JP3720223B2 - Duplex stainless steel excellent in heat fatigue resistance, corrosion fatigue resistance, drilling workability, etc. - Google Patents

Duplex stainless steel excellent in heat fatigue resistance, corrosion fatigue resistance, drilling workability, etc. Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、製紙用サクションロール材等として有用な耐熱疲労性および耐腐食疲労性等に優れたフェライト−オーステナイト二相ステンレス鋼およびサクションロール胴部材に関する。
【0002】
【従来の技術】
製紙用サクションロールは、抄紙された湿潤紙の脱水処理に使用される多孔ロールであり、そのロール胴部は湿潤紙から分離される水分、所謂「白水」(Cl,SO 2−等を含む強酸性腐食液)を吸引排除するための小孔「サクションホール」(開孔率≒20〜50面積%,ロール1本当たりの孔数は数十萬個にも及ぶ)が分散穿設された中空円筒体である。ロール胴部の表面には湿潤紙から水分を搾出するプレスロールの強い押圧力(ニップ圧)が作用する。サクションロールはこのように厳しい腐食環境に曝され、かつ荷重の負荷も大きいため、腐食疲労によるクラックを生じ易いことが問題とされてきた。この問題は、二相ステンレス材料をベースとする材質改良、特に腐食疲労強度を高めることにより対処されてきた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
近年、抄紙速度の高速化に伴い、サクションロールの実機使用上の新たな問題として、サクションボックスのシール材とロール胴部との接触界面の摩擦熱で、ロール胴部の内面温度が、例えば300〜350℃に上昇し、熱サイクルに伴う熱疲労によりロール胴部にクラックが生じ易くなっていることが指摘されている。図1において、1はサクションロールの胴部、3はその内部に配置されているサクションボックスである。サクションボックスは、シール材3(フェノール樹脂又はグラファイト製等の部材)を介してロール胴部1の内周面に当接している。フェルト4に保持された湿潤紙5はロールの回転周速度に同期してサクションロール1とプレスロール2とのロール間を通過し、搾出される水分は、サクションホール1を介してサクションボックス3の吸引作用により排除される。
【0004】
前記したシール材3の摩擦による発熱は、シール材に対する潤滑水の供給不足、ロール内周面に対するシール材の過度の押付け等、メンテナンスの問題に主として起因している。しかし、抄紙速度の高速化に伴う上記問題を防止するための完全なメンテナンスを確保することは困難であり、シール材の擦れの危険性はますます高まり、サクションロールの熱疲労によるクラック発生・ロール寿命の低下に対処し得る新たなロール材料が要請されている。
本発明は、上記要請に応えるための改良された熱疲労性を有し、またCr,Mo,Niなどの高価かつ希少の元素を節減して経済性を高め、かつサクションロールの製作における良好なドリル加工性を具備せしめた二相ステンレス鋼を提供するものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明のフェライト−オーステナイト二相ステンレス鋼は、
重量%で、C:0.05%以下,Si:0.1〜2.0%,Mn:0.1〜2.0%,Cr:20.0〜23.0%,Ni:3.0〜3.9%,Mo;0.5〜0.96%,Cu:0.2〜1.0%,W:0.1〜2.0%,N:0.05〜0.2%を含有すると共に、下式[1]を満たし、所望により、Ti:0.5%以下,Nb:0.5%以下,V:1.0%以下,Al:0.5%以下,Zr:0.5%以下,B:0.5%以下,希土類元素:0.2%以下、Co:1.0%以下,Ta:1.0%以下,Bi:1.0%以下の群から選ばれる1種ないし2種以上の元素を含有し、残部はFおよび不可避不純物からなる化学組成を有し、ミクロ組織に占めるフェライト含有量(%α)は45〜80面積%である。
%Cr+3.3×%Mo+16×%N ≦28(%) …[1]
【0006】
二相ステンレス鋼において、Cr,Mo等の元素は腐食抵抗性に大きな影響を与え、一般的にその含有量が多いほど腐食抵抗性を高めるといわれている。しかし、これらは高価かつ希少な元素であり、またその添加量(いずれもフェライトフォーマである)を高くすると、成分バランスの点から、同じく希少元素であるNi(オーステナイトフォーマー)の添加量を増やす必要が生じる。更に、これらの元素の増量はドリル加工性の低下にもつながる。本発明はこれら希少元素を節減しながら、改良された耐熱疲労性,耐腐食疲労特性および良好なドリル加工性等を具備せしめている。
【0007】
まず、本発明の化学組成の限定理由を説明する。元素の含有量(%)はすべて重量基準である。
C:0.05%以下
Cは、固溶強化作用により合金の強度を高めるが、含有量が多くなると、クロム炭化物の析出により、靭性の低下および耐食性の劣化をきたす。従って0.05%を超えてはならない。
【0008】
Si:0.1〜2.0%
