JPH1136038A

JPH1136038A - 耐熱鋳鋼

Info

Publication number: JPH1136038A
Application number: JP9190925A
Authority: JP
Inventors: Akiji Fujita; 明次藤田; Masatomo Kamata; 政智鎌田
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1997-07-16
Filing date: 1997-07-16
Publication date: 1999-02-09
Also published as: DE69821493T2; DE69824963T2; ES2214805T3; ES2222656T3; DE69824962D1; EP1002885A3; EP1405931A3; ATE259002T1; DE69821493D1; ATE270717T1; EP1004685A3; EP0892079A1; DE69824962T2; ATE270718T1; DE69824963D1; EP1001045A2; EP1001045A3; EP1002885A2; EP1001044B1; EP1001044A2

Abstract

(57)【要約】【課題】高Ｃｒ系鋼の材料で６００℃以上の蒸気温度
条件でも適用できる、高温強度の優れた高温用蒸気ター
ビン車室材として用いられる耐熱鋳鋼を提供する。【解決手段】重量比で、炭素：０．０７〜０．１５
％、シリコン：０．０５〜０．３０％、マンガン：０．
１〜１％、クロム：８〜１０％、ニッケル：０．０１〜
０．２％、バナジウム：０．１〜０．２％、ニオブ及び
タンタルの合計：０．０１〜０．２％、モリブデン：
０．１〜０．７％、タングステン：１〜２．５％、コバ
ルト：０．１〜５％、窒素：０．０３〜０．０７％を含
有し、残部が鉄及び不可避的不純物からなることを特徴
とする耐熱鋳鋼。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、火力発電用蒸気タ
ービン車室等の圧力容器などの構成材料に用いられる耐
熱鋳鋼に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、火力発電用蒸気タービンプラント
に用いられる高温用の車室材としては、２．２５％Ｃｒ
Ｍｏ鋳鋼、ＣｒＭｏ鋳鋼、ＣｒＭｏＶ鋳鋼や１２Ｃｒ鋳
鋼が用いられる。これらの鋳鋼のうち、２．２５％Ｃｒ
Ｍｏ鋳鋼、ＣｒＭｏ鋳鋼、ＣｒＭｏＶ鋳鋼等の低合金鋼
からなる鋳鋼は、高温強度の限界から、その使用は、蒸
気温度が５６６℃までのプラントに制限される。一方、
１２Ｃｒ鋳鋼（例えば、特願昭５９−２１６３２２号公
報などに開示）は、高温強度が低合金鋼製鋳鋼よりも優
れているため、蒸気温度が６００℃に近い温度までのプ
ラントに適用することが可能である。しかし、これを越
える温度に対しては、高温強度が不足するため、蒸気タ
ービン車室等の圧力容器として適用することは困難であ
った。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、高Ｃｒ系鋼
の材料で６００℃以上の蒸気温度条件でも適用できる、
高温強度の優れた高温用蒸気タービン車室材として用い
られる耐熱鋳鋼を提供するものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】このため、本願発明者ら
は鋭意研究を重ねた結果、以下に示す優れた耐熱鋳鋼を
発明した。すなわち、本発明の第１の耐熱鋳鋼は、重量
比で、炭素：０．０７〜０．１５％、シリコン：０．０
５〜０．３０％、マンガン：０．１〜１％、クロム：８
〜１０％、ニッケル：０．０１〜０．２％、バナジウ
ム：０．１〜０．３％、ニオブ及びタンタルの合計：
０．０１〜０．２％、モリブデン：０．１〜０．７％、
タングステン：１〜２．５％、コバルト：０．１〜５
％、窒素：０．０３〜０．０７％を含有し、残部が不可
避的不純物からなることを特徴とする。

【０００５】本発明の第２の耐熱鋳鋼は、重量比で、炭
素：０．０７〜０．１５％、シリコン：０．０５〜０．
３０％、マンガン：０．０１〜０．１％、クロム：８〜
１０％、ニッケル：０．０１〜０．２％、バナジウム：
０．１〜０．３％、ニオブ及びタンタルの合計：０．０
１〜０．２％、窒素：０．０１〜０．０７％、モリブデ
ン：０．１〜０．７％、タングステン：１〜２．５％、
コバルト：０．１〜５％を含有し、残部が鉄及び不可避
的不純物からなることを特徴とする。

【０００６】本発明の第３の耐熱鋳鋼は、重量比で、炭
素：０．０７〜０．１５％、シリコン：０．０５〜０．
３０％、マンガン：０．１〜１％、クロム：８〜１０
％、ニッケル：０．０１〜０．２％、バナジウム：０．
１〜０．３％、ニオブ及びタンタルの合計：０．０１〜
０．２％、モリブデン：０．１〜０．７％、タングステ
ン：１〜２．５％、コバルト：０．１〜５％、窒素：
０．００１〜０．０３％、ボロン：０．００２〜０．０
１％を含有し、残部が鉄及び不可避的不純物からなるこ
とを特徴とする。

