JPS6184323A - 耐熱オ−ストナイト系ステンレス鋼の製造方法 - Google Patents

耐熱オ−ストナイト系ステンレス鋼の製造方法

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JPS6184323A
JPS6184323A JP59206259A JP20625984A JPS6184323A JP S6184323 A JPS6184323 A JP S6184323A JP 59206259 A JP59206259 A JP 59206259A JP 20625984 A JP20625984 A JP 20625984A JP S6184323 A JPS6184323 A JP S6184323A
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JP
Japan
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stainless steel
austenitic stainless
crystal grains
steel
heat
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Pending
Application number
JP59206259A
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English (en)
Inventor
Takashi Ebisutani
戎谷 隆
Masao Yamamoto
正夫 山本
Osamu Watanabe
修 渡辺
Masayuki Yamada
政之 山田
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00Modifying the physical properties of ferrous metals or ferrous alloys by deformation combined with, or followed by, heat treatment

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Heat Treatment Of Steel (AREA)

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】 〔発明の技術分野〕 本発明は機械的特性に優れたオーステナイト系ステンレ
ス鋼の製造方法に係り、特に結晶粒を微細化し機械的特
性を向上させたオーステナイト系ステンレス鋼の製造力
ノiに関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
オーステナイト系ステンレス鋼は耐食性に優れることか
ら腐食環境下で多く使用されている。また、フェライト
系鋼に比べると機械的性質の温度依存度が小さいことか
ら、使用限界温度はフエ喪イト鋼より尚くできるとされ
ている。しかじなか−砂 らオーステナイト系スアレス鋼は耐力が低いため、実際
に使用するにあたっては部品を厚肉構造としし所定の強
度を確保しなければならない。その結果、部品の重量増
加をまねき、大型部品の場合には輸送や架設が難しくな
ると同時に、熱処理時には厚肉部品の内外面で温度分布
が不均一となり。
くり返し加熱を受けるような条件下では熱疲労が加速さ
れる。従って、オーステナイト系ステンレス鋼では機械
的特性を向上させ、できるかぎり厚肉構造をさける必要
がある。
一般にオーステナイト系ステンレス鋼の強度や耐力など
の機械的特性を向上させる方法としては析出強化、固溶
強化、熱間および冷間加工等が用いられている。しかし
、これら強化方法は次のよ向きであり、固溶強化ではま
だ強度的に十分なものは得られていない。これに対し熱
間および冷間加工は結晶粒を微細にするとともに加工歪
により強度を増加させるためオーステナイト系ステンレ
ス鋼の強化には有効であるが、高温に加熱されたり、溶
接時に熱影響を受ける部分では強度低下の原因となる粗
大結晶粒が生成する。
ところで、石油や石炭を燃料とする火力発電プ会 ラントでは熱効率を向上させるため蒸着条件を一層高温
・高圧化する方向にあり、タービン構成部材のうち、マ
ルテンサイト系ステンレス鋼では高温強度が不足し、よ
り高温特性の良いオーステナイト系ステンレス鋼に移行
されようとしている。
また、化学プラントやボイラーにおいても、同様な理由
から高温環境下で使用されるオーステナイト系ステンレ
ス鋼の使用条件は苛酷になってきている。
このように、鋼の使用環境が変化しているにもかかわら
ず、既存のオーステナイト系ステンレス鋼は1機械的特
性、特に耐力が不足しておりさらに篩い耐力を有するオ
ーステナイト系ステンレス鋼が望まれている。
〔発明の目的〕
本発明はこのような点に鑑みなされたもので、複雑な熱
処理をすることなく高強度化したオーステナイト系ステ
ンレス鋼の製造方法であり、特に合金元素を詞整したの
ち所定の熱間および冷間加工と簡単な熱処理を組合せる
ことにより、結晶粒を微細化させ耐力を向−ヒさせる微
細結晶粒を有するオーステナイト系ステンレス鋼の製造
方法を提供することを目的とする。
〔発明の概を〕
