JP2001329346A - 二相ステンレス鋼とその製造方法 - Google Patents

二相ステンレス鋼とその製造方法

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JP2001329346A
JP2001329346A JP2000144011A JP2000144011A JP2001329346A JP 2001329346 A JP2001329346 A JP 2001329346A JP 2000144011 A JP2000144011 A JP 2000144011A JP 2000144011 A JP2000144011 A JP 2000144011A JP 2001329346 A JP2001329346 A JP 2001329346A
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馗夫 西
Kiyoshi Hayashi
清志 林
Yoshiki Sato
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 二相ステンレス鋼におけるNの含有量を多く
し、しかも、耐孔食性と隙間腐食性を良好とした高い耐
食性を有し、更には、優れた経済性を持った二相ステン
レス鋼を得ることにある。 【解決手段】 所定量のFe、Mo、Ni、Cr、Mn
等の成分材料を炉内に投入して溶解を行い、大気中の窒
素を必要以上に取込まないようにしながら、これらの材
料が溶解しきった状態で、溶湯内に窒素化合物を投入
し、その後、この溶湯を昇温した後に鋳型に注湯するよ
うにしたことを特徴とする二相ステンレス鋼の製造方
法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、耐孔食性と隙間腐
食性が良好で、高い耐食性を有し、しかも、優れた経済
性を持った二相ステンレス鋼とその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】各種化学工業用装置において、工業用水
或は海水を冷却水として使用する多管式熱交換器や配管
或はこれらの配管器材には、耐食性を有し、かつ経済的
な二相ステンレス鋼が多く使用されている。通常、この
ステンレス鋼は、そのミクロ組織からオーステナイト系
とフェライト系及び両相の混在した上記の二相系ステン
レスの三種類に分けられる。
【0003】オーステナイト系ステンレス鋼は、加工性
及び溶接性が良好であるが、Ni含有量が多く高価であ
り、かつ応力腐食割れ(SCC)感受性が高いという欠
点を有する。
【0004】一方、フェライト系ステンレス鋼は、靱性
及び溶接性の点で他のステンレス鋼より劣っているが、
耐SCC性が極めて良好であるという利点がある。
【0005】これらオーステナイト系及びフェライト系
の欠点を解決し、かつ両者の利点を有するものとして、
上述の二相系ステンレス鋼がある。この二相ステンレス
鋼は、比較的安価で耐食性と強度性(応力腐食割れが起
きにくい)を兼ね備えたステンレス材料であり、代表例
として、SCS10等が知られている。
【0006】ところで、この二相ステンレス鋼の耐食性
の良否を表す指標として孔食電位(PREN=Cr%+
3.3Mo%+16N%)があり、この値が40を超え
る材料は、いわゆるスーパー二相ステンレスと呼ばれて
おり、この指標の構成成分であるCr、Mo、Nの含有
量を高めることが、二相ステンレスの耐食性を高める手
段の一つであるとされている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、二相ス
テンレスの耐食性を上げるため、上記Cr、Moの含有
量が多くなると、σ相が増加して加工し難くなると共
に、著しく靱性が低下して脆化しやすくなり、かえって
耐食性も劣化することとなる。そこで、Moの含有量を
押さえ、W等の成分を含有させて材料の硬度を上げて、
