JP3525014B2 - 耐応力腐食割れ性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼 - Google Patents

耐応力腐食割れ性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼

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JP3525014B2 JP24228096A JP24228096A JP3525014B2 JP 3525014 B2 JP3525014 B2 JP 3525014B2 JP 24228096 A JP24228096 A JP 24228096A JP 24228096 A JP24228096 A JP 24228096A JP 3525014 B2 JP3525014 B2 JP 3525014B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば石油焚き温
水器や電気温水器等に使用される部品のように、優れた
耐応力腐食割れ性を要求される用途に適用し有用な、耐
応力腐食割れ性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼
に関する。
【0002】
【従来の技術】温水器用材料としては、応力腐食割れの
生じにくいフェライト系ステンレス鋼であるSUS44
4が一般的に使用されている。ところが、このSUS4
44はフェライト系ステンレス鋼であるため、加工性、
溶接性が悪いという問題があった。一方、SUS304
に代表されるオーステナイト系ステンレス鋼では、加工
性、溶接性は良好であるものの、応力腐食割れを起こす
という問題があった。
【0003】従来、こうした温水器材料としての問題に
鑑み、オーステナイト系ステンレス鋼については、耐応
力腐食割れ性を改善する研究がなされたきた。一般に、
耐応力腐食割れ性向上には、Ni量の増加、PおよびNの
低減が有効であることが知られている。しかし、Niは高
価な金属であるから、このNi量の増加はコストアップに
つながる。一方、PおよびNを応力腐食割れに対して無
害となるレベルにまで低減しようとすると、特別な精錬
法を必要としてやはり製造コストが著しく上昇するとい
う問題点があった。このような問題点に対しては、Si,
Cu,W,Mo,Al,La等の耐応力腐食割れ改善成分を添加
することが有効であるといった報告がある。しかしなが
ら、試験液の種類、手法などの試験条件によっては、添
加すべき合金化元素の作用効果が異なり、そのために耐
応力腐食割れ性改善に対するたしかな解決手段というの
は、現在までのところ確立されていないのが実情であ
る。
【0004】こうした、従来技術の現状にあって、特開
昭49−107908号公報には、Cu,Si,Mo含有オーステナイ
ト系ステンレス鋼を開示している。ただし、Siの添加
は、オーステナイト系ステンレス鋼の特徴である溶接性
を害することになるし、また、Cu,Si,Moはいずれもフ
ェライト安定化元素であるために、オーステナイトを安
定化させるためには高価なNiの含有量を増やさなくては
ならず、コストアップにつながるといった別の問題点が
あった。
【0005】また、特開昭54−76410 号公報では、Nb,
V,Al含有オーステナイト系ステンレス鋼を開示してお
り、特開平3−104842号公報では、Si,Cu,Al含有オー
ステナイト系ステンレス鋼を開示している。しかしなが
ら、これらの提案技術においては、フェライト安定元素
であるNb,Al,Siを制御することにしているため、上述
したように、オーステナイト安定化のためのNi含有量を
増やさなくてはならず、これが製品のコストアップにつ
ながるといった同じような問題点があった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】一般に、加工性、溶接
性の優れたステンレス鋼を得るには、オーステナイト組
織を持たなくてはならないことはよく知られている。と
ころで、耐応力腐食割れ向上のため、Si,Mo,Nb,Al等
を添加すると、これらの元素はフェライト安定化元素で
あるため、オーステナイト安定化のため、Ni,C,Mnを
添加しなければならない。ところが、C,Mnに関しては
耐食性、成形性の観点から限界があるため、どうしても
高価なNiを用いなければならず、コストアップにつなが
るという問題点を避けることができない。
【0007】そこで、本発明の目的は、上記のような従
来技術が抱えている課題を解決することにあり、とくに
熱間加工性や溶接性を犠牲にすることなく耐応力腐食割
れ性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼を提供する
ことにある。本発明の他の目的は、Cu,Si,Mo含有鋼に
おいて、Niの含有量を増加することなく耐応力腐食割れ
