Cr仙oV鋼の高温強度に及ぼす各種元素の影響
Effect
of Various
Elements
on theHigh
TemperatureStrength
ofCrMoV
Steel
佐
々木
良
一* RyるicbiSasaki内
容
梗
概
CrMoV鋼のクリープ破断蹴度に及ぼすC,Cr,Mo,ⅤおよびAlの形響を調べるため,0･11∼0･29%C,0･62∼ 2.54%Cr,0.07∼1.40%Mo,0.02∼0.24%Ⅴ,0･∼0.21%Alの範岡で5群22種の試料を麻製して実験を行ない, 次のような結果を得た｡ C,Ⅴ,Moの添加はクリープ破断強度を高める｡Moの場合,550℃では0.8%付近で最大値を示し,600℃で は0.8∼1.35%の範囲における変化は小さい｡Alの添加は破断強度にほとんど影響を与えない｡Crの添加は, 衝風冷焼戻し材では1%Crで最大値を示し,これよりCrが増すと破断強度は低下し,炉冷焼戻し材ではCr 量の増加とともに破断強度は高くなる｡1.緒
口 CrMoV鋼は低合金鋼の中では高温強度がすぐれた材料として知 られており,タービン用部材に広く使用されている｡低合金鋼の高 温強度に及ぼすC,Cr,Mo,Ⅴなど諸元素の影響石･こついてほ,従来か ら多くの研究(1)が行なわれていて,定性的におおよそわかっているが,CrMoV鋼についてこれら諸元表の量が標準担成付近で変化し
た場合にどの程度高温強度に影響があるが明らかでない｡また,一一 般にAlの使用は禁止ないし極度に制限されているが,高温強度に 及ぼすAlの影響は明らかでない｡よって,CrMoV鋼をベースと してC,Cr,Mo,ⅤおよびAl量を変えた試料を溶製し,高温強度に 及ぼすこれら元素の影雫を調べた｡ なお,よく知られているように溶接関係においては,熱影響部の 最高かたさ,溶着鋼の引張強さなどをCβ｡として組成で表わす実験 式が作らカt広く活用されており(2),また,ある種のタービンシャフ ト材において,靭性(じんせい)値と組成,結晶粒度,焼戻温度の関 第1表 試 係を実験式で表わすことが試みらjlている(a)ので,本研究の結果得 られたクリープ破断強度と化学組成間の実験式作成を試みた｡2.試料および実験
2.1試 料 高周波溶解炉でCrMoV鋼をベースとして120∼160kg溶解し, 30kg鋼塊に分鋳した｡分鋳の過程でC,Cr,Mo,Ⅴ,Alなどの諸元 素を添加調整して,CO.11∼0.29%,CrO.6∼2.5%,MoO.07∼1.4%, VO.02∼0.24%,AlO∼0.21%に変えた5群22種の試料を溶製した｡ 弟1表に試料の組成と結晶粒度を示す｡20mm￠に鍛伸し,長さ約 100mmに切断後1,025℃×2時間加熱し,衡凰冷却(約3,000℃/h)および炉中冷却(約100℃/h)し,室温まで冷却後695℃×20時間焼
戻して炉冷した｡これから引張およぴクリープ破断試験片を採取し た｡ 2.2 実 験 20tアムスラ試験機を用い,平行部直径8mm￠,標点間隔28mm 結 風 韻 断 破 プ 一 ‖ソ ク 成 組 学 ヒ .′--の 料 晶 粒度 細阻 試 番 A B C D A B C D A B C D E A B C D C A B C D 成 邪 Clo･11
0.18 0.22 0.29 0.18 0.18 0.19 0.18 0.19 0.20 0.19 0.18 0.19 0.20 0.22 0.22 0.22 0.20 0.23 0.22 0.22 0.21 Si R.S.5×1,000 R.S.5×10,000 R.S.6×1,000 R.S.F5×1,000 R.S.F6×1,000聖_し___Ll⊥聖.___l
