JPS6137335B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高温水蒸気に対し耐酸化性の優れた鉄
系合金管の製造方法の創案に係り、耐高温水蒸気
酸化性の適切に高められた鉄系合金管の好ましい
製造方法を提供し、更には適宜にその高温長時間
強度をも高められた該製造方法を確立しようとす
るものである。

オーステナイトステンレス鋼管のような鉄系合
金管をボイラ用配管のように高温水蒸気に曝され
る条件下に使用された場合において著しいスケー
ル発生が認められることは一般に知られている通
りである。然してこのような高温水蒸気条件下で
のスケール発生を防止することに関し従来からそ
れなりの検討が重ねられており、本出願人におい
ても特願昭48−49659号（特開昭48−49659号）や
特願昭53−46657号のような提案をなした。即ち
550〜700℃のような高温水蒸気条件下においては
同じ温度の大気中における場合に比較して著しい
スケール発生が認められ、これを防止する方法と
しては冷間加工が有効であるが、この冷間加工に
よつて応力腐食割れの発生やクリープ破断強度の
低下を伴う不利があり、これを回避するために前
記した第１の先願では製造工程中の最終熱処理後
又はそれに相当した熱間加工後にシヨツト加工の
ような冷間加工することが提案され、又第２の先
願では冷間加工後において特定の制限された昇温
速度による固溶化熱処理を行うことが提案されて
いる。ところでシヨツト加工などの冷間加工は該
冷間加工層を再結晶させる高温熱履歴を与えた場
合においてもその後の耐水蒸気酸化性にそれなり
に有効であるが、再結晶処理を行う温度が高くな
るに従い冷間加工による効果は減少する傾向が認
められ必ずしも安定した製品を得ることができな
い。

本発明は上記したような実情に鑑み更に検討を
重ねて創案されたものであつて、冷間加工前の結
晶粒度を制限することにより上記したような不利
のない製品を得ることに成功した。即ち本発明に
おいてはCr：15〜26％、Ni：８〜35％、Siが１
％以下、Mnが２％以下を含有するオーステナイ
ト系鉄合金管の少くとも内面側において30〜500
μの厚み範囲に亘り（場合によつては管の肉厚全
体でもよい）結晶粒度No.7を超える細粒化層の
形成されたものに対して冷間加工を行い、更に
950〜1200℃の高温で再結晶化処理することによ
り冷間歪を有せず、しかも前記したような耐水蒸
気酸化性の優れた鋼管を得るものである。

蓋しこの本発明の技術的関係について更に説明
すると、本発明では上記したようにCrが15〜26
％含有した鋼を用い、このCrが15％以下となる
と耐食性が劣り、又26％を超えるものは強度に害
を及ぼす。又Niは８％以上が耐食性を適切に得
る上において必要であるが、35％を超えるような
ことは不経済であると共に加工性を充分に得るこ
とができない。然してSi１％、Mn２％は脱
酸又は脱酸脱硫に必要な量であり、ＰやＳは低い
方が好ましいとしても極端に低くすることは製造
時における経済性において好ましくないこととな
り、一般的にＰ0.040％、Ｓ0.030％で充分で
ある。然して本発明においては上記したような基
本成分のものに対してTiを0.6％以下又はNbを1.0
％以下を含有させることができる。これらの元素
は本発明における再結晶化処理においてその結晶
粒の成長を妨げる作用を有しており、前記したよ
うな限度内での添加によつて優れた耐水蒸気酸化
性を得ることができる。但し特にTiに関しては
耐高温クリープ特性をも充分に得しめるような場
合においては、それなりの考慮を必要とする。な
おMo、Alの如きを添加させてもよく、それらの
上限はMoについては３％、Alについては0.6％で
ある。なお本発明によるものが既述したようなボ
イラ配管の如きに用いられる場合においては高温
水蒸気酸化性のみならずクリープ強度も考慮せら
れるべきは当然であり、従つて再結晶化処理に当
つてはそれによつて肉厚の大部分に亘つて形成さ
れる結晶粒度の如何の如きも充分に考慮して実施
されるべきであつて、特にTiを添加した場合に
おいてはこの点に留意すべきである。

