JPH1088274A - 強靭耐熱鋼ならびにその製造方法 - Google Patents
強靭耐熱鋼ならびにその製造方法Info
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- JPH1088274A JPH1088274A JP23960096A JP23960096A JPH1088274A JP H1088274 A JPH1088274 A JP H1088274A JP 23960096 A JP23960096 A JP 23960096A JP 23960096 A JP23960096 A JP 23960096A JP H1088274 A JPH1088274 A JP H1088274A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、厚手大径の発電用ガス・タービン
や蒸気タービンのディスク、ロータ等に好適な、従来に
ない経済性と強靭耐熱性を有する耐熱鋼およびその製造
法を提供する。 【解決手段】 wt%で、C:0.15〜0.25% 、Si≦0.2%、Mn≦
1.5%、Ni≦1.5%、Cr:2.8〜4.5%、Mo:0.5〜2.0%、V:0.10
〜0.20% 、 N:0.008〜0.025%、Al≦0.03% 、 O≦0.003
%、必要に応じてCu:0.5〜1.5%、Cu:0.001〜0.007%の一
種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物から
なることを特徴とする耐熱鋼。上記耐熱鋼は１０００℃
以上の温度域に加熱し、ついで鋼片中心温度が６５０℃
以上の温度範囲で終了する熱間鍛造加工を行った後、１
１００℃以下の温度より焼入れし、焼戻しを行って製造
する。
や蒸気タービンのディスク、ロータ等に好適な、従来に
ない経済性と強靭耐熱性を有する耐熱鋼およびその製造
法を提供する。 【解決手段】 wt%で、C:0.15〜0.25% 、Si≦0.2%、Mn≦
1.5%、Ni≦1.5%、Cr:2.8〜4.5%、Mo:0.5〜2.0%、V:0.10
〜0.20% 、 N:0.008〜0.025%、Al≦0.03% 、 O≦0.003
%、必要に応じてCu:0.5〜1.5%、Cu:0.001〜0.007%の一
種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物から
なることを特徴とする耐熱鋼。上記耐熱鋼は１０００℃
以上の温度域に加熱し、ついで鋼片中心温度が６５０℃
以上の温度範囲で終了する熱間鍛造加工を行った後、１
１００℃以下の温度より焼入れし、焼戻しを行って製造
する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、常温靭性が高く
高温強度に優れた耐熱鋼およびその製造方法に関するも
のであり、特に、発電用ガス・タービンや蒸気タービン
のディスク、ロータなどに使用される改良された耐熱鋼
およびその製造方法に係わり、さらに一般化学プラント
用耐熱鋼としても利用できるものである。
高温強度に優れた耐熱鋼およびその製造方法に関するも
のであり、特に、発電用ガス・タービンや蒸気タービン
のディスク、ロータなどに使用される改良された耐熱鋼
およびその製造方法に係わり、さらに一般化学プラント
用耐熱鋼としても利用できるものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、この分野での鋼材料には高温での
引張強さ、耐クリープ・ラプチャー性などの耐熱性と耐
酸化性を重視して含Ｃｒ鋼が使用され、その改良に関す
る種々の発明が提供されている。特に本発明が対象とす
る分野では１２％Ｃｒ系にＣｏ：６％を添加した耐熱鋼
が広く使用されているが、希少資源であるＣｏを６％も
含有するため甚だ高価な鋼材とならざるを得ない。その
ため特開昭５６−１３４６６号公報には、その経済性と
靭性の改善を図った非Ｃｏ系１０〜１２．５％Ｃｒ鋼が
開示されている。
引張強さ、耐クリープ・ラプチャー性などの耐熱性と耐
酸化性を重視して含Ｃｒ鋼が使用され、その改良に関す
る種々の発明が提供されている。特に本発明が対象とす
る分野では１２％Ｃｒ系にＣｏ：６％を添加した耐熱鋼
が広く使用されているが、希少資源であるＣｏを６％も
含有するため甚だ高価な鋼材とならざるを得ない。その
ため特開昭５６−１３４６６号公報には、その経済性と
靭性の改善を図った非Ｃｏ系１０〜１２．５％Ｃｒ鋼が
開示されている。
【０００３】またそのほかに、Ｃｒ含有量を低減した耐
熱鋼には例えば特開平２−２０４４０号公報に開示され
た高温強度と靭性を考慮した４〜６％Ｃｒ鋼、特開昭６
０−２４５７７２号公報に開示された高低圧一体型蒸気
タービンロータ用の１．８〜２．８％Ｃｒ含有耐熱鋼、
