JP3247244B2 - 耐食性と加工性に優れたFe−Cr−Ni系合金 - Google Patents

耐食性と加工性に優れたFe−Cr−Ni系合金

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JP3247244B2 JP05357494A JP5357494A JP3247244B2 JP 3247244 B2 JP3247244 B2 JP 3247244B2 JP 05357494 A JP05357494 A JP 05357494A JP 5357494 A JP5357494 A JP 5357494A JP 3247244 B2 JP3247244 B2 JP 3247244B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】Fe−Cr−Ni合金は、耐食性
と加工性に優れた材料として知られており、海洋環境、
油田設備、発電設備等で用いられる複雑な形状の部品用
材料等に用いられる。しかし、最近では、その環境の腐
食性がより厳しいものとなり、さらに、耐食性の高い材
料が求められている。特に、非加工部分に比べて耐食性
が低下する加工された部分での耐食性の不足が問題とな
っている。
【0002】Fe−Cr−Ni合金の耐食性を向上させ
る一つの方法として、Cr,Niの増量や、Si,V,
Zr(特開昭61−163247号)、Al,Cu,T
i,Nb,W(特開昭63−157838号)、Mo,
W,Mn,Co,Cu(特開昭58−1044号)、T
a(特開昭63−51761号)等の元素を添加するこ
とが有効であることが知られている。しかし、このよう
に合金元素を添加する方法でも、加工による耐食性の低
下は十分に補えず、耐食性の低下を生じてしまう。さら
に、この方法には、Fe−Cr−Ni合金のもう一つの
重要な特性である加工性を劣化させてしまうという問題
もある。
【0003】また、Fe−Cr−Ni合金の耐食性を向
上させる方法として、O,S,C(特開昭57−185
960号)、S(特開昭62−297443号)、C
(特開昭59−182956号)等の不純物元素を低減
することが有効であることも知られている。しかし、こ
の方法でも、加工部分の耐食性の改善は十分でなく、加
工による耐食性の低下は補えない。逆に、この方法で
は、加工部分の耐食性の低下の程度が大きくなる場合さ
えある。
【0004】Fe−Cr−Ni合金の加工性と耐食性に
優れるという特性を有効に利用するには、加工性を低下
させることなく耐食性を向上させるのはもちろん、加工
されても耐食性が低下しないことが重要である。しか
し、そのような技術は、従来知られていなかった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上の問題
点を解決した加工部分の耐食性が優れたFe−Cr−N
i合金を提供することを目的とする。
【0006】本発明者らは、初めに、加工性と耐食性に
優れたFe−Cr−Ni合金を開発する目的で、耐食性
に及ぼす不純物元素、ミクロ組織等の影響を検討、不純
物O+P+Sと結晶粒度がSUS304(C+N:77
7ppm、結晶粒度:6〜8)の加工部分と非加工部の
耐食性に及ぼす影響を調査した。その結果、図1に示す
ように、不純物であるO+P+Sを200ppm以下に
低減すると、結晶粒度によらず非加工部の耐食性が著し
く向上すること、しかし、通常の結晶粒度である粒度番
号6,7の試料では、加工部分の耐食性は向上せず、逆
に、低下する場合さえあること、一方、粒度番号が8の
試料では、加工部分の耐食性も非加工部分と同様に著し
く向上することを発見した。なお、非加工部分と加工部
分の耐食性は、実施例で述べるそれぞれの腐食減量速度
で評価した。
【0007】そこで、本発明者らは、非加工部分の耐食
性が著しく向上する不純物であるO+P+S量が200
ppm以下の試料で、結晶粒度が加工部分の耐食性に及
ぼす影響についてさらに詳細に検討し、結晶粒度がSU
S316(O+P+S:162ppm、C+N:858
ppm)の加工部分と非加工部の耐食性に及ぼす影響を
調査した。その結果、図2に示すように、結晶粒度がほ
ぼ8を境に、加工部の耐食性が著しく向上することが判
明した。その機構は、必ずしも明らかでないが、結晶粒
が大きいほど、加工により表面から隙間腐食の原因とな
る欠陥が入りやすくなること、また、結晶粒が大きいほ
ど、加工が不均一に生じて隙間腐食等を生じやすい深い
欠陥を生じることが考えられる。
【0008】また、C+NがSUS310(O+P+
S:180ppm、結晶粒度:9)の加工部分と非加工
部に及ぼす影響を調査した。その結果、図3に示すよう
に、C+Nが400〜1200ppmの範囲で、加工部
分の腐食減量速度が最低値を持つことが判明した。その
