JPS6325053B2

JPS6325053B2 -

Info

Publication number: JPS6325053B2
Application number: JP16372081A
Authority: JP
Inventors: Arata Komitsu; Toshiaki Ishii
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1981-10-14
Filing date: 1981-10-14
Publication date: 1988-05-24
Also published as: JPS5864356A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、高温用二相ステンレス鋼の熱処理方
法に関し、特に高温強度、耐応力腐食割れ性、溶
接性等と共に、耐衝撃性を改善するものである。重油脱硫装置用配管材料は、温度約400℃を越
え、圧力約200Kg／cm²という高温・高圧下で使用
され、しかもそのシヤツトダウンの際にはポリチ
オン酸などの腐食物質と接触する厳しい応力腐食
割れ（以下、「SCC」と称する）条件下にさらさ
れる。従つて、その配管材料は、高温強度が高
く、かつ耐SCC性にすぐれたものでなければなら
ない。むろん、構造用材料として、溶接性も良好
であることが必要である。従来、かかる用途の管材料として、JIS
SUS304（SCS13）、SUS347あるいはSUS321など
のステンレス鋼が用いられている。しかしなが
ら、これらの従来材は、いづれも上記諸特性のす
べてを満たすものではなく、例えばSCS13、
SUS304は、強度や耐SCC性が十分でなく、
SUS347は溶接性や溶接部の耐SCC性に問題があ
り、またSUS321は溶接部の耐SCC性に劣るほ
か、強度が不足するという欠点がある。高温強
度、耐SCC性、並びに溶接性のいづれにもすぐれ
た新たな材料の開発が要請される所以である。ま
た、上記高温・高圧の使用条件に一そう適合する
ためには、高温長時間の使用においても高度の靭
性が保持されることが望まれる。本発明は上記要請に応えた高温用二相ステンレ
ス鋼の材質改善のための熱処理方法を提供するも
のであり、その特徴とするところは、C0.20％
（重量％、以下同じ）以下、Si3.0％以下、Mn3.0
％以下、Cr20％を越え、30％以下、Ni6〜12％、
残部Feおよび不可避の不純物からなり、かつそ
の金属組織が面積率５〜30％のフエライトと残部
オーステナイトの２相組織を有するステンレス鋼
を、温度1130〜1250℃で加熱保持後、急冷するこ
とにある。以下、本発明ステンレス鋼の熱処理方法につい
て詳しく説明する。本発明の熱処理対象合金の化学成分限定理由は
次のとおりである。Ｃ：0.20％以下Ｃは強度向上に有効な元素であり、本発明が指
向する約400℃前後の高温用途において高い高温
強度を得るには、できるだけ含有量を多くするこ
とが好ましい。しかし、その反面、耐SCC性や一
般耐食性並びに溶接性の低下を伴ない、約0.20％
をこえると耐SCC性の低下が著しくなり、また長
時間使用後の靭性劣化が顕著となる。よつて、
0.20％を上限とする。もつとも、耐SCC性は、後
記のように鋼組織のフエライト量との関連性をも
有するのであつて、上記Ｃ量（0.20％以下）であ
れば、本発明のフエライト量の規定によつて良好
な耐SCC性を確保することができる。なお、耐
SCC性を重視すれば、Ｃ量は低い程よく、約0.08
％以下、特に約0.03％以下が望ましいが、高温用
途での実用上の強度を確保するためには、約0.05
％を下限とするのがよい。 Si：3.0％以下、Mn：3.0％以下 SiおよびMnは特に本発明合金を特徴づけるも
のではないが、合金溶製時の脱酸（Mnについて
は、脱酸のほかに脱硫）および鋳造性確保を目的
として通常、それぞれ約0.2％以上加えられる。
しかし、3.0％をこえてもそれらの効果の増加は
殆んどないばかりか、特にSiについては、長時間
使用後の靭性の低下を助長し、好ましくない。よ
つて、それぞれ3.0％を上限とする。 Cr：20％を越え、30％以下 Crは高温使用に必要な耐酸化性の確保のみな
らず、フエライトフオーマとして、後記Ni量と
の関係において、オーステナイト／フエライト組
織における所要量のフエライトを形成するのに必
