CN110520549A

CN110520549A - 奥氏体系不锈钢厚钢板及其制造方法

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Publication number: CN110520549A
Application number: CN201880022330.7A
Authority: CN
Inventors: 净德佳奈; 及川雄介; 平田弘征; 犬塚纯平
Original assignee: Nippon Steel Stainless Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Stainless Steel Corp
Priority date: 2017-03-31
Filing date: 2018-03-28
Publication date: 2019-11-29
Anticipated expiration: 2038-03-28
Also published as: JPWO2018181570A1; JP6920420B2; CN110520549B; WO2018181570A1

Abstract

一种奥氏体系不锈钢厚钢板，其化学组成以质量％计含有C:小于0.04％，Si:1.5％以下，Mn:2.0％以下，P:0.04％以下，S:0.03％以下，N:0.02～0.35％，O:0.03％以下，Nb:0.05～0.5％，Cr:15.0～25.0％，Ni:6.0～30.0％，Al:0～0.05％，Ti:0～0.4％，V:0～0.4％，Ta:0～0.2％，Hf:0～0.2％，Zr:0～0.2％，Cu:0～3.0％，Mo:0～5.0％，W:0～5.0％，Co:0～1.0％，B:0～0.012％，Ca:0～0.02％，Mg:0～0.02％，以及REM:0～0.1％，余量:Fe和杂质，在与轧制方向垂直的截面中，最大晶粒直径小于0.3mm，板厚为6.0mm以上。

Description

奥氏体系不锈钢厚钢板及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种奥氏体系不锈钢厚钢板及其制造方法。

背景技术

在石油纯化工厂中，随着近年的硫排放规定的强化，推进了氢化脱硫装置或氢化分解装置的引入。氢化脱硫装置是向重油吹入氢而去除硫分的装置。另外，氢化分解装置是与氢化脱硫装置同样地向重油吹入氢而去除硫分的同时，分解重油制造轻质油的装置。这些装置由于是在高温高压下运转，因此其用料多使用奥氏体系不锈钢。

前述装置所使用的材料中一个大的技术问题在于：作为反应产物的连多硫酸(H₂S_xO₆)所引起的“应力腐蚀裂纹”(以下记作SCC(Stress Corrosion Cracking))的改善。对于SCC产生的机理，一般知晓以下机制。具体而言，由于焊接时的热输入或高温长期运转时的加热，不锈钢的晶界上析出Cr碳化物，其附近形成缺乏Cr的Cr缺乏层，裂纹在Cr缺乏层中传播。

因此，作为前述SCC的抑制措施，使用含有可尽量抑制Cr碳化物析出的元素的原材料是有效的。例如，作为原材料，宜使用所谓的稳定型奥氏体系不锈钢，其含有Ti或Nb这种与Cr相比容易形成碳化物的C固定化元素。具体而言，是含有Ti的SUS321、含有Nb的SUS347这样的钢种(依据JIS标准)。

但是，即使是上述稳定型奥氏体系不锈钢，焊接时，在受到热输入的影响的焊接热影响部(以下记作HAZ(Heat Affected Zone))，也会产生比较轻度的Cr缺乏层。并且，如果是由连多硫酸引起的SCC，即使是上述比较轻度的Cr缺乏层也可能产生裂纹。

对于该技术问题，例如专利文献1中公开了一种不锈钢，通过将C降低至0.03％以下，添加N0.08～0.40％、Nb0.05～0.30％，使Nb/C≥4、N/C≥5，提高了耐晶界腐蚀性、耐晶界SCC性。

另外，在非专利文献1中公开了一种SUS347系的奥氏体系不锈钢，在将C降低至0.02％以下的基础上，含有小于0.1％的合适的N，此外，作为C固定化元素，添加了合适的量的Nb0.2～0.5％且Nb/C≥15。该奥氏体系不锈钢在确保高温强度的同时具有良好的耐连多硫酸SCC性。