0.80 0.78 0.76 0.76 0.77 0.75 0,76 0.71 0.68 0.68 0.66 0.65 0.66 0.63 0.64 0.64 0.62 0.83 0.81 0.84 0.86 0.88 1,025℃街凪冷, // // 1,025℃炉冷, 日立製作所日立研究所 1.02 1.02 1.04 0.99 0.62 1.55 2.07 2.54 1.00 0.97 0.96 0.96 0.96 1.01 1.03 1.02 1.02 1.07 0.97 0.96 0.97 0.96 1.14 1.13 1.10 1.14 1.22 1.19 1.19 1.12 0.07 0.19 0.80 1.15 1.40 1.18 1.18 1.21 1.15 1.17 1.20 1.20 1.19 1.20 695℃×20h 695℃×20b 695℃×20h 695℃×20b 695℃×20b Ⅴ 焼戻し材, 焼戻し材, 焼戻し材, 焼戻し材, 焼戻L材, A 901U1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 〇 .〇 1 2 (U O O Ⅴ/C 550℃×1,000王1強度 550℃×10,000h強度 600℃×1,000b強度 550℃×1,000h強度 600℃×1,000h強度 ク リ ー プ 破 断 強 度 (kg/mm2) R.S. 1R.S. 5×1,000 22.5 23.0 21.0 26.5 21.5 19.3 17.5 15.2 15.1 20.1 27.3 26.0 22.5 20.5 20.5 23.0 25.7 23.0 22.3 19.5 22.3 22.5 5×10,000 18.0 19.0 16.0 22.0一13･511･5㌫馴16･｡㌫16･1㌫16･514･513･5舶r
翳㍍J†思訂｢騙
晶歴 結粒 N 13.2 12.8 13.5 15.0 13.8 13.7 12.2 10.8 9.0 12.0 16.5 15.1 16.1 12.0 12.1 13.7 15.0 12.7 12.5 12.5 11.7 12.5 12.5 14.8 16.5 21.5 16.5 18.0一朗16･5㌫15･1㌫16･221･｡21･｡20･｡22･｡
9.1 10.3 12.1 14.8 10.9 10.3一"10･3忘10･｡〓㌫12･414･6･14･6
∼ 6 ∼ ∼ 5 ∼ ∼ ∼ ∼ ∼ 6 ∼､∼ ∼ ∼ ∼ ∼ ∼ ∼ ∼ ∼ー115-日立製作所日立研究所_創立三十周年記念論文集
80 n∈声､腰〕 れ唱芯空T (芭 へ一諾 (婆 S聖 (N∈モ聖二 札止莞竺廿 80 A-∪ ∧U O O ′ 6 5 4 {芭 (一望 (芭 シ〕彗 ム_ m､_. ､---L､こ､､､二､--､､＼､ RT 100 200 300 400 500 600 試験 温 度(tC) 1,025℃衝風冷,695℃×20時間焼戻し 主組成(%)Cr≒1.0,Mo≒1.1,Ⅴ≒0.21 第1図 No.6材の高温引張試験結果 虹ここ÷ミゝ ×､ C.〇.L2.2. AB C D ● ○ △ X ＼＼､ ＼ % 257 4 ■､--･､ ＼ 〉 RT lOO 200 300 400 500 600 試廉 温度(Oc) 1,025℃衝風冷,695℃×20時間焼戻し 主組成(%)C≒0.18,Mo≒1.20,Ⅴ≒0,26 第2図 No.8材の高温引張試験結果 の試験什により,室温および450∼600℃で引張試験を行なった｡ クリープ破断試験ほ,主として6レバー1木づり形のマルチプルク リープ破断試験機を用い,平行部面径6mm申,原点間隔30mmの 試験片によって実施した｡3.実
験薄吉
果 3.1引弓長試験結果 第1∼5図は衝風冷焼戻し材の引張試験結果を示す｡弟1図はC 80 ("E芦址ヰ■ 小繋孝一つ 0 5 0 nU O O (U 3 2 nO 7 6 5 .q (整 (■望 (婆 レ〕至 へNE溝､ぜ一小鳩廿諾一丁 一｡い一(ふヰ (婆 ン三一-10 0 80 川 79050 ∧U ll 臼U 1 4 0 nU (U (U 1 1 M A nn ｢しーUいL ● 0 △ ′ l∵パ
だ
ノー ￣満0 RT lOO 200 300 400 500 試験温度ドC) 1,025℃衝風冷,695℃×20時間焼戻し 主組成(%)C≒0.19,Cr≒0.97,Ⅴ≒0.23 第3図 No.7材の高温引張試験結果 I､ごさ-㌦､､
ヽ ､-､､ヾここ-､叫ご､二､三千三;去
､､＼ l′偶′) ､ミ可7∠ - A O.02 0 B O,09 △ C O.21 × n O.24 19C O.18虹
