CN101460643A - 奥氏体系不锈钢 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种奥氏体系不锈钢。该奥氏体系不锈钢以满足下记(1)式及(2)式的量含有：以质量％计，C：0.10％以下、Si：0.01～1.0％、Mn：0.01～2％、Cr：16～18％、Ni：大于10％且小于14％、Mo：大于2.0％且3.0％以下、N：0.03～0.10％、以及V、Nb及Ti这3者中的1种或2种以上，剩余部分由Fe及杂质构成，作为杂质的P为0.04％以下、S为0.003％以下，其耐腐蚀性、特别是耐晶界腐蚀性优良。0.0013≤(V/51)+(Nb/93)+(Ti/48)≤0.0025...(1)；{(C/12)+(N/14)}－{(V/51)+(Nb/93)+(Ti/48)}≤0.0058...(2)；其中，(1)式及(2)式中的元素符号是该元素的含有量(质量％)。另外，优选Nb为0.030％以下，Ti为0.050％以下。

Description

奥氏体系不锈钢

技术领域

本发明涉及一种可用于原子能成套设备、化学成套设备等的结构构件的、且耐腐蚀性、特别是耐晶界腐蚀性优良的奥氏体系不锈钢。

背景技术

与SUS304不锈钢相比，含有Mo的SUS316不锈钢的耐孔蚀性、耐全面腐蚀性这些耐腐蚀性优良，加工性、机械特性也优良，因此，可用作原子能成套设备、化学成套设备等的结构构件。但是，在焊接或者高温加热的情况下，有时在因该焊接或高温加热而产生的热影响部发生明显的晶界腐蚀。发生该晶界腐蚀的现象被称作敏化，其发生的原因在于，随着Cr碳化物析出到晶界中，其周围的Cr浓度降低而生成耐腐蚀性不充分的Cr缺乏层。并且，根据材料的应力状态会产生晶界应力腐蚀裂纹。

以往，作为该敏化的对策，采取这样的方法，即，将C含有量抑制得较低，或将C做为Ti或Nb的化合物而将其固定于晶内，抑制在晶界析出Cr碳化物，抑制生成Cr缺乏层，但尽管这样仍存在对于防止晶界腐蚀不充分的情况。

例如，在下记文献中公开有将C含有量抑制的较低、或者添加了V、Nb、Ti等而成的奥氏体系不锈钢。

在专利文献1(日本特开昭55-89458号公报)中，出于防止由N导致的耐应力腐蚀裂纹性变差的目的，公开有含有Ti、Nb、Ta、Zr及V这5者中的1种以上0.1～1％的高温低氯浓度环境用奥氏体系不锈钢。其原理为，通过在含有较多N的钢中由Ti、Nb、Ta、Zr及V形成氮化物来降低固溶于不锈钢的母相中的N的量，从而防止由N导致的应力腐蚀裂纹。但是，对于由C的敏化引起的耐应力腐蚀裂纹性的变差，仅考虑了降低C含有量。

在专利文献2(日本特开2003-213379号公报)中，公开了可通过含有Ti或/和Nb来抑制Cr氮化物析出到晶界的、耐腐蚀性优良的奥氏体系不锈钢。但是，在该文献中，未考虑到Ti或/和Nb不仅使N固定于晶内、也使C固定于晶内，甚至对V也存在同样的效果。另外，也未公开与C及N含有量相应的Ti、Nb的适当添加量。

在专利文献3(日本特开平5-59494号公报)中，公开了含有Ti、Zr、Hf、V、Nb及Ta这6者中的1种以上的、耐照射感应偏析优良的奥氏体系不锈钢。对于这种钢，仅记载了Ti、Zr、Hf、V、Nb及Ta减少因照射中子而生成的点缺陷，抑制Cr自晶界移动、抑制Ni、Si、P及S移动到晶界，未考虑上述元素具有使C、N作为碳氮化物而将其固定于晶内的作用。另外，需要含有大量的Ti、Zr、Hf、V、Nb及Ta。

