耐蝕性、耐熱性の観点から
はＣｒは少なくとも８％以上が必要になる。しかし、Ｃ
ｒの含有量が増えると他の含有成分とのバランスからδ
フェライトの異相が生し靭性、疲労強度、延性等の低下
を招くので上限を１３％に規制した。Ｃｒのより好まし
い添加量範囲は１０〜１２％である。
蝕性、耐熱性、強度及び靭性を確保するのに必須の元素
である。このＣｒはＣと炭化物を生成して強度を向上さ
せるのに寄与する。そして、耐蝕性、耐熱性の観点から
はＣｒは少なくとも８％以上が必要になる。しかし、Ｃ
ｒの含有量が増えると他の含有成分とのバランスからδ
フェライトの異相が生し靭性、疲労強度、延性等の低下
を招くので上限を１３％に規制した。Ｃｒのより好まし
い添加量範囲は１０〜１２％である。
Ｍｏ：０．５〜２．０％
Ｍｏは強力な炭化物生成元素であり、高温強度の向上を
図るのに重要な元素であり、クリープラブチャ特性を向
上させる。しかし、下限の０．５ｚ以下では顕著な効果
が得られず、過剰に添加すると強力なフェライト生成元
素のためδフェライトを生成させる虞があるので２．０
χを上限とした。
図るのに重要な元素であり、クリープラブチャ特性を向
上させる。しかし、下限の０．５ｚ以下では顕著な効果
が得られず、過剰に添加すると強力なフェライト生成元
素のためδフェライトを生成させる虞があるので２．０
χを上限とした。
Ｖ ： ０．０５〜３．０％
■はＭＯと同様に強力な炭化物生成元素であり、高温強
度の向上、結晶粒の微細化による靭性の向上に寄与する
が、所期の効果を得るには少なくとも下限値である０、
０５％以上の添加が必要であり、３．０χを超すと巨大
炭化物の形成の虞があり、靭性、クリープラブチャ伸び
の低下を招く。■のより好ましい添加量範囲は０，２５
〜０．３５％である。
度の向上、結晶粒の微細化による靭性の向上に寄与する
が、所期の効果を得るには少なくとも下限値である０、
０５％以上の添加が必要であり、３．０χを超すと巨大
炭化物の形成の虞があり、靭性、クリープラブチャ伸び
の低下を招く。■のより好ましい添加量範囲は０，２５
〜０．３５％である。
Ｎｂ＋Ｔａ ：０．１〜３．０％
Ｎｂ及びＴａは炭化物生成元素であり、Ｃｒと結びつく
Ｃと優先的に反応して安定したＮｂ及びＴａの炭化物を
生成し、高温のクリープラブチャ強度を改善するととも
に結晶粒を微細化する作用がある。Ｎｂ及び／またはＴ
ａの添加により所期の効果を得るにはＮｂ及びＴａの合
計添加量が少なくとも０．１％以上必要であり、過剰に
添加すると靭性が低下するため、上限値を３．Ｏｚに設
定した。
Ｃと優先的に反応して安定したＮｂ及びＴａの炭化物を
生成し、高温のクリープラブチャ強度を改善するととも
に結晶粒を微細化する作用がある。Ｎｂ及び／またはＴ
ａの添加により所期の効果を得るにはＮｂ及びＴａの合
計添加量が少なくとも０．１％以上必要であり、過剰に
添加すると靭性が低下するため、上限値を３．Ｏｚに設
定した。
Ｃｏ ： ４．０〜７．０％
ＣｏはＡｃ点を低下させずにδフェライトを消滅させる
オーステナイト生成元素であるが、その効果はＮｉに比
べて劣るので少なくとも４．０％以上添加する必要があ
る。また、Ｃｏは固溶強化元素でもあり、高温のクリー
プラブチャ特性を向上せしめる。しかし、オーステナイ
ト生成元素であるため多量に添加すると常温で残留オー
ステナイトが残存するという問題が生ずるため上限を７
．０χとした。尚、Ｃｏは高価な元素であるので経済的
理由からも必要以上の添加は自ずと制限される。
オーステナイト生成元素であるが、その効果はＮｉに比
べて劣るので少なくとも４．０％以上添加する必要があ
る。また、Ｃｏは固溶強化元素でもあり、高温のクリー
プラブチャ特性を向上せしめる。しかし、オーステナイ
ト生成元素であるため多量に添加すると常温で残留オー
ステナイトが残存するという問題が生ずるため上限を７
．０χとした。尚、Ｃｏは高価な元素であるので経済的
理由からも必要以上の添加は自ずと制限される。
Ｂ ： ０．００５〜０．１％
Ｂは粒界の強化、熱間加工性の改善、靭性の確保ならび
に高温強度の向上に寄与する重要元素である。Ｂ添加に
より所期の効果を得るには少な（とも０．００５％以上
の添加が必要であるが過剰に添加するとＦｅＪを多量に
生成し、却って熱間加工性を阻害するので上限を設けて
０．１χとした。尚、Ｂの好ましい添加量範囲は０．０
０８〜０．０１５χである。
に高温強度の向上に寄与する重要元素である。Ｂ添加に
より所期の効果を得るには少な（とも０．００５％以上
の添加が必要であるが過剰に添加するとＦｅＪを多量に
生成し、却って熱間加工性を阻害するので上限を設けて
０．１χとした。尚、Ｂの好ましい添加量範囲は０．０
０８〜０．０１５χである。
Ｎ ： ０．００２〜０．２０％
Ｎ含有の効果はＣ含有の効果に類似し、Ｎは窒化物の生
成により強度、靭性を向上させる元素であり、Ｎ含有に
