JPH01142020A - 高耐力高耐食性二相ステンレス鋼の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高耐力および高耐食性を有する、例えば製紙
用サクションロールの胴部材料等として有用な二相ステ
ンレ”ス鋼の製造方法に関する。

〔従来の技術］ 製紙工程において多湿紙を脱水処理するためのサクショ
ンロールの胴部は、多湿紙から搾出される塩素イオンや
硫酸イオン等を含む酸性腐食液（所謂白水）に対する腐
食抵抗性を備えていることが必要である。また、そのロ
ール胴部には、多湿紙から白水を絞り出すために押付け
られるプレスロールの加圧力にツブ圧）が常時作用する
ので、強度と靭性を兼ね備えていることも要求される。

従来より、サクションロールの胴部などの腐食環境に供
される構造部材の材料としては、代表的な耐食合金であ
るステンレス鋼が一般に使用されている。ステンレス鋼
は、フェライト系（ＳＯ５４３０等）、オーステナイト
系（ＳＯ５３０４等）、および５ＵＳ３２９Ｊ等に代表
されるオーステナイト−フェライト２相系に大別され、
このうち、２相ステンレス鋼は、一般耐食性にすぐれて
いると同時に、オーステナイト相とフェライト相との両
特性が相まって適度の強度と靭性を兼備し、かつロール
等の構造材料として必要な溶接性も良好である等の材料
特性を有している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

二相ステンレス鋼は、固溶化熱処理材として使用される
（ＪＩＳ　Ｇ　４３０５冷間圧延ステンレス鋼板）。

その熱処理材は、上記のように耐食性と機械的性質を比
較的バランスよく兼備しているが、塩素イオン等を含む
腐食環境中、応力の作用する条件のもとで使用される場
合の耐久性は必ずしも十分ではない。特に、製紙用サク
ションロールは、その胴部に、多湿紙から搾出された白
水を吸引・排除するための多数の小孔（サクションホー
ル）が、２０〜５０％もの高い開孔率を以て穿設されて
いるという特殊な形状を有し、その胴部にプレスロール
によるニップ圧が作用する条件下に使用されるため、従
来の二相ステンレス鋼では、腐食疲労が生じ易い等、耐
力が不足することによる折損事故が生じ易く、十分な耐
用寿命を保証することができない。

本発明は上記に鑑み、サクシボンロールの胴部材料等と
して要求される材料特性、特に耐食性とより高い耐力を
兼備する二相ステンレス鋼の製造方法を提供しようとす
るものである。

〔問題点を解決するための手段および作用〕本発明は、
一定の成分組成を有する二相ステンレス鋼について、溶
体化熱処理を施した後に、特定の温度域での熱処理を行
うことにより、耐食性や靭性等と共に、耐腐食疲労性や
強度の向上による、高度の耐力を付与することができる
との知見に基づいて完成されたものである。

すなわち、本発明の二相ステンレス鋼の製造方法は、 Ｃ：０．０８％以下、Ｓｔ：０．２〜２％、Ｍｎ：０．
２〜２％、　　Ｃｒ　：２３〜２６．　　Ｎ　ｉ　：　
６〜８％、Ｍｏ：１〜５％、Ｃｕ：０．２〜１％、Ｃｏ
　：０．２〜４％。

Ｎ　：　０．０５〜０．２５％、残部実質的！：　Ｆ　
ｅからなるステンレス鋼を、溶体化熱処理したのち、５
００〜６００℃に加熱保持し、ついで空冷する焼もどし
処理を行うことを特徴としている。

以下、本発明について、まず対象材料であ、るステンレ
ス鋼を上記成分組成に限定した理由を説明する。

ｃ　：　ｏ、ｏｓ％以下 Ｃはオーステナイト生成元素であり、かつ強度の向上に
著効を有するが、含有量が多すぎると、クロム炭化物が
析出し易くなり、炭化物近傍におけるＣｒ濃度が減少す
る結果、孔食、すきま腐食、粒界腐食等の局部腐食に鉤
する抵抗性が低下し、　　゛また腐食疲労強度の低下を
みる。このため、０．０８％を上限とする。

Ｓｉ：０．２〜２％ Ｓｉは溶鋼の脱酸および鋳造性確保のため、少なくとも
０．２％を必要とする。しかし、多量の添加は靭性を悪
くし、溶接性をも損なうので、２％を上限とする。

Ｍｎ：０．２〜２％ Ｍｎは通常の脱酸・脱硫過程で、０．２％程度含有され
る元素であり、また鋼素地のオーステナイト相の安定化
に有効な元素である。このための添加量は２％までで十
分であり、それをこえる必要はない。よって０．２〜２
％とする。

