JP2002285236A

JP2002285236A - フェライト系耐熱鋼の加工方法および耐水蒸気酸化性に優れたフェライト系耐熱鋼

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Publication number: JP2002285236A
Application number: JP2001084367A
Authority: JP
Inventors: Atsuro Iseda; 敦朗伊勢田; Toshiro Anraku; 敏朗安楽; Mitsuru Yoshizawa; 満吉澤; Takao Suga; 孝雄菅
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2001-03-23
Filing date: 2001-03-23
Publication date: 2002-10-03
Anticipated expiration: 2021-03-23
Also published as: JP3900847B2

Abstract

(57)【要約】【課題】フェライト系耐熱鋼をベースとし、酸化スケー
ルの形成が抑制でき、加熱・冷却サイクル下でも実質的
に酸化スケールの剥離が生じないフェライト系耐熱鋼の
加工方法および耐水蒸気酸化性に優れたフェライト系耐
熱鋼の提供。【解決手段】質量％で、Ｃ：0.02〜0.3％、Si：0.02〜
0.6％、Mn：0.01〜2％、Cr：9.5〜15％を含有するフェ
ライト系耐熱鋼を、９００℃以上の温度で焼ならし処理
し、Ａ _１変態点以下の温度で焼もどし処理した後、鋼表
面に粒子を吹きつけてショット加工層を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水蒸気に対する耐
酸化性（本明細書では、「耐水蒸気酸化性」と称する）
を付与するためのフェライト系耐熱鋼の加工方法および
この加工方法により加工した耐水蒸気酸化性に優れたフ
ェライト系耐熱鋼に係り、より詳しくは、ボイラの過熱
器管、再熱蒸器管や蒸気配管あるいは原子力、化学工業
の分野で使用される熱交換器管など水蒸気に曝される部
位に使用される鋼に対して用いるのに適したフェライト
系耐熱鋼の加工方法およびこの加工方法により加工した
耐水蒸気酸化性に優れたフェライト系耐熱鋼に関する。

【０００２】

【従来の技術】将来的なエネルギー問題を見越して、省
エネルギー化を達成する技術の開発や地球資源のリサイ
クルが求められることに加え、近年では、世界的な取り
組みとして地球の温暖化を防止するために化石燃料の燃
焼に伴うＣＯ_２の排出量を低減させることが社会的に求
められている。現在、化石燃料を燃焼させる発電用ボイ
ラの高効率化は、世界各国において重要なエネルギー政
策のひとつとなっており、ボイラ発電の高効率化のため
には、ボイラの蒸気温度と蒸気圧力を高めた、いわゆる
超超臨界圧ボイラの新設が世界中で進められている。

【０００３】このような超超臨界圧ボイラでは、通常の
ボイラに比べて蒸気温度および蒸気圧力が一段と高く、
ボイラの過熱器管、再熱器管などの熱交換器管や、高温
蒸気をタービンに送る主蒸気管、再熱蒸気管などの配管
の温度と圧力は、通常のボイラに使用される鋼管が達す
る温度と圧力を超えて上昇することから、これらの鋼管
には、高温強度と高温耐食性が求められる。

【０００４】また、これらの鋼管の内面には、水蒸気に
長時間曝されることによって酸化スケールが形成される
が、酸化スケールが剥離した場合、タービンブレードを
損傷させるだけでなく、酸化スケールが鋼管の曲部など
に堆積した場合には、水蒸気の流れが悪くなるため、酸
化スケールが堆積した部分が局所的に過熱され、最悪の
場合は噴破事故にもつながる。そのため、超超臨界圧ボ
イラに用いられる鋼管には、上記の高温強度と高温耐食
性に加え、鋼管内面には耐水蒸気酸化性も求められる。

【０００５】高温強度および高温耐食性に優れる鋼とし
て、オーステナイトステンレス鋼が挙げられる。しか
し、オーステナイトステンレス鋼は、熱膨張率が大き
く、鋼管として用いた場合、酸化スケールが剥離しやす
い。そのため、酸化スケールに対する対策を施した発明
が開示されている。

【０００６】特開昭５３−１１４７２２号公報には、オ
ーステナイトステンレス鋼に溶体化処理をした後、ショ
ット加工などの冷間加工を施し、再度、溶体化処理を加
えることで、鋼管の表面を細粒化し、耐水蒸気酸化性を
高めたステンレス鋼の製造方法の発明が開示されてい
る。

