JPS58133352A - オーステナイトステンレス鋼管の製造法 - Google Patents

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】 本発明はオーステナイトステンレス鋼管およびその製造
法に保り、優れた耐水蒸気酸化性と高温強度とを兼備し
たオーステナイトステンレス鋼管およびその好ましい製
造法を提供しようとするものである。

Ｎｂを添加した５Ｕ８３４７ステンレス鋼管は従来から
その結晶粒度が微細な場合におい１もかなりの高温強度
を有し１いるので耐水蒸気酸化性の優れた高温用鋼管と
され１来たが、ボイラなどの熱効率向上のため鋼管の使
用漏度、圧力はそれぞれ上昇ないし増加傾向にあるので
より高強度の材料が請求され１いる。然し″′ｃｆｇｊ
記５ＵＳ３４７鋼においてはその結晶粒度をある程度粗
大化することにより相当の強度増加が期待できるが、こ
の場合におい′Ｃはその粗粒化により１耐水蒸気酸化性
が低下する。即ちこのようなステンレス鋼管におい又は
高Ｓ強度特性と耐水蒸気酸化性とを共に向上することが
できない技術的関係にある。

本発明は上記したような寮情に轟み検討を重ねて創案さ
れたものであつ１、高温強度において向上せしめられ、
しかも耐高温水蒸気酸化性におい工も改善されたＮｂ添
加ステンレス鋼管及びその製造法を得ることに成功した
。即ち本発明によるものは上記のような高Ｓ＊度の向上
を図るために組成上等ＶＣＣ。

Ｎし、Ｓ量の如きについ’Ｃ［整をなし、又斯かる組成
をもった鋼管肉厚の大部分（内面細粒層以外の部分）を
比較的粗い結晶粒度に調整し、しかも高漏水蒸気に曝さ
れる内ｌ１１１ｍにその耐水蒸気酸化性を良好に保つた
めの細粒化層を特定された範囲内に形成したものであっ
て、内面細粒ｎ添加ステンレス鋼の如きとは異った総合
的な高性能化を図ったものである。

上記したような本発明について更に説明すると、先ずク
リープ破断強度の確保につい工は、Ｎｂ　　添加オース
テナイトステンレス鋼として一般に知られ１いる８Ｕ８
３４７鋼の粗粒化されたものと同等以上とすることを本
発明の目標とするものであって、より具体的には６５０
℃で１０万時間におけるクリープ破断強度を少なくとも
９Ｋｆ／−以上とするものである。斯かる関係について
第１図には１８％　Ｃｒ　−１２−Ｎｌ　−０，０１１
Ｇ　ＳのペースにおいｔＣ量、Ｎｂ　　１１とクリープ
破断強度との関係を示すが、結晶粒度番号は１１７０℃
以上で俗体化処理してＡ４〜６に調整しており、前記ク
リープ破断強度が９に４／−以上となる範囲はハンチン
グの施された曲線の内−となる。

又第２図には結晶粒度Ａ４とＡ８のものについて同じく
クリープ破断強度に＆はすＳ量の影響を示すが、この第
２図によれば粗粒となるに従ってＢＫよる悪影響が顕著
に示されることは明らかである。

更に９３図には前記したような鋼につい又、上部横軸に
示した溶体化温度に各１０分間保持し調整した場合の結
晶粒度の影響をＩＩＴ紀破断強度について示したが、こ
れら第１−ｗＡ３図の結果から前記した９に４／−以上
のり１７−ゾ破断強度を得るためには結果粒度番号なム
６より粗粒とし、又組成的にはＣを０．０５〜０．１　
畳、Ｎｂを０．１１以上、ｓｖｏ、ｏｚ参以下とするこ
とが必要条件であることが理解され、このことが鋼管肉
厚の大部分を占めるＳ■８３４７鋼について満すべき条
件であることを知った。

一方鋼管の内表面近傍についてはｍ＊にすることが必要
で、この細粒にするためには利用り得る析出物がＮｂ　
（Ｃ、Ｎ　）であるため、これらの　Ｎｂ量　ＣＳ　Ｎ
の量も規制されてくる。

