JPH11217655A - 高強度耐熱鋼およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】高温高圧環境下において長時間使用される部
品、例えば、高温蒸気タービン部品に適用される部材お
よびその製造方法に関する技術であり、高温高圧下にお
いて優れた強度、靭性および延性などの特性を有すると
ともに、これらの優れた特性を長時間にわたって維持で
きる高強度耐熱鋼およびその製造方法を提供する。 【解決手段】重量比で、Ｃ：０．０５〜０．３０％、Ｓ
ｉ：０．２０％以下（０を含まない）、Ｍｎ：０．２０
％以下（０を含まない）、Ｃｒ：８．０〜１４．０％、
Ｍｏ：０．５〜３．０％、Ｖ：０．１０〜０．５０％、
Ｎｉ：１．０％以下（０を含まない）、Ｎｂ：０．０１
〜０．５０％、Ｎ：０．０１〜０．０８％、Ｂ：０．０
０１〜０．０２０％、Ｒｕ：０．５〜４．０％を含み、
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。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高温高圧で長時間
使用される部品、例えば、高温蒸気タービン部品に適用
される高温高圧部材およびその製法についての技術であ
り、高温強度、靭性および延性などの特性が優れるとと
もに、これらの優れた特性を長時間にわたって維持でき
る高強度耐熱鋼およびその製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】火力発電の高温高圧部材は、高温強度、
靭性および延性などの材料特性のバランスが優れている
と同時に、高温長時間にわたりその材料特性の変化が少
ないことが要求される。

【０００３】このような高温高圧部材として、８〜１２
％のＣｒを含有する高Ｃｒフェライト系耐熱鋼が利用さ
れている。

【０００４】例えば、特公昭６０−５４３８５号公報に
掲載されている耐熱鋼は、化学組成が重量パーセントで
クロム１０〜１３％、マンガン０．３〜１．０％、モリ
ブデン０．５〜２．０％、シリコン０．２％以下、ニッ
ケル０．１〜１．５％、ニオブ０．０１〜０．５％、バ
ナジウム０．１〜０．５％、タングステン０．５〜２．
０％、炭素０．０５〜０．３％、窒素０．０１〜０．１
％、残部鉄および付随的不純物より構成される。

【０００５】また、特開平４−１４７９４８号公報に掲
載されている高温蒸気タービンロータシャフトは、化学
組成が重量％で、Ｃ０．０５〜０．２０％、Ｓｉ０．５
％以下、Ｍｎ０．０５〜１．５％、Ｎｉ０．０５〜１．
０％、Ｃｒ９．０〜１３．０％、Ｍｏ０．０５〜０．５
０％（０．５０％を含まず）、Ｗ２．０〜３．０％、Ｖ
０．０５〜０．３０％、Ｎｂ０．０１〜０．２０％、Ｃ
ｏ２．１〜１０．０％、Ｎ０．０１〜０．１％を含み、
残部が実質的にＦｅおよび不可避の不純物より構成され
る。

【０００６】一方、特開平８−３６９７号公報に掲載さ
れている耐熱鋼は、化学組成が重量％で、Ｃ０．０５〜
０．２％、Ｎ１．０％以下、Ｃｒ９〜１３％、Ｍｏ０．
０５〜１％、Ｖ０．０５〜０．３％、Ｗ１〜３％、Ｃｏ
１〜５％、Ｎ０．０１〜０．１％を含有し、さらに、Ｎ
ｂ０．０１〜０．１５％、Ｔａ０．０１〜０．１５％、
希土類元素０．００３〜０．０３％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構成される。

【０００７】従来の上記したような高Ｃｒフェライト鋼
は、高温強度と靭性という相反する特性を両立させるこ
とを開発の最大の目的としていた。このため、母相の固
溶強化に加えて結晶粒内に均一微細に析出物を析出させ
ることにより高温強度の確保を図り、また靭性低下の原
因の一つである結晶粒界上への析出物の析出を回避する
ことにより、高温強度および靭性を両立させていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
高Ｃｒフェライト系耐熱鋼は６００℃程度の高温で長時
間のクリープを受けると、金属組織の変化が著しくな
り、この組織変化に対応して耐衝撃性などの材料特性が
大きく低下してしまう等の問題を有していた。

【０００９】従来の高Ｃｒフェライト系耐熱鋼は６００
℃程度の高温で長時間のクリープを受けると、金属組織
の変化が著しくなり、不可避的に析出する析出物の大半
が結晶粒界あるいはマルテンサイトラス境界上に存在す
るため、マルテンサイトラス内は析出物の密度が低下
し、回復およびサブグレイン化が活発になる。その結
果、この組織変化に対応して耐衝撃性などの材料特性が
大きく低下してしまう。このため、従来の高Ｃｒフェラ
イト系耐熱鋼を用いて蒸気タービン部材を構成し、６０
０℃以上の高温蒸気環境中で運転した場合、火力発電プ
ラントの信頼性が損なわれるという問題があった。

【００１０】一方において、火力発電プラントでは、地
球環境保護の観点から、つまり限りある資源である石油
を有効利用するために、熱効率の向上が要求されてい
る。そのため、ボイラの運転温度、水蒸気の温度や圧力
をさらに高める必要があり、６００℃以上の蒸気を用
い、従来よりも高圧化した高温高圧の火力発電プラント
が必要とされるとともに、このような高温高圧に絶える
高温高圧部材が要求されている。

【００１１】本発明は、このような課題に対処するため
になされたものであり、添加する元素を調整して化学組
成を整えるとともに、製造時に焼入れおよび焼戻しの調
節熱処理を施す際の温度条件を規定することにより高温
高圧部材として適用でき、高温強度に優れるとともに、
高温強度、靭性および延性などの特性を長時間にわたっ
て維持できる高強度耐熱鋼およびその製造方法を提供す
ることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の高強度耐
熱鋼は、重量比で、Ｃ：０．０５〜０．３０％、Ｓｉ：
０．２０％以下（０を含まない）、Ｍｎ：１．０％以下
（０を含まない）、Ｃｒ：８．０〜１４．０％、Ｍｏ：
０．５〜３．０％、Ｖ：０．１０〜０．５０％、Ｎｉ：
１．０％以下（０を含まない）、Ｎｂ：０．０１〜０．
５０％、Ｎ：０．０１〜０．０８％、Ｂ：０．００１〜
０．０２０％、Ｒｕ：０．５〜４．０％を含み、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。

【００１３】なお、本発明において望ましくは、重量比
で、Ｃ：０．０７〜０．２５％、Ｓｉ：０．２０％以下
（０を含まない）、Ｍｎ：１．０％以下（０を含まな
い）、Ｃｒ：９．０〜１３．０％、Ｍｏ：０．７〜２．
５％、Ｖ：０．１０〜０．４０％、Ｎｉ：１．０％以下
（０を含まない）、Ｎｂ：０．０１〜０．３０％、Ｎ：
０．０１〜０．０６％、Ｂ：０．００３〜０．０１５
％、Ｒｕ：０．５〜３．０％を含む組成とする。

