JPH07268454A - 高温引張強さおよびクリープ破断強度の優れたオーステナイト系ステンレス鋼の製造方法 - Google Patents

高温引張強さおよびクリープ破断強度の優れたオーステナイト系ステンレス鋼の製造方法

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JPH07268454A
JPH07268454A JP5936794A JP5936794A JPH07268454A JP H07268454 A JPH07268454 A JP H07268454A JP 5936794 A JP5936794 A JP 5936794A JP 5936794 A JP5936794 A JP 5936794A JP H07268454 A JPH07268454 A JP H07268454A
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JP
Japan
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stainless steel
creep rupture
strength
austenitic stainless
less
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JP5936794A
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Inventor
Osamu Watanabe
修 渡辺
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JFE Steel Corp
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Kawasaki Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 通常のオフラインでの固溶化熱処理を必要と
せず、熱間圧延・冷却のままで高温引張強さおよびクリ
ープ破断強度を有するオーステナイト系ステンレス鋼を
安価に製造する方法を提案する。 【構成】 化学成分を限定し、全圧下パス数の少なくと
も半数以上のパスで圧下率10%以上の加工をするととも
に、熱間圧延の最終圧延を、900〜1000℃未満の
温度範囲で累積圧下率30%以上で行った後、直ちに5
00℃以下まで5℃/sec以上の冷却速度で冷却す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高温引張強さおよびク
リープ破断強度に優れ、しかも通常行われる固溶化熱処
理を省略した安価なオーステナイト系ステンレス鋼の製
造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】オーステナイト系ステンレス鋼は、優れ
た高温特性と耐食性を有するところから原子力、火力発
電プラントなどの各種構造材料として広く使用されてき
ている。従来オーステナイト系ステンレス鋼は熱間加工
後、1010〜1150℃に再加熱して急冷する、いわゆる固溶
化熱処理を施して製造されている。ところでこの再加熱
固溶化熱処理は熱間加工とは別のラインで行わなければ
ならないため、設備コストが嵩むとともに処理能率や省
エネルギーの点で好ましくなかった。従って熱間加工に
引き続き、オンラインで固溶化熱処理が出来れば、熱処
理費用の低減や設備の省略、工程の短縮などにより大幅
にオーステナイト系ステンレス鋼の製造コストを低減で
きるものと期待される。
【0003】そこで、この固溶化熱処理を省略したオー
ステナイト系ステンレス鋼の製造方法が、特開昭60−26
619 号公報、特開昭62−124220号公報に提案されてい
る。これらの方法は成分を限定し、さらに熱間圧延時の
累積圧下率、仕上温度および圧延後の冷却速度をそれぞ
れ所定の範囲に規制することによって熱間圧延後に改め
て再加熱による固溶化熱処理を行うことなく熱間圧延の
ままでCr炭窒化物の析出のないオーステナイト系ステン
レス鋼を得ようとするものである。
【0004】しかしながら、これらの方法によれば、確
かに熱間圧延のままで再加熱固溶化熱処理材と同等以上
の常温強度、延性およびCr炭窒化物の析出のないオース
テナイト系ステンレス鋼を得ることは可能であるが、高
温機器用鋼材として用いた場合の高温特性の点で不十分
であるという問題が残されていた。そこで最近C量を低
くしてN量を高くするような方法(鉄と鋼、vol.75,N
o.8,P1346 )が提案されている。
【0005】また、本発明者らは特開平4−141516号公
報において成分を限定したオーステナイト系ステンレス
鋼を熱間加工するに際して、全圧下パス数の少なくとも
半数以上のパスで圧下率10%以上の加工を施し、かつ10
00℃以上の温度域で最終の仕上加工を施した後、直ちに
500℃以下まで5℃/sec 以上の冷却速度で冷却するこ
とを特徴とする高温特性の優れたオーステナイト系ステ
ンレス鋼の製造方法を提案した。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】前記したように、従来
技術すなわち、従来の18Cr−8Ni系ステンレス鋼では炭
化物形成元素を多量に含むため、高温長時間の使用にお
いて炭化物が多量に析出凝集粗大化し、高温長時間使用
時のクリープ破断強度が低下するという問題があった。
【0007】また、C量を低くしてN量を高くする方法
では、確かにクリープ破断強度は改善されるが、高温引
張強度が低下するという問題があった。また、発明者ら
が提案した方法においては、クリープ破断強度、高温引
張強さとも改善されるが、いまだ不十分であった。本発
明は、前記問題点を解決した高温引張強さおよびクリー
プ破断強度の優れたオーステナイト系ステンレス鋼の製
造方法を提案することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記問題点を
解決するために化学成分を最適化し、さらに製造工程に
おいて従来のオーステナイト系ステンレス鋼が熱間加工
後、オフラインで1010〜1150℃に再加熱して急冷する、
いわゆる固溶化熱処理を施して製造されるのに対し、オ
ンラインでの熱間加工・冷却のみで、固溶化処理を行う
ものである。
【0009】すなわち本発明は、重量比で、C:0.02%
以下、Si:1.0 %以下、Mn:2.0 %以下、P:0.03〜0.
