JPH02213451A - 耐食性に優れた安価なオーステナイト系ステンレス鋼 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、耐食性、特に中性塩化物含有環境下における
耐局部腐食性に優れた安価なオーステナイト系ステンレ
ス鋼に関するものである。

（従来の技術） 従来から、ステンレス鋼は耐全面腐食性に優れているた
め、海洋構造物、温水器、医療用機器、食品加工機器等
、食塩などの中性塩化物を含有する環境下、つまり中性
塩化物環境下で使用され−る機器類に広く使用されてい
る。特に、最近の生活事情の変化による温水器などの給
湯設備への需要の伸びは著しい、しかしながら、このよ
うな環境下における使用頻度の高い５ＵＳ３０４に代表
されるオーステナイト系ステンレス鋼は、孔食、すき間
腐食、応力腐食割れ等の局部腐食により損傷する場合が
あり、ステンレス鋼にとっては厳しい腐食環境と言える
。これらの局部腐食を抑制するためにはＣｒ、　Ｎｌ含
有量の増加、Ｍｏの多量添加等による合金組成それ自体
の改善、場合によっては電気防食、犠牲陽極防食法等の
電気化学的防食方法を採用するなどの手段がとられてい
るが、それらは材料コストの面ばかりでなく製造コスト
およびメンテナンスの面でいずれも高価である。

また、耐応力腐食割れ性を考慮して３０５４４４に代表
されるＭｏ添加高純度フェライト系ステンレス鋼が使用
される場合もあるが、本系鋼は材料自体が高価であるば
かりでなく、成形性、溶接性および靭性等の機械的特性
の面からも問題がある。

特に耐食性材料の用途が拡大しているばかりでなく、材
料使用量が拡大している現在、製造が容易で材料自体も
安価であることが必要である。

したがって、今日、中性塩化物環境下などの厳しい腐食
環境下でも耐食性に優れ、安価でかつ扱いが容易なオー
ステナイト系ステンレス鋼の開発が望まれている。

特開昭５９−１８５７６３号には特に耐孔食性、耐高温
酸化性を改善するためにＳｉ：２．０〜４゜０％を添加
したＣｕ含有オーステナイト系ステンレス鋼が開示され
ているが、高Ｓｔということで製造上の困難はさけられ
なかった。

（発明が解決しようとする課Ｂ） 中性塩化物環境下において、ステンレス鋼は、前項で述
べたように孔食、すき間腐食、応力腐食割れ等の局部腐
食を起こす可能性がある。ここで、いずれの局部腐食が
生じてもｍ器類にとって問題であるが、中性塩化物環境
において発生する応力腐食割れは孔食あるいはすき間腐
食等、他の局部腐食を起点とすることは良く知られてい
る。したがって、耐孔食性および耐すき間腐食性を向上
させることが第一に肝要である。

耐孔食性および耐すき間腐食性を向上させる場合におい
ては、それらの発生のみならず、その成長をも抑制する
ことが重要であるが、しかしながら従来はその発生にの
み着目した材料開発が殆んどであった。

ここに、本発明の一般的目的は、中性塩化物環境下で、
総合的な耐腐食性に優れた安価なオーステナイト系ステ
ンレス鋼を提供することである。

本発明の具体的目的は、中性塩化物環境下で見られる孔
食、すき間腐食の成長を安価な手段で抑制することによ
りそれらの局部腐食に対する抵抗性を改善したオーステ
ナイト系ステンレス鋼を提供することである。

（課題を解決するための手段） ここに、本発明者らは、かかる目的を達成すべく、Ｍｏ
を低減させた場合の耐局部腐食性に及ぼす種々の元素の
影響について検討した結果、耐孔食性の向上に対しては
、Ｓｉ、　Ｃｒ、　Ｎの添加が効果的であるが、Ｃｕの
存在は悪影響を及ぼすこと、および耐すき間腐食性の向
上に関しては、Ｃｒ、　Ｎ、　Ｃｕの添加が効果的であ
るがＳｉは悪影響を及ぼすことを知見した。ＳｉとＣｕ
に関しては作用が反対になるのである。さらに、Ｃｕは
すき間腐食の発生抑制には効果を示すが、ある程度成長
した時にはＣｕイオンのカソード反応が重畳して腐食を
加速することを知見した。

