JPS5867854A - 耐応力腐食割れ性にすぐれたニツケル基高クロム合金の製造方法 - Google Patents

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】 この発明は、耐応力腐食割れ性にすぐれ、しかもすぐれ
た耐応力腐食割れ性が溶接やその後のＳＲ（Ｓｔｒｅｓ
ｓ　ｒｅｌｉｅｆ）熱処理によっても低下しないニッケ
ル基高クロム合金の製造方法に関する。

純水またはＣ６−イオンを含む高温高圧環境に使用され
る化学設備の配管や熱交換器などの材料として、近年３
０％Ｃｒ−６０％Ｎｉ系合金が注目され、現在その実用
化が進められている。３０％Ｃｒ−６０％Ｎｉ系は、他
の鋼や合金材料に較べ応力腐食割れに対する抵抗性がす
ぐれる特徴を有しているとの理由からである。この材料
のかかる有利性は確かであるがしかし、この材料を用い
てもなお、上記環境下での使用中、溶接熱影響部、更に
は母材部分にも応力腐食割れ（以下、ＳＣＣと略す）の
生じる危険は避けられない。これは、成品の製造工程で
、または機器組立時の溶接及びその後のＳＲ処理（５５
０°Ｃに２０時間程度加熱保持）によシ、粒界にＣｒカ
ーバイドが析出して粒界近傍にＣｒ欠乏層が生じ、ＳＣ
Ｃを生じる結果、３０　’１ｂｃｒ−６０ＺＮｉ系本来
の性能が損われるためと考えられる。

本発明は、製造直後の成品段階で３０％Ｃｒ−６０％Ｎ
ｉ系本来のすぐれた耐ＳＣＣ性を備えるのはもとより、
その後の溶接、ＳＲ処理によってもＳＣＣに対し鋭敏化
しないＮｉ基合金成品の製造方法を提供しようとするも
のである。

すなわち本発明は、 （ｉ）Ｃ０，０４チ以下、Ｓｉ　１．０％以下、Ｍｎ　
１．０％以下、Ｐｏ、０３％以下、ＳＯ，００５％以下
、（’Ｊｉ　５０〜８０　％、Ｃｒ１５〜３５％、Ａｇ
０．５０％以下で、必要に応じＴｉ０．２〜１．０％を
含み、残部は実質的にＦｅからなる合金、■Ｃ０，０４
％以下、Ｓｉ１．０％以下、Ｍｎ１．０％以下、Ｐｏ、
０３　％以下、ＳＯ，００５％以下、Ｎ１５０〜８０％
、Ｃｒ１５〜３５％、ＡＪ　０．５０％以Ｆで、Ｍｏ　
０．５〜２．０　’％、Ｗｏ、５〜２．０チの一方また
は双方を含み、更に必要に応じＴｉ　０．２〜１．０チ
を含有し、残部は実質的にＦｅからなる合金、 上記前れかの合金を、熱間加工後、加工率３８％以上で
冷間圧延し、引き続き添付図面の＠１図に示すＡ（０，
５，８５０）、Ｂ　（０，５，７５０）、Ｃ（１代６７
５）、Ｄ（１００，６７５）、Ｅ（１００，８５０）の
５点を結ぶ直線で囲まれる範囲内の加熱温度及び保持時
間で最終焼鈍を咎うことを特徴とする耐ＳＣＣ性にすぐ
れたニッケル基高クロム合金の製造方法、を要旨とする
。

３０％Ｃｒ−６０％Ｎｉ系合金の場合、板及び管などの
成品は一般に、熱間加工後、３０％以下の冷延加１１０
０℃、保持時ｌｌ５２〜３００程度の短時間焼鈍を行っ
て製造される。このような鋼種では、Ｓ＝Ｒ処理での鋭
敏化を避けるため、できるだけ焼鈍後の炭化物の析出を
抑えなければならないというのが一般の常識的な見方で
ある。すなわち、炭化物の析出量が多いと、ＳＲ処理に
よるＣｒカーバイド析出が加速され、Ｃｒ欠乏による鋭
敏化の原因となり易いのである。未固溶炭化物の析出は
、焼鈍温度が、高い程、Ｃの固溶度が増す関係で、少な
くなる。

