JPS61186453A - すぐれた耐溶接割れ性、耐エロ−ジヨン性及び耐クリ−プ特性を有する高強度高靭性焼ならし型低炭素ボイラ・圧力容器用鋼板 - Google Patents

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】 （産業上の利用分野） 本発明は、ボイラ・圧力容器用低炭素鋼板に関し、詳し
くは、焼ならし後の組織におけるベイナイトの割合が２
０〜８５％であって、すぐれた耐溶接割れ性、耐エロー
ジヨン性及び耐クリープ特性を有する高強度高靭性焼な
らし型低炭素ボイラ・圧力容器用鋼板に関する。

（従来の技術） 従来より、発電プラントや化学プラント等におけるボイ
ラ・圧力容器用構造材料として、ＪＩＳ　５Ｒ４９（Ａ
ＳＴＭ　Ａ３１５　Ｇｒ、７０）やＪＩＳ　ＳＧＶ　４
９　（ＡＳＴＭ＾５１６Ｇｒ、　７０）等の圧延鋼材が
用いられている。これらの圧延鋼材はフェライト・パー
ライト組織を有し、その室温及び約３００〜４００℃の
高温での強度を確保するために、Ｃ量を０．２０〜０．
３Ｑ％と比較的多量に添加して、パーライトの割合を高
めている。しかし、このように、Ｃ量を高めた圧延鋼材
においては、溶接割れ感受性組成ＰｅＭ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、１
５０〜３５０℃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。

他方において、低温割れ感受性を低めて溶接性を改善す
るためには、ＰＣＮ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
、Ｃ量を低減すれば、強度の低下、耐エロージヨン性の
低下、高温クリープ強度の低下等の問題を生じる。

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、焼ならし鋼或いは
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、焼ならし鋼或いは焼ならし焼戻し
鋼にも微量のＢを添加して、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。

最近になって、ボイラ・圧力容器用鋼板の分野において
も、低炭素鋼にＢを添加することによって、すぐれた耐
溶接割れ性と高強度とを兼ね備えさせ得ることが報告さ
れているが、このようにして得られる鋼板は、焼ならし
ままでの靭性が低く、ボイラや圧力容器の製造時の冷間
曲げ加工等において脆性破壊の発生が懸念されるので、
従来、加工に際しでは熱間曲げ加工を行なうか、又は冷
間曲げ加工前に焼戻しを行なって、靭性を回復させてい
る。

従って、この含Ｂ鋼を用いる場合も、製造期間の長期化
や製造コストの上昇が避けられない、特に、近年、冷間
加工技術の進歩に伴って、冷間曲げ加工が多用される傾
向にあるので、焼ならしままで高靭性を有するボイラ・
圧力容器用鋼板への要望が極めて高くなってきている。

（発明の目的） 本発明者らは、かかる要望に応えるべく鋭意研究した結
果、耐溶接割れ性を改善するためにＣ量を著しく低減し
たにもかかわらず、Ｂの焼入れ性向上効果を活用すると
同時に、Ｃｕ、Ｎｉ及びＣｒを複合添加することによっ
て、低炭素台゛Ｂ鋼における焼ならしままの靭性を格段
に改善し、更に、ＣＩｏ、２０〜０．３５％の従来のボ
イラ・圧力容器用鋼板と同等又はそれ以上にまで、強度
、耐エロージヨン性、耐クリープ特性を改善し得て、従
来にない新規なボイラ・圧力容器用鋼板を得ることがで
きることを見出して、本発明に至ったものである。

従って、本発明は焼ならしままですぐれた耐溶接割れ性
、耐エロージヨン性及び耐クリープ特性を有する高強度
高靭性低炭素イラ・圧力容器用鋼板を提供することを目
的としている。

（発明の構成） 本発明によるすぐれた耐溶接割れ性、耐エロージヨン性
及び耐クリープ特性を有する高強度高靭性焼ならし型低
炭素イラ・圧力容器用鋼板は、第１には、 重量％で Ｃ０．０２〜０．１２％、 ｓｉｏ、ｏｓ〜１．０％、 Ｍｎ　　０．３０〜１．５０％、 Ｃｕ　　０．０５〜０．１９％、 Ｎｉ０．０５〜０．３９％、 Ｃｒ　　０．０５〜０．４０％、 Ｍｏ０．０３〜０．４５％、 ｓｏｌ　　ＡＮ　　　０．００５〜０．１０％、Ｂ　　
　　０．０００３〜０．００２０％、Ｎ　　　０．００
５％以下、 残部鉄及び不可避的不純物よりなり、 Ｃ＋０．１７Ｍｎ≦０．３０（％） を満足すると共に、 で定義されるＰｏが０．２３％以下であり、且つ、焼な
らし後の組織におけるベイナイトの割合が２０〜８５％
であることを特徴とする。