Siは、合金溶製時の脱酸剤であり、また鋳造時の溶湯の湯流れ性を改善する元素である。このために、少なくとも0.1%を必要とするが、多量に添加すると、合金の靭性および溶接性の低下を招くので、2.0%を上限とする。
Mn:0.1〜2.0%
Mnは、脱酸・脱硫元素として添加される。この効果を得るには、0.1%以上を要するが、2.0%を超えると、耐食性の低下をきたすので、これを上限とする。
【0009】
Cr:20.0〜23.0%
Crは、ミクロ組織におけるフェライト相を形成し、合金の強度を高める。また、合金の耐食性、特に孔食および粒界腐食抵抗性を高めるために必要な元素である。このため、少なくとも20.0%の含有を必要とする。しかし,多量に添加すると、靭性および溶接性が低下するので、23.0%を上限とする。
【0010】
Ni:3.0〜3.9%
Niは、強力なオーステナイト生成元素で、ミクロ組織におけるフェライト−オーステナイトのバランスをとるために必要な元素であり、オーステナイト相を形成して合金の靭性を高める。このために少なくとも3.0%の含有を必要とする。しかし、Niは高価な元素であり、3.9%を上限とする。
【0011】
Mo:0.5〜 . 96
Moは耐食元素であり、特に耐孔食性,耐粒界腐食性の改善に有効である。この効果は0.5%以上の添加により得られる。しかし、該元素はNiと同様に高価な元素であり、また増量に伴なって合金の靭性の低下を付随するので、 . 96%以下とする。
【0012】
Cu: . 2〜1.0%
Cuは、耐食性,粒界腐食抵抗性を改善する。しかし、2.0%を超えると、靭性、延性の不足をきたし、また耐食性も低下するので、これを越えてはならない。好ましくは、0.2〜1.0%である。
【0013】
W:0.1〜2.0%
Wは耐食性改善効果を有し、またフェライト相を固溶強化して熱疲労特性の向上に寄与する。この効果を得るために、0.2%以上を必要とする。しかし、過度の添加は、合金の靭性を損ない、かつ耐食性,腐食疲労強度の低下を招くので、2.0%を越えてはならない。
【0014】
N:0.05〜0.2%
Nは、オーステナイト生成元素であり、かつオーステナイト相に対するCr,Mo等の耐食元素の分配率を増し、合金の耐食性を高める。また、後記のようにフェライト粒内及び粒界に窒化クロムを微細析出することにより、熱疲労損傷に対する抵抗性の強化に寄与する。このためには、少なくとも0.05%を必要とする。0.2%を超えると、鋳造材に引け巣を生じ易くなり、またミクロ組織のフェライト相とオーステナイト相のバランスが損なわれる。好ましくは、0.1〜0.2%である。
【0015】
本発明の合金は、所望によりTi,Nb,V,Al,Zr,B,希土類元素(REM),Co,Ta,Biの1種ないし2種以上の元素が添加される。
Ti,Nb,V,Al,Zr,B,REM(Y,La,Ce,Sm等):
これらの各元素は、微量の添加により、結晶粒を微細化し合金の強度を高める。またドリル加工性の改善効果を有する。多量の添加は経済性を損なうだけでなく、靭性の低下等を招く。このため、Ti≦0.5%,Nb≦0.5%,V≦1.0%,Al≦0.5%,Zr≦0.5%,B≦0.5%,REM≦0.2%、にそれぞれ制限すべきである。
【0016】
Co,Ta:耐食性改善効果を有する。添加量は、Co≦1.0%,Ta≦1.0%である。これを越える添加は無駄であり、また増量に伴ってドリル加工性の低下を招く。
Bi:ドリル加工性の改善効果を有する。この効果は1.0%以下の添加により得られ、これを越える添加は経済性を損なう。
【0017】
[1] 式: %Cr+3.3×%Mo+16×%N≦28(%)
Cr,MoおよびNの含有量はドリル加工性に影響を与える。ドリル加工性は、[1]式の値が低いほど良好となり、その値が28以下となるようにこれら元素の含有量を相互調整することにより、良好なドリル加工性を確保し得ることが判明した。
【0018】
フェライト含有量α):45〜80面積%
ミクロ粗組織(フェライト−オーステナイト二相組織)に占めるフェライト相の量比(面積%)を45〜80%とするのは、両相のバランス効果として、強度および靭性を兼備せしめると共に、腐食疲労強度を高め、かつドリル加工性を良好ならしめるためである。フェライト量がこれに満たないと、強度の不足、ドリル加工性の低下をきたす。フェライト量比の増加は腐食疲労強度を高める点で有利であるが、80%を越えると、靭性の低下が大きくなる。
【0019】
本発明の二相ステンレス鋼は、好ましくは下記[2]式で示される成分調整が付加される。
フェライト含有量α)≧0.2×(%Cr/%N)+25 …[2]
これは、ミクロ組織のフェライト粒内および粒界を、窒化クロムの微細析出より強化し、熱疲労損傷に対する抵抗性を増強するための成分調整を規定したものである。
【0020】
すなわち、フェライトとオーステナイトとは、異なる熱膨張率(オーステナイトの熱膨張率>フェライトの熱膨張率)を有するため、サクションロールの実機使用において、胴部内面がサクションボックスのシール材の摩擦により昇温する過程では、オーステナイト粒に圧縮、フェライト粒に引張りの微視的な熱応力が発生し、冷却過程ではオーステナイト粒に引張り、フェライト粒に圧縮の熱応力が負荷される。ロールの回転に伴う昇温・降温の繰り返しにより、この圧縮/引張りの熱応力が反転しつつ繰り返し負荷される。また粒界には、剪断の熱応力が重畳作用する。
【0021】