然してこれらの中で、Ｎｂ量、Ｃ１Ｋついては通常鋼の
溶解時ＫＷ４＊されて足まるものであるが、Ｎｌｉは溶
解時Ｋｆ１４整するだけでなしに、本発明では固体状閣
でガス中より拡散侵入させるものとした。即ち既述した
第３図のように高温強度上の制隈より溶体化処理後度は
１１７０℃以上にすることが必要であり、このような温
度でも鋼管内表面近傍には結晶粒の成長を抑制するに充
分な　Ｎｂ（Ｃ，Ｎ）が析出し１いなければ上記溶体化
第ｓＷｋに該内表面近傍において必要とされる細粒層が
得られない、従って必要とされる　Ｎｂ量やＣ量と共に
上記のように侵入させるＮ量を決定する必要がある。。

即ち第４図に前記した５ＵＢ３４７鋼における（　Ｃ＋
Ｎ　）量と１１７０℃での溶体化処理後に得られる粒度
の関係を示すが、本発明者等は上記したよ５な平均結晶
粒度ムが７またはそれ以上の細粒層が管内表面から５０
μ以上、好ましくは１００μ以上で、３００μ以下程度
存在すると耐高温水蒸気酸化性が改善されることを実験
的に確昭しており、粒度番号がこの４７又はそれ以上と
するためＫは上記のように必やとされる細粒層の範囲に
おいて、そのｌ　Ｃ＋Ｎ　）量が少なくとも０．１５嚢
を必要とすることを前記第４図から読みとれる。本発明
においては既述したごとく、　Ｎｂの炭窒化物によって
高温強度確保のために必要となる高ｔＳ体化処理時の層
内表面層において結晶粒の成長を防ぐことにより＃部分
を細粒に維持するものである。

従って若しこれら析出物の形成に必要なＣ１Ｎ′ＩｋＫ
鋼の溶解状態でそれらの１を調整したのでは溶体化処理
後、管の全肉厚に亘って一嫌な粒度の鋼管しか得られず
、本発明の目的を達し得ないことになる。そこで本発明
では細粒層を形成すべき管内表面の前記したような厚さ
く深さ）範口内に鋼に対して侵入しゃすいＮを上記のよ
うに固体状態におい℃侵入させるものであり、結晶粒度
を前記範囲の細粒にするために必要なＮは粒度番号が扁
７以上の細粒状態で侵入させることが基本である。

粗粒材に侵入したＮは粒内の析出物となるだけであって
、その後に加エエ８１１１１７０℃未満）とそれに伴う
再結晶工程がない限り細粒化作用はない。

ＩＩ５図にはペース成分を１８　Ｃｒ　−１２Ｎｌ　−
０，０１Ｎとし、これＫＣ，Ｎｂ　　を変化させて成る
鋼管内面に、１０５０〜１１００℃でＮ、ガス又はＡｒ
−Ｎ、混合ガス（Ｎ、：２０〜５０唾）を１０〜２０分
間流入させつつ侵窒素処理をなし、その後１１７０’Ｃ
で溶体化処理を行った際に得られた管内表面近傍の平均
結晶粒度を示したが、この図によれば優れた耐高温水蒸
気酸化性を得るための結晶粒度ムを７またはそれ以上と
するためには、Ｃが０．０４嚢以上、　Ｎｂが０．４憾
以上とする必要があることを珊解し得る。

上記したような第１図および第５図から高温強度な上記
した種度以上に保持し且つ耐高温水蒸気酸化性を適切に
得るためＫはＮｂ添加オーステナイトステンレス銅のＣ
量は０．０５〜０．１０憾でなければならす、　Ｎｂの
下限は０．４１となる。またＮｂ量が１１１１を超える
と高温強度が劣化しはじめると共に溶接性も悪化するの
で、１．１憾を上限とする。

Ｃｒ　は耐水蒸気酸化性確保のため少なくとも１５優は
必要であるが、２６ｔｌＩを超えて含有させるとオース
テナイトが不安定となるので１５〜２６１！とする。又
Ｎｉは９１１未満ではオーステナイトが不安定となり、
この　Ｎｌ　ｉｌ増大に従ってオーステナイトは安定と
なるが３５慢を頗えて含有させてもその効果が飽和し領
格釣に不興となるだけであるから９〜３ｓ鴫とする。