专利文献2中公开了一种奥氏体系不锈钢，在降低C含量的基础上，含有合适的N，此外，含有C固定化元素。该奥氏体系不锈钢的特点是，在确保耐连多硫酸SCC性的同时，通过将P以及S这种特定的杂质元素降低至规定以下，使得针对焊接裂纹的HAZ的耐液化裂纹性以及长期时效后的耐脆化裂纹性优异。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开昭50-67215号公报

专利文献2：国际公开第2009/044802号

非专利文献

非专利文献1：工藤赳夫等住友金属，38(1986)，p.190

非专利文献2：R.LOMBRY等Colloque de Metallurgie Vol.24th(1981)p.121

发明内容

发明要解决的问题

另一方面来说，在脱硫装置所使用的原材料中，反应器或密炼机等使用例如45mm的厚钢板。制造厚钢板时，由于从铸坯或钢坯(以下有时合称“铸坯”)到最终产品的压下率是有限的，因此不能实施像制造薄钢板或无缝钢管时所用的那种高压下率的加工。其结果，未必能确保足以达到再结晶程度的加工度。

专利文献1和2以及非专利文献1中对于上述这种厚钢板特有的问题，并未进行充分研究。

另外，作为脱硫装置所使用的原材料，焊接使用这些高耐腐蚀奥氏体系不锈钢时，有时发生在焊接部产生龟裂的称之为焊接裂纹的现象，尤其担心高温裂纹的产生。

高温裂纹有液化裂纹、延展性下降裂纹等。并且，液化裂纹产生的原因在于：由于焊接时的热输入，在晶粒内析出的NbC等碳化物固溶，C固定化元素或C，或者P、S等晶界偏析倾向高的元素偏析于晶界，形成熔点低的化合物。其结果，由第2道次之后的焊接热循环导致晶界液化产生裂纹的现象，即为液化裂纹。

另一方面，延展性下降裂纹产生的原因在于：在焊接时的高温HAZ处，焊接热循环过程中以及高温下的使用过程中，P、S等晶界脆化元素发生偏析。其结果，发生由外部应力或加热导致的热膨胀收缩而产生的残留应力时，相比NbC等大量析出的晶粒内部，在脆化的晶界处产生应力集中。并且，以晶界为起点产生裂纹。该现象即为延展性下降裂纹。

本发明人等对于HAZ处产生的裂纹进行了研究，结果发现：裂纹的形态不是液化裂纹或长期时效后的脆化裂纹，而是前述的延展性下降裂纹。专利文献1和2以及非专利文献1中对于延展性下降裂纹完全没有研究。

