JP2854502B2 - 耐孔食性に優れたステンレス鋼 - Google Patents

耐孔食性に優れたステンレス鋼

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、Nを含有した高Cr高
Moオーステナイトステンレス鋼に関するものであり、
耐孔食性に優れていることから、発電プラントの復水器
や化学プラントの熱交換器の管材としての利用が考えら
れる。
【0002】
【従来の技術】塩素イオンが存在する環境下でステンレ
ス鋼を使用した場合に問題とされてきた孔食は、Moや
Nを添加することにより改善させることが知られてき
た。そのため、溶製プロセスによるNを含有した高C
r、高Moオーステナイトステンレス鋼は、化学プラン
ト等、局部腐食性が要求される各種環境下で広く使用さ
れている。
【0003】しかし、より一層苛酷な環境下での使用を
必要としつつある現在の状況を考慮し、Cr、Mo、N
の含有量をさらに多くすると、好ましくない金属間化合
物(例えばσ相やμ相等)を生成して熱間加工性および
耐食性の劣化をまねいていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来の溶製プ
ロセスにおけるNを含有した高Cr、高Moオーステナ
イトステンレス鋼の問題点を解消した本発明鋼を提供す
ることで、溶製プロセスにおける凝固時のマクロ偏析を
極めて少なくし、Cr+3Mo+10N値を、溶製プロ
セスでは添加できなかったレベルまで高くしても好まし
くない化合物、例えば熱間加工性及び冷間加工性を劣化
させるσ相や偏析に起因して耐食性を劣化させるμ相等
の金属間化合物の析出を抑制する。また、ミクロ的に偏
析しやすいMo、Cu等を容易に均一微細に固溶させて
ミクロ偏析の発生を抑え、塑性加工における疵の発生を
減少して、歩留りを向上させることができる。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの手段は、ガス噴霧ないし水噴霧により急冷凝固され
ることにより得られたミクロ偏析の非常に少ない均一微
細な凝固組織の下記の化学成分のアトマイズ粉末を、加
工性の良好な材質のカプセル、例えば軟鋼のカプセルに
充填した充填体を熱間押出し単独、冷間静水圧プレスま
たは熱間静水圧プレスと熱間押出しの組合せ、若しくは
熱間静水圧プレスと鍛造、圧延の組合せのいずれかの固
化工程(この一連のプロセスを粉末プロセスと称す。)
によって固化成形して成るオーステナイトステンレス鋼
を製造することである。
【0006】上記のステンレス鋼アトマイズ粉末の化学
成分は、重量%で、C:0.05%以下、Si:1.0
%以下、Mn:6.0以下、Cr:15.0〜30.0
%、Ni:22.0〜35.0%、Mo:7.0〜1
2.0%、N:0.15〜0.50%、Al:0.01
%未満、Nb:0.5%以下を含有し、残部Fe及び不
可避的不純物よりなり、かつ下記の数式1を満足する成
分組成であることを特徴とし、または、以上のステンレ
ス鋼アトマイズ粉末の化学成分に追加してCu:3.0
%以下を含有するものである。
【0007】
【数1】40≦Cr+3Mo+10N≦60
【0008】
【作用】本発明鋼の耐孔食性に優れたステンレス鋼は、
ガス噴霧ないし水噴霧により急冷凝固されることにより
得られたミクロ偏析の非常に少ない均一微細な凝固組織
のアトマイズ粉末を用いて、粉末プロセスにより固化成
形して得たものであるので溶製プロセスによるマクロ偏
析は発生せず、またσ相やμ相などの好ましくない金属
間化合物の析出が抑えられ、Cr+3Mo+10N値を
高くすることができ、耐食性が非常に向上している。ま
た、粉末プロセスによるので、ミクロ的に偏析しやすい
Mo、Cuなども容易に均一微細に固溶させることがで
き、諸特性が向上している。
【0009】本発明の耐孔食性に優れたステンレス鋼の
成分組成の添加理由および限定理由を以下に述べる。
【0010】Cは溶融鋼中のNの溶解度を著しく減少さ
せ、さらに耐食性の劣化の原因となる有害な炭化クロム
の析出傾向を増加させるため、極力低減する方が望まし
い。本発明においては、0.05%を超えると特にこの
傾向が顕著になる。よって、C量は0.05%以下に制
限する。
【0011】Siは耐孔食性の改善に有効であるが、本
発明においては、1.0%を超えると金属間化合物が析
出する傾向を増大し、冷間加工性を阻害する。よって、
Si量は1.0%以下に制限する。
【0012】Mnは脱酸剤として使用される。さらに、
耐孔食性向上元素として添加されているNの固溶量を増
大させる。しかし、本発明においては、6.0%を超え
てMn量が高いと耐孔食性を低下させるMnSを生成す
る原因となるため、6.0%以下に制限する。
【0013】Crは耐孔食性、耐隙間腐食性および一般
