JP7445125B2 - オーステナイト系ステンレス鋼管 - Google Patents
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Description
本発明は、オーステナイト系ステンレス鋼管に関する。
高効率化のために蒸気の温度と圧力とを高めた超々臨界圧ボイラの新設が世界中で進められている。このような高温環境下における装置の使用条件が著しく過酷化し、それに伴って使用材料に対する要求性能が厳しくなってきた。例えば、火力発電用ボイラの分野では、高い高温強度が要求される。
このような技術的背景のもと、例えば、特許文献１では、発電用ボイラ等の高温機器に用いられる高温使用中の溶接部の耐脆化割れ性に優れる高強度オーステナイト系ステンレス耐熱鋼が開示されている。
ところで、近年、高温環境下において使用される火力発電用ボイラにおいて、応力緩和割れ（以下、「ＳＲ割れ」ともいう。）の発生が問題となっている。
特許文献１においては、不純物元素の含有量を低減するとともに、Ｎｂ、ＶおよびＴｉの含有量を適正化することによって、溶接部における耐脆化割れ性および高温強度に優れたオーステナイト系ステンレス鋼が得られる。
しかしながら、特許文献１ではＳＲ割れについては検討がなされておらず、耐ＳＲ割れ性の観点では改善の余地が残されている。
本発明は、上記の問題点を解決し、耐ＳＲ割れ性および高温強度に優れたオーステナイト系ステンレス鋼管を提供することを目的とする。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、下記のオーステナイト系ステンレス鋼管を要旨とする。
（１）化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．０４～０．１２％、
Ｓｉ：０．２５～０．５５％、
Ｍｎ：０．７～２．０％、
Ｐ：０．０３５％以下、
Ｓ：０．００１５％以下、
Ｃｕ：０．０２～０．８０％、
Ｃｏ：０．０２～０．８０％、
Ｎｉ：１０．０～１４．０％、
Ｃｒ：１５．５～１７．５％、
Ｍｏ：１．５～２．５％、
Ｎ：０．０１～０．１０％、
Ａｌ：０．０１５～０．０３０％、
Ｖ：０～０．１０％、
Ｎｂ：０～０．０１０％、
Ｔｉ：０～０．０１０％、
Ｂ：０～０．００１５％、
Ｃａ：０～０．０１０％、
残部：Ｆｅおよび不純物であり、
平均結晶粒度番号が４．０以上である、
オーステナイト系ステンレス鋼管。
Ｃ：０．０４～０．１２％、
Ｓｉ：０．２５～０．５５％、
Ｍｎ：０．７～２．０％、
Ｐ：０．０３５％以下、
Ｓ：０．００１５％以下、
Ｃｕ：０．０２～０．８０％、
Ｃｏ：０．０２～０．８０％、
Ｎｉ：１０．０～１４．０％、
Ｃｒ：１５．５～１７．５％、
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Ｎ：０．０１～０．１０％、
Ａｌ：０．０１５～０．０３０％、
Ｖ：０～０．１０％、
Ｎｂ：０～０．０１０％、
Ｔｉ：０～０．０１０％、
Ｂ：０～０．００１５％、
Ｃａ：０～０．０１０％、
残部：Ｆｅおよび不純物であり、
平均結晶粒度番号が４．０以上である、
オーステナイト系ステンレス鋼管。
（２）外径が３０～１０００ｍｍであり、肉厚が３～１５０ｍｍである、
上記（１）に記載のオーステナイト系ステンレス鋼管。
上記（１）に記載のオーステナイト系ステンレス鋼管。
本発明によれば、耐ＳＲ割れ性および高温強度に優れたオーステナイト系ステンレス鋼管を得ることが可能になる。
本発明者らは、耐ＳＲ割れ性を向上させる方法について検討を行った結果、以下の知見を得るに至った。
