JPS6187820A - 高温用オ−ステナイト系ステンレス鋼管用素材の製造方法 - Google Patents

高温用オ−ステナイト系ステンレス鋼管用素材の製造方法

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JPS6187820A
JPS6187820A JP20902584A JP20902584A JPS6187820A JP S6187820 A JPS6187820 A JP S6187820A JP 20902584 A JP20902584 A JP 20902584A JP 20902584 A JP20902584 A JP 20902584A JP S6187820 A JPS6187820 A JP S6187820A
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荒木 敏
Tsunetoshi Takahashi
高橋 常利
Yukio Onoyama
小野山 征生
Yasuo Otoguro
乙黒 靖男
Keiichi Omura
圭一 大村
Mikio Yamanaka
幹雄 山中
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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、微細結晶組織を有して高温における耐食性に
優れかつ高温クリープ強度の高いオーステナイト系ステ
ンレス鋼管用素材の製造方法に関するものである。
〔従来の技術〕
5US321H及び5US347H等のいわゆる安定化
型オーステナイトステンレス鋼は、一般に優れた高温特
性を有するため、火力発電用?イラチー−プ等の腐食環
境で長時間使用する高温強度部材として多用されている
。これらの鋼の必要性能は、加工性、溶接性等もさるこ
とながら、特に高温クリープ強さ及び高温での耐食性の
2点に集約される。
ところが、一般に、この両特性を向上させる手段は相反
する場合が多い。
例えば、耐水蒸気酸化性は結晶粒径が小さいほど向上す
るが、結晶粒径を小さくするとクリープ強度は低下する
。?イラチューブでは内面の耐水蒸気酸化性が不充分で
内面スケールが剥離しやすいと、管が閉塞されその部分
が高温となるため、実質的な強度低下が生ずるのに加え
、外面の高温腐食による肉減りも助長されて、管の噴破
等のトラブルが発生しやすくなる。耐水蒸気酸化性は、
ASTM結晶粒度番号7以上の細粒であれば問題ないが
、この程度の結晶粒径のものは高温強度が設計基準に達
しないことがある。
またCrの添加は高温での耐食性向上に有効ではあるが
、組織安定性を劣化させσ相などのクリープ強度に対し
て有害な相形成を助長する。
さらに、こうした合金元素の調整あるいは特殊成分の添
加は、コストアップに加え、加工性、溶接性等信の性質
に及ぼす影響を検討する必要があり、使用実績が重視さ
れる〆イラチー−グ材にとっては有利な解決法とは言い
難い。
そこで従来の成分範囲でこの問題の解決を計る必要があ
り、その1つの手法としてプイラチェーグでは内表面に
シヲットピーニングなどによって冷間加工を加え表層部
のみを細粒にする手法が例えば特開昭58−39733
号公報により提案されている。しかし、この手法も、ボ
イラ組立時の溶接施工後に行う焼鈍によって粒成長を引
き起し効果を消失する可能性がある。
このように、高温強度と高温での耐食性を同時に満足す
るオーステナイト系ステンレス鋼を得ることは技術的に
かなり困難な要求である。しかし、今後ボイラ等の熱機
関の稼動条件は、高効率化を自損して、高温高圧化する
傾向にあり、材料の使用環境はさらに厳しくなると考え
られる。
微細粒結晶組織でなおかつ高温強度の優れたステンレス
鋼ボイラ管の製造方法としては、たとえば特開昭58−
87224号公報記載の方法が提案されている。この方
法はC:0.06〜0.09%、Si :0.30〜0
.90%、Mn : 0.5〜2. OS、Ni:9.