特開平１−３１６４４１号公報に開示された靭性と曲げ
加工性を配慮した０．４〜１．４％Ｃｒ含有耐熱鋼など
がある。
熱鋼には例えば特開平２−２０４４０号公報に開示され
た高温強度と靭性を考慮した４〜６％Ｃｒ鋼、特開昭６
０−２４５７７２号公報に開示された高低圧一体型蒸気
タービンロータ用の１．８〜２．８％Ｃｒ含有耐熱鋼、
特開平１−３１６４４１号公報に開示された靭性と曲げ
加工性を配慮した０．４〜１．４％Ｃｒ含有耐熱鋼など
がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前述したように、従来
ガスタービン用ディスク材には、１２％Ｃｒ−６％Ｃｏ
鋼が使用されているが、経済性と靭性とに対して改善が
強く求められてきた。前記の公報に代表される従来鋼に
は改善の意図が見られるが、経済性を含めて考慮すると
それぞれ難点がある。すなわち、特開昭５６−１３４６
６号公報は高価なＣｏを含有せずに、強度・靭性は目標
値を満足するがＣｒは従来と同じ１０〜１２．５％であ
り、しかもこのような強度と靭性を確保するための焼き
入れ温度は、１１５０℃という高温に設定されており、
その結果、結晶粒度が粗大化して靭性を害するばかりか
熱処理炉への負担も大きくなるとい問題があり、結局経
済性を著しく改善することは難しい。次に、特開平２−
２０４４０号公報はＣｒ含有量は４．０〜６．０％に低
減しているが、公報に記載の文献に記述されているよう
に、高いクリープ破断強度を得るために１１００℃以上
の高温焼きならしが必要とされ、やはり熱処理炉への負
担は大きなものがあるほか、成分上の制約から強度のレ
ベルは高々６０kgf/mm2 級で目標のレベルに対して低
く、１２％Ｃｒ−６％Ｃｏ鋼および大型高強度ロータ材
の代替には成りえない。特開昭６０−２４５７７２号公
報は１．８〜２．８％Ｃｒ含有鋼で、強度・靭性、耐熱
性のいづれもロータ材として企図するレベルに最も近い
が、中心部では強度または靭性が低く、目的の材質を得
るには強度−靭性バランスが不適である。特開平１−３
１６４４１号公報は、０．４〜１．４％Ｃｒ鋼であるが
常温および高温強度が目標のレベルに対して不足してい
る。
ガスタービン用ディスク材には、１２％Ｃｒ−６％Ｃｏ
鋼が使用されているが、経済性と靭性とに対して改善が
強く求められてきた。前記の公報に代表される従来鋼に
は改善の意図が見られるが、経済性を含めて考慮すると
それぞれ難点がある。すなわち、特開昭５６−１３４６
６号公報は高価なＣｏを含有せずに、強度・靭性は目標
値を満足するがＣｒは従来と同じ１０〜１２．５％であ
り、しかもこのような強度と靭性を確保するための焼き
入れ温度は、１１５０℃という高温に設定されており、
その結果、結晶粒度が粗大化して靭性を害するばかりか
熱処理炉への負担も大きくなるとい問題があり、結局経
済性を著しく改善することは難しい。次に、特開平２−
２０４４０号公報はＣｒ含有量は４．０〜６．０％に低
減しているが、公報に記載の文献に記述されているよう
に、高いクリープ破断強度を得るために１１００℃以上
の高温焼きならしが必要とされ、やはり熱処理炉への負
担は大きなものがあるほか、成分上の制約から強度のレ
ベルは高々６０kgf/mm2 級で目標のレベルに対して低
く、１２％Ｃｒ−６％Ｃｏ鋼および大型高強度ロータ材
の代替には成りえない。特開昭６０−２４５７７２号公
報は１．８〜２．８％Ｃｒ含有鋼で、強度・靭性、耐熱
性のいづれもロータ材として企図するレベルに最も近い
が、中心部では強度または靭性が低く、目的の材質を得
るには強度−靭性バランスが不適である。特開平１−３
１６４４１号公報は、０．４〜１．４％Ｃｒ鋼であるが
常温および高温強度が目標のレベルに対して不足してい
る。
【０００５】本発明は、今後ますます需要が増すと考え
られる厚手大径の発電用ガス・タービンや蒸気タービン
のディスク、ロータなどに対して、従来にない経済性と
強靭耐熱性を有する鋼材とその製造法を提供するもので
ある。すなわち具体的には、高価なＣｏを含有せずに常
温引張強度１０２kgf/mm2 以上、切り欠き引張強度１５
８kgf/mm2 以上、負荷応力５３kgf/mm2 で４８２℃×１
００時間保定後の塑性歪み量が０．１５％以下の高温特
性を有し、しかも常温衝撃値２．１ kgf・ｍ以上、遷移
温度４０℃以下の高靭性耐熱鋼を提供するものである。
さらにまた、タービン・ロータ材として常温引張強度８
５kgf/mm2 以上、４００℃での降伏強度（または０．２
％耐力）６５kgf/mm2 以上の高強度と常温衝撃値３．５
kgf・ｍ以上、遷移温度４０℃以下の靭性を有し、さら
に４００℃以上の高温での耐クリープ性を持つような強
靭耐熱鋼およびその製造法を提供することを目的とする
ものである。
られる厚手大径の発電用ガス・タービンや蒸気タービン