また、焼鈍前の冷間加工についてみれば、加工度が小さ
い程、炭化物析出の核となるスリップバンドが小さいた
めに炭化物の析出は抑制される傾向となる。このような
訳で、３０％Ｃｒ−６０％Ｎｉ系合金には、先述の如き
製造方法が適用されていたわけであるが、しかしこの方
法では焼鈍温度が高くなる関係上、一方では焼鈍の冷却
過程において鋭敏化する虞れもあり、更には高温焼鈍を
経た成品は、Ｃ固溶度の′低い温度で実施されるＳＲ処
理によって粒界に析出する炭化物の量が多いから、もし
Ｃｒカーバイドの析出域に入った場合には、確実に鋭敏
化してしまうという危険をはらんでいるのである０ しかるに、前記本発明の方法に基いて、焼鈍前の冷間加
工を従来より高い加工度にて行うと、合金中には著しく
多くのスリップバンドが生じることとなる。ここで、８
５０°Ｃ以下、すなわち従来より可ＩＩ）低目の温度で
の焼鈍を実施すれば、従来の場合とは全く逆に短時間内
で合金中には多量の炭化物が粒内に微細に分散析出する
こととなる。

焼鈍温度を低くするためにＣの固溶度が小さくなること
によって、炭化物の析出すべき量が多くなるに加え、析
出の核となるスリップバンドが予め多量に発生している
ため粒内での析出が効果的に促進される結果である。し
かもこの場合、鋭敏化の原因になる０カーバイドの析出
についてみれば、多量のスリップバンドによって析出が
早められるにつれ、その析出によって生じたＣｒ欠乏層
の回復も有効に加速されることになり、このため焼鈍時
、第１図のＡＢＣ，ラインをこえる程度の比較的短時間
内に０欠乏層の回復は完了する。Ｃｒ欠乏層の回復した
成品は、少なくともその段階では鋭敏化しておらず、合
金本来の高耐ＳＣＣ性を備えている。

上記をこより得られた成品をＳＲ処理した場合、更に炭
化物が析出するが、この量としてはきわめて少なく止め
られる。すなわち、ＳＲ処理により析出する炭化物の量
は、基本的には当該処理温度と１１回の焼鈍温度のＣ固
溶度の差に比例的であり、従って焼鈍温度が低ければ低
い程ＳＲ処理での析出量は少なくなる。まだ同時に、焼
鈍段階で既にＣｒカーバイドの析出が十分性なわれてい
ると、析出量は一段と低減されるのである。このように
ＳＲ処理による炭化物の析出量が少なく、しかも前記の
如く予め合金中に炭化物が微細分散している場合は、た
とえＳＲ処理によってＣｒカーバイドが析出してもＣｒ
欠乏層は粒内に分散した炭化物の周囲に生じるだけであ
る。本来鋭敏化とは、周知の如く粒界に沿ってＣｒ欠乏
層が連続発生してはじめて起こる現象であり、前記よう
な分散状態では鋭敏化の懸念は全くない。

また、前記焼鈍後、溶接とＳＲ処理を受けた場合でも、
合金中のＣ量が本発明のように０．０４％以下のときに
は、鋭敏化は避けられる。溶接によって高温に加熱され
た場合、析出炭化物は再度その加熱温度に対応するＣ固
溶度に従って溶は込み、次のＳＲ処理によって再び析出
する軌跡を辿るが、このＳＲ処理の際、Ｃ量が０．０４
％をこえると、適切な加工及び熱処理を施しても粒界に
Ｃｒ欠乏層を生じて割れ発生の原因となる。

以下、本発明における製造条件と使用合金成分限定の理
由について説明する。

第１図は、最終焼鈍における加熱温度と保持時間がＳＲ
処理後の耐ＳＣＣ性に及ぼす影響を示す図表である。こ
れは実験により得られたものであるが、実験は基本的に
は後述の実施例に示す方法に則った。実験に用いた合金
は、後述の第１表の成分をもつものであり、冷間加工度
としては３８％とした。図中、Ｏ：割れ深さ０．０５ａ
未満、Ｘ：同じく０．０５回以上、を各々示し、Ａ、　
Ｂ、　Ｃ，Ｄ、　Ｅの各点を結んで囲んだところが本発
明範囲である。

加熱温度が８５０°Ｃをこえると、Ｃ固溶度が高すぎて
焼鈍による炭化物の析出が不十分となり、その後のＳＲ
処理での折血量が増し粒界への連続析出による鋭敏化を
通して耐ＳＣＣ性が劣化する。他方、６７５℃を下廻る
と、いくら長時間保持でも焼鈍本来の目的である再結晶
が十分達成されない。保持時１１」Ｊについては、０１
５時間未満では、８５０′ｃ以下の加糖温度の場合は再
結晶が十分進展し得ないとともに、Ｃｒカーバイド析出
にょるＣｒ欠乏層の回復が不足しＳＲ処理後において耐
ＳＣＣ性が低下する。