00〜13.00%、Cr : 17.00〜20.0
0%、Nb:8XCチ+0.03%〜1.0%を含有し
、必要に応じてN:0.040〜o、oso%を含むオ
ーステナイトステンレス鋼ビレットを1loo〜130
0℃で熱押後、10チ以上の冷間加工を行ない、しかる
のちに1120〜1250℃で加熱−急冷してボイラ管
を製造するものである。
しかしこの方法は冷却速度が何ら規定されていないため
、場合によっては析出物が粗大化し、結晶粒成長を抑制
する効果が不十分な可能性もある。
さらに、最終溶体化温度が前工程の温度よりも高くなる
場合には、析出物の再固溶が起り、結晶粒は著しく成長
しやすくなる。
さらに、特開昭58−167726号公報記載の方法も
提案されている。この方法は、Ti:0.15〜0.5
wt%、 Nb : 0.3〜1.5 Wtチの1種又
は28tを含んだオーステナイト系ステンレス鋼の冷間
加工工種において、最終軟化温度を1100〜1350
℃に設定して加熱し冷却した後、20チ以上の冷間加工
を加え、さらにこれについで1070〜1300℃でか
つ最終軟化温度より30℃以上低い温度に加熱し空冷以
上の冷却温度で冷却する最終熱処理を施すことによりど
イラー管を製造するものである。この方法では、最低3
回の冷間加工が必要であるため、工程は複雑となり非常
にコストの高い製造方法となる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
オーステナイト系ステンレス鋼の耐水蒸気酸化性は、結
晶粒径が小さい程向上するため、細粒鋼を得るためには
、最終溶体化温度が再結晶温度以上で低い程良い。一方
、高温クリープ強度を向上するためには、Nb、TI等
の■塑炭化物形成元素を出来るだけ多く素地に固溶した
方が良いため、最終溶体化温度は高い程良い。
このように、耐水蒸気酸化性を満足させるための手段と
高温クリープ強度を満足させるための手段とは相反する
本発明は、高温溶体化処理により、高温り11−プ強度
を十分確保し、尚且つ、細粒鋼で耐水蒸気酸化性をも具
備しうる高温用オーステナイト系ステンレス鋼管用素材
の製造方法を提供しようとするものである。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、重量%にてCを0.04〜0.10チ含有し
、NbとTiの1種または2種を(Nb+Ti )でC
含有量の2倍以上1.0チ以下含むオーステナイト系ス
テンレス鋼の鋳片を加熱して炭化物を固溶させ、その後
、500℃までの平均冷却速度を0.3’C/see、
  以上とする冷却を行って炭化物を析出させないか、
または析出しても微細な炭化物となし、ついで1100
℃以上で、熱間押出加工し、炭化物が析出しないかまた
は析出しても微細な炭化物となる条件で冷却することを
特徴とするオーステナイト系ステンレス鋼管用素材の製
造方法を要旨とするう 本発明にいうオーステナイト系ステンレス鋼トは、前述
のごとくいわゆる安定化型のオーステナイトステンレス
鋼を指し、5US321H,5US347H等のJIS
に規定された成分範囲に準じたものであればいずれも本
発明の対象となシうる。
対象とするオーステナイト系ステンレス鋼の鋳片は、前
記固溶化熱処理を行った後は、分塊圧延などの加工を行
わずに加熱して熱間押出加工を行うので、連続褐造など
により製造した比較的小断面の鋳片である。
熱間押出加工後の冷却は、500℃までの平均冷却速度
を0.2℃/Flee、  以上として行うことが好ま
しい。
熱間押出加工され冷却された本発明による素材は、公知
の手段により脱スケール処理を行い、冷間加工を行い、
固溶化熱処理を行って製品とする。
冷間加工は、最終製品サイズまで中間熱処理なしに行う
こともでき、また中間熱処理を行うこともできる。冷間
加工後の最終の固溶化熱処理は1200℃以上で行い、
炭化物が析出しない急速冷却を行うのが望ましい。
〔作 用〕
まず本発明においてCならびにNb及びT1につbて成
分範囲を限定したのは製造工程中ならびに最終成品でN
bC及びTICの少くとも1種を析出しうるものとする
ためであシ、Nb、Ttの複合添加の場合は原子比でN
b/’ri=1が望ましい。
