JPH01198424A - 二相ステンレス鋳鋼の製造方法 - 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、製紙用サクションロール胴部材、耐海水部材
等として有用な、耐食性、強度、および靭性等にすぐれ
た二相ステンレス鋳鋼の製造方法に関する。

〔従来の技術〕

製紙工程において、多湿紙の脱水処理に使用されるサク
ションロールの胴部材（シェル）は、多湿紙から搾出さ
れる水分（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必要とし、また白水
搾出のために押付けられるプレスロールの加圧力にツブ
圧）の作用に耐える強度および靭性等を必要とする。

従来より、そのサクションロールシェル材料として、Ｓ
ＵＳ　３２９　Ｊ　１等の二相ステンレス鋳鋼が広く使
用されている。

二相ステンレス鋳鋼は固溶化熱処理材として使用される
（ＪＩＳ　Ｇ　４３０５）。その固溶化熱処理は、９５
０〜１１００’Ｃに加熱保持したのち、同温度から水冷
することにより行われる。

固溶化熱処理が施された二相ステシレス鋳鋼は、高耐食
性を有すると同時に、オーステナイトとフェライトの二
相共存による強度等の機械的性質にすぐれ、かつ構造材
料として必要な溶接性をも備えているので、上記サクシ
ョンロールをはじめ、耐海水用部材等、耐食性と機械的
性質を要求される部材として好適な材料である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

二相ステンレス鋳鋼の固溶化熱処理は、その鋳造材を固
溶化温度から冷却水で急冷することにより行われるので
、冷却途中において表面と内部との間に温度差が生じる
。厚肉の鋳造材である程、その温度差による熱応力が大
きくなり、得られる製品には高い残留応力が内在するこ
とになる。この残留応力は、製品の靭性を低下させ、サ
クションロール等のように、腐食環境中、ニップ圧によ
る応力の作用する部材では腐食疲労強度を低下させロー
ル折損事故が生じる原因となる。

本発明は二相ステンレス鋳鋼に関する上記問題点を解決
するためになされたものである。

〔問題点を解決するための手段および作用〕本発明は、
ｃ　：　ｏ、ｏａ％以下、Ｓｔ：ｔ％以下。

Ｍｎ　：　２％以下、　Ｃｒ　：　２３〜２５％、Ｎｉ
：３．５〜５．５％、Ｍｏ：２〜４％、　Ｃｏ　：０．
５〜１．５％。

Ｃｕ：１％以下、　Ｎ　：　０．１５〜０．２５％、残
部実質的にＦｅからなり、オーステナイト−フェライト
二相組織におけるフェライト量が５０〜７０％（面積率
）である二相ステンレス鋳鋼の製造方法において、その
鋳造材を固溶化温度に加熱保持したのち、強制空冷に付
し、８００℃から４００℃に到る温度域を、３℃／分以
上の冷却速度で冷却することを特徴としている。

本発明の二相ステンレス鋳鋼の製造方法は、固溶化熱処
理における固溶化温度からの冷却を、強制空冷により行
うこととしたので、従来の水冷力。

式の場合と異なって、冷却過程で生じる温度差が小さく
、厚肉材であっても発生する残留応力は小さい。

また、本発明における二相ステンレス鋳鋼は、０．１５
〜０．２５％のＮと、０．５〜１．５のＣ−ｏとが添加
されているので、固溶化温度からの強制空冷における８
００℃から４００℃に到る温度域を３℃／分以上の冷却
速度で降温させることにより、σ相を析出させることな
く、所期の固溶化熱処理が達成される。

以下、本発明について、まずそのステンレス鋳鋼を上記
成分組成に限定した理由を説明する。

Ｃ：　０．０３％以下 Ｃはオーステナイト生成元素であり、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（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対する
抵抗性が低下し、また腐食疲労強度の低下なみる。この
ため、０．０３％を上限とする。

Ｓｉ：１％以下 Ｓｌは溶鋼の脱酸および鋳造性確保に必要な元素である
。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、１％を上限とする。

Ｍｎ　：　２％以下 Ｍｎは通常の脱酸・脱硫過程で添加される元素であり、
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。このための含有量は２％までで十分である。よっ
て２％を上限とする。

Ｃｒ：２３〜２５％ Ｃｒは耐食性、特に耐粒界腐食性、耐応力腐食割れ性等
の向上効果を有する。また、Ｃｒはフェライト生成元素
であり、二相組織におけるフェライト相を形成し強度を
高める０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、二相組織における所定のフェライ
ト量（面積率で５０％以上）を確保しがたい。

しかし、Ｃｒ量があまり多くなると、鋼の靭性が低下し
、かつ鋳造時に硬脆なσ相が生成し易くなる。また、Ｎ
ｉ量との関係からフェライト量が７０％を越え、二相組
織におけるオーステナイト相との量的バランスが失われ
、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量は２３〜２５％とする。

