JP2009256791A

JP2009256791A - 耐食性に優れた二相系ステンレス鋼およびその製造方法

Info

Publication number: JP2009256791A
Application number: JP2009070542A
Authority: JP
Inventors: Yasumune Kamiyoshi; 保宗神吉
Original assignee: Sanyo Special Steel Co Ltd
Current assignee: Sanyo Special Steel Co Ltd
Priority date: 2008-03-24
Filing date: 2009-03-23
Publication date: 2009-11-05

Abstract

【課題】耐海水用途向け等に使用される部材、特にシャフト類、バルブ、フランジ、配管類、計測機器等に使用される耐食性に優れた二相系ステンレス鋼およびその製造方法を提供する。
【解決手段】１１００℃以上の温度で鍛造または圧延後、直ちに冷却速度１００℃／分以上で８００℃以下まで急冷してフェライト相内に炭窒化物を析出させた後、固溶化熱処理温度９５０〜１１００℃に加熱し、急冷することを特徴とする耐食性に優れた二相系ステンレス鋼およびその製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、耐海水用途向け等に使用される部材、特にシャフト類、バルブ、フランジ、配管類、計測機器等に使用される耐食性に優れた二相系ステンレス鋼およびその製造方法に関するものである。

従来、二相系ステンレス鋼の製造方法として、多くがσ相析出や４７５℃脆性を防止するため、固溶化熱処理温度の冷却速度を規定しているものが多く、それ以外として固溶化熱処理をインライン化することで製造コストを低減するもので占められている。その代表する例として例えば特開昭６３−９８６１８号公報（特許文献１）に開示されているように、薄物の圧延方向に関して圧延中の温度、冷却条件を限定することにより表面性状の良好な鋼板を適切に製造することができる方法で、固溶化熱処理（９００〜１０５０℃）後の冷却（Ｃ．Ｒ．Ｃ／ｓｅｃ〜２０℃／ｓｅｃで７００〜７７５℃）し、継続して圧延することでσ相析出を抑制する高耐食性２相ステンレス鋼の製造方法が提案されている。

また、特開平９−２１７１４９号公報（特許文献２）に開示されているように、Ｃｌ^-イオン環境および硝酸環境などの腐食環境中において高い耐食性および耐応力腐食割れ性を呈する耐食性および靱性に優れた二相ステンレス鋼の大型鋳造品、鍛造品およびその製造方法に関して、固溶化熱処理として１０００℃以上の温度に加熱した後、冷却速度５〜１２．５℃／分で５００℃まで冷却し、その後少なくとも３００℃までを１０℃／ｍｉｎ以上の速度で冷却することで、σ相、４７５℃脆性を抑制し、残留応力を軽減した耐食性・靱性に優れた２相ステンレス鋼の大型鋳造品及びその製造方法が提案されている。

また、特開２００５−１０５３４６号公報（特許文献３）に開示されているように、靱性に優れた二相ステンレス鋼の連続鋳造鋳片より厚鋼板を製造する方法に関し、１１００〜１３００℃にスラブ加熱した後熱間圧延し１０５０〜１３００℃の固溶化熱処理後冷却を制御してσ相を抑制した耐食性、靱性に優れた２相ステンレス鋼の製造方法が提案されている。

さらに、特開昭６０−１９７８２４号公報（特許文献４）に開示されているように、８００℃以上熱間圧延後５℃／ｓｅｃ以上で冷却後５５０℃以下で巻取り、固溶化熱処理のインライン化を図る高靱性２相ステンレス鋼の熱延鋼帯の製造方法や特開昭６２−７７４２２号公報（特許文献５）に開示されているように、溶接管において、固溶化熱処理温度と適正な冷却速度の範囲を定めることによる２相ステンレス溶接鋼管の溶体化熱処理方法が提案されている。
特開昭６３−９８６１８号公報特開平９−２１７１４９号公報特開２００５−１０５３４６号公報特開昭６０−１９７８２４号公報特開昭６２−７７４２２号公報