在专利文献4(日本特开2005-23343号公报)中，公开了含有V、Nb、Ti及Zr这4者中的1种或2种以上、表面为细晶的奥氏体系不锈钢。在这种钢中，为了使结晶粒细晶化而添加了V、Nb、Ti及Zr，但对于它们的添加量未考虑与C、N等其它元素的相互作用。

在专利文献5(日本特开昭57-158359号公报)中，公开了含有0.05～0.10％的Nb+Ta的耐腐蚀性奥氏体系不锈钢。在该文献中，记载了利用Nb与Ta的复合添加来抑制碳化物、氮化物的晶界析出，但在含有0.05％以上的Nb的情况下，有可能产生孔蚀、发纹。

专利文献1：日本特开昭55-89458号公报

专利文献2：日本特开2003-213379号公报

专利文献3：日本特开平5-59494号公报

专利文献4：日本特开2005-23343号公报

专利文献5：日本特开昭57-158359号公报

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐腐蚀性、特别是耐晶界腐蚀性优良的奥氏体系不锈钢。

本发明的基本思想在于这一点，即，通过使C作为晶内的碳氮化物而析出，来抑制Cr碳氮化物析出到晶界，从而防止由奥氏体系不锈钢的敏化而导致晶界腐蚀。

为了抑制在SUS316系的不锈钢中Cr系碳氮化物析出到晶界，优选使作为碳氮化物形成源的C、N同与C、N的亲和力高于Cr的V、Nb、Ti相结合而作为碳氮化物固定于晶内。与碳化物相比，V、Nb、Ti易于由标准生成自由能量形成氮化物。

另外，在将SUS316系不锈钢用于结构构件的情况下，为了确保强度而含有0.03～0.10％左右的N，在向添加有N的SUS316系不锈钢中添加了V、Nb、Ti的情况下，优先形成氮化物。因而，一般认为，为了使C作为碳化物固定于晶内来抑制晶界腐蚀，需要添加除了使N作为氮化物而固定的量之外、还有可使C作为碳化物而固定的大量的V、Nb、Ti。

另一方面，在V、Nb、Ti的含有量增加、晶内析出物(碳氮化物)增多时，有可能助长耐孔蚀性降低、发纹这样的制造缺陷。考虑到这一点，不优选添加大量的V、Nb、Ti。

因此，在着眼于作为碳氮化物形成元素的V、Nb、Ti而对可获得敏化抑制效果的适当的含有量进行研究之后，可获得以下新的见解。

(a)确认实际制造钢材时的碳氮化物的析出状况，结果可确认，即使在添加了形成N和氮化物的量的V、Nb、Ti的情况下，V、Nb、Ti也与C结合，形成碳氮化物。对于这一点一般认为，不仅存在上述平衡论，还要加入速度论，因此，并不是仅基于平衡论优先进行与N的结合，V、Nb、Ti不仅与N、也与C结合。

(b)其次，使用各种V、Nb、Ti含有量的SUS316系不锈钢来调查耐晶界腐蚀性，结果可确认，在含有满足下记(1)式的适当量的V、Nb、Ti基础之上，满足下记(2)式地使C及N的含有量与V、Nb、Ti的含有量的关系也为指定范围，从而，可获得耐晶界腐蚀性优良的不锈钢。

0.0013≤(V/51)+(Nb/93)+(Ti/48)≤0.0025...(1)

{(C/12)+(N/14)}-{(V/51)+(Nb/93)+(Ti/48)}≤0.0058...(2)

其中，(1)式及(2)式中的元素符号是该元素的含有量(质量％)。

在上记(1)式中(V/51)+(Nb/93)+(Ti/48)的值小于0.0013时，无法获得耐晶界腐蚀性的效果。另一方面，在V、Nb、Ti的含有量增加过度而晶内析出物增多时，会助长耐孔蚀性降低、发纹这样的制造缺陷，因此不是优选。因而，将(V/51)+(Nb/93)+(Ti/48)的值的上限设为0.0025。