【０００７】本発明の第４の耐熱鋳鋼は、重量比で、炭
素：０．０７〜０．１５％、シリコン：０．０５〜０．
３０％、マンガン：０．０１〜０．１％、クロム：８〜
１０％、ニッケル：０．０１〜０．２％、バナジウム：
０．１〜０．３％、ニオブ及びタンタルの合計：０．０
１〜０．２％、モリブデン：０．１〜０．７％、タング
ステン：１〜２．５％、コバルト：０．１〜５％、窒
素：０．００１〜０．０３％、ボロン：０．００２〜
０．０１０％を含有し、残部が鉄及び不可避的不純物か
らなることを特徴とする。本発明の第５の耐熱鋳鋼は、
重量比で、ネオジウム：０．００１〜０．２％、ニッケ
ル：０．０１〜１％を含有する上記第１〜第４の耐熱鋳
鋼である。本発明の第６の耐熱鋳鋼は、重量比で、ハフ
ニウム：０．００１〜０．２％、ニッケル：０．０１〜
１％を含有する上記第１〜第４の耐熱鋳鋼である。本発
明の第７の耐熱鋳鋼は、重量比で、ネオジウム：０．０
０１〜０．２％、ニッケル：０．０１〜１％を含有する
上記第６の耐熱鋳鋼である。本発明の第８の耐熱鋳鋼
は、下記の式で算出される指標Ａ（％）が８（％）以下
であることを特徴とする上記第１〜第７のいずれか一の
耐熱鋳鋼である。指標Ａ（％）＝Ｃｒ含有量（％）＋６Ｓｉ含有量（％）
＋４Ｍｏ含有量（％）＋３Ｗ含有量（％）＋１１Ｖ含有
量（％）＋５Ｎｂ含有量（％）−４０Ｃ含有量（％）−
２Ｍｎ含有量（％）−４Ｎｉ含有量（％）−２Ｃｏ含有
量（％）−３０Ｎ含有量（％）

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明者らは、高Ｃｒ系鋼を基本
成分として合金元素の厳選を行って高温強度の改善を行
い、従来の材料にない優れた高温強度特性を有する新し
い耐熱鋳鋼を見い出した。本発明の第１の耐熱鋳鋼以下に、本発明の第１の耐熱鋳鋼の成分限定理由を説明
する。なお、添加量の単位については、特にことわらな
い限り、重量％とする。Ｃ（炭素）：ＣはＮとともに炭窒化物を形成し、クリー
プ破断強度の向上に寄与する。また、オーステナイト形
成元素として作用し、δフェライトの生成を抑制する。
添加量が０．０７％未満ではその十分な効果は得られ
ず、また０．１５％を越えると使用中に炭窒化物が凝集
して粗大化し、高温長時間強度を劣化させる。さらに、
Ｃ量が多くなると溶接性が劣化し、圧力容器等を製造す
る場合に溶接割れなどの不具合が生じる。このため、炭
窒化物として高温強度を改善することやδフェライトの
生成を抑制するため以外には必要以上に添加しないこと
が必要である。このため、Ｃの添加量を０．０７〜０．
１５％とする。好ましい範囲は、０．０８〜０．１４％
である。Ｓｉ（シリコン）：Ｓｉは脱酸材としての効果がある。
また、鋳鋼材料では鋳型の隅々まで溶湯が流れ込むこと
が必要であるため湯流れ性が必要であるが、Ｓｉは湯流
れ性を確保する上で必要な元素である。しかし、Ｓｉは
靱性と高温強度を低下させ、さらにはδフェライトの生
成を促進する効果を持つため、可能な限り低く抑えるこ
とが必要である。添加量が０．０５％未満では湯流れ性
の確保の点で十分ではなく、また０．３％を越える量を
添加すると、上述した不具合が発生する。そこで、Ｓｉ
の添加量を０．０５〜０．３％とする。好ましい範囲
は、０．１〜０．２５％である。

【０００９】Ｍｎ（マンガン）：Ｍｎも脱酸材として有
用な元素であり、δフェライトの生成を抑制する作用が
ある。一方、多量にこのＭｎを加えるとクリープ破断強
度が劣化する。このため、１％を越える量の添加は好ま
しくない。ただし製鋼段階での作り込みを考えた場合に
はスクラップの管理をする上で０．１％以上の方がコス
ト的にメリットがある。そこで、Ｍｎの添加量を０．１
〜１％とする。Ｃｒ（クロム）：Ｃｒは炭化物を形成しクリープ破断強
度の改善に寄与するとともに、マトリックス中に溶け込
んで耐酸化性を改善するとともに、マトリックス自体を
強化して高温長時間側の強度の向上に寄与する。添加量
が８％未満であるとその効果が十分でなく、また１０％
を越える量を添加するとδフェライトを生成しやすくな
って高温強度の低下や靱性の劣化をもたらす。このた
め、Ｃｒの添加量を８〜１０％とする。好ましい範囲
は、８．５〜９．５％である。

【００１０】Ｎｉ（ニッケル）：Ｎｉは靱性を改善する
上で有効な元素である。また、Ｃｒ当量を下げてδフェ
ライトの生成を抑制する効果もある。しかし、この元素
の添加はクリープ破断強度の低下をもたらす。このた
め、必要最小限度の添加が望まれる。本願発明ではＮｉ
の効果を発揮する元素としてＣｏを添加しており、Ｎｉ
の役割をＣｏによって置き換えることができる。ただ
し、Ｃｏは高価な元素であり、Ｃｏの使用量は経済性か
ら見た場合には可能な限り少なくすることも必要であ
る。このため、他の合金元素との関係もあるが、Ｎｉは
０．２％以下の添加によってδ−フェライトの生成を抑
制する。なお、下限値については通常の不可避的不純物
として混入する量を考慮して０．０１％以上とする。し
たがって、Ｎｉの添加量を０．０１〜０．２％とする。
好ましい範囲は０．０１〜０．１％である。

【００１１】Ｖ（バナジウム）：Ｖは炭窒化物となって
クリープ破断強度を改善するが、添加量が０．１％未満
ではその十分な効果が得られない。また、逆に０．３％
を越える量を添加するとむしろクリープ破断強度は低下
してしまうとともに靱性が低下してしまう。このため、
Ｖの添加量を０．１〜０．３％とする。好ましい範囲は
０．１５〜０．２５％である。Ｎｂ及びＴａ（ニオブ及びタンタル）：ＮｂとＴａは炭
窒化物を形成して高温強度の改善に寄与する。また、高
温で析出する炭化物（Ｍ₂₃Ｃ₆）を微細にして長時間ク
リープ破断強度の改善に寄与する。０．０１％未満の添
加量ではその効果は十分ではなく、またその合計量が
０．２％を越える量を添加すると、鋼塊製造時に生成し
たＮｂまたはＴａの炭化物が熱処理時に必ずしも固溶で
きないため、靱性を低下させる。このため、Ｎｂ及びＴ
ａの添加量の合計を０．０１〜０．２％とする。好まし
い範囲は、０．０３〜０．０７％である。

