JP4297631B2

JP4297631B2 - 溶接部の耐粒界腐食性および低温靭性に優れたクロム含有鋼

Info

Publication number: JP4297631B2
Application number: JP2001128925A
Authority: JP
Inventors: 道郎金子; 雅之天藤
Original assignee: Nippon Steel and Sumikin Stainless Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel and Sumikin Stainless Steel Corp
Priority date: 2001-04-26
Filing date: 2001-04-26
Publication date: 2009-07-15
Anticipated expiration: 2021-04-26
Also published as: JP2002327251A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、腐食環境の厳しい用途で使用される場合の、溶接部近傍での耐粒界腐食性と共に低温靭性を向上させ、構造用鋼等として長期間に亘って使用できる、溶接部の耐粒界腐食性および低温靭性に優れたクロム含有鋼に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋼中のクロム含有量が低く、かつニッケル含有量が低いクロム含有鋼は、ＳＵＳ３０４鋼のようなオーステナイト系ステンレス鋼と比較して、価格的に極めて有利であることから、構造用鋼のように大量に使用される用途に適している。
このようなクロム含有鋼は、その成分組成によってフェライト組織あるいはマルテンサイト組織を有するが、一般的にフェライト系あるいはマルテンサイト系ステンレス鋼は、溶接部の低温靭性あるいは耐食性に劣る。
【０００３】
このような溶接部の特性劣化を防止する手段として、特公昭５１−１３４６３号公報および特公昭６１−２３２５９号公報に記載されているような、溶接部でのマルテンサイト組織の形成を用いて、耐食性および低温靭性の低下を防止する方法が開示されている。
【０００４】
溶接部でのマルテンサイト変態を用いたクロム含有鋼は、実際に海上コンテナーの骨材として使用されており、今まで溶接部における耐食性あるいは低温靭性が問題となった例はない。しかしながら、使用環境が厳しい腐食環境（鋼材の濡れ時間が長い、塩化物濃度が高い、高温、ｐＨが低い等）で使用された場合には、溶接部における耐食性が不十分である場合が生じることが分かってきた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、マルテンサイト変態を用いたクロム含有鋼の溶接部での耐食性劣化を防止し、厳しい腐食環境においても、溶接部の耐粒界腐食性および低温靭性に優れたクロム含有鋼を提供することをその課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、溶接部およびその近傍での粒界腐食の発生を防止するには、粒界腐食の発生原因となる炭素および窒素を安定化するＴｉおよび／またはＮｂを添加することによって達成することができるが、一方、Ｔｉおよび／またはＮｂの添加は溶接部靭性を低下させることを見出した。
【０００７】
