JP2811255B2 - 高温クリープ破断特性の優れたオーステナイト系ステンレス鋼の製造方法 - Google Patents
高温クリープ破断特性の優れたオーステナイト系ステンレス鋼の製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は高温クリープ破断特性の
優れたオーステナイト系ステンレス鋼の製造方法に関す
るものである。
優れたオーステナイト系ステンレス鋼の製造方法に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】高速増殖炉を始めとする各種高温機器等
のクリープ温度領域で使用される高温構造物において
は、材料のクリープ破断特性が重要視される。このよう
な高温構造用の鋼材としては、高温で長時間使用しても
材質が安定していることが必要となる。従って、このよ
うな高温構造用の鋼材として、たとえばステンレス鋼便
覧（昭和４８年８月３０日発行）の１７３ページ「２．
５．７．オーステナイトステンレス鋼」に示されている
ように、これまで主としてオーステナイト系ステンレス
鋼が使用されている。しかしながら、たとえば代表的な
オーステナイト系ステンレス鋼であるＳＵＳ３０４鋼あ
るいはＳＵＳ３１６鋼では、高温使用中に結晶粒界に炭
化物が析出し、クリープ破断延性およびクリープ破断強
度の低下等の材質変化は避けられない。このような高温
での使用にともなう材質劣化は高温構造物の寿命に制限
を加える要因となる。
のクリープ温度領域で使用される高温構造物において
は、材料のクリープ破断特性が重要視される。このよう
な高温構造用の鋼材としては、高温で長時間使用しても
材質が安定していることが必要となる。従って、このよ
うな高温構造用の鋼材として、たとえばステンレス鋼便
覧（昭和４８年８月３０日発行）の１７３ページ「２．
５．７．オーステナイトステンレス鋼」に示されている
ように、これまで主としてオーステナイト系ステンレス
鋼が使用されている。しかしながら、たとえば代表的な
オーステナイト系ステンレス鋼であるＳＵＳ３０４鋼あ
るいはＳＵＳ３１６鋼では、高温使用中に結晶粒界に炭
化物が析出し、クリープ破断延性およびクリープ破断強
度の低下等の材質変化は避けられない。このような高温
での使用にともなう材質劣化は高温構造物の寿命に制限
を加える要因となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このように従来鋼は高
温で長時間使用中にクリープ破断延性、クリープ破断強
度が低下する傾向を示す。本発明の目的とするところ
は、高温で長時間使用しても優れたクリープ破断延性、
クリープ破断強度を示すオーステナイト系ステンレス鋼
の製造方法の提供にある。
温で長時間使用中にクリープ破断延性、クリープ破断強
度が低下する傾向を示す。本発明の目的とするところ
は、高温で長時間使用しても優れたクリープ破断延性、
クリープ破断強度を示すオーステナイト系ステンレス鋼
の製造方法の提供にある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記の原因は、鋼中に存
在するＣが高温での使用中に結晶粒界および粒内に炭化
物として析出・粗大化することに関係している。すなわ
ち、粒界に析出する炭化物は粒界脆化を引き起こし、延
性劣化あるいはクリープ破断強度の低下原因となること
が知られている。このためＣ量を低減して高温使用中に
おける炭化物の析出を抑制することが行われている。し
かしながら、ステンレス鋼の低Ｃ化には限界があり、Ｖ
ＯＤ等の真空精錬技術の発達によりＣ量は大幅に低減さ
れてきたものの、数ppm と言われる６００℃におけるＣ
の溶解度以下にすることは困難である。なお、ＥＢ溶解
等の手段により極低Ｃ化することは可能であるが、著し
く高い費用を要することから実用に供し得ない。
在するＣが高温での使用中に結晶粒界および粒内に炭化
物として析出・粗大化することに関係している。すなわ
ち、粒界に析出する炭化物は粒界脆化を引き起こし、延
性劣化あるいはクリープ破断強度の低下原因となること
が知られている。このためＣ量を低減して高温使用中に
おける炭化物の析出を抑制することが行われている。し
かしながら、ステンレス鋼の低Ｃ化には限界があり、Ｖ
ＯＤ等の真空精錬技術の発達によりＣ量は大幅に低減さ
れてきたものの、数ppm と言われる６００℃におけるＣ
の溶解度以下にすることは困難である。なお、ＥＢ溶解
等の手段により極低Ｃ化することは可能であるが、著し
く高い費用を要することから実用に供し得ない。
【０００５】本発明者等はＣ量が０．０３％以下の低Ｃ
系のＮｉ−Ｃｒオーステナイト系ステンレス鋼のクリー
