JP2009197262A - 耐全面腐食性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼 - Google Patents
耐全面腐食性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】 化学プラント用フランジや配管、継手、バルブ、医療機器部品等に用いられる耐全面腐食性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼を提供する。
【解決手段】 質量％で、Ｃ：０．０５〜０．１５％、Ｓｉ：０．２０〜１．００％、Ｍｎ：２．００〜５．００％未満、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｎｉ：０．０５〜０．５０％未満、Ｃｒ：１６．０〜１９．０％、Ｍｏ：０．０５〜０．５０％未満、Ｃｕ：２．５〜４．０％、Ｏ：０．０１％以下、Ｎ：０．１５〜０．３０％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、かつ下記式および腐食指数を満足する耐全面腐食性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼。Ｎｉ＋２７Ｃ＋２３Ｎ＋０．２Ｍｎ＋０．５Ｃｕ−Ｃｒ−１．２Ｍｏ−０．５Ｓｉ＋１０≧２ … （１）、２３８０−７５Ｃｒ−１１０（Ｎｉ＋Ｃｕ）−６０Ｍｎ−５０Ｓｉ−３０００（Ｃ＋Ｎ）≦−１５０ … （２）
【選択図】 図１
【解決手段】 質量％で、Ｃ：０．０５〜０．１５％、Ｓｉ：０．２０〜１．００％、Ｍｎ：２．００〜５．００％未満、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｎｉ：０．０５〜０．５０％未満、Ｃｒ：１６．０〜１９．０％、Ｍｏ：０．０５〜０．５０％未満、Ｃｕ：２．５〜４．０％、Ｏ：０．０１％以下、Ｎ：０．１５〜０．３０％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、かつ下記式および腐食指数を満足する耐全面腐食性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼。Ｎｉ＋２７Ｃ＋２３Ｎ＋０．２Ｍｎ＋０．５Ｃｕ−Ｃｒ−１．２Ｍｏ−０．５Ｓｉ＋１０≧２ … （１）、２３８０−７５Ｃｒ−１１０（Ｎｉ＋Ｃｕ）−６０Ｍｎ−５０Ｓｉ−３０００（Ｃ＋Ｎ）≦−１５０ … （２）
【選択図】 図１
Description
本発明は、耐全面腐食性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼に関し、特に化学プラント用フランジや配管、継手、バルブ、医療機器部品等に用いられる耐全面腐食性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼に関するものである。
従来、化学プラント用のフランジや配管、継手等にはＳＵＳ３０４が使用されている。しかし、近年のＮｉ高騰により省Ｎｉ型の高Ｍｎオーステナイト鋼が提案されている。例えば特開平２−１０４６３３号公報（引用文献１）に開示されているように、Ｍｎ：７〜４０％を含有する高強度非磁性高マンガン鋼や特開２００６−２２３６９号公報（引用文献２）に開示されているような、Ｍｎ：３〜１５％、Ｎｉ：１〜６％を含有する張出し性と耐発錆性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼等が提案されている。
一方、特開平１１−９２８８５号公報（引用文献３）に開示されている、Ｍｎ：５〜９％、Ｎｉ：０．１〜２％なるニッケル含有率が極めて低いオーステナイト系ステンレス鋼のようなＳＵＳ３０４を代替する鋼がそれぞれ提案されているが、一方でＭｎが高く、化学プラント向けで要求される用途には適しないという問題がある。また、特開２００４−１４３５７６号公報（引用文献４）に開示されているような、Ｍｎ：７．５〜１０．５％、Ｎｉ：１．０〜５．０％なる低ニッケルオーステナイト系ステンレス鋼は耐錆性、高強度要求に対応したもので、耐全面腐食性に対するものではない。
特開平２−１０４６３３号公報
特開２００６−２２３６９号公報
特開平１１−９２８８５号公報
特開２００４−１４３５７６号公報