并且，在C及N的含有量与V、Nb、Ti的含有量的关系上，(2)式左边的值大于0.0058时，析出到晶界的碳氮化物增多，耐晶界腐蚀性变差。

另外，与V相比，Nb及Ti与C的亲和力较强，因此，易于形成碳化物，但由于晶内析出物成长，耐孔蚀性变差，因此更优选避免过度添加Nb及Ti，Nb为0.030％以下，Ti为0.050％以下。

本发明是以上述见解为基础而做成的，其主旨在于下记奥氏体系不锈钢。

一种奥氏体系不锈钢，其以满足下记(1)式及(2)式的量含有：以质量％计，C：0.10％以下、Si：0.01～1.0％、Mn：0.01～2％、Cr：16～18％、Ni：大于10％且小于14％、Mo：大于2.0％且3.0％以下、N：0.03～0.10％、以及V、Nb及Ti这3者中的1种或2种以上，剩余部分由Fe及杂质构成，作为杂质的P为0.04％以下、S为0.003％以下。

0.0013≤(V/51)+(Nb/93)+(Ti/48)≤0.0025...(1)

{(C/12)+(N/14)}-{(V/51)+(Nb/93)+(Ti/48)}≤0.0058...(2)

其中，(1)式及(2)式中的元素符号是该元素的含有量(质量％)。

(2)根据上述(1)中所述的奥氏体系不锈钢，其特征在于，以质量％计，Nb为0.030％以下或Ti为0.050％以下，或者Nb为0.030％以下且Ti为0.050％以下。

上述本发明的奥氏体系不锈钢的耐晶界腐蚀性特别优良。因而，非常适合作为在有可能产生晶界腐蚀的环境下使用的构件。

具体实施方式

下面，说明规定本发明的奥氏体系不锈钢的化学组成的理由。另外，与各成分的含有量相关的“％”是指“质量％”的意思。

C：0.10％以下

C是出于使钢脱氧及确保强度的目的而使用的。但是，从耐腐蚀性的方面考虑，为了防止碳化物析出，尽可能地降低其含有量较佳。因而，将0.10％设为上限。更优选为0.05％以下。但是，在以C来确保作为结构构件的强度的情况下，优选含有0.01％以上，更优选含有0.015％以上。

Si：0.01～1.0％

Si是出于使钢脱氧的目的而使用的。在本发明的钢中，将其含有量设为0.01％以上。但是，由于在含有过量的Si时促使生成夹杂物，因此，期望其含有量尽可能地低，设为0.01～1.0％。

Mn：0.01～2％

Mn是有助于使钢脱氧及奥氏体相稳定的元素，在含有0.01％以上的情况下可获得该效果。另一方面，Mn和S形成硫化物，该硫化物为非金属夹杂物。另外，在焊接钢材时，优先在焊接部的表面稠化而降低钢材的耐腐蚀性。因而，Mn的适当含有量为0.01～2％。

Cr：16～18％

Cr是为了保持钢的耐腐蚀性而不可缺少的元素。在含有量小于16％的情况下，无法获得充分的耐腐蚀性。在本发明钢的假想的使用环境下，最高含有量为18％就足够，在大于18％时，在加工性降低、实用钢的价格及奥氏体相稳定方面存在问题。因而，将含有量的上限设为18％。更优选为17.5％以下。

Ni：大于10％，且小于14％

Ni是对于稳定奥氏体相、保持耐腐蚀性重要的元素。从耐腐蚀性方面考虑，需要大于10％的含有量。从焊接性方面考虑，Ni含有量的上限与Cr含有量相关，设为小于14％。更优选的下限为10.5％，更优选的上限为13％。

Mo：大于2.0％，且小于等于3.0％

Mo有助于使钝态被膜稳定化，是为了保持耐孔蚀性及耐全面腐蚀性而不可缺少的元素。但是，在与Fe、Ni、Cr等一起作为金属间化合物而析出到晶界时，使耐晶界腐蚀性降低。因此，作为不对耐晶界腐蚀性产生负面影响而保持耐全面腐蚀性的范围，设为大于2.0％、且小于等于3.0％。更优选的上限为2.5％。

