JPH04143214A - 耐粒界腐食性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼の製造方法 - 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】 （産業上の利用分封） 本発明は高濃度硝酸溶液中あるいは原子炉のような高温
高圧水環境て優れた耐粒界腐食性及び耐粒界応力腐食割
れ性を示すオーステナイト系ステンレス鋼の製造方法に
関するものである。

（従来の技術） 耐食性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼は、たと
えば原子炉の配管のように普通鋼が使用できないような
環境の構造材料として広範囲に用いられているが、溶接
熱影響部では、しばしば粒界のみか選択的に腐食されて
いく粒界腐食現象か発生し、問題となっていた。かかる
粒界腐食の発生原因は６００〜７００℃付近の温度域に
加熱される溶接熱影響部において固溶限を越えた鋼中Ｃ
か粒界にＣｒ２．Ｃ，として析出し、Ｃ「炭化物のまわ
りのＣｒ濃度か欠乏するため、この欠乏領域か選択的に
腐食され粒界腐食か発生する。それゆえ、粒界腐食の発
生を抑制するために鋼中Ｃ濃度を０．０２５（重り％以
下に下げたステンレス鋼やＣと親和力の強いＴｉ、Ｎｂ
を添加した安定化ステンレス鋼が開発されており、この
ようなステンレス鋼は溶接熱影響部においても粒界腐食
が起こりにくいとされている。

しかしながら耐孔食性を改善するために、Ｍ。

を２〜３％添加したＳ　Ｕ　Ｓ　３１６系のオーステナ
イト系ステンレス鋼の場合は、鋼中Ｃ濃度を０．０２５
％以下に低減しても、溶接熱影響部を模擬するために６
００〜７５０℃の温度域で数時間加熱しくこのような熱
処理は一般的に鋭敏化処理と呼ばれてＬる）、高濃度硝
酸溶液中で腐食試験（ヒューイ（Ｈｕｅｙ）試験−ＪＩ
Ｓ　ＧＯ５７３：沸騰６５％硝酸溶液中に試料を浸漬し
て、４８時間毎に液を交換しながら２４０時間まで浸漬
を行う腐食試験であり、粒界でのＣ「欠乏層の形成を検
出する腐食試験として一般に用いられている）した場合
には第１図に示すごとく、同図は厚さ２２＋ｓｍのＳ　
Ｕ　Ｓ　３１６Ｌ鋼を表層近傍１／４ｔ、ｌ／２ｔより
切り出した試料を鋭敏化処理（６５０ｘ　２　ｈ、空冷
）し、Ｈｕｅｙ試験した場合の腐食速度のサイクル依存
性を示したものであるが、これから粒界腐食の発生によ
り非常に速い速度で腐食されることがわかる。それゆえ
硝酸を用いるプラントではＳ　Ｕ　Ｓ　３１６系のステ
ンレス鋼は、はとんど使用されないのが現状である。

この３１６Ｌ系ステンレス鋼で発生する粒界腐食の発生
原因はＣｒ炭化物ではなく、熱処理によって粒界に析出
するσ相（Ｆ　ｅ　Ｃｒの金属間化合物）に起因すると
考えられており、この考えに基すき粒界へのび相の析出
を抑制するために、（Ｃ＋Ｎ≦０，１５％、１２０ｃ＋
３８Ｎ≧０ＪＥｉ　（Ｃｒ＋Ｍｏ＋１．５Ｓ　ｉ）　−
Ｎ　ｉ−０，５Ｍロー１１．８）なる式を満足する、Ｎ
を添加した３１６　Ｌ系ステンレス鋼が開発されている
。このＮを添加したステンレス鋼は、７００℃ＸｔＯ時
間空冷の鋭敏化処理を受けた場合でも、優れた耐食性を
示すことが報告されている（特公昭５７−２８７４０号
公報参照）。

しかしながら、現場操業において上記の関係式を満足す
べくＮｉ１１度を制御するのは必ずしも、容易な方法で
はなく、製造上困難を伴うという問題があった。

（発明が解決しようとする課題） かかる問題に対して本発明者らは、製造条件を検討する
ことによってＳ　Ｕ　Ｓ　３１６Ｌ系鋼の耐粒界腐食性
を改善することを鋭意検討した。すなわち熱処理によっ
て粒界に析出する化合物の同定及びその析出挙動につい
て母金に研究した結果、粒界腐食はσ相の析出の他にχ
相（Ｆｅ、、Ｃｒ、、Ｍｏｓなる金属間化合物）の析出
によって引き起こされており、この粒界へのχ相の析出
速度は固溶化熱処理後の冷却速度に依存するとの知見を
得た。

