JPH0525945B2

JPH0525945B2 -

Info

Publication number: JPH0525945B2
Application number: JP61129000A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Fujiwara; Yasushi Torii; Haruo Tomari; Takenori Nakayama; Norio Nakazawa; Koichi Inoe; Shigeyuki Kikuhara
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1986-06-03
Filing date: 1986-06-03
Publication date: 1993-04-14
Also published as: JPS62287051A

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の利用分野］本発明は、各種の化学工業分野あるいは原子力
工業分野等における腐食の問題、特に強酸化性環
境下における粒界腐食並びに粒界応力腐食割れを
軽減し、しかも加工性や溶接性の優れた耐硝酸性
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］ステンレス鋼は耐食性の良好な材料として広く
実用化さており、例えば硝酸等の存在する酸化性
環境は、オーステナイト系ステンレス鋼の耐食性
が最も有効に発揮することのできる環境の一つと
されている。ところが硝酸イオンにクロムイオン
等が共存する強酸化性環境のもとでは、オーステ
ナイト系ステンレス鋼とうえどもしばしば粒界腐
食や粒界応力腐食割れを発生することが経験され
ており、化学工業や原子力工業の分野では重大な
事故を生じる危険がある。強酸化性環境下におけ
る粒界腐食や粒界応力腐食割れの発生機構を考え
てみると、次に示す２つの現象のうちいずれかに
起因するものと考えられる。オーステナイト系ステンレス鋼を500〜800℃
の温度域に長時間暴らすと、結晶粒界にクロム
炭化物が析出し、その反映として粒界近傍には
逆にクロム欠乏層ができる（いわゆる鋭敏化現
象）。しかるに強酸化性環境のもとではこれら
クロム炭化物とクロム欠乏層がいずれも環境溶
液中に溶解し、その後に粒界腐食及び粒界応力
腐食割れとなつて現われる。オーステナイト系ステンレス鋼は一般に溶体
化処理状態で使用されるが、このような熱処理
温度のもとでもオーステナイト粒界にＰ，Si，
Ｓ等の鋼中不純物が平衡偏析しており、強酸化
性環境下ではこれらの不純物偏析層が徐々に溶
解して粒界腐食や粒界応力腐食割れを起こす。従つて強酸化性環境下における粒界腐食等を防
止する為には、上記、の原因を回避する為の
対策を講ずることが有効であろうと考えられる。一方、強酸化性を示す高温高濃度硝酸環境下で
の使用に耐え得るオーステナイト系ステンレス鋼
として、多量のSiを含有せしめたものが提案され
ている（特開昭50−72813号及び同55−91960号公
報）。しかしながらこれらのオーステナイト系ス
テンレス鋼には次の様な問題があり、工業的規模
での実用化の障害となつている。即ち上記のオーステナイト系ステンレス鋼は耐
粒界腐食性改善の為多量のSiを含有させているの
で加工性が非常に悪い。しかもSi量の増大に伴な
う鋭敏化現象を緩和する目的で多量のNbを添加
しているので、溶接性も劣悪である。［発明が解決しようとする問題点］本発明はこの様な事情に着目してなされたもの
であつて、その目的は、強酸化性環境のもとでも
優れた耐粒界腐食性及び耐粒界応力腐食割れ性を
示し、しかも通常のオーステナイト系ステンレス
鋼と比べて何ら遜色のない加工性及び溶接性を示
す様な耐硝酸性オーステナイト系ステンレス鋼を
提供しようとするものである。［問題点を解決する為の手段］本発明に係る耐硝酸性オーステナイト系ステン
レス鋼の構成は、Cr：13〜26％（重量％：以下
同じ）及びNi：６〜26％を必須的に含有する他、
Mo：0.1〜0.5％及びNb：0.01〜0.1％の両方を含
み、残部がFe及び不可避不純物であり、特に
Ｃ：0.02％以下Si：0.1％以下、Mn：２％以下、
Ｐ：0.015％以下、Ｓ：0.01％以下、Ｎ：0.2％以
下に夫々制限されたものであるところに要旨を有
するものである。［作用］本発明は構成元素の種類及び含有率を上記の如
く規定したところに特徴を有するものであるが、
その規定理由を各構成元素毎に説明すると次の通
りである。 Cr：13〜26％ Crはオーステナイト系ステンレス鋼に耐食性
を与える元素として不可欠のものであり、13％以
上含有させなければならない。しかし多過ぎると
加工性や溶接性に悪影響を及ぼすばかりでなく、
Crの粒界偏析が生じ易くなつて強酸化性環境下
での耐食性がかえつて低下傾向を示すので、26％