実機使用中に溶接部または曲げ部等の残留応力が残っている部位においては、残留応力がドライビングフォースとなり、粒内にＮｂ（Ｃ，Ｎ）が過剰析出する。それにより粒内が強化され、相対的に弱化した粒界に応力が集中する。そのようにして粒界割れが発生する現象がＳＲ割れである。そのため、ＳＲ割れを防止するためには、Ｎｂ等の微量元素の低減が重要となる。
加えて、鋼中の結晶粒が粗大であると粒界の面積が小さく、ＳＲ割れが発生しやすくなるため、鋼組織を微細化する必要がある。Ａｌは、ＡｌＮとして微細析出し、ピニング効果により結晶粒の微細化に寄与する。したがって、鋼組織の微細化のためには、適量のＡｌを含有させる必要がある。
本発明は、上記知見に基づいてなされたものである。以下、本発明の各要件について詳しく説明する。
（Ａ）化学組成
各元素の限定理由は下記のとおりである。なお、以下の説明において含有量についての「％」は、「質量％」を意味する。
各元素の限定理由は下記のとおりである。なお、以下の説明において含有量についての「％」は、「質量％」を意味する。
Ｃ：０．０４～０．１２％
Ｃはオーステナイト相を安定にするとともにＣｒと結合して微細な炭化物を形成し、高温使用中のクリープ強度を向上させる。しかしながら、Ｃが過剰に含有された場合、炭化物を多量に析出し、鋭敏化を招く。そのため、Ｃ含有量は０．０４～０．１２％とする。Ｃ含有量は０．０５％以上であるのが好ましく、０．０６％以上であるのがより好ましい。また、Ｃ含有量は０．１１％以下であるのが好ましく、０．１０％以下であるのがより好ましい。
Ｃはオーステナイト相を安定にするとともにＣｒと結合して微細な炭化物を形成し、高温使用中のクリープ強度を向上させる。しかしながら、Ｃが過剰に含有された場合、炭化物を多量に析出し、鋭敏化を招く。そのため、Ｃ含有量は０．０４～０．１２％とする。Ｃ含有量は０．０５％以上であるのが好ましく、０．０６％以上であるのがより好ましい。また、Ｃ含有量は０．１１％以下であるのが好ましく、０．１０％以下であるのがより好ましい。
Ｓｉ：０．２５～０．５５％
Ｓｉは脱酸作用を有するとともに、高温での耐食性および耐酸化性の確保に必要な元素である。しかしながら、Ｓｉが過剰に含有された場合にはオーステナイト相の安定性が低下し、クリープ強度の低下を招く。そのため、Ｓｉ含有量は０．２５～０．５５％とする。Ｓｉ含有量は０．２８％以上であるのが好ましく、０．３０％以上であるのがより好ましい。また、Ｓｉ含有量は０．４５％以下であるのが好ましく、０．４０％以下であるのがより好ましい。
Ｓｉは脱酸作用を有するとともに、高温での耐食性および耐酸化性の確保に必要な元素である。しかしながら、Ｓｉが過剰に含有された場合にはオーステナイト相の安定性が低下し、クリープ強度の低下を招く。そのため、Ｓｉ含有量は０．２５～０．５５％とする。Ｓｉ含有量は０．２８％以上であるのが好ましく、０．３０％以上であるのがより好ましい。また、Ｓｉ含有量は０．４５％以下であるのが好ましく、０．４０％以下であるのがより好ましい。
Ｍｎ：０．７～２．０％
ＭｎはＳｉと同様、脱酸作用を有する元素である。また、オーステナイト相を安定にして、クリープ強度の向上に寄与する。しかしながら、Ｍｎ含有量が過剰になると、クリープ延性の低下を招く。そのため、Ｍｎ含有量は０．７～２．０％とする。Ｍｎ含有量は０．８％以上であるのが好ましく、０．９％以上であるのがより好ましい。また、Ｍｎ含有量は１．９％以下であるのが好ましく、１．８％以下であるのがより好ましい。
ＭｎはＳｉと同様、脱酸作用を有する元素である。また、オーステナイト相を安定にして、クリープ強度の向上に寄与する。しかしながら、Ｍｎ含有量が過剰になると、クリープ延性の低下を招く。そのため、Ｍｎ含有量は０．７～２．０％とする。Ｍｎ含有量は０．８％以上であるのが好ましく、０．９％以上であるのがより好ましい。また、Ｍｎ含有量は１．９％以下であるのが好ましく、１．８％以下であるのがより好ましい。
