JPH06128691A - 靱性の良好な二相ステンレス鋼及びこれを素材とする厚肉鋼管 - Google Patents

靱性の良好な二相ステンレス鋼及びこれを素材とする厚肉鋼管

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JPH06128691A
JPH06128691A JP28258392A JP28258392A JPH06128691A JP H06128691 A JPH06128691 A JP H06128691A JP 28258392 A JP28258392 A JP 28258392A JP 28258392 A JP28258392 A JP 28258392A JP H06128691 A JPH06128691 A JP H06128691A
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JP
Japan
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duplex stainless
stainless steel
steel
toughness
thick
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JP28258392A
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English (en)
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Kunio Kondo
邦夫 近藤
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Nippon Steel Corp
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Sumitomo Metal Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】従来、二相ステンレス鋼が使用できないとされ
ていた分野にこれを使用すること。 【構成】下記 (1)の二相ステンレス鋼、及び (2)の鋼
管。 (1) 700〜950 ℃の温度域で3秒以上保持される状態、
又は溶体化温度から 500℃までの平均冷却速度が1000℃
/分以下となる状態に曝される用途で用いる二相ステン
レス鋼であって、Bを0.0005〜0.05%含有し、上記のい
ずれの状態に曝されても良好な靱性を維持する二相ステ
ンレス鋼。 (2) 突き合わせ周溶接して用いられる肉厚10mm以上の厚
肉鋼管であって、その素材がBを0.0005〜0.05%含有す
る二相ステンレス鋼からなる鋼管。 【効果】B含有量二相ステンレス鋼は、上記のような脆
化条件下でも靱性劣化の懸念なしに使用できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、従来、靱性低下が懸
念されて使用が避けられていた用途に使用できる二相ス
テンレス鋼、特に突き合わせ周溶接して用いる厚肉の鋼
管用素材として好適な二相ステンレス鋼に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】二相ステンレス鋼は、強度及び耐食性に
優れているため、例えばJIS規格では SUS 329鋼とし
て登録され、広範囲に使用されている。また、SUS 329
鋼をベースにさらに耐食性を改良した二相ステンレス鋼
に関する発明も多数提案されている (例えば、特開平1
−48345 号、同1−100248号、同2−258956号、の各公
報) 。
【0003】しかしながら、二相ステンレス鋼は、Cr、
Moを多量に含有するため、σ相、χ相、Laves 相等の金
属間化合物が析出しやすく、使用条件によっては靱性が
大きく低下する。例えば、溶体化後の冷却速度が大きく
取れないとき、言い換えれば溶体化温度に保持された後
の冷却速度が小さいとき、あるいは或る温度範囲で一定
時間保持されて、いわゆる時効の状態に曝されたとき
は、二相ステンレス鋼は著しく脆化する。従って、この