プ破断試験材の微細組織を観察することにより、炭化物
は全粒界に析出するのではなく、ある周期を以って粒界
に析出することを明らかにした。この周期性について詳
細な調査を行った結果、ＣｒならびにＭｏの濃厚偏析帯
と重なった結晶粒界に炭化物が析出することをつきとめ
た。すなわち、Ｃ量が少ないため炭化物形成元素である
ＣｒおよびＭｏ量の多い結晶粒界に炭化物が優先的に析
出するものと考えられる。このような炭化物析出の生じ
た粒界はクリープ中に亀裂が発生しやすいため、クリー
プ破断延性が低下することになる。
系のＮｉ−Ｃｒオーステナイト系ステンレス鋼のクリー
プ破断試験材の微細組織を観察することにより、炭化物
は全粒界に析出するのではなく、ある周期を以って粒界
に析出することを明らかにした。この周期性について詳
細な調査を行った結果、ＣｒならびにＭｏの濃厚偏析帯
と重なった結晶粒界に炭化物が析出することをつきとめ
た。すなわち、Ｃ量が少ないため炭化物形成元素である
ＣｒおよびＭｏ量の多い結晶粒界に炭化物が優先的に析
出するものと考えられる。このような炭化物析出の生じ
た粒界はクリープ中に亀裂が発生しやすいため、クリー
プ破断延性が低下することになる。
【０００６】これに対し、十分に均質化された試料にお
いては粒界への炭化物の析出が全粒界に分散するため、
単位粒界あたりの炭化物量が少なくなる。このため、ク
リープ中の炭化物析出による粒界亀裂の生成傾向は、上
記の濃厚偏析の部分に比べはるかに小さくなる。その結
果、十分に均質化処理した材料のクリープ破断延性、ク
リープ破断強度はさらに高いものとなる。
いては粒界への炭化物の析出が全粒界に分散するため、
単位粒界あたりの炭化物量が少なくなる。このため、ク
リープ中の炭化物析出による粒界亀裂の生成傾向は、上
記の濃厚偏析の部分に比べはるかに小さくなる。その結
果、十分に均質化処理した材料のクリープ破断延性、ク
リープ破断強度はさらに高いものとなる。
【０００７】本発明は、以上のような知見に基づいてな
されたものであって、その要旨とするところは、重量％
で、Ｃ ０．０３０％以下、Ｓｉ ３．０％以下、Ｍｎ
３．０％以下、Ｐ ０．０１〜０．０８％、Ａｌ
０．０６％以下、Ｎ ０．１５％以下、Ｎｉ １１％超
〜１６％、Ｃｒ １５〜２２％を含有し、またはこれに
さらにＭｏ ３．０％以下、Ｗ ５．０％以下のいずれ
か、あるいは双方を含有し、残部がＦｅおよび不可避不
純物からなるオーステナイト系ステンレス鋼の鋼片を１
１００〜１３００℃の範囲で少なくとも４時間加熱し
て、結晶粒界への炭化物の析出が全結晶粒界へ分散した
状態となり、かくして単位粒界あたりの炭化物量が少な
くなるように十分均質化した後、圧延あるいは鍛造する
ことを特徴とする高温クリープ破断特性の優れたオース
テナイト系ステンレス鋼の製造方法にある。
されたものであって、その要旨とするところは、重量％
で、Ｃ ０．０３０％以下、Ｓｉ ３．０％以下、Ｍｎ
３．０％以下、Ｐ ０．０１〜０．０８％、Ａｌ
０．０６％以下、Ｎ ０．１５％以下、Ｎｉ １１％超
〜１６％、Ｃｒ １５〜２２％を含有し、またはこれに
さらにＭｏ ３．０％以下、Ｗ ５．０％以下のいずれ
か、あるいは双方を含有し、残部がＦｅおよび不可避不
純物からなるオーステナイト系ステンレス鋼の鋼片を１
１００〜１３００℃の範囲で少なくとも４時間加熱し
て、結晶粒界への炭化物の析出が全結晶粒界へ分散した
状態となり、かくして単位粒界あたりの炭化物量が少な
くなるように十分均質化した後、圧延あるいは鍛造する
ことを特徴とする高温クリープ破断特性の優れたオース
テナイト系ステンレス鋼の製造方法にある。
【０００８】
【作用】先ず本発明の成分系において、Ｃは高温使用中
に結晶粒界に炭化物として析出するため、高温長時間使
用後のクリープ破断特性等の高温の機械的性質を損なう
元素である。このような観点からＣ量は０．０３０％以
下に制限した。次に、ＳｉおよびＭｎはいずれも脱酸材
として必要であるが、３．０％を超えて過剰に存在する
と熱間加工性を損なうことから、いずれも３．０％以下
とした。
に結晶粒界に炭化物として析出するため、高温長時間使
用後のクリープ破断特性等の高温の機械的性質を損なう
元素である。このような観点からＣ量は０．０３０％以
下に制限した。次に、ＳｉおよびＭｎはいずれも脱酸材
として必要であるが、３．０％を超えて過剰に存在する
と熱間加工性を損なうことから、いずれも３．０％以下
とした。
【０００９】Ｐは高温保持中にりん化物として結晶粒内
に析出して強化作用を有し、さらに結晶粒界を強化する
作用もあることから、特にクリープ破断特性の点から効
果的な元素であるが、その効果は０．０１％より生じる
