特許 7428822 鋼管及び鋳造品用耐熱鋼

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-29

(45)【発行日】2024-02-06

(54)【発明の名称】鋼管及び鋳造品用耐熱鋼

(51)【国際特許分類】

   C22C 38/00 20060101AFI20240130BHJP

   C22C 38/60 20060101ALI20240130BHJP

   C21D 9/08 20060101ALI20240130BHJP

   C21D 9/00 20060101ALI20240130BHJP

【ＦＩ】

C22C38/00 302Z

C22C38/60

C21D9/08 E

C21D9/00 N

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2022557133

(86)(22)【出願日】2021-01-20

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-07-20

(86)【国際出願番号】 CN2021072875

(87)【国際公開番号】W WO2022021816

(87)【国際公開日】2022-02-03

【審査請求日】2022-09-20

(31)【優先権主張番号】202010749897.3

(32)【優先日】2020-07-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】522371709

【氏名又は名称】シャンハイ エレクトリック パワー ジェネレーション エクィップメント カンパニー リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110000671

【氏名又は名称】ＩＢＣ一番町弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】メイ，リンボ

(72)【発明者】

【氏名】スン，リンゲン

(72)【発明者】

【氏名】アン，チュンシャン

(72)【発明者】

【氏名】ワン，ユー

【審査官】鈴木 毅

(56)【参考文献】

【文献】特開平１１－０３６０３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０３９６０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－２１６８１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１１１３９４０９（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開平０４－３７１５５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０４７２６７７９（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２２Ｃ ３８／００ － ３８／６０

Ｃ２１Ｄ ９／０８

Ｃ２１Ｄ ９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

耐熱鋼であって、以下の質量パーセントの元素で構成され、
Ｃ：０．０８～０．１４ｗｔ％、Ｓｉ：０．２０～０．４０ｗｔ％、Ｍｎ：０．３０～０．６０ｗｔ％、Ｐ：≦０．０２０ｗｔ％、Ｓ：≦０．０１０ｗｔ％、Ｃｒ：９．００～１０．００ｗｔ％、Ｃｏ：２．８０～３．３０ｗｔ％、Ｗ：１．６５～１．９０ｗｔ％、Ｍｏ：０．５５～０．８０ｗｔ％、Ｖ：０．１５～０．２５ｗｔ％、Ｎｂ：０．０３～０．０８ｗｔ％、Ｎ：０．００６～０．０１５ｗｔ％、Ｂ：０．００９～０．０１５ｗｔ％、Ｎｉ：≦０．２０ｗｔ％、Ａｌ：≦０．０２ｗｔ％、Ｔｉ：≦０．０２ｗｔ％、Ｚｒ：≦０．０２ｗｔ％、Ｃｕ：≦０．１５ｗｔ％、Ｓｎ：≦０．０２ｗｔ％、Ａｓ：≦０．０２ｗｔ％、Ｓｂ：≦０．００５ｗｔ％、残部はＦｅであり、
ここで、Ｃｒ当量はＣｒ＋６Ｓｉ＋４Ｍｏ＋１．５Ｗ＋１１Ｖ＋５Ｎｂ－４０Ｃ－２Ｍｎ－４Ｎｉ－２Ｃｏ－３０Ｎに基づいて≦８．５％であるべきであり、前記Ｂ元素とＮ元素の質量の比は０．６５～２．４０：１である、ことを特徴とする耐熱鋼。

【請求項2】

前記耐熱鋼は以下の質量パーセントの元素で構成され、
Ｃ：０．０８～０．１３ｗｔ％、Ｓｉ：０．２０～０．３０ｗｔ％、Ｍｎ：０．４０～０．５０ｗｔ％、Ｐ：≦０．０２０ｗｔ％、Ｓ：≦０．００５ｗｔ％、Ｃｒ：９．００～９．６０ｗｔ％、Ｃｏ：２．９０～３．２０ｗｔ％、Ｗ：１．７０～１．８５ｗｔ％、Ｍｏ：０．６０～０．７５ｗｔ％、Ｖ：０．１８～０．２５ｗｔ％、Ｎｂ：０．０４～０．０７ｗｔ％、Ｎ：０．００７～０．０１４ｗｔ％、Ｂ：０．０１０～０．０１５ｗｔ％、Ｎｉ：≦０．１０ｗｔ％、Ａｌ：≦０．０１ｗｔ％、Ｔｉ：≦０．０１ｗｔ％、Ｚｒ：≦０．０１ｗｔ％、Ｃｕ：≦０．１０ｗｔ％、Ｓｎ：≦０．０１ｗｔ％、Ａｓ：≦０．０１ｗｔ％、Ｓｂ：≦０．００３ｗｔ％、残部はＦｅであり、
ここで、Ｃｒ当量はＣｒ＋６Ｓｉ＋４Ｍｏ＋１．５Ｗ＋１１Ｖ＋５Ｎｂ－４０Ｃ－２Ｍｎ－４Ｎｉ－２Ｃｏ－３０Ｎに基づいて≦８．０％であるべきであり、前記Ｂ元素とＮ元素の質量の比は０．７５～２．１０：１である、ことを特徴とする請求項１に記載の耐熱鋼。

