JP2021031771A - 低合金耐熱鋼及び鋼管 - Google Patents
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Abstract
【課題】Ｗ及びＢを含有すると共に材料コストを抑制し、高い引張強さと靭性を有する低合金耐熱鋼及び鋼管を提供する。【解決手段】所定の化学成分を有し、Ｎｉ、Ｃｏ及びＣｕの合計量が（１）式を満足し、かつ電解抽出残渣として分析されるＷ量が（２）式を満たし、残部がＦｅ及び不純物からなる低合金耐熱鋼及び該低合金耐熱鋼により成形された鋼管。０．０３≦［％Ｎｉ］＋［％Ｃｏ］＋［％Ｃｕ］≦０．８０ （１）−１０×［％Ｂ］＋０．０７≦［％Ｗ］ＥＲ≦１０×［％Ｂ］＋０．１８ （２）式中、［％Ｎｉ］、［％Ｃｏ］、［％Ｃｕ］、及び［％Ｂ］は、それぞれ鋼に含まれるＮｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、及びＢの質量％を意味し、［％Ｗ］ＥＲは、電解抽出残渣として分析されるＷの質量％を意味する。【選択図】なし
Description
本開示は、低合金耐熱鋼及び鋼管に関する。
２．２５％Ｃｒ−１％Ｍｏに代表される低合金耐熱鋼は、火力発電ボイラ等、高温で使用される機器に広く利用されている。
近年、石炭火力発電においては熱効率を高めるため蒸気条件の高温高圧化が進められている。
このような蒸気条件の過酷化に伴い、使用される低合金耐熱鋼においても、より高いクリープ強度が求められることから、Ｗ及びＢを積極的に活用し、クリープ強度を高めた低合金耐熱鋼が数多く提案されている。
近年、石炭火力発電においては熱効率を高めるため蒸気条件の高温高圧化が進められている。
このような蒸気条件の過酷化に伴い、使用される低合金耐熱鋼においても、より高いクリープ強度が求められることから、Ｗ及びＢを積極的に活用し、クリープ強度を高めた低合金耐熱鋼が数多く提案されている。
例えば、特許文献１には、重量％で、Ｃｒ：２．０％〜８．０％、Ｗ：０．１％〜２．５％、Ｂ：０．０００３％〜０．００６％等を含み、かつ低Ｓ、低Ｎ化によりクリープ特性と耐水素浸食特性を高めた低合金鋼が開示されている。
特許文献２には、重量％で、Ｃｒ：１．５％〜３．５％、Ｗ：１％〜３％、Ｂ：０．０００１〜０．０２％等を含み、かつＴｉとＮの含有量を所定の範囲に規定したクリープ強度と靭性に優れる低合金耐熱鋼が開示されている。
特許文献３には、質量％で、Ｃｒ：１．５％〜３％、Ｗ：１％〜３％、Ｂ：０．０００１％〜０．０２％等を含み、かつベイナイト及びマルテンサイトのラス幅ならびにフェライト亜結晶粒の粒径の平均値、固溶［Ｗ＋Ｍｏ］量と平均結晶粒径、粒界上の固溶［Ｗ＋Ｍｏ］量と平均結晶粒径のいずれか一つ又は全てを所定の範囲に規定した高温強度、長時間クリープ特性又は／及び低温靭性に優れる低合金耐熱鋼が開示されている。
特許文献４には、質量％で、Ｃｒ：０．５％〜２．７％、Ｍｏ：０．０１％〜１％及びＷ：０．０１％〜２％のうち一種以上、Ｂ：０．００２０〜０．０１００％等を含み、その他合金元素を含む関係式が所定の範囲を満足するベイナイト主体の金属組織を有する高温強度の高い耐熱用低合金鋼管が開示されている。
特許文献５には、Ｃｒ：０．５％〜３．５％、Ｍｏ：０．０１％〜２．０％及びＷ：０．０１％〜３．０％のうち一種以上、Ｂ：０．０００１〜０．０２％等を含み、金属組織中のフェライト分率が２０％以下でフェライト組織以外の部位のビッカース硬さが２００Ｈｖ以上である高温強度と耐摩耗性に優れる低合金耐熱ボイラ用鋼管が開示されている。
また、特許文献６には、Ｃｒ：０．５％〜３．５％、Ｍｏ：０．０１％〜２．０％及びＷ：０．０１％〜３．０％のうち一種以上、Ｂ：０．０００３〜０．０１％等を含み、組織中のフェライト分率が２０％以上８０％以下であり、フェライト組織以外の組織がマルテンサイト、ベイナイト及びパーライトである長時間クリープ特性に優れる低Ｃｒフェライト系ボイラ用鋼管が開示されている。
特許文献７には、Ｃｒ：１．５％を超えて２．５％まで、Ｍｏ：０．０１〜１．０％、Ｖ：０．０４〜０．３０％、Ｂ：０．０００１〜０．０２０％、Ｗ：２．０％以下等を含み、高温クリープ特性および靱性に優れる低合金鋼が開示されている。
特許文献２には、重量％で、Ｃｒ：１．５％〜３．５％、Ｗ：１％〜３％、Ｂ：０．０００１〜０．０２％等を含み、かつＴｉとＮの含有量を所定の範囲に規定したクリープ強度と靭性に優れる低合金耐熱鋼が開示されている。
特許文献３には、質量％で、Ｃｒ：１．５％〜３％、Ｗ：１％〜３％、Ｂ：０．０００１％〜０．０２％等を含み、かつベイナイト及びマルテンサイトのラス幅ならびにフェライト亜結晶粒の粒径の平均値、固溶［Ｗ＋Ｍｏ］量と平均結晶粒径、粒界上の固溶［Ｗ＋Ｍｏ］量と平均結晶粒径のいずれか一つ又は全てを所定の範囲に規定した高温強度、長時間クリープ特性又は／及び低温靭性に優れる低合金耐熱鋼が開示されている。
特許文献４には、質量％で、Ｃｒ：０．５％〜２．７％、Ｍｏ：０．０１％〜１％及びＷ：０．０１％〜２％のうち一種以上、Ｂ：０．００２０〜０．０１００％等を含み、その他合金元素を含む関係式が所定の範囲を満足するベイナイト主体の金属組織を有する高温強度の高い耐熱用低合金鋼管が開示されている。
特許文献５には、Ｃｒ：０．５％〜３．５％、Ｍｏ：０．０１％〜２．０％及びＷ：０．０１％〜３．０％のうち一種以上、Ｂ：０．０００１〜０．０２％等を含み、金属組織中のフェライト分率が２０％以下でフェライト組織以外の部位のビッカース硬さが２００Ｈｖ以上である高温強度と耐摩耗性に優れる低合金耐熱ボイラ用鋼管が開示されている。
また、特許文献６には、Ｃｒ：０．５％〜３．５％、Ｍｏ：０．０１％〜２．０％及びＷ：０．０１％〜３．０％のうち一種以上、Ｂ：０．０００３〜０．０１％等を含み、組織中のフェライト分率が２０％以上８０％以下であり、フェライト組織以外の組織がマルテンサイト、ベイナイト及びパーライトである長時間クリープ特性に優れる低Ｃｒフェライト系ボイラ用鋼管が開示されている。
特許文献７には、Ｃｒ：１．５％を超えて２．５％まで、Ｍｏ：０．０１〜１．０％、Ｖ：０．０４〜０．３０％、Ｂ：０．０００１〜０．０２０％、Ｗ：２．０％以下等を含み、高温クリープ特性および靱性に優れる低合金鋼が開示されている。
ところで、低合金耐熱鋼には、高温で使用される最中（例えば、発電用ボイラに用いられた低合金耐熱鋼における該ボイラの運転中等）の十分なクリープ強度だけではなく、高温での使用開始前（例えば前記ボイラの運転開始までの組み立ての過程等）において構造物としての健全性を確保するため、機械的性能、即ち、十分な引張特性ならびに靭性を有することが求められる。
前述の特許文献１〜７に開示されている低合金耐熱鋼及び鋼管は、優れたクリープ強度を発揮できたとしても、これらの機械的性能（引張特性及び靭性）が安定して得られない場合があると考えられる。
前述の特許文献１〜７に開示されている低合金耐熱鋼及び鋼管は、優れたクリープ強度を発揮できたとしても、これらの機械的性能（引張特性及び靭性）が安定して得られない場合があると考えられる。
本開示は、上記現状に鑑みてなされたもので、Ｗ及びＢを含有すると共に材料コストを抑制し、高い引張強さと靭性を有する低合金耐熱鋼及び鋼管を提供することを目的とする。
上記目的を達成するための本開示の要旨は次の通りである。
＜１＞ 質量％で
Ｃ：０．０３％〜０．０９％、
Ｓｉ：０．１０％〜０．３０％、
Ｍｎ：０．１５％〜０．６０％、
Ｐ：０．０２０％以下、
Ｓ：０．００６０％以下、
Ｎｉ：０．０１％〜０．５０％、
Ｃｏ：０．０１％〜０．５０％、
Ｃｕ：０．０１％〜０．５０％、
Ｃｒ：２．０％〜３．０％、
Ｍｏ：０．０５％〜０．３５％、
Ｗ：１．０％〜２．２％、
Ｖ：０．１５％〜０．２８％、
Ｎｂ：０．０１％〜０．１１％、
Ｔｉ：０．００２％〜０．０２２％、
Ｂ：０．００１％〜０．００６％、
Ｎ：０．００１％〜０．０１２％、
Ａｌ：０．０２０％以下、及び
Ｏ：０．０２０％以下
を含み、
Ｎｉ、Ｃｏ及びＣｕの合計量が下記（１）式を満足し、かつ電解抽出残渣として分析されるＷ量が下記（２）式を満たし、残部がＦｅ及び不純物からなる低合金耐熱鋼。
０．０３≦［％Ｎｉ］＋［％Ｃｏ］＋［％Ｃｕ］≦０．８０ （１）
−１０×［％Ｂ］＋０．０７≦［％Ｗ］ＥＲ ≦１０×［％Ｂ］＋０．１８ （２）
式中、［％Ｎｉ］、［％Ｃｏ］、［％Ｃｕ］、及び［％Ｂ］は、それぞれ鋼に含まれるＮｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、及びＢの質量％を意味し、［％Ｗ］ＥＲは、電解抽出残渣として分析されるＷの質量％を意味する。
＜２＞ 前記Ｆｅの一部に代えて、下記（３）式を満足するＳｎを含有する＜１＞に記載の低合金耐熱鋼。
［％Ｓｎ］≦２×［％Ｂ］＋０．０１０（％） （３）
式中、［％Ｓｎ］及び［％Ｂ］は、それぞれ鋼に含まれるＳｎ及びＢの質量％を意味する。
＜３＞ 前記Ｆｅの一部に代えて、質量％で、
Ｔａ：０．２０％以下、
Ｃａ：０．０１５０％以下、
Ｍｇ：０．０１５０％以下、及び
ＲＥＭ：０．０５０％以下
からなる群より選択される少なくとも１種の元素を含有する＜１＞又は＜２＞に記載の低合金耐熱鋼。
＜４＞ ＪＩＳ Ｚ２２４１：２０１１に規定される引張強さが５１０ＭＰａ以上であり、２０℃でのＪＩＳ Ｚ２２４２：２００５に規定されるフルサイズシャルピー吸収エネルギーが２７Ｊ以上である、＜１＞〜＜３＞のいずれか１つに記載の低合金耐熱鋼。
＜５＞ ＜１＞〜＜４＞のいずれか１つに記載の低合金耐熱鋼により成形された鋼管。
＜１＞ 質量％で
Ｃ：０．０３％〜０．０９％、
Ｓｉ：０．１０％〜０．３０％、
Ｍｎ：０．１５％〜０．６０％、
Ｐ：０．０２０％以下、
Ｓ：０．００６０％以下、
Ｎｉ：０．０１％〜０．５０％、
Ｃｏ：０．０１％〜０．５０％、
Ｃｕ：０．０１％〜０．５０％、
Ｃｒ：２．０％〜３．０％、
Ｍｏ：０．０５％〜０．３５％、
Ｗ：１．０％〜２．２％、
Ｖ：０．１５％〜０．２８％、
Ｎｂ：０．０１％〜０．１１％、
Ｔｉ：０．００２％〜０．０２２％、
Ｂ：０．００１％〜０．００６％、
Ｎ：０．００１％〜０．０１２％、
Ａｌ：０．０２０％以下、及び
Ｏ：０．０２０％以下
を含み、