←----､_ RT lOO 200 300 400 500 600 試 験温度(Oc) 1,025℃衝凰冷,695℃×20時間焼戻し 主組成(%)C≒0.21,Cr≒1.03,Mo≒1.18 第4図 No.4およびNo.9材の高温引張試験結果 量を変えたNo.6材の試験結果で,C量の増加とともに,室温およ ぴ500℃までの引張強さは高くなるが,550℃以上ではC量による 差はきわめて小さい｡また室温の絞りがC量の高いものほどやや低 いことを除くと,伸びおよび絞りはC量が変わってもあまり変化し ない｡ 弟2図はCr量を変えたNo.8材の試験結果で,引張強さはCr量の低いものが最も高く,Cr量の増加とともに室温,高温ともに低
下し,伸びにはCr量による変化が認められないが,絞りはCrl.55% ) 払(NEやぎ 小繋望叫】 二求) ナ一望 (式ンJ至 9(XUl ㈲ 00･00･10･2 A A B C nリ ● 0 △ X Rl'100 20口 3PO 400 500 600 .iぺ験i占,しJ竺(OcJ l,025℃衝風冷,695℃×20時間焼戻し 上跡戎(プg)C≒0･21,Cr≒0.97,Mo≒1.20,Ⅴ≒0.18 第5図 No.5材の高温引東武験結果 の8Bが全体にやや低い｡ 弟3図はMo量を変えたNo･7材の試験結果で,引張強さはMo を含まないものに比べ,Moを含むものは高温で高く,室温では MoO･19%の7BとMoO･8ガ以上含むものとの差が認められない が,550℃以上でほMoの影熟ま顕著である｡伸びおよび絞りは引 張強さとはぼ道の関係にある｡ 弟4図はⅤ量をを変えたNo･4およぴNo.9材の試験結果で,室 温ではⅤ量との関係が不規則であるが,高温ではⅤが0.02%および 0･09%の低Ⅴグル…プとⅤが0.18∼0.24%の高Ⅴグループにわか れ,Ⅴの高いはうが高い｡ 第5図はAl量を変えたNo.5木オの試験結果で,引張強さはAlを 0･21%含む5Dが全体にやや高いが,その他ははとんど同一であ り,伸びおよび絞りはAl量によってはとんど変らない｡ 炉冷焼戻し材の試験結果は省略するが,およその傾向は次のよう である｡C量を変えた結果では,C量の高いほうが引張強さは高 く,伸びおよび絞りは小さく,衝風冷焼戻し材よりもC量による差 が大きい｡Cr量が0･96∼2.07ガの範囲でほ室温の引張強さ,伸び および絞りにはほとんど影響がなく,衝凧冷焼戻し材と比べると宅 温の引張強さは衝風冷焼戻し材が高く,高温では両者の差が小さく なり,600℃では両者は等しく,また伸びおよび絞りは両者ほとん ど差がない｡ 3･2 クリープ破断試験結果 葬る∼10図はクリープ破断試験結果を,弟1ト15図はこれをク リープ破断強度に及ぼす各元素の影響として示してある｡ 弟る図と弟11図によってCの影響をみると,C量の増加ととも にクリープ破断破度は増し,特に550℃ではその影響が大きく, 600℃では影響が小さい｡600℃の長時間側ではC量の高いもの必 ずしも強いとはいえない｡炉冷焼戻し材と衝風冷焼戻し材とを比べ ると一般に後者のほうがクリープ破断強度は高いが,破断緑園の傾 斜は前者より急で,高温長時間側では両者の差は小さくなF),600℃, 10,000時間強度では耐老はほとんど弟がない｡また600℃ではC量 の増加とともに熱処理による差は小さくなる｡破断伸びは炉冷焼成 ㌻∈【モぜ) 〔｢ 冶 ハリ5∧U 5 0ハlU 6 <U50 5 0史U 6 322 1 1 32りム l l (N∈ロて址さ 只 垣 ㌃Eロて聖二 尽 坦
しLO
虹
0 6 C 50 ■ ▲ ■1 5 弧硝化和 4 6 8100 2 4 6 81,000 2 破断時間仙 1,025℃焼準,695℃×20時間焼戻し 主組成(%)Cr≒1.0,Mo≒1.1,Ⅴ≒0.21 第6図 No.6材のクリープ破断線図 炉冷 街風冷 :≡≡:=h ==二屯 C仇仇仇〇. C 0 爪‖> O m (=六U 6 .4 呪ル l只)29 5500C6000c c,(%) 8A ● 0 0.62 8B ▲ △ 1.55 8C ･ ロ 2.07 8D l ⇔ 2.54 0 05<U 5 八U OO 亡U 322 1 1 (U5∧U 5 <U nD 6 322 1 1 0 4 6 8100 2 4 6 81,000 2 破断時間(h) 1,025℃焼唯,695℃×20時間焼成し 丁】三組成(%)C≒0.18,Mo≒1.20,Ⅴ≒0.26 第7図 No.8ネオのクリーブ破断線凶 ぺ川 柳 仙 川肋 4 6 810,000 仙イ l川い C O 6 ℃ 550 07川糾1510 0･0･0-一-い D △ 〓 ム..不 ● ▲ ■ ▲T X 川相打川和三三詩=こ=㍉