上述のような問題を解消するために、発明者らは鋭意開発を進めた結果、高価なＮｉを含まず、安価でかつ耐全面腐食性（特に硫酸環境下）に優れるオーステナイト系ステンレス鋼を提供するものである。
上述の観点から、まず、高価なＮｉを含まず、Ｎｉ＋２７Ｃ＋２３Ｎ＋０．２Ｍｎ＋０．５Ｃｕ−Ｃｒ−１．２Ｍｏ−０．５Ｓｉ＋１０≧２なる条件によりδフェライトの発生を抑制し、かつ、２３８０−７５Ｃｒ−１１０（Ｎｉ＋Ｃｕ）−６０Ｍｎ−５０Ｓｉ−３０００（Ｃ＋Ｎ）≦−１５０なる条件を満たすことにより組織をオーステナイト化し、さらに、耐食指数を規制することにより耐全面腐食性を向上させることにある。
その発明の要旨とするところは、 （１）質量％で、Ｃ：０．０５〜０．１５％、Ｓｉ：０．２０〜１．００％、Ｍｎ：２．００〜５．００％未満、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｎｉ：０．０５〜０．５０％未満、Ｃｒ：１６．０〜１９．０％、Ｍｏ：０．０５〜０．５０％未満、Ｃｕ：２．５〜４．０％、Ｏ：０．０１％以下、Ｎ：０．１５〜０．３０％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、かつ下記式および腐食指数を満足することを特徴とする耐全面腐食性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼。
Ｎｉ＋２７Ｃ＋２３Ｎ＋０．２Ｍｎ＋０．５Ｃｕ−Ｃｒ−１．２Ｍｏ−０．５Ｓｉ＋１０≧２ … （１）
２３８０−７５Ｃｒ−１１０（Ｎｉ＋Ｃｕ）−６０Ｍｎ−５０Ｓｉ−３０００（Ｃ＋Ｎ）≦−１５０ … （２）
腐食指数：−Ｃｒ＋３．６Ｎｉ＋４．７Ｍｏ＋１１．５Ｃｕ＋１．４Ｎ−２．１Ｍｎ≧１５
（２）前記（１）に記載のＳ：０．０１０％以下、Ｎ：０．１５〜０．２５％であることを特徴とする耐全面腐食性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼にある。
Ｎｉ＋２７Ｃ＋２３Ｎ＋０．２Ｍｎ＋０．５Ｃｕ−Ｃｒ−１．２Ｍｏ−０．５Ｓｉ＋１０≧２ … （１）
２３８０−７５Ｃｒ−１１０（Ｎｉ＋Ｃｕ）−６０Ｍｎ−５０Ｓｉ−３０００（Ｃ＋Ｎ）≦−１５０ … （２）
腐食指数：−Ｃｒ＋３．６Ｎｉ＋４．７Ｍｏ＋１１．５Ｃｕ＋１．４Ｎ−２．１Ｍｎ≧１５
（２）前記（１）に記載のＳ：０．０１０％以下、Ｎ：０．１５〜０．２５％であることを特徴とする耐全面腐食性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼にある。
以上述べたように、本発明による式１よりδフェライトの発生を抑制し、式２よりオーステナイト組織とし、かつ腐食指数を１５以上とすることで耐全面腐食性を向上させ、特に耐硫酸環境で優れた安価なオーステナイト系ステンレス鋼を提供することにある。
以下、本発明についての成分組成の限定理由について説明する。
Ｃ：０．０５〜０．１５％
Ｃは、オーステナイト相を安定化させる元素である。しかし、０．０５％未満ではその効果が十分でなく、また、その含有量が高すぎると耐食性を劣化させることから、その上限を０．１５％とした。
Ｃ：０．０５〜０．１５％
Ｃは、オーステナイト相を安定化させる元素である。しかし、０．０５％未満ではその効果が十分でなく、また、その含有量が高すぎると耐食性を劣化させることから、その上限を０．１５％とした。
Ｓｉ：０．２０〜１．００％
Ｓｉは、脱酸元素として有効な元素であり、０．２０％以上含有させることが望ましい。しかし、δフェライトの発生を抑制するためには、１．００％以下とする必要があることから、その範囲を０．２０〜１．００％とした。
Ｍｎ：２．００〜５．００％未満
Ｍｎは、オーステナイト相を安定化させる元素である。しかし、２．００％未満ではその効果が十分でなく、また、５．００％以上となると耐食性を劣化させることから、その範囲を２．００〜５．００％未満とした。
Ｓｉは、脱酸元素として有効な元素であり、０．２０％以上含有させることが望ましい。しかし、δフェライトの発生を抑制するためには、１．００％以下とする必要があることから、その範囲を０．２０〜１．００％とした。
Ｍｎ：２．００〜５．００％未満
Ｍｎは、オーステナイト相を安定化させる元素である。しかし、２．００％未満ではその効果が十分でなく、また、５．００％以上となると耐食性を劣化させることから、その範囲を２．００〜５．００％未満とした。