性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼を安価に提供
することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上掲の目的を実現するた
めに鋭意研究した結果、発明者らは、フェライトの安定
化阻止に有効なCu添加鋼に着目し、この鋼をベースとし
て耐応力腐食割れ性に有害なN量を低減し、かつ鋼中の
固溶N量をAlの添加によってAlNとして析出させること
で、耐応力腐食割れ性を改善するという方法に想到し
た。その上、本発明では、フェライト安定化元素として
はAlの添加だけにとどめることにより、Ni含有量の低減
と耐応力腐食割れ性の改善を図り、しかも、上記Alにつ
いてはさらにAl/N比で制御するという方法の採用によ
り、さらに耐応力腐食割れを向上させるという合金設計
思想にもとづき、本発明を完成した。すなわち、このよ
うな考え方の下に開発した本発明は、
【0009】(1) C:0.01〜 0.1wt%,Si: 2.0wt%以
下,Mn: 3.0wt%以下,Ni: 6.0〜12.0wt%,Cr:15.0
〜19.0wt%,Cu: 1.0〜 4.0wt%,P: 0.045wt%以
下,S:0.010wt%以下,Al: 0.5〜 2.5wt%および
N:0.08wt%以下含有し、そしてAlおよびNは、下記
式;10≦Al/N≦80の関係を満たして含有し、かつ残部
がFeおよび不可避的不純物からなる耐応力腐食性の優れ
たオーステナイト系ステンレス鋼である。
【0010】(2) また、本発明は、C:0.01〜 0.1wt
%,Si: 2.0wt%以下,Mn: 3.0wt%以下,Ni: 6.0〜
12.0wt%,Cr:15.0〜19.0wt%,Cu: 1.0〜 4.0wt%,
Mo: 3.0wt%以下、P:0.045wt%以下,S: 0.010wt
%以下,Al: 0.5〜 2.5wt%およびN:0.08wt%以下含
有し、そしてAlおよびNは、下記式;10≦Al/N≦80の
関係を満たして含有し、かつ残部がFeおよび不可避的不
純物からなる耐応力腐食性の優れたオーステナイト系ス
テンレス鋼を提案する。
【0011】なお、本発明は、U−ベンド(試験体)を
35% MgCl2沸騰溶液中に浸漬し、その浸漬後の割れ発生
時間が10時間以上であるオーステナイト系ステンレス鋼
を提供するものである。
【0012】
【発明の実施の形態】本発明において、熱間加工性や溶
接性を犠牲にすることなく耐応力腐食割れ性を改善する
のに有効な成分組成の範囲について、以下に説明する。 C:0.01〜 0.1wt% Cは、オーステナイト形成元素であり、少なくとも0.01
wt%の添加が必要である。好ましくは0.03wt%以上とす
る。しかし、このC含有量が0.10wt%を越えると、粒界
腐食感受性を高めることになるので、上限は 0.1wt%、
好ましくは0.08wt%とする。
【0013】Si: 2.0wt%以下 Siは、有効な脱酸材であり、製鋼工程には不可欠な成分
であると共に耐応力腐食割れ性に対して有効な元素であ
る。好ましくは 0.1wt%、より好ましくは 0.3wt%の添
加が必要である。しかし、 2.0wt%以上添加すると熱間
加工性を阻害するとともに、フェライトを安定化する元
素であるので、上限は 2.0wt%とする。
【0014】Mn: 3.0wt%以下 Mnは、脱酸材および脱硫剤として作用すると共に、オー
ステナイトを安定させる元素であるが、多量に添加する
と耐食性の劣化を招くので、上限を 3.0wt%、好ましく
は 2.0wt%とする。
【0015】Ni: 6.0〜12.0wt% Niは、オーステナイトを安定させる元素であると共に、
耐応力腐食割れ性に有効な元素であり、 6.0wt%の添加
は必要である。しかし、高価な元素であるため、上限は
12.0wt%とする。好ましくは、 7.0〜10.0wt%とする。
【0016】Cr:15.0〜19.0wt% Crは、耐食性向上に有利に作用する元素であり、15.0wt
%、好ましくは16.0wt%の添加が必要である。しかし、
あまり多量に添加すると、δフェライトの生成を招き熱
間加工性を阻害するので、上限は19.0wt%、好ましくは
18.0wt%とする。
【0017】Cu: 1.0〜 4.0wt% Cuは、オーステナイトの安定化に有効な元素であり、耐
応力腐食割れ性の改善に有効である。従って、少なくと
も 0.5wt%、好ましくは 2.0wt%の添加が必要である。
しかし、あまり多量に添加すると、熱間加工性を劣化さ
せるので、上限は 4.0wt%、好ましくは 3.0wt%とす
る。
【0018】Mo: 3.0wt%以下 Moは、耐食性向上に有利な元素であるが、高価でかつ多
量に添加するとδフェライトの生成を招き熱間加工性を
阻害するので、上限を 3.0wt%、好ましくは 1.0wt%以
下とする。
【0019】P: 0.045wt%以下 Pは、耐応力腐食割れ性に有害な元素であり、この量が
多いのは好ましくないので 0.045wt%を上限とする。
