(57)【要約】【課題】強度を向上し、鋳鋼品の肉厚を薄くすることのできる鋳鋼材料を提供する。【解決手段】鋳鋼材料は、Ｃ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｂを含有し、Ｃは０．１０〜０．１７重量％、Ｃｕは０．３〜１．０重量％、Ｎｉは０．８〜１．５０重量％であることを特徴とする。Ｍｎは０．５〜１．５重量％であることが好ましい。また、Ｍｏは０．８重量％以下であることが好ましい。さらに、Ｎｂは０．２重量％以下であることが好ましい。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｂを含有する鋳鋼材料であって、
Ｃは０．１０〜０．１７重量％、
Ｃｕは０．３〜１．０重量％、
Ｎｉは０．８〜１．５０重量％
であることを特徴とする鋳鋼材料。
【請求項２】
Ｍｎが０．５〜１．５重量％であることを特徴とする請求項１記載の鋳鋼材料。
【請求項３】
Ｍｏが０．８重量％以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の鋳鋼材料。
【請求項４】
Ｎｂが０．２重量％以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の鋳鋼材料。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の鋳鋼材料からなる鋳鋼製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は鋳鋼材料に係り、とくに、バルブ等に用いられる高張力低合金鋼鋳鋼材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
高温・高圧の条件で使用される材料としては、Ｃｒ−Ｍｏ鋼が一般的である。例えば、６００℃以上の高温となる超々臨界発電所で使用されるバルブ、配管継手及び耐圧部品等の鋳鋼材料が、特許文献１に開示されている。
一方、熱効率をそれほど気にしない発電所では、４５０℃以下といった比較的低温な条件の場合もある。Ｃｒ−Ｍｏ鋼は一般に高価であるため、４５０℃以下の条件では、Ｃｒ−Ｍｏ鋼よりも低価格な炭素鋼が使用される。
【０００３】
一般的な炭素鋼の鋳鋼材料としては、ＪＩＳ材のＳＣＰＨ２やＡＳＴＭ材のＷＣＢが使用されている。しかし、建設費を抑えるために、鋳鋼品の肉厚を薄くすることのできる材料が望まれている。そのためには、これら一般的な炭素鋼よりも強度が高い材料が必要である。一般的に炭素鋼の強度を向上するためには、ＣやＣｕを添加することが知られている。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１７５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、炭素鋼にＣを添加すると、添加量の増加に伴い強度が増すが、溶接性や靭性が悪化してしまうといった問題点があった。
また、Ｃｕについては、Ｃと同様、添加量の増加に伴い強度が増すが、その効果はＣよりも低い上、Ｃｕの融点が低いことに起因して、結晶粒界に偏析し割れの原因となるといった問題点があった。
【０００６】
この発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、強度を向上し、鋳鋼品の肉厚を薄くすることのできる鋳鋼材料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】
【０００７】
この発明に係る鋳鋼材料は、Ｃ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｂを含有し、Ｃは０．１０〜０．１７重量％、Ｃｕは０．３〜１．０重量％、Ｎｉは０．８〜１．５０重量％であることを特徴とする。Ｍｎは０．５〜１．５重量％であることが好ましい。また、Ｍｏは０．８重量％以下であることが好ましい。さらに、Ｎｂは０．２重量％以下であることが好ましい。
また、本発明の鋳鋼製品は、このような鋳鋼材料から製造されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、強度を向上し、肉厚を薄くすることのできる鋳鋼材料を得ることができ、４５０℃以下の温度で使用可能な鋳鋼製品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】
【０００９】
本発明に従う鋳鋼材料は、Ｃ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｂを含有し、Ｃは０．１０〜０．１７重量％、Ｃｕは０．３〜１．０重量％、Ｎｉは０．８〜１．５０重量％である。
【００１０】
Ｃは、鋳鋼の強度を上げるために添加される元素のうち、最も有効で安価な元素である。本鋳鋼材料について、溶接性と靭性の低下を抑えながらも、強度向上の効果を得るために、Ｃを０．１０〜０．１７重量％とする。強度、靭性及び溶接性のバランスを最もよくするためには、０．１０〜０．１４重量％とすることが好ましい。この範囲よりも多いと溶接性と靭性が低下し、この範囲よりも少ないと強度を十分に向上させることができない。
【００１１】
Ｃｕは、さらに強度を向上させるために添加され、０．３〜１．０重量％とする。Ｃｕは融点が低く偏析しやすいため、１．０重量％よりも多いと、結晶粒界に偏析し割れやすくなるため好ましくない。
【００１２】
Ｎｉは、Ｃｕの結晶粒界への偏析を防止するため、０．８〜１．５０重量％とする。また、Ｎｉを添加することで、靭性を改善する効果もある。しかし、コストを抑えるために、１．５重量％よりも多い必要は無い。
【００１３】
