JP3274142B2 - アルミニウム−マンガン−シリコン−窒素オーステナイトステンレス耐酸鋼 - Google Patents

アルミニウム−マンガン−シリコン−窒素オーステナイトステンレス耐酸鋼

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JP3274142B2 JP50878997A JP50878997A JP3274142B2 JP 3274142 B2 JP3274142 B2 JP 3274142B2 JP 50878997 A JP50878997 A JP 50878997A JP 50878997 A JP50878997 A JP 50878997A JP 3274142 B2 JP3274142 B2 JP 3274142B2
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明はアルミニウム−マンガン−シリコン−窒素オ
ーステナイトステンレス耐酸鋼に関する。特に本発明
は、従来の18−8系オーステナイトステンレス鋼の代用
として使用可能なアルミニウム−マンガン−シリコン−
窒素オーステナイトステンレス耐酸鋼に関する。
発明の背景 1C−18Cr−9Ni、1C−18Cr−9Ni−1Tiあるいは18Cr−9
Niのような18−8系オーステナイトステンレス鋼は従来
のオーステナイトステンレス鋼に属する。18−8系オー
ステナイトステンレス鋼は、それの優れた耐腐食性、複
合機械特性及び加工特性により、産業界において広範か
つ長期間にわたる用途が見出されている。しかしながら
18−8系オーステナイトステンレス鋼は高価なクロム及
びニッケルを多量に含むため、鋼の価格は非常に高く、
それにより広い分野での用途には制限がある。その上ク
ロム及びニッケルはどちらも地球上では希少であるため
に、18−8系Cr−Niオーステナイトステンレス鋼を代用
するような、クロム及びニッケルを全く含まないオース
テナイトステンレス鋼あるいはクロム及びニッケルをわ
ずかしか含まないオーステナイトステンレス鋼を開発す
ることは冶金学の分野における長期にわたる目標であっ
た。現在まで、しかしながら、従来の18−8系Cr−Niオ
ーステナイトステンレス鋼に相当する、耐腐食性、複合
機械特性及び加工特性を提供することができるクロム及
びニッケルを含まないステンレス鋼の報告はされていな
い。
本発明の主な目的は、アルミニウム−マンガン−シリ
コン−窒素オーステナイトステンレス耐酸鋼を提供する
ことである。
本発明の別の目的は、特に硫酸あるいは還元性媒質中
における耐腐食性を向上させることができるアルミニウ
ム−マンガン−シリコン−窒素オーステナイトステンレ
ス耐酸鋼を提供することである。
本発明のさらに別の目的は、特に粒界腐食に対して耐
性のあるアルミニウム−マンガン−シリコン−窒素オー
ステナイトステンレス耐酸鋼を提供することである。
さらにまた本発明の目的は、低温特に−120℃の温度
において改善されたじん性を有するアルミニウム−マン
ガン−シリコン−窒素オーステナイトステンレス耐酸鋼
を提供することである。
さらにまた本発明の目的は、塩酸、希硫酸、塩基性溶
液あるいは海水中において向上した耐腐食性を有するア
ルミニウム−マンガン−シリコン−窒素オーステナイト
ステンレス耐酸鋼を提供することである。
さらにまた本発明の目的は、耐酸化性、耐熱疲労ある
いは耐熱腐食を向上させたアルミニウム−マンガン−シ
リコン−窒素オーステナイトステンレス耐酸鋼を提供す
ることである。
さらにまた本発明の目的は、耐摩耗性及び高温特性を
向上させたアルミニウム−マンガン−シリコン−窒素オ
ーステナイトステンレス耐酸鋼を提供することである。
発明の概要 本発明の技術的解決法は以下により達成される(別の
方法で明記される以外は、これ以降の全ての含有量は鋼
の重量に対する百分率である): 本発明の一具体例によるアルミニウム−マンガン−シ
リコン−窒素オーステナイトステンレス耐酸鋼は以下の
構成要素からなる:0.06〜0.12炭素、4〜5アルミニウ
ム、16〜18マンガン、1.2〜1.5シリコン、0.15〜0.3窒
素、0.1〜0.2希金属、残部鉄及び不可避の不純物。
本発明の別の具体例による粒界腐食に耐えるアルミニ
ウム−マンガン−シリコン−窒素オーステナイトステン
レス耐酸鋼は、0.06〜0.12炭素、4〜5アルミニウム、
16〜18マンガン、1.2〜1.5シリコン、0.15〜0.3窒素、
0.1〜0.2希金属、1〜3チタン、残部鉄及び不可避の不
純物を含む。
本発明の一具体例による粒界腐食に耐えるアルミニウ
ム−マンガン−シリコン−窒素オーステナイトステンレ
ス耐酸鋼は、0.06〜0.12炭素、4〜5アルミニウム、16
〜18マンガン、1.2〜1.5シリコン、0.15〜0.3窒素、0.1
〜0.2希金属、1〜3ニオブ、残部鉄及び不可避の不純