【０００７】特公昭５７−５５７７０号公報には、オー
ステナイトステンレス鋼管に加工率２０％以上の冷間加
工を行い、次いで2.9℃／sec以下の昇温速度で固溶化す
る温度まで昇温させることで、耐水蒸気酸化性を付与し
たオーステナイトステンレス鋼管の熱処理方法の発明が
開示されている。

【０００８】特開平６−３２２４８９号公報には、任意
の元素を含有する溶体化処理されたオーステナイトステ
ンレス鋼管の管内表面に粒子吹き付けピーニング加工層
を付与することで耐水蒸気酸化性を高めたボイラ用鋼管
の発明が開示されている。

【０００９】しかし、これらの公報に記載された発明
は、オーステナイト鋼をベースとした発明であり、いず
れも高価なNiを含有するために製造コストが高くなる。
一方、製造コスト増を避け、Niをほとんど含有しないフ
ェライト系耐熱鋼をベースにした発明も多数開示されて
いる。

【００１０】特開平６−１７９９５４号公報には、Siと
Crの添加量が任意の範囲を満たすように規定したフェラ
イト系ボイラ鋼管用鋼の発明が開示されている。この発
明では、フェライト鋼の成分元素を調整することで、耐
水蒸気酸化性を向上させるとともに、高温強度を有する
鋼を得ている。

【００１１】特開平１１―９２８８０号公報には、Ti、
Ｙを添加することで母材と酸化被膜との界面近傍に1μ
ｍ以下の径の極微細な酸化物を形成し、酸化被膜と母材
との密着性を高めて耐水蒸気酸化性を向上させたフェラ
イト系耐熱鋼の発明が開示されている。

【００１２】特開２０００−２４８３３７号公報には、
体心立方晶の鉄基合金中の各元素のd電子軌道エネルギ
ーレベルＭ_ｄと各元素のFeとの結合次数Ｂ_ｏが一定の関
係を満たすことにより耐水蒸気酸化性を向上させたボイ
ラ用フェライト系耐熱鋼の発明が開示されている。

【００１３】このようにフェライト系耐熱鋼の耐水蒸気
酸化性を向上させる発明は多数開示されているが、これ
らの発明は、いずれも化学成分の調整のみによって耐水
蒸気酸化性を向上させることにとどまっている。一般
に、フェライト系耐熱鋼は、オーステナイト鋼に比べ熱
膨張率が小さいため、酸化スケールの剥離が起こりにく
い。しかし、近年、発電用ボイラでは、水蒸気の高温・
高圧化に加え、電力の省エネルギー化を促進するため、
ボイラを頻繁に起動・停止させて電力の需要変動を調整
させていることから、従来では酸化スケールの剥離が問
題とならなかった温度域で使用されても、スケールの剥
離が起こるといった問題が生じるようになった。前述し
たように、酸化スケールの剥離は、タービンブレードの
損傷や噴破事故を引き起こす。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本願発明の課題は、高
価なオーステナイトステンレス鋼に匹敵する高温強度と
高温耐食性をもつ既存のフェライト系耐熱鋼をベースと
し、酸化スケールの形成を抑制し、加熱・冷却サイクル
下でも実質的に酸化スケールの剥離が生じないフェライ
ト系耐熱鋼の加工方法および耐水蒸気酸化性に優れたフ
ェライト系耐熱鋼を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上述のよ
うな問題を解決するために、フェライト系耐熱鋼の耐水
蒸気酸化性に関し、鋼表面に施した冷間加工の影響につ
いて種々検討した。

【００１６】従来、オーステナイトステンレス鋼に対し
ては、耐水蒸気酸化性を付加するために、ショット加工
が行われてきた。溶体化処理した後、ショット加工した
オーステナイトステンレス鋼を高温の水蒸気に接触させ
ると、酸化スケールの生成の初期段階において成長速度
の遅いCr_２Ｏ_３スケールが極めて薄く鋼表面に生成す
る。このCr_２Ｏ_３スケールは保護性に富み、安定した状
態で存在するので、オーステナイトステンレス鋼に耐水
蒸気酸化性を付与することができる。

