JPH0250980B2 - - Google Patents
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- JPH0250980B2 JPH0250980B2 JP60144426A JP14442685A JPH0250980B2 JP H0250980 B2 JPH0250980 B2 JP H0250980B2 JP 60144426 A JP60144426 A JP 60144426A JP 14442685 A JP14442685 A JP 14442685A JP H0250980 B2 JPH0250980 B2 JP H0250980B2
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
- C22C38/42—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with copper
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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- C22C38/58—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with more than 1.5% by weight of manganese
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Description
（発明の背景）
本発明は低温の使用（service）に於て改良せ
る機械的性質を有するオーステナイト系ステンレ
ス鋼に関する。特に、本発明は良好な強度、溶接
を包含する加工性及び低温使に適する安定なオー
ステナイト系Cr−Ni−Mn鋼に関する。 耐食性が同様に重要である低温及び極低温用に
使用される構造物にオーステナイト系ステンレス
鋼を使用することは公知である。これらの用途に
は、オーステナイト系ステンレス鋼のほかに、ア
ルミニウム合金又は９％ニツケル含有合金鋼を使
用することも公知である。後者の材料は比較的高
い強度を示すので低減した断面の厚さに使用でき
る点においてオーステナイト系ステンレス鋼より
すぐれている有利な点を有する。アルミニウム合
金の有利な点は軽量で、良好な強度／重量比であ
る。しかしながら、これらの材料はオーステナイ
ト系ステンレス鋼に比し耐食性及び加工上の両者
において不十分である。用途には低温用に使用す
るのに必要な加工工程としての溶接を包含する圧
力容器の如き容器の構成を包含している。オース
テナイト鋼の溶接は感受性化（sensitization）処
理即ちカーバイド析出を生じ、それは使用すると
き溶接容器に有害である。 必要なものは、低コストの合金元素、特に比較
的高価である低ニツケル含量を有するが、高ニツ
ケル含有合金に匹敵し得る機械的強度と低温特性
とを示すオーステナイト系ステンレス鋼である。 従つて、良好な低温特性を有する高室温強度、
特に耐食性及び耐感受性とともに強度と加工性と
を有して、溶接によるような加工を可能とするオ
ーステナイト系ステンレス鋼を提供するのが本発
明の主な目的である。 本発明のこの目的及び他の目的は次の説明及び
特定の実施例より、その完全な諒解とともに得る
ことができる。 （発明の概要） 本発明によれば、オーステナイト系ステンレス
鋼がオーステナイト安定性、伸び、強度の良好な
低温特性を有して提供される。組成的に釣合つて
いる鋼は実質的に最高0.03％の炭素、6.4〜7.5％
のマンガン、1.0％までのけい素、16〜17.5％の
クロム、4.0〜5.0％のニツケル、1.0％までの銅、
0.13〜0.20％の窒素及び残部鉄より成るものであ
る。鋼はオーステナイト安定性、高室温強度、溶
接に対する最小の感受性、低温における高強度と
延性とを特徴とするものである。 （好ましい実施態様の詳細な説明） 本発明のオーステナイト系ステンレス鋼は−50
〓（−45.6℃）以下、特に−100〓（−73.3℃）
以下の温度で良好な強度と靭性とを特徴とし、か
つ加工性、特に感受性化処理に対する抵抗性を有
して加工中に溶接を可能とする特徴を有してい
る。本鋼は良好な低温特性を達成するのに十分な
オーステナイト安定性を保持しながら、良好な最
小室温強度レベルを達成するためにオーステナイ
ト化元素を制限、調節することによつて組成的に
釣合いをとつている。本鋼は最低3164Kg／cm2
（45000psi）降伏強度（Y.S）及び6679Kg／cm2
（95000psi）引張強度（T.S）の高室温強度、−