Ｎｉ、Ｃｏ及びＣｕの合計量が下記（１）式を満足し、かつ電解抽出残渣として分析されるＷ量が下記（２）式を満たし、残部がＦｅ及び不純物からなる低合金耐熱鋼。
０．０３≦［％Ｎｉ］＋［％Ｃｏ］＋［％Ｃｕ］≦０．８０ （１）
−１０×［％Ｂ］＋０．０７≦［％Ｗ］ＥＲ ≦１０×［％Ｂ］＋０．１８ （２）
式中、［％Ｎｉ］、［％Ｃｏ］、［％Ｃｕ］、及び［％Ｂ］は、それぞれ鋼に含まれるＮｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、及びＢの質量％を意味し、［％Ｗ］ＥＲは、電解抽出残渣として分析されるＷの質量％を意味する。
＜２＞ 前記Ｆｅの一部に代えて、下記（３）式を満足するＳｎを含有する＜１＞に記載の低合金耐熱鋼。
［％Ｓｎ］≦２×［％Ｂ］＋０．０１０（％） （３）
式中、［％Ｓｎ］及び［％Ｂ］は、それぞれ鋼に含まれるＳｎ及びＢの質量％を意味する。
＜３＞ 前記Ｆｅの一部に代えて、質量％で、
Ｔａ：０．２０％以下、
Ｃａ：０．０１５０％以下、
Ｍｇ：０．０１５０％以下、及び
ＲＥＭ：０．０５０％以下
からなる群より選択される少なくとも１種の元素を含有する＜１＞又は＜２＞に記載の低合金耐熱鋼。
＜４＞ ＪＩＳ Ｚ２２４１：２０１１に規定される引張強さが５１０ＭＰａ以上であり、２０℃でのＪＩＳ Ｚ２２４２：２００５に規定されるフルサイズシャルピー吸収エネルギーが２７Ｊ以上である、＜１＞〜＜３＞のいずれか１つに記載の低合金耐熱鋼。
＜５＞ ＜１＞〜＜４＞のいずれか１つに記載の低合金耐熱鋼により成形された鋼管。
尚、本開示に係る低合金耐熱鋼及び鋼管は、上記の構成とすることにより、高い引張強さと靭性を有し、さらに低合金耐熱鋼及び鋼管に求められる重要な性能である、長時間使用した場合でのクリープ強度も得られる。
本開示によれば、Ｗ及びＢを含有すると共に材料コストを抑制し、高い引張強さと靭性を有する低合金耐熱鋼及び鋼管が提供される。
本発明者らは、前記した課題を解決するために、Ｗを１．０％〜２．２％、Ｂを０．００１％〜０．００６％含む低合金耐熱鋼について詳細な調査を行った。その結果、以下に述べる知見が明らかになった。
引張強さ及び靭性に差があった鋼を比較調査した結果、十分な性能が得られた鋼は、Ｗを含むＭ２３Ｃ６型炭化物及びＭ７Ｃ３型炭化物が、粒界及び粒内に細かく、密に分散しているのに対して、Ｗを含むＭ２３Ｃ６型炭化物及びＭ７Ｃ３型炭化物の析出量が少ない、もしくは逆に多量に析出している、又は、析出物が粗大で疎に析出していた鋼では性能が不芳であった。このことから、これら機械的性質が安定しないのは、以下の通りと推察される。
（１）Ｗは、鋼に固溶する、もしくは鋼の製造時の焼き戻し熱処理においてＷを含むＭ２３Ｃ６型炭化物又はＭ７Ｃ３型炭化物として細かく分散析出し、引張強さに寄与する。しかしながら、Ｗを含むＭ２３Ｃ６型炭化物及びＭ７Ｃ３型炭化物の析出量が少なく疎に析出した場合、その析出強化効果が十分でないため、必要な引張強さが得られない。逆に、Ｗを含むＭ２３Ｃ６型炭化物及びＭ７Ｃ３型炭化物が粗大に析出すると、強化に寄与しなくなるとともに、Ｗによる固溶強化効果も小さくなるため、必要な引張強さが得られない。
（２）また、Ｗが焼き戻し熱処理においてＭ２３Ｃ６型炭化物又はＭ７Ｃ３型炭化物として析出することで、組織の回復、軟化が進む。しかしながら、Ｗを含むＭ２３Ｃ６型炭化物及びＭ７Ｃ３型炭化物の析出量が少ない場合、その効果が小さいため、十分な靭性が得られない。逆に、Ｗを含むＭ２３Ｃ６型炭化物及びＭ７Ｃ３型炭化物が粗大に析出すると、破壊の起点が増大するため、必要な靭性が得られない。
引張強さ及び靭性に差があった鋼を比較調査した結果、十分な性能が得られた鋼は、Ｗを含むＭ２３Ｃ６型炭化物及びＭ７Ｃ３型炭化物が、粒界及び粒内に細かく、密に分散しているのに対して、Ｗを含むＭ２３Ｃ６型炭化物及びＭ７Ｃ３型炭化物の析出量が少ない、もしくは逆に多量に析出している、又は、析出物が粗大で疎に析出していた鋼では性能が不芳であった。このことから、これら機械的性質が安定しないのは、以下の通りと推察される。
（１）Ｗは、鋼に固溶する、もしくは鋼の製造時の焼き戻し熱処理においてＷを含むＭ２３Ｃ６型炭化物又はＭ７Ｃ３型炭化物として細かく分散析出し、引張強さに寄与する。しかしながら、Ｗを含むＭ２３Ｃ６型炭化物及びＭ７Ｃ３型炭化物の析出量が少なく疎に析出した場合、その析出強化効果が十分でないため、必要な引張強さが得られない。逆に、Ｗを含むＭ２３Ｃ６型炭化物及びＭ７Ｃ３型炭化物が粗大に析出すると、強化に寄与しなくなるとともに、Ｗによる固溶強化効果も小さくなるため、必要な引張強さが得られない。
（２）また、Ｗが焼き戻し熱処理においてＭ２３Ｃ６型炭化物又はＭ７Ｃ３型炭化物として析出することで、組織の回復、軟化が進む。しかしながら、Ｗを含むＭ２３Ｃ６型炭化物及びＭ７Ｃ３型炭化物の析出量が少ない場合、その効果が小さいため、十分な靭性が得られない。逆に、Ｗを含むＭ２３Ｃ６型炭化物及びＭ７Ｃ３型炭化物が粗大に析出すると、破壊の起点が増大するため、必要な靭性が得られない。
そこで、本発明者らは種々検討を重ねた結果、鋼に含まれるＢ量に応じて、電解抽出残渣として分析されるＷ量を所定の範囲に管理することで安定した必要な性能が得られることを知見した。この理由は、以下のように考えられる。
（１）前述の通り、Ｗは焼き戻し熱処理においてＭ２３Ｃ６型炭化物又はＭ７Ｃ３型炭化物として析出し、引張強さの向上に寄与する。Ｂは、これら炭化物のＣに置換して炭化物中に固溶し、析出量に影響することなく、微細に密に分散させる効果を有すると考えられる。そのため、析出強化効果が得られ、少ない析出量でも必要な引張強さが得られやすい。また、多量に析出した場合でも、大きさが小さく、析出強化効果が維持されるため、十分な引張強さが得られやすい。
（２）加えて、析出量に影響することなく、析出物の大きさを小さくする効果があると考えられるため、回復、軟化が進むとともに、破壊の起点となりにくくなるため、必要な靭性が得られやすい。
（１）前述の通り、Ｗは焼き戻し熱処理においてＭ２３Ｃ６型炭化物又はＭ７Ｃ３型炭化物として析出し、引張強さの向上に寄与する。Ｂは、これら炭化物のＣに置換して炭化物中に固溶し、析出量に影響することなく、微細に密に分散させる効果を有すると考えられる。そのため、析出強化効果が得られ、少ない析出量でも必要な引張強さが得られやすい。また、多量に析出した場合でも、大きさが小さく、析出強化効果が維持されるため、十分な引張強さが得られやすい。
（２）加えて、析出量に影響することなく、析出物の大きさを小さくする効果があると考えられるため、回復、軟化が進むとともに、破壊の起点となりにくくなるため、必要な靭性が得られやすい。
上記の通りにより、鋼に含まれるＢ量に応じて、電解抽出残渣として分析されるＷ量を所定の範囲に管理することで高い引張強さと良好な靭性を両立できることが明らかとなった。
一方、耐食性を向上させることを目的に、さらにＳｎを含有させた場合、例えば、排熱回収ボイラに使用される配管など、高温への加熱と常温への冷却とが繰り返される用途に用いられると、十分な靭性が安定して得られない場合があることがわかった。
一方、耐食性を向上させることを目的に、さらにＳｎを含有させた場合、例えば、排熱回収ボイラに使用される配管など、高温への加熱と常温への冷却とが繰り返される用途に用いられると、十分な靭性が安定して得られない場合があることがわかった。
そこで、本発明者らは、Ｓｎを含む低合金耐熱鋼について併せて調査を行った。その結果、以下に述べる知見が明らかになった。
（１）高温への加熱及び常温への冷却を繰り返し受けた鋼の靱性を調査した結果、Ｓｎの含有量の増加に伴い、靭性の低下が顕著になった。
（２）衝撃試験後の鋼の破面を観察した結果、破面上には、旧オーステナイト粒界で破壊した領域が混在し、Ｓｎの含有量が多くなると、その割合が大きくなった。また、旧オーステナイト粒界で破壊した破面からはＳｎが検出された。
以上の結果より、靭性が低下した理由は以下の通りと推察された。
低合金耐熱鋼中に含まれるＳｎは、使用時に高温への加熱と冷却とを繰り返す過程で、旧オーステナイト粒界に偏析する。Ｓｎは粒界の結合力を低下させるため、その結果、靭性の低下が生じる。
（１）高温への加熱及び常温への冷却を繰り返し受けた鋼の靱性を調査した結果、Ｓｎの含有量の増加に伴い、靭性の低下が顕著になった。
（２）衝撃試験後の鋼の破面を観察した結果、破面上には、旧オーステナイト粒界で破壊した領域が混在し、Ｓｎの含有量が多くなると、その割合が大きくなった。また、旧オーステナイト粒界で破壊した破面からはＳｎが検出された。
以上の結果より、靭性が低下した理由は以下の通りと推察された。
低合金耐熱鋼中に含まれるＳｎは、使用時に高温への加熱と冷却とを繰り返す過程で、旧オーステナイト粒界に偏析する。Ｓｎは粒界の結合力を低下させるため、その結果、靭性の低下が生じる。
本発明者らは、さらに検討を重ねた結果、鋼に含まれるＳｎ量に応じて、Ｂ量を所定の範囲に管理することで、高温への加熱と常温への冷却とを繰り返した場合でも良好な靭性が得られることを併せて知見した。この理由は、以下のように考えられる。
Ｂは、拡散速度が速く、粒界偏析しやすい元素であるため、使用時に高温への加熱と冷却とを繰り返す過程で、旧オーステナイト粒界に優先的に偏析して、粒界エネルギーを下げる。それにより、Ｓｎの粒界偏析を抑制し、結合力の低下を軽減するため、優れた靭性が得られる。
Ｂは、拡散速度が速く、粒界偏析しやすい元素であるため、使用時に高温への加熱と冷却とを繰り返す過程で、旧オーステナイト粒界に優先的に偏析して、粒界エネルギーを下げる。それにより、Ｓｎの粒界偏析を抑制し、結合力の低下を軽減するため、優れた靭性が得られる。
本開示は、上記の知見に基づいて完成されたものである。
すなわち、本開示に係る低合金耐熱鋼は、質量％で
Ｃ：０．０３％〜０．０９％、
Ｓｉ：０．１０％〜０．３０％、
Ｍｎ：０．１５％〜０．６０％、
Ｐ：０．０２０％以下、
Ｓ：０．００６０％以下、
Ｎｉ：０．０１％〜０．５０％、
Ｃｏ：０．０１％〜０．５０％、
Ｃｕ：０．０１％〜０．５０％、
Ｃｒ：２．０％〜３．０％、
Ｍｏ：０．０５％〜０．３５％、
Ｗ：１．０％〜２．２％、
Ｖ：０．１５％〜０．２８％、
Ｎｂ：０．０１％〜０．１１％、