Ｃｒ：２３〜２６％ Ｃｒは耐食性、特に耐粒界腐食性の改善に著効を有する
とともに、耐応力腐食割れ性の向上に寄与する。また、
Ｃｒはフェライト生成元素であり、２相組織におけるフ
ェライト相を形成することにより強度を高める。本発明
では後記Ｎｉ量との関係で２３％以上のＣｒを含有しな
いと、二相ステンレス鋼として好ましいフェライト量（
面積率で３０％以上）を確保しがたい。よって、耐食性
とフェライト量の点から、Ｃｒ量の下限を２３％とする
。

一方、Ｃｒ量があまり多くなると、鋼の靭性が著しく低
下し、かつ鋳造時に硬脆なσ相が生成する。更に、Ｎｉ
量との関係からフェライト量が６０％を越え、２相組゛
織におけるオーステナイト相とのバランスが失われ、耐
食性、就中孔食、すきま腐食に対する抵抗性が低下する
。このため、Ｃｒ量の上限は２６％とする。

Ｎｉ：６〜８％ Ｎｉはオーステナイト相を安定化する元素であり、鋼の
靭性を向上させる。また、耐食性の点がらも必要な元素
である。含有量が６％に満たないと、これらの効果が不
足する。前記Ｃｒ量との関係から、フェライト量を６０
％以下にするためにも６％以上の含有を必要とする。

しかし、Ｎｉを多量に加えても、含有量の割に耐食性、
機械的性質の向上効果は少なく経済的に不利であるばか
りか、二相組織におけるオーステナイト相が過剰になっ
て二相の量的バランスを失う。このため、Ｎｉ量は８％
を上限とする。

ＭＯ＝１〜５％ Ｍｏはステンレス鋼の耐食性、ことに孔食、すきま腐食
抵抗性の改善に著効を奏する。１％以上の添加により、
非酸化性酸に対する耐食性、また塩化物を含む溶液中で
の孔食、粒界腐食および応力腐食割れに対する抵抗性の
顕著な向上をみる。

しかし、多量に加えると、耐食性の改善効果は飽和する
ばかりか、σ相の析出による鋳造時の脆化が著しくなる
ので、５％を上限とする。

Ｃｕ：０．２〜１％ Ｃｕは低濃度の塩素イオンを含む環境中での耐食性、こ
とに耐応力腐食割れ性を高める。また、オーステナイト
相を固溶強化する。これらの効果を十分なものとするた
めに、少なくとも０．２％を必要とするが、あまり多く
なると、金属間化合物の生成に伴う靭性の低下を惹起す
るので、１％を上限とする。

Ｃｏ：０．２〜４％ ＣＯの添加により、塩素イオンを含む環境での耐食性が
著しく高められる。更に、Ｃｏは、基地に固溶したまま
、析出物の凝集を抑制する作用を有し、従って、従来の
２相ステンレス鋼の大きな問題点であったσ相脆性、４
７５℃脆性、とくに溶接部熱影響部でのこれら析出物に
よる脆性の緩和に大きく寄与する。

上記諸効果を発揮させるには、少なくとも０．２％のＣ
ｏを必要とする。含有量の増加に従ってその効果は増大
するが、４％までの添加により機械的性質、耐食性、ミ
クロ組織等の十分な改善効果が得られるので、それをこ
えて添加する必要はない。Ｃｏは高価な元素であり、そ
れ以上の添加はコスト的に不利である。よって０．２〜
４％とする。

Ｎ　：　０．０５〜０．２５％ Ｎはオーステナイト生成元素であり、Ｎの添加により、
同じくオーステナイト生成元素であるＮｉの添加量を節
減することができる。また、Ｎの添加により、強度およ
び耐孔食性が高められる。

これらの効果を得るために、少なくとも０．２％を必要
とする。しかし、多量に加えても、添加量の割には、そ
の効果の増加は少ないので、０．２５％を上限とする。

本発明は、上記成分組成を有するステンレス鋼の鋳造材
（例えば、遠心力鋳造法により得られる鋳造管体）に、
溶体化熱処理を施したのち、加熱保持・空冷の焼もどし
処理を行う。溶体化熱処理を行うのは、鋳造材における
合金元素のマトリックスへの固溶化により成分偏析のな
い均質なオーステナイト相を形成するためである。その
溶体化熱処理は、１０５０〜１１５０℃に適当時間加熱
保持したのち、水冷することにより達成される。その加
熱保持時間は、被処理材である鋳造材の肉厚により決め
られるが、２時間／１ｎｃｈ　（肉厚１１ｎｃｈにつき
２時間）を目安とし、例えば肉厚２１ｎｃｈの場合は、
４時間加熱保持し、ついで水冷することにより、溶体化
熱処理を好適に達成することができる。