機構として、O+P+Sが少なく、C+Nも少ない場合
には、二次加工脆性に類似の機構が働くこと、焼鈍時に
脱炭、脱窒が生じると極表層部の強度が低下して、加工
部に微細な欠陥が入りやすくなると考えられる。一方、
C+Nが多すぎる場合は、固溶や炭窒化物の析出により
加工性が低下して加工部に欠陥が入りやすくなると考え
られる。本発明は、以上の知見にもとづいて行なわれた
ものである。
【0009】
【作用】以下に本発明の数値限定理由を述べる。 O+P+Sの総量:O+P+Sと結晶粒度がSUS30
4の加工部分と非加工部分の耐食性に及ぼす影響を調査
した図1の結果が示すように、結晶粒度番号が8以上で
あれば、O+P+Sの総量を200ppm以下に低減す
ることで、加工部分の耐食性も著しく向上する。よっ
て、本発明では、O+P+Sの総量を200ppm以
下、好ましくは160ppm以下とする。
【0010】結晶粒度:結晶粒度がSUS316の加工
部分と非加工部分の耐食性に及ぼす影響を調査した図2
の結果が示すように、結晶粒度が9.5以上である場合
に、加工部分の耐食性が非加工部分と同様に著しく向上
する。よって、本発明では、結晶粒度:8以上、好まし
くは9以上とする。 C+N:C+NがSUS310の加工部分と非加工部分
の耐食性に及ぼす影響を調査した図3の結果が示すよう
に、C+Nが400〜1200ppmの範囲で、加工部
分の耐食性が優れるピークを持つ。よって、本発明で
は、C+Nの量を400〜1200ppm、好ましくは
600〜1000ppmとする。 Cr,Ni:本発明は、オーステナイトを主体とするF
e−Cr−Ni合金に適用できる。よって、Cr,Ni
は、合金がオーステナイト相を主体とするような範囲で
あればよいが、本発明では、一般的なオーステナイト鋼
の組成である、Cr:15〜50%、好ましくは16〜
30%、Ni:6.1〜50%、好ましくは6.1〜2
5%とする。なお、図1〜図3の測定条件は、後に実施
例で説明するものと同様とした。
【0011】Ti,Nb,V,Zr,Ta,B,Ca,
Si,Mo,W,Al,Cu,Co,Mn:これらの元
素は、Fe−Cr−Ni合金に、適宜添加されて、オー
ステナイト相の安定化、熱間加工性、溶接性、加工性お
よび耐食性等を向上させる。それぞれの効果は、Ti:
0.01〜1.0%、好ましくは0.01〜0.05
%、Nb:0.01〜1.0%、好ましくは0.01〜
0.05%、V:0.01〜1.0%、好ましくは0.
01〜0.05%、Zr:0.01〜1.0%、好まし
くは0.01〜0.05%、Ta:0.01〜1.0
%、好ましくは0.01〜0.05%、B:0.000
3〜0.01%、好ましくは0.001〜0.005
%、Ca:0.0003〜0.01%、好ましくは0.
001〜0.005%、Si:0.1〜5.0%、好ま
しくは0.1〜1.0%、Mo:0.1〜5.0%、好
ましくは1.0〜4.0%、W:0.1〜5.0%、好
ましくは1.0〜4.0%、Al:0.01〜5.0
%、好ましくは脱酸目的として0.02〜0.1%、耐
酸化性目的として1.0〜3.0%、Cu:0.1〜
5.0%、好ましくは0.1〜2.0%、Co:0.1
〜5.0%、好ましくは0.1〜2.0%、Mn:0.
01〜2.0%、好ましくは0.5〜2.0%の範囲で
最も適切に作用するので、本発明では、それぞれの元素
をこの範囲とする。
【0012】本発明では、特に、その製造方法を定める
必要はなく、通常の方法に従って行なえば良いが、例え
ば、以下のような方法で製造できる。原料として高純度
電解鉄と電解Crと電解Niを所定量用い、いずれの原
料も主たる不純物は酸素であるので、この酸素を除去す
るために10-7torrよりも高い超高真空下で溶解
し、鋳造して鋳片とする。
【0013】この鋳片を、所定の厚さまで熱間圧延した
後、再結晶を目的として焼鈍を施し、機械的に予備脱ス
ケールし、硫酸と混酸(硝酸とふっ酸)に浸漬して脱ス
ケールを完了させて熱延板とする。
【0014】さらに、この熱延板を、所定の厚さまで冷
間圧延した後、アルカリ電解によって脱脂し、再結晶を
目的とした焼鈍を施し、中性塩水溶液中で電解し、混酸
に浸漬し、硝酸中で電解して脱スケールを完了して冷延
板とする。
【0015】この時、本発明合金は、再結晶温度を高く
するO,S,Pが低いので、従来の合金より、低い温度
で焼鈍できる。このことにより、焼鈍時の酸化によるス
ケール生成や脱Crを抑制できて、酸洗の負荷を軽減で
き、また、粒界浸食のような表面欠陥を減少することが
できるという利点もある。
【0016】本発明合金は、熱延板、冷延板のいずれで
用いられても十分な効果が生じる。また、冷延板におい
ては、その表面仕上が、2D,2B,BA,HL,研
磨、鏡面等のいずれでもかまわない。
【0017】
【実施例】以下、実施例をもって本発明を具体的に説明