Ｐ：０．０３５％以下
Ｐは不純物として含まれ、クリープ延性を低下させる。そのため、Ｐ含有量に上限を設けて０．０３５％以下とする。Ｐ含有量は０．０３２％以下であるのが好ましく、０．０３０％以下であるのがより好ましい。なお、Ｐ含有量は可能な限り低減することが好ましく、つまり含有量が０％であってもよいが、極度の低減は製鋼コストの増大を招く。そのため、Ｐ含有量は０．０００５％以上であるのが好ましく、０．０００８％以上であるのがより好ましい。
Ｐは不純物として含まれ、クリープ延性を低下させる。そのため、Ｐ含有量に上限を設けて０．０３５％以下とする。Ｐ含有量は０．０３２％以下であるのが好ましく、０．０３０％以下であるのがより好ましい。なお、Ｐ含有量は可能な限り低減することが好ましく、つまり含有量が０％であってもよいが、極度の低減は製鋼コストの増大を招く。そのため、Ｐ含有量は０．０００５％以上であるのが好ましく、０．０００８％以上であるのがより好ましい。
Ｓ：０．００１５％以下
ＳはＰと同様に不純物として合金中に含まれ、粒界に偏析することにより熱間加工性を低下させるおそれがある。そのため、Ｓ含有量に上限を設けて０．００１５％以下とする。Ｓ含有量は０．００１２％以下であるのが好ましく、０．００１０％以下であるのがより好ましい。なお、Ｓ含有量は可能な限り低減することが好ましく、つまり含有量が０％であってもよいが、極度の低減は製鋼コストの増大を招く。そのため、Ｓ含有量は０．０００１％以上であるのが好ましく、０．０００２％以上であるのがより好ましい。
ＳはＰと同様に不純物として合金中に含まれ、粒界に偏析することにより熱間加工性を低下させるおそれがある。そのため、Ｓ含有量に上限を設けて０．００１５％以下とする。Ｓ含有量は０．００１２％以下であるのが好ましく、０．００１０％以下であるのがより好ましい。なお、Ｓ含有量は可能な限り低減することが好ましく、つまり含有量が０％であってもよいが、極度の低減は製鋼コストの増大を招く。そのため、Ｓ含有量は０．０００１％以上であるのが好ましく、０．０００２％以上であるのがより好ましい。
Ｃｕ：０．０２～０．８０％
Ｃｕはオーステナイト相の安定性を高めて、クリープ強度の向上に寄与する。しかしながら、Ｃｕが過剰に含有された場合、熱間加工性の低下を招く。そのため、Ｃｕ含有量は０．０２～０．８０％とする。Ｃｕ含有量は０．０３％以上であるのが好ましく、０．０４％以上であるのがより好ましい。また、Ｃｕ含有量は０．６０％以下であるのが好ましく、０．４０％以下であるのがより好ましい。
Ｃｕはオーステナイト相の安定性を高めて、クリープ強度の向上に寄与する。しかしながら、Ｃｕが過剰に含有された場合、熱間加工性の低下を招く。そのため、Ｃｕ含有量は０．０２～０．８０％とする。Ｃｕ含有量は０．０３％以上であるのが好ましく、０．０４％以上であるのがより好ましい。また、Ｃｕ含有量は０．６０％以下であるのが好ましく、０．４０％以下であるのがより好ましい。
Ｃｏ：０．０２～０．８０％
ＣｏはＣｕと同様、オーステナイト相の安定性を高めて、クリープ強度の向上に寄与する元素である。しかしながら、Ｃｏは高価な元素であるため、過剰の含有はコスト増を招く。そのため、Ｃｏ含有量は０．０２～０．８０％とする。Ｃｏ含有量は０．０３％以上であるのが好ましく、０．０４％以上であるのがより好ましい。また、Ｃｏ含有量は０．７５％以下であるのが好ましく、０．７０％以下であるのがより好ましい。