【００１２】Ｍｏ（モリブデン）：ＭｏはＷとともにマ
トリックス中に固溶してクリープ破断強度を改善する。
Ｍｏの単独の添加であれば１．５％程度添加することが
可能であるが、本願の場合はＷを添加しており、Ｍｏと
Ｗを比較した場合、Ｗの添加の方が高温強度の改善に有
効である。また、Ｍｏ及びＷを多量に添加するとδフェ
ライトが形成されてクリープ破断強度を劣化させる。Ｗ
単独では十分な高温強度が発揮できないことから、僅か
でもＭｏを添加する必要があり、その添加量は本鋳鋼材
の場合には０．１％以上となる。したがって、Ｗとのバ
ランスから、Ｍｏの添加量は０．１〜０．７％とする。
好ましい範囲は、０．１〜０．５％である。Ｗ（タングステン）：Ｗは、上述したようにＭｏととも
にマトリックス中に固溶してクリープ破断強度を改善す
る。ＷはＭｏよりも固溶体強化機能が強く、高温強度の
向上に有効な元素であるが、多量に添加するとδフェラ
イトや多量のラーベス相を生成するため、逆にクリープ
破断強度を劣化させる。このため、Ｍｏの添加量とのバ
ランスを考慮して、Ｗの添加量を１〜２．５％とする。
好ましい範囲は、１．５〜２％である。

【００１３】Ｃｏ（コバルト）：Ｃｏはマトリックスに
固溶してδフェライトの生成を抑制する。また、Ｎｉと
同じようにδフェライトの生成を抑制する働きがあるに
も拘わらず、Ｎｉのように高温強度を劣化させることは
ない。このため、Ｃｏを添加すると、Ｃｏを添加しない
ものよりもＣｒやＷ、Ｍｏ等の強化元素を多く添加する
ことが可能となる。この結果、高いクリープ破断強度を
得ることが可能となる。さらに、Ｃｏには焼もどし軟化
抵抗を大きくする作用があり、使用中の材料の軟化を抑
制することに効果がある。これらの効果は他の元素との
関係もあるが、Ｃｏを０．１％以上添加するとその効果
は現れる。しかし、本発明耐熱鋼の成分系では５％を越
える量を添加すると、σ相などの金属間化合物が生成し
やすくなり、このような金属間化合物が生成すると脆化
し、長時間側のクリープ破断強度も劣化させてしまう。
したがって、Ｃｏの添加量を０．１〜５％とする。好ま
しい範囲は、２〜４％である。

【００１４】Ｎ（窒素）：ＮはＣや合金元素とともに炭
窒化物を形成して高温強度の改善に寄与し、δフェライ
トの生成を抑制する効果がある。この成分系においては
Ｎが０．０３％未満では、十分な炭窒化物を形成するこ
とができないために、十分なクリープ破断強度が得られ
ない。また、０．０７％を越える量を添加すると、長時
間側で炭窒化物が凝集・粗大化して、十分なクリープ破
断強度を得ることができなくなる。このため、Ｎの添加
量を０．０３〜０．０７％とする。好ましい範囲は、
０．０４〜０．０６％である。

【００１５】本発明の第２の耐熱鋳鋼以下に、本発明の第２の耐熱鋳鋼について、その成分限
定理由を述べるが、上記第１の耐熱鋳鋼の説明と重複す
るところは省略し、ここでは新たに狭い範囲に限定した
Ｍｎの限定理由のみを説明する。Ｍｎ：Ｍｎは上述したように、脱酸材として有用な元素
であり、δフェライトの生成を抑制する作用がある。し
かし、上述したように、この元素を加えるとＮｉを加え
たときと同様にクリープ破断強度が劣化する。このた
め、可能な限り添加量を低く抑えることが必要であり、
特に、０．１％以下に低く抑えるとクリープ破断強度は
大きく改善される。また、Ｍｎは不純物として混入する
Ｓの悪影響をＭｎＳを形成することで無害化する作用も
あるため、０．０１％以上の添加は必要である。このた
め、Ｍｎの添加量を０．０１〜０．１％に限定する。好
ましい範囲は、０．０６〜０．０９％である。

【００１６】本発明の第３の耐熱鋳鋼以下に、本発明の第３の耐熱鋳鋼について、その成分限
定理由を述べるが、上記第１の耐熱鋳鋼と異なる成分の
Ｎと、新たに添加するＢの効果について以下に説明す
る。Ｎ：上述したように、ＮはＣや合金元素とともに炭窒化
物を形成して高温強度の改善に寄与する。一方、本耐熱
鋳鋼においては炭窒化物だけでなく、後述するＢの添加
による高温強度の向上も有用に働く。しかし、ＢはＮと
鋼中において容易に結び付いてＢＮなる非金属介在物を
形成する。このため、Ｎが添加された鋼ではＢを添加し
たとしてもＮによってその効果は奪われ、Ｂによる高温
強度の改善の効果は十分に発揮されない。Ｂを添加する
ことによる効果を１００％発揮させるためには、できる
限りＮの添加を低く抑えることが必要である。このため
に、Ｂの添加の効果を１００％活かして高温強度を改善
する場合には、Ｎの添加量は０．０１％以下が望まし
い。しかし、Ｂの効果は必ずしも十分ではないが、炭窒
化物の析出強化を補う程度の効果を考えた場合には、Ｎ
が０．０３％以下であれば、Ｂの添加による高温強度の
向上は期待できる。また、上記第１と第２の耐熱鋳鋼に
示すようにＮが０．０３％以上の場合には炭窒化物によ
って高温強度が確保されることになる。したがって、Ｂ
の効果をある程度活かして高温強度を改善する第３の耐
熱鋳鋼の場合には、ＢＮの生成を最小限にするために、
Ｎ量は０．０３％以下まで許容する。また、Ｎの下限値
は不可避的に混入する０．００１％以上となる。すなわ
ち、Ｎの添加量は、Ｂの添加を考えた場合には０．００
１〜０．０３％となる。好ましい範囲は０．００１〜
０．０１％である。