320〓（−195.5℃）の温度における夫々17％及び
12304Kg／cm2（175000psi）の最小伸びと引張強度
並びに−10℃以下のMd30温度を特徴とするもの
である。 オーステナイト安定性は低温における変形によ
るマルテンサイトの変態を最小とするMd温度に
よつて定義することができる。形成されるマルテ
ンサイトはシヤルピーＶ−ノツチ衝撃結果で示さ
れるとき良好な靭性と成形性とを提供する組成で
あり、−195.5℃（−320〓）のような低温度にお
いて最小0.025インチ（0.635mm）の横膨張であ
る。Md30によつて示されるようなオーステナイ
ト安定性は50％マルテンサイトが0.30の真の歪み
で形成される温度である。オーステナイト安定性
の式を示せば次の通りである： Md30＝413−462（％Ｃ＋％Ｎ）−9.2 （％Si）−8.1（％Mn）−13.7 （％Cr）−9.5（％Ni）−17.1 （％Cu）−18.5（％Mo） 式は各合金元素の相対的効果を記している。式
によつて定義されているように、低いMd温度
（℃）は良好なオーステナイト安定性を示す。 ここで使用する組成の％はすべて重量％であ
る。 鋼におけるクロムは合金の一般腐食及び酸化の
抵抗性を寄与する。16〜17.5％のクロム含量は本
発明が特に充分に適している用途に必要な耐食性
の程度を保証する。オーステナイト安定性を確保
するには約16.4〜17.1％の範囲のクロムが好まし
い。 けい素含量は１％まで、好ましくは0.2〜0.7％
の範囲とする。けい素は耐一般酸化性に対して必
要を充たしかつ溶接中に流動性を助長する。 銅含量は１％まで、好ましくは0.35〜0.6％の
範囲とする。銅はある媒体に対する耐食性の必要
を充たしかつオーステナイト安定性に寄与する。 マンガンは鋼に所望のレベルの強度を与えるた
めに、6.4〜7.5％を存在させる。マンガンは又溶
接性を助長する窒素に対する合金溶解性を増加す
る。マンガン含量は6.4〜７％の範囲が好ましく、
低温度におけるオーステナイト安定性の要求に寄
与する。 ニツケルは主要なオーステナイト化元素であ
り、衝撃強度即ち本発明鋼の靭性を増強する。ニ
ツケル含量は４〜５％、好ましくは４〜4.6％の
比較的低いレベルに保たれる。十分なオーステナ
イト安定性は本発明鋼の組成バランスの結果とし
てこのような低レベルで達成される。 窒素含量は0.13〜0.20％、好ましくは約0.13〜
0.17％の範囲である。窒素はオーステナイト安定
性に寄与するオーステナイト化元素である。ニツ
ケルは低コストの合金元素である窒素の有効な添
加によつて達成されるオーステナイト安定性で比
較的低レベルに保たれる。窒素は又鋼の全強度、
特に室温における降伏強度に寄与する。 本発明の釣合つている組成は低温度におけるオ
ーステナイト安定性を達成するために少くとも
6.4％Mn、4.0％Ni、0.13％Ｎを必要とする。 本発明の鋼はまた比較的低い炭素含量を有し、
それは安定化元素の添加の必要性又は溶接による
ような加工を可能とする感受性化処理を最小にす
る特殊な溶解技術を回避する。最高0.03％までの
範囲の炭素は、好ましくは例えば溶接中に起る有
害なカーバイト析出に対する感受性を低減する。 本発明合金は通常の製鋼上の不純物及び残留元
素を含有し、残部は鉄である。りんは最高0.045
％まで存在できる不純物であり、不純物としての
硫黄は最高0.015％まで存在することができる。 本発明をより完全に理解するために、次の実施
例を示す。 実施例 一連のヒートを約0.50インチ（1.27cm）厚さの
プレートを製造するために普通の手段で溶製、鋳
造、熱間圧延した。一連のヒートは第１表に掲げ
た組成を有していた。
る機械的性質を有するオーステナイト系ステンレ
ス鋼に関する。特に、本発明は良好な強度、溶接
を包含する加工性及び低温使に適する安定なオー
ステナイト系Cr−Ni−Mn鋼に関する。 耐食性が同様に重要である低温及び極低温用に
使用される構造物にオーステナイト系ステンレス
鋼を使用することは公知である。これらの用途に
は、オーステナイト系ステンレス鋼のほかに、ア
ルミニウム合金又は９％ニツケル含有合金鋼を使
用することも公知である。後者の材料は比較的高
い強度を示すので低減した断面の厚さに使用でき
る点においてオーステナイト系ステンレス鋼より
すぐれている有利な点を有する。アルミニウム合
金の有利な点は軽量で、良好な強度／重量比であ
る。しかしながら、これらの材料はオーステナイ
ト系ステンレス鋼に比し耐食性及び加工上の両者
において不十分である。用途には低温用に使用す
るのに必要な加工工程としての溶接を包含する圧
