JPH1030120A

JPH1030120A - ＣｒＭｏ鋼の軟化熱処理方法

Info

Publication number: JPH1030120A
Application number: JP19038296A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Fukui; 俊彦福井; Yusuke Minami; 雄介南; Yoshikazu Ishizawa; 嘉一石沢
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1996-07-19
Filing date: 1996-07-19
Publication date: 1998-02-03

Abstract

(57)【要約】【課題】重量％にて、Ｃ：０．２％以下、Ｃｒ１３％
以下、Ｍｏ：１．５％以下を含有するＣｒＭｏ鋼の、熱
処理時の温度が低く、また、時間が短かい軟化熱処理方
法を得る。【解決手段】ＣｒＭｏ鋼を、Ａｃ１以上、Ａｃ３以下
の温度に加熱し、その冷却過程で、６００℃以上、Ａｃ
１以下の温度に５分以上保持することにより、十分に軟
化した、また酸化スケールの発生が少ないＣｒＭｏ鋼が
得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、石油化学プラン
ト、火力発電プラント等に用いられる、ＣｒＭｏ鋼の軟
化熱処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】化学プラントや火力発電プラントには、
反応装置や熱交換器等に種々のＣｒＭｏ鋼が使用されて
いる。また、それらの形状は、継目無鋼管、溶接鋼管、
鋼板、あるいは、形鋼等と多岐にわたっている。そし
て、たとえば、鋼管を各種の配管や反応管、熱交換器用
鋼管として用いる場合には、プラントに組み込む前に、
曲げ加工や押し拡げ加工、縮径加工等の種々の加工がな
されることが多い。したがって、これらの用途に使用さ
れる場合は、鋼管には優れた成形加工性を備えているこ
とが要求される。他の形状の鋼材についても、冷間加工
を施されることは多く、同様に優れた加工性が要求され
ることが多い。

【０００３】十分な加工性を持ったＣｒＭｏ鋼の鋼材を
得ると言う観点からの、従来の熱処理方法としては、１）Ａｃ３以上に加熱後に徐冷。（完全焼きなまし処
理）２）Ａｃ３以上に加熱後にＡｃ１以下の温度にまで冷却
し、その温度で等温保持後、冷却。（等温焼きなまし処
理）３）Ａｃ３以上に加熱後にいったん冷却し、Ａｃ１以下
に再加熱後、冷却。（焼きならし焼きもどし処理）４）Ａｒ３以上で熱間加工を終了し、冷却後にＡｃ１以
下に再加熱後、冷却。５）Ａｃ１以下に加熱後、冷却。（応力除去焼きなまし
処理）。が一般的に行われてきた。

【０００４】しかしながら、上記の熱処理方法によっ
て、鋼を十分に軟化させることは容易ではない。最も軟
化させることが期待できる「完全焼きなまし処理」を行
う場合も、たとえば、「住友金属誌、第１１巻、第２
号、９８頁、１９５９年発行」に示されている、９％Ｃ
ｒ１％Ｍｏ鋼の例の様に、ＨＲＢ８０以下を満足するた
めには、１００℃／時間以下の著しく遅い冷却速度が必
須である。

【０００５】これらの方法に対する改良技術として、特
開昭５７−１１０６１７号公報には、Ｃｒ：０．７４〜
１０．１０％、Ｍｏ：０．４０〜１．１５％を含有し、
かつ、Ｃ：０．１７％以下としたＣｒＭｏ鋼を、熱間圧
延後にＡｃ１〜Ａｃ３の温度に加熱して、その温度域か
ら１０℃／分以下の冷却速度で徐冷する方法が開示され
ている。

【０００６】また、特開平５−３３９６２７号公報に
は、旧ソ連規格ＧＯＳＴ５５０１５Ｘ５Ｍ（５Ｃｒ
−０．５Ｍｏ系の鋼）の規格を満足するための、低コス
トの熱処理方法として、Ｃｒ：４．５０〜６．００％お
よびＭｏ：０．４５〜０．６０％を含有し、かつ、Ｃ：
０．１５％以下とした鋼を、Ａｃ１〜Ａｃ３の温度に加
熱して５分以上保持した後に、６７０℃まで２００℃／
時間以下の速度で冷却する技術が開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の技
術はいずれも、１）熱処理に必要とする時間が短く能率的。（経済性が
良い。）２）熱処理時のスケールの生成量が少なく（スケール厚
さが１００μｍ以下）、しがって、熱処理後の脱スケー
ルの工程が不要。（経済性が良い。）３）冷間加工が十分可能な程度の低い硬度。（ＨＲＢ８
０以下）等の要求を同時に満足するものではない。

