JPH01159351A - 温水中での耐食性にすぐれたオーステナイトステンレス鋼 - 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】 （発明の利用分野） 本発明は、耐隙間腐食性と耐応力腐食割れ性がともにす
ぐれ、低濃度の塩化物環境におし）で使用するに適した
オーステナイトステンレス鋼に関する。

（従来の技術と問題点） ＳＵＳ３０４．５ＵＳ３１６に代表されるオーステナイ
トステンレス鋼は、上水や中水道などの若干量の塩化物
イオンを含む環境において耐食性を有し、さらに加工性
および溶接性にすぐれていることから、各種の温水機器
、熱交換チューブ、化学プラント用部材として広く用い
られている。しかし、わずかなＣＱ−イオンであっても
、比較的高温の環境では溶接部等で孔食や隙間腐食を惹
起し、これを起点に応力腐食割れを生じることがある。

オーステナイトステンレス鋼における応力腐食割れの問
題を解決することは、多くの研究者によって検討され成
果が報告されているが、試験液の種類１手法など試験条
件によって合金元素の効果が異なっている。低濃度塩化
物溶液の環境において、Ｐ、ＭｏおよびＮは有害でＣｕ
は応力腐食割れに。

対して有効であることが知られている。この場合Ｐを応
力腐食割れに対して無害な量のレベルにまで低減しよう
とすれば、特別な精錬法を必要とし製造コストが著しく
上昇する問題がある。一方。

応力腐食割れに対して有害とされるＭｏやＮは耐隙間腐
食性や耐孔食性などの耐局部腐食性の向上に重要な元素
である。オーステナイトステンレス鋼をＣＱ−イオンを
含む温水環境で用いる場合、応力腐食割れは局部腐食を
起点に生じることから、耐応力腐食割れとともに耐局部
腐食性を具備していることが要求される。

本発明者らは、Ｐを低めることなく耐応力腐食割れ性に
すぐれ、しかも耐隙間腐食性を兼ね備える鋼として、先
に特公昭５９−４５７５１において１８Ｃｒ−９Ｎｉ系
鋼に適量のＣｕとすを添加した１００℃以下の温水用途
に有用な鋼を提供した。しかし、この鋼はなお１００℃
に近い温度での使用には満足でなかった。

ステンレス鋼のこの特殊分野では、既に特開昭６１−９
５５７には、Ｃ：０．０６％以下、　ＳＡｌ：１．０％
以下、　Ｍｎ：０．８％以下、　Ｃｒ：１６−２５％、
ＮＡｌ：６−２０％、Ｃｕ：１．５％を゛越え２．５％
未満、　Ｎ：０，０５％を越え０．１５％未満、Ｍｏ：
０．２％を越え０１部未満を含み、Ｓがｏ、ｏｏｓ％以
下に限定されている燗が開示されている。この鋼の耐応
力腐食割れ性臨界温度は約８０℃で、それゆえ、上記の
鋼と同様に熱水中での使用には適しない特開昭５９−１
８５７６３にはＣ：０．０８％以下、ＳＡｌ：２．部以
上４．０％以下、Ｍｎ：２．００％以下、Ｃｒ：１６．
００−２０．００％、ＮＡｌ：８．ＯＯ−１３，００％
以下、　Ｃｕ：０．３０−２．００Ｚ、Ｎ：０．０５−
０．３０％、　Ｍｏ：０．３０−１．５０％、所望によ
りＮｂ：０．１０％以下を含み、Ｂ含有量が０．０００
２０％以下に限定されている鋼が開示されている。この
鋼はかなり高含有量のＸとＭｏを含み、耐応力腐食割れ
臨界温度は８０℃より高い。しかし後述するように、Ｎ
は隙間腐食の防止に有効であるが、隙間腐食が生じた場
合には侵食が深くなるという問題がある。