要である。特に、本発明では、前記のように高温
強度を考慮してＣ量の上限を比較的高い値に設定
しているので、Ｃによる耐SCCの低下傾向を補償
するために、通常のステンレス鋼よりも高いレベ
ルのCr量が望まれる。この点より、20％を越え
る含有量とする。但し、その量が多すぎると、か
えつて靭性の低下、並びに過剰のフエライト量の
生成を招来するので、30％を上限とする。 Ni：６〜12％ Niは一般耐食性の向上、並びにフエライトフ
オーマである前記Crに対するオーステナイトフ
オーマとしてフエライト／オーステナイト組織の
形成に必要な元素である。その含有量は、耐食性
の確保、および前記Cr量とのバランスの点より、
少くとも６％を必要とする。しかし、Niは高価
な元素であり、多量の使用は不経済であるばかり
か、12％をこえると、オーステナイト量が過度に
増加し、必要なフエライト量が得られなくなるの
で、12％を上限とする。Ｐ、Ｓ、その他の不可避的に混入する不純物は
可及的に低いことが望ましいが、この種の鋼に通
常許容される範囲内であれば存在してかまわな
い。例えばＰは約0.04％以下、Ｓは約0.04％以下
であれば、特に支障はない。本発明の熱処理対象合金はオーステナイト／フ
エライトの２相組織を有し、そのフエライト量は
面積率で５〜30％であることを要する。フエライ
ト相は耐SCC性および溶接性の向上に寄与する。
高温強度を犠性にしてＣ量を低く、例えば0.05％
以下に制限すれば、特にフエライト相の助けをか
りずとも、耐SCC性や溶接性を一定のレベルに保
つことも可能であるが、本発明では前記のごと
く、高温強度確保のため、Ｃ量上限を比較的高く
設定しているので、Ｃ量に伴なう耐SCC性、溶接
性の低下を防止するために、フエライト量の下限
を５％とするのである。ただし、このように有効
なフエライトも、30％をこえると、靭性の低下が
著しくなり、特に鋭敏化処理や高温長時間使用に
おける靭性の劣化が大きくなる。よつてその上限
を30％とするのである。むろん、この２相組織に
おけるフエライト量５〜30％の制御は、上記各元
素、特にCrとNiの含有量を前記規定の範囲で適
宜バランスさせることにより行なわれる。本発明においては、これに高温度域での加熱保
持ののち急冷（水冷でよい）する熱処理が施こさ
れることを要する。その熱処理における加熱温度
は、少くとも1130℃でなければならない。これ
を、もし通常のステンレス鋼に適用される温度
1100℃±25℃程度の固溶化処理に従つたのでは、
目的を達成し得ないばかりか、かえつて高温長時
間使用後の靭性が極端に劣化するのであり、上記
のように1130℃以上の加熱保持後、急冷すること
によつて、はじめて各合金元素の機能が発揮さ
れ、上記靭性の劣化を生ずることなく、所期の材
料特性を得ることができる。これを金属組織にて
比較すると第１図〜第５図のごとくである（いづ
れも倍率：200倍、腐食：10％しゆう酸にて電解
エツチング）。第１図は、鋳放し組織（鋳造ま
ま）、第２図は加熱温度1100℃、第３図は同1130
℃、第４図は同1200℃、第５図は同1250℃であ
り、いづれも３時間の加熱保持後、水冷して得ら
れた組織である。すなわち、鋳放し組織（第１
図）ではネツトワーク状であるフエライト相が、
熱処理により分断され、加熱温度の上昇とともに
丸味を帯びた形状に変化している。その丸味の程
度は、従来の固溶化処理に相当する加熱温度（第
２図）では十分でない。本発明合金は分断された
フエライト相が第３図〜第５図に示される程度に
丸味を帯びていることを要するのであり、このた
め、加熱温度は少くとも1130℃でなければならな
い。ただし、加熱温度が1250℃をこえると、高温
度の割には効果の向上はなく、熱経済上不利であ
るばかりか、本来５〜30％の範囲にあつたフエラ
イト量が大きく変化し、本発明の目的が達成され
なくなる。よつて、1250℃を上限とする。次に、実施例を挙げて本発明について具体的に
説明する。実施例各種化学成分組成の合金を溶製し、遠心力鋳造
管（外径200mm×肉厚20mm×長さ4000mm）を鋳造
した。各供試管材の成分組成およびフエライト量
を第１表に示す。供試No.１〜４は本発明規定の化
学成分組成およびフエライト量を有するもの、供
試No.11〜16は比較材である。比較材のうち、No.11
はJIS SCS13相当材である。