ような条件に曝されるおそれのある用途には二相ステン
レス鋼の使用を避けるのが常識であった。
【0004】一つの具体例を挙げれば、近年、腐食性の
強い原油やガスの輸送が多くなっているパイプライン用
の管として、二相ステンレス鋼製の管は望ましいもので
ある。ところが、10mm以上の厚肉の管では、溶体化の後
の冷却速度を大きくできないために、前記の脆化が起き
る。また、突き合わせて周溶接したときに、溶接熱影響
部が1000〜1300℃の溶体化温度まで上昇し、その後の冷
却速度が小さいために脆化が起きる。このような高温に
ならない部分でも溶接熱によって 700〜950 ℃の温度範
囲に3秒以上曝された部分は、時効によって脆化する。
従って、上記のような厚肉管の素材として二相ステンレ
ス鋼を使用することはできないと考えられていた。
【0005】なお、二相ステンレス鋼の靱性向上を目的
とした発明が、特開昭61−564 号公報、同61−19764 号
公報に開示されている。これらの発明では、Alの添加量
をコントロールすることによって靱性を向上させようと
しているが、上述のような特殊な条件化での脆化に対処
しようというものではなく、これらの発明の鋼は、従
来、使用が避けられていた用途に使用できるというので
もない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】前記のように、従来の
二相ステンレス鋼では、高温で時効されるような場合
や、溶体化後の冷却速度が大きく取れない場合、また、
厚肉材で溶接熱影響部が徐冷される部分等では、金属間
化合物が析出しやすく、靱性が大きく低下することが懸
念され、用途に大きな制約があった。
【0007】本発明は、従来、二相ステンレス鋼が使用
できないとされていた分野に、これを使用することを課
題としてなされたものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、下記 (1)の二
相ステンレス鋼、及び (2)の鋼管を要旨とする。
【0009】(1) 700〜950 ℃の温度域で3秒以上保持
される状態、又は溶体化温度から 500℃までの平均冷却
速度が1000℃/分以下となる状態に曝される用途で用い
る二相ステンレス鋼であって、Bを0.0005〜0.05%含有
し、上記のいずれの状態に曝されても良好な靱性を維持
する二相ステンレス鋼。
【0010】(2) 突き合わせ周溶接して用いられる肉厚
10mm以上の厚肉鋼管であって、その素材がBを0.0005〜
0.05%含有する二相ステンレス鋼からなる鋼管。
【0011】上記(1) 及び(2) の発明において、二相ス
テンレス鋼というのは、フェライトとオーステナイトの
二相組織、大まかに言って、フェライトが20〜80%、残
りがオーステナイトの組織、を有するステンレス鋼であ
る。このような組織を得る化学組成は広範であり、その
中で、用途に応じて必要とされる耐食性、機械的性質等
の材質特性を満たすように組成を選べばよい。代表的な
組成範囲を例示すれば次のとおりである。( %は重量%
を示す。)C: 0.05%以下、 Si: 0.05〜2.0 %、 Mn:
0.05〜2.0 %、 Ni:2〜10% Cr: 17〜30%、 Mo: 0.1 〜7.00%、 N: 0.01〜0.
5 %、B: 0.0005〜0.05%。
【0012】更に必要に応じて選択的に添加できる成分
として下記の元素がある。
【0013】Cu:0.1〜2.0 %、 sol.Al:0.005〜0.5
%、 W: 0.1 〜5.0 %、Ti、Nb、V: それぞれ0.01〜
0.5 %、Ca、Mg、希土類元素: それぞれ0.0001〜0.01
%。
【0014】
【作用】本発明は、二相ステンレス鋼中における金属間
化合物の析出に及ぼす各種添加元素の影響について詳細
な研究を行って得た新たな知見、即ち、二相ステンレス
鋼に添加されたB (硼素) が、金属間化合物の析出を抑
制する作用を有し、一般に脆化を惹起するとされている
前述の条件下でも脆化を抑制し、靱性を大きく向上させ
る、という知見を基にしている。
【0015】二相ステンレス鋼にBを添加すること自体
は既に知られている。例えば、前掲の特開平1−100248
