JP2668116B2 - 温水中での耐食性にすぐれたオーステナイトステンレス鋼 - Google Patents

温水中での耐食性にすぐれたオーステナイトステンレス鋼

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JP2668116B2 JP62217964A JP21796487A JP2668116B2 JP 2668116 B2 JP2668116 B2 JP 2668116B2 JP 62217964 A JP62217964 A JP 62217964A JP 21796487 A JP21796487 A JP 21796487A JP 2668116 B2 JP2668116 B2 JP 2668116B2
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【発明の詳細な説明】 (発明の利用分野) 本発明は、耐隙間腐食性と耐応力腐食割れ性がともに
すぐれ、低濃度の塩化物環境において使用するに適した
オーステナイトステンレス鋼に関する。 (従来の技術と問題点) SUS304、SUS316に代表されるオーステナイトステンレ
ス鋼は、上水や中水道などの若干量の塩化物イオンを含
む環境において耐食性を有し、さらに加工性および溶接
性にすぐれていることから、各種の温水機器、熱交換チ
ューブ、化学プラント用部材として広く用いられてい
る。しかし、わずかなCl-イオンであっても、比較的高
温の環境では溶接部等で孔食や隙間腐食を惹起し、これ
を起点に応力腐食割れを生じることがある。 オーステナイトステンレス鋼における応力腐食割れの
問題を解決することは、多くの研究者によって検討され
成果が報告されているが、試験液の種類、手法など試験
条件によって合金元素の効果が異なっている。低濃度塩
化物溶液の環境において、P、MoおよびNは有害でCuは
応力腐食割れに対して有効であることが知られている。
この場合Pを応力腐食割れに対して無害な量のレベルに
まで低減しようとすれば、特別な精錬法を必要とし製造
コストが著しく上昇する問題がある。一方、応力腐食割
れに対して有害とされるMoやNは耐隙間腐食性や耐孔食
性などの耐局部腐食性の向上に重要な元素である。オー
ステナイトステンレス鋼をCl-イオンを含む温水環境で
用いる場合、応力腐食割れは局部腐食を起点に生じるこ
とから、耐応力腐食割れとともに耐局部腐食性を具備し
ていることが要求される。 本発明者らは、Pを低めることなく耐応力腐食割れ性
をすぐれしかも耐隙間腐食性を兼ね備える鋼として、先
に特公昭59−45751において18Cr−9Ni系鋼に適量のCuと
Wを添加した100℃以下の温水用途に有用な鋼を提供し
た。 しかしその後検討を重ねた結果、熱交換を目的とした
用途ではステンレス鋼板を伝熱体として熱の移動が行わ
れ、腐食の対象面に熱の流入があると腐食が厳しくな
り、特にスポット溶接部では隙間腐食を起点として応力
腐食割れが生じやすいことが判明した。この場合、腐食
した側(液側)のステンレス鋼板の温度は100℃以上に
達していたことから、応力腐食割れの限界温度をより高
める必要性が明らかとなった。 (本発明の目的) 本発明は、以上のような認識のもとに、オーステナイ
トステンレス鋼において応力腐食割れの限界温度が100
℃以上でしかも耐隙間腐食性を十分兼ね備えた、安価な
ステンレス鋼を提供しようとするものである。 (問題点を解決する技術的手段) 本発明者等は応力腐食割れ挙動と合金元素の関係を詳
細に検討した結果、MoやNのように不動態化能の強い元
素は食孔や隙間腐食部を強力にしかも局部的に再不動態
化し、その結果腐食は一部分に集中し、かえって応力腐
食割れに至りやすい傾向がある。一方、Cu、SiおよびAl
は食孔や隙間腐食部に比較的一様に析出し、ゆるやかで