これらの欠点を改善した材料も存在するが、これらの成
分材料は、何れも高価なため、必ずしも経済性の点で有
利とは言えなかった。
【0008】一方、Nの含有量を多くすることにより、
耐食性を向上させることも知られているが、従来の大気
溶解による製法では、Nの含有量は約0.3重量%が限
界であり、それ以上含有させようとしてもNの減耗が激
しく、鋳込み時のN投入量に対して実際に含有されるN
の量が著しく低くなってしまい、極めて非効率的である
等の問題点を有していた。また、従来の大気溶解以外の
方法として、溶解環境の圧力を高くして、固溶化したN
がガスとして大気中に放出されるのを防ぐことにより、
Nの含有量を多くする方法も存在するが、この場合も特
別な設備を必要とする等の課題を有していた。
【0009】本発明は、上述の問題点に鑑みて開発した
ものであり、その目的とするところは、二相ステンレス
鋼におけるNの含有量を多くし、しかも、耐孔食性と隙
間腐食性を良好とした高い耐食性を有し、更には、優れ
た経済性を持った二相ステンレス鋼を得ることにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項1に係る発明は、化学的組成が重量%で、
C:0.03%以下、Si:1.5%以下、Mn:2.0
%以下、Ni:6.5〜8.5%、Cr:25〜29%、
Mo:3.0〜5.0%、N:0.08〜0.5%を含有
し、残部Fe及び不可避不純物からなる二相ステンレス
鋼である。この場合、上記Nの含有量を0.08〜0.4
重量%とするのが好ましい。
【0011】請求項3に係る発明は、所定量のFe、M
o、Ni、Cr、Mn等の成分材料を炉内に投入して溶
解を行い、大気中の窒素を必要以上に取込まないように
しながら、これらの材料が溶解しきった状態で、溶湯内
に窒素化合物を投入し、その後、この溶湯を昇温した後
に鋳型に注湯するようにした二相ステンレス鋼の製造方
法である。
【0012】この場合、Arガス等の不活性により溶湯
表面をシールして溶湯と大気を遮断することにより、大
気中の窒素を必要以上に取り込まないようにする。この
場合のArガスでのシール方法は、本例において、溶解
炉に蓋をし、この蓋の中央部に設けられた穴よりArガ
スを吹き込む方法を採用している。また、溶解しきった
状態の溶湯温度とは、およそ1460℃〜1600℃の
範囲が好ましい。い。
【0013】請求項1乃至6の何れかに記載の二相ステ
ンレス鋼である鋳鋼品は、砂型鋳造で、かつ鋳込む製品
がバルブや管継手等の薄肉鋳物製品が好適である。
【0014】
【発明の実施の形態】次に、本発明における二相ステン
レス鋼とその製造方法の実施形態を成分限定理由ととも
に説明する。 C:Cは耐隙間腐食性に影響を与えるので、可能な限り
低く抑えることが望ましいが、製造コスト上の経済的観
点から、その含有量を0.03重量%以下とした。
【0015】Si:Siは耐酸性に有効な元素であり、
1.5%を越えると耐孔食性を劣化させるおそれがある
ので、1.5重量%以下とした。
【0016】Mn:Mnは脱酸剤や脱硫剤として有用な
元素であり、2.0%越えて含有させると、耐孔食性を
劣化させるので、2.0重量%以下とした。
【0017】Ni:Niはオーステナイト相とフェライ
ト相が略1:1の二相状態にするための成分であり、機
械的性質と耐食性を向上させる作用がある。そこで、N
iの含有量は、6.5%未満では、その作用を得ること
ができない。一方、8.5%を越えて含有させると、製
造コストのアップとなり、経済的でないため、Niの含
有量を6.5〜8.5重量%とした。
【0018】Cr:Feと共に不働態皮膜を形成して合
金の耐食性に寄与する成分である。その含有量は、25
重量%を下回ってしまうと、脱Cr層を生じて耐食性が
落ちるため、25重量パーセント以上は合金中に残留し
ている必要がある。一方、30%を超えるとσ相を生じ
易く、鋳造性及び靱性の劣化を生ずる。そこで、Crの