`+＼-＼＼､二
+_______+⊥ 6 8100 2 4 6 81,000 2 破断 時 間(h) 4 6 810,00P 1,025℃焼∼畔,695℃%20時間焼戻し 主組成(%)C≒0.19,Cr≒0.97,Ⅴ≒0.23 第8図 No.7材のクリープ破断繰回 し材のほうが衝風冷焼戻し材よりも大きく,550℃で試験したもの より600℃で試験したもののほうが小さく,炉冷焼戻し材ではC量 の高いものが伸びが小さい傾向にある｡ 弟7図と弟12図でCrの影響をみると,衝風冷焼戻し材と炉冷焼 戻し材とではまったく異なる傾向を示している｡衝風冷焼戻L材の クリープ破断強度ほ550℃では,Crl%のものが最も高く,1%以 上ではCrの増加とともに低下し,600℃でほCrO.6∼1.55%まであ まり変らず,それ以上のCr孟でほ同様低下する｡これに対し炉冷 焼戻し材のクリープ破断強度は550℃ではCr逼の増加により高く なり,600℃ではCr量によってあまり変らない｡なおCr罷の冶八､ ほうが破断伸びが大きい｡-117-日立製作所日立研究所創立三十周年記念論文集
5 5 〔し60 05∧U 5 0(XU 322 1 1 (巾∈モ址き 05ハリ 5 ハU(】凸 6 322 1 1 只 唱 姐4B妃畑肥 偶0209212418 V O.〇.〇.仇〇. C 炉冷 衡風冷 0 30 0 2 (U nU ハリ 1 2 へNEj､址亡 型無蓋留ト1｢一" 4 6 8100 2 4 6 81,000 2 破断 時 間(b) 1,025℃焼準,695℃×20時間焼戻し 主組成(%)C≒0.21,Cr≒1.03,Mo≒1.18 第9国 No.4材のクリープ破断緑園 ●･---･･-●微風冷1,000b o･････-一均衡風冷10,000h ▲一炉 冷1,000h △---△炉 冶10,000h≡諺5500c
C O O 6 U o.10 0.20 0.30 C(%1 1,025℃焼準,695℃×20時間焼戻し材 10,000時間強度ほ外滞推定値 主組成(%)Cr≒1.0,Mo≒1.1,Ⅴ≒0.21 第11図1CrlMol/4V鋼のクリープ破断 強度に及ばすCの影響 4 6 810,000 30 0 2 0 0 0 1 2 ㌃∈守男) 世寧義軍卜1へ-へ ㌃∈や､叫空 耳 坦鞍山叫山｢LlO
4 6 8100 2 冷 炉 55げC6000c Al(%) ○ △ □ ▲Y ● ▲ _ l A B C D 5 5 亡J 5 軋 一概 4 6 81,000 0 0.09 0.18 0.21 4 6 810,000 破断時間(h) 1,025℃焼準,695℃×20時間焼戻し 主組成(プ占つC≒0.22,Cr≒0.97,Mo≒1.20,Ⅴ≒0.18 第10図 No.5材のクリープ破断線図 ●-● 衝風冶1.000h o---一勺 衝凪冶10,000b ▲----一一▲ 炉 冶1,000h △---ム 炉iて} 10,000b 訓 【+､‖30｢￣
2() ●一･･････-● 微風冷1,000h o････-･･･一〇 衝凪冷10,000h ▲･････-･･｢▲ 炉 冷1,000b 5500C 一一･一一L---▲へ
⊥__ ] L O.5 1.0 1.5 2.0 ℃ 0 0 6 .⊥⊥ 2.5 3.0 C-(%) 1,025℃暁準,695℃×20時間焼戻Lネj lO,000時間強度は外挿推定値 ニュニ組成(%)C≒0.18,Mo≒1.20,Ⅴ≒0.26 第12図 CrMoV鋼のクリーゾ綬断強度に 及ぼすCrの影響 第8図と弟13図とによってMoの影響をみると,衝風冷焼戻し 材のクリープ破断強度はMoの添加により著しく高くなり,550℃では0.8%付近で最大値を示し,以後Moの増加によりやや低くな
