JPS59232229A - 細粒組織層を有するステンレス鋼管の製造法 - Google Patents

細粒組織層を有するステンレス鋼管の製造法

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JPS59232229A
JPS59232229A JP10618583A JP10618583A JPS59232229A JP S59232229 A JPS59232229 A JP S59232229A JP 10618583 A JP10618583 A JP 10618583A JP 10618583 A JP10618583 A JP 10618583A JP S59232229 A JPS59232229 A JP S59232229A
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steel pipe
stainless steel
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JP10618583A
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Nobuo Otsuka
伸夫 大塚
Yoshiaki Shida
志田 善明
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication date
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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
    • C21D1/00General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/68Temporary coatings or embedding materials applied before or during heat treatment
    • C21D1/70Temporary coatings or embedding materials applied before or during heat treatment while heating or quenching
    • 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
    • C21D9/00Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/08Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for tubular bodies or pipes
    • C21D9/14Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for tubular bodies or pipes wear-resistant or pressure-resistant pipes

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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、優れた耐水蒸気酸化性を示すところの、内
面に細粒組織層を有するステンレス鋼管の製造方法に関
するものである。
近年、ボイラ等のような高温水蒸気環境下において使用
されるオーステナイト系ステンレス鋼部材に高温水蒸気
酸化の問題が指摘されるようにな夛、これまで、前記問
題に対処するための様々な方策が提案されてきた。
その代表的なものとして、次のような耐高温水蒸気酸化
対策をあげることができる。即ち、■ 溶体化処理後の
鋼管内面に浸炭処理全施し、その後再溶体化して該鋼管
内面に細粒組織層を形成する方法(特公昭49−412
57号公報)、■ 溶体化処理後の鋼管内面に冷間加工
全施し、その後900〜1160℃で30秒〜2時間の
再溶体化を行って該鋼管内面に細粒組織層を形成する方
法(特開昭52−30172号公報)、■ ガス窒化(
N2濃度:15係以上の雰囲気、或いUNH3ガス雰囲
気での窒化)、又はソルト窒化(例えば、K、 ON 
、 NaCN等の塩浴での窒化)によって鋼管内面全窒
化した後、溶体化処理を行って該鋼管内面に細粒組織層
全形成する方法(特開昭56−81658号公報、特開
昭57−29530号公報)、 等である。
しかしながら、前記■の方法によって得られた鋼管では
、結晶粒界における炭化物析出挙動が顕著なため、耐粒
界腐食性が極めて悪いという問題点が、また前記■の方
法では、再溶体化温度に上限が存在するので、祠質によ
っては(例えば、5US321Hでは)、十分な高温強
度を確保するのに必要な溶体化温度で処理すると細粒組
織層が粒成長を起して粗粒化してし筐つという問題点が
、それぞれ存在することが明らかとなったのである。
そして、前記■の方法は、母料中に窒化物を析出させ、
その結晶粒成長抑制作用によって鋼材表面の細粒化を達
成するものであるが、本発明者等の検討の結果、鋼表面
の細粒化には、鋼表面を直接N2ガスに接触させながら
少なくとも1100℃以上の高温に加熱する必要があり
、1100℃未満の温度での熱処理では、ガス窒化が進
行しないので表面のみに細粒組織層を有する鋼を得られ
ないということが判明し、また、前記■の方法にて管内
面に細粒組織層全形成した鋼の水蒸気酸化試験の結果で
は、生成されるスケールは極めて剥離しやすいという欠
点を有していることが明らかとなった。そして更に、こ
の場合の表面細粒組織層ハ耐粒界腐食性に劣るものであ
る他、その厚みや結晶粒度のバラツキが太きいという欠
点も指摘されたのである。
その上、前記■の方法には次のような不都合があったの
である。
即ち、工業生産規模での鋼管のガス窒化では。
NZガス通気設備が必要で、設備の改造や新規設備導入
の必要から、製品コストの上昇を避けることかで@ない
本発明者等は、上述のような問題点を別の方法で改善す
る方策を検討した結果、 固体アンモニウム塩とステンレス鋼とを直接的に接触さ
せ、加熱すると、比較的低温でステンレス鋼表面が容易
に窒化し、耐水蒸気酸化性等の耐食性に優れた均一微細
な表面細粒組織層が得られる            
                         
