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JP2001073065A - High strength low Cr ferritic heat resistant steel with excellent temper brittleness resistance - Google Patents

High strength low Cr ferritic heat resistant steel with excellent temper brittleness resistance

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Publication number
JP2001073065A
JP2001073065A JP24420899A JP24420899A JP2001073065A JP 2001073065 A JP2001073065 A JP 2001073065A JP 24420899 A JP24420899 A JP 24420899A JP 24420899 A JP24420899 A JP 24420899A JP 2001073065 A JP2001073065 A JP 2001073065A
Authority
JP
Japan
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less
steel
bainite
resistant steel
content
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Application number
JP24420899A
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Inventor
Yoshiori Miyata
佳織 宮田
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication date
Application filed by Sumitomo Metal Industries Ltd filed Critical Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication of JP2001073065A publication Critical patent/JP2001073065A/en
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  • Heat Treatment Of Steel (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】焼戻脆化および長時間使用時のクリープ脆化が
抑制され、400℃〜625℃といった高温でのクリー
プ強度が安定して高く、既存低Cr耐熱鋼と同等以上の
良好な靱性、溶接性および耐食性を有するする低Crフ
ェライト耐熱鋼の提供。 【解決手段】重量%で、C:0.01〜0.25%、C
r:0.5〜3%、V:0.05〜0.5%、Mo:
0.05〜2.5%、N:0.01%以下、Ti:0〜
0.5%、P:0.03%以下およびS:0.015%
以下を含み、焼きならし、焼入後の組織が、下部ベイナ
イト単相組織であるか、または20体積%以上の下部ベ
イナイト組織を含み、残りがマルテンサイト組織または
上部ベイナイト組織の1方または双方を含む混合組織で
ある耐熱鋼。
(57) [Summary] [Problem] Temper embrittlement and creep embrittlement during long-term use are suppressed, and the creep strength at high temperatures of 400 ° C to 625 ° C is stable and high, equivalent to existing low Cr heat resistant steel. Provided is a low Cr ferrite heat-resistant steel having the above good toughness, weldability and corrosion resistance. SOLUTION: In weight%, C: 0.01 to 0.25%, C
r: 0.5-3%, V: 0.05-0.5%, Mo:
0.05 to 2.5%, N: 0.01% or less, Ti: 0 to 0%
0.5%, P: 0.03% or less and S: 0.015%
Including, the structure after normalization and quenching is a lower bainite single phase structure, or includes at least 20% by volume of a lower bainite structure, and the remainder is one or both of a martensite structure and an upper bainite structure. Heat resistant steel which is a mixed structure containing

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、化学工業、原子
力などの分野で使用される熱交換器や配管用鋼管、耐熱
バルブおよび接続継手などに好適な焼戻脆化および40
0℃以上の高温における長時間使用時のクリープ脆化を
抑制した低Crフェライト系耐熱鋼に関する。
The present invention relates to temper embrittlement suitable for heat exchangers and piping steel pipes, heat-resistant valves and connection joints used in the fields of the chemical industry, nuclear power and the like.
The present invention relates to a low Cr ferritic heat-resistant steel that suppresses creep embrittlement during long-term use at a high temperature of 0 ° C. or higher.

【0002】[0002]

【従来の技術】400℃以上の高温で使用される耐熱鋼
は“オーステナイト系耐熱鋼”と“フェライト系耐熱
鋼”に大別され、温度、圧力等の使用環境と経済性を考
慮してどちらかの鋼種を適宜選択して使用される。
2. Description of the Related Art Heat-resistant steels used at a high temperature of 400 ° C. or more are broadly classified into “austenitic heat-resistant steels” and “ferritic heat-resistant steels”. These steel types are appropriately selected and used.

【0003】後者のフェライト系耐熱鋼は、一般に数%
のCrを含んでおり、必要に応じてW、Mo、Niおよ
びCo等の合金元素を含有させた鋼で、組織はδ-フェ
ライト、焼戻マルテンサイトまたは焼戻ベイナイト組織
である。
[0003] The latter heat-resistant ferritic steel is generally a few%.
And alloy alloy elements such as W, Mo, Ni and Co as necessary, and the structure is δ-ferrite, tempered martensite or tempered bainite.

【0004】フェライト系耐熱鋼のなかで低Crフェラ
イト鋼は、Crを含有しているため炭素鋼に比べて耐酸
化性、高温耐食性および高温強度に優れている。また、
熱膨張係数が小さいく、靱性、溶接性および熱伝導性に
も優れている。さらに、低Cr耐熱鋼は、オーステナイ
ト系ステンレス鋼や高Crフェライト鋼に比べて安価で
るあるという利点がある。
[0004] Among the heat-resistant ferritic steels, low Cr ferritic steel is superior in oxidation resistance, high temperature corrosion resistance and high temperature strength to carbon steel because it contains Cr. Also,
It has a small coefficient of thermal expansion and is excellent in toughness, weldability and thermal conductivity. Furthermore, low Cr heat resistant steel has the advantage that it is cheaper than austenitic stainless steel and high Cr ferritic steel.

【0005】このような多くの利点を備えた低Crフェ
ライト耐熱鋼の代表例としては、JISで規格化されて
いるSTBA20(0.5Cr-0.5Mo)、STBA22(1.0C
r-0.5Mo)、STBA23(1.25Cr-0.5Mo)、STBA2
4(2.25Cr-1.0Mo)、STBA25(5.0Cr-0.5Mo)等があ
る。
As typical examples of the low Cr ferrite heat resistant steel having many advantages, STBA20 (0.5Cr-0.5Mo) and STBA22 (1.0C
r-0.5Mo), STBA23 (1.25Cr-0.5Mo), STBA2
4 (2.25Cr-1.0Mo) and STBA25 (5.0Cr-0.5Mo).

【0006】しかし、低Crフェライト鋼はオーステナ
イト系耐熱鋼や高Crフェライト系耐熱鋼に比べて高温
強度に劣っている。
[0006] However, low Cr ferritic steel is inferior in high temperature strength to heat resistant austenitic steel and high Cr ferritic steel.

【0007】高温強度を向上させる目的で、析出強化元
素であるV、Nb、TiおよびTaを添加した低Crフ
ェライト鋼が、特開昭55-6458号公報、特開昭57-131349
号公報、特公昭61-16419号公報、特公昭61-34501号公報
等により数多く提案されている。
For the purpose of improving the high-temperature strength, low-Cr ferrite steels to which precipitation strengthening elements V, Nb, Ti and Ta are added are disclosed in JP-A-55-6458 and JP-A-57-131349.
A number of proposals have been made in Japanese Patent Publication No. JP-B-61-16345 and JP-B-61-34501.

【0008】さらに、析出強化型の低Crフェライト鋼
として、タービン用材料である1Cr-1Mo-0.25V鋼や高速
増殖炉用構造材料である2.25Cr-1Mo-Nb鋼等がよく知ら
れている。
Further, 1Cr-1Mo-0.25V steel which is a material for turbine and 2.25Cr-1Mo-Nb steel which is a structural material for fast breeder reactors are well known as precipitation strengthened low Cr ferritic steels. .