物を含む。
本発明の一具体例による粒界腐食に耐えるアルミニウ
ム−マンガン−シリコン−窒素オーステナイトステンレ
ス耐酸鋼は、0.06〜0.12炭素、4〜5アルミニウム、16
〜18マンガン、1.2〜1.5シリコン、0.15〜0.3窒素、0.1
〜0.2希金属、1〜3チタン、1〜3ニオブ、残部鉄及
び不可避の不純物を含む。
本発明の一具体例による、低温特に−120℃でのじん
性を向上させる、アルミニウム−マンガン−シリコン−
窒素オーステナイトステンレス耐酸鋼は、0.06〜0.12炭
素、4〜5アルミニウム、16〜18マンガン、1.2〜1.5シ
リコン、0.15〜0.3窒素、0.1〜0.2希金属、2〜4ニッ
ケル、残部鉄及び不可避の不純物を含む。
本発明の一具体例による、低温特に−120℃でのじん
性を向上させる、アルミニウム−マンガン−シリコン−
窒素オーステナイトステンレス耐酸鋼は、0.06〜0.12炭
素、4〜5アルミニウム、16〜18マンガン、1.2〜1.5シ
リコン、0.15〜0.3窒素、0.1〜0.2希金属、3〜5クロ
ム、残部鉄及び不可避の不純物を含む 本発明の一具合例による、低温時に−120℃でのじん
性を向上させる、アルミニウム−マンガン−シリコン−
窒素オーステナイトステンレス耐酸鋼は、0.06〜0.12炭
素、4〜5アルミニウム、16〜18マンガン、1.2〜1.5シ
リコン、0.15〜0.3窒素、0.1〜0.2希金属、3〜5クロ
ム、2〜4ニッケル、残部鉄及び不可避の不純物を含
む。
本発明の一具体例による、塩酸、希硫酸、塩基性溶液
あるいは海水中における耐腐食性を向上させる、アルミ
ニウム−マンガン−シリコン−窒素オーステナイトステ
ンレス耐酸鋼は、0.06〜0.12炭素、4〜5アルミニウ
ム、16〜18マンガン、1.2〜1.5シリコン、0.15〜0.3窒
素、0.1〜0.2希金属、0.5〜1バナジウム、残部鉄及び
不可避の不純物を含む。
本発明の一具体例による、硫酸あるいは還元性媒質中
における耐腐食性を向上させる、アルミニウム−マンガ
ン−シリコン−窒素オーステナイトステンレス耐酸鋼
は、0.06〜0.12炭酸、4〜5アルミニウム、16〜18マン
ガン、1.2〜1.5シリコン、0.15〜0.3窒素、0.1〜0.2希
金属、2〜3銅、残部鉄及び不可避の不純物を含む。
本発明の一具体例による、特に硫酸あるいは還元性媒
質中における耐腐食性を向上させることができる、アル
ミニウム−マンガン−シリコン−窒素オーステナイトス
テンレス耐酸鋼は、0.06〜0.12炭素、4〜5アルミニウ
ム、16〜18マンガン、1.2〜1.5シリコン、0.15〜0.3窒
素、0.1〜0.2希金属、1〜3モリブデン、残部鉄及び不
可避の不純物を含む。
本発明の一具体例による、特に硫酸あるいは還元性媒
質中における耐腐食性を向上させることができる、アル
ミニウム−マンガン−シリコン−窒素オーステナイトス
テンレス耐酸鋼は、0.06〜0.12炭素、4〜5アルミニウ
ム、16〜18マンガン、1.2〜1.5シリコン、0.15〜0.3窒
素、0.1〜0.2希金属、2〜3銅、1〜3モリブデン、残
部鉄及び不可避の不純物を含む。
本発明の一具体例による、さらに耐腐食性を向上させ
ることができる、アルミニウム−マンガン−シリコン−
窒素オーステナイトステンレス耐酸鋼は、0.06〜0.12炭
素、4〜5アルミニウム、16〜18マンガン、1.2〜1.5シ
リコン、0.15〜0.3窒素、0.1〜0.2希金属、0.5〜1ジル
コニウム、残部鉄及び不可避の不純物を含む。
本発明の一具体例による、さらに耐腐食性を向上させ
ることができる、アルミニウム−マンガン−シリコン−
窒素オーステナイトステンレス耐酸鋼は、0.06〜0.12炭
素、4〜5アルミニウム、16〜18マンガン、1.2〜1.5シ
リコン、0.15〜0.3窒素、0.1〜0.2希金属、0.5〜1ハフ
ニウム、残部鉄及び不可避の不純物を含む。
本発明の一具体例による、さらに耐腐食性を向上させ
ることができる、アルミニウム−マンガン−シリコン−
窒素オーステナイトステンレス耐酸鋼は、0.06〜0.12炭
素、4〜5アルミニウム、16〜18マンガン、1.2〜1.5シ
リコン、0.15〜0.3窒素、0.1〜0.2希金属、0.5〜1ジル
コニウム、0.5〜1ハフニウム、残部鉄及び不可避の不
純物を含む。
本発明の一具体例による、耐酸化性、耐熱疲労特性及
び耐熱腐食特性を向上させることができる、アルミニウ
ム−マンガン−シリコン−窒素オーステナイトステンレ
ス耐酸鋼は、0.06〜0.12炭素、4〜5アルミニウム、16
〜18マンガン、1.2〜1.5シリコン、0.15〜0.3窒素、0.1
〜0.2希金属、0.3〜1コバルト、残部鉄及び不可避の不
純物を含む。
本発明の一具体による、耐摩耗性及び高温特性を向上
させることができる、アルミニウム−マンガン−シリコ
ン−窒素オーステナイトステンレス耐酸鋼は、0.06〜0.