号、同2−258956号、さらに特開昭56−142855号、特開
昭58−224155号、特開昭59−211556号、等の公報にBを
含有する二相ステンレス鋼が開示されている。しかし、
これらの鋼におけるBの添加目的は、主に熱間加工性の
向上にあり、靱性を考慮した添加ではない。即ち、上記
の各公報の発明では、Bを含有する二相ステンレス鋼
が、特殊な使用条件下でも優れた靱性を維持し得るとの
認識がなく、従って、従来、使用できないとされていた
分野にも使用が可能であることを示唆するものではな
い。
【0016】本発明者の研究結果によれば、Bの添加に
よって二相ステンレス鋼の靱性が大きく改善される。こ
のメカニズムは未だ明確に解明できていないが、Bが粒
界に偏析して、フェライトとオーステナイトの結晶粒界
のエネルギーを低下させ、金属間化合物の析出核生成サ
イトを減じ、金属間化合物が粒界から析出するのを抑制
しているものと推定される。
【0017】上記の作用効果が顕著になるのは、Bの含
有量が0.0005%以上の場合である。
【0018】一方、B含有量が0.05%を超えると、粒界
に硼炭化物が析出してかえって靱性が低下する。従っ
て、B含有量の適性範囲は0.0005〜0.05%である。
【0019】前記(1) の本発明において『700 〜950 ℃
の温度域で3秒以上保持される状態、又は溶体化温度か
ら 500℃までの平均冷却速度が1000℃/分以下となる状
態に曝される用途』と特定したのは、下記の理由によ
る。
【0020】通常、二相ステンレス鋼は 700〜950 ℃の
温度域に3秒以上保持されるか、あるいは、溶体化温度
(およそ1000〜1300℃) に保持された後に、500 ℃の温
度までに、1000℃/分以下の平均冷却速度で冷却される
と、金属間化合物が析出し靱性が大幅に低下すると考え
られている。実際にBを含有しない二相ステンレス鋼で
は、この靱性低下は著しい。また、前記のように 700〜
950 ℃の温度範囲に3秒以上保持された場合には時効に
よって脆化する。そして、Bを含有するか否かを問わ
ず、二相ステンレス鋼は、上記のような熱履歴を受ける
ような用途に使用することが避けられていた。
【0021】本発明は、前述のようなBの作用効果につ
いての新たな知見を生かして、従来、二相ステンレス鋼
が用いられていない用途にまでその使用を拡大しようと
するものである。即ち、上記の用途の特定は、従来の二
相ステンレス鋼の用途を除き、用途発明としての本発明
を明確にするためのものである。なお、かかる用途の具
体例としては、後に詳述する厚肉鋼管の外に、10mm以上
の厚さの鋼板、鍛鋼品、金型、ダイスのような工具類、
がある。
【0022】新たな用途の代表的なものが厚肉の鋼管で
ある。前述のように、肉厚が10mm以上の鋼管では、溶体
化のために1000〜1300℃に加熱しても、その後に1000℃
/分を超える平均冷却速度で冷却するのが困難である。
また、このような鋼管は、例えばラインパイプとして使
用するときに、突き合わせてガス・タングステン・アー
ク溶接法(GTAW)のような方法で溶接するが、その
溶接入熱が大きいために溶接熱影響部は前記の溶体化温
度まで加熱され、その後の冷却速度は1000℃/分以下の
遅いものとなる。さらに溶接熱が影響する一部分では 7
00〜950 ℃で3秒以上保持されてしまう。従って、この
ような厚肉管の素材としては、従来は二相ステンレス鋼
は不適なものとされていた。本発明は、このような用途
にB含有二相ステンレス鋼を積極的に使用することに特
徴がある。
【0023】
【実施例1】種々の化学組成の二相ステンレス鋼をそれ
ぞれ 150kg、真空溶解炉で溶製し、75kgづつに分湯し、
その一方にBを添加して、表1に示すように、B以外の
成分はほぼ同じで、Bを含有する鋼(A 〜I)とB無添加
の鋼(a〜i)のインゴットを得た。同じアルファベッ
トは分湯した組合わせを示し、大文字はB含有鋼、小文
字はB無添加鋼である。
【0024】上記のインゴットを1250℃に加熱して鍛
造、圧延を実施し、厚さ12mmの鋼板を得た。この鋼板を
用いて、下記 (a)及び(b) の試験を行った。