ＣｏはＣｕと同様、オーステナイト相の安定性を高めて、クリープ強度の向上に寄与する元素である。しかしながら、Ｃｏは高価な元素であるため、過剰の含有はコスト増を招く。そのため、Ｃｏ含有量は０．０２～０．８０％とする。Ｃｏ含有量は０．０３％以上であるのが好ましく、０．０４％以上であるのがより好ましい。また、Ｃｏ含有量は０．７５％以下であるのが好ましく、０．７０％以下であるのがより好ましい。
Ｎｉ：１０．０～１４．０％
Ｎｉは長時間使用時のオーステナイト相の安定性を確保するために必須の元素である。しかしながら、Ｎｉは高価な元素であり、多量の含有はコストの増大を招く。そのため、Ｎｉ含有量は１０．０～１４．０％とする。Ｎｉ含有量は１０．２％以上であるのが好ましく、１０．５％以上であるのがより好ましい。また、Ｎｉ含有量は１３．８％以下であるのが好ましく、１３．５％以下であるのがより好ましい。
Ｎｉは長時間使用時のオーステナイト相の安定性を確保するために必須の元素である。しかしながら、Ｎｉは高価な元素であり、多量の含有はコストの増大を招く。そのため、Ｎｉ含有量は１０．０～１４．０％とする。Ｎｉ含有量は１０．２％以上であるのが好ましく、１０．５％以上であるのがより好ましい。また、Ｎｉ含有量は１３．８％以下であるのが好ましく、１３．５％以下であるのがより好ましい。
Ｃｒ：１５．５～１７．５％
Ｃｒは高温での耐酸化性および耐食性の確保のために必須の元素である。また、微細な炭化物を形成してクリープ強度の確保にも寄与する。しかしながら、多量の含有はオーステナイト相の安定性を低下させ、逆にクリープ強度を損ねる。そのため、Ｃｒ含有量は１５．５～１７．５％とする。Ｃｒ含有量は１５．８％以上であるのが好ましく、１６．０％以上であるのがより好ましい。また、Ｃｒ含有量は１７．２％以下であるのが好ましく、１７．０％以下であるのがより好ましい。
Ｃｒは高温での耐酸化性および耐食性の確保のために必須の元素である。また、微細な炭化物を形成してクリープ強度の確保にも寄与する。しかしながら、多量の含有はオーステナイト相の安定性を低下させ、逆にクリープ強度を損ねる。そのため、Ｃｒ含有量は１５．５～１７．５％とする。Ｃｒ含有量は１５．８％以上であるのが好ましく、１６．０％以上であるのがより好ましい。また、Ｃｒ含有量は１７．２％以下であるのが好ましく、１７．０％以下であるのがより好ましい。
Ｍｏ：１．５～２．５％
Ｍｏはマトリックスに固溶して高温でのクリープ強度および引張強さの向上に寄与する元素である。加えて、耐食性の向上にも有効である。しかしながら、過剰に含有させると、オーステナイト相の安定性を低下させ、クリープ強度を損ねる。さらに、Ｍｏは高価な元素であるため、過剰の含有はコストの増大を招く。そのため、Ｍｏ含有量は１．５～２．５％とする。Ｍｏ含有量は１．７％以上であるのが好ましく、１．８％以上であるのがより好ましい。また、Ｍｏ含有量は２．４％以下であるのが好ましく、２．２％以下であるのがより好ましい。
Ｍｏはマトリックスに固溶して高温でのクリープ強度および引張強さの向上に寄与する元素である。加えて、耐食性の向上にも有効である。しかしながら、過剰に含有させると、オーステナイト相の安定性を低下させ、クリープ強度を損ねる。さらに、Ｍｏは高価な元素であるため、過剰の含有はコストの増大を招く。そのため、Ｍｏ含有量は１．５～２．５％とする。Ｍｏ含有量は１．７％以上であるのが好ましく、１．８％以上であるのがより好ましい。また、Ｍｏ含有量は２．４％以下であるのが好ましく、２．２％以下であるのがより好ましい。
Ｎ：０．０１～０．１０％
Ｎはオーステナイト相を安定にするとともに、固溶して、または窒化物として析出して、高温強度の向上に寄与する。しかしながら、過剰に含有すると、延性の低下を招く。そのため、Ｎ含有量は０．０１～０．１０％とする。Ｎ含有量は０．０２％以上であるのが好ましく、０．０３％以上であるのがより好ましい。また、Ｎ含有量は０．０９％以下であるのが好ましく、０．０８％以下であるのがより好ましい。