力容器の如き容器の構成を包含している。オース
テナイト鋼の溶接は感受性化（sensitization）処
理即ちカーバイド析出を生じ、それは使用すると
き溶接容器に有害である。 必要なものは、低コストの合金元素、特に比較
的高価である低ニツケル含量を有するが、高ニツ
ケル含有合金に匹敵し得る機械的強度と低温特性
とを示すオーステナイト系ステンレス鋼である。 従つて、良好な低温特性を有する高室温強度、
特に耐食性及び耐感受性とともに強度と加工性と
を有して、溶接によるような加工を可能とするオ
ーステナイト系ステンレス鋼を提供するのが本発
明の主な目的である。 本発明のこの目的及び他の目的は次の説明及び
特定の実施例より、その完全な諒解とともに得る
ことができる。 （発明の概要） 本発明によれば、オーステナイト系ステンレス
鋼がオーステナイト安定性、伸び、強度の良好な
低温特性を有して提供される。組成的に釣合つて
いる鋼は実質的に最高0.03％の炭素、6.4〜7.5％
のマンガン、1.0％までのけい素、16〜17.5％の
クロム、4.0〜5.0％のニツケル、1.0％までの銅、
0.13〜0.20％の窒素及び残部鉄より成るものであ
る。鋼はオーステナイト安定性、高室温強度、溶
接に対する最小の感受性、低温における高強度と
延性とを特徴とするものである。 （好ましい実施態様の詳細な説明） 本発明のオーステナイト系ステンレス鋼は−50
〓（−45.6℃）以下、特に−100〓（−73.3℃）
以下の温度で良好な強度と靭性とを特徴とし、か
つ加工性、特に感受性化処理に対する抵抗性を有
して加工中に溶接を可能とする特徴を有してい
る。本鋼は良好な低温特性を達成するのに十分な
オーステナイト安定性を保持しながら、良好な最
小室温強度レベルを達成するためにオーステナイ
ト化元素を制限、調節することによつて組成的に
釣合いをとつている。本鋼は最低3164Kg／cm2
（45000psi）降伏強度（Y.S）及び6679Kg／cm2
（95000psi）引張強度（T.S）の高室温強度、−
320〓（−195.5℃）の温度における夫々17％及び
12304Kg／cm2（175000psi）の最小伸びと引張強度
並びに−10℃以下のMd30温度を特徴とするもの
である。 オーステナイト安定性は低温における変形によ
るマルテンサイトの変態を最小とするMd温度に
よつて定義することができる。形成されるマルテ
ンサイトはシヤルピーＶ−ノツチ衝撃結果で示さ
れるとき良好な靭性と成形性とを提供する組成で
あり、−195.5℃（−320〓）のような低温度にお
いて最小0.025インチ（0.635mm）の横膨張であ
る。Md30によつて示されるようなオーステナイ
ト安定性は50％マルテンサイトが0.30の真の歪み
で形成される温度である。オーステナイト安定性
の式を示せば次の通りである： Md30＝413−462（％Ｃ＋％Ｎ）−9.2 （％Si）−8.1（％Mn）−13.7 （％Cr）−9.5（％Ni）−17.1 （％Cu）−18.5（％Mo） 式は各合金元素の相対的効果を記している。式
によつて定義されているように、低いMd温度
（℃）は良好なオーステナイト安定性を示す。 ここで使用する組成の％はすべて重量％であ
る。 鋼におけるクロムは合金の一般腐食及び酸化の
抵抗性を寄与する。16〜17.5％のクロム含量は本
発明が特に充分に適している用途に必要な耐食性
の程度を保証する。オーステナイト安定性を確保
するには約16.4〜17.1％の範囲のクロムが好まし
い。 けい素含量は１％まで、好ましくは0.2〜0.7％
の範囲とする。けい素は耐一般酸化性に対して必
要を充たしかつ溶接中に流動性を助長する。 銅含量は１％まで、好ましくは0.35〜0.6％の
範囲とする。銅はある媒体に対する耐食性の必要
を充たしかつオーステナイト安定性に寄与する。 マンガンは鋼に所望のレベルの強度を与えるた
めに、6.4〜7.5％を存在させる。マンガンは又溶
接性を助長する窒素に対する合金溶解性を増加す
る。マンガン含量は6.4〜７％の範囲が好ましく、
低温度におけるオーステナイト安定性の要求に寄
与する。 ニツケルは主要なオーステナイト化元素であ
り、衝撃強度即ち本発明鋼の靭性を増強する。ニ
ツケル含量は４〜５％、好ましくは４〜4.6％の
比較的低いレベルに保たれる。十分なオーステナ
イト安定性は本発明鋼の組成バランスの結果とし
てこのような低レベルで達成される。 窒素含量は0.13〜0.20％、好ましくは約0.13〜
0.17％の範囲である。窒素はオーステナイト安定
性に寄与するオーステナイト化元素である。ニツ
ケルは低コストの合金元素である窒素の有効な添
加によつて達成されるオーステナイト安定性で比