Ｔｉ：０．００２％〜０．０２２％、
Ｂ：０．００１％〜０．００６％、
Ｎ：０．００１％〜０．０１２％、
Ａｌ：０．０２０％以下、及び
Ｏ：０．０２０％以下
を含み、
Ｎｉ、Ｃｏ及びＣｕの合計量が下記（１）式を満足し、かつ電解抽出残渣として分析されるＷ量が下記（２）式を満たし、残部がＦｅ及び不純物からなる。
０．０３≦［％Ｎｉ］＋［％Ｃｏ］＋［％Ｃｕ］≦０．８０ （１）
−１０×［％Ｂ］＋０．０７≦［％Ｗ］ＥＲ ≦１０×［％Ｂ］＋０．１８ （２）
式中、［％Ｎｉ］、［％Ｃｏ］、［％Ｃｕ］、及び［％Ｂ］は、それぞれ鋼に含まれるＮｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、及びＢの質量％を意味し、［％Ｗ］ＥＲは、電解抽出残渣として分析されるＷの質量％を意味する。
さらに、前記Ｆｅの一部に代えて、下記（３）式を満足するＳｎを含有し、残部がＦｅ及び不純物からなる。
［％Ｓｎ］≦２×［％Ｂ］＋０．０１０（％） （３）
式中、［％Ｓｎ］及び［％Ｂ］は、それぞれ鋼に含まれるＳｎ及びＢの質量％を意味する。
すなわち、本開示に係る低合金耐熱鋼は、質量％で
Ｃ：０．０３％〜０．０９％、
Ｓｉ：０．１０％〜０．３０％、
Ｍｎ：０．１５％〜０．６０％、
Ｐ：０．０２０％以下、
Ｓ：０．００６０％以下、
Ｎｉ：０．０１％〜０．５０％、
Ｃｏ：０．０１％〜０．５０％、
Ｃｕ：０．０１％〜０．５０％、
Ｃｒ：２．０％〜３．０％、
Ｍｏ：０．０５％〜０．３５％、
Ｗ：１．０％〜２．２％、
Ｖ：０．１５％〜０．２８％、
Ｎｂ：０．０１％〜０．１１％、
Ｔｉ：０．００２％〜０．０２２％、
Ｂ：０．００１％〜０．００６％、
Ｎ：０．００１％〜０．０１２％、
Ａｌ：０．０２０％以下、及び
Ｏ：０．０２０％以下
を含み、
Ｎｉ、Ｃｏ及びＣｕの合計量が下記（１）式を満足し、かつ電解抽出残渣として分析されるＷ量が下記（２）式を満たし、残部がＦｅ及び不純物からなる。
０．０３≦［％Ｎｉ］＋［％Ｃｏ］＋［％Ｃｕ］≦０．８０ （１）
−１０×［％Ｂ］＋０．０７≦［％Ｗ］ＥＲ ≦１０×［％Ｂ］＋０．１８ （２）
式中、［％Ｎｉ］、［％Ｃｏ］、［％Ｃｕ］、及び［％Ｂ］は、それぞれ鋼に含まれるＮｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、及びＢの質量％を意味し、［％Ｗ］ＥＲは、電解抽出残渣として分析されるＷの質量％を意味する。
さらに、前記Ｆｅの一部に代えて、下記（３）式を満足するＳｎを含有し、残部がＦｅ及び不純物からなる。
［％Ｓｎ］≦２×［％Ｂ］＋０．０１０（％） （３）
式中、［％Ｓｎ］及び［％Ｂ］は、それぞれ鋼に含まれるＳｎ及びＢの質量％を意味する。
本開示の一例である実施形態について説明する。
なお、本開示において、各元素の含有量の「％」表示は「質量％」を意味する。また、本開示において、「〜」を用いて表される数値範囲は、特に断りの無い限り、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。ただし、「〜」の前後に記載される数値に「超」又は「未満」が付されている場合の数値範囲は、これら数値を下限値又は上限値として含まない範囲を意味する。
本開示に段階的に記載されている数値範囲において、ある段階的な数値範囲の上限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値に置き換えてもよく、ある段階的な数値範囲の下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の下限値に置き換えてもよい。また、上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
また、「工程」との用語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の目的が達成されれば、本用語に含まれる。
また、本開示における「低合金」とは、合金元素の総含有量を限定するものではなく、各元素の含有量がそれぞれ上記範囲内であって、上記式（１）及び（２）の関係式を満たせば、本開示に係る低合金耐熱鋼に含まれる。
なお、本開示において、各元素の含有量の「％」表示は「質量％」を意味する。また、本開示において、「〜」を用いて表される数値範囲は、特に断りの無い限り、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。ただし、「〜」の前後に記載される数値に「超」又は「未満」が付されている場合の数値範囲は、これら数値を下限値又は上限値として含まない範囲を意味する。
本開示に段階的に記載されている数値範囲において、ある段階的な数値範囲の上限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値に置き換えてもよく、ある段階的な数値範囲の下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の下限値に置き換えてもよい。また、上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
また、「工程」との用語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の目的が達成されれば、本用語に含まれる。
また、本開示における「低合金」とは、合金元素の総含有量を限定するものではなく、各元素の含有量がそれぞれ上記範囲内であって、上記式（１）及び（２）の関係式を満たせば、本開示に係る低合金耐熱鋼に含まれる。
［組成］
本開示において、低合金耐熱鋼の組成を限定する理由は次の通りである。
Ｃ：０．０３％〜０．０９％
Ｃは、ベイナイト組織を得るのに有効であるとともに、炭化物を生成し、引張強さ及びクリープ強度に寄与する。この効果を十分得るためには、０．０３％以上含有する必要がある。しかしながら、Ｃを過剰に含有すると、却って、クリープ強度及び靭性の低下を招くため、０．０９％以下とする。Ｃ含有量の好ましい下限は０．０４％であり、好ましい上限は０．０８％である。さらに好ましい下限は０．０５％であり、さらに好ましい上限は０．０７％である。
本開示において、低合金耐熱鋼の組成を限定する理由は次の通りである。
Ｃ：０．０３％〜０．０９％
Ｃは、ベイナイト組織を得るのに有効であるとともに、炭化物を生成し、引張強さ及びクリープ強度に寄与する。この効果を十分得るためには、０．０３％以上含有する必要がある。しかしながら、Ｃを過剰に含有すると、却って、クリープ強度及び靭性の低下を招くため、０．０９％以下とする。Ｃ含有量の好ましい下限は０．０４％であり、好ましい上限は０．０８％である。さらに好ましい下限は０．０５％であり、さらに好ましい上限は０．０７％である。
Ｓｉ：０．１０％〜０．３０％
Ｓｉは、脱酸剤として含有されるが、耐水蒸気酸化特性に有効な元素である。この効果を十分に得るためには、０．１０％以上含有する必要がある。しかしながら、Ｓｉを過剰に含有すると、延性の低下を招く。そのため、Ｓｉの含有量は０．３０％以下とする。Ｓｉ含有量の好ましい下限は０．１２％であり、好ましい上限は０．２８％である。さらに好ましい下限は０．１５％であり、さらに好ましい上限は０．２５％である。
Ｓｉは、脱酸剤として含有されるが、耐水蒸気酸化特性に有効な元素である。この効果を十分に得るためには、０．１０％以上含有する必要がある。しかしながら、Ｓｉを過剰に含有すると、延性の低下を招く。そのため、Ｓｉの含有量は０．３０％以下とする。Ｓｉ含有量の好ましい下限は０．１２％であり、好ましい上限は０．２８％である。さらに好ましい下限は０．１５％であり、さらに好ましい上限は０．２５％である。
Ｍｎ：０．１５％〜０．６０％
Ｍｎは、Ｓｉと同様、脱酸剤として含有されるが、ベイナイト組織を得るのにも効果を有する。この効果を十分に得るためには、０．１５％以上含有する必要がある。しかしながら、Ｍｎを過剰に含有すると、クリープ脆化を招くため、０．６０％以下とする。Ｍｎ含有量の好ましい下限は０．１７％であり、好ましい上限は０．４０％である。さらに好ましい下限は０．２０％であり、さらに好ましい上限は０．３０％である。
Ｍｎは、Ｓｉと同様、脱酸剤として含有されるが、ベイナイト組織を得るのにも効果を有する。この効果を十分に得るためには、０．１５％以上含有する必要がある。しかしながら、Ｍｎを過剰に含有すると、クリープ脆化を招くため、０．６０％以下とする。Ｍｎ含有量の好ましい下限は０．１７％であり、好ましい上限は０．４０％である。さらに好ましい下限は０．２０％であり、さらに好ましい上限は０．３０％である。
Ｐ：０．０２０％以下
Ｐは、過剰に含有するとクリープ延性を低下させる。そのため、Ｐの含有量は０．０２０％以下とする必要がある。Ｐの含有量は０．０１８％以下とするのが好ましく、さらには０．０１５％以下とするのがより好ましい。尚、Ｐの含有量は少なければ少ないほどよく、つまり含有量が０％に近いほどよいが、極度の低減は材料コストを極端に増大させる。そのため、Ｐ含有量の好ましい下限は０．０００５％、さらに好ましい下限は０．００１％である。
Ｐは、過剰に含有するとクリープ延性を低下させる。そのため、Ｐの含有量は０．０２０％以下とする必要がある。Ｐの含有量は０．０１８％以下とするのが好ましく、さらには０．０１５％以下とするのがより好ましい。尚、Ｐの含有量は少なければ少ないほどよく、つまり含有量が０％に近いほどよいが、極度の低減は材料コストを極端に増大させる。そのため、Ｐ含有量の好ましい下限は０．０００５％、さらに好ましい下限は０．００１％である。
Ｓ：０．００６０％以下
Ｓは、過剰に含有するとクリープ延性及び靭性を低下させる。そのため、Ｓの含有量は０．００６０％以下とする必要がある。Ｓの含有量は０．００５０％以下とするのが好ましく、さらには０．００４０％以下とするのがより好ましい。尚、Ｓの含有量は少なければ少ないほどよく、つまり含有量が０％に近いほどよいが、極度の低減は製造コストを極端に増大させる。そのため、Ｓ含有量の望ましい下限は０．０００２％、さらに好ましい下限は０．０００４％である。