【請求項3】

鋼管の製造方法であって、請求項１～２のいずれか一項に記載の耐熱鋼を元素調合比率に応じて原料を取って混合した後に製錬を行い、まず連続鋳造、ダイカスト鋳造、熱間圧延又は熱間鍛造のうちのいずれか１種類によって素管に製造され、その後、素管を、熱間圧延、熱間引き抜き、冷間延伸または冷間圧延のうちのいずれか１種類を用いて鋼管に製造し、更に鋼管に対する焼ならし又は焼入れを行った後に焼き戻しを行い、製品を得て、
ここで、前記焼ならし又は焼入れの温度は１０７０～１１６０℃であり、前記焼き戻しは少なくとも１回を含み、前記焼き戻しの温度は７４０～７９０℃である、ことを特徴とする鋼管の製造方法。

【請求項4】

鋳造品の製造方法であって、請求項１～２のいずれか一項に記載の耐熱鋼を元素調合比率に応じて原料を取って混合した後に製錬、注型を行った後に鋳造品を得て、更に鋳造品に対する焼ならし又は焼入れを行った後に焼き戻しを行い、製品を得て、
ここで、前記焼ならし又は焼入れの温度は１０７０～１１６０℃であり、前記焼き戻しは少なくとも１回を含み、前記焼き戻しの温度は７３０～７８０℃である、ことを特徴とする鋳造品の製造方法。

【請求項5】

請求項１～２のいずれか一項に記載の耐熱鋼、又は請求項３に記載の鋼管の製造方法で製造された鋼管を含む、圧力容器。

【請求項6】

請求項１～２のいずれか一項に記載の耐熱鋼、又は請求項４記載の鋳造品の製造方法で製造された鋳造品を含む、動力機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、金属材料の技術分野に属し、鋼管及び鋳造品用耐熱鋼に関する。

【背景技術】

【0002】

圧力容器におけるボイラーは、エネルギー変換機器であり、ボイラーに供給されたエネルギーは燃料による化学エネルギー、電気エネルギーを有し、ボイラーは一定の熱エネルギーを有する蒸気、高温水又は有機熱媒体を取り出す。動力機械における蒸気タービンは、スチームタービンとも称され、回転式蒸気動力装置であり、高温高圧蒸気は固定ノズルを通過して加速された気流となった後、ブレードに噴射され、ブレード列が取り付けられる回転子を回転させると共に、外に仕事をする。ボイラーと蒸気タービンは現代火力発電所の主な装置である。

【0003】

火力発電の石炭燃焼ユニットの蒸気温度というパラメータを向上させることでユニットの効率を向上でき、化石燃料の消費を減少させ、省エネルギーや排出削減を実現することができる。ボイラーと蒸気タービンの動作温度は鋼管、例えば、ボイラー配管や、鋳造品、例えば、蒸気タービンにおけるシリンダーとバルブなどの重要な部品材料の最高使用温度により制限されている。

【0004】

ボイラー配管、蒸気タービンにおけるシリンダーとバルブなどの部品用高温材料はＣｒ－Ｍｏ鋼から様々な９％～１２％Ｃｒフェライト鋼に発展してきた。ここで、従来の鋼管、例えば、ボイラー配管の高温材料において、現在選択可能なものはＴ９２／Ｐ９２などを有し、従来の鋳造品、例えば、蒸気タービンにおけるシリンダーとバルブの高温材料において、現在選択可能なものはＺＧ１３Ｃｒ９Ｍｏ２Ｃｏ１ＮｉＶＮｂＮＢなどを有する。しかし、これらの鋼種の最高動作温度は６３０℃以下であり、現在、動作温度が６５０℃に達した鋼管及び鋳造品用耐熱鋼はない。

【発明の概要】

【0005】

上記従来技術の欠点に鑑み、本発明の目的は鋼管及び鋳造品用耐熱鋼を提供することであり、ボイラー配管と蒸気タービン鋳造品を製造することができ、６５０℃及び６５０℃以下の圧力容器又は動力機械部品の使用における要求を満たすことができる。