【００１４】さらに望ましくは、重量比で、Ｃ：０．０
９〜０．２０％、Ｓｉ：０．２０％以下（０を含まな
い）、Ｍｎ：１．０％以下（０を含まない）、Ｃｒ：
９．５〜１２．０％、Ｍｏ：０．９〜２．０％、Ｖ：
０．１５〜０．３０％、Ｎｉ：０．７％以下（０を含ま
ない）、Ｎｂ：０．０３〜０．２０％、Ｎ：０．０１〜
０．０４％、Ｂ：０．００５〜０．０１２％、Ｒｕ：
１．０〜２．０％を含む組成とする。

【００１５】請求項２記載の高強度耐熱鋼は、重量比
で、Ｃ：０．０５〜０．３０％、Ｓｉ：０．２０％以下
（０を含まない）、Ｍｎ：１．０％以下（０を含まな
い）、Ｃｒ：８．０〜１４．０％、Ｗ：０．５〜６．０
％、Ｖ：０．１０〜０．５０％、Ｎｉ：１．０％以下
（０を含まない）、Ｎｂ：０．０１〜０．５０％、Ｎ：
０．０１〜０．０８％、Ｂ：０．００１〜０．０２０
％、Ｒｕ：０．５〜４．０％を含み、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。

【００１６】なお、本発明において望ましくは、重量比
で、Ｃ：０．０７〜０．２５％、Ｓｉ：０．２０％以下
（０を含まない）、Ｍｎ：１．０％以下（０を含まな
い）、Ｃｒ：９．０〜１３．０％、Ｗ：１．０〜５．０
％、Ｖ：０．１０〜０．４０％、Ｎｉ：１．０％以下
（０を含まない）、Ｎｂ：０．０１〜０．３０％、Ｎ：
０．０１〜０．０６％、Ｂ：０．００３〜０．０１５
％、Ｒｕ：０．５〜３．０％を含む組成とする。

【００１７】さらに望ましくは、重量比で、Ｃ：０．０
９〜０．２０％、Ｓｉ：０．２０％以下（０を含まな
い）、Ｍｎ：１．０％以下（０を含まない）、Ｃｒ：
９．５〜１２．０％、Ｗ：２．０〜４．０％、Ｖ：０．
１５〜０．３０％、Ｎｉ：０．７％以下（０を含まな
い）、Ｎｂ：０．０３〜０．２０％、Ｎ：０．０１〜
０．０４％、Ｂ：０．００５〜０．０１２％、Ｒｕ：
１．０〜２．０％を含む組成とする。

【００１８】請求項３記載の高強度耐熱鋼は、重量比
で、Ｃ：０．０５〜０．３０％、Ｓｉ：０．２０％以下
（０を含まない）、Ｍｎ：１．０％以下（０を含まな
い）、Ｃｒ：８．０〜１４．０％、Ｍｏ：０．１〜２．
０％、Ｗ：０．３〜５．０％、Ｖ：０．１０〜０．５０
％、Ｎｉ：１．０％以下（０を含まない）、Ｎｂ：０．
０１〜０．５０％、Ｎ：０．０１〜０．０８％、Ｂ：
０．００１〜０．０２０％、Ｒｕ：０．５〜４．０％を
含み、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。

【００１９】なお、本発明において望ましくは、重量比
で、Ｃ：０．０７〜０．２５％、Ｓｉ：０．２０％以下
（０を含まない）、Ｍｎ：１．０％以下（０を含まな
い）、Ｃｒ：９．０〜１３．０％、Ｍｏ：０．２〜１．
５％、Ｗ：０．５〜３．０％、Ｖ：０．１０〜０．４０
％、Ｎｉ：１．０％以下（０を含まない）、Ｎｂ：０．
０１〜０．３０％、Ｎ：０．０１〜０．０６％、Ｂ：
０．００３〜０．０１５％、Ｒｕ：０．５〜３．０％を
含む組成とする。

【００２０】さらに望ましくは、重量比で、Ｃ：０．０
９〜０．２０％、Ｓｉ：０．２０％以下（０を含まな
い）、Ｍｎ：１．０％以下（０を含まない）、Ｃｒ：
９．５〜１２．０％、Ｍｏ：０．５〜１．２％、Ｗ：
２．０〜４．０％、Ｖ：０．１５〜０．３０％、Ｎｉ：
０．７％以下（０を含まない）、Ｎｂ：０．０３〜０．
２０％、Ｎ：０．０１〜０．０４％、Ｂ：０．００５〜
０．０１２％、Ｒｕ：１．０〜２．０％を含む組成とす
る。

【００２１】請求項４記載の高強度耐熱鋼は、請求項１
から請求項３までに記載の高強度耐熱鋼において、重量
比で、Ｃｏを０．５〜６．０％含有することを特徴とす
る。

【００２２】請求項５記載の高強度耐熱鋼の製造方法
は、請求項１から請求項４までのいずれかに記載の組成
範囲を有する合金材料を溶解して溶融材料とし、前記溶
融材料を鋳造して鋼塊を得た後、前記鋼塊に鍛造処理を
施し、その後、９８０〜１１２０℃の温度に加熱して焼
入れを行い、６００〜７４０℃の温度範囲で焼戻しを１
回以上行う調質熱処理を施すことを特徴とする。

【００２３】請求項６記載の高強度耐熱鋼の製造方法
は、請求項５記載の高強度耐熱鋼の製造方法において、
溶融材料にエレクトロスラグ再溶解法（ＥＳＲ）による
溶解処理を施すことにより鋼塊を得ることを特徴とす
る。

【００２４】本発明において、請求項１から４までのよ
うに高靭性耐熱鋼の成分を限定した理由、および前述し
た望ましい組成、さらに望ましい組成とする理由につい
て説明する。なお、以下の説明において組成を表す％
は、特に断らない限り重量比とする。

【００２５】Ｃ（炭素）はＣｒ（クロム）、Ｎｂ（ニオ
ブ）およびＶ（バナジウム）等と結合して炭化物を形成
して、析出強化に寄与する元素であり、またＣは焼入れ
性の向上およびδフェライト生成の抑制に必要不可欠な
元素である。Ｃの含有量を０．０５〜０．３０％と規定
したが、０．３０％を超えて添加すると炭化物の粗大化
を促進し、長時間でのクリープ破断強度が低下する。ま
た含有量が０．０５％未満においては、所望のクリープ
破断強度を確保することができない。

【００２６】請求項１〜３記載の発明においては、Ｃの
含有量を０．０５〜０．３０％と規定したが、さらに析
出強化および焼入れ性の向上を図るためには、０．０７
〜０．２５％として狭い範囲に限定するのが好ましく、
さらに好ましくは０．０９〜０．２０％の範囲に限定す
ると良い。

