JPH0358834B2

JPH0358834B2 -

Info

Publication number: JPH0358834B2
Application number: JP58206079A
Authority: JP
Inventors: Esu Eaazu Hooru; Eru Deibisu Tomasu
Original assignee: Babcock and Wilcox Co
Current assignee: Babcock and Wilcox Co
Priority date: 1982-11-08
Filing date: 1983-11-04
Publication date: 1991-09-06
Also published as: US4455352A; SE8306042D0; SE8306042L; JPS59104457A; CA1235985A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、特定組成範囲の低合金鋼と特定組成
範囲のオーステナイト系ステンレス鋼を拡散結合
した高強度耐食性を具備する、500〓（260℃）ま
での低温使途用物品並びにその製造方法に関する
ものである。

特には、本発明は、拡散結合部を横切つての炭
素移行を実質上排除することにより時効硬化性低
合金鋼の機械的性質とオーステナイト系ステンレ
ス鋼の耐食性とをそのまま兼備する複合物品を提
供する。本発明は、バイメタルチユーブとして特
に有用である。

（従来技術）複合物品、殊にバイメタルチユーブが単一製品
において二種以上の材料の特定性質を併せ利用す
るために使用されてきた。このような製品におい
て、一つの望ましい性質を持つ材料が異つた性質
を持つまた別の材料に結合される。

米国特許第3566741号は、延性内側シエルと耐
衝撃性外側シエルとを冶金学的に結合したチユー
ブ状継目なし２重硬度装甲板を示している。得ら
れる利点は、弾丸、穿孔工具等に対する優れた衝
撃耐性である。

米国特許第3693242号は、複合材料の素材とし
ての炭素鋼とステンレス鋼の使用を示し、ここで
は炭素鋼の熱伝導性質がステンレス鋼の耐発銹性
質と組合される。

米国特許第3696499号は、ステンレス鋼の層を
２枚の低炭素鋼層の間に挟み、冶金学的に結合す
る構成を開示している。生成する複合チユーブは
例えばブレーキチユーブにおいて使用するに適当
である。ステンレス鋼層の介在は改善された耐食
性を提供する。

この外、考慮しうる材料の望ましい一つの組合
せ系は、オーステナイト系ステンレス鋼と低合金
鋼との使用によりバイメタルチユーブを生成する
ことである。代表的に、ステンレス鋼の薄い層は
耐食性を提供する。低合金鋼は低価格において高
い強度を与える。しかしながら、残念なことに、
このような製品の製造においては冶金学的な問題
が生じるので、いまだ実用化されていない。

（発明が解決しようとする課題）第１に、通常考慮されるこれら２種の材料の間
での炭素活量における大きな差異により、熱間加
工及び熱処理操作全体の間に、炭素は低合金鋼か
らオーステナイト系ステンレス鋼へと拡散する傾
向を生ずる。これは、両方の材料の所望される性
質における悪化をもたらす。炭素は通常低合金鋼
の硬化能を決定するに当つて非常に重要な因子で
あるから、この炭素移行現象による炭素の損失は
この材料の強度低下につながりうる。ステンレス
鋼における炭素含量の相応する増加は、冷却中結
晶粒界において炭化クロムの形成をもたらし、そ
の結果結晶粒界でのクロムの低減とそれによる耐
食性の減少を伴う。この問題は、極薄のステンレ
ス鋼層が使用されるだけの最適設計バイメタル製
品の場合に殊に顕著となる。ここでは、ステンレ
ス鋼層全体が炭素浸透を受け、製品をその目的と
する使途に不適格とする。

一つの解決法は、例えばニツケルのような適正
に選択された界面材料の使用である。こうした界
面材料は、低合金鋼とステンレス鋼との間に位置
づけられる時、炭素拡散に対する障壁を呈するこ
とによりこの問題を軽減する。しかし、この方法
はバイメタル製品の価格と複雑さを著しく増しそ
して溶接のようなバイメタル製品を使用しての加
工作業を一層困難ならしめる。