本发明的目的在于提供一种耐连多硫酸SCC性优异，且抑制焊接时的裂纹，具有良好的耐焊接裂纹性的奥氏体系不锈钢厚钢板及其制造方法。

用于解决问题的方案

本发明旨在解决上述技术问题，其主要内容在于下述所示奥氏体系不锈钢厚钢板及其制造方法。

(1)一种奥氏体系不锈钢厚钢板，其化学组成以质量％计含有

C：小于0.04％、

Si：1.5％以下、

Mn：2.0％以下、

P：0.04％以下、

S：0.03％以下、

N：0.02～0.35％、

O：0.03％以下、

Nb：0.05～0.5％、

Cr：15.0～25.0％、

Ni：6.0～30.0％、

Al：0.05％以下、

Ti：0～0.4％、

V：0～0.4％、

Ta：0～0.2％、

Hf：0～0.2％、

Zr：0～0.2％、

Cu：0～3.0％、

Mo：0～5.0％、

W：0～5.0％、

Co：0～1.0％、

B：0～0.012％、

Ca：0～0.02％、

Mg：0～0.02％、和

REM：0～0.1％，

余量：Fe和杂质，

所述奥氏体系不锈钢厚钢板在与轧制方向垂直的截面中，最大晶粒直径小于0.3mm，板厚为6.0mm以上。

(2)根据(1)所述的奥氏体系不锈钢厚钢板，其中，所述钢板的化学组成以质量％计还含有选自

Ti：0.005～0.4％、

V：0.005～0.4％、

Ta：0.003～0.2％、

Hf：0.003～0.2％、

Zr：0.003～0.2％、

Cu：0.02～3.0％、

Mo：0.05～5.0％、

W：0.05～5.0％、

Co：0.03～1.0％、

B：0.0001～0.012％、

Ca：0.0001～0.02％、

Mg：0.0001～0.02％、和

REM：0.001～0.1％中的1种以上。

(3)根据(1)或(2)所述的奥氏体系不锈钢厚钢板，其用于石油脱硫装置。

(4)一种奥氏体系不锈钢厚钢板的制造方法，其是制造具有所述化学组成的奥氏体系不锈钢厚钢板的方法，该方法依次实施以下工序：

(a)工序，加热具有(1)或(2)所述的化学组成的铸坯或钢坯，以压下率为30％以上的条件进行初级热轧，制成钢板；

(b)工序，将所述钢板加热至1100～1250℃，以轧制结束温度为1050℃以下、压下率为30％以上的条件进行次级热轧，

该工序中，加热后，在直至次级热轧结束为止的期间，在850～1100℃的温度域保持3分钟以上；以及，

(c)工序，在950～1150℃的温度域进行固溶化热处理。

(5)一种奥氏体系不锈钢厚钢板的制造方法，其是制造具有所述化学组成的奥氏体系不锈钢厚钢板的方法，该方法依次实施以下工序：

(B)工序，将所述钢板以1100～1250℃进行中间热处理；

(C)工序，将所述钢板加热至950～1100℃，以轧制结束温度为1050℃以下、压下率为30％以上的条件进行次级热轧；以及，

(D)工序，在950～1150℃的温度域进行固溶化热处理。

发明的效果

根据本发明，能够提供耐连多硫酸SCC性优异，且抑制焊接时的裂纹，具有良好的耐焊接裂纹性的奥氏体系不锈钢厚钢板。

具体实施方式

本发明人等为了得到可兼顾确保耐连多硫酸SCC性和抑制焊接时的延展性下降裂纹的奥氏体系不锈钢厚钢板，进行了以下研究。具体而言，针对产生了延展性下降裂纹的厚钢板焊接材料和未产生延展性下降裂纹的厚钢板焊接材料，对裂纹发生部的金相组织及其制造条件进行了研究，得到了以下认识(a)～(c)。

(a)产生裂纹的是粗大晶粒的晶界。可认为这是由于晶粒细小的情况下，作用于晶界的应力分散，不至于晶界断裂；而晶粒粗大的情况下，应力集中于粗大粒的晶界，导致晶界断裂。

(b)观察了大量焊接裂纹部，结果发现最大晶粒直径小于0.3mm时，不产生裂纹。

(c)需要调查合适的制造条件以得到满足最大晶粒直径小于0.3mm的厚钢板。本发明人通过制造化学组成以及制造条件不同的各种厚钢板，对得到的厚钢板的组织进行观察，认识到了后述的合适的制造条件。

粗大晶粒是在加工热处理引起的再结晶未完成、仍为铸造状态的粗大晶粒组织部分残存的情况下产生的。为了抑制粗大晶粒的最大粒径，需要尽可能促进再结晶。在该情况下，可以考虑适用使加工应变更多蓄积或更加高温长时间地进行固溶化热处理等常规促进措施。

另一方面来说，如果是含有Nb作为C固定化元素的SUS347系，热加工引起的再结晶有时比不含Nb的非含Nb材料更加延迟。例如在非专利文献2中，加工-保持温度为1050℃以下时，出现了再结晶中途停止的现象。对于其理由，可认为是上述温度中Nb析出物的析出先于再结晶，从而抑止了再结晶。

对于该技术问题，虽然如果能够进行足够的加工应变和热处理，就能够完成再结晶，但是在制造像本发明这样的厚钢板的情况下，从铸坯到最终产品的压下率是受限的，未必能够确保再结晶所需程度的加工度。此外，对于固溶化热处理的温度，对于含Nb钢，如果进行高温热处理，Nb碳化物就会以固溶状态存在于产品，高温使用时其作为细小的Nb碳化物析出，从而成为长期时效后脆化裂纹的原因，为此，不得不设置上限。并且，尽管将时效时间拉长会显著损害可操作性以及经济性，却并没有太大效果。