Ｐ：０．０５０％以下
Ｐは、熱間加工性には有害な元素であり、特に０．０５０％を超えると悪影響が顕著となるので、その上限を０．０５０％以下とした。
Ｓ：０．０３０％以下
Ｓは、耐食性に有害な元素であり、特に０．０３０％を超えると悪影響が顕著となるので、その上限を０．０３０％以下とした。好ましくは０．０１０％以下とする。
Ｐは、熱間加工性には有害な元素であり、特に０．０５０％を超えると悪影響が顕著となるので、その上限を０．０５０％以下とした。
Ｓ：０．０３０％以下
Ｓは、耐食性に有害な元素であり、特に０．０３０％を超えると悪影響が顕著となるので、その上限を０．０３０％以下とした。好ましくは０．０１０％以下とする。
Ｎｉ：０．０５〜０．５０％未満
Ｎｉは、高価な金属であるため、原料のコストを抑えるため、なるべくその使用量を抑制する必要があるが、マルテンサイト変態を抑制し、オーステナイト相を安定化させるための重要な元素である。そのため、本発明では、Ｎｉの含有量を０．５０％未満にすることによって、原料のコストを大幅に低減すると共に、ステンレス鋼としての耐食性を保持することができる。但し、０．０５％未満とするには、最近のスクラップのＮｉ含有量では対応が困難なため、その下限を０．０５％とした。
Ｎｉは、高価な金属であるため、原料のコストを抑えるため、なるべくその使用量を抑制する必要があるが、マルテンサイト変態を抑制し、オーステナイト相を安定化させるための重要な元素である。そのため、本発明では、Ｎｉの含有量を０．５０％未満にすることによって、原料のコストを大幅に低減すると共に、ステンレス鋼としての耐食性を保持することができる。但し、０．０５％未満とするには、最近のスクラップのＮｉ含有量では対応が困難なため、その下限を０．０５％とした。
Ｃｒ：１６．０〜１９．０％
Ｃｒは、強力なフェライト生成元素であると同時に保護性の酸化皮膜を生成し耐食性を付与する基本元素である。しかし、１６．０％未満では耐錆性が不十分である。また、過剰となるとδフェライト相が生成し、熱間加工性が悪化することから、δフェライト相を抑制するために、その上限を１９．０％とした。
Ｃｒは、強力なフェライト生成元素であると同時に保護性の酸化皮膜を生成し耐食性を付与する基本元素である。しかし、１６．０％未満では耐錆性が不十分である。また、過剰となるとδフェライト相が生成し、熱間加工性が悪化することから、δフェライト相を抑制するために、その上限を１９．０％とした。
Ｍｏ：０．０５〜０．５０％未満
Ｍｏは、Ｃｒの酸化保護皮膜を強固にし耐食性を著しく改善する効果がある。しかし、０．５０％を超えるとδフェライト相が生成し、熱間加工性が悪化することから、δフェライト相を抑制するために、０．５０％未満とした。但し、Ｎｉと同様に０．０５％未満とするには、近年のスクラップのＭｏ含有量では対応が困難なため、その下限を０．０５％とした。
Ｃｕ：２．５〜４．０％
Ｃｕは、オーステナイト相を安定化と耐食性を改善する元素である。しかし、２．５％未満ではその効果が十分でなく、４．０％を超えると熱間加工性が悪化することから、その上限を４．０％とした。
Ｍｏは、Ｃｒの酸化保護皮膜を強固にし耐食性を著しく改善する効果がある。しかし、０．５０％を超えるとδフェライト相が生成し、熱間加工性が悪化することから、δフェライト相を抑制するために、０．５０％未満とした。但し、Ｎｉと同様に０．０５％未満とするには、近年のスクラップのＭｏ含有量では対応が困難なため、その下限を０．０５％とした。
Ｃｕ：２．５〜４．０％
Ｃｕは、オーステナイト相を安定化と耐食性を改善する元素である。しかし、２．５％未満ではその効果が十分でなく、４．０％を超えると熱間加工性が悪化することから、その上限を４．０％とした。
Ｏ：０．０１％以下
Ｏは、その含有量を低くするほどよいが、０．０１％を超えると熱間加工性が劣化することから、その上限を０．０１％とした。
Ｎ：０．１５〜０．３０％
Ｎは、オーステナイト相の安定化と耐食性を改善する元素である。しかし、０．１５％未満ではその効果が十分でなく、０．３０％を超えると熱間加工性が悪化することから、その上限を０．３０％とした。好ましくは、０．１５〜０．２５％とする。
Ｏは、その含有量を低くするほどよいが、０．０１％を超えると熱間加工性が劣化することから、その上限を０．０１％とした。