【０００８】まず、十分に軟化した鋼材を得るために長
時間の焼なまし処理を行うと、熱処理コストが著しく高
くなる。一方、焼きならし焼き戻し処理や、応力除去焼
きなまし処理の場合には、十分に軟化した鋼材を得るこ
とが困難なことが多い。

【０００９】さらに、これらの熱処理方法は、応力除去
焼きなまし処理を除いて、Ａｃ３以上の高温に加熱する
ことを原則としており、この高温加熱時に鋼材の表面に
は多量の酸化スケールが生成する。そのため、熱処理後
のスケールの除去が不可避であり、これも、製造コスト
を上昇させ、また、歩留りを減少させる原因となってい
る。

【００１０】特開昭５７−１１０６１７号公報に開示さ
れている技術は、加熱温度が低くスケールの生成量は少
ないが、２時間程度の長時間の徐冷が必要である。パー
ライト変態開始温度以上で規定の冷却速度の冷却を中止
すると、その後の冷却過程で微細なセメンタイト相が析
出し、硬度が高くなるためである。

【００１１】特開平５−３３９６２７号公報に示されて
いる技術も、特開昭５７−１１０６１７号公報に開示さ
れている技術と同様に、加熱温度が低くスケールの生成
量は少ないが、１〜２時間の徐冷を必要とする。そし
て、この処理を行った後に得られる硬度は必ずしも低く
はない。

【００１２】上記のような事情にあり、熱処理時の温度
が低く、必要とする時間が短かく、また熱処理時の酸化
スケールの生成が少なく、したがって、低コストのＣｒ
Ｍｏ鋼の軟化熱処理方法が求められていた。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記の課題
を解決するために、各種の軟化熱処理方法を検討し、本
発明を完成させたものであり、重量％にて、Ｃ：０．２
％以下、Ｃｒ１３％以下、Ｍｏ：１．５％以下を含有す
るＣｒＭｏ鋼において、Ａｃ１以上、Ａｃ３以下の温度
に加熱し、その冷却過程で、６００℃以上、Ａｃ１未満
の温度に１５分以上保持するＣｒＭｏ鋼の軟化熱処理方
法である。

【００１４】従来の等温焼なまし法は、鋼をいったん、
Ａｃ３以上の温度に加熱し、組織をオーステナイト単相
とし、引続きＡｃ１以下の温度で等温保持し、オーステ
ナイト相よりフェライト相への変態を起こさせ、鋼を軟
化させる方法である。この熱処理においては、炭化物は
いったん完全に固溶し、Ａｃ１以下の温度での等温保持
の過程で析出し、それと同時に（または続いて）上記の
オーステナイト相よりフェライト相への変態が起こり、
鋼の軟化が完了する。

【００１５】この場合に、等温保持の保持時間が短い場
合は、未変態のオーステナイト相がその後の冷却過程で
マルテンサイト相に変態し、硬度の上昇や靭性の劣化が
起こる。したがって、等温保持の時間は、通常２時間以
上とする。

【００１６】これに対して、本発明ではまず、Ａｃ１以
上、Ａｃ３以下に加熱する。Ａｃ１〜Ａｃ３の間の２相
域での加熱においては、温度の違いにより、オーステナ
イト相とフェライト相との相の比率が変動する。特に、
Ａｃ１とＡｃ３の温度差が５０℃程度と小さい場合は、
わずかな温度の違いにより、相の比率は大きく変動す
る。そのため、従来は２相域加熱は安定した状態を得る
ことが困難な、実用的でない熱処理方法とされてきた。

【００１７】しかし、熱処理の目的が軟化の場合は、硬
度の均一性より硬度の最大値をいかに小さくするかが重
要であり、オーステナイト相とフェライト相の比率の変
動は必ずしも重要ではない。

【００１８】２相域に加熱すると、マトリクスはフェラ
イト相とオーステナイト相になる。また、加熱温度が低
いため鋼中の炭化物の一部は固溶するが、そのかなりの
部分は未固溶の炭化物として残る。この状態から、冷却
してＡｃ１変態点以下の温度で等温保持を行うと、２相
域に加熱時に炭化物がすでに一部析出しているため、等
温保持中の炭化物の析出は、すでに存在している炭化物
を析出核として急速に進行する。

【００１９】すなわち、従来の等温焼なまし処理に比較
して大きく異なる点は、炭化物が既に１部存在している
ため、核発生の時間が不要であり、炭化物成長に要する
時間も短くなる点にある。その結果、オーステナイト相
からフェライト相への変態も短時間の内に完了する。な
お、この等温保持の下限温度は６００℃とする。等温保
持の温度が６００℃未満の場合は、変態を完了（実質的
に）するまでの時間が長くなりすぎ実用的でない。