【0006】

上記目的及び他の関連する目的を達成するために、本発明の第１の態様は、鋼管及び鋳造品用耐熱鋼を提供し、以下の質量パーセントの元素で構成される。

【0007】

Ｃ（炭素）：０．０８～０．１４ｗｔ％、Ｓｉ（シリコン）：０．２０～０．４０ｗｔ％、Ｍｎ（マンガン）：０．３０～０．６０ｗｔ％、Ｐ（リン）：≦０．０２０ｗｔ％、Ｓ（硫黄）:≦０．０１０ｗｔ％、Ｃｒ（クロム）：９．００～１０．００ｗｔ％、Ｃｏ（コバルト）：２．８０～３．３０ｗｔ％、Ｗ（タングステン）：１．６５～１．９０ｗｔ％、Ｍｏ（モリブデン）：０．５５～０．８０ｗｔ％、Ｖ（バナジウム）：０．１５～０．２５ｗｔ％、Ｎｂ（ニオブ）：０．０３～０．０８ｗｔ％、Ｎ（窒素）：０．００６～０．０１５ｗｔ％、Ｂ（ホウ素）：０．００９～０．０１５ｗｔ％、Ｎｉ（ニッケル）：≦０．２０ｗｔ％、Ａｌ（アルミニウム）：≦０．０２ｗｔ％、Ｔｉ（チタン）：≦０．０２ｗｔ％、Ｚｒ（ジルコニウム）：≦０．０２ｗｔ％、Ｃｕ（銅）：≦０．１５ｗｔ％、Ｓｎ（スズ）：≦０．０２ｗｔ％、Ａｓ（ひ素）：≦０．０２ｗｔ％、Ｓｂ（アンチモン）：≦０．００５ｗｔ％、残部はＦｅ（鉄）である。

【0008】

好ましくは、前記鋼管及び鋳造品用耐熱鋼において、Ｃｒ（クロム）当量はＣｒ＋６Ｓｉ＋４Ｍｏ＋１．５Ｗ＋１１Ｖ＋５Ｎｂ－４０Ｃ－２Ｍｎ－４Ｎｉ－２Ｃｏ－３０Ｎに基づいて≦８．５％であるべきであり、前記Ｂ元素とＮ元素の質量の比は０．６５～２．４０：１である。

【0009】

好ましくは、前記鋼管及び鋳造品用耐熱鋼は、以下の質量パーセントの元素で構成される。

【0010】

Ｃ：０．０８～０．１３ｗｔ％、Ｓｉ：０．２０～０．３０ｗｔ％、Ｍｎ：０．４０～０．５０ｗｔ％、Ｐ（リン）：≦０．０２０ｗｔ％、Ｓ（硫黄）：≦０．００５ｗｔ％、Ｃｒ：９．００～９．６０ｗｔ％、Ｃｏ：２．９０～３．２０ｗｔ％、Ｗ：１．７０～１．８５ｗｔ％、Ｍｏ：０．６０～０．７５ｗｔ％、Ｖ：０．１８～０．２５ｗｔ％、Ｎｂ：０．０４～０．０７ｗｔ％、Ｎ：０．００７～０．０１４ｗｔ％、Ｂ：０．０１０～０．０１５ｗｔ％、Ｎｉ：≦０．１０ｗｔ％、Ａｌ（アルミニウム）：≦０．０１ｗｔ％、Ｔｉ：（チタン）≦０．０１ｗｔ％、Ｚｒ（ジルコニウム）：≦０．０１ｗｔ％、Ｃｕ（銅）：≦０．１０ｗｔ％、Ｓｎ（スズ）：≦０．０１ｗｔ％、Ａｓ：（ひ素）≦０．０１ｗｔ％、Ｓｂ（アンチモン）：≦０．００３ｗｔ％、残部はＦｅである。

【0011】

更に好ましくは、前記鋼管及び鋳造品用耐熱鋼において、Ｃｒ（クロム）当量はＣｒ＋６Ｓｉ＋４Ｍｏ＋１．５Ｗ＋１１Ｖ＋５Ｎｂ－４０Ｃ－２Ｍｎ－４Ｎｉ－２Ｃｏ－３０Ｎに基づいて≦８．０％であるべきであり、前記Ｂ元素とＮ元素の質量の比は０．７５～２．１０：１である。

【0012】

本発明により提供される鋼管及び鋳造品用耐熱鋼において、Ｃ元素は焼入れ性を確保する。焼き戻し過程に、Ｃは他の元素に結合され、結晶境界とマルテンサイトラス境界にＭ２３Ｃ６炭化物を形成し、マルテンサイトラスの内部にＭＸ型炭窒化物を形成し、高温強度を向上させることができる。強度と靭性を確保する以外、Ｃは有害相δ－フェライトとＢＮの生成を抑制するための欠かせない元素でもある。しかし、過剰に添加する場合、逆に靭性と強度を低減させ、長時間クリープ破断強度を損なう。そのため、Ｃの含有量は０．０８～０．１４％に限定されるべきである。更に、Ｃ元素の最適な含有量は０．０８～０．１３％に限定されるべきである。