本発明はかかる知見に基づいて開発したものであって、
Ｍｏを２〜３９６含有する耐孔食性に優れたオーステナ
イト系ステンレス鋼（３１６Ｌ系）を適正な熱処理をす
ることによって、原子炉のような高温高圧水環境あるい
は硝酸溶液中及びＣｒ”Ｒｕ　Ｒｅのような高酸化性イ
オンを含有する硝酸溶液中においても溶接熱影響部を含
めて優れた耐粒界腐食性を示すこのようなオーステナイ
ト系ステンレス鋼の製造方法を提供することを目的とす
るものである。

（課題を解決するための手段） 本発明は粒界腐食の発生原因となるχ相の析出を抑制す
るために、鋼板を熱間圧延し、さらに再結晶温度以上で
固溶化熱処理を施した後、所定の冷却速度で鋼板を冷却
するものである。すなわち本発明の要旨とするところは
、 重量％で Ｃ：　０．０２５％以下、　Ｓｉ：１．０（１％以下、
Ｍｎ：２．０％以下、　　Ｐ　　：　０．０４５％以下
、Ｓ　　：０．０３％以下、　　Ｎｉ：１２〜１５％、
Ｃｒ：１６〜１９％、　　　ＭＯ＝２〜３％残部鉄及び
不可避的不純物から成るオーステナイト系ステンレス鋼
を熱延し、さらに１０１０−１１５０℃の温度域で炭化
物の溶解及び再結晶が完了するまで加熱した後、１〜ｂ 却することを特徴とする耐粒界腐食性に優れたオーステ
ナイト系ステンレス鋼の製造方法である。

以下本発明の詳細な説明する。

Ｃ：Ｃは粒界へのＣｒ炭化物の析出に伴いＣ「欠乏層を
形成し、耐粒界腐食性を劣化させる元素であるので、そ
のａ＊Ｊｉｉは０．０２５％以下とした。

Ｓｉ：Ｓｉは粒界へのχ相の析出を促進し耐粒界腐食性
を劣化させる元素で、その含有量は１，０％以下とした
。

Ｍｎ：Ｍｎは２．０％を越えた場合には熱間加工性を劣
化させるので、その含有量を２．０％以下とした。

ＦＤＰは粒界偏析しやすい元素であり、粒界腐食及び粒
界割れの発生原因となるので、その含有量を０．０４５
％以下とした。

Ｓ：ＳはＭｎＳを形成し、ステンレス鋼の耐孔食性、耐
発錆性を低減させる元素であるので、その含有量を０．
０３％以下とした。

Ｎｉ：Ｎｉは耐食性の向上と共に、オーステナイト単相
組織を得るのに不可欠な元素であるが、Ｎｉｌの上昇は
コストの大幅な上昇をもたらすので、その含有量は１２
〜１５％とした。

Ｃｒ：Ｃｒは表面にＣｒ２Ｏ３の不働態皮膜を形成し、
ステンレス鋼の耐食性を担う非常に重要な元素であるか
、同時に粒界へのχ相の析出を促進させる元素でもある
ので、その含有量は１６〜１９％とした。

Ｍｏ：Ｍｏは耐孔食性の向上に不可欠な元素であるが、
Ｃｒと共に粒界へのχ相の析出を促進させる元素である
ので、その含有量は２．０〜３．０％とした。

上記のような成分のステンレス鋼は熱間圧延後、１０１
０〜１１５０℃の間の温度域で１０〜３０分程度加熱し
た後、水冷却によって常温まで冷却し、次に用途によっ
て酸洗仕上げ、研磨仕上げをして製品となり出荷する。

このようなプロセスで製造された３１６Ｌ鋼板に６５０
℃×２時間＋空冷の鋭敏化処理を施し、ヒューイ試験（
ＪＡＳ　ＧＯ５７３）に供すると上述したように激しい
粒界腐食を発生し、非常に速い速度で腐食されていく。

かかるステンレス鋼の粒界腐食は粒界へのび相の析出に
起因すると考えられているが、本発明者らは、σ相ては
なく微細なχ相（ＡＳＴＭ　ｋ８−２００）の粒界析出
により粒界腐食か引き起こされていることを明らかにし
た。