Ｎｉ：３．５〜５．５％ 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、耐食性の点からも必要な元素
である。含有量が３．５％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
７０％以下にするためにも３．５％以上の添加を必要と
する。

しかし、５．５％を越えて多量に加えても、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、３
．５〜５．５％とする。

Ｍｏ：２〜４％ ＭＯは耐食性、ことに孔食、すきま腐食抵抗性の改善に
著効を奏する。２％以上の添加により、非酸化性酸に対
する耐食性、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が大きく向上するが、
４％を越えると、耐食性の改善効果は飽和するばかりか
、σ相が析出し易くなる。よって、２〜４％とする。

’Ｃｕｒ１％以下 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、またオーステナイト相を
固溶強化する。しかし、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みるので、１％を上限とす
る。

Ｃｏ：０．５〜１．５％ Ｃｏは、固溶化温度からの冷却過程におけるフェライト
相からのσ相析出を抑制する働きを有する。固溶化温度
からの冷却を強制空冷により行うこととした本発明にお
いてはこのＣｏのσ相析出抑制作用は重要である。また
、Ｃｏは、塩素イオンを含む環境での耐食性を高め、更
には析出物の凝集を抑制し、例えば溶接熱影響部での析
出物の凝集とそれに伴う脆化を防止する効果を有する。

このＣＯの耐食性改善、析出物凝集抑制効果は０．２％
程度の添加により発現するが、本発明では特に固溶化温
度からの強制空冷過程でのσ相析出防止のために、０．
５％を下限とする。含有量の増加に従ってその効果は増
加するが、１．５％までの添加により十分な効果が得ら
れる。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、０．５〜１．５％とする。

Ｎ　：　０．１５〜０．２５％ Ｎは上記Ｃｏと同一じく、固溶化温度からの強制空冷に
よる比較的緩慢な冷却過程におけるσ相の析出を抑制す
る効果を有する。また、Ｎの添加により強度および耐食
性が高められる。Ｎ添加による強度および耐食性改善効
果は０．０５％以上の添加により得られるが、本発明で
はこれらの効果に加えて、σ相析出抑制効果を確保する
ために０．１５％以上を必要とする。また、Ｎはオース
テナイト生成元素であるので、Ｎの添加により、オース
テナイト生成に必要なＮｉ量を少なくすることができる
。添加量の増加により上記の諸効果は増大するが、０．
２５％をこえると、効果はほぼ飽和する。よって、Ｎ量
は、０．１５〜０．２５％とする。

本発明において、オーステナイト−フェライト二相組織
におけるフェライト量を５０〜７０％に限定したのは、
５０％に満たないと、加工性が悪く、多数のサクション
ホールをドリル穿孔することが必要・なサクションロー
ル材として不適当であり、他方７０％をこえると、鋼の
靭性が低下し、かつ鋳造時に硬脆なσ相が生成し易くな
るほか、耐食性が悪（なるからである。

本発明方法によれば、上記成分組成を有する所要形状の
鋳造材（例えばサクションロールシェルを目的とする場
合には遠心力鋳造法等による中空筒状の鋳造材）を得、
ついでこれを固溶化熱処理に付す。固溶化温度は、１ｏ
ｏｏ〜１１５０″Ｃであってよく、その加熱保持時間は
、鋳造材の肉厚１インチ当たり、０．５〜２時間（例え
ば肉厚２インチの場合は１〜４時間）とすればよい。

上記固溶化温度からの冷却を、従来の水冷に代えて強制
空冷により行うこととしたのは、前記のようにその冷却
過程に生じる熱応力を可及的に少な（し残留応力を低減
するためであり、またその冷却途中の８００℃〜４００
℃に到る温度域の冷却速度を、３℃／分以上としたのは
、同温度域がσ相生成域であり、この領域を３℃／分以
上で通過することによりσ相の析出を抑制することでき
るからである。強制空冷は約２００℃まで行えばよく、
その後は放冷して構わない。

上記強制空冷は、被処理鋼材がサクションロールのシェ
ル等として使用される中空筒体である場合は、送風機を
中空孔に向けて強制送風するこ、とにより行うとよい。

中空筒体の内周面は外周面に比べて冷却されにくいが、
中空孔内に強制送風することにより、中空孔内の高温空
気が排出され、内周面が優先的に冷却される効果、中空
筒体の内外面の温度差が緩和され、残留応力の少ない固
溶化熱処理が達成される。その強制冷却に必要な送風量
は、中空筒体の中空孔の開口断面積を基準とし、例えば
２０Ｓｒｒｆ／秒以上（Ｓは開口断面積、　ｎｆ）とす
ることより上記冷却速度を満足させることができる。な
お、その場合において、中空筒体をターニングローラ上
で自身の軸心を中心に適当な速度（例えばｌｒｐｍ）で
回転させながら強制送風を行うことは、中空筒体の円周
方向の送風冷却効果を均一化させるうえで好ましいこと
である。