り,600℃ではMoO.8∼1.35%の範囲ではあまり変らない｡炉冷焼 戻し材は衝凰冷焼戻し材に比べクリープ破断強度はかなり低い｡ 第9図と弟14図によってⅤの影響をみると,クリープ破断強度 は衝風冷焼戻し材および炉冷焼戻し材ともにⅤの増加とともに高く なり,特に550℃ではⅤの影響ほ大きい｡600℃ではⅤの影響は小 さく,特に長時間側の推定強度はⅤによってほとんど変らないよう である｡550℃でほ衝風冷焼戻し材は炉冷焼戻し材よりもクリープ 破断強度が著しく高く,衝風冷焼戻し材の10,000時間強度に炉冷焼 戻し材の1,000時間強度がようやく咋敵する程度である｡ 第】0図と策15図に示すように,クリープ破断頻度に及ばすAl の影熟ま認めがたく,また炉冷焼戻し材と衝風冷焼戻し材との差も ほとんど認められない｡伸びおよび絞りはAlを含むものがやや低 0 ハU 1 2 mEE＼址空 車頭蓋鴬○トー｢一へ nU l 錦 ▲---｢▲ 叶一一一一一一一一一一山 6000c 0 0.5 1.0 1.5 M｡(%) 1,025℃焼準,695℃×20時間焼戻し材 10,000時間強度は外挿推定値 三組成(%)C≒0.19,Cr≒0.97,Ⅴ≒0.23 笥13図 CrMoV鋼のクリープ破断強度に 及ぼすMoの影響 いようで,特に炉冷焼戻し材ではAlを含むものは低い｡4.実験式作成の試み
4.1覚 え 方 クリープ破断強度に及ぼす各元素の影響は,考えている組成範囲 では近似的に直線的であると仮定する｡広い組成範囲にわたって直 線性を仮定することほ無理もあるが,小範開に限定すればすべての 変化は直線で近似し得るであろう｡よってクリープ破断強度R･S･ は次式で表わされるものと仮定した｡ R.S.=α,C十α2Si＋α3Mn十α｡′(Cr)＋α5′(Mo)＋〟tiV＋α7Al十〟8(n→一仇′′(kg/mInり…(1)
C,Si,Mn,Cr,Mo,Ⅴ,Alほ重量(%)を示す｡ 衝風冷焼戻し材の550℃の強度は第12図に示すように,Crlクg を卦こその傾向が異なるので,′(Cr)=lCr-11と仮定し,その他ほ 一転●･･････-一一衝風冷1,000h O････････一○ 衝風i令10,000h ▲･･･････｢▲炉冷1,000h 仙炉 冷10,000h 30 0 2 ハU O O 1 2
(N己モ址吾郎礪m墓寧卜1｢-へ
==ノ
550Dc 30 0 2 ハU O O 1 2(N∈モ如き桝蒜ご要留小卜1｢一へ
C O O 6 0 0.1 0.2 0.3 V(%) 1,025℃焼準,695℃×20時間焼戻し材 10,000時間強度は外挿推定値 主組成(%)C≒0.21,Cr≒1.03,Mo≒1.18 第14図 CrMoV鋼のクリープ破断強度に 及ばすⅤの影響 5500C 600'c 0･･････---0鳩風jて㌻1,000h o---･→衝恥†㌻10,000ll ▲---▲炉 冷 1,000h叫
0 0.1 0.2 Al(%) 1,025℃焼準,695℃×20時間焼戻し材 10,000暗闘強度は外挿推定値 主組成(%)C≒0.22,Cr≒0.97,Mo≒1.20,Ⅴ≒0.18 第15岡 CrMoV鋼のクリープ破断強度に 及ばすAlの影響 ′(Cr)=Crとした｡Moについても衝風冷焼戻し試料の550℃の強度は0.8%付近を境に傾向が異なるので,′(Mo)=lMo-0.8Jと仮定
し,その他は′(Mo)=Moとした｡Ilは絶体値を表わす｡また厳 帝に考えると各元素間にいろいろな交互作用が存在するはずである が,これがどういう形でクリープ破断強度に影響を与えているか十 分明らかでない｡考えている比較的狭い組成範囲では,交互作用は 上式のα∽項に含まれるものとし,掛こ重要と考えられるⅤとCの 交互作用のみを,両者の比として取りあげた｡ 実験値が乃個あれば,これを(1)式に当てほめると〝個の連記式 が得られる｡これから最小自乗法を用いて標準方程式を求め,これ を解いてその根を最も確からしいα1∼α8,α′柁の値とすれば実験式が 得られる｡この計算には相当な手数がかかるので,電子計算機 (HITAClO3)を利用した｡ 4.2 Cr仙oV鋼のクリープ破断強度一組成間の実験式 第1表に試料の組成およびクーリブ破断破産を示した｡この実験 値を用い,前述の考え方で実験式な求めた｡(2)∼(5)式が得られ た実験式である｡ 衝風冷焼戻し材 550℃,1,000時間破断強度(kg/1Tlm2):R.S.5×103 R.S.5×103=47.35C-4.19Si-11.36Mn-5.90 ×lCr-1ト7.87×JMo-0.8ト12.83V＋2･11Al＋6･28(号)＋24･11･……(2)