この場合Cは高温強度を確保するためになくてはならな
い元素であシ少くとも0.04%以上必要であるが、一
方添加量が多いとCr炭化物を形成することによりcr
を消費して耐食性を低下させるので上限を0.10チと
した。
Nb及びTIは高温強化元素であり、高温強度確保のた
めには少くとも2XC%以上添加する必要があるが多量
の添加は溶接性、加工性を劣化させるおそれがある上コ
ストをも上昇させるため上限1.0係とした。
鋳片の加熱は、鋳造時に生成した網目状の巨大炭窒化物
を素地に固溶させるものであり、この処理により、高温
強度に関与するNb、TI、C量を増加させ製品のクリ
ープ強度を向上させる。
本発明においては、部片の前記加熱後、NbjTiの炭
化物が析出しないかまたは析出しても微細な炭化物とな
る条件として、可能な限り速い冷却速度で冷却すること
が望ましいが、強制冷却で可能な範囲を考鼾して、50
0′Cまでの平均冷却速度を0.3℃/see、  以
上とした。冷却速度を規定した温度範囲の下限値を50
0℃としたのは、製造工程においては、これ未満の温度
では事実上炭化物の析出は起こらないと考えられるため
である。このようにして得られた材料は、Nb * T
 ir Cの過飽和度が大きく、Nb、Tiの炭化物が
析出していなりかまたは析出していても微細な炭化物と
なって込るので、引き続き行う、熱間押出加工の温度は
、熱間押出が可能な1100℃以上であればよく、とく
に高温(たとえば1230℃以上)にして炭化物を再固
溶させる必要はない。熱間押出加工後の冷却は、炭化物
が析出しな込かまたは析出しても微細な炭化物となる条
件で行うが、このときの好ましい条件は、材料が前記鋳
片の場合よりも小断面となるため、500℃までの平均
冷却速度を0.2℃/Ill!l(4,以上とした。こ
のようにして得られた熱間押出加工後の鋼管素材を冷間
加工し、しかるのち固溶化熱処理を施すと、熱間押出加
工後の冷却時にNb、TIの炭化物が殆んど析出しなか
った場合は、冷間加工後の固溶化熱処理の昇温時にNb
、Tiの微細な炭化物が均一に析出するので再結晶が遅
延し、高温の固溶化熱処理を行っても微mな再結晶粒か
得らJする。
また、熱間押出加工後の冷却時にNb、Tiの微細な炭
化物が析出した場合は、冷間加工後の固溶化熱処理の際
、この微細な炭化物の作用によって同様に微細な再結晶
粒が得られる。
冷間加工後の固溶化熱処理において、冷、、H3加工を
中間熱処理なしに1回の工程で行う場合、あるbは中間
熱処理をはさんで複数回の工程で行う場合のいずれにつ
いても、最終の固溶化熱処理の温度が高い程Nb、Ti
、Cの固溶量が増加し、その後炭化物が析出しない急速
冷却を行うことによって高温クリープ強度の高い製品が
得られる。
本発明によって得られた素材の場合には前述のように、
冷間加工後の固溶化熱処理の昇温の際に析出するか、あ
るいは該熱処理前に存在する均一に分散した微細な炭化
物の作用によって、再結晶が遅延するため、Nb、TI
、Cの固溶量を増加させるような高温で最終の固溶化熱
処理を行っても、従来法のような結晶粒の粗大化が起ら
ず、微細な再結晶粒が得られる。したがって、本発明に
よって得られた素材によれば高温クリープ強度が高く、
かつ結晶粒が微細で耐水蒸気酸化性もすぐれたオーステ
ナイト系ステンレス鋼管が得られる。
〔実施例〕
供試材は第1表に示す化学成分のS、T、Uの3回種で
いずれも本発明の対象鋼である。S、TはそれぞれJI
S規格内の成分を有する5US347H。
5US321H,U ViNbとTi複合添加儒である
。これらの3回種について、第1図に示す製造工程によ
り、外径50wφ、肉厚8mの鋼管を製造した。
第1図の(a)は従来例、(b) 、 (c)が本発明
例である。
連続鋳造した鋳片を1300℃に加熱し、網目状の巨大
炭窒化物を固溶させたのち、(a)は炉冷(500℃ま
での平均冷却速度0.08℃/see、 ) L、(b
) 、 (e)は空冷(500℃までの平均冷却速度0
.6℃/sec、、  ) した。ついで、加熱し、図
示各温度で熱間押出加工し、空冷(500℃までの平均
冷却速度2℃/5eC0)シ、脱スケールし、30チ冷
間引抜を行い、1200℃で固溶化熱処理し水冷(50
0℃までの平均冷却速度100℃/see、 )した。
