JP2004360035A - 耐応力腐食割れ性に優れた二相系ステンレス鋼 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、例えば化学工業用配管等の高耐食性素材として好適な、特に耐応力腐食割れ性に優れた二相系ステンレス鋼を提供する。
【解決手段】質量%で、C:≦0.03%、Si:0.15〜1.00%、Mn:0.15〜1.50%、P:≦0.035%、S:≦0.010%、Ni:3〜6.5%、Cr:21〜27%、Mo:1〜3.5%、N:0.1〜0.2%、Al:0.004〜0.040%、を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物から成り、かつ、γ率:0.30〜0.65、B:Bcal −5〜Bcal +5ppmを満足することを特徴とする耐応力腐食割れ性に優れた二相系ステンレス鋼。
【選択図】 なし
【解決手段】質量%で、C:≦0.03%、Si:0.15〜1.00%、Mn:0.15〜1.50%、P:≦0.035%、S:≦0.010%、Ni:3〜6.5%、Cr:21〜27%、Mo:1〜3.5%、N:0.1〜0.2%、Al:0.004〜0.040%、を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物から成り、かつ、γ率:0.30〜0.65、B:Bcal −5〜Bcal +5ppmを満足することを特徴とする耐応力腐食割れ性に優れた二相系ステンレス鋼。
【選択図】 なし
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば化学工業用配管等の高耐食性素材として好適な、特に耐応力腐食割れ性に優れた二相系ステンレス鋼に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、二相系ステンレス鋼の耐応力腐食割れ性(以下、耐SCC性と称する)を向上させるためには、種々の鋼が開発されている。その中で例えば、特公昭49−36090号公報(特許文献1)や特公平2−32343号公報(特許文献2)に開示されているように、Si,Cr,Cu,Moを添加することで、特許文献2のように、特に塩化物、炭酸ガス等を含む腐食環境での応力腐食割れ、孔食などの腐食に対する抵抗性を高め、かつ強度、延性などの機械的性質を改善したものである。
一方、圧延方法を改善してα相とγ相とが圧延方向に平行な層状に分布している場合、耐SCC性向上させられるものとして、特公平6−9693号公報(特許文献3)が開示されている。
【0003】
【引用文献】
(1)特許文献1(特公昭49−36090号公報)
(2)特許文献2(特公平2−32343号公報)
(3)特許文献3(特公平6−9693号公報)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
二相系ステンレス鋼はフェライトとオーステナイトの相比が約1:1の組織を有していることから、SUS304やSUS316等のオーステナイト系ステンレス鋼に対して優れた耐SCC性を有している。上述した特許文献のように、さらに耐SCC性を向上させるためにMoやCu等の添加がされている。しかしながら、特許文献1や特許文献2では高合金化、すなわち高コスト化という問題がある。また、特許文献3では特殊な圧延条件が必要で、これも高コスト化という問題がある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上述したように、従来の二相系ステンレス鋼の耐SCC性改善には高合金化あるいは特殊な圧延工程等の高コスト化が伴うので、耐SCC性を安価に改善させる方法として、発明者らは鋭意開発を進めた結果、Bをγ相のN含有量とNi含有量に応じて適量添加することで、安価に耐SCC性を改善するもので、その発明の要旨とするところは、
(1)質量%で、C:≦0.03%、Si:0.15〜1.00%、Mn:0.15〜1.50%、P:≦0.035%、S:≦0.010%、Ni:3〜6.5%、Cr:21〜27%、Mo:1〜3.5%、N:0.1〜0.2%、Al:0.004〜0.040%、を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物から成り、かつ、γ率:0.30〜0.65、B:Bcal −5〜Bcal +5ppmを満足することを特徴とする耐応力腐食割れ性に優れた二相系ステンレス鋼。