【００１７】一方、従来広く用いられてきたCr含有量が
9.5％以下のフェライト系耐熱鋼では、同様にショット
加工を行っても、母材からCrが十分に供給されないた
め、安定したCr_２Ｏ_３スケールを形成することができ
ず、オーステナイトステンレス鋼に見られたに耐水蒸気
酸化性の効果は発揮されないと思われてきた。これは、
フェライト系耐熱鋼中のCrの拡散はオーステナイト鋼の
Crの拡散に比べて100倍程度速いため、ショット加工を
行っても拡散を速めることは期待できないと考えられて
いたためである。しかし、この常識に反し、フェライト
系耐熱鋼でも安定したCr_２Ｏ_３スケールを形成すること
ができれば、フェライト系耐熱鋼に耐水蒸気酸化性を付
与することができると考えた。

【００１８】そこで、フェライト系耐熱鋼に含まれる成
分元素を調整し、熱処理した後、フェライト系耐熱鋼の
地金表面にショット加工をすることにより、高温の水蒸
気に接触させることで、酸化スケール生成の初期段階に
安定なCr_２Ｏ_３被膜が形成されるような下地を作れば、
耐水蒸気酸化性に優れた鋼を得ることができると考え
た。

【００１９】本発明は、上述の知見をもとに完成に至っ
たものであり、その要旨は、下記（１）に記載のフェラ
イト系耐熱鋼の加工方法および下記（２）に記載の耐水
蒸気酸化性に優れたフェライト系耐熱鋼にある。（１）質量％で、Ｃ：0.02〜0.3％、Si：0.02〜0.6％、
Mn：0.01〜2％、Cr：9.5〜15％を含有するフェライト系
耐熱鋼を、９００℃以上の温度で焼ならし処理し、Ａ_１
変態点以下の温度で焼もどし処理した後、鋼表面に粒子
を吹きつけてショット加工層を形成するフェライト系耐
熱鋼の加工方法である。

【００２０】このとき、フェライト系耐熱鋼が、Ni：0.
1〜1.5％、Mo：0.1〜3％、Ｗ：0.1〜3％、Cu：0.01〜3
％、Ｎ：0.005〜0.2％、Ｖ：0.01〜0.5％、Nb：0.01〜
0.5％、Ti：0.01〜0.5％、Ca：0.0001〜0.2％、Mg：0.0
001〜0.2％、Al：0.0001〜0.2％、Ｂ：0.0001〜0.2％、
希土類元素：0.0001〜0.2％のうちの１種あるいは２種
以上を含有することが好ましい。また、焼もどし処理し
た後、鋼表面に形成された酸化スケール層に粒子を吹き
つけてショット加工層を形成することが好ましい。（２）質量％で、Ｃ：0.02〜0.3％、Si：0.02〜0.6％、
Mn：0.01〜2％、Cr：9.5〜15％を含有するフェライト系
耐熱鋼であって、鋼表面にショット加工層が形成されて
いる耐水蒸気酸化性に優れたフェライト系耐熱鋼であ
る。

【００２１】このとき、フェライト系耐熱鋼が、Ni：0.
1〜1.5％、Mo：0.1〜3％、Ｗ：0.1〜3％、Cu：0.01〜3
％、Ｎ：0.005〜0.2％、Ｖ：0.01〜0.5％、Nb：0.01〜
0.5％、Ti：0.01〜0.5％、Ca：0.0001〜0.2％、Mg：0.0
001〜0.2％、Al：0.0001〜0.2％、Ｂ：0.0001〜0.2％、
希土類元素：0.0001〜0.2％のうちの１種あるいは２種
以上を含有することが好ましい。また、このフェライト
系耐熱鋼が、鋼表面に酸化スケール層を備えることが好
ましい。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明はフェライト系耐熱鋼の加
工方法に関する発明であり、より詳細にはフェライト系
耐熱鋼を加工して耐水蒸気酸化性を付与する方法の発明
である。また、本発明は耐水蒸気酸化性に優れたフェラ
イト系耐熱鋼に関する発明である。

【００２３】以下では、本発明の構成要件である組成元
素、熱処理およびショット加工層の形成に分けて詳述す
る。（ａ）組成元素本発明のフェライト系耐熱鋼は、Ｃ、Si、Mn、Crを必須
元素として、以下のような元素を含有する。なお、以下
に述べる化学組成の％表示はいずれも質量％を意味す
る。

