JPS61104056A

JPS61104056A - 耐溶接割れ性、耐エロ−ジヨン性及び耐クリ−プ特性にすぐれる高強度高靭性低炭素Ｃｒ−Ｍｏ鋼板

Info

Publication number: JPS61104056A
Application number: JP22528084A
Authority: JP
Inventors: Haruo Kaji; 梶　晴男; Chisato Ishioka; 石岡　千里; Mutsuo Hiromatsu; 廣松　睦生; Shoji Tone; 登根　正二; Akihito Nishijima; 西島　明史
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1984-10-25
Filing date: 1984-10-25
Publication date: 1986-05-22
Also published as: JPH0368100B2

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。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、主としてボイラ、圧力容器用として使用され
るＣ　ｒ　−Ｍ　ｏ鋼に関し、詳しくは、耐エロージヨ
ン性及び耐クリープ特性にもすぐれる高・強度高靭性低
炭素Ｃｒ−Ｍｏ鋼板に関する。

従来より、１％Ｃｒ　−０，５％Ｍｏ鋼板や１．２５お
。、］。、５工。鋼板、よ、ゎ油精製を、よ。いよする
化学工業プラントや、発電プラントにおける中・高温圧
力容器鋼板として広く用いられている。

しかし、これらの従来のＣｒ−Ｍｏ鋼板は、通常、Ｃ含
有量が０．１５％程度と高く、且つ、Ｃｒ、ＭＯ等の合
金成分を多量に含有しているために、溶接割れ感受性組
成ＰＣＩ’ｌが高く、その溶接施工にあたっては、低温
割れ防止のために、通常、１５０〜３５０℃程度での高
温の予熱を必要とし、製造期間の長期化や熱エネルギー
の大量消費等、製造コスト上昇の一因となっている。

溶接性を改善するためには、ＰＣｏを低減すること、特
にＣ量を下げることが有効であることは既によく知られ
ている。しかし、ｃｌを低減すれば、強度の低下、耐エ
ロージヨン性の低下、高温クリ−１プ強度の低下等の問
題を生じるため、従来、低Ｃ化Ｃｒ−Ｍｏ鋼板は実用化
されていない。

一方、Ｂは、従来、焼入れ焼戻しを行なう調質鋼につい
ては広く利用されているが、一般に、焼ならし鋼乃至焼
ならし焼戻し鋼には、従来、殆ど添加されていな°いと
ころ、最近に至って、焼ならし鋼乃至焼ならし焼戻し鋼
にも微量のＢを添加することにより、鋼の焼入れ性の増
加を図り、強度を増加させる方法が実用化されるに至っ
ている。

しかし、Ｃｒ−Ｍｏ鋼に関しては、従来、Ｂ添加は、耐
ＳＲ脆化特性の付与及び高強度高靭性化、熱間加工性の
改善等の目的に゛限られており、しかも、このようなＣ
ｒ−Ｍｏ鋼におけるＣ含有量は、従来鋼とほぼ同等であ
って、約０．１１％以上であるので、大幅な溶接性の改
善には至っていない。

本発明者らは、Ｃｒ　−Ｍ　ｏ鋼における溶接性を改善
するために鋭意研究した結果、Ｃ量を著しく低減する一
方、適正量のＡｌ添加とＮ量の低減の下にＢを添加し、
更に、Ｃｕ及びＮｉを複合添加することにより、低Ｃ＠
でありながら、約０．１１〜０．２１％のようにＣ量の
多い従来のＣｒ−Ｍ。