【００２７】Ｓｉ（ケイ素）は溶解時に脱酸剤として添
加される元素である。Ｓｉの含有量を０．２０％以下と
したが、０．２０％を超えて多量に添加するとＳｉの一
部が酸化物として鋼中に残留して、靭性が低下してしま
うためである。

【００２８】Ｍｎ（マンガン）は溶解時に脱酸および脱
硫剤として添加される元素である。Ｍｎの含有量を１．
０％以下と規定したが、１．０％を超えて多量に添加す
るとクリープ破断強度が低下してしまうためである。

【００２９】Ｃｒ（クロム）は耐酸化性および耐食性を
向上させるとともに固溶強化ならびに析出強化に寄与す
るＭ_２３Ｃ_６型析出物の構成元素として必要不可欠な元
素である。Ｃｒの含有量を８．０〜１４．０％と規定し
たが、１４．０％を超えると、靭性およびクリープ破断
強度に有害なδフェライトが生成しやすくなってしまう
ためである。また含有量が８．０％未満においては、所
望の特性効果が小さい。

【００３０】請求項１〜３記載の発明においては、Ｃｒ
の含有量を８．０〜１４．０％と規定したが、さらに析
出強化および焼入れ性の向上などを図るためには、９．
０〜１３．０％として狭い範囲に限定するのが好まし
く、さらに好ましくは９．５〜１２．５％の範囲に限定
すると良い。

【００３１】Ｍｏ（モリブデン）は固溶強化および炭化
物を構成する元素として必要である。Ｍｏの含有量を
０．５〜３．０％と規定したが、３．０％を超えると靭
性を大きく低下させるとともに、δフェライトが生成し
やすくなるためである。また含有量が０．５％未満にお
いては所望の特性効果が小さい。

【００３２】請求項１記載の発明においては、Ｍｏの含
有量を０．５〜３．０％と規定したが、固溶強化の向上
などを図るためには、０．７〜２．５％として狭い範囲
に限定するのが好ましく、さらに好ましくは０．９〜
２．０％の範囲に限定すると良い。

【００３３】また、後述するＷ（タングステン）はＭｏ
とほぼ同様の作用を持っており、ＭｏとＷとを複合添加
する場合にはＭｏの含有量を低下させる必要があり、こ
の場合にはＭｏの含有量を０．１〜２．０％と規定し
た。Ｍｏの含有量が２．０％を超えると靭性を大きく低
下させるとともに、δフェライトが生成しやすくなり、
一方、含有量が０．１％未満では固溶強化元素および炭
化物元素としての効果が小さいためである。

【００３４】請求項３記載の発明においては、Ｍｏの含
有量を０．１〜２．０％と規定したが、靭性の向上など
を図るためには、０．２〜１．５％として狭い範囲に限
定するのが好ましく、さらに好ましくは０．５〜１．２
％の範囲に限定すると良い。

【００３５】Ｖ（バナジウム）は固溶強化および微細な
バナジウム炭窒化物の形成に寄与する元素である。Ｖの
添加量が０．１０％以上であると、微細析出物がクリー
プ中、主としてマルテンサイトラス境界上に析出して、
回復を抑制するが、Ｖの含有量は０．１０〜０．５０％
と規定した。Ｖの含有量が０．５０％を超えるとδフェ
ライトが生成しやすくなり、また含有量が０．１０％未
満では固溶量および析出量ともに少なく、上述の効果が
得られないためである。

【００３６】請求項１〜３記載の発明においては、Ｖの
含有量を０．１０〜０．５０％と規定したが、さらに靭
性の向上などを図るためには、０．１０〜０．４０％と
して狭い範囲に限定するのが好ましく、さらに好ましく
は０．１５〜０．３０％の範囲に限定すると良い。

【００３７】Ｎｉ（ニッケル）は焼入れ性および靭性を
大きく向上させるとともにδフェライトの析出を抑制す
る元素である。Ｎｉの含有量を１．０％以下と規定した
が、含有量が１．０％を超えるとクリープ抵抗を低下さ
せるためある。

【００３８】請求項１〜３記載の発明においては、Ｎｉ
の含有量を１．０％以下と規定したが、さらに焼入れ性
および靭性の向上を図るためには、含有量を０．７％以
下とすることが好ましい。

【００３９】Ｎｂ（ニオブ）はＣ（炭素）およびＮ（窒
素）と結合してＮｂ（Ｃ，Ｎ）の微細炭窒化物を形成す
ることにより析出分散強化に寄与する元素である。Ｎｂ
の含有量を０．０１〜０．５０％と規定したが、０．５
０％を超えると未固溶の粗大なＮｂ（Ｃ，Ｎ）が生成し
やすくなり、延性および靭性を低下させるためである。
また、含有量が０．０１％未満では析出密度が低いため
上述の効果が得られない。

【００４０】請求項１〜３記載の発明においては、Ｎｂ
の含有量を０．０１〜０．５０％と規定したが、さらに
析出分散強化の向上を図るために、Ｎｂの含有量を０．
０１〜０．３０％として狭い範囲に限定するのが好まし
く、さらに好ましくは０．０３〜０．２０％の範囲に限
定すると良い。

【００４１】Ｎ（窒素）は窒化物あるいは炭窒化物を形
成することにより析出強化に寄与し、更に母相中に残存
しているＮは固溶強化にも寄与する元素である。Ｎの含
有量を０．０１〜０．０８％と規定したが、０．０８％
を超えると、窒化物あるいは炭窒化物の粗大化を促進し
クリープ抵抗が低下するとともに延性や靭性が低下する
ためである。また、含有量が０．０１％未満では上述し
た効果を得られない。

【００４２】請求項１〜３記載の発明においては、Ｎの
含有量を０．０１〜０．０８％と規定したが、さらに析
出強化および固溶強化の向上などを図るために、含有量
を０．０１〜０．０６％として狭い範囲に限定するのが
好ましく、さらに好ましくは０．０１〜０．０４％の範
囲に限定すると良い。

【００４３】Ｂ（ホウ素）は微量の添加により結晶粒界
への析出物の析出を促進するとともに、炭窒化物の高温
長時間安定性を高める元素である。Ｂの含有量を０．０
０１〜０．０２０％と規定したが、含有量が０．０２０
％を超えると靭性を大幅に低下させ、更に熱間加工性を
損なうためである。また、含有量が０．００１％未満で
は上述した効果を得ることができない。

【００４４】請求項１〜３記載の発明においては、Ｂの
含有量を０．００１〜０．０２０％と規定したが、さら
に析出物の析出を促進などの向上を図るために、Ｂの含
有量を０．００３〜０．０１５％として狭い範囲に限定
するのが好ましく、さらに好ましくは０．００５〜０．
０１２％の範囲に限定すると良い。