較的低レベルに保たれる。窒素は又鋼の全強度、
特に室温における降伏強度に寄与する。 本発明の釣合つている組成は低温度におけるオ
ーステナイト安定性を達成するために少くとも
6.4％Mn、4.0％Ni、0.13％Ｎを必要とする。 本発明の鋼はまた比較的低い炭素含量を有し、
それは安定化元素の添加の必要性又は溶接による
ような加工を可能とする感受性化処理を最小にす
る特殊な溶解技術を回避する。最高0.03％までの
範囲の炭素は、好ましくは例えば溶接中に起る有
害なカーバイト析出に対する感受性を低減する。 本発明合金は通常の製鋼上の不純物及び残留元
素を含有し、残部は鉄である。りんは最高0.045
％まで存在できる不純物であり、不純物としての
硫黄は最高0.015％まで存在することができる。 本発明をより完全に理解するために、次の実施
例を示す。 実施例 一連のヒートを約0.50インチ（1.27cm）厚さの
プレートを製造するために普通の手段で溶製、鋳
造、熱間圧延した。一連のヒートは第１表に掲げ
た組成を有していた。
【表】
第１表に掲げたヒートは第２表に示すようにそ
の機械的性質を決定するために試験された。
夫々、Ｔ及びＬで示したように横方向と縦方向と
の両方で降伏強度、引張強度及び伸びが試験され
た。シヤルピーＶ−ノツチ試験がエネルギー衝撃
及び横方向膨張によつて示すように靭性を決定す
るのに使用された。
の機械的性質を決定するために試験された。
夫々、Ｔ及びＬで示したように横方向と縦方向と
の両方で降伏強度、引張強度及び伸びが試験され
た。シヤルピーＶ−ノツチ試験がエネルギー衝撃
及び横方向膨張によつて示すように靭性を決定す
るのに使用された。
【表】
【表】
【表】
第１表及び第２表について、アンダーラインさ
れた値はいずれも本発明の冶金学的組成の制限外
又は−195.5℃における必要な性質外であること
を示している。 第２表のデータは明らかにヒート879750、
879751、879847が本発明鋼の冶金学的組成限界及
び必要な性質を満足していることを示している。
ヒート772520は不十分なMn及びCuレベルを有
し、Md30によつて定義されているように乏しい
オーステナイト安定性を−195.5℃における不十
分な引張強度と同様に有している。ヒート881989
は又本発明外のMn及びCu含量と最低のオーステ
ナイト安定性とを有している。ヒート881989の機
械的性質は21℃（70〓）の試験温度のみで得られ
た。ヒート882407は不十分なMn及びNi含量と
Md30による乏しいオーステナイト安定性、−
195.5℃における最低の伸びと引張強度とを有し
ている。ヒート888239の組成は低Niを包含し、
乏しいオーステナイト安定性（Md30）及び−
195.5℃における乏しい伸びと引張強度とを示し
ている。 添付図面は第２表に示す機械的性質で第１表の
組成上の効果を図示したものである。断続線
（dashed line）は試験温度の関数として伸び、引
張強度、降伏強度に対する本発明のヒート
879750、879751、879847の平均を示す。実線はタ
イプ201合金の典型的機械的性質を示す。タイプ
201合金に対するMd30温度は約０℃である。図面
は明らかに低温度における機械的性質に及ぼすオ
ーステナイト安定性の影響を示している。 本発明の目的であつたように、本合金はタイプ
304合金に匹敵する耐食性を示し、かつ室温で最
低3164Kg／cm2の降伏強度と最低6679Kg／cm2の引張
強度を示し、一方作業及び環境温度が−73.3℃以
下に低下するにつれて引張強度は増加しつつあ
る。増加する強度は夫々最低17％、6.9Kgｍ（50ft
−lb）及び0.6mm（0.025インチ）の引張伸び、シ
ヤルピー衝撃強度及び横方向膨張によつて測定さ
れるような高い延性を伴う。本鋼は溶接に対して
最小の感受性化処理、高い室温強度、低温におけ
る高い強度と延性並びに組成上のバランスの結果
としてのオーステナイト安定性を特徴とするもの
である。
れた値はいずれも本発明の冶金学的組成の制限外
又は−195.5℃における必要な性質外であること
を示している。 第２表のデータは明らかにヒート879750、
879751、879847が本発明鋼の冶金学的組成限界及
び必要な性質を満足していることを示している。
ヒート772520は不十分なMn及びCuレベルを有
し、Md30によつて定義されているように乏しい
オーステナイト安定性を−195.5℃における不十
分な引張強度と同様に有している。ヒート881989
は又本発明外のMn及びCu含量と最低のオーステ
ナイト安定性とを有している。ヒート881989の機
械的性質は21℃（70〓）の試験温度のみで得られ