鋼と比肩し得るすぐれた強度、靭性、耐エロージヨン性
、耐クリープ特性を有する新規なＣｒ−Ｍｏ鋼を得るこ
とができることを見出して、本発明に至ったものである
。

即ち、本発明は、耐溶接割れ性、耐エロージヨン性及び
耐クリープ特性にすぐれる高強度高靭性焼ならし焼戻し
型低炭素Ｃｒ−Ｍｏ鋼板を提供することを目的とする。

本発明によるかかるＣ　ｒ　−Ｍ　ｏ　鋼の第１は、重
量％でＣ０．０３〜０．１０％、Ｓｉ０．０５〜１．００％、Ｍｎ、０．３０〜０．９５％、Ｐ　　　０．０２０％以下、Ｓ　　　０．０１５％以下、Ｃｕ　　０．０５〜０．５０％、Ｎｉ０．０５〜０．５０％、Ｃｒ　　０．４０〜１．７５％、Ｍｏ　　０．２０〜０．７５％、Ｂ　　　０．０００３〜０．００２０％、ｓｏｌ　Ａ１
０．００５〜０．１００％、Ｎ　　　０．００５％以下
、残部鉄及び不可避的不純物よりなり、で定義されるＰＣＭが０．２７％以下であり、且つ、そ
の主要組織がベイナイトであることを特徴とする。

また、本発明による第２のＣｒ−Ｍｏ鋼は、上記した化
学成分に加えて、Ｎｂ　　０．００５〜０．０７％、 −Ｖ　　　０．００５〜０．０７％、及びＣａ　　０．
０００５〜０．００７０％よりなる群から選ばれる少な
くとも１種以上を含有することを特徴とする。

以下に本発明について詳細に説明する。

本発明によるＣｒ−Ｍｏ鋼において、Ｂは、オーステナ
イト中に固溶し、結晶粒界に偏析して、フェライト変態
を抑制するため、鋼の焼入れ性を向上させる。しかし、
他方において、Ｂは、鋼中のＮと結合しやすい。従って
、ＢがＢＮを生成すると、鋼中におけるＢの有効量が減
少し、焼入れ性を低下させる。従って、本発明において
は、鋼の焼入れ性を向上させるべく、Ｂの有効量を確保
するために、鋼中のＮ量を低減すると共に、ＡＮによっ
てＮを固定する。しかし、Ｂを過多に添加するときは、
オーステナイト粒界にＢ化合物が析出し、却って焼入れ
性を低下させるので、本発明においては、Ｂを適正量を
添加することが必要である。

しかし、本発明鋼のように、低Ｃ鋼においては、Ｂの焼
入れ性向上効果を利用するだけでは、強度、靭性ほか目
的とする望ましい特性を得ることは困難である。ここに
おいて、本発明者らは、研究を重ねた結果、低Ｃ鋼にお
いて、Ｂを適正量添加して、その焼入性効果を利用する
と共に、Ｃｕ及びＮｉを複合添加することにより、鋼の
焼入れ性を　　　　　　。

一層向上させると同時に、Ｂの焼入れ性向上効果との相
乗効果によって、鋼の主要組織をヘイナイトとし、かく
して、強度を上昇させ得ると同時に、耐エロージヨン性
及び耐クリープ特性をも従来鋼と同等以上に改善できる
ことを見出したのである。

次に、本発明によるＣｒ−Ｍｏ鋼における化学成分の限
定理由について説明する。

Ｃは、鋼の強度及び耐エロージヨン性を確保するために
、本発明鋼においては、０．０３％以上を添加すること
が必要であるが、反面、ｃｌの増加と共に溶接性、靭性
が低下するので、添加量の上限は０．１０％とする。

Ｓｉは、強度の確保及び耐酸化性の向上のために有効で
あり、０．０５％以上を含有させるが、しかし、過多に
含有させるときは、焼戻し脆化感受性を高めるので、含
有量の上限は１．００％とする。