【００４５】Ｒｕ（ルテニウム）は固溶強化元素として
クリープ破断強度向上に著しく寄与する元素である。Ｒ
ｕの含有量を０．５〜４．０％を規定したが、４．０％
を超えると靭性を大きく低下させるとともに、δフェラ
イトが生成しやすくなるためである。また、含有量が
０．５％未満では上述した効果が得られない。

【００４６】請求項１〜３記載の発明においては、Ｒｕ
の含有量を０．５〜４．０％を規定したが、さらにクリ
ープ破断強度を向上させるために、Ｒｕの含有量を０．
５〜３．０％として狭い範囲に限定するのが好ましく、
さらに好ましくは１．０〜２．０％の範囲に限定すると
良い。

【００４７】Ｗ（タングステン）は固溶強化元素および
炭化物元素として寄与し、またＦｅ（鉄）、Ｃｒおよび
Ｗからなる金属間化合物の形成に寄与する元素である。
Ｗの含有量を０．５〜６．０％と規定したが、６．０％
を超えるとδフェライトが生成しやすくなるとともに、
靭性および加熱脆化特性を著しく低下するためである。
また、含有量が０．５％未満では、上述した効果が得ら
れないためである。

【００４８】請求項２記載の発明においては、Ｗの含有
量を０．５〜６．０％と規定したが、さらに固溶強化の
向上を図るために、Ｗの含有量を１．０〜５．０％とし
て狭い範囲に限定するのが好ましく、さらに好ましくは
２．０〜４．０％の範囲に限定すると良い。

【００４９】また、前述したＭｏもＷとほぼ同様の作用
を持っており、ＭｏとＷとを複合添加する場合にはＷの
添加量を低下させる必要がある。この場合には、Ｗの含
有量を０．３〜５．０％と規定した。５．０％を超える
と靭性を大きく低下させるとともに、δフェライトが生
成しやすくなり、一方、Ｗの添加量が０．３％未満では
固溶強化元素および炭化物元素としての効果が小さくな
るためである。ＭｏとＷとを複合添加する場合、請求項
３記載の発明においては、Ｗの含有量を０．３〜５．０
％と規定したが、さらに固溶強化などの向上を図るため
に、Ｗの含有量を０．５〜３．０％として狭い範囲に限
定するのが好ましく、さらに好ましくは１．０〜２．５
％の範囲に限定すると良い。

【００５０】Ｃｏ（コバルト）は固溶強化に寄与し、更
にδフェライトの生成を抑制する元素であり、必要に応
じて添加される元素である。Ｃｏの含有量を０．５〜
６．０％と規定したが、６．０％を超えると加工性を損
なうためである。また含有量が０．５％未満では上述し
た効果が得られないためである。

【００５１】また、上述した成分ならびに主成分である
Ｆｅを添加する際に、付随的に混入する不純物は極力低
減することが望ましい。

【００５２】本発明における高強度耐熱鋼の製造方法に
ついて、調質熱処理における熱処理条件の限定理由を説
明する。

【００５３】焼入れは耐熱鋼に優れた強度を付与するた
めに必要な熱処理であり、本発明においては、焼入れの
加熱温度を９８０〜１１２０℃と規定した。加熱温度が
９８０℃未満ではオーステナイト化が十分ではなく焼入
れが不可能となる。一方、１１２０℃を超えるとオース
テナイト結晶粒が著しく粗大化し、延性を低下させてし
まうためである。

【００５４】焼戻しは耐熱鋼を所望の強度に調整するた
めに、１回以上行うことが必要な熱処理であり、本発明
においては、焼戻しの加熱温度を６００〜７４０℃と規
定した。本耐熱鋼の場合、その加熱温度が６００℃未満
では主にＦｅ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗからなる金属間化合物が
マルテンサイトラス内に大量に析出し、高温長時間のク
リープ破断強度を支える結晶粒界あるいはマルテンサイ
トラス境界上の析出物の体積率が低下する。一方、加熱
温度が７４０℃を超えるとマルテンサイトラス内の主に
Ｎｂ、ＣおよびＮからなる析出物の析出密度が低下する
とともに焼戻しが過剰になり、かつオーステナイトへの
変態点に接近するためである。

【００５５】また、本発明の高強度耐熱鋼の製造方法に
おいて、耐熱鋼素体を構成する鋼塊をエレクトロスラグ
再溶解法を用いて製造する理由を説明する。

【００５６】蒸気タービン用ロータに代表される大型素
材においては、鋼塊凝固時に添加元素の偏析や凝固組織
の不均一を生じやすい。特に、材料特性の向上を狙って
種々の元素を添加していくと、鋼塊中心部の偏析傾向が
高まり、耐熱鋼素体中心部の延性や靭性が低下する傾向
がある。本発明における高強度耐熱鋼の製造方法に係わ
る耐熱鋼素体を構成する鋼塊は真空カーボン脱酸などに
代表される通常の方法でも製造可能であるが、均質およ
び清浄な鋼塊を得るためにエレクトロスラグ再溶解法を
用いることが好ましい。

【００５７】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る高強度耐熱鋼
およびその製造方法の実施形態について、実施例と比較
例とともに説明する。

【００５８】第１実施形態（表１〜４；実施例１〜４、
従来例、比較例） 本実施形態においては、本発明の組成範囲にある材料か
ら製造された高強度耐熱鋼が優れた引張強さおよび長時
間組織安定性を有することの確認を行った。

【００５９】本実施形態の実施例として、表１に示す化
学組成範囲の試料を用いた。

【００６０】

【表１】

【００６１】表１に示すように、試料Ｎｏ．１から試料
Ｎｏ．５２までは本発明の組成範囲にある合金材料であ
る。

【００６２】実施例１（表１〜２；試料Ｎｏ．１〜Ｎ
ｏ．３０） 本実施例では、表１の試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３０に示す
組成範囲の合金材料を用いた。具体的には、重量比で、
Ｃ：０．０５〜０．３０％、Ｓｉ：０．２０％以下、Ｍ
ｎ：１．０％以下、Ｃｒ：８．０〜１４．０％、Ｍｏ：
０．５〜３．０％、Ｖ：０．１０〜０．５０％、Ｎｉ：
１．０％以下、Ｎｂ：０．０１〜０．５０％、Ｎ：０．
０１〜０．０８％、Ｂ：０．００１〜０．０２０％、Ｒ
ｕ：０．５〜４．０％を含み、残部がＦｅおよび不可避
的不純物から構成される。

【００６３】このような組成範囲にある試料Ｎｏ．１〜
Ｎｏ．３０を５０ｋｇの真空高周波誘導電気炉にて溶解
および鋳造を行い、鋼塊を製造した。その後、１２００
℃に加熱してプレス鍛造を行い、直径６０ｍｍの丸棒に
鍛伸した。それぞれの丸棒に対し、１０７０℃の温度で
焼入れを行い、６９０℃の温度で焼戻しを行う調質熱処
理を施した。