【0009】しかし、このような析出強化元素による低
Crフェライト系耐熱鋼の高強度化には以下のような問
題が生ずる場合がある。
However, the following problems may occur when the strength of a low Cr ferritic heat resistant steel is increased by such a precipitation strengthening element.

【0010】V、NbおよびTi等の析出強化元素の大
半は、焼きならし時にはマトリックス中に固溶している
が、焼ならし後の所定の温度での焼戻しにより微細な炭
窒化物が析出して、強化される。しかし、炭窒化物は粒
内に高密度に析出するため、粒内のみが強化されて旧オ
ーステナイト粒界が相対的に弱くなる。そのため、焼戻
後や長時間の使用中に衝撃破面遷移温度が50℃以上も
上昇する、いわゆる焼戻脆化が生じる。
Most of the precipitation strengthening elements such as V, Nb and Ti are dissolved in the matrix during normalizing, but fine carbonitrides are precipitated by tempering at a predetermined temperature after normalizing. And be strengthened. However, since carbonitride precipitates at high density in the grains, only the inside is strengthened and the prior austenite grain boundaries are relatively weakened. Therefore, the so-called temper embrittlement occurs in which the impact fracture surface transition temperature increases by 50 ° C. or more after tempering or during long-time use.

【0011】一般に、焼戻し脆化は粒界偏析し易いP、
S、SbおよびSn等の不純物量を低減することにより
抑えられると考えられている。しかしながら、V、Nb
およびTi等により粒内が析出強化されている場合に
は、たとえ粒界偏析元素を低減しても、粒内強度が粒界
強度を上回っている。さらに、析出物を微細分散させる
と、焼戻し時の残留応力の緩和が起こりにくくなるた
め、残留応力の不均一分布が生じ、脆化領域である粒界
で割れが生じやすくなる。
In general, temper embrittlement is caused by P, which tends to segregate at grain boundaries.
It is considered that the amount can be suppressed by reducing the amount of impurities such as S, Sb, and Sn. However, V, Nb
In the case where the inside of the grains is strengthened by precipitation and Ti or the like, the intragranular strength exceeds the grain boundary strength even if the grain boundary segregation element is reduced. Further, when the precipitates are finely dispersed, relaxation of the residual stress during tempering becomes difficult to occur, so that a non-uniform distribution of the residual stress occurs, and cracks easily occur at the grain boundary which is the embrittlement region.

【0012】低Crフェライト系耐熱鋼の高温強度を、
焼戻し脆化を発生させることなく高めることができれ
ば、下記のような利点が得られる。
The high temperature strength of the low Cr ferritic heat resistant steel is
If the tempering embrittlement can be increased without causing it, the following advantages can be obtained.

【0013】1)従来、高温腐食がそれほど厳しくない
使用環境で、高温強度が必要とされる用途にはオーステ
ナイト系ステンレス鋼あるいは高Crフェライト系鋼が
使用されていたが、そのような用途にも安価な低Crフ
ェライト系鋼の使用が可能となり、低Crフェライト系
鋼の特性、例えば優れた溶接性を生かすことができる。
[0013] 1) Conventionally, austenitic stainless steel or high Cr ferritic steel has been used in applications where high-temperature strength is required in a usage environment where high-temperature corrosion is not so severe. Inexpensive low Cr ferritic steel can be used, and the characteristics of low Cr ferritic steel, for example, excellent weldability can be utilized.

【0014】2)高強度化により、部材の肉厚を薄くす
ることが可能となり、それにより熱伝導性が向上し、プ
ラントの熱効率が改善されるとともに、プラントの起
動、停止に伴う熱疲労負荷を軽減することができる。
2) By increasing the strength, it is possible to reduce the thickness of the member, thereby improving the thermal conductivity, improving the thermal efficiency of the plant, and the thermal fatigue load associated with starting and stopping the plant. Can be reduced.

【0015】3)部材の薄肉化によりプラントのコンパ
クト化と製造コストの低減ができる。
3) By making the members thinner, the plant can be made compact and the manufacturing cost can be reduced.

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、焼戻
脆化および長時間使用時のクリープ脆化が抑制され、か
つ実用ボイラの使用温度である400℃〜625℃とい
った高温でのクリープ強度が安定して高く、既存低Cr
耐熱鋼と同等以上の良好な靱性、溶接性および耐食性を
有するするCr含有量が3%以下の析出硬化型の低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 suppress temper embrittlement and creep embrittlement during long-term use, and to creep at a high temperature such as 400 ° C. to 625 ° C., which is the operating temperature of a practical boiler. The strength is stable and high, and the existing low Cr
Precipitation-hardened low Cr with a Cr content of 3% or less that has good toughness, weldability and corrosion resistance equal to or higher than heat-resistant steel
An object of the present invention is to provide a ferritic heat-resistant steel.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】本発明例の要旨は下記の
通りである。
The gist of the present invention is as follows.

【0018】重量%で、C:0.01〜0.25%、C
r:0.5〜3%、V:0.02〜0.5%、Mo:
0.01〜2.5%、Ti:0〜0.05%、N:0.
01%以下、P:0.03%以下およびS:0.015
%以下を含み、金属組織が、下部ベイナイト単相組織で
あるか、または20体積%以上の下部ベイナイト組織を
含み、残りがマルテンサイト組織または上部ベイナイト
組織の1方または双方を含む混合組織である耐焼戻脆性
に優れた高強度低Crフェライト系耐熱鋼。
C: 0.01 to 0.25% by weight, C
r: 0.5 to 3%, V: 0.02 to 0.5%, Mo:
0.01-2.5%, Ti: 0-0.05%, N: 0.
01% or less, P: 0.03% or less and S: 0.015
% Or less, and the metal structure is a lower bainite single phase structure, or a mixed structure including at least 20% by volume of a lower bainite structure and the balance including one or both of a martensite structure and an upper bainite structure. High-strength, low-Cr ferritic heat-resistant steel with excellent tempering embrittlement resistance.

【0019】本発明者は、Cr含有量が3%以下の析出
強化型の低Crフェライト耐熱鋼について、焼戻脆化お
よび長時間使用時のクリープ脆化を防止するため、化学
組成と組織について種々実験、検討した。特に、透過電
子顕微鏡の観察により炭窒化物の析出形態、下部組織中
のマルテンサイト組織と上部または下部ベイナイト組織
の体積比を求め、焼戻脆化感受性およびクリープ強度と
の関係を系統的に調査した。その結果、次のような知見
を得た。
The present inventors have studied the chemical composition and structure of precipitation-strengthened low Cr ferritic heat resistant steel having a Cr content of 3% or less in order to prevent temper embrittlement and creep embrittlement during long-term use. Various experiments were conducted. In particular, systematically investigate the relationship between temper embrittlement susceptibility and creep strength by observing the morphology of carbonitride precipitation and the volume ratio of the martensite structure and the upper or lower bainite structure in the lower structure by observation with a transmission electron microscope. did. As a result, the following findings were obtained.

