JP2021165419A - オーステナイト系ステンレス鋼管 - Google Patents
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- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
Description
C:0.04〜0.12%、
Si:0.25〜0.55%、
Mn:0.7〜2.0%、
P:0.035%以下、
S:0.0015%以下、
Cu:0.02〜0.80%、
Co:0.02〜0.80%、
Ni:10.0〜14.0%、
Cr:15.5〜17.5%、
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N:0.01〜0.10%、
Al:0.015〜0.030%、
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Nb:0〜0.010%、
Ti:0〜0.010%、
B:0〜0.0015%、
Ca:0〜0.010%、
残部:Feおよび不純物であり、
平均結晶粒度番号が4.0以上である、
オーステナイト系ステンレス鋼管。
上記(1)に記載のオーステナイト系ステンレス鋼管。
各元素の限定理由は下記のとおりである。なお、以下の説明において含有量についての「%」は、「質量%」を意味する。
Cはオーステナイト相を安定にするとともにCrと結合して微細な炭化物を形成し、高温使用中のクリープ強度を向上させる。しかしながら、Cが過剰に含有された場合、炭化物を多量に析出し、鋭敏化を招く。そのため、C含有量は0.04〜0.12%とする。C含有量は0.05%以上であるのが好ましく、0.06%以上であるのがより好ましい。また、C含有量は0.11%以下であるのが好ましく、0.10%以下であるのがより好ましい。
Siは脱酸作用を有するとともに、高温での耐食性および耐酸化性の確保に必要な元素である。しかしながら、Siが過剰に含有された場合にはオーステナイト相の安定性が低下し、クリープ強度の低下を招く。そのため、Si含有量は0.25〜0.55%とする。Si含有量は0.28%以上であるのが好ましく、0.30%以上であるのがより好ましい。また、Si含有量は0.45%以下であるのが好ましく、0.40%以下であるのがより好ましい。
MnはSiと同様、脱酸作用を有する元素である。また、オーステナイト相を安定にして、クリープ強度の向上に寄与する。しかしながら、Mn含有量が過剰になると、クリープ延性の低下を招く。そのため、Mn含有量は0.7〜2.0%とする。Mn含有量は0.8%以上であるのが好ましく、0.9%以上であるのがより好ましい。また、Mn含有量は1.9%以下であるのが好ましく、1.8%以下であるのがより好ましい。
Pは不純物として含まれ、クリープ延性を低下させる。そのため、P含有量に上限を設けて0.035%以下とする。P含有量は0.032%以下であるのが好ましく、0.030%以下であるのがより好ましい。なお、P含有量は可能な限り低減することが好ましく、つまり含有量が0%であってもよいが、極度の低減は製鋼コストの増大を招く。そのため、P含有量は0.0005%以上であるのが好ましく、0.0008%以上であるのがより好ましい。
SはPと同様に不純物として合金中に含まれ、粒界に偏析することにより熱間加工性を低下させるおそれがある。そのため、S含有量に上限を設けて0.0015%以下とする。S含有量は0.0012%以下であるのが好ましく、0.0010%以下であるのがより好ましい。なお、S含有量は可能な限り低減することが好ましく、つまり含有量が0%であってもよいが、極度の低減は製鋼コストの増大を招く。そのため、S含有量は0.0001%以上であるのが好ましく、0.0002%以上であるのがより好ましい。
Cuはオーステナイト相の安定性を高めて、クリープ強度の向上に寄与する。しかしながら、Cuが過剰に含有された場合、熱間加工性の低下を招く。そのため、Cu含有量は0.02〜0.80%とする。Cu含有量は0.03%以上であるのが好ましく、0.04%以上であるのがより好ましい。また、Cu含有量は0.60%以下であるのが好ましく、0.40%以下であるのがより好ましい。
CoはCuと同様、オーステナイト相の安定性を高めて、クリープ強度の向上に寄与する元素である。しかしながら、Coは高価な元素であるため、過剰の含有はコスト増を招く。そのため、Co含有量は0.02〜0.80%とする。Co含有量は0.03%以上であるのが好ましく、0.04%以上であるのがより好ましい。また、Co含有量は0.75%以下であるのが好ましく、0.70%以下であるのがより好ましい。
Niは長時間使用時のオーステナイト相の安定性を確保するために必須の元素である。しかしながら、Niは高価な元素であり、多量の含有はコストの増大を招く。そのため、Ni含有量は10.0〜14.0%とする。Ni含有量は10.2%以上であるのが好ましく、10.5%以上であるのがより好ましい。また、Ni含有量は13.8%以下であるのが好ましく、13.5%以下であるのがより好ましい。
Crは高温での耐酸化性および耐食性の確保のために必須の元素である。また、微細な炭化物を形成してクリープ強度の確保にも寄与する。しかしながら、多量の含有はオーステナイト相の安定性を低下させ、逆にクリープ強度を損ねる。そのため、Cr含有量は15.5〜17.5%とする。Cr含有量は15.8%以上であるのが好ましく、16.0%以上であるのがより好ましい。また、Cr含有量は17.2%以下であるのが好ましく、17.0%以下であるのがより好ましい。
Moはマトリックスに固溶して高温でのクリープ強度および引張強さの向上に寄与する元素である。加えて、耐食性の向上にも有効である。しかしながら、過剰に含有させると、オーステナイト相の安定性を低下させ、クリープ強度を損ねる。さらに、Moは高価な元素であるため、過剰の含有はコストの増大を招く。そのため、Mo含有量は1.5〜2.5%とする。Mo含有量は1.7%以上であるのが好ましく、1.8%以上であるのがより好ましい。また、Mo含有量は2.4%以下であるのが好ましく、2.2%以下であるのがより好ましい。