第２の問題は、オーステナイト系ステンレス鋼
−低合金鋼組合せ体を熱処理する際、両者が一般
に熱処理条件において両立しないという事実から
生じる。最適の耐食性を付与するためには、オー
ステナイト系ステンレス鋼は、それを少くとも
1850〓（1010℃）に加熱しそして水急冷する溶体
化焼鈍を必要とする。この処理後、粒界腐食に対
する敏感性、即ち粒界での炭化クロム形成と耐食
性損失を防止するためには、この材料を950〜
1500〓（510〜816℃）の温度範囲で長時間の加熱
下に置かないことが非常に重要である。他方、低
合金鋼は、焼入及び焼戻し処理を必要とし、ここ
では最適の機械的性質を与えるために材料は約
1650〓（899℃）に加熱され、水焼入れしそして
1100〜1200〓（593〜649℃）において一時間乃至
それ以上焼戻される。サイクルの焼戻部分は低合
金鋼に良好な破壊延性を賦与する。しかし、この
同じ熱処理がオーステナイトステンレス鋼の粒界
腐食への敏感化と耐食性の損失を惹起する傾向が
あるのである。

この敏感化現象は時間と温度の増加に伴つて苛
酷さを増すから、低い温度及び（或いは）非常に
短い焼戻し時間の選択がこの問題からのある程度
の回避を与えるはずである。しかし、短い温度と
低い温度は一般に低合金鋼に対する破壊延性の乏
しさをもたらす。炭素含量の増加は破壊発生を促
進する傾向がありそしてオーステナイト系ステン
レス鋼における敏感化現象の苛酷さを増大する傾
向があるから、低炭素「Ｌ等級」ステンレス鋼
（例えば最大0.035％炭素を含有する304L）はある
程度の救済策を与えるように思われる。しかし、
オーステナイト系ステンレス鋼の炭素含量の低減
は、低合金鋼（約0.40％の代表的炭素含量を有す
る）に対する炭素活量勾配をかえつて顕著ならし
めるだけであり、上述した炭素拡散問題を悪化す
る。

そこで、拡散結合部を横切つての炭素移行問題
及び熱処理問題から、今までは、一つの材料に対
する最適の性質を与え、同時に相手材料において
或る程度の性質劣化は容認するような適当な熱処
理が選択された。別様には、折衷的な性質が両方
の材料において実現されるよう組合せ体は熱処理
されただけであつた。

本発明の課題は、拡散結合部を横切つての炭素
移行を実質上排除しそして熱処理に伴う一方の材
料への悪影響を排除することにより時効硬化性低
合金鋼の機械的性質とオーステナイト系ステンレ
ス鋼の耐食性とをそれぞれそのまま兼備する複合
物品製造技術を開発することである。

（課題を解決するための手段）炭素活量が等しい特定組成範囲の時効硬化性低
合金鋼と特定組成範囲のオーステナイト系ステン
レス鋼とを両者の性質を損なわない態様で熱処理
することにより時効硬化性低合金鋼の機械的性質
とオーステナイト系ステンレス鋼の耐食性とを兼
備する複合物品の製造に成功した。

時効硬化性低合金鋼としては、 0.02〜0.06％炭素、 0.40〜0.65％マンガン、 0.20〜0.35％珪素、 0.70〜1.0％ニツケル、 1.0〜1.3％銅、 0.15〜0.25％モリブデン、少くとも0.60％クロム、少くとも0.03％コロンビウム（ニオブ）を含有し、残部実質上鉄から成るものが使用され
る。

オーステナイト系ステンレス鋼としては、 0.035％以下炭素、 16.0〜18.0％クロム、 10.0〜15.0％ニツケル、 2.0〜3.0％モリブデン、 2.0％以下マンガン、 1.0％以下珪素を含有し、残部実質上鉄から成るオーステナイト
系ステンレス鋼、或いは 0.035％以下炭素、 18.0〜20.0％クロム、 8.0〜13.0％ニツケル、 2.0％以下マンガン、 1.0％以下珪素を含有し、残部実質上鉄から成るオーステナイト
系ステンレス鋼が使用される。

製造方法として、 (a) 前記時効硬化性低合金鋼と前記オーステナイ
ト系ステンレス鋼を1700〜2300〓（927〜1260
℃）の温度において拡散結合する段階と、 (b) 生成組合せ体をオーステナイト化温度に少く
とも15分間加熱する段階と、 (c) 加熱した材料を水急冷或いは大気冷却する段
階と、 (d) 冷却された材料を900〜1100〓（482〜593℃）
の温度で最大１時間時効処理する段階と、 (e) 時効処理した材料を大気冷却する段階とを包含する。

こうして製造された複合物品は、拡散結合部を
横切つての炭素移行が実質上なくそして熱処理に
伴う材料への悪影響もなく、時効硬化性低合金鋼
の機械的性質とオーステナイト系ステンレス鋼の
耐食性とをそのまま兼備する。