为此，发明人等在上述制约下，对促进奥氏体系不锈钢再结晶的制造条件进行了细致研究，结果认识到以下所示(i)以及(ii)所述的制造方法是有效的。

(i)将热轧拆分为两个阶段，在第一阶段的热轧后进行高温热处理。

如上所述，为了促进再结晶，最终的固溶化热处理不能高温化。为了克服这种制约，将热轧拆分为两个阶段，在第一阶段的热轧后进行高温热处理使铸坯的粗大晶体再结晶。在该情况下，由于在第二阶段的加工热处理中初始粒径变小，即使是较低温度的热处理，再结晶也会进行。

(ii)在第二阶段的热轧时，使Nb析出物的析出基本完成。

由高温加热而固溶的Nb如果在热处理时析出，则再结晶延迟。为避免这种情况，关键的是，在通过热处理进行再结晶之前的第二阶段的热轧时，恰当地控制温度以及时间条件，使得Nb析出物充分析出，由此使Nb析出物的析出基本完成。

本发明正是基于上述认识而完成的。以下对本发明的各个要素进行说明。

1.化学组成

各元素的限定理由如下所述。需要说明的是，以下的说明中涉及含量的“％”指的是“质量％”。

C：小于0.04％

C如果含有过多，则促进Cr碳化物的析出，从而耐晶界腐蚀性以及耐连多硫酸SCC性下降，因此，期望尽量降低。因此，C含量为小于0.04％。C含量优选为0.03％以下，更优选为0.02％以下。另一方面，由于过度降低将导致精炼成本上升，因此C含量优选为0.005％以上。

Si：1.5％以下

Si是作为脱氧剂含有的元素。但是，如果含有过多，则会增大液化裂纹敏感性，同时使奥氏体相的稳定性下降。因此，Si含量为1.5％以下。Si含量优选为1.0％以下，更优选为0.75％以下。另一方面，为得到脱氧的效果，Si含量优选为0.02％以上，更优选为0.1％以上，进一步优选为0.2％以上。

Mn：2.0％以下

Mn是使奥氏体相稳定化的同时可有效降低S导致的热加工性劣化的元素。但是，Mn如果含有过多，则会引起韧性以及耐腐蚀性等的劣化。因此，Mn含量为2.0％以下。Mn含量优选为1.8％以下，更优选为1.6％以下。另一方面，为得到上述效果，Mn含量优选为0.5％以上。

P：0.04％以下

P是从原料等不可避免混入的杂质。P在焊接热循环过程中以及其后的高温下使用的过程中，会偏析于焊接部的粗大晶粒(粗粒HAZ)的晶界，从而不仅导致焊接后的液化裂纹，还成为延展性下降裂纹的原因，因此优选降低其含量。因此，P含量为0.04％以下。P含量优选为0.03％以下。

S：0.03％以下

S是从原料等不可避免混入的杂质。S也与P同样地会偏析于晶界，成为粗粒HAZ部处焊接后的液化裂纹以及延展性下降裂纹的原因。因此，S含量为0.03％以下。S含量优选为0.015％以下，更优选为0.005％以下，进一步优选为0.001％以下。

N：0.02～0.35％

N是使奥氏体相稳定化，固溶于奥氏体相的同时，在晶粒内作为细小的氮化物析出，有效提高蠕变强度的元素。因此，N含量为0.02％以上。但是，N如果含有过多，则Cr氮化物将析出于晶界，导致HAZ处的耐连多硫酸SCC性下降。因此，N含量为0.35％以下。N含量优选为0.04％以上，更优选为0.06％以上。另外，N含量优选为0.3％以下，更优选为0.2％以下，进一步优选为0.1％以下。

O：0.03％以下

O为不可避免混入的杂质。是构成作为非金属夹杂物代表的氧化物的元素，过多含有将损害韧性。另外，如果生成粗大簇状氧化物，则成为表面瑕疵的原因。因此，O含量为0.03％以下。O含量优选为0.01％以下，更优选为0.007％以下，进一步优选为0.005％以下。