 −との知見を得、これ全応用すれば、高温の処理全必
要とすることなく、かつ従来一般の熱処理炉をそのまま
使用するだけでオーステナイト系ステンレス鋼管内面に
均一微細な細粒組織層全形成することができ、もって優
れた耐水蒸気酸化性を示すステンレス鋼管をコスト安く
製造し得ることを見出すに至ったのである。
即ち、例えば炭酸アンモニウム全加熱して行くと、70
℃近くの温度で、 (NH4)2CO3→2 NH3+H20+CO2なる
反応によって熱分解を起しアンモニアガスを発生するが
、この熱分解によって生じたアンモニアガスは反応性が
極めて強く、鋼と速かに反応してこれ全窒化せしめる。
そして、この反応は上述のように比較的低い温度でも生
ずるため、前記■の方法では高温処理ゆえに粒界に析出
物が集中する傾向があるのに対して1本発明法では窒化
により析出する窒化物の析出状況は微細・均一に分散す
ることとなり、溶体化処理で均一な微細結晶粒度を容易
にしかも安定に得ることが可能となった。
また、水蒸気酸化スケール密着性の点でも、前記■の方
法にて処理した鋼に比べて良好な点、析出物が微細・均
一に分散していて粒界に集中していないことがら耐粒界
腐食性にも問題がない点等、従来の問題点が一挙に解決
し得ることが明らかになったのである。
この発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、 オーステナイト系ステンレス鋼管内にアンモニウム塩を
入れた後、該鋼管全体’tiooo℃以」二で溶体化す
ることにより、内面に耐水蒸気酸化性。
一般大気酸化抵抗性、その他の高温腐食抵抗性に優れた
細粒組織層を有するステンレス鋼管とする点に特徴を有
するものである。
なお、この発明の方法において対象となるオーステナイ
ト系ステンレス鋼管は。
Or:14〜25係(以下、組成割合を表わす係は重量
%とする)、 Ni: 8〜35%、 Si: l %以下、Mn:2
%以下。
を含有するとともに、必要に応じて更に、Ti:1係以
下、 Mo : 3係以下、Nb:2係以下。
M:0,6%以下、Cu:4.0%以下。
のうちの1種以」二を含み、 Fe及び不可避不純物:残シ、 から成る成分組成のものが好ましいが、各成分量を上記
のように定めることが推奨される理由を以下に述べる。
■ 0r Cr含有量を14%以上とするのは、ボイラチューブ用
のオーステナイト系ステンレス鋼では、 Cr量が14
%未満の場合、耐水蒸気酸化性の改善を図ることが困難
なためである。一方、Cr含有量が25%を越えると、
母材の耐水蒸気酸化性自体が極めて優れたものとなって
いるので、表面細粒化処理が不必要となるからである。
■ N工 上記Cr含有量に対して、オーステナイト組織を維持す
る目的で、Cr量に応じて8〜35係のN1含有量を加
える。
■ Si 、 Mn 、 Ti 、 Mo 、 Nb 
、 M、及びCuこれらの元素の含有量がそれぞれの制
限値を越えると高温強度の低下を来たしたり、製管性、
溶接性及び組織安定性等で好ましくない影響が生じる。
また、鋼管内に挿入・静置さ1するアンモニウム塩の量
が鋼管内表面積1−当り0.1 m9未満であると、表
面細粒組織層(ASTMのG5No、8以上の結晶粒の
層)厚みが30μm未満の製品しか得られず、細粒組織
層厚みが十分でない点で耐水蒸気酸化性に問題が残るの
で、アンモニウム塩の量は、鋼管内表面積1d当り0.
1 m9以上とすることが望せしい。
アンモニウム塩としては現在知られているもののいずれ
を使用しても良好な結果を得ることができるが、熱分解
によって処理の面倒な残置ヲ生ずることのない炭酸アン
モニウムが最も好ましいものとして推奨できる。
アンモニウム塩を鋼管内面に静置するには、所要量のア
ンモニウム塩を鋼管内に挿入した後、該鋼管の両端を断
熱材〔例えばカオウール(商品名)〕で栓をするのが良
い。そして、この状態で溶体化熱処理を加えるのである
溶体化熱処理温度、炉雰囲気、及び処理時間等について
は従来と同様で良く、何ら特別な条件を設定する必要が
ない。ただ、溶体化温度’z 1000℃以上と定めた
のは、高温強度を確保するためと。
十分な細粒層を得るためである。
そして、本発明に適用されるステンレス鋼管素材として
は、例えば冷間引抜きや冷間圧延等の素材全面に加工の
加わったもの、或いはショット加工やロールノ・ンマ加
工等のように素材表面に30μm以上の加工層を生じた
もののいずし全も採用でき、また如何なる種類の熱間加
工を施したものであっても変わらない効果を得ることが
できる。
次いで、この発明を実施例により説明する。
実施例 まず、第1表に示される如き化学成分組成を有する4種
のオーステナイト系ステンレス鋼冷間引抜き素管全準備
した。鋼管のサイズは、いずれも外径が50.8m+n
(2インチ)、肉厚が6mm、長さが500圏であった
次に、これらの鋼管内に第2表に示されるようなアンモ
ニウム塩を挿入し、鋼管の両端をカオウール(商品名)
で栓をしてから、同じく第2表に示される条件にて溶体
化熱処理を行った。このときの熱処理雰囲気はいずれも
大気である。