【0020】S: 0.010wt%以下 Sは、鋼中のMnと硫化物を形成し、耐孔食性や耐すきま
腐食性に有害なので低い方が良く上限を 0.010wt%とす
る。
【0021】Al: 0.5〜 2.5wt%Alは、Nと結合しAlN
を形成することで、耐応力腐食割れ性を劣化させる固溶
Nを固着する作用があり、耐応力腐食割れ性向上に有効
な元素である。そのためには 0.5wt%の添加が必要で
ある。しかし、 2.5wt%以上添加するとδフェライトを
生成して熱間加工性を劣化させるため、上限は 2.5wt
%、好ましくは 1.0wt%とする。
【0022】N:0.08wt%以下 Nは、耐応力腐食割れ性を劣化させるので少ない方が良
いが、製造コストを考慮して上限を0.08wt%以下、好ま
しくは0.05wt%、より好ましくは0.02wt%とする。
【0023】次に、本発明においては、熱間加工性や溶
接性を阻害することなく、耐応力腐食割れ性を向上させ
るには、単に上述した各成分組成を制御するだけでは不
十分である。とくに、Al還元能力のあるNとの関係を規
定することが必要である。そこで、本発明においては、
このAl/N比を10〜80の範囲に制御することにした。こ
のAl/N比が10未満ではNの固着が不十分で固溶Nによ
り耐応力腐食割れ性が劣化する。一方このAl/N比が80
を越えると粗大なAlN介在物が生成し、熱間圧延時の耳
割れや表面疵を多発する。
【0024】
【実施例】表1に示す化学組成を有する10kg鋼塊を溶製
し、熱間圧延と冷間圧延により厚さ 1.0mmの冷延鋼板を
供試材として用い、U−ベンドを作製し、35% MgCl2
騰溶液中に浸漬して、浸漬後の割れ発生時間を測定する
ことで耐応力腐食割れ性を評価した。なお、熱間加工性
については、10kg鋼塊から試験片を切り出し、その試験
片を、高速引張試験機にて、次の条件:即ち、1250℃×
1分保持した後10℃/秒で1000℃まで冷却し、30秒保持
してから 100mm/秒の速度で引張試験を行い、その引張
試験後の断面収縮率にて評価した。
【0025】
【表1】
【0026】表1に示すとおり、本発明鋼については、
応力腐食割れ発生時間がいずれも10時間以上を示し、熱
間加工性に優れることがわかった。一方、CuあるいはAl
を含まない比較例F〜I、およびAl/N比が10未満の比
較例J,Kは、応力腐食割れ発生時間がいずれも9時間
以内で、耐応力腐食割れ性が劣ることがわかった。ま
た、比較例Lは、Al/N比が80を越え、比較例MはCuが
4.0%を越えているため、熱間加工性が悪いという結果
を示した。
【0027】
【発明の効果】以上のことから明らかなように、本発明
によれば、Ni含有量をSUS304なみに抑えた状態で
も、熱間加工性や溶接性を劣化させることなく耐応力腐
食割れ性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼を得る
ことができる。従って、石油焚き温水器や電気温水器の
部品等の応力腐食割れ性の問題となる分野において本発
明鋼の存在は極めて有効である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平9−324246(JP,A) 特開 昭49−130309(JP,A) 特開 昭49−107908(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22C 38/00 - 38/60

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】C:0.01〜 0.1wt%,Si: 2.0wt%以下,
    Mn: 3.0wt%以下,Ni: 6.0〜12.0wt%,Cr:15.0〜1
    9.0wt%,Cu: 1.0〜 4.0wt%,P: 0.045wt%以下
    S: 0.010wt%以下Al: 0.5〜 2.5wt%およびN:0.08
    wt%以下含有し、そしてAlおよびNは、下記式; 10≦Al/N≦80の関係を満たして含有し、かつ残部がFe
    および不可避的不純物からなる耐応力腐食性の優れたオ
    ーステナイト系ステンレス鋼。
  2. 【請求項2】C:0.01〜 0.1wt%,Si: 2.0wt%以下,
    Mn: 3.0wt%以下,Ni: 6.0〜12.0wt%,Cr:15.0〜1
    9.0wt%,Cu: 1.0〜 4.0wt%,Mo: 3.0wt%以下、
    P: 0.045wt%以下S: 0.010wt%以下Al: 0.5〜 2.5
    wt%およびN:0.08wt%以下含有し、そしてAlおよびN
    は、下記式; 10≦Al/N≦80の関係を満たして含有し、かつ残部がFe
    および不可避的不純物からなる耐応力腐食性の優れたオ
    ーステナイト系ステンレス鋼。
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