本発明者等はさらに検討を重ねた結果、熱交換を目的と
した用途ではステンレス鋼板を伝熱体として熱の移動が
行われ、腐食の対象面に熱の流入があると腐食が厳しく
なり、特にスポット溶接部では隙間腐食を起点として応
力腐食割れが生じやすいことが判明した。この場合、ス
テンレス鋼板の腐食した側（液側）の温度は１００℃以
上に達していたことから、応力腐食割れの限界温度をよ
り高める必要性が明らかとなった。

（本発明の目的） 本発明は、以上のような認識のもとに、オーステナイト
ステンレス鋼において応力腐食割れの限界温度が１００
℃以上でしかも耐隙間腐食性を十分兼ね備えた。安価な
ステンレス鋼を提供しようとするものである。

（問題点を解決する技術的手段） 本発明者等は応力腐食割れ挙動と合金元素の関係を詳細
に検討した結果、　ＭｏとＮは強力な不動態化元素で、
腐食された部分を強力に再不動態化する。しかし１局部
的に再不動態化されない部分が不可避的に残り、周囲部
分が強力に再不動態化されていることと相俟ってその部
分は過度の腐食を受ける。この狭隘な腐食部に応力が集
中して応力腐食割れに至る。

また、Ｃｕ、　Ｓｉ、およびＡ１は食孔や隙間腐食点に
′比較的均一に析出し、非常に緩徐ではあるが、全屈の
溶出を阻止することが判明した６すなわち。

これらの元素は応力腐食割れの防止に有利に作用する。

さらに、約３ｚのＳｉを含むとき、鋼は４ｏを添加して
も応力腐食割れが生じにくくなり、もしＡ１が加わると
、耐応力腐食割れ性はさらに改良され、隙間腐食におけ
る腐食深さも浅くなることを見出した。

（発明の構成） 本発明は、Ｃ：　０．０８％以下、　Ｓｉ　：　２．５
〜４．０％、Ｍｎ　：　０．８％以下、Ｐ　：　０．０
４５％以下、　Ｓ　：　０．００５％以下、ＮＡｌ：６
〜２０％、Ｃｒ：１６〜２５％、Ｃｕ　：　１．５〜４
．０％、Ｎ　：　０．０５％以下を基本組成とし、要求
される耐食性レベル等の必要に応じて、Ｍｏ：０．３％
をこえ１．５％未満、ＡＱ　：　０．０５〜３．０％、
ＲＥＭ　：　０．００５〜０．１％を単独あるいは複合
して添加し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなるこ
とを特徴とする温水中での耐食性にすぐハたオーステナ
イトステンレス鋼を提供する。

一般的にいうと、本願発明は特開昭５９−１８５７６３
の鋼の改良の性格を有する。

本発明鋼の成分の限定理由を以下に説明する。

Ｃ：Ｃはオーステナイトを安定にする強力な元素であり
、耐応力腐食割れ性や耐隙間腐食性には大きな影響をあ
たえないが、溶接部等での粒界腐食感受性を高めること
から、上限を０．０８％とした。Ｃ含有量は好ましくは
０．０６％以下であり、より好ましくは０．０５％以下
である。

ＳＬは本発明鋼では必要かつ重要な元素の１つであり、
Ｃｕの存在のもとて耐応力腐食割れ性をたかめる。これ
は、ＭＯの耐応力腐食割れ性改良効果を損なうことなく
Ｍｏの耐隙間腐食性の改善効果を支援する極めて有用な
元素である。また耐孔食性を向上させる効果も若干有し
ている。その効果を得るには２．５％未満では十分でな
く、望ましくは２．８％以上の添加が必要である。しか
しＳｉは強力なフェライト生成元素であるから、Ｎｉの
使用量をできるだけ最小限にとどめるために、上限４．
０％とする。最も好ましいＳｉ量は３゛−４％である。