Nb：0.05～0.5％

Nb作为C固定化元素含有。具体而言，具有如下效果：通过与钢中的C结合而析出碳化物，可抑制Cr碳化物向晶界析出，提高耐晶界腐蚀性以及耐连多硫酸SCC性。另外，在晶粒内析出的细小的Nb碳化物还有利于提高蠕变强度。因此，Nb含量为0.05％以上。

但是，含有过多的Nb时，碳化物将在晶粒内析出过多，阻碍晶粒内的变形。并且，晶粒内的变形被阻碍后，将导致杂质元素偏析的晶界处产生应力集中，助长HAZ部的高温裂纹。另外，铸坯加热时固溶的Nb再析出也会阻碍再结晶。因此，Nb含量为0.5％以下。

Nb含量优选为0.10％以上，更优选为0.20％以上。另外，Nb含量优选为0.4％以下，进一步优选为0.35％以下。并且，在与C的关系上，优选为Nb/C≥10，更优选为Nb/C≥15。

注意，上述式中的元素符号表示钢中所含的各元素的含量(质量％)。

Cr：15.0～25.0％

Cr是确保高温下耐氧化性以及耐腐蚀性所需的元素。因此，Cr含量为15.0％以上。但是，如果大量含有，则会使高温下的奥氏体相的稳定性下降，从而引起蠕变强度下降。因此，Cr含量为25.0％以下。Cr含量优选为16.0％以上，更优选为17.0％以下。

Ni：6.0～30.0％

Ni是使奥氏体相稳定化的元素，也是维持长期使用后的蠕变强度所需的元素。另外，还是提高耐酸性以及耐氯化物SCC性的元素。因此，Ni含量为6.0％以上。但是，由于Ni是昂贵的元素，如果含量多则成本上升。因此，Ni含量为30.0％以下。Ni含量优选为7.0％以上，更优选为9.0％以上。另外，Ni含量优选为13.0％以下。

Al：0.05％以下

Al是用于钢脱氧的元素，为了降低钢中的氧而与Si一并含有。但是，Al是与N的亲和力比较大的元素，如果含有过多则会生成AlN，导致母材的韧性劣化。虽然其程度也取决于N的含量，但如果Al超过0.05％，则韧性下降变得显著，因此Al含量为0.05％以下。另一方面，为得到上述效果，优选为0.003％以上。

Ti：0～0.4％

V：0～0.4％

Ta：0～0.2％

Hf：0～0.2％

Zr：0～0.2％

Ti、V、Ta、Hf以及Zr作为C固定化元素是重要的，具有如下效果：通过与钢中的C结合形成的碳化物在晶粒内析出，可抑制Cr氮化物向晶界析出，提高耐腐蚀性。另外，在晶粒内析出的细小的碳化物也有助于蠕变强度的提高。因此，为得到该效果，可以根据需要含有选自这些元素中的1种以上。

但是，这些元素含有过多时，碳氮化物的过多析出将损害韧性。因此，Ti含量为0.4％以下。另外，V含量为0.4％以下。Ta含量为0.2％以下。Hf含量为0.2％以下。Zr含量为0.2％以下。另一方面，为得到上述效果，Ti含量优选为0.005％以上。另外，V含量优选为0.005％以上。Ta含量优选为0.003％以上。Hf含量优选为0.003％以上。Zr含量优选为0.003％以上。

Cu、Mo、W以及Co具有提高高温强度的作用。因此，为得到该效果，上述元素可根据需要含有1种以上。

Cu：0～3.0％

Cu在高温下细小地析出从而对提高高温强度有效，且具有使奥氏体相稳定化的作用，因此根据需要含有。但是，如果过度含有Cu，在热加工时以及焊接时，液相Cu将析出于晶界，导致热加工性或耐液化裂纹性显著下降。因此，Cu含量为3.0％以下。Cu含量优选为2.0％以下。另一方面，为得到上述效果，Cu含量优选为0.02％以上，更优选为0.5％以上。