のディスク、ロータなどに対して、従来にない経済性と
強靭耐熱性を有する鋼材とその製造法を提供するもので
ある。すなわち具体的には、高価なＣｏを含有せずに常
温引張強度１０２kgf/mm2 以上、切り欠き引張強度１５
８kgf/mm2 以上、負荷応力５３kgf/mm2 で４８２℃×１
００時間保定後の塑性歪み量が０．１５％以下の高温特
性を有し、しかも常温衝撃値２．１ kgf・ｍ以上、遷移
温度４０℃以下の高靭性耐熱鋼を提供するものである。
さらにまた、タービン・ロータ材として常温引張強度８
５kgf/mm2 以上、４００℃での降伏強度（または０．２
％耐力）６５kgf/mm2 以上の高強度と常温衝撃値３．５
kgf・ｍ以上、遷移温度４０℃以下の靭性を有し、さら
に４００℃以上の高温での耐クリープ性を持つような強
靭耐熱鋼およびその製造法を提供することを目的とする
ものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者らは上記の目的
を達成するために鋼を構成する化学成分と熱処理条件と
について詳細な検討を行った。その結果、Ｃｒ含有量と
オーステナイト化温度とは焼入れ組織を通して鋼の強度
に密接に関係し、Ｃｒ含有量が９％を超えると１１００
℃よりも高い温度に加熱しなければ高い強度が得られな
いこと、言い換えれば焼き戻し条件が同じ時、Ｃｒ含有
量が９％よりも低ければ低い程、低いオーステナイト化
温度で高い強度が得られることを知見した。さらに、Ｃ
ｕを０．５〜１．５％含有すると高強度がさらに得やす
くなり、また焼戻し条件による強度の変化が小さくなる
ことなど極厚の鋼製品の質量効果を低減し、熱処理後の
組織を細粒にして材質を安定化する上で重要な事実を発
見した。さらにまたＮｂについてこれを添加すると鋼塊
の偏析帯にＮｂの炭・窒化物が大きく析出し、その後の
鍛造加熱や鍛造中に容易に分解せず結果的に成品の靭性
を著しく低下せしめるために、含有させないのが望まし
いことが分かった。
を達成するために鋼を構成する化学成分と熱処理条件と
について詳細な検討を行った。その結果、Ｃｒ含有量と
オーステナイト化温度とは焼入れ組織を通して鋼の強度
に密接に関係し、Ｃｒ含有量が９％を超えると１１００
℃よりも高い温度に加熱しなければ高い強度が得られな
いこと、言い換えれば焼き戻し条件が同じ時、Ｃｒ含有
量が９％よりも低ければ低い程、低いオーステナイト化
温度で高い強度が得られることを知見した。さらに、Ｃ
ｕを０．５〜１．５％含有すると高強度がさらに得やす
くなり、また焼戻し条件による強度の変化が小さくなる
ことなど極厚の鋼製品の質量効果を低減し、熱処理後の
組織を細粒にして材質を安定化する上で重要な事実を発
見した。さらにまたＮｂについてこれを添加すると鋼塊
の偏析帯にＮｂの炭・窒化物が大きく析出し、その後の
鍛造加熱や鍛造中に容易に分解せず結果的に成品の靭性
を著しく低下せしめるために、含有させないのが望まし
いことが分かった。
【０００７】本発明は、これらの新事実に基づいて構成
されたものでＣ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍ
ｏ，Ｖ，Ｎ，Ａｌを主成分とし、焼入れ熱処理によって
目的とする鋼製品にマルテンサイト−ベイナイト混合組
織を生成せしめ、同時に焼入れ変態時の変態転位上にＶ
の炭・窒化物を微細に析出させ、その後焼戻しして組織
の回復と析出物の析出、整合性と量を調節することを特
徴とする。この過程において結晶組織・粒度、析出物の
分布・量・サイズを適正に制御するために、鋼成分と熱
処理条件を規制する。
されたものでＣ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍ
ｏ，Ｖ，Ｎ，Ａｌを主成分とし、焼入れ熱処理によって
目的とする鋼製品にマルテンサイト−ベイナイト混合組
織を生成せしめ、同時に焼入れ変態時の変態転位上にＶ
の炭・窒化物を微細に析出させ、その後焼戻しして組織
の回復と析出物の析出、整合性と量を調節することを特
徴とする。この過程において結晶組織・粒度、析出物の
分布・量・サイズを適正に制御するために、鋼成分と熱
処理条件を規制する。
【０００８】すなわち本発明は以下の構成を要旨とす
る。重量％で Ｃ ：０．１５〜０．２５％、 Ｓｉ≦０．２％、 Ｍｎ≦１．５％、 Ｎｉ≦１．５％、 Ｃｒ：２．８〜４．５％、 Ｍｏ：０．５〜２．０％、 Ｖ ：０．１０〜０．２０％、 Ｎ ：０．００８〜０．０２５％、 Ａｌ≦０．０３％、 Ｏ ≦０．００３０％、 必要に応じて Ｃｕ：０．５％〜１．５％、 Ｃａ：０．００１％〜０．００７％ の一種または二種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可
避的不純物からなることを特徴とする常温靭性が高く高
