JPH0129854B2 - - Google Patents

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JPH0129854B2
JPH0129854B2 JP59175539A JP17553984A JPH0129854B2 JP H0129854 B2 JPH0129854 B2 JP H0129854B2 JP 59175539 A JP59175539 A JP 59175539A JP 17553984 A JP17553984 A JP 17553984A JP H0129854 B2 JPH0129854 B2 JP H0129854B2
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JP
Japan
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temperature
steel
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fine
hot working
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JP59175539A
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JPS6156234A (ja
Inventor
Hiroshi Teranishi
Kunihiko Yoshikawa
Yoshiatsu Sawaragi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/005Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment of ferrous alloys

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Heat Treatment Of Steel (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
<産業上の利用分野> この発明は、ボイラー用鋼管等として使用する
際に問題となる水蒸気酸化に対して著しい抵抗性
を有し、かつ高温強度が十分に高いオーステナイ
ト系ステンレス鋼の製造方法に関するものであ
る。 一般に、ボイラー用過熱器管には
SUS321HTBやSUS347HTB等のオーステナイ
ト系ステンレス鋼が使用されており、これら製品
の製造にあたつては、ASTM規格や火力技術基
準を満足するように製造条件が選択されている。 <従来の技術> ところで、ボイラー用オーステナイト系ステン
レス鋼管は、通常、冷間加工によつて所定の最終
サイズにされるが、その際に素材の硬化を伴うの
で何度かの軟化処理を行つて冷間加工を終了し、
その後、溶体化処理を施して所望の高温強度を確
保するのが普通であつた。 この場合、中間軟化温度や最終軟化温度に関す
る格別な指定はなされていないが、溶体化処理温
度が高くなると高温強度も上昇することから、
JIS鋼管規格の指定温度よりも溶体化処理温度を
高くする傾向が目立つている。 しかし、溶体化処理温度を高くすると鋼の結晶
粒が粗大化すると言う不都合が生じやすいことも
知られていた。 鋼の結晶粒度は、水蒸気による腐食(“水蒸気
酸化”と呼ばれる)と密接な関係があり、粗粒鋼
ほどこの腐食が大きくなるものである。そして、
水蒸気酸化により引き起される問題点として材料
の減肉並びに腐食生成物(酸化スケール)の剥離
があげられるが、ボイラー用鋼管としては特に後
者が重大な問題となりがちである。 即ち、スケールの剥離が生じると、剥離スケー
ルは水蒸気によつて例えばタービン部に運ばれ、
タービンブレードのエロージヨン損傷を引き起し
たり、チユーブ内に堆積して水蒸気流を閉塞した
りして、甚だしい場合にはチユーブの破裂事故を
招きかねないものであつた。 以上のように、ボイラー用鋼管は高温強度と耐
食性とを兼ね備える必要があるので、溶体化処理
だけで調質する場合には、所望とするクリープ破
断強度から溶体化処理の最低温度が、そして良好
な耐食性を示す微細結晶粒(GSNo.が7よりも細
かいと十分な耐水蒸気酸化性を示すとされてい
る)を得ると言う観点から溶体化処理の最高温度
がそれぞれ決められることとなる。 しかしながら、クリープ強度から決まる最低温
度が結晶粒度から決まる最高温度よりも高い場合
には、耐食性を犠牲にし、満足できる強度が確保
できるように溶体化温度を選択した上で、表明処
理等の、面倒でしかも安定性に欠ける処理手段に
て耐食性の改善を図るしか方法がなかつたのであ
る。 そこで、本発明者等は、このような問題点を解
消すべく、 「TiCやNbC等の炭化物が析出するタイプのオ
ーステナイト系ステンレス鋼を使用し、これに特
定条件の熱処理と加工とを施すことから成る、高
温の溶体化処理を施すにもかかわらず微細結晶粒
がそのまま維持されて、高温強度並びに耐食性が
共に優れた鋼材が実現される方法」 を、特開昭58−167726号として先に提案した。 第2図は、上記提案に係るオーステナイト系ス
テンレス細粒鋼の製造方法を模式化して示したも
のである。 <発明が解決しようとする問題点> 前記特開昭58−167726号として提案された方法