然して本発明者は上記した本発明成分範囲内
で、第１図に夫々の測定点に関して附記し且つ何
れもＣ0.15％、Si１％、Mn２％、Ｐ
0.040％、Ｓ0.030％の種々の結晶粒度を有した
鋼管について、40％の冷間加工を行つた後、その
管内に大気を封入し、1100〜1150℃で加熱処理
（昇温速度は1100℃のものが4.5℃/sec、1150℃の
ものが4.2℃/secであり、保持時間は何れも15分
間）したものに対して600℃、1000時間の水蒸気
酸化試験をなし、このスケール発生量を測定した
結果を要約して示したが、その何れの場合におい
ても冷間加工前の結晶粒度No.が７を超えている
場合には生成スケール量が減少し、特にTi、Nb
を含んでいる合金を1150℃で加熱処理したものの
場合において著しい低減が認められる。

又第２図には上記したような粒度No.7以上の
１例として冷間加工前において粒度No.8の細粒
化層を有する第１図に関して示したところと同じ
鋼管に関して、その細粒化層深さと同じ水蒸気酸
化試験を行つた場合におけるスケール厚さとの関
係を示すが、細粒化層20μ程度まではスケール厚
さが殆んど減少しないが30μ以上となることによ
り半減ないしそれ以上に低減するものであり、30
μ以上とすることが耐水蒸気酸化性を高める上に
おいて頗る有効であることが理解される。なおこ
の細粒化層が500μを超えてもそれに伴う酸化ス
ケール厚低減効果の増大は殆どなく、又経済的で
ないと共にクリープ破断強度に対して悪影響を生
ずるおそれがあるので、500μを上限とする。

更に第３図には上記したような管材について冷
間加工度と熱処理後の生成スケール厚さとの関係
を示すが、冷間加工度が大となることによつて酸
化スケール量が次第に減少するとしても冷間加工
度15％程度まではその度合いが少いのに対し20％
となることにより大副に低減することは図示され
ている通りであつて、下限は20％である。なおこ
の冷間加工度は管内面近くのみに対するものでも
よいから前記したシヨツトピーニング加工などで
よく、然してこの冷間加工度とは全肉厚に対する
場合は断面減少率であつて、その上限は一般的に
60％であるが、材料の変形能が加工変形に追従で
きる場合は特に上限を求める必要がない。又上記
した内面近傍のみのシヨツトピーニング加工のよ
うな場合には同じ温度条件で測定する微小硬度測
定より換算推定するものであつて、このように推
定した加工度としては100％を超え、その上限を
求め難いが表面推定硬度値としてはHV400〜500
である。又この加工温度の上限については加工中
に再結晶を起こさない範囲であればよく、一般的
に700℃以下である。

又第４図にはアルゴンガスを流した条件下で上
記した加熱処理をなす場合における昇温速度と水
蒸気酸化性（スケール厚さ）との関係を示すが、
昇温速度を低くすることによりスケール厚さが小
となるとしても９℃/sec程度の場合はなお有効で
あつて、即ち10℃/secが９℃/secとなることによ
りスケール量が半減することは図示の通りであ
る。

第５図は上記したような場合について冷間加工
歪の消滅および酸化スケール厚さに対する温度及
び時間の影響について検討した結果を示すもの
で、この図中に附記された数字は600℃、1000時
間の水蒸気酸化試験で発生したスケール厚（μ）
を示す。然して〇を以て示された加工による辷り
線消滅を得る領域に関してはハツチングを施して
示したが、実用的に冷間加工歪の消滅する範囲は
950℃以上であり、950℃未満では高温クリープ強
度が確保されない。特にTi又はNbを含有したも
のは一般的に1100℃以上、Ti又はNbを含有しな
いものは一般的に1000℃以上であつて、保持時間
による影響は少ない。又この再結晶化処理温度の
上限については1200℃であつて、1200℃を超えて
もクリープ強度の上昇がなく、しかも肉厚内部が
粗粒となつてクリープ延性が低下する。

第６図は上記したような本発明による結晶粒度
No.8のものと結晶粒度No.5の比較材とについ
て、大気中、大気封入、N₂封入及びAr封入のよ
うな雰囲気条件を変えて、その水蒸気酸化試験し
た結果が示されるが、管内における雰囲気如何に
よる影響は僅少であり、粒度No.8の本発明によ
るものが比較材に比してスケール量が大幅に縮減
されていることが明かである。

