JP3355711B2

JP3355711B2 - High Cr ferritic heat resistant steel with excellent high temperature strength and toughness

Info

Publication number: JP3355711B2
Application number: JP20597393A
Authority: JP
Inventors: 秀樹高部; 義淳椹木
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1993-08-20
Filing date: 1993-08-20
Publication date: 2002-12-09
Anticipated expiration: 2017-12-09
Also published as: JPH0762497A

Description

DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、ボイラ、化学工業等
の分野で高温での耐熱、耐圧部材として使用するのに好
適な、クリープ破断強度が高く、クリープ破断延性（伸
び、絞り）に優れた高Crフェライト系耐熱鋼に関する。The present invention has a high creep rupture strength and excellent creep rupture ductility (elongation, drawing) suitable for use as a heat-resistant and pressure-resistant member at high temperatures in the fields of boilers, the chemical industry and the like. High heat resistance ferritic steel.

【０００２】[0002]

【従来の技術】ボイラ、化学工業用の熱交換器管や耐
熱、耐圧配管などに使用される耐熱鋼は、高温強度、耐
食・耐酸化性、靱性とともに加工性、溶接性に優れ、さ
らに安価で経済性にも優れていることが要求される。2. Description of the Related Art Heat-resistant steel used for heat exchanger tubes and heat-resistant and pressure-resistant piping for boilers and chemical industries has excellent workability and weldability as well as high-temperature strength, corrosion and oxidation resistance and toughness, and is inexpensive. It is also required to be economical.

【０００３】従来、上記の用途に用いられる材料として
は、オーステナイトステンレス鋼、２・1/4 Cr−１Mo鋼
などの低合金鋼、９〜12Cr系の高Crフェライト鋼があ
る。高Crフェライト鋼は低合金鋼に比べ、 500〜650 ℃
での強度、耐食・耐酸化性に優れている。またオーステ
ナイトステンレス鋼と比較すると、熱膨張係数が小さい
ことから耐熱疲労特性に優れているとともに、応力腐食
割れを起こさず、さらに安価であるという利点を有して
いる。Conventionally, materials used for the above-mentioned applications include low alloy steels such as austenitic stainless steel, 2、２ Cr-1Mo steel, and high Cr ferritic steels of 9-12Cr series. High Cr ferritic steel is 500-650 ° C compared to low alloy steel
Excellent in strength, corrosion resistance and oxidation resistance. Compared with austenitic stainless steel, it has excellent thermal fatigue resistance due to its small coefficient of thermal expansion, does not cause stress corrosion cracking, and has the advantage of being inexpensive.

【０００４】高Crフェライト鋼の既存鋼としては、９Cr
−１Mo鋼 (JIS STBA26) 、改良９Cr−１Mo鋼(ASTM SA21
3 T91)および12Cr−１Mo鋼(DIN X20CrMoＶ121)などがあ
る。[0004] As an existing high Cr ferritic steel, 9Cr
-1Mo steel (JIS STBA26), modified 9Cr-1Mo steel (ASTM SA21
3T91) and 12Cr-1Mo steel (DIN X20CrMoV121).

【０００５】本発明者らの一人は、特開平２−232345号
公報、同３−97832 号公報および同５−17850 号公報
において、600 ℃以上での高温耐酸化性を高めるなどの
目的で、上記９〜12％Cr鋼にCuを添加した鋼を示した。
また、CoとCuを添加した鋼としては、特公昭46−6701号
公報、同57−23745 号公報および特開平２−294452号公
報に示される鋼がある。One of the present inventors is disclosed in JP-A-2-232345, JP-A-3-97832 and JP-A-5-17850.
In the above, a steel obtained by adding Cu to the above 9 to 12% Cr steel for the purpose of enhancing the high-temperature oxidation resistance at 600 ° C. or more is shown.
Further, as steels to which Co and Cu are added, there are steels disclosed in JP-B-46-6701, JP-B-57-23745 and JP-A-2-294452.

【０００６】しかし現在は、これらよりもさらに高温強
度に優れた高Crフェライト系鋼管材料が望まれている。However, at present, there is a demand for a high Cr ferritic steel pipe material having a higher high-temperature strength than these.

【０００７】[0007]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
の従来鋼の高温強度と常温靱性を改良し、耐熱、耐圧配
管などの材料として用いるのに好適な高Crフェライト系
耐熱鋼を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a high Cr ferritic heat-resistant steel which improves the high-temperature strength and room-temperature toughness of the above-mentioned conventional steel and is suitable for use as a material for heat-resistant and pressure-resistant piping. Is to do.