ことから下限を０．０１％とした。しかし、過剰の添加
は溶接性および熱間加工性を著しく損なうことから、そ
の上限を０．０８％とした。
に析出して強化作用を有し、さらに結晶粒界を強化する
作用もあることから、特にクリープ破断特性の点から効
果的な元素であるが、その効果は０．０１％より生じる
ことから下限を０．０１％とした。しかし、過剰の添加
は溶接性および熱間加工性を著しく損なうことから、そ
の上限を０．０８％とした。
【００１０】Ｎｉはオーステナイト生成元素として必須
の元素であり、フェライト形成元素であるＣｒ量に対し
成分平衡上、オーステナイト組織として十分な高温クリ
ープ破断特性を得るために１１％超〜１６％の範囲とし
た。また、Ｃｒは耐酸化性を向上させる元素であり、そ
のためには１５％以上を必要とするが、２２％を超える
と高温長時間加熱による脆化が生じるため上限を２２％
とした。
の元素であり、フェライト形成元素であるＣｒ量に対し
成分平衡上、オーステナイト組織として十分な高温クリ
ープ破断特性を得るために１１％超〜１６％の範囲とし
た。また、Ｃｒは耐酸化性を向上させる元素であり、そ
のためには１５％以上を必要とするが、２２％を超える
と高温長時間加熱による脆化が生じるため上限を２２％
とした。
【００１１】Ａｌは脱酸に使用する元素であるが、０．
０６％を超えると高温長時間加熱中にＡｌＮの析出を引
き起こし、クリープ破断延性を低下させることから上限
を０．０６％とした。ＮはＣとともにオーステナイト系
ステンレス鋼の強化元素である。ＮはＣに比べて溶解度
が大きいことから、高温保持中に固溶状態で安定して存
在できる。したがって、Ｎを溶解度の範囲内で使用すれ
ば、高温長時間使用中も安定した強化作用が期待でき、
かつ窒化物による粒界脆化等も生じないことになる。こ
のような観点からＮ量の上限を０．１５％とした。な
お、下限を設けない理由は、用途に応じてＮ量を変化さ
せて強度を制御するためであるが、通常の工業規模溶製
でのレベル０．０１％が強いて言えば下限となる。
０６％を超えると高温長時間加熱中にＡｌＮの析出を引
き起こし、クリープ破断延性を低下させることから上限
を０．０６％とした。ＮはＣとともにオーステナイト系
ステンレス鋼の強化元素である。ＮはＣに比べて溶解度
が大きいことから、高温保持中に固溶状態で安定して存
在できる。したがって、Ｎを溶解度の範囲内で使用すれ
ば、高温長時間使用中も安定した強化作用が期待でき、
かつ窒化物による粒界脆化等も生じないことになる。こ
のような観点からＮ量の上限を０．１５％とした。な
お、下限を設けない理由は、用途に応じてＮ量を変化さ
せて強度を制御するためであるが、通常の工業規模溶製
でのレベル０．０１％が強いて言えば下限となる。
【００１２】本発明の化学成分については、さらに高強
度化を計るためＭｏあるいはＷをそれぞれ単独または同
時に、所定の範囲で含有せしめることが有効である。Ｍ
ｏは固溶強化作用のある元素でありクリープ破断強度を
高める作用を有するが、３．０％を超えて添加すると熱
間変形抵抗を高めるため圧延あるいは鍛造が困難にな
る。したがって、含有量は３．０％以下とした。
度化を計るためＭｏあるいはＷをそれぞれ単独または同
時に、所定の範囲で含有せしめることが有効である。Ｍ
ｏは固溶強化作用のある元素でありクリープ破断強度を
高める作用を有するが、３．０％を超えて添加すると熱
間変形抵抗を高めるため圧延あるいは鍛造が困難にな
る。したがって、含有量は３．０％以下とした。
【００１３】ＷもＭｏと同様の固溶強化元素であるが、
５．０％を超えて添加すると熱間変形抵抗を高めるため
圧延あるいは鍛造が困難になることから、含有量は５．
０％以下とした。以上の化学成分範囲の鋼の鋼片を圧延
あるいは鍛造する前に、高温で加熱することによりＣ
ｒ、Ｍｏ等の成分偏析を軽減する必要がある。このため
に必要な熱処理は、１１００℃未満では十分な拡散効果
が得られないため、１１００℃を下限とした。一方、１
３００℃を超える温度での加熱は、かえって成分変動を
拡大させることになるため、１３００℃を上限とした。
また、加熱時間については、実施例に示しているよう
に、十分に均質化して高温クリープ破断特性を良好とす
るために、４時間以上とした。
５．０％を超えて添加すると熱間変形抵抗を高めるため
圧延あるいは鍛造が困難になることから、含有量は５．
０％以下とした。以上の化学成分範囲の鋼の鋼片を圧延
あるいは鍛造する前に、高温で加熱することによりＣ
ｒ、Ｍｏ等の成分偏析を軽減する必要がある。このため
に必要な熱処理は、１１００℃未満では十分な拡散効果
が得られないため、１１００℃を下限とした。一方、１
３００℃を超える温度での加熱は、かえって成分変動を