温強度に優れた耐熱鋼であり、また、前記耐熱鋼はガス
・タービン用または蒸気タービン用のディスクまたはロ
ータに用いられ、かつ１００kgf/mm2 以上または８５kg
f/mm2 以上の常温での引張強度を有することを特徴とす
る。
る。重量％で Ｃ ：０．１５〜０．２５％、 Ｓｉ≦０．２％、 Ｍｎ≦１．５％、 Ｎｉ≦１．５％、 Ｃｒ：２．８〜４．５％、 Ｍｏ：０．５〜２．０％、 Ｖ ：０．１０〜０．２０％、 Ｎ ：０．００８〜０．０２５％、 Ａｌ≦０．０３％、 Ｏ ≦０．００３０％、 必要に応じて Ｃｕ：０．５％〜１．５％、 Ｃａ：０．００１％〜０．００７％ の一種または二種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可
避的不純物からなることを特徴とする常温靭性が高く高
温強度に優れた耐熱鋼であり、また、前記耐熱鋼はガス
・タービン用または蒸気タービン用のディスクまたはロ
ータに用いられ、かつ１００kgf/mm2 以上または８５kg
f/mm2 以上の常温での引張強度を有することを特徴とす
る。
【０００９】さらに本発明は、上記の鋼成分からなる鋼
塊または鋼片を１０００℃以上の温度域に加熱し、つい
で熱間鍛造加工を行い、該加工を鋼片の中心温度が６５
０℃以上の温度範囲で終了し、冷却後、Ａｃ3 変態点＋
５０℃以上、１１００℃以下の温度に１回以上再加熱し
た後焼入れし、Ａｃ1 以下の温度で１回以上焼戻しをす
ることを特徴とする常温靭性が高く高温強度に優れた耐
熱鋼の製造方法である。
塊または鋼片を１０００℃以上の温度域に加熱し、つい
で熱間鍛造加工を行い、該加工を鋼片の中心温度が６５
０℃以上の温度範囲で終了し、冷却後、Ａｃ3 変態点＋
５０℃以上、１１００℃以下の温度に１回以上再加熱し
た後焼入れし、Ａｃ1 以下の温度で１回以上焼戻しをす
ることを特徴とする常温靭性が高く高温強度に優れた耐
熱鋼の製造方法である。
【００１０】
【発明の実施の形態】次に本発明の成分を限定した理由
を説明する。Ｃは、常温および高温の強度を確保する上
で重要な元素である。特に厚手大径の発電用スチーム・
タービンやガス・タービンのディスク、ロータなどに対
して、焼入れ速度の広い範囲にわたってマルテンサイト
−ベイナイト混合組織を安定して得る必要があり、その
ためには０．１５％以上を要し、一方、過剰な添加は炭
化物の凝集と粗大化を生じ高温強度の低下を招き、また
著しく靭性を劣化せしめるため上限を０．２５％とし
た。
を説明する。Ｃは、常温および高温の強度を確保する上
で重要な元素である。特に厚手大径の発電用スチーム・
タービンやガス・タービンのディスク、ロータなどに対
して、焼入れ速度の広い範囲にわたってマルテンサイト
−ベイナイト混合組織を安定して得る必要があり、その
ためには０．１５％以上を要し、一方、過剰な添加は炭
化物の凝集と粗大化を生じ高温強度の低下を招き、また
著しく靭性を劣化せしめるため上限を０．２５％とし
た。
【００１１】Ｓｉは、本発明鋼においては後述の理由で
Ａｌの添加を制限しているので脱酸剤として用いるが、
高温使用中に焼き戻し脆性を生じやすくするのでその上
限を０．２％に限定する。Ｍｎは、Ｓｉと同じように脱
酸剤として用いるほかＳを固定して結晶粒界の強度を上
昇させる。しかし、多量に添加すると焼き戻し脆性を助
長するので上限を１．５％に規制した。
Ａｌの添加を制限しているので脱酸剤として用いるが、
高温使用中に焼き戻し脆性を生じやすくするのでその上
限を０．２％に限定する。Ｍｎは、Ｓｉと同じように脱
酸剤として用いるほかＳを固定して結晶粒界の強度を上
昇させる。しかし、多量に添加すると焼き戻し脆性を助
長するので上限を１．５％に規制した。
【００１２】Ｎｉは、交叉辷りを容易にして靭性を向上
させる効果があるが、過剰に添加すると焼き戻し脆性感
受性を増大させるので１．５％以下とした。Ｃｒは、強
固な酸化膜を形成して耐酸化性を高めるが、多量に添加
するとクリープ破断強度を低下させるほか高温焼き戻し
で反って強度が低下するため目的の強度と靭性を確保す
るための最も適正な範囲として下限を２．８％、上限を
４．５％とした。
させる効果があるが、過剰に添加すると焼き戻し脆性感
受性を増大させるので１．５％以下とした。Ｃｒは、強
固な酸化膜を形成して耐酸化性を高めるが、多量に添加
するとクリープ破断強度を低下させるほか高温焼き戻し
で反って強度が低下するため目的の強度と靭性を確保す
るための最も適正な範囲として下限を２．８％、上限を
４．５％とした。
【００１３】Ｍｏは、炭化物を形成し、あるいは原子空
孔を捕捉して転位の上昇運動を妨げ高温まで強度を保つ
上で重要な働きをするが、その効果は０．５％未満では
十分でなく、また２．０％超では飽和しかつ靭性を阻害
するので、その範囲を０．５〜２．０％とした。Ｖは、
