JPWO2013001956A1 - オーステナイト系ステンレス鋼管 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】質量%で、Crを14〜28%、Niを6〜30%含有するオーステナイト系ステンレス鋼管であって、該鋼管の内表面側に、Co管球を用いたXRD測定により求めた平均転位密度が3.0×1014/m2以上である金属組織を有するオーステナイト系ステンレス鋼管。該鋼管の結晶粒径は、50μm以下であることが好ましい。本発明鋼管は、発電プラントに用いられる鋼管として好適である。
【選択図】 なし
Description
特許文献1には、オーステナイトステンレス鋼を溶体化処理したのち、ショット加工、グラインダー加工および研磨加工等の冷間加工を管表面に加え、ついで所定の再溶体化処理を施す表面細粒ステンレス鋼管の製造方法に関する発明が開示されている。特許文献2には、オーステナイト系ステンレス鋼管に加工率20%以上の冷間加工を行い、ついで2.9℃/s以下の昇温速度で固溶化熱処理を行う加工熱処理方法に関する発明が開示されている。
特許文献5には、鋼管内表面側に結晶粒度番号がNo.7以上の細粒組織を有し、その細粒層部のC+Nが0.15%以上であるオーステナイトステンレス鋼管に関する発明が開示されている。
特許文献6には、オーステナイトステンレス鋼管の最終熱処理後、内表面に粒子吹き付けによるピーニング加工を施す発明が開示されている。特許文献7には、オーステナイトステンレス鋼管に所定の条件でピーニング加工をして、10μm以上の加工層を形成する発明が開示されている。特許文献8には、既設ボイラから取り出した管体に対し、熱処理後に内面脱スケールを目的とした化学洗浄を施し、しかる後管体内面に対し、冷間加工層形成を目的としたショットブラスト加工を施す発明が開示されている。
特許文献9には、希土類元素を含有するオーステナイトステンレス鋼管を溶体化処理し、その鋼管内表面に粒子吹き付けピーニング加工層を有する耐水蒸気酸化性に優れたボイラ用鋼管に関する発明が開示されている。特許文献10には、Crを9〜28質量%含有し、冷間加工後の内表面の最大高さを15μm以上とし、さらに管の内表面層と肉厚中央部のビッカース硬度差が100以上である鋼管に関する発明が開示されている。
特許文献11には、質量%で5〜30%のCrを含有するフェライト系耐熱鋼管またはオーステナイト系耐熱鋼管の内表面に超音波衝撃処理を施す発明が開示されている。特許文献12には、16〜20重量%のCr量を含有し内面が冷間加工されたオーステナイト系ステンレス鋼管であって、鋼管内表面近傍位置でのCr濃度が14重量%以上であり、鋼管内面100μm位置の硬さが母材の平均硬度の1.5倍以上またはHv300以上の硬度を有するボイラ用オーステナイト系ステンレス鋼管に関する発明が開示されている。特許文献13には、質量%でCrを8〜28%含有する鋼管の硬度の高い加工層を有することを特徴とする耐水蒸気酸化性に優れた鋼管に関する発明が開示されている。
特許文献14には、Cr含有量を9.5〜15%とした鋼を焼ならしおよび焼戻して結晶粒および組織を均一化した後、表面に粒子を吹き付けてショット加工層を形成するフェライト系耐熱鋼の加工方法に関する発明が開示されている。
Williams-Hallの式およびModified Warren-Averbachの式より転位密度を算出した。その際、コントラスト因子に必要な異方性弾性定数は、既知であるFe−18%Cr−14%Ni鋼の値(C11=1.98、C12=1.25、およびC44=1.22を用い、平均コントラスト因子(Ch00=0.345)を算出した。その時のバーガースベクトルは格子定数より、0.249nmとした。
第1グループ:Mo:5%以下、W:10%以下、Cu:5%以下およびTa:5%以下
第2グループ:N:0.3%以下
第3グループ:V:1.0%以下、Nb:1.5%以下およびTi:0.5%以下
第4グループ:Ca:0.02%以下、Mg:0.02%以下、Al:0.3%以下、Zr:0.5%以下、B:0.02%以下およびREM:0.1%以下
Cは、強度およびクリープ強度を確保するのに有効な元素である。しかし、その含有量が0.2%を超えると、固溶化処理状態で未固溶の炭化物が残存して、高温強度の向上に寄与しなくなる場合がある。また、靭性等の機械的性質に悪影響を及ぼすおそれがある。従って、Cの含有量は0.2%以下とするのが好ましい。なお、熱間加工性および靭性の劣化の観点からは、0.12%以下とするのがより好ましい。上記の効果を得るためには、0.01%以上含有させるのが好ましい。
Siは、脱酸剤として用いられる元素であり、しかも耐水蒸気酸化性を向上させるのに有効な元素である。しかし、含有量が多くなると溶接性または熱間加工性が劣化するため、その含有量は2.0%以下とするのが好ましい。より好ましい含有量は0.8%以下である。上記の効果は、0.1%以上含有させると顕著となる。
