JPS6157892B2

JPS6157892B2 -

Info

Publication number: JPS6157892B2
Application number: JP18636781A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Fukushima; Satoki Yamamoto
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1981-11-20
Filing date: 1981-11-20
Publication date: 1986-12-09
Also published as: JPS5887224A

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は、オーステナイトステレンス鋼ボイ
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、SUS304H，SUS321H，SUS316H等のオース
テナイトステレン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
るようになつてきた。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。オーステナイトステレンス鋼ボイラ管の耐水蒸
気酸化性を向上させる手段として、管の内表面に
例えばシヨツ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、オーステナイトステレンス鋼に冷
間加工層を生成させると、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く一つの対策
である。しかしボイラ管には、製造者側で溶接組
立を行なつた後に、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ステレンス鋼
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
などに規定されている強度を満たし得ないことが
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つたオーステ
ナイトステレンス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り、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ステレンス鋼
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、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、結晶粒が微細に整つており、ボイラ組立時の
再熱処理によつてもこの整細粒が失われないボイ
ラ管であつて、しかも、細粒であるにも拘らず、
十分な高温強度をもつ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〜
0.09％，Si：0.30〜0.90％，Mn：0.5〜2.0％，
Ni：9.0〜13.0％，Cr：17.0〜20.0％，Nb〔８×
Ｃ（％）＋0.03〕〜1.0％を含有するか、或いは更
にＮ：0.040〜0.080％をも含み、残部がFeおよび
不純物からなるステンレス鋼ビレツトを、1150〜
1300℃の温度範囲で熱間押出しして素管となした
後、該素管を10〜90％の加工率で冷間加工し、し
かる後、1120〜1250℃であつてしかも前記押出し
温度以下の温度域への加熱保持およびこれに続く
急冷工程からなる熱処理を施すことを特徴とす
る、オーステナイトステレン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
トステレン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、しかし一方では強度確保のため必
要な元素であり少なくとも0.06％は含有させる必
要がある。 Siは、脱酸剤として使用するフエロシリコンか
ら混入するが、加工性より上限は0.9％とし、下
限：0.3％は脱酸効果および強度確保のため最低
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％と
した。 Niは、オーステナイト生成元素であり、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は高価な金属であり、上限を13％とし
た。 Crは、耐食性向上元素であり、17％未満では
その効果が小さく、又20％をこえ増量するとフエ
ライト量が多くなり、熱間加工性が悪くなるとと
もにシグマ相の析出を助長させる。 Nbは高温強度強化元素であるが、その含有量
を〔８×Ｃ（％）＋0.03〕〜1.0％と限定したの
は、Nb含有量が〔８×Ｃ（％）＋0.03〕％よりも
少ないと所望の高温強度を確保することが困難と
なり、また1.0％を越えてNbを含有させると溶接
性の悪化を招くためである。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粒粗大化防止が
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添加により、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。この場合、Ｎ含有量が0.040％未満ではＮによ
る上記効果が顕著でなく、一方0.08％を越えてＮ
を含有させることは非金属介在物を多くつくり鋼
質の悪化につながる。なお、窒素は特に添加しなくとも本発明の製造
方法により製造したオーステナイトステレンス鋼
ボイラ管の結晶粒は微細化される窒素を添加する
ことにより微細化はより顕著になるので本発明の
製造方法にとつて重要な元素である。成分を限定した理由は上記の通りであるが上記
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。通常の方法により管の素材となる上記成分のビ
レツトを製造し、1150〜1300℃の温度範囲で、例
えばユジーヌ・セジユルネ法等により素管をつく
る。なお、押出し温度が1150℃未満であるとNbの
炭化物或いは炭窒化物を十分に固溶させることが
できず、次工程の冷間加工後に行われる熱処理
（溶体化処理）時でのNbの炭化物或いは炭窒化物
の微細析出が十分でない。一方、このときの押出
し温度が1300℃を越えると、押出し後の素管の表
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が核となつて粒の粗大化を防止し、細粒鋼
が得られる。なお、上記の理由により押出温度は
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り、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％以上とすることにより、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つて極めて大切
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。したが
つて、加工率の上限に特に限定はないが、加工技
術の点から、経済性をも考慮して、その上限値を
90％と定めた。なお、冷間加工の加工率は、望ま
しくは30％以上とするのがよい。また、ここで云う加工率とは、加工前の管断面
積をA₀とし、加工後の管断面積をA₁とした場
合、Ａ_０−Ａ_１／Ａ_０×100（％）で表わす値である。この冷間加工後の鋼管の熱処理、すなわち最終
溶体化処理として、1120〜1250℃の間で加熱−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７より細粒にするの
が好ましい。なお、上記熱処理温度（最終溶体化処理温度）
が1120℃未満ではクリープ破断強度が不足し、一
方、該温度が前記押出し温度を越えると、押出し
時のNb炭窒化物の溶解度よりも溶体化処理時の
それが大きくなり、細粒化に有効な微細析出が起
らなくなる。また、上記溶体化処理温度が1250℃
を越えると炭窒化物の固溶量が増えて結晶粒の粗
大化を招き細粒にならなくなる。第１図は、第１表に示す成分を有し、かつ直
径：180mmの寸法を有するオーステナイトステレ
ンス鋼ビレツトを、1200℃で熱間押出しして外
径：58mm×肉厚：９mmの素管とし、ついで53％の
加工率で冷間引抜き加工を施して外径：42mm×肉
厚：5.7mmの鋼管とし、この鋼管に1080〜1300℃
の範囲内の各種の温度に加熱して５分間保持した
後、水冷（急冷）の熱処理を施した場合の熱処理
温度と粒度および700℃×10⁵時間のクリープ破断
強度（クリープラプチヤ強度）との関係を示した
ものである。