炭化物、窒化物を形成して鋼の強化に寄与するが、特に
本発明においては、一般鋼材よりも多量に添加したＮに
よりオーステナイト（γ）域でＶＮが析出しγ粒を細粒
化するほか、変態時に変態界面に析出してγ／α結晶粒
変換比を大きくし鋼組織を一層細粒化し強度・靭性を向
上させ、かつ高温強度・クリープ破断強度を著しく高め
る。その効果は０．０５〜０．２０％で十分に現われ、
それ以上の添加は靭性を低下させる。
孔を捕捉して転位の上昇運動を妨げ高温まで強度を保つ
上で重要な働きをするが、その効果は０．５％未満では
十分でなく、また２．０％超では飽和しかつ靭性を阻害
するので、その範囲を０．５〜２．０％とした。Ｖは、
炭化物、窒化物を形成して鋼の強化に寄与するが、特に
本発明においては、一般鋼材よりも多量に添加したＮに
よりオーステナイト（γ）域でＶＮが析出しγ粒を細粒
化するほか、変態時に変態界面に析出してγ／α結晶粒
変換比を大きくし鋼組織を一層細粒化し強度・靭性を向
上させ、かつ高温強度・クリープ破断強度を著しく高め
る。その効果は０．０５〜０．２０％で十分に現われ、
それ以上の添加は靭性を低下させる。
【００１４】Ｎは、上記の効果をコントロールする上で
重要な元素であり、その量は上記Ｖ量に対応して０．０
０８０〜０．２５０％が必要となる。Ａｌは、脱酸剤と
して使用するが、固溶Ａｌが過剰に残存するとＮとの化
合が増加し、本発明鋼の特徴であるＶＮの析出量を低減
させるため、０．０３０％を上限とする。Ｏは、鋼中に
僅か固溶するが、その殆どはＳｉ，Ａｌ，Ｃｒなどと酸
化物を形成し靭性を著しく損ねる。特にまた、本発明鋼
のような高強度鋼の場合使用中に疲労亀裂の起点となる
可能性が高い。これらの現象を防止するには０．００３
０％以下にすることが必要である。
重要な元素であり、その量は上記Ｖ量に対応して０．０
０８０〜０．２５０％が必要となる。Ａｌは、脱酸剤と
して使用するが、固溶Ａｌが過剰に残存するとＮとの化
合が増加し、本発明鋼の特徴であるＶＮの析出量を低減
させるため、０．０３０％を上限とする。Ｏは、鋼中に
僅か固溶するが、その殆どはＳｉ，Ａｌ，Ｃｒなどと酸
化物を形成し靭性を著しく損ねる。特にまた、本発明鋼
のような高強度鋼の場合使用中に疲労亀裂の起点となる
可能性が高い。これらの現象を防止するには０．００３
０％以下にすることが必要である。
【００１５】以上が本発明鋼の基本成分であるが、常温
および高温強度、靭性、クリープ破断強度の向上の目的
で、Ｃｕ，Ｃａの一種または二種以上を含有することが
できる。Ｃｕは、常温および高温強度の向上に有効で、
本発明の特に高強度を得る目的のためには重要な元素で
あり、高いクリープ破断強度と靭性を両立させる場合に
は効果があるが熱間加工成形での割れ発生を考慮して添
加の範囲を０．５％〜１．５％とした。Ｃａは、脱酸剤
としての効果と硫化物（ＭｎＳ）を細分化し、母材の延
性、靭性を向上させ、異方性を抑制する効果を持つ。し
かしながら、０．００１％未満では効果がなく、０．０
０７％を超えると粗大なＣａ硫化酸化物を生成し、延
性、靭性を低下させるので０．００１〜０．００７％と
した。
および高温強度、靭性、クリープ破断強度の向上の目的
で、Ｃｕ，Ｃａの一種または二種以上を含有することが
できる。Ｃｕは、常温および高温強度の向上に有効で、
本発明の特に高強度を得る目的のためには重要な元素で
あり、高いクリープ破断強度と靭性を両立させる場合に
は効果があるが熱間加工成形での割れ発生を考慮して添
加の範囲を０．５％〜１．５％とした。Ｃａは、脱酸剤
としての効果と硫化物（ＭｎＳ）を細分化し、母材の延
性、靭性を向上させ、異方性を抑制する効果を持つ。し
かしながら、０．００１％未満では効果がなく、０．０
０７％を超えると粗大なＣａ硫化酸化物を生成し、延
性、靭性を低下させるので０．００１〜０．００７％と
した。
【００１６】次に本発明の製造方法について述べる。本
発明鋼の製鋼炉は電気炉、転炉など現用の溶解炉のいず
れによってもよく特に規定しない。また、脱ガス、取鍋
精錬技術やＥＳＲ、ＶＡＲなどの再溶解精錬を適用する
こともできる。
発明鋼の製鋼炉は電気炉、転炉など現用の溶解炉のいず
れによってもよく特に規定しない。また、脱ガス、取鍋
精錬技術やＥＳＲ、ＶＡＲなどの再溶解精錬を適用する
こともできる。
【００１７】このようにして溶製され、造塊された鋼
塊、あるいは造塊−分塊または連続鋳造などによって鋼
片となった本発明鋼を鍛造加工するが、そのときの再加
熱温度は１１００〜１３００℃の温度域に規制する。高
温強度を確保するのに重要なＶ，Ｍｏの添加効果を最大
にするために、これらの元素を熱間鍛造前の加熱時に十
分に固溶させる必要から、再加熱温度の下限を１１００
℃とし、その上限は加熱炉の性能、経済性から１３００
℃とする。