（作用）このような材料及び処理の選択は、オーステナ
イト系ステンレス鋼を応力緩和状態にそして溶体
焼鈍ミクロ組織状態とする。低合金鋼は、
90000psi（6300Kg／cm²）及び100000psi（7000Kg／
cm²）に至る降伏強さ及び引張強さをそれぞれ発現
しそして非常に良好な破壊延性を備えている。追
加的に、両方の材料は非常に低いそしてほぼ等し
い炭素活量を持つから、高温加工及び最終熱処理
のための加熱中炭素移行問題は実質上排除され
る。従つて、得られる複合物品は、約500〓（260
℃）までの温度での苛酷な環境において、きわめ
て望ましい機械的性質並びに苛酷な環境において
粒界腐食と応力腐食割れに対する優れた耐性を発
現する。

（発明の具体的説明）本発明の好ましい具体例において、例えばイン
ターナシヨナルカンパニー社により製造される
IN−787のような時効硬化性低合金鋼が例えば
304L或いは316Lステンレス鋼のようなオーステ
ナイト系ステンレス鋼と複合される。同様の300
シリーズオーステナイトステンレス鋼もまた本発
明において使用されうる。

オーステナイト系ステンレス鋼−低合金鋼組合
せ体は最初、２つの部材間に拡散結合部を創出す
るよう、圧延或いは押出のような斯界で知られる
熱間加工作業を伴つて或いは伴わずして加熱され
る拡散結合及び（或いは）熱間加工のための好ま
しい温度範囲は1700〜2300〓（927〜1260℃）で
ある。

拡散結合後、生成材料組合せ体は２段階熱処理
を受けて最終製品に望ましい機械的及び冶金学的
性質を創出する。

第１段階即ちオーステナイト化段階は、組合せ
体を例えば1650〓（899℃）のオーステナイト化
温度にまで加熱することを含む。この温度は少く
とも15分、代表的には製品総厚さの単位インチ
（2.54cm）当り約15分〜１時間維持される。その
後、オーステナイト化材料は水急冷或いは大気冷
却される。

第２段階即ち時効処理段階は、オーステナイト
化材料を約900〜1100〓（482〜593℃）の温度に
加熱することを含む。この温度は最大１時間維持
される。

時効ずみ材料はその後大気冷却される。

時効硬化性低合金鋼は、0.02〜0.06％炭素、
0.40〜0.65％マンガン、0.20〜0.35％珪素、0.70〜
1.0％ニツケル、1.0〜1.3％銅、0.15〜0.25％モリ
ブデン、少くとも0.60％クロム及び少くとも0.03
％コロンビウム（ニオブ）、残部実質上鉄から成
る。

オーステナイト系ステンレス鋼は、0.035％以
下の炭素、16.0〜18.0％クロム、10.0〜15.0％ニ
ツケル、2.0〜3.0％モリブデン、2.0％以下のマン
ガン、1.0％以下の珪素そして残部実質上鉄から
成る。

本発明において使用されるまた別のオーステナ
イト系ステンレス鋼は、0.035％以下炭素、18.0
〜20.0％クロム、8.0〜13.0％ニツケル、2.0％以
下マンガン、1.0％以下珪素そして残部実質上の
鉄から成る。

これら材料の組成は、多くの公知の時効硬化性
低合金鋼とオーステナイト系ステンレス鋼のうち
から炭素活量が実質上等しい材料組成範囲のもの
を選定した。従つて、各材料の組成自体は公知範
囲に属する。時効硬化性低合金鋼は、比較的合金
成分が少ない範囲で降伏強さ、破壊延性等の高い
強度及び硬度を有するものであり、例えばインタ
ーナシヨナルニツケルカンパニー社により製造さ
れるIN−787が市販入手される。オーステナイト
系ステンレス鋼は耐食性及び良好な機械的性質を
具備するものであり、例えば304L或いは316Lス
テンレス鋼のようなオーステナイト系ステンレス
鋼並びに300シリーズオーステナイト系ステンレ
ス鋼として市販入手しうる。

選択される特定のプロセス手順はオーステナイ
ト系ステンレス鋼の耐食性を減ずることのないよ
う熱処理条件を選定した。

材料組合せ体がＵ字形或いは他の形態に冷間曲
げ加工することを要するチユーブとして提供され
る場合には、製品の曲げ後最終時効熱処理を達成
することが所望されよう。

本発明の代表的用途は、チユーブの内側がステ
ンレス鋼でありそして外側が時効硬化性低合金鋼
である複合チユーブである。もちろん、これらは
内外逆にしてもよいし、また内外面ステンレス鋼
としそして中間壁としての時効硬化性低合金鋼を
間に挟んだ形態とも為しうる。