熱処理での焼入れ性を改善し、強度を向上させるため、上記成分に加えてＭｎ成分を添加することができる。このとき、Ｍｎ成分を０．５〜１．５重量％とすることが好ましい。さらに好ましくは、０．８〜１．２重量％とするのがよい。Ｍｎは、製鋼の過程で酸素を除去する効果もあり、さらに、Ｓ（硫黄）と結合してＭｎＳ（硫化マンガン）を生成することによって、Ｓが鋼の強度に及ぼす悪影響を防止する効果もある。しかし、１．５重量％を越えると、炭化物の分解凝集を促進させるため、クリープ強度が低下する。
【００１４】
また、Ｍｎ同様、熱処理での焼き入れ性の改善を目的に、Ｍｏ成分を添加することができる。このとき、Ｍｏ成分を０．８重量％以下とすることが好ましい。０．８重量％以下であれば、溶接性が悪化しないからである。
【００１５】
Ｎｂは、結晶粒を微細化し、強度を向上させるために、Ｎｂ成分を添加することができる。このとき、０．２重量％以下とすることが好ましい。
【００１６】
本発明に係る鋳鋼材料は、例えば、高周波電気溶解炉で、上記化学成分を溶解することによって得ることができる。溶解条件については、得られる鋳鋼材料によって適宜選択することができる。
【００１７】
本発明に係る鋳鋼製品は、上記組成の鋳鋼材料によって製造される。製造される鋳鋼製品としては、バルブや高圧容器等が挙げられる。これらを製造するにあたっては、例えば、ＪＩＳＧ０３０７に準拠した方法で製造することができる。
上記組成の鋳鋼材料によって製造されたバルブや高圧容器等は、高温・高圧で使用される炭素鋼鋳鋼品や低合金鋼鋳鋼品（ＪＩＳＧ５１５１、ＡＳＴＭＡ２１６、Ａ２１７）と比較し、１．６〜１．７倍の降伏点を有するため、その分肉厚が薄くでき、コスト低減が可能となる。また、肉厚が薄くなるので、溶接構造の場合、溶接量が少なくて済む。さらに、肉厚が薄くなることで熱応力に強くなり、温度変化が激しいプラントへの使用が有利となる。
【実施例】
【００１８】
＜実施例１及び２＞
表１に記載された組成により、実施例１及び２の鋳鋼材料を得た。これらの材料を、１５ｔ灯油熱処理炉にて、６時間かけて材料を９１０℃まで昇温し、その条件で３．５時間保持した。その後再び、５時間かけて材料を６５０℃まで昇温し、その条件で３．５時間保持後空冷した。その後、５時間かけて材料を３００℃まで炉冷した。
＜比較例１＞
一般的な炭素鋼の鋳鋼材として使用されているＪＩＳ材のＳＣＰＨ２について、実施例１及び２と同様の熱処理を行った。この材料の組成を、表１に記載した。
【００１９】
【表１】
2005248312.tif 000002
【００２０】
＜機械的性質の測定方法＞
上記材料の機械的性質を検討するために、引張試験と衝撃試験を行った。
引張試験については、ＪＩＳＧ０３０７（鋳造時の試験片採取）、ＪＩＳＺ２２０１（引張試験片の寸法）、ＪＩＳＺ２２４１（引張試験方法）に準拠して実施し、衝撃試験については、ＪＩＳＧ０３０７（鋳造時の試験片採取）、ＪＩＳＺ２２０２（衝撃試験片の寸法）、ＪＩＳＺ２２４２（衝撃試験方法）に準拠して実施した。その結果を表２にまとめた。
また、高温での機械的性質を検討するために、温度を２００〜５００℃にした以外は、上記に準拠して引張試験及び衝撃試験を実施した。その結果を表３にまとめた。
【００２１】
【表２】
2005248312.tif 000003
【００２２】
【表３】
2005248312.tif 000004
【００２３】
＜金属写真の撮影方法＞
まず、約１ｃｍ四方の試験片を用意し、観察する面をグラインダで粗仕上げして平らにした。次に、エメリー・ペーパーを平らなガラス面に置き、観察面をあてて粗いものから順に磨いた。その後、ラシャを貼った研磨機で観察面を鏡面に仕上げた。このときの研磨剤として、Ａｌ２Ｏ３の微紛を水に溶かしたものを使用した。試験片を水洗いし、顕微鏡で条痕が観察されないことを確認した。次に、この試験片を３％ナイタルで１０秒間腐食させ、その後水洗いを行い乾燥した。このようにして処理された試験片の金属組織を、小形倒立型金属顕微鏡を用いて、３００倍の倍率で観察した。
【００２４】
表２にまとめた機械的性質の測定結果からわかるように、実施例２の材料は、伸び、絞り以外の項目で、比較例１よりも優れている。実施例１については、衝撃値（吸収エネルギ）が比較例１よりも劣っているが、引張強さが良好で、靭性と溶接性とのバランスを考慮すると、総合的に実施例１のほうが優れている。
また、表３にまとめた高温（２００〜５００℃）での機械的性質の測定結果からもわかるように、引張強さと降伏点について、実施例２が比較例１よりも優れている。
したがって、５００℃以下の条件において、ＳＣＰＨ２よりも高強度な鋳鋼材料を得ることができ、従来よりも肉厚の薄い鋳鋼品を製造することができる。
【００２５】
また、表２にまとめた機械的性質の測定結果において、実施例１と実施例２とを比較すると、引張強さと衝撃値（吸収エネルギ）とのバランスを考慮して、実施例２の方が総合的に優れている。これは、Ｃが実施例１よりも少ないためである。
したがって、Ｃを０．１０〜０．１４重量％とすることで、引張強さと衝撃値（吸収エネルギ）とのバランスがさらに優れた材料が得られる。
【００２６】
図１及び２は、実施例１及び２の材料についての金属組織写真を示している。一方、図３は、比較例１につての金属組織写真を示している。実施例１及び２の材料は、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｂの効果により、微細なフェライトとパーライトが形成されていることがわかる。このため、比較例１に比べ、引張強さと衝撃値（吸収エネルギ）とのバランスが優れた性質が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】実施例１に係る材料の金属組織の写真である。
【図２】実施例２に係る材料の金属組織の写真である。
【図３】比較例１に係る材料の金属組織の写真である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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