【００６４】なお、温度１０７０℃での焼入れおよび温
度６９０℃での焼戻しを行う調質熱処理の条件は、後述
する表５に示す熱処理Ｎｏ．１である。

【００６５】こうして得られた丸棒試料材より試験片を
切り出し、室温における引張試験、シャルピー衝撃試験
およびクリープ破断試験に供し、引張強さ、０．０２％
耐力、伸び、絞り、後述するＦＡＴＴおよび６２０℃に
おける１０５時間破断強度を求めた。また、各試料材に
対し６２０℃、３０００時間の時効を施し、時効後のＦ
ＡＴＴも求めた。

【００６６】なお、引張試験、シャルピー衝撃試験およ
びクリープ破断試験は、以下に説明するように、引張強
度、靭性、延性およびクリープ破断強度などの特性を評
価することができる。

【００６７】引張試験は試験を行う試料の引張強さ、耐
力、伸びおよび絞りなどを求めることを目的とする材料
試験である。引張強さおよび耐力は供試材の引張強度
を、伸びおよび絞りは試料の延性を表し、それぞれの値
が大きい方が特性としては優れている。

【００６８】クリープ破断試験は試験を行う試料のクリ
ープ破断強度などを求めることを目的とする材料試験で
ある。クリープ破断強度はクリープ破断時間と対応する
特性であり、クリープ破断時間が長ければ、それに応じ
てクリープ破断強度も高くなる。また、複数の試験片の
クリープ破断試験結果（試験温度、試験応力および破断
時間）をラーソン・ミラー・パラメータで整理すること
により、種々の温度におけるクリープ破断強度（１０５
時間破断強度など）を求めることができる。

【００６９】シャルピー衝撃試験は試験を行う試料の衝
撃値およびＦＡＴＴ（衝撃試験片の破面率から求めた延
性−脆性遷移温度）などを求めることを目的とする材料
試験である。一般に「衝撃値」といった場合は、室温
（２０℃）における特性をいう。衝撃値（衝撃的な力が
加わったときの壊れにくさ、すなわち靭性を表す）は引
張性質と同様に、値が大きい方が特性が優れている。ま
た、本発明における試料は温度によって衝撃値が変化
し、同一の試料においても、温度の高い領域では衝撃値
は大きく破面は延性破面を呈しているが、逆に温度の低
い領域では衝撃値は小さく、破面は脆性破面を呈してい
るこれらの中間温度域では、延性破面と脆性破面が混在
している。この両方の破面の面積率を計算し、ちょうど
５０％−５０％になるような温度を求め、この温度をＦ
ＡＴＴとしている。従って、ＦＡＴＴの値は小さい方が
靭性が高い。

【００７０】本実施例における各種試験結果を表２の試
料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３０に示す。

【００７１】

【表２】

【００７２】実施例２（表１〜２；試料Ｎｏ．３１〜Ｎ
ｏ．３６） 本実施例では、表１の試料Ｎｏ．３１〜Ｎｏ．３６に示
す組成範囲の合金材料を用いた。具体的には、重量比
で、Ｃ：０．０５〜０．３０％、Ｓｉ：０．２０％以
下、Ｍｎ：１．０％以下、Ｃｒ：８．０〜１４．０％、
Ｗ：０．５〜６．０％、Ｖ：０．１０〜０．５０％、Ｎ
ｉ：１．０％以下、Ｎｂ：０．０１〜０．５０％、Ｎ：
０．０１〜０．０８％、Ｂ：０．００１〜０．０２０
％、Ｒｕ：０．５〜４．０％を含み、残部がＦｅおよび
不可避的不純物から構成される。

【００７３】このような組成範囲にある試料Ｎｏ．３１
〜Ｎｏ．３６を実施例１と同様の処理を施した後、丸棒
試料を得た。この丸棒試料より試験片を切り出し、室温
における引張試験、シャルピー衝撃試験およびクリープ
破断試験に供し、引張強さ、０．０２％耐力、伸び、絞
り、ＦＡＴＴおよび６２０℃における１０５時間破断強
度を求めた。また、試料に対し６２０℃、３０００時間
の時効を施し、時効後のＦＡＴＴも求めた。その結果を
表２における試料Ｎｏ．３１〜Ｎｏ．３６に示す。

【００７４】実施例３（表１〜２；試料Ｎｏ．３７〜Ｎ
ｏ．４６） 本実施例では、表１の試料Ｎｏ．３７〜Ｎｏ．４６に示
す組成範囲の合金材料を用いた。具体的には、重量比
で、Ｃ：０．０５〜０．３０％、Ｓｉ：０．２０％以
下、Ｍｎ：１．０％以下、Ｃｒ：８．０〜１４．０％、
Ｍｏ：０．１〜２．０％、Ｗ：０．３〜５．０％、Ｖ：
０．１０〜０．５０％、Ｎｉ：１．０％以下、Ｎｂ：
０．０１〜０．５０％、Ｎ：０．０１〜０．０８％、
Ｂ：０．００１〜０．０２０％、Ｒｕ：０．５〜４．０
％を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物から構成さ
れる。

【００７５】このような組成範囲にある試料Ｎｏ．３７
〜Ｎｏ．４６を実施例１と同様の処理を施した後、丸棒
試料材を得た。この丸棒試料材より試験片を切り出し、
室温における引張試験、シャルピー衝撃試験およびクリ
ープ破断試験に供し、引張強さ、０．０２％耐力、伸
び、絞り、ＦＡＴＴおよび６２０℃における１０５時間
破断強度を求めた。また、各試料材に対し６２０℃、３
０００時間の時効を施し、時効後のＦＡＴＴも求めた。
その結果を表２における試料Ｎｏ．３７〜Ｎｏ．４６に
示す。

【００７６】実施例４（表１〜２；試料Ｎｏ．４７〜Ｎ
ｏ．５２） 本実施例では、表１の試料Ｎｏ．４７〜Ｎｏ．５２に示
す組成範囲の合金材料を用い、特にＣｏを０．５〜６．
０％の範囲で添加したものである。

【００７７】具体的には、表１の試料Ｎｏ．４７では、
重量比で、Ｃ：０．１３％、Ｓｉ：０．０９％、Ｍｎ：
０．１９％、Ｃｒ：１０．４９％、Ｍｏ：１．１５％、
Ｍｏ：１．１５％、Ｖ：０．２２％、Ｎｉ：０．１７％
以下、Ｎｂ：０．０７％、Ｎ：０．０１９％、Ｂ：０．
０１１％、Ｃｏ：２．９４％を含み、残部がＦｅおよび
不可避的不純物から構成される。