衝風冷焼戻し材 550℃,10,000時間破断強度(kg/mm乞):R.S.5×104 R.S.5×104=60.62C＋4.99Si-15.29Mn-4.98×lCr-11＋7.35×FMo-0.8ト16.45V
-11,54Al＋7.08(号)
＋6.86 ‖ ‥(3) 衝風冷焼戻し材 600℃,1,000時間破断強度(kg/mm2):R.S.6×103 R.S.6×103=23.22C-1.64Si-10.77Mn-2.07Cr -1,83Mo-2.77V-0.51Al -119-9 穴U 7 仁U 5 4 3 2 1 <U 9 8 7 6 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1▲ 1 1 1 (N∈モ葺髄盟上呂【×Ub∽∽ +山J要史頭潜 15 ㌻∈ヰ､址望 蛍潔ヂ○-×0畠山+知心堪史頭喪 十3.32(号)
＋19.49 炉冷焼戻し材 550℃,1,000時間破断強度 (kg/皿m2):R.S.ダ5×103 R.S.ダ5×103=92.64C-16.79Si -1.37Mn＋1.87Cr ＋3.73Mo-23.11V ＋9.07Al＋-7.49(号)
＋2.10 ‥‥ ‥(5) 弟柑∼19図はこれらの実験式から算出 した計算値と実測値との関係を示す｡特に Moの低い試番7Aと7Bを除いては実測値と計算値は比較的よい一致を示す｡
5.検
討
5.1各種元素の影響 クリープ破断強度に及ぼすCの影響は 600℃では小さくなり,600℃の長時間側 では熱処理による差もなくなる｡これは高 温長時間の試験では試験中に炭化物の凝集 ●7B 一7A 141516171819 20 2122 23 24 25 26 27 28 29 47.35C-4.19Sj-11.36M｡-5.90×･lC,-1ト7.87×lM｡一0.8! -12.83V＋2.11AI＋6.28(Ⅴ/C)･｢24.11 (七g/ふm2) クリーープ破断強度計算値と実測値の比較(1) 第16図 衝風冷焼 戻 L 材 23 2 1 0 9 8 7 丘U 5 4 3 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 l 八‖V 8 91011121314151617 ∴ほ 19 20 2122 23 60･62C＋4･99Sj【ほ2弧†れ-4･98:くrC,-1=-7.35YIM｡-0.引 ￣￣16･45V￣-1l･54AII70馴V/C)1-6.86 搬ふm2) クリープ破断強度計算値と実測値の比較(2) 第17図 CrMoV鋼衝凰冷焼戻し材作
仙製 立 日所
日立研究所創立三十周年記念論文集
(R∈モ也ご鮮碧辞○-×Ub冨+ゝ.J磐茫固喪 1 0 9 【V0 7 6 5 4 3 2 1 0 2 2 1 -1 1 1 1 1 1 1 1 1 ･7B ･7A 9 10111213141516171819 20 23.22C-1.64S一-10.77九1｡-2.07C,-1￣.83M｡-2.77V -0.51Al-t3.32×(Ⅴ/C)＋19.49 (kg/ふm℡) クリープ破断強度計算値と実測値の比較(3) 第18図 CrMoV鋼衝風冷焼戻し材 5 4 3 2 1 0 9 nlU 7 6 ⊂J ･4 3 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 (山Eモ岩壁潔上M〇一yUb血∽ +山々撃た払､ 1112 1516171819 20 2122 23 24 25 92･64C-16･79SJ】1･37Mn＋1.87C,十3.73九･t｡ -23･11V19･07Al-!7･49二く凡/C=2･10 (kg/ふmモノ クリープ破断強度計算値と実測値の比較(4) 第19図 CrMoV鋼炉冷焼戻し材 化が進むためであろう｡一般にCの影響はある量で最大の効果を示 し,それ以上では効果が減少するのが普通である｡ Crの影響については衝風冷焼戻しの群と,炉冷焼戻しの群とでは傾向が異なっている｡0.2CO.5Mo O.5W O.8V鋼の焼入焼戻し材