【００１７】Ｂ（ボロン）：Ｂは、粒界強度を高くする
作用があるため、クリープ破断強度の改善に寄与する。
特に、第３の耐熱鋳鋼は、このクリープ破断強度を向上
させており、Ｎについて説明したようにＢの効果を阻害
するＮの量を制限し、可能な限りＢの効果が機能するよ
うに工夫した材料である。ただし、Ｂを０．０１％を越
えるように多量に添加すると溶接性が悪くなるととも
に、靱性が低下することになる。また、０．００２％よ
り少ない量ではＢの効果が十分に得られない。このた
め、Ｂの添加量を０．００２〜０．０１％とする。好ま
しい範囲は０．００３〜０．００７％である。

【００１８】本発明の第４の耐熱鋳鋼本発明の第４の耐熱鋳鋼の成分限定範囲は、第１の耐熱
鋳鋼の成分を基本として、第２の耐熱鋳鋼で説明した理
由によりＭｎの添加量を低く狭い範囲に規定し、さらに
第３の耐熱鋳鋼で示した理由によりＮの添加量及びＢの
添加量を規定している。従って、第４の耐熱鋳鋼の成分
限定理由は、既に説明されているのでここでは省略す
る。

【００１９】本発明の第５の耐熱鋳鋼以下に、本発明の第５の耐熱鋳鋼について、その成分限
定理由を述べるが、第１〜第４の耐熱鋳鋼と同じものに
ついては説明を省略し、ここでは、新たに添加するＮｄ
の成分限定理由と、第１〜第４の耐熱鋳鋼と成分限定範
囲が異なるＮｉについて説明する。Ｎｄ（ネオジウム）：Ｎｄは、炭化物や窒化物を作って
マトリックス中に微細に分散して高温強度、とりわけク
リープ破断強さを改善する。また、一部はマトリックス
に固溶して固溶体強化に寄与すると考えられている。こ
れらの効果は、極微量の添加でも有用であり、０．００
１％の添加でもその効果は認められる。しかし、多量に
添加すると、材料の靱性を損ね脆化させてしまう。この
ため、Ｎｄの添加量を０．２％以下とする。なお、好ま
しい範囲は０．００５〜０．０１５％である

【００２０】Ｎｉ：Ｎｉは、上述したようにＮｉは靱性
を改善し、Ｃｒ当量を下げてδフェライトの生成を抑制
する効果もある。しかし、この元素の添加はクリープ破
断強度の低下をもたらすため、Ｎｄを添加しない成分材
料である第１〜第４の耐熱鋳鋼については０．２％を越
えないように制限を加えている。しかし、Ｎｄはクリー
プ破断強さを向上させる効果が大きく、先にも述べたよ
うに微量の添加で大きく高温強度を改善する。このた
め、Ｎｉの添加に対する制限もＮｄを添加することで緩
めることができる。その結果、Ｎｄの添加を行った場合
には、１％以下のＮｉの添加であればＮｄによって高温
強度の低下を防ぐことができる。なお、下限値について
は先に示したように通常の不可避的不純物として混入す
る量を考慮して０．０１％以上とする。したがって、Ｎ
ｉの添加量を０．０１〜１％とする。好ましい範囲は
０．０１〜０．７％である

【００２１】本発明の第６の耐熱鋳鋼以下に、本発明の第６の耐熱鋳鋼について、その成分限
定理由を述べるが、上記第１〜第４の耐熱鋳鋼と同じも
のについては説明を省略し、ここでは、新たに添加する
Ｈｆの成分限定理由と、第１〜第４の耐熱鋳鋼と成分限
定範囲が異なるＮｉについて説明する。Ｈｆ（ハフニウム）：Ｈｆはニッケル基の超合金などに
添加されている合金元素であり、粒界の強度を向上させ
て高温強度、とりわけクリープ破断強さの向上に効果が
大きい元素である。このようなＨｆの効果は耐熱鋳鋼材
の高温強度改善にも有用であり、クリープ破断強さ向上
に効果が大きい。高Ｃｒ鋼では上述の効果の他にマトリ
ックスに固溶してマトリックス自体を強化すること、炭
化物の凝集・粗大化を遅延させること、及び微細な炭化
物を形成して析出強化に寄与すること等により、長時間
クリープ破断強さを向上させる効果などがある。これら
の効果は、極微量の添加でも有用であり、０．００１％
でもその効果は認められる。しかし、多量に添加する
と、材料の靱性を損ね、脆化させてしまう。また、０．
２％以上を添加すると製造時にマトリックス中に固溶す
ることができないため、それ以上添加することの効果は
期待できない。さらに、多量に添加すると溶解時に耐火
物と反応して介在物となり素材自体の清浄度を劣化させ
るとともに、溶解炉も損傷させてしまう。このため、必
要最小限度の添加を行うことが必要となる。以上のこと
から、Ｈｆの添加量を０．００１〜０．２％とする。な
お、好ましい範囲は０．００５〜０．０１５％である。