【0020】a)フェライト組織を含む場合には、焼戻
し前および焼戻し後ともに、靱性は最も不芳となるので
フェライトを含む組織は避けなければならない。
A) When a ferrite structure is included, the structure containing ferrite must be avoided before and after tempering, since the toughness becomes the most unfavorable.

【0021】b)一方、マルテンサイト組織または上部
ベイナイト単相組織の場合にも、靱性が不芳となる。
B) On the other hand, also in the case of the martensite structure or the upper bainite single phase structure, the toughness is poor.

【0022】c)下部ベイナイト単相組織、または体積
比で20%以上の下部ベイナイト組織を含み、残りがマ
ルテンサイト組織または上部ベイナイト組織の一方また
は双方を含む混合組織である場合に、焼戻後の靱性値が
最も良好であり、且つ高温で長時間に渡って安定な組織
となる。
C) After tempering, when a lower bainite single-phase structure or a mixed structure containing 20% or more by volume of lower bainite structure and the remainder is one or both of martensite structure and upper bainite structure Has the best toughness value and has a structure that is stable at high temperatures for a long time.

【0023】d)焼戻し後に認められる粒内析出物は、
V、NbおよびTiを主成分とする炭化物及び窒化物で
ある。これらの析出物は、焼入後の組織が下部ベイナイ
ト単相組織、または体積比で20%以上の下部ベイナイ
トを含み、残りがマルテンサイト組織または上部ベイナ
イト組織の一方または双方を含む混合組織である場合に
は、均一に分布するので、焼戻し脆性が生じにくくな
る。
D) The intragranular precipitates observed after tempering are:
These are carbides and nitrides containing V, Nb and Ti as main components. These precipitates have a single-phase structure of lower bainite or a mixed structure containing 20% or more by volume of lower bainite, and the remainder contains one or both of a martensite structure and an upper bainite structure. In such a case, since it is uniformly distributed, tempering embrittlement hardly occurs.

【0024】e)上部ベイナイトの比率が高くなると、
焼戻後これらの析出物がラス界面に沿って列状に配列
し、高強度化への寄与が小さくなる。一方、マルテンサ
イトの比率が高くなると、これらの析出物が微細化し、
かつ高密度に析出するため、焼戻後も、残留応力が十分
に緩和されない。その結果、焼戻脆化感受性が高くな
る。
E) As the proportion of upper bainite increases,
After tempering, these precipitates are arranged in a row along the lath interface, and the contribution to high strength is reduced. On the other hand, when the ratio of martensite increases, these precipitates become finer,
In addition, because of high-density precipitation, residual stress is not sufficiently reduced even after tempering. As a result, temper embrittlement susceptibility increases.

【0025】f)Mo添加により焼戻脆性は飛躍的に改
善される。しかしながら、Moが析出すると、その効果
は消滅するため、Moを固溶状態で維持する必要があ
る。Vを含まない鋼の場合には、MoはMo2C炭化物
として析出してしまい、固溶Mo量は確保できない。一
方、Vを添加すると、VCが優先析出するためMo2
は析出しなくなる。その結果、固溶状態のMoが多く残
り、焼戻脆化感受性が低下する。
F) Temper brittleness is drastically improved by adding Mo. However, when Mo precipitates, its effect disappears, so it is necessary to maintain Mo in a solid solution state. In the case of steel containing no V, Mo precipitates as Mo 2 C carbide, and the amount of dissolved Mo cannot be secured. On the other hand, when V is added, VC preferentially precipitates, so that Mo 2 C
No longer precipitates. As a result, a large amount of Mo in the solid solution state remains, and the susceptibility to temper embrittlement decreases.

【0026】g)固溶N低減により、焼戻脆化感受性は
低下する。ただし、N量が0.004%を超える場合に
は、微量のTiを添加してTiNとして固溶N量を低減
することにより焼戻脆化が抑えられる。
G) The temper embrittlement susceptibility decreases due to the reduction of dissolved N. However, when the amount of N exceeds 0.004%, temper embrittlement is suppressed by adding a small amount of Ti to reduce the amount of solute N as TiN.

【0027】[0027]

【発明の実施の形態】次に、本発明において金属組織お
よび化学組成を限定した理由を詳しく説明する。なお、
以下に示す化学組成の%はすべて重量%を意味する。
Next, the reason why the metal structure and the chemical composition are limited in the present invention will be described in detail. In addition,
All percentages in the chemical compositions shown below are by weight.

【0028】下部ベイナイト単相組織:ベイナイト変態
は、せん断変形によって、オーステナイト組織からフェ
ライト結晶構造に変化する合金元素の拡散を伴わない無
拡散変態の一種である。ただし、ベイナイト変態ではC
原子の拡散が生ずるため、変態と同時にセメンタイトが
析出し、ベイナイト組織はフェライトとセメンタイトの
混合組織となっている。
Lower bainite single phase structure: The bainite transformation is a type of non-diffusion transformation that does not involve the diffusion of alloy elements that change from an austenitic structure to a ferrite crystal structure by shear deformation. However, in the bainite transformation, C
Since the diffusion of atoms occurs, cementite precipitates simultaneously with the transformation, and the bainite structure is a mixed structure of ferrite and cementite.

【0029】ベイナイト組織はセメンタイトの析出形態
の差異から、下部ベイナイトと上部ベイナイトに分けら
れる。このうち、下部ベイナイト組織はベイナイト粒内
に比較的細かいセメンタイトが均一分散した組織であ
る。
The bainite structure is divided into lower bainite and upper bainite based on the difference in the form of precipitation of cementite. Among them, the lower bainite structure is a structure in which relatively fine cementite is uniformly dispersed in bainite grains.

【0030】Ac3点以上の温度からの焼入時の組織
中、下部ベイナイト組織が20体積%以上を占める場合
に、焼入れ後の破面遷移温度と焼戻し後の破面遷移温度
の差(△T)は最大でも40℃以下に抑えられる。一
方、下部ベイナイト組織が20%未満になると△Tは4
0℃を超える場合があるので、焼入後の下部ベイナイト
組織は20体積%以上とした。したがって、下部ベイナ
イトが100%の単層組織でもよく、混合組織でもよ
い。混合組織にする場合は、下記のような組織にする必
要がある。 混合組織:混合組織にする場合は、20体積%以上の下
部ベイナイトを含み、残りがマルテンサイト組織または
上部ベイナイト組織の1方または双方を含む混合組織と
することにより、焼戻し脆性の発生を防止することがで
きる。
When the lower bainite structure accounts for 20% by volume or more in the structure at the time of quenching from a temperature of 3 or more Ac, the difference between the fracture surface transition temperature after quenching and the fracture surface transition temperature after tempering (△ T) can be suppressed to 40 ° C. or less at the maximum. On the other hand, when the lower bainite structure is less than 20%, ΔT is 4
Since the temperature may exceed 0 ° C., the lower bainite structure after quenching is set to 20% by volume or more. Therefore, the lower bainite may have a monolayer structure of 100% or a mixed structure. In the case of using a mixed tissue, the following structure is required. Mixed structure: In the case of a mixed structure, tempering embrittlement is prevented by forming a mixed structure containing 20% by volume or more of lower bainite and the remainder containing one or both of a martensite structure and an upper bainite structure. be able to.