【００２４】Ｃ：0.02〜0.3％Ｃは、鋼の高温における引張強さ、クリープ破断強さを
高くする効果を有する。その効果を発揮させるために
は、Ｃ含有量を0.02％以上とすることが必要である。ま
た、Ｃ含有量が0.3％を超えると、溶接性が低下する。
好ましくは0.04〜0.2％である。

【００２５】Si：0.02〜0.6％ Siは、脱酸元素として作用するとともに、耐水蒸気酸化
性を向上させる効果を有する。その効果を発揮させるた
めには、Si含有量を0.02％以上とすることが必要であ
る。また、Si含有量が0.6％を超えると、加工性が低下
する。好ましくは、0.05〜0.4％である。

【００２６】Mn：0.01〜2％ Mnは、不純物として残留するＳと反応させMnＳを形成
し、熱間加工性を向上させる効果を有する。その効果を
発揮させるためには、Mn含有量を0.01％以上とすること
が必要である。また、Mn含有量が2％を超えると、加工
性や溶接性が低下する。

【００２７】Cr：9.5〜15％ Crは、耐水蒸気酸化性を向上させる効果を有する。その
効果を発揮させるためには、Cr含有量を9.5％以上とす
ることが必要である。9.5％未満の場合は、安定なCr₂O₃
皮膜を生成させることができない。また、Cr含有量が15
％を超えると、フェライト系耐熱鋼を焼ならし・焼もど
ししてもマルテンサイト組織に変態する量はごく少量に
限られ、δフェライト相が多く残留し、σ相の析出も起
こる。その結果、靱性や加工性が損なわれ、高温強度や
溶接性も低下する。好ましくは、10〜13％である。

【００２８】Ni：0.1〜1.5％ Niは、靱性の改善に効果があるため、含有させることが
好ましい。その効果を発揮させるためには、Ni含有量を
0.1％以上とすることが必要である。また、Ni含有量が
1.5％を超えると、クリープ破断強さが低下する。

【００２９】Mo、Ｗ：0.1〜3％ Mo、Ｗは、高温強度を高めることから、含有させること
が好ましい。その効果は、MoあるいはＷの少なくとも一
方を0.1％以上添加することで発揮される。また、Mo含
有量、Ｗ含有量が3％を超えると、加工性、溶接性を損
ない、高温組織が不安定になり強度が低下する。

【００３０】Cu：0.01〜3％ Cuは、強度を高め、焼もどしマルテンサイト組織の安定
性を確保するのに有効なことから、含有させることが好
ましい。その効果を発揮させるためには、Cu含有量を0.
01％以上とすることが必要である。また、Cu含有量が3
％を超えると、加工性、延性が低下する。

【００３１】Ｎ：0.005〜0.2％Ｎは、他の元素と結合して鋼を析出強化させる効果があ
ることから、含有させることが好ましい。その効果を発
揮させるためには、Ｎ含有量を0.005％以上とすること
が必要である。また、Ｎ含有量が0.2％を超えると、フ
ェライト系耐熱鋼の溶解時にブローホールが生成した
り、溶接欠陥となる。

【００３２】Ｖ、Nb、Ti：0.01〜0.5％Ｖ、NbおよびTiは、いずれも炭素、窒素と結合して炭窒
化物を生成し、析出強化に寄与することから、含有させ
ることが好ましい。その効果は、Ｖ、NbあるいはTiの少
なくとも一種を0.01％以上含有させることで発揮され
る。また、Ｖ含有量、Nb含有量あるいはTi含有量が0.5
％を超えると、加工性が損なわれる。

【００３３】Ca：0.0001〜0.2％、Mg：0.0001〜0.2％、
Al：0.0001〜0.2％、Ｂ：0.0001〜0.2％、希土類元素
（La、Ce、Ｙ、Pd、Ndなど）：0.0001〜0.2％ Ca、Mg、Al、Ｂおよび希土類元素は、いずれも強度、加
工性、耐水蒸気酸化性を向上させる効果がある。その効
果は、0.0001％以上含有させることで発揮される。ま
た、これらの含有量が0.2％を超えると加工性や溶接性
が損なわれる。（ｂ）熱処理本発明のフェライト系耐熱鋼の加工方法では、フェライ
ト系耐熱鋼を900℃以上の温度で焼ならし処理し、Ａ_１
変態点以下の温度で焼もどし処理する。焼ならし処理
は、不均一になった結晶粒や組織を均一化して機械的性
質を改善する熱処理のことであり、焼もどし処理は、焼
入れ後のマルテンサイトを再度、加熱軟化する熱処理の
ことである。焼ならし処理は1000〜1150℃の温度で、焼
もどし処理は750〜800℃以上で行うことが好ましい。

