JP3304001B2 - 耐孔食性の優れたオーステナイト系ステンレス鋼およびその製造方法 - Google Patents
耐孔食性の優れたオーステナイト系ステンレス鋼およびその製造方法Info
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中で用いられる耐孔食性に優れたオーステナイト系ステ
ンレス鋼およびその製造方法に関するものである。
れるオーステナイト系ステンレス鋼は、耐食性に優れる
ため、一般に広く使用されている。また、さらに耐食性
に優れるオーステナイト系ステンレス鋼として特公昭5
0−24886号に合金鋼が開示されており、主として
原子力関連の部品に使用されている。
昭50−24886号に開示されている合金鋼において
も海水等の腐食環境中では孔食を発生する場合があり、
さらなる耐孔食性の改善が望まれるようになった。ま
た、用途によっては、耐孔食性だけでなく、さらに高い
耐力や腐食疲労強度も合わせて望まれる場合もある。し
かし、オーステナイト系ステンレス鋼は通常固溶化処理
状態で使用されるため、耐力および疲労強度が低い。こ
こで特公昭50−24886号に開示されている合金鋼
の孔食電位、耐力、海水滴下の回転曲げ疲労強度を測定
した結果、孔食電位は約450mV(vs SCE)、
耐力は約350N/mm2、海水滴下雰囲気中における
107回の回転曲げ疲労強度は約200N/mm2であっ
た。そこで高い耐力や疲労強度が要求される場合、JI
SG4303で規定されるマルテンサイト系の析出硬化
型ステンレス鋼であるSUS630が使用されることが
多いが、SUS630は耐食性、特に耐孔食性が上記の
合金鋼よりも大幅に劣るという問題があった。本発明
は、上記の合金鋼よりも耐孔食性の優れたオーステナイ
ト系ステンレス鋼および製造法の工夫によって高い耐力
や腐食疲労強度も合わせもつ耐孔食性の優れたオーステ
ナイト系ステンレス鋼を提供しようとするものである。
優れたオーステナイト系ステンレス鋼を得るべく、種々
実験を行ない、添加元素の効果を検討した結果、耐孔食
性を高めるには、特公昭50−24886号に開示され
ている合金鋼の成分をベースにして、Moを必須添加と
した上でCuの添加が非常に有効であること、さらにC
u添加に加えてCoおよびBを少量添加すると、さらに
耐孔食性に対して有効であることを新たに見い出し、こ
れによって孔食電位を460mV(vs SCE)以上
とすることができることを見い出した。また、耐力も合
わせて高めるためには、冷間または温間加工の特定条件
で塑性加工ままの状態とすることが有効であり、これに
よって0.2%耐力を540N/mm2以上とすること
ができることを見い出した。さらに耐力と腐食疲労強度
も合わせて高めるためには、最終の塑性加工として温間
加工域での塑性加工を行なうことによって結晶粒の大半
が材料の長手方向に変形した未再結晶粒組織とすること
が有効であり、これによって海水滴下雰囲気中における
107回の回転曲げ疲労強度を300N/mm2以上に高
めることができることを新規に見い出した。
て、C 0.08%以下、Si 0.71%以下、Mn
4%以上6%未満、Ni 6〜17%、Cr 20を
越え25%以下、Mo 1.5〜4%、Nb 0.1〜
1.0%とV 0.05〜1.0%の1種または2種、
N 0.15〜0.5%、Cu 0.1〜3.0%を含
み、残部が実質的にFeからなることを特徴とする耐孔
食性の優れたオーステナイト系ステンレス鋼であり、望
ましくは、第1発明の組成のうち、NbとVを複合添加
し、さらにMoとCuの範囲がそれぞれ1.5〜4%、
0.2〜1.0%からなる耐食性の優れたオーステナイ
ト系ステンレス鋼である。
以下、Si 0.71%以下、Mn4%以上6%未満、
Ni 6〜17%、Cr 20を越え25%以下、Mo
1.5〜4%、Nb 0.1〜1.0%とV 0.05