本発明によるものの具体的実施例について説明
すると以下の如くである。

実施例 １ 18％Cr−10％Ni−03％Tiの組成を有し内面に
厚さ100μで粒度No.8の微細結晶であつて残部が
粒度No.5の結晶組織を有する素管を用い、これ
に20％の引張冷間加工してから1150℃、15分間の
大気封入による再結晶化処理した。

得られた鋼管の内層は粒度No.7.5で残部は粒度
No.5の結晶組織を有しており、このものの600
℃、1000時間の水蒸気酸化試験による酸化スケー
ル発生量は13μであつた。

実施例 ２ 実施例１におけると同じ成分組成で内面近傍
120μが粒度No.8.5であり、残部が粒度No.5の結
晶組織を有する素管を用い、その内面に40％冷間
加工相当のシヨツト加工してから1150℃で15分間
の再結晶化処理したところ、その内面は粒度
No.8.5で残部が粒度No.5の鋼管が得られた。

又そのものの600℃、1000時間の水蒸気酸化試
験による酸化スケール発生量は５μであつて、ク
リープ特性も問題のないものであつた。

実施例 ３ 18％Cr−10％Ni−0.6％Nbの成分組成で全肉厚
が粒度No.8の結晶組織を有する素管を40％の冷
間加工に相当したシヨツトブラスト加工をなして
から1150℃で15分間の再結晶化処理したものは
600℃、1000時間の水蒸気酸化試験によるスケー
ル発生量は５μであつた。

実施例 ４ 18％Cr−10％Niで全肉厚層が結晶粒度No.8の
結晶組織を有する素管を冷間加工40％相当のシヨ
ツトブラストによる加工をなし、その後に大気封
入による1100℃、15分の再結晶化処理しることに
より、上記したところと同じ600℃、1000時間の
水蒸気酸化試験での酸化スケール発生量が13μの
製品を得ることができた。

実施例 ５ 21％Cr−33％Ni−0.4％Ti−0.4％Alで内面100
μが粒度No.5であり、残部が粒度No.5.5の素管を
20％の冷間加工してからアルゴンガス雰囲気で
1150℃、15分間の再結晶化処理した。

得られた製品の600℃、1000時間の水蒸気酸化
試験結果における酸化スケール発生量は14μであ
つて上述各実施例同様にクリープ特性も好ましい
ものであつた。

実施例 ６ 実施例５におけると同じ素管に対し40％冷間加
工相当のシヨツトブラスト加工してから実施例５
と同じ条件のアルゴンガス雰囲気における再結晶
化処理したものの600℃、1000時間に亘る水蒸気
酸化試験によるスケール発生量は６μであつて該
条件での耐酸化性が著しく優れていることが確認
された。

以上説明したような本発明によるときはこの種
ボイラ等に用いられる配管の如きにおいてその耐
酸化性の適切に高められた製品を安定且つ適切に
得ることができるものであつ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
て、第１図は冷間加工前の結晶粒度と酸化スケー
ル発生量の関係を示した図表、第２図は細粒層深
さと酸化スケール厚さの関係を示した図表、第３
図は冷間加工度と酸化スケール厚さの関係を示し
た図表、第４図は昇温速度と酸化スケール厚さの
関係を示した図表、第５図は冷間加工による辷り
線の発生消滅および酸化スケール厚さに対する処
理時間と温度の関係を示した図表、第６図は酸化
スケール厚さと雰囲気との関係を示した図表であ
る。然して上記した第５図中測定点に附記された
数字は600℃、1000時間の水蒸気酸化試験による
酸化スケール発生量（μ）である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Cr：15〜26％、Ni：８〜35％、Siが１％以
   下、Mnが２％以下を含有するオーステナイト系
   鉄合金管の内面に結晶粒度No.7を超える厚さ30
   〜500μの細粒化層を形成したものに対し少なく
   とも前記細粒化層範囲において20〜60％の冷間加
   工を施し且つ950〜1200℃の再結晶化処理するこ
   とを特徴とする高温水蒸気に対する耐酸化性の優
   れた鉄系合金管の製造方法。 ２ Tiを0.6％以下又はNbを1.0％以下を含有した
   オーステナイト系鉄合金管を用いる特許請求の範
   囲第１項に記載の高温水蒸気に対する耐酸化性の
   優れた鉄系合金管の製造方法。