【0013】

本発明により提供される鋼管及び鋳造品用耐熱鋼において、Ｓｉは溶鋼脱酸素剤として、Ｃｒと協同作用することで、更に、鋼の耐酸化性を向上させることができる。しかし、Ｓｉの添加量が多すぎる場合、鋼において脱酸素生成物ＳｉＯ２を残留し、溶鋼の純度と靭性を低下させる。また、Ｓｉは更に、金属間化合物Ｌａｖｅｓ相の析出を促進し、クリープ塑性を低下させる。高温に使用する時、Ｓｉは焼戻し脆性を向上させる。そのため、Ｓｉの含有量は０．２０～０．４０％に限定されるべきである。更に、Ｓｉ元素の最適な含有量は０．２０～０．３０％に限定されるべきである。

【0014】

本発明により提供される鋼管及び鋳造品用耐熱鋼において、Ｍｎ元素は溶鋼における酸素と硫黄元素を除去し、鋼の焼入れ性と強度を向上させ、δ－フェライトとＢＮの生成を抑制し、Ｍ２３Ｃ６炭化物の析出を促進することができる。しかし、Ｍｎ元素の含有量を増加させる場合、クリープ破断強度を低減させる。そのため、Ｍｎ元素の含有量は０．３０～０．６０％に限定されるべきである。更に、Ｍｎ元素の最適な含有量は０．４０～０．５０％に限定されるべきである。

【0015】

本発明により提供される鋼管及び鋳造品用耐熱鋼において、Ｎｉ元素は鋼の焼入れ性を向上させ、δ－フェライトとＢＮの生成を抑制し、室温強度と靭性を向上させることができる。しかし、Ｎｉ元素を添加することで鋼の高温クリープ特性に有益でなく、鋼の焼戻し脆性を向上させる。本発明の耐熱鋼が必要な高温クリープ強度を得ることを保証するために、Ｎｉ元素の添加量を可能な限り低くするべきであり、好ましくは、０．２０％以下であり、最も好ましくは、０．１０％である。

【0016】

本発明により提供される鋼管及び鋳造品用耐熱鋼において、Ｃｒ元素は耐酸化性と耐食性を向上させることができ、Ｍ２３Ｃ６炭化物が析出することにより高温強度を向上させる。上記効果を得るために、本発明の耐熱鋼のＣｒ元素の含有量は低くとも９．００％である。しかし、１０．００％を超える場合、δ－フェライトが生成しやすく、高強度温度と靭性を低下させる。そのため、Ｃｒ元素の含有量は９．００～１０．００％に限定されるべきである。更に、Ｃｒ元素の最適な含有量は９．００～９．６０％に限定されるべきである。同時、本発明の耐熱鋼のＣｒ当量（Ｃｒ＋６Ｓｉ＋４Ｍｏ＋１．５Ｗ＋１１Ｖ＋５Ｎｂ－４０Ｃ－２Ｍｎ－４Ｎｉ－２Ｃｏ－３０Ｎ）は８．５％以下に限定され、更に好ましくは８．０％以下に限定され、δ－フェライトが析出することを回避することができる。

【0017】

本発明により提供される鋼管及び鋳造品用耐熱鋼において、Ｍｏ元素は焼入れ性を向上させ、焼戻し脆性を抑制し、Ｍ２３Ｃ６炭化物の分散析出を促進し、鋼の引張強度とクリープ破断強度を向上させることができる。しかし、Ｍｏ元素が過剰である場合、δ－フェライトと金属間化合物Ｌａｖｅｓ相の析出を促進し、靭性を顕著に低減させる。そのため、Ｍｏ元素の含有量は０．５５～０．８０％に限定される。更に、Ｍｏ元素の最適な含有量は０．６０～０．７５％に限定されるべきである。

【0018】

本発明により提供される鋼管及び鋳造品用耐熱鋼において、Ｗ元素はＭ２３Ｃ６炭化物の粗大化を効果的に抑制でき、その役割はＭｏ元素を超え、クリープ破断強度を顕著に向上させることができる。Ｗ元素を添加して一部のＭｏ元素を置換し、Ｍｏ元素当量（Ｍｏ＋１／２Ｗ）は１．５％前後であるように保証し、強化効果が最も顕著であり、δ－フェライトと金属間化合物Ｌａｖｅｓ相を過剰に形成することがない。Ｗ元素の添加量が１．９０％を超える場合、塑性、靭性とクリープ破断強度を損ない、鋼において偏析が発生しやすい。そのため、Ｗ元素の含有量は１．６５～１．９０％に限定されるべきである。更に、Ｗ元素の最適な含有量は１．７０～１．８５％に限定されるべきである。