耐食性の改善にかくことのできない重要な成分である。
この様な効果を維持するには、約15%のCr量が必要
であり、15%未満では所望の耐食性は得られない。一
方30%を超えると前述した好ましくない金属間化合物
が生成され、冷間加工性及び耐食性を劣化させる。よっ
て、Cr量は15.0〜30.0%に制限する。
【0014】Niは耐食性を向上させる元素でありま
た、オーステナイト生成元素として必要である。このた
め金属間化合物の析出をさまたげるためには、Ni量は
少なくとも、22%以上必要である。一方、Niは高価
な合金化元素であり、また35%を超えると溶融鋼中の
Nの溶解度を低下させ、固体状態で炭化物が析出する傾
向を増大する。よって、Ni量は22.0〜35.0%
に制限する。
【0015】MoはCrと同様、耐孔食性、耐隙間腐食
性の改善に欠くことのできない重要な成分であって、そ
の含有量が7.0%未満では海水のようなCl- 濃度の
高い環境下における耐食性が劣化する。一方、Mo含有
量が多くなるほど耐食性は向上するが12.0%を超え
て含有させると金属間化合物が生成し、冷間加工性およ
び耐食性を劣化させる。従って、Mo量は7.0〜1
2.0%に制限する。
【0016】NはMo、Cr、Niとともに耐孔食、耐
隙間腐食性を向上させる効果があるが、0.15%未満
では効果は少ない。また、0.50%が鋼塊に固溶する
限度である。よって、N量は0.15〜0.50%とし
た。
【0017】Alは脱酸剤として有効である。しかし耐
孔食性の劣化の原因となることが考えられるため、0.
01%未満に制限する。
【0018】NbはCを固定し耐食性を向上させる効果
があるが、0.5%を超えて添加すると前述した好まし
くない金属間化合物の形成を促進し、冷間加工性および
耐食性を劣化させる。よって、Nb量は0.5%以下に
制限する。
【0019】Cuは高Cr高Ni高Moにおいて耐酸性
を向上させる効果がある。しかし、3.0%を超えると
冷間加工性に悪影響を与えるため、3.0%以下に制限
する。
【0020】Cr+3Mo+10N値を40〜60%に
限定した理由は、従来使用されている溶製プロセスで製
造された合金は、Cr+3Mo+10N値が約40%以
上になると、凝固時の偏析等に起因し、前述した好まし
くない金属間化合物が生成されやすくなる。しかし、粉
末プロセスにおいては、アトマイズ時に急冷凝固するこ
とによってミクロ偏析の非常に少ない均一微細な凝固組
織を呈したステンレス鋼粉末を製造することにより、前
述した好ましくない金属間化合物の生成を抑制できるた
め、さらに高Cr、高Mo化することが可能となった。
これにより、Cr+3Mo+10N値が、従来溶製プロ
セスでは到達できなかったレベルまで添加できることが
可能となった。しかし、60%を超えると粉末プロセス
においても好ましくない金属間化合物の生成がおこりや
すくなるため60%以下に制限する。
【0021】
【実施例】表1に本発明鋼、比較鋼及び従来鋼の化学成
分を示す。A1〜A8が発明鋼であり、B9〜B16が
比較鋼、C17〜C18が従来鋼である。従来鋼のC1
7はSUS317J4L、C18はAL6X相当のもの
である。
【0022】試験に用いた固化形成してなる耐孔食性に
優れたステンレス鋼は以下のプロセスで製造した。即
ち、真空溶解により100kgの溶解母材を作製し、そ
の母材を再度溶解しアトマイズして第1表に示す化学成
分のステンレス鋼粉末を製造した。製造されたステンレ
ス鋼粉末を粒径500μm 以下に分級し加工性の良好な
外径149mmのカプセルに充填し、真空脱気を行い1×
10-1Torr程度とし、その後封口して粉末を充填し
た充填体を作製した。これらの充填体を一部は冷間静水
圧プレス、一部は熱間静水圧プレスし、次いで雰囲気炉
にて1100〜1250℃に均一加熱を行い、熱間押出
にて外径50mmの棒状の固化成形体を作製した。また、
熱間静水圧プレスしたものは熱間鍛造および熱間圧延し
た。その後、酸洗にてカプセルを溶解、除去し1160
℃にて固溶化処理を行い、最終的に各試験に必要とされ
る試験片形状に加工し、孔食試験および冷間圧縮試験を
実施した。
【0023】孔食試験は20mm×3.5mm×30mmの寸
法に加工した試験片を用い、以下の条件にて行った。 試験液: 10%FeCl3・6H2O+N/20HCl 試験温度:80℃ 試験時間:48時間
【0024】また、耐孔食性の評価は、上記試験後の肉
眼観察による孔食の有無を調査する方法により行った。
【0025】
【表1】
【0026】冷間圧縮試験はφ14mm×21mmの寸法に
加工した試験片を圧縮率75%まで圧縮した。そして、
そのときの割れの発生を肉眼観察で調べることにより、
冷間加工性の評価を行った。
【0027】表2に孔食試験結果、金属間化合物の有