【０００８】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は次の高温
強度と靱性の優れた高Crフェライト系耐熱鋼にある。SUMMARY OF THE INVENTION The gist of the present invention is a high Cr ferritic heat resistant steel having the following excellent high temperature strength and toughness.

【０００９】質量％で、Ｃ：0.02〜0.15％、Si:0.7％以
下、Mn:0.1〜1.5 ％、Cr：８〜16％、Ni:0.1〜1.5 ％、
Ｖ:0.1〜0.3 ％、Nb：0.01〜0.2 ％、Ｂ:0.001〜0.02
％、Al:0.001〜0.05％、Ｎ：0.01〜0.1 ％、Cu:0.2〜3.
0 ％およびCo:1.0〜10.0％ならびにMo：0.01〜1.2 ％お
よびＷ:0.8〜3.5 ％の１種または２種、さらにTa:1.0〜
3.0 ％およびTi:0.2〜3.0 ％の１種または２種を含有
し、残部が鉄および不可避的不純物からなり、不純物中
のＰが0.025 ％以下、Ｓが0.015 ％以下、Ｏ（酸素）が
0.005 ％以下である高温強度と靱性の優れた高Crフェラ
イト系耐熱鋼。In mass%, C: 0.02 to 0.15%, Si: 0.7% or less, Mn: 0.1 to 1.5%, Cr: 8 to 16%, Ni: 0.1 to 1.5%,
V: 0.1-0.3%, Nb: 0.01-0.2%, B: 0.001-0.02
%, Al: 0.001 to 0.05%, N: 0.01 to 0.1%, Cu: 0.2 to 3.
0% and Co: 1.0 to 10.0% and one or two of Mo: 0.01 to 1.2% and W: 0.8 to 3.5%, and Ta: 1.0 to 1.0%
One or two of 3.0% and Ti: 0.2-3.0%, the balance consisting of iron and unavoidable impurities, P in the impurities is 0.025% or less, S is 0.015% or less, and O (oxygen) is
High Cr ferritic heat-resistant steel with excellent high-temperature strength and toughness of 0.005% or less.

【００１０】本発明者らは、まず、TaとTiを従来の添加
量よりも多めに添加し、金属間化合物（Fe₂Ta 、Fe₂Ti)
を析出させると、高Crフェライト鋼のクリープ破断強度
を向上させることができることを見いだした。さらに、
これらの元素とCo、Cuを適正な範囲で複合添加すれば、
上記の金属間化合物の凝集粗大化にともなう常温靱性の
低下が改善されることも新たに知見した。[0010] The present inventors first added Ta and Ti in a larger amount than in the conventional case, and added intermetallic compounds (Fe ₂ Ta, Fe ₂ Ti).
It has been found that the precipitation of Cr can improve the creep rupture strength of high Cr ferritic steel. further,
If these elements and Co and Cu are added in a proper range,
It has also been newly found that the decrease in the room temperature toughness caused by the coarsening of the intermetallic compound is improved.

【００１１】[0011]

【作用】以下に、本発明鋼の各成分の作用と、含有量を
前記のように限定した理由を説明する。「％」は質量％
を意味する。The function of each component of the steel of the present invention and the reason for limiting the content as described above will be described below. "%" Is mass%
Means

【００１２】Ｃ：0.02〜0.15％Ｃは、Cr、Fe、Mo、Ｗ、ＶおよびNbと結合して炭化物を
形成し、高温強度に寄与するとともに、それ自身がオー
ステナイト安定化元素として組織を安定化する。Ｃ含有
量が0.02％未満では炭化物の析出が不十分で、かつδ−
フェライト量が多くなり、強度と靱性を損なう。一方、
0.15％を超えると炭化物の過剰析出により、鋼が著しく
硬化して溶接性、加工性が低下する。したがって、Ｃ含
有量の範囲は0.02〜0.15％とした。C: 0.02 to 0.15% C combines with Cr, Fe, Mo, W, V and Nb to form carbides and contributes to high-temperature strength, and itself stabilizes the structure as an austenite stabilizing element. Become If the C content is less than 0.02%, the precipitation of carbides is insufficient and δ-
The amount of ferrite increases and the strength and toughness are impaired. on the other hand,
If the content exceeds 0.15%, excessive precipitation of carbides causes the steel to harden significantly, resulting in reduced weldability and workability. Therefore, the range of the C content is set to 0.02 to 0.15%.