Ｍｎは、鋼の強度と延性を高めるのに有効であるが、過
多に添加すると、溶接性が低下するので、添加量は０．
３０％〜０．９５％の範囲とする。

′　Ｐは、鋼中に不純物として含有されるが、靭性及び
溶接性を損なうばかりでなく、焼戻し脆化感受性を高め
るため、極力低減することが望ましい。

従って、本発明においては、Ｐの含有量は０．０２０％
以下とする。

Ｓも鋼中に不純物として含有されるが、鋼の靭　　　〜
性を著しく損なうので、極力低減することが望ましく、
含有量は０．０１５％以下とする。

Ｃｕは、固溶強化及び析出強化に有効な成分であり、且
つ、耐エロージヨン性の向上にも効果がある。かかる効
果を有効に発揮させるためには、少なくとも０．０５％
を添加する必要がある。一方、０．５０％を越えて過多
に添加すると、熱間加工性が劣化するので、Ｃｕの添加
量は０．０５〜０．５０％の範囲とする。

Ｎｉは、鋼の焼入れ性を増し、また、耐エロージヨン性
の向上に効果があり、更に、高温におけるオーステナイ
ト粒界へのＣｕの析出による亀甲割れを防止するのに有
効である。かがる効果を有効に発現させるためには、０
．０５％以上を添加する必要があるが、しかし、高価な
元素であるので、実用的な観点からその添加量は０．０
５〜０．５０％の範囲とする。

Ｃｒは、高温における耐食性と強度を確保するのに有効
であるので、少なくとも０．４０％を添加する。しかし
、過度に添加すると溶接性が劣化するので、その添加量
の上°限は１．７５％とする。

ＭＯは、鋼の焼入れ性、特にＢと共存した場合の焼なら
し時の焼入れ性を高めるのに不可欠な元素である。また
、焼戻し軟化抵抗を高め、高温強度の向上にも有効であ
るので、０．２０％以上の添加を必要とするが、高価な
元素であるので、その添加量は０．２０〜０．７５％の
範囲とする。

Ｂは、前記したように、焼ならし時の焼入れ性を高め、
強度上昇に有効であるので、本発明鋼においては、０．
０００３％以上を添加することが必要である。しかし、
０．００２０％を越えて過剰に添加するときは、焼なら
し時にＢ化合物を生成し、焼入れ性を低下させると同時
に靭性の劣化を伴う。

従って、添加量の上限は０．００２０％とする。

５ｏｌＡ１は、前記したように、Ｎを固定し、また、組
織を微細化する作用があるが、その含有量がｏ、　ｏ　
ｏ　ｓ％よりも少ないときは、上記の効果が期待できず
、一方、含有量が０．１０％を越えると、鋼塊表面割れ
の原因となることから、その含有量は０．００５〜０．
１０％の範囲とする。

Ｎは、その含有量が０．　’００５％を越えるときは、
ＢＮを生成しやすくなり、その結果、焼入れ性に有効な
り量が減少し、鋼板の焼入れ性が低下するので、含有量
は０．００５％以下とする。

前記ＦＦ　ＣＭは、よく知られているように、溶接時の
低温割れ感受性を示す指標であり、溶接施工時の予熱温
度をより低くするためには、この値を極力低く抑える必
要がある。予熱温度を約１００　’Ｃにしても割れを生
じないようにするため、本発明Ｃｒ　−Ｍ　ｏ鋼におい
ては、Ｐ６．４を０．２７％以下とする。更に、予熱温
度を約５０℃以下とするためには、ＰＣＭを０．２３％
以下とすることが好ましい。

本発明によれば、第２の発明によるＣｒ−Ｍ。

鋼は、前記した元素に加えて、Ｎｂ、■及びＣａよりな
る群から選ばれる少なくとも１種以上の元素を含有する
。

Ｎｂ、Ｖは共に、結晶粒を微細化して強度を向上させる
のに有効であるが、それぞれ０．００５％未満ではその
効果が期待できず、一方、それぞれ０．０７％を越える
ときは、靭性及び溶接性を劣化させるのみならず、経済
性の点からも好ましくない。従って、その添加量は、そ
れぞれｏ、　ｏ　ｏ　ｓ〜０．０７％の範囲とする。