より所期の効果を得るには少なくとも０．００２％以上
が必要である。なお、このＮ元素は通常の鋼製造時に不
可避的不純物元素として含有する元素であり、Ｎが過剰
に含有すると溶接時のガス発生を招き問題になると共に
、強力なオーステナイト生成元素であるためＭｓ点を下
げて組織の不安定化を招き、強度及び靭性を劣化させる
ので上限値を設けて０．２０％とした。なお、Ｎの好ま
しい含有量範囲は０．０１５〜０．０２５χである。
成により強度、靭性を向上させる元素であり、Ｎ含有に
より所期の効果を得るには少なくとも０．００２％以上
が必要である。なお、このＮ元素は通常の鋼製造時に不
可避的不純物元素として含有する元素であり、Ｎが過剰
に含有すると溶接時のガス発生を招き問題になると共に
、強力なオーステナイト生成元素であるためＭｓ点を下
げて組織の不安定化を招き、強度及び靭性を劣化させる
ので上限値を設けて０．２０％とした。なお、Ｎの好ま
しい含有量範囲は０．０１５〜０．０２５χである。
ｐ、ｓ、ｏ等の不純物元素の含有量は極力低いことが望
ましいことは勿論のことである。
ましいことは勿論のことである。
（実施例）
以下本発明に係る耐熱鋼の実施例を説明する。
第１表は本発明鋼及び比較鋼の各化学成分を示し、供試
鋼Ｓ１及びＳ２は本発明鋼であり、供試鋼Ｃ１は比較鋼
である。供試鋼Ｓ１はＳｉ含有量を０．０２％と、供試
ｇ４Ｃ１に比較して極端にＳｉｌを少なくしたものであ
り、供試鋼Ｓ２のＳｉ含有量は供試鋼Ｓ１のＳｉ含有量
（０，０２χ）より多いが本発明の規制範囲内の０．０
８χである。一方、供試鋼０１のＳｉ含有量は本発明の
規定範囲を外れ、０．４５Ｘである。
鋼Ｓ１及びＳ２は本発明鋼であり、供試鋼Ｃ１は比較鋼
である。供試鋼Ｓ１はＳｉ含有量を０．０２％と、供試
ｇ４Ｃ１に比較して極端にＳｉｌを少なくしたものであ
り、供試鋼Ｓ２のＳｉ含有量は供試鋼Ｓ１のＳｉ含有量
（０，０２χ）より多いが本発明の規制範囲内の０．０
８χである。一方、供試鋼０１のＳｉ含有量は本発明の
規定範囲を外れ、０．４５Ｘである。
第１表に示す化学成分の各供試鋼を溶製したのち試験片
を切り出し、各試験片を１１５０℃に加熱後油冷の焼入
れ処理、６１５℃に加熱後空冷及び６２０℃に加２８後
空冷の各焼戻し処理を順次実施して後述の各種試験に供
試した。
を切り出し、各試験片を１１５０℃に加熱後油冷の焼入
れ処理、６１５℃に加熱後空冷及び６２０℃に加２８後
空冷の各焼戻し処理を順次実施して後述の各種試験に供
試した。
（以下余白）
第２表は各供試鋼の試験片を常温で引張り試験及びアイ
シフト衝撃試験（２ｍｍＶノツチ）を行った試験結果を
示し、引張強さ、耐力、伸び、及び絞りの各特性値は本
発明Ｅ（供試鋼Ｓｌ及びＳ２）及び比較鋼（供試鋼ｃ１
）のいずれについても略同し値を示したが、衝撃値では
明確な差異が見られ、本発明鋼の方が比較鋼より高い値
が得られた。
シフト衝撃試験（２ｍｍＶノツチ）を行った試験結果を
示し、引張強さ、耐力、伸び、及び絞りの各特性値は本
発明Ｅ（供試鋼Ｓｌ及びＳ２）及び比較鋼（供試鋼ｃ１
）のいずれについても略同し値を示したが、衝撃値では
明確な差異が見られ、本発明鋼の方が比較鋼より高い値
が得られた。
第１図は供試鋼Ｓｌ、Ｓ２及びＣ１についての衝撃遷移
曲線を示し、２ ｍ ｍ Ｖノツチ試験片により各遷移
曲線を求めた。Ｓｉｌを規制した本発明鋼（供試鋼Ｓ１
及び３２）の常温近傍の衝撃値は ４゜比較鋼のそれよ
り高く靭性が改善されている。
曲線を示し、２ ｍ ｍ Ｖノツチ試験片により各遷移
曲線を求めた。Ｓｉｌを規制した本発明鋼（供試鋼Ｓ１
及び３２）の常温近傍の衝撃値は ４゜比較鋼のそれよ
り高く靭性が改善されている。
第２図は５５０℃及び６５０℃でのクリープラブチャ試
験結果を示し、同図中の数字は８Ｍ断伸び（％）を示す
。供試＊ｓｉ及びＣ１の各試験温度での試験結果を比較
すると、クリープラブチャ時間に対するラブチャ応力は
両者とも略同じ特性を示すが、破断伸びにおいて顕著な
差異が認められ、本発明鋼の方が比較鋼に比べ高い延性
を示してい（発明の効果） 以上詳述したように、本発明の含Ｃｏ−Ｃｒ系耐熱鋼に
依れば、鋼中のＳｉ量を０．１０％以下に規制するよう
にしたので、高強度、高靭性で且つクリープラブチャ延
性が改善されるという優れた効果を奏し、例えば、ガス
タービンの、コンプレー・すやタービンのディスク、ロ
ータ、タービンブレード（動翼、静翼）等の、高強度、
高靭性且つ耐熱性が要求される各種機械構造用部品の素
材として好適に使用され得る。
験結果を示し、同図中の数字は８Ｍ断伸び（％）を示す
。供試＊ｓｉ及びＣ１の各試験温度での試験結果を比較
すると、クリープラブチャ時間に対するラブチャ応力は
両者とも略同じ特性を示すが、破断伸びにおいて顕著な
差異が認められ、本発明鋼の方が比較鋼に比べ高い延性
を示してい（発明の効果） 以上詳述したように、本発明の含Ｃｏ−Ｃｒ系耐熱鋼に