【００３４】このような熱処理を加えることで、フェラ
イト系耐熱鋼は焼もどしマルテンサイト組織が主体の鋼
となる。このとき、完全にマルテンサイトに変態してい
る必要はなく、鋼組織に30vol％以下のδフェライトが
残留していてもなんら問題はない。

【００３５】焼ならし処理および焼もどし処理は、次工
程であるショット加工層の形成工程での下処理の役割も
果たす。すなわち、これらの熱処理を行うことで、粗大
なCr炭化物が均質固溶あるいは一部が微細に析出する。
このような組織を有する地金表面に対してショット加工
して、水蒸気の雰囲気下におくと容易にCr_２Ｏ_３被膜を
形成させることができる。

【００３６】これらの熱処理は、その温度条件が満たさ
れれば、本発明の効果を得ることができる。実際の焼な
らし処理、焼もどし処理では、少なくとも２分間以上そ
れぞれの処理温度で保持される。（ｃ）ショット加工層の形成焼もどし処理をした後は、鋼表面に粒子を吹きつけてシ
ョット加工層を形成する。一般に鋼表面に粒子を吹きつ
けて表面層を加工硬化させることをショットピーニング
（サンドブラスト、ショットブラスト、ショット加工な
どともいう）という。この処理方法を用いて鋼表面に粒
子を吹きつけると、ビッカース硬さが270以上であるシ
ョット加工層が形成される。ショット加工層はその深さ
が0.01mm以上であることが好ましい。このショット加工
層が形成されることで、酸化スケール生成の初期段階に
安定なCr_２Ｏ_３被膜が形成するので、得られるフェライ
ト系耐熱鋼の耐水蒸気酸化性は向上する。

【００３７】ショットピーニングに用いる粒子は、その
材質、形状は問われない。鋼球、鋼製グリッド、カット
ワイヤ、ガラスビーズ、珪砂、アルミナ等の砥粒を用い
ることができる。また、吹きつけ方法も問われない。圧
縮空気や遠心力で噴射し吹きつければよい。

【００３８】通常、前工程である熱処理が施された鋼に
はその表面に酸化スケール層が形成される。この酸化ス
ケール層は切削、酸洗などで除去してから、粒子を吹き
つけてショット加工層を形成してもよいが、焼もどし処
理した後、鋼表面に形成された酸化スケール層に直接、
粒子を吹きつけてショット加工層を形成することが好ま
しい。粒子を吹きつけることで酸化スケール層が除去で
きることに加え、得られるフェライト系耐熱鋼の耐水蒸
気酸化性が、切削、酸洗などで除去した場合に比べ、高
くなるからである。

【００３９】ショット加工層は鋼の全面に均一に形成さ
れることが好ましい。しかし、たとえ部分的にでも形成
されていれば、使用目的によっては、鋼に十分な性能を
付与することができる。また、ショット加工層を形成
後、熱処理や酸洗を行うとショット加工層が消失するの
で、ショット加工層を形成したまま使用する。例えば、
本発明のフェライト系耐熱鋼に溶接や熱間曲げ加工を施
した場合、ショット加工層は消失するが、所定部に再
度、ショット加工を行えば、ショット加工層が形成され
るので、消失前と同等の性能を得ることができる。

【００４０】

【実施例】本発明の効果を調べるために、複数のフェラ
イト系耐熱鋼を用意し、それらに本発明の加工方法を適
用して、ショット加工層が形成されたフェライト系耐熱
鋼を作製した。まず、フェライト系耐熱鋼となるように
組成を調整し、各50kgずつ溶解炉で真空誘導により溶製
したインゴットを鍛造と圧延により、厚さ10mmの板状に
して供試材とした。

【００４１】表１は、各供試材の組成元素を示してい
る。表１において、鋼種ＡはSTBA26鋼、鋼種Ｂは火力発
電用の耐熱鋼である（火）STBA28鋼で、ともにCr含有量
が低く本発明で規定する組成範囲に属さない鋼である。
また、鋼種Ｃは鋼種Ｂと同じく、火力発電用の耐熱鋼で
ある（火）SUS410J3鋼、鋼種Ｄは主に欧州で用いられて
いるDIN17175規格のX20CrMoV121鋼で本発明で規定する
組成範囲に属する鋼である。さらに、鋼種Ｅ〜Ｈは鋼種
Ａ〜Ｄのような規格鋼ではないが、本発明で規定する組
成範囲に属する鋼である。なお、鋼種Ａ〜Ｈはいずれも
オーステナイトステンレス鋼に匹敵する高温強度と高温
耐食性を有する鋼である。