Ｃａは、靭性を改善し、溶接継手、ボンド部の靭性を向
上させ、更に、板厚方向の特性を改善する。かかる効果
を有効に発揮させるには、少なくとも０．０００５％を
添加することが必要である。

しかし、０．００７０％を越えて過多に添加するときは
、非金属介在物の量が増して、延性を低下させる。従っ
て、本発明鋼においては、その添加量をｏ、　ｏ　ｏ　
ｏ　ｓ〜０．００７０％の範囲とする。

上記Ｎｂ、■及びＣａは必要に応じて適当に組み合わせ
て使用されるが、■を添加する場合も、ＰＧＭを０．２
７％以下に抑える必要がある。

本発明によるＣｒ−Ｍｏ鋼を製造するには、常法に従い
、本発明による化学成分を存する鋼片を熱間圧延し引続
いて熱処理を行なえばよい。しがしながら、かかる方法
による製造においても、操作的にＢの焼入れ性向上効果
を最大限に発揮させることが望ましい。即ち、ＮをＡ１
で固定する場合、厚板の製品圧延時、鋼片の加熱温度が
１１５０℃を越えると、Ａ６Ｎの固溶が促進され、固溶
Ｎが増加する。このとき、オーステナイト粒界にＢＮを
析出するので、次に実施する焼ならし処理時におけるＢ
の焼入れ性向上効果が完全に発揮されない。従って、Ｂ
の焼入性向上効果を最大限に活用するためには、鋼片の
加熱温度を１２００℃以下とすることが望ましい。

また、焼ならし時に加速冷却を実施するごとにより、本
発明鋼の特性は大きく改善される。

実施例第１表に示す化学組成を有する本発明によるＣｒ−Ｍａ
ｉｌ　（Ｈｖ＝１７６）及び従来鋼Ｃｒ−Ｍ　ｏ鋼２　
（Ｈｖ＝１７８）　、及び比較＠３（Ｈｖ＝１３６）の
それぞれの耐エロージヨン性を第１図に示す。従来鋼は
Ｃ量が高く、比較鋼は本発明鋼においてＣｕ及びＮｉを
除いた化学成分組成を有する。

耐エローシコン性は、それぞれ表面を研摩した直径１０
龍の試験片の中心部に高圧で１５０℃の水を流速５ｍ／
秒で５００時間衝突させた後、試験片の腐食減電量を測
定して、評価した。

比較鋼は、従来鋼と比較して耐エロージヨン性は低下し
ているが、Ｃｕ及びＮｉを複合添加した本発明鋼は、従
来鋼よりすぐれた耐エロージヨン性を有している。これ
は、Ｃｕ及びＮｉの複合添加によって、鋼の耐食性自体
が向上していること、また、焼入れ性向上により全体の
硬度が上昇していること、並びに低Ｃ化により、炭化物
の析出が少なく、結晶粒界及び粒内の強度差が小さいた
めに、局部的な腐食が起こり難くなっていることによる
。

第２図に本発明によるＣ　ｒ　−Ｍ　ｏ鋼１及び従来の
Ｃｒ−Ｍｏ鋼の高温クリープ破断強度を示す。

横軸（Ｐ）はＬａｒｓｏｎ−Ｍｉ　１ｌｅｒパラメータ
を示し、Ｔは試験温度（Ｋ）　、ｔは破断時間（ｈ）で
ある。

本発明鋼の破断強度は、従来鋼のそれと比較して同等以
上である。これは、本発明鋼によれば、クリープ温度域
において、ボイド発生の核となる結晶粒界上の炭化物の
析出が少ないうえに、粒界と粒内の強度差が小さいため
、粒界に歪の集中が起こり難いことによるものである。