依れば、鋼中のＳｉ量を０．１０％以下に規制するよう
にしたので、高強度、高靭性で且つクリープラブチャ延
性が改善されるという優れた効果を奏し、例えば、ガス
タービンの、コンプレー・すやタービンのディスク、ロ
ータ、タービンブレード（動翼、静翼）等の、高強度、
高靭性且つ耐熱性が要求される各種機械構造用部品の素
材として好適に使用され得る。
第１図は本発明に係る耐熱鋼の衝撃遷移特性を示すグラ
フ、第２図は本発明に係る耐熱鋼のクリープラブチャ特
性を示すグラフである。
フ、第２図は本発明に係る耐熱鋼のクリープラブチャ特
性を示すグラフである。
Claims (1)
- 重量％でＣ：０．０５〜０．２％、Ｓｉ：０．１０％以
下、Ｍｎ：１．５％以下、Ｎｉ：０．２〜３．０％、Ｃ
ｒ：８．０〜１３．０％、Ｍｏ：０．５〜２．０％、Ｖ
：０．０５〜３．０％、Ｎｂ＋Ｔａ：０．１〜３．０％
、Ｃｏ：４．０〜７．０％、Ｂ：０．００５〜０．１％
、Ｎ：０．００２〜０．２％、残部Ｆｅおよび不可避的
不純物からなることを特徴とする高強度、高靭性で且つ
耐熱性にすぐれた耐熱鋼。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20133186A JPS6360262A (ja) | 1986-08-29 | 1986-08-29 | 耐熱鋼 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20133186A JPS6360262A (ja) | 1986-08-29 | 1986-08-29 | 耐熱鋼 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6360262A true JPS6360262A (ja) | 1988-03-16 |
Family
ID=16439242
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20133186A Pending JPS6360262A (ja) | 1986-08-29 | 1986-08-29 | 耐熱鋼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6360262A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6546713B1 (en) | 1997-12-15 | 2003-04-15 | Hitachi, Ltd. | Gas turbine for power generation, and combined power generation system |
| US6574966B2 (en) | 2000-06-08 | 2003-06-10 | Hitachi, Ltd. | Gas turbine for power generation |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60165360A (ja) * | 1984-02-09 | 1985-08-28 | Toshio Fujita | 高強度・高靭性蒸気タ−ビンロ−タ |
| JPS60165358A (ja) * | 1984-02-09 | 1985-08-28 | Toshio Fujita | 蒸気タ−ビン高中圧ロ−タ用高強度高靭性鋼 |
-
1986
- 1986-08-29 JP JP20133186A patent/JPS6360262A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60165360A (ja) * | 1984-02-09 | 1985-08-28 | Toshio Fujita | 高強度・高靭性蒸気タ−ビンロ−タ |
| JPS60165358A (ja) * | 1984-02-09 | 1985-08-28 | Toshio Fujita | 蒸気タ−ビン高中圧ロ−タ用高強度高靭性鋼 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6546713B1 (en) | 1997-12-15 | 2003-04-15 | Hitachi, Ltd. | Gas turbine for power generation, and combined power generation system |
| US6574966B2 (en) | 2000-06-08 | 2003-06-10 | Hitachi, Ltd. | Gas turbine for power generation |
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