なお本ｌ１Ｗ１４において、３ｇ１１以下のＭｅ　、＄
参以下のＣｗ＋、３畳以下のＷ％　ｌ優り下の１．１１
１Ｊ！を下の眞、２参以下の−はその鋼管ａＳＫ本質的
な大きな影響を与えることがなく、舅・、Ｗは若干の強
化作用がある６Ｐ％デｂ２ム■　等の不義物は通常のス
テンレス鋼＠度マで許害し得るし、又ｏ、ｔｓｓｉ度の
少量のｎ１ｚｒ　を含有してもよい。

９６＠には鍋管内膏面儒に５０＃および１００μの厚さ
をもった細粒層を得るための代や的な処理条件を示した
。試験片は０．０６１１０−０．０１１１）ｉ−０，７
１１Ｎｂ−１フＩＩ　Ｃｒ　−１！　’Ｉ　ＭＳ−０，
０１１１１ｆ）Ｉｌｔｌ’ｌｌ、−晶粒１１４が８．５
のものであり、細粒層の細さは１１１１１Ｈ６１１Ｉ１
．　１１７　ｏ℃以上テｍ体４Ｆ、ＩＩＩＬｆａ（即ち
饅５ｉｎｓ分以外の程粒化第瀾）を行っＮ！ガスを使用
し、所定の侵窒素保持温度までのＩＩＩＷＬ上昇時間は
約２分であり、侵１１素ガス中のＮ１分が減少すると処
１時間はこの第６図に示すところ（より若干長くなり、
又該ガス中の酸素量が多い場合も同様に必畳時間が多少
長くなる。

なおこの第６９に示した侵窒素処理時間について附言す
ると、誼ｌ１ＩＫ示されたように処！ｌｓ度と時間の関
係はＮ、ガスおよび不純物０、の割合か、Ｏ，：Ｓ鳴以
下の場合はＮ１：２５慢以上のガスを使用した場合であ
り、０、：１参以下の場合はＮ、：５憾以上のガスにつ
いて成立する。例えばＯ，が０・ｌ暢以下のような大幅
なｌＩ素の低減およびＮＨ１分鱗ガスの混合などにより
還元性雰囲気にするととｋより、この図の結果は図示上
若干左方に移動する。この効果は長時間処理が必畳とさ
れる偲湯儒においてより着しいことは言うまでもない、
又９００Ｃ以下のような低温で侵窒素を行うと、表面近
傍のＮ濃度は高くなるが、必畳深さまでＮが拡散するの
に時間を必畳とするので低瀉滲窒素処理後に高温（１１
７０℃未満）で熱処理し拡散させることが好ましい。こ
の拡散時間は図示した高温での保持時間（例えば１１０
０″Ｃ，であれば５分）だけ行えばよい。

処Ｓ＃の結晶粒度番号は前述したように４７以上にする
必畳があり、一方予め冷間加工され℃いる場合又は１１
７０１ｃ未満の温度で加工され℃いる場合は、加工層が
侵ｉｌ素処理一度に達するまでに再結晶するため、細粒
材、粗粒材の別なく使用し得る。この場合に必豐とされ
る冷間加工度は１０１以上であり、又その深さは５０μ
以上あればよく、全肉厚でもよい、侵窒素処１１ｓ度が
１１７０ｃを超える場合は昇温速度が問題となり、一応
の目安は５００Ｃ／−であって、それ以上の速度で昇温
する場合は細粒層は浅くなり必豐な細粒層厚５０μが得
られない。又直接通電加熱などの方法により１０００℃
／−以上の急速加熱を行う場合の加熱温度はｌ　ｌ　７
０Ｃ以下に制限されることは言うまでもない。

上記したような侵窒素処理瀉度が１１７０℃を超える場
合の昇温速度制限、題意加熱の際の加熱湯度制限は処理
管の平均結晶粒度が４７またはそれ以上の細粒である場
合および加工を加える場合の何れの場合においても遵守
されねばならないところである。

前記第６図の結果は、結晶粒度番号が息７以上の侵ｉｉ
素処理と溶体化処理により１得られたものであるが、本
発明によるものはこの場合に限られるものでなく、以下
のような工’ＭＩＫよつ℃も同様に粗粒−細粒の二相組
織を有する鋼管とし１製造することができる。

