JP6672205B2 - 鋳鋼、ノズル板、ノズル板の製造方法、および、静翼翼列 - Google Patents
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Description
Cは、焼入れ性、および、鋳造時の湯流れ性を確保するために必要な成分であるとともに、析出強化に寄与する炭化物を構成する構成元素として不可欠な成分である。実施形態の鋳鋼(M1),(M2),(M3)において、Cの含有率が上記範囲の下限値未満である場合、上述した作用および効果が小さくなる。Cの含有率が上記範囲の上限値を超える場合、炭化物の凝集が促進されるとともに、鋳造時の偏析傾向が高まるために、補修を含めた溶接性が低下する。このため、実施形態の鋳鋼(M1),(M2),(M3)では、Cの含有率が上記範囲に設定されている。
Siは、脱酸剤として有用であるとともに、溶湯の湯流れ性を改善する成分である。実施形態の鋳鋼(M1),(M2),(M3)において、Siの含有率が上記範囲の下限値未満である場合、上述した作用および効果が小さくなる。Siの含有率が上記範囲の上限値を超える場合、靭性の低下および脆化が著しく促進される。このため、実施形態の鋳鋼(M1),(M2),(M3)では、Siの含有率が上記範囲に設定されている。
Mnは、脱硫剤として有用な成分である。実施形態の鋳鋼(M1),(M2),(M3)において、Mnの含有率が上記範囲の下限値未満である場合、脱硫効果が十分に発現されない。Mnの含有率が上記範囲の上限値を超える場合、クリープ強度の低下が生ずる。このため、実施形態の鋳鋼(M1),(M2),(M3)では、Mnの含有率が上記範囲に設定されている。
Niは、焼入れ性および靭性を向上させる成分であるとともに、フェライトの生成を抑制する効果を有する成分である。実施形態の鋳鋼(M1),(M2)において、Niの含有率が上記範囲の下限値未満である場合、上記の効果が十分に発現されない。Niの含有率が上記範囲の上限値を超える場合、クリープ強度の低下が生ずる。このため、実施形態の鋳鋼(M1),(M2)では、Niの含有率が上記範囲に設定されている。
Crは、耐酸化性および耐食性の向上に有効な成分であるとともに、析出強化に寄与する炭窒化物の構成元素として不可欠な成分である。実施形態の鋳鋼(M1),(M2)において、Crの含有率が上記範囲の下限値未満である場合、調質熱処理の実施においてCrを構成元素として析出する析出物(炭窒化物)が少なくなるため、高温安定性が十分に確保できない場合がある。Crの含有率が上記範囲の上限値を超える場合、フェライトが生成される傾向が高まる。このため、実施形態の鋳鋼(M1),(M2)では、Crの含有率が上記範囲に設定されている。これに対して、実施形態の鋳鋼(M3)においては、フェライト形成元素(Mo、W、Nb、Vなど)を含有していないのでフェライトが生成されにくい。このため、実施形態の鋳鋼(M3)では、鋳鋼(M1),(M2)の場合よりもCrの含有率が高い、上記範囲にすることができる。
Moは、固溶強化に寄与する成分であると共に、炭窒化物の構成元素であって析出強化に寄与する成分である。Moは、高温環境において長時間の加熱処理が行われるときに、析出物の構成元素になる。しかし、実施形態の鋳鋼(M1),(M2)において、Moの含有率が上記範囲の下限値未満である場合、固溶強化に寄与するMoの量を長時間にわたって高く維持することが困難になる。Moの含有率が上記範囲の上限値を超える場合、靭性が低下すると共に、フェライトの生成が促進される。このため、実施形態の鋳鋼(M1),(M2)では、Moの含有率を上記範囲にした。
Vは、固溶強化に寄与する成分であると共に、微細な炭窒化物の形成に寄与する成分である。実施形態の鋳鋼(M1),(M2)において、Vの含有率が上記範囲の下限値未満である場合、上述した作用および効果が十分でない。Vの含有率が上記範囲の上限値を超える場合、靭性の低下が生ずる。このため、実施形態の鋳鋼(M1),(M2)では、Vの含有率を上記範囲にした。
Wは、固溶強化に寄与する成分であると共に、炭窒化物の構成元素であって析出強化に寄与する成分である。Wは、特にMoと共に複合的に添加された場合には、析出物の高温安定性を著しく高めることができる。Wは、高温環境において長時間の加熱処理が行われるときに、析出物の構成元素になる。しかし、実施形態の鋳鋼(M1)において、Wの含有率が上記範囲の下限値未満である場合、固溶強化に寄与するWの量を長時間にわたって高く維持することが困難になる。Wの含有率が上記範囲の上限値を超える場合、靭性が低下すると共に、フェライトの生成が促進される。このため、実施形態の鋳鋼(M1)では、Wの含有率を上記範囲にした。
