JPH0559168B2 - - Google Patents

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JPH0559168B2
JPH0559168B2 JP1717384A JP1717384A JPH0559168B2 JP H0559168 B2 JPH0559168 B2 JP H0559168B2 JP 1717384 A JP1717384 A JP 1717384A JP 1717384 A JP1717384 A JP 1717384A JP H0559168 B2 JPH0559168 B2 JP H0559168B2
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JP
Japan
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cold
austenitic stainless
stainless steel
deformation
temperature
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JP1717384A
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JPS60162725A (ja
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Jiro Kunya
Shizuo Matsushita
Isao Masaoka
Yasuhiko Mori
Akisuke Naruse
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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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】
〔発明の利用分野〕 本発明は、高温水中にさらされる部材であつて
かつ引張残留応力が生成するような冷間成形加工
が施された部材において、耐応力腐食割れ性に優
れた非鋭敏化オーステナイト系ステンレス鋼冷間
成形加工部材とその製造方法に係り、特に加工誘
起マルテンサイトが生じる上限温度よりも高い温
度において前記冷間成形加工を施し、更には前記
冷間成形加工後加熱処理することにより容易に行
い得る耐応力腐食割れ性に優れた非鋭敏化オース
テナイト系ステンレス鋼冷間成形加工部材とその
製造方法に関する。 〔発明の背景〕 18Cr−8Ni鋼等のオーステナイト系ステンレス
鋼は、優れた耐食性、機械的特性及び加工性等を
有しているので、化学プラント用材あるいは原子
力プラント用材をはじめ種々の用途に利用されて
いる。 しかし、近年、上記オーステナイト系ステンレ
ス鋼は多様な環境下において種々の形態を伴う応
力腐食割れを生じることが知られ、その防止法が
強く望まれている。この応力腐食割れの機構は材
料と使用環境の組合わせによりそれぞれ異なる
が、一般的にはオーステナイト系ステンレス鋼の
局部腐食要因及び引張応力の作用が応力腐食割れ
の必要条件となつている。特に高温水中における
該鋼の応力腐食割れは、材料腐食要因として結晶
粒界への炭化物析出に因る鋭敏化と呼ばれる現象
並びに主として溶接によつて生ずる引張残留応力
の存在によつて発生する。したがつて、上記環境
中における応力腐食割れを防止するには、少なく
とも上記必要条件のいずれかを除去しなければな
らない。従来、前記環境中応力腐食割れ防止方法
としては次の様な方法が提案されている。 (1) 圧縮残留応力を付与する方法:(イ)溶接継手部
の残留応力を圧縮応力とするための水冷溶接方
法、高周波加熱残留応力改善方法など、及び(ロ)
表面にシヨツトピーニング等による塑性加工を
施して表面層の残留応力を圧縮とする方法な
ど。 (2) 材料の鋭敏化を消滅させる方法:(イ)最終的に
材料を固溶化熱処理する方法、及び(ロ)結晶粒界
に炭化物が析出しないように材料の成分を低炭