ただし、Bcal =20/{Ncal (γ)×Nical (γ)}
Ncal (γ)={N%−(1−γ率)×Ncal (α)}/γ率
Nical (γ)=1.24×Ni%
Ncal (α)=0.005×Crcal (α)−0.0595
Crcal (α)=(0.21×γ率+0.9563)×Cr%
なお、Bcal はB添加含有量最適値(ppm)
Ncal (γ)はγ相中のN量近似計算値(%)
Nical (γ)はγ相中のNi量近似計算値(%)
Ncal (α)はα相中のN量近似計算値(%)
Crcal (α)はα相中のCr量近似計算値(%)
【0006】
(2)前記(1)に加えて、Ca:≦0.01%添加したことを特徴とする耐応力腐食割れ性に優れた二相系ステンレス鋼。
(3)前記(1)または(2)に加えて、Cu:≦0.8%、W:≦1%の1種以上添加したことを特徴とする耐応力腐食割れ性に優れた二相系ステンレス鋼にある。
【0007】
以下、本発明について詳細に説明する。
実用環境(中性環境、低濃度塩化物を含む)で経験されるSCC性は孔食を起点とする場合が多く、粒内あるいは粒界を経由して割れが進行する。二相系では高温でフェライトが安定で、熱間加工温度領域まで低下するとオーステナイトが析出してくる。そこで、Bをγ相のN含有量とNi含有量に応じて適量添加することで、耐SCC性を改善するものである。その理由は、
(1)鋳造時または熱間加工時に起こるα相→γ相変態時にBの溶解度が低いγ相からBが吐き出され、隣り合うα相中のNと化合して結晶粒界にボロン窒化物を形成する。
(2)生成した粒界ボロン窒化物の近傍のα相は僅かにNが低くなり、耐食性が極僅か劣化する。
(3)鋭利なき裂が粒界に進展してきた際、耐孔食性が劣化した部位は腐食を広げさせ、き裂の応力拡大係数を低下させるので、き裂進展が遅れ耐SCC性が向上するものである。
【0008】
上述したように、二相系では高温ではフェライトが安定で、熱間加工温度領域まで低下するとオーステナイトが析出してくる。その際オーステナイト相で溶解度の低いBがオーステナイトから粒界に吐出され、結晶粒界にBNを形成させる。BNの析出はフェライト相のNにより成り、BNが析出した近傍のフェライトの耐孔食性が下がる。き裂が到達際、僅かに耐孔食性が劣化した部位が滑らかに腐食され、応力拡大係数を低下させる結果き裂進展を遅らせ、耐SCCを改善されるものである。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る化学成分組成の限定理由について述べる。
C:≦0.03%
Cは、オーステナイト生成元素であり、かつ強度の向上に必要が元素である。しかし、含有量が多すぎると、炭化物が粒界析出するようになり耐食性および靱性が劣化し易くなるため、その上限を0.03%とした。
Si:0.15〜1.00%
Siは、溶鋼の脱酸に必要な元素である。そのためには、0.15%以上が必要である。しかし、1.00%を超える添加は、σ相が析出し易くなり耐食性や靱性が劣化し易くなる。従って、その範囲を0.15〜1.00%とした。
【0010】
Mn:0.15〜1.50%
Mnは、Siと同様に、溶鋼を脱酸するために添加する。しかし、0.15%未満ではその効果がなく、また、1.50%を超える添加は、コスト上昇を招く。従って、その範囲を0.15〜1.50%とした。
P:≦0.035%
Pは、不純物として少ない方が好ましいが、しかし、0.035%を超えると溶接性が劣化することから、その上限を0.035%とした。
【0011】
S:≦0.010%
Sは、Pと同様に、不純物として少ない方が好ましいが、しかし、0.010%を超えると熱間加工性が劣化させることから、その上限を0.010%とした。
Ni:3〜6.5%
Niは、二相組織を得るために必要な元素である。しかし、3%未満ではその効果が充分に得られず、また、6.5%を超える添加はコストに見合う特性改善効果が得られない。従って、その範囲を3〜6.5%とした。
【0012】
Cr:21〜27%