は、確かに、表面処理等の格別な後処理工程を必
要とすることなく良好な耐食性と高温強度特性を
兼備した鋼材を安定して製造し得る有用な技術的
手段ではあつたが、それでも、第2図からも明ら
かなように、作業能率上並びに経済上好ましくな
い“高温軟化処理”を必須とすることに加えて、
該高温軟化処理にて軟化した素材の結晶粒度が著
しく粗粒化することから、所望の細粒鋼製品を安
定確実に得るためにはその後の冷間加工の加工率
を出来れば30%以上と言う高い値に設定する必要
のあることが、その後も続けられた本発明者等の
検討によつて明らかとなつたのである。 そして、前記冷間加工の加工率を30%以上とし
なければならないと言うことは、例えば製造しよ
うとする鋼管等の寸法によつては該方法が適用で
きないことを意味するものでもあつた。 <問題点を解決するための手段> 本発明者等は、上述のような観点から、製品品
質、作業能率、経済性等に悪影響を及ぼすところ
の前記“高温軟化処理”等を要することなく、ボ
イラー用鋼管等として好適な高温強度の高いオー
ステナイト系ステンレス細粒鋼を安定・確実に製
造すべく更に研究を続けた結果、 「特定量のNb及びTiの1種以上とCとを含む
オーステナイト系ステンレス鋼の熱間加工温度を
十分に高めるとともに、熱間加工後の冷却を急速
冷却とすれば、熱間加工後の素材の結晶粒度は
GSNo.で3〜4(先に提案した方法での高温軟化処
理後は、GSNo.0〜2程度)と細かくなる上、十
分に大きなTiやNbの固溶量を確保することがで
き、高温軟化処理や格別に高い加工率の冷間加工
を施すことなく、溶体化処理にてクリープ強度の
高い細粒鋼が得られる。」 との知見を得るに至つたのである。 この発明は、上記知見に基づいてなされたもの
であり、 Nb:0.1%以上(以下、成分割合は重量基準で
示すこととする)、 Ti:0.1%以上 を単独又は複合で含有し、かつ、 C:0.04%以上 をも含むオーステナイト系ステンレス鋼に加工終
了温度:1200℃以上の熱間加工を施した後、冷却
速度:500℃/hr以上にて急冷し、続いて加工
率:20%以上の冷間加工を施してから、熱間加工
終了温度よりも30℃以上低い温度で溶体化処理す
ることにより、高温強度及び耐食性(耐水蒸気酸
化性)の優れたオーステナイト系ステンレス細粒
鋼を簡単かつ安定して製造する点、 に特徴を有するものである。 なお、第1図は、この発明のオーステナイト系
ステンレス細粒鋼の製造方法を模式化して示した
ものであり、第2図と比較することでこの発明の
特徴が一層明瞭に浮かび上るはずである。 次に、この発明の方法において、Nb、Ti及び
Cの含有量、熱間加工終了温度、冷却速度、冷間
加工の加工率、及び溶体化処理温度を、それぞれ
前述の如くに数値限定した理由を説明する。 (a) Nb、Ti、及びC含有量 Nb、Ti及びC成分は、溶体化処理中にNbC
やTiC等として析出し鋼材の組織を細粒化する
作用を有しているが、Nb及びTiの含有量がそ
れぞれ0.1未満であつたり、或いはC含有量が
0.04%未満であつたりすると、NbCやTiC等の
析出量が不足して鋼組織の所望の細粒化が達成
できずに耐食性劣化を来たすことから、鋼中に
0.1%以上のNb又は0.1%以上のTiを単独又は
複合で含有させることとし、かつC量も0.04%
以上と定めた。 なお、Nb又はTiの含有量が3%を越える
と、加工性の劣化や、鋼材使用中にσ相の析出
が顕著となつて脆化を来たす恐れが生じ、また
C含有量が0.3%を越えると結晶粒界の炭化物
(M23C6)析出が甚だしくなつて耐食性を損な
う恐れがでてくることから、NbやTiの含有量
はそれぞれ3%以下に、C含有量は0.3%以下
に抑えることが好ましい。 (b) 熱間加工終了温度 熱間加工終了温度が1200℃未満になると十分
なNb又はTiの固溶量を確保できなくなり、溶
体化処理を通して微細結晶粒を実現し難くなる
ことから、熱間加工終了温度を1200℃以上と定
めた。 (c) 熱間加工終了後の冷却速度 熱間加工終了後の冷却速度が500℃/hrを下
回るとNbCやTiCの析出が起つて、やはりNb
又はTiの十分な固溶量を確保できなくなるこ
とから、上記冷却速度は500℃/hr以上と定め
た。 第3図は、SUS321H鋼、SUS347H鋼におけ
るNbC又はTiC析出と熱間加工終了後の冷却速
度との関係を示した線図であるが、熱間加工終
了後の鋼を冷却したときの1200〜950℃間の冷
却速度が500℃/hrの場合に炭素量の80%が
NbC又はTiCとして析出するノーズに交叉して
いる。このように、第3図からも、熱間加工終
了後の冷却速度を500℃/hrより速くする必要
のあることが明らかである。 (d) 冷間加工の加工率 熱間加工後の冷間加工は、溶体化処理時に生
成する再結晶粒を所望の細粒とするために欠か
せないものであるが、該冷間加工の加工率が20
%未満では所望の微細組織(GSNo.が7以上の
結晶粒度)を実現できないことから、冷間加工
の加工率を20%以上と定めた。 なお、これまでの説明からも明らかなよう
に、細粒鋼を得るためには上記加工率は高いほ
ど好ましく、この意味からは加工率に上限は存
在しない。 (e) 溶体化処理温度 熱間加工終了温度と溶体化処理温度との差が
30℃未満では、両処理時の溶解度差が小さいの