拡大させることになるため、１３００℃を上限とした。
また、加熱時間については、実施例に示しているよう
に、十分に均質化して高温クリープ破断特性を良好とす
るために、４時間以上とした。
【００１４】以上の如き化学組成の本発明の対象鋼を各
種電気炉等により溶製した後、通常の造塊あるいは連続
鋳造により鋼塊あるいは鋳片とし、鋼塊は圧延あるいは
鍛造により鋼片とし、また鋳片は直接あるいは圧延によ
り鋼片とし、次いで本発明に従った加熱処理を施した
後、圧延あるいは鍛造により各種形状の鋼材として使用
に供される。
種電気炉等により溶製した後、通常の造塊あるいは連続
鋳造により鋼塊あるいは鋳片とし、鋼塊は圧延あるいは
鍛造により鋼片とし、また鋳片は直接あるいは圧延によ
り鋼片とし、次いで本発明に従った加熱処理を施した
後、圧延あるいは鍛造により各種形状の鋼材として使用
に供される。
【００１５】以下に本発明の効果を実施例に基づいてさ
らに具体的に示す。
らに具体的に示す。
【００１６】
【実施例】表１に本発明鋼と比較鋼の化学成分および鋼
片加熱条件を示す。これらの試料から平行部直径：６m
m、標点間距離：３０mmのクリープ破断試験片を採取
し、５５０℃で試験した。表２はこれらの試験結果、す
なわち５５０℃−５０００時間と１００００時間のクリ
ープ破断特性を示したものてある。これらの特性調査結
果から明らかなように、本発明による鋼は比較鋼に比べ
高温長時間側のクリープ破断特性が優れたものである。
これに対し、比較鋼においては、例えば合金番号７は加
熱温度が低いためクリープ破断延性とクリープ破断強度
が低く、合金番号８は加熱温度が高いためクリープ破断
強度とクリープ破断延性が低く、また合金番号９は１２
００℃加熱ではあるが加熱時間が短いためクリープ破断
延性とクリープ破断強度が低い。
片加熱条件を示す。これらの試料から平行部直径：６m
m、標点間距離：３０mmのクリープ破断試験片を採取
し、５５０℃で試験した。表２はこれらの試験結果、す
なわち５５０℃−５０００時間と１００００時間のクリ
ープ破断特性を示したものてある。これらの特性調査結
果から明らかなように、本発明による鋼は比較鋼に比べ
高温長時間側のクリープ破断特性が優れたものである。
これに対し、比較鋼においては、例えば合金番号７は加
熱温度が低いためクリープ破断延性とクリープ破断強度
が低く、合金番号８は加熱温度が高いためクリープ破断
強度とクリープ破断延性が低く、また合金番号９は１２
００℃加熱ではあるが加熱時間が短いためクリープ破断
延性とクリープ破断強度が低い。
【００１７】
【表１】
【００１８】
【表２】
【００１９】
【発明の効果】以上述べた如く、本発明による鋼は低Ｃ
化および鋼片の加熱処理により、特に優れた高温長時間
のクリープ破断延性並びにクリープ破断強度を有する材
料となっており、クリープ領域で使用される特に高速増
殖炉の高温構造材料として工業的に極めて有用なもので
ある。
化および鋼片の加熱処理により、特に優れた高温長時間
のクリープ破断延性並びにクリープ破断強度を有する材
料となっており、クリープ領域で使用される特に高速増
殖炉の高温構造材料として工業的に極めて有用なもので
ある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤田 展弘 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株 式会社 技術開発本部内 (72)発明者 高橋 良輔 福岡県北九州市戸畑区飛幡町１番１号 新日本製鐵株式会社 八幡製鐵所内 (72)発明者 吉田 健 福岡県北九州市戸畑区飛幡町１番１号 新日本製鐵株式会社 八幡製鐵所内
Claims (2)
- 【請求項１】 重量％で、Ｃ ０．０３０％以下、Ｓｉ
３．０％以下、Ｍｎ ３．０％以下、Ｐ ０．０１〜
０．０８％、Ａｌ ０．０６％以下、Ｎ ０．１５％以
下、Ｎｉ １１％超〜１６％、Ｃｒ １５〜２２％を含
有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなるオーステ
ナイト系ステンレス鋼の鋼片を１１００〜１３００℃の
範囲で少なくとも４時間加熱して、結晶粒界への炭化物
の析出が全結晶粒界へ分散した状態となり、かくして単
位粒界あたりの炭化物量が少なくなるように十分均質化
した後、圧延あるいは鍛造することを特徴とする高温ク
リープ破断特性の優れたオーステナイト系ステンレス鋼
の製造方法。 - 【請求項２】 さらに、Ｍｏ ３．０％以下、Ｗ ５．
０％以下のいずれか、あるいは双方を含有することを特
徴とする請求項１記載の高温クリープ破断特性の優れた