Nはオーステナイト相を安定にするとともに、固溶して、または窒化物として析出して、高温強度の向上に寄与する。しかしながら、過剰に含有すると、延性の低下を招く。そのため、N含有量は0.01〜0.10%とする。N含有量は0.02%以上であるのが好ましく、0.03%以上であるのがより好ましい。また、N含有量は0.09%以下であるのが好ましく、0.08%以下であるのがより好ましい。
Alは、脱酸剤として添加される。また、Alは、AlNとして微細析出することで、ピニング効果により結晶粒の微細化に寄与する。しかしながら、多量のAlを含有すると鋼の清浄性が劣化し、熱間加工性、クリープ特性等が低下する。そのため、Al含有量は0.015〜0.030%とする。Al含有量は0.025%以下であるのが好ましく、0.020%以下であるのがより好ましい。
Vは炭素もしくは窒素と結合して微細な炭化物または炭窒化物を形成し、クリープ強度に寄与するため、必要に応じて含有してもよい。しかしながら、過剰に含有すると、炭窒化物が多量に析出し、クリープ延性の低下を招く。そのため、V含有量は0.10%以下とする。V含有量は0.09%以下であるのが好ましく、0.08%以下であるのがより好ましい。なお、上記の効果を得たい場合には、V含有量は0.01%以上であるのが好ましく、0.02%以上であるのがより好ましい。
NbはVと同様に微細な炭化物または窒化物として粒内に析出し、高温でのクリープ強度および引張強さの向上に寄与する元素であるため、必要に応じて含有してもよい。しかしながら、過剰に含有すると、炭窒化物が多量に析出し、クリープ延性の低下を招く。また、粒内にNbCが過剰析出した場合にはSR割れの原因となり得る。そのため、本発明においては、Nb含有量は低減する方が好ましく、0.010%以下とする。Nb含有量は0.005%以下であるのが好ましく、0.003%以下であるのがより好ましい。なお、上記の効果を得たい場合には、Nb含有量は0.001%以上であるのが好ましく、0.002%以上であるのがより好ましい。
TiはVおよびNbと同様、炭素もしくは窒素と結合して微細な炭化物または炭窒化物を形成し、クリープ強度に寄与するため、必要に応じて含有してもよい。しかしながら、過剰に含有すると、炭窒化物が多量に析出し、クリープ延性の低下を招く。また、Nbと同様にTiN等の過剰析出は耐SR割れ感受性を低下させる懸念がある。そのため、本発明においては、Ti含有量は低減する方が好ましく、0.010%以下とする。Ti含有量は0.005%以下であるのが好ましく、0.003%以下であるのがより好ましい。なお、上記の効果を得たい場合には、Ti含有量は0.001%以上であるのが好ましく、0.002%以上であるのがより好ましい。
Bは粒界炭化物を微細分散させることにより、クリープ強度を向上させる効果を有するため、必要に応じて含有してもよい。しかしながら、過剰に含有すると、溶接施工時の液化割れ感受性を高める。そのため、B含有量は0.0015%以下とする。B含有量は0.0012%以下であるのが好ましく、0.0010%以下であるのがより好ましい。なお、上記の効果を得たい場合には、B含有量は0.0002%以上であるのが好ましく、0.0005%以上であるのがより好ましい。
Caは製造時の熱間加工性を改善する効果を有するため、必要に応じて含有してもよい。しかしながら、過剰に含有すると、酸素と結合し、清浄性を著しく低下させて、却って熱間加工性を劣化させる。そのため、Ca含有量は0.010%以下とする。Ca含有量は0.008%以下であるのが好ましく、0.005%以下であるのがより好ましい。なお、上記の効果を得たい場合には、Ca含有量は0.0005%以上であるのが好ましく、0.001%以上であるのがより好ましい。
平均結晶粒度番号:4.0以上
上述のように、鋼中の結晶粒が粗大であると粒界の面積が小さくなり、SR割れが発生しやすくなる。そのため、鋼組織を微細化する必要があり、具体的には、ASTM E112で規定される平均結晶粒度番号を4.0以上にする必要がある。なお、結晶粒度番号の上限については特に制限は設けないが、結晶粒が細かすぎるとクリープ強度が低下する場合があるため、結晶粒度番号は7.0以下であることが好ましい。
本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼管の寸法については特に制限はないが、火力発電用ボイラ等に適用する場合においては、外径が30〜1000mmであり、肉厚が3〜150mmであることが好ましい。
本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼管は、上述の化学組成を有する鋼に対して、熱間加工(製管)後に固溶化熱処理を施すことにより製造することができる。
Claims (2)
- 化学組成が、質量%で、
C:0.04〜0.12%、
Si:0.25〜0.55%、
Mn:0.7〜2.0%、
P:0.035%以下、
S:0.0015%以下、
Cu:0.02〜0.80%、
Co:0.02〜0.80%、
Ni:10.0〜14.0%、
Cr:15.5〜17.5%、
Mo:1.5〜2.5%、
N:0.01〜0.10%、
Al:0.015〜0.030%、
V:0〜0.10%、
Nb:0〜0.010%、
Ti:0〜0.010%、
B:0〜0.0015%、
Ca:0〜0.010%、
残部:Feおよび不純物であり、
平均結晶粒度番号が4.0以上である、
オーステナイト系ステンレス鋼管。 - 外径が30〜1000mmであり、肉厚が3〜150mmである、
請求項1に記載のオーステナイト系ステンレス鋼管。
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