JPH03260035A

JPH03260035A - 耐食性及び被削性を改善したＮｉ―Ｃｒ系ステンレス鋼

Info

Publication number: JPH03260035A
Application number: JP6040590A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Nakayama; 中山　佳則; Kikuo Takizawa; 滝沢　貴久男
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1990-03-12
Filing date: 1990-03-12
Publication date: 1991-11-20
Anticipated expiration: 2017-07-02
Also published as: JP3296554B2

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〉この発明は、Ｎｉ　−Ｃｒ系５ＵＳ３０４ステンレス鋼
をベースとしてその耐食性と被削性を改善し、特に食品
用機器の材料として好ましく利用することができるＮｉ
−Ｃｒ系ステンレス鋼に関するものである。

〈従来の技術〉ＪＩＳに定められた５ＵＳ３０４の化学成分は表１のと
おりである。

表１−　　　　　（重量％）ＳＵＳ３０４は耐食性材料として広く用いられているが
、被削加工性が非常に悪い。快削性が要求される場合に
は、従来、耐食性を大幅に犠牲にして意図的に硫化物系
介在物（ＭｎＳ）を生成させる方法が一般に採られてい
る。しかし、耐食性を特に重視して、強腐食環境（例え
ば、塩化物環境や酸性飲料環境等）にも対応させるよう
にするには、さらにＭｎＳの主成分である鋼中のＳ及び
Ｍｎの組成化Ｍｎ／　Ｓ比を低下させ、ＭｎＳ中の固溶
Ｃｒ量を多くすることが有効とされている（「鉄と鋼、
。

７０（１９８４）、Ｐ、７４１）。

〈発明が解決しようとする問題点〉上記したＭｎＳの生成及びＭｎ／Ｓ比の低下をバランス
よく調整することによって耐食性を損わず被削性を改善
することはある程度可能であるが、未だ充分満足できる
ものではなかった。

そこでこの発明は、５ＵＳ３０４をベースとして、耐食
性と被削性の両方がさらに優れたＮｉ−Ｃｒ系ステンレ
ス鋼を提供することを目的としてなされたものである。

く問題点を解決するための手段および作用〉第１の発明
による耐食性及び被削性を改善したＮｉ−Ｃｒ系ステン
レス鋼は、５ＵＳ３０４ステンレス鋼を基本成分として
これを一部変更した次のような化学組成を有するもので
ある：Ｃ０，０８重量％以下、Ｓｉ１．０重量％以下、
Ｍｎ０．７重量％以下、Ｐ　　０．０４重量％以下、ｓ
　　０．ｏｏｓ重量％以下、Ｎｉ８．０〜１２．０重量
％、Ｃｒ１７．０〜２０．０重量％、Ｍｏ０．４０〜０
．８０重量％、Ｃｕ　０．３０〜０．５０重量％、Ｓｎ
０．０３〜０．３０重量％、及び残部Ｆｅゎ５ｎは被削性を改善するだけでなく、耐全面腐食性、耐
隙間腐食性、耐孔食性及び耐応力腐食割れ性を改善する
。その−例として希硫酸水溶液中では、最初にＳｎが優
先溶解し、次いで溶解したＳｎが再び鋼表面へ濃縮（析
出）することによってアノード・カソード両反応が抑制
されるため、耐硫酸性（この場合、耐全面腐食性）を改
善する。また、ＳｎとＣｕを複合添加することにより耐
食性は一層改善される。（「防食技術」、３７（１９８
８）、Ｐ、７３２）。上述したようなＳｎ添加による耐
食性改善効果は、０．０３重量％以下では効果がなく、
一方あまり多く添加した場合には鍛造性を害し、添加量
の割には耐食性改善効果も少なくなるため、被削性及び
耐食性を十分改善できる添加量範囲０．０３〜０，３０
重量％とじた。