また、本発明による第２の鋼板は、上記した化学成分に
加えて、 Ｔｉ　　０．００５〜０．０８％、 Ｎｂ　　０．００５〜０．０８％、 ｖ　　　ｏ、ｏｏｓに０．１０％及び Ｃａ　　０．０００５〜０．０１０％ よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を含有す
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。

本発明によるボイラ・圧力容器用鋼板において、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と結合しやく
、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、Ａ１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及び５ｏｌ
Ａｊｌの添加量を後述するように所定の範囲に限定する
と共に、Ｎ量を規制する。

しかし、本発明鋼板のように、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＃に
おいて、Ｂを所定量添加して、その焼入性向上効果を利
用すると共に、Ｃｕ　％　Ｎ　１及びＣｒ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、鋼の組
織を一層ペイナイト化することができ、ここに、ベイナ
イトは、フェライトと比較して、各元素の固溶限が高い
ために、結晶粒界に析出物を生じ難い性質を有している
ので、耐エローシコ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、本発明によるボイラ・圧力容器用鋼板における化
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、０．０２％以上を添加すること
が必要であるが、反面、Ｃ量の増加と共に耐溶接割れ性
及び靭性が低下するので、添加量の上限は０．１２％と
する。

３ｉは、強度の確保及び耐酸化性の向上のために有効で
あり、少なくとも０．０５％を含有させることが必要で
あるが、しかし、過多に含有させるときは、靭性が低下
するので、本発明においては、含有量の上限は１．０％
とする。

Ｍｎは、鋼の焼入れ性を高めるのに有効であり、本発明
においては、Ｐｏが０．２３％以下であり、且つ、後述
するように、Ｃ＋０．１７Ｍｎが０．３０％以下の範囲
で所定の鋼強度を確保するために、０．３０％以上を添
加することが必要である。しかし、１．５０％を越えて
過多に添加するときは、靭性及び耐溶接割れ性が低下す
るので、添加量は０゜３０％〜１．５０％の範囲とする
。

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
効果を有効区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、０．１９％を越えて過
多に添加すると、耐溶接割れ性が低下するので、Ｃｕの
添加量は０．０５〜０．１９％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。かか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。しかし、Ｎｉは高
価な元素であるので、実用的な観点から、その添加量は
０．０５〜０．３９％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ために、
少な（とも０．０５％を添加することが必要である。し
かし、過度に添加すると靭性が劣化するので、その添加
量の上限は０．４０％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ために、本発明鋼において不可
欠の元素であって、０．０３％以上の添加を必要とする
。しかし、高価な元素であるので、その添加量の上限は
、実用的な見地から０゜４５％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、
強度上昇の効果を有効に得るために、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も生じる。従って、添加量の上限
は０．００２０％とする。

５ｏｌＡｊ！は、前記したように、Ｎを固定し、また、
組織を微細化して、靭性を高める効果を有するが、その
含有量が０．００５％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ｏ、
ｏｏｓ〜０．１０％の範囲とする。

Ｎは、その含有量がｏ、ｏｏｓ％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ＰＣＭ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℃にしても割れを生じないよ
うにするため、本発明による鋼板においては、Ｐｃ１１
を０．２３％以下とする。

本発明による第２のボイラ・圧力容器用鋼板は、前記し
た元素に加えて、Ｔｉｓ　Ｎｂ５Ｖ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。

Ｔｉは、１２００℃以上の高温域までＮの固定に有効で
あるが、その添加量がｏ、　ｏ　ｏ　ｓ％よりも少ない
ときは、かかる効果に乏゛シ＜、一方、０．０８％を越
えて過多に添加するときは、靭性を著しく損なう、従っ
て、添加量は０．００５〜０．０８％の範囲とする。

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、添加量がＮｂについて０．０
８％、■について０．１０％をそれぞれ越えるときは、
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、Ｎｂについてはｏ、ｏｏｓ〜０
．０８％、■については０．００５〜０．１０％の範囲
とする。

Ｃａは、靭性を改善し、また、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０．０００
５％を添加することが必要である。しかし、０．０１０
％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〜０．０１０％
の範囲とすし、好ましくはｏ、　ｏ　ｏ　ｏ　ｓ〜０．
００７０％の範囲とする。

上記Ｔｉ、Ｎｂ５Ｖ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、第２の発明に従って、■を添加
する場合も、ＰＣＭを０．２３％以下に抑える必要があ
る。