【0031】上部ベイナイト組織は、ベイナイト粒の界
面に比較的粗大なセメンタイトが板状に存在する。この
上部ベイナイトが、80体積%未満の場合は△Tが最大
でも40℃以下に抑えられるが、80%以上になると△
Tは40℃を超える場合がある。従って、下部ベイナイ
ト組織と上部ベイナイト組織が混合した場合でも、上部
ベイナイト組織の体積率を80%未満とする必要があ
る。
In the upper bainite structure, relatively coarse cementite exists in a plate shape at the interface between bainite grains. When the upper bainite is less than 80% by volume, the maximum T can be suppressed to 40 ° C. or less, but when the upper bainite is 80% or more,
T may exceed 40 ° C. Therefore, even when the lower bainite structure and the upper bainite structure are mixed, the volume ratio of the upper bainite structure needs to be less than 80%.

【0032】マルテンサイト組織は、典型的な無拡散変
態によって生じた組織であり、ベイナイト変態のような
Cの拡散は伴わない。したがって、焼入後の組織は、高
密度の転位を含んだラス状の組織、または自己焼戻によ
りマルテンサイト粒内に微細なセメンタイトが分布した
組織となる。このマルテンサイトが、80体積%未満の
場合はΔTが最大でも40℃以下に抑えられるが、80
%以上になると△Tは40℃を超える場合がある。従っ
て、下部ベイナイト組織とマルテンサイト組織が混合し
た場合でも、マルテンサイト組織の体積率を80%未満
とする必要がある。
The martensitic structure is a structure produced by a typical non-diffusion transformation, and does not involve the diffusion of C as in the bainite transformation. Therefore, the structure after quenching is a lath-like structure including high-density dislocations or a structure in which fine cementite is distributed in martensite grains by self-tempering. When this martensite is less than 80% by volume, ΔT can be suppressed to 40 ° C. or less at the maximum.
% Or more, ΔT may exceed 40 ° C. Therefore, even when the lower bainite structure and the martensite structure are mixed, the volume ratio of the martensite structure needs to be less than 80%.

【0033】また、下部ベイナイト組織、上部ベイナイ
ト組織およびマルテンサイトの混合組織にする場合で
も、△Tを最大でも40℃以下に抑えるためには、上部
ベイナイトとマルテンサイトの合計量を80体積%未満
にする必要がある。
Further, even when the mixed structure of the lower bainite structure, the upper bainite structure and the martensite is used, the total amount of the upper bainite and the martensite must be less than 80% by volume in order to keep ΔT at most 40 ° C. or less. Need to be

【0034】各組織の体積は、焼戻し前の焼入れ材およ
び焼戻材から薄膜試料を作成し、透過電子顕微鏡で10
000倍で観察して各組織の体積を下記の方法で求め、
10視野の平均値とする。
The volume of each structure was determined by preparing a thin film sample from the quenched material before tempering and the tempered material, and using a transmission electron microscope.
Observe at 000 times and determine the volume of each tissue by the following method,
The average value of 10 visual fields is used.

【0035】すなわち、焼入れ材または焼入れ後焼戻し
た材料で、各組織の面積比を求め、それをそのまま体積
比とする。面積比はそのまま体積比になるからである。
なお、面積比はミクロ写真で面積を直接測定することが
できる。一般的には体積比を求めるには焼入れ材を用い
るが、焼戻し材を用いてもよい。すなわち、多数の材料
の観察を重ねた結果、焼戻し材でも各組織の判別が可能
であり、焼入れ材および焼戻し材から求められる体積比
はほとんど一致することを確認した。
That is, the area ratio of each structure is obtained from the quenched material or the material tempered after quenching, and the obtained ratio is directly used as the volume ratio. This is because the area ratio directly becomes the volume ratio.
In addition, the area ratio can be measured directly by a microphotograph. Generally, a quenched material is used to determine the volume ratio, but a tempered material may be used. That is, as a result of repeatedly observing a large number of materials, it was confirmed that the respective structures could be discriminated even with the tempered material, and that the volume ratios obtained from the quenched material and the tempered material almost matched.

【0036】また、各組織の識別は以下の基準によりお
こなう。
The identification of each organization is performed according to the following criteria.

【0037】1)焼入れ材の場合 下部ベイナイト組織:板状のセメンタイトがベイナイト
粒内に特定の方向に並んで析出している領域 上部ベイナイト組織:板状のセメンタイトがベイナイト
粒界面や旧オーステナイト粒界に沿って板状に析出して
いる領域 マルテンサイト組織:転位が高密度に含まれたラス状組
織または紡錘状のセメンタイトがマルテンサイト粒内に
均一分散している領域 2)焼戻し材の場合 焼戻し下部ベイナイト組織: 透過電子顕微鏡を用いて10000倍で観察した場合、
直径0.5μm以 上の析出物が粒内のラス内部と粒界に析出している領域 焼戻し上部ベイナイト組織:直径0.5μm以上の析出
物が粒内のラス界面と粒界に析出している領域 焼戻しマルテンサイト組織:直径0.5μm以上の析出
物が粒界ののみ析出している領域 なお、上記直径0.5μm以上の析出物とは、M23
6型、M73型およびM6C型の炭化物の中で特に粗大化
したもののことである。
1) In the case of a quenched material Lower bainite structure: A region where plate-like cementite is precipitated in bainite grains in a specific direction. Martensite structure: lath structure containing dislocations at a high density or spindle-shaped cementite is uniformly dispersed in martensite grains 2) In the case of a tempered material Lower bainite structure: When observed at a magnification of 10,000 using a transmission electron microscope,
Region in which precipitates with a diameter of 0.5 μm or more are precipitated in the lath inside the grain and on the grain boundary Tempered upper bainite structure: Precipitate with a diameter of 0.5 μm or more precipitates on the lath interface in the grain and the grain boundary. Tempered martensite structure: A region in which precipitates with a diameter of 0.5 μm or more are deposited only at the grain boundaries. The above precipitates with a diameter of 0.5 μm or more are M 23 C
6 type is one which particularly coarse in M 7 C 3 type and M 6 C type carbides.

【0038】なお、フェライト組織は、焼入性が不十分
である場合に、旧オーステナイト粒界を核にして析出す
る。フェライト組織の析出は、焼戻後のみならず焼入ま
まの靱性にも悪影響を与えるため、フェライト組織の析
出は押さえなければならない。フェライト組織は、透過
電子顕微鏡で観察すれば、焼入れ材、焼戻し材共に極め
て転位密度の低い領域として確認できる。
When the hardenability is insufficient, the ferrite structure precipitates with the former austenite grain boundary as a nucleus. Precipitation of the ferrite structure adversely affects not only the tempering but also the as-quenched toughness, so the precipitation of the ferrite structure must be suppressed. When observed by a transmission electron microscope, the ferrite structure can be confirmed as a region having a very low dislocation density in both the quenched material and the tempered material.