する。表1に示す化学成分を有する合金10kgを、真
空溶解炉で溶製、鋳造し、熱間圧延(1200℃に加熱
後、1100〜900℃で圧延)により板厚4mmと
し、再結晶を目的とした焼鈍(プロパンガス燃焼雰囲気
中、1050℃×60sec)を施し、混酸中(硝酸1
50g/lとふっ酸20g/lの水溶液、60℃)に適
切な時間だけ浸漬して脱スケールを完了させた。さら
に、この熱延板を、冷間圧延により板厚1mmとし、ア
ンモニア分解ガス中で種々の温度、時間で再結晶焼鈍を
施して冷延板を作製した。表1に、併せて、冷延板の結
晶粒度を示す。なお、結晶粒度の測定は、JISG05
51に準拠した方法で行なった。
【0018】これらの冷延板について、冷延ままの試験
片と、それに10%の引張り加工を施した試験片とを、
45℃の塩酸(1/20N)・塩化第二鉄(55g/
l)水溶液に、24h浸漬し、加工部分と非加工部分の
腐食減量速度(g/m2 ・h)を測定、加工を施した冷
延板の腐食減量速度に対する冷延板の腐食減量速度の割
合Rを求めた。表1に、併せてその結果を示す。このR
により、加工部分の耐食性を評価し、Rが大きいほど、
加工部分の耐食性が良好であると判断した。
【0019】表1によれば、本発明のFe−Cr−Ni
合金(No.1〜30)は、Rが0.5以上で、加工さ
れても加工部分の耐食性が良好なままであると判断され
るのに対し、結晶粒度が8未満であるFe−Cr−Ni
合金(No.31〜35)は、Rが0.5未満で加工部
分の耐食性が劣化していると判断される。さらに、本発
明のFe−Cr−Ni合金(No.7〜30)は、Rが
0.8以上で、加工されても加工部分の耐食性が極めて
良好なままであると判断できる。また、O+P+Sが2
00ppmを超えるFe−Cr−Ni合金(No.3
6、37)は、同じCr、Ni含有量を非加工部分の腐
食減量速度が2倍以上も大きく、耐食性が良好でない。
【0020】
【表1】
【0021】
【表2】
【0022】
【表3】
【0023】
【表4】
【0024】
【発明の効果】本発明合金は、加工を受けても耐食性が
ほとんど低下せず、Fe−Cr−Ni合金の優れた加工
性と耐食性を有効に利用できる。このような合金は、腐
食が生じやすい海洋環境、油田設備、発電設備等で用い
られる複雑な形状の部品用材料として用いることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、O+P+Sが、SUS304の加工部
分と非加工部分の耐食性に及ぼす影響を調査した結果を
示すグラフである。
【図2】図2は、結晶粒度が、SUS316の加工部分
と非加工部分の耐食性に及ぼす影響を調査した結果を示
すグラフである。
【図3】図3は、C+Nが、SUS310の加工部分と
非加工部分の耐食性に及ぼす影響を調査した結果を示す
グラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐 藤 進 千葉県千葉市中央区川崎町1番地 川崎 製鉄株式会社技術研究本部内 (72)発明者 冨 樫 房 夫 千葉県千葉市中央区川崎町1番地 川崎 製鉄株式会社技術研究本部内 (56)参考文献 特開 昭63−157838(JP,A) 特開 昭61−163247(JP,A) 特開 昭63−130751(JP,A) 特開 平3−79742(JP,A) 特開 昭47−23314(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22C 38/00 - 38/60 C22C 30/00 - 30/06 C22C 27/06 C22C 19/00 - 19/05

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】Cr:15〜50%、Ni:6.1〜50
    %、O+P+S:200ppm以下、C+N:400〜
    1200ppmで残部がFeおよび不可避的不純物より
    なり、結晶粒度番号:8以上であることを特徴とする加
    工部分の耐食性に優れたFe−Cr−Ni合金。
  2. 【請求項2】請求項1に、さらに、Ti:0.01〜
    1.0%、Nb:0.01〜1.0%、V:0.01〜
    1.0%、Zr:0.01〜1.0%、Ta:0.01
    〜1.0%、B:0.0003〜0.01%、Ca:0.0003〜
    0.01%、Si:0.1〜5.0%、Mo:0.1〜
    5.0%、W:0.1〜5.0%、Al:0.01〜
    5.0%、Cu:0.1〜5.0%、Co:0.1〜
    5.0%、およびMn:0.01〜20%のいずれか一
    種または二種以上を含む加工部分の耐食性に優れたFe
    −Cr−Ni合金。
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