(57)【要約】【課題】ASTM  A213規定のT92/P92の仕様を満たし、かつ600℃以上での高温TSが十分高い、高温強度に優れたボイラ用鋼管を提供する。【解決手段】ASTM  A213規定のT92/P92の組成仕様の範囲内で各成分含有量を最適化し、特にAlを0.010％以下に制限することで、600℃での高温TSを４００MPa超に向上させた。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：0.07〜0.11％、Si：0.10〜0.35％、Mn：0.35〜0.60％、Ｐ：0.020％以下、Ｓ：0.010％以下、Ni：0.10〜0.30％、Cr：8.50〜9.20％、Mo：0.35〜0.55％、Ｗ：1.65〜2.00％、Ｖ：0.16〜0.23％、Nb：0.043〜0.070％、Ｂ：0.002〜0.005％、Ｎ：0.035〜0.060％、Al：0.010％以下を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなり、600℃での許容応力が８０MPa超であるボイラ用鋼管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温強度に優れたボイラ用鋼管に関する。
【背景技術】
【０００２】
ボイラ用素材において、2.25Cr−１Mo鋼とオーステナイト系ステンレス鋼との中間を埋めるべく、600℃でのクリープ破断強度を高めた鋼種として、次のものが知られている。
（１） 質量％で、Ｃ：0.03〜0.12％、Si：0.25％以下、Mn：0.1〜1.5％、Cr：8.0〜13.0％、Ｗ：1.8〜3.0％、Ｖ：0.05〜0.3％、Nb：0.02〜0.12％、Ｎ：0.02〜0.05％を含有し、あるいはさらに、Ｂ：0.001〜0.008％、Mo：0.1〜0.4％のうち１種または２種を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる高強度フェライト系ボイラ鋼管用鋼（特許文献１）。
【０００３】
（２） 質量％で、Ｃ：0.03〜0.12％、Si：0.25％以下、Mn：0.1〜1.5％、Cr：8.0〜13.0％、Mo：0.45％未満、Ｗ：1.0〜2.1％、Ｖ：0.05〜0.30％、Nb：0.02〜0.12％、Ｎ：0.005〜0.10％を含有し、MoとＷの量同士が特定の相互関係にあり、あるいはさらに、Ｂ：0.001〜0.008％を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる、溶接性を改善せる高強度フェライト系ボイラ鋼管用鋼（特許文献２）。
【０００４】
（３） 質量％で、Ｃ：0.03〜0.12％、Si：0.25％以下、Mn：0.1〜1.5％、Cr：8.0〜13.0％、Mo：0.5超〜1.0％、W:1.5超〜3.0％、Nb：0.02〜0.12％、Ｎ：0.005〜0.10％を含有し、MoとWの量同士が特定の相互関係にあり、あるいはさらに、Ｂ：0.001〜0.008％、および／または、Ni、Coの１種または２種：合計0.1〜1.0％を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる高強度フェライト系耐熱鋼管用鋼（特許文献３）。
【０００５】
（４） 質量％で、Ｃ：0.03〜0.20、Si：1.0％以下、Mn：0.1〜1.5％、Cu：0.05〜0.30％、Ni：0.1〜1.0％、Cr：7.0〜13.0％、Mo：0.4〜2.5％、Nb：0.02〜0.15％、Ｖ：0.02〜0.35％、Ｗ：0.05〜2.5％、Ｎ：0.005〜0.080％を含有し、MoとＷの量同士が特定の相互関係にあり（ＶとNbの量、NbとＣ＋Ｎの量、ＶとMo＋Ｗの量、Mo＋Ｗ＋２Ｖ＋NbとＣ＋Ｎの量についても同様）、残部Feおよび不可避的不純物からなる、高温強度に優れたフェライト系耐熱鋼（特許文献４）。
【０００６】