〔実施例〕

（１）供試材 管サイズ（ａｍ）　ｓ外径１０８１　Ｘ内径８２１×長
さ４０００（遠心力鋳造鋳放しサイズ） 成分組成（ｗｔ％）　：　ＣＯ，０２，Ｓ　ｉ　Ｏ，５
１，ＭｎＯ，８３，Ｃｒ　２４．５１．　Ｎ　ｉ　　４
．７３．　Ｍｏ　２．８４．　　Ｃ。

１．０１．　　Ｃｕ　　Ｏ，５２，Ｎ　　Ｏ，１９゜フ
ェライト量：６０％ （ｎ）固溶化熱処理 加熱条件：　１１００℃Ｘ１０１１ｒ 冷却条件：供試材をターニングローラに水平担持せしめ
、１回転／分の回転下に、送風機からノズルを介して、
２５イ／秒（４０３％／秒に相当）の送風を行って２０
０″Ｃまで強制空冷し、その後放冷により常温まで降下
させて供試中空体（Ａ）を得た。

上記強制空冷による８００℃〜４００’Ｃの温度域での
冷却速度は約り℃／分である。

比較例として、ＪＩＳ　ＳＯ５３２９Ｊ　１相当の成分
組成（ＣＯ，０３％、　Ｓ　ｉ　Ｏ，４３％、　Ｍｎ　
０．５７％、Ｃｒ３．７８％、　Ｎｉ　５．２１％、　
Ｍｏ　１．２４％、残部Ｆｅ。

フェライト量６２％）を有する遠心鋳造管（管サイズは
上記と同じ）を、上記と同一の固溶化熱処理に付して供
試中空体ＣＢ）を得た。

（ＩＩ）材料特性 各供試材から試験片を切り出し、ミクロ組織の比較、機
械試験、腐食試験（耐孔食性試験）、および腐食疲労試
験を行って、次の結果を得た。

（イ）ミクロ組織 供試材Ａ（発明例）のミクロ組織を第１図に、供試材Ｂ
（比較例）のそれを第２図に示す（各図とも、Ｘ　１０
０）。供試材Ｂでは多量のσ相が生成しているのに対し
、供試材Ａの二相組織にはσ相は存在しない。

（ロ）機械的性質 （ハ＞Ｓ食試験 ＡＳＴＭ　　Ｇ　　４８Ａ法に規定されている塩化第二
鉄（ＦｅＣｊ！ａ）溶液による孔食試験（ＴｏｔａｌＩ
ｓｎ＋ｅｒｓｉｏｎ　Ｆｅｒｒｉｃ　Ｃｈｌｏｒｉｄｅ
　Ｔｅ５ｔ）に準拠し、腐食減量を測定する。

腐食量（ｇ／ｎｆｈ） （ニ）腐食疲労試験　　１．２　　　　　２５．４小野
式回転曲げ法により、腐食疲労破壊に到るまでの回転数
（Ｎ）を測定した。

腐食液：　Ｃ１２−：１１０００ｐｐ、　　５０４−：
１００ＯＰＩ）ＩＩ。

ｐ　Ｈ３，５（製紙工業協会規定の標準腐食液組成）荷
重：　２０ｋｇ／ｄ 回転数（Ｎ）　　　　　６．６　Ｘｌｏ’回　　３Ｘ１
０’回上記試験結果から明らかなように、発明例（供試
材Ａ）は、σ相の生成が少な（健全な二相組織を有し、
従来材を凌ぐ耐食性、機械的性質および。

高腐食疲労強度を備えている。

（発明の効果〕 本発明方法により製造される二相ステンレス鋳鋼は、耐
食性、強度、靭性、腐食疲労強度等にすぐれているので
、これらの緒特性が要求される用途、例えば製紙用サク
ションロールのシェル材として有用であり、その耐用寿
命の向上、操業の安定化等に大きな効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、二相ステンレス鋳鋼の金属組織
を示す図面代用写真である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、Ｃ：０．０３％以下、Ｓｉ：１％以下、Ｍｎ：２％
   以下、Ｃｒ：２３〜２５％、Ｎｉ：３．５〜５．５％、
   Ｍｏ：２〜４％、Ｃｏ：０．５〜１．５％、Ｃｕ：１％
   以下、Ｎ：０．１５〜０．２５％、残部実質的にＦｅか
   らなり、オーステナイト−フェライト二相組織における
   フェライト量が５０〜７０％（面積率）である二相ステ
   ンレス鋳鋼の製造方法において、その鋳造材を固溶化温
   度に加熱保持したのち、強制空冷に対し、８００℃から
   ４００℃に到る温度域を、３℃／分以上の冷却速度で冷
   却することを特徴とする二相ステンレス鋳鋼の製造方法
   。