【００１３】Si： 0.7％以下 Siは脱酸剤として働き、また鋼の耐水蒸気酸化特性を高
める元素であるが、その含有量が 0.7％を超えると靱性
が著しく低下し、クリープ強度に対しても有害である。
特に厚肉材料では、長時間加熱による脆化を避けるため
にも、Si含有量は低く抑える方が望ましい。よって、Si
含有量は 0.7％以下とした。Si: 0.7% or less Si acts as a deoxidizing agent and is an element that enhances the steam oxidation resistance of steel. However, if its content exceeds 0.7%, the toughness is significantly reduced, and the creep strength is reduced. Are also harmful.
In particular, in the case of a thick material, it is desirable to keep the Si content low in order to avoid embrittlement due to long-time heating. Therefore, Si
The content was set to 0.7% or less.

【００１４】Mn： 0.1〜1.5 ％ Mnは鋼の熱間加工性を改善し、かつ組織の安定化にも有
効な元素である。Mn含有量が0.1 ％未満ではこれらの効
果が十分に得られず、一方、1.5 ％を超えると鋼を硬化
させ、加工性、溶接性を損なう。よって、Mn含有量の範
囲は 0.1〜１．５％とした。Mn: 0.1-1.5% Mn is an element that improves the hot workability of steel and is also effective in stabilizing the structure. If the Mn content is less than 0.1%, these effects cannot be sufficiently obtained, while if it exceeds 1.5%, the steel is hardened and workability and weldability are impaired. Therefore, the range of the Mn content is set to 0.1 to 1.5%.

【００１５】Ｃｒ：８〜16％ Crは鋼の耐酸化性、高温耐食性を確保するために不可欠
な元素である。Cr含有量が８％未満では、高Cr鋼として
の十分な耐酸化性、高温耐食性が得られない。Cr: 8 to 16% Cr is an indispensable element for securing the oxidation resistance and high-temperature corrosion resistance of steel. If the Cr content is less than 8%, sufficient oxidation resistance and high-temperature corrosion resistance as a high Cr steel cannot be obtained.

【００１６】一方、16％を超えるとδ−フェライト量の
増加により、強度、加工性、靱性が損なわれる。したが
って、Cr含有量の範囲は８〜16％とした。On the other hand, if it exceeds 16%, the strength, workability and toughness are impaired due to an increase in the amount of δ-ferrite. Therefore, the range of the Cr content is set to 8 to 16%.

【００１７】Ni： 0.1〜1.5 ％、 Niはカッパーチェッキングを防止する作用を有し、さら
に、オーステナイト安定化元素としてδ−フェライトの
生成を抑制し、マルテンサイト組織を安定にする。これ
らの効果は、Ni含有量が0.1 ％未満では得られない。一
方、1.5 ％を超えると鋼のＡc₁変態点を著しく低下さ
せ、十分な焼戻処理ができなくなるばかりでなく、粗大
な炭化物の析出を招き、クリープ強度を低下させる。こ
れらの点を考慮してNi含有量の範囲は 0.1〜1.5 ％とし
た。Ni: 0.1-1.5%, Ni has the effect of preventing copper checking, and further suppresses the formation of δ-ferrite as an austenite stabilizing element, thereby stabilizing the martensitic structure. These effects cannot be obtained if the Ni content is less than 0.1%. On the other hand, if it exceeds 1.5%, the Ac ₁ transformation point of the steel is remarkably lowered, and not only a sufficient tempering treatment cannot be performed, but also coarse carbides are precipitated and the creep strength is lowered. In consideration of these points, the range of the Ni content is set to 0.1 to 1.5%.

【００１８】Ｖ： 0.1〜0.3 ％Ｖは、ＣおよびＮと結合してＶ (Ｃ、Ｎ) の微細析出物
を形成し、高温、長時間側のクリープ強度の向上に寄与
する。Ｖ含有量が 0.1％未満ではこれらの効果が十分に
得られず、一方、 0.3％を超えると固溶Ｖ量が増加し、
かえって強度を損なう。よって、Ｖ含有量の範囲は 0.1
〜0.3 ％とした。V: 0.1-0.3% V combines with C and N to form a fine precipitate of V (C, N), and contributes to the improvement in creep strength at high temperatures and for a long time. If the V content is less than 0.1%, these effects cannot be sufficiently obtained. On the other hand, if the V content exceeds 0.3%, the amount of dissolved V increases,
On the contrary, the strength is impaired. Therefore, the range of V content is 0.1
~ 0.3%.