【００４２】

【表１】これらの供試材おのおのに1050℃で１時間保持した後、
室温まで空冷する焼ならし処理をし、続いて780℃で１
時間保持した後、室温まで空冷する焼もどし処理を施し
た。焼ならし処理、焼きもどし処理した各供試材には、
酸化スケール層が表面に形成される。そのため、ショッ
トピーニングをしてショット加工層を形成する前に、前
処理として、5％ＨＦ-10％ＨＮＯ_３で酸洗する、あるい
は切削する処理を行い、酸化スケール層を除去した供試
材を作製した。

【００４３】そして、酸洗した供試材、切削した供試
材、前処理を行わず酸化スケール層が形成されたままの
供試材について、ショットピーニングを行った。ショッ
トは吹きつけ圧力980Ｎ／cm^２で直径0.2mmの鋼球を供試
材に吹きつけて行い、供試材の表面を加工硬化させた。
なお、ショットピーニングした供試材にビッカース硬さ
試験を行い、硬さによりショット加工層が形成されてい
るかを確認した。その結果、供試材によってバラツキは
あったが、ビッカース硬さＨＶが270以上である領域が
供試材の表面から0.05〜0.2mm程度の厚さに形成されて
いることがわかった。

【００４４】続いて、耐水蒸気酸化性を調べる試験を行
った。この試験では、酸洗した供試材、切削した供試
材、前処理を行わず酸化スケール層が形成されたままの
供試材にショットピーニングを行った３種の供試材に加
え、酸化スケール層を切削し、5％ＨＦ-10％ＨＮＯ_３で
酸洗しただけでショットピーニングを行わなかった供試
材の合計４種の供試材を用い、これらの供試材を水蒸気
の雰囲気下650℃で1000時間保持した後、空冷した。各
供試材では、表面に酸化スケール層が形成され、その酸
化スケール層の厚みを１つの供試材につき１０点測定
し、その厚みの平均値を算出した。

【００４５】表２は、各鋼種の各供試材に形成された酸
化スケール層の厚みを示している。表２において、「酸
洗後ショット」は酸洗した後ショットピーニングを行っ
た供試材、「切削後ショット」は切削した後ショットピ
ーニングを行った供試材、「酸化スケールにショット」
は前処理を行わず酸化スケール層が形成されたままショ
ットピーニングを行った供試材、「ショットなし」は酸
化スケール層を切削し、5％ＨＦ-10％ＨＮＯ_３で酸洗し
ただけでショットピーニングを行わなかった供試材であ
ることを示す。

【００４６】

【表２】ショットピーニングを行わなかった「ショットなし」で
は、酸化スケールの厚みはCr含有量との相関が大きく、
Cr含有量が少ないほど、酸化スケールの厚みは厚くな
る。また、ショットを行った供試材についても、Cr含有
量が少ないほど、酸化スケールの厚みは厚くなる傾向が
あるが、本発明で規定する組成範囲に属さない鋼である
鋼種Ａ、Ｂについては、ショットの有無で酸化スケール
の厚みの差に大差はないが、本発明で規定する組成範囲
に属する鋼である鋼種Ｃ〜Ｈでは、ショットなしの場合
に比べ、酸化スケールの厚みが半分以下になり、耐水蒸
気酸化性が向上したことがわかった。特に、「酸化スケ
ールにショット」では、酸化スケールの厚みが極めて薄
くなり、耐水蒸気酸化性が著しく向上した。

【００４７】また、これらの供試材について、650℃で3
0分加熱後、約500℃／ｈで室温まで放冷する加熱・冷却
サイクルを水蒸気の雰囲気中で1000回施し、試験後、酸
化被膜の剥離について調べた。その結果、本発明で規定
する組成範囲に属さない鋼である鋼種Ａ、Ｂについて
は、いずれの供試材についても酸化スケールの剥離が見
られたが、本発明で規定する組成範囲に属する鋼である
鋼種Ｃ〜Ｈについては、ショットを行った供試材には酸
化スケールの剥離が見られなかった。