以下に抑えなければならない。 Ni：６〜26％ Niは安定なオーステナイト組織を確保するう
えで欠くことのできない元素であり、６％以上含
有させなければならない。しかし多過ぎるとＣ等
の固溶量が低減し、鋭敏化現象に起因する粒界腐
食を起こし易くなるので26％以下に抑えなければ
ならない。 Mo：0.1〜0.5％及びNb：0.01〜0.1％ Mo及びNbは本発明における最も特徴的な構成
元素であり、鋭敏化及び平衡偏析に起因する粒界
腐食の軽減に対して極く微量の添加で顕著な効果
を発揮する。こうした効果を発揮する理由は、い
ずれも鋼中のＰやＣとの親和力が強い為と考えら
れ、この親和力はMoよりもNbの方が強いので
Nbの方がより少量でもその効果を発揮する。 Mo量が0.1％未満では上記の粒界腐食軽減効果
が有効に発揮されず、一方0.5％を超えても前述
の効果はそれ以上向上せずコストが高まるだけで
あるので0.5％を上限と定めた。またNb量が0.01
％未満ではやはり粒界腐食軽減効果が有効に発揮
されず、また0.1％を超えてもそれ以上効果は向
上せず、しかも溶接性に与える悪影響が顕著に現
れてくるので0.1％以下に抑えなければならない。
そして所定量のMoとNbを共に含有させることに
よつて、溶接性等に悪影響を及ぼすことのない比
較的少ない含有量で、優れた粒界腐食軽減効果を
発揮させることができる。本発明における必須構成元素及び含有量の制限
は上記の通りであるが、不可避的に混入される元
素については、夫々次の様な上限を定めた。Ｃ：0.02％以下粒界偏析による鋭敏化の原因となる元素であり
少なければ少ないほど好ましく、精錬時の一般的
脱炭限界を考慮して0.02％以下と定めたが、0.02
％以下であれば鋭敏化に及ぼす影響は殆んど無視
し得る程度に抑えられる。尚より好ましいのは
0.01％以下である。 Si：0.1％以下 Siは脱酸性元素としてオーステナイト系ステン
レス鋼中には通常0.2％程度以上含まれている。
しかしながら平衡偏析に起因する粒界腐食に対し
て極めて有害な元素であるばかりでなく、加工性
や溶接性にも悪影響を及ぼすので、0.1％以下に
抑えなければならない。 Mn：２％以下 Mnは優れた脱酸性及び脱硫性をもつた元素と
して有用な元素ではあるが、多過ぎると加工性を
劣化させるばかりでなく、強酸化性環境下での耐
食性にも悪影響を及ぼす様になるので、２％以下
に抑えなければならない。Ｐ：0.015％以下Ｐは平衡偏析に起因する粒界腐食や溶接性に悪
影響を及ぼす元素であり、可能な限り少なくする
必要がある。しかしステンレス鋼の低Ｐ化は工業
的に非常に困難であるので、本発明では実現可能
性を考慮し0.015％を上限として規定した。しか
しより好ましいのは0.010％以下である。Ｓ：0.01％以下Ｓも平衡偏析に起因する粒界腐食の原因となる
有害度の高い元素であり、しかも熱間加工性を阻
害するという性質も有しているので極力少なく抑
えるべきである。しかし工業上の限界もあるので
上限を0.01％と定めた。Ｎ：0.2％以下Ｎは侵入型固溶強化元素としての機能を備えて
おり、極低炭素化に伴なう機械的強度の低下を補
うという面では場合によつては積極的に含有させ
ることも有効である。しかも強力なオーステナイ
ト生成元素として高価なNiの一部に代替して含
有させることにより低コスト化を図ることもでき
る。しかしＮ量が多過ぎると製鋼時に発泡現象を
引き起こすばかりでなく加工性にも悪影響を及ぼ
し、更には鋭敏化に起因する粒界腐食の原因にも
なるので、0.2％以下に抑えなければならない。本発明鋼の構成元素は以上の通りであるが、要
するに、Cr及びNiの含有率を特定することによ
つてオーステナイト系ステンレス鋼に求められる
最低限の物理的・化学的特性を満足せしめつつ、
工業的規模で製鋼可能な範囲で平衡偏析の原因と
なるＣ，Si，Ｐ及びＳの含有率を最小限に抑える
ことによつて、前記，の起因する粒界腐食及
び粒界応力腐食割れに対する感受性を改善すると
共に、これらの有害元素の制限だけでは不足する
上記感受性改善効果を適量のMo及びNbを必須的
に含有させることによつて目標レベルまで高め、
しかも加工性や溶接性についても格別の問題を生
ずることのない優れた性能の耐硝酸性オーステナ
イト系ステンレス鋼を提供し得ることになつた。次に実施例を挙げて本発明の構成及び作用効果
を具体的に説明するが、本発明はもとより下記実
施例によつて制限を受けるものではなく、前記の
趣旨に適合し得る範囲で変更して実施することは
いずれも本発明の技術的範囲に含まれる。［実施例］第１表に示す成分組成のステンレス鋼を真空高
周波誘導溶解炉で溶製し、鋳造、熱間鍛造、熱間
圧延、冷間圧延を順次経由して最終的に４（ｔ）×
140（Ｗ）×Ｌ（ｌ）（mm）のオーステナイト系ステ
ンレス鋼板を製造した。この鋼板に（1050℃×30
分）→水冷の溶体化熱処理を施し、更に650℃×
５時間）→水冷の鋭敏化熱処理を加えた。