はあるが金属の溶出を抑制し、そのため応力腐食割れに
は至りにくいことがわかった。また、Cuを添加した鋼に
おいて、Si量を3%程度にまで増すとMoやNの耐応力腐
食割れ性に対する悪影響を受けにくくなること、Alを添
加すると耐応力腐食割れ性がさらに改善されるに加えて
耐隙間腐食性における侵食深さが浅くなることを見いだ
し、本発明をなすに至った。 (発明の構成) 本発明は、C:0.08%以下、Si:2.5〜4.0%、Mn:0.8%
以下、P:0.045%以下、S:0.005%以下、Ni:6〜20%、C
r:16〜25%、Cu:1.5〜4.0%、N:0.05をこえ0.35%を基
本組成とし、要求される耐食性レベル等の必要に応じ
て、Mo:0.3%をこえ1.5未満、Al:0.05〜3.0%、REM:0.0
05〜0.1%を単独あるいは複合して添加し、残部Feおよ
び不可避的不純物からなることを特徴とする温水中での
耐食性にすぐれたオーステナイトステンレス鋼を提供す
る。 本発明鋼の成分の限定理由を以下に説明する。 C:Cはオーステナイトを安定にする強力な元素であり、
耐応力腐食割れ性や耐隙間腐食性には大きな影響をあた
えないが、溶接部等での粒界腐食感受性を高めることか
ら、上限を0.08%とした。 Si:Siは本発明鋼では必要かつ重要な元素の1つであ
り、Cuの存在のもとで耐応力腐食割れ性をたかめ、一定
量のMoまでは耐応力腐食割れ性を損なうことなくMoの耐
隙間腐食性の改善効果が利用できる極めて有用な元素で
ある。また耐孔食性を向上させる効果も若干有してい
る。その効果を得るには2.5%未満では十分でなく、望
ましくは2.8%以上の添加が必要である。しかしSiは強
力なフェライト生成元素であるから、Niの使用量をでき
るだけ最小限にとどめるために、上限4.0%とする。 Mn:Mnは腐食の起点となりやすい硫化物を形成し、耐隙
間腐食性や耐孔食性を損ねるのでその含有量は少ない程
よい。しかしMnの極低化には配合原料が高価になるの
で、製鋼上不可避的に混入してくる程度の量として上限
を0.8%とするが、本発明鋼では耐隙間腐食性の改善に
有効なMoの添加に制限があるので、特に耐隙間腐食性が
要求される場合には0.5%以下が望ましい。 P:Pは本発明鋼ではとくに低減する必要はないが、耐応
力腐食割れ性には有害な元素であることは明らかであ
り、高いのは好ましくなく0.045%を上限とした。 S:Sは鋼中のMnと硫化物を形成し、耐隙間腐食性や耐孔
食性に有害であるので出来る限り低い方がよく、上限を
0.005%とする。 Ni:Niはオーステナイト相を保持するための主要な元素
であり、そのためには6%は最低限必要とするが20%を
超えるとコスト的に不利となるので6〜20%を範囲とす
る。また、この範囲においてNiは耐応力腐食割れ性には
余り影響しないが耐隙間腐食性の改善には効果があるの
で、とくに耐隙間腐食性が要求される用途では10%以上
の添加が望ましい。 Cr:Crはステンレス鋼においては必要不可欠の元素であ
る。本発明鋼の塩化物を含む温水環境の用途では16%以
上の添加が必要である。Crは多ければ多いほど耐食性は
向上するが、オーステナイト相を保持するためのNi等の
添加が増し、また製造性や加工性が損われるので、25%
を上限とする。 Cu:Cuは本発明鋼において重要な元素である。NaClを若
干含む温水環境において、耐応力腐食割れ性の改善に有
効に作用する。その効果はCu量が多いほど大きい。本発
明鋼では比較的高温の用途が対象であるので1.5%以上
添加する。しかし4%を超える添加ではその効果は飽和
し、また熱間加工性が劣化するようになるので、1.5〜
4.0%を範囲とする。 N:NはMoと同様に、耐応力腐食割れ性の向上に対して必
ずしも有効な元素とはいいがたいが、耐隙間腐食性の改
善には効果がある。本発明鋼ではCuとSiの作用により、