【００４８】そして、さらに詳細に調べるために、鋼種
Ｃの「酸化スケールにショット」の供試材と鋼種Ａの
「ショットなし」の供試材および「酸化スケールにショ
ット」の供試材について、ＳＥＭによるＥＤＸ分析を行
うことにより断面構造を観察した。Ｃ鋼では、水蒸気の
雰囲気下に置くことで新たに形成された酸化スケールと
地金表面との界面に極めて薄いCr_２Ｏ_３からなる層が確
認できた。一方、Ａ鋼では、「ショットなし」の供試材
および「酸化スケールにショット」の供試材ともに、酸
化スケールと地金表面との界面にCr_２Ｏ_３の層は存在し
なかった。

【００４９】以上から、本発明で規定する組成範囲に属
する鋼に、ショットピーニングを行えば、酸化スケール
層と地金表面との界面にCr_２Ｏ_３が形成され、水蒸気の
雰囲気下に置かれても高い耐水蒸気酸化性が発揮される
ことがわかった。

【００５０】

【発明の効果】本発明に係るフェライト系耐熱鋼の加工
方法を用いれば、鋼表面に酸化スケールを形成すること
が困難になり、かつ酸化スケールが形成されても剥離し
ない耐水蒸気酸化性に優れたフェライト系耐熱鋼を得る
ことができる。本発明に係るフェライト系耐熱鋼の加工
方法を用いて加工した鋼管は水蒸気に対する酸化性が優
れているため、ボイラの熱交換器管などに用いる鋼管と
して使用されるのに十分な特性を有する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者吉澤満大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号住友金属工業株式会社内 (72)発明者菅孝雄兵庫県尼崎市東向島西之町１番地住友金属工業株式会社関西製造所特殊管事業所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】質量％で、Ｃ：0.02〜0.3％、Si：0.02〜
0.6％、Mn：0.01〜2％、Cr：9.5〜15％を含有するフェ
ライト系耐熱鋼を、９００℃以上の温度で焼ならし処理
し、Ａ _１変態点以下の温度で焼もどし処理した後、鋼表
面に粒子を吹きつけてショット加工層を形成するフェラ
イト系耐熱鋼の加工方法。
【請求項２】前記フェライト系耐熱鋼が、Ni：0.1〜1.5
％、Mo：0.1〜3％、Ｗ：0.1〜3％、Cu：0.01〜3％、
Ｎ：0.005〜0.2％、Ｖ：0.01〜0.5％、Nb：0.01〜0.5
％、Ti：0.01〜0.5％、Ca：0.0001〜0.2％、Mg：0.0001
〜0.2％、Al：0.0001〜0.2％、Ｂ：0.0001〜0.2％、希
土類元素：0.0001〜0.2％のうちの１種あるいは２種以
上を含有し、残部がFeおよび不純物からなる請求項１に
記載のフェライト系耐熱鋼の加工方法。
【請求項３】焼もどし処理した後、鋼表面に形成された
酸化スケール層に粒子を吹きつけてショット加工層を形
成する請求項１または２に記載のフェライト系耐熱鋼の
加工方法。
【請求項４】質量％で、Ｃ：0.02〜0.3％、Si：0.02〜
0.6％、Mn：0.01〜2％、Cr：9.5〜15％を含有するフェ
ライト系耐熱鋼であって、鋼表面にショット加工層が形
成されていることを特徴とする耐水蒸気酸化性に優れた
フェライト系耐熱鋼。
【請求項５】前記フェライト系耐熱鋼が、Ni：0.1〜1.5
％、Mo：0.1〜3％、Ｗ：0.1〜3％、Cu：0.01〜3％、
Ｎ：0.005〜0.2％、Ｖ：0.01〜0.5％、Nb：0.01〜0.5
％、Ti：0.01〜0.5％、Ca：0.0001〜0.2％、Mg：0.0001
〜0.2％、Al：0.0001〜0.2％、Ｂ：0.0001〜0.2％、希
土類元素：0.0001〜0.2％のうちの１種あるいは２種以
上を含有し、残部がFeおよび不純物からなる請求項４に
記載の耐水蒸気酸化性に優れたフェライト系耐熱鋼。
【請求項６】鋼表面に酸化スケール層を備えることを特
徴とする請求項４または５に記載のフェライト系耐熱
鋼。