ではCrl%付近に最大強度の点があって,Cr7%までCrの増加と ともにクリープ強度が低下することは,すでにColbeck氏(4)らによ って報告されていて,本実験結果も550℃では定性的に一致する｡ しかし炉冷焼戻し材の場合は高Cr側のはうが強く,Cr2%では炉冷 焼戻し材と衝風冷焼戻し材との強度差ははとんどなくなる｡この理 由は明らかでないが,低Cr銅では炭化物は主としてM3C形が大部 分で,Crが高くなり2%Cr以上ではM7C3,M23C6,Mo2C,M6C形の 炭化物が現われ,炭化物反応はきわめて複雑となり,試験中にも変化 が進み,この変化の様相ははじめの熱処理によってかなり変わるこ とが知られていて(5),炭化物の析出形態の相違がその原因と想像さ
れる｡1CrO･2CO･8V鋼に及ぼすMoの影響をGemmilとMurray
氏(6)が調べ,600℃では0.8∼1.0%付近にMoの効果の山があるこ とを明らかにした｡本実験でも衝風冷焼戻し材の550℃の1,000時 間クリープ破断強度は0.8∼1.0%Mo付近に山が出て定性的に一致 した｡しかし600℃においてはMo量の増加とともにクリープ破断強度は増加の傾向を示している〔Ⅴの影響については衝風冷焼戻し
および炉冷焼戻しともに550℃でほⅤが高いほどクリープ破断強度 は高くなり,文献の一般的傾向と一致する｡Gemmilfモらは0.2C ICrlMo鋼ではⅤは0,7%付近までクリープ破断強度を増すことを報告している｡CrMoV鋼に及ぼすAlの影響について報告され
たものほないが,木研究の結果でほ高温強度に影響が少ないことを 確認した.二,炭素鋼またはMo鋼ではAl脱酸した材料は黒鉛化しや すく,高温用材料では一一般にAlは極度に制限されているが,Crの 添加は黒鉛化防止にきわめて有効でCrl%以上含む鋼ではAlを用 いても黒鉛化しない｡したがって高温強度に限って考えればCrMo V鋼にAlを用いてもさしつかえないと考えられる｡ 5.2 Cr仙oV鋼の実験式に関する検討 かなり大胆な仮定から出発したが,弟1る∼19図に示すように, 一次多項式の実験式がかなりよく実測値を表わしている｡化学分析 の誤差,クリープ破断特性のばらつきなどを考えるとかなりよい一 致であるといえる｡冶金学的見地からは元素間の交互作用が種々存 在し得るわけであるが,狭い組成範囲に限定した場合,交互作用の 大部分は常数項α〃壬に含まれ,特に取り出して独立項にしなければ ならないものは数多くないといえる｡このことは次のように考えら れる｡A元素とB元素との間に交互作用AxBがあり,B元素がA 元素とともにBo%存在すると特性に著しく影響するが,Bo%以上 Bを含んでもAxBにはあまり影響しないというような関係がある のではないかと想像される｡そうであるとすれば,組成範囲を限定して,たまたまBo%以上からBl%までを取り扱ったとすれば,
AxBは常数項α桝にはいってしまうであろう｡したがって,得ら れた実験式を,実験した組成範囲外に適用することは非常に危険で あって,実験式の成立範囲についで十分な注意が必要である｡ (2)∼(5)の実験式を見るとCの係数が大きく,Cが非常に大き な影響を与えるように受取られやすいが,Ⅴ/C項があり,Cが増減するに併い,Ⅴ/Cが減増し,これと差引分だけが効いてくるのでC
の影響はそれほど大きくはない｡ほかの成分は一定として,(1)式 のうえからCの影響を考察してみよう｡Cの影響′(c)は ′(c)=α1C＋α｡(号)
と表わせる｡これをCについて微分すると4岨=α1一一晋-
dc ‥(6) ‥(7) となる｡(け(c)/dc=0と置いてC量の臨界値Coを求めると Co=J
壷軍
α1 (8) となる｡すなわち,一定のⅤ量に対してはC量がCo%を境にして, これより少なければ,C量を増すと′(c)は小さくなり,Coより多 ければC量を増せば′(c)は大きくなる｡したがってCの影響ほC｡% を境に逆の傾向を示すことになる｡しかし,Co%以下ではCが少な いほどクリープ破断強度が人きい(Cが0%では無限大となる)と いうことはあり得ないことで,従来の技術的知見と相反するので, Coは本実験式が成立する組成範囲のおおよそのC下限値を示して いるものと考えられる｡ Ⅴの影響は,Ⅴ項が負となっていて弟14図の結果および常識と 反するように受取られやすいがⅤ/C項の効き方が大きいので,こ れとの相殺において考えなければならない｡(1)式においてⅤだけ に関係するものを取り出すとⅤ(α8/C-α6)となる｡Cがα8/α6より大なれば()内は負となり,Ⅴが増すと強度は減少し,Cがα8/α6