【００２０】等温保持の時間は５分以上とする。５分未
満の場合は十分に軟化しない。上限は６０分とする。６
０分を越えて等温保持を行なっても、軟化の程度は飽和
する傾向にある。また、経済性、スケールの発生の点か
らも６０分を越える処理は、好ましくない。

【００２１】本発明による熱処理方法においては、従来
の等温焼なまし法と比較して、等温保持の時間を大幅に
短縮することが可能となる。さらに、２相域での加熱で
あり、従来の方法に比較して低温であるため、スケール
の生成量も激減し、多くの場合にスケールの除去が不要
なレベルとなる。

【００２２】次に、本発明が対象とする鋼の各成分範囲
の限定理由を述べる。なお、本発明の軟化熱処理方法
は、上記のＣｒＭｏ鋼に限らず、オーステナイトステン
レス鋼等の、変態を起こさない鋼を除いたすべての鋼に
おいて効果があるのは当然である。下記の限定理由は、
本発明による軟化熱処理後の硬度が、優れた冷間加工性
の目安であるＨＲＢ８０以下を満足するためのものであ
り、当然、下限は存在しない。

【００２３】Ｃ；Ｃは強度を確保する合金元素として、
またオーステナイト相形成元素として重要であるが、
０．２％を越えて含有させると本発明の軟化熱処理後の
硬度がＨＲＢ８０を越える。したがって、Ｃの含有量は
０．２％以下とする。

【００２４】Ｃｒ；Ｃｒは鋼に高温強度、耐水蒸気酸化
性、および耐高温腐食性を付与する上で有効な元素であ
るが、１３％を越えて合金化すると、本発明の軟化熱処
理後の硬度がＨＲＢ８０を越える。したがって、Ｃｒの
含有量は１３％以下とする。

【００２５】Ｍｏ；Ｍｏは高温強度を高める代表的な元
素であるが、１．５％を越えて含有させると本発明の軟
化熱処理後の硬度がＨＲＢ８０を越える。したがって、
Ｍｏの含有量は１．５％以下とする。

【００２６】その他の元素は、通常のＣｒＭｏ鋼と同程
度含有させても、軟化熱処理後の硬度はＨＲＢ８０以下
になる。Ｍｎは脱酸、および、熱間加工性の改善、強度
増加に効果があるが、２．０％が含有量の目安である。

【００２７】脱酸作用や耐酸化性作用を有する、Ｓｉお
よびＡｌは、それぞれ、１．０％、０．３％以下の範囲
で添加しても、本発明の本質は影響を受けない。鋼の強
度を増加させる元素である、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉも靱性等に
対する悪影響が顕著とならない、Ｎｂ：０．１％以下、
Ｖ：０．３％以下、Ｔｉ：０．１％以下の範囲で含有さ
せてもよい。また、０．５％以下のＣｕ、０．５％以下
のＮｉ、０．００１％以下のＣａ、Ｍｇの含有も本発明
の本質に影響を与えない。

【００２８】不可避的不純物のＳ、Ｐ、Ｎも通常のＣｒ
Ｍｏ鋼と同程度の、おのおの、０．０３％、０．０３％
および０．０５％程度までは、また、Ｂは３０ｐｐｍ程
度までは含有しても本発明の本質は影響を受けない。

【００２９】

【発明の実施の形態】本発明は、上記した範囲のＣ、Ｃ
ｒ、Ｍｏを含有するいずれの鋼についても適用可能であ
る。本発明の実施の形態は、転炉または電気炉で溶解
（大気中、真空中を問わない）し、鋳片とし、加工をし
て鋼材（半製品も含む）とした後に、以下に示す軟化熱
処理を行うものである。

【００３０】もっとも一般的な方法は、軟化熱処理を行
う鋼材の、Ａｃ１とＡｃ３の間の温度にした第１の炉
と、６００℃とＡｃ１の間の温度にした第２の炉を用意
しておき、まず、第１の炉に鋼材を挿入する。なお、通
常の熱処理と異なり、本発明の軟化熱処理を行う場合
は、鋼の内部の温度差（温度のばらつき）の許容度は大
きい。

【００３１】第１の炉で、鋼の温度が所定の値にまで昇
温後に、一定時間（５〜３０分程度）保持した後、炉か
ら取り出し空冷し、第２の炉の温度になった後に第２炉
に挿入する。そして、一定の時間（５〜６０分程度）保
持した後に、炉から取り出し空冷する。