このような粒界およびフェライト粒に対する熱応力の繰り返しに起因して破壊が始まり、その初期過程で発生したマイクロクラックが漸次結合・成長して部材の破損に到る。上記[2]式を満たすことにより、鋳造材の溶体化熱処理における緩徐の冷却過程で窒化クロムが析出し、フェライト粒および粒界が強化される効果として、耐熱疲労性をより高めることが可能となる。
【0022】
鋳造材の溶体化熱処理:
本発明の二相ステンレス鋼は、鋳造組織中の炭化物の固溶、ミクロ偏析の解消・均質化のための溶体化熱処理が施される。この熱処理は、温度900〜1100℃(α-γ二相温度域)に適当時間(約1Hr/肉厚1インチ)加熱保持した後、5℃/分以下の緩徐の冷却(炉中冷却)を行うことにより達成される。
【0023】
溶体化加熱温度を900℃以上とするのは、炭化物の十分な固溶、均質化を行わせるためであり、またこれより低温域ではシグマ相の生成・脆化の危険を伴なう。上限温度を1100℃とするのは、これを越える高温加熱とする利益はなく、熱経済の無駄、炉のメンテナンスの負担増をきたすほか、高温化に伴いフェライト−オーステナイトの量比のバランス損なわれるからである。
溶体化温度からの冷却速度を5℃/分以下(5℃/分を除く)に制限しているのは、残留応力をできるだけ少なくするためである。この緩徐の冷却による残留応力の低減、および前述の窒化クロムの析出によるフェライト粒及び粒界の強化により、改良された熱疲労性が与えられる。なお、冷却速度は、0.5℃/分より低くする利益はなく、生産性等の点から、これを下限とするのが適当である。
【0024】
本発明の二相ステンレス鋼からなる製紙用サクションロールのロール胴部材は、遠心力鋳造により中空円筒体を得、上記溶体化熱処理を施し、ドリル加工によるサクションホールの穿設、仕上げ加工を施すことにより製造される。
【0025】
【実施例】
表1に示す化学組成及び組織を有する遠心力鋳造管材に溶体化熱処理を施して供試材とする。溶体化熱処理は、加熱炉中、1030℃に2Hr加熱保持した後、炉中冷却(冷却速度:約2℃/分)することにより行った。供試管サイズ(機械加工後)は外径250,肉厚50,長さ250(mm)である。
各供試材の物性を表2に示す。
【0026】
[腐食試験]
ASTM G48A法に準拠して孔食減量(g/mh)を測定。
腐食試験液:塩化第二鉄溶液(濃度6%,液温50℃)
試験時間:72Hr
【0027】
[腐食疲労試験]
小野式回転曲げ疲労試験機により、下記試験条件下に腐食疲労破壊に到る反復回数(破断回数)を測定。
試験片:JIS Z2274 1号(平行部φ10×35L)
腐食液(TAPPI II):Cl1000ppm,SO 2−1000ppm,pH 3.5
曲げ応力:300MPa
【0028】
[熱疲労試験]
試験体の加熱・冷却を反復し、クラックが発生するまでの昇・降温の反復回数により耐熱疲労性を評価する。加熱昇温は、試験体の内側面を高周波加熱コイルで加熱することにより、冷却降温は外側面を冷却水パイプを介して強制冷却することにより行った。
試験体:中空円筒体(外径250×肉厚50×長さ250,mm)
最高温度:400℃
最低温度:50℃
昇温速度:1℃/秒
降温速度:1℃/秒
【0029】
[ドリル加工性試験]
下記の穴あけ加工における刃先摩耗量(mm)に基づいて加工性を評価する。
ドリル:ガンドリル(超硬合金,ドリル径4.0mm)
切削長さ:10m
回転速度:4500rpm
送り速度:60mm/分
切削油圧力:50kg/cm
【0030】
表1および2に示したように、比較例No.101〜103は、本発明の化学組成,[1]式,又はフェライト量の規定を充足しないために、強度,熱疲労特性が著しく低く、かつNo.101は腐食疲労特性、No.102は耐衝撃性、No.103は耐食性および腐食疲労特性において劣っている。また、いずれもドリル加工性に劣る。
他方、本発明は、強度、延靭性、耐食性、熱疲労特性,腐食疲労特性,ドリル加工性等の改良された諸特性を具備している。
【0031】
【表1】

Figure 0003720223
【0032】
【表2】
Figure 0003720223
【0033】
【発明の効果】
本発明の二相ステンレス鋼は、強度,靭性等の機械的性質、耐食性,耐腐食疲労性,耐熱疲労性等に優れていると共に、良好なドリル加工性を有し、製紙機サクションロール等の腐食と機械的応力が重畳作用する使用環境に供される部材料として好適である。殊に、サクションロール材として、抄紙速度の高速化に伴うロール胴部材の熱疲労の問題に効果的に対処することを可能とするものであり、しかもNi,Mo等の高価な元素を節減された成分構成を有していることにより、経済性にも優れている。
【図面の簡単な説明】
【図1】製紙工程におけるサクションロール部を示す断面説明図である。
【符号の説明】
1:サクションロール胴部
:サクションホール
2:プレスロール
3:サクションボックス
:シール材
4:フェルト
5:湿潤紙[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a ferritic-austenitic duplex stainless steel and a suction roll body member that are excellent in heat fatigue resistance and corrosion fatigue resistance useful as a papermaking suction roll material.