【００１９】Nb：0.01〜0.2 ％ NbはＶと同様に、ＣおよびＮと結合して Nb(Ｃ、Ｎ）の
微細析出物を形成し、クリープ強度の向上に寄与する。
さらに結晶粒を微細化し、靱性の改善にも有効である。
Nb含有量が0.01％未満では上記の効果は得られず、一
方、0.2 ％を超えると焼ならし処理で未固溶のNbＣが増
加し、強度、延性さらに溶接性をも損なう。よって、Nb
含有量の範囲は0.01〜0.2 ％とした。Nb: 0.01 to 0.2% Nb, like V, combines with C and N to form fine precipitates of Nb (C, N) and contributes to improvement in creep strength.
Further, it is effective for refining crystal grains and improving toughness.
If the Nb content is less than 0.01%, the above effects cannot be obtained. On the other hand, if the Nb content exceeds 0.2%, undissolved NbC is increased by normalizing treatment, and the strength, ductility and weldability are impaired. Therefore, Nb
The content range was 0.01 to 0.2%.

【００２０】Ｂ： 0.001〜0.02％微量添加により焼入性の改善効果を有する。さらに粒界
に炭化物を均一に分散させて粒界を強化することによ
り、高温で長時間、安定した鋼の強度を得るのに有効で
ある。Ｂ含有量が0.001 ％未満ではその効果は小さく、
一方、0.02％を超えると加工性、溶接性を損なう。よっ
て、Ｂ含有量の範囲は 0.001〜0.02％とした。B: 0.001 to 0.02% Addition of a trace amount has an effect of improving hardenability. Further, by uniformly dispersing carbides at the grain boundaries to strengthen the grain boundaries, it is effective to obtain stable steel strength at high temperature for a long time. If the B content is less than 0.001%, the effect is small,
On the other hand, if it exceeds 0.02%, workability and weldability are impaired. Therefore, the range of the B content is set to 0.001 to 0.02%.

【００２１】Al： 0.001〜0.05％脱酸剤として添加されるが、その効果は 0.001％未満で
は得られない。一方、0.05％を超える場合にはクリープ
強度を損なう。よって、Al含有量の範囲は 0.001〜0.05
％とした。Al: 0.001-0.05% Al is added as a deoxidizing agent, but its effect cannot be obtained at less than 0.001%. On the other hand, if it exceeds 0.05%, the creep strength is impaired. Therefore, the range of the Al content is 0.001 to 0.05
%.

【００２２】Ｎ：0.01〜0.1 ％Ｎは上記のように、ＶおよびNbと結合して炭窒化物を形
成し、クリープ強度の向上に寄与するが、Ｎ含有量が
0.01 ％未満ではその効果がない。一方、 0.1％を超え
ると著しくクリープ延性、溶接性、加工性を損なう。し
たがって、Ｎ含有量の範囲は0.01〜0.1 ％とした。N: 0.01 to 0.1% As described above, N combines with V and Nb to form a carbonitride and contributes to an improvement in creep strength.
Less than 0.01% has no effect. On the other hand, if it exceeds 0.1%, creep ductility, weldability and workability are significantly impaired. Therefore, the range of the N content is set to 0.01 to 0.1%.

【００２３】Cu： 0.2〜3.0 ％ Cuは本発明鋼の特徴的な成分の一つであり、Coと適正な
範囲で複合添加することにより、金属間化合物（Fe₂Ta
、Fe₂Ti)の凝集粗大化を抑制し、靱性を改善する。さ
らに、溶接部の軟化層形成を抑制し、溶接継手部のクリ
ープ強度を改善する効果がある。Cu含有量が0.2 ％未満
ではこれらの効果が得られない。一方、3.0 ％を超える
とクリープ中に粒界に析出して延性の低下を大きくす
る。よって、Cu含有量の範囲は 0.2〜3.0 ％とした。Cu: 0.2-3.0% Cu is one of the characteristic components of the steel of the present invention, and can be mixed with Co in an appropriate range to form an intermetallic compound (Fe ₂ Ta).
, Fe ₂ Ti) to suppress coagulation and coarsening and improve toughness. Further, it has the effect of suppressing the formation of a softened layer in the welded portion and improving the creep strength of the welded joint. If the Cu content is less than 0.2%, these effects cannot be obtained. On the other hand, if it exceeds 3.0%, it precipitates at the grain boundaries during creep and causes a large decrease in ductility. Therefore, the range of the Cu content is set to 0.2 to 3.0%.

