JPS5864356A - 高温用二相ステンレス鋼の熱処理方法 - Google Patents

高温用二相ステンレス鋼の熱処理方法

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JPS5864356A
JPS5864356A JP16372081A JP16372081A JPS5864356A JP S5864356 A JPS5864356 A JP S5864356A JP 16372081 A JP16372081 A JP 16372081A JP 16372081 A JP16372081 A JP 16372081A JP S5864356 A JPS5864356 A JP S5864356A
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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】 本発明は・、高温強度、耐応力腐食割れ性、溶接性など
の緒特性のすぐれた高温用ステンレス鋼に関する。
重油脱硫装置用配管材料は、温度約400℃を越え、圧
力的200 kg/c、Itという高温・高圧下で使用
され、しかもそのシャッ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、
「8CC」と称する)条件下にさらされる。従って、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、JIS8U8304
(8(!813)、8U8347あるいは5U8321
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゛も上記緒特性のすべてを満
たすものではなく、例えば8(!813.5trs30
4は、強度や耐sea性が十分でなく、5US347は
溶接性や溶接部の耐SCC性に問題があシ、また5US
321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−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新規高温用ステンレス鋼下、
Mn 8. Q %以下、Or 2 oチを越え、30
%以下、Ni 6〜12チ、残部Feおムび不可避の不
純物からなLかっその金属組織が面積率5〜30%のフ
ェライトと残部オーステナイトの2相組織であって、こ
れを温度1130〜1250℃に加熱保持したのち急冷
する溶体化処理が施こされた点にある。
以下、本発明ステンレス鋼について詳しく説明する。
本発明における化学成分限定理由は次のとおりである。
C:0.20チ以下 Cは強度向上に有効な元素であシ、本発明が指向する約
400’C前後の高温用途において高い高温強度を得る
には、できるダは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チをこえると耐SCC性の
低下が著しくなシ、また長時間使用後の靭性劣化が顕著
となる。
よって、0.2o%を上限とする。もっとも、耐SCC
性は、後記のように鋼組織のフェライト量との関連性を
も有するのであって、上記C量(0,20ts以下)で
あれば、本発明のフェライト量の規定によって良好な耐
8cc性を確保することができる。なお、耐8cc性を
重視すれば、C量は低い程よく、約O,OS%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0.054を下限とする
のがよい。
Sl:B、0@以下、Mn:a、ol以下S1およびM
n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チ
以上加えられる。
しかし、8.0チをこえてもそれらの効果の増加は殆ん
どないばかジか、特に8i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。よって、それぞれ
3.0%を上限とする。
cr:20%を越え、30%以下 Orは高温使用に必要な耐酸化性の確保のみならず、フ
ェライトフォーマとして、後記Ni量との関係において
、オーステナイト/フェライト組織における所要量のフ
ェ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口て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C!riiが望まれる。この点よシ、20チを越
え込合有量とする。但し、その量が多すぎると、かえっ
て靭性の低下、並びに過剰のフェライト量の生成を招来
するので、30チを上限とする。
Ni:6〜12チ Niは一般耐食性の向上、並びにフェライトフォーマで
ある前記Orに対するオーステナイトフォーマとしてフ
ェライト/オーステ≠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
のバランスの点輯よシ、少くとも6チを必要とする。し
かし、Niは高価な元素であシ、多量の使用は不経済で
あるばかシか、12チをこえると、オーステナイト量が
過度に増加し、必要なフェライト量が得られなくなるの
で、12チを上限とする。
P、B、その他の不可避的に混入する不純物は骨灰的に
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チ以下、8は約0.o4チ以下で
あれば、特に支障はない。
本発明合金はオーステナイト/フェライトの2相組織を
有し、そのフェライト量は面積率で5〜30tsである
ことを要する。フェライト相は耐SCC性および溶接性
の向上に寄与する。高温強度を犠牲にしてC量を低く、
例にば0.05%以下に制限すれば、特にフェライト相
の助けをかシずとも、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、本発明では前記のととぐ
、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8CC性、溶接性の低下を
防止するために、フェライト量の下限を5チとするので
ある。ただし、このように有効なフェライトも、30チ
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。
よってその上限を30チとするのである0むろん、この
2相組織におけるフェライト量5〜30チの制御は、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シ行なわれる。
本発明合金は、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。
その熱処理にセける加熱温度は、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
従ったのでは、目的を達成し得ないばかシか、かえって
高温長時間使用後の靭性が極端に劣化するのであシ、上