10%、Cr:16.0〜20.0%、Ni:6.0 〜16.0%、Mo:2.0
〜3.0 %、N:0.07〜0.12%を含有し、さらにBを0.00
10〜0.0050%を含有し、残部Feおよび不可避的不純物か
らなるオーステナイト系ステンレス鋼を熱間加工するに
際して、全圧下パス数の少なくとも半数以上のパスで圧
下率10%以上の加工を施し、かつ 900〜1000℃未満の温
度範囲で累積圧下率で30%以上の最終加工を施した後、
直ちに 500℃以下まで5℃/sec 以上の冷却速度で冷却
することを特徴とする高温引張特性およびクリープ破断
強度の優れたオーステナイト系ステンレス鋼の製造方法
である。
【0010】
【作 用】本発明は、鋼成分組成および各製造条件の規
制からなるが、まず本発明における成分組成の限定理由
について説明する。Cは、オーステナイト相を安定に
し、高温引張強さを増加させるのに有効であるが、C 量
が増大すると高温での長時間使用において多量の炭化物
の析出、凝集粗大化が起こり、クリープ破断強度が低下
するとともに、クリープ破断延性を低下させるので0.02
%以下とした。
【0011】Siは、通常脱酸元素として添加されるが、
1.0 %を越える添加は熱間加工性を低下させるので1.0
%以下とした。Mnは、脱酸と熱間加工性向上のため添加
されるが 2.0%を越える添加は耐食性を阻害するので
2.0%以下とした。Pは、炭化物を微細化かつ均一に析
出させ、長時間加熱されても安定でその粗大化を抑制す
る元素であり、この効果を得るためには0.03%以上の添
加が必要であるが、0.10%を越えて添加すると溶接性を
損なうので0.03〜0.10%とした。
【0012】Crは、耐酸化性と高温強度を向上させるの
に有効であるが、16.0%未満ではその効果が不十分であ
り、20.0%を越えて添加するとδフェライト量が増加し
熱間加工性を低下させるので16.0〜20.0%の範囲とし
た。Niは、オーステナイト形成元素であると共に耐食性
を向上させるのに有効であるが、6.0 %未満ではその効
果が不十分であり、16.0%を越える添加はコスト上昇に
なるので6.0 〜16.0%の範囲とした。
【0013】Moは、高温強度、耐食性の向上に著しい効
果のある元素であるが、2.0 %未満ではこれらの効果が
十分発揮されない。しかし、過剰に添加するとコスト上
昇およびクリープ破断延性を低下させるので 2.0〜 3.0
%の範囲とした。Nは、クリープ破断強度改善に有効で
あるが、0.07%未満ではその効果が不十分であり、0.12
%を越える添加は製造性およびクリープ破断延性を低下
させるので0.07〜0.12%とした。
【0014】Bは、粒界に偏析して空孔と対を作り、粒
界での空孔の消滅を抑制すると同時に、Fe原子の粒界へ
の拡散を遅らせる。また、NとBを複合添加すると析出
窒化物を一層微細化し、クリープ破断強度向上に有効で
あるが、0.0010%未満の添加ではその効果が小さく、0.
0050%を越えて添加すると熱間加工性および耐食性を劣
化させるので0.0010〜0.0050%とした。
【0015】次に製造条件の限定理由について説明す
る。オーステナイト系ステンレス鋼で高温引張強度、ク
リープ破断強度および耐食性の良好な鋼材を得るために
は、熱間加工条件の制御が重要であることが判明した。
すなわち、粗大な析出物を固溶させ、組織の再結晶を進
めるには、熱間加工の初期から大圧下あるいは累積で大
圧下し、加工を進めることが必要である。すなわち、均
一な再結晶組織を得るためには各パスの圧下率は大きい
ほうが望ましく、1パス当りの圧下率が10%以上の加工
を全圧下パス数の少なくとも半数以上で実施しなければ
ならない。
【0016】これらの加工は加工温度が再結晶温度より
ある程度高い方が再結晶は完全に行われ、クリープ試験
を行った場合の延性は優れているが、十分なクリープ強
度が得られない。そこで、熱間加工の一部を未再結晶域
で行い、その後加速冷却して加工組織を残すことによっ
て、マトリックスの転位密度の増加とクリープ時にこれ
らの転位を核とした炭化物、窒化物などの析出強化によ
り、高温引張強さおよびクリープ強度を高めようとする
のが、本発明のポイントである。
【0017】以上のような熱間加工を行う場合の最終の
加工は、 900〜1000℃未満の温度で累積圧下率で30%以
上にしなければならない。熱間加工仕上温度が1000℃以
上の場合、熱間加工により導入される歪が解放されるた
め高強度が得られず、900 ℃未満では伸長した未再結晶
組織が増加し、クリープ破断延性が低下しすぎるととも
に粒界に炭化物が析出し、耐食性が劣化する。また、90
0 〜1000℃未満の温度範囲における累積圧下率が30%未
満では加工により導入される転位密度が小さいため、高
強度が得られない。従って、累積圧下率を30%以上に限
定した。この発明において、最終加工温度は 900〜1000
℃未満の温度範囲の任意の温度で良いが、鋼板の降伏強
さの向上を図る上でなるべく低い方が良い。
【0018】また、熱間加工後の冷却は 500℃以下まで
の冷却速度を5℃/s以上としなければならない。 500℃