〜1.0%の1種または2種、N 0.15〜0.5
%、Cu 0.1〜3.0%、Co 0.1〜1.0%
とB 0.001〜0.003%の1種または2種を含
み、残部が実質的にFeからなることを特徴とする耐孔
食性の優れたオーステナイト系ステンレス鋼である。ま
た、第3発明は、第1または第2発明に記載の組成を有
し、さらにJISG0577による孔食電位Vc'100が
460mV(vs SCE)以上であることを特徴とす
る耐孔食性の優れたオーステナイト系ステンレス鋼であ
り、第4発明は、第1または第2発明に記載の組成を有
し、さらに孔食電位Vc'100が460mV(vs SC
E)以上、かつ0.2%耐力が540N/mm2以上で
あることを特徴とする耐孔食性の優れたオーステナイト
系ステンレス鋼であり、第5発明は、第1または第2発
明に記載の組成を有し、孔食電位Vc'100が460mV
(vs SCE)以上、0.2%耐力が540N/mm
2以上、かつ海水滴下雰囲気中における107回の回転
曲げ疲労強度が300N/mm2以上であることを特徴
とする耐孔食性の優れたオーステナイト系ステンレス鋼
である。
組成を有し、さらにミクロ組織が扁平な未再結晶粒を有
することを特徴とする耐孔食性の優れたオーステナイト
系ステンレス鋼である。第7発明は、第1または第2発
明に記載のオーステナイト系ステンレス鋼を、加工終了
温度が1000℃以下の塑性加工を施すことを特徴とす
る耐孔食性の優れたオーステナイト系ステンレス鋼の製
造方法であり、第8発明は、950〜1250℃の固溶
化処理を行なった後、加工終了温度が1000℃以下の
塑性加工を施すことを特徴とする耐孔食性の優れたオー
ステナイト系ステンレス鋼の製造方法である。
る。Cは、オーステナイト基地に固溶し、オーステナイ
トを安定化させるとともに、固溶強化させる効果がある
が、0.08%を越えて添加すると熱間および温間加工
後または固溶化処理後の冷却速度が遅い場合に、粒界に
Cr炭化物を形成して耐粒界腐食性を害することから、
0.08%以下とした。Siは、脱酸剤として少量添加
されるが、過度の添加は延性を低下させるので、0.7
1%以下とした。Mnは、オーステナイト基地に固溶
し、オーステナイトを安定化させるとともに、本鋼にお
いて多く添加されるNの固溶度を増す効果がある。4%
より少ないとこれらの効果が十分でなく、一方6%以上
添加すると耐食性を害することから、4%以上6%未満
とした。
ーステナイトを安定化させるのに非常に有効な元素であ
るが、6%より少ないとデルタフェライトが生成してオ
ーステナイト単相組織を維持することが困難となり、一
方、17%を越えて添加するとNの固溶度を下げてNの
添加量を確保することが難しくなることから、6%〜1
7%とした。Crは、ステンレス鋼の耐食性を維持する
のに最も効果のある不可欠の元素であり、耐孔食性も向
上させる効果がある。20%以下では、本鋼に望まれる
耐食性および耐孔食性を維持することが難しくなり、ま
た、Nの固溶度が不足してNの添加量を確保することが
難しくなる一方、25%を越えて添加すると、オーステ
ナイト組織が不安定となってデルタフェライトが生成し
やすくなり、温間および熱間加工性を害することから、
20%を越え25%以下とした。Moは、耐孔食性を向
上させるのに非常に有効な元素であり、本鋼において必
須添加される。0.5%より少ないとその効果が十分で
なく、一方4%を越えて添加すると、オーステナイト組
織が不安定となってデルタフェライトが生成しやすくな
り、温間および熱間加工性を害することから1.5〜4
%とした。
な炭化物を形成してCを固定することで、オーステナイ
ト基地中に固溶しているC量を低下させ、耐粒界腐食性
を害するCr炭化物の粒界析出を抑制する効果があり、
また、NbおよびVの炭化物は、結晶粒の成長を抑制す