[0002]
[Prior art]
The papermaking suction roll is a porous roll used for the dehydration treatment of the wet paper that has been made, and its roll body contains water separated from the wet paper, so-called “white water” (Cl , SO 4 2−, etc.). Small holes “suction holes” (opening ratio ≈ 20 to 50 area%, the number of holes per roll reaches several tens of liters) are distributed and drilled. A hollow cylinder. A strong pressing force (nip pressure) of a press roll that squeezes moisture from wet paper acts on the surface of the roll body. Since the suction roll is exposed to such a severe corrosive environment and has a large load, it has been a problem that cracks due to corrosion fatigue are likely to occur. This problem has been addressed by material improvements based on duplex stainless steel materials, particularly by increasing the corrosion fatigue strength.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In recent years, with the increase in papermaking speed, as a new problem in the actual use of the suction roll, the inner surface temperature of the roll body is, for example, 300 by frictional heat at the contact interface between the seal material of the suction box and the roll body. It has been pointed out that the temperature rises to 350 ° C., and cracks are likely to occur in the roll body due to thermal fatigue associated with the thermal cycle. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a body portion of the suction roll, and 3 denotes a suction box disposed therein. The suction box 3 is in contact with the inner peripheral surface of the roll body 1 via a sealing material 3 1 (a member made of phenol resin or graphite). The wet paper 5 held by the felt 4 passes between the suction roll 1 and the press roll 2 in synchronism with the rotational peripheral speed of the roll, and the squeezed moisture passes through the suction hole 11 to the suction box 3. It is eliminated by the suction action.
[0004]
Heat generated by the friction of the sealing member 3 1, insufficient supply of lubricating water for the sealing material, such as pressing of excessive sealant against the roll periphery is due mainly to maintenance issues. However, it is difficult to ensure complete maintenance to prevent the above-mentioned problems associated with higher papermaking speed, and the risk of rubbing of the sealing material is increasing. There is a need for new roll materials that can cope with reduced life.
The present invention has improved thermal fatigue to meet the above requirements, saves expensive and rare elements such as Cr, Mo, Ni, etc., improves economy, and is good in manufacturing a suction roll. The present invention provides a duplex stainless steel having drillability.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The ferrite-austenite duplex stainless steel of the present invention is
By weight, C: 0.05% or less, Si: 0.1-2.0%, Mn: 0.1-2.0%, Cr: 20.0-23.0%, Ni: 3.0 3.9%, Mo; 0.5-0.96%, Cu: 0.2-1.0%, W: 0.1-2.0%, N: 0.05-0.2% And satisfying the following formula [1], Ti: 0.5% or less, Nb: 0.5% or less, V: 1.0% or less, Al: 0.5% or less, Zr: 0 0.5% or less, B: 0.5% or less, rare earth element: 0.2% or less, Co: 1.0% or less, Ta: 1.0% or less, Bi: 1.0% or less It contains one or more elements and the balance has a chemical composition consisting of Fe and inevitable impurities , and the ferrite content (% α) in the microstructure is 45 to 80 area%.
% Cr + 3.3 ×% Mo + 16 ×% N ≦ 28 (%) [1]
[0006]
In duplex stainless steel, elements such as Cr and Mo have a great influence on corrosion resistance, and it is generally said that the greater the content, the higher the corrosion resistance. However, these are expensive and rare elements, and if the amount of addition (both are ferrite formers) is increased, the amount of addition of Ni (austenite former), which is also a rare element, is increased from the viewpoint of component balance. Need arises. Furthermore, an increase in these elements leads to a decrease in drill workability. The present invention is provided with improved heat fatigue resistance, corrosion fatigue resistance characteristics, good drill workability and the like while reducing these rare elements.
[0007]
First, the reasons for limiting the chemical composition of the present invention will be described. All element contents (%) are based on weight.
C: 0.05% or less C increases the strength of the alloy by the solid solution strengthening action, but if the content increases, precipitation of chromium carbide causes a decrease in toughness and a deterioration in corrosion resistance. Therefore, it should not exceed 0.05%.