た。ヒート882407は不十分なMn及びNi含量と
Md30による乏しいオーステナイト安定性、−
195.5℃における最低の伸びと引張強度とを有し
ている。ヒート888239の組成は低Niを包含し、
乏しいオーステナイト安定性（Md30）及び−
195.5℃における乏しい伸びと引張強度とを示し
ている。 添付図面は第２表に示す機械的性質で第１表の
組成上の効果を図示したものである。断続線
（dashed line）は試験温度の関数として伸び、引
張強度、降伏強度に対する本発明のヒート
879750、879751、879847の平均を示す。実線はタ
イプ201合金の典型的機械的性質を示す。タイプ
201合金に対するMd30温度は約０℃である。図面
は明らかに低温度における機械的性質に及ぼすオ
ーステナイト安定性の影響を示している。 本発明の目的であつたように、本合金はタイプ
304合金に匹敵する耐食性を示し、かつ室温で最
低3164Kg／cm2の降伏強度と最低6679Kg／cm2の引張
強度を示し、一方作業及び環境温度が−73.3℃以
下に低下するにつれて引張強度は増加しつつあ
る。増加する強度は夫々最低17％、6.9Kgｍ（50ft
−lb）及び0.6mm（0.025インチ）の引張伸び、シ
ヤルピー衝撃強度及び横方向膨張によつて測定さ
れるような高い延性を伴う。本鋼は溶接に対して
最小の感受性化処理、高い室温強度、低温におけ
る高い強度と延性並びに組成上のバランスの結果
としてのオーステナイト安定性を特徴とするもの
である。
添付図面は本発明合金及び先行技術の合金の低
温度における機械的性質を比較図示したものであ
る。
温度における機械的性質を比較図示したものであ
る。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 重量％で、炭素最高0.03、マンガン6.4〜7.5、
けい素1.0まで、クロム16〜17.5、ニツケル4.0〜
5.0、銅1.0まで、窒素0.13〜0.20、及び残部鉄及
び残留不純物より実質的に成る低温に於て良好な
機械的特性を有するオーステナイト系ステンレス
鋼。 ２ りん最高0.045％、硫黄最高0.015％の不純物
を包含する特許請求の範囲第１項記載の鋼。 ３ −195.5℃の温度において最低17％の伸び、
12304Kg／cm2の引張強度及び少くとも−10℃の
Md30温度を有する特許請求の範囲第１項記載の
鋼。 ４ 室温で3164Kg／cm2の降伏強度及び6679Kg／cm2
の引張強度を有する特許請求の範囲第３項記載の
鋼。 ５ −195.5℃の温度において0.635mmの横方向膨
張の最低性質を有する特許請求の範囲第３項記載
の鋼。 ６ 重量％で、実質的に炭素最高0.03、マンガン
6.4〜７、りん最高0.045、硫黄最高0.015、けい素
0.2〜0.7、クロム16.4〜17.1、ニツケル４〜4.6、
銅0.35〜0.60、窒素0.13〜0.17及び残部鉄及び残
留不純物より成り、−195.5℃の温度において17％
の伸び、0.635mmの横方向膨張及び12304Kg／cm2の
引張強度の最低性質並びに少くとも−10℃の
Md30温度を有する特許請求の範囲第１項記載の
低温に於て良好な機械的特性を有するオーステナ
イト系ステンレス鋼。
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| US06/627,378 US4568387A (en) | 1984-07-03 | 1984-07-03 | Austenitic stainless steel for low temperature service |
| US627378 | 1984-07-03 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6119767A JPS6119767A (ja) | 1986-01-28 |
| JPH0250980B2 true JPH0250980B2 (ja) | 1990-11-06 |
Family
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|---|---|
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| JP (1) | JPS6119767A (ja) |
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| CA (1) | CA1238801A (ja) |
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