【００２４】Co： 1.0〜10.0％ Coも本発明鋼の特徴的な成分の一つであり、Cuと適正な
範囲で複合添加することにより、金属間化合物（Fe₂Ta
、Fe₂Ti)の凝集粗大化を抑制し、靱性を改善する。さ
らに、クリープ中にCuの拡散を抑え、クリープ延性低下
を抑制する。また、Ｃと結合して微細析出物を形成する
こと、およびNiに比べＡc₁変態点を下げにくいため高温
焼戻しが可能となることにより、クリープ強度の向上に
寄与する。Co: 1.0 to 10.0% Co is also one of the characteristic components of the steel of the present invention, and can be mixed with Cu in an appropriate range to form an intermetallic compound (Fe ₂ Ta).
, Fe ₂ Ti) to suppress coagulation and coarsening and improve toughness. Further, it suppresses the diffusion of Cu during creep and suppresses the decrease in creep ductility. In addition, it contributes to the improvement of creep strength by forming fine precipitates by combining with C and making it possible to perform high-temperature tempering because it is difficult to lower the Ac ₁ transformation point as compared with Ni.

【００２５】これらの効果は、Co含有量が1.0 ％未満で
は得られない。一方、10.0％を超えると炭化物が粗大化
し、かえってクリープ強度が低下する。したがって、Co
含有量の範囲は 1.0〜10.0％とした。These effects cannot be obtained if the Co content is less than 1.0%. On the other hand, if it exceeds 10.0%, the carbides become coarse, and the creep strength is rather reduced. Therefore, Co
The range of the content was 1.0 to 10.0%.

【００２６】本発明の鋼には、さらにMoとＷの１種また
は２種を含有させる。The steel of the present invention further contains one or two of Mo and W.

【００２７】Mo：0.01〜1.2 ％ Moは固溶強化および微細炭化物の析出による強化元素と
して、クリープ強度の向上に有効である。Mo含有量が0.
01％未満ではこの効果は得られない。一方、1.2 ％を超
えるとδ−フェライトを多量に生成するとともに、鋼が
硬化して靱性、延性、加工性を損なう。よって、Mo含有
量の範囲は0.01〜1.2 ％とした。Mo: 0.01 to 1.2% Mo is an effective strengthening element for solid solution strengthening and precipitation of fine carbides, and is effective in improving creep strength. Mo content is 0.
If it is less than 01%, this effect cannot be obtained. On the other hand, when the content exceeds 1.2%, a large amount of δ-ferrite is generated, and the steel is hardened to deteriorate toughness, ductility and workability. Therefore, the range of the Mo content is set to 0.01 to 1.2%.

【００２８】Ｗ： 0.8〜3.5 ％ Moと同様に、固溶強化および微細炭窒化物の析出による
強化元素として、クリープ強度の向上に有効である。し
かし、Ｗ含有量が3.5 ％を超えるとδ−フェライトを生
成するため、靱性の低下が著しくなる。一方、0.8 ％未
満では上記の効果が得られない。よって、Ｗ含有量の適
正な範囲は 0.8〜3.5 ％とした。W: 0.8-3.5% Like Mo, it is effective as a strengthening element by solid solution strengthening and precipitation of fine carbonitride to improve creep strength. However, when the W content exceeds 3.5%, δ-ferrite is generated, and the toughness is significantly reduced. On the other hand, if it is less than 0.8%, the above effects cannot be obtained. Therefore, the appropriate range of the W content is set to 0.8 to 3.5%.

【００２９】MoとＷは、複合して含有させると一層上記
の効果を発揮する。When Mo and W are contained in combination, the above effects are further exhibited.

【００３０】本発明の鋼には、さらにTaとTiの１種また
は２種を含有させる。The steel of the present invention further contains one or two of Ta and Ti.