ることで再結晶を遅らせ、扁平な未再結晶組織を得るの
に有効であり、1種または2種の添加が必要である。N
bは、0.1%より少ないと、またVは0.05%より
少ないとその効果が十分でなく、一方、Nbは1.0%
を越えて添加しても、またVは1.0%を越えて添加し
てもより一層の向上効果がなく、また、炭化物を形成し
ない余剰のNb、Vが基地中に残存してデルタフェライ
トが生成しやすくなり熱間および温間加工性を害するこ
とから、Nbは、0.1%〜1.0%、Vは0.05%
〜1.0%とした。望ましくは、NbとVは複合添加す
るのがよい。
よって耐孔食性を向上させるのに非常に有効な元素であ
るだけでなく、オーステナイト基地中に固溶して、固溶
強化によって強度を高める効果がある。また、加工硬化
能を高めることで、特に冷間または温間加工の特定条件
での塑性加工ままで耐力および疲労強度をも高めるのに
大きな効果を発揮する。そのためには、0.15%以上
の添加が必要であるが、0.5%より多く添加すると、
インゴットの健全性を害して製造性を劣化させることか
ら、0.15%〜0.5%とした。Cuは、本鋼の耐孔
食性を向上させるのに非常に有効かつ不可欠の元素であ
り、Cr、Mo、Nとともに添加することでその効果が
十分発揮される。0.1%より少ないとその効果が十分
でなく、一方、3%を越えて添加すると温間および熱間
加工性を害することから、0.1%〜3.0%とした。
望ましくは、0.2%〜1.0%がよい。
とで耐孔食性を向上させる効果があり、必要に応じて1
種または2種添加することができる。これはおそらく不
動態皮膜の強化によるものと考えられる。Coは、0.
1%より少ないと、またBは0.001%より少ないと
十分な効果がなく、一方、Coは、1.0%を越えて
も、またBは0.003%を越えてもより一層の向上効
果がないことから、Coは、0.1〜1.0%、Bは
0.001〜0.003%とした。孔食電位は、耐孔食
性の優劣を表す1つの指標であり、孔食電位が高いほ
ど、耐孔食性が優れていることを表す。特公昭50−2
4886号に開示されている合金鋼より耐孔食性を向上
させるため、孔食電位は460mV(vs SCE)以
上とした。耐力は、耐孔食性とともに強度が要求される
場合には、高い方が望ましく、特定の条件で塑性加工を
行なうことによって高めることができる。特公昭50−
24886号に開示されている合金鋼より高い耐力値を
目安として540N/mm2以上とした。
度は、海水等の腐食環境で繰り返し応力を受ける部材と
して使用される場合には、高い方が望ましく、冷間また
は温間加工の特定条件で、塑性加工を行なうことによっ
て、具体的には温間加工を行なうことによって高めるこ
とができる。特公昭50−24886号に開示されてい
る合金鋼より高い腐食疲労強度とすることを目安とし
て、海水滴下雰囲気中における107回の回転曲げ疲労
強度は300N/mm2以上とした。
しつつ、耐力540N/mm2以上と海水滴下雰囲気中
における107回の回転曲げ疲労強度が300N/mm2
以上をともに兼ね備えるには、等軸な再結晶組織では困
難である。また、冷間加工のみでも耐力は高められる
が、海水滴下雰囲気中の回転曲げ疲労強度は高めること
ができない。温間加工域での塑性加工によって得られる
扁平状の未再結晶粒を有するミクロ組織とすることによ
ってのみ、これらの耐孔食性、耐力、疲労強度をともに
得ることができるので、ミクロ組織は、扁平状の未再結
晶粒を有するミクロ組織が望ましい。但し、耐孔食性の
みが良好であればよい場合は等軸な再結晶粒組織でもよ
いし、耐孔食性と耐力が高ければよい場合には、冷間加
工による扁平な結晶粒を有するミクロ組織でもよい。
べる。本発明鋼の良好な耐孔食性を維持しつつ、耐力5
40N/mm2以上を得るためには、通常オーステナイ
ト系ステンレス鋼において行なわれる固溶化処理を行な