N：0.03～0.10％

为了确保钢的强度，N的含有量设为0.03％以上。但是，由于N与钢中的Cr结合而形成氮化物，从而降低耐晶界腐蚀性，因此，其含有量设为0.10％以下。更优选的下限为0.04％，更优选的上限为0.08％。

V、Ti及Nb：1种以上且满足上述(1)式和(2)式的范围

将V、Ti及Nb的含有量设为满足上述(1)式和(2)式的范围的含有量的理由如上所述。另外，期望Nb及Ti分别为0.030％以下、0.050％以下的理由也如上所述。

除上述成分之外，本发明的不锈钢的剩余部分由Fe和杂质构成。但是，对于杂质P和S需要如下地进行限制。

P：0.04％以下

由于在P的含有量增多时耐腐蚀性降低，因此，期望其含有量尽可能地少。因而，将上限设为0.04％。

S：0.003％以下

由于S是形成作为非金属夹杂物的硫化物、且妨碍热加工性的元素，因此，期望尽可能地少。因而，将上限设为0.003％。

实施例

将表1所示的化学组成的不锈钢溶解，利用热锻造及热轧制制作厚度为6mm的板。将该热轧制材料冷轧制成厚度为4mm，在以1060℃保持15分钟之后对其实施水冷的固溶处理。之后，在以650℃将其加热2小时之后对其实施空冷的敏化处理，利用代表性的耐晶界腐蚀性的评价方法、即硫酸-硫酸亚铁腐蚀试验(JIS G 0572)测定腐蚀速度。在表1中，(1)式中“(V/51)+(Nb/93)+(Ti/48)”的值和(2)式中左边的值也一同表示。

表2表示耐晶界腐蚀性的试验结果及其评价结果。在耐晶界腐蚀性试验中，本发明例在重复次数为2的情况下其偏差较小，比较例在重复次数为2的情况下其偏差较大，因此，再追加4个试验，在重复次数为6的情况下进行评价。比较例的偏差较大的原因在于，耐晶界腐蚀性较差，产生脱晶。另外，对于耐晶界腐蚀性的评价，将在多个试验中腐蚀速度全部小于3g/m²·h的情况设为“○”，在多个试验中腐蚀速度即使有一个大于等于3g/m²·h的情况设为“×”。

表2

由表2可明确，No.1～5的本发明例均呈现较低的腐蚀速度，耐晶界腐蚀性优良。另一方面，比较例No.6及No.7是化学组成脱离本发明所规定的(1)式或(2)式的钢，因此，耐晶界腐蚀性不良。

工业实用性

采用本发明，可获得不仅耐晶界腐蚀性优良、还具有优良的耐孔蚀性及耐全面腐蚀性的奥氏体系不锈钢。该不锈钢可作为原子能成套设备、化学成套设备等的结构构件而发挥优良的效果。

Claims (2)

1.一种奥氏体系不锈钢，其中，

其以满足下记(1)式及(2)式的量含有：以质量％计，C：0.10％以下、Si：0.01～1.0％、Mn：0.01～2％、Cr：16～18％、Ni：大于10％且小于14％、Mo：大于2.0％且3.0％以下、N：0.03～0.10％、以及V、Nb及Ti这3者中的1种或2种以上，剩余部分由Fe及杂质构成，作为杂质的P为0.04％以下、S为0.003％以下，

0.0013≤(V/51)+(Nb/93)+(Ti/48)≤0.0025...(1)

{(C/12)+(N/14)}-{(V/51)+(Nb/93)+(Ti/48)}≤0.0058...(2)

其中，(1)式及(2)式中的元素符号是该元素的含有量(质量％)。

2.根据权利要求1所述的奥氏体系不锈钢，其特征在于，

以质量％计，Nb为0.030％以下或Ti为0.050％以下，或者Nb为0.030％以下且Ti为0.050％以下。