JPS5887224A - オ−ステナイトステンレス鋼ボイラ管の製造方法 - Google Patents

オ−ステナイトステンレス鋼ボイラ管の製造方法

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JPS5887224A
JPS5887224A JP18636781A JP18636781A JPS5887224A JP S5887224 A JPS5887224 A JP S5887224A JP 18636781 A JP18636781 A JP 18636781A JP 18636781 A JP18636781 A JP 18636781A JP S5887224 A JPS5887224 A JP S5887224A
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一夫 福島
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里己 山本
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Sumitomo Metal Industries 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
    • C21D8/10Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of tubular bodies
    • C21D8/105Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of tubular bodies of ferrous alloys

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  • Heat Treatment Of Steel (AREA)

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】 この発明は、オーステナイトステンレス鋼ボイラ管、特
に高温水蒸気に対する耐酸化にすぐれ、しかも十分な高
温強度を有するボイラ管の製造方法に関するものである
従来、発電用ボイラ等の過熱器管、再熱器管には、5U
S304H,5US321H,5US316H等のオー
ステナイトステンレス鋼が使用されている。これらのボ
イラ管に要求される特性は、高温での強度、特にクリー
プ強度や加工性、溶接性等多岐にわたるが、近年におけ
る使用条件の苛酷化に伴い、その耐食性について一段と
きびしい要求が課せられるようになってきた。耐水蒸気
酸化性もその一つである。
過熱水蒸気によるボイラ管内部の酸化は単に管の寿命を
短縮するというだけでなく、管表面から剥離した酸化ス
ケールが管の閉塞、噴破等の思わぬ事故に結びつくおそ
れがある。
オーステナイトボイラ管の耐水蒸気酸化性を向、トさせ
る手段として、管の内表面に、′例えばショットピーニ
ングの−ような冷間加工を加えて、表面に冷間加工層を
残す方法が提案されている。これは、オーステナイト鋼
に冷間々ロエ層を生成させると、その耐水蒸気酸化性が
向上するという古くからの知見に基〈一つの対策である
。しかしボイラ管には、製造者側で溶接組立を行なった
後に、通常パネル焼鈍と称する再熱処理が施され、この
間の結晶粒成長のため前記冷間加工による耐水蒸気酸化
性の効果が失われるおそれがある。更にオーステナイト
鋼は、その結晶粒が小さくなる程クリープ強度が低下す
るという性質があるから、仮に管製造時の微細結晶が維
持されれば、例えば火力発電技術基準などに〜規定され
てlnる強度を満たしJ41ないことがある。即ち、ボ
イラ管において、耐水蒸気酸化性に優れ、しかも必要な
高温強度を持ったオーステナイト鋼ボイラ管を得るとい
うことは、相反する要求を同時に満たすことであシ、技
術的に甚だ困難なものである。
本発明者は、素材オーステナイト鋼の組成とボイラ管製
造工程の両面から詳細な検討を行ない1、上記相反する
要求をともに満たすボイラ管を得ることに成功した。要
約すると、本発明は、結晶粒が微細に整っておシ、ガイ
2組立時の再熱処理によってもとの整細粒が失われない
ボイラ管であって、しかも、細粒であるにも拘らず、十
分な高温強度をもったボイラ管を製造する方法を提供す
るものである。
この発明の要旨とするところは、C:0.06〜0.0
9%、31:  o、30〜0.9 0 %、Mn:0
.5〜2.0%、 Ni :  9.0〜13.0%、
  Cr−1’7.0〜20.0チ、Nb:8XCチ+
0.03%〜1.0俤、を含有し、必要に応じて更にN
:0.040%〜o、oso%を含み、残部がFeおよ
び不純物からなるステンレス鋼ビレットを1100〜1
300℃の温度範囲で熱間押出して素管となし、肢管を
1120〜1300℃の温度域で加熱処理を施すかまた
は施さないで、10チ以上の加工率で冷間抽伸または冷
間圧延し、しかる後、1120〜1250℃での加熱−
急冷の熱処理を施すことを特徴とするオーステナイトス
テンレス鋼ボイラ管の製造方法である。
この発明の製造方法の対象とするオーステナイトステン
レス鋼の成分を限定した理由は次の通りである。
Cは、クロム炭化物をつくり耐食性を劣化させるので耐
酸化性向上のためには低い方がよく上限を0.09%と
し、しかし三方では強度確保のため必要な元素であシ少
なくともo、oet4は含有させる必要がある。
Slは、脱酸剤として使用するフェロシリコンから混入
するが、加工性よシ上限は0.9%とし、下限二〇、3
%は脱酸効果および強度確保のための最低量である。
Mnは、オーステナイト相を安定化させるとともに強度
を得るに必要で、その量を0.5〜2.0チとした。
Niは、オーステナイト生成元素であシ、耐食性を高め
る元素で、そのためには9%以上必要であり、多いほど
組織も安定し、耐食性もよくなるが、Niは高価な金属
であシ、上限を13%とした。
Crは、耐食性向上元素であシ、17%未満ではその効
果が小さく、又20チをこえ増量するとフェライト量が
多くなシ、熱間加工性が悪くなる。とともにシーグマ相
の析出を助長させる。
Nbは、高温強度強化元素であり、BXC%十0、00
3%〜1.0チに限定したのは、溶接性より上限は1.