【0019】

本発明により提供される鋼管及び鋳造品用耐熱鋼において、Ｃｏ元素により固溶強化できると共に、δ－フェライトの析出を抑制することができる。Ｃｏ元素はＭｏ元素とＷ元素との相互作用下で、高温強度を顕著に改善し、鋼の靭性を向上させる。同時、コストを抑制するために、Ｃｏ元素の含有量が高すぎることは好ましくない。Ｃｏ元素の含有量は２．８０～３．３０％に限定されるべきである。更に、Ｃｏ元素の最適な含有量は２．９０～３．２０％に限定されるべきである。

【0020】

本発明により提供される鋼管及び鋳造品用耐熱鋼において、Ｖ元素は引張強度を向上させることができる。且つ、マルテンサイトラスの内部にＶ元素の細かい炭窒化物を生成することで、クリープ破断強度を向上させる。一定の量のＶ元素を添加し、結晶粒を微細化し、靭性を向上させることができる。しかし、添加量が多すぎる場合、靭性を低下させ、炭素が過剰に固定されることによってＭ２３Ｃ６炭化物の析出量が減少することを引き起こす。そのため、その含有量は０．１５～０．２５％である。期待値は０．１８～０．２５％であるべきである。

【0021】

本発明により提供される鋼管及び鋳造品用耐熱鋼において、Ｎｂ元素はＶ元素と同様に、引張強度とクリープ破断強度を向上させることができる。Ｎｂ元素とＣ元素は微細なＮｂＣを生成し、結晶粒を微細化し、靭性を向上させることができる。且つ、Ｎｂ元素とＶ元素で形成したＭＸ炭窒化物は、高温強度を向上させる役割を有し、その最も低い含有量は０．０３％であるべきである。しかし、その含有量は０．０８％以上になる時、Ｖ元素と同様に、炭素が過剰に固定されることによってＭ２３Ｃ６炭化物の析出量を減少させ、高温強度が低下することを引き起こす。そのため、０．０３～０．０８％に限定される必要がある。期待値は０．０４～０．０７％であるべきである。

【0022】

本発明により提供される鋼管及び鋳造品用耐熱鋼において、Ｎ元素とＶ元素はＶＮ窒化物が析出することができ、固溶状態でＭｏ元素とＷ元素と組み合わせ、高温強度を向上させ、含有量は低くとも０．００５％であるべきである。しかし、０．０１５％以上を添加する場合、塑性を損なう。且つ元素と共存する時、共晶Ｆｅ２ＢとＢＮが生成しやすく、鋼のクリープ特性と靭性を損なう。そのため、Ｎ元素の含有量は０．００６～０．０１５％に限定される。更に、Ｎ元素の最適な含有量は０．００７～０．０１４％に限定されるべきである。

【0023】

本発明により提供される鋼管及び鋳造品用耐熱鋼において、Ｂ元素は結晶境界の強化効果を有し、Ｍ２３Ｃ６炭化物の粗大化を抑制する役割を有し、高温強度を向上させる。しかし、０．０１５％以上である場合、鍛造性能と溶接性能に対して有益ではない。そのため、Ｂ元素の含有量は０．００９～０．０１５％に限定される。更に、Ｂ元素の最適な含有量は０．０１０～０．０１５％に限定されるべきである。Ｂ元素とＮ元素が結合されてＢＮを生成することを防止するために、Ｂ元素とＮ元素の質量の比を０．６５～２．４０：１に制御するべきであり、更に好ましくは、０．７５～２．１０：１に制御されるべきである。

【0024】

上記不可避な不純物は鉄鋼の製錬過程に避けられずに汚染された介在物元素である。これらの元素の含有量は可能な限り低くするべきである。製鋼原料を厳格にスクリーニングする場合、コストが上昇することを引き起こす。そのため、Ｐの含有量を０．０２０％以下、、Ｓの含有量を０．０１０％以下、、Ｃｕの含有量を０．１５％以下に抑制するべきである。同時、他の介在物元素はＡｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｓｎ、Ａｓ、Ｓｂなどがあり、本耐熱鋼の力学的性能に対する悪影響を有し、可能な限りその含有量を低減させるべきである。

【0025】

本発明の第２の態様は、鋼管の製造方法を提供し、前記耐熱鋼を元素調合比率に応じて原料を取って混合した後に製錬を行い、まず連続鋳造、ダイカスト鋳造、熱間圧延又は熱間鍛造のうちのいずれか１種類によって素管に製造され、その後、素管を、熱間圧延、熱間引き抜き、熱膨張、冷間延伸、冷間圧延又は鍛造中ぐりのうちのいずれか１種類を用いて鋼管に製造し、更に鋼管に対する焼ならし又は焼入れを行った後に焼き戻しを行い、製品を得る。