Ｓは、過剰に含有するとクリープ延性及び靭性を低下させる。そのため、Ｓの含有量は０．００６０％以下とする必要がある。Ｓの含有量は０．００５０％以下とするのが好ましく、さらには０．００４０％以下とするのがより好ましい。尚、Ｓの含有量は少なければ少ないほどよく、つまり含有量が０％に近いほどよいが、極度の低減は製造コストを極端に増大させる。そのため、Ｓ含有量の望ましい下限は０．０００２％、さらに好ましい下限は０．０００４％である。
Ｎｉ：０．０１％〜０．５０％
Ｎｉは、ベイナイト組織を得るのに有効な元素であるとともに、靭性の向上にも寄与する。さらには、低合金耐熱鋼において、製造性を向上させる。この効果を得るためには、０．０１％以上含有する必要がある。しかしながら、Ｎｉは高価な元素であり、過剰な含有はコスト増大を招くため、０．５０％を上限とする。Ｎｉ含有量の好ましい下限は０．０２％であり、好ましい上限は０．４５％である。さらに好ましい下限は０．０３％であり、さらに好ましい上限は０．４０％である。
尚、Ｎｉ含有量は、後述のＣｏ、Ｃｕとの関係式を満足する必要がある。
Ｎｉは、ベイナイト組織を得るのに有効な元素であるとともに、靭性の向上にも寄与する。さらには、低合金耐熱鋼において、製造性を向上させる。この効果を得るためには、０．０１％以上含有する必要がある。しかしながら、Ｎｉは高価な元素であり、過剰な含有はコスト増大を招くため、０．５０％を上限とする。Ｎｉ含有量の好ましい下限は０．０２％であり、好ましい上限は０．４５％である。さらに好ましい下限は０．０３％であり、さらに好ましい上限は０．４０％である。
尚、Ｎｉ含有量は、後述のＣｏ、Ｃｕとの関係式を満足する必要がある。
Ｃｏ：０．０１％〜０．５０％
Ｃｏは、Ｎｉと同様、ベイナイト組織を得るのに有効な元素であるとともに、靭性の向上にも寄与する。さらには、低合金耐熱鋼において、製造性を向上させる。この効果を得るためには、０．０１％以上含有する必要がある。しかしながら、Ｃｏは非常に高価な元素であり、過剰な含有はコスト増大を招くため、０．５０％を上限とする。Ｃｏ含有量の好ましい下限は０．０２％であり、好ましい上限は０．４５％である。さらに好ましい下限は０．０３％であり、さらに好ましい上限は０．４０％である。
尚、Ｃｏ含有量は、後述のＮｉ、Ｃｕとの関係式を満足する必要がある。
Ｃｏは、Ｎｉと同様、ベイナイト組織を得るのに有効な元素であるとともに、靭性の向上にも寄与する。さらには、低合金耐熱鋼において、製造性を向上させる。この効果を得るためには、０．０１％以上含有する必要がある。しかしながら、Ｃｏは非常に高価な元素であり、過剰な含有はコスト増大を招くため、０．５０％を上限とする。Ｃｏ含有量の好ましい下限は０．０２％であり、好ましい上限は０．４５％である。さらに好ましい下限は０．０３％であり、さらに好ましい上限は０．４０％である。
尚、Ｃｏ含有量は、後述のＮｉ、Ｃｕとの関係式を満足する必要がある。
Ｃｕ：０．０１％〜０．５０％
Ｃｕは、Ｎｉ、Ｃｏと同様、ベイナイト組織を得るのに有効な元素であるとともに、靭性の向上にも寄与する。さらには、低合金耐熱鋼において、製造性を向上させる。この効果を得るためには、０．０１％以上含有する必要がある。しかしながら、Ｃｕは高価な元素であり、過剰な含有はコスト増大を招くため、０．５０％を上限とする。Ｃｕ含有量の好ましい下限は０．０２％であり、好ましい上限は０．４５％である。さらに好ましい下限は０．０３％であり、さらに好ましい上限は０．４０％である。
尚、Ｃｕ含有量は、後述のＮｉ、Ｃｏとの関係式を満足する必要がある。
Ｃｕは、Ｎｉ、Ｃｏと同様、ベイナイト組織を得るのに有効な元素であるとともに、靭性の向上にも寄与する。さらには、低合金耐熱鋼において、製造性を向上させる。この効果を得るためには、０．０１％以上含有する必要がある。しかしながら、Ｃｕは高価な元素であり、過剰な含有はコスト増大を招くため、０．５０％を上限とする。Ｃｕ含有量の好ましい下限は０．０２％であり、好ましい上限は０．４５％である。さらに好ましい下限は０．０３％であり、さらに好ましい上限は０．４０％である。
尚、Ｃｕ含有量は、後述のＮｉ、Ｃｏとの関係式を満足する必要がある。
Ｃｒ：２．０％〜３．０％
Ｃｒは、高温での耐水蒸気酸化性及び耐食性の確保に有効な元素である。また、炭化物として析出し、クリープ強度の向上にも寄与する。この効果を十分に得るためには、２．０％以上含有する必要がある。しかしながら、Ｃｒを過剰に含有すると、炭化物の安定性を低下させて却ってクリープ強度が低下するため、３．０％以下とする。Ｃｒ含有量の好ましい下限は２．２％であり、好ましい上限は２．８％である。さらに好ましい下限は２．４％であり、さらに好ましい上限は２．６％である。
Ｃｒは、高温での耐水蒸気酸化性及び耐食性の確保に有効な元素である。また、炭化物として析出し、クリープ強度の向上にも寄与する。この効果を十分に得るためには、２．０％以上含有する必要がある。しかしながら、Ｃｒを過剰に含有すると、炭化物の安定性を低下させて却ってクリープ強度が低下するため、３．０％以下とする。Ｃｒ含有量の好ましい下限は２．２％であり、好ましい上限は２．８％である。さらに好ましい下限は２．４％であり、さらに好ましい上限は２．６％である。
Ｍｏ：０．０５％〜０．３５％
Ｍｏは、マトリックスに固溶して、引張強さ及び高温でのクリープ強度確保に寄与する。この効果を十分に得るためには、０．０５％以上含有する必要がある。しかしながら、過剰に含有しても、その効果が飽和するとともに、高価な元素であり、材料コストを増大させるため、０．３５％以下とする。Ｍｏ含有量の好ましい下限は０．１５％であり、好ましい上限は０．３３％である。さらに好ましい下限は０．２５％であり、さらに好ましい上限は０．３０％である。
Ｍｏは、マトリックスに固溶して、引張強さ及び高温でのクリープ強度確保に寄与する。この効果を十分に得るためには、０．０５％以上含有する必要がある。しかしながら、過剰に含有しても、その効果が飽和するとともに、高価な元素であり、材料コストを増大させるため、０．３５％以下とする。Ｍｏ含有量の好ましい下限は０．１５％であり、好ましい上限は０．３３％である。さらに好ましい下限は０．２５％であり、さらに好ましい上限は０．３０％である。
Ｗ：１．０％〜２．２％
Ｗは、マトリックスに固溶し、もしくはＭ２３Ｃ６型炭化物又はＭ７Ｃ３型炭化物として析出し、引張強さ及び高温でのクリープ強度確保に寄与する。この効果を得るためには、１．０％以上含有する必要がある。しかしながら、Ｗを過剰に含有しても、その効果が飽和するとともに、高価な元素であり、材料コストを増大させるため、２．２％以下とする。Ｗ含有量の好ましい下限は１．２％であり、好ましい上限は２．０％である。さらに好ましい下限は１．４％であり、さらに好ましい上限は１．８％である。
尚、ここでのＷ含有量とは、低合金耐熱鋼に含まれるＷの総量を意味する。すなわち、マトリックスに固溶しているＷの量と、析出物として存在しているＷの量との合計を意味する。なお、本開示では、Ｗ含有量に加えて、析出物として存在しているＷの量、すなわち電解抽出残渣として分析されるＷ量が後述の通り、Ｂ量との関係を満足する必要がある。
Ｗは、マトリックスに固溶し、もしくはＭ２３Ｃ６型炭化物又はＭ７Ｃ３型炭化物として析出し、引張強さ及び高温でのクリープ強度確保に寄与する。この効果を得るためには、１．０％以上含有する必要がある。しかしながら、Ｗを過剰に含有しても、その効果が飽和するとともに、高価な元素であり、材料コストを増大させるため、２．２％以下とする。Ｗ含有量の好ましい下限は１．２％であり、好ましい上限は２．０％である。さらに好ましい下限は１．４％であり、さらに好ましい上限は１．８％である。
尚、ここでのＷ含有量とは、低合金耐熱鋼に含まれるＷの総量を意味する。すなわち、マトリックスに固溶しているＷの量と、析出物として存在しているＷの量との合計を意味する。なお、本開示では、Ｗ含有量に加えて、析出物として存在しているＷの量、すなわち電解抽出残渣として分析されるＷ量が後述の通り、Ｂ量との関係を満足する必要がある。
Ｖ：０．１５％〜０．２８％
Ｖは、微細な炭窒化物として粒内に析出し、クリープ強度の向上に寄与する。この効果を得るためには、０．１５％以上含有する必要がある。しかしながら、Ｖ含有量が過剰になると、多量かつ粗大に析出し、かえってクリープ強度及びクリープ延性の低下を招くため、０．２８％以下とする。Ｖ含有量の好ましい下限は０．１７％であり、好ましい上限は０．２６％である。さらに好ましい下限は０．１８％であり、さらに好ましい上限は０．２４％である。
Ｖは、微細な炭窒化物として粒内に析出し、クリープ強度の向上に寄与する。この効果を得るためには、０．１５％以上含有する必要がある。しかしながら、Ｖ含有量が過剰になると、多量かつ粗大に析出し、かえってクリープ強度及びクリープ延性の低下を招くため、０．２８％以下とする。Ｖ含有量の好ましい下限は０．１７％であり、好ましい上限は０．２６％である。さらに好ましい下限は０．１８％であり、さらに好ましい上限は０．２４％である。
Ｎｂ：０．０１％〜０．１１％
Ｎｂは、Ｖと同様、微細な炭窒化物として粒内に析出し、クリープ強度の向上に寄与する。この効果を得るためには０．０１％以上含有する必要がある。しかしながら、Ｎｂを過剰に含有すると、多量かつ粗大に析出し、かえってクリープ強度及びクリープ延性の低下を招くため、０．１１％以下とする。Ｎｂ含有量の好ましい下限は０．０２％であり、好ましい上限は０．１０％である。さらに好ましい下限は０．０３％であり、さらに好ましい上限は０．０８％である。
Ｎｂは、Ｖと同様、微細な炭窒化物として粒内に析出し、クリープ強度の向上に寄与する。この効果を得るためには０．０１％以上含有する必要がある。しかしながら、Ｎｂを過剰に含有すると、多量かつ粗大に析出し、かえってクリープ強度及びクリープ延性の低下を招くため、０．１１％以下とする。Ｎｂ含有量の好ましい下限は０．０２％であり、好ましい上限は０．１０％である。さらに好ましい下限は０．０３％であり、さらに好ましい上限は０．０８％である。
Ｔｉ：０．００２％〜０．０２２％