【００２２】Ｎｉ：Ｎｉは、上述したように、靱性を改
善し、Ｃｒ当量を下げてδフェライトの生成を抑制する
効果もある。しかし、この元素の添加はクリープ破断強
度の低下をもたらすため、Ｈｆを添加しない成分材料で
ある第１〜第４の耐熱鋳鋼については０．２％を越えな
いように制限を加えている。しかし、ＨｆはＮｄと同様
にクリープ破断強さを向上させる効果が大きく、先にも
述べたように微量の添加で大きく高温強度を改善する。
このため、Ｎｉの添加に対する制限もＨｆを添加するこ
とで緩めることができる。その結果、Ｈｆの添加を行っ
た場合には１％以下の添加であればＨｆによって高温強
度の低下を防ぐことができるので、１％以下とする。な
お、下限値については先に示したように通常の不可避的
不純物として混入する量を考慮して０．０１％以上とす
る。したがって、Ｎｉの添加量を０．０１〜１％とす
る。好ましい範囲は０．０１〜０．７％である。

【００２３】本発明の第７の耐熱鋳鋼なお、本発明の第７の耐熱鋳鋼の成分限定範囲は、上記
第１〜第４の耐熱鋳鋼の成分を基本とし、第５の耐熱鋳
鋼で示した理由によりＮｄを添加しており、さらに第６
の耐熱鋳鋼で示した理由よりＨｆを添加する成分となっ
ている。そこで、第１〜第６の耐熱鋳鋼と成分範囲が異
なるＮｉの限定理由について説明する。Ｎｉ：Ｎｉは、先にも述べたように、ＮｄやＨｆを単独
にそれぞれ添加することで高温強度を損なうことなく、
その添加の上限を１％高くすることができる。第７の耐
熱鋳鋼ではＮｄとＨｆを複合添加するものであり、高温
強度の向上はより一層大きい。このため、Ｎｉの上限を
１％にまで広げても本願の目的である高温強度特性は損
なわれない。従って、Ｎｉの添加量を０．０１〜１％と
する。好ましい範囲は０．０１〜１％である。本発明の第８の耐熱鋳鋼本発明の第８の耐熱鋳鋼は、上記指標Ａが８％以下であ
ることを特徴とする上記第１〜第７の耐熱鋳鋼である。
指標Ａを８％以下に限定した理由は、本願は鋳鋼材を対
象としており、機械拡散が行えず、熱処理による拡散だ
けに頼るため、この指標Ａを低く抑えることでδ−フェ
ライトの生成を確実に抑制するために必要だからであ
る。

【００２４】

【実施例】実施例１まず、実施例１について具体的に説明する。表１に試験
材の化学成分を示すが、この実施例１で扱った本発明材
１は、上記第１の耐熱鋳鋼と対応するものである。以
下、実施例２の本発明材２は、第２の耐熱鋳鋼というよ
うに、順次対応している。

【００２５】

【表１】

【００２６】また、全ての材料は、５０ｋｇ真空高周波
溶解炉にて溶製し、砂鋳型に溶湯を流し込み試験材とし
た。各種試験に用いた試験材の熱処理は、４００ｍｍ厚
の蒸気タービン車室を空冷による焼入れをしたときの肉
厚中心部を模擬した焼入れ処理を行い、次いで焼もどし
は０．２％耐力がおよそ６３〜６８ｋｇｆ／ｍｍ²にな
るように各材料の焼もどし温度を決めて行った。表２
に、本発明材１と比較材の機械的性質、及びクリープ破
断試験結果（試験条件：６５０℃−１３ｋｇｆ／ｍｍ²
のクリープ破断時間）を示す。常温引張試験の結果から
明らかであるように、本発明材１の伸びや絞り等の延性
及び衝撃値が安定して高く、溶接性が良好であることを
示すものとなった。また、本発明材１のクリープ破断強
さは比較材に比べて格段に優れていることがわかる。

【００２７】

【表２】

【００２８】表３は、５０ｋｇ試験材を鋳造のままの状
態（熱処理を行わない状態）で試験材の本体の鋳込みト
ップ側の光学顕微鏡組織を観察したときのδ−フェライ
トの生成状況結果をまとめて示したものである。本発明
材１では、比較材の一部に認められるようなδ−フェラ
イトの生成は認められず、良好な組織を有することがわ
かる。

【００２９】

【表３】

【００３０】実施例２以下に、実施例２について具体的に説明する。表４に、
試験に供した本発明材２の化学成分をまとめて示す。本
発明材２の成分は実施例１で用いた本発明材１の成分を
基本としており、材料番号２１の材料は１の材料のＭｎ
を低減させ、また材料番号２２の材料は、２の材料のＭ
ｎを低減させており、以下同様に、本発明材１を基本成
分として本発明材２の成分としている。ただし、溶解が
異なるために、必ずしも同一の成分にはなっていない。

【００３１】

【表４】

【００３２】全ての材料は、５０ｋｇ真空高周波溶解炉
にて溶製し、砂鋳型に溶湯を流し込み試験材とした。各
種試験に用いた試験材の熱処理は、４００ｍｍ厚の蒸気
タービン車室を空冷による焼入れしたときの肉厚中心部
を模擬した焼入れ処理を行い、次いで焼もどしは０．２
％耐力がおよそ６３〜６８ｋｇｆ／ｍｍ²になるように
各材料の焼もどし温度を決めて行った。表５に、実施例
２の本発明材２を実施例１の発明材１と比較して機械的
性質とクリープ破断試験の結果（試験条件：６５０℃−
１３ｋｇｆ／ｍｍ²のクリープ破断時間）を示す。本発
明材２は、本発明材１と比較して機械的特性においてほ
とんど差はない。一方、本発明材２のクリープ破断時間
は本発明材１よりも長くなっており、クリープ破断強さ
が向上していることがわかる。これは、Ｍｎを低く抑え
ることによって達成されたものと考えられる。