但し、第2表中、試験番号10で示されるものは、窒素
ガス雰囲気中で加熱して窒化するという従来法を示すも
のである。
このような処理を施した鋼管を酸洗してスケール除去し
た後、ミクロ試料にて内面細粒組織層の結晶粒度及び厚
みを測定した。該測定には光学顕微鏡全使用した。
この測定結果全第2表に併せて示した。
第2表に示される結果からも、本発明の方法によれば、
厚みが100〜150μmで、A S、 T M No
が8.5〜9.5という、極めて良好な耐水蒸気酸化性
を示す細粒組織層を有するステンレス鋼管を得ることが
できるのに対して、溶体化処理温度が950℃と低い比
較法8では、細粒組織層の粒度がASTMNo、で8と
比較的粗く、しかも層厚が20μmという薄いものしか
得ることができず、また、ガス窒化による従来法10で
は、A S T MNo。
7.5〜9.0という結晶粒度のバラツキの大きな細粒
組織層しか得らt″Lないことが明らかである。
さらに、これとは別に、炭酸アンモニウム量を152と
したほかは試験番号1と同様の条件で製造した内面細粒
化ステンレス鋼管では、鋼管Ai使用したものも、鋼管
Bi使用したものも共に。
細粒組織層の結晶粒度がA S T M No、8 、
内面細粒組織層厚みが10μmとなっており、十分に優
れた耐水蒸気酸化性を示すステンレス鋼管全製造するに
は、アンモニウム塩の旦を、鋼管内表面積1d当り0.
1 m9以上とするのが好ましいことが窺われるもので
あった。
そして、本発明方法によって得られる細粒組織層を有す
る鋼管は、上記耐水蒸気酸化性の他に、一般大気酸化性
もが改善されており、またその他の高温腐食現象υて対
1/Cも有効に作用する。従ってその用途は極めて広い
ものであるが、これは主として細かい結晶粒界全通じて
内方より供給されるOr量が、粗粒層を有するものに比
して相対的に多くなることに起因するからである。
第3表は、本発明方法によるステンレス鋼管及び従来の
ガス窒化ステンレス鋼管の内面耐食試験結果を示したも
のであり、本発明方法による鋼管としては前記本発明法
2によって得ら1%た鋼管を、従来鋼管としては前記従
来法10によって得られた鋼管を使用した。そして、粒
界腐食試験は、650℃X0.5h、r後空冷という事
前熱処理を施した鋼管を硫酸・硫酸銅溶液中に24hz
−浸漬したときの細粒層の腐食の有無(有、×、無、○
)でFF価する5trauss試験によって行い、水蒸
気酸化試験は、温度二650℃の水蒸気中に500hr
被曝後に生成した内層スケールの厚みで計測した。
また、スケール剥離の有無についても観察した。
この第3表に示される結果からも、本発明方法によって
得られるステンレス鋼管の優れた耐水蒸気酸化性、優れ
た耐粒界腐食性を確認することができる。
また、第1図及び第2図は、前記本発明法2によって得
られた鋼管のミクロ組織を示すものであ第3表 9、第1図は鋼管内面部分の断面組織写真図、第2図は
細粒層の組織写真図である。これらの図面からは、窒化
による窒化物は微細分散していて、粒界に析出物が顕著
に集中していないことがわかる。
上述のように、この発明によれば、ムラの無い均一細粒
組織層を内面に有し、優れた耐水蒸気酸化性を有するオ
ーステナイト系ステンレス鋼管ヲ。
格別な設備を要することなく簡単容易に量産することが
可能となるなど、工業上有用な効果がもたらされるので
ある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明方法によって得られるステンレス鋼管内
面部の断面ミクロ組織写真図、@2図は同ステンレス鋼
管の細粒層ミクロ組織写真図である。 出願人 住友金属工業株式会社 代理人 富 1)和 夫 ほか1名

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. オーステナイト系ステンレス鋼管内にアンモニウム塩を
    入れた後、該鋼管全体全100O℃以上で溶体化するこ
    と全特徴とする、内面に細粒組織層を有するステンレス
    鋼管の製造方法。
JP10618583A 1983-06-14 1983-06-14 細粒組織層を有するステンレス鋼管の製造法 Pending JPS59232229A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04110456A (ja) * 1990-08-30 1992-04-10 Natl Res Inst For Metals 合金とその製造方法
JP2015059248A (ja) * 2013-09-19 2015-03-30 新日鐵住金株式会社 鋼の熱処理方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04110456A (ja) * 1990-08-30 1992-04-10 Natl Res Inst For Metals 合金とその製造方法
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