JPH0225519A

JPH0225519A - Ｔｉ添加Ｃｒ−Ｎｉ系ステンレス鋼管の製造方法

Info

Publication number: JPH0225519A
Application number: JP17606588A
Authority: JP
Inventors: Satomi Yamamoto; 山本　里巳
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1988-07-14
Filing date: 1988-07-14
Publication date: 1990-01-29

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉この発明は、結晶粒度の均一なＴｉ添加Ｃｒ−Ｎｉ系ス
テンレス鋼管の製造方法に関するものである。

〈従来技術とその課題〉現在、ボイラ、熱交換器９石油精製設備の配管類の如き
高温腐食環境下で使用される鋼管のため、Ｓ　Ｕ　Ｓ　
３２１　Ｈ（ＪＩＳ　Ｇ３４６７（加熱炉用鋼管））と
してＴｉ添加Ｃｒ−Ｎｉ系ステンレス鋼管（１８Ｃｒ　
−９Ｎｉ−Ｔｉ系ステンレス鋼管）に関する規格がなさ
れている。なお、この５ＵＳ３２１Ｈステンレス鋼系の
鋼管はＴｉを添加して耐粒界腐食性を高めたものであり
、４００〜９００℃程度の腐食条件下での使用に重宝さ
れるものであった。

そして、従来、上記５ＵＳ３２１Ｈ系ステンレス鋼管は
、第１図（ａ）に示した如く、次の２つの工程のうちの
何れかで製造されるのが普通であった。

ｊ）熱間製管して得た素管を２０〜８０％の加工度で冷
間加工した後、最終固溶化処理を施す。

ｉｉ　）熱間製管して得た素管を２０〜８０％の加工度
で冷間加工した後、−旦１２００℃以下の低温で軟化熱
処理を施し、続いて再度の冷間加工を行った後、最終固
溶化処理を施す。

ところで、規格の定めによると、高温クリープ強度の保
証のため上述した５ＵＳ３２１１（ステンレス鋼管は結
晶粒度番号が７以下でなければならないとされている。

一方、加工性の面からは、該結晶粒度番号は４以上であ
ることが要求されている。また、「材料品質の均一化」
と言う観点から、その結晶粒度はできるだけ狭い範囲内
に揃っていることも望まれている。

しかしながら、前述の従来工程で５ＵＳ３２１Ｈ系ステ
ンレス鋼管を製造すると概して結晶粒度のバラツキ範囲
が大きくなりがちであり、材料品質の均一な製品の安定
供給が難しいとの問題が指摘されていた。

この結晶粒度バラツキ範囲の拡大傾向は、熱処理時にお
ける結晶粒の成長挙動に起因するものと考えられる。即
ち、前記鋼管を製造する際には、熱処理時の粒成長を見
込んで結晶粒度７よりも多少細かい粒径となるように冷
間加工が調整される。

そして、このような調整がなされた材料に最終固溶化処
理が施される訳であるが、該固溶化処理では粒成長が粒
度番号７から４にかけての範囲で制御が困難な程に急激
に進む傾向を見せ、このため結晶粒度のバラツキ範囲が
広くなる結果を招いていた。

このような状況の中で本発明が主目的とするのは、十分
に満足し得る高温クリープ強度及び加工性を備えること
は勿論、結晶粒度のバラツキ範囲が小さくて材料品質の
均一な５ＵＳ３２１Ｈ系ステンレス鋼管を安定して製造
し得る手段を提供することである。

く課題を解決するための手段〉そこで、本発明者は上記目的を達成すべく種々の実験を
繰り返しながら研究を重ねた結果、（ａ）　　最終固溶
化処理後の結晶粒度は前歴（熱間製管）によって大きな
影響を受けるものであり、均−粒を得るためには熱間製
管後の途中工程で前歴の影響を十分に消去して全体を均
一化しておくことが極めて重要である。そして、上述し
た前歴消去のためには、熱間製管して得られた素管を高
加工度で加工することが効果的である。

（ｂ）　　加えて、結晶粒度のバラツキ範囲を極力抑え
て均−粒の製品を得るにはその後の加工・加熱による再
結晶及び粒成長挙動を十分に制御する必要があり、その
ためには前記高加工度の加工の後−旦高温での途中熱処
理を施し、また最終加工工程での加工度が高くならない
ように制限して再結晶粒が所要以上に細かくなるのを防
ぐことが肝要である。

