JPH06184641A - 含チタンオーステナイト系ステンレス鋼鋼管の固溶化熱 処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 チタンを含有するオーステナイト系ステンレ
ス鋼鋼管の固溶化熱処理を耐蝕性を低下させることなく
行う。 【構成】 固溶化熱処理を行うに際して、熱処理中に鋼
管内部に、酸素を２〜５０容積％含むアルゴン酸素混合
ガスを鋼管内容積の３〜５０倍、流すことより、鋼管内
面に酸化皮膜を形成させると共に、管内をアルゴンガス
で満たし鋼中への窒素の侵入を防止し、結晶粒の成長を
阻害するＴｉＮを形成させない含チタンオーステナイト
系ステンレス鋼鋼管の固溶化熱処理方法。 【効果】 オーステナイト結晶粒の成長が阻害されず、
固溶化熱処理が完全に行なわれ、耐蝕性が低下した細粒
層が形成されない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、チタンを含有するオ
ーステナイト系ステンレス鋼鋼管の固溶化熱処理を行な
う際に、鋼中への窒素の侵入を防止した固溶化熱処理方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】オーステナイト系ステンレス鋼鋼管を冷
間引抜法等の冷間加工により製造する場合、加工後の鋼
管の金属組織は図３（ａ）に示すようにオーステナイト
結晶粒が延ばされた状態になる。この状態では強度が高
く延性も低下しており加工性が悪い。また残留応力もあ
り耐蝕性も劣化しているので、固溶化熱処理を行ってこ
れらの諸特性を向上させる必要がある。固溶化熱処理時
おいてオーステナイト結晶粒は熱処理時の昇温により、
図３（ｂ）に示すような小結晶粒組織（JIS粒度No８〜N
o.10 ）に変化し、最終的な固溶化状態では図３（ｃ）
に示すように、十分に成長した結晶粒組織（JIS結晶粒
度No.4〜No.7）になる。

【０００３】上述した固溶化熱処理は、１１００℃とい
った高温で行なう必要が有り、製造能率やコストを考慮
して大気燃焼炉で行なわれることが多く、燃焼ガス中に
は二酸化炭素、酸素といった酸化性ガスの他に大量の窒
素が含まれる。

【０００４】オーステナイト系ステンレス鋼鋼管の熱処
理の場合、鋼管の外面には十分に酸化性ガスが供給され
るめ厚い酸化皮膜が生成され、窒素は鋼中に侵入しにく
い。しかし、内面は酸化性ガスの供給が乏しいため、生
成される酸化皮膜が薄く窒素が鋼中に侵入し、その深さ
は鋼管の内表面より１００μにも及ぶことがある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】チタンを含有するオー
ステナイト系ステンレス鋼鋼管の固溶化熱処理の場合、
例えば窒素が１００μの深さまで侵入すると、その位置
までＴｉＮが生成される。このＴｉＮはオーステナイト
結晶粒の成長を阻害し、鋼管の金属組織は図３（ｄ）に
示すように、鋼管の内面近傍以外は成長した結晶粒組織
に、また鋼管の内面近傍は小結晶粒組織になり細粒層を
形成し、この部分は耐蝕製に劣るという問題が生じる。

【０００６】この発明は、含チタンオーステナイト系ス
テンレス鋼鋼管の固溶化熱処理時における上述の問題点
を解消するためになされたものであり、オーステナイト
結晶粒の成長が阻害されない熱処理方法を提供すること
を目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明に係る含チタン
オーステナイト系ステンレス鋼鋼管の固溶化熱処理方法
は、固溶化熱処理を行うに際して、熱処理中に鋼管内部
に、酸素を２〜５０容積％含むアルゴン酸素混合ガス
を、鋼管内容積の３〜５０倍の量、流すことを特徴とす
るチタンを含有するオーステナイト系ステンレス鋼鋼管
の固溶化熱処理方法である。

【０００８】

【作用】本発明はチタンを一定量以上含有するオーテナ
イト系ステンレス鋼鋼管の固溶化熱処理方法に関する。
図１は、チタン量を変化させた１８％Ｃｒー１０％Ｎｉ
ーＴｉ鋼の２０％冷間加工材を、１１００℃、１５分
間、窒素ガス雰囲気中で固溶化熱処理を行なった場合に
生成する細粒層の深さ（μｍ）を示すグラフである。

【０００９】先に述べたように、鋼の組織は昇温過程に
おいて冷間加工組織より、まず小結晶粒組織になるが、
同時にガス中より窒素が鋼中に侵入し、チタンと結合し
てＴｉＮとなり、さらに高温になった時の結晶粒の成長
を阻害して小結晶粒組織を固定し、細粒層を形成させ
る。この細粒層の形成は図よりＴｉ量が０．０５％以上
になると著しくなることが分かる。この現象を防止する
ためには、鋼管の固溶化熱処理においては、窒素の侵入
を防ぐ必要がある。