Nbは、固溶強化に寄与する成分であると共に、微細な炭窒化物の形成に寄与する。
実施形態の鋳鋼(M1),(M2)において、Nbの含有率が上記範囲の下限値未満である場合、上述した作用および効果が十分でない。Nbの含有率が上記範囲の上限値を超える場合、粗大なNb炭窒化物の生成量が増加する。このため、実施形態の鋳鋼(M1),(M2)では、Nbの含有率を上記範囲にした。なお、鋳鋼(M2)では、Wが添加されていないので、鋳鋼(M1)よりもNb成分の含有率について上限値を大きくすることによって、Nb炭窒化物による析出強化作用を高めている。
Nは、窒化物あるいは炭窒化物を形成することによって析出強化に寄与する成分である。さらに、母相に残存するNは、固溶強化にも寄与する。Nは、大気中で鋳造が行われたときに鋳鋼に溶解して吸収される。実施形態の鋳鋼(M1),(M2),(M3)において、Nの含有率が上記範囲の下限値未満である場合、調質熱処理の実施によって生成される炭窒化物の生成量が少なくなり、十分でなくなる。Nの含有率が上記範囲の上限値を超える場合、窒化物の粗大化を促進し、析出強化作用が低下するため、成分の調整でNの含有率を低下させる必要がある。このため、実施形態の鋳鋼(M1),(M2),(M3)では、Nの含有率を上記範囲にした。
Alは、脱酸剤として有用な成分である。しかし、Nを含有する鋼においては、Alの窒化物が生成されやすい。このため、Alの含有率は、極力、低いことが好ましい。したがって、実施形態の鋳鋼(M1),(M2),(M3)では、不可避的不純物であるAlの含有率の上限を上記値にした。
R2=(X2/X1)・R1 ・・・式(A)
析出物において、Feは、主として、M23C6型析出物を構成する構成元素であって、析出物の安定化に寄与する成分である。ノズル板(N1),(N2)において析出物を構成するFeの含有率が上記範囲の下限値未満である場合、析出物の析出が十分でなく、安定性が低下する。つまり、析出強化の作用が十分に働かない。これに対して、Feの含有率が上記範囲の上限値を超える場合、析出物が粗大化するため、高温特性を十分に発揮することができなくなる。このため、実施形態のノズル板(N1),(N2)では、析出物を構成するFeの含有率が上記範囲に設定されている。
析出物において、Crは、主として、M23C6型析出物、および、M2C型析出物を構成する構成元素である。Crは、析出強化に寄与するとともに、析出物の高温安定性を高める成分である。ノズル板(N1),(N2)において析出物を構成するCrの含有率が上記範囲の下限値未満である場合、析出物の析出が十分でない。つまり、析出強化作用が十分に働かない。これに対して、Crの含有率が上記範囲の上限値を超える場合、微細なM2C型析出物の変態および粗大化が誘発されるため、析出強化作用が十分に働かない。このため、実施形態のノズル板(N1),(N2)では、析出物を構成するCrの含有率が上記範囲に設定されている。
析出物において、Moは、主として、M23C6型析出物およびM2C型析出物の一部に置換される構成元素である。Moは、析出物の高温安定性を高める成分である。ノズル板(N1),(N2)において析出物を構成するMoの含有率が上記範囲の下限値未満である場合、析出物の安定性が低くなる。これに対して、Moの含有率が上記範囲の上限値を超える場合、母相においてMoが固溶した固溶量が少なくなるので、高温における固溶強化作用が十分でなくなる。このため、実施形態のノズル板(N1),(N2)では、析出物を構成するMoの含有率が上記範囲に設定されている。
析出物において、Wは、主として、M23C6型析出物およびM2C型析出物の一部に置換される構成元素である。Wは、析出物の高温安定性を高める成分である。ノズル板(N1)において析出物を構成するWの含有率が上記範囲の下限値未満である場合、析出物の安定性が低くなる。これに対して、Wの含有率が上記範囲の上限値を超える場合、母相においてWが固溶した固溶量が少なくなるので、高温における固溶強化作用が十分でなくなる。このため、実施形態のノズル板(N1)では、析出物を構成するWの含有率が上記範囲に設定されている。