Ｎはオーステナイト相を安定にするとともに、固溶して、または窒化物として析出して、高温強度の向上に寄与する。しかしながら、過剰に含有すると、延性の低下を招く。そのため、Ｎ含有量は０．０１～０．１０％とする。Ｎ含有量は０．０２％以上であるのが好ましく、０．０３％以上であるのがより好ましい。また、Ｎ含有量は０．０９％以下であるのが好ましく、０．０８％以下であるのがより好ましい。
Ａｌ：０．０１５～０．０３０％
Ａｌは、脱酸剤として添加される。また、Ａｌは、ＡｌＮとして微細析出することで、ピニング効果により結晶粒の微細化に寄与する。しかしながら、多量のＡｌを含有すると鋼の清浄性が劣化し、熱間加工性、クリープ特性等が低下する。そのため、Ａｌ含有量は０．０１５～０．０３０％とする。Ａｌ含有量は０．０２５％以下であるのが好ましく、０．０２０％以下であるのがより好ましい。
Ａｌは、脱酸剤として添加される。また、Ａｌは、ＡｌＮとして微細析出することで、ピニング効果により結晶粒の微細化に寄与する。しかしながら、多量のＡｌを含有すると鋼の清浄性が劣化し、熱間加工性、クリープ特性等が低下する。そのため、Ａｌ含有量は０．０１５～０．０３０％とする。Ａｌ含有量は０．０２５％以下であるのが好ましく、０．０２０％以下であるのがより好ましい。
Ｖ：０～０．１０％
Ｖは炭素もしくは窒素と結合して微細な炭化物または炭窒化物を形成し、クリープ強度に寄与するため、必要に応じて含有してもよい。しかしながら、過剰に含有すると、炭窒化物が多量に析出し、クリープ延性の低下を招く。そのため、Ｖ含有量は０．１０％以下とする。Ｖ含有量は０．０９％以下であるのが好ましく、０．０８％以下であるのがより好ましい。なお、上記の効果を得たい場合には、Ｖ含有量は０．０１％以上であるのが好ましく、０．０２％以上であるのがより好ましい。
Ｖは炭素もしくは窒素と結合して微細な炭化物または炭窒化物を形成し、クリープ強度に寄与するため、必要に応じて含有してもよい。しかしながら、過剰に含有すると、炭窒化物が多量に析出し、クリープ延性の低下を招く。そのため、Ｖ含有量は０．１０％以下とする。Ｖ含有量は０．０９％以下であるのが好ましく、０．０８％以下であるのがより好ましい。なお、上記の効果を得たい場合には、Ｖ含有量は０．０１％以上であるのが好ましく、０．０２％以上であるのがより好ましい。
Ｎｂ：０～０．０１０％
ＮｂはＶと同様に微細な炭化物または窒化物として粒内に析出し、高温でのクリープ強度および引張強さの向上に寄与する元素であるため、必要に応じて含有してもよい。しかしながら、過剰に含有すると、炭窒化物が多量に析出し、クリープ延性の低下を招く。また、粒内にＮｂＣが過剰析出した場合にはＳＲ割れの原因となり得る。そのため、本発明においては、Ｎｂ含有量は低減する方が好ましく、０．０１０％以下とする。Ｎｂ含有量は０．００５％以下であるのが好ましく、０．００３％以下であるのがより好ましい。なお、上記の効果を得たい場合には、Ｎｂ含有量は０．００１％以上であるのが好ましく、０．００２％以上であるのがより好ましい。
ＮｂはＶと同様に微細な炭化物または窒化物として粒内に析出し、高温でのクリープ強度および引張強さの向上に寄与する元素であるため、必要に応じて含有してもよい。しかしながら、過剰に含有すると、炭窒化物が多量に析出し、クリープ延性の低下を招く。また、粒内にＮｂＣが過剰析出した場合にはＳＲ割れの原因となり得る。そのため、本発明においては、Ｎｂ含有量は低減する方が好ましく、０．０１０％以下とする。Ｎｂ含有量は０．００５％以下であるのが好ましく、０．００３％以下であるのがより好ましい。なお、上記の効果を得たい場合には、Ｎｂ含有量は０．００１％以上であるのが好ましく、０．００２％以上であるのがより好ましい。