【００３１】Ta： 1.0〜3.0 ％ Taは本発明鋼の特徴的な成分の一つであり、炭窒化物の
析出による強化元素として作用するのに加え、積極的に
含有させることで、金属間化合物を微細に析出させ、ク
リープ強度の向上に寄与する。このような効果はTa含有
量が1.0 ％未満では得られない。一方、3.0 ％を超える
と、Cu、Coと複合で含有させても、金属間化合物を粗大
化させ、靱性を低下させる。よって、Ta含有量の範囲は
1.0〜3.0 ％とした。Ta: 1.0 to 3.0% Ta is one of the characteristic components of the steel of the present invention. In addition to acting as a strengthening element due to the precipitation of carbonitride, Ta is positively contained so that intermetallic Precipitates the compound finely and contributes to improvement in creep strength. Such an effect cannot be obtained if the Ta content is less than 1.0%. On the other hand, if it exceeds 3.0%, the intermetallic compound is coarsened and the toughness is reduced even if it is contained in a complex with Cu and Co. Therefore, the range of Ta content is
1.0 to 3.0%.

【００３２】Ti： 0.2〜3.0 ％ Tiも本発明鋼の特徴的な成分の一つであり、Taと同様に
炭窒化物の析出による強化元素として作用するのに加
え、積極的に含有させることで、金属間化合物を微細に
析出させ、クリープ強度の向上に寄与する。このような
効果はTi含有量が0.2 ％未満では得られない。一方、3.
0 ％を超えると、Cu、Coと複合で含有させても、金属間
化合物を粗大化させ、靱性を低下させる。よって、Ti含
有量の範囲は 0.2〜3.0 ％とした。Ti: 0.2-3.0% Ti is also one of the characteristic components of the steel of the present invention. Like Ti, in addition to acting as a strengthening element by precipitation of carbonitride, it must be positively contained. In this way, the intermetallic compound is finely precipitated, which contributes to improvement in creep strength. Such effects cannot be obtained if the Ti content is less than 0.2%. Meanwhile, 3.
If it exceeds 0%, the intermetallic compound is coarsened and the toughness is reduced even if it is contained in a composite with Cu and Co. Therefore, the range of the Ti content is set to 0.2 to 3.0%.

【００３３】TaとTiも、複合して含有させると一層上記
の効果を発揮する。When Ta and Ti are also contained in combination, the above effects are further exhibited.

【００３４】Ｐ、ＳおよびＯは有害な不純物であり、で
きるだけ低く抑えるのが望ましい。P, S and O are harmful impurities, and it is desirable to keep them as low as possible.

【００３５】Ｐ：0.025 ％以下Ｐは0.025 ％以下の含有量に抑えることにより、靱性、
加工性および溶接性を改善することができる。P: not more than 0.025% By controlling the content of P to not more than 0.025%, toughness,
Workability and weldability can be improved.

【００３６】Ｓ：0.015 ％以下Ｓも0.015 ％以下の含有量に抑えることにより、靱性、
加工性および溶接性を改善することができる。S: 0.015% or less S is also controlled to a content of 0.015% or less to improve toughness and
Workability and weldability can be improved.

【００３７】Ｏ：0.005 ％以下Ｏも0.005 ％以下の含有量に抑えることにより、靱性、
加工性および溶接性を改善することができる。O: 0.005% or less O is suppressed to a content of 0.005% or less, so that toughness and
Workability and weldability can be improved.

【００３８】[0038]

【実施例】150kg 真空溶解炉で溶解して得られた、表１
(1) 、表１(2) および表１(3) に示す化学組成の鋼のイ
ンゴットを、1150〜950 ℃で鍛造して厚さ15mmの板とし
た。符号１〜36が本発明例、符号Ａ〜Ｕが比較例であ
る。比較例Ａ〜ＭはTaまたは／およびTiが本発明で定め
る範囲外の鋼、比較例Ｎ〜ＵはNb、Taまたは／およびT
i、ならびにCo、Cuの各含有量は本発明で定める範囲内
であるが、CoとCuとが複合添加されていない鋼である。[Example] Table 1 obtained by melting in a 150 kg vacuum melting furnace.
(1) A steel ingot having the chemical composition shown in Tables 1 (2) and 1 (3) was forged at 1150 to 950 ° C to obtain a 15 mm thick plate. Reference numerals 1 to 36 are examples of the present invention, and reference numerals A to U are comparative examples. Comparative Examples A to M are steels in which Ta or / and Ti are out of the range defined in the present invention, and Comparative Examples NU are Nb, Ta and / or T
i, and each content of Co and Cu is within the range specified in the present invention, but is a steel in which Co and Cu are not added in a complex manner.