12炭素、4〜5アルミニウム、16〜18マンガン、1.2〜
1.5シリコン、0.15〜0.3窒素、0.1〜0.2希金属、0.2〜
0.8タングステン、残部鉄及び不可避の不純物を含む。
アルミニウム−マンガン−シリコン−窒素オーステナ
イトステンレス耐酸鋼の元素及びその含有量の範囲の選
択は、以下の理由に基づく: アルミニウムの一定量は、耐腐食性を持つ鋼をもたら
すことが可能であり、低温におけるじん性と耐酸化性を
向上させることが可能である。しかしながら一方では、
アルミニウムの含有量が4(wt.)%よりも少ない場合
には、鋼の耐腐食性が示されず、もう一方ではアルミニ
ウムの含有量が増加する場合には、その耐腐食性は向上
するがその鋼は鍛造や圧延に際して容易に割れてしま
い、それにより熱間加工特性が劣ることになる。したが
ってアルミニウム4〜5%の含有量が好ましい。
元素マンガンは、オーステナイト領域を拡張する性質
を持ち、またオーステナイトを安定化させる。しかしな
がら、この性質はニッケルのおおよそ半分である。した
がってマンガンの含有量は16〜18%の範囲である。
シリコンは、酸が鋼の内部をさらに腐食することを妨
げることができ、かつ特に高濃度の硝酸中で鋼の耐腐食
性を向上させる効果のある、緻密なSiO2の膜を鋼の表面
に生成するための反応が可能である。しかしながらシリ
コンの含有量が高すぎる場合には、鋼を変形させること
が困難である。したがってシリコンの含有量は1.2〜1.5
(wt.)%の範囲である。
窒素は、オーステナイトの構造を強固に促進すると同
時に鋼に耐腐食性を付与することが可能であり、そのた
め部分的にニッケルに代用することが可能である。
モリブデン及び銅は、硫酸もしくは還元性媒質におい
て鋼の耐腐食性をさらに向上させることが可能である。
鋼がモリブデン及び銅の一定量を含む場合に、耐腐食性
がより示される。
ニオブ及びチタンは鋼の中で炭素と反応することによ
り、安定なカーバイドを生成することが可能である。粒
界腐食を厳密に抑制する必要がある場合には、一定量の
ニオブ及び/又はチタンが鋼の中に加えられる。
ジルコニウム及びハフニウムは粒界腐食を阻止するこ
とが可能である。粒界腐食をより厳密に制限する必要が
ある場合には、一定量のジルコニウム及び/又はハフニ
ウムが鋼の中に加えられる。
鋼中のバナジウムは、塩酸、希硫酸、塩基性溶液ある
いは海水中における腐食を阻止することが可能である。
もし一定量のコバルトが鋼中に含まれれば、耐酸化
性、耐熱疲労特性及び耐熱腐食特性を向上させることが
可能である。
耐摩耗性及び高温特性を向上させることを目的とし
て、一定量のタングステンを鋼中に加えることができ
る。
希金属は、鋼の耐腐食性及び耐酸化性を向上させるこ
とができ、その結晶粒を精製しかつ鋼の品質を高めるこ
とができ、それによりその加工特性が向上する。
本発明によるアルミニウム−マンガン−シリコン−窒
素オーステナイトステンレス耐酸鋼は伝統的な18−8系
クロム−ニッケルステンレス鋼よりも、耐腐食性、熱間
加工特性、溶接作業性及び複合機械特性に関して、優れ
ていることが以下の実施例から理解することができる。
高価であり希少であるクロム及びニッケルがアルミニウ
ム、マンガン、シリコン、窒素のような廉価であり容易
に入手できる元素に置き換えられることにより、本発明
の鋼の価格は18−8系クロム−ニッケルステンレス鋼の
価格よりもはるかに低い。
本発明のアルミニウム−マンガン−シリコン−窒素オ
ーステナイトステンレス耐酸鋼は、鋼のインゴットに鋳
造するために従来のアーク炉あるいは誘導加熱炉により
溶解することが可能であり、さらに熱間圧延、鍛造、冷
間圧延絞り(ドラフト)のような従来の加工技術により
必要とされる形状の様々なステンレス鋼製品にすること
が可能である。
この発明は以下の実施例によりさらに詳細に説明され
る。
実施例 溶解工程は、500kg、三相アーク炉内で実施される。1
0kgアルミニウムインゴット、36kgマンガン、3kg結晶性