つまり、Ｃｕの作用効果にはむしろある時点から腐食を
促進することが内包されるのであって、そのための臨界
点が存在するのである。しかもこれはＳＩ含有量と相関
することが分かった。

これらの知見に基づいてさらに検討を重ね、Ｃｕ／Ｓｉ
の比を考えることによって耐孔食性および耐すき間腐食
性の両方を共に改善する領域を決定でき、そのための臨
界性がＣｕ／Ｓｉ比０．３〜０．６にあることを知り、
本発明を完成した。

よって、本発明の要旨とするところは、重量％で、 Ｃ：０．０８％以下、　　　Ｓｔ：　ｉ、ｉ〜１．８％
、Ｍｎ：　２％以下、　　　　Ｃｒ：　１６〜２５％、
Ｎｌ：　８〜１３％、　　　　Ｍｏ：　０．５〜１．５
％、Ｃｕ：　０．３〜１．２％、　　Ｎ：０．０５〜０
．３％、Ｎｂ：　０．０３〜０．１％ かつ０．３≦Ｃｕ／Ｓｔ≦０，６を満足し、さらに式： ％式％ で表わされるＭｌ−ｂａｌが−２，５〜＋１．０の範囲
内にあり、 残部Ｆｅおよび不可避不純物、但し該不純物中において
Ｂ　：０．００２０％以下に制限する、から成る組成を
有する耐食性に優れた安価なオーステナイト系ステンレ
ス鋼である。

このように本発明によれば、適度なＮの添加と耐孔食性
および耐すき間腐食性のバランスを図り、さらには成形
加工性、溶接性を考慮してＳｉ、　Ｃｕ量を決定し、さ
らにＣｕ１５１−Ｑ、３〜０．６とすることによって、
上述の本発明の目的が効果的に達成できるのである。

（作用） 次に、本発明において！ＩＩ＆Ｉｌ成割合を上述のよう
に限定した理由を説明する。

Ｃ： Ｃの過剰添加は溶接時の粒界腐食感受性を増大させるの
で低い方が望ましく、特に０．０８％を超えると耐食性
劣化が著しくなることから０．０８％以下とした。

Ｓｌ： Ｓｔは本発明において重要な元素であり、添加量の増加
とともに耐孔食性を向上させるが、耐すき間腐食性は劣
化させる傾向にありさらに溶接性、加工性などが添加量
と共に悪化することにより１．１〜１．８％とした。

Ｍｎ二 Ｍｎは脱酸剤として作用する以外に、鋼中のＳと化合し
て熱間脆性を防止する作用を有するが含有量が２％を超
えると耐全面腐食性などの一般耐食性を劣化させるので
上限を２％とした。

Ｃｒ： Ｃｒは一般耐食性、局部腐食性のいずれの改善にも有効
であるが、１６％未満ではその効果が少なく、また溶接
性、加工性の面から上限を２５％とした。

Ｎｌ； Ｎｉは鯛のオーステナイト組織の安定化、耐食性向上に
有効な元素であるが、８％未満ではその効果が小さく、
他方１３％を超えて含有させると熱間加工性が阻害され
ることにより本発明では８〜１３％とした。

ＭＯ： Ｍｏは、一般社食性、局部腐食性のいずれの改善にも有
効であるが、それ自体高価な合金元素であるため経済性
を考慮し０．５〜１．５％とした。

Ｃｕ： Ｃｕは本発明において臨界的意義を有する重要な元素で
あり、添加量の増加とともに、すき間腐食および応力腐
食割れ発生に対するすぐれた抵抗性を示すが、その含有
量が０．３％未満では所望の効果が得られず、一方、１
．２％を超えてもすき間腐食の発生に対し顕著な抵抗性
が認められず、むしろすき間腐食成長を加速する他、鯛
の熱間加工性、溶接性を阻害するので０．３〜１．２％
とした。好ましくは０．３〜１．０％である。

