JP3331539B2 - 耐食性及び内部品質に優れたオーステナイト系ステンレス鋳鋼とその製造方法 - Google Patents

耐食性及び内部品質に優れたオーステナイト系ステンレス鋳鋼とその製造方法

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節夫 島村
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、耐食性及び内部品
質に優れるオーステナイト系ステンレス鋳鋼とその製造
方法に関するものである。
【0002】
【従来技術】オーステナイト系ステンレス鋼は耐食性と
共に、高温度における耐酸化性を有し、加工成形性が容
易なので、化学工業用を初めとして、建材や家庭用品等
広範囲に利用されている。このようなオーステナイト系
ステンレス鋼は、一般に、オーステナイト系ステンレス
鋳鋼より鋳造によって得るが、製品の形状を有する鋳型
内に溶融金属を注入した場合、その凝固過程で割れやポ
ロシティーを生じやすいという欠点がある。特に割れが
発生した場合は、補修作業を行う必要があり、製造工程
が増えるため、納期遅れを起こす不具合が生じるうえ、
コストも高くなってしまう。また、内部のポロシティー
は、酸洗工程で表面が溶出すると開口性のものとなり、
そのままだと酸のしみ出しや、隙間腐食が進行する危険
性がある。
【0003】従来は、この欠陥を回避するために、欠陥
が発生する部位に、押湯を取り付けたり、凝固割れに悪
影響を及ぼすと言われているSiやNbを低減するとい
った対策がとられてきた。しかし、押湯を取り付けると
歩留まりの点で不利であり、小さい製品だと押湯を取り
付けることが不可能である場合もある。また、成分を変
更すると鋼の性質が変わり、例えば、鋳造時の湯流れが
性が悪くなって、製品に欠肉が生じたり、製品になって
も耐食性が悪く、腐食が進行するなどの問題があった。
オーステナイト系ステンレス鋳鋼は、上述したように、
主として製造性の問題点を抱えており、用途の一層の拡
大を図るためには、こうした問題点の解決が必要であっ
た。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明者は上
記の欠点を解決すべく、まず、鋳造品の内部品質に及ぼ
す種々の元素の影響を調査し、以下の知見を得た。 溶鋼を十分に補給するためには、湯流れ性を向上する
Siを2wt%以上添加することが有効である。 オーステナイト系ステンレス鋳鋼において、フェライ
ト量を適量(5〜40vol.%)に制御すると、凝固
割れおよび内部ポロシティーが軽減される。 凝固割れを助長するNbを低下させるとともに、耐食
性に悪影響を与えるCを低下させる。これにより、耐食
性を低下することなく、凝固割れを改善する。そこで、
本発明者は、上記知見に基づいて合金設計した結果、内
部品質および耐食性の両方の特性を向上させたオーステ
ナイト系ステンレス鋳鋼を得ることができ、本発明を完
成したもので、本発明の目的は、耐食性および内部品質
に優れたオーステナイト系ステンレス鋳鋼を安価に得る
技術を確立することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、C:
0.2wt%以下、Si:2.0〜4.0wt%、M
n:3.0wt%以下、Ni:10.0〜14.0wt
%、Cr:16.0〜18.0wt%、Mo:1.7〜
3.0wt%、Nb:0.1〜1.0wt%を含有し、
残部鉄および不可避的不純物(P、S、N、Oなど)の
組成から成る耐食性及び内部品質に優れたオーステナイ
ト系ステンレス鋳鋼である。そして、更に上記組成にお
いて、Ni,C,Mn,N,Cr,Mo,Si,Nbを
図1に示す斜線内に制御することによって、更に凝固割
れ感受性を向上させることでき、内部品質をより向上す
ることができる。
【0006】また、C:0.2wt%以下、Si:2.