シリコン、1kg酸化クロム(Cr2O3)が順に良質のライナ
を持つ炉の底に導入され、さらに炭素濃度が0.12%以下
でありかつおおよそ100mmの寸法を有する清浄な錆のな
い液体が前記材料の上を覆うように加えられる。溶融液
体のくもりがなくなった後、分析のための試料が採取さ
れる。液流れが良好に保たれるようにスラグが調整され
る。溶湯温度が1500℃よりも高くなった時点で、還元反
応を20分間行うために還元性スラグを選択する。鋼の溶
湯温度が1540〜1560℃の時点で、0.5kgの混合希金属が
その中に加えられる。十分に攪拌した後、鋼を排出す
る。このようにして得られた鋼の組成は表1に示す通り
である。
得られた鋼の機械特性は表2に示す通りである。
耐腐食性:得られた鋼は5%硫酸(沸騰)中で30分間
の腐食試験の後、その重量が9.817g減少した。これは中
国国家規格により規定される値をはるかに下回る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22C 38/00 C22C 38/38 C22C 38/58

Claims (12)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アルミニウム−マンガン−シリコン−窒素
    オーステナイトステンレス鋼であって、0.06〜0.12炭
    素、4〜5アルミニウム、16〜18マンガン、1.2〜1.5シ
    リコン、0.15〜0.30窒素、0.1〜0.2希金属、残部鉄及び
    不可避の不純物の組成(wt%)からなることを特徴とす
    るアルミニウム−マンガン−シリコン−窒素オーステナ
    イトステンレス耐酸鋼。
  2. 【請求項2】さらに1〜3wt%のチタンを含む請求項1
    記載のアルミニウム−マンガン−シリコン−窒素オース
    テナイトステンレス耐酸鋼。
  3. 【請求項3】さらに1〜3wt%のニオブを含む請求項1
    又は2記載のアルミニウム−マンガン−シリコン−窒素
    オーステナイトステンレス耐酸鋼。
  4. 【請求項4】さらに2〜4wt%のニッケルを含む請求項
    1記載のアルミニウム−マンガン−シリコン−窒素オー
    ステナイトステンレス耐酸鋼。
  5. 【請求項5】さらに3〜5wt%のクロムを含む請求項1
    又は4記載のアルミニウム−マンガン−シリコン−窒素
    オーステナイトステンレス耐酸鋼。
  6. 【請求項6】さらに0.5〜1wt%のジルコニウムを含む請
    求項1記載のアルミニウム−マンガン−シリコン−窒素
    オーステナイトステンレス耐酸鋼。
  7. 【請求項7】さらに0.5〜1wt%のハフニウムを含む請求
    項1又は6記載のアルミニウム−マンガン−シリコン−
    窒素オーステナイトステンレス耐酸鋼。
  8. 【請求項8】さらに0.5〜1wt%のバナジウムを含む請求
    項1記載のアルミニウム−マンガン−シリコン−窒素オ
    ーステナイトステンレス耐酸鋼。
  9. 【請求項9】さらに0.3〜1wt%のコバルトを含む請求項
    1記載のアルミニウム−マンガン−シリコン−窒素オー
    ステナイトステンレス耐酸鋼。
  10. 【請求項10】さらに0.2〜0.8wt%のラングステンを含
    む請求項1記載のアルミニウム−マンガン−シリコン−
    窒素オーステナイトステンレス耐酸鋼。
  11. 【請求項11】さらに2〜3wt%の銅を含む請求項1記
    載のアルミニウム−マンガン−シリコン−窒素オーステ
    ナイトステンレス耐酸鋼。
  12. 【請求項12】さらに1〜3wt%のモリブデンを含む請
    求項1又は11記載の記載のアルミニウム−マンガン−シ
    リコン−窒素オーステナイトステンレス耐酸鋼。
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