で熱間加工工程で固溶したNbやTiが溶体化処
理時にNbCやTiC等となつて析出する量が少な
く、所望の細粒組織を達成できないことから、
溶体化処理温度を「熱間加工終了温度よりも30
℃以上低い温度」と定めた。 なお、溶体化処理温度が1100℃未満になると
高温材料として必要なクリープ破断強度を確保
できない恐れがあり、また1300℃を越えた場合
にはNbCやTiC等の固溶量が多くなつて結晶粒
の粗大化を招く傾向があることから、溶体化処
理温度は1100〜1300℃に調整することが好まし
い。 また、言うまでもないことであるが、この発
明の方法で対象とする鋼は、SUS321H鋼や
SUS347H鋼のみに限られるものではなく、Nb
及びTiを単独又は複合で含有し、かつ所定量
のCを含有するオーステナイト系ステンレス鋼
であればいずれでも良いことはもちろんのこと
である。 次いで、この発明を実施例により比較例と対比
しながら説明する。 実施例 まず、第1表に示すような化学成分組成の鋼A
〜Qを用意した。 次に、これらの鋼に第1図の如き工程で、鍛
造・熱間圧延(熱間加工)、冷間圧延(冷間加
工)、及び溶体化処理を施し、冷延板を製造した。 これらの処理条件、並びに得られた冷延板の結
晶粒度(ASTM GSNo.)、クリープ破断強度を、
第2表に示した。 なお、第2表には、参考のため、同一成分組成
鋼について先に提案した特開昭58−167726号の方
法(第2図で示される方法)を適用して得られた
冷延板の結晶粒度とクリープ破断強度も併せて示
した。 第2表に示された結果からも、次の事項が明ら
かである。即ち、 (ア) 本発明の条件通りの方法によれば、クリープ
強度が高く、かつGSNo.が7以上の細粒鋼を安
定して製造することができること。 (イ) 高温熱間加工を行つたとしても、その後の冷
却速度が遅いと、得られる鋼材の結晶粒度が粗
大となること(試験番号3及び7)。
【表】 (注) *印は、本発明の条件から外れているこ
とを示す。
【表】
【表】 (ウ) 熱間加工終了温度と溶体化処理温度との差が
30℃未満では鋼材の細粒化が困難であること
(試験番号9及び12)。 (エ) 冷間加工率が20%未満では、得られる鋼材は
やや粗粒材となること(試験番号11)。 (オ) Nb含有量或いはTi含有量が0.1%未満の鋼を
使用しても、所望の細粒鋼が得られないこと
(試験番号24及び25)。 (カ) C含有量が0.04%未満の鋼材を使用したので
は、Ti及びNb含有量が十分に高くても所望の
細粒鋼を実現できないこと(試験番号26)。 また、第4図は、冷間加工の加工率の観点から
の本発明方法により製造し得る鋼管寸法(鋼管の
製造様式:熱間押出後冷間抽伸仕上法)を、先に
提案した特開昭58−167726号の方法で可能な寸法
範囲と比較した図面であるが、第4図からも、本
発明方法によつて鋼管製造可能寸法範囲が拡大し
ていることは明白である。 <総括的な効果> 以上説明したように、この発明によれば、 高温軟化処理工程の省略により、オーステナ
イト系ステンレス細粒鋼の製造を簡単かつ経済
的に行えるようになる、 冷間加工前の素材の結晶粒度が従来工程材に
比べて小さいため、冷間加工率をより低くする
ことができ、広範な寸法範囲での鋼管等の製造
が可能となる、 得られるオーステナイト系ステンレス鋼材
は、細粒鋼であるため、ボイラ用鋼管等で問題
になる耐水蒸気酸化抵抗が良好である、 等、産業上極めて有用な効果がもたらされるので
ある。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の細粒鋼製造方法を示す概略
模式図、第2図は、従来の細粒鋼製造方法を示す
概略模式図、第3図は、オーステナイト系ステン
レス鋼におけるNbC又はTiC析出に及ぼす温度と
冷却時間の関係を示す線図、第4図は、本発明方
法により製造し得る鋼管寸法と従来法で可能な該
寸法とを比較した図面である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 重量割合で、 Nb:0.1%以上、Ti:0.1%以上 を単独又は複合で含有し、かつ、 C:0.04%以上 をも含むオーステナイト系ステンレス鋼に加工終
    了温度:1200℃以上の熱間加工を施した後、冷却
    速度:500℃/hr以上にて急冷し、続いて加工
    率:20%以上の冷間加工を施してから、熱間加工
    終了温度よりも30℃以上低い温度で溶体化処理す
    ることを特徴とする、高温用オーステナイト系ス
    テンレス細粒鋼の製造法。
JP17553984A 1984-08-23 1984-08-23 オ−ステナイト系ステンレス細粒鋼の製造法 Granted JPS6156234A (ja)

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JPS5558329A (en) * 1978-10-21 1980-05-01 Nippon Kokan Kk <Nkk> Production of iron base alloy pipe of superior oxidation resistance to high temperature steam

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