【００１０】鋼中への窒素の侵入を防ぐには、窒素を含
まない雰囲気加熱炉、例えば真空炉や水素炉を用いる
か、大気燃焼炉において、 （１）固溶化熱処理中に鋼管内部に窒素を含むガスが侵
入しないように、鋼管内部にアルゴン等のガスを流す。 （２）鋼管内面に厚い酸化皮膜が生成され、窒素が侵入
しないように、酸素ガスを流す。 といった方法がある。

【００１１】しかしながら、アルゴンガス等窒素を含ま
ないガスを通す場合、シールが完全でないと大気や燃焼
ガス等、窒素を含むガスの侵入を防ぐことができないた
め、シールのための費用が多大となる。また、酸素ガス
を流す場合は、酸化皮膜が厚くつきすぎ歩留が低下した
り、手入れ費用が高くなったりする欠点ある。

【００１２】そこで、本発明においては上記の両者の欠
点を解決するため、アルゴンガスに酸素を２〜５０容積
％含むアルゴン酸素混合ガスを使用することとした。鋼
管内部にこのようなアルゴン酸素混合ガスを流すと、鋼
管内面では酸化皮膜が生成される。同時に鋼管の内部は
アルゴンと残りの酸素を含むガスで充満されるため、外
気の侵入はきわめてわずかとなり、さらにその中に含ま
れる窒素の鋼中への侵入は酸化皮膜により阻止される。

【００１３】図２は、表１に示したＮｏ．２鋼を２０％
冷間加工した後、１１５０℃、１０分間の熱処理時に、
アルゴン酸素混合ガス中の酸素の容積％を種々変化さ
せ、鋼管内面の細粒層の深の変化を示した図である。図
中の○印は内径23.9mmのもの、●印は内径30.7mmのも
の、▲印は内径35.4mmのもののデータである。管の一端
に導入管を持つプラグを付け、逆の一端には放出ための
小径の穴をあけたプラグをつけ、混合ガスを導入管より
流しながら、熱処理炉に挿入し熱処理終了時まで流し続
けた。管の長さは４ｍ，流量は２リットル／分である。

【００１４】図より、細粒層の深さは、酸素の容積％が
２％を超えてから急激に薄くなることが分かる。なお、
酸素の容積％が５０％を越えると酸化皮膜が厚くなりす
ぎるため、上限は５０％とした。

【００１５】アルゴン酸素混合ガスの流量を鋼管内容積
の３〜５０倍とした理由は３倍以下では残留大気の追い
出しが十分に行なわれず、５０倍を越して流した場合は
その効果が飽和すること、および、過冷却になることに
よる。

【００１６】

【実施例】本発明の含チタンオーステナイト系ステンレ
ス鋼鋼管の固溶化熱処理方法を、表１に示した４鋼につ
いて実施した。

【００１７】

【表１】

【００１８】固溶化熱処理条件、すなわち熱処理温度と
鋼管内部に流したガスの種類および流入時間を比較例と
共に表２に示す。溶化処理中鋼管の外面は大気燃焼雰囲
気であり、内部には炉外より混合ガスを流した。ガスの
流入時間はＡ、Ｂ，Ｄ方法は炉に挿入して炉より取り出
すまで、Ａ’、Ｄ’方法は挿入時より５分間であり、鋼
管が、雰囲気温度に上昇した時点でガスの流入を中止し
た。流入方法には先に述べたプラグを用いた。

【００１９】

【表２】

【００２０】表３は、表１に示した鋼を表２の熱処理条
件で熱処理したときの鋼管内面近傍の細粒層の深さを、
鋼管の熱処理前の状態および鋼管の内径を併記して示
す。本発明の固溶化熱処理方法によるものは、比較例の
より細粒層の深さが浅いことがわかる。

【００２１】

【表３】

【００２２】

【発明の効果】この発明により、耐食性を低下させる細
粒層を形成させることなく含チタンオーステナイト系ス
テンレス鋼鋼管の固溶化熱処理を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】チタンの含有量と細粒層の深さとの関係を示す
グラフである。

【図２】アルゴン酸素混合ガス中の酸素の容積％を変え
た場合の、鋼管内面の細粒層の深さの変化を示すグラフ
である。

【図３】オーステナイト系ステンレス鋼鋼管を冷間引抜
法で製造後、固溶化熱処理する場合のオーステナイト結
晶粒の変化を示す説明図であり、（ａ）は冷間加工ま
ま、（ｂ）は熱処理開始初期、（ｃ）は固溶化熱処理後
の状態を示す。（ｄ）は含チタンオーステナイト系ステ
ンレス鋼を固溶化熱処理した場合で、窒素が侵入し、細
流層が形成された場合を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固溶化熱処理を行うに際して、熱処理中
   に鋼管内部に、酸素を２〜５０容積％含むアルゴン酸素
   混合ガスを、鋼管内容積の３〜５０倍の量、流すことを
   特徴とするチタンを含有するオーステナイト系ステンレ
   ス鋼鋼管の固溶化熱処理方法。