塊、あるいは造塊−分塊または連続鋳造などによって鋼
片となった本発明鋼を鍛造加工するが、そのときの再加
熱温度は１１００〜１３００℃の温度域に規制する。高
温強度を確保するのに重要なＶ，Ｍｏの添加効果を最大
にするために、これらの元素を熱間鍛造前の加熱時に十
分に固溶させる必要から、再加熱温度の下限を１１００
℃とし、その上限は加熱炉の性能、経済性から１３００
℃とする。
【００１８】熱間鍛造における終了温度は中心温度で６
５０℃以上とする。好ましい温度範囲は８００〜１０５
０℃である。最終鍛造温度が６５０℃よりも低下する
と、導入された転位上へのＶＮの析出が急増し、急激な
強度上昇が生じると共に熱間加工性が低下し割れが発生
する恐れがあるためである。したがって、加工時間が長
くなって鋼片の加工終了温度が６５０℃以下に低下する
場合には、再度加熱炉に鋼片を装入し再加熱を行う。
５０℃以上とする。好ましい温度範囲は８００〜１０５
０℃である。最終鍛造温度が６５０℃よりも低下する
と、導入された転位上へのＶＮの析出が急増し、急激な
強度上昇が生じると共に熱間加工性が低下し割れが発生
する恐れがあるためである。したがって、加工時間が長
くなって鋼片の加工終了温度が６５０℃以下に低下する
場合には、再度加熱炉に鋼片を装入し再加熱を行う。
【００１９】本発明では、焼入れ焼戻し調質熱処理を基
本熱処理とする。焼入れ処理のためのオーステナイト化
温度は、Ａｃ3 変態点＋５０℃以上、１１００℃以下、
好ましくは、熱処理コストおよび常温ならびに高温強度
と靭性とのバランスから、９００〜１０５０℃範囲で１
回以上行う。本発明鋼では焼き入れ温度の低温側では靭
性は良好であるが強度が不足し、高温側では強度は良好
になるが靭性が不足する傾向が強い。焼入れは、水冷、
油冷、強制空冷のいずれでも良い。
本熱処理とする。焼入れ処理のためのオーステナイト化
温度は、Ａｃ3 変態点＋５０℃以上、１１００℃以下、
好ましくは、熱処理コストおよび常温ならびに高温強度
と靭性とのバランスから、９００〜１０５０℃範囲で１
回以上行う。本発明鋼では焼き入れ温度の低温側では靭
性は良好であるが強度が不足し、高温側では強度は良好
になるが靭性が不足する傾向が強い。焼入れは、水冷、
油冷、強制空冷のいずれでも良い。
【００２０】焼戻し処理は、Ａｃ1 点以下の温度、好ま
しくは、６００〜７００℃で常温引張強度が目標の強度
・靭性となるように焼戻し温度と時間を選定する。特に
１２％Ｃｒ−６％Ｃｏ鋼の代替とする場合は、常温強度
が１０２kgf/mm2 以上となるように上記温度範囲で焼戻
し時間を選定する。これによって、従来の耐熱鋼に比
べ、低成分、低温短時間熱処理、高性能を特徴とする新
耐熱鋼を低コストで製造することができる。
しくは、６００〜７００℃で常温引張強度が目標の強度
・靭性となるように焼戻し温度と時間を選定する。特に
１２％Ｃｒ−６％Ｃｏ鋼の代替とする場合は、常温強度
が１０２kgf/mm2 以上となるように上記温度範囲で焼戻
し時間を選定する。これによって、従来の耐熱鋼に比
べ、低成分、低温短時間熱処理、高性能を特徴とする新
耐熱鋼を低コストで製造することができる。
【００２１】かくして本発明により、常温引張強度１０
２kgf/mm2 以上、切り欠き引張強度１５８kgf/mm2 以
上、負荷応力５３kgf/mm2 で４８２℃×１００時間保定
後の塑性歪み量が０．１５％以下の高温特性を有し、し
かも常温衝撃値２．１ kgf・ｍ以上、遷移温度４０℃以
下の高靭性耐熱鋼を得ることができる。さらにタービン
・ロータ材として常温引張強度８５kgf/mm2 以上、４０
０℃での降伏強度（または０．２％耐力）６５kgf/mm2
以上の高強度と常温衝撃値３．５ kgf・ｍ以上、遷移温
度４０℃以下の靭性を有し、さらに４００℃以上の高温
での耐クリープ性を持つような強靭耐熱鋼が得られる。
２kgf/mm2 以上、切り欠き引張強度１５８kgf/mm2 以
上、負荷応力５３kgf/mm2 で４８２℃×１００時間保定
後の塑性歪み量が０．１５％以下の高温特性を有し、し
かも常温衝撃値２．１ kgf・ｍ以上、遷移温度４０℃以
下の高靭性耐熱鋼を得ることができる。さらにタービン
・ロータ材として常温引張強度８５kgf/mm2 以上、４０
０℃での降伏強度（または０．２％耐力）６５kgf/mm2
以上の高強度と常温衝撃値３．５ kgf・ｍ以上、遷移温
度４０℃以下の靭性を有し、さらに４００℃以上の高温
での耐クリープ性を持つような強靭耐熱鋼が得られる。
【００２２】
【実施例】以下に本発明の実施例を示す。表１に本発明
例の鋼および比較例の鋼材の化学成分を示した。表２に
に示す熱処理条件で処理し、得られた結果（機械的試験
特性）を表３および表４にを示す。
例の鋼および比較例の鋼材の化学成分を示した。表２に
に示す熱処理条件で処理し、得られた結果（機械的試験