【表】第１図における曲線Ａは、熱処理温度と粒度の
関係を示し、曲線Ｂは燃処理温度とクリープ破断
強度との関係を示すものである。また、直線Ｃは
火力発電技術基準より求めたSUS347Hの700℃×
10⁵時間のクリープ破断強度の要求値を示してお
り、上記成分のオーステナイトステレンス鋼管で
は、この要求値：4.1Kg／mm²以上を満足し、耐水
蒸気酸化性に有効な粒度No.７以上の細粒を得るに
必要な熱処理温度の最適範囲は1150℃〜1175℃と
なることが分かる。ここで示した曲線Ａ，Ｂは成
分、製造法には少しずつ変わるので、本発明の対
象とする成分のオーステナイトステレンス鋼は成
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オーステナイトス
テレンス鋼Ａ，Ｂを用い、直径180mmのビレツト
を通常の方法により製造し、第３表に示す製造条
件によりオーステナイトステレンス鋼管を製造し
た。なおおよびの方法については、鋼Ａについ
てのみ実施した。得られた鋼管の粒度と、700
℃、10⁵時間におけるクリープ破断強度は第４表
に示す通りであつた。

【表】上記の製造方法により得られた鋼管のうち高温
強度が確保されている−Ａ，−Ｂ，−Ａ，

【表】

【表】 −Ｂ，−Ａ，および−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，温度：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。図より明らかな如く本発明法に
よる製造方法により得られた鋼管は優れた耐水蒸
気酸化性を示している。これらの本発明法中のＮ
添加鋼である−Ｂおよび−Ｂが特に優れてい
ることがわかる。以上詳述した如く本発明の製造方法により製造
したボイラ管は整細粒を有すると共に高温クリー
プ強度も十分備えた優れたものであり、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鋼管に施し
た熱処理温度（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鋼管の結晶粒度と
腐食減量との関係を示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】１Ｃ：0.06〜0.09％、 Si：0.30〜0.90％、 Mn：0.5〜2.0％、 Ni：9.00〜13.00％、 Cr：17.0〜20.0％、 Nb：〔８×Ｃ（％）＋0.03〕〜1.0％を含有するか、或いは更にＮ：0.040〜0.08％をも含み、残部がFeおよび不純物からなるステ
ンレス鋼ビレツトを、1150〜1300℃の温度範囲で
熱間押出しして素管となした後、該素管を10〜90
％の加工率で冷間加工し、しかる後、1120〜1250
℃であつてしかも前記押出し温度以下の温度域へ
の加熱保持およびこれに続く急冷工程からなる熱
処理を施すことを特徴とする、オーステナイトス
テレンス鋼ボイラ管の製造方法。