Ｔｉは、Ｖ、Ｎｂと同様、微細な炭窒化物として粒内に析出し、クリープ強度の向上に寄与する。この効果を得るためには０．００２％以上含有する必要がある。しかしながら、Ｔｉを過剰に含有すると、多量かつ粗大に析出し、かえってクリープ強度及びクリープ延性の低下を招くため、０．０２２％以下とする。Ｔｉ含有量の好ましい下限は０．００４％であり、好ましい上限は０．０２０％である。さらに好ましい下限は０．００５％であり、さらに好ましい上限は０．０１８％である。
Ｔｉは、Ｖ、Ｎｂと同様、微細な炭窒化物として粒内に析出し、クリープ強度の向上に寄与する。この効果を得るためには０．００２％以上含有する必要がある。しかしながら、Ｔｉを過剰に含有すると、多量かつ粗大に析出し、かえってクリープ強度及びクリープ延性の低下を招くため、０．０２２％以下とする。Ｔｉ含有量の好ましい下限は０．００４％であり、好ましい上限は０．０２０％である。さらに好ましい下限は０．００５％であり、さらに好ましい上限は０．０１８％である。
Ｂ：０．００１％〜０．００６％
Ｂは、Ｍ２３Ｃ６型炭化物又はＭ７Ｃ３型炭化物中に固溶して、微細に分散させる効果を有し、引張強さならびに靭性の確保に寄与する。さらには、クリープ強度の向上にも寄与する。この効果を得るためには、０．００１％以上含有させる必要がある。しかしながら、Ｂを過剰に含有させると、溶接中に溶接金属に流入し、凝固割れ感受性を高めるため、上限を０．００６％とする。Ｂ含有量の好ましい下限は０．００２％であり、好ましい上限は０．００５％である。さらに好ましい下限は０．００３％であり、さらに好ましい上限は０．００４％である。尚、本開示では、後述の通り、Ｂ含有量に応じて、析出物として存在しているＷの量、すなわち電解抽出残渣として分析されるＷ量が所定の関係を満足する必要がある。
Ｂは、Ｍ２３Ｃ６型炭化物又はＭ７Ｃ３型炭化物中に固溶して、微細に分散させる効果を有し、引張強さならびに靭性の確保に寄与する。さらには、クリープ強度の向上にも寄与する。この効果を得るためには、０．００１％以上含有させる必要がある。しかしながら、Ｂを過剰に含有させると、溶接中に溶接金属に流入し、凝固割れ感受性を高めるため、上限を０．００６％とする。Ｂ含有量の好ましい下限は０．００２％であり、好ましい上限は０．００５％である。さらに好ましい下限は０．００３％であり、さらに好ましい上限は０．００４％である。尚、本開示では、後述の通り、Ｂ含有量に応じて、析出物として存在しているＷの量、すなわち電解抽出残渣として分析されるＷ量が所定の関係を満足する必要がある。
Ｎ：０．００１％〜０．０１２％
Ｎは、高温での使用中にＶ、Ｎｂ又はＴｉと結合して微細な炭窒化物として粒内に析出し、クリープ強度の向上に寄与する。この効果を得るためには、０．００１％以上含有する必要がある。しかしながら、Ｎを過剰に含有すると、炭窒化物の粗大化を招き、かえってクリープ延性の低下を招くため、０．０１２％以下とする。Ｎ含有量の好ましい下限は０．００２％であり、好ましい上限は０．０１０％である。さらに好ましい下限は０．００３％であり、さらに好ましい上限は０．００８％である。
Ｎは、高温での使用中にＶ、Ｎｂ又はＴｉと結合して微細な炭窒化物として粒内に析出し、クリープ強度の向上に寄与する。この効果を得るためには、０．００１％以上含有する必要がある。しかしながら、Ｎを過剰に含有すると、炭窒化物の粗大化を招き、かえってクリープ延性の低下を招くため、０．０１２％以下とする。Ｎ含有量の好ましい下限は０．００２％であり、好ましい上限は０．０１０％である。さらに好ましい下限は０．００３％であり、さらに好ましい上限は０．００８％である。
Ａｌ：０．０２０％以下
Ａｌは、脱酸剤として含有されるが、多量に含有すると清浄性を著しく害し、加工性を劣化させる。また、クリープ強度の観点からも好ましくない。そのため、Ａｌの含有量は０．０２０％以下とする。好ましくは０．０１８％以下、さらに好ましくは０．０１５％以下である。尚、下限は特に設ける必要はないが、極度の低減は製造コストを増大させる。そのため、０．００１％以上とするのが好ましい。
Ａｌは、脱酸剤として含有されるが、多量に含有すると清浄性を著しく害し、加工性を劣化させる。また、クリープ強度の観点からも好ましくない。そのため、Ａｌの含有量は０．０２０％以下とする。好ましくは０．０１８％以下、さらに好ましくは０．０１５％以下である。尚、下限は特に設ける必要はないが、極度の低減は製造コストを増大させる。そのため、０．００１％以上とするのが好ましい。
Ｏ：０．０２０％以下
Ｏは、不純物として存在するが、多量に含まれる場合には、加工性を低下させる。そのため、Ｏの含有量は０．０２０％以下とする。好ましくは０．０１５％以下、さらに好ましくは０．０１０％以下である。尚、下限は特に設ける必要はなく、つまりＯの含有量が０％であってもよいが、極度の低減は製造コストを増大させる。そのため、０．００１％以上とするのが好ましい。
Ｏは、不純物として存在するが、多量に含まれる場合には、加工性を低下させる。そのため、Ｏの含有量は０．０２０％以下とする。好ましくは０．０１５％以下、さらに好ましくは０．０１０％以下である。尚、下限は特に設ける必要はなく、つまりＯの含有量が０％であってもよいが、極度の低減は製造コストを増大させる。そのため、０．００１％以上とするのが好ましい。
Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕの合計量：０．０３％〜０．８０％
前記の通り、Ｎｉ、Ｃｏ及びＣｕは、ベイナイト組織を得るのに有効な元素であるとともに、靭性の向上にも寄与する。さらには、低合金耐熱鋼において、製造性を向上させる。しかしながら、過剰に含有しても効果が飽和するとともに、いずれも高価な元素であり、コスト増大を招く。そのため、これら元素の合計量は、０．０３％〜０．８０％とする。好ましい範囲は、０．０４％〜０．７０％であり、さらに好ましい範囲は、０．０５％〜０．６０％である。
前記の通り、Ｎｉ、Ｃｏ及びＣｕは、ベイナイト組織を得るのに有効な元素であるとともに、靭性の向上にも寄与する。さらには、低合金耐熱鋼において、製造性を向上させる。しかしながら、過剰に含有しても効果が飽和するとともに、いずれも高価な元素であり、コスト増大を招く。そのため、これら元素の合計量は、０．０３％〜０．８０％とする。好ましい範囲は、０．０４％〜０．７０％であり、さらに好ましい範囲は、０．０５％〜０．６０％である。
電解抽出残渣として分析されるＷ量（［％Ｗ］ＥＲ）：
−１０×［％Ｂ］＋０．０７≦［％Ｗ］ＥＲ ≦１０×［％Ｂ］＋０．１８
低合金耐熱鋼に含有されるＷは、製造時の焼き戻し熱処理においてＭ２３Ｃ６型炭化物又はＭ７Ｃ３型炭化物に含まれる形で析出する。これらの炭化物は、微細に析出すると、引張強さの確保に寄与する一方、過剰に析出すると、靭性が低下する。これらの炭化物の量は、電解抽出残渣として分析されるＷ量として見積もることができる。
Ｗを含むＭ２３Ｃ６型炭化物及びＭ７Ｃ３型炭化物が少ない場合、析出強化効果が小さく、必要な引張強さが得られないことに加え、組織の回復、軟化が進まず、靭性も低下する。一方、これらの炭化物が過剰に粗大になると、強化に寄与しなくなるとともに、マトリックス中に固溶するＷ量が少なくなり固溶強化効果も小さくなり、必要な引張強さが得られないとともに、破壊の起点となり、靭性も低下する。
鋼に含有されるＢは析出量に影響することなく、Ｍ２３Ｃ６型炭化物又はＭ７Ｃ３型炭化物を微細に析出させる効果があるので、少ない析出量でも析出強化効果が得られやすくなるとともに、析出物を小さくして、析出強化効果の消失、破壊起点となることによる靭性低下を抑制することができる。そのため、必要な引張強さと靭性を得るためには、析出量、すなわち電解抽出残渣として分析されるＷ量、すなわち［％Ｗ］ＥＲの下限ならびに上限をＢ量に応じて、
−１０×［％Ｂ］＋０．０７≦［％Ｗ］ＥＲ ≦１０×［％Ｂ］＋０．１８
とする必要がある。
−１０×［％Ｂ］＋０．０７≦［％Ｗ］ＥＲ ≦１０×［％Ｂ］＋０．１８
低合金耐熱鋼に含有されるＷは、製造時の焼き戻し熱処理においてＭ２３Ｃ６型炭化物又はＭ７Ｃ３型炭化物に含まれる形で析出する。これらの炭化物は、微細に析出すると、引張強さの確保に寄与する一方、過剰に析出すると、靭性が低下する。これらの炭化物の量は、電解抽出残渣として分析されるＷ量として見積もることができる。
Ｗを含むＭ２３Ｃ６型炭化物及びＭ７Ｃ３型炭化物が少ない場合、析出強化効果が小さく、必要な引張強さが得られないことに加え、組織の回復、軟化が進まず、靭性も低下する。一方、これらの炭化物が過剰に粗大になると、強化に寄与しなくなるとともに、マトリックス中に固溶するＷ量が少なくなり固溶強化効果も小さくなり、必要な引張強さが得られないとともに、破壊の起点となり、靭性も低下する。
鋼に含有されるＢは析出量に影響することなく、Ｍ２３Ｃ６型炭化物又はＭ７Ｃ３型炭化物を微細に析出させる効果があるので、少ない析出量でも析出強化効果が得られやすくなるとともに、析出物を小さくして、析出強化効果の消失、破壊起点となることによる靭性低下を抑制することができる。そのため、必要な引張強さと靭性を得るためには、析出量、すなわち電解抽出残渣として分析されるＷ量、すなわち［％Ｗ］ＥＲの下限ならびに上限をＢ量に応じて、
−１０×［％Ｂ］＋０．０７≦［％Ｗ］ＥＲ ≦１０×［％Ｂ］＋０．１８
とする必要がある。
電解抽出残渣として分析されるＷ量は、鋼に含有されるＷ量及びＣ量、ならびに焼き戻し熱処理の条件によって調整することができる。具体的には、鋼に含有されるＷ量及びＣ量が高いほど、電解抽出残渣として分析されるＷ量は多くなる。また、本開示の鋼に適用される焼き戻し熱処理においては、温度が高く、及び／又は時間が長いほど電解抽出残渣として分析されるＷ量は多くなる。また、焼き戻し処理後の冷却において、冷却速度を小さくするほど、電解抽出残渣として分析されるＷ量は高くなる。
尚、電解抽出残渣として分析されるＷ量は、以下のように測定する。
低合金耐熱鋼から、所定の大きさの試験材を採取する。なお、試験材の大きさ又は形状によって電解抽出残渣として分析されるＷ量が変動することはなく、試験材の大きさ及び形状は限定されないが、例えば、８ｍｍ角、長さ４０ｍｍの試験片を好適に用いることができる。１０体積％アセチルアセトン−１質量％テトラメチルアンモニウムクロライドメタノール溶液を電解液として用いた定電流電解法によって、電流密度２０ｍＡ／ｃｍ２で試験材を陽極溶解し、炭化物を残渣として抽出する。抽出した残渣を酸分解した後、ＩＣＰ（高周波誘導結合プラズマ）発光分析を行い、残渣中のＷの質量を測定する。残渣中のＷの質量を試験材の溶解量で除して炭化物として存在しているＷ量を求める。すなわち、このＷ量は、電解抽出残渣として分析されるＷの量（質量％）である。