（５） 質量％で、Ｃ：0.05〜0.15％、Si：1.0％以下、Mn：0.2〜1.0％、Cr：7.5〜12.0％、Mo：0.5〜1.2％、Nb：0.02〜0.15％、Ｖ：0.09〜0.30％、Ｎ：0.01〜0.08％を含有し、あるいはさらにＷ：0.1〜3.0％を含有する仕上圧延用鋼管を850〜1200℃に再加熱した後、仕上圧延時の加工ひずみε［ε＝ln(A0/A)、A0：素管断面積、A：仕上管断面積］が0.1以上になる仕上圧延を行い、空冷後、740〜830℃で焼戻しする、高靭性で高温強度に優れた高クロム系継目無鋼管の製造方法（特許文献５）。
【特許文献１】特開昭６１−２３１１３９号公報
【特許文献２】特開昭６２−２９７４３５号公報
【特許文献３】特開昭６２−２９７４３６号公報
【特許文献４】特開昭６３−０６５０５９号公報
【特許文献５】特開平０２−１３８４１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ASTM  A213にボイラ用鋼管として、グレードT92/P92およびT91/P91が規定されている。ここで「T」はtube(すなわち熱交換器用)［外径114.3mm以下］を意味し、「P」はpipe（すなわち配管用）［外径114.3mm超］を意味する。その仕様を表１に示す。
【０００８】
【表１】
2008195972.tif 000002
上述の従来のボイラ用鋼（ないし鋼管）は、前記T92/P92に適合するものであるが、600℃以上の許容応力については、T92/P92より低いグレードのT91/P91適合材とあまり変わらず、高々６０MPa程度であり、十分であるとはいえないという課題があった。
【０００９】
本発明は上述の課題を解決し、ASTM  A213規定のグレードT92/P92の仕様を満たし、かつ600℃以上の高温TSが十分高い、高温強度に優れたボイラ用鋼管を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、９％Cr‐Ｗ系のボイラ用鋼管の組成を最適化し、特にAlをより微量に制限することにより、前記課題を解決したものである。すなわち、本発明は、質量％で、Ｃ：0.07〜0.11％、Si：0.10〜0.35％、Mn：0.35〜0.60％、Ｐ：0.020％以下、Ｓ：0.010％以下、Ni：0.10〜0.30％、Cr：8.50〜9.20％、Mo：0.35〜0.55％、Ｗ：1.65〜2.00％、Ｖ：0.16〜0.23％、Nb：0.043〜0.070％、Ｂ：0.002〜0.005％、Ｎ：0.035〜0.060％、Al：0.010％以下を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなり、600℃での許容応力が８０MPa超であるボイラ用鋼管である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、前記T92/P92の仕様を満たし、かつ600℃以上の高温TSが十分高い、より具体的には600℃での高温TSが４００MPa超である、高温強度に優れたボイラ用鋼管を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明における組成の限定理由を述べる。各元素の鋼中成分量に係る％は、質量％を意味する。
Ｃ：0.07〜0.11％
Ｃは固溶強化および炭化物の形成・析出強化により常温強度、高温強度を維持しつつ溶接性を確保するために、前記T92/P92では0.07〜0.13％と規定されているが、本発明ではさらに適正化して0.07〜0.11％とした。
【００１３】
Si：0.10〜0.35％
Siは脱酸剤として添加するが、多量に用いると鋼の靭性、高温強度が低下する。このため前記T92/P92では0.50％以下と規定されているが、本発明ではさらに適正化して0.10〜0.35％とした。
Mn：0.35〜0.60％
Mnは脱酸、脱硫剤として、また強度、熱間加工性を改善した適正な組織を得るために有用な元素であるが、過剰に含有すると加工性や靭性の低下を招く。このため前記T92/P92では0.30〜0.60％と規定されているが、本発明ではさらに適正化して0.35〜0.60％とした。
【００１４】
Ｐ：0.020％以下、Ｓ：0.010％以下
Ｐ、Ｓは不純物として含有され、靭性を阻害する。そこで前記T92/P92の規定通り、Ｐは0.020％以下、Ｓは0.010％以下とした。
Ni：0.10〜0.30％