Ｍｎ　：　Ｍｎは腐食の起点となりやすい硫化物を形成
し、耐隙間腐食性や耐孔食性を損ねるのでその含有量は
少ない程よい。しかしＭｎの極低化には配合原料が高価
になるので、製鋼上不可避的に混入してくる程度の量と
して上限を０．８％とするが、本発明鋼では耐隙間腐食
性の改善に有効な河０の添加に制限があるので、特に耐
隙間腐食性が要求される場合には０．５％以下が望まし
い。より好ましくは、０．４ｚ以下である。

Ｐ：Ｐは本発明鋼ではとくに低減する必要はないが、耐
応力腐食割れ性には有害な元素であることは明らかであ
り、高いのは好ましくなく０．０４５％を上限とした。

Ｓ：Ｓは鋼中のＭｎと硫化物を形成し、耐隙間腐食性や
耐孔食性に有害であるので出来る限り低い方がよく、上
限を０．００５％とする。

ＮＡｌ：　Ｎｌはオーステナイト相を保持するための主
要な元素であり、そのためには６％は最低限必要とする
が２０％を越えるとコスト的に不利となる。

ので６〜２０％を範囲とする。また、この範囲において
Ｎｉは耐応力腐食割れ性には余り影響しないが耐隙間腐
食性の改善には効果があるので。

とくに耐隙間腐食性が要求される用途では１０％以上の
添加が望ましい。すなわち、Ｎｉ含有量は好ましくは１
０−１８％であり、より好ましくは１２−１６％である
。

Ｃｒ’　：　Ｃｒはステンレス鋼においては必要不可欠
の元素である。本発明鋼の塩化物を含む温水環境の用途
では１６％以上の添加が必要である。Ｃｒは多ければ多
いほど耐食性は向上するが、オーステナイト相を保持す
るためのＮｉ等の添加が増し、また製造性や加工性が損
われるので、２５％を上限とする。好ましいＣｒ含有量
は１７−２２％、より好ましくは１６−２０％である。

Ｃｕ　：　Ｃｕは本発明鋼において重要な元素である。

ＮａＣＱを若干含む温水環境において、耐応力腐食割れ
性の改善を有効に作用する。その効果はＣｕ量が多いほ
ど大きい。本発明鋼では比較的高温の用途が対象である
ので１．５％以上添加する。・しかし４％を超える添加
ではその効果は飽和し。

また熱間加工性が劣化するようになるので、１．５〜４
．０％　を範囲とする。好ましい範囲は２−４％、より
好ましくは３￥４Ｉである。

Ｎ：上述のように、耐応力腐食割れ性に有害であるが、
孔食と耐隙間腐食を防止するには有効であることが知ら
れている。本発明の場合、ＳｉとＣｕが高レベルで含ま
れており、このことが応力腐食割れには有害なＮの低減
を可能にする。この意味において、Ｎ含有量は、Ｏ，Ｏ
Ｓ％を上限とし、好ましくは０．０４％以下、より好ま
しくは０．０３％以下である。

Ｍｏ　：　Ｍｏは耐隙間腐食性や耐孔食性の改善に極め
て有効な元素であるが、耐応力腐食割れ性を損なう。本
発明鋼ではＣｕ、　Ｓｉ（およびｉ）の作用により１．
５％未満までの添加であれば許容される。

一方、０．３％以下の量では耐隙間腐食性の改善効果が
現われない、好ましいＭｏ含有量は０．３−１．２％、
より好ましくは０．３−１．０％である。

ＡＱ　：　ＡＱはＣｕとＳＬとの共存のもとで、耐応力
腐食割゛れ性を著しく向上させる作用を有し応力腐食割
れ発生の限界温度を上昇する。また耐隙間腐食性におい
ては侵食深さを改善し、隙間腐食による侵食深さは浅く
なる。しかし添加量が増えると熱間加工性や加工性が劣
化するのでＯ，ＯＳ　−３，０％を範囲とする。好まし
い含有量は０．１−２゜０％、より好ましくは０．１−
１．０％である。