またＭＯおよびＣｕは耐食性全般において改善効果があ
るが、Ｃｕが多すぎると耐有機酸腐食性を低下させるこ
とがある。しかし、この発明のようにＣｕを０．３０〜
０．５０重量％程度に抑え、ＭｏやＳｎ、そしてその他
の元素を調整することにより耐重１１ｍ腐食性を高める
ことができる。またＭｏは０゜０４重量％以下では耐食
性に無効となる場合があり、また０、８０重量％以上で
は耐食性改善への効果が添加量の割には少なくなり、さ
らにコスト高となるため、この発明における０、４０〜
０．８０重量％が最適である。

Ｓ及び加については、前述したようにこれらの量を低減
すると耐食性が改善されるが、反面において被削加工性
を低下させる。この発明においてはＳを０．００５重量
％以下、Ｍｎを０．７重量％以下として耐食性を改善す
る一方、被削性の低下はＳｎを添加することによって補
うことができる。

Ｎｉはオーステナイト（７）系ステンレス鋼の基本元素
で、７相を安定にする。強度面では靭性の改善に寄与す
る。低Ｎｉでは７相が不安定となり加工によりマルテン
サイトを誘発し、硬化して靭性を低下させる。ＮｉはＦ
ｅ　、　Ｃｒに比較して電気化学的に貴であるため、活
性態域での腐食を抑制する。

また、中性塩化物溶液や非酸化性酸による腐食に対して
、顕著な抵抗性を与え、かつ不働態を強化する。この発
明では、フェライト生成元素であるＳｎを添加している
ため、５ＵＳ３０４規格よりもＮｉを多くして７相を安
定にしている。

Ｃｒはステンレス鋼の基本成分で、酸化性環境下におい
てステンレス鋼の不働態化に寄与する。すなわち、ステ
ンレス鋼の耐食性はこの不働態皮膜によって維持される
ものであり、Ｃｒはステンレス鋼にとって必須の元素で
ある。

この発明におけるその他の合金元素、すなわちＣ，Ｓｉ
、Ｐにツイテは、ＪＩＳ（ＳＵＳ３０４）規格どおりの
組成範囲で使用することができる。

第２の発明による耐食性及び被削性を改善したＮｉ−Ｃ
ｒ系ステンレス鋼は、５ＵＳ３０４ステンレス鋼を基本
成分としてこれを一部変更した次のような化学組成を有
するものである：Ｃ０，０８重量％以下、Ｓｉ２．０〜
４．０重量％、Ｍｎ０．７重量％以下、Ｐ０．０４重量
％以下、Ｓ　　０．００５重量％以下、Ｎｉ　８．０〜
１３．０重量％、Ｃｒ　１７６０〜２０．０重量％、Ｍ
ｏ０．４０〜０．８０重量％、Ｃｕ１．０〜３．０重量
％、Ｓｎ０．０３〜０３０重量％及び残部Ｆｅ。

上記組成の第２の発明についても先に述べた第１の発明
と同様に以下、各元素毎に説明を加えるが、５ｎ　、　
Ｎｉ　、　Ｃｒ　、　Ｍｎについては、第１の説明と同
じなために、ここで番ま説明を省略する。