Mnは、Siと同様に脱酸剤として有効である。また、Mnは、不純物として含有されるSに起因する熱間加工性の劣化を抑止する作用がある。脱酸効果および熱間加工性改善をするために、Mnは0.1%以上含有させるのが好ましい。しかし、過度の含有は脆化を招くため、含有量の上限は3.0%とするのが好ましい。より好ましい上限は2.0%である。
Crは、高温強度に寄与するとともに、鋼管内表面にCrの酸化物を主体とするスケールを生成させて、耐酸化性および耐食性を向上させるのに有効な元素である。その効果を得るためには、14%以上含有される必要がある。しかし、Crを過剰に含有させると、靭性および熱間加工性が劣化するおそれがあるため、その含有量の上限は28%とする。Cr含有量の好ましい下限は15%、好ましい上限は26%である。また、耐酸性を向上させる場合にはCr含有量の下限を16%とするのがより好ましい。
Niは、オーステナイト組織を安定化させ、かつクリープ強度の向上に必要な元素である。このため、6%以上含有される必要がある。しかし、多量に含有させても効果が飽和してコストの増大を招くだけなので上限は30%とする。好ましい下限は7%である。好ましい上限は25%であり、より好ましい上限は21%である。
Mo:5%以下
W:10%以下
Cu:5%以下
Ta:5%以下
Mo、W、CuおよびTaは、鋼の高温強度を高めるので含有させても良い。ただし、多量に含有させると溶接性および加工性を損なうため、これらの元素を含有させる場合はその上限をMo、CuおよびTaでは5%、Wでは10%とする。上記の効果は、少なくともいずれか1種を0.1%以上含有させた場合に顕著となる。
N:0.3%以下
Nは、鋼の固溶強化に寄与し、また他の元素と結合して析出強化作用により鋼を強化する効果がある。ただし、その含有量が過剰な場合、延性および溶接性が劣化する場合があるため、Nを含有させる場合には、その含有量を0.3%以下とする。上記の効果を得たい場合には0.005%以上含有させるのが良い。
V:1.0%以下
Nb:1.5%以下
Ti:0.5%以下
V、NbおよびTiは、いずれも炭素および窒素と結合して炭窒化物を形成し、析出強化に寄与する元素であるので、必要に応じて含有させることができる。ただし、これらの含有量が過剰な場合、鋼の加工性が損なわれるおそれがあるので、Vは1.0%以下、Nbは1.5%以下、Tiは0.5%以下とするのが好ましい。上記の効果を得たい場合は、これらの元素から選択される1種以上を0.01%以上含有させるのが好ましい。
Ca:0.02%以下
Mg:0.02%以下
Al:0.3%以下
Zr:0.5%以下
B:0.02%以下
REM:0.1%以下
Ca、Mg、Al、Zr、BおよびREM(La、Ce、Y、Pr、Nd等)は、いずれも強度、加工性および耐水蒸気酸化性を向上させる効果があるので、必要に応じて含有させることができる。ただし、これらの含有量が過剰な場合、加工性または溶接性が損なわれるおそれがあるので、Caは0.02%以下、Mgは0.02%以下、Alは0.3%以下、Zrは0.5%以下、Bは0.02%以下、REMは0.1%以下であって、かつこれらの元素の合計含有量が0.8%以下とするのが好ましい。上記の効果を得たい場合には、これらの元素から選択される1種以上を0.0001%以上含有させるのが好ましい。
各供試材から小片の試験片を切り出し、各試料の鋼管断面に該当する面の鋼管肉厚中央部を光学顕微鏡で4視野観察し、鋼管自身(母材)の結晶粒径を測定した。表2にその平均値を示す。
各供試材から小片の試験片を切り出し、各試料の内表面側からCo管球を用いたXRD測定を行った。得られた回折強度を基に、平均転位密度を求めた。表2にその値を示す。
各供試材から2mm厚×10mm幅×25mm長さの短冊状試験片を、管内表面が試験片表面の一部になるように切り出した。この試験片を冶具に吊り下げた形で保持し、横型管状加熱炉に挿入し、650℃および750℃で1000時間、溶存酸素量100ppbの水蒸気雰囲気中で酸化試験を行った。炉冷後に取り出した試験片を樹脂に埋め込み、断面を切断して鏡面研磨を施した後、鋼管内表面に生成した酸化スケール断面を試験片幅10mmのうち両端1mmを除いた8mm全長にわたり光学顕微鏡で観察した。スケール厚さが10μmを超える箇所を異常酸化と定義し、異常酸化発生の長さの総計を求め、測定長さ8mmで除した値を異常酸化被覆率(%)で求めた。表2にその値を示す。異常酸化被覆率が15%以下を合格とした。
Claims (3)
- 質量%で、Crを14〜28%、Niを6〜30%含有するオーステナイト系ステンレス鋼管であって、該鋼管の内表面側に、Co管球を用いたXRD測定により求めた平均転位密度が3.0×1014/m2以上である金属組織を有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。
- 前記鋼管の結晶粒径が50μm以下であることを特徴とする請求項1に記載のオーステナイト系ステンレス鋼管。
- 前記鋼管が、発電プラント用部材として用いられることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のオーステナイト系ステンレス鋼管。
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