[0008]
Si: 0.1 to 2.0%
Si is a deoxidizer during melting of the alloy, and is an element that improves the flow of molten metal during casting. For this reason, at least 0.1% is required, but if added in a large amount, the toughness and weldability of the alloy are reduced, so 2.0% is made the upper limit.
Mn: 0.1 to 2.0%
Mn is added as a deoxidizing / desulfurizing element. In order to obtain this effect, 0.1% or more is required. However, if it exceeds 2.0%, the corrosion resistance is lowered, so this is the upper limit.
[0009]
Cr: 20.0-23.0%
Cr forms a ferrite phase in the microstructure and increases the strength of the alloy. Further, it is an element necessary for enhancing the corrosion resistance of the alloy, particularly pitting corrosion resistance and intergranular corrosion resistance. For this reason, content of at least 20.0% is required. However, if added in a large amount, the toughness and weldability deteriorate, so 23.0% is made the upper limit.
[0010]
Ni: 3.0 to 3.9%
Ni is a strong austenite generating element and is an element necessary for balancing the ferrite-austenite in the microstructure, and forms an austenite phase to increase the toughness of the alloy. For this purpose, a content of at least 3.0% is required. However, Ni is an expensive element, and the upper limit is 3.9%.
[0011]
Mo:. 0.5~ 0 96%
Mo is a corrosion-resistant element and is particularly effective in improving pitting corrosion resistance and intergranular corrosion resistance. This effect is obtained by adding 0.5% or more. However, it said element is an expensive element similarly to Ni, and because it accompanied the increase in the attendant deterioration of toughness of the alloy, and 0.96% or less.
[0012]
Cu:. 0 2~1.0%
Cu improves corrosion resistance and intergranular corrosion resistance. However, if it exceeds 2.0%, the toughness and ductility will be insufficient, and the corrosion resistance will be lowered, so this should not be exceeded. Preferably, it is 0.2 to 1.0%.
[0013]
W: 0.1 to 2.0%
W has an effect of improving corrosion resistance, and contributes to improvement of thermal fatigue characteristics by solid solution strengthening of the ferrite phase. In order to obtain this effect, 0.2% or more is required. However, excessive addition impairs the toughness of the alloy and causes a decrease in corrosion resistance and corrosion fatigue strength, so it should not exceed 2.0%.
[0014]
N: 0.05-0.2%
N is an austenite-forming element and increases the distribution rate of corrosion-resistant elements such as Cr and Mo with respect to the austenite phase, thereby enhancing the corrosion resistance of the alloy. Further, as described later, fine precipitation of chromium nitride in the ferrite grains and in the grain boundaries contributes to the enhancement of resistance to thermal fatigue damage. This requires at least 0.05%. If it exceeds 0.2%, shrinkage cavities are likely to occur in the cast material, and the balance between the ferrite phase and austenite phase of the microstructure is impaired. Preferably, it is 0.1 to 0.2%.
[0015]
The alloy of the present invention is optionally added with one or more elements of Ti, Nb, V, Al, Zr, B, rare earth elements (REM), Co, Ta, Bi.
Ti, Nb, V, Al, Zr, B, REM (Y, La, Ce, Sm, etc.):
Each of these elements is added in a small amount to refine crystal grains and increase the strength of the alloy. It also has the effect of improving drill workability. Addition of a large amount not only impairs economic efficiency, but also causes a decrease in toughness. Therefore, Ti ≦ 0.5%, Nb ≦ 0.5%, V ≦ 1.0%, Al ≦ 0.5%, Zr ≦ 0.5%, B ≦ 0.5%, REM ≦ 0.2 %, Respectively.
[0016]
Co, Ta: Has an effect of improving corrosion resistance. Addition amounts are Co ≦ 1.0% and Ta ≦ 1.0%. Addition exceeding this amount is useless, and as the amount increases, drill workability decreases.
Bi: Has an effect of improving drill workability. This effect is obtained by addition of 1.0% or less, and addition exceeding this impairs economic efficiency.
[0017]
[1] Formula:% Cr + 3.3 ×% Mo + 16 ×% N ≦ 28 (%)
The content of Cr, Mo and N affects the drill workability. The drilling workability becomes better as the value of the formula [1] is lower, and it has been found that good drill workability can be secured by mutually adjusting the contents of these elements so that the value is 28 or less. did.
[0018]
Ferrite content ( % α): 45 to 80 area%
The amount ratio (area%) of the ferrite phase occupying the micro-rough structure (ferrite-austenite two-phase structure) is 45 to 80%. In addition to the balance effect of both phases, the strength and toughness are combined and the corrosion fatigue strength This is to improve the drilling workability and the drilling workability. If the amount of ferrite is less than this, the strength is insufficient and the drillability is lowered. An increase in the ferrite content ratio is advantageous in terms of increasing the corrosion fatigue strength, but if it exceeds 80%, the decrease in toughness increases.
[0019]
The duplex stainless steel of the present invention is preferably added with a component adjustment represented by the following formula [2].
Ferrite content ( % α) ≧ 0.2 × (% Cr /% N) +25 ... [2]
This ferrite grains and grain boundaries of the microstructure, in which more strengthens the fine precipitation of chromium nitride, defining the component adjustment for enhancing resistance to thermal fatigue damage.