次に、第１表に示す化学成分を有する本発明鋼Ａ−Ｇ及
び比較鋼Ｈ−Ｋからなる鋼板の熱処理条件１．その機械
的特性及び溶接性をそれぞれ示す。

本発明鋼は、比較鋼に比べてＣ量を大幅に低減している
ために、ＰＣＭが０．２７％以下であって、比較鋼より
低い。そのために、本発明鋼の斜めＹ形溶接割れ試験に
おけるルート割れ防止予熱温度は、比較鋼の場合、１０
０℃以上であるのに対して、本発明鋼によれば１００℃
以下である。また、同時に、本発明鋼の０℃における吸
収エネルギーｖＥｏは、比較鋼が１０．Ｏｋｇｆ−ｍで
あるのに対して、本発明鋼によれば、ｌ０．Ｏｋｇｆ−
ｍ以上である。更に、破面遷移温度ｖＴｒｓも、比較鋼
はＯに ℃以上であるが、本発明鋼によれば０℃以下である。こ
のように、本発明鋼は、耐溶接割れ性、耐エロージヨン
性及び耐クリープ特性にすぐれ且つ、高強度高靭性を有
している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明鋼、比較鋼及び従来鋼の耐エロージヨン
性を示すグラフ、第２図は本発明鋼及び従来鋼のクリー
プ破断強度を示すグラフである。３Ｃ第１図手続補正書（自発）昭和５９年１１月２４日

Claims

【特許請求の範囲】

（１）重量％でＣ０．０３〜０．１０％、Ｓｉ０．０５〜１．００％、Ｍｎ０．３０〜０．９５％、Ｐ０．０２０％以下、Ｓ０．０１５％以下、Ｃｕ０．０５〜０．５０％、Ｎｉ０．０５〜０．５０％、Ｃｒ０．４０〜１．７５％、Ｍｏ０．２０〜０．７５％、Ｂ０．０００３〜０．００２０％、ｓｏｌＡｌ０．００５〜０．１００％、Ｎ０．００５％以下、残部鉄及び不可避的不純物よりなり、Ｐ＿Ｃ＿Ｍ＝Ｃ＋（Ｓｉ）／（３０）＋（Ｍｎ＋Ｃｕ＋
Ｃｒ）／（２０）＋（Ｎｉ）／（６０）で定義されるＰ
＿Ｃ＿Ｍが０．２７％以下であり、且つ、その主要組織
がベイナイトであることを特徴とする耐溶接割れ性、耐
エロージョン性及び耐クリープ特性にすぐれる高強度高
靭性焼ならし焼戻し型低炭素Ｃｒ−Ｍｏ鋼板。
（２）重量％で（ａ）Ｃ０．０３〜０．１０％、Ｓｉ０．０５〜１．００％、Ｍｎ０．３０〜０．９５％、Ｐ０．０２０％以下、Ｓ０．０１５％以下、Ｃｕ０．０５〜０．５０％、Ｎｉ０．０５〜０．５０％、Ｃｒ０．４０〜１．７５％、Ｍｏ０．２０〜０．７５％、Ｂ０．０００３〜０．００２０％、ｓｏｌＡｌ０．００５〜０．１００％、Ｎ０．００５％であり、且つ、（ｂ）Ｎｂ０．００５〜０．０７％、Ｖ０．００５〜０．０７％、及びＣａ０．０００５〜０．００７０％よりなる群から選ばれる少なくとも１種以上、及び残部
鉄及び不可避的不純物よりなり、Ｐ＿Ｃ＿Ｍ＝Ｃ＋（Ｓｉ）／（３０）＋（Ｍｎ＋Ｃｕ＋
Ｃｒ）／（２０）＋（Ｎｉ）／（６０）＋（Ｍｏ）／（
１５）＋（Ｖ）／（１０）＋５Ｂ（％）で定義されるＰ
＿Ｃ＿Ｍが０．２７％以下であり、且つ、その主要組織
がベイナイトであることを特徴とする耐溶接割れ性、耐
エロージョン性及び耐クリープ特性にすぐれる高強度高
靭性焼ならし焼戻し型低炭素Ｃｒ−Ｍｏ鋼板。