１００時間をこえると、経済性の而で不利が大きい。

ｆ、　ニ、加熱温度６７５〜８５０′ｃ１保持時間０．
５〜１００時間を満たしても、図中Ｂ点（０２５時間、
７５０ｃ）と０点（１０時四重６７５℃〕を結ぶ直線Ｂ
Ｃの下の領域では、再結晶、Ｃｒ欠乏層の回復がともｐ
こ不足する。

第２図は、上記焼鈍前の冷間加工率と合金中Ｃ量の溶接
＋ＳＲＳＲ処理後ＳＣＣ性に対する影響を示す図である
。この結果を得た実験も、前記同様基本的には後述の実
施例と同じ方法によったもので、最終焼鈍は８００°ｃ
Ｘ１０ｈｘ使用合金は第１図の場合と同様である。図中
、実線にて囲んだところが本発明範囲を示す。ＯｌＸの
表わす意味は、第１図と同じである。冷間加工率は、３
８ｑｂ未満では十分なＩＡ：のスリップバンドが確保し
得す、焼鈍時炭化物が粒内に微細に分散した析出状態が
得られないとともに０欠乏層の回復促進の効果が不足し
て、前記の如き低温で比較的短時間の焼鈍ではＣｒ欠乏
層の回復が望めないため、溶接＋ＳＲＳＲ処理後うに及
ばず焼鈍後の段階ですでに鋭敏化の懸念がある。冷間加
工率が３８％以上でも、合金中Ｃ量が多すぎるときは、
溶接＋ＳＲ処理後良好な耐ＳＣＣ性が期待できない。一
般にｃ歌が多い程、焼鈍によって多量の炭化物が得９れ
易いが、反面、前記冷間加工＋焼鈍によって析出した炭
化物が溶接を受けて再度溶け、ＳＲ処理によって再析出
する炭化物の量が増し、０カーバイドの析出による粒界
近傍での０欠乏が回避し難くなる◇鋭敏化の原因になる
この粒界近傍での０欠乏を防ぐためには、Ｃ量０．０４
％以下が必要である。

次に、本発明対象合金の成分限定（Ｃを除く）について
記す。

Ｓｉ、Ｍｎ、Ａｅ：何れも脱酸元素であり、各下限値以
下では効果がなく、また同じく上限値をこえると、効果
が飽和する許シか、合金の清浄度の劣化を来たす。

Ｎｉ：耐食性向上の効果著しく、Ｃ＃−を含む高温水中
およびアルカリ溶液（ＮａＯＨ）環境下でのＳＣＣに対
する抵抗性を改善する基幹元素であり、５０チ以上の含
有できわめて高い耐食性が期待できる。

一方８０％をこえるとその効果は飽和し、添加できるＣ
ｒ量が制限を受けるので、８０チ以下とした。

Ｃｒ：Ｎｉ同様、耐食性向上に必須の元素である。

１５チ未満では効果が不足し、他方３５チをこえると熱
間加工性の劣化が著しい。

Ｔｉ：炭化物形成元素であり、鋭敏化処理によってＣを
ＴｉＣとして固定するため、有害な０カーバイドの析出
抑制に有効である。０．２％未満ではその効果が十分に
は期待できず、１．０％を上廻ると合金清浄度の点で問
題となる。含金成分中、Ｃ，Ｃｒが比較的低い合金の場
合は、特にＴｉを添加する必要はない。

ＭへＷ：これらは不働態皮膜の強化に有効な成分であり
、その添加は耐食性改善をもたらす、とくに、濃化Ｃ６
−によるＳＣＣの発生を遅延させるのに効果的であるが
、何れも０．５チ以上添加しないえると合金の清浄度の
悪化を惹起する。

汽Ｓ：何れも不純物成分であって、０．０３０％をこえ
ると熱同加工性を害する。

次に、本発明の実施例について説明する。

第１表に示す（２）〜０の各成分をもつ合金を３０−真
空溶製し、鍛伸、軟化処理後、第２表に示す各条件にて
冷間加工、最終焼鈍を施しだ。その後更に％　５５０”
１２０時間の低温熱処理（ＳＲ処理に相当）を施し、ま
たはＴＩＧ溶接（ナメ付、６０Ａ１フエラーなし）を行
なってからＳＲ処理として上記同様の低温熱処理を施し
、これらの材料から２部属ＸＩＱｍ巾×７５Ｍ長の試験
片を２枚ずつ採取した。この２枚の試験片を重ね合せて
Ｕ字型に曲げ、これをさらに５ＩＩＩＩＩ＋拘束して、
いわゆる二重Ｕ字曲げ試験片となし、こｈ５を、３Ｊα
−一トクレーブに貯めた、３００　ｐｒ′ｍ　Ｃｐ−を
含有する非脱気３００°Ｃの高温水中゛１・− に１ｏｏｏ時間浸漬した。試験後、Ｕ字型の内側の試験
片について断面の割れ深さを調査した。結果をまとめて
第２表工及び■に示す。