次に、本発明鋼においては、前記したように、Ｂと共に
Ｃｕ、Ｎｉ及びＣｒを複合添加することにより、焼なら
し後の鋼組織として一層ペイナイトを有しているが、本
発明鋼は、この焼ならし後の鋼組織に占めるベイナイト
の割合が２０〜８５％の範囲にあることが必要である。

このベイナイト量が２０％よりも少ない場合は、ベイナ
イトに基づく強度上昇の効果が殆どなく、実質的にＣ量
に応じた強度しか得ることができない。一方、ベイナイ
ト量が８５％を越える場合は、焼ならしままで高強度を
得ることはできるが、靭性が非常に低い、従って、焼な
らしままにて高強度高靭性を得るには、焼ならし後の＆
ｌ１ｒａをベイナイト・フェライト又はベイナイト・フ
ェライト・パーライトとし、且つ、ベイナイトの割合を
上記範囲とする必要がある。

このように、焼ならし後の組織に占めるベイナイトの割
合を前記所定の範囲とするためには、Ｃｕ　ＳＮ　ｉ及
びＣｒの添加量を前記したように規制すると共に、焼入
れ性を高めるＣ及びＭｎ量を規制することが必要であり
、本発明においてぽ、Ｃ＋０．１７Ｍｎ（但し、元素記
号は当該元素の重量％を示す。）を０．３０％以下とす
る必要がある。

Ｃ＋０．１７Ｍｎが０９３０％を越えると、ｖＥｏが急
激に低下し、ｖＴｒｓも大幅に上昇する。後述するよう
に、Ｃ＋０．１７Ｍｎを０．３０％以下とすることによ
って、ｖＥｏを１０．０ｋｇｆ−ｍ以上、ｖＴｒｓを一
５℃以下とすることができ、従って、本発明においては
、Ｃ＋０．１７Ｍｎを０．３０％以下とする。

本発明による鋼板を製造するには、常法に従い、本発明
による化学成分を有する綱片を熱間圧延し引続いて熱処
理を行なえばよい。尚、焼ならし時に加速冷却を実施す
ることにより、本発明鋼の特性を一層改善することがで
きる。

（発明の効果） 以上のように、本発明によれば、鋼におけるＣ量を著し
く低減して、耐溶接割れ性を改善するのみならず、Ｂと
共にＣｕ　％　Ｎ　１及びＣｒを複合添加することによ
って、低炭素含Ｂ鋼における焼ならしままの靭性を格段
に改善し、か（して、従来の比較的Ｃ量の多い鋼板と同
等又はそれ以上にまで、強度、耐エロージヨン性、耐ク
リープ特性をまで改善することができ、このようにして
、従来にない新規なボイラ・圧力容器用鋼板を得ること
ができる。

（実施例） 以下に本発明の実施例を挙げる。

実施例 第１表に本発明鋼Ａ−Ｄ及び比較１ｉ１Ｅ−１の化学成
分、ＰＣＭ及びＣ＋０．１７Ｍｎを、また、第２表にこ
れらの鋼板の熱処理条件、その引張特性、衝撃特性、溶
接性及び焼ならし後の組織におけるベイナイトの割合を
それぞれ示す。

本発明鋼はいずれも、比較銅Ｂに比べてＣ量を大幅に低
減しているために、ＰＣＭが著しく低く１、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Ｅの場合、１５０℃であるのに
対して、本発明鋼によれば５０℃以下である。また、本
発明鋼では、焼ならしまま、又はＳＲ後のいずれであっ
ても、５０ｋｇｆ／ｍ＋ｗ”以上の引張強さが得られる
と同時に、衝撃特性においても、０℃における吸収エネ
ルギーｖＥｏは１０．０ｋｇ１ｍ以上である。

比較鋼Ｆ〜■は低Ｃ含Ｂｆ４である。比較鋼Ｆは、Ｃｒ
量が本発明で規定する範囲を越えて過多に添加されてい
るため、ｖＥｏが著しく低く、また、ルート割れ防止予
熱温度も本発明鋼に比べて劣る。

比較鋼Ｇ、Ｈ及び■はいずれもすぐれた耐溶接割れ性を
有するが、比較ｆｉＧは、Ｎ量が高いためにＢの焼入れ
性向上効果が十分に発揮されず、強度が著しく劣る。比
較鋼Ｈ及び■は共にＭｎ量が高く、Ｃ＋０．１７Ｍｎが
０．３０％を越え、その結果として、焼ならし後の組織
におけるベイナイト量が８５％を越えるので、高強度が
得られるものの、焼ならし後の靭性が非常に低い。