0チとし、下限8×C%+0.003チは、高温強度確
保のために必要で6.る。
Nは、オーステナイト生成元素であるとともに、本発明
の工程を前提とするとき、NbC、NbNの微細析出に
よる結晶粒の微細化に寄与する。冷間加工後の溶体化処
理及び前記再加熱処理(パネル焼鈍)での結晶粒の微細
化及び岐粗大化防止が容易となる上、強度・硬度を上昇
せしめる効果もある。
更にN添加によシ、オーステナイト相が、安定化される
のでシグマ相の析出を抑えるため長時間使用後の靭性も
向上する。
なお、窒素は特に添加しなくとも本発明の製造方法によ
!ll製造したステンレス鋼管の結晶粒は微細化される
が窒素を添加することによシ微細化はよシ顕著になるの
で本発明の製造方法にとって重要な元素である。
成分を限定−した理由は上記の通シであるが上記元素以
外に、付随的に混入する不純物中のSは0、030%以
下、Pは0.030%以下に抑えるのが望ましい。
次に本発明の製造方法について説明する。
通常の方法によp管の素材となる上記成分のビレットを
製造し、1100〜1300℃の温度範囲で、例えばユ
ジーヌ・セジュルネ法等にょシ素。
管をつくる。
押出温度が1100℃未満では、変形抵抗が高くなシ押
出しに不利となシ、一方1300℃を越えると押出後の
素管の表面肌が悪化するためよくない。
本発明法では、上記の如く、比較的高温で押出すのは高
温でのソーキング効果を活かすことにより、NbCの偏
析をなくし、微細に組織中に均一分散させるためで、後
工程の冷間加工後の1120〜1250℃の温度域での
溶体化処理時に微細に分散したNbCが核となって粒の
粗大化を防止し、細粒鋼が得られる。なお、上記の理由
によシ押出温度は高温側の1180〜1250℃の範囲
が最適である。
このようにして得られた素管を次に冷間抽伸または冷間
圧延等の冷間加工によシ、目標とする寸法のステンレス
鋼管に仕上げるのであるが、との冷間加工の前に必要に
よj51120〜1300℃の温度域に加熱処理を施す
。加熱時間は30秒以上程度が望ましい。加熱後の冷却
は水冷または空冷を行なう。この熱処理はNbCの偏析
をなくし、よシ完全に組織中に微細に均一に分散させる
ための処理である。
上記した如く高温域で熱間押出をするために、N b、
Cは一応分散され偏析はなくなってはいるが、よシ完全
な分散を図るときにはこ〜p熱処理を施すのがよい。
次いで、この管を10%以上の加工率で冷間加工し、目
標寸法の管とする。ここで加工率を10−以上と限定し
たのは、加工歪を均一に与え−るためで、10チ以上と
することによシ、後の溶体化熱処理で再結晶核を多数均
一に生成することができ、整細粒とすることができる。
このように冷間加工率は結晶細粒化にとって極めて大切
で10%未満では整細粒の確保が困難で、水蒸気酸化、
高温腐食に対する耐食性が悪くなる。なおこの加工度の
与え方として、望ましくは冷間加工1パスで30%以上
の加工を与えるのがよい。
との冷間加工後、成品の最終溶体化処理として、112
0〜1250℃の間での加熱−急冷処理を施す。加熱時
間は30秒以上程度が望ましい。加熱後の冷却は水冷ま
たは空冷を行なう。この処理は上記の如く冷間加工後再
結晶した整細粒を得るための処理で粒度番号ツよシ細粒
にするのが好ましい。
第1図は、第1表に示す成分のステンレス鋼について、
本発明法に準じて管を製造し、成品の熱処理温度を10
80℃〜1300℃まで種々変えて処理を施したときの
粒度と700℃、10万時間クリープ破断強度との関係
を示す図である。同第  1  表    (重 量 
%)中曲線Aは、成品熱処理温度と粒度の関係を示し、
曲線Bは成品熱処理温度とクリープ破断強度との関係を
示す。点線で示すC線−は、700℃における火力発電
技術基準よシ求めたクリープ破断強度を示す線であシ、
上記成分のステンレス鋼では、この基準を満足し、粒度
A7以上の細粒を得るに必要な成品熱処理温度の最適範
囲は1150℃〜1175℃となることが分る。ここで
示した曲線A・、°Bは成分、製造法によシ少しずつ変