素化する方法など。 この様な方法のいずれか1つを採用することに
より前記環境中応力腐食割れは防止できる。すな
わち、もし上記防止方法のうち(2)が実施困難な場
合には、(1)による方法が採用される。上記(1)にお
いて、特に(ロ)による方法を採用する場合加工誘起
マルテンサイトが生じる上限温度であるMd点以
下においてシヨツトピーニング等による表面塑性
加工が施されると、当然のことであるが材料表面
または内部に至る領域に加工誘起マルテンサイト
が生成する。この加工誘起マルテンサイトが応力
腐食割れにどのように影響するかは例えばMgCl2
水溶液中においてはその存在によつて応力腐食割
れ性は低下することが示されている一方、環境と
材料の組合わせによつては逆にその存在により応
力腐食割れ性は増加することがある等、その効果
は場合により異なつているのが現状である。その
ため、上記(1)(ロ)の方法において、加工誘起マルテ
ンサイトがその使用環境中における応力腐食割れ
性に対して加速要因であることが判明している場
合は、加工誘起マルテンサイトを生じなくさせる
何らかの方策が必要となる。 他方、上記防止方法のうち(2)が容易に実施でき
る場合には、(1)による方法は何ら実施する必要は
ない。すなわち、前述したように前記環境中応力
腐食割れは、材料が鋭敏化していない、すなわち
非鋭敏化の状態であれば発生しないというのが公
知の知見であつた。 次にオーステナイト系ステンレス鋼板あるいは
鋼管にせん断打抜、切削加工、曲げ等の冷間成形
加工を与える場合の従来技術を述べる。従来、オ
ーステナイト系ステンレス鋼の冷間成形加工にお
いては、冷間成形加工のまま使用に供される場合
と冷間加工後に固溶化熱処理を行い冷間成形加工
による影響を除去して使用に供する場合とがあ
る。ここで固溶化処理の目的は加工硬化組織を元
のオーステナイト組織に回復させることにある。
もちろん、前記冷間成形加工が加工誘起マルテン
サイトを生ずる上限温度であるMd点以下で施さ
れた部材に生じた加工誘起マルテンサイトも、こ
の固溶化処理により消滅するが、これは副次的な
現象である。上記の冷間成形加工部材の使用環境
が高温水である場合、通常は部材自体が非鋭敏化
の状態であれば前記環境中応力腐食割れの発生は
問題とされなかつた。すなわち、この場合前記冷
間成形加工後の固溶化処理は部材の機械的強度の
改善が対象であつて、応力腐食割れ防止を対象と
したものではないというのが従来の考えであつ
た。 ところが、本発明者らはオーステナイト系ステ
ンレス鋼においてそれが非鋭敏化の状態であつて
も冷間成形加工が施されると前記環境中において
当該部材は応力腐食割れを発生しうる可能性のあ
ることを見出し、その防止方法を鋭意研究した結
果本発明に到達したものである。 〔本発明の目的〕 本発明の目的は、高温水中で使用される耐応力
腐食割れ性に優れた非鋭敏化オーステナイト系ス
テンレス鋼冷間成形加工部材とその製造方法を提
供することにある。 〔発明の概要〕 本発明を概説すれば、本発明の第1の発明は高
温水中で使用する非鋭敏化オーステナイト系ステ
ンレス鋼冷間成形加工部材の製造方法の発明であ
つて、オーステナイト系ステンレス鋼を、加工誘
起マルテンサイト変態の起る上限温度よりも高い
温度に加熱して冷間成形加工を行うことを特徴と
する。 そして、本発明の第2の発明は、高温水中で使
用する非鋭敏化オーステナイト系ステンレス鋼冷
間成形加工部材の他の製造方法の発明であつて、
オーステナイト系ステンレス鋼を、加工誘起マル
テンサイト変態の起る上限温度よりも高い温度に
おいて冷間成形加工し、その後、加工硬化層のビ
ツカース硬さが230以下になるように加熱処理す
ることを特徴とする。 上記目的を達するため、本発明者らは非鋭敏化
オーステナイト系ステンレス鋼冷間成形加工部材
の耐応力腐食割れ性に関して種々検討した結果、
上記鋼種は鋭敏化を生じていなくとも冷間成形加
工の影響によつて応力腐食割れ性を有するように
なること、それは冷間成形加工により生成する加
工誘起マルテンサイト相の存在並びに加工硬化層
の存在によつて生ずることを見出し、本発明に到