Niはδフェライト量を適正値に制御し、高温強度を維持するためと、靭性改善のために添加するが、過剰の添加は熱間加工性の低下を招く。このため前記T92/P92では0.40％以下と規定されているが、本発明ではさらに適正化して0.10〜0.30％とした。
【００１５】
Cr：8.50〜9.20％
Crは耐高温酸化性、高温長時間強度の向上のために添加するが、過剰の添加はδフェライト増量による高温長時間強度の低下を招く。このため前記T92/P92では8.50〜9.50％と規定されているが、本発明ではさらに適正化して8.50〜9.20％とした。
Mo：0.35〜0.55％
MoはＷと複合添加されて高温長時間強度を著しく向上させる。また、鋼中固溶し強化するほか、炭化物を析出してクリープ強度を向上させるが、過剰の添加はδフェライト増量による高温強度低下を招く。このため前記T92/P92では0.30〜0.60％と規定されているが、本発明ではさらに適正化して0.35〜0.55％とした。
【００１６】
Ｗ：1.65〜2.00％
ＷはMoと複合添加されて高温長時間強度を著しく向上させる。また、鋼中固溶し強化するほか、炭化物を析出してクリープ強度を向上させるが、過剰の添加はδフェライト増量による高温強度低下を招く。このため前記T92/P92では1.5〜2.00％と規定されているが、本発明ではさらに適正化して1.65〜2.00％とした。
【００１７】
Ｖ：0.16〜0.23％
Ｖは炭化物もしくは炭窒化物として析出し、長時間にわたって高温強度の低下を抑制するが、過剰に添加すると炭化物が粗大化しクリープ破断強度を下げ、また切欠靭性や溶接性を低下させる。このため前記T92/P92では0.15〜0.25％と規定されているが、本発明ではさらに適正化して0.16〜0.23％とした。
【００１８】
Nb：0.043〜0.070％
Nbは炭化物もしくは炭窒化物として析出し、長時間にわたって高温強度の低下を抑制するが、過剰に添加すると炭化物が粗大化しクリープ破断強度を下げ、また切欠靭性や溶接性を低下させる。このため前記T92/P92では0.04〜0.09％と規定されているが、本発明ではさらに適正化して0.043〜0.070％とした。
【００１９】
Ｂ：0.002〜0.005％
Ｂは微量添加によりクリープ強度を著しく向上させるが、過剰に添加すると熱間加工性、溶接性を損なう。このため前記T92/P92では0.001〜0.006％と規定されているが、本発明ではさらに適正化して0.002〜0.005％とした。
Ｎ：0.035〜0.060％
Ｎは窒化物もしくは炭窒化物の形成、さらに固溶Ｎの残存から高温長時間強度を向上させるが、過剰に含有すると溶接時ブローホールが形成され著しく溶接性が劣化する。このため前記T92/P92では0.030〜0.070％と規定されているが、本発明ではさらに適正化して0.035〜0.060％とした。
【００２０】
Al：0.010％以下
Alは脱酸剤として添加されるが、過剰に残留するとアルミナ系介在物が増えて清浄性、靭性を損なう。このため前記T92/P92では0.04％以下と規定されている。しかし、本発明の目的である高温強度のさらなる向上のためには、Alをさらに微量の0.010％以下に制限する必要がある。Alが0.010％超では、600℃での高温TSが３００MPa以下となってしまう。また、Alを0.010％以下に制限することで、クリープ破断強度（600℃、1000時間）も顕著に向上する。よって、Alは0.010％以下とした。
【実施例】
【００２１】
表２に示す組成になる鋼を溶製し、鋳造してなる鋳片を、継目無造管工程に通して表３に示す管サイズの継目無鋼管となし、表３に示す熱処理を施した後、常温引張、ビッカース硬さ、高温引張、クリープの各試験を行ない、機械的性質を調べた。その結果を表３に示す。同表より、本発明例では、ASTM  A213グレードT92/P92の機械的性質の要求仕様を満たし、かつ600℃での高温TSが４００MPa超となり、クリープ破断強度（600℃、1000時間）も向上していることがわかる。
【００２２】
【表２】
2008195972.tif 000003
【００２３】
【表３】
2008195972.tif 000004