Ｎ：０．１５〜０．３０％
Ｎは、オーステナイト相の安定化と耐食性を改善する元素である。しかし、０．１５％未満ではその効果が十分でなく、０．３０％を超えると熱間加工性が悪化することから、その上限を０．３０％とした。好ましくは、０．１５〜０．２５％とする。
Ｎｉ＋２７Ｃ＋２３Ｎ＋０．２Ｍｎ＋０．５Ｃｕ−Ｃｒ−１．２Ｍｏ−０．５Ｓｉ＋１０≧２ … （１）
上記（１）式の値が、２未満ではδフェライト相が生成し、熱間加工性が悪化することから、δフェライト相を抑制するために、その下限を２とした。
２３８０−７５Ｃｒ−１１０（Ｎｉ＋Ｃｕ）−６０Ｍｎ−５０Ｓｉ−３０００（Ｃ＋Ｎ）≦−１５０ … （２）
上記（２）式の値は、組織をオーステナイト化させるためで、そのためには、−１５０以下とする必要がある。
上記（１）式の値が、２未満ではδフェライト相が生成し、熱間加工性が悪化することから、δフェライト相を抑制するために、その下限を２とした。
２３８０−７５Ｃｒ−１１０（Ｎｉ＋Ｃｕ）−６０Ｍｎ−５０Ｓｉ−３０００（Ｃ＋Ｎ）≦−１５０ … （２）
上記（２）式の値は、組織をオーステナイト化させるためで、そのためには、−１５０以下とする必要がある。
腐食指数：−Ｃｒ＋３．６Ｎｉ＋４．７Ｍｏ＋１１．５Ｃｕ＋１．４Ｎ−２．１Ｍｎ≧１５
腐食指数は、耐全面腐食性を向上させる指数であり、その指数が１５未満では効果が十分でないことから、その効果を得るためには下限を１５とした。好ましくは１５〜２０とする。この関係を図１に示す。図１は、本発明に係る腐食指数と腐食度との関係を示す図である。この図に示すように、横軸に腐食指数を縦軸に腐食度をとると腐食指数が１５未満では腐食度が高く、逆に１５以上であると腐食度が一段と低下することが分かる。これからも腐食指数を１５とするものである。
腐食指数は、耐全面腐食性を向上させる指数であり、その指数が１５未満では効果が十分でないことから、その効果を得るためには下限を１５とした。好ましくは１５〜２０とする。この関係を図１に示す。図１は、本発明に係る腐食指数と腐食度との関係を示す図である。この図に示すように、横軸に腐食指数を縦軸に腐食度をとると腐食指数が１５未満では腐食度が高く、逆に１５以上であると腐食度が一段と低下することが分かる。これからも腐食指数を１５とするものである。
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に示す成分組成の鋼を真空誘導溶解炉にて溶製して１００ｋｇの鋼塊とし、１２５０℃に加熱し、径２０ｍｍに鍛伸後、固溶化熱処理（１０５０℃で２０分、水冷）を施し、各種試料を作製した。その各種試料のδフェライト量、耐食性および被削性試験を実施した。その結果を表２に示す。その試験方法を以下に示す。
表１に示す成分組成の鋼を真空誘導溶解炉にて溶製して１００ｋｇの鋼塊とし、１２５０℃に加熱し、径２０ｍｍに鍛伸後、固溶化熱処理（１０５０℃で２０分、水冷）を施し、各種試料を作製した。その各種試料のδフェライト量、耐食性および被削性試験を実施した。その結果を表２に示す。その試験方法を以下に示す。
［δフェライト量］
δフェライト量は、鍛伸後、固溶化熱処理（１０５０℃で２０分、水冷）を行った後、切断面の中周部（Ｄ／４部）をフェライトスコープにて測定し、５点平均値を用いた。
［耐食性］
耐食性試験としては、径１２ｍｍで長さ２１ｍｍの棒状試験片を作製し、表面を＃６００にて湿式研磨後、試験片を供した。その試験条件は、２５℃の５％硫酸液に２４時間浸漬し、いったん水洗した後再び２４時間浸漬し、この時の腐食により減った重量を試験片の初期の表面積と浸漬時間（４８時間）で割った値で評価した。
［被削性］
被削性試験は、径２０ｍｍで長さ４０ｍｍの試験片を長手方向に平行に、ドリル穿孔条件：推力４１４Ｎ、周速１８．７ｍ／ｍｉｎ、切削油なしの条件でドリル穿孔し、深さ１０ｍｍ穿孔するに要する時間で評価した。すなわち、穿孔に要する時間が短いほど被削性が優れていることを示す。
δフェライト量は、鍛伸後、固溶化熱処理（１０５０℃で２０分、水冷）を行った後、切断面の中周部（Ｄ／４部）をフェライトスコープにて測定し、５点平均値を用いた。
［耐食性］