Ｔｉ：０～０．０１０％
ＴｉはＶおよびＮｂと同様、炭素もしくは窒素と結合して微細な炭化物または炭窒化物を形成し、クリープ強度に寄与するため、必要に応じて含有してもよい。しかしながら、過剰に含有すると、炭窒化物が多量に析出し、クリープ延性の低下を招く。また、Ｎｂと同様にＴｉＮ等の過剰析出は耐ＳＲ割れ感受性を低下させる懸念がある。そのため、本発明においては、Ｔｉ含有量は低減する方が好ましく、０．０１０％以下とする。Ｔｉ含有量は０．００５％以下であるのが好ましく、０．００３％以下であるのがより好ましい。なお、上記の効果を得たい場合には、Ｔｉ含有量は０．００１％以上であるのが好ましく、０．００２％以上であるのがより好ましい。
ＴｉはＶおよびＮｂと同様、炭素もしくは窒素と結合して微細な炭化物または炭窒化物を形成し、クリープ強度に寄与するため、必要に応じて含有してもよい。しかしながら、過剰に含有すると、炭窒化物が多量に析出し、クリープ延性の低下を招く。また、Ｎｂと同様にＴｉＮ等の過剰析出は耐ＳＲ割れ感受性を低下させる懸念がある。そのため、本発明においては、Ｔｉ含有量は低減する方が好ましく、０．０１０％以下とする。Ｔｉ含有量は０．００５％以下であるのが好ましく、０．００３％以下であるのがより好ましい。なお、上記の効果を得たい場合には、Ｔｉ含有量は０．００１％以上であるのが好ましく、０．００２％以上であるのがより好ましい。
Ｂ：０～０．００１５％
Ｂは粒界炭化物を微細分散させることにより、クリープ強度を向上させる効果を有するため、必要に応じて含有してもよい。しかしながら、過剰に含有すると、溶接施工時の液化割れ感受性を高める。そのため、Ｂ含有量は０．００１５％以下とする。Ｂ含有量は０．００１２％以下であるのが好ましく、０．００１０％以下であるのがより好ましい。なお、上記の効果を得たい場合には、Ｂ含有量は０．０００２％以上であるのが好ましく、０．０００５％以上であるのがより好ましい。
Ｂは粒界炭化物を微細分散させることにより、クリープ強度を向上させる効果を有するため、必要に応じて含有してもよい。しかしながら、過剰に含有すると、溶接施工時の液化割れ感受性を高める。そのため、Ｂ含有量は０．００１５％以下とする。Ｂ含有量は０．００１２％以下であるのが好ましく、０．００１０％以下であるのがより好ましい。なお、上記の効果を得たい場合には、Ｂ含有量は０．０００２％以上であるのが好ましく、０．０００５％以上であるのがより好ましい。
Ｃａ：０～０．０１０％
Ｃａは製造時の熱間加工性を改善する効果を有するため、必要に応じて含有してもよい。しかしながら、過剰に含有すると、酸素と結合し、清浄性を著しく低下させて、却って熱間加工性を劣化させる。そのため、Ｃａ含有量は０．０１０％以下とする。Ｃａ含有量は０．００８％以下であるのが好ましく、０．００５％以下であるのがより好ましい。なお、上記の効果を得たい場合には、Ｃａ含有量は０．０００５％以上であるのが好ましく、０．００１％以上であるのがより好ましい。
Ｃａは製造時の熱間加工性を改善する効果を有するため、必要に応じて含有してもよい。しかしながら、過剰に含有すると、酸素と結合し、清浄性を著しく低下させて、却って熱間加工性を劣化させる。そのため、Ｃａ含有量は０．０１０％以下とする。Ｃａ含有量は０．００８％以下であるのが好ましく、０．００５％以下であるのがより好ましい。なお、上記の効果を得たい場合には、Ｃａ含有量は０．０００５％以上であるのが好ましく、０．００１％以上であるのがより好ましい。
本発明の鋼の化学組成において、残部はＦｅおよび不純物である。ここで「不純物」とは、鋼を工業的に製造する際に、鉱石、スクラップ等の原料、製造工程の種々の要因によって混入する成分であって、本発明に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。