【００３３】

【表５】

【００３４】なお、本発明材２の光学顕微鏡組織には、
実施例１の本発明材１と同様にδ−フェライトは発生し
ていなかった。

【００３５】実施例３以下に、実施例３について具体的に説明する。表６に、
試験に供した本発明材３の化学成分をまとめて示す。本
発明材３の成分も、本発明材２と同様に本発明材１の成
分を基本として、本発明材１の材料に対してＮ量を低く
下げ、Ｂを添加した材料である。具体的には、材料番号
３１の材料は１の材料のＮを低減してＢを添加したもの
であり、以下同様に成分を選定した。

【００３６】

【表６】

【００３７】全ての材料は、５０ｋｇ真空高周波溶解炉
にて溶製し、砂鋳型に溶湯を流し込み試験材とした。各
種試験に用いた試験材熱処理は、４００ｍｍ厚の蒸気タ
ービン車室を空冷による焼入れしたときの肉厚中心部を
模擬した焼入れ処理を行い、次いで焼もどしは０．２％
耐力がおよそ６３〜６８ｋｇｆ／ｍｍ²になるように各
材料の焼もどし温度を決めて行った。表７に、実施例３
の本発明材３を実施例１の発明材１と比較して機械的性
質とクリープ破断試験の結果（試験条件：６５０℃−１
３ｋｇｆ／ｍｍ²のクリープ破断時間）を示す。本発明
材３は、本発明材１と比較して機械的特性においてほと
んど差はない。また、本発明材３のクリープ破断時間は
本発明材１よりも若干長くなっており、クリープ破断強
さがわずかに向上していることがわかる。これは、Ｂを
添加することによって達成されたものと考えられる。

【００３８】

【表７】

【００３９】なお、本発明材３の光学顕微鏡組織には実
施例１、２の本発明材１、２と同様にδ−フェライトは
発生していなかった。実施例４以下に、実施例４について具体的に説明する。表８に、
試験に供した本発明材４の化学成分をまとめて示す。本
発明材４の成分も、本発明材３と同様に本発明材２の成
分を基本として本発明材２の材料に対してＮ量を低く下
げ、Ｂを添加した材料である。具体的には、材料番号４
１の材料は２１の材料のＮを低減してＢを添加したもの
であり、以下同様に成分を選定した。

【００４０】

【表８】

【００４１】全ての材料は、５０ｋｇ真空高周波溶解炉
にて溶製し、砂鋳型に溶湯を流し込み試験材とした。各
種試験に用いた試験材熱処理は、４００ｍｍ厚の蒸気タ
ービン車室を空冷による焼入れしたときの肉厚中心部を
模擬した焼入れ処理を行い、次いで焼もどしは０．２％
耐力がおよそ６３〜６８ｋｇｆ／ｍｍ²になるように各
材料の焼もどし温度を決めて行った。表９に、実施例４
の本発明材４を実施例２の発明材２と比較して機械的性
質とクリープ破断試験の結果（試験条件：６５０℃−１
３ｋｇｆ／ｍｍ²のクリープ破断時間）を示す。本発明
材４も、本発明材２と比較して機械的特性においてほと
んど差はなく、また、本発明材４のクリープ破断時間は
本発明材２よりも若干長くなっており、クリープ破断強
さがわずかに向上していることがわかる。これは、Ｂを
添加することによって向上したものと考えられる。

【００４２】

【表９】

【００４３】なお、本発明材４の光学顕微鏡組織には、
実施例１〜３の本発明材１〜３と同様にδ−フェライト
は発生していなかった。

【００４４】実施例５以下に、実施例５について具体的に説明する。表１０
に、試験に供した本発明材５の化学成分をまとめて示
す。本発明材５は、本発明材１〜４の成分を基本として
それぞれの材料にＮｄを微量添加したものである。具体
的には、材料番号５１，５２の材料は１，２の材料にＮ
ｄを添加したものであり、５３，５４は２２，２３に、
５５，５６は３４，３５に、５７，５８は４１，４２に
それぞれＮｄを添加した材料である。また、５９，６０
については、Ｎｉ量について検討した材料であり、材料
番号２２及び４１を基本成分としている。ただし、実施
例２〜４でも説明したように溶解が異なるために、必ず
しも同一の成分にはなっていない。

【００４５】

【表１０】

【００４６】全ての材料は、５０ｋｇ真空高周波溶解炉
にて溶製し、砂鋳型に溶湯を流し込み試験材とした。各
種試験に用いた試験材熱処理は、４００ｍｍ厚の蒸気タ
ービン車室を空冷による焼入れしたときの肉厚中心部を
模擬した焼入れ処理を行い、次いで焼もどしは０．２％
耐力がおよそ６３〜６８ｋｇｆ／ｍｍ²になるように各
材料の焼もどし温度を決めて行った。表１１に、実施例
５の本発明材５を実施例１〜４の発明材１〜４と比較し
て機械的性質とクリープ破断試験の結果（試験条件：６
５０℃−１３ｋｇｆ／ｍｍ²のクリープ破断時間）を示
す。本発明材５も、本発明材１〜４と比較して常温引張
特性においてほとんど差はない。また、衝撃値はＮｄを
微量添加したことで若干低下しているが、問題になるほ
どのものではない。本発明材５のクリープ破断時間は本
発明材１〜４と比較して各々長くなっており、Ｎｄの添
加はクリープ破断強さを向上させていることがわかる。

【００４７】

【表１１】

【００４８】なお、本発明材５の光学顕微鏡組織には実
施例１〜４の本発明材１〜４と同様にδ−フェライトは
発生していなかった。

【００４９】実施例６以下に、実施例６について具体的に説明する。表１２
に、試験に供した本発明材６の化学成分をまとめて示
す。本発明材６は本発明材１〜４の成分を基本としてそ
れぞれの材料にＨｆを微量添加したものである。具体的
には、６１，６２の材料は１，２の材料にＮｄを添加し
たものであり、６３，６４は２２，２３に、６５，６６
は３４，３５に、６７，６８は４１，４２にそれぞれＨ
ｆを添加した材料である。また、６９，７０について
は、Ｎｉ量について検討した材料であり、材料番号２２
及び４１を基本成分としている。ただし、実施例２〜５
でも説明したように溶解が異なるために、必ずしも同一
の成分にはなっていない。