低合金耐熱鋼から、所定の大きさの試験材を採取する。なお、試験材の大きさ又は形状によって電解抽出残渣として分析されるＷ量が変動することはなく、試験材の大きさ及び形状は限定されないが、例えば、８ｍｍ角、長さ４０ｍｍの試験片を好適に用いることができる。１０体積％アセチルアセトン−１質量％テトラメチルアンモニウムクロライドメタノール溶液を電解液として用いた定電流電解法によって、電流密度２０ｍＡ／ｃｍ２で試験材を陽極溶解し、炭化物を残渣として抽出する。抽出した残渣を酸分解した後、ＩＣＰ（高周波誘導結合プラズマ）発光分析を行い、残渣中のＷの質量を測定する。残渣中のＷの質量を試験材の溶解量で除して炭化物として存在しているＷ量を求める。すなわち、このＷ量は、電解抽出残渣として分析されるＷの量（質量％）である。
さらに、本開示に係る低合金耐熱鋼は、Ｆｅの一部に代えて、ＳｎをＢ含有量と所定の関係を満たす範囲で含有してもよい。以下にその限定理由を述べる。
Ｓｎ：２×［％Ｂ］＋０．０１０（％）以下
Ｓｎは、鋼の表面のスケール下に濃化し、耐食性向上に有効であるため含有してもよい。しかしながら、Ｓｎを過剰に含有する場合、例えば、加熱及び冷却を繰り返すと、その過程で粒界に偏析し、靭性の低下を招く。そのため、本開示では、Ｓｎの含有量は、Ｓｎより粒界に偏析しやすく、Ｓｎの偏析を軽減して靭性の低下を抑制するＢ量に応じ、２×［％Ｂ］＋０．０１０（％）以下とすることが好ましい。Ｓｎを含有する場合の好ましい下限は０．００１％、さらに好ましい下限は０．００２％である。
Ｓｎは、鋼の表面のスケール下に濃化し、耐食性向上に有効であるため含有してもよい。しかしながら、Ｓｎを過剰に含有する場合、例えば、加熱及び冷却を繰り返すと、その過程で粒界に偏析し、靭性の低下を招く。そのため、本開示では、Ｓｎの含有量は、Ｓｎより粒界に偏析しやすく、Ｓｎの偏析を軽減して靭性の低下を抑制するＢ量に応じ、２×［％Ｂ］＋０．０１０（％）以下とすることが好ましい。Ｓｎを含有する場合の好ましい下限は０．００１％、さらに好ましい下限は０．００２％である。
さらに、本開示に係る低合金耐熱鋼は、Ｆｅの一部に代えて、Ｔａ：０．２０％以下、Ｃａ：０．０１５０％以下、Ｍｇ：０．０１５０％以下、及びＲＥＭ：０．０５０％以下からなる群より選択される少なくとも１種の元素を含有してもよい。以下にその限定理由を述べる。
Ｔａ：０．２０％以下
Ｔａは、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉと同様、微細な炭窒化物として粒内に析出し、クリープ強度の向上に寄与するため、必要に応じて含有してもよい。しかしながら、Ｔａを過剰に含有する場合、多量かつ粗大に析出し、かえってクリープ強度及びクリープ延性の低下を招く。そのため、０．２０％以下とする。好ましい上限は０．１８％であり、さらに好ましくは０．１５％以下である。Ｔａを含有する場合の好ましい下限は０．０１％、さらに好ましい下限は０．０２％である。
Ｔａは、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉと同様、微細な炭窒化物として粒内に析出し、クリープ強度の向上に寄与するため、必要に応じて含有してもよい。しかしながら、Ｔａを過剰に含有する場合、多量かつ粗大に析出し、かえってクリープ強度及びクリープ延性の低下を招く。そのため、０．２０％以下とする。好ましい上限は０．１８％であり、さらに好ましくは０．１５％以下である。Ｔａを含有する場合の好ましい下限は０．０１％、さらに好ましい下限は０．０２％である。
Ｃａ：０．０１５０％以下
Ｃａは、製造時の熱間加工性を改善する効果を有するため、必要に応じて含有してもよい。しかしながら、Ｃａを過剰に含有する場合、酸素と結合して、清浄性が著しく低下し、却って熱間加工性を損なう。そのため、０．０１５０％以下とする。好ましくは０．０１２０％以下、さらに好ましくは０．０１００％以下である。Ｃａを含有する場合の好ましい下限は０．０００５％、さらに好ましい下限は０．００１０％である。
Ｃａは、製造時の熱間加工性を改善する効果を有するため、必要に応じて含有してもよい。しかしながら、Ｃａを過剰に含有する場合、酸素と結合して、清浄性が著しく低下し、却って熱間加工性を損なう。そのため、０．０１５０％以下とする。好ましくは０．０１２０％以下、さらに好ましくは０．０１００％以下である。Ｃａを含有する場合の好ましい下限は０．０００５％、さらに好ましい下限は０．００１０％である。
Ｍｇ：０．０１５０％以下
Ｍｇは、Ｃａと同様、製造時の熱間加工性を改善する効果を有するため、必要に応じて含有してもよい。しかしながら、Ｍｇを過剰に含有する場合、酸素と結合して、清浄性が著しく低下し、却って熱間加工性を損なう。そのため、０．０１５０％以下とする。好ましくは０．０１２０％以下、さらに好ましくは０．０１００％以下である。Ｍｇを含有する場合の好ましい下限は０．０００５％、さらに好ましい下限は０．００１０％である。
Ｍｇは、Ｃａと同様、製造時の熱間加工性を改善する効果を有するため、必要に応じて含有してもよい。しかしながら、Ｍｇを過剰に含有する場合、酸素と結合して、清浄性が著しく低下し、却って熱間加工性を損なう。そのため、０．０１５０％以下とする。好ましくは０．０１２０％以下、さらに好ましくは０．０１００％以下である。Ｍｇを含有する場合の好ましい下限は０．０００５％、さらに好ましい下限は０．００１０％である。
ＲＥＭ：０．０５０％以下
ＲＥＭ（希土類元素）は、Ｃａ及びＭｇと同様、製造時の熱間加工性を改善するため、必要に応じて含有してもよい。しかしながら、ＲＥＭを過剰に含有する場合、酸素と結合して合金の清浄性を著しく低下させ、かえって熱間加工性が低下する。そのため、上限は０．０５０％とする。好ましくは０．０４０％以下、さらに好ましくは０．０３０％以下である。尚、ＲＥＭを含有させる場合の好ましい下限は０．００１％、さらに好ましい下限は０．００５％である。
なお、「ＲＥＭ」とはＳｃ、Ｙ及びランタノイドの合計１７元素の総称であり、ＲＥＭの含有量はＲＥＭのうちの１種又は２種以上の元素の合計含有量を指す。また、ＲＥＭは一般的にミッシュメタルに含有される。このため例えば、合金にミッシュメタルを添加して、ＲＥＭの含有量が上記の範囲となるようにしてもよい。
ＲＥＭ（希土類元素）は、Ｃａ及びＭｇと同様、製造時の熱間加工性を改善するため、必要に応じて含有してもよい。しかしながら、ＲＥＭを過剰に含有する場合、酸素と結合して合金の清浄性を著しく低下させ、かえって熱間加工性が低下する。そのため、上限は０．０５０％とする。好ましくは０．０４０％以下、さらに好ましくは０．０３０％以下である。尚、ＲＥＭを含有させる場合の好ましい下限は０．００１％、さらに好ましい下限は０．００５％である。
なお、「ＲＥＭ」とはＳｃ、Ｙ及びランタノイドの合計１７元素の総称であり、ＲＥＭの含有量はＲＥＭのうちの１種又は２種以上の元素の合計含有量を指す。また、ＲＥＭは一般的にミッシュメタルに含有される。このため例えば、合金にミッシュメタルを添加して、ＲＥＭの含有量が上記の範囲となるようにしてもよい。
［性能］
さらに、本開示に係る低合金耐熱鋼は、下記の性能を有することが好ましい。
（１）引張強さ
本開示に係る低合金系耐熱鋼は、引張強さが、５１０ＭＰａ以上であることが好ましく、５３０ＭＰａ以上であることがより好ましい。
なお、引張強さは、平行部径８ｍｍ、平行部長さ５５ｍｍの１４Ａ号丸棒試験片を用いて、ＪＩＳ Ｚ２２０１：２０１３に準拠して、室温（１０℃〜３５℃）で測定される。
さらに、本開示に係る低合金耐熱鋼は、下記の性能を有することが好ましい。
（１）引張強さ
本開示に係る低合金系耐熱鋼は、引張強さが、５１０ＭＰａ以上であることが好ましく、５３０ＭＰａ以上であることがより好ましい。
なお、引張強さは、平行部径８ｍｍ、平行部長さ５５ｍｍの１４Ａ号丸棒試験片を用いて、ＪＩＳ Ｚ２２０１：２０１３に準拠して、室温（１０℃〜３５℃）で測定される。
（２）フルサイズシャルピー吸収エネルギー
本開示に係る低合金耐熱鋼は、２０℃でのフルサイズシャルピー吸収エネルギーが、２７Ｊ以上であることが好ましい。
なお、フルサイズシャルピー吸収エネルギーは、２ｍｍＶノッチフルサイズシャルピー衝撃試験片を用いて、ＪＩＳ Ｚ２２４２：２００５に準拠して、２０℃で測定される。
本開示に係る低合金耐熱鋼は、２０℃でのフルサイズシャルピー吸収エネルギーが、２７Ｊ以上であることが好ましい。
なお、フルサイズシャルピー吸収エネルギーは、２ｍｍＶノッチフルサイズシャルピー衝撃試験片を用いて、ＪＩＳ Ｚ２２４２：２００５に準拠して、２０℃で測定される。
［製造方法］
本開示に係る低合金耐熱鋼を製造する方法は限定されるものではないが、一例を挙げて説明する。
本開示に係る低合金耐熱鋼を製造する方法は限定されるものではないが、一例を挙げて説明する。
（１）成形工程
本開示に係る低合金耐熱鋼の製造においては、前述の組成（化学成分）を有する素材（鋼材）を低合金耐熱鋼の最終的な形状に成形する。成形工程には、最終的な形状とするための変形を伴う全ての工程が含まれ、例えば鋳造、鍛造、圧延加工等の工程が含まれる。
成形工程としては、例えば一例として、素材を溶解して鋳込んだインゴットに対し、熱間鍛造、及び熱間圧延により成形するか、又は熱間鍛造、熱間圧延、及び冷間加工により成形し、低合金耐熱鋼の最終的な形状とする工程が挙げられる。
本開示に係る低合金耐熱鋼の製造においては、前述の組成（化学成分）を有する素材（鋼材）を低合金耐熱鋼の最終的な形状に成形する。成形工程には、最終的な形状とするための変形を伴う全ての工程が含まれ、例えば鋳造、鍛造、圧延加工等の工程が含まれる。
成形工程としては、例えば一例として、素材を溶解して鋳込んだインゴットに対し、熱間鍛造、及び熱間圧延により成形するか、又は熱間鍛造、熱間圧延、及び冷間加工により成形し、低合金耐熱鋼の最終的な形状とする工程が挙げられる。
（２）焼ならし熱処理工程