【0039】上記のような金属組織を得るには鋼成分に
応じて以下に示す熱処理を施せばよい。
In order to obtain the above metal structure, the following heat treatment may be performed according to the steel composition.

【0040】下部ベイナイト単相組織にするには、各鋼
の連続冷却変態線図に示されるフェライトノーズにかか
らず、ベイナイトノーズを経由するような冷却速度を選
べばよい。また、ベイナイトノーズの位置によって混合
組織化が可能となる。例えば、マルテンサイトとの混合
組織とするためには、ベイナイトノーズの先端を経由す
るような冷却速度を選べばよい。一方、上部ベイナイト
の混合組織とするには、フェライトノーズにわずかに接
するような冷却速度を選ぶ。下部ベイナイト+上部ベイ
ナイト+マルテンサイトの混合組織とするには、MS
直上で数分保持した後MS点以下に焼入れすればよい。
In order to make the lower bainite single phase structure, a cooling rate that does not involve the ferrite nose shown in the continuous cooling transformation diagram of each steel but passes through the bainite nose may be selected. Further, mixed organization can be achieved depending on the position of the bainite nose. For example, in order to obtain a mixed structure with martensite, a cooling rate that passes through the tip of the bainite nose may be selected. On the other hand, in order to obtain a mixed structure of the upper bainite, a cooling rate that slightly contacts the ferrite nose is selected. In order to form a mixed structure of lower bainite + upper bainite + martensite, it is sufficient to hold the alloy immediately above the M S point for several minutes and then quench it below the M S point.

【0041】以下、化学組成について説明する。Hereinafter, the chemical composition will be described.

【0042】C:0.01〜0.25% Cは、Cr、Fe、V等と炭化物を形成し、高温強度に
寄与するとともに、それ自体がオーステナイト安定化元
素として組織を安定化する。また、組成にに応じてマル
テンサイト、下部ベイナイト、上部ベイナイトのバラン
ス制御のためにも重要となる。
C: 0.01 to 0.25% C forms carbides with Cr, Fe, V, etc., contributes to high-temperature strength, and stabilizes the structure itself as an austenite stabilizing element. It is also important for balance control of martensite, lower bainite, and upper bainite according to the composition.

【0043】C含有量が0.01%未満では炭化物の析
出量が不十分である上に、焼入性が低下して強度と靱性
を損なう。一方、0.25%を超えると炭化物が過剰に
析出し、鋼が著しく硬化して加工性と溶接性を損なう。
したがって、C含有量の範囲は0.01〜0.25%と
した。望ましくは、0.05〜0.15%である。
If the C content is less than 0.01%, the precipitation amount of carbides is insufficient, and the hardenability is lowered to deteriorate the strength and toughness. On the other hand, if it exceeds 0.25%, carbides are excessively precipitated, and the steel is hardened remarkably, impairing workability and weldability.
Therefore, the range of the C content is set to 0.01 to 0.25%. Desirably, it is 0.05 to 0.15%.

【0044】Cr:0.5〜3% Crは、耐酸化性と高温耐食性の改善のために不可欠な
元素である。Cr含有量が0.5%未満ではこれらの効
果が得られない。一方、3%以上では、経済性が低下し
て低Crフェライト鋼の利点が少なくなる。したがっ
て、Cr含有量の範囲は0.5%以上、3%以下とし
た。
Cr: 0.5-3% Cr is an essential element for improving oxidation resistance and high-temperature corrosion resistance. If the Cr content is less than 0.5%, these effects cannot be obtained. On the other hand, if it is 3% or more, the economic efficiency is reduced and the advantage of the low Cr ferritic steel is reduced. Therefore, the range of the Cr content is set to 0.5% or more and 3% or less.

【0045】V:0.02〜0.5% Vは、MX型微細析出物を形成する重要な元素である。
すなわち、VはCと結合して微細なVCを形成して高強
度化に大きく寄与する。さらに、フリーCを固定するた
め、耐焼戻脆性に効果のあるMoは炭化物として析出せ
ず、固溶Mo量が確保される。
V: 0.02 to 0.5% V is an important element for forming MX type fine precipitates.
That is, V combines with C to form a fine VC and greatly contributes to high strength. Further, since Mo is fixed, Mo, which has an effect on temper embrittlement resistance, does not precipitate as carbides, and the amount of dissolved Mo is secured.

【0046】しかしながら、0.02%未満ではVCの
析出量が少なく、上記の効果が得られない。一方、0.
5%を超え過剰に含有させると、VCが粗大化して、か
えって強度と靱性を損なう。したがって、V含有量は
0.02〜0.5%とした。望ましくは0.05〜0.
25%である。
However, if it is less than 0.02%, the precipitation amount of VC is small, and the above effects cannot be obtained. On the other hand, 0.
If it is contained in excess of more than 5%, the VC becomes coarse, and the strength and toughness are impaired. Therefore, the V content was set to 0.02 to 0.5%. Desirably, 0.05-0.
25%.

【0047】Mo:0.01〜2.5% Moは、固溶強化の作用を有する。さらに、固溶Moは
耐焼戻脆性を著しく改善する。しかし、Mo含有量が
0.01%未満ではこの効果は得られない。一方、2.
5%を超えるとその効果が飽和するとともに、かえって
溶接性と靱性を損なう。したがって、Mo含有量の範囲
は、0.01〜2.5%とした。望ましくは0.05〜
1.5%で、さらに望ましくは0.1〜1%である。
Mo: 0.01 to 2.5% Mo has a solid solution strengthening effect. In addition, Mo solid solution significantly improves temper embrittlement resistance. However, if the Mo content is less than 0.01%, this effect cannot be obtained. Meanwhile, 2.
If it exceeds 5%, the effect is saturated, and on the contrary, the weldability and toughness are impaired. Therefore, the range of the Mo content is set to 0.01 to 2.5%. Desirably 0.05 to
1.5%, and more preferably 0.1 to 1%.

【0048】Ti:0〜0.05% Tiは、必要により含有させる元素で、N含有量が多い
場合、例えば0.006%を超える場合に含有させるの
がよく、固溶Nを固定し焼戻脆化の抑制に有効である。
含有させる場合は0.002%以上がよい。さらに、溶
接部など局部的に加熱されて結晶粒の粗大化が問題とな
る場合には、Tiを含有させることで粗大化が防止でき
る。しかし、0.05%を超えて含有させると、かえっ
て靱性を劣化させるため、Ti含有量の上限は0.05
%とするのが好ましい。望ましくは0.03%以下で、
さらに望ましくは0.02%以下である。
Ti: 0 to 0.05% Ti is an element to be contained as necessary, and is preferably contained when the N content is large, for example, when it exceeds 0.006%. It is effective in suppressing back embrittlement.
When it is contained, the content is preferably 0.002% or more. Further, in a case where coarsening of crystal grains becomes a problem due to local heating such as in a welded portion, coarsening can be prevented by adding Ti. However, if the content exceeds 0.05%, the toughness is rather deteriorated. Therefore, the upper limit of the Ti content is 0.05%.
% Is preferable. Desirably 0.03% or less,
More preferably, it is 0.02% or less.