そこで、さらに溶接部靭性の低下を防止すると共に、粒界腐食の発生を防止すべく検討した結果、下記（１）式を満足すべく成分設計することによって、目的を達成しうること、また０．０２質量％を超え０．０４質量％以下のＰの添加やフェライト平均粒径を微細化によって、溶接部の耐粒界腐食性および低温靭性をさらに向上できることを見い出した。
１８×Ｃｒ％＋３５×Ｓｉ％＋１５×Ｍｏ％＋１００×Ｔｉ％＋５０×
Ｎｂ％−２０×Ｍｎ％−４０×Ｎｉ％−３０×Ｃｕ％−５４０×Ｃ％−
４６０×Ｎ％≦２２０％ …………（１）
【０００８】
本発明は、かかる知見に基づいて完成されたものであって、その要旨とするところは以下の通りである。
（１）質量％で、
Ｃ：０．０３％以下、Ｎ：０．０２％以下、
Ｓｉ：１％以下（但し１％を除く）、Ｍｎ：０．８５〜２％、
Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０３％以下、
Ｃｒ：７〜１８％、Ｎｉ：０．２〜１．０％
を含有し、さらに、
Ｔｉ：０．１５％以上で、かつ２×（Ｃ％＋Ｎ％）〜２０×（Ｃ％＋Ｎ％）、
Ｎｂ：４×（Ｃ％＋Ｎ％）〜２０×（Ｃ％＋Ｎ％）
の１種または２種を含有し、
残部がＦｅおよび不可避不純物からなり、かつ、各元素の含有量が下記（１）式を満足することを特徴とする溶接部の耐粒界腐食性および低温靭性に優れたクロム含有鋼。
１８×Ｃｒ％＋３５×Ｓｉ％＋１５×Ｍｏ％＋１００×Ｔｉ％＋５０×
Ｎｂ％−２０×Ｍｎ％−４０×Ｎｉ％−３０×Ｃｕ％−５４０×Ｃ％−
４６０×Ｎ％≦２２０％ …………（１）
【０００９】
（２）質量％で、
Ｃ：０．０３％以下、Ｎ：０．０２％以下、
Ｓｉ：１％以下（但し１％を除く）、Ｍｎ：０．８５〜２％、
Ｐ：０．０２％超０．０４％以下、Ｓ：０．０３％以下、
Ｃｒ：７〜１８％、Ｎｉ：０．２〜１．０％
を含有し、さらに、
Ｔｉ：０．１５％以上で、かつ２×（Ｃ％＋Ｎ％）〜２０×（Ｃ％＋Ｎ％）、
Ｎｂ：４×（Ｃ％＋Ｎ％）〜２０×（Ｃ％＋Ｎ％）
の１種または２種を含有し、
残部がＦｅおよび不可避不純物からなり、かつ、各元素の含有量が前記（１）式を満足することを特徴とする溶接部の耐粒界腐食性および低温靭性に優れたクロム含有鋼。
【００１０】
（３）質量％でさらに、
Ｍｏ：０．１〜５％、Ｃｕ：０．１〜４％
の１種または２種を含有することを特徴とする前記（１）または（２）に記載の溶接部の耐粒界腐食性および低温靭性に優れたクロム含有鋼。
（４）質量％でさらに、Ｍｇ：０．０００５〜０．０１％を含有することを特徴とする前記（１）乃至（３）のいずれか１項に記載の溶接部の耐粒界腐食性および低温靭性に優れたクロム含有鋼。
（５）フェライト平均粒径が、ＪＩＳＧ０５２２によって定められる粒度番号において６番以上であることを特徴とする前記（１）乃至（４）のいずれか１項に記載の溶接部の耐粒界腐食性および低温靭性に優れたクロム含有鋼。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明についてさらに詳細に説明する。先ず、成分の限定理由を説明する。
Ｃは、溶接部のマルテンサイト組織の靭性を低下すると共に、耐粒界腐食性の低下原因となるため、その含有量は０．０３％以下とする。
【００１２】
Ｎは、窒化物として析出し耐粒界腐食性を劣化させるため、その含有量は０．０２％以下とする。
【００１３】
Ｓｉは、通常は脱酸材として用いられる元素であり、また耐酸化性を向上させる目的で積極的に添加される場合もあるが、その含有量が１％を超えると材料の製造性を劣化させるため、その含有量は１％以下（但し１％を除く）にする必要がある。
【００１４】