Crは、耐食性を向上させるために必要が元素である。しかし、21%未満ではその効果が充分でなく、また、27%を超える添加はσ相が析出し易くなり耐食性や靱性が劣化し易くなるため、その範囲を21〜27%とした。
Mo:1〜3.5%
Moは、耐食性を向上させる元素である。しかし、1%未満ではその効果が充分でなく、また、3.5%を超える添加はσ相が析出し易くなり耐食性や靱性が劣化し易くなるため、その範囲を1〜3.5%とした。
【0013】
N:0.1〜0.2%
Nは、二相系として耐食性と強度を向上させるために添加する。しかし、0.1%未満ではその効果は充分でなく、0.2%を超えると熱間加工性を劣化させることから、その範囲を0.1〜0.2%とした。
Al:0.004〜0.040%
Alは、脱酸を目的として添加する。しかし、0.004%未満ではその効果は得られず、また、0.040%を超える添加はAlNとして析出し耐食性を劣化させるため、その範囲を0.004〜0.040%とした。
【0014】
γ率:0.30〜0.65
γ率は、二相系ステンレス鋼の強度、靱性および耐食性の調和をはかるものである。0.30未満では靱性が劣化して、また、0.65を超えると熱間加工性が著しく劣化することから、その範囲を0.30〜0.65とした。
B:Bcal −5〜Bcal +5ppm
Bは、耐SCC性を向上させるために必要な元素である。しかし、Bcal −5未満ではその効果が得られず、また、Bcal +5を超える添加は、粒界SCCを引起し、耐SCC性が劣化する。従って、その範囲をBcal −5〜Bcal +5ppmとした。
【0015】
Ca:≦0.01%
Caは、熱間加工性改善のために添加する。しかし、0.01%を超えると耐食性が劣化するので、その上限を0.01%とした。
Cu:≦0.8%、W:≦1%の1種以上
Cuは、耐食性をより向上させるために添加する。しかし、0.8%を超える添加は、熱間加工性を劣化させるので、その上限を0.8%とした。
Wは、Cuと同様に、耐食性をより向上させるために添加する。しかし、1%を超える添加は、熱間加工性を劣化させるので、その上限を1%とした。
【0016】
【実施例】
以下、本発明について実施例によって具体的に説明する。
表1に示す化学成分の鋼を100kg真空誘導溶解炉にて溶製し、試験鋼塊を1150〜900℃で外径20mmに鍛伸し、平行部外径が5mmの単軸引張型応力腐食割れ試験片を作製し供試材とした。その供試材について応力腐食割れ試験を実施した。応力腐食割れ試験としては、JIS G 0576、沸騰42%塩化マグネシウム応力腐食割れ試験方法に準拠して試験を実施し、負荷応力343MPaにて破断時間により優劣を評価した。その結果を表1に示す。この表1に示すように、本発明鋼は、比較鋼であるB量が本発明条件から外れている場合に比較して、2倍以上の破断時間が増加していることが判る。
【0017】
【表1】
【0018】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によると、特に応力腐食割れ性が必要とされる二相系ステンレス鋼の用途において長寿命化に貢献でき、製造コストおよびランニングコストの低減が実現可能となる等極めて優れた効果を奏するものである。
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば化学工業用配管等の高耐食性素材として好適な、特に耐応力腐食割れ性に優れた二相系ステンレス鋼に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、二相系ステンレス鋼の耐応力腐食割れ性(以下、耐SCC性と称する)を向上させるためには、種々の鋼が開発されている。その中で例えば、特公昭49−36090号公報(特許文献1)や特公平2−32343号公報(特許文献2)に開示されているように、Si,Cr,Cu,Moを添加することで、特許文献2のように、特に塩化物、炭酸ガス等を含む腐食環境での応力腐食割れ、孔食などの腐食に対する抵抗性を高め、かつ強度、延性などの機械的性質を改善したものである。
一方、圧延方法を改善してα相とγ相とが圧延方向に平行な層状に分布している場合、耐SCC性向上させられるものとして、特公平6−9693号公報(特許文献3)が開示されている。
【0003】
【引用文献】
(1)特許文献1(特公昭49−36090号公報)