無、冷間加工性について示す。本発明鋼は孔食を発生せ
ず、従来鋼に比べて耐孔食性に優れている。比較鋼B9
は金属間化合物を形成さらには孔食の発生が観察され、
比較鋼B13においても、孔食の発生が観察された。こ
のことは、Mo含有量が12%を超えると金属間化合物
が生成し、冷間加工性および耐孔食性を劣化させ、7%
未満では、Cl- 濃度の高い環境下において十分な耐孔
食性が得られないことを示している。
【0028】
【表2】
【0029】比較鋼B11は、孔食の発生が観察され、
Cr量が約15%未満では十分な耐孔食性が得られない
ことを示している。
【0030】また、この表2より明らかのように、本発
明においてはCr+3Mo+10N値を、溶製法で従来
到達できなかったレベルまで高くしても、固化成形体に
は金属間化合物が生成しなかった。しかし、比較鋼B1
0に見るとおり、粉末プロセスにおいてもCr+3Mo
+10N値が60を超えると金属間化合物が生成し、冷
間加工性および耐孔食性を劣化させることがわかる。さ
らに、比較鋼12に見るとおり、Cr+3Mo+10N
値が40以下では十分な耐孔食性が得られないことがわ
かる。
【0031】図1に本発明鋼A5の固溶化処理状態の代
表的ミクロ組織の400倍の顕微鏡写真を示し、図2に
金属間化合物を形成した比較鋼B9の代表的ミクロ組織
の400倍の顕微鏡写真を示す。図1に見るとおり、本
発明鋼A5では金属間化合物の析出は観察されず、従来
鋼と同様に健全なオーステナイト組織を呈している。一
方、図2に見るとおり、比較鋼B9は粒内及び粒界を問
わず全面に金属間化合物を析出し、硬化して脆くなって
いる。
【0032】
【発明の効果】以上説明したように、本発明鋼である耐
孔食性に優れたステンレス鋼は好ましくない金属間化合
物の析出もなく良好なオーステナイト組織をしており、
従来の溶製プロセスにより製造したものに比べて、極め
て優れた耐食性および塑性加工性を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明鋼A5の固溶化処理状態の代表的ミクロ
組織の400倍の顕微鏡写真を示す。
【図2】金属間化合物を形成した比較鋼B9の代表的ミ
クロ組織の400倍の顕微鏡写真を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI C22C 38/58 B22F 3/02 C (56)参考文献 特開 平2−138435(JP,A) 特開 平1−275738(JP,A) 特開 昭64−47817(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C22C 38/00 - 38/60 B22F 3/02 C22C 33/02

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ガス噴霧または水噴霧による下記化学成
    分のステンレス鋼のアトマイズ粉末を加工性の良好な材
    質であるカプセルに充填した充填体を固化工程により固
    化形成してなることを特徴とする耐孔食性に優れたステ
    ンレス鋼。記:重量%でC:0.05%以下、Si:
    1.0%以下、Mn:6.0%以下、Cr:15.0〜
    30.0%、Ni:22.0〜35.0%、Mo:7.
    0〜12.0%、N:0.15〜0.50%、Al:
    0.01%未満、Nb:0.5%以下を含有し、残部F
    eおよび不可避的不純物よりなり、かつ下記の数式1を
    満足する成分組成であるオーステナイト系ステンレス
    鋼。 【数1】40≦Cr+3Mo+10N≦60
  2. 【請求項2】 請求項1におけるステンレス鋼アトマイ
    ズ粉末の化学成分はCu:3.0%以下をさらに含有す
    ることを特徴とする請求項1記載の耐孔食性に優れたス
    テンレス鋼。
  3. 【請求項3】 固化工程が熱間押出し単独であることを
    特徴とする請求項1または請求項2記載の耐孔食性に優
    れたステンレス鋼。
  4. 【請求項4】 固化工程が冷間静水圧プレスと熱間押出
    しの組合せであることを特徴とする請求項1または請求
    項2記載の耐孔食性に優れたステンレス鋼。
  5. 【請求項5】 固化工程が熱間静水圧プレスと熱間押出
    しの組合わせであることを特徴とする請求項1または請
    求項2記載の耐孔食性に優れたステンレス鋼。
  6. 【請求項6】 固化工程が熱間静水圧プレスと鍛造、圧
    延の組合せであることを特徴とする請求項1または請求
    項2記載の耐孔食性に優れたステンレス鋼。
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