0〜4.0wt%、Mn:3.0wt%以下、Ni:1
0.0〜14.0wt%、Cr:16.0〜18.0w
t%、Mo:1.7〜3.0wt%、Nb:0.1〜
1.0wt%を含有し、残部鉄および不可避的不純物
(P、S、N、Oなど)の組成から成り、且つ、Ni,
C,Mn,N,Cr,Mo,Si,Nbを図1に示す斜
線内に制御した鋼において、フェライト量を約20〜4
0%に制御し、NbとCを低めに制御することで、凝固
割れ感受性をより一層改善することができる。
【0007】従って、本発明においては、Siを高く制
御し、湯流れを良くしているので、同じ目的で添加され
るCを低減してもよく、特に、好ましい組成としては
C:0.025〜0.050wt%、Si:2.40〜
2.60wt%、Mn:0.9〜2.0wt%、Ni:
10.0〜10.5wt%、Cr:17.0〜18.0
wt%、Mo:2.1〜2.3wt%、Nb:0.1〜
0.7wt%を含有することを特徴とする耐食性及び内
部品質に優れたオーステナイト系ステンレス鋳鋼であ
る。
【0008】そして、上記のオーステナイト系ステンレ
ス鋳鋼を、溶解炉で溶解し、鋼中のフェライト量を5〜
40vol.%に調整した後に、鋳型に鋳込むことで製
造できる。このとき、溶鋼はAlによって脱酸され、清
浄度を向上することが好ましい。この鋳鋼は、溶鋼が両
方から合流する部位(シャット部;ポロシティーが発生
しやすい)を持つようなタイプの鋳物の製造に、特に好
適である。即ち、例えば、図2に示すような精密鋳造用
鋳型の場合、湯は上方より供給され、鋳型1の湯口2よ
り鋳型1内に充填され、湯口2の真反対側にあるシャッ
ト部3は、左右より湯が合流する。このような部位はポ
ロシティ(巣)が発生しやすいが、本発明の鋳鋼はこの
ようなタイプの鋳物の製造において、ポロシティ(巣)
を生じることなく製品を得ることができる。さらに、こ
の鋳鋼は、シャット部に押湯を取り付けることが、ほぼ
不可能な小鋳物、例えばロストワックス法で製造される
精密鋳造品の製造に特別適している。
【0009】
【作用】次に、本発明にかかるオーステナイト系ステン
レス鋳鋼の成分が上記のように限定される理由につき具
体的に説明する。 C:0.2wt%以下 Cは鋳鋼においては、融点を低下させ、湯流れ性を改善
し、製造性をよくする作用を持っているが、多量に添加
されると、Cr炭化物として粒界に析出し、母材の耐食
性を低下させることから、0.2wt%以下が好まし
い。後述するが、Cと優先的に結合し耐食性を維持する
が、凝固割れ感受性を助長するNbをなるべく低減させ
るために、Cも0.025〜0.050wt%に制御す
ることが好ましい。 Si:2.0〜4.0wt% 鋳鋼においては、Siは湯流れ性を向上させる元素とし
て、一般的に知られている。そればかりでなく、Siは
脱酸材としても有効である。しかし、Siをあまり多量
に添加しすぎると、靱性を低下させ、脆くなってしまう
欠点がある。欠肉欠陥などの不良品を作らないために
は、最低2.0wt%必要であるが、4wt%を超える
と靱性を阻害する。好ましくは、2.40〜2.60w
t%である。
【0010】Mn:3.0wt%以下 Mnは鋼の脱酸および脱硫のために適量、好ましくは
0.9〜2.0wt%添加するが、過度の添加は耐酸化
性を損なうことから、上限を3.0wt%とした。 Ni:10.0〜14.0wt% Niはオーステナイト相を安定化する元素であるが、あ
まり多くするとCの固溶量を減少させるために、耐粒界
腐食性を害し耐食性を悪化させるばかりでなく、コスト
高となる。したがって、10.0〜14.0wt%の範
囲とした。凝固割れ感受性改善およびポロシティー低減
などの内部品質向上の観点から、フェライト量を5〜4
0vol.%に制御することが好ましく、そのためには
Niは10.0〜10.5wt%に制御することが好ま
しい。 Cr:16.0〜18.0wt% Crは耐食性および高温腐食性を確保する上で不可欠な
成分であり、16.0wt%以上必要である。しかし、
18.0wt%を超えると靱性を損なうことから、18
wt%以下とした。凝固割れ感受性改善およびポロシテ
ィー低減などの内部品質向上の観点から、フェライト量
を5〜40vol.%に制御することが好ましく、その
ためにはCrは17.0〜18.0wt%に制御するこ
とが好ましい。 Mo:1.7〜3.0wt% MoはCrよりも優先的にCと結合し、耐食性を維持す
る効果を有する。しかし、あまり高すぎると、シグマ相
を形成することにより、脆化したり逆に耐食性を悪化さ
せる結果となる。好ましくは、2.1〜2.3wt%の
範囲である。
【0011】Nb:0.1〜1.0wt% Nbは他の元素と比べ、Cと最も優先的に結合し、母材
の耐食性を維持する効果を有する。しかし、多量に添加
すると、高温割れ感受性を著しく高め、内部品質を悪化
させることから、上記範囲とした。前述したように、本
発明の鋳鋼は湯流れ性を向上するSiを十分含有してい
る。したがって、湯流れ性を保つ効果を持つが、その反
面、耐食性には有害であるCを低減することで、耐食性
を維持しながらNbも同時に低減することができる。そ
こで、より好ましい範囲は0.1〜0.7wt%であ
る。その他、P,S,N,O等の不可避的不純物はなる
べく少ないことが好ましいが、これらを精錬し積極的に
除去しようとすると、工程が増え、コスト高を引き起こ
すので、製品の耐食性や内部品質に悪影響を及ぼさない
範囲、すなわち、Pは0.1wt%以下、Nは0.1w
t%以下、Oは0.05wt%以下が好ましい。