（実施例）インターナシヨナルニツケルカンパニー社によ
り製造されるIN−787時効硬化性低合金鋼と304L
オーステナイト系ステンレス鋼を1000℃の温度に
おいて熱間圧延により拡散結合し、生成組合せ体
を900℃のオーステナイト化温度に30分間加熱し
て、水冷した。冷却された材料を520℃の温度で
30分時効処理した後、大気冷却した。

接合界面組織を顕微鏡観察した結果、炭素移行
は実質上起こつていないことが確認された。IN
−787時効硬化性低合金鋼の機械的性質と304Lオ
ーステナイト系ステンレス鋼の耐食性がそれぞれ
維持された。

（発明の効果）時効硬化性低合金鋼の機械的性質とオーステナ
イト系ステンレス鋼の耐食性とをそれぞれそれま
ま兼備する複合物品製造技術を開発することに成
功し、これまで実用化し得なかつた比較的廉価な
高強度耐食性バイメタルチユーブ等の複合物品の
実用化に成功した。

Claims

【特許請求の範囲】１ 0.02〜0.06％炭素、 0.40〜0.65％マンガン、 0.20〜0.35％珪素、 0.70〜1.0％ニツケル、 1.0〜1.3％銅、 0.15〜0.25％モリブデン、少くとも0.60％クロム、少くとも0.03％コロンビウム（ニオブ）を含有し、残部実質上鉄から成る時効硬化性低合
金鋼と、 0.035％以下炭素、 16.0〜18.0％クロム、 10.0〜15.0％ニツケル、 2.0〜3.0％モリブデン、 2.0％以下マンガン、 1.0％以下珪素を含有し、残部実質上鉄から成るオーステナイト
系ステンレス鋼、或いは 0.035％以下炭素、 18.0〜20.0％クロム、 8.0〜13.0％ニツケル、 2.0％以下マンガン、 1.0％以下珪素を含有し、残部実質上鉄から成るオーステナイト
系ステンレス鋼とを拡散結合して成りそして、時
効硬化性低合金鋼の機械的性質とオーステナイト
系ステンレス鋼の耐食性とを兼備する、500〓
（260℃）までの低温使途用複合物品。２ 0.02〜0.06％炭素、 0.40〜0.65％マンガン、 0.20〜0.35％珪素、 0.70〜1.0％ニツケル、 1.0〜1.3％銅、 0.15〜0.25％モリブデン、少くとも0.60％クロム、少くとも0.03％コロンビウム（ニオブ）を含有し、残部実質上鉄から成る時効硬化性低合
金鋼と、 0.035％以下炭素、 16.0〜18.0％クロム、 10.0〜15.0％ニツケル、 2.0〜3.0％モリブデン、 2.0％以下マンガン、 1.0％以下珪素を含有し、残部実質上鉄から成るオーステナイト
系ステンレス鋼、或いは 0.035％以下炭素、 18.0〜20.0％クロム、 8.0〜13.0％ニツケル、 2.0％以下マンガン、 1.0％以下珪素を含有し、残部実質上鉄から成るオーステナイト
系ステンレス鋼とを拡散結合して成りそして、時
効硬化性低合金鋼の機械的性質とオーステナイト
系ステンレス鋼の耐食性とを兼備する、500〓
（260℃）までの低温使途用複合物品を製造する方
法であつて、 (a) 前記時効硬化性低合金鋼と前記オーステナイ
ト系ステンレス鋼を1700〜2300〓（927〜1260
℃）の温度において拡散結合する段階と、 (b) 生成組合せ体をオーステナイト化温度に少く
とも15分間加熱する段階と、 (c) 加熱した材料を水急冷或いは大気冷却する段
階と、 (d) 冷却された材料を900〜1100〓（482〜593℃）
の温度で最大１時間時効処理する段階と、 (e) 時効処理した材料を大気冷却する段階とを包含する前記複合物品製造方法。３拡散結合段階中材料系が熱間加工される特許
請求の範囲第２項記載の方法。４材料がオーステナイト化温度に物品総厚さ単
位インチ（2.54cm）当り15分〜１時間オーステナ
イト化温度に保持される特許請求の範囲第２項記
載の方法。５オーステナイト化温度が1650〓（899℃）で
ある特許請求の範囲第２項記載の方法。