【表】

【表】得られた各鋼板から、２（ｔ）×15（Ｗ）×65（ｌ）
（mm）の腐食試験片を採取し、湿式エメリー紙
（＃600）で研磨し、脱脂・洗浄後（65％HNO₃＋
４ｇ／lCr⁶⁺イオン）の沸騰溶液（但しCr⁶⁺イオ
ンはK₂Cr₂O₇として添加した）中に24時間浸漬し
た。浸漬後の各試験片を長手方向の任意の位置で切
断し、光学顕微鏡によつて粒界腐食深さを測定し
た。また、上記の各腐食試験片を２枚重ねてＵ字曲
げし（曲げ半形５mm）、脚部をボルト・ナツトで
締め付けてダブルＵベンド試験片を作製した。こ
の試験片を、40ppmの溶存酸素を含む285℃のイ
オン交換水（比抵抗≧５×10⁶Ω・cm）中に14日
間浸漬した。浸漬後の試験片からボルト・ナツトを取り出し
て長手方向の任意の位置で切断し、光学顕微鏡に
よつて最大粒界応力腐食割れ深さを測定した。結果を第２表に示す。

【表】

【表】第１，２表より次の様に考えることができる。 (1) 鋼No.１〜６は本発明の規定要件をすべて満足
するオーステナイト系ステンレス鋼であり、耐
粒界腐食性及び耐粒界応力腐食割れ性の何れに
おいても非常に良好な結果を得ている。尚これ
らのステンレス鋼は、加工性や溶接性において
も市販のオーステナイト系ステンレス鋼に比べ
て何ら遜色のない性能を示すことも確認され
た。 (2) これに対し鋼No.７〜13は、何れも本発明で規
定するいずれかの要件を欠く比較例であり、殊
に鋼No.７〜９はＣ，Si，Mn，Ｐ，Ｓ及びＮの
量はかなり低レベルに抑えられているものの
Mo及びNb量がいずれも不足する比較例、鋼No.
10，11はＣ，Si，Ｐよりなる不純物元素量が規
定範囲を超える比較例であり、何れも満足のい
く耐粒界腐食性能は得られていない。尚鋼No.10
はNb量が規定範囲を超えているため溶接性に
も障害が現れることが確認された。また鋼No.
12，13は規定量のNbは含んでいるもののMo量
が不足するため、耐粒界侵食性がやや不足気味
となつている。即ち本発明では微量のNbを単
独で添加しても目的を果すことはできず、適量
のMoを同時に含有させるべきであることが分
かる。次に第１図は、0.01％Ｃ−0.08％Si−1.5％Mn
−0.01％Ｐ−0.005％Ｓ−0.08％Ｎ−18％Cr−９％
Niを基本組成とし、Mo及び／もしくはNb量を
変えた場合の粒界侵食深さに与える影響を調べた
結果を示したものである。尚試験にあたつては
（650℃×５時間→水冷）の鋭敏化熱処理を施した
後、前記と同様にして２（ｔ）×15（Ｗ）×65（ｌ）
mmの試験片を作製し、（65％HNO₃＋４ｇ／lCr⁶⁺
イオン）の沸騰溶液中に24時間浸漬した後の粒界
侵食深さを求めた。第１図からも明白である様に、オーステナイト
系ステンレス鋼中に少量のMo又はNb（Moは0.1
％以上、Nbは0.01％以上）を含有させることに
よつて粒界侵食深さを実質上零にまで激減し得る
ことが分かる。［発明の効果］本発明は以上の様に構成されており、殊に有害
不純物元素の量を極力低減すると共に適量のMo
とNbを含有させることによつて、強酸化性環境
下における耐粒界腐食性並びに耐粒界応力腐食割
れ性に優れ、且つ良好な加工性及び溶接性を示す
オーステナイト系ステンレス鋼を提供し得ること
になつた。従つてこのオーステナイト系ステンレ
ス鋼は、例えば硝酸取扱い機器や溶存酸素等を含
む高温高圧水取扱い機器の如く、粒界腐食や粒界
応力腐食割れを起こし易い強酸化性環境に曝らさ
れる各種機器の構成素材として極めて有益なもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、オーステナイト系ステンレス鋼中の
Mo又はNbの含有率と粒界侵食深さの関係を示す
実験結果のグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

１ Cr：13〜26％（重量％：以下同じ）及び
Ni：６〜26％、Mo：0.1〜0.5％及びNb：0.01〜
0.1％を含み、残部がFe及び不可避不純物であり、
特にＣ：0.02％以下、Si：0.1％以下、Mn：２％
以下、Ｐ：0.015％以下、Ｓ：0.01％以下、Ｎ：
0.2％以下に夫々制限されたものであることを特
徴とする耐粒界腐食性並びに耐粒界応力腐食割れ
性の優れた耐硝酸性オーステナイト系ステンレス
鋼。