上述した特許文献１〜５は、いずれもσ相析出や４７５℃脆性を防止するため固溶化熱処理時の冷却速度を規定しているものや固溶化熱処理をインライン化することで製造コストを低減するものである。耐食性の向上には、固溶化熱処理後の組織において、フェライト相内に密集した炭窒化物が極力少ないことが重要である。この条件としては鍛造または圧延後のフェライト相内の密集した炭窒化物の析出挙動の把握による冷却速度の提示、その後の適正な固溶化熱処理温度の提示が必要である。

上述したような問題を解消するために鋭意開発を進めた結果、本発明は鍛造または圧延時の冷却速度に着目したもので、鍛造または圧延後の冷却速度を１００℃／分以上とすることにより、フェライト相内や粒界に密集した炭窒化物が多数析出させ、その後の固溶化熱処理温度を９５０〜１１００℃とすることにより、密集した炭窒化物が核となりオーステナイト相を一気に生成させ、フェライト相内や粒界に密集した炭窒化物を少なくすることで耐食性に優れた二相ステンレス鋼およびその製造方法を提供するものである。

その発明の要旨とするところは、
（１）１１００℃以上の温度で鍛造または圧延後、直ちに冷却速度１００℃／分以上で８００℃以下まで急冷してフェライト相内に炭窒化物を析出させた後、固溶化熱処理温度９５０〜１１００℃に加熱し、急冷することを特徴とする耐食性に優れた二相系ステンレス鋼の製造方法。

（２）オーステナイト相とフェライト相を含有する二相系ステンレス鋼で、１１００℃以上の温度で鍛造または圧延後、直ちに冷却速度１００℃／分以上で８００℃以下まで急冷し、フェライト相内に析出する炭窒化物の組成が、原子％で、Ｃｒ：５０〜８０％からなる炭化物Ｃｒ_XＣ_Yおよび窒化物Ｃｒ_XＮ_Yもしくはそれらの複合である炭窒化物Ｃｒ_X（Ｃ，Ｎ）_Yからなる二相系ステンレス鋼において、請求項１により製造される耐食性に優れた二相系ステンレス鋼。

（３）質量％で、Ｃ：０．０３％以下、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：１．０％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ｃｒ：２２〜２７％、Ｎｉ：４．０〜８．０％、Ｍｏ：１．０〜３．５％、Ｎ：０．１０〜０．３５％、Ｃｕ：１．０％以下、Ｗ：２％、残部を不可避不純物からなる二相ステンレス鋼において、１１００℃以上の温度で鍛造または圧延後、直ちに冷却速度１００℃／分以上で８００℃以下まで急冷してフェライト相内に炭窒化物を析出させた後、固溶化熱処理温度９５０〜１１００℃に加熱し、急冷することを特徴とする耐食性に優れた二相系ステンレス鋼の製造方法にある。

以上述べたように、本発明により例え同鋼種であっても耐食性に優れた二相系ステンレス鋼およびその製造方法を提供することができる極めて優れた効果を奏するものである。

以下、本発明について詳細に説明する。
二相系ステンレス鋼とは、主にＪＩＳＧ４３０３のステンレス鋼棒や、ＪＩＳＧ３４５９の配管用ステンレス鋼管およびＪＩＳＧ３４６３のボイラ・熱交換器用ステンレス鋼鋼管或いはＡＳＴＭではＡ３１２やＡ７８９，Ａ７９０で規定されているオーステナイト・フェライト系に分類されるもので、代表的な鋼種としてＳＵＳ３２９Ｊ１、ＳＵＳ３２９Ｊ３Ｌ、ＳＵＳ４３２９Ｊ４Ｌ等が挙げられる。

二相系ステンレス鋼は、オーステナイト相とフェライト相がほぼ等分に含有し、熱履歴によりこの相の分配率が大きく変化する。１１００℃を超えるとフェライト相が増加し、逆に、オーステナイト相が減少するため、ＣやＮの固溶度が高いオーステナイト相の減少により固溶できなかったＣやＮがフェライト相内で炭窒化物として析出する。この現象は二相系ステンレス鋼に特有のものであり、オーステナイト系やマルテンサイト系では見られない。