ったままでは困難である。このためには、1000℃以
下の温度、即ち本発明鋼の再結晶温度以下で塑性加工が
終了するような条件で塑性加工を行なったままとする必
要がある。ここでいう加工終了温度1000℃以下での
塑性加工とは、冷間加工および温間加工域での塑性加工
を指す。特に良好な耐孔食性を維持しつつ、耐力540
N/mm2以上と海水滴下雰囲気中における107回の回
転曲げ疲労強度が300N/mm2以上をともに兼ね備
えるには、温間加工域で塑性加工を終了することが必要
である。
温間加工域で加熱し、温間加工域で塑性加工を終了して
もよいし、1000℃より高い温度に加熱し、熱間加工
によって塑性加工しながら、温間加工域で塑性加工を終
了してもよい。1000℃以下での塑性加工量は、耐力
を高めるためには鍛造比で1.2以上とするのが望まし
い。さらに、加工終了温度1000℃以下の塑性加工を
行なう前に950℃〜1250℃の温度範囲で固溶化処
理を行なうと、耐食性を害するCr炭化物を一度固溶さ
せることができるので、さらに耐食性が安定しやすく、
望ましい。
表1に示す化学成分をもつ鋼を真空溶解によって溶解
し、10kgの鋼塊を得た。ここで、鋼No.1〜12
は本発明鋼であり、No.13〜14は成分が本発明の
範囲から外れた比較鋼、また、No.15は特公昭50
−24886号に開示されている従来鋼、No.16は
従来鋼SUS630である。これらの鋼を熱間加工によ
って50mm角の棒材にした。さらに表2に示す条件の
固溶化処理または30mm角までの温間加工を加えた。
また、一部のものは20mm径の丸棒に機械加工した後
冷間引抜によって冷間加工を加えた。また、比較方法と
して本発明鋼のNo.2を30mm角まで熱間加工で仕
上げたものも加えた。このままの状態から試験片を切り
出し、組織観察、常温引張試験、孔食電位測定、および
海水滴下雰囲気中で回転曲げ疲労試験を行なった。その
結果を表2および表3に併せて示す。
〜12は固溶化処理ままで比較鋼No.13〜14およ
び従来鋼No.15〜16に比べて高い孔食電位を示し
て下り、その値は460mV(vs SCE)以上であ
る。しかし固溶化処理した本発明鋼は組織が再結晶した
等軸晶であるため、0.2%耐力が低い値であるのに対
し、表3に示すように本発明方法である900℃で加工
終了した温間加工ままのもの、および冷間加工ままのも
のはいずれも540N/mm2以上の高い0.2%耐力
を示している。特に温間加工ままのものは海水滴下雰囲
気中の回転曲げ疲労強度も高く、300N/mm2以上
の値を示している。これらの本発明方法によったものは
いずれも孔食電位も高い値を維持しており、その値は4
60mV(vs SCE)以上である。また、固溶化処
理の後、900℃で加工終了した温間加工ままのもの
は、塑性加工前に固溶化処理を行なわないものに比べて
孔食電位がやや高く、安定している。また、これらの本
発明方法で得られた鋼は、いずれも扁平状の未再結晶粒
を有するミクロ組織を示している。
で塑性加工を終了したもの、即ち熱間加工ままのものは
孔食電位は良好であるが、0.2%耐力および海水滴下
雰囲気中の回転曲げ疲労強度が低い値であり、0.2%
耐力および海水滴下の回転曲げ疲労強度も高くしたい場
合は本発明方法によるのが望ましいことがわかる。
孔食性の優れたオーステナイト系ステンレス鋼を、さら
に本発明方法によれば耐力と腐食疲労強度も高いオース
テナイト系ステンレス鋼を得ることができ、海水中等の
腐食環境で、高い耐孔食性、強度、腐食疲労強度が同時
に要求される部材に用いれば、信頼性および寿命を大幅
に向上でき、工業上顕著な効果を有する。
Claims (9)
- 【請求項1】 重量%にて、C 0.08%以下、Si
0.71%以下、Mn 4%以上6%未満、Ni 6
〜17%、Cr 20を越え25%以下、Mo 1.5
〜4%、Nb 0.1〜1.0%とV 0.05〜1.