（Ｃ）　　つまり、５ＵＳ３２１Ｈ系ステンレス鋼管の
製造に当って、素管を５０％以上の高加工度で冷間加工
することによって熱間製管時の影響を消し、これを１２
４０℃以上の高温で途中熱処理することで全体を均一化
してその後の加工・加熱による再結晶及び粒成長挙動の
制御を図ると共に、最終加工工程では後の熱処理で結晶
粒が細か（なり過ぎないように加工度の上限を４０％に
限定した場合には、再結晶による微細化が抑制される上
に加熱による粒成長も緩やかとなり、従って所望結晶粒
度を有し、かつ製造時期や製品位置によるバラツキ範囲
が狭い製品の安定製造が極めて容易となる。

との知見を得ることができた。

この発明は、上記知見等に基づいてなされたものであっ
て、「第１図（ｂ）に示すように、熱間製管により得たＴｉ
添加Ｃｒ−Ｎｉ系ステンレス鋼索管を５０％以上の高加
工度で冷間加工し、続いてこれを１２４０〜１２８０℃
の温度域に加熱して冷却した後、更に。

２０〜４０％の加工度で冷間加工を行い、その後１１０
０〜１２００℃の温度で最終固溶化処理することにより
、高温クリープ強度や加工性に優れると共に、結晶粒度
バラツキ範囲の小さい均質なＴｉ添加Ｃｒ−Ｎｉ系ステ
ンレス鋼管を安定して製造し得るようにした点」に特徴を有するものである。

ここで、第２図として示すものは、上記本発明法に従っ
て製造されたＴｉ添加Ｃｒ−Ｎｉ系ステンレス鋼管と従
来工程（第１図ｆａ）に示した工程）により得られた同
様ステンレス鋼管につき結晶粒度のバラツキ範囲を調べ
た結果の一例であるが、本発明法によると、得られる製
品鋼管のどの部分をとっても結晶粒度が好適な値の狭い
範囲に収まってしまい、高性能で均質なＴｉ添加Ｃｒ−
Ｎｉ系ステンレス鋼管の得られることが理解できる。

なお、前記“Ｔｉ添加Ｃｒ−Ｎｆ系スステンレス鋼とは
ＪＩＳ規格に５ＵＳ３２１Ｈとして規定された１８Ｃｒ
　−９Ｎｉ　−Ｔｉステンレス鋼に代表されるＴｌ添加
ステンレス鋼を指しており、その化学組成としてはＣ：　０．０４〜Ｏ，１０ｗｔ％、　　Ｓｉ　：　０．
７５ｗｔ％以下。

Ｍｎ　：　２．００ｗｔ％以下、　　　　Ｐ　：　０．
０４０ｗｔ％以下。

Ｓ　：　０．０３０１１ｔ％以下、　　　Ｎｉ　：　９
．００〜１３．００４％。

Ｃｒ　：　１７．ＯＯ〜２０．００ｉｖｔ％、　　Ｔｉ
　：　　４　Ｘ　ＣＮ３．６０ｗｔ％を含むと共に、残
部が実質的にＦｅから成るものを対象としている。

次に、本発明においてステンレス鋼管の製造条件を前記
の如くに数値限定した理由を、各工程の作用にも触れな
がら説明する。

く作用〉（Ａ）１回目加工時の加工度本発明法においては、素管を得るための熱間製管条件は
格別に制限されるものではないが、熱間製管後に高加工
度の冷間加工を施こすことが極めて重要である。

この場合、上記加工度が５０％未満であると前歴（この
冷間加工以前の熱間製管条件）に影響され、その後の加
熱処理において再結晶の核となる格子欠陥の発生が限定
されるため、加熱時の再結晶は主に元の結晶粒界を核と
して生じる。従って、この場合は元の結晶粒度の影響が
大きく現れてしまい、結晶粒度の制御が困難になってし
まう。一方、上記冷間加工の加工度を５０％以上（望ま
しくは７０％以上）と大きくすれば、その後の加熱処理
における再結晶の核が多数発生するので、再結晶が元の
結晶粒界主体ではなくて粒内からも生じることとなり、
冷間加工以前の履歴の影響を十分に消去することができ
る。そのため、その後の処理において結晶粒度の制御が
非常に容易となる。このようなことから、熱間製管後の
第１回目の冷間加工時の加工度を５０％以上と限定した
。

第３図は、熱間製管した５ＵＳ３２１Ｈ相当材を７７％
の高加工度で冷間加工した後の熱処理による再結晶及び
粒成長挙動を示したグラフであるが、この第３図からも
明らかなように、７７％の高加工度で冷間加工したもの
では加工前の結晶粒度の差は熱処理後の結晶粒度に影響
していないことが分かる。これに対して、第４図は、２
６％の低加工度で冷間加工した後の熱処理による結晶粒
度の挙動を示したグラフであり、この場合には再結晶及
び粒成長挙動に加工前の粒度の影響が現れていることが
明らかで、この第３図及び第４図からしても、冷間加工
の加工度を大きくすることによって前歴の影響が消える
ことが確認できる。