成形工程後に、例えば焼ならし熱処理を施してもよい。例えば、１０００℃〜１１００℃で０．１時間〜１．５時間の条件で、焼ならし熱処理を施すことが好ましい。
なお、前記の電解抽出残渣として分析されるＷ量は、焼ならし熱処理の影響を受ける場合もある。すなわち、焼ならし温度が低く、及び／または時間が短すぎると、それまでの製造工程で生成していたＷを含む炭化物がマトリックスに十分に固溶しないため、電解抽出残渣として分析されるＷ量が多くなる場合がある。また、焼ならし温度が高く、及び／または時間が長すぎると、旧オーステナイト粒径が大きくなり、靭性を低下させる場合もある。
成形工程後に、例えば焼ならし熱処理を施してもよい。例えば、１０００℃〜１１００℃で０．１時間〜１．５時間の条件で、焼ならし熱処理を施すことが好ましい。
なお、前記の電解抽出残渣として分析されるＷ量は、焼ならし熱処理の影響を受ける場合もある。すなわち、焼ならし温度が低く、及び／または時間が短すぎると、それまでの製造工程で生成していたＷを含む炭化物がマトリックスに十分に固溶しないため、電解抽出残渣として分析されるＷ量が多くなる場合がある。また、焼ならし温度が高く、及び／または時間が長すぎると、旧オーステナイト粒径が大きくなり、靭性を低下させる場合もある。
（３）焼戻し熱処理工程
さらに、焼ならし熱処理工程後に、例えば焼戻し熱処理を施してもよい。例えば、７５０℃〜７９０℃で１時間〜５時間の条件で、焼戻し熱処理を行うことが好ましい。
なお、上記方法は一例であり、例えば、焼ならし熱処理及び焼戻し熱処理に関して、鋼成分及びその他の工程における条件によっては、上記好ましい条件を満たさなくても本開示に係る低合金耐熱鋼を製造することができる場合がある。
さらに、焼ならし熱処理工程後に、例えば焼戻し熱処理を施してもよい。例えば、７５０℃〜７９０℃で１時間〜５時間の条件で、焼戻し熱処理を行うことが好ましい。
なお、上記方法は一例であり、例えば、焼ならし熱処理及び焼戻し熱処理に関して、鋼成分及びその他の工程における条件によっては、上記好ましい条件を満たさなくても本開示に係る低合金耐熱鋼を製造することができる場合がある。
［用途］
本開示に係る低合金耐熱鋼の用途は限定されないが、例えば発電用ボイラ等、高温で使用される機器に好適に用いられる。
尚、高温で使用される機器の例としては、例えば石炭火力発電プラント、石油火力発電プラント、ごみ焼却発電プラント及びバイオマス発電プラント等のボイラ用配管；石油化学プラントにおける分解管；等が挙げられる。
ここで、本開示における「高温で使用」とは、例えば３５０℃以上７００℃以下（さらには４００℃以上６５０℃以下）の環境で使用される態様が挙げられる。
例えば、本開示に係る低合金耐熱鋼により成形された鋼管を製造する場合、鋼管本体に本開示に係る低合金耐熱鋼を用いること以外は公知の造管技術を適用することができる。具体的には、本開示に係る低合金耐熱鋼により成形されたシームレス鋼管としてもよいし、本開示に係る低合金耐熱鋼が管状に成形されて溶接された溶接管としてもよい。
本開示に係る低合金耐熱鋼の用途は限定されないが、例えば発電用ボイラ等、高温で使用される機器に好適に用いられる。
尚、高温で使用される機器の例としては、例えば石炭火力発電プラント、石油火力発電プラント、ごみ焼却発電プラント及びバイオマス発電プラント等のボイラ用配管；石油化学プラントにおける分解管；等が挙げられる。
ここで、本開示における「高温で使用」とは、例えば３５０℃以上７００℃以下（さらには４００℃以上６５０℃以下）の環境で使用される態様が挙げられる。
例えば、本開示に係る低合金耐熱鋼により成形された鋼管を製造する場合、鋼管本体に本開示に係る低合金耐熱鋼を用いること以外は公知の造管技術を適用することができる。具体的には、本開示に係る低合金耐熱鋼により成形されたシームレス鋼管としてもよいし、本開示に係る低合金耐熱鋼が管状に成形されて溶接された溶接管としてもよい。
以下、実施例によって本開示に係る低合金耐熱鋼をより具体的に説明する。尚、本開示に係る低合金耐熱鋼はこれらの実施例に限定されるものではない。
＜実施例１＞
表１に示す化学成分を有するＡ〜Ｊの素材を実験室にて溶解して鋳込んだインゴットに対し、熱間鍛造、及び熱間圧延をこの順に行い、厚さ１５ｍｍに成形した。この素材から、長さ１５０ｍｍ、幅１５０ｍｍの板材に加工した。
この板材に、表２に示す通りの焼きならし、焼き戻しの熱処理を行い試験材とした。
なお、表１及び後述の表２において下線を付した値は、本開示の範囲外であることを意味する。
表１に示す化学成分を有するＡ〜Ｊの素材を実験室にて溶解して鋳込んだインゴットに対し、熱間鍛造、及び熱間圧延をこの順に行い、厚さ１５ｍｍに成形した。この素材から、長さ１５０ｍｍ、幅１５０ｍｍの板材に加工した。
この板材に、表２に示す通りの焼きならし、焼き戻しの熱処理を行い試験材とした。
なお、表１及び後述の表２において下線を付した値は、本開示の範囲外であることを意味する。
［電解抽出残渣として分析されるＷの量の測定］
得られた試験材から、８ｍｍ角、長さ４０ｍｍの試験片を採取し、上述の実施形態で説明した方法、つまり定電流電解法によって、電解抽出残渣として分析されるＷ量を測定した。具体的には、１０体積％アセチルアセトン−１質量％テトラメチルアンモニウムクロライドメタノール溶液を電解液として用いた定電流電解法により、電流密度２０ｍＡ／ｃｍ２で試験材を陽極溶解し、炭化物を残渣として抽出した。抽出した残渣を酸分解した後、ＩＣＰ（高周波誘導結合プラズマ）発光分析を行い、残渣中のＷの質量を測定した。残渣中のＷの質量を試験材の溶解量で除して、炭化物として存在しているＷ量（質量％）を求めた。
得られた試験材から、８ｍｍ角、長さ４０ｍｍの試験片を採取し、上述の実施形態で説明した方法、つまり定電流電解法によって、電解抽出残渣として分析されるＷ量を測定した。具体的には、１０体積％アセチルアセトン−１質量％テトラメチルアンモニウムクロライドメタノール溶液を電解液として用いた定電流電解法により、電流密度２０ｍＡ／ｃｍ２で試験材を陽極溶解し、炭化物を残渣として抽出した。抽出した残渣を酸分解した後、ＩＣＰ（高周波誘導結合プラズマ）発光分析を行い、残渣中のＷの質量を測定した。残渣中のＷの質量を試験材の溶解量で除して、炭化物として存在しているＷ量（質量％）を求めた。
［引張試験／引張強さ］
さらに、試験材から、平行部径８ｍｍ、平行部長さ５５ｍｍのＪＩＳ Ｚ２２４１：２０１１に示されている１４Ａ号丸棒試験片を採取し、ＪＩＳ Ｚ２２４１：２０１１に準拠して、常温室温（１０℃〜３５℃）での引張試験に供した。そして、その引張強さが、母材に求められる必要引張強さである５１０ＭＰａ以上となるものを「合格」とし、中でも５３０ＭＰａ以上となるものを「合格（優）」とし、それ以外を「合格（可）」とし、一方、５１０ＭＰａを下回るものを「不合格」とした。
さらに、試験材から、平行部径８ｍｍ、平行部長さ５５ｍｍのＪＩＳ Ｚ２２４１：２０１１に示されている１４Ａ号丸棒試験片を採取し、ＪＩＳ Ｚ２２４１：２０１１に準拠して、常温室温（１０℃〜３５℃）での引張試験に供した。そして、その引張強さが、母材に求められる必要引張強さである５１０ＭＰａ以上となるものを「合格」とし、中でも５３０ＭＰａ以上となるものを「合格（優）」とし、それ以外を「合格（可）」とし、一方、５１０ＭＰａを下回るものを「不合格」とした。
［シャルピー衝撃試験／靭性］
試験材の板厚方向中央部から、ノッチを加工した２ｍｍＶノッチフルサイズシャルピー衝撃試験片を３本採取し、シャルピー衝撃試験に供した。なお、シャルピー衝撃試験は、ＪＩＳ Ｚ２２４２：２００５に準拠して行った。試験は、２０℃にて実施し、３本の試験片の吸収エネルギーの平均値が２７Ｊ以上となるものを「合格」とし、中でも３本の試験片の吸収エネルギーの各値が全て２７Ｊ以上となるものを「合格（優）」、それ以外を「合格（可）」とし、一方、３本の試験片の吸収エネルギーの平均値が２７Ｊを下回るものを「不合格」とした。
試験材の板厚方向中央部から、ノッチを加工した２ｍｍＶノッチフルサイズシャルピー衝撃試験片を３本採取し、シャルピー衝撃試験に供した。なお、シャルピー衝撃試験は、ＪＩＳ Ｚ２２４２：２００５に準拠して行った。試験は、２０℃にて実施し、３本の試験片の吸収エネルギーの平均値が２７Ｊ以上となるものを「合格」とし、中でも３本の試験片の吸収エネルギーの各値が全て２７Ｊ以上となるものを「合格（優）」、それ以外を「合格（可）」とし、一方、３本の試験片の吸収エネルギーの平均値が２７Ｊを下回るものを「不合格」とした。
［クリープ破断試験］
加えて、引張試験及びシャルピー衝撃試験に合格した試験材からは、丸棒クリープ試験片を採取し、クリープ破断試験を行った。そして、長時間使用時における評価として、母材の目標破断時間が、１０００時間となる５５０℃×１９６ＭＰａの条件でクリープ破断試験を行った。なお、クリープ破断試験は、ＪＩＳ Ｚ２２７１：２０１０に準拠して行った。そして、破断時間が目標破断時間を超えるものを「合格」とし、それを下回るものを「不合格」とした。
加えて、引張試験及びシャルピー衝撃試験に合格した試験材からは、丸棒クリープ試験片を採取し、クリープ破断試験を行った。そして、長時間使用時における評価として、母材の目標破断時間が、１０００時間となる５５０℃×１９６ＭＰａの条件でクリープ破断試験を行った。なお、クリープ破断試験は、ＪＩＳ Ｚ２２７１：２０１０に準拠して行った。そして、破断時間が目標破断時間を超えるものを「合格」とし、それを下回るものを「不合格」とした。
表２から、本開示で規定する条件を満足する鋼は安定して優れた引張強さと必要な靭性が得られることがわかる。加えて、長時間使用時における高いクリープ強度も具備することがわかる。
これに対して、代符Ａ８、Ｂ８、Ｂ９及びＦ１は、電解抽出残渣として分析されるＷの量が（２）式に規定の範囲を下回った、即ち、炭化物の析出量が十分でなかったため、目標とする必要な引張強さと靭性を満足しなかった。
代符Ａ１０、Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３、Ｂ１１、Ｇ１及びＨ１は、電解抽出残渣として分析されるＷの量が（２）式に規定の範囲を超えた、即ち、炭化物が過剰にかつ粗大に析出したため、目標とする必要な引張強さと靭性を満足しなかった。