特性）を表３および表４にを示す。
【００２３】
【表１】
【００２４】
【表２】
【００２５】
【表３】
【００２６】
【表４】
【００２７】これらによって本発明によるＡ〜Ｊの鋼は
適正な熱処理条件を選定することによりいずれも本発明
の目的とする常温靭性が高く、強度にも優れた耐熱鋼と
なっていることがわかる。特に、表３より負荷応力５３
kgf/mm2 で４８２℃×１００時間保定後の塑性歪み量が
０．１５％以下の高温特性を有し、表４より５５０℃と
いう高温で優れた耐クリープ性を持つ強靭耐熱鋼が得ら
れることがわかる。
適正な熱処理条件を選定することによりいずれも本発明
の目的とする常温靭性が高く、強度にも優れた耐熱鋼と
なっていることがわかる。特に、表３より負荷応力５３
kgf/mm2 で４８２℃×１００時間保定後の塑性歪み量が
０．１５％以下の高温特性を有し、表４より５５０℃と
いう高温で優れた耐クリープ性を持つ強靭耐熱鋼が得ら
れることがわかる。
【００２８】これに対し、Ｋ〜Ｏの鋼は化学成分および
熱処理条件が本発明の規定値を外れたもので、いずれも
強度、靭性のいずれかまたは両方が目標値を外れてしま
ったもので本発明の効果による差が顕著である。
熱処理条件が本発明の規定値を外れたもので、いずれも
強度、靭性のいずれかまたは両方が目標値を外れてしま
ったもので本発明の効果による差が顕著である。
【００２９】
【発明の効果】以上の実施例からみても明らかな如く、
本発明によれば従来法により得られた鋼に比して同一強
度では靭性がはるかに優れており、目的とする強度・靭
性のバランスのとれた耐熱鋼を安価に製造することがで
きる。特に、ガス・タービンや蒸気タービン用のディス
ク或いはロータに好適であり、産業上に奏する効果は極
めて大きい。
本発明によれば従来法により得られた鋼に比して同一強
度では靭性がはるかに優れており、目的とする強度・靭
性のバランスのとれた耐熱鋼を安価に製造することがで
きる。特に、ガス・タービンや蒸気タービン用のディス
ク或いはロータに好適であり、産業上に奏する効果は極
めて大きい。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ０１Ｄ 5/28 Ｆ０１Ｄ 5/28
Claims (5)
- 【請求項１】 重量％で、 Ｃ ：０．１５〜０．２５％、 Ｓｉ≦０．２％、 Ｍｎ≦１．５％、 Ｎｉ≦１．５％、 Ｃｒ：２．８〜４．５％、 Ｍｏ：０．５〜２．０％、 Ｖ ：０．１０〜０．２０％、 Ｎ ：０．００８〜０．０２５％、 Ａｌ≦０．０３％、 Ｏ ≦０．００３０％ の成分からなり、残部がＦｅおよび不可避的不純物から
なることを特徴とする常温靭性が高く高温強度に優れた
耐熱鋼。 - 【請求項２】 請求項１の成分にさらに重量％で、 Ｃｕ：０．５％以上１．５％以下、 Ｃａ：０．００１％以上０．００７％以下 の一種または二種以上を含有させたことを特徴とする請
求項１記載の常温靭性が高く高温強度に優れた耐熱鋼。 - 【請求項３】 ガス・タービン用ディスクまたは蒸気タ
ービン用ディスクに用い、かつ常温での引張強度が１０
０kgf/mm2 以上あることを特徴とする請求項１または２
に記載の常温靭性が高く高温強度に優れた耐熱鋼。 - 【請求項４】 ガス・タービンロータまたは蒸気タービ
ンロータに使用し、かつ常温での引張強度が８５kgf/mm
2 以上あることを特徴とする請求項１または２に記載の
常温靭性が高く高温強度に優れた耐熱鋼。 - 【請求項５】 請求項１または２の鋼成分からなる鋼塊
または鋼片を１０００℃以上の温度域に加熱し、ついで
熱間鍛造加工を行い、該加工を鋼片の中心温度が６５０
℃以上の温度範囲で終了し、冷却後、Ａｃ3 変態点＋５
０℃以上、１１００℃以下の温度に１回以上再加熱して
から焼入れを行い、Ａｃ1 以下の温度で１回以上焼戻す
ことを特徴とする常温靭性が高く高温強度に優れた耐熱
鋼の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23960096A JPH1088274A (ja) | 1996-09-10 | 1996-09-10 | 強靭耐熱鋼ならびにその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23960096A JPH1088274A (ja) | 1996-09-10 | 1996-09-10 | 強靭耐熱鋼ならびにその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1088274A true JPH1088274A (ja) | 1998-04-07 |
Family
ID=17047176
