JPH027369B2

JPH027369B2 -

Info

Publication number: JPH027369B2
Application number: JP20902684A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Araki; Tsunetoshi Takahashi; Yukio Onoyama; Yasuo Otoguro; Keiichi Oomura; Mikio Yamanaka
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1984-10-06
Filing date: 1984-10-06
Publication date: 1990-02-16
Also published as: JPS6187821A

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素材の製造方法に関す
るものである。〔従来の技術〕 SUS321H及びSUS347H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、火力発電用ボイラチユーブ
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。ボイラチユ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、コストアツプに加え、加工性、溶
接性等他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ボイラチユーブ材にと
つ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つの手法としてボイラチユー
ブでは内表面にシヨツトピーニングなどによつて
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つ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
化を目指して、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。微細結晶粒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：0.5〜2.0％、Ni：9.00〜13.00％、
Cr：17.00〜20.00％、Nb：８×Ｃ％＋0.03％〜
1.0％を含有し、必要に応じてＮ：0.040〜0.080％
を含むオーステナイトステンレス鋼ビレツトを
1100〜1300℃で熱押後、10％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、場合によつ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：0.15〜0.5wt
％、Nb：0.3〜1.5wt％の１種又は２種を含んだ
オーステナイト系ステンレス鋼の冷間加工工程に
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％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
冷却速度で冷却する最終熱処理を施すことにより
ボ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MC型炭化物形成元
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、高温クリー
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％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％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
℃／sec.未満として冷却し、1230℃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
素材の製造方法を要旨とする。本発明にいうオーステナイト系ステンレス鋼と
は、前述のごとくいわゆる安定化型のオーステナ
イト系ステンレス鋼を指し、SUS321H、
SUS347H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りうる。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つた後は、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、連続鋳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℃／sec.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、固溶化熱処理を行つて製品とす
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Tiにつ
い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NbC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り、Nb、Tiの複合添加
の場合は原子比でNb／Ti＝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り少くとも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％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２×Ｃ％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％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、鋳片の加熱後の冷却を、
500℃までの平均冷却速度が0.3℃／sec.未満の条
件で行うため、比較的大きい炭化物が析出するの
で、引き続き行う熱間押出加工を1230℃以上で行
うことによつて炭化物を再固溶させ、熱間押出加
工後の冷却は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行なう。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℃／sec.以上とする。このようにして得られた
熱間押出加工後の材料を冷間加工し、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つた場合
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つても微細な
再結晶粒が得られる。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
炭化物の作用によつ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、冷間加工
を中間熱処理なしに１回の工程で行う場合、ある
い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つ
て高温クリープ強度の高い製品が得られる。本発明によつ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つて再結晶
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つて
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。したがつて、本発明に
よつ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鋼種でいずれも本発明の対象鋼である。Ｓ、Ｔ
はそれぞれJIS規格内の成分を有するSUS347H、
SUS321H、ＵはNbとTi複合添加鋼である。こ
れらの３鋼種について、第１図に示す製造工程に
より、外径50mmφ、肉厚８mm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、炉冷（500℃
までの平均冷却速度0.08℃／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℃／sec.）し、脱ス
ケールし、30％冷間引抜を行い、1200℃で固溶化
熱処理し水冷（500℃までの平均冷却速度100℃／
sec.）した。但しｃは冷間引抜工程を、中間熱処
理を入れて２回行つた。最終固溶化熱処理後の各供試材S11〜S15、
T11〜T13、U12〜U13から切出し、製作した試
験片を用い、650℃および750℃にてクリープ破断
試験を行い、その結果の平均値より外挿して求め
た10⁵hrクリープ破断強度を、結晶粒度とともに
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Tp347Hおよび
Tp321H鋼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S11およびびT11は、クリープ強度は
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度No.７以上の細粒
にもかかわらず、Ｓ鋼（SUS347H）では、従来
法による結晶粒度No.4.7と同等またはそれ以上Ｔ
鋼（SUS321H）は従来法による結晶粒度No.3.5と
同等ま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10⁵hr破断
強さをもはるかに凌いている。更に本発明を適用
したＵ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SUS347H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
の換算値を上回つている。なお、本発明法の第１図ｂ，ｃについて、熱間
押出後水冷した場合、前記空冷の場合とほぼ同様
の結果が得られた。

【表】

〔発明の効果〕

本発明によつ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り、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大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例を示すものであり、ａは従来
例、ｂ，ｃは本発明例である。

Claims

【特許請求の範囲】１重量％にてＣを0.04〜0.10％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％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.未満として冷
却し、1230℃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素材の製造方法。