Nの耐応力腐食割れ性に対する悪影響はほとんど現われ
ない。したがって、とくに耐隙間腐食性が要求される用
途に対して、0.05〜0.35%の範囲で添加する。0.35%を
超えると製造性や加工性を著しく低下せしめるのでこれ
を上限とする。 Mo:Moは耐隙間腐食性や耐孔食性の改善に極めて有効な
元素であるが、耐応力腐食割れ性を損なう。本発明鋼で
はCu、SiおよびAlの作用により1.5%未満までの添加で
あれば許容される。一方、0.3%以下の量では耐隙間腐
食性の改善効果が現われない。 Al:AlはCuとSiとの共存のもとで、耐応力腐食割れ性を
著しく向上させる作用を有し応力腐食割れ発生の限界温
度は上昇する。また耐隙間腐食性においては侵食深さを
改善し、隙間腐食による侵食深さは浅くなる。しかし添
加量が増えると熱間加工性や加工性が劣化するので0.05
〜3.0%を範囲とする。 REM:REMは熱間加工性を改善するのに有効な元素であ
る。また本発明鋼では、耐応力腐食割れ性と耐隙間腐食
性に対するAlの作用をより有効にするために0.005%以
上添加する。しかし0.1%を超えると介在物が増えるの
でこれを上限とする。 (発明の具体例開示) 実施例 第1表に示す成分の鋼を真空溶解法で溶製し、常法に
より鍛造、熱延したのち、1mm厚の冷延鋼板を作成し
た。 第1表においてA1〜A4鋼は比較鋼で、A1はSUS304、A2
はSUS316である。B1〜B4は本発明鋼である。 第2表は第1表の溶体化熱処理を施したA1〜A4鋼とB1
〜B4鋼の耐応力腐食割れ性と耐隙間腐食性を示したもの
である。 耐応力腐食割れ性は、オートクレーブ試験と伝熱面試
験により判定した。 オートクレーブ試験では、前記冷延板の大小2枚をス
ポット溶接で固定した試片を、オートクレーブで温度を
かえて50ppmCl-溶液に10日間浸漬し、割れの有無により
応力腐食割れの限界温度を求めた。また、スポット溶接
部をくり抜き隙間腐食による侵食深さも合わせてもとめ
た。 伝熱面試験では前記のようにスポット溶接を施した試
片の片面に、ニクロム線を巻いたCu棒をあて、他の面は
80℃の50ppmCl-溶液に接するようにし、Cu棒をあてた面
の温度をかえて10日間浸漬し、割れの有無により応力腐
食割れの限界温度を求めた。 耐隙間腐食性は、上記の冷延板の中央に穴を開けた試
片に、歯数20個の隙間治具を両面から挟んで締め付け、
腐食試験液に48時間浸漬し、腐食減量および腐食個数を
調べた。腐食試験液には40℃の1.75%NaCl溶液に酸化剤
としてH2O2を2%になるように加えた液を用いた。 耐応力腐食割れ性 オートクレーブ試験において、A1鋼
およびA2鋼は80℃で応力腐食割れが生じた。A3鋼の応力
腐食割れの限界温度は110℃であるが、A3鋼にMoを添加
したA4鋼のそれは110℃で応力腐食割れが生じている。
一方、B1鋼の応力腐食割れの限界温度は130℃でA3鋼に
較べて優れ、しかもMoを添加したB3鋼のそれも130℃で
あり劣化は認められず、Si増加の効果が明らかである。
さらに、Alを添加したB2鋼の応力腐食割れの限界温度は
140℃に上昇している。なお、Moを添加したB4鋼ではAl
の添加による効果はとくに見られなかった。伝熱面試験
において、A3鋼とA4鋼の応力腐食割れの限界温度(加熱
側の材温)は150℃であるのに対して、本発明鋼のそれ
はいずれも200℃以上で、Siの増加による効果が明らか
である。また、B1鋼とB2鋼、B3鋼とB4鋼の比較で、B1鋼
とB3鋼の応力腐食割れの限界温度は200℃であるのに対
して、Alを含むB2鋼とB4鋼のそれは250℃でさらに耐応
力腐食割れ性にすぐれる。 耐隙間耐食性 マルチ隙間腐食試験において、本発明鋼
の腐食減量は何れもA2鋼(SUS316)と同程度もしくはそ
れ以下で耐隙間腐食性にすぐれている。また、本発明鋼