【００７８】このような組成範囲にある試料を実施例１
と同様の処理を施した後、丸棒試料材を得た。この丸棒
試料材より試験片を切り出し、室温における引張試験、
シャルピー衝撃試験およびクリープ破断試験に供し、引
張強さ、０．０２％耐力、伸び、絞り、ＦＡＴＴおよび
６２０℃における１０５時間破断強度を求めた。また、
各試料材に対し６２０℃、３０００時間の時効を施し、
時効後のＦＡＴＴも求めた。その結果を表２における試
料Ｎｏ．４７〜Ｎｏ．５２に示す。

【００７９】従来例（表３〜４；試料Ｎｏ．６１〜Ｎ
ｏ．６３） 次に、本実施形態の従来例として、表３の試料Ｎｏ．６
１〜Ｎｏ．６３に示す組成範囲の合金材料を用いた。

【００８０】

【表３】

【００８１】表３に示す比較例のうち、試料Ｎｏ．６１
は特公昭６０−５４３８５に開示されている組成範囲に
ある高Ｃｒフェライト系耐熱鋼である。また、試料Ｎ
ｏ．６２は特開平４−１４７９４８に、試料Ｎｏ．６３
は特開平８−３６９７に開示されている組成範囲にある
高Ｃｒフェライト系耐熱鋼である。

【００８２】これらの試料Ｎｏ．６１〜Ｎｏ．６３まで
の組成範囲にある試料を５０ｋｇの真空高周波誘導電気
炉にて溶解および鋳造後、１２００℃に加熱してプレス
鍛造を行い、直径６０ｍｍの丸棒に鍛伸した。その後、
それぞれの丸棒に対し、１０７０℃の温度で焼入れを行
い、６９０℃の温度で焼戻しを行う調質熱処理を施し
た。

【００８３】なお、温度１０７０℃での焼入れおよび温
度６９０℃での焼戻しを行う調質熱処理の条件は、後述
する表３に示す熱処理Ｎｏ．１である。

【００８４】こうして得られた丸棒試料材より試験片を
切り出し、室温における引張試験、シャルピー衝撃試験
およびクリープ破断試験に供し、引張強さ、０．０２％
耐力、伸び、絞り、ＦＡＴＴおよび６２０℃における１
０５時間破断強度を求めた。また、各試料材に対し６２
０℃、３０００時間の時効を施し、時効後のＦＡＴＴも
求めた。その結果を表４のＮｏ．６１〜Ｎｏ．６３に示
す。

【００８５】

【表４】

【００８６】比較例（表３〜４；試料Ｎｏ．６４〜Ｎ
ｏ．８４） 表２に示した試料Ｎｏ．６４から試料Ｎｏ．８４まで
は、組成範囲が本発明の範囲に入らない合金材料であ
り、比較例として挙げられている。

【００８７】これらの試料Ｎｏ．６４〜Ｎｏ．８４の組
成範囲にある試料を５０ｋｇの真空高周波誘導電気炉に
て溶解および鋳造後、１２００℃に加熱してプレス鍛造
を行い、直径６０ｍｍの丸棒に鍛伸した。その後、それ
ぞれの丸棒に対し、１０７０℃の温度で焼入れを行い、
６９０℃の温度で焼戻しを行う調質熱処理を施した。

【００８８】なお、温度１０７０℃での焼入れおよび温
度６９０℃での焼戻しを行う調質熱処理の条件は、後述
する表３に示す熱処理Ｎｏ．１である。

【００８９】こうして得られた丸棒試料材より試験片を
切り出し、室温における引張試験、シャルピー衝撃試験
およびクリープ破断試験に供し、引張強さ、０．０２％
耐力、伸び、絞り、ＦＡＴＴおよび６２０℃における１
０５時間破断強度を求めた。また、各試料材に対し６２
０℃、３０００時間の時効を施し、時効後のＦＡＴＴも
求めた。その結果を表４のＮｏ．６４〜Ｎｏ．８４に示
す。

【００９０】本実施形態において、以下のことが判明し
た。

【００９１】まず、本発明の組成範囲にある実施例のＮ
ｏ．１から試料Ｎｏ．５２までの合金材料から製造され
る高強度耐熱鋼と、従来例の試料Ｎｏ．６１から試料Ｎ
ｏ．６３までの合金材料から製造される高Ｃｒフェライ
ト系耐熱鋼を比較する。

【００９２】引張強さおよび０．０２％耐力において、
試料Ｎｏ．１から試料Ｎｏ．５２はいずれも試料Ｎｏ．
６１から試料Ｎｏ．６３と同等の値を示している。一
方、ＦＡＴＴにおいては、試料Ｎｏ．１から試料Ｎｏ．
５２はいずれも試料Ｎｏ．６１から試料Ｎｏ．６３と同
等もしくはやや上回る値を示しており、靭性はやや劣る
ことがわかる。しかし、６２０℃、３０００時間後のＦ
ＡＴＴを比較すると、試料Ｎｏ．１から試料Ｎｏ．５２
はいずれも試料Ｎｏ．６１から試料Ｎｏ．６３と同等も
しくはやや下回る値を示しており、実際に高温雰囲気下
で長時間使用した場合でも靭性を高く維持できることが
わかる。また、クリープ破断強度においては、試料Ｎ
ｏ．１から試料Ｎｏ．５２はいずれも試料Ｎｏ．６１か
ら試料Ｎｏ．６３を上回る値を示し、非常に優れたクリ
ープ破断強度を有することがわかる。なお、伸びおよび
絞りにおいては、試料Ｎｏ．１から試料Ｎｏ．５２は試
料Ｎｏ．６１から試料Ｎｏ．６３とほぼ同等の値を示し
ており、十分な延性を有していることがわかる。

【００９３】表４に示すように、化学組成が本発明の範
囲に入らない比較例の合金材料から製造された耐熱鋼で
ある試料Ｎｏ．６４から試料Ｎｏ．８４までにおいて
は、引張強度、靭性およびクリープ破断強度ともに優れ
た試料は見られない。すなわち試料Ｎｏ．６４、６６、
６７、６８、７０、７２、７３、７５、７７、７９およ
び試料Ｎｏ．８１はクリープ破断強度が低い。また、試
料Ｎｏ．６５、６７、６９、７１、７４、７６、７８、
８０、８２、８３および８４は靭性が低く、試料Ｎｏ．
７４および試料Ｎｏ．８５は引張強度が低くなってい
る。

【００９４】すなわち、本発明に係わる高強度耐熱鋼
は、従来より高温高圧部材して使用されている高Ｃｒフ
ェライト系耐熱鋼を上回るクリープ破断強度を有し、ま
た、優れた特性を長時間にわたって維持できる。

【００９５】このことから、合金材料の組成を本発明の
化学組成の範囲に調整することにより、優れた特性を備
えた高強度耐熱鋼が得られることが明らかである。

【００９６】第２実施形態（表５〜６；実施例１〜３、
比較例１〜３） 本実施形態においては、特に熱処理の影響について説明
する。

【００９７】具体的には、本実施形態の製造方法におい
て、調質熱処理の温度を規定することにより、高強度耐
熱鋼が優れた引張強さおよび長時間組織安定性を有する
ことの確認を行った。