わるので、本発明の対象とする成分のステンレス鋼は成
分、製造法により1120〜1250℃の範囲で最適温
度も変わるので予め最適条件を求めておけばよい。
本発明の実施例について以下に示す。第2表に示す成分
の本発明の対象とするステンレス鋼A。
Bを用い、直径180間のビレットを通常の方法によシ
製造し、第3表に示す製造条件によシ外径42iiX肉
厚5.7朋のステンレス鋼管を製造した。
なお■、■の方法については、鋼Aについてのみ実施し
た。得られた鋼管の粒度と、700℃。
第  2  よ  (重量%) 第3表 105時間におけるクリープ破断強度は第4表に示す通
シであった。
上記の製造方法によシ得られた管のうち高温強度が確保
されているI−A、I−B、II−A、II−B、IV
−Aについて、次の条件で水蒸気酸化試験を実施した。
(試験条件) 水蒸気中:1000時間 第   4   表 温度二650℃ 1000時間経過後の腐食減量を測定した。その結果を
第2図に示す。図よシ明らかな如く本発明法による製造
方法によシ得られた管は優れた耐水蒸気酸化性を示して
馳る。これらの本発明法中のN添加鋼で素管熱処理を施
したI−Bが特に優れていることがわかる。
B鋼の■の方法で製造した管について、成品熱処理後の
ミクロ組織(X100)を第3図に示す。
第3図の写真より明らかな如く本発明の製造方法によ−
シ製造された管の結晶粒は整細粒がえられてい−る。ま
た、この結晶粒は組立後焼鈍相当の熱処理を加えても同
様の整細粒を保持する。
以上詳述した如く本発明の製造方法によシ製造したボイ
ラ管は整細粒を有すると共に高温りIJ−プ強度も十分
備えた優れたものであシ、製造方法は特別な設備も必要
とせず工業的価値は極めて大である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明方法に準じ製造した成品に施した最終溶
体化処理温度と粒度、クリープ破断強度との関係を示す
図、第2図は本発明法及び比較法により製造した成品の
結晶粒度と腐食減量との関係を示す図、第3図は本発明
法によシ製造した成品の顕微鏡による組織写真(X10
0)を示す図である。 出願人  住友金属工業株式会社 代理人  富  1) 和  夫 羨1図 舒綬IT温濃ζ°Cン 華2図 問晶n膚N。 11開F3H58−87224(5)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 p)  c : o、o e〜0.09%、 Si: 
    0.30〜0.90%、 Mn: 0.5〜2.0%、
     Ni: 9.00〜13.00%。 Cr: 17.0〜20.0%、Nb: 8XC%−1
    −0.03%〜ユ、O%、を含有し、必要に応じて更に
    N : 0.040〜0.08%を含み、残部がFeお
    よび不純物からなるステンレス鋼ビレットを、1100
    〜1300℃の温度範囲で熱間押出して素管となし、肢
    管を10%以上の加工率で冷間加工し、しかる後112
    0法。 (2)  C: 0.06〜0.09チ、Si:0.3
    0〜0.90%、  Mn:  0.5〜2.0%、 
     Ni:  9.0 0〜1 3.00 %。 、コr:  1  ’i’、o 〜2 0.0%、Nb
    :  8XC%+0.0 3%〜10チ、を含有し、必
    要に応じて更にN : 0.040〜0.08%を含み
    、残部がFeおよび不純物からなるステンレス鋼ビレッ
    トを、1100〜1300℃の温度範囲で熱間押出して
    素管となし、肢管を1120〜1300℃の温度域で加
    熱処理を施した後、10%以上の加工率で冷間加工し、
    しかる?& 1120〜1250℃での加熱−急冷の熱
    処理を施すことを特徴とするオーステナイトステンレス
    鋼ボイラ管の製造方法。
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