(2)特許文献2(特公平2−32343号公報)
(3)特許文献3(特公平6−9693号公報)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
二相系ステンレス鋼はフェライトとオーステナイトの相比が約1:1の組織を有していることから、SUS304やSUS316等のオーステナイト系ステンレス鋼に対して優れた耐SCC性を有している。上述した特許文献のように、さらに耐SCC性を向上させるためにMoやCu等の添加がされている。しかしながら、特許文献1や特許文献2では高合金化、すなわち高コスト化という問題がある。また、特許文献3では特殊な圧延条件が必要で、これも高コスト化という問題がある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上述したように、従来の二相系ステンレス鋼の耐SCC性改善には高合金化あるいは特殊な圧延工程等の高コスト化が伴うので、耐SCC性を安価に改善させる方法として、発明者らは鋭意開発を進めた結果、Bをγ相のN含有量とNi含有量に応じて適量添加することで、安価に耐SCC性を改善するもので、その発明の要旨とするところは、
(1)質量%で、C:≦0.03%、Si:0.15〜1.00%、Mn:0.15〜1.50%、P:≦0.035%、S:≦0.010%、Ni:3〜6.5%、Cr:21〜27%、Mo:1〜3.5%、N:0.1〜0.2%、Al:0.004〜0.040%、を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物から成り、かつ、γ率:0.30〜0.65、B:Bcal −5〜Bcal +5ppmを満足することを特徴とする耐応力腐食割れ性に優れた二相系ステンレス鋼。
ただし、Bcal =20/{Ncal (γ)×Nical (γ)}
Ncal (γ)={N%−(1−γ率)×Ncal (α)}/γ率
Nical (γ)=1.24×Ni%
Ncal (α)=0.005×Crcal (α)−0.0595
Crcal (α)=(0.21×γ率+0.9563)×Cr%
なお、Bcal はB添加含有量最適値(ppm)
Ncal (γ)はγ相中のN量近似計算値(%)
Nical (γ)はγ相中のNi量近似計算値(%)
Ncal (α)はα相中のN量近似計算値(%)
Crcal (α)はα相中のCr量近似計算値(%)
【0006】
(2)前記(1)に加えて、Ca:≦0.01%添加したことを特徴とする耐応力腐食割れ性に優れた二相系ステンレス鋼。
(3)前記(1)または(2)に加えて、Cu:≦0.8%、W:≦1%の1種以上添加したことを特徴とする耐応力腐食割れ性に優れた二相系ステンレス鋼にある。
【0007】
以下、本発明について詳細に説明する。
実用環境(中性環境、低濃度塩化物を含む)で経験されるSCC性は孔食を起点とする場合が多く、粒内あるいは粒界を経由して割れが進行する。二相系では高温でフェライトが安定で、熱間加工温度領域まで低下するとオーステナイトが析出してくる。そこで、Bをγ相のN含有量とNi含有量に応じて適量添加することで、耐SCC性を改善するものである。その理由は、
(1)鋳造時または熱間加工時に起こるα相→γ相変態時にBの溶解度が低いγ相からBが吐き出され、隣り合うα相中のNと化合して結晶粒界にボロン窒化物を形成する。
(2)生成した粒界ボロン窒化物の近傍のα相は僅かにNが低くなり、耐食性が極僅か劣化する。
(3)鋭利なき裂が粒界に進展してきた際、耐孔食性が劣化した部位は腐食を広げさせ、き裂の応力拡大係数を低下させるので、き裂進展が遅れ耐SCC性が向上するものである。
【0008】
上述したように、二相系では高温ではフェライトが安定で、熱間加工温度領域まで低下するとオーステナイトが析出してくる。その際オーステナイト相で溶解度の低いBがオーステナイトから粒界に吐出され、結晶粒界にBNを形成させる。BNの析出はフェライト相のNにより成り、BNが析出した近傍のフェライトの耐孔食性が下がる。き裂が到達際、僅かに耐孔食性が劣化した部位が滑らかに腐食され、応力拡大係数を低下させる結果き裂進展を遅らせ、耐SCCを改善されるものである。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る化学成分組成の限定理由について述べる。