ｌ）■ｌＯ鴫以上の加工（加工温度は １１７０℃以下）→■第６図に示したような侵窒累処理
→■１１７０Ｃ以上の溶体化処理（■■は昇温速度を適
当に選ぶことにより同−過程で処１できる。即ち溶体化
処ｍｓ度まで昇温する過程で侵窒素処理することができ
る） ２）前記した■→■→■ ３）上記ｌ）、２）の中の■の処理過程を侵窒素処理と
拡散処１１１１に分離したもの。

なお念のため附言すれば、３）の工程により処理する場
合において、拡散処理後に１１００℃以下で加工する退
場が入るときＫは拡散処理はその温度に限定を設ける必
畳ないが、拡散処理過程後にこのような加工通糧が入ら
ぬ場合は拡散処理も結晶粒が粗大化しない温度域（即ち
１１７０′Ｃ未満）で行わねばならない。又上記のよう
な基本ＡＩエタノン外に１上記ｌ）〜３）の組合わせも
可能である。

例えば、　１）　においてその■と■の関に再び■過程
を装入してもよい。

上記したような本発明の製造法を畳約すると、以下が基
本的である。

■　最終熱処ＩＩ（溶体住処１ｍｌは１１７０’ｃ以上
であること。

■　上記溶体化処理の温度に材料が曝される以前の段階
で（溶体処理湯度に鋼管が昇温する途中であってもよい
し、全く別の工程であってもよいが）少なくとも鋼管内
表面から５０〜３００μの厚さ範囲の結晶粒度番号がＡ
７又はそれ以上の細粒状Ｉｔ（又は該細粒状態を呈する
とき）でその細粒状態を溶体住処！１温度においても保
持するのに充分なＮ（即ちＣ＋Ｎ≧０．１５慢）が前記
厚さ範囲に侵入していること。

然して前記最終熱処理以前に冷間加工、熱処理、酸洗な
との諸工穆を自由に挿入してよく、又轟然のことながら
最終熱処理後の再度の熱処理も溶体住処ｌＩｓ度を着し
く超えない限り、耐高温水蒸気酸化性および高ｓｇ１度
については問題がない。

なお侵窒素処理は管内にガスを封入することＫよっても
行い得られ、ガスの条件は単位面積当り常温常圧換算・
で０−１　ｅｅ／−以上のＮ、ガス（分解するガスは分
解したものとして計算し、ＮＨ，であれば０．２　ｃｃ
／　ａｌ　ｌ、ｌｅｅ　　以下の０．ガス（０２分で計
算）を含むガスが一応の目安となる。

本発明によるものの具体的な製造例およびその比職例と
それらの製造方法について、それらの組成および性能な
畳約して示すと、次豪の通りである。なお次表のものＫ
おい′ＣＢは倒れも帆０２鳴以下であり、文例れも酸洗
材である。

以上説明したような本発明によるときはＮｂ　　を添加
したステンレス鋼管におい１その高ｓｇ１度をより向上
せしめると共にその耐高温水蒸気酸化性を適切に高く繍
持せしめることができるものであって工業的にその効果
の大きい発明である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の技術的内容を示すものであつ１、第１図
は１８憾Ｃｒ−１２憾Ｎｉ−０，０１□参Ｎ　−０，０
１参Ｓ鋼の６５０Ｃ％　ｌＯ万待時間クリープ破断強度
に及ぼすＣ，Ｎｂ　　の１１７０℃以上の溶体化処理で
の影響を示した図表、第２図は上記の鋼についてのクリ
ープ破断強度に及ばすＳの影響について示した図表、第
３図は上記鋼のクリープ破断強度に対する粒度の影響の
関係を示した図表、第４図はＣ十Ｎ量と１１７０℃結晶
粒度の関係を示した図表、′８５図は上記鋼においてｉ
　ｏｓｏｃ％　１０分の侵窒素処ｊｌｉｉ、１１７０℃
で静体化処理を行った後の鋼管内表面面近傍の平均結晶
粒度を示した図表、第６図は５０μ以上の細粒層深さを
得るために必要とされる熱処理時間と温度との関係を示
した図表である。 特許出願人　日本鋼管株式会社 発　　　明　　　者　　　加　根　魯　　　和　　　宏
同　　　　　　　　　　　　　白　　　石　　　　　　
　　隆同　　　　　　　　　　　　　峯　　　岸　　　
　　　　　肋間　　　　　　　　　　　　　南　　　　
　　　　雄　　　弁開　　　　　　　　　　　　小　　
　寺　　　俊　　　英奪　４　＠ ｆ ＊＠