【００３９】[0039]

【表１（１）】 [Table 1 (1)]

【００４０】[0040]

【表１（２）】 [Table 1 (2)]

【００４１】[0041]

【表１（３）】 [Table 1 (3)]

【００４２】上記の鋼板に1050℃で１時間保持して空冷
する焼ならし処理の後、 750〜830℃で３時間保持する
焼戻処理を施した。After the above steel sheet was subjected to a normalizing treatment in which it was kept at 1050 ° C. for 1 hour and air-cooled, a tempering treatment was carried out in which it was kept at 750 to 830 ° C. for 3 hours.

【００４３】評価は、クリープ破断試験とシャルピー衝
撃試験によった。クリープ破断試験は、上記の熱処理後
の鋼板から削りだした引張試験片（φ６mm×GL30mm )を
用いて、 600℃、22kgf/mm²の条件で最長15000 時間の
試験を行い、クリープ破断強度（時間）を比較する方法
によった。シャルピー衝撃試験は、同じく厚さ10mm×幅
10mm×長さ55mmの２mmＶノッチ試験片を用いて、０℃で
行った。これらの試験結果を表２(1) 、表２(2) および
表２(3) に示す。The evaluation was based on a creep rupture test and a Charpy impact test. Creep rupture test, using a tensile test piece cut out from the steel sheet after the above heat-treated (φ6mm × GL30mm), 600 ℃ , were tested for up 15000 hours under the conditions of 22 kgf / mm ^2, the creep rupture strength (Time ). Charpy impact test is also 10mm thick x width
The test was performed at 0 ° C. using a 2 mm V notch test piece of 10 mm × 55 mm length. The test results are shown in Tables 2 (1), 2 (2) and 2 (3).

【００４４】[0044]

【表２（１）】 [Table 2 (1)]

【００４５】[0045]

【表２（２）】 [Table 2 (2)]

【００４６】[0046]

【表２（３）】 [Table 2 (3)]

【００４７】表２(1) および表２(2) に示すとおり、本
発明例鋼では、Co、CuならびにTaまたは／およびTiの各
含有量が適切であるために、クリープ破断時間は9000時
間以上、０℃の衝撃値も全て130 Ｊ/cm²以上と良好な値
となっている。As shown in Table 2 (1) and Table 2 (2), in the steels of the present invention, since the contents of Co, Cu, Ta and / or Ti are appropriate, the creep rupture time is 9000 hours. As described above, the impact values at 0 ° C. are all good values of 130 J / cm ² or more.

【００４８】一方、表２(3) に示すように、比較例鋼
Ａ、Ｂ、ＣおよびＧでは、TaまたはTiの含有量が本発明
で定める下限以下であり、金属間化合物が十分析出して
ないために、クリープ破断強度は本発明例鋼並みである
が、０℃での靱性が低下している。比較例鋼Ｎ〜Ｕで
は、Ta、Ti、Nb、CoおよびCuの含有量は、本発明で定め
る範囲内であるが、CoとCuが複合添加されていないため
に、CoやCuの含有量を各々単独に増加させても、金属間
化合物の凝集粗大化を十分抑制できず、０℃での靱性が
低下している。On the other hand, as shown in Table 2 (3), in the comparative steels A, B, C and G, the content of Ta or Ti is less than the lower limit defined in the present invention, and the intermetallic compound precipitates sufficiently. As a result, the creep rupture strength is comparable to that of the steel of the present invention, but the toughness at 0 ° C. is reduced. In Comparative Example Steels N to U, the contents of Ta, Ti, Nb, Co and Cu are within the range defined by the present invention, but since Co and Cu are not added in a complex manner, the contents of Co and Cu are , Alone cannot sufficiently suppress the coarsening of the intermetallic compound, and the toughness at 0 ° C. is reduced.

【００４９】図１はクリープ破断時間に及ぼすTa含有量
の影響を示す図である。図２は同じくTi含有量の影響を
示す図である。図３はシャルピー衝撃値に及ぼすCo含有
量の影響を示す図である。図４は同じくCu含有量の影響
を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing the effect of the Ta content on the creep rupture time. FIG. 2 is a diagram showing the effect of the Ti content. FIG. 3 is a diagram showing the effect of the Co content on the Charpy impact value. FIG. 4 is a diagram showing the effect of the Cu content.