溶体化熱処理後の焼もどし処理は、温度：５００〜６０
０℃に適当時間保持したのち空冷することにより達成さ
れる。この焼もどし処理における処理温度は極めて重要
であり、処理温度を５００〜６００℃の範囲に規定する
ことにより、フェライト相が３０〜６０％（面積率）を
占めるフェライトーオーステナイト二相組織が形成され
、高耐食性と共に、強度や耐腐食疲労性の向上による高
耐力化が実現される。

以下、熱処理条件と材料特性との関係について、実験結
果に基づいて説明する。供試材は、第１表に示すように
本発明の規定を満たず成分組成を有する鋳造材（遠心力
鋳造管）であり、各供試材について第２表に示す熱処理
を施した。溶体化熱処理および焼もどし処理における加
熱保持時間はいずれも２Ｈｒ／１ｎｃｈに設定した。熱
処理後、試験片を切り出し、フェライト量の測定、機械
試験、腐食試験（耐孔食性試験）、および腐食疲労試験
を行った。なお、腐食試験、および腐食疲労試験要領は
次のとおりである。

（イ）腐食試験 ＡＳＴＭ　　Ｇ４８　　Ａ法に規定されている塩化第２
鉄（Ｆ　ｅ　Ｃｆ３）溶液による孔食試験（Ｔｏｔａｌ
Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ　Ｆｅｒｒｉｃ　Ｃｈｌｏｒｉｄｅ
　Ｔｅ５ｔ）に準拠し、腐食減量（ｇ／ｒｒｆｈ）を測
定する。

（ロ）腐食疲労試験 製紙工業協会規定の標準腐食液（ＴＡＰＰＩＩ）（Ｃｌ
３−：１１００ｐｐ、　　５ｏ４−：１１０００ｐｐ、
　　ｐＨ：３．５）を使用し、小野式回転曲げ法により
、応力２７ｋｇ／胴２の条件で、腐食疲労破壊に到るま
での回転数（Ｎ）を測定する。

第３表に、フェライト量、機械的性質の測定結果、およ
び腐食試験結果を、また第１図に腐食疲労試験結果をそ
れぞれ示す。なお、第２図は第３表のシャンビー衝撃吸
収エネルギ（ｋｇ−ｍ）を、第３図は第３表の腐食試験
結果（腐食量、　　ｇ／ｎｆｈ）をグラフにしたもので
ある。

第１図に示したように、溶体化熱処理後の焼もどしにお
ける処理温度によって耐腐食疲労性が変化し、焼もどし
処理を５００〜６００℃の温度域で行うことにより、腐
食疲労に対する抵抗性が大きく向上することがわかる。

また、第３表から明らかなように、５００〜６００℃の
焼もどし処理材（Ｎｏ、３〜Ｂ）は、溶体化熱処理のま
まのもの（Ｎｏ、１．２）にまさる強度、伸びおよび硬
さを備えている。なお、第２図（シャルピー衝撃吸引エ
ネルギ）および第３図（腐食減量、ｇ／ｎｆｈ）に示し
たように、焼もどし温度が６００″Ｃをこえると、急激
な靭性の低下、耐食性の低下が生じるが、５００〜６０
０℃の焼もどし温度であれば、溶体化熱処理材（Ｎｏ、
１．２）と同程度の靭性および耐食性が保持されること
がわかる。

〔発明の効果〕

本発明方法により得られる二相ステンレス鋼は、塩素イ
オンや硫酸イオンを含む環境での耐腐食疲労性が高く、
かつ強度等の機械的性質にすぐれている。また、靭性や
耐食性等も良好である。従って、本発明方法により得ら
れる二相ステンレス鋼は、製紙用サクションロールの胴
部材料等、塩素イオンや硫酸イオン等を含む腐食環境で
用いられる構造材料として有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、腐食疲労性と焼もどし温度の関係を示すグラ
フ、第２図はシャルピー衝撃吸収エネルギと焼もどし温
度の関係を示すグラフ、第３図は耐食性と焼もどし温度
の関係を示すグラフである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｃ：０．０８％以下、Ｓｉ：０．２〜２％、Ｍｎ
   ：０．２〜２％、Ｃｒ：２３〜２６％、Ｎｉ：６〜８％
   、Ｍｏ：１〜５％、Ｃｕ：０．２〜１％、Ｃｏ：０．２
   〜４％、Ｎ：０．０５〜０．２５％、残部実質的にＦｅ
   からなるステンレス鋼を、溶体化熱処理後、５００〜６
   ００℃に加熱保持し、ついで空冷する焼もどし処理を施
   すことを特徴とする高耐力高耐食性二相ステンレス鋼の
   製造方法。