【００９８】調質熱処理の条件としては、表５に示す焼
入れおよび焼戻しを行った。

【００９９】

【表５】

【０１００】表５の熱処理Ｎｏ．１から熱処理Ｎｏ．８
までに示すように、９８０〜１１２０℃の温度範囲に加
熱して焼入れを行い、６００〜７４０℃の温度範囲で焼
戻しを１回あるいは２回行った。なお熱処理Ｎｏ．１〜
Ｎｏ．４は、本発明の温度範囲内の熱処理条件であり、
熱処理Ｎｏ．５〜Ｎｏ．８は、本発明の温度範囲内にな
い熱処理条件の比較例である。

【０１０１】また本実施形態においては、試料として、
第１実施形態における表１のなかで、試料Ｎｏ．１、試
料Ｎｏ．３１および試料Ｎｏ．５１の組成範囲を有する
合金材料を用いた。

【０１０２】実施例１（表５〜６；試料Ｎｏ．１） 実施例１では、表１に示す試料Ｎｏ．１を用いた。

【０１０３】試料Ｎｏ．１の組成範囲にある試料を５０
ｋｇの真空高周波誘導電気炉にて溶解および鋳造を行
い、鋼塊を製造した。その後、１２００℃に加熱してプ
レス鍛造を行い、直径６０ｍｍの丸棒に鍛伸した。それ
ぞれの丸棒に対し、熱処理Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４までの調
質熱処理を施した。

【０１０４】こうして得られた丸棒試料材より試験片を
切り出し、室温における引張試験、シャルピー衝撃試験
およびクリープ破断試験に供し、引張強さ、０．０２％
耐力、伸び、絞り、ＦＡＴＴ、６２０℃における１０５
時間破断強度を求めた。また、各供試材に対し６２０
℃、３０００時間の時効を施し、時効後のＦＡＴＴも求
めた。その結果を表６に示した。

【０１０５】

【表６】

【０１０６】実施例２（表５〜６；試料Ｎｏ．３１） 実施例２では、表１に示す試料Ｎｏ．３１を用いた。

【０１０７】なおその他の製造方法は、実施例１と同様
である。その結果を表６に示した。

【０１０８】実施例３（表５〜６；試料Ｎｏ．５１） 実施例２では、表１に示す試料Ｎｏ．５１を用いた。

【０１０９】なおその他の製造方法は、実施例１と同様
である。その結果を表６に示した。

【０１１０】比較例１（表５〜６；試料Ｎｏ．１） 比較例１では、表１に示す試料Ｎｏ．１を用いた。

【０１１１】試料Ｎｏ．１の組成範囲にある試料を５０
ｋｇの真空高周波誘導電気炉にて溶解および鋳造を行
い、鋼塊を製造した。その後、１２００℃に加熱してプ
レス鍛造を行い、直径６０ｍｍの丸棒に鍛伸した。それ
ぞれの丸棒に対し、熱処理Ｎｏ．５〜８までの、本発明
に係わる高強度耐熱鋼の製造方法に記載の熱処理条件に
入らない調質熱処理を施した。

【０１１２】こうして得られた丸棒試料材より試験片を
切り出し、室温における引張試験、シャルピー衝撃試験
およびクリープ破断試験に供し、引張強さ、０．０２％
耐力、伸び、絞り、ＦＡＴＴ、６２０℃における１０５
時間破断強度を求めた。また、各供試材に対し６２０
℃、３０００時間の時効を施し、時効後のＦＡＴＴも求
めた。その結果を表６に示した。

【０１１３】比較例２（表５〜６；試料Ｎｏ．３１） 比較例２では、表１に示す試料Ｎｏ．３１を用いた。

【０１１４】なおその他の製造方法は、比較例１と同様
である。その結果を表６に示した。

【０１１５】比較例３（表５〜６；試料Ｎｏ．５１） 比較例３では、表１に示す試料Ｎｏ．５１を用いた。

【０１１６】なお、その他の製造方法は、比較例１と同
様である。その結果を表６に示した。

【０１１７】本実施形態によれば、熱処理Ｎｏ．１（１
０７０℃焼入れ、６９０℃焼戻し）により、本発明に係
わる高強度耐熱鋼において優れたクリープ破断強度が得
られ、優れた特性を長時間維持できることは第１実施形
態で述べたので、以下、熱処理Ｎｏ．２から熱処理Ｎ
ｏ．４について述べる。

【０１１８】表５に示すように、熱処理Ｎｏ．２は熱処
理Ｎｏ．１（１０７０℃焼入れ、６９０℃焼戻し）に対
して、５７０℃における１回目の焼戻しを加えたもので
ある。熱処理Ｎｏ．１を施した場合と比較して、熱処理
Ｎｏ．２により、試料Ｎｏ．１、試料Ｎｏ．３１、試料
Ｎｏ．４５のいずれにおいても０．０２％耐力が上昇
し、ＦＡＴＴおよびクリープ破断強度がほとんど変化し
ないことがわかった。すなわち、２回目の焼戻しは引張
強度を上昇させる効果を持っており、本発明に係わる高
強度耐熱鋼を製造する際には２回の焼戻しを行うことが
より好ましい。

【０１１９】熱処理Ｎｏ．３および熱処理Ｎｏ．４は、
熱処理Ｎｏ．２（１０７０℃焼入れ、５７０℃の１回目
焼戻し、６９０℃の２回目焼戻し）に対して、焼入れ温
度および２回目焼戻し温度を本発明に係わる高強度耐熱
鋼の製造方法に記載の熱処理条件の範囲で変化させたも
のである。熱処理熱処理Ｎｏ．３および熱処理Ｎｏ．４
を施した場合においても、熱処理熱処理Ｎｏ．２を施し
た場合とほぼ遜色のない優れた特性が得られることがわ
かる。

【０１２０】また、本発明の温度範囲内にない熱処理条
件である熱処理Ｎｏ．５〜Ｎｏ．８を施した場合、試料
Ｎｏ．１、試料Ｎｏ．３１、試料Ｎｏ．５１のいずれに
おいても引張強度、靭性およびクリープ破断強度ともに
優れたものは見られない。すなわち熱処理Ｎｏ．５およ
び熱処理Ｎｏ．８を施した場合は引張強度とともにクリ
ープ破断強度が低く、熱処理Ｎｏ．６を施した場合は靭
性が低く、熱処理Ｎｏ．７を施した場合はクリープ破断
強度とともに靭性が低い。

【０１２１】本実施形態によれば、焼入れおよび１回以
上の焼戻しにおける熱処理条件を本発明に記載の範囲に
調整することにより、優れた特性を有する高強度耐熱鋼
が得られることが明らかである。

【０１２２】第３実施形態（表７〜８；実施例、比較
例） 本実施形態においては、特に高強度耐熱鋼素体を形成す
る鋼塊をエレクトロスラグ再溶解法を用いて製造する効
果について説明する。