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23960096A Pending JPH1088274A (ja) | 1996-09-10 | 1996-09-10 | 強靭耐熱鋼ならびにその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1088274A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1929054A1 (en) * | 2005-09-29 | 2008-06-11 | Hydril LLC | Methods for heat treating thick-walled forgings |
| WO2009008281A1 (ja) * | 2007-07-10 | 2009-01-15 | Usui Kokusai Sangyo Kaisha, Ltd. | 燃料噴射管用鋼管およびその製造方法 |
| JP2012225222A (ja) * | 2011-04-18 | 2012-11-15 | Japan Steel Works Ltd:The | 地熱発電タービンロータ用低合金鋼および地熱発電タービンロータ用低合金材ならびにその製造方法 |
| WO2015163226A1 (ja) * | 2014-04-23 | 2015-10-29 | 日本鋳鍛鋼株式会社 | 地熱発電用タービンロータ材及びその製造方法 |
-
1996
- 1996-09-10 JP JP23960096A patent/JPH1088274A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1929054A1 (en) * | 2005-09-29 | 2008-06-11 | Hydril LLC | Methods for heat treating thick-walled forgings |
| EP1929054A4 (en) * | 2005-09-29 | 2010-03-31 | Hydril Usa Mfg Llc | THERMAL TREATMENT OF FORKED PIECES WITH THICK WALLS |
| WO2009008281A1 (ja) * | 2007-07-10 | 2009-01-15 | Usui Kokusai Sangyo Kaisha, Ltd. | 燃料噴射管用鋼管およびその製造方法 |
| JP2009019503A (ja) * | 2007-07-10 | 2009-01-29 | Usui Kokusai Sangyo Kaisha Ltd | 燃料噴射管用鋼管およびその製造方法 |
| US8795450B2 (en) | 2007-07-10 | 2014-08-05 | Usui Kokusai Sangyo Kaisha | Manufacturing method for a steel pipe for fuel injection pipe |
| JP2012225222A (ja) * | 2011-04-18 | 2012-11-15 | Japan Steel Works Ltd:The | 地熱発電タービンロータ用低合金鋼および地熱発電タービンロータ用低合金材ならびにその製造方法 |
| US9034121B2 (en) | 2011-04-18 | 2015-05-19 | The Japan Steel Works,Ltd. | Low alloy steel for geothermal power generation turbine rotor, and low alloy material for geothermal power generation turbine rotor and method for manufacturing the same |
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| WO2015163226A1 (ja) * | 2014-04-23 | 2015-10-29 | 日本鋳鍛鋼株式会社 | 地熱発電用タービンロータ材及びその製造方法 |
| JP5869739B1 (ja) * | 2014-04-23 | 2016-02-24 | 日本鋳鍛鋼株式会社 | 地熱発電用タービンロータ材及びその製造方法 |
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Effective date: 20040308 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20040323 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040817 |