以下までの冷却速度が5℃/s未満の場合、粒界に炭化物
が析出し、耐食性が劣化するほか、回復により転位密度
の減少が起こって十分な強度の向上を果たせない。
【0019】
【実施例】表1に示す6鋼種のオーステナイト系ステン
レス鋼を用いて表2に示す加工条件および冷却条件で熱
間加工を行った。これらの鋼材の 600℃での高温引張試
験、 600℃、245MPaの条件でのクリープ試験、10%しゅ
う酸電解エッチによる粒界腐食試験(JIS G0571 によ
る) および組織観察を行った。その結果を同じく表2に
示した。
【0020】
【表1】
【0021】
【表2】
【0022】表2において供試材 No.8 〜12、16は実施
例、No. 2 〜7 、13〜15は比較例、No. 1は従来例であ
る。従来例 No.1は表2に示す熱間加工後1100℃に再加
熱して急冷する固溶化熱処理を施したものである。比較
例 No.2 は熱間加工仕上温度が1000℃以上のため、熱間
加工による歪が解放されるため降伏強度およびクリープ
破断強度が小さい。比較例 No.3 は熱間加工仕上温度が
900℃未満であるため、伸長下未再結晶粒が増加し、混
粒となるとともに粒界に炭化物が析出し、10%のしゅう
酸電解エッチ試験で混合組織となっている。比較例 No.
4 は全圧下パス数に対して10%/パス以上の圧下率での
パス数が半数以上に達していないため、混粒となり降伏
強度およびクリープ破断強度が低い。比較例 No.5 は 9
00〜1000℃未満の累積圧下率が30%未満であるため降伏
強度が低い。比較例 No.6 は熱間加工終了後、 500℃以
下までの冷却速度が1℃/sと遅いため、10%のしゅう酸
電解エッチ試験でみぞ状組織となっている。また粒界強
度が低下し、クリープ破断強度が低い。比較例 No.7 は
熱間加工終了後の冷却が 600℃まで10℃/s、それ以後が
3℃/sであるため、10%のしゅう酸電解エッチ試験で混
合組織となっている。比較例No.13 はB量が0.0010%未
満であるためクリープ破断強度が低い。比較例No.14 は
C量が0.020 %を越えているため、クリープ試験中に炭
化物が析出し、凝集粗大化してクリープ破断強度が低
い。比較例No.15 はP量が0.030 %未満であるためクリ
ープ破断強度が低い。
【0023】これに対して本発明の条件を全て満足して
いる実施例No. 8 〜12、16は高温引張特性およびクリー
プ破断強度に優れている。
【0024】
【発明の効果】本発明は、上記実施例からも明らかなよ
うに、化学成分を限定するとともに製造条件を規制する
ことにより、通常の固溶化熱処理材よりも優れた高温引
張特性およびクリープ破断強度を有するオーステナイト
系ステンレス鋼を得ることを可能にした。また通常行わ
れている固溶化熱処理を省略しているので従来よりも安
価に製造できるという効果がある。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量比で、C:0.02%以下、Si:1.0 %
    以下、Mn:2.0 %以下、P:0.03〜0.10%、Cr:16.0〜
    20.0%、Ni:6.0 〜16.0%、Mo:2.0 〜3.0%、N:0.0
    7〜0.12%を含有し、さらにBを0.0010〜0.0050%を含
    有し、残部Feおよび不可避的不純物からなるオーステナ
    イト系ステンレス鋼を熱間加工するに際して、全圧下パ
    ス数の少なくとも半数以上のパスで圧下率10%以上の加
    工を施し、かつ 900〜1000℃未満の温度範囲で累積圧下
    率で30%以上の最終加工を施した後、直ちに 500℃以下
    まで5℃/sec 以上の冷却速度で冷却することを特徴と
    する高温引張強さおよびクリープ破断強度の優れたオー
    ステナイト系ステンレス鋼の製造方法。
JP5936794A 1994-03-29 1994-03-29 高温引張強さおよびクリープ破断強度の優れたオーステナイト系ステンレス鋼の製造方法 Pending JPH07268454A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3133179A4 (en) * 2014-04-17 2018-03-21 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation Austenitic stainless steel and method for producing same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3133179A4 (en) * 2014-04-17 2018-03-21 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation Austenitic stainless steel and method for producing same

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