C:≦0.03%
Cは、オーステナイト生成元素であり、かつ強度の向上に必要が元素である。しかし、含有量が多すぎると、炭化物が粒界析出するようになり耐食性および靱性が劣化し易くなるため、その上限を0.03%とした。
Si:0.15〜1.00%
Siは、溶鋼の脱酸に必要な元素である。そのためには、0.15%以上が必要である。しかし、1.00%を超える添加は、σ相が析出し易くなり耐食性や靱性が劣化し易くなる。従って、その範囲を0.15〜1.00%とした。
【0010】
Mn:0.15〜1.50%
Mnは、Siと同様に、溶鋼を脱酸するために添加する。しかし、0.15%未満ではその効果がなく、また、1.50%を超える添加は、コスト上昇を招く。従って、その範囲を0.15〜1.50%とした。
P:≦0.035%
Pは、不純物として少ない方が好ましいが、しかし、0.035%を超えると溶接性が劣化することから、その上限を0.035%とした。
【0011】
S:≦0.010%
Sは、Pと同様に、不純物として少ない方が好ましいが、しかし、0.010%を超えると熱間加工性が劣化させることから、その上限を0.010%とした。
Ni:3〜6.5%
Niは、二相組織を得るために必要な元素である。しかし、3%未満ではその効果が充分に得られず、また、6.5%を超える添加はコストに見合う特性改善効果が得られない。従って、その範囲を3〜6.5%とした。
【0012】
Cr:21〜27%
Crは、耐食性を向上させるために必要が元素である。しかし、21%未満ではその効果が充分でなく、また、27%を超える添加はσ相が析出し易くなり耐食性や靱性が劣化し易くなるため、その範囲を21〜27%とした。
Mo:1〜3.5%
Moは、耐食性を向上させる元素である。しかし、1%未満ではその効果が充分でなく、また、3.5%を超える添加はσ相が析出し易くなり耐食性や靱性が劣化し易くなるため、その範囲を1〜3.5%とした。
【0013】
N:0.1〜0.2%
Nは、二相系として耐食性と強度を向上させるために添加する。しかし、0.1%未満ではその効果は充分でなく、0.2%を超えると熱間加工性を劣化させることから、その範囲を0.1〜0.2%とした。
Al:0.004〜0.040%
Alは、脱酸を目的として添加する。しかし、0.004%未満ではその効果は得られず、また、0.040%を超える添加はAlNとして析出し耐食性を劣化させるため、その範囲を0.004〜0.040%とした。
【0014】
γ率:0.30〜0.65
γ率は、二相系ステンレス鋼の強度、靱性および耐食性の調和をはかるものである。0.30未満では靱性が劣化して、また、0.65を超えると熱間加工性が著しく劣化することから、その範囲を0.30〜0.65とした。
B:Bcal −5〜Bcal +5ppm
Bは、耐SCC性を向上させるために必要な元素である。しかし、Bcal −5未満ではその効果が得られず、また、Bcal +5を超える添加は、粒界SCCを引起し、耐SCC性が劣化する。従って、その範囲をBcal −5〜Bcal +5ppmとした。
【0015】
Ca:≦0.01%
Caは、熱間加工性改善のために添加する。しかし、0.01%を超えると耐食性が劣化するので、その上限を0.01%とした。
Cu:≦0.8%、W:≦1%の1種以上
Cuは、耐食性をより向上させるために添加する。しかし、0.8%を超える添加は、熱間加工性を劣化させるので、その上限を0.8%とした。
Wは、Cuと同様に、耐食性をより向上させるために添加する。しかし、1%を超える添加は、熱間加工性を劣化させるので、その上限を1%とした。
【0016】
【実施例】
以下、本発明について実施例によって具体的に説明する。
表1に示す化学成分の鋼を100kg真空誘導溶解炉にて溶製し、試験鋼塊を1150〜900℃で外径20mmに鍛伸し、平行部外径が5mmの単軸引張型応力腐食割れ試験片を作製し供試材とした。その供試材について応力腐食割れ試験を実施した。応力腐食割れ試験としては、JIS G 0576、沸騰42%塩化マグネシウム応力腐食割れ試験方法に準拠して試験を実施し、負荷応力343MPaにて破断時間により優劣を評価した。その結果を表1に示す。この表1に示すように、本発明鋼は、比較鋼であるB量が本発明条件から外れている場合に比較して、2倍以上の破断時間が増加していることが判る。