本発明は、N量パーセントで0.15%以下の炭素、2
.0%以下のシリコン、3.0%以下のマンガン、0.
02〜0.3チの窒素、8〜18%のニッケル、15〜
22%のクロム、0.01〜1.0係のバナジウム、4
チ以下のモリブデン、残部が実質的に鉄よりなる鋼およ
びざらに0.01〜1.0%のニオブ、0.1102〜
0.5%のチタン、0.0005〜0.01饅のボロン
の少なくとも1 f’ili以上を含む鋼を加工率で2
0%以上の塑性変形を加えた後、1050〜1150°
0の温度で熱処理し結晶粒を細粒化する微細結晶粒を有
すlJ筈ステナイト系ステンレス鋼の製造方法。
ここで本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼の組
成限定理由について説明する。
炭素(C5=炭素はオーステナイト相を安定にし。
ステンレス鋼を強化するために多い程有効であるが、0
.15%を越えて添加すると加工性を害することから上
限を0.15%とするが加工性の観点からは0.12%
以下とすることが望ましい。さらに実用上は0.03〜
0.08%1%に0.04〜0.06とすることが望ま
しい。
シリコン(St):シリコンは製鋼時の脱酸剤とし□て
作用するとともに、製造時の湯流れ性を良くするために
必要な元素であるが、多量の添加は靭性を害することか
ら上限を2.0チとする。さらに望ましくは0.1〜1
.0%、特[0,3〜0.7%である。
マンガン(Mn):マンガンはシリコン同ms鋼時に脱
酸剤として作用するとともに、オーステナイト生成元素
としてオーステナイト相を安定化させるが、多量に添加
すると耐酸化性などの向1食性を害することから上限を
3.0チとする望ましくは0.2〜2.4%とすること
が良いが、実用上は0.5〜1.5%とすることが望ま
しい。
min:窒素はオーステナイト相を安定にするとともに
、オーステナイト相中に固溶して耐力を向上させるため
に必要である。また、バナジウムとともに結晶粒を細か
くする作用を有し少なくとも0.02%以上の含有が必
要であるが、過剰に添加するとピンホールやブローホー
ルを作るとともに、粒界に窒化物を形成し靭性を低下さ
せることから、上限をO4βチとする。強度やブローホ
ールなどを考えあわせると0.08〜0.35%とする
ことが望ましいが、工業上の窒素制御方法を考えれば0
.11〜0.2チとすることが望ましい。
ニッケル(Ni) :ニッケルはステンレス鋼の組織を
オーステナイトにするために必須な元素で少なくとも6
%は必要である。しかし、多量に添加すると結晶粒を微
細にする作用を弱めること、またlξ 高価になることから、上限を制%とする。結晶粒を有効
に細かくするためには8X15%とすることがよいが実
用上は8.5〜13.5%特に9,5〜11.5%とす
ることが望ましい。
クロム(Cr) ニクロムは室温および高温の強度を高
めるとともに′、耐食性、耐酸化性を向上させるために
15%以上必要であるが、多量に加えるとシグマ相を形
成し靭性を害することから上限を22係とする。Ni蓋
とのバランスおよび窒素を添加する際の必要Cr量を考
慮すると16〜19.5%とすることがよく、さらに実
用上は16〜18.5%である。
バナジウムV):バナジウムはオーステナイト相中に固
溶して強度を向上させるとともに、窒素と作用し結晶粒
を微細にし耐力を向上させるために少なくとも0.01
%以上必要であるが、過剰に添加すると偏析を生じ加工
性を害することから上限を1.0チとする。機械的特性
および偏析を考えると003〜0,5チが望ましく、さ
らに実用上は0.05〜0.35%である。
モリブデン(Mo):モリブデンはオーステナイト素地
中に固溶して強度を向上させるとともに耐食性を向上さ
せる作用を有するが、多量に添加するとフェライト相を
生成したり、偏析を生じ加工性を害することから上限を
4%とする。さらに望ましくは0.5〜3.5%である
が、実用上は1,5〜3.0%とすることが望ましい。
ニオブ(Nb):ニオブは窒素やバナジウム量とのバラ
ンスに紗いて結晶粒を微細にするとともに高温における
微細結晶粒を安定するためには0.01%の含有が必要
であるが多量に添加すると効果が飽和するとともに加工
性を害することから上限を1.0%とする。さらに望ま
しくは0.02〜0.5係であるが実用−ヒは0.02
〜015%である。
チタン(Ti):チタンはニオブ同様に窒素やノくナジ
ウム量とのバランスにおいて結晶粒を微細にし耐力を向
上させるために0002%の含有が必要であるが多量に
添加すると偏析を生じ加工性を害することから上限を0
.5係とする。ざらに機械的特性や偏析を考えると0,
02〜0.3%とすることが望ましいが、実用上は0.
02〜0.15%である。
ボロン(B):ボロンは粒界を強化する作用を有するが
、0.0005未満ではその効果が十分でなく0.01
%を越える添加は溶接性を害することから上限を0.0
1係とするが、望ましくは0.001〜0.008チで
ある。ざらに実用上は0.003〜0.007%とする
ことが望ましい。
また、上記組成のオーステナイト系ステンレス鋼を加工
率で20係以上の塑性変形を加えた後、1050〜11
50℃の温度で熱処理する理由を次に説明する。
加工率が20係未満の場合には微細化のための熱処理を
行なっても結晶粒の粒度番号(JISGO551)が5