【0025】(a) 溶体化後の冷却速度を変化させる試験 鋼板を1100℃で30分間加熱し、その後の冷却過程で 500
℃までの平均の冷却速度を5〜1000℃/分に変化させ
た。
【0026】(b) 時効条件を変化させる試験 鋼板を1100℃で30分間加熱し、水焼入れをした後、高周
波誘導加熱により 700〜950 ℃で3〜3600秒の加熱する
熱処理を施した。
【0027】なお、 (a)及び(b) ともB添加の効果を明
確にするために、熱処理条件はそれぞれ基本組成が同じ
B含有鋼とB無添加鋼で同じにした。上記 (a)及び(b)
の処理の後、鋼板のT方向 (圧延方向に直角の方向) か
ら、10mm×10mm×55mmの2mmVノッチシャルピー試験片
を採取し、衝撃値を測定した。
【0028】表2に (a)の試験結果、即ち 500℃までの
平均の冷却速度と衝撃値との関係を示す。表3には (b)
の試験結果、即ち、時効条件と衝撃値との関係を示す。
【0029】図1に、表2、表3に示した熱処理後の靱
性に及ぼすB添加の効果をまとめて示す。図中、例えば
イの○は、B含有鋼なら約35kgf-m/cm2(横軸) の衝撃値
を持つが、B無添加鋼なら約3kgf-m/cm2(縦軸) の衝撃
値であることを示す。即ち、図1は、同じ熱処理を施し
てもB含有鋼の衝撃値に比較してB無添加鋼の衝撃値は
大幅に低下し、少量のB添加が熱処理後の靱性確保に極
めて重要な元素であることを示している。
【0030】
【表1】
【0031】
【表2】
【0032】
【表3】
【0033】
【実施例2】実施例1で用いた鋼を鍛造して丸ビレット
とし、1100℃×30分、水冷の溶体化処理を施した後、穴
ぐりして表4に示す外径、肉厚の鋼管を作製した。この
鋼管を供試材として、表4に示す溶接法で突き合わせ溶
接を行い、溶接熱影響部がノッチ部となるように管の長
手方向から10mm×10mm×55mmの2mmVノッチシャルピー
試験片を採取し、衝撃値を測定した。
【0034】表4に衝撃値の測定結果を示す。また、図
2に、前記図1と同じようにB添加と無添加の影響をま
とめて示す。
【0035】表4および図2から明らかなように、B含
有鋼を使用した鋼管では溶接熱影響部でも高い靱性を保
持しているのに対し、B無添加鋼の場合には靱性の低下
が著しい。
【0036】
【表4】
【0037】
【発明の効果】本発明は、従来、二相ステンレス鋼が使
用できないとされていた分野にB含有二相ステンレス鋼
を使用するという画期的なものである。B含有二相ステ
ンレス鋼は、従来の二相ステンレス鋼とほぼ同じコスト
で製造でき、しかも、耐食性、機械的性質等の基本的性
質はB無添加の二相ステンレス鋼を凌ぐものであるか
ら、その用途を拡大することは産業の発展に寄与すると
ころが大きい。そして、上記の新しい用途においても靱
性劣化の懸念なしに使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】B含有二相ステンレス鋼とB無添加二相ステン
レス鋼の熱処理後の靱性の関係を示す図である。
【図2】B含有二相ステンレス鋼とB無添加二相ステン
レス鋼で作製した鋼管の溶接熱影響部の靱性を示す図で
ある。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】700〜950 ℃の温度域で3秒以上保持され
    る状態、または溶体化温度から 500℃までの平均冷却速
    度が1000℃/分以下となる状態に曝される用途で用いる
    二相ステンレス鋼であって、Bを0.0005〜0.05%含有
    し、上記のいずれの状態に曝されても良好な靱性を維持
    する二相ステンレス鋼。
  2. 【請求項2】突き合わせ周溶接して用いられる肉厚10mm
    以上の厚肉鋼管であって、その素材がBを0.0005〜0.05
    %含有する二相ステンレス鋼からなる鋼管。
JP28258392A 1992-10-21 1992-10-21 靱性の良好な二相ステンレス鋼及びこれを素材とする厚肉鋼管 Pending JPH06128691A (ja)

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