１１００℃以上の温度で鍛造または圧延する理由は、熱間での延性を確保すると共に高温のためフェライト相が多くなり、フェライト相内や粒界に密集した炭窒化物が析出させるためであり、好ましくは、１１００〜１２００℃とする。その後、直ちに冷却速度１００℃／分以上で８００℃以下まで急冷してフェライト相内に炭窒化物を析出させる。

また、固溶化熱処理温度９５０〜１１００℃に加熱し、急冷することに限定した理由は、固溶化熱処理で炭窒化物が核となりオーステナイト相を一気に生成させ、フェライト相内や粒界の密集した炭窒化物を少なくするためであり、９５０℃未満ではσ相が生成し、１１００℃を超えるとフェライト相内に炭窒化物が再び析出するため、９５０〜１１００℃とした。好ましくは、１０５０〜１１００℃である。

ここで、鍛造または圧延後の冷却が遅いと、冷却過程でオーステナイト相が生成し、密集した炭窒化物はフェライト相内や粒界に中途半端に残留することとなる。この状態で固溶化熱処理を行っても炭窒化物を核としてオーステナイト相は生成され難く、かつ炭窒化物の固溶もされ難くなるため、耐食性の向上が望めない。

図１は、フェライト相内に炭窒化物があるものとないものの代表顕微鏡写真である。図１（ａ）は密集した炭窒化物がある視野を示し、図１（ｂ）は軽度の密集した炭窒化物がある視野を示し、図１（ｃ）は密集した炭窒化物なしの視野を示す図である。

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に示す各種化学成分１００ｋｇ鋼塊を真空溶解炉にて溶解し、１２００℃に加熱し、径２０ｍｍに鍛延後１０００〜１２５０℃・６０分加熱し、直ちに５０〜３００℃／分の冷却速度で冷却した後９００〜１１５０℃・２０分の固溶化熱処理した後、３００℃以上／分の急冷した結果を表２に示す。

試験方法としては
（１）ミクロ組織は、熱処理後、Ｌ面中周部を鏡面仕上げし、１０％シュウ酸電解（１Ａ／ｃｍ²、３０秒）の腐食試験を行った。光学顕微鏡にてフェライト相内の炭窒化物を観察した。

（２）フェライト相内の炭窒化物観察視野率
ミクロ組織試料を用い、中周部近傍の任意２０視野を４００倍で観察
フェライト相内に炭窒化物がある視野を１点、軽度にある視野を０．５点、全くない視野を０点とし、その合計点を視野数で割った値とした。この値が０．２以下であれば耐食性は良好である。

（３）耐食性
径１２ｍｍ×長さ２１ｍｍの棒状試験片（表面＃６００仕上）を用い、孔食試験後の重量減から表面積と時間の積で割った値を腐食度とし、この値で評価した。なお、腐食度は鋼種により異なるため、各鋼種に対しベース鋼を設定し、この腐食度に対して増加幅が２を超えるものを×、２以下のものを○とした。
孔食試験条件は試験液：６％塩化第二鉄、試験温度：５０℃、時間：２４ｈｒとした。

表２に示すように、Ｎｏ．１〜９は鋼種Ａ、Ｎｏ．１０〜１３は鋼種Ｂ、Ｎｏ．１４〜２２は鋼種Ｃ、Ｎｏ．２３〜２７は鋼種Ｄであり、Ｎｏ．２〜３、５、７〜８、１０、１４、１８、２０、２２、２４、２６は本発明例であり、Ｎｏ．１、４、６、９、１１〜１３、１５〜１７、１９，２１、２３，２５，２７は比較例である。

比較例Ｎｏ．１は鋼種Ａの場合であって、加熱温度が低いために、フェライト相内の炭窒化物観察視野率がやや高く、耐食性が悪い。比較例Ｎｏ．４は冷却速度が遅いために、フェライト相内の炭窒化物観察視野率が高く、耐食性が悪い。比較例Ｎｏ．６もＮｏ．４と同様に、冷却速度が遅いために、フェライト相内の炭窒化物観察視野率が高く、耐食性が悪い。比較例Ｎｏ．９は固溶化熱処理温度が高いために、フェライト相内の炭窒化物観察視野率が高く、耐食性が悪い。