Ｍｎは、鋼材の耐食性を劣化させる硫化物系介在物を形成し、材料の耐食性を劣化させるので、その含有量は２％以下にする必要がある。
【００１５】
Ｐは、粒界偏析しやすい元素であり、鋼材の熱間加工性を劣化させるため、０．０２％を超えないように添加する必要があるが、発明者らは、０．０２％を超える添加が溶接部の低温靭性の向上に効果があることを新たに見出した。したがって、さらに優れた溶接部の低温靭性を得るためには、０．０２％を超え０．０４％以下の範囲でＰを添加することが好ましい。
【００１６】
Ｓは、硫化物系介在物を形成し、鋼材の耐食性を劣化させる元素であり、その含有量の上限は０．０３％にする必要がある。
【００１７】
Ｃｒは、耐食性の向上に不可欠な元素であり、その含有量は少なくとも７％以上必要となる。一方、その含有量が１８％を超えると、溶接部でのマルテンサイト組織を得にくくなることから、７〜１８％の添加とする。
【００１８】
Ｎｉは、耐食性の向上および溶接部のマルテンサイトを形成し、溶接部靭性向上に不可欠な元素であり、その含有量は少なくとも０．２％以上必要となる。ただし、その含有量が１．０％を超えると溶接部でのマルテンサイトの生成量が著しく増加するため、０．２〜１．０％の含有とする。
【００１９】
ＴｉとＮｂは、溶接部での耐粒界腐食性の防止に不可欠な元素であり、一方もしくは両方を添加する。
Ｔｉの含有量は０．１５％以上とする。また、ＣとＮの含有量の和に対して、少なくとも２倍の含有量が必要となるが、一方で２０倍を超えて添加しても耐粒界腐食性の改善効果は飽和し、加工性など他の特性を劣化させる原因になる。したがって、Ｔｉの含有量は０．１５％以上で、かつ２×（Ｃ％＋Ｎ％）〜２０×（Ｃ％＋Ｎ％）の範囲とする。
【００２０】
Ｎｂの含有量は、ＣとＮの含有量の和に対して、少なくとも４倍の含有量が必要となるが、一方で２０倍を超えて添加しても耐粒界腐食性の改善効果は飽和し、加工性など他の特性を劣化させる原因になる。したがって、Ｎｂの含有量は４×（Ｃ％＋Ｎ％）〜２０×（Ｃ％＋Ｎ％）の範囲とする。
【００２１】
さらに、以上の成分濃度範囲に加えて下記（１）式を満足するように成分濃度を規定する。かかる規定によって溶接部の靭性、粒界腐食とも優れたクロム含有鋼を得ることができる。
１８×Ｃｒ％＋３５×Ｓｉ％＋１５×Ｍｏ％＋１００×Ｔｉ％＋５０×Ｎｂ％−２０×Ｍｎ％−４０×Ｎｉ％−３０×Ｃｕ％−５４０×Ｃ％−４６０×Ｎ％≦２２０％ …………（１）
【００２２】
以上説明したクロム含有鋼は、溶接部の靭性および耐粒界腐食性に優れるが、さらにｐＨの低い溶液中での耐食性を向上させるには、鋼中へのＭｏあるいはＣｕの添加が有効に働く。
Ｍｏ，Ｃｕとも耐食性を向上させるには、少なくともそれぞれ０．１％以上添加する必要があるが、Ｍｏは５％、Ｃｕは４％を超えて添加すると、耐食性の向上効果が飽和し加工性などを劣化させる原因となることから、Ｍｏは５％、Ｃｕは４％をその上限とする。
【００２３】
Ｍｇは、結晶粒径の微細化に伴う低温靭性の改善に極めて有効であり、少なくとも０．０００５％以上の添加でその効果がある。一方０．０１％を超えて添加すると、介在物の粗大化により逆に靭性を低下させる。
【００２４】
また、フェライトの結晶粒径も微細な方が、粒界面積を増加させることによる耐粒界腐食性の向上ならびに低温靭性の向上にも有利であり、従ってフェライト平均粒径は、ＪＩＳＧ０５２２に準拠したフェライト粒度番号で６番以上とすることが好ましい。
なお、このフェライト粒度番号は最終製品におけるものを指すが、本発明のクロム含有鋼は構造材料として低コストであることが求められるため、最終製品は専ら熱延焼鈍材である。