の腐食個数は何れもA1〜A4鋼のそれより少なく、Mnの低
減化の効果が見られる。ただしB1鋼にAlを添加したB2鋼
の腐食量は、B1鋼に較べて多少増加している。しかしMo
を含むB4鋼にはAlの添加による影響は見られない。オー
トクレーブ試験での侵食深さは、目視により侵食の厳し
い個所を5個選び、顕微鏡を用いた焦点深度法で侵食深
さを求め、5個の平均と最大侵食深さで表示したもので
ある。侵食深さに対するAlの効果は顕著で、B1鋼とB2
鋼、B3鋼とB4鋼の比較で、Alを添加したB2鋼、B4鋼の侵
食深さはB1鋼、B3鋼に較べて極めて低い値を示す。とく
にB4鋼の侵食深さは最大10μmであった。 (発明の効果) このように本発明鋼はすぐれた耐応力腐食割れ性と耐
隙間腐食性を兼ね備えていることが明らかで、また製造
コストの上昇も比較的小さいことから、中性塩化物溶液
を高温に加熱した状態で取り扱う装置の材料として好適
である。
フロントページの続き (72)発明者 好村 勇 山口県新南陽市大字富田4976番地 日新 製鋼株式会社周南研究所内 (72)発明者 吉井 紹泰 山口県新南陽市大字富田4976番地 日新 製鋼株式会社周南研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−9557(JP,A) 特開 昭59−70750(JP,A) 特公 昭54−12884(JP,B2)

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 1.C:0.08%以下、 Si:2.5〜4.0%、 Mn:0.8%以下、 P:0.045%以下、 S:0.005%以下、 Ni:6〜20%、 Cr:16〜25%、 Cu:1.5〜4.0%、 N:0.05をこえ0.35% を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなることを特
    徴とする温水中での耐食性にすぐれたオーステナイトス
    テンレス鋼。 2.C:0.08%以下、 Si:2.5〜4.0%、 Mn:0.8%以下、 P:0.045%以下、 S:0.005%以下、 Ni:6〜20%、 Cr:16〜25%、 Cu:1.5〜4.0%、 N:0.05をこえ0.35%、 Mo:0.3%をこえ1.5%未満 を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなることを特
    徴とする温水中での耐食性にすぐれたオーステナイトス
    テンレス鋼。 3.C:0.08%以下、 Si:2.5〜4.0%、 Mn:0.8%以下、 P:0.045%以下、 S:0.005%以下、 Ni:6〜20%、 Cr:16〜25%、 Cu:1.5〜4.0%、 N:0.05をこえ0.35%、 Al:0.05〜3.0%、 REM:0.005〜0.1% を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなることを特
    徴とする温水中での耐食性にすぐれたオーステナイトス
    テンレス鋼。 4.C:0.08%以下、 Si:2.5〜4.0%、 Mn:0.8%以下、 P:0.045%以下、 S:0.005%以下、 Ni:6〜20%、 Cr:16〜25%、 Cu:1.5〜4.0%、 N:0.05をこえ0.35%、 Mo:0.3%をこえ1.5%未満、 Al:0.05〜3.0%、 REM:0.005〜0.1% を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなることを特
    徴とする温水中での耐食性にすぐれたオーステナイトス
    テンレス鋼。
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