達したものである。 すなわち本発明のオーステナイト系ステンレス
鋼冷間加工部材とその製造方法は、加工誘起マル
テンサイト変態の上限温度、Md点が室温以上で
あるオーステナイト系ステンレス鋼に対しては
Md点より高い温度に加熱して加工誘起マルテン
サイトがほとんど生成しないようにしながら冷間
成形加工を行うこと、並びに耐応力腐食割れ性を
更に高めるため前記Md点を有するオーステナイ
ト系ステンレス鋼に対しては前記によるMd点よ
り高温における冷間成形加工を、またMd点が室
温未満であるオーステナイト系ステンレス鋼に対
しては室温における通常の冷間成形加工をそれぞ
れ施した後、加工硬化層のビツカース硬さHv(1
Kg)が230以下になるよう加熱処理を行うことを
特徴とするものである。 本発明において、上記Md点はオーステナイト
系ステンレス鋼の種類によりそれぞれ異なり、
SUS304,SUS347系統では5〜20℃、SUS316系
統では−20〜−60℃である。したがつて、Md点
が室温以上であるSUS304及びSUS347系統のよ
うなオーステナイト系ステンレス鋼に対しては
Md点より高温でかつ達成可能な温度であればい
かなる温度であつても良い。実用的には温度を上
げ過ぎると鋭敏化が生ずる、表面が著しく酸化す
る、作業性が悪くなるなどの問題が生ずるため
Md点超であつてかつ200℃以下が好ましい。 上記本発明方法を実施するにあたつては、前記
オーステナイト系ステンレス鋼を室温以上のMd
点超に達成しうる高温溶液媒体、例えばシリコー
ンオイル等中に浸漬し、一定時間保持後冷間成形
加工を行う。この場合、高温溶液媒体と冷間成形
加工のプロセスを連続的に行えるようにすれば員
数の多い冷間成形加工部材の製造においても比較
的低コスト高効率にて製造が可能である。 また、本発明において、冷間成形加工後に加工
硬化層の硬さHv(1Kg)が230以下になるような
加熱処理とは、種々検討の結果一例を第1図に示
すように約800℃以上であつて、かつ固溶化処理
温度(1050℃以上)以下でよい。この処理を施す
ことによつて耐応力腐食割れ性は更に向上する。
なお、第1図は、冷間圧延後の熱処理温度(℃)
(横軸)と硬さ(Hv1Kg)(縦軸)との関係を示す
グラフである。 本発明方法によれば、高温水中で使われる、非
鋭敏化オーステナイト系ステンレス鋼冷間成形加
工部材において耐応力腐食割れ性に優れた冷間成
形加工部材を得ることができる。 〔発明の実施例〕 以下、本発明の実施例により更に詳細に説明す
るが、本発明はこれら実施例に限定されない。 実施例 1 オーステナイト系ステンレス鋼である
SUS304,304L,316L及び347鋼を用い、冷間圧
延による加工を圧延率で0〜60%の範囲で施した
試験片を作製した。これらの試験片をグラフアイ
トウールで隙間を形成させた定変位曲げ試験治具
にセツトし、288℃、8ppm O2純水中に500時間
浸漬して耐応力腐食割れ性を検討した。 第1表に実験に供した各種オーステナイト系ス
テンレス鋼の化学成分を示す。
【表】 次に各鋼種における加工誘起マルテンサイト量
並びに硬さ冷間圧延率の関係を第2図及び第3図
にそれぞれ示す。すなわち、第2図は加工誘起マ
ルテンサイト量(%)(縦軸)と冷間圧延率(%)
(横軸)との関係を示すグラフ、第3図は硬さ
(Hv1Kg)(縦軸)と冷間圧延率(%)(横軸)と
の関係を示すグラフである。 Md点がおよそ室温近傍である鋼種A
(SUS304)及びE(SUS347)は、冷間圧延率の
増大に伴い加工誘起マルテンサイト量はほぼ直線
的に増加し、冷間圧延率60%でおよそ80%とな
る。他方、Md点がおよそ−30〜−50℃である鋼
種C,D(SUS316L)は、室温における冷間圧延
によつては加工誘起マルテンサイトは生じない。 288℃、8ppm O2純水中に500時間浸漬後取出
した各種非鋭敏化オーステナイト系ステンレス鋼
の定変位曲げ試験片に生じた応力腐食割れの平均
割れ深さと硬さの関係を第4図に示す。 すなわち、第4図は平均割れ深さ(μm)(縦
軸)と硬さ(Hv1Kg)(横軸)との関係を示すグ
ラフである。第4図から明らかなように、硬さ