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、Ｃ：０．０５〜０．１Ｏ鳴、＆≦１．０憾、−≦２
   ．０　’１、　Ｃｒ：１５〜２６１Ｇ、　Ｎ１：ｌＯ〜
   ３５嘔、８≦０．０２憾、Ｎ≦０．０５嘩、Ｐ≦０．０
   ４　ｎ、Ｎｂ　：　０．４〜１．１憾を基本組成とし、
   必４１に応じて勧゛≦３．０鴫、Ｗ≦３．０１１、Ｃｕ
   ＜３．０１１、■≦３．０　憾、Ｍ＜、０．５　　憾、
   　ｎ（、０，１５１Ｇ、　　Ｚｒ　’−０，１５憾の１
   種又は２種以上を含有し、残部が鉄および不可避不純物
   からなるオーステナイトステンレス鋼による鋼管の平均
   結晶粒度番号が４６またはそれ以下の粗粒組織とその内
   面側における厚さが５０〜３００μで平均結晶粒度番号
   がＡ７またはそれ以上の細粒層とを有し、峡細粒層部の
   Ｃ十Ｎが０．１５％以上であることを特徴とするオース
   テナイトステンレス鋼管。 二ＬＣ二　　〇、１５〜０．１　０　１し　、　　１ご
   ミニｄ、　≦　１．０１４　、　−唾り１≦２．０憾、
   　　Ｃｒ：１５〜２６％、　　Ｎ１　：ｌ　Ｏ〜３５１
   ！、　Ｓ≦０．０２嘔、　Ｎ≦０．０５憾、　ｐ≦ｏ、
   ｏ　４　Ｉｓ、　　　Ｎｂ　　：　　０．４〜１．１　
   　ｌｉｔ基本成分とし、必１ｌＩＶＣ応じて　Ｍｏ　’
   −３，０憾、Ｗ≦３．０嗟、　Ｃｍ≦３．０嗟、■≦３
   ．０鴫、Ｍ＜０．５１、ＴＬ　’−０，１５％、　Ｚｒ
   ≦０．１５−のｌａ＆又は２種以上を含有し、残部が鉄
   および不可避不純物からなるオーステナイトステンレス
   鋼による鋼管をｌ　ｌ　７００以上で粗粒組織を形成す
   るように＃体化処理するに当って少なくとも該鋼管の内
   面側５０〜３００μの厚さ範日内における平均結晶粒度
   番号がＡ７またはそれ以上の細粒状態で前記厚さ範曲内
   のＣ＋Ｎがυ、１５憾以上となる５如くＮを侵入させる
   ことＫより前記溶体化処理時におい又も平均結晶粒度番
   号がＡ７またはそれ以上の細粒状態を維持させることを
   製徴とするオーステナイトステンレス鋼管の製造法。 １　平均結晶粒度番号がム７またはそれ以上の細粒オー
   ステナイト鋼管にその結晶粒度を変化させるような加工
   を加えることなく、その平均結晶粒度番号が４７または
   それ以上の細粒状態を呈する条件下で前記鋼管の内面側
   ５０〜３００μの範囲内におけるＣ十Ｎが帆１５嘔以上
   となる如く侵ｉ１素処理を行うことを特徴とする特許請
   求の範囲第２ｇＩＫｆｅ載のオーステナイトステンレス
   鋼管の製造法。 ４、少なくとも内面側５０〜３００ｐの犀さ範囲内に対
   し１１７０Ｃ以下のＩ１度条件で１０畳以上の加工を行
   う工程と、侵ｉｉｓ処寝工程とを有し、前記厚さ範囲の
   平均結晶粒度が／Ｉ＆７またはそれ以上の細粒状態のも
   とでＣ十Ｎを帆１５憾以上とする特許請求の範囲第２項
   に記載のオーステナイトステンレス鋼管の製造法。