比較例Ｎｏ．１１は鋼種Ｂの場合であって、加熱温度が低いために、フェライト相内の炭窒化物観察視野率がやや高く、耐食性が悪い。比較例Ｎｏ．１２は冷却速度が遅いために、フェライト相内の炭窒化物観察視野率が高く、耐食性が悪い。比較例Ｎｏ．１３は比較例Ｎｏ．９と同様に、固溶化熱処理温度が高いために、フェライト相内の炭窒化物観察視野率が高く、耐食性が悪い。

比較例Ｎｏ．１５は鋼種Ｃの場合であって、加熱温度が低いために、フェライト相内の炭窒化物観察視野率がやや高く、耐食性が悪い。比較例Ｎｏ．１６は固溶化熱処理温度が低いために、比較例Ｎｏ．１７は冷却速度が遅いために、フェライト相内の炭窒化物観察視野率が高く耐食性が悪化している。比較例Ｎｏ．１９は、加熱温度、冷却速度は範囲内であるが、その後の固溶化熱処理温度が高いため、フェライト相内の炭窒化物観察視野率が高くなり、耐食性が悪化した例である。また比較例Ｎｏ．２１は、加熱温度は異なるがＮｏ．１７と同様冷却速度が遅いために耐食性が悪い。

比較例Ｎｏ．２３は鋼種Ｄの場合であって、加熱温度が低いために、また、比較例Ｎｏ．２５は冷却速度が遅いために、フェライト相内の炭窒化物観察視野率が高く、耐食性が悪い。さらに、比較例Ｎｏ．２７は固溶化熱処理温度が低いために、フェライト相内の炭窒化物観察視野率が高く、耐食性が悪化した例である。

これに対し、本願発明例である鋼種ＡでのＮｏ．２〜３、５、７〜８、鋼種ＢでのＮｏ．１０、鋼種ＣでのＮｏ．１４、１８、２０、２２、鋼種Ｄでの２４、２６は、いずれも本発明の条件を満たしていることから、フェライト相内の炭窒化物観察視野率が低く、耐食性に優れていることが分かる。

上述したように、固溶化熱処理で炭窒化物が核となりオーステナイト相を一気に生成させ、フェライト相内や粒界の密集した炭窒化物を少なくし、かつフェライト相内に炭窒化物を析出させることにより耐食性を向上させることができる工業的に極めて優れた効果を奏するものである。

フェライト相内に炭窒化物があるものとないものの代表顕微鏡写真である。

Claims

１１００℃以上の温度で鍛造または圧延後、直ちに冷却速度１００℃／分以上で８００℃以下まで急冷してフェライト相内に炭窒化物を析出させた後、固溶化熱処理温度９５０〜１１００℃に加熱し、急冷することを特徴とする耐食性に優れた二相系ステンレス鋼の製造方法。
オーステナイト相とフェライト相を含有する二相系ステンレス鋼で、１１００℃以上の温度で鍛造または圧延後、直ちに冷却速度１００℃／分以上で８００℃以下まで急冷し、フェライト相内に析出する炭窒化物の組成が、原子％で、Ｃｒ：５０〜８０％からなる炭化物Ｃｒ_XＣ_Yおよび窒化物Ｃｒ_XＮ_Yもしくはそれらの複合である炭窒化物Ｃｒ_X（Ｃ，Ｎ）_Yからなる二相系ステンレス鋼において、請求項１により製造される耐食性に優れた二相系ステンレス鋼。
質量％で、Ｃ：０．０３％以下、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：１．０％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ｃｒ：２２〜２７％、Ｎｉ：４．０〜８．０％、Ｍｏ：１．０〜３．５％、Ｎ：０．１０〜０．３５％、Ｃｕ：１．０％以下、Ｗ：２％、残部を不可避不純物からなる二相ステンレス鋼において、１１００℃以上の温度で鍛造または圧延後、直ちに冷却速度１００℃／分以上で８００℃以下まで急冷してフェライト相内に炭窒化物を析出させた後、固溶化熱処理温度９５０〜１１００℃に加熱し、急冷することを特徴とする耐食性に優れた二相系ステンレス鋼の製造方法。