【0026】

好ましくは、前記焼ならし又は焼入れの温度は１０７０～１１６０℃である。

【0027】

好ましくは、前記焼き戻しは少なくとも１回を含み、前記焼き戻しの温度は７４０～７９０℃である。

【0028】

上記連続鋳造、ダイカスト鋳造、熱間圧延、熱間鍛造、熱間引き抜き、熱膨張、冷間延伸、冷間圧延又は鍛造中ぐりはいずれも鉄鋼製造分野において周知の技術工程である。

【0029】

上記鋼管の技術工程は国家標準ＧＢ５３１０の規定を満たす。

【0030】

本発明の第３の態様は、鋳造品の製造方法を提供し、前記耐熱鋼を元素調合比率に応じて原料を取って混合した後に製錬、注型を行った後に鋳造品を得て、更に鋳造品に対する焼ならし又は焼入れを行った後に焼き戻しを行い、製品を得る。

【0031】

好ましくは、前記焼ならし又は焼入れの温度は１０７０～１１６０℃である。

【0032】

好ましくは、前記焼き戻しは少なくとも１回を含み、前記焼き戻しの温度は730～780℃である。

【0033】

上記注型は鉄鋼製造分野において周知の技術工程である。

【0034】

本発明の第４の態様は、上記耐熱鋼、又は鋼管の圧力容器における用途を提供する。

【0035】

好ましくは、前記圧力容器はボイラー配管である。

【0036】

本発明の第５の態様は、上記耐熱鋼、又は鋳造品の動力機械における用途を提供する。

【0037】

好ましくは、前記動力機械は蒸気タービンである。

【0038】

上記鋼管及び／又は鋳造品の製造方法において、前記製錬は合金製錬及び精錬工程を含む。上記製錬における合金製錬、精錬工程はいずれも鉄鋼製造分野において周知の技術工程である。

【0039】

前記のように、本発明により提供される鋼管及び鋳造品用耐熱鋼、好ましい元素成分及びその製造ステップにより、性能に優れた鋼管及び鋳造品を製造することができる。それは従来のボイラー配管材料Ｔ／Ｐ９２に比べて、Ｃｏ元素を添加し、ＢとＮの割合を調整し、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｂ元素の含有量を向上させ、Ｎｂ、ＮとＮｉ元素の含有量を低減させ、Ｓｉ、Ｗ元素の含有量をより厳格に制限し、不純物元素Ｃｕ、Ｓｎ、Ａｓ、Ｓｂに対しても制限し、従来の鋳造品材料ＺＧ１３Ｃｒ９Ｍｏ２Ｃｏ１ＮｉＶＮｂＮＢに比べて、Ｗ元素を添加し、ＢとＮの割合を調整し、ＣｏとＢ元素の含有量を向上させ、Ｍｎ、Ｍｏ、ＮとＮｉ元素の含有量を低減させ、不純物元素Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ａｓ、Ｓｂに対しても制限する。

【0040】

本発明により提供される鋼管及び鋳造品用耐熱鋼は、高温クリープ破断強度と抗酸化性を向上させることによって、使用温度を向上させ、よって、発電装置の熱効率を向上させ、石炭消費と二酸化炭素の排出を低減させる。当該新型耐熱鋼は鋼管材料として使用される時に材質グレードはＴＢ４（小口径管）／ＰＢ４（大口径管）と略称し、鋳造品材料に用いられる時に材質グレードはＣＢ４と略称する。

【0041】

本発明により提供される鋼管及び鋳造品用耐熱鋼は、圧力容器と動力機械、特にボイラー配管と蒸気タービン鋳造品を製造するために用いられてよく、製造により取得されたボイラー配管と蒸気タービン鋳造品は６５０℃及び６５０℃以下、おける高温環境において良好な高温クリープ破断強度と抗酸化性を有し、動作温度が６５０℃及び６５０℃以下であるボイラーと蒸気タービンに対する使用における要求を満たすことができる。

【発明を実施するための形態】

【0042】

以下、具体的な実施例に合わせて本発明を詳細に説明し、理解すべきことは、これらの実施例は、本発明を説明するためのものに過ぎず、本発明の保護範囲を限定するためのものではないことである。

【0043】

以下、特定の実施例により本発明の実施形態を説明し、当業者は、本明細書に開示された内容により本発明の別の利点と効果を容易に理解することができる。本発明は、更に、また異なる実施形態により実施又は応用されてもよく、本明細書における各詳細は異なる観点に基づいて応用されてもよく、本発明の趣旨を逸脱することなく、様々な修正又は変化を行うことができる。