【００５０】

【表１２】

【００５１】全ての材料は、５０ｋｇ真空高周波溶解炉
にて溶製し、砂鋳型に溶湯を流し込み試験材とした。各
種試験に用いた試験材熱処理は、４００ｍｍ厚の蒸気タ
ービン車室を空冷による焼入れしたときの肉厚中心部を
模擬した焼入れ処理を行い、次いで焼もどしは０．２％
耐力がおよそ６３〜６８ｋｇｆ／ｍｍ²になるように各
材料の焼もどし温度を決めて行った。

【００５２】表１３に、実施例６の本発明材６を実施例
１〜４の発明材１〜４と比較して機械的性質並びにクリ
ープ破断試験結果（試験条件：６５０℃−１３ｋｇｆ／
ｍｍ ²のクリープ破断時間）を示す。本発明材６も、本
発明材１〜４と比較して常温引張特性においてほとんど
差はない。また、本発明材６はＨｆを微量添加している
が、このために衝撃値は若干低下しているが、本発明材
５と同様に問題になるほどのものではない。一方、本発
明材６のクリープ破断時間は本発明材１〜４と比較して
各々長くなっており、Ｈｆの添加はクリープ破断強さを
向上させていることがわかる。

【００５３】

【表１３】

【００５４】なお、本発明材６の光学顕微鏡組織には、
実施例１〜５の本発明材１〜５と同様にδ−フェライト
は発生していなかった。実施例７以下に、実施例７について具体的に説明する。表１４
に、試験に供した本発明材７の化学成分をまとめて示
す。本発明材７は本発明材１〜４の成分を基本としてそ
れぞれの材料にＨｆ及びＮｄを微量添加したものであ
る。具体的には、７１，７２の材料は１，２の材料にＮ
ｄ、Ｈｆを添加したものであり、７３，７４は２２，２
３に、７５，７６は３４，３５に、７７，７８は４１，
４２にそれぞれＮｄ及びＨｆを添加した材料である。ま
た、７９，８０については、Ｎｉ量について検討した材
料であり、材料番号２２及び４１を基本成分としてい
る。ただし、実施例２〜６でも説明したように溶解が異
なるために、必ずしも同一の成分にはなっていない。

【００５５】

【表１４】

【００５６】全ての材料は、５０ｋｇ真空高周波溶解炉
にて溶製し、砂鋳型に溶湯を流し込み試験材とした。各
種試験に用いた試験材熱処理は、４００ｍｍ厚の蒸気タ
ービン車室を空冷による焼入れしたときの肉厚中心部を
模擬した焼入れ処理を行い、次いで焼もどしは０．２％
耐力がおよそ６３〜６８ｋｇｆ／ｍｍ²になるように各
材料の焼もどし温度を決めて行った。表１５に、実施例
７の本発明材７を実施例１〜４の発明材１〜４と比較し
て機械的性質とクリープ破断試験の結果（試験条件：６
５０℃−１３ｋｇｆ／ｍｍ²のクリープ破断時間）を示
す。本発明材７も、本発明材１〜４と比較して常温引張
特性においてほとんど差はない。また、本発明材７はＮ
ｄ及びＨｆを微量添加しているが、このために衝撃値は
若干低下しているが、本発明材５、６と同様に問題にな
るほどのものではない。一方、本発明材７のクリープ破
断時間は本発明材１〜４と比較して各々長くなってお
り、Ｎｄ及びＨｆの複合添加は若干靱性の低下が認めら
れるものの、それほど問題になるほどのものではなく、
そのことよりもクリープ破断強さの改善が著しいことが
わかる。

【００５７】

【表１５】

【００５８】なお、本発明材７の光学顕微鏡組織には、
実施例１〜６の本発明材１〜６と同様にδ−フェライト
は発生していなかった。実施例８以下に、実施例８について詳細に説明する。上述した本
発明材１〜７及び比較材について、上記指標Ａを算出し
た結果をまとめたものが表１６〜表１９である。これら
の表から明らかなように、本発明材１〜７は、該指標Ａ
がすべて８％以下となっている。これに対し、比較材の
一部（材料番号６，７，１１，１６）については８％よ
り大きくなっており、表３を参照すると、これらの比較
材には、それぞれδ−フェライトが発生していた。

【００５９】

【表１６】

【表１７】

【表１８】

【表１９】

【００６０】

【発明の効果】上述のように、本発明の第１の耐熱鋳鋼
は、優れた高温強度を有するため、蒸気温度が６００℃
を越える超々臨界圧発電プラント用の高温用蒸気タービ
ン車室材として有用である。本発明により、現在の超々
臨界圧発電プラント（蒸気温度：６００℃程度）をさら
に高温化し、化石燃料の節約に寄与するとともに二酸化
炭素の発生量を低く抑える上で地球環境の改善に寄与す
るものとして有用である。第２の耐熱鋳鋼における効果
は、基本的には第１の耐熱鋳鋼の効果と同様であるが、
Ｍｎを低く下げることによって、さらに高温強度が改善
されるので、第１の耐熱鋳鋼よりもより一層高い温度条
件での超々臨界圧発電プラントの運転が可能となり、化
石燃料の節約に寄与するとともに二酸化炭素の発生量を
低く抑える上で有用なものである。