これに対して、代符Ａ８、Ｂ８、Ｂ９及びＦ１は、電解抽出残渣として分析されるＷの量が（２）式に規定の範囲を下回った、即ち、炭化物の析出量が十分でなかったため、目標とする必要な引張強さと靭性を満足しなかった。
代符Ａ１０、Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３、Ｂ１１、Ｇ１及びＨ１は、電解抽出残渣として分析されるＷの量が（２）式に規定の範囲を超えた、即ち、炭化物が過剰にかつ粗大に析出したため、目標とする必要な引張強さと靭性を満足しなかった。
＜実施例２＞
表３に示す化学組成を有するＫ〜Ｐの素材を実験室にて溶解して鋳込んだインゴットに対し、熱間鍛造、及び熱間圧延をこの順に行い、厚さ１５ｍｍに成形した。この素材から、長さ１５０ｍｍ、幅１５０ｍｍの板材に加工した。
この板材に、１０５０℃×０．５時間の焼きならし、７７０℃×１時間の焼き戻しの熱処理を行い試験材とした。
なお、表３において下線を付した値は、Ｓｎが好ましい範囲を超えることを意味する。
表３に示す化学組成を有するＫ〜Ｐの素材を実験室にて溶解して鋳込んだインゴットに対し、熱間鍛造、及び熱間圧延をこの順に行い、厚さ１５ｍｍに成形した。この素材から、長さ１５０ｍｍ、幅１５０ｍｍの板材に加工した。
この板材に、１０５０℃×０．５時間の焼きならし、７７０℃×１時間の焼き戻しの熱処理を行い試験材とした。
なお、表３において下線を付した値は、Ｓｎが好ましい範囲を超えることを意味する。
［評価試験］
これらの試験材に対し、前記、電解抽出残渣として分析されるＷ量の測定、引張試験およびシャルピー衝撃試験（素材まま）を行なった。
さらに、試験材に「室温→５５０℃×１０８時間→室温」の加熱及び冷却のサイクルを５回繰り返した試験材を準備し、板厚方向中央部から、ノッチを加工した２ｍｍＶノッチフルサイズシャルピー衝撃試験片を３本採取し、シャルピー衝撃試験に供した。なお、シャルピー衝撃試験は、ＪＩＳ Ｚ２２４２：２００５に準拠して行った。試験は、２０℃にて実施し、３本の試験片の吸収エネルギーの平均値が２７Ｊ以上となるものを「合格」とし、中でも３本の試験片の吸収エネルギーの各値が全て２７Ｊ以上となるものを「合格（優）」、それ以外を「合格（可）」とし、一方、３本の試験片の吸収エネルギーの平均値が２７Ｊを下回るものを「不合格」とした。
さらに、引張試験及びシャルピー衝撃試験（素材まま、及び繰り返し加熱冷却後）に合格した試験材からは、丸棒クリープ試験片を採取し、前記クリープ破断試験を行った。
これらの試験材に対し、前記、電解抽出残渣として分析されるＷ量の測定、引張試験およびシャルピー衝撃試験（素材まま）を行なった。
さらに、試験材に「室温→５５０℃×１０８時間→室温」の加熱及び冷却のサイクルを５回繰り返した試験材を準備し、板厚方向中央部から、ノッチを加工した２ｍｍＶノッチフルサイズシャルピー衝撃試験片を３本採取し、シャルピー衝撃試験に供した。なお、シャルピー衝撃試験は、ＪＩＳ Ｚ２２４２：２００５に準拠して行った。試験は、２０℃にて実施し、３本の試験片の吸収エネルギーの平均値が２７Ｊ以上となるものを「合格」とし、中でも３本の試験片の吸収エネルギーの各値が全て２７Ｊ以上となるものを「合格（優）」、それ以外を「合格（可）」とし、一方、３本の試験片の吸収エネルギーの平均値が２７Ｊを下回るものを「不合格」とした。
さらに、引張試験及びシャルピー衝撃試験（素材まま、及び繰り返し加熱冷却後）に合格した試験材からは、丸棒クリープ試験片を採取し、前記クリープ破断試験を行った。
表４から、本開示で規定する条件を満足する鋼は、優れた引張強さに加え、高温への加熱と冷却を繰り返した場合においても良好な靭性が得られることがわかる。さらに、目標とするクリープ強度も具備することがわかる。
これに対して、代符Ｏ１及びＰ１は、Ｓｎ量がＢ量との関係から決まる好ましい値を超えたため、素材の靱性は必要な性能を満足するものの、繰り返し加熱、冷却後に目標とする靭性を満足しなかった。
このように本開示で規定する要件を満足する場合のみ、安定して優れた引張強さと靭性を有するとともに、長時間使用時における高いクリープ強度も併せて具備する低合金耐熱鋼が得られることがわかる。
これに対して、代符Ｏ１及びＰ１は、Ｓｎ量がＢ量との関係から決まる好ましい値を超えたため、素材の靱性は必要な性能を満足するものの、繰り返し加熱、冷却後に目標とする靭性を満足しなかった。
このように本開示で規定する要件を満足する場合のみ、安定して優れた引張強さと靭性を有するとともに、長時間使用時における高いクリープ強度も併せて具備する低合金耐熱鋼が得られることがわかる。
本開示によれば、Ｗ及びＢを含有し、安定して優れた引張強さと靭性を有する低合金耐熱鋼及び鋼管を提供することが可能となる。
Claims (5)
- 質量％で
Ｃ：０．０３％〜０．０９％、
Ｓｉ：０．１０％〜０．３０％、
Ｍｎ：０．１５％〜０．６０％、
Ｐ：０．０２０％以下、
Ｓ：０．００６０％以下、
Ｎｉ：０．０１％〜０．５０％、
Ｃｏ：０．０１％〜０．５０％、
Ｃｕ：０．０１％〜０．５０％、
Ｃｒ：２．０％〜３．０％、
Ｍｏ：０．０５％〜０．３５％、
Ｗ：１．０％〜２．２％、
Ｖ：０．１５％〜０．２８％、
Ｎｂ：０．０１％〜０．１１％、
Ｔｉ：０．００２％〜０．０２２％、
Ｂ：０．００１％〜０．００６％、
Ｎ：０．００１％〜０．０１２％、
Ａｌ：０．０２０％以下、及び
Ｏ：０．０２０％以下
を含み、
Ｎｉ、Ｃｏ及びＣｕの合計量が下記（１）式を満足し、かつ電解抽出残渣として分析されるＷ量が下記（２）式を満たし、残部がＦｅ及び不純物からなる低合金耐熱鋼。
０．０３≦［％Ｎｉ］＋［％Ｃｏ］＋［％Ｃｕ］≦０．８０ （１）
−１０×［％Ｂ］＋０．０７≦［％Ｗ］ＥＲ ≦１０×［％Ｂ］＋０．１８ （２）
式中、［％Ｎｉ］、［％Ｃｏ］、［％Ｃｕ］、及び［％Ｂ］は、それぞれ鋼に含まれるＮｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、及びＢの質量％を意味し、［％Ｗ］ＥＲは、電解抽出残渣として分析されるＷの質量％を意味する。 - 前記Ｆｅの一部に代えて、下記（３）式を満足するＳｎを含有する請求項１に記載の低合金耐熱鋼。
［％Ｓｎ］≦２×［％Ｂ］＋０．０１０（％） （３）
式中、［％Ｓｎ］及び［％Ｂ］は、それぞれ鋼に含まれるＳｎ及びＢの質量％を意味する。 - 前記Ｆｅの一部に代えて、質量％で、
Ｔａ：０．２０％以下、
Ｃａ：０．０１５０％以下、
Ｍｇ：０．０１５０％以下、及び
ＲＥＭ：０．０５０％以下
からなる群より選択される少なくとも１種の元素を含有する請求項１又は請求項２に記載の低合金耐熱鋼。 - ＪＩＳ Ｚ２２４１：２０１１に規定される引張強さが５１０ＭＰａ以上であり、２０℃でのＪＩＳ Ｚ２２４２：２００５に規定されるフルサイズシャルピー吸収エネルギーが２７Ｊ以上である、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の低合金耐熱鋼。
- 請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の低合金耐熱鋼により成形された鋼管。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2967886B2 (ja) | 1991-02-22 | 1999-10-25 | 住友金属工業 株式会社 | クリープ強度と靭性に優れた低合金耐熱鋼 |
| JP3334217B2 (ja) * | 1992-03-12 | 2002-10-15 | 住友金属工業株式会社 | 靱性とクリープ強度に優れた低Ｃｒフェライト系耐熱鋼 |
| JP3565331B2 (ja) * | 1999-08-18 | 2004-09-15 | 三菱重工業株式会社 | 高強度低合金耐熱鋼 |
| JP3518515B2 (ja) * | 2000-03-30 | 2004-04-12 | 住友金属工業株式会社 | 低・中Ｃｒ系耐熱鋼 |
| JP3570379B2 (ja) | 2000-12-28 | 2004-09-29 | 住友金属工業株式会社 | 低合金耐熱鋼 |
| JP2002294402A (ja) | 2001-03-28 | 2002-10-09 | Nippon Steel Corp | 耐摩耗特性に優れた低合金耐熱ボイラー用鋼管 |
| JP3711959B2 (ja) | 2001-06-15 | 2005-11-02 | 住友金属工業株式会社 | 耐熱用低合金鋼管およびその製造方法 |
| JP4009124B2 (ja) | 2002-03-28 | 2007-11-14 | 新日本製鐵株式会社 | 長時間クリープ特性に優れた高強度低Ｃｒフェライト系ボイラ用鋼管およびその製造方法 |
| EP1873270B1 (en) * | 2005-04-18 | 2012-05-30 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Low alloy steel |
| CN103695772B (zh) * | 2013-12-11 | 2015-12-30 | 武汉钢铁(集团)公司 | 屈服强度为550MPa级耐火耐候抗震建筑用钢及其生产方法 |
| KR102011250B1 (ko) * | 2017-12-14 | 2019-08-14 | 닛폰세이테츠 가부시키가이샤 | 강재 |
| CN109266971B (zh) * | 2018-11-30 | 2020-10-13 | 武汉大学 | 一种抗再热裂纹的含w高强度低合金耐热钢 |
-
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Cited By (2)
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| JP2021030231A (ja) * | 2019-08-13 | 2021-03-01 | 日本製鉄株式会社 | 溶接材料 |
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