[0020]
That is, since ferrite and austenite have different coefficients of thermal expansion (thermal expansion coefficient of austenite> thermal expansion coefficient of ferrite), the inner surface of the body part is heated by friction of the seal material of the suction box when using the actual suction roll. In the process, a microscopic thermal stress is generated in the austenite grains and tensile in the ferrite grains. In the cooling process, the austenite grains are pulled in tension, and the ferrite grains are loaded with a compressive thermal stress. By repeatedly raising and lowering the temperature accompanying the rotation of the roll, the thermal stress of compression / tension is repeatedly applied while being reversed. In addition, shearing thermal stress is superimposed on the grain boundary.
[0021]
Fracture starts due to the repetition of thermal stress on such grain boundaries and ferrite grains, and microcracks generated in the initial process gradually bond and grow, leading to breakage of the member. By satisfying the above formula [2], chromium nitride is precipitated in the slow cooling process in the solution heat treatment of the cast material, and as an effect of strengthening the ferrite grains and grain boundaries, the heat fatigue resistance can be further increased. Become.
[0022]
Solution heat treatment of cast material:
The duplex stainless steel of the present invention is subjected to a solution heat treatment for eliminating and homogenizing carbide solid solution and microsegregation in the cast structure. In this heat treatment, after heating and maintaining at a temperature of 900 to 1100 ° C. (α-γ two-phase temperature range) for an appropriate time (about 1 Hr / thickness of 1 inch), slow cooling (cooling in the furnace) of 5 ° C./min or less Achieved by doing.
[0023]
The solution heating temperature is set to 900 ° C. or more in order to cause sufficient solid solution and homogenization of the carbide, and there is a risk of sigma phase formation and embrittlement in a lower temperature range. Setting the upper limit temperature to 1100 ° C does not have the benefit of heating at a temperature higher than this, resulting in wasted heat economy and increased burden on furnace maintenance, and the balance in the quantity ratio of ferrite-austenite is impaired as the temperature increases. Because it is.
The reason why the cooling rate from the solution temperature is limited to 5 ° C./min or less (excluding 5 ° C./min) is to reduce the residual stress as much as possible. This reduction of residual stress by slow cooling, and the strengthening of the ferrite grains and grain boundaries by precipitation of the above chromium nitride, resistance to thermal fatigue resistance which is improved is provided. It should be noted that the cooling rate has no benefit of lowering than 0.5 ° C./min, and it is appropriate to set this as the lower limit in terms of productivity and the like.
[0024]
The roll drum member of the paper production suction roll made of the duplex stainless steel of the present invention is obtained by centrifugal hollow casting to obtain a hollow cylindrical body, subjected to the above solution heat treatment, drilling a suction hole, and finishing. Manufactured by.
[0025]
【Example】
A centrifugal cast pipe having the chemical composition and structure shown in Table 1 is subjected to solution heat treatment to obtain a test material. The solution heat treatment was performed by heating and holding at 1030 ° C. for 2 hours in a heating furnace, followed by cooling in the furnace (cooling rate: about 2 ° C./min). The test tube size (after machining) has an outer diameter of 250, a wall thickness of 50, and a length of 250 (mm).
Table 2 shows the physical properties of each specimen.
[0026]
[Corrosion test]
Measures pitting loss (g / m 2 h) according to ASTM G48A method.
Corrosion test solution: ferric chloride solution (concentration 6%, solution temperature 50 ° C)
Test time: 72Hr
[0027]
[Corrosion fatigue test]
Measures the number of iterations (number of breaks) that lead to corrosion fatigue failure under the following test conditions using an Ono rotating bending fatigue tester.
Test piece: JIS Z2274 No. 1 (Parallel part φ10 × 35L)
Etchant (TAPPI II): Cl - 1000ppm , SO 4 2- 1000ppm, pH 3.5
Bending stress: 300 MPa
[0028]
[Thermal fatigue test]
The heat fatigue resistance is evaluated by repeating the heating and cooling of the test body and the number of repetitions of heating and cooling until cracks occur. The heating temperature was raised by heating the inner side surface of the test body with a high-frequency heating coil, and the cooling temperature was lowered by forcibly cooling the outer side surface via a cooling water pipe.
Specimen: Hollow cylinder (outer diameter 250 x wall thickness 50 x length 250 mm)
Maximum temperature: 400 ° C
Minimum temperature: 50 ° C
Temperature increase rate: 1 ° C / second Temperature decrease rate: 1 ° C / second
[Drill workability test]
The workability is evaluated based on the edge wear amount (mm) in the following drilling.
Drill: Gun drill (Cemented carbide, drill diameter 4.0mm)
Cutting length: 10m
Rotation speed: 4500rpm
Feed rate: 60 mm / min Cutting oil pressure: 50 kg / cm 2
[0030]
As shown in Tables 1 and 2, Comparative Examples Nos. 101 to 103 do not satisfy the chemical composition of the present invention, the formula [1], or the amount of ferrite, so that the strength and thermal fatigue characteristics are extremely low. No. 101 is inferior in corrosion fatigue characteristics, No. 102 is inferior in impact resistance, and No. 103 is inferior in corrosion resistance and corrosion fatigue characteristics. Moreover, all are inferior to drill workability.
