JPS6053108B2 - 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

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

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JPS6053108B2
JPS6053108B2 JP16601881A JP16601881A JPS6053108B2 JP S6053108 B2 JPS6053108 B2 JP S6053108B2 JP 16601881 A JP16601881 A JP 16601881A JP 16601881 A JP16601881 A JP 16601881A JP S6053108 B2 JPS6053108 B2 JP S6053108B2
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nickel
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博夫 長野
孝男 南
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Sumitomo Metal Industries Ltd
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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SE(Stre
ssrelief)熱処理によつ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Cl−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
30%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()Cに加時間程度加熱保持)により、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
、SCCを生じる結果、圓%Cr−60%Ni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
後の成品段階で圓%Cr−60%Ni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
処理によつても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、 1C0.04%以下、Sil.O%以下、Mnl.O%
以下、PO.O3%以下、SO.OO5%以下、Ni5
O〜80%、Crl5〜35%、AlO.5O%以下で
、MOO.5〜2.0%、WO.5〜2.0%の一方又
は双方を含有し、残部は実質的にFeからなる合金、2
C0.04%以下、Sil.O%以下、Mnl.O%以
下、PO.O3%以下、SO.OO5%以下、Ni5O
〜80%、Crl5〜35%、AlO.5O%以下、T
iO.2〜1.0%を含み、更にMOO.5〜2.0%
、WO.5〜2.0%の一方又は双方を含有し、残部は
実質的にFeからなる合金、上記何れかの合金を、熱間
加工後、加工率詔%以上て冷間圧延し、引き続き添付図
面の第1図に示すA(0.5、800)、B(0.5、
750)、C(101675)、D(100、675)
、E(1001800)の5点を結ぶ直線で囲まれる範
囲内で、かつ800℃を含まない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%以下の冷延加工を施
し、最終熱処理として、加熱温度950〜1100℃、
保持時間2〜3紛程度の短時間焼鈍を行つて製造される
このような鋼種では、SR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、少なくな一る。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
つ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つた場合には、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。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、800℃未満、すなわち従来より可成り低目の
温度での焼鈍を実施すれば、従来l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つて、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ての枡出が効果的に保進
される結果である。しかもこの場合、鋭敏化の原因にな
るCrカーバイドの析出についてみれば、多量のスリッ
プバンドによつて析出が早められるにつれ、その析出に
よつて生じた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Cr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。上記に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前回の焼鈍温度のC固溶度の差に
比例的であり、従つ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。また同時に、焼鈍段階で既
にCrカーバイドの析出が十分行なわれていると、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
理によつて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つて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
溶接によつ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固溶度に従つて溶け込み、次
のSR処理によつて再び析出する軌跡を辿るが、このS
R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つた。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
度としては羽%とした。図中0Δ口◇:割れ深さ0.0
57vn未満、●A?◆:同じく0.05Wr!n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800℃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処理での析出量が増し粒界
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、いくら長時間保持ても
焼鈍本来の目的てある再結晶が十分達成されない。保持
時間については、0.5時間未満では、800℃未満の
加熱温度の場合は再結晶が十分進展し得ないととも、C
rカーバイド析出による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、経済性の面で不利が大きい。
更に、加熱温度675〜800℃、保持時間0.5〜1
0CJIff間を満たしても、図中B点(イ).峙間、
750℃)とC点(10時間、675℃)を結ふ直線0
の下の領域では、再結晶、Cr欠乏層の回復がともに不
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+SR処理後の酵℃C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
例と同じ方法によつたもので、最終焼鈍は800℃×1
0h1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。記号の表わす
意味は、第1図と同じである。冷間加工率は、38%未
満では十分な量のスリップバンドが確保し得ず、焼鈍時
炭化物が粒内に分散した析出状態が得られないとともに
Cr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+SR処理後は云うに及ばず焼鈍後の段階
ですでに鋭敏化の懸念がある。冷間加工率が詔%以上て
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量が多に程、
焼鈍によつて多量の炭化物が得られ易いが、反面、前記
冷間加工+焼鈍によつて析出した炭化物が溶接を受けて
再度溶け、SR処理によつて再析出する炭化物の量が増
し、Crカーバイドの析出による粒界近傍でのCr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Cr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,Al: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、効果が飽和する許りか、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、C1−を含む高温水中
およびアルカリ溶液(NaOFI)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%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%以下とした。Cr:N
i同様、耐食性向上に必須の元素である。
15%未満では効果が不足し、他方35%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、鋭敏化処理によつてCを
TiCとして固定するため、有害なCrカーバイドの析
出抑制に有効てある。
0.2%未満て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。
合金成分中、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。MO,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C卜によるSCCの発生を
遅延させるのに効果的であるが、何れも0.5%以上添
加しないとこのような効果の発現はみられず、2.0%
をこえると合金の清浄度の悪化を惹起する。
P,S:何れも不純物成分であつて、Pは0.030%
を、Sは0.005%をこえると熱間加工性を害する。
次に、本発明の実施例について説明する。
第1表に示す(4)〜(L)の各成分をもつ合金を30
kg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、最終焼鈍を施した。
その後更に、550℃、2C@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、60A
1フエラーなし)を行なつてから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順厚×10
m巾×75wm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5
TnIn拘束して、いわゆる二重U字曲げ試験片となし
、これを3eのオートクレーブに貯めた、300ppm
C1−を含有する非脱気300℃の高温水中に100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1〜■
に示す。第2表1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)〜(54)は、SC
C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0.03Tm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、(55)〜(82)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
明例より格段に大きく、また(75)〜(82)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性が著しく劣つている。更に(55)〜(58
)は合金中のC量が高すぎて、溶接+SR処理材のSC
Cが悪くなつている。因みに、常法によつて製造した従
来例(83)〜(84)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.5CC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%Ni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
なまた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%N1一30
%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%N1−30%Cr合金の最終焼鈍の加熱
温度と保持時間力δR処理後の耐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量の溶
接+SR処理後の耐SCC性に対する影響を表わす図で
ある。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 C0.04%以下、Si1.0%以下、Mn1.0
    %以下、P0.03%以下、S0.005%以下、Ni
    50%〜80%、Cr15〜35%、Al0.50%以
    下で、Mo0.5〜2.0%、W0.5〜2.0%の一
    方または双方を含有し、残部は実質的にFeからなる合
    金を、熱間加工後、加工率38%以上で冷間圧延し、引
    き続き添付図面の第1図に示すA(0.5、800)、
    B(0.5、750)、C(10、675)、D(10
    0、675)、E(100、800)の5点を結ぶ直線
    で囲まれる範囲内で、かつ800℃を含まない加熱温度
    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。 2 C0.04%以下、Si1.0%以下、Mn1.0
    %以下、P0.03%以下、S0.005%以下、Ni
    50〜80%、Cr15〜35%、Al0.50%以下
    、Ti0.2〜1.0%を含み、更にMo0.5〜2.
    0%、W0.5〜2.0%の一方または双方を含有し残
    部は実質的にFeからなる合金を、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第1図に
    示すA(0.5、800)、B(0.5、750)、C
    (10、675)、D(100、675)、E(100
    、800)の5点を結ぶ直線で囲まれる範囲内で、かつ
    800℃を含まない加熱温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。
JP16601881A 1981-10-16 1981-10-16 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 Expired JPS6053108B2 (ja)

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JPS5867854A JPS5867854A (ja) 1983-04-22
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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