【0044】

実施例１
調合比率に応じて各元素成分を取り、表１に示すように、各成分は以下の質量パーセントの元素で構成される。

【0045】

Ｃ：０．１０ｗｔ％、Ｓｉ：０．３０ｗｔ％、Ｍｎ：０．５０ｗｔ％、Ｐ：０．００８ｗｔ％、Ｓ：０．００３ｗｔ％、Ｃｒ：９．３０ｗｔ％、Ｃｏ：３．００ｗｔ％、Ｗ：１．８０ｗｔ％、Ｍｏ：０．６５ｗｔ％、Ｖ：０．２３ｗｔ％、Ｎｂ：０．０５ｗｔ％、Ｎ：０．０１２ｗｔ％、Ｂ：０．０１２ｗｔ％、Ｎｉ：０．０５ｗｔ％、Ａｌ：０．０１ｗｔ％、Ｔｉ：０．００３ｗｔ％、Ｚｒ：０．００１ｗｔ％、Ｃｕ：０．０５ｗｔ％、Ｓｎ：０．００１ｗｔ％、Ａｓ：０．００１ｗｔ％、Ｓｂ：０．００１ｗｔ％、残部はＦｅである。

【0046】

ここで、Ｃｒ＋６Ｓｉ＋４Ｍｏ＋１．５Ｗ＋１１Ｖ＋５Ｎｂ－４０Ｃ－２Ｍｎ－４Ｎｉ－２Ｃｏ－３０Ｎに基づき、Ｃｒ当量はは７．６２％である。Ｂ元素とＮ元素の質量の比は１：１である。

【0047】

上記各元素調合比率に応じて原料を取って混合した後、製錬を行い、すなわち、合金製錬、精錬を順に行い、更に素管にダイカスト鋳造し、素管に対する熱間引き抜きを行った後に鋼管を得て、更に鋼管に対する焼ならしを行った後に焼き戻しを行い、鋼管サンプル１＃を得る。ここで、焼ならしの温度は１１００℃であり、焼き戻しは１回を含み、焼き戻しの温度は７８０℃である。鋼管サンプル１＃はボイラー配管である。

【0048】

実施例2
調合比率に応じて各元素成分を取り、表１に示すように、各成分は以下の質量パーセントの元素で構成される。

【0049】

Ｃ：０．１２ｗｔ％、Ｓｉ：０．２５ｗｔ％、Ｍｎ：０．４５ｗｔ％、Ｐ：０．０１２ｗｔ％、Ｓ：０．００５ｗｔ％、Ｃｒ：９．６０ｗｔ％、Ｃｏ：３．２０ｗｔ％、Ｗ：１．７５ｗｔ％、Ｍｏ：０．７０ｗｔ％、Ｖ：０．２０ｗｔ％、Ｎｂ：０．０７ｗｔ％、Ｎ：０．００９ｗｔ％、Ｂ：０．０１３ｗｔ％、Ｎｉ：０．１０ｗｔ％、Ａｌ：０．０１ｗｔ％、Ｔｉ：０．００５ｗｔ％、Ｚｒ：０．００１ｗｔ％、Ｃｕ：０．０６ｗｔ％、Ｓｎ：０．００１ｗｔ％、Ａｓ：０．００２ｗｔ％、Ｓｂ：０．００１５ｗｔ％、残部はＦｅ（鉄）である。

【0050】

ここで、Ｃｒ＋６Ｓｉ＋４Ｍｏ＋１．５Ｗ＋１１Ｖ＋５Ｎｂ－４０Ｃ－２Ｍｎ－４Ｎｉ－２Ｃｏ－３０Ｎに基づき、Ｃｒ当量はは６．７％である。Ｂ元素とＮ元素の質量の比は１．４：１である。上記各元素調合比率に応じて原料を取って混合した後、製錬を行い、すなわち、合金製錬、精錬を順に行い、更に鋳造品に注型し、鋳造品に対する焼ならしを行った後に焼き戻しを行い、鋳造品サンプル１＊を得る。ここで、焼ならしの温度は1140℃であり、焼き戻しは2回を含み、焼き戻しの温度は755℃である。鋳造品サンプル１＊は蒸気タービンの弁ハウジングの鋳造品である。

【0051】

【表1】

【0052】

比較例１
従来の鋼管材料Ｔ９２／Ｐ９２及び鋳造品材料ＺＧ１３Ｃｒ９Ｍｏ２Ｃｏ１ＮｉＶＮｂＮＢを選択し、従来の鋼管材料Ｔ９２／Ｐ９２及び鋳造品材料ＺＧ１３Ｃｒ９Ｍｏ２Ｃｏ１ＮｉＶＮｂＮＢは本発明の耐熱鋼に含まれる元素構成は表２に示すとおりである。

【0053】

【表2】

【0054】

テスト例１
標準ＡＳＴＭ Ａ２１３／Ａ３３５とＪＢ／Ｔ １４０４７に基づき、従来の鋼管材料Ｔ９２／Ｐ９２及び鋳造品材料ＺＧ１３Ｃｒ９Ｍｏ２Ｃｏ１ＮｉＶＮｂＮＢの力学的性能指標をリストし、具体的なデータは表３に示すとおりである。表３においてＲｐ０．２は降伏強度であり、Ｒｍは引張強度であり、Ａは延伸率であり、Ｚは断面収縮率であり、ＫＶ２は衝撃吸収エネルギーである。同時、実施例１で取得された鋼管サンプル１＃と実施例２で取得された鋳造品サンプル１＊に対して、国家標準ＧＢ／Ｔ２２８．１に応じて室温で引張試験を行い、国家標準ＧＢ／Ｔ２２９に応じて室温で衝撃試験を行い、試験の結果は表３に示すとおりである。