ＭＯおよびＣｕは耐食性全般において改善効果があるが
、Ｃｕが多すぎると耐有機酸腐食性を低下させることが
あり、また、３％以上の添加は高温加工性を阻害する。

しかし、Ｃｕを添加させることによる最大の利点は、Ｎ
ｉ　−Ｃｒ系ステンレス鋼の欠点の一つである応力腐食
割れを抑制することである。

例えば低濃度食塩水中（１０００ｐｐｍＣｊ！−及び２
１０００ｐｐｍＣ１−水溶液、８０℃）におけるオース
テナイトステンレス鋼の耐応力腐食割れ性に及ぼすＣｕ
の影響について、２％のＣｕの添加は単独あるいはＣｕ
とＳｉ　、　Ｍｏとの複合添加のいずれにおいても有効
であるとする報告（「鉄と＃、４．６９（１９８３）、
Ｐ、８３７）があり、また、沸！ｌ　ＭｇＣ１を溶液中
におけるオーステナイトステンレスｔ１４ノ耐応力腐食
割れ性に及ぼすＣｕの影響について、１゜０７％のＣｕ
の添加は沸騰ＭｇＣＬ濃度が低い場合、すなわち低温側
になると割れ感受性を減少させるとする報告（「日本金
属学会誌Ｊ、３７（１９７３）、Ｐ、１３２０）もある
。これらの他、Ｃｕの応力腐食割れ改善効果を述べてい
る報告は多数ある。

したがって、第２の発明は、Ｃｕを１．０〜３．０重量
％に調整し、ＭＯやＳｎそしてその他の元素を調整する
ことにより、高温加工性を害することなく耐応力腐食割
れ性や耐有機酸腐食性をはじめとした耐食性を向上させ
ている。またＭｏは０．４０重量％以下では耐食性に無
効となる場合があり、また０、８０重量％以上では耐食
性改善への効果が添加量の割には少くなり、さらにコス
ト高となるため、この発明における０、４０〜０．８０
重量％が最適である。

Ｓｉは一般に耐食性の改善に効果がある。特に耐酸化性
に優れるため、本発明においては２．０〜４．０重量％
添加する。Ｓｉは非晶質のＦｅ＊５１０ａ　、　ＳｉＯ
２皮膜をＣｒ、０．下に形成し、スケールの固着性をよ
くするので耐酸化性を向上させる（ステンレス鋼便覧、
１９７５年発行、Ｐ、３６０）。また、耐食性を改善す
るＳｉの効果は選択酸化されて初期皮膜中にはいり、皮
膜の非晶質化に寄与するためであると考える報告（「日
本金属学会会報」、第１８巻第８号（１９７９）、Ｐ、
５４７）もある。したがって本発明においては、Ｓｉを
２．０〜４．０重量％添加することで、不ｍ態皮膜の強
化を図っている。

上記第１の発明と同様、この第２の発明におけるその他
の合金元素も、すなわちＣ２Ｐについては、Ｊ　ｌ５（
ＳＵＳ３０４）規格どおりの組成範囲で使用することが
できる。

〈第１の発明の実施例〉表２に示した化学組成をもつこの発明の実施例の試料１
　、２　（Ｍ０．Ｃｕ、Ｓｎの複合添加鋼種）及び比較
用の試料３　（Ｍｏ　、　Ｃｕ無添加鋼種）を調製した
。ここで試料１，２はＳｎの含有量が異なるだけで、そ
の他の元素はすべて同量である。比較用の試料３はＳｎ
を約０．２％添加し、Ｍｏ　、　Ｃｕを添加せず、その
他の元素は試料１，２と同量である。

（１）耐全面腐食性の改善 ■腐食速度第１図は、試料１〜３の希硫酸（５％硫酸、沸騰）及び
乳酸（５０％乳酸、５０％乳酸＋１％食塩、各々沸騰下
）中での腐食速度を示す。どの溶液中においても、Ｍｏ
　、　Ｃｕ　、　Ｓｎ複合添加の発明鋼種は、Ｓｎ単独
添加鋼種より腐食速度が小さく、耐食性が向上している
。特に５０％乳酸においては、試ＲＩ、２はほとんで腐
食していない。

■アノード分極曲線第２図社、試料１〜３の希硫酸（５％硫酸、３ｏ　”ｃ
　）中でのアノード分極曲線である。図中■〜■で示さ
れた不働態化限界電流密度（ｉｅｒｉｔ）は、発明鋼種
である試料１，２（■、■）の方が試料３（■）より小
さく、試料１，２は活性態溶解域が減少している。した
がって、ＭＯ。