ＲＥＭ　：本明細書において、　ＲＥ旧士少なくとも１
種の希土類金属を意味する。ＲＥＭは熱間加工性を改善
するのに有効な元素である。また本発明鋼では、耐応力
腐食割れ性と耐隙間腐食性に対するＡＱの作用をより有
効にするためにｏ、ｏｏｓ％以上添加する。しかし０．
１％を超えると介在物が増えるのでこれを上限とする。

好ましくは０．０１−０．０８％、より好ましくは０．
０３−０．０５％である。

（発明の具体的開示） 実施例 第１表に示す成分の鋼を真空溶解法で溶製し、常法によ
り鍛造、熱延したのち、１ｍｍ厚の冷延鋼板を作成した
。

・第１表においてＡ１〜Ａ６鋼は比較鋼で、Ａ１は５Ｕ
Ｓ３０４、Ａ２は５ＵＳ３１６である。８１〜Ｂ７は本
発明鋼である。

第２表は第１表の溶体化熱処理を施したＡ１〜八６鋼と
８１〜Ｂ７鋼の耐応力腐食割れ性と耐隙間腐食性を示し
たものである。

耐応力腐食割れ性は、オートクレーブ試験と伝熱試験に
より判定した。

オートクレーブ試験では、前記の冷延板の大小２枚をス
ポット溶接で固定した試片を、オートクレーブで温度を
かえて５０ｐｐｍ　ＣΩ−溶液に１０日間浸漬し、割れ
の有無により応力腐食割れの限界温度を求めた。また、
スポット溶接部をくり抜き隙間腐食による侵食深さも合
わせてもとめた。この試験では、耐応力腐食割れ臨界温
度１００℃のものは有効であるとみなされる。

伝熱試験では、前記のようにスポット溶接を施した試片
の片面に、ニクロム線を巻いたＣｕ棒をあて、他の面は
８０℃の５０ｐｐｍ（１−溶液に接するようにし、　Ｃ
ｕ捧をあてた面の温度をかえて１０日間浸漬・し、割れ
の有無により応力腐食割れの限界温度を求めた。この試
験では、耐応力腐食割れ臨界温度が２００℃のものは有
効であると認められる。

耐隙間腐食性は、　Ｄ、Ｂ、Ａｎｄｅｒｓｏｎ：“５ｔ
ａｔｉｓｔｉ−ｃａｌ　Ａｓｐｅｃｔ　ｏｆ　Ｃｒｅｖ
ｉｃｅ　Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｉｎ　Ｓｅａｗａｔｅｒ
”。

ＡＳＴＭ−５ＴＰ　５７６、　ｐ、２３１．１９７６に
記載の方法により、上記の冷延板の中央に穴を開けた試
片に、歯数２０個の隙間治具を両面から挟んで締め付け
たものを、腐食試験液に４８時間浸漬し、腐食減量およ
び腐食個数を調べた。腐食試験液には４０℃の１．７５
％ＮａＣＱ溶液に酸化剤としてＨ，Ｏ□を２％になるよ
うに加えた液を用いた。

試料Ｂ２は２．９８″１のＳＬと０．７７％のＭＯを含
み、良好な耐応力腐食割れ性を示しく臨界温度がオート
クレーブ試験で１２０℃、伝熱試験で２００℃である）
。

高水準の耐隙間腐食性を有する。Ｂ２鋼と同水準のＳＬ
を含有するが、実質的量のＭｏを含有しないＢｌ鋼は、
Ｂ２鋼に優る耐応力腐食割れ性を有するが、最大侵食深
さと腐食減量において８２鋼に劣る。

Ｂ３、Ｂ４鋼は、ＡＩを含み、優れた耐応力腐食割れ性
（臨界温度１４０℃および約２５０℃）ならびに優れた
耐隙間腐食性を示す。しかし、実質的にＭＯを含有しな
いＢ３鋼は腐食減量において８４鋼に劣る。