【0012】更に、クロム当量(=Cr+Mo+1.5
Si+0.5Nb(%)を横軸に、ニッケル当量〔=N
i+0.5Mn+30(C+N)(%)〕を縦軸に表し
たシェフラ−状態図において、a(16,13)、b
(29,19)、c(32,15)及びd(22,8)
で囲まれた領域、即ち、図1の斜線内に示す範囲にN
i,C,Mn,N,Cr,Mo,Si,Nbを制御した
ことが好ましい。その根拠はab線より上部は凝固割れ
が発生しやすく、下部は凝固割れがしにくい。bc線よ
り右はコスト高であり、cd線より下はポロシティ−、
割れが発生しやすい。また、da線左はマルテンサイト
が発生し、脆化するからである。
【0013】また、上記のオーステナイト系ステンレス
鋳鋼を、溶解炉にて溶解し、鋼中のフェライト量を5〜
40vol.%に調整した後に、鋳型に鋳込むことで製
造できる。このとき、溶鋼はAlによって脱酸され、清
浄度を向上することが好ましい。また、この鋳鋼は、図
2に示すような溶鋼が両方から合流する部位(シャット
部;この位置にポロシティが発生しやすい)を持つよう
なタイプの鋳物の製造に特に好適である。。さらに、こ
の鋳鋼は、シャット部に押湯を取り付けることが、ほぼ
不可能あるいはコスト高となるような小鋳物、例えばロ
ストワックス法で製造される精密鋳造品の製造に特別適
している。
【0014】
【実施例及び比較例】次に実施例及び比較例をもって、
更に具体的に本発明を説明する。 実施例1〜8及び比較例1〜6 表1に示す成分の鋳鋼をいくつかの鋳型に鋳込んで、内
部品質および耐食性試験を行った。そのうちの数個を、
内部品質調査に供した。内部品質は、まずx線透過試験
を行って、大きな欠陥を特定した後、その部位を正確に
切断し、ミクロ調査を行い、その程度を評価した。ま
た、本製品はその後工程で、希塩酸で酸洗するので、こ
のときの錆びの発生の有無を調査した。その結果を表2
に示す。
【0015】
【表1】
【0016】
【表2】
【0017】
【発明の効果】以上の通り、特定の組成割合を有するス
テンレス鋳鋼を使用することによってミクロポロソティ
に基づく耐圧もれ、耐しみ漏れを防止することができ、
従って酸しみが原因で発生する腐食を防止することがで
きる。また、これにより歩留りが従来の70%程度から
99%に向上することができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】シェフラ−状態図において本発明の好ましい領
域を示す。
【図2】精密鋳造用鋳型の説明図
【符号の説明】
1 鋳型 2 湯口 3 シャット部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 島村 節夫 石川県金沢市三池町475番1号 日本冶 金工業株式会社 金沢工場内 (72)発明者 館農 昇 石川県金沢市三池町475番1号 日本冶 金工業株式会社 金沢工場内 審査官 奥井 正樹 (56)参考文献 特開 昭57−26149(JP,A) 特開 昭53−113215(JP,A) 特開 平4−350150(JP,A) 特開 昭54−56018(JP,A) 特開 平6−145878(JP,A) 特開 昭58−71360(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22C 38/00 - 38/60

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】C:0.2wt%以下、Si:2.0〜
    2.6wt%、Mn:3.0wt%以下、Ni:10.
    0〜14.0wt%、Cr:16.0〜18.0wt
    %、Mo:1.7〜3.0wt%,Nb:0.1〜1.
    0wt%を含有し、残部鉄および不可避不純物(P,
    S,N,Oなど)の組成から成る耐食性及び内部品質に
    優れたオーステナイト系ステンレス鋳鋼。
  2. 【請求項2】C:0.2wt%以下、Si:2.0〜
    2.6wt%、Mn:3.0wt%以下、Ni:10.
    0〜14.0wt%、Cr:16.0〜18.0wt
    %、Mo:1.7〜3.0wt%,Nb:0.1〜1.
    0wt%を含有し、残部鉄および不可避不純物(P,
    S,N,Oなど)の組成からなり、且つ、図1の斜線内
    に示す範囲に、Ni、C、Mn,N,Cr、Mo,S
    i、Nbを制御したことを特徴とする耐食性及び内部品
    質に優れたオーステナイト系ステンレス鋳鋼。
  3. 【請求項3】C:0.025〜0.050wt%、S
    i:2.40〜2.60wt%、Mn:0.9〜2.0
    wt%、Ni:10.0〜10.5wt%、Cr:1
    7.0〜18.0wt%、Mo:2.1〜2.3wt
    %、Nb:0.1〜0.7wt%を含有し、残部鉄およ
    び不可避的不純物(P,S,N,Oなど)の組成からな
    り、且つ、図1の斜線内に示す範囲に、Ni、C、M
    n,N,Cr、Mo,Si、Nbを制御したことを特徴
    とする耐食性及び内部品質に優れたオーステナイト系ス
    テンレス鋳鋼。
  4. 【請求項4】請求項3の組成を有する鋼を溶鉱炉にて溶
    解し、鋼中のフェライト量を5〜40%に調整した後
    に、鋳型に鋳込むことを特徴とする耐食性及び内部品質
    に優れたオーステナイト系ステンレス鋳鋼の製造方法。
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