On the other hand, the present invention has improved properties such as strength, toughness, corrosion resistance, thermal fatigue properties, corrosion fatigue properties, and drill workability.
[0031]
[Table 1]
Figure 0003720223
[0032]
[Table 2]
Figure 0003720223
[0033]
【The invention's effect】
The duplex stainless steel of the present invention is excellent in mechanical properties such as strength and toughness, corrosion resistance, corrosion fatigue resistance, heat fatigue resistance, etc. and has good drill workability, such as a paper machine suction roll. It is suitable as a material used in a use environment where corrosion and mechanical stress are superposed. In particular, as a suction roll material, it is possible to effectively cope with the problem of thermal fatigue of the roll body member accompanying an increase in papermaking speed, and it is possible to save expensive elements such as Ni and Mo. In addition, the composition is excellent in economic efficiency.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional explanatory view showing a suction roll portion in a paper making process.
[Explanation of symbols]
1: Suction roll body 1 1 : Suction hole 2: Press roll 3: Suction box 3 1 : Sealing material 4: Felt 5: Wet paper

Claims (7)

重量%で、C:0.05%以下,Si:0.1〜2.0%,Mn:0.1〜2.0%,Cr:20.0〜23.0%,Ni:3.0〜3.9%,Mo;0.5〜0.96%,Cu:0.2〜1.0%,W:0.1〜2.0%,N:0.05〜0.2%を含有すると共に、式:
%Cr+3.3×%Mo+16×%N ≦28(%)
を満たし、残部はFおよび不可避不純物からなる化学組成を有し、ミクロ組織に占めるフェライト含有量(%α)は45〜80面積%である耐熱疲労性・耐腐食疲労性およびドリル加工性等に優れたフェライト−オーステナイト二相ステンレス鋼。
By weight, C: 0.05% or less, Si: 0.1-2.0%, Mn: 0.1-2.0%, Cr: 20.0-23.0%, Ni: 3.0 3.9%, Mo; 0.5-0.96%, Cu: 0.2-1.0%, W: 0.1-2.0%, N: 0.05-0.2% Containing and formula:
% Cr + 3.3 ×% Mo + 16 ×% N ≦ 28 (%)
And the balance has a chemical composition consisting of Fe and inevitable impurities , and the ferrite content (% α) in the microstructure is 45 to 80 area%. Excellent ferritic-austenitic duplex stainless steel.
重量%で、C:0.05%以下,Si:0.1〜2.0%,Mn:0.1〜2.0%,Cr:20.0〜23.0%,Ni:3.0〜3.9%,Mo;0.5〜0.96%,Cu:0.2〜1.0%,W:0.1〜2.0%,N:0.05〜0.2%、およびTi:0.5%以下,Nb:0.5%以下,V:1.0%以下,Al:0.5%以下,Zr:0.5%以下,B:0.5%以下,希土類元素:0.2%以下、Co:1.0%以下,Ta:1.0%以下,Bi:1.0%以下の群から選ばれる1種ないし2種以上の元素を含有すると共に、式:
%Cr+3.3×%Mo+16×%N ≦28(%)
を満たし、残部はFおよび不可避不純物からなる化学組成を有し、ミクロ組織に占めるフェライト含有量(%α)は45〜80面積%である耐熱疲労性・耐腐食疲労性およびドリル加工性等に優れたフェライト−オーステナイト二相ステンレス鋼。
By weight, C: 0.05% or less, Si: 0.1-2.0%, Mn: 0.1-2.0%, Cr: 20.0-23.0%, Ni: 3.0 -3.9%, Mo; 0.5-0.96%, Cu: 0.2-1.0%, W: 0.1-2.0%, N: 0.05-0.2%, And Ti: 0.5% or less, Nb: 0.5% or less, V: 1.0% or less, Al: 0.5% or less, Zr: 0.5% or less, B: 0.5% or less, rare earth Element: not more than 0.2%, Co: not more than 1.0%, Ta: not more than 1.0%, Bi: not more than 1.0% and containing one or more elements selected from the group :
% Cr + 3.3 ×% Mo + 16 ×% N ≦ 28 (%)
And the balance has a chemical composition consisting of Fe and inevitable impurities , and the ferrite content (% α) in the microstructure is 45 to 80 area%, such as heat fatigue resistance, corrosion fatigue resistance, drill workability, etc. Excellent ferritic-austenitic duplex stainless steel.
ミクロ組織に占めるフェライト含有量(%α)が、式:
α≧0.2×(%Cr/%N)+25
を満たし、ミクロ組織のフェライト粒内及び粒界に窒化クロムが析出している請求項1又は請求項2に記載のフェライト−オーステナイト二相ステンレス鋼。
The ferrite content (% α) in the microstructure is given by the formula:
α ≧ 0.2 × (% Cr /% N) +25
The ferrite-austenite duplex stainless steel according to claim 1 or 2, wherein chromium nitride is precipitated in the ferrite grains and grain boundaries of the microstructure.