耐食性試験としては、径１２ｍｍで長さ２１ｍｍの棒状試験片を作製し、表面を＃６００にて湿式研磨後、試験片を供した。その試験条件は、２５℃の５％硫酸液に２４時間浸漬し、いったん水洗した後再び２４時間浸漬し、この時の腐食により減った重量を試験片の初期の表面積と浸漬時間（４８時間）で割った値で評価した。
［被削性］
被削性試験は、径２０ｍｍで長さ４０ｍｍの試験片を長手方向に平行に、ドリル穿孔条件：推力４１４Ｎ、周速１８．７ｍ／ｍｉｎ、切削油なしの条件でドリル穿孔し、深さ１０ｍｍ穿孔するに要する時間で評価した。すなわち、穿孔に要する時間が短いほど被削性が優れていることを示す。
比較例Ｎｏ．６は腐食指数が低いために、耐食性がやや劣る。このＮｏ．６のＳＵＳ３０４をベースとしてそれぞれのドリル穿孔指数より被削性を評価した。比較例Ｎｏ．７はＭｎ成分の含有量が多く、腐食指数が低いために、耐食性がやや劣る。また、比較例Ｎｏ．８はＭｎ成分の含有量が多く、かつ腐食指数が低いために、耐食性が悪い。比較例Ｎｏ．９はＮ成分の含有量が少なく、式１の値が低く、かつ式２の値が高いために、δフェライト量が多く、耐食性および被削性が悪い。
比較例Ｎｏ．１０はＳ成分の含有量が高いために、耐食性が劣る。比較例Ｎｏ．１１はＣ成分の含有量が高いために、耐食性が劣る。比較例Ｎｏ．１２はＣｒ成分の含有量が高く、式１の値が低いために、δフェライト量が多く、耐食性が劣る。比較例Ｎｏ．１３はＣｕ成分の含有量が低く、かつ腐食指数が低いために、耐食性が劣る。これに対し、本発明例であるＮｏ．１〜５は、いずれも本発明の条件を満たしていることから、δフェライトの発生を抑制し、耐食性および被削性に優れていることが分かる。
以上のように、高価なＮｉを含有することなく、式１にて鋼成分を規制することによりδフェライトの発生を抑制し、かつ式２を規制することにより組織をオーステナイト化し、しかも耐食指数を規制することで耐全面腐食性を向上させる極めて優れたオーステナイト系ステンレス鋼を提供することができる。
Claims (2)
- 質量％で、
Ｃ：０．０５〜０．１５％、
Ｓｉ：０．２０〜１．００％、
Ｍｎ：２．００〜５．００％未満、
Ｐ：０．０５０％以下、
Ｓ：０．０３０％以下、
Ｎｉ：０．０５〜０．５０％未満、
Ｃｒ：１６．０〜１９．０％、
Ｍｏ：０．０５〜０．５０％未満、
Ｃｕ：２．５〜４．０％、
Ｏ：０．０１％以下、
Ｎ：０．１５〜０．３０％、
を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、かつ下記式および腐食指数を満足することを特徴とする耐全面腐食性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼。
Ｎｉ＋２７Ｃ＋２３Ｎ＋０．２Ｍｎ＋０．５Ｃｕ−Ｃｒ−１．２Ｍｏ−０．５Ｓｉ＋１０≧２ … （１）
２３８０−７５Ｃｒ−１１０（Ｎｉ＋Ｃｕ）−６０Ｍｎ−５０Ｓｉ−３０００（Ｃ＋Ｎ）≦−１５０ … （２）
腐食指数：−Ｃｒ＋３．６Ｎｉ＋４．７Ｍｏ＋１１．５Ｃｕ＋１．４Ｎ−２．１Ｍｎ≧１５ - 請求項１に記載のＳ：０．０１０％以下、Ｎ：０．１５〜０．２５％であることを特徴とする耐全面腐食性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008038135A JP2009197262A (ja) | 2008-02-20 | 2008-02-20 | 耐全面腐食性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011247642A (ja) * | 2010-05-24 | 2011-12-08 | Kobe Steel Ltd | 鋼材の腐食状態推定方法 |
-
2008
- 2008-02-20 JP JP2008038135A patent/JP2009197262A/ja not_active Withdrawn
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011247642A (ja) * | 2010-05-24 | 2011-12-08 | Kobe Steel Ltd | 鋼材の腐食状態推定方法 |
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|---|---|---|---|
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