JP2020186423A - オーステナイト系ステンレス鋼 - Google Patents
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- Preventing Corrosion Or Incrustation Of Metals (AREA)
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
Description
C:0.005〜0.030%、
Si:0.01〜1.0%、
Mn:0.30〜2.0%、
P:0.045%以下、
S:0.030%以下、
Ni:8.0〜15.0%、
Cr:16.0〜20.0%、
Mo:0〜3.0%、
O:0.008%以下、
N:0.0080%以下、
を含有し、さらに、
Ce:0.010〜0.100%、
Sc:0.050〜0.250%、
Zr:0.100〜0.400%および、
Hf:0.100〜0.350%、
から選択される1種以上を含有し、
残部:Feおよび不純物であり、かつ、
前記鋼中に、
Ce:0.002〜0.100%、
Sc:0.010〜0.200%、
Zr:0.050〜0.300%および、
Hf:0.050〜0.200%、
から選択される1種以上が固溶している、
オーステナイト系ステンレス鋼。
各元素の限定理由は下記のとおりである。なお、以下の説明において含有量についての「%」は、「質量%」を意味する。
Cは強度を確保するために有効な元素である。しかし、多量に含有させると、溶接施工時の鋭敏化を促し、耐粒界腐食性を劣化させる。したがって、C含有量は0.005〜0.03%とする。C含有量は0.010%以上であるのが好ましく、0.025%以下であるのが好ましい。
Siは鋼の脱酸の目的で用いられる。しかし、多量に含有させると、介在物の生成を促す。したがって、Si含有量は0.01〜1.0%とする。Si含有量は0.1%以上であるのが好ましく、0.8%以下であるのが好ましい。
Mnは鋼の脱酸の目的で用いられるだけでなく、オーステナイト安定化元素である。しかし、多量に含有させると、Sと硫化物を形成して非金属介在物となる。また、溶接部表面に優先的に濃化して耐食性を低下させる。したがって、Mn含有量は0.30〜2.0%とする。Mn含有量は0.50%以上であるのが好ましく、1.9%以下であるのが好ましい。
Pは不純物として含有される元素であり、その含有量が多くなると、溶接熱影響部での割れ感受性が増大する。したがって、P含有量は0.045%以下とする。P含有量は0.035%以下であるのが好ましい。
Sは不純物として含有される元素であり、その含有量が多くなると、粒界耐食性を劣化させる。したがって、S含有量は0.030%以下とする。S含有量は0.010%以下であるのが好ましい。
Niはオーステナイト相を安定化し、耐食性を向上する元素である。しかし、多量に含有させると、溶接凝固時にオーステナイト相からの凝固となり、母材のHAZ割れが助長されるため、C、N、Mn等との相乗効果も鑑み、上限を限定する必要がある。したがって、Ni含有量は8.0〜15.0%とする。Ni含有量は10.0%以上であるのが好ましく、11.0%以上であるのがより好ましい。また、Ni含有量は14.0%以下であるのが好ましい。
Crはステンレス鋼としての耐食性を向上する元素である。しかし、原子炉水温度域は300℃近傍の高温であり、炉水中の溶存酸素濃度が高い場合、多量に含有させると、腐食が加速される。したがって、Cr含有量は16.0〜20.0%とする。Cr含有量は16.5%以上であるのが好ましく、19.0%以下であるのが好ましい。
Moは不働態皮膜の安定化に効果があり、全面腐食性に寄与する元素であるため、必要に応じて含有させてもよい。しかし、多量に含有させると、溶接熱影響部に金属間化合物として析出して耐粒界腐食性を低下させる。したがって、Mo含有量は3.0%以下とする。Mo含有量は2.5%以下であるのが好ましい。なお、上記の効果を得たい場合は、Mo含有量は0.01%以上であるのが好ましく、0.10%以上であるのがより好ましい。
Oは不純物として含有される元素であり、酸素と親和力の強いCeおよびScと結合して酸化物として析出する。本発明では、固溶したCeおよび/またはScが水素加速酸化を抑制するため、鋼中の酸素量を工業レベルで可能な範囲で低減する必要がある。したがって、O含有量は0.008%以下とする。O含有量は0.005%以下であるのが好ましい。
Nは不純物として含有される元素であり、窒素と親和力の強いZrおよびHfと結合して窒化物として析出する。本発明では、固溶したZrおよび/またはHfが水素加速酸化を抑制するため、鋼中の窒素量を工業レベルで可能な範囲で低減する必要がある。したがって、N含有量は0.0080%以下とする。N含有量は0.0050%以下であるのが好ましく、0.0030%以下であるのがより好ましい。
Ce、Sc、ZrおよびHfは鋼中に固溶することにより、水素の表面吸着および固相中の移動を抑制し、水素加速酸化を抑制する効果を有する。一方、Ce、Sc、ZrおよびHfは、炭化物または窒化物として析出しやすいため、その固溶量が過剰になると、鋼表面に形成される皮膜中に取り込まれることで、皮膜の安定性を低下させ、皮膜の厚さを増加させる。
本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼の製造方法について特に制限は設けないが、例えば上述の化学組成を有する鋼に対して、常法により、熱間鍛造、熱間圧延、中間熱処理、冷間圧延および固溶化熱処理を順に施すことにより製造することができる。
D=d2/6t0
但し、上記式中の各記号の意味は以下のとおりである。
D:拡散係数(m2s−1)
d:ディスク状試験片の厚さ(m)
t0:拡散時間(s)
Claims (1)
- 鋼の化学組成が、質量%で、
C:0.005〜0.030%、
Si:0.01〜1.0%、
Mn:0.30〜2.0%、
P:0.045%以下、
S:0.030%以下、
Ni:8.0〜15.0%、
Cr:16.0〜20.0%、
Mo:0〜3.0%、
O:0.008%以下、
N:0.0080%以下、
を含有し、さらに、
Ce:0.010〜0.100%、
Sc:0.050〜0.250%、
Zr:0.100〜0.400%および、
Hf:0.100〜0.350%、
から選択される1種以上を含有し、
残部:Feおよび不純物であり、かつ、
前記鋼中に、
Ce:0.002〜0.100%、
Sc:0.010〜0.200%、
Zr:0.050〜0.300%および、
Hf:0.050〜0.200%、
から選択される1種以上が固溶している、
オーステナイト系ステンレス鋼。
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