より小さければⅤが増すと強度は増加する｡このCの限界値は(2)
∼(5)式に対して0.32∼1.20%となる｡実験したCの組成範囲上限 が0.29%であることを考えると,本実験式はCO.30%までは成立し うるものと考えられる｡ (2)∼(5)式でMoの係数が負または比較的小さい正の値となっ ていて,Moはクリープ破断強度に非常に効くという常識とやや違 っている｡Mo含有量の少ない7A,7Bは実験式作成に当たって除 外して計算したので,7A,7Bの測定値は実験式からかなりはずれ も＼ていて,本実験式はMoの低いところでは成立しないっ1Crl/4V 鋼に対し,Moが一定量加えられることは著しい効果を与えるが, 一定量以_LではMoの効果ほ飽和する傾向にあり,取り扱ったMo l%付近ではMoの効果は飽和しておi),その効果の大部分は常数 項〟…に含まれ,そのためMo項の係数が小さくrHてきたのである〔
る.結
言
以上によりCrMoV鋼の高温強度に及ぼすC,Cr,Mo,Ⅴおよび Alの影響を調べた｡結二果は要約すると次のようである｡ (1)C量の増加とともにクリープ破断強度は高くなり,特に 550℃ではその影響が大きく,600℃の長時間側ではその 影響は非常に小さい｡ (2)550℃のクリープ破断強度は,街風冷焼戻し材ではCrl% が最も高く,1%以上ではCrの増加とともに低下し,こ れに対し炉冷焼戻し材ではCr量の増加とともに高くなる｡ (3)クリープ破断強度はMoの添加により著しく高くなり, 550℃では0.8%付近で最大値を示し,600℃でほMoO.8∼特
許
ゲb エ ノ== 兄遮
特許舞279811号 空気遮断器は回路を遮断する際に,圧縮空気の放出による爆発的 な大騒音を発生する｡このような大騒音は,人間に対して精神的お よび肉体的衝撃を与える点から忌み嫌われ,その防止若しくは低減 は斯界の強い要望となっている｡ この発明は,遮断部におけるノズル形接触子の背後に消音箱を設 け,この消音箱に細孔をあけるに当たって面積を細孔の周囲の距離 で割った値が1mm以￣￣Fであるような榔孔を多数穿設L,排気ガス をこの細孔を通して外気に放出するようiこしたものである｡ 周知のように絶対圧力が2気圧以上の空気がノズルを通して外気 に放出されるとき,ノズルでの流速は最大となって音速に達する｡ 大気中への放出速度が大きいとき,静止気体と衝突して大なる気 流の乱れを生じ騒音が大きいが,放出速度を低下すると騒音は著し く低減するので排気ガスを細孔より放出すれば,空気の粘性のため に細孔の穫に接近した空気の流速が低下するため騒音も低減する｡ また細孔の間隔dlおよびdヨが小さいと,細孔からある立体角を J了J却装;打 /一■･r釦接触J′ ＼推断部古!きiiミニ 速断郎 ノス､ル杵欄1上柁触 (4) (5) 1.35%の範囲における変化は小さい｡ 550℃のクリープ破断強度はⅤの添加とともに高くなる｡ Alの添加は実験した0.2%まではクリープ破断慮度にほと んど影響を与えない｡ 終わりにのぞみ,本研究を行なうに)りたりご指導くださった日立 研究所小野副所長をはじめ,電子計算機のプログラム作成にご協力 いただいた技術計算窒のかたがたに厚くお礼申し上げるとともに, 実験に協力された篠田哲守,高橋武両君の労に対し感謝する｡ (1) (2) (3) 参 莞 文 献 Smith:ASME Paper,No.56-A-214(1957) たとえば木原,鈴木:高張力鋼の溶接,溶接叢書12巻16 (1958)Boyle,Curran,De Forest,Newhouse:ASTM Paper,
No.81-A(1962) Colbeck,Rait:BISISpecialReport,No.43,107(1952) Baker,Nutting:JISI.,257∼269(July.1959) Gemmil,Murray:ASME Paper,No.56-A-214,12-13 (1957)