析出物において、Vは、主として、MC型析出物およびM2C型析出物の一部に置換される構成元素である。Vは、析出物の高温安定性を高める成分である。ノズル板
において析出物を構成するVの含有率が上記範囲の下限値未満である場合、析出物の安定性が低くなる。これに対して、Vの含有率が上記範囲の上限値を超える場合、M2C型析出物が粗大化するため、高温特性を十分に発揮できなくなる。このため、実施形態のノズル板(N1),(N2)では、析出物を構成するVの含有率が上記範囲に設定されている。
析出物において、Nbは、主として、MC型析出物の一部に置換される構成元素である。
Nbは、析出物の高温安定性を高める成分である。ノズル板(N1)において析出物を構成するNbの含有率が上記範囲の下限値未満である場合、析出物の安定性が低くなる。これに対して、Nbの含有率が上記範囲の上限値を超える場合、MC型析出物が粗大化するため、高温特性を十分に発揮できなくなる。この一方で、ノズル板(N2)は、ノズル板(N1)と異なり、Wを含まない。このため、ノズル板(N2)の場合には、析出物を構成するNbの含有率は、ノズル板(N1)よりも大きくすることができる。したがって、実施形態のノズル板(N1)(N2)では、析出物を構成するNbの含有率が上記範囲に設定されている。
表3に示すように、各例の鋳鋼に関して、「溶接施工」の試験を行った。「溶接施工」の試験は、以下の手順で行った。焼戻しが施された鋳鋼を板厚が10ミリである平板に加工した。そして、その平板を250℃に予熱した後、ArガスとCO2ガスとが混合されたガスシールド環境で、9%Cr溶接棒を用いて平板に溶接ビードを施工した。そして、その平板のうち溶接部の近傍について割れの発生有無を確認した。表3では、溶接時に溶接部に割れが発生しない場合を「○」で示し、溶接時に溶接部に割れが発生した場合を「×」で示している。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
Claims (6)
- 質量%で、C:0.11〜0.15%、Si:0.20〜0.50%、Mn:0.3〜1.0%、Ni:0.3〜0.8%、Cr:9.0〜11.0%、Mo:0.9〜1.1%、V:0.15〜0.25%、W:0.9〜1.1%、Nb:0.05〜0.10%、N:0.015〜0.03%を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、不可避的不純物中のAlは0.005%未満である鋳鋼。
- 質量%で、C:0.11〜0.15%、Si:0.20〜0.50%、Mn:0.3〜1.0%、Ni:0.3〜0.8%、Cr:9.0〜11.0%、Mo:0.9〜1.1%、V:0.15〜0.25%、Nb:0.05〜0.20%、N:0.015〜0.03%を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、不可避的不純物中のAlは0.005%未満である鋳鋼。
- 請求項1の鋳鋼で形成されたノズル板であって、
前記ノズル板は、析出物を含むマルテンサイト単相組織で構成されており、
前記ノズル板において前記析出物を構成する各成分の割合は、質量%で、Fe:0.5〜0.8%、Cr:1.0〜1.5%、Mo:0.3〜0.5%、W:0.3〜0.5%、V:0.05〜0.10%、Nb:0.02〜0.10%であるノズル板。 - 請求項2の鋳鋼で形成されたノズル板であって、
前記ノズル板は、析出物を含むマルテンサイト単相組織で構成されており、
前記ノズル板において前記析出物を構成する各成分の割合は、質量%で、Fe:0.5〜0.8%、Cr:1.0〜1.5%、Mo:0.3〜0.5%、V:0.05〜0.10%、Nb:0.04〜0.12%であるノズル板。 - 請求項3または4のノズル板を精密鋳造法で製造する、
ノズル板の製造方法。 - 請求項3または4のノズル板
を備える静翼翼列。
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JP2017048927A JP6672205B2 (ja) | 2017-03-14 | 2017-03-14 | 鋳鋼、ノズル板、ノズル板の製造方法、および、静翼翼列 |
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