Hv(1Kg)がおよそ230以下において応力腐食割
れは生じていない。第5図は前記定変位曲げ試験
による割れ発生領域を硬さと加工誘起マルテンサ
イト量の関連で示したものである。すなわち、第
5図は、割れ発生領域を硬さHv(1Kg)(縦軸)
と加工誘起マルテンサイト量(%)(横軸)との
関係で示したグラフである。このグラフによれ
ば、応力腐食割れは、硬さHv(1Kg)が230以下
であつてかつ加工誘起マルテンサイト量が10%以
下の範囲において生じないことが示されている。 更に本発明の効果について以下に示す。まず、
Md点がおよそ室温附近であるSUS304鋼につい
て室温並びにMd点より高い150℃〜200℃にてそ
れぞれ60%の冷間圧延を施した試験片について、
288℃、8ppm O2純水中にて定変位曲げ試験を行
つた。室温にて60%冷間圧延した試験片の加工誘
起マルテンサイト量はおよそ80%であるが、Md
点超である150℃〜200℃にて60%冷間圧延した試
験片の加工誘起マルテンサイト量はおよそ5%で
あつた。第6図に、上記試験片の定変位曲げ試験
結果を示す。すなわち、第6図は試験片A:室温
で冷間圧延と試験片B:150〜200℃で冷間圧延と
の平均割れ深さ,(μm)を比較したグラフであ
る。この結果から、試験片Aにおける平均割れ深
さはおよそ1000μm超と大きいのに対して、本発
明による試験片Bにおける平均割れ深さはおよそ
200μmとなり、前者に比べると、その耐応力腐食
割れ性は著しく改善されていることが明らかであ
る。 次に、SUS316L鋼板のせん断打抜き加工部に
ついて同様に288℃、8ppm O2純水中にて定変位
曲げ試験を行つた。結果を第2表に示す。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、高温水
中にさらされる部材であつて、冷間成形加工が施
された準安定オーステナイト系ステンレス鋼非鋭
敏化材の耐応力腐食割れ性は著しく向上すること
が明らかである。
【図面の簡単な説明】
第1図は、冷間圧延後の熱処理温度と硬さとの
関係を示すグラフ、第2図は、加工誘起マルテン
サイト量と冷間圧延率との関係を示すグラフ、第
3図は、硬さと冷間圧延率との関係を示すグラ
フ、第4図は、平均割れ深さと硬さとの関係を
示すグラフ、第5図は、割れ発生領域を硬さと加
工誘起マルテンサイト量との関係で示したグラ
フ、そして第6図は平均割れ深さを比較したグラ
フである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 オーステナイト系ステンレス鋼を、加工誘起
    マルテンサイト変態の起る上限温度よりも高い温
    度に加熱して冷間成形加工を行うことを特徴とす
    る加工部のビツカース硬さが230以下であり、か
    つ加工誘起マルテンサイト量が10%以下である高
    温水中で使用する非鋭敏化オーステナイト系ステ
    ンレス鋼冷間成形加工部材の製造方法。 2 該冷間成形加工が、冷間曲げ、せん断打抜き
    及びせん断切断よりなる群から選択した少なくと
    も1種の加工である特許請求の範囲第1項記載の
    オーステナイト系ステンレス鋼冷間成形加工部材
    の製造方法。 3 オーステナイト系ステンレス鋼を、加工誘起
    マルテンサイト変態の起る上限温度よりも高い温
    度において冷間成形加工し、その後、加工硬化層
    のビツカース硬さが230以下になるように加熱処
    理することを特徴とする加工部のビツカース硬さ
    が230以下であり、かつ加工誘起マルテンサイト
    量が10%以下である高温水中で使用する非鋭敏化
    オーステナイト系ステンレス鋼冷間成形加工部材
    の製造方法。 4 該冷間成形加工が、冷間曲げ、せん断打抜き
    及びせん断切断よりなる群から選択した少なくと
    も1種の加工である特許請求の範囲第3項記載の
    オーステナイト系ステンレス鋼冷間成形加工部材
    の製造方法。
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