製紙用サクションロールの胴部材である請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のフェライト−オーステナイト二相ステンレス鋼。  The ferrite-austenite duplex stainless steel according to any one of claims 1 to 3, which is a body member of a papermaking suction roll. 重量%で、C:0.05%以下,Si:0.1〜2.0%,Mn:0.1〜2.0%,Cr:20.0〜23.0%,Ni:3.0〜3.9%,Mo;0.5〜0.96%,Cu:0.2〜1.0%,W:0.1〜2.0%,N:0.05〜0.2%を含有すると共に、式:
%Cr+3.3×%Mo+16×%N ≦28(%)
を満たし、残部はFおよび不可避不純物からなる遠心力鋳造された中空円筒体を、900〜1100℃の温度域で溶体化加熱した後、0.5〜5℃/分(ただし、5℃/分を除く)の冷却速度で常温まで冷却してなる、ミクロ組織に占めるフェライト含有量(%α)は45〜80面積%であることを特徴とするフェライト−オーステナイト二相ステンレス鋼からなる製紙用サクションロール胴部材。
By weight, C: 0.05% or less, Si: 0.1-2.0%, Mn: 0.1-2.0%, Cr: 20.0-23.0%, Ni: 3.0 3.9%, Mo; 0.5-0.96%, Cu: 0.2-1.0%, W: 0.1-2.0%, N: 0.05-0.2% Containing and formula:
% Cr + 3.3 ×% Mo + 16 ×% N ≦ 28 (%)
And the balance is 0.5 to 5 ° C./minute (however, 5 ° C./minute) after the solution of the centrifugally cast hollow cylinder made of Fe and inevitable impurities is heated in the temperature range of 900 to 1100 ° C. For a papermaking made of a ferrite-austenitic duplex stainless steel characterized in that the ferrite content (% α) in the microstructure is 45 to 80 area%, which is cooled to room temperature at a cooling rate of Suction roll body member.
重量%で、C:0.05%以下,Si:0.1〜2.0%,Mn:0.1〜2.0%,Cr:20.0〜23.0%,Ni:3.0〜3.9%,Mo;0.5〜0.96%,Cu:0.2〜1.0%,W:0.1〜2.0%,N:0.05〜0.2%、およびTi:0.5%以下,Nb:0.5%以下,V:1.0%以下,Al:0.5%以下,Zr:0.5%以下,B:0.5%以下,希土類元素:0.2%以下、Co:1.0%以下,Ta:1.0%以下,Bi:1.0%以下の群から選ばれる1種ないし2種以上の元素を含有すると共に、式:
%Cr+3.3×%Mo+16×%N ≦28(%)
を満たし、残部はFおよび不可避不純物からなる遠心力鋳造された中空円筒体を、900〜1100℃の温度域で溶体化加熱した後、0.5〜5℃/分(ただし、5℃/分を除く)の冷却速度で常温まで冷却してなる、ミクロ組織に占めるフェライト含有量(%α)が45〜80面積%であることを特徴とするフェライト−オーステナイト二相ステンレス鋼からなる製紙用サクションロール胴部材。
By weight, C: 0.05% or less, Si: 0.1-2.0%, Mn: 0.1-2.0%, Cr: 20.0-23.0%, Ni: 3.0 -3.9%, Mo; 0.5-0.96%, Cu: 0.2-1.0%, W: 0.1-2.0%, N: 0.05-0.2%, And Ti: 0.5% or less, Nb: 0.5% or less, V: 1.0% or less, Al: 0.5% or less, Zr: 0.5% or less, B: 0.5% or less, rare earth Element: not more than 0.2%, Co: not more than 1.0%, Ta: not more than 1.0%, Bi: not more than 1.0% and containing one or more elements selected from the group :
% Cr + 3.3 ×% Mo + 16 ×% N ≦ 28 (%)
The filled, after the remaining portion is a hollow cylindrical body which is cast centrifugal force consisting F e and unavoidable impurities, was heated solution at a temperature range of 900 to 1100 ° C., 0.5 to 5 ° C. / min (however, 5 ° C. Made of ferrite-austenitic duplex stainless steel characterized in that the ferrite content (% α) in the microstructure is 45 to 80 area%, which is cooled to room temperature at a cooling rate of (except / min). Suction roll body member.
ミクロ組織に占めるフェライト含有量(%α)が、式:
α≧0.2×(%Cr/%N)+25
を満たし、ミクロ組織のフェライト粒内及び粒界に窒化クロムが析出している請求項5又は請求項6に記載の製紙用サクションロール胴部材。
The ferrite content (% α) in the microstructure is given by the formula:
α ≧ 0.2 × (% Cr /% N) +25
The suction roll body member for papermaking according to claim 5 or 6, wherein chromium nitride is precipitated in ferrite grains and grain boundaries of the microstructure.
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