（Ｂ）金属組織
平均結晶粒度番号：４．０以上
上述のように、鋼中の結晶粒が粗大であると粒界の面積が小さくなり、ＳＲ割れが発生しやすくなる。そのため、鋼組織を微細化する必要があり、具体的には、ＡＳＴＭ Ｅ１１２で規定される平均結晶粒度番号を４．０以上にする必要がある。なお、結晶粒度番号の上限については特に制限は設けないが、結晶粒が細かすぎるとクリープ強度が低下する場合があるため、結晶粒度番号は７．０以下であることが好ましい。
平均結晶粒度番号：４．０以上
上述のように、鋼中の結晶粒が粗大であると粒界の面積が小さくなり、ＳＲ割れが発生しやすくなる。そのため、鋼組織を微細化する必要があり、具体的には、ＡＳＴＭ Ｅ１１２で規定される平均結晶粒度番号を４．０以上にする必要がある。なお、結晶粒度番号の上限については特に制限は設けないが、結晶粒が細かすぎるとクリープ強度が低下する場合があるため、結晶粒度番号は７．０以下であることが好ましい。
（Ｃ）寸法
本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼管の寸法については特に制限はないが、火力発電用ボイラ等に適用する場合においては、外径が３０～１０００ｍｍであり、肉厚が３～１５０ｍｍであることが好ましい。
本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼管の寸法については特に制限はないが、火力発電用ボイラ等に適用する場合においては、外径が３０～１０００ｍｍであり、肉厚が３～１５０ｍｍであることが好ましい。
（Ｄ）製造工程
本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼管は、上述の化学組成を有する鋼に対して、熱間加工（製管）後に固溶化熱処理を施すことにより製造することができる。
本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼管は、上述の化学組成を有する鋼に対して、熱間加工（製管）後に固溶化熱処理を施すことにより製造することができる。
熱間加工を行うに際しては、１０００℃以下の温度で終了する。加工終了温度を１０００℃以下とすることによって、ＡｌＮの析出を促進して熱間加工中における粒成長を抑制し、鋼組織を微細化することが可能となる。なお、熱間加工前の加熱温度については特に制限は設けないが、１１５０～１３５０℃とすることが好ましい。
固溶化熱処理は、具体的には、熱間製管によって得られた鋼管を１０００～１２００℃に均熱することによって実施する。均熱時間は特に限定されないが、例えば、１０分～２時間である。
以下、実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
表１に示す化学成分を有する鋼に対して、１２８０℃まで加熱した後、表２に示す加工終了温度となる条件で熱間製管を行い、外径が６１０ｍｍ、肉厚が５６ｍｍの鋼管を製造した。そして、各鋼管に対して、１０６０℃で３０分間均熱した後に水冷する固溶化熱処理を施した。
次に、各鋼管の厚さ中央部から組織観察用の試験片を採取し、長手方向の断面をエメリーペーパーおよびバフで研磨後、混酸で腐食して光学顕微鏡観察を行った。観察面の結晶粒度番号は、ＡＳＴＭ Ｅ１１２に規定される結晶粒度標準図プレートＩとの比較法による判定方法に従って求めた。なお、上記の組織観察用の試験片を鋼の全肉厚からランダムに１０試料採取した上で、１０視野について光学顕微鏡観察を行い、それぞれで得られた結晶粒度番号を平均することによって、平均結晶粒度番号を算出した。