Mo：0～5.0％

W：0～5.0％

Mo以及W具有固溶于基质而提高高温强度的效果，尤其对于高温下蠕变强度的提高是有效的元素，因此根据需要含有。但是，两元素均为高含量时，会使奥氏体相的稳定性下降，导致蠕变强度下降。并且，粗粒HAZ处的延展性下降裂纹敏感性变高。

因此，Mo以及W的含量分别为Mo：5.0％以下，W：5.0％以下。另外，Mo含量优选为1.5％以下，W含量优选为3.0％以下。另一方面，为得到上述效果，优选含有选自Mo：0.05％以上、W：0.05％以上中的1种以上。

Co：0～1.0％

Co是提高奥氏体相的稳定性而提高高温强度的元素，因此根据需要含有。但是，由于Co是非常昂贵的元素，因此如果大量含有将导致成本上升。因此，Co含量为1.0％以下。Co含量优选为0.8％以下。另一方面，为得到上述效果，Co含量优选为0.03％以上。

B：0～0.012％

Ca：0～0.02％

Mg：0～0.02％

REM：0～0.1％

B、Ca、Mg以及REM是提高热加工性的元素，因此根据需要含有。但是，这些元素含有过多时，反而会引起热加工性以及韧性下降。因此，这些元素的含量分别为B：0.012％以下，Ca：0.02％以下，Mg：0.02％以下以及REM：0.1％以下。

另外，B含量优选为0.005％以下，Ca含量优选为0.01％以下，Mg含量优选为0.01％以下，REM含量优选为0.05％以下。为得到上述效果，优选含有选自B：0.0001％以上、Ca：0.0001％以上、Mg：0.0001％以上以及REM：0.001％以上中的1种以上。

REM是Sc、Y以及镧系的总计17种元素的总称，REM的含量指的是上述元素的总量。

在本发明的钢板中，余量为Fe和杂质。在此，“杂质”指的是工业上制造钢时由于矿石、废料等原料、制造工序的各种因素而混入的成分，是在不对本发明造成不良影响的范围内允许的物质。

2.金相组织

本发明中，将可避免焊接时的延展性下降裂纹的金相组织的条件限定为：与轧制方向垂直的截面中的最大晶粒直径小于0.3mm。不存在0.3mm以上的粗大晶粒时，向粗大晶粒的晶界的应力集中少，能够抑制裂纹。进而，优选最大晶粒直径小于0.15mm。

需要说明的是，最大晶粒直径通过以下方式得到：将与轧制方向垂直的截面埋入树脂进行抛光、蚀刻后，以多个观测视场的观测区域的总和达到1mm²以上的方式选择观测区域，将该观察视场下观察到的每个晶粒的最大晶粒直径记录下来，求出其中的最大值。

3.板厚

本发明中的延展性下降裂纹的技术问题是在板厚6.0mm以上的厚钢板中产生的，该板厚的厚钢板由于原材料厚度的关系难以确保大的压下率。因此，在本发明中，针对的对象是板厚6.0mm以上的厚钢板。板厚优选为10.0mm以上，更优选为21.0mm以上。板厚进一步优选为26.0mm以上，更进一步优选为35.0mm以上。对于上限，虽然并不特别设限，但优选为80.0mm以下。

4.制造方法

从以上的角度出发，通过采用以下所示两种工序进行轧制，能够促进本发明的厚钢板中再结晶。以下对各工序进行说明。

4-1.基于下述(a)～(c)的工序的制造方法

(a)初级热轧工序

为促进本发明的奥氏体系不锈钢板的粗大晶粒组织的再结晶，将热轧分两次进行。为了抑制加热导致的Nb的固溶，也为了通过低温轧制使应变进一步蓄积，第一阶段的热轧的铸坯或钢坯的加热温度优选为较低温度。但是，如果温度过低，则存在加工时产生热加工裂纹的可能性，因此优选在1000～1200℃下实施，更优选为1050～1150℃。即，初级热轧的轧制结束温度优选为1200℃以下。另外，为促进再结晶，压下率为30％以上。

(b)次级热轧工序

如上所述，为促进再结晶，本工序中，将钢板加热至1100～1250℃的温度域。因此，加热温度为1100℃以上。另一方面，加热温度超过1250℃时，强度下降，会成为由自重引起的弯曲等的原因，因此控制在1250℃以下。