【００３２】なお、本発明の軟化熱処理はその後に加工
を行う場合の加工性を確保するために行うものであり、
加工を行った後に、必要に応じてさらに熱処理を行って
も良い。

【００３３】

【実施例】次に本発明を実施例および比較例を用いて具
体的に説明する。表１に供試鋼の化学成分を示す。Ａ鋼
は２．２５Ｃｒ１Ｍｏ鋼、Ｂ鋼は５Ｃｒ０．５Ｍｏ鋼、
Ｃ鋼は９Ｃｒ１Ｍｏ鋼であり、いずれの鋼の、Ｃ、Ｃ
ｒ、Ｍｏ量も本発明が対象としているＣｒＭｏ鋼の範囲
内にある。

【００３４】

【表１】

【００３５】これらの成分の各鋼を１５０ｋｇ真空溶解
炉で溶製・造塊し、分塊圧延により厚さ６０ｍｍの鋼材
とした。その後、再度、１２５０℃に加熱して厚さ１２
ｍｍまで仕上げ圧延を行い、図１に模式的に示したよう
な種々の熱処理を施した。図中の比較例（１）は、Ａｃ
１未満に加熱した例（応力除去焼きなまし処理に相
当）、比較例（２）は、Ａｃ１以上、Ａｃ３以下の２相
域で加熱してそのまま冷却した例、比較例（３）は、Ａ
ｃ３以上に加熱し、Ａｃ１以下の温度にまで冷却し、そ
の温度に保持した例（完全焼きなまし処理に相当）であ
る。

【００３６】表２に、上記の３種の鋼において、熱処理
の条件、熱処理後の肉厚中央部の硬度測定の結果、およ
び表面のスケール除去の必要性についてまとめて示し
た。脱スケール処理は、表面に厚さ１００μｍ以上のス
ケールが生成した場合に必要である。

【００３７】表中の比較例（１）は、均熱時間３０分の
応力除去焼きなまし処理（表中には温度のみ記載、時間
は記載せず。他の比較例も同じ。）、比較例（２）は、
２相域で１５分加熱後、５０℃／分で冷却した例、比較
例（３）は、Ａｃ３以上で３０分の加熱後に５０℃／分
で冷却し、等温焼なましを行った例である。なお、本発
明の実施例の２相域での加熱時間は１５分であり、５０
℃／分で冷却し、表中に示した等温保持を行った。

【００３８】

【表２】

【００３９】Ａｃ１以上に加熱していない比較例（１）
の処理を行っている、Ａ４およびＣ６は、スケールの生
成量は少なく脱スケール処理は不要であったが、硬度は
十分には下がっていない。２相域加熱だけを行っている
比較例（２）のＢ６およびＣ７も、同様に脱スケール処
理は不要であったが、硬度は高い。

【００４０】通常の等温焼きなまし処理を行っている比
較例（３）は硬度は十分に下がっているが、高温に加熱
しているため著しいスケールの生成（１００μｍを越え
る）が認められ、脱スケールが必要であった。これに対
して、本発明の実施例の硬度測定結果は、いずれもＨＲ
Ｂ８０未満であり、十分に軟化している。また、何れの
実施例も、生成したスケールの厚さは１００μｍ以下で
あり、脱スケール処理は必要でなかった。

【００４１】また、等温保持時間が５分と短い比較例
（４）のＣ９は、２相域加熱時に生成したオーステナイ
ト相が、等温保持時にフェライト相とセメンタイト相に
完全には変態しきれず、その後の冷却時にオーステナイ
ト相がマルテンサイト相となるため、硬度は十分には下
がらず、ＨＲＢ９５である。

【００４２】

【発明の効果】本発明の完成により、ＣｒＭｏ鋼を、短
時間に、従って高能率に軟化させることが可能となっ
た。また、従来の軟化熱処理では、必須であった脱スケ
ール処理が省略可能となったことの工程数の削減や、酸
洗廃液処理が不要になったこと等の製造コスト削減の効
果は大きい。なお、本発明の方法により軟化させた後、
冷間加工等を施し、再度熱処理を行い鋼の高温特性を改
善することも、もちろん可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法、および比較例の方法の熱処理パ
ターンを示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％にて、Ｃ：０．２％以下、Ｃｒ１３
％以下、Ｍｏ：１．５％以下を含有するＣｒＭｏ鋼にお
いて、Ａｃ１以上、Ａｃ３以下の温度に加熱し、その冷
却過程で、６００℃以上、Ａｃ１未満の温度に１５分以
上保持することを特徴とするＣｒＭｏ鋼の軟化熱処理方
法。