さらに、Ｃリング型拘束溶接試験用の試験片を作製し、ＳＲ割れ感受性の評価に供した。図１は、Ｃリング型拘束溶接試験用試験片の形状を説明するための図である。
具体的には、まず上記の試験材から長さ２０ｍｍの鋼管を切り出し、ＨＡＺを模擬した熱処理を施した。具体的には、１３００℃×１０秒の熱処理であり、昇温速度は１００℃／秒、降温速度は４０℃／秒とした。そして、鋼管の周方向における１か所に幅１．５ｍｍの切れ目を入れることで、Ｃリング状に加工した。切れ目を入れた箇所の反対側、すなわち周方向に１８０°離れた箇所には、図１に示すように、幅０．４ｍｍ、深さ０．５ｍｍ、溝底部の曲率半径０．２ｍｍの切欠きを形成した。
その後、図２に示すように、切れ目部分の断面が互いに当接するように両側から力を加えた状態で、鋼管の外側から溶接材料を使用せずにＴＩＧ溶接を行い拘束した。この状態で６５０℃×１，０００時間の時効熱処理を施した。そして、応力を付与した切欠き部分で割れの発生有無を確認した。
それらの結果を表２に併せて示す。表２に示されるように、Ａｌ含有量を０．０１５％以上含有させるとともに、熱間製管時の加工終了温度を１０００℃以下に制御した本発明例では、割れが発生せずに、耐ＳＲ割れ性に優れることが分かる。これに対して、本発明の規定を満足しない比較例では、割れが発生する結果となった。
本発明によれば、耐ＳＲ割れ性および高温強度に優れたオーステナイト系ステンレス鋼管を得ることが可能になる。
Claims (2)
- 化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．０４～０．１２％、
Ｓｉ：０．２５～０．５５％、
Ｍｎ：０．７～２．０％、
Ｐ：０．０３５％以下、
Ｓ：０．００１５％以下、
Ｃｕ：０．０２～０．８０％、
Ｃｏ：０．０２～０．８０％、
Ｎｉ：１０．０～１４．０％、
Ｃｒ：１５．５～１７．５％、
Ｍｏ：１．５～２．５％、
Ｎ：０．０１～０．１０％、
Ａｌ：０．０１５～０．０３０％、
Ｖ：０～０．１０％、
Ｎｂ：０～０．０１０％、
Ｔｉ：０～０．０１０％、
Ｂ：０～０．００１５％、
Ｃａ：０～０．０１０％、
残部：Ｆｅおよび不純物であり、
平均結晶粒度番号が４．０以上である、
オーステナイト系ステンレス鋼管。 - 外径が３０～１０００ｍｍであり、肉厚が３～１５０ｍｍである、
請求項１に記載のオーステナイト系ステンレス鋼管。
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| JP2020069079A JP7445125B2 (ja) | 2020-04-07 | 2020-04-07 | オーステナイト系ステンレス鋼管 |
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| JP2020069079A JP7445125B2 (ja) | 2020-04-07 | 2020-04-07 | オーステナイト系ステンレス鋼管 |
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| JP2021165419A JP2021165419A (ja) | 2021-10-14 |
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Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
| WO2019069998A1 (ja) | 2017-10-03 | 2019-04-11 | 新日鐵住金株式会社 | オーステナイト系ステンレス鋼 |
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