【０１２３】本実施形態では、表７に示す４種類の試料
Ｎｏ．９１〜Ｎｏ．９４を用いた。

【０１２４】

【表７】

【０１２５】表７に示すように、これらはすべて本発明
における鋼強度耐熱鋼の組成範囲の鋼であり、試料Ｎ
ｏ．９１は試料Ｎｏ．９３とほぼ同一の化学組成を有
し、試料Ｎｏ．９２は試料Ｎｏ．９４とほぼ同一の化学
組成を有する。

【０１２６】実施例（表７〜８；試料Ｎｏ．９１，Ｎ
ｏ．９２） 本実施例においては、試料Ｎｏ．９１および試料Ｎｏ．
９２の組成を有する合金材料を電気炉溶解後、エレクト
ロスラグ再溶解の電極用モールドに鋳込み、次いでその
鋳塊を消耗電極としてエレクトロスラグ再溶解を実施し
て鋼塊を製造し、１２００℃に加熱してプレス鍛造を行
い、１０００ｍｍφ×８００ｍｍの大型丸棒素材を得
た。

【０１２７】こうして得られた試料材の表層部並びに中
心部より試験片を切り出し、室温における引張試験、シ
ャルピー衝撃試験及びクリープ破断試験に供し、引張強
さ、０．０２％耐力、伸び、絞り、ＦＡＴＴ、６２０℃
における１０５時間破断強度を求めた。その結果を表８
に示す。

【０１２８】

【表８】

【０１２９】比較例（表７〜８；試料Ｎｏ．９３，Ｎ
ｏ．９４） 本比較例においては、試料Ｎｏ．９３および試料Ｎｏ．
９４の組成を有する合金材料を電気炉溶解後、真空カー
ボン脱酸を実施して鋼塊を製造し、１２００℃に加熱し
てプレス鍛造を行い、１０００ｍｍφ×８００ｍｍの大
型丸棒素材を得た。これら試料Ｎｏ．９３〜Ｎｏ．９４
の大型丸棒素材に対し、１０７０℃における焼入れ、５
７０℃における１回目の焼戻しおよび６９０℃における
２回目の焼戻しを施した。

【０１３０】こうして得られた試料材の表層部並びに中
心部より試験片を切り出し、室温における引張試験、シ
ャルピー衝撃試験およびクリープ破断試験に供し、引張
強さ、０．０２％耐力、伸び、絞り、ＦＡＴＴ、６２０
℃における１０５時間破断強度を求めた。その結果を表
８に示す。

【０１３１】本実施形態における実施例では、表層部と
中心部の引張強さ、０．０２％耐力、伸び、絞り、ＦＡ
ＴＴおよびクリープ破断強度はほぼ同等である。一方、
比較例では、表層部と中心部の引張強さ、０．０２％耐
力、クリープ破断強度はほぼ同等であるが、伸び、絞り
は中心部において低下し、ＦＡＴＴは中心部において上
昇する傾向が見られる。また、この傾向は合金元素をよ
り多く添加した試料Ｎｏ．９４において著しい。すなわ
ち、特に合金元素を多く添加した場合、本発明に係わる
高強度耐熱鋼素体を形成する鋼塊をエレクトロスラグ再
溶解法を用いて製造することにより、表層部と中心部の
引張強度、延性、靭性、クリープ破断強度に差がない均
質な大型耐熱鋼素材が得られることが明らかである。

【０１３２】

【発明の効果】以上で説明したように、本発明によれ
ば、高温高圧環境下において高強度耐熱鋼は、高いクリ
ープ破断強度、靭性および延性などの特性が優れるとと
もに、その優れた特性を長時間にわたって維持できるこ
とから、長時間にわたり高い信頼性を発揮し、蒸気ター
ビンの性能および運転性の向上に貢献できる。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量比で、Ｃ：０．０５〜０．３０％、
   Ｓｉ：０．２０％以下（０を含まない）、Ｍｎ：１．０
   ％以下（０を含まない）、Ｃｒ：８．０〜１４．０％、
   Ｍｏ：０．５〜３．０％、Ｖ：０．１０〜０．５０％、
   Ｎｉ：１．０％以下（０を含まない）、Ｎｂ：０．０１
   〜０．５０％、Ｎ：０．０１〜０．０８％、Ｂ：０．０
   ０１〜０．０２０％、Ｒｕ：０．５〜４．０％を含み、
   残部がＦｅおよび不可避的不純物からなることを特徴と
   する高強度耐熱鋼。
2. 【請求項２】 重量比で、Ｃ：０．０５〜０．３０％、
   Ｓｉ：０．２０％以下（０を含まない）、Ｍｎ：１．０
   ％以下（０を含まない）、Ｃｒ：８．０〜１４．０％、
   Ｗ：０．５〜６．０％、Ｖ：０．１０〜０．５０％、Ｎ
   ｉ：１．０％以下（０を含まない）、Ｎｂ：０．０１〜
   ０．５０％、Ｎ：０．０１〜０．０８％、Ｂ：０．００
   １〜０．０２０％、Ｒｕ：０．５〜４．０％を含み、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
   る高強度耐熱鋼。
3. 【請求項３】 重量比で、Ｃ：０．０５〜０．３０％、
   Ｓｉ：０．２０％以下（０を含まない）、Ｍｎ：１．０
   ％以下（０を含まない）、Ｃｒ：８．０〜１４．０％、
   Ｍｏ：０．１〜２．０％、Ｗ：０．３〜５．０％、Ｖ：
   ０．１０〜０．５０％、Ｎｉ：１．０％以下（０を含ま
   ない）、Ｎｂ：０．０１〜０．５０％、Ｎ：０．０１〜
   ０．０８％、Ｂ：０．００１〜０．０２０％、Ｒｕ：
   ０．５〜４．０％を含み、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高強度耐熱鋼。
4. 【請求項４】 請求項１から請求項３までに記載の高強
   度耐熱鋼において、重量比で、Ｃｏを０．５〜６．０％
   含有することを特徴とする高強度耐熱鋼。
5. 【請求項５】 請求項１から請求項４までのいずれかに
   記載の組成範囲を有する合金材料を溶解して溶融材料と
   し、前記溶融材料を鋳造して鋼塊を得た後、前記鋼塊に
   鍛造処理を施し、その後、９８０〜１１２０℃の温度に
   加熱して焼入れを行い、６００〜７４０℃の温度範囲で
   焼戻しを１回以上行う調質熱処理を施すことを特徴とす
   る高強度耐熱鋼の製造方法。
6. 【請求項６】 請求項５記載の高強度耐熱鋼の製造方法
   において、溶融材料にエレクトロスラグ再溶解法による
   溶解処理を施すことにより鋼塊を得ることを特徴とする
   高強度耐熱鋼の製造方法。