【００６１】第３の耐熱鋳鋼では、第１の耐熱鋳鋼に対
してＢを添加することを特徴としており、その結果とし
て高温強度が第１の耐熱鋳鋼よりも若干ではあるが改善
されている。このため、より信頼性の高い超々臨界圧発
電プラントの運転が可能となる。第４の耐熱鋳鋼におけ
る効果は、基本的には第１の耐熱鋳鋼の効果と同様であ
るが、Ｍｎを低く下げること並びにＢを添加すること
で、さらに高温強度が改善されるので、第１の耐熱鋳鋼
よりもより一層高い温度条件での超々臨界圧発電プラン
トの運転が可能となり、化石燃料の節約に寄与するとと
もに二酸化炭素の発生量を低く抑える上で有用なもので
ある。第５の耐熱鋳鋼における効果は、基本的には第１
〜第４の耐熱鋳鋼の効果と同様であるが、Ｎｄを添加す
ることによって、さらに高温強度が改善されるので、第
１〜第４の耐熱鋳鋼よりもより一層高い温度条件での超
々臨界圧発電プラントの運転が可能となり、化石燃料の
節約に寄与するとともに二酸化炭素の発生量を低く抑え
る上で有用なものである。

【００６２】第６の耐熱鋳鋼における効果は、基本的に
は第１〜第４の耐熱鋳鋼の効果と同様であるが、Ｈｆを
添加することによって、さらに高温強度が改善されるの
で、第１〜第４の耐熱鋳鋼よりもより一層高い温度条件
での超々臨界圧発電プラントの運転が可能となり、化石
燃料の節約に寄与するとともに二酸化炭素の発生量を低
く抑える上で有用なものであると言える。第７の耐熱鋳
鋼における効果は、基本的には第１〜第４の耐熱鋳鋼の
効果と同様であるが、ＮｄとＨｆを複合添加することに
よって、より一層高温強度が改善されるので、第１〜第
４の耐熱鋳鋼よりもより一層高い温度条件での超々臨界
圧発電プラントの運転が可能となり、化石燃料の節約に
寄与するとともに二酸化炭素の発生量を低く抑える上で
有用なものである。第８の耐熱鋳鋼における効果は、基
本的には第１〜第７の耐熱鋳鋼の効果と同じであるが、
合金元素の添加量に制限を加えることによって、δ−フ
ェライト（高温強度を低下させ、延性や靭性も低下させ
る組織）を生成させないようにした材料を提供するもの
であり、より一層高い温度での超々臨界圧プラントの運
転が可能となり、化石燃料の節約に寄与するとともに、
二酸化炭素の発生量を抑える上でも有用なものである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量比で、炭素：０．０７〜０．１５
％、シリコン：０．０５〜０．３０％、マンガン：０．
１〜１％、クロム：８〜１０％、ニッケル：０．０１〜
０．２％、バナジウム：０．１〜０．３％、ニオブ及び
タンタルの合計：０．０１〜０．２％、モリブデン：
０．１〜０．７％、タングステン：１〜２．５％、コバ
ルト：０．１〜５％、窒素：０．０３〜０．０７％を含
有し、残部が鉄及び不可避的不純物からなることを特徴
とする耐熱鋳鋼。
【請求項２】重量比で、炭素：０．０７〜０．１５
％、シリコン：０．０５〜０．３０％、マンガン：０．
０１〜０．１％、クロム：８〜１０％、ニッケル：０．
０１〜０．２％、バナジウム：０．１〜０．３％、ニオ
ブ及びタンタルの合計：０．０１〜０．２％、窒素：
０．０１〜０．０７％、モリブデン：０．１〜０．７
％、タングステン：１〜２．５％、コバルト：０．１〜
５％を含有し、残部が鉄及び不可避的不純物からなるこ
とを特徴とする耐熱鋳鋼。
【請求項３】重量比で、炭素：０．０７〜０．１５
％、シリコン：０．０５〜０．３０％、マンガン：０．
１〜１％、クロム：８〜１０％、ニッケル：０．０１〜
０．２％、バナジウム：０．１〜０．３％、ニオブ及び
タンタルの合計：０．０１〜０．２％、モリブデン：
０．１〜０．７％、タングステン：１〜２．５％、コバ
ルト：０．１〜５％、窒素：０．００１〜０．０３％、
ボロン：０．００２〜０．０１％を含有し、残部が鉄及
び不可避的不純物からなることを特徴とする耐熱鋳鋼。
【請求項４】重量比で、炭素：０．０７〜０．１５
％、シリコン：０．０５〜０．３０％、マンガン：０．
０１〜０．１％、クロム：８〜１０％、ニッケル：０．
０１〜０．２％、バナジウム：０．１〜０．３％、ニオ
ブ及びタンタルの合計：０．０１〜０．２％、モリブデ
ン：０．１〜０．７％、タングステン：１〜２．５％、
コバルト：０．１〜５％、窒素：０．００１〜０．０３
％、ボロン：０．００２〜０．０１０％を含有し、残部
が鉄及び不可避的不純物からなることを特徴とする耐熱
鋳鋼。
【請求項５】重量比で、ネオジウム：０．００１〜
０．２％、ニッケル：０．０１〜１％を含有する請求項
１〜４のいずれか一に記載の耐熱鋳鋼。
【請求項６】重量比で、ハフニウム：０．００１〜
０．２％、ニッケル：０．０１〜１％を含有する請求項
１〜４のいずれか一に記載の耐熱鋳鋼。
【請求項７】重量比で、ネオジウム：０．００１〜
０．２％、ニッケル：０．０１〜１％を含有する請求項
６に記載の耐熱鋳鋼。
【請求項８】下記の式で算出される指標Ａ（％）が８
（％）以下であることを特徴とする請求項１〜７のいず
れか一に記載の耐熱鋳鋼。指標Ａ（％）＝Ｃｒ含有量
（％）＋６Ｓｉ含有量（％）＋４Ｍｏ含有量（％）＋３
Ｗ含有量（％）＋１１Ｖ含有量（％）＋５Ｎｂ含有量
（％）−４０Ｃ含有量（％）−２Ｍｎ含有量（％）−４
Ｎｉ含有量（％）−２Ｃｏ含有量（％）−３０Ｎ含有量
（％）