但しくc)は冷間引抜工程を中間熱処理を入れて2回行
った。
最終固溶化熱処理後の各供試材S1〜86゜T1〜T4
.U2〜U3から切出し、製作した試験片を用い、65
0℃および750℃にてクリーブ破断試験を行い、その
結果の平均値より外挿して求めた105hrり17  
f破断強度を、結晶粒度ととも第2表に示す。第2表中
SoおよびToは、ASMEの許容応力値から換算した
Tp347T(およびTp321Htmにおける基準値
である。
本発明により得られた素材より製造した鋼管は、いずれ
も結晶粒度No、が7以上の微細粒組織を有し、耐水蒸
気酸化性が良好である。従来法により製造したSlおよ
びT1は、クリーブ強度けASMEの基準値を満足する
が、冷間引抜後の固溶化熱処理時に結晶粒が粗大化し、
耐水蒸気酸化性が不良である。本発明により得られた素
材より製造した鋼管はいずれも結晶粒KN0.7以上の
細粒にもかかわらず、S ’)”4 (5US347H
) テtti、従来法ニよル結晶粒Ii No、 4.
7と同等またはそれ以上、T鋼(5us32ut )は
従来法による結晶粒1iN0.3.5と同等プたはそれ
以上のクリープ破断強度を示し、ASMEの許容引張応
力値から換算した1o5hr、破断強さをもはるかに凌
いでいる。更に本発明を適用したtr 鋼から製造した
鋼管も結晶粒度NO,7,2〜7.3の微細結晶粒組織
であるにもかかわらず、従来法による結晶粒度NO,4
,7の5US347Hと同等以上のクリープ破断強度を
有し、ASMEの許容引張応力の換算値を上回っている
・ なお、第1図(b)(c)について、熱間押出後水冷し
た場合、および鋳片熱処理時に水冷した場合も、前記空
冷の場合とほぼ同様の結果が得られた。
〔発明の効果〕
本発明によって得られた素材によれば冷間引抜加工後、
従来法と同じ最終固溶化熱処理で、MC炭化物を十分母
地に固溶化し、かつ微細粒組織を得ることが可能となる
ため、クリープ破断強度は、従来法と同等もしくはそれ
以上であシ、かつ、耐水蒸気酸化性の良好なオーステナ
イト系ステンレス鋼管を製造しうるものであるから、産
業上稗益するところが極めて犬である。
【図面の簡単な説明】
第1図は実施例を示すものであ!2 、(、)は従来例
、(b) 、 (c)は本発明例である。 第1図 口広

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)重量%にてCを0.04〜0.10%含有し、N
    bとTiの1種または2種を(Nb+Ti)でC含有量
    の2倍以上1.0%以下含むオーステナイト系ステンレ
    ス鋼の鋳片を加熱して炭化物を固溶させ、500℃まで
    の平均冷却速度を0.3℃/sec.以上として冷却し
    、1100℃以上で、熱間押出加工し、炭化物が析出し
    ないかまたは析出しても微細な炭化物となる条件で冷却
    することを特徴とする高温用オーステナイト系ステンレ
    ス鋼管用素材の製造方法。
  2. (2)熱間押出加工後の冷却を、500℃までの平均冷
    却速度を0.2℃/sec.以上として行うことを特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載の高温用オーステナイ
    ト系ステンレス鋼管用素材の製造方法。
JP20902584A 1984-10-06 1984-10-06 高温用オ−ステナイト系ステンレス鋼管用素材の製造方法 Granted JPS6187820A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104357760A (zh) * 2014-12-06 2015-02-18 常熟市东鑫钢管有限公司 一种高压锅炉用耐热不锈钢无缝钢管

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS622007A (ja) * 1985-02-18 1987-01-08 Kitagawa Tekkosho:Kk チヤツク用回転流体圧シリンダ

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