実質的にＭｏを含まないが、高レベルでＣｕとＮを含む
８５ｍは良好な耐応力腐食割れ性と良好な耐隙間腐食性
を示す。ＣｕとＮの効果がよくバランスしているものと
理解される。

８３ｍに類似しているが低水準のＡ１を含むＢ７鋼は、
Ｂｉｌ！よりも優れているが、耐応力腐食割れ性におい
て８３鋼に劣る。

これに対して、高水準のＭｎと低水準のＳＬとＣｕを含
むＡ１、Ａ２鋼は８０℃で応力腐食割れを起こした。

Ａ３鋼は良好な耐応力腐食割れ性を示すが、耐隙間腐食
性において劣っている。Ｓｉ含有量が低いからである。

Ａ３ｍに類似する力＜Ｍｏを含有するＡ４鋼はかなり良
好な耐隙間腐食性を示すが、耐応力腐食割れ性において
劣り、耐食性一般において本発明の鋼に域に達しない。

Ｍｏを本発明の限定範囲を越えて含むＡ５鋼は。

そのことのゆえに耐応力腐食割れ性において劣っている
。Ｎを本発明の限定範囲を越えて含むＡ６鋼は、そのこ
とのゆえに局部腐食を受けやすい。

すなわち、耐応力腐食割れ性は良好であるが、最大腐食
深さが大である。

（発明の効果） このように本発明鋼はすぐれた耐応力腐食割れ性と耐隙
間腐食性を兼ね備えていることが明らかで、また製造コ
ストの上昇も比較的小さいことから、中性塩化物溶液を
高温に加熱した状態で取り扱う装置の材料として好適で
ある。

特許出顕人　　日新製鋼株式会社 代理人　弁理士松井政広（外１名）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、Ｃ：０．０８％以下、 Ｓｉ：２．５〜４．０％、 Ｍｎ：０．８％以下、 Ｐ：０．０４５％以下、 Ｓ：０．００５％以下、 Ｎｉ：６〜２０％、 Ｃｒ：１６〜２５％、 Ｃｕ：１．５〜４．０％、 Ｎ：０．０５％以下 を含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなることを
   特徴とする温水中での耐食性にすぐれたオーステナイト
   ステンレス鋼。 ２、Ｃ：０．０８％以下、 Ｓｉ：２．５〜４．０％。 Ｍｎ：０．８％以下、 Ｐ：０．０４５％以下、 Ｓ：０．００５％以下、 Ｎｉ：６〜２０％、 Ｃｒ：１６〜２５％、 Ｃｕ：１．５〜４．０％、 Ｎ：０．０５％以下、 Ｍｏ：０．３％をこえ１．５％未満 を含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなることを
   特徴とする温水中での耐食性にすぐれたオーステナイト
   ステンレス鋼。 ３、Ｃ：０．０８％以下、 Ｓｉ：２．５〜４．０％、 Ｍｎ：０．８％以下、 Ｐ：０．０４５％以下、 Ｓ：０．００５％以下、 Ｎｉ：６〜２０％、 Ｃｒ：１６〜２５％。 Ｃｕ：１．５〜４．０％、 Ｎ：０．０５％以下、 Ａｌ：０．０５〜３．０％、 ＲＥＭ：０．００５〜０．１％ を含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなることを
   特徴とする温水中での耐食性にすぐれたオーステナイト
   ステンレス鋼。 ４、Ｃ：０．０８％以下、 Ｓｉ：２．５〜４．０％、 Ｍｎ：０．８％以下、 Ｐ：０．０４５％以下、 Ｓ：０．００５％以下、 Ｎｉ：６〜２０％、 Ｃｒ：１６〜２５％、 Ｃｕ：１．５〜４．０％、 Ｎ：０．０５％以下、 Ｍｏ：０．３％をこえ１．５％未満、 Ａｌ：０．０５〜３．０％、 ＲＥＭ：０．００５〜０．１％ を含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなることを
   特徴とする温水中での耐食性にすぐれたオーステナイト
   ステンレス鋼。