（Ｂ）１回目加工後の高温熱処理前記第１回目の冷間加工後に高温の熱処理を施すことば
、その後の粒成長挙動を制御する上で欠かせない工程で
ある。

ここで、本発明では第２回目塗間加工時の加工度を後述
する理由から低く抑えているが、このため２回目加工後
の熱処理による再結晶は元の結晶粒界を核として生じる
。従って、２回目加工後の熱処理によって得られる結晶
粒度は該２回目加工の前の結晶粒度の影響を受け、この
元の結晶粒が細かければ再結晶粒も細かくなり、元の結
晶粒が粗ければ再結晶粒は粗くなる。

ところで、前述したように、５ＵＳ３２１Ｈ系ステンレ
ス鋼の場合には製品の結晶粒度を結晶粒度番号７以下の
粗粒としなければならない。従って、再結晶粒度が細か
くなり過ぎないようにする配慮が必要となり、第２回目
の冷間加工前における結晶粒を相応に粗くしておくこと
が必要となる。

そして、この２回目加工前の結晶粒度は１回目加工後の
加熱温度で決まり、目標とする粗粒を得るためには１２
４０℃以上の高温で加熱処理する必要がある。

一方、加熱処理温度に１２８０℃以下の条件を設けたの
は、結晶粒が粗くなり過ぎるのを防ぐためである。即ち
、１２８０℃を超える温度で加熱をすると結晶粒が極端
に粗大化してしまい、２回目加工の加工度を低く抑えて
いることもあってその後の熱処理で十分に再結晶整粒化
することができなくなる。

さて、前述の第４図は、「第１回目の冷間加工後に種々
の温度で加熱処理した材料を２６％の低加工度で冷間加
工した後の熱処理」による再結晶及び粒成長挙動を示し
たものである。そして、この第４図からは、１回目加工
後の熱処理温度が高いほど再結晶した際の結晶粒度が粗
くなり、該温度を１２４０℃以上とすれば「その後の冷
間加工に続く熱処理」の温度にかかわりなく結晶粒度番
号を７以下に抑え得ることが確認できる。また、１回目
加工後の熱処理温度が高いほど加工後熱処理温度に対し
て粒成長が緩やかとなり、結晶粒度のバラツキを小さく
抑えることが容易になることも明瞭である。

ここで、第１ＵｇＪ目加工の後に高温で加熱した方が低
加工度加工（第２回目の加工）後の熱処理で粒成長が緩
やかになる理由は、１回目加工後の熱処理で固溶したＴ
ｉやＣが２回目加工後の熱処理で微細なＴｉＣとして析
出し、これが粒成長を抑制するためであると考えられる
。従って、２回目加工後の熱処理で多くのＴｉＣが析出
するように１回目加工後の熱処理では高温に加熱し、で
きるだけＴｉ。

Ｃを固溶しておくことが有利となる訳である。

また、第５図は、第２回目の冷間加工後にこれを１１７
０℃で熱処理した場合の、結晶粒度のバラツキ範囲に及
ぼす１回目加工後の加熱処理温度の影響を示したグラフ
であるが、この第５図からも、１回目加工後の加熱処理
温度を１２４０℃以上とすることで結晶粒度のバラツキ
範囲を極めて狭く抑え得ることが確認できる。

（Ｃ）２回目加工時の加工度第２回目の冷間加工は、後工程の熱処理によって再結晶
させることで結晶粒度を調整するために実施されるもの
である。

ただ、本発明では１回目加工後の加熱温度を高くするこ
とで２回目加工後の熱処理における結晶粒度を制御する
ことを狙いとしており、１回目加工後の熱処理温度の効
果を有効活用する必要があることから、２回目加工の加
工度は低く抑えるのが有利となる。しかし、加工度２０
％未満の冷間加工ではその後の熱処理において再結晶の
駆動力となるだけの歪を付与することができず、一方、
４０％を超える加工度で冷間加工を施すとその後の熱処
理で再結晶した際に結晶粒が細粒となってしまい、結晶
粒成長が温度に対して急傾斜で生じるようになり結晶粒
度の制御が難しくなる。従って、第２回目の冷間加工に
おける加工度は２０〜４０％と定めた。