Ｃｕ／Ｓｋ： Ｃｕは耐すき間腐食性向上に効果があるが、耐孔食性を
劣化させる。一方、ＳｌはＣｕと相反する効果を示す、
耐すき間腐食性および耐孔食性の両者の改善を考えた場
合、Ｃｕ、　Ｓｌの両合金元素の間には一定の定量的関
係が存在し、Ｃｕ／Ｓｉの比が０６３未満では耐すき間
耐食性に対する所望の効果が得られず、一方、０．６超
では耐孔食性に対する所望の効果が得られない、したが
って、本発明ではこの比を０．３〜０．６とした。

Ｎ： Ｎは耐孔食性、耐すき間腐食性を向上させるが、０．０
５％未満では所望の効果を得ることが出来ず、他方０．
３％を超えて含有させると耐応力腐食割れ性が劣化する
ばかりでなく熱間加工性、成形性も劣化させるので、本
発明では０．０５〜０．３％とした。

Ｎｂ： ＮｂはＮとの複合添加の場合、０．０３％以上の添加で
炭化物の粒界析出抑制に効果を示すが、本発明では清浄
性、溶接性、経済性を考慮し０．０３〜０．１％とした
。

Ｂ： Ｂは、原料、例えば含Ｂステンレス鋼スクラップおよび
耐火物並びに溶解炉の残留物などから不純物として溶鋼
中に混入する元素であり、炭化物の粒界析出を促進し、
耐食性を劣化させるので可及的に低い方が望ましく、不
純物として２０ｐｐ■を超えると、本発明の１つの特徴
であるＮｂとＮとの複合添加による粒界析出抑制効果が
阻害されるので上限を２０ｐｐａ＋とじた。

Ｎ１−ｂａｌ： これは下記式で表される。

Ｎ１−ｂａｌ　＝Ｎｉｍ　＋３０　［Ｃ６Ｑ　＋Ｎ（９
Ｑ］　＋０．５Ｍｎ（ｉＪｌｌ、１［Ｃｒ５Ｑ＋１．５
Ｓｉ６Ｑ＋Ｍｏ％＋＋０．５Ｎｂ（ト）］＋８．２ このＮ１−ｂａｔは、鋼のオーステナイト相の安定性の
指標となるものであり、本発明にあっては、熱間加工性
の安定化を考慮し−２，５〜＋１とした。

その他、通常のオーステナイト系ステンレス鋼に含有さ
れる不純物としてのＰ、Ｓは、その限りでは何ら制限さ
れないが、好ましくはそれぞれ０．０３％、０．０１％
以下とする。

次に、本発明をその実施例によってさらに具体的に作用
効果とともに詳述する。

実施例 第１表に示す各鋼組成を有する供試鋼を溶製し、熱間圧
延、冷間圧延を経て厚さ２ｍｓ及び０．８−の鋼板とし
た。それから試験片を切り出し、下記要領の各種試験に
供した。

孔食試験： ＪＩＳ　Ｇ　０５７７　ニ準じテ０．５Ｍ　Ｈａ（：Ｑ
水溶液（４０℃）を使って行った。

すき間腐食試験： 第１図は耐すき間腐食性を調べるために使用した試験装
置の概略構成図であり、第２図はその主要部の斜視図で
あるが、試験に当っては、まず、試験片（２ｍ鋤Ｘ３ｈ
ｍＸ３０ｍｍ）の表面をｌ６００研摩紙で研摩して試料
１とし、導線２をスポット溶接してから四方の端面を塩
化ビニル塗料３で被覆した。

次いで、これを試験槽４に挿入して、シリコンゴム製の
すき間形成板５を重ねた。すき間形成板５には、重錘６
が取付けられた支持棒７が設けられており、７００ｇの
荷重をかけられるようになっている。その・後、試験槽
４内に０．５モルのＨａ（：Ｑ水溶液８を注入するとと
もに、これを４０℃に保ち、予め定めた電位を試料１に
かけて２０００分以上放置してからすき間腐食発生の有
無を調べた。すき間腐食電位は、試料１にかける電位を
２５ｍＶ間隔で変化させた中で、すき間腐食の発生しな
い最も高い電位とした。この方法によれば、鋼の耐すき
間腐食性が悪いものほど低い電位ですき間腐食が発生す
るので、耐すき間腐食性を正確に評価することができる
のである。なお、第１図において、符号９で示されるも
のは白金対極である。