さらにχ相の析出形態及び析出速度について詳しく研究
した結果、鋼中Ｍｏ、Ｓｔの粒界偏析か粒界でのχ相の
析出を促進している可能性が高いことを突き止めた。そ
こで次に、Ｍｏ、Ｓｉの粒界偏析挙動を鋭意検討したと
ころ、固溶化熱処理後の冷却過程中に非平衡偏析によっ
て粒界に集まる可能性が高いことか判明した。粒界への
非平衡偏析は固溶化熱処理後の冷却速度が速いほど起こ
り易く、固溶化熱処理後の冷却速度を遅くすることによ
ってかかる元素の粒界偏析を抑制し、さらにχ相の析出
も遅延しうるのではないかと考え、粒界腐食の発生に及
はす固溶化熱処理後の冷却速度の影響を調べた。

その結果を第２図に示すごとく、固溶化熱処理後の冷却
速度を３０℃／ｓｅｅ以下にすると鋭敏化処理（６５０
℃×２時間＋空冷）を施しても粒界腐食の発生か抑制さ
れ腐食速度か著しく低減されることが判明した。本発明
において下限の冷却速度を１’Ｃ／ｓｅｅに制限したの
はこれにより遅い冷却速度ではχ相ではなく粒界にＣｒ
２．Ｃ６の析出が起こり、それに陣い粒界腐食か発生す
るためである。

上記に示した通常のステンレス鋼製造プロセスにおける
固溶化熱処理後の冷却速度は、鋼材の厚さによって異な
るか、表面での冷却速度は約５０〜２００℃／ｓｅｅと
非常に速く、この場合には鋭敏化処理すると粒界に沿っ
てχ相か容易に析出し、著しい粒界腐食を発生する。し
かしながら本発明のごとく冷却速度を適正な値にすれば
、製造ままはもちろんのこと、鋭敏化処理しても耐粒界
腐食性の劣化しないオーステナイト系ステンレス鋼を得
ることが可能となる。

本発明において固溶化熱処理温度を１０１０℃から１１
５０℃の間に規定したのは、１０ＩＯ℃より低い温度域
では、熱間圧延時に形成されたＣｒ炭化物の溶解が十分
行われず、かつ再結晶も起こりにくく耐食性、機械的性
質の劣化を招き、また１１５０℃より高い温度域では結
晶粒の粗大化が起こり、機械的性質が劣化するためであ
る。

上記のような本発明法によって得られたステンレス鋼は
、優れた耐粒界腐食性を示す。

次に本発明の実施例について説明をする。

（実　施　例） 第１表に示す成分（重量％）の熱延された供試鋼を、第
２表に示す条件で本発明法および比較法の固溶化処理を
行い、第３表にこれら各供試鋼：こついてＨｕｅｙ試験
を行った際の腐食速度を示した。

第３表の結果より、比較法では鋭敏化熱処理を施した場
合には激しい粒界腐食が発生し、腐食速度か大きくなる
のに対して、本発明法のように固溶化熱処理後の冷却速
度を１〜ｂ した場合には、鋭敏化熱処理を施しても腐食速度はあま
り上昇せず優れた耐粒界腐食性を示すことが明らかであ
る。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明の製造法により、例えば、
原子炉のような高温高圧水環境や高濃度硝酸溶液中にお
いて優れた耐粒界腐食性および耐粒界応力腐食割れ性を
有するオーステナイト系ステンレス鋼を得ることかでき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は３１６Ｌ鋼の表層近傍より切り出した試料を鋭
敏化処理し、Ｈｕｅｙ試験に供した場合の腐食速度のサ
イクル数依存性を示すグラフ、第２図はＨｕｅｙ試験に
おける３１６Ｌ鋼の腐食速度に及はす冷却速度の影響を
示すグラフである。 第 図 Ｃ濃度（ｗｆ九）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 重量％で Ｃ：０．０２５％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：
   ２．０％以下、Ｐ：０．０４５％以下、Ｓ：０．０３％
   以下、Ｎｉ：１２〜１５％、Ｃｒ：１６〜１９％、Ｍｏ
   ：２〜３％残部鉄及び不可避的不純物から成るオーステ
   ナイト系ステンレス鋼を熱延し、さらに１０１０〜１１
   ５０℃の温度域で炭化物の溶解及び再結晶が完了するま
   で加熱した後、１〜３０℃／ｓｅｃの間の冷速で冷却す
   ることを特徴とする耐粒界腐食性に優れたオーステナイ
   ト系ステンレス鋼の製造方法。