以上にならないことから20%以上の冷間および熱間加
工が必要である。また、20係以上の加工後1050〜
1150℃で熱処理するのは1050℃未満の温度で熱
処理しても加工組織が残り1150°0を越える温度で
熱処理すると結晶粒の粒度番号(JISGO551)が
5未満となり微細粒でなくなることから1050〜11
50℃の範囲とする。
〔発明の効果〕
本発明のオーステナイト系ステンレス−の製造方法によ
れば、窒素、バナジウムなどの元素の相互作用と、熱間
および冷間加工と簡単な熱処理を組合せることにより、
結晶粒を微細化させ耐力を向上させることができるとと
もに溶接時の熱影譬部のように高温に加熱される部位で
起きる強度低下の原因となる粗大結晶粒の生成を抑制す
ることができる。
〔発明の実施例〕
高周波誘導溶解炉により第1表に示す化学組成を有する
試料を溶製後、1100’020時間の均質化処理を施
し冷間圧延により10〜70チの加工を行なった。次い
で900〜1200℃の温度で2時間微細化した試料の
JIS結晶粒度番号を調べた。また、実施例1の試料に
ついては鋳造後、lO〜70チの冷間圧延を行なったの
ち、900〜1200℃の温度で2時間微細化した試料
の結晶粒度番号をあわせて調べた。比較例試料1は市販
の5US316で実施例試料と同等の均質化処理、冷間
圧延、微細化処理を行なった。これらの結果を第2表、
第3表に示す。
第2表および第3表に示すように本発明に係るオーステ
ナイト系ステンレス鋼の製造方法によると加工と簡単な
熱処理を組合せることにより従来合金(比較例1)では
得られない微細結晶粒を有するオーステナイト系ステン
レス鋼が製造できることがわかる。この場合、第2表に
示すように微細化温度が1050 ’0未満だと加工組
織が消えず、1150°0を越えると結晶粒度番号が5
より小かくなり大きな結晶粒でおることを示している。
また第3表に示すように加工率が20%より少ない場合
も同様に結晶粒度番号が5より小さくなる。
次に実施例1,3.5および比較例1に相当する組成の
試料を再度f′4解し、1100’020時相の均質化
処理後、冷間圧延により約50%の加工を施し1050
°02時間の微細化処理を行ないJIS結晶粒度番号お
よび引張試験を行ない0.2%耐力を調べそれぞれを実
施例11,12.13及び比較例3とした。その結果を
第4表および第5表に示す。
以下余白 第5表に示すように本発明に係るオーステナイト系ステ
ンレス銅の製造方法で製造した鋼は従来合金である5U
S316(比較例3)に比べ微細結晶種 粒を有し、これによって機域的性質特に0.2%耐力が
大巾に向上できる。
このように本発明製造方法は優れた機械的性質を示すオ
ーステナイト系ステンレス鋼を製造することができ、化
学プラントやボイラーなど高強度を要求される部材に使
用する事ができ、まだタービン用部材、特にケーシング
に適した鋼の製造方法に適したものといえる。
代理人 弁理士 則 近 憲 佑 (ほか1名)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)重量パーセントで0.15%以下の炭素、2.0%
    以下のシリコン、3.5%以下のマンガン、0.02〜
    0.5%の窒素、8〜18%のニッケル、15〜22%
    のクロム、0.01〜1.0%のバナジウム、4%以下
    のモリブデン、残部が実質的に鉄よりなる鋼を加工率で
    20%以上の塑性変形を加えた後、1050〜1150
    ℃の温度で熱処理し結晶粒を細粒化することを特徴とす
    る耐熱オーステナイト系ステンレス鋼の製造方法。 2)特許請求範囲第1項においてオーステナイト系ステ
    ンレス鋼の結晶粒度番号(JIS G 0551)が5
    以上であることを特徴とする耐熱オーステナイト系ステ
    ンレス鋼の製造方法。 3)重量パーセントで0.15%以下の炭素、2.0%
    以下のシリコン、3.5%以下のマンガン、0.02〜
    0.5%の窒素、8〜18%のニッケル、15〜22%
    のクロム、0.01〜1.0%のバナジウム、4%以下
    のモリブデン、残部が実質的に鉄および0.01〜1.
    0%のニオブ、0.002〜0.5%のチタン、0.0
    005〜0.01%のボロンの少なくとも1種以上を含
    む鋼を加工率で20%以上の塑性変形を加えた後、10
    50〜1150℃の温度で熱処理し結晶粒を細粒化する
    ことを特徴とする耐熱オーステナイト系ステンレス鋼の
    製造方法。 4)特許請求範囲第3項においてオーステナイト系ステ
    ンレス鋼の結晶粒の粒度番号(JIS G 0551)
    が5以上であることを特徴とする耐熱オステナイト系ス
    テンレス鋼の製造方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61139653A (ja) * 1984-12-11 1986-06-26 Kawasaki Steel Corp 高温強度、延性のすぐれた厚肉オ−ステナイト系ステンレス鋼
JPH09249946A (ja) * 1996-03-14 1997-09-22 Nkk Corp 加圧流動床燃焼型火力発電プラント用鋼

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