0%の1種または2種、N 0.15〜0.5%、Cu
0.1〜3.0%を含み、残部が実質的にFeからな
ることを特徴とする耐孔食性の優れたオーステナイト系
ステンレス鋼。 - 【請求項2】 重量%にて、C 0.08%以下、Si
0.71%以下、Mn 4%以上6%未満、Ni 6
〜17%、Cr 20を越え25%以下、Mo 1.5
〜4%、Nb 0.1〜1.0%、V 0.05〜1.
0%、N 0.15〜0.5%、Cu 0.2〜1.0
%を含み、残部が実質的にFeからなることを特徴とす
る耐孔食性の優れたオーステナイト系ステンレス鋼。 - 【請求項3】 重量%にて、C 0.08%以下、Si
0.71%以下、Mn 4%以上6%未満、Ni 6
〜17%、Cr 20を越え25%以下、Mo 1.5
〜4%、Nb 0.1〜1.0%とV 0.05〜1.
0%の1種または2種、N 0.15〜0.5%、Cu
0.1〜3.0%、Co 0.1〜1.0%とB
0.001〜0.003%の1種または2種を含み、残
部が実質的にFeからなることを特徴とする耐孔食性の
優れたオーステナイト系ステンレス鋼。 - 【請求項4】 請求項1ないし3のいずれかに記載の組
成を有し、さらに孔食電位Vc'100が460mV(vs
SCE)以上であることを特徴とする耐孔食性の優れ
たオーステナイト系ステンレス鋼。 - 【請求項5】 請求項1ないし3のいずれかに記載の組
成を有し、さらに孔食電位Vc'100が460mV(vs
SCE)以上、かつ0.2%耐力が540N/mm2
以上であることを特徴とする耐孔食性の優れたオーステ
ナイト系ステンレス鋼。 - 【請求項6】 請求項1ないし3のいずれかに記載の組
成を有し、さらに孔食電位Vc'100が460mV(vs
SCE)以上、0.2%耐力が540N/mm2以
上、かつ海水滴下雰囲気中における107回の回転曲げ
疲労強度が300N/mm2以上であることを特徴とす
る耐孔食性の優れたオーステナイト系ステンレス鋼。 - 【請求項7】 請求項1ないし3のいずれかに記載の組
成を有し、さらにミクロ組織が扁平状の未再結晶粒を有
することを特徴とする耐孔食性の優れたオーステナイト
系ステンレス鋼。 - 【請求項8】 請求項1ないし3のいずれかに記載のオ
ーステナイト系ステンレス鋼を、加工終了温度が100
0℃以下の塑性加工を施すことを特徴とする耐孔食性の
優れたオーステナイト系ステンレス鋼の製造方法。 - 【請求項9】 請求項1ないし3のいずれかに記載のオ
ーステナイト系ステンレス鋼を、950〜1250℃の
固溶化処理を行なった後、加工終了温度が1000℃以
下の塑性加工を施すことを特徴とする耐孔食性の優れた
オーステナイト系ステンレス鋼の製造方法。
Priority Applications (1)
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JP16996193A JP3304001B2 (ja) | 1993-07-09 | 1993-07-09 | 耐孔食性の優れたオーステナイト系ステンレス鋼およびその製造方法 |
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH0726350A JPH0726350A (ja) | 1995-01-27 |
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ID=15896042
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP16996193A Expired - Fee Related JP3304001B2 (ja) | 1993-07-09 | 1993-07-09 | 耐孔食性の優れたオーステナイト系ステンレス鋼およびその製造方法 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 1993-07-09 JP JP16996193A patent/JP3304001B2/ja not_active Expired - Fee Related
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