【0049】N:0.01%以下 Nは、V、NbおよびTiと結合して微細な炭窒化物を
形成し、クリープ強度の向上、結晶粒微細化による靱性
改善に寄与する。しかしながら、固溶Nは焼戻脆化を助
長するので、N含有量が0.01%を超えて多量になる
と靱性が著しく劣化する。望ましくは0.006%以下
である。
N: 0.01% or less N combines with V, Nb and Ti to form fine carbonitrides, and contributes to improvement of creep strength and improvement of toughness by refinement of crystal grains. However, since solid solution N promotes tempering embrittlement, if the N content exceeds 0.01% and becomes large, the toughness is significantly deteriorated. Desirably, it is 0.006% or less.

【0050】P:0.03%以下、S:0.015%以
下 P、Sは不可避不純物元素であり、いずれも焼戻脆化を
助長する。このため、可能な限り低くすることが望まし
い。Pの許容上限は0.03%、Sの許容上限は0.0
15%である。望ましいPの上限は0.015%、Sの
上限は0.005%である。
P: 0.03% or less, S: 0.015% or less P and S are unavoidable impurity elements, and both promote temper embrittlement. For this reason, it is desirable to make it as low as possible. The allowable upper limit of P is 0.03%, and the allowable upper limit of S is 0.0
15%. Desirable upper limit of P is 0.015%, and upper limit of S is 0.005%.

【0051】本発明鋼は、少なくとも上記の化学組成に
する必要があるが、さらに、次に述べるような合金元素
を選択的に含有させることができる。
The steel of the present invention is required to have at least the above chemical composition, but can further contain alloying elements as described below.

【0052】Nb:0.002〜0.2% Nbは、Vと同様にCと結合してMX型析出物を形成
し、クリープ強度の向上に寄与する。時に、MX中でV
とNbが相互固溶すると、MXが微細になるとともに、
粗大化が抑制されて長時間クリープ強度の低下を防止す
る。さらに、結晶粒を微細化し、靱性の改善にも有効で
ある。しかし、Nb含有量が0.002%未満では上記
効果が得られない。一方、0.2%を超えると鋼を著し
く硬化させて靱性、溶接性および加工性を損なう。した
がって、Nb含有量の範囲は0.002〜0.2%とす
るのがよい。望ましくは0.005〜0.1%である。
Nb: 0.002 to 0.2% Nb combines with C like V to form an MX-type precipitate and contributes to the improvement in creep strength. Sometimes V in MX
And Nb form a solid solution, MX becomes finer,
Coarsening is suppressed to prevent a long-term decrease in creep strength. Further, it is effective for making the crystal grains fine and improving the toughness. However, if the Nb content is less than 0.002%, the above effects cannot be obtained. On the other hand, if it exceeds 0.2%, the steel is hardened remarkably and the toughness, weldability and workability are impaired. Therefore, the range of the Nb content is preferably set to 0.002 to 0.2%. Desirably, it is 0.005 to 0.1%.

【0053】Ta:0.002〜0.2% Taは、Tiと同様に固溶Nを固定し、耐焼戻脆化の改
善に有効である。しかし、Ta含有量が0.002%未
満では上記効果が得られない。一方、0.2%を超える
と鋼を著しく硬化させて靱性、溶接性および加工性を損
なう。したがって、Ta含有量の範囲は0.002〜
0.2%とするのがよい。望ましくは0.005〜0.
03%である。
Ta: 0.002 to 0.2% Ta fixes solid solution N similarly to Ti and is effective in improving temper embrittlement resistance. However, if the Ta content is less than 0.002%, the above effects cannot be obtained. On the other hand, if it exceeds 0.2%, the steel is hardened remarkably and the toughness, weldability and workability are impaired. Therefore, the range of the Ta content is 0.002 to
It is better to be 0.2%. Desirably 0.005-0.
03%.

【0054】W:0.02〜5% Wは、Moと同様に固溶強化作用を有する。さらに、耐
焼戻脆化改善効果も有する。しかし、W含有量が0.0
2%未満ではこの効果は得られない。一方、5%を超え
るとその効果が飽和するとともに、粗大な析出物が析出
して溶接性と靱性を損なう。したがって、W含有量の範
囲は0.02〜5%とするのがよい。望ましくは、2.
5%以下である。
W: 0.02% to 5% W has a solid solution strengthening effect similarly to Mo. Further, it has an effect of improving temper embrittlement resistance. However, when the W content is 0.0
If less than 2%, this effect cannot be obtained. On the other hand, if it exceeds 5%, the effect is saturated, and coarse precipitates are deposited to impair weldability and toughness. Therefore, the range of the W content is preferably set to 0.02 to 5%. Preferably, 2.
5% or less.

【0055】B:0.0001〜0.01% Bは、高温でも長時間にわたり安定した強度の確保に有
効な元素である。しかし、B含有量が0.0001%以
下ではこの効果が得られない。一方、0.01%を超え
ると、旧オーステナイト粒界上への粗大炭化物の析出を
促進するため、強度や靱性低下の原因となる。したがっ
て、B含有量の範囲は0.0001〜0.01%とする
のがよい。
B: 0.0001 to 0.01% B is an element effective for securing stable strength for a long time even at high temperatures. However, when the B content is 0.0001% or less, this effect cannot be obtained. On the other hand, if it exceeds 0.01%, precipitation of coarse carbides on the prior austenite grain boundaries is promoted, which causes a reduction in strength and toughness. Therefore, the range of the B content is preferably 0.0001 to 0.01%.

【0056】Co:0.01〜0.5% Coは、オーステナイト安定化元素であり、かつ固溶強
化作用を有する。しかし、Co含有量が0.01%未満
ではこの効果が得られない。一方、0.5%を超えると
高温クリープ強度を低下させる。また、経済性の点から
も過剰添加は好ましくない。したがって、Co含有量は
0.01〜0.5%とするのがよい。望ましくは0.2
%以下である。
Co: 0.01 to 0.5% Co is an austenite stabilizing element and has a solid solution strengthening action. However, if the Co content is less than 0.01%, this effect cannot be obtained. On the other hand, if it exceeds 0.5%, the high-temperature creep strength decreases. In addition, excessive addition is not preferable from the viewpoint of economy. Therefore, the Co content is preferably set to 0.01 to 0.5%. Preferably 0.2
% Or less.

【0057】Ni:0.01〜0.5% Niは、オーステナイト安定化元素であり、かつ靱性改
善に寄与する。しかし、Ni含有量が0.01%未満で
はこの効果が得られない。一方、0.5%を超えると高
温クリープ強度や靱性を劣化させる。また、経済性の点
からも過剰添加は好ましくない。したがって、Ni含有
量は0.01〜0.5%とするのがよい。望ましくは
0.2%以下である。
Ni: 0.01 to 0.5% Ni is an austenite stabilizing element and contributes to improvement in toughness. However, if the Ni content is less than 0.01%, this effect cannot be obtained. On the other hand, if it exceeds 0.5%, the high temperature creep strength and the toughness are deteriorated. In addition, excessive addition is not preferable from the viewpoint of economy. Therefore, the Ni content is preferably set to 0.01 to 0.5%. Desirably, it is 0.2% or less.