第　１　表（ｗｔ％） 第　　　２　　　表　−エ 第　　２　　表　−〇 第２表Ｉ及び■において、冷延加工度、焼鈍条件が本発
明範囲内のもの（１）〜（図は、ＳＣＣの最大深さが低
温熱処理材、溶接＋ＳＲ処理材の何れの状態ででも０．
０３ｆｌ以下というきわめて小さな値を示した。これに
対し、比較例では、（２，’ｌｌ〜Ｇ２は焼鈍条件が本
発明範囲外のため低温熱処理材でのＳＣＣが本発明例よ
り格段に犬きく、またＯ′３）〜ＯＤは冷延加工度が本
発明範囲を下廻るため、溶接＋ＳＲ処理材の耐ＳＣＣ性
が著しく劣っている。更にＣ匈〜（４υは、合金中のＣ
量が高すぎて、溶接＋ＳＲ処理材のＳｃｃが著しくなっ
ている。因みに、常法によって製造した従来例（４カ〜
（４１１ｉ１より、例え合金中Ｃ量を低くしても、低温
熱処理材、溶接＋ＳＲ処理材の耐ＳＣＣ性は殆んど改善
されないことが判る。

以上の説明から明らかなように本発明の製造方法によれ
ば、耐応力腐食割れ性にすぐれる３０％Ｃｒ−６０％Ｎ
ｉ系合金のその本来の特性を備えしかもその特性が成品
段階のみならず、その後溶接または更にＳＲ処理の影響
を受けた場合も良好なまま維持される合金成品を得るこ
とができ、したがつて本発明は溶接組立される耐食機器
に６０％Ｎｉ−３０％Ｃｒ合金のすぐれた耐食性能をそ
のまま生かすことを可能にするという意味で、きわめて
利用価値の高い発明ということができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は６０％Ｎｉ−３０％Ｃｒ合金の最終焼鈍の加熱
温度と保持時間がＳＲ処理後の１Ｔｌｔ　ＳＣＣ性に及
ぼす影響を示す図、第２図は同じく冷延加工度と合金中
Ｃ？の溶接子ＳＲ処理後の耐ＳＣＣ性に対する影響を表
わす図である。 第　　１　　図 イ呆持蒔周（ｈ） 第２図 ・イト車中Ｃ髪（％）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　ＣＯ，０４％以下、Ｓｉ　１．０チ以下、Ｍ
   ｌｌ　１．０％以下、Ｐｏ、０３チ以下、５０．００５
   ％以下、Ｎｉ　５０％〜８０％、Ｃｒ１５〜３５％、Ａ
   ｇ０．５０％以下で、必要に応じＴｉＯ３２〜１．０チ
   を含み、残部は実質的にＦｅからなる合金を、熱間加工
   後、加工率３８チ以りで冷間圧延し、引き続き添付図面
   の第１図に示すＡ（０，５，８５０）、１３（０，５，
   ７５０）、Ｃ（１０，６７５）、ｒ）（１００，６７５
   ）、Ｅ（１００，８５０）の５点を結ぶ直線で囲まれる
   範囲内の、加熱温度及び保持時間で最終焼鈍を行うこと
   を特数とする耐応力腐食割れ性しこすぐれた二・ンケル
   基高クロム合金の製造方法。
2. （２）　　Ｃ０，０４ｑｂ以下、Ｓｉ　１．０％以下、
   Ｍｎ　１．０　％リード、Ｐｏ、０３チ以下、５０．０
   ０５％以下、Ｎｉ　５０〜８０％、Ｃｒ１５〜３５％、
   Ａ１．５０％以下で、Ｍｏ　０．５〜２．０％、Ｗｏ、
   ５〜２．０％の一方寸たは双方を含有しさらをこ必要に
   応じＴｉ　０．２〜１．０％を含み、残部は実質的にＦ
   ｅからなる合金を、熱間加工後、加工率３８チ以上で冷
   間圧延し、引き続き添付図面の第１図に示すＡ（０，５
   ，８５０）、Ｂ（０，５，７５０）、Ｃ（１０，６７５
   ）、Ｄ（１００，６７５）、Ｅ（１００，８５０）の５
   点を結ぶ直線で囲まれる範囲内の加熱温度及び保持時間
   で最終焼鈍を行うことを特徴とする耐応力腐食割れ性に
   すぐれたニッケル基高クロム合金の製造方法。