【0017】
【表1】
【0018】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によると、特に応力腐食割れ性が必要とされる二相系ステンレス鋼の用途において長寿命化に貢献でき、製造コストおよびランニングコストの低減が実現可能となる等極めて優れた効果を奏するものである。
Claims (3)
- 質量%で、
C:≦0.03%、
Si:0.15〜1.00%、
Mn:0.15〜1.50%、
P:≦0.035%、
S:≦0.010%、
Ni:3〜6.5%、
Cr:21〜27%、
Mo:1〜3.5%、
N:0.1〜0.2%、
Al:0.004〜0.040%、
を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物から成り、かつ、γ率:0.30〜0.65、B:Bcal −5〜Bcal +5ppmを満足することを特徴とする耐応力腐食割れ性に優れた二相系ステンレス鋼。
ただし、Bcal =20/{Ncal (γ)×Nical (γ)}
Ncal (γ)={N%−(1−γ率)×Ncal (α)}/γ率
Nical (γ)=1.24×Ni%
Ncal (α)=0.005×Crcal (α)−0.0595
Crcal (α)=(0.21×γ率+0.9563)×Cr%
なお、Bcal はB添加含有量最適値(ppm)
Ncal (γ)はγ相中のN量近似計算値(%)
Nical (γ)はγ相中のNi量近似計算値(%)
Ncal (α)はα相中のN量近似計算値(%)
Crcal (α)はα相中のCr量近似計算値(%) - 請求項1に加えて、Ca:≦0.01%添加したことを特徴とする耐応力腐食割れ性に優れた二相系ステンレス鋼。
- 請求項1または2に加えて、Cu:≦0.8%、W:≦1%の1種以上添加したことを特徴とする耐応力腐食割れ性に優れた二相系ステンレス鋼。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2003161869A JP2004360035A (ja) | 2003-06-06 | 2003-06-06 | 耐応力腐食割れ性に優れた二相系ステンレス鋼 |
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JP2003161869A JP2004360035A (ja) | 2003-06-06 | 2003-06-06 | 耐応力腐食割れ性に優れた二相系ステンレス鋼 |
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JP2004360035A true JP2004360035A (ja) | 2004-12-24 |
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ID=34054173
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JP2003161869A Withdrawn JP2004360035A (ja) | 2003-06-06 | 2003-06-06 | 耐応力腐食割れ性に優れた二相系ステンレス鋼 |
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Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012140689A (ja) * | 2011-01-06 | 2012-07-26 | Sanyo Special Steel Co Ltd | 靭性に優れた二相系ステンレス鋼 |
JP2013253315A (ja) * | 2012-05-07 | 2013-12-19 | Kobe Steel Ltd | 二相ステンレス鋼材および二相ステンレス鋼管 |
WO2013191208A1 (ja) | 2012-06-22 | 2013-12-27 | 新日鐵住金株式会社 | 2相ステンレス鋼 |
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