【0058】Cu:0.01〜0.5% Cuは、オーステナイト安定化元素であり、かつ熱伝導
性の向上に寄与する。しかし、Cu含有量が0.01%
未満ではこの効果は得られない。一方、0.5%を超え
ると高温クリープ強度や靱性を劣化させる。したがっ
て、Cu含有量は0.01〜0.5%とするのがよい。
望ましくは0.2%以下である。
Cu: 0.01 to 0.5% Cu is an austenite stabilizing element and contributes to improvement in thermal conductivity. However, when the Cu content is 0.01%
If it is less than this, this effect cannot be obtained. On the other hand, if it exceeds 0.5%, the high temperature creep strength and the toughness are deteriorated. Therefore, the Cu content is preferably set to 0.01 to 0.5%.
Desirably, it is 0.2% or less.

【0059】Al:0.001〜0.05% Alは、溶鋼の脱酸剤として有効な元素である。しか
し、Al含有量が0.001%未満では脱酸効果が得ら
れない。一方、0.05%を超えるとクリープ強度と加
工性を損なう。したがって、Al含有量の範囲は0.0
01〜0.05%とするのがよい。望ましくは0.01
5%以下である。
Al: 0.001 to 0.05% Al is an element effective as a deoxidizing agent for molten steel. However, if the Al content is less than 0.001%, the deoxidizing effect cannot be obtained. On the other hand, when it exceeds 0.05%, creep strength and workability are impaired. Therefore, the range of the Al content is 0.0
The content is preferably set to 01 to 0.05%. Desirably 0.01
5% or less.

【0060】Si:0.5%以下 Siは、鋼の耐水蒸気酸化特性を向上させる元素であ
る。しかし、Siは焼戻脆化を助長し、Si含有量が
0.5%を超えると、焼戻後の靱性が著しく劣化する。
したがって、Si含有量の上限は0.5%とするのがよ
い。望ましくは0.3%以下である。
Si: 0.5% or less Si is an element that improves the steam oxidation resistance of steel. However, Si promotes tempering embrittlement, and when the Si content exceeds 0.5%, the toughness after tempering is significantly deteriorated.
Therefore, the upper limit of the Si content is preferably set to 0.5%. Desirably, it is 0.3% or less.

【0061】Mn:1%以下 Mnは、溶製時の脱硫おび脱酸効果によって熱間加工性
を向上させる。さらには、焼入性を向上させる。しか
し、1%を超えて含有させると、焼入後の靱性を著しく
劣化させる。したがって、Mn含有量の上限は1%とす
るのがよい。望ましくは0.8%以下である。
Mn: 1% or less Mn improves hot workability by the desulfurization and deoxidation effects during melting. Furthermore, hardenability is improved. However, when the content exceeds 1%, the toughness after quenching is significantly deteriorated. Therefore, the upper limit of the Mn content is preferably set to 1%. Desirably, it is 0.8% or less.

【0062】熱処理については、鋳造のまま、または熱
間加工後の鋼をAc3点以上で焼きならしをおこなった
後、水冷または空冷による焼入れが望ましい。これをA
c1点以下で焼戻をしてもよく、また焼入材をそのまま
焼戻なしで製品に供してもよい。さらに、溶接HAZ部
についても、本発明例で規定する組織を有していれば、
母材に匹敵する強度および耐焼戻脆化特性を有する。
Regarding the heat treatment, it is desirable to quench the steel as it is cast or after normalizing the hot-worked steel at three or more Ac points, and then water-cooling or air-cooling. This is A
Tempering may be performed at c1 point or less, or the quenched material may be directly provided to the product without tempering. Furthermore, if the welded HAZ has the structure specified in the present invention,
It has strength and temper embrittlement resistance comparable to that of the base metal.

【0063】なお、本発明の耐熱鋼は、溶接後等でおこ
なわれる応力緩和熱処理(SR)時のSR脆化感受性を
も低減する効果もあり、溶接が必要な部材としても好適
である。
The heat-resistant steel of the present invention also has an effect of reducing the susceptibility to SR embrittlement during stress relaxation heat treatment (SR) performed after welding or the like, and is suitable as a member requiring welding.

【0064】[0064]

【実施例】表1および表2に示す化学成分の各鋼を15
0kg真空溶解炉で溶解し、鍛造して得たインゴットを
1200〜1000℃で鍛造、圧延して厚さ20mmの
鋼板とした。これら鋼板に、Ac3温度以上で焼きなら
しを施した後、焼入れ後の組織を変化させるため、焼入
れ温度および冷却速度を下記の範囲内で種々変化させて
焼入を施した。なお、冷却速度は、炉冷、空冷、油冷お
よび水冷等により変化させた。
EXAMPLES Each steel having the chemical composition shown in Tables 1 and 2 was used for 15 samples.
An ingot obtained by melting and forging in a 0 kg vacuum melting furnace was forged and rolled at 1200 to 1000 ° C. to obtain a steel plate having a thickness of 20 mm. After normalizing these steel sheets at a temperature of Ac 3 or higher, quenching was performed at various quenching temperatures and cooling rates within the following ranges in order to change the structure after quenching. In addition, the cooling rate was changed by furnace cooling, air cooling, oil cooling, water cooling, and the like.

【0065】焼入れ温度:1100〜950℃、冷却速
度:0.02〜2℃/秒
Hardening temperature: 1100 to 950 ° C., cooling rate: 0.02 to 2 ° C./sec

【0066】[0066]

【表1】 [Table 1]

【0067】[0067]

【表2】 [Table 2]

【0068】焼入した各鋼板から電解研磨により透過電
子顕微鏡観察用の薄膜試料を作製し、透過電子顕微鏡観
察を用いて鋼中のマルテンサイト、下部ベイナイト、上
部ベイナイト、およびフェライトの体積率を測定した。
体積率は、透過電子顕微鏡10000倍の倍率で10視
野の観察をおこない、それらの平均値を求めた。
A thin film sample for transmission electron microscope observation was prepared from each quenched steel sheet by electrolytic polishing, and the volume fractions of martensite, lower bainite, upper bainite, and ferrite in the steel were measured using transmission electron microscope observation. did.
The volume ratio was obtained by observing 10 visual fields at a magnification of 10,000 times with a transmission electron microscope, and calculating the average value thereof.

【0069】焼入れした各鋼板の一部から、シャルピー
衝撃試験片を作製した。
A Charpy impact test specimen was prepared from a part of each quenched steel sheet.

【0070】また、残りの鋼板は、600℃〜Ac1温
度以下の温度範囲内で温度と保持時間を種々変化させて
焼戻し処理をおこない、シャルピー衝撃試験片を作成し
た。
The remaining steel sheets were tempered at various temperatures and holding times within the temperature range from 600 ° C. to the Ac1 temperature to produce Charpy impact test pieces.