応力腐食割れ試験： ２　ｍｒａ　Ｘ　１３＋ｉａｉ　Ｘ　６５ｍｍの試験片
をυ字型に曲げ治具で拘束し各濃度の沸騰塩化マグネシ
ウム水溶液中で３００時間浸漬試験を行った。３００時
間経過した時点で割れの生ずる限界濃度を調べた。

スポット溶接材浸漬試験； ０．８　ｍ５Ｘ５抛鵬Ｘ　８０ｍ■の板を２枚重ねて、
６個所（上側、中央、下側各２ケ所づつ）をスポット溶
接した試験片を用い中央のスポット部が気液界面になる
ように設置し、９０°Ｃ１密封状態で４３００ｈｒの浸
漬試験を実施した。

ストラウス試験： 溶体化材を７００°Ｃで１００分加熱処理を行った材料
を加工・研摩し、ＪＩＳ　Ｇ　０５７５に準じて粒界腐
食試験を行った。

これらの試験結果は、第２表にまとめて示すが、それに
よれば、本発明例では、耐孔食性および耐すき間腐食割
れ性も改善がみられる。しかも本発明例では溶接性、熱
間加工性などの機械的特性が安定して得られるのである
。

第３図にはＣｕ／Ｓｉ比に対する孔食電位、不働態維持
電流密度およびすき間腐食発生限界電位への影響をグラ
フにまとめて示す、　Ｃｕ／Ｓｉ比が０．３〜０．６の
範囲で両特性がバランスよく改善されることが分かる。

このときの基本鋼組成は次の通りであった。

ＣｉＯ，０４％、Ｓｉ：１．５％、Ｍｎ：１．２％、Ｃ
ｒ　：　２０％、Ｎｉ：９．５％、Ｍｏ：１％、Ｎ：０
．１５％、Ｎｂ：０．０７％、Ｃｕ／Ｓｉ：Ｏ〜１．２
５ （発明の効果） 以上詳述したように、本発明によれば、孔食、すき間腐
食に対する優れた抵抗性を示すとともに、溶接性、熱間
加工性等の機械的特性にも優れたオーステナイト系ステ
ンレス鋼が得られるのであって、しかもその合金組成か
らも分かるように、比較的安価であって、製造は容易で
ある。

したがって、温水器等、今日信較性のある安価な材料が
求められている分野においてその意義は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、すき間腐食試験に用いた試験装置の略式説明
図； 第２図は、第１図の装置の一部の略式斜視図；および 第３図は、本発明の実施例の結果をまとめて示すグラフ
である。 出願人　日本ステンレス株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 重量％で、 Ｃ：０．０８％以下、Ｓｉ：１．１〜１．８％、Ｍｎ：
   ２％以下、Ｃｒ：１６〜２５％、Ｎｉ：８〜１３％、Ｍ
   ｏ：０．５〜１．５％、Ｃｕ：０．３〜１．２％、Ｎ：
   ０．０５〜０．３％、Ｎｂ：０．０３〜０．１％ かつ０．３≦Ｃｕ／Ｓｉ≦０．６を満足し、さらに式： Ｎｉ−ｂａｌ＝Ｎｉ（％）＋３０［Ｃ（％）＋Ｎ（％）
   ］＋０．５Ｍｎ（％）−１．１［Ｃｒ（％）＋１．５Ｓ
   ｉ（％）＋Ｍｏ（％）＋＋０．５Ｎｂ（％）］＋８．２ で表わされるＮｉ−ｂａｌが−２．５〜＋１．０の範囲
   内にあり、 残部Ｆｅおよび不可避不純物、但し該不純物中において
   Ｂ：０．００２０％以下に制限する、から成る組成を有
   する耐食性に優れた安価なオーステナイト系ステンレス
   鋼。