第１図にＣｕ０．００５〜０．１９％、Ｎ　ｉ　０．０
５〜０．３９％、Ｃｒ　０．０５〜０．４０％及びＢ３
〜２０　ｐｐｍを含有する板厚４０〜８０鶴の鋼板のＣ
＋０．１７Ｍｎ及び焼ならし後の組織に占めるベイナイ
トの割合と焼ならしままの衝撃特性との関係を示す。Ｃ
＋０．１７Ｍｎが０．３０％を越えるとき、ｖＥｏが急
激に低下すると共に、ｖＴｒｓも大幅に上昇することが
認められるのに対して、本発明に従って、Ｃ＋０．１７
Ｍｎを０．３０％以下とするとき、ｖＥｏは１０．Ｏｋ
ｇｆ−ｍ以上、に、ｖＴｒｓは一５℃以下である。

また、第２図に本発明鋼及び比較鋼の耐エロージヨン性
を示す。Ｂ　、、Ｃｕ　％　Ｎ　ｉ及びＣｒを含有しな
い比較鋼である高Ｃ鋼（Ｃ０，２６％）に比較して、低
Ｃ含Ｂ綱であっても、ＣｕＳＮｉ及びＣｒを含有しない
比較鋼は、耐エロージヨン性が低下してるが、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、本発明鋼においては、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
、極低Ｃ化すると共に、組織の一部をベイナイト化した
ので、結晶粒界での析出物が少なく、また、析出する炭
化物も結晶粒内に微細に生じているために、ミクロ的硬
度が均一となって、局部的な腐食が起こり難いことによ
る。更に、本発明鋼においては、Ｂ及び上記Ｃｕ、Ｎｉ
及びＣｒの複合添加による焼入れ性の向上のために、全
体として硬度が上昇していることも、耐エロージヨン性
の向上に寄与している。

尚、耐エロージヨン性試験は、それぞれ表面を研摩した
直径１０ｗｍ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
減電量を測定することにより行なった。

第３図に本発明鋼及び比較鋼の高温クリープ破断強度を
示す。横軸（Ｐ）はＬａｒｓｏｎ−Ｍｉｌｌｅｒ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、比較鋼のそれと比較
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も
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。

また、本発明鋼は、第２表に示したように、溶接施工後
に実施されるＳＲ後でも、高強度高靭性を有している。

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図は鋼板のＣ＋０．１７Ｍｎ及び焼ならし後のＵ織
におけるベイナイトの割合と焼ならしままの衝撃特性と
の関係を示すグラフ、第２図は本発明鋼及び比較鋼の耐
エロージヨン性を示すグラフ、第３図は本発明鋼及び比
較鋼の高温クリープ破断強度を示すグラフである。 第１図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％で Ｃ０．０２〜０．１２％、 Ｓｉ０．０５〜１．０％、 Ｍｎ０．３０〜１．５０％、 Ｃｕ０．０５〜０．１９％、 Ｎｉ０．０５〜０．３９％、 Ｃｒ０．０５〜０．４０％、 Ｍｏ０．０３〜０．４５％、 ｓｏｌＡｌ０．００５〜０．１０％、 Ｂ０．０００３〜０．００２０％、 Ｎ０．００５％以下、 残部鉄及び不可避的不純物よりなり、 Ｃ＋０．１７Ｍｎ≦０．３０（％） を満足すると共に、 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０．２３％以下であり、且つ
   、焼ならし後の組織におけるベイナイトの割合が２０〜
   ８５％であることを特徴とするすぐれた耐溶接割れ性、
   耐エロージヨン性及び耐クリープ特性を有する高強度高
   靭性焼ならし型低炭素ボイラ・圧力容器用鋼板。
2. （２）重量％で （ａ）Ｃ０．０２〜０．１２％、 Ｓｉ０．０５〜１．０％、 Ｍｎ０．３０〜１．５０％、 Ｃｕ０．０５〜０．１９％、 Ｎｉ０．０５〜０．３９％、 Ｃｒ０．０５〜０．４０％、 Ｍｏ０．０３〜０．４５％、 ｓｏｌＡｌ０．００５〜０．１０％、 Ｂ０．０００３〜０．００２０％、 Ｎ０．００５％以下を含有すると共に、 （ｂ）Ｔｉ０．００５〜０．０８％、 Ｎｂ０．００５〜０．０８％、 Ｖ０．００５〜０．１０％及び Ｃａ０．０００５〜０．０１０％ よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を含有し
   、 残部鉄及び不可避的不純物よりなり、 Ｃ＋０．１７Ｍｎ≦０．３０（％） を満足すると共に、 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０．２３％以下であり、且つ
   、焼ならし後の組織におけるベイナイトの割合が２０〜
   ８５％であることを特徴とするすぐれた耐溶接割れ性、
   耐エロージヨン性及び耐クリープ特性を有する高強度高
   靭性焼ならし型低炭素ボイラ・圧力容器用鋼板。