【0055】

表３に示すように、従来の鋼管材料Ｔ９２／Ｐ９２と実施例１で取得された鋼管サンプル１＃を比較することにより、鋼管サンプル１＃で取得された室温力学的性能はＴ９２／Ｐ９２の指標要求を満たす。

【0056】

表３に示すように、従来の鋳造品材料ＺＧ１３Ｃｒ９Ｍｏ２Ｃｏ１ＮｉＶＮｂＮＢと実施例２で取得された鋳造品サンプル１＊を比較することにより、鋳造品サンプル１＊で取得された室温力学的性能はＺＧ１３Ｃｒ９Ｍｏ２Ｃｏ１ＮｉＶＮｂＮＢの指標要求を満たす。

【0057】

テスト例2
実施例１で取得された鋼管サンプル１＃と実施例２で取得された鋳造品サンプル１＊に対して、国家標準ＧＢ／Ｔ ２０３９標準に応じてクリープ破断強度試験を行い、その後、国家標準ＧＢ／Ｔ ２０３９に規定される外挿法に応じて６５０℃／１０万時間という条件下でクリープ破断強度限界Ｒｕ_{１０００００ｈ／６５０℃}を導出し、それぞれＴ９２／Ｐ９２及びＺＧ１３Ｃｒ９Ｍｏ２Ｃｏ１ＮｉＶＮｂＮＢの６５０℃／１０万時間という条件下におけるクリープ破断強度と比較し、結果は表４に示すとおりである。

【0058】

表３から分かるように、実施例１で取得された鋼管サンプル１＃のクリープ破断強度外挿値は、従来の鋼管材料Ｔ９２／Ｐ９２に比べて５０％以上向上し、強化効果が顕著であり、６５０℃下でのボイラー配管の使用における要求を満たすことができる。

【0059】

表３から分かるように、実施例２で取得された鋳造品サンプル１＊のクリープ破断強度外挿値は、従来の鋳造品材料ＺＧ１３Ｃｒ９Ｍｏ２Ｃｏ１ＮｉＶＮｂＮＢに比べて４０％以上向上し、強化効果が顕著であり、６５０℃下の蒸気タービン鋳造品の使用における要求を満たすことができる。

【0060】

【表3】

【0061】

テスト例3
実施例１で取得された鋼管サンプル１＃と実施例２で取得された鋳造品サンプル１＊、及び従来の鋼管材料Ｔ９２／Ｐ９２及び鋳造品材料ＺＧ１３Ｃｒ９Ｍｏ２Ｃｏ１ＮｉＶＮｂＮＢに対して、６２０℃と６５０℃下の酸化増量試験をそれぞれ行う。試料を６２０℃／６５０℃と２７ＭＰａ流動の水蒸気環境に載置し、時間は長くとも２０００ｈとなり、この時間帯内において各試料の増量の変化をテストし、酸化増量が小さくなるほど材料の耐酸化性が良くなることを説明する。

【0062】

試験結果によれば、同じ温度下で、鋼管サンプル１＃の耐酸化性はＴ９２／Ｐ９２により顕著に好ましく、鋳造品サンプル１＊の耐酸化性はＺＧ１３Ｃｒ９Ｍｏ２Ｃｏ１ＮｉＶＮｂＮＢにより顕著に好ましくなる。

【0063】

異なる温度で、例えば、６５０℃下、鋼管サンプル１＃の酸化増量はＴ９２／Ｐ９２６２０℃下における酸化増量に類似し、鋳造品サンプル１＊の酸化増量はＺＧ１３Ｃｒ９Ｍｏ２Ｃｏ１ＮｉＶＮｂＮＢ６２０℃下における酸化増量に類似する。本発明の耐熱鋼で製造した鋼管及び鋳造品を示し、表面防護コーティング層により耐酸化を行わないという前提で、基本的には６５０℃動作条件下で長期間に使用されるニーズを満たすことができる。

【0064】

そのため、本発明は、従来技術における様々な欠点を効果的に解決して高い産業利用価値を備える。

【0065】

上記実施例は、本発明の原理及びその効果を例示的に説明するものに過ぎず、本発明を限定するものではない。当業者は、いずれも本発明の趣旨及び範囲を逸脱することなく、上記実施例に対する修正又は変化を行うことができる。そのため、当業者は、本発明により開示される趣旨と技術的思想を逸脱することなく、なされた一切の等価な修正又は変化は、依然として本発明の請求の範囲に含まれるべきである。