越是在低温下进行热轧，应变蓄积量越增大，越能促进再结晶。因此，轧制结束温度为1050℃以下，优选为1000℃以下。次级热轧温度优选在850～1150℃下实施，更优选在900～1050℃下实施。

此外，如果轧制时的加工度过低，则应变蓄积量少，难以发生再结晶。因此，次级热轧中的压下率为30％以上。次级热轧中的压下率优选为40％以上。

需要说明的是，在次级热轧工序中，加热后，在直至轧制结束为止的期间，在850～1100℃的温度域保持3分钟以上。如上所述，为了通过最终热处理完成再结晶，在热处理前使Nb析出物的析出基本完成是其中的关键。为此，通过在850℃以上且在析出温度以下的1100℃以下保持3分钟以上，使Nb析出物进行析出。

由于是在该制造条件下施加加工，因此析出所需的时间缩短，即使3分钟也会有相当量的析出。需要说明的是，保持温度如果过于低温，则扩散不进行，将难以发生析出。因此，保持温度为850℃以上。

(c)固溶化热处理工序

为防止Nb的再固溶且为了促进再结晶，固溶化热处理的温度为950～1150℃。

4-2.基于下述(A)～(D)的工序的制造方法

(A)初级热轧工序

与上述的方法同样地，为了抑制加热导致的Nb的固溶，也为了通过低温轧制使应变进一步蓄积，第一阶段的热轧的铸坯加热温度优选为较低温度。但是，如果温度过低，则存在加工时产生热加工裂纹的可能性，因此优选在1000～1200℃下实施，更优选为1050～1150℃。即，初级热轧的轧制结束温度为1200℃以下。另外，为促进再结晶，压下率为30％以上。

(B)中间热处理工序

如上所述，为促进再结晶，在初级热轧后且在后述的次级热轧前，将钢板加热至1100～1250℃。在本发明中，将初级热轧后、次级热轧前的上述加热表述为中间热处理。

(C)次级热轧工序

为促进Nb析出物的析出，本工序中，将钢板加热至950～1100℃的温度域，在此基础上进行热轧。

越是在低温下进行热轧，应变蓄积量越增大，越能促进再结晶。因此，轧制结束温度为1050℃以下，优选为1000℃以下。次级热轧温度优选在850～1100℃下实施，更优选在900～1050℃下实施。

(D)固溶化热处理工序

为防止Nb的再固溶且为了促进再结晶，固溶化热处理的温度为950℃～1150℃。

以下，通过实施例对本发明进行更具体的说明，但本发明不限于这些实施例。

实施例

将具有表1所示化学组成的奥氏体系不锈钢用电炉熔炼，得到厚度150mm的连铸铸坯。

[表1]

热轧分两次进行，以1100℃下加热后、轧制结束温度为950℃的条件实施初级热轧，得到厚度90mm的初级热轧钢板。压下率为40％。其后，以1200℃下加热1小时后、轧制结束温度为950℃的条件实施次级热轧，得到厚度45mm的热轧钢板。压下率为50％。使在1100℃～800℃的保持时间为5.3分钟，然后立即进行水冷。固溶化热处理是以1100℃的温度均热5分钟后，进行水冷。

对于得到的钢板，进行最大晶粒直径的评价。最大晶粒直径通过以下方式得到：将钢板的与轧制方向呈直角的截面去除凹凸后，埋入树脂，进行镜面抛光，对其进行王水浸泡蚀刻后，随机进行观察，直到总观测域的面积达到1.23mm²，求出晶粒的最大晶粒直径。

通过由纵向可调拘束试验得到的总裂纹长度，对延展性下降裂纹敏感性进行评价。该试验是在焊接进行过程中进行弯折施加应变，测量此时在HAZ部产生的裂纹的长度；与焊接方向平行地施加应变的纵向可调拘束试验作为HAZ部的焊接高温裂纹性评价方法被广泛使用。