Ｃｕ　、　Ｓｎを複合添加すると希硫酸溶液中での耐食
性が改善される。

第３図は、試料１〜３の乳酸（ＳＯ％乳酸、３０゛Ｃ）
中でのアノード分極曲線である。図中■〜■で示された
ｉ　ｃｒｉｔは、発明鋼種である試料１．２（■、■）
の方が試料３（■）より小さく、試料１，２は活性態溶
解域が減少している。

この傾向は第２図の場合と同様である。したがっかって
、Ｍｏ　、　Ｃｕ　、　Ｓｎを複合添加すると乳酸溶液
中での耐食性が改善される。

第４図は、試料１〜３の〔乳酸十食塩〕溶液（ＳＯ％乳
酸＋１％Ｎａｃｌ　、　３０℃）中でのアノード分極曲
線である。図中■、■で示された１ｃｒｉｔは、発明鋼
種である試料１，２（■）の方が試料３（■）より小さ
く、試料１，２社活性態溶解域が減少している。同様に
図中■〜■で示された不働態保持を流密度（Ｉ　ｐ）は
、試料１，２（■、■）の方が試料３　（０）より小さ
く、試料１，２の不働態は試料３の不働態より安定であ
る。したがって、Ｍｏ　、　Ｃｕ　、　Ｓｎを複合添加
すると〔乳酸生食塩〕溶液中での耐食性が改善される。

（２）被削性の改善第５図は、試料１〜３及び市販の５ＵＳ３０４に対して
高速度鋼５ＫＨ−５１（φ４）によりドリル穴あけ加工
をした場合の工具寿命を示しでいる。発明鋼種に対する
工具寿命は、Ｓｎ単独添加鋼種に対する工具寿命とほぼ
同等の値を示し、５ＵＳ３０４に対する工具寿命の約３
〜４倍の値を示している。特に試料２においては、Ｓｎ
量は試料３と同量であるが、Ｃｕの添加が工具寿命を試
料３より長くしているものと考えられる。したがってＨ
ｏ　、　Ｃｕ　、　Ｓｎ複合添加は被削性を改善するこ
とがわかる。

〈第２の発明の実施例〉表３に示した化学組成をもつこの発明の実施例の試料４
　（Ｓｉ　、　Ｍｏ　、　Ｃｕ　、　Ｓｎの複合添加鋼
種）及び比較用の試料５．６（Ｓｉ、Ｓｎ複合添加鋼種
）を調整した。ここで試料４〜６はＳｉ　、　Ｍｏ　、
　Ｃｕ　、　Ｓｎの含有量が異なるが、その他の元素は
すべて同量である。

（１）耐全面腐食性の改善 ■腐食速度第６図は、試料４〜６の希硫酸（５％硫酸、沸騰）及び
乳酸（５０％乳酸、５０％乳酸＋１％食塩、各々沸騰）
中での腐食速度を示す。どの溶液中においても、Ｓｉ　
、　Ｍｏ　、　Ｃｕ　、　Ｓｎ複合添加の発明鋼種は、
Ｓｉ　、　Ｓｎ複合添加鋼種より腐食速度が小さく、耐
食性が向上している。特に５０％乳酸においては試料４
はほとんど腐食していない。

■アノード分極曲線第７図は、試料４〜６の希硫酸（５％硫酸、３ｏ　”ｃ
　）中でのアノード分極曲線である。図中■〜■で示さ
れた不働態化限界電流密度（ｉｃｒｉｔ）は、発明鋼種
である試料４（■）の方が試料５．６（■、■）より小
さく、試料４は活性態溶解域が減少している。したがっ
て、Ｓｉ、Ｍ０．Ｃｕ、Ｓｎを複合添加すると希硫酸溶
液中での耐食性が改善される。

第８図は、試料４〜６の乳酸（５０％乳酸、３０°Ｃ）
中でのアノード分極曲線である０図中■。

■で示されたｉ　ｃｒｉｔは、発明鋼種である試料４（
■）の方が試料５，６（■）より小さく、試料１は活性
態溶解域が減少している。したがって、Ｓｉ　、　Ｍｏ
　、　Ｃｕ　、　Ｓｎを複合添加すると乳酸溶液中での
耐食性が改善される。