含有量を25〜29重量%とした。なお、そのうちの含
有量として、特に、26〜29重量%が好ましい。
【0019】Mo:Moは耐孔食性を向上させる作用を
有するが、3%未満ではオーステナイト相の耐孔食性に
対して効果がなく、5%を越えて含有させても加工性を
損なうとともに、製造コストがアップするため、その含
有量を3.0〜5.0重量%の範囲とした。なお、そのう
ちの含有量として、3〜4.5重量%が好ましい。
【0020】N:Nは合金の耐孔食性を向上させる元素
として重要であり、しかも、強度を向上させる元素とし
て重要である。その作用を発揮させるためには、最低
0.08%以上の含有量が必要であり、0.5%を越える
と、Cr、Mo等の窒化物を生成し、耐食元素の働きが
阻害され、合金の靱性が損なわれるので、その含有量を
0.08〜0.5重量%の範囲とした。なお、その中で、
Nの含有量は、0.08〜0.4重量%の範囲が好まし
い。
【0021】次に、本発明における二相ステンレス鋼の
製造方法に際し、窒素を添加する方法について説明する
と、予め所定量のFe、Mo、Cr、Mn等の成分材料
を溶解炉中に投入して溶解を行う。この合金が溶解した
後、大気中の窒素を必要以上に取り込まないようにする
と共に、酸素や水素等の浸入を防ぐため、ArガスやN
ガス等の不活性ガスにて溶湯表面をシールして溶湯と大
気を遮断する。本例においては、溶解炉に蓋をし、蓋の
中央部に設けた穴よりArガスを吹き込んでArガスで
シールするようにしている。
【0022】次いで、合金が溶解しきった状態、即ち、
具体的には、溶湯温度が約1460℃以上の状態におい
て窒素化合物(窒素クロム)を溶湯内に投入する。この
場合、1600℃以上は好ましくない。溶解しきった状
態で投入する場合は、溶解しきらない状態で投入する場
合よりNが減耗せず、投入量に対して約9割が合金中に
残留し、結果的に歩留りの向上に著しく寄与し得る。そ
の後、溶湯を約1700℃まで昇温した後に取鍋に出湯
し、以降、取鍋から鋳型に注湯する通常の鋳造方法によ
ってバルブ等の鋳造製品を製造する。
【0023】この場合、鋳込み後の冷却の過程で、鋳物
が600℃前後の温度に長時間置かれると、二相ステン
レス鋼は、σ相が析出して硬くなる。この現象は、C
r、Moの含有量が多いと顕著になる。しかし、本発明
は、特に、砂型鋳造で、かつ鋳込む製品がバルブや管継
手という薄肉鋳物製品であるから、冷却速度が速く、6
00℃付近に置かれる時間は短い。従って、バルブ等の
薄肉鋳物製品は、冷却速度が速く、σ相が析出して脆化
するおそれはなく、本発明において好適といえる。
【0024】なお、鋳込み後の冷却の過程で、鋳物が6
00℃前後の温度に長時間置かれる場合は、水冷、水ス
プレー冷却等の急冷手段を用いることによって、σ相の
析出を抑えられる程度の冷却速度が得られるようにする
のが好ましい。
【0025】
【実施例】以下に、本発明における二相ステンレス鋼と
その製造方法の試験結果を例に、具体的に説明する。表
1は、本発明における実施例1及び実施例2と比較例1
と比較例2のそれぞれの成分材料の配合成分に基づい
て、鋳造された供試材の成分一覧表である。
【0026】
【表1】
【0027】図1〜図8は、この供試材を耐隙間腐食性
試験に適用した結果を示す写真である。その試験方法
は、表2及び表3に示す寸法の試験片(供試材)を、テ
フロン製ボルト・ナットで締め付け、試験片に隙間を形
成したものを使用して行なった(ASTMG48をベー
スに試験液濃度及び温度を設定)。そのうち、表2にお
いて、腐食環境に、25.4%FeCl3・6H2O(塩
素濃度10%相当)からなる50℃の腐食媒体を用い、
腐食量は、試験期間72時間である。この試験法を用い
て行なった試験結果を表2に示す。
【0028】
【表2】
【0029】この表2によると、耐隙間腐食試験におけ
る実施例1、2は、比較例2と同程度であり、比較例1
より良好である結果を得た。
【0030】次に、表3において、腐食環境に、25.