なお、前述の第３図と第４図とを比較すれば、低加工度
加工材の方が加工前粒度の影響を受けることが明らかで
あるが、更に第６図を参照されたい。

第６図は、低加工度材と高加工度材とにおける冷間加工
前の結晶粒度と冷間加工・熱処理後の結晶粒度との関係
を対比して示したものであるが、この第６図からも、高
加工度材は加工前粒度の影響を受けないが、低加工度材
では加工前粒度、即ち加工前熱処理温度の影響が大きく
、高温熱処理材の方が結晶粒度を均一化するのに有利と
なっていることを確認できる。

（Ｄ）　　最終固溶化処理温度最終固溶化処理温度が１１００℃未満では、十分な固溶
化が達成されないのでステンレス鋼管に所望の耐食性能
を付与することができず、一方、固溶化処理温度が１２
００℃を超えると必要以上の結晶粒粗大化が生じて加工
性の悪化を招くことから、最終固溶化処理温度は１１０
０〜１２００℃と定めた。

なお、本明細書中で言う「加工度」とは、加工前の断面
積をＡｏ、加工後の断面積をＡ、とした場合、下記式で
表わされる値である。

続いて、この発明を実施例により具体的に説明する。

〈実施例〉まず、重量割合にてｃ：ｏ、ｏ７％、　Ｓｉ　：　０．
４９％。

Ｍｎ　：　１．７１％、　　Ｐ　：０．０２３％、　　
Ｓ　：０．００１％、Ｎｉ：１１．０５％、　Ｃｒ　：
　１７．３０％、　Ｔｉ　：　０．５２％、　Ｆｅ及び
不可避不純物：残り、なる化学組成のステンレス鋼ビレ
ットを熱間押出して外径６３．５ｍ１ｘ肉厚１０．７５
　ｍの素管を複数製造し、次いで、これらに第１表の如
き各条件で“第１回目の冷間抽伸加工”、“途中熱処理
”、“第２回目の冷間抽伸加工”及び“最終固溶化熱処
理”を順次節して継目無ステンレス鋼管を製造した。

このようにして得られたステンレス鋼管の結晶粒度を調
査し、その結果を第１表に併せて示した。

第１表に示される結果からも明らかなように、本発明で
規定する条件通りに製造された鋼管は５ＵＳ３２１Ｆ（
系ステンレス鋼管に要求される適正結晶粒度となってい
るばかりか、粒度のバラツキ範囲が極めで狭い均一・品
質となっているのに対して、製造条件が本発明の規定を
満たさなかった鋼管は、適正な結晶粒度を達成すること
が困難で、しかも結晶粒度のバラツキ範囲が広くなりが
ちであることが分かる。

なお、熱間押出温度を種々に変えて得た各種粒度番号く
押し出し後水冷したままの粒度）の多数の素管に一つい
て同様の試験を実施したが、何れも同様の結果が得られ
た。

く効果の総括〉以上に説明した如く、本発明によれば、好適な結晶粒度
を有し、かつ粒度バラツキの範囲が非常に狭い高性能で
均質なＴｉ添加Ｃｒ−Ｎｉ系ステンレス鋼管を作業性良
く安定製造できるなど、産業上極めて有用な効果がもた
らされる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、Ｔｉ添加Ｃｒ−Ｎｉ系ステンレス鋼管製造の
従来工程と本発明工程を比較したもので、第１図（ａ）
は従来工程を、そして第１図（ｂｌは本発明工程をそれ
ぞれ示している。第２図は、従来工程材と本発明工程材の結晶粒度バラツ
キ範囲を比較したグラフである。第３図は、熱間製管材を高加工度（７７％）で冷間加工
した後の熱処理による、再結晶及び粒成長挙動を示すグ
ラフである。第４図は、第１回目の冷間加工後に種々の温度で加熱処
理した材料を低加工度（２６％）で冷間加工した後の熱
処理による、再結晶及び粒成長挙動を示すグラフである
。第５図は、第２回目の冷間加工後１１７０℃で熱処理し
た材料の、結晶粒度バラツキ範囲に及ぼす第１回目塗間
加工後熱処理温度の影響を示すグラフである。第６図は、冷間加工前結晶粒度と冷間加工・熱処理後結
晶粒度との関係を示すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

熱間製管により得たＴｉ添加Ｃｒ−Ｎｉ系ステンレス鋼
素管を５０％以上の高加工度で冷間加工し、続いて１２
４０〜１２８０℃の温度域に加熱して冷却した後、更に
２０〜４０％の加工度で冷間加工を行い、その後１１０
０〜１２００℃の温度で最終固溶化処理することを特徴
とする、Ｔｉ添加Ｃｒ−Ｎｉ系ステンレス鋼管の製造方
法。