【表】上記各供試管材より試験片を採取し、供試No.１
〜４および12〜16については、本発明に従い、温
度1150℃に加熱保持（保持時間3Hr）したのち水
冷する熱処理を施した。No.11（JIS SCS13相当）
に対しては、この合金に行なわれる通常の固溶化
処理（但し、1100℃×3Hr・水冷）を行なつた。各試験片について、450℃高温引張試験による
高温強度の測定、並びに耐SCC性の評価を行なつ
た。結果を第２表に示す。ただし、耐SCC性評価は粒界腐食試験にて行な
つた（耐SCC性は、ほぼ耐粒界腐食性に対応し、
その良否で評価することができる）。なお、その
粒界腐食試験は、予め試験片を650℃に２時間加
熱保持後、徐冷する鋭敏化処理に付したのち、
ASTM A262E法の規定に準拠して行なつた。表
中、「〇」はその曲げ試験で異常がなかつたこと、
「×」はクラツクが発生したことを表わす。更に、供試材No.１〜４およびNo.11（SCS13相当）
について、熱処理温度が靭性に及ぼす影響を第３
表に示す。いづれも、熱処理の加熱保持時間は
3Hrで、加熱後ろ急冷は水冷によつた。表中の数
値は、400℃に1000時間加熱保持する時効を与え
たのち、温度０℃で測定された衝撃値（Kg ｍ／
cm²）である（試片：２mmＶノツチ付き）。

【表】

【表】前記第２表に示されるように、本発明例では、
耐SCC性に何ら問題はなく、かつ高温強度にもす
ぐれている。これに対し、比較材No.11〜16は、高
温強度と耐SCC性の両者を共に満たすことができ
ない。すなわち、No.11（SCS13相当）は、高温強
度が低く、またフエライト量が少いため耐SCC性
も良くない。No.12は、Cr量、フエライト量が低
いため、高温強度、耐SCC性のいづれにも問題が
ある。No.13は、Ｃ量が比較的高いので強度は良好
であるが、耐SCC性が悪い。No.14は、Ni量は本
発明規定の上限を大きくこえないが、Cr量が多
すぎるため、フエライト量が過剰となつて、強度
は高いものの、耐SCC性が悪い。また、別途行な
つた試験によれば靭性にも劣る。No.15は、Ni量
が下限値に満たないため、フエライト量が過剰と
なり、耐SCC性が悪く、また靭性も良くない。No.
16は、Ni量が上限値をこえるにもかかわらず耐
SCC性はよい。しかし、高温強度が低く、本発明
によるものに及ばない。更に、上記第３表から明らかなように、本発明
の処理対象合金は所定の熱処理をうけることによ
り良好な靭性を具備する。すなわち、本発明合金
は、1100℃程度の温度に加熱保持する従来一般の
固溶化処理を適用したのでは、靭性の改善を期待
することはできず、本発明の規定により1130〜
1250℃の高温での熱処理を経てはじめて高度の靭
性が得られることがわかる。しかも、高温高圧下
で長時間使用されても、なお十分な靭性が保た
れ、工業材料として極めてすぐれている。なお、本発明合金は、前記のごとく溶接性をも
考慮して化学成分組成を定めたものであるから、
溶接性も問題はなく、別途行なつた溶接性試験に
おいて従来材と同等もしくはそれ以上の好結果を
確認することができた。以上のように本発明により得られる高温用ステ
ンレス鋼は、高温強度、耐SCC性、並びに溶接性
のいづれにもすぐれ、かつ高温長時間使用後にも
十分な靭性を失なわないので、重油脱硫装置用配
管材料をはじめ、高温・高圧下で用いられ、かつ
耐SCC性が要求される各種装置用材料として極め
て好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第５図は合金の金属組織を示す図面代
用写真（倍率：200）である。

Claims

【特許請求の範囲】

１ C0.20％以下、Si3.0％以下、Mn3.0％以下、
Cr20％をこえ、30％以下、Ni6〜12％、残部Feお
よび不可避の不純物からなり、５〜30％（面積
率）のフエライトとオーステナイトの２相組織を
有する二相ステンレス鋼を温度1130〜1250℃で加
熱保持後、急冷することを特徴とする高温用二相
ステンレス鋼の熱処理方法。