【００５０】表２、図１および図２からわかるように、
TaまたはTiの含有量が低すぎるとクリープ破断強度が低
い。一方、TaまたはTiの含有量が高すぎるとクリープ破
断強度は向上するか、または適正な含有量の範囲の場合
に比べてやや低下する程度であるものの、靱性が低下す
る。図１および図２に示す、このような比較例鋼Ｄ、
Ｅ、ＨおよびＩでは、クリープ破断時間は目標値以上で
あるが、靱性が低く、実用上問題がある。As can be seen from Table 2, FIG. 1 and FIG.
If the content of Ta or Ti is too low, the creep rupture strength is low. On the other hand, if the content of Ta or Ti is too high, the creep rupture strength is improved, or the toughness is reduced, though slightly reduced as compared with the case where the content is in an appropriate range. Such a comparative steel D shown in FIGS. 1 and 2,
In the case of E, H and I, the creep rupture time is longer than the target value, but the toughness is low and there is a practical problem.

【００５１】図３および図４から明らかなように、Coと
Cuを本発明で定める範囲で複合添加した本発明例鋼で
は、シャルピー衝撃値が優れている。As is apparent from FIGS. 3 and 4, Co and
The steel according to the present invention, in which Cu is added in a combined manner within the range defined by the present invention, has an excellent Charpy impact value.

【００５２】[0052]

【発明の効果】本発明鋼は、Co、Cu、Ta、Tiを適切に含
有させることによって、長時間の高温クリープ破断強度
および靱性を向上させた高Crフェライト系耐熱鋼であ
る。ボイラ、化学工業などの分野で鋼管、板、鍛造品な
どの耐熱・耐圧部材として広く活用できるものである。The steel of the present invention is a high-Cr ferritic heat-resistant steel in which long-term high-temperature creep rupture strength and toughness are improved by appropriately containing Co, Cu, Ta, and Ti. It can be widely used as a heat-resistant and pressure-resistant member for steel pipes, plates, forged products, etc. in the fields of boilers and chemical industries.

[Brief description of the drawings]

【図１】クリープ破断時間に及ぼすTa含有量の影響を示
す図である。FIG. 1 is a diagram showing the effect of Ta content on creep rupture time.

【図２】クリープ破断時間に及ぼすTi含有量の影響を示
す図である。FIG. 2 is a diagram showing the effect of Ti content on creep rupture time.

【図３】シャルピー衝撃値に及ぼすCo含有量の影響を示
す図である。FIG. 3 is a graph showing the effect of Co content on the Charpy impact value.

【図４】シャルピー衝撃値に及ぼすCu含有量の影響を示
す図である。FIG. 4 is a diagram showing the effect of the Cu content on the Charpy impact value.

フロントページの続き (56)参考文献特開昭60−155649（ＪＰ，Ａ) 特開平２−294452（ＪＰ，Ａ) 特開平６−293940（ＪＰ，Ａ) 特開平６−10041（ＪＰ，Ａ) 特開平５−311345（ＪＰ，Ａ) 特公昭57−23745（ＪＰ，Ｂ１) 特公昭46−6701（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C22C 38/00 - 38/60 Continuation of the front page (56) References JP-A-60-155649 (JP, A) JP-A-2-294452 (JP, A) JP-A-6-293940 (JP, A) JP-A-6-10041 (JP) JP-A-5-311345 (JP, A) JP-B-57-23745 (JP, B1) JP-B-46-6701 (JP, B1) (58) Fields investigated (Int. Cl. ⁷ , DB Name) C22C 38/00-38/60

Claims

(57) [Claims]

(1) In mass%, C: 0.02 to 0.15%, Si: 0.7% or less, Mn: 0.1 to 1.5%, Cr: 8 to 16%, Ni: 0.1 to 1.5%,
V: 0.1-0.3%, Nb: 0.01-0.2%, B: 0.001-0.02
%, Al: 0.001 to 0.05%, N: 0.01 to 0.1%, Cu: 0.2 to 3.
0% and Co: 1.0 to 10.0% and one or two of Mo: 0.01 to 1.2% and W: 0.8 to 3.5%, and Ta: 1.0 to 1.0%
One or two of 3.0% and Ti: 0.2-3.0%, the balance consisting of iron and unavoidable impurities, P in the impurities is 0.025% or less, S is 0.015% or less, and O (oxygen) is
High Cr ferritic heat-resistant steel with excellent high-temperature strength and toughness of 0.005% or less.