【００２５】
【実施例】
表１は、本発明鋼及び比較鋼の鋼中成分において、板厚は４ｍｍの試験材をＭＩＧ溶接した試験片の、粒界腐食試験結果およびシャルピー試験結果を示したものである。溶接材料は共金系を用い、電圧２０〜３０Ｖ、電流：１５０〜２５０Ａ、シールドガス：ＣＯ₂の条件で行った。
【００２６】
粒界腐食試験としては、基本的にＪＩＳに規格された硫酸−硫酸銅試験（Ｇ０５７５）を用いたが、鋼中のクロム含有量が低い（１２％以下）ものについては腐食性が厳しすぎるため、硫酸濃度を０．５％まで低減した溶液中で試験を行った。硫酸濃度を低減した以外は、ＪＩＳに準拠して試験を行った。シャルピー試験については、ＪＩＳに準拠して０℃で試験を行った。
表１に示したように、本発明鋼は優れた溶接部の耐粒界腐食性および低温靭性を有している。
【００２７】
【表１】

【００２８】
【発明の効果】
以上示したように、本発明は必要以上に高価元素を含有することなく、厳しい腐食環境においても構造用鋼として使用できる、溶接部の耐粒界腐食性および低温靭性に優れたクロム含有鋼を提供でき、産業上極めて価値の高い発明である。

Claims

質量％で、
Ｃ：０．０３％以下、
Ｎ：０．０２％以下、
Ｓｉ：１％以下（但し１％を除く）、
Ｍｎ：０．８５〜２％、
Ｐ：０．０２％以下、
Ｓ：０．０３％以下、
Ｃｒ：７〜１８％、
Ｎｉ：０．２〜１．０％
を含有し、さらに、
Ｔｉ：０．１５％以上で、かつ２×（Ｃ％＋Ｎ％）〜２０×（Ｃ％＋Ｎ％）、
Ｎｂ：４×（Ｃ％＋Ｎ％）〜２０×（Ｃ％＋Ｎ％）
の１種または２種を含有し、
残部がＦｅおよび不可避不純物からなり、かつ、各元素の含有量が下記（１）式を満足することを特徴とする溶接部の耐粒界腐食性および低温靭性に優れたクロム含有鋼。
１８×Ｃｒ％＋３５×Ｓｉ％＋１５×Ｍｏ％＋１００×Ｔｉ％＋５０×
Ｎｂ％−２０×Ｍｎ％−４０×Ｎｉ％−３０×Ｃｕ％−５４０×Ｃ％−
４６０×Ｎ％≦２２０％ …………（１）
質量％で、
Ｃ：０．０３％以下、
Ｎ：０．０２％以下、
Ｓｉ：１％以下（但し１％を除く）、
Ｍｎ：０．８５〜２％、
Ｐ：０．０２％超０．０４％以下、
Ｓ：０．０３％以下、
Ｃｒ：７〜１８％、
Ｎｉ：０．２〜１．０％
を含有し、さらに、
Ｔｉ：０．１５％以上で、かつ２×（Ｃ％＋Ｎ％）〜２０×（Ｃ％＋Ｎ％）、
Ｎｂ：４×（Ｃ％＋Ｎ％）〜２０×（Ｃ％＋Ｎ％）
の１種または２種を含有し、
残部がＦｅおよび不可避不純物からなり、かつ、各元素の含有量が下記（１）式を満足することを特徴とする溶接部の耐粒界腐食性および低温靭性に優れたクロム含有鋼。
１８×Ｃｒ％＋３５×Ｓｉ％＋１５×Ｍｏ％＋１００×Ｔｉ％＋５０×
Ｎｂ％−２０×Ｍｎ％−４０×Ｎｉ％−３０×Ｃｕ％−５４０×Ｃ％−
４６０×Ｎ％≦２２０％ …………（１）
質量％でさらに、
Ｍｏ：０．１〜５％、
Ｃｕ：０．１〜４％
の１種または２種を含有することを特徴とする請求項１または２に記載の溶接部の耐粒界腐食性および低温靭性に優れたクロム含有鋼。
質量％でさらに、
Ｍｇ：０．０００５〜０．０１％
を含有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の溶接部の耐粒界腐食性および低温靭性に優れたクロム含有鋼。
フェライト平均粒径が、ＪＩＳＧ０５２２によって定められる粒度番号において６番以上であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の溶接部の耐粒界腐食性および低温靭性に優れたクロム含有鋼。