4%FeCl3・6H2O(塩素濃度5%相当)からなる
30℃の腐食媒体を用い、腐食量は試験期間72時間で
ある。この試験法を用いて行なった試験結果を表3に示
す。
【0031】
【表3】
【0032】この表3によると、耐隙間腐食試験におけ
る実施例2は、比較例2と同程度に良好であるが、比較
例1は劣っている。
【0033】次に、実施例1、2における合金の機械的
特性を比較例1、2とともに試験した結果を対比する。
まず、表4において、硬さ測定結果(HB:300kg/
10)を示す。
【0034】
【表4】
【0035】この表4によると、実施例1、2は、比較
例1、2と同程度の硬さであることが確認された。
【0036】次に、表5において、室温の引張試験結果
を示す。
【0037】
【表5】
【0038】この表5によると、硬さと対比して、硬さ
の高い材料が引張強さが高くなっており、実施例1、2
と比較例1、2とは、略同程度であることが実証され
た。
【0039】また、表6において、300℃の引張試験
結果を示す。
【0040】
【表6】
【0041】この表6によると、実施例1、2と比較例
1、2とは、略同程度の引張強さを有していることが確
認された。
【0042】次に、図9と図10において、実施例1
(図9)と実施例2(図10)のミクロ組織図(×40
0)を示す。これによると、図中、フェライト地(α
相)1、オーステナイト2(γ相)が縞状に浮かぶミク
ロ組織となっており、α相とγ相の比率は、ほぼ1:1
となっている。Cr及びMoは、フェライト生成元素で
あるα相中に、また、Ni及びNは、オーステナイト生
成元素であるγ相中に濃化していることが確認された。
【0043】
【発明の効果】以上のことから明らかなように、本発明
によると、アーク炉を用いたり、溶解環境の圧力を高く
する等の大規模な設備を必要とすることなく、既存の大
気溶解炉にて歩留りよく高窒素含有合金の製造が可能で
ある。特に、投入量に対して、従来方法では、窒素が約
7割しか含有しないが、本発明によると、約9割を合金
中に残留させることができた。従って、従来に比して著
しく歩留りを向上させることができ、その経済的効果は
極めて高い。
【0044】また、本発明は、従来のような希少金属を
用いることなく、高い耐食性能を得ることができ、コス
トの低減を図ることが可能となり、極めて経済性に優れ
た二相ステンレス鋼とその製造方法を提供することがで
きる等の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明における実施例1の隙間腐食試験後の外
観状況を示した一例の写真である。
【図2】本発明における実施例2の隙間腐食試験後の外
観状況を示した一例の写真である。
【図3】従来の比較例1の隙間腐食試験後の外観状況を
示した一例の写真である。
【図4】従来の比較例2の隙間腐食試験後の外観状況を
示した一例の写真である。
【図5】本発明における実施例1の隙間腐食試験後の外
観状況を示した他例の写真である。
【図6】本発明における実施例2の隙間腐食試験後の外
観状況を示した他例の写真である。
【図7】従来の比較例1の隙間腐食試験後の外観状況を
示した他例の写真である。
【図8】従来の比較例2の隙間腐食試験後の外観状況を
示した他例の写真である。
【図9】本発明における供試材のミクロ組織を示した一
例の拡大組織図(×400)である。
【図10】本発明における供試材のミクロ組織を示した
他例の拡大組織図(×400)である。
【符号の説明】
1 フェライト地 2 オーステナイト
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C22C 38/58 C22C 38/58 (72)発明者 佐藤 芳樹 山梨県北巨摩郡長坂町長坂上条2040番地 株式会社キッツ長坂工場内 Fターム(参考) 4K013 AA02 BA12 CA02 CB02 DA08 EA00

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 化学的組成が重量%で、C:0.03%
    以下、Si:1.5%以下、Mn:2.0%以下、Ni:
    6.5〜8.5%、Cr:25〜29%、Mo:3.0〜
    5.0%、N:0.08〜0.5%を含有し、残部Fe及
    び不可避不純物からなることを特徴とする二相ステンレ
    ス鋼。
  2. 【請求項2】 上記Nの含有量を0.08〜0.4重量%
    とした請求項1に記載の二相ステンレス鋼。
  3. 【請求項3】 所定量のFe、Mo、Ni、Cr、Mn
    等の成分材料を炉内に投入して溶解を行い、大気中の窒
    素を必要以上に取込まないようにしながら、これらの材
    料が溶解しきった状態で、溶湯内に窒素化合物を投入
    し、その後、この溶湯を昇温した後に鋳型に注湯するよ
    うにしたことを特徴とする二相ステンレス鋼の製造方
    法。
  4. 【請求項4】 不活性ガスにより溶湯表面をシールして
    溶湯と大気を遮断することにより、大気中の窒素を必要
    以上に取り込まないようにした請求項3に記載の二相ス
    テンレス鋼の製造方法。
  5. 【請求項5】 上記の溶解しきった状態の溶湯温度は、
    およそ1460℃以上である請求項3又は4に記載の二
    相ステンレス鋼の製造方法。
  6. 【請求項6】 請求項1乃至5の何れかに記載の二相ス
    テンレス鋼である鋳鋼品は、砂型鋳造で、かつ鋳込む製
    品がバルブ等の薄肉鋳物製品であることを特徴とする二
    相ステンレス鋼。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008533296A (ja) * 2005-03-09 2008-08-21 エクストラータ クイーンズランド リミテッド ステンレス鋼電解プレート
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