第９図は、試料４〜６の〔乳酸生食塩〕溶液（５０％乳
酸＋１％Ｎａｃｌ　、　３０℃）中でのアノード分極曲
線である。図中■〜■で示された１ｃｒｉｔは、発明鋼
種である試料４（■）の方が試料５．６（■、■）より
小さく、試料４は活性態溶解域が減少している。したが
って、Ｓｉ　、　Ｍｏ　、　Ｃｕ、Ｓｎを複合添加する
と〔乳酸生食塩〕溶液中での耐食性が改善される。

（２〉被削性の改善第１０図は、試料４〜６及び市販の５ＵＳ３０４に対し
て高速度鋼５ＫＨ−５１（φ４）によりドリル穴あけ加
工をした場合の工具寿命を示している。発明鋼種に対す
る工具寿命は、Ｓｉ　、　Ｓｎ複合添加鋼種に対する工
具寿命より長く、また、５ＵＳ３０４に対する工具寿命
の約４倍の値を示している。したがって、Ｓｉ　、　Ｍ
ｏ　、　Ｃｕ　、　Ｓｎ複合添加は被削性を改善するこ
とがわかる。

〈発明の効果〉以上の説明かられかるように、この発明のステンレス鋼
は、５ＵＳ３０４ステンレス鋼の耐食性と被削性の両方
を大幅に改善でき、耐食性を重視する食品用機器の材料
として特に好ましく使用できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、希硫酸、乳酸及び〔乳酸生食塩〕溶液中にお
ける試料１〜３と腐食速度との関係図である。第２図は
、希硫酸溶液中における試料１〜３のアノード分極特性
図である。第３図は、乳酸中における試料１〜３のアノ
ード分極特性図である。第４図は、〔乳酸生食塩〕溶液
中における試料１〜３のアノード分極特性図である。第
５図は、試料１〜３及び市販５ＵＳ３０４に対して高速
度鋼によりドリル穴あけをした場合の工具寿命を示す図
である。第６図は希硫酸、乳酸及び〔乳酸生食塩〕溶液中におけ
る試料４〜６と腐食速度との関係図である。第７図は、
希硫酸溶液中における試料４〜６のアノード分極特性図
である。第８図は、乳酸中における試料１〜３のアノー
ド分極特性図である。第９図は、〔乳酸生食塩〕溶液中
における試料４〜６のアノード分極特性図である。第１
０図は、試料４〜６及び市販５ＵＳ３０４に対して高速
度鋼によりドリル穴あけをした場合の工具寿命を示す図
である。第図

Claims

【特許請求の範囲】１、Ｃ０．０８重量％以下、Ｓｉ１．０重量％以下、Ｍ
ｎ０．７重量％以下、Ｐ０．０４重量％以下、Ｓ０．０
０５重量％以下、Ｎｉ８．０〜１２．０％重量、Ｃｒ１
７．０〜２０．０重量％、Ｍｏ０．４０〜０．８０重量
％、Ｃｕ０．３０〜０．５０重量％、Ｓｎ０．０３〜０
．３０重量％、及び残部がＦｅから成ることを特徴とす
る耐食性及び被削性を改善したＮｉ−Ｃｒ系ステンレス
鋼。２、Ｃ０．０８重量％以下、Ｓｉ２．０〜４．０重量％
、Ｍｎ０．７重量％以下、Ｐ０．０４重量％以下、Ｓ０
．００５重量％以下、Ｎｉ８．０〜１３．０重量％、Ｃ
ｒ１７．０〜２０．０重量％、Ｍｏ０．４０〜０．８０
重量％、Ｃｕ１．０〜３．０重量％、Ｓｎ０．０３〜０
．３０重量％、及び残部がＦｅから成ることを特徴とす
る耐食性及び被削性を改善したＮｉ−Ｃｒ系ステンレス
鋼。