記のように1130℃以上の加熱保持後、急冷すること
によって、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チしゆう酸に七電解エツチング)。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125’0℃であシ、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)ではネットワーク状であるフェライト相が
、熱処理によシ分断され、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
フェライト相が第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シ、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シか、本来5〜
30チの範囲にあったフェ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。よって、1250℃を
上限とする。
次に、実施例を挙げて本発明ステンレス鋼について具体
的に説明する0 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
200mmX肉厚20mmX長さ40・00mm)を鋳
造した。各供試管材の成分組成およびフェライト量を第
1表に示す。供試隘1〜4は本発明規定の化学成分組成
およびフェライト量を有するもの、供試1’&xll〜
16は比較材である。比較材のうち、N[LllはJI
S  80.S13相当材である。
第  1  表 上記各供試管材よシ試験片を採取し、供試集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)l、たのち水冷する熱
処理を施した。%11(JIS5C8ia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)を行なった。
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性の評価を行なった。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った(
耐SCC性は、は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
定に準拠して行慕った。表中、「○」はその曲げ試験で
異常がなかったこと、「×」はクラックが発生したこと
を表わす。
更に、供試材陥1〜4およびfjhll(SC813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0いづれも、熱処理の加熱保持時間は3Hrで、
加熱後の急冷は水冷によった。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θ
℃で測定された衝撃値(k!! ” / cJ )vf
ある(試片、:2m+nVノツチ付き)。
第2表 第 3 表  衝撃値 (ゆm/cI4)前記第2表に
示されるように、本発明合金は、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N1111〜16は1.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、t’lh
l’1(80813相当)は、高温強度が低く、またフ
ェライト量が少いため耐SCC性も良くない。N[L1
2は、Cr量、フェ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。隘13は、C量が比
較的高いので強度は良好であるが、耐800性が悪い。
N14は、Ni量は本発明規定の上限を大きくこえない
が、Cr量が多すグるため、フェライト量が過剰となっ
て、強度は高い、ものの、耐SCC性が悪い。また、別
途性なった試験によれば靭性にも劣る。ll!l15は
、N1量が下限値に満たないため、フェライト量が過剰
となシ、耐8CC性が悪く、また靭性も良くない。N[
L16は、Ni量が上限値をこえるにもかかわらず耐S
CC性はよい。しかし、高温強度が低く、本発明合金に
及ばない。
更に、上記第3表から明らかなように、本発明合金は所
定の熱処理をうけることによシ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J)
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、別途行なっ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係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ぜ料をはじめ、高温・高圧下で用
いられ、かつ耐8CC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。 特許出願人  久保田鉄工株式会社 代理人 弁理士 宮 崎 新 八 部

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)  00.20 S以下、8i9,9%以下、M
    n 9.Qチ以下、Cr 29 %をこえ、30チ以下
    、N16〜12チ、残部Feおよび不可避の不純物から
    なり、5〜30%(面積率)のフェライトとオーステナ
    イトの2相組織を有し、かつ麺皮1130〜1250℃
    で加熱保持および急冷の熱処理が施こされたことを特徴
    とする高温強度、耐応力腐食割九性および溶接性等にす
    ぐれた高温用ステンレス序。
JP16372081A 1981-10-14 1981-10-14 高温用二相ステンレス鋼の熱処理方法 Granted JPS5864356A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6338558A (ja) * 1986-08-04 1988-02-19 Nisshin Steel Co Ltd 加工性に優れた高強度非磁性ステンレス鋼
KR100381521B1 (ko) * 1998-12-29 2003-07-16 주식회사 포스코 대입열량용접이가능한이상스테인레스강

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS6338558A (ja) * 1986-08-04 1988-02-19 Nisshin Steel Co Ltd 加工性に優れた高強度非磁性ステンレス鋼
KR100381521B1 (ko) * 1998-12-29 2003-07-16 주식회사 포스코 대입열량용접이가능한이상스테인레스강

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