【0071】シャルピー衝撃試験片は、10×10×5
5(mm)、2mmノッチのJIS4号試験片とした。
The Charpy impact test specimen was 10 × 10 × 5
A JIS No. 4 test piece with a 5 (mm) and 2 mm notch was used.

【0072】これらの試験片を用いてシャルピー衝撃試
験をおこない、延性−脆性破面遷移温度vTsを求め、
焼入れ材の破面遷移温度vTsと焼戻し材の破面遷移温
度vTsとの差△Tを求め、焼戻し脆化感受性の評価指
標とした。なお、焼戻し材の破面遷移温度は、靱性劣化
が最も著しい(vTsが最大値となる)焼戻し条件で焼
戻した材料(焼戻し脆化材)のものである。
A Charpy impact test was performed using these test pieces to determine a ductile-brittle fracture transition temperature vTs.
The difference ΔT between the fracture surface transition temperature vTs of the quenched material and the fracture surface transition temperature vTs of the tempered material was determined and used as an evaluation index of the temper embrittlement susceptibility. The fracture surface transition temperature of the tempered material is that of a material (tempered embrittlement material) tempered under the tempering condition in which toughness deterioration is the most remarkable (vTs becomes the maximum value).

【0073】その結果を表3および4に示す。Tables 3 and 4 show the results.

【0074】[0074]

【表3】 [Table 3]

【0075】[0075]

【表4】 [Table 4]

【0076】焼戻脆化感受性の評価指標△Tが、≦40
℃の場合は焼戻脆性が良好、△T>40℃の場合は耐焼
戻脆性が不芳と評価した。
The evaluation index ΔT of the temper embrittlement susceptibility is ≦ 40.
° C, the temper brittleness was evaluated as good, and ΔT> 40 ° C, the temper embrittlement resistance was evaluated as poor.

【0077】高温強度を測定するため、焼入れした各鋼
板を、750または770℃の範囲の温度で焼戻処理を
実施し、常温引張強度を所定の値に揃えたのち、クリー
プ試験をおこなった。クリープ試験は直径6mm、GL
が30mmの試験片を用い、500℃で最長10000
hの試験をおこない、回帰計算により500℃×800
0hの平均クリープ破断強度を求めた。
In order to measure the high-temperature strength, each quenched steel sheet was tempered at a temperature in the range of 750 or 770 ° C., and a room temperature tensile strength was adjusted to a predetermined value, and then a creep test was performed. Creep test is 6mm in diameter, GL
Is 30 mm, and the maximum length is 10,000 at 500 ° C.
h, and 500 ° C x 800 by regression calculation
The average creep rupture strength at 0 h was determined.

【0078】表3および表4に評価結果を示す。1〜1
4鋼が本発明鋼である。また、A〜P鋼および1´〜5
´鋼が比較鋼である。比較鋼の1´〜5´鋼は化学組成
は本発明例で規定する範囲内にあるが下部ベイナイトの
体積率が本発明で規定する範囲外にある比較鋼である。
Tables 3 and 4 show the evaluation results. 1 to 1
Four steels are the present invention steels. In addition, AP steel and 1'-5
'Steel is the comparative steel. The comparative steels 1 'to 5' are comparative steels whose chemical compositions are within the range specified in the present invention example, but the volume fraction of lower bainite is out of the range specified in the present invention.

【0079】表3および表4から明らかなように、下部
ベイナイトを20〜100%含む組織の本発明鋼におい
ては、全て△Tはいずれも40℃以下に抑えられてい
る。このため、焼戻後の靱性値も良好である。さらに、
500℃×8000h時間のクリープ強度は245MP
a以上と、高温強度も良好である。
As is evident from Tables 3 and 4, ΔT was suppressed to 40 ° C. or less in all of the steels of the present invention having a structure containing 20 to 100% of lower bainite. For this reason, the toughness value after tempering is also good. further,
Creep strength at 500 ° C x 8000h time is 245MP
When it is not less than a, the high temperature strength is also good.

【0080】図1は、表3および表4に基づき。下部ベ
イナイト量と焼戻脆化感受性の指標ΔTとの関係を図に
示したものである。図1から明らかなように下部ベイナ
イト比率と△Tには一義的な関係があり、下部ベイナイ
ト比率20%以上の場合には、△Tは40℃以下であ
り、耐焼戻脆性が良好である。
FIG. 1 is based on Tables 3 and 4. The figure shows the relationship between the amount of lower bainite and the index ΔT of temper embrittlement susceptibility. As is clear from FIG. 1, the lower bainite ratio and ΔT have a unique relationship. When the lower bainite ratio is 20% or more, ΔT is 40 ° C. or less, and the tempering embrittlement resistance is good.

【0081】一方、本発明で規定する組織になっていな
い比較鋼においては、耐焼戻脆性、焼戻後の靱性、高温
強度のいずれかが不芳であることが分かる。
On the other hand, in the comparative steels not having the structure specified in the present invention, it can be seen that any of tempering embrittlement resistance, toughness after tempering, and high-temperature strength is unsatisfactory.

【0082】[0082]

【発明の効果】本発明の耐熱鋼は、耐焼戻し脆化および
耐クリープ脆化に優れ、400℃以上の高温でのクリー
プ強度が高く、高温で長時間曝される構造材、さらには
溶接や加工後の残留応力除去熱処理が必要な構造材、ま
たは構造部材に好適で、優れた効果を発揮する。
The heat-resistant steel of the present invention is excellent in temper embrittlement resistance and creep embrittlement resistance, has high creep strength at a high temperature of 400 ° C. or more, and is exposed to a high temperature for a long period of time. It is suitable for structural materials or structural members that require heat treatment for removing residual stress after processing, and exhibits excellent effects.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】焼戻脆化感受性と下部ベイナイトの関係を示す
図である。
FIG. 1 is a diagram showing the relationship between temper embrittlement susceptibility and lower bainite.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】重量%で、C:0.01〜0.25%、C
r:0.5〜3%、V:0.02〜0.5%、Mo:
0.01〜2.5%、Ti:0〜0.05%、N:0.
01%以下、P:0.03%以下およびS:0.015
%以下を含み、金属組織が、下部ベイナイト単相組織で
あるか、または20体積%以上の下部ベイナイト組織を
含み、残りがマルテンサイト組織または上部ベイナイト
組織の1方または双方を含む混合組織であることを特徴
とする耐焼戻脆性に優れた高強度低Crフェライト系耐
熱鋼。
(1) C: 0.01 to 0.25% by weight, C
r: 0.5 to 3%, V: 0.02 to 0.5%, Mo:
0.01-2.5%, Ti: 0-0.05%, N: 0.
01% or less, P: 0.03% or less and S: 0.015
% Or less, and the metal structure is a lower bainite single phase structure, or a mixed structure including at least 20% by volume of a lower bainite structure and the balance including one or both of a martensite structure and an upper bainite structure. A high-strength, low-Cr ferritic heat-resistant steel having excellent tempering embrittlement resistance.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP1637615A1 (en) * 2004-09-16 2006-03-22 Kabushiki Kaisha Toshiba Heat-resisting steel, heat treatment method for heat-resisting steel and high-temperature steam turbine rotor

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