オーステナイト系ステンレス鋼の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4127800A JP2811255B2 (ja) | 1992-05-20 | 1992-05-20 | 高温クリープ破断特性の優れたオーステナイト系ステンレス鋼の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4127800A JP2811255B2 (ja) | 1992-05-20 | 1992-05-20 | 高温クリープ破断特性の優れたオーステナイト系ステンレス鋼の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05320755A JPH05320755A (ja) | 1993-12-03 |
| JP2811255B2 true JP2811255B2 (ja) | 1998-10-15 |
Family
ID=14968993
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4127800A Expired - Lifetime JP2811255B2 (ja) | 1992-05-20 | 1992-05-20 | 高温クリープ破断特性の優れたオーステナイト系ステンレス鋼の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2811255B2 (ja) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS558404A (en) * | 1978-06-30 | 1980-01-22 | Nippon Steel Corp | Manufacture of austenitic stainless steel used in atmosphere of high-temperature and high-pressure water |
| JPS57155322A (en) * | 1981-03-18 | 1982-09-25 | Nippon Steel Corp | Treatment of continuous cast strip of austenite-based stainless steel |
| JPH0299295A (ja) * | 1988-10-04 | 1990-04-11 | Nippon Steel Corp | 高温におけるクリープ破断強度および延性の優れたＮｉ―Ｃｒオーステナイト系ステンレス鋼溶接材料 |
| JPH04141516A (ja) * | 1990-09-28 | 1992-05-15 | Kawasaki Steel Corp | 高温特性の優れたオーステナイト系ステンレス鋼の製造方法 |
-
1992
- 1992-05-20 JP JP4127800A patent/JP2811255B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS558404A (en) * | 1978-06-30 | 1980-01-22 | Nippon Steel Corp | Manufacture of austenitic stainless steel used in atmosphere of high-temperature and high-pressure water |
| JPS57155322A (en) * | 1981-03-18 | 1982-09-25 | Nippon Steel Corp | Treatment of continuous cast strip of austenite-based stainless steel |
| JPH0299295A (ja) * | 1988-10-04 | 1990-04-11 | Nippon Steel Corp | 高温におけるクリープ破断強度および延性の優れたＮｉ―Ｃｒオーステナイト系ステンレス鋼溶接材料 |
| JPH04141516A (ja) * | 1990-09-28 | 1992-05-15 | Kawasaki Steel Corp | 高温特性の優れたオーステナイト系ステンレス鋼の製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05320755A (ja) | 1993-12-03 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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