具体而言，首先从基于上述方式制造的固溶化热处理后的钢板上采集厚度12mm、宽度50mm、长度300mm的试验片(板厚方向上取3片)，并以悬臂梁式固定于弯折块上，在试验片的长度方向上用GTAW(Gas Tungsten Arc Welding)进行平板堆焊。

其后，当熔池达到试验片长度方向的中央部时，以试验片的单侧沿着弯折块的曲率使试验片变形，使焊道和HAZ表面产生了裂纹。其后，测量在HAZ处产生的裂纹的长度，求出总裂纹长度。需要说明的是，焊接条件为焊接电流200A，焊接电压16V，焊接速度15cm/分钟，负载应变2％。HAZ表面上裂纹长度为1.5mm以下时，判断为HAZ裂纹敏感性低，耐高温裂纹性优异，以此作为目标。

接着，为了确认耐连多硫酸SCC性，将上述焊接材料在700℃下进行1000小时的敏化热处理后，进行在瓦肯罗德尔(Wackenroder)溶液(向蒸馏水中吹入SO₂气体制成H₂SO₃饱和水溶液后，再向其中大量吹入H₂S气体而得到的溶液)中的浸泡试验。评价方式如下：采用将以焊接线为中心的厚度2mm、宽度10mm、长度75mm的条状物以半径5mm拘束得到的U型弯曲试验片，在瓦肯罗德尔溶液中常温下浸泡48小时，用光学显微镜观察有无裂纹产生，将未产生裂纹的判断为耐连多硫酸SCC性优异。

将上述测量结果一并示于表2。需要说明的是，在表2的“关于耐连多硫酸SCC性的评价数据”一项中，“○”表示浸泡48小时后未产生裂纹，“×”表示浸泡48小时后观察到裂纹产生。

[表2]

试验No.1～10是满足本发明限定的本发明例的钢。由表2可知，本发明例的钢板的最大晶粒直径小于0.3mm，HAZ总裂纹长度也在1.5mm以下，由此显示出良好的耐HAZ裂纹性，具有优异的耐高温裂纹性。

另一方面，不满足本发明成分范围的试验No.11～18的钢由于以下所示理由而未满足特性。Nb含量在本发明限定以上的试验No.18的再结晶未被促进，残留有大晶粒。Si或P的含量分别在本发明限定以上的试验No.12和17的HAZ总裂纹长度超过1.5mm，耐高温裂纹性不良，产生了高温裂纹。含有的C或N分别在本发明限定以上的试验No.11和16的耐连多硫酸SCC性差。Mn含量在本发明限定以上的试验No.13的耐腐蚀性差。Ni或Cr的含量分别不满足本发明限定的试验No.14和15的蠕变强度差。

表3中示出针对具有表1中A～F的成分的钢以各种制造条件制造钢板，并对最大晶粒直径以及HAZ裂纹敏感性进行评价的结果。

[表3]

满足本发明制造条件的试验No.19～24的发明例的最大晶粒直径小于0.3mm，HAZ总裂纹长度也在1.5mm以下，由此显示出良好的耐HAZ裂纹性。

另一方面，不满足本发明制造条件的试验No.25～33的钢由于以下所示理由而未满足所要求的特性。

首先，试验No.33未实施两次轧制，从而残留有非常粗大的未再结晶晶粒，试验No.25和27～31未实施本发明限定的制造条件，从而残留有粗大的未再结晶晶粒，HAZ总裂纹长度也超过1.5mm，耐HAZ裂纹敏感性下降。试验No.26和No.32不满足本发明限定的制造条件，产生了热轧瑕疵。

产业上的可利用性

根据本发明，即使是板厚6.0mm以上的厚钢板，也能得到耐连多硫酸SCC性和耐焊接裂纹性均优异的奥氏体系不锈钢板。根据本发明，对于要求耐连多硫酸SCC性的石油脱硫装置，不仅能提供其中称为加热炉管的钢管以及薄钢板，还能提供用于反应器或密炼机等需要以厚钢板制造的装置或设备的奥氏体系不锈钢板。

Claims

1.一种奥氏体系不锈钢厚钢板，其化学组成以质量％计含有