JPH06145913A

JPH06145913A - 耐食オーステナイト系Ｆｅ基合金

Info

Publication number: JPH06145913A
Application number: JP4305408A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Azuma; 茂樹東; Hideaki Yuki; 英昭幸
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1992-11-16
Filing date: 1992-11-16
Publication date: 1994-05-27
Anticipated expiration: 2013-12-09
Also published as: JP2833385B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】Ｎの耐食性向上作用を最大限に活用した、安価
なFe基の耐食オーステナイト系合金。【構成】重量％で、Si：0.1 〜 0.5，Mn：3.0 〜 7.0，
Ni：20.0〜30.0，Cu：0.3 〜 3.0，Cr：25.0〜30.0，M
o：5.0 〜 9.0，Ｗ：0.3 〜 5.0，Ｎ：0.5 〜 1.0およ
びAl：0.005 〜 0.1、さらにMg，Ca，Ｂおよび希土類元
素（Ｒ）のうちの１種以上をその合計で0.0005〜0.02含
有し、不純物としてのＣは0.03以下、Ｐは0.03以下、Ｓ
は0.003 以下およびＯは0.01以下で、Cr＋3Mo ＋1.5W＋
10N ≧50.0で、4.0 ≧Ni−bal ≧Ｏで、0.005 ≧2S＋Ｏ
−Ｂ−Ca−Mg−Ｒで、さらに、Pd，PtおよびRuのうちの
１種以上を、その合計で0.001 〜0.03含有することがで
きる、耐食オーステナイト系Fe基合金。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、塩素、硫黄の化合物を
含有する酸性の水溶液環境において、優れた耐食性を有
する耐食オーステナイト系Fe基合金に関する。

【０００２】

【従来の技術】これまで、耐食オーステナイト系Fe基合
金として数多くの材料が開発され、種々の腐食性環境で
使用されている。その代表的かつ最も安価なものはCrを
18％、Niを８％含むSUS 304 である。SUS 304 は淡水や
屋内などの環境では十分な耐食性を有するが、塩素、硫
黄の化合物を含有する酸性の水溶液環境では、孔食、隙
間腐食といった局部腐食や全面腐食を生じ耐食的な材料
であるとはいえない。

【０００３】一般に、耐食性はCr、MoおよびＮの含有量
の増加により改善されることが知られており、これら合
金元素の添加によって種々の耐食合金が開発されてい
る。例えば、特公昭55−8580号公報では、塩素イオン水
溶液中で使用する熱交換器に好適な、耐孔食性と耐応力
腐食割れ性に優れた、最高値でCr22％、Mo４％、Ｎ0.5
％を含むステンレス鋼が、特公昭59− 10426号公報で
は、最高値でCr25％、Mo８％、Ｎ0.35％を含む耐隙間腐
食性オーステナイトステンレス鋼が、特開平１−154848
号公報では、最高値でCr35％、Mo13％、Ｎ 0.5％を含む
耐海水性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼の製造
方法が、それぞれ示されている。

【０００４】しかし、これらの合金では、熱処理により
合金中のＮを固溶状態としたままで使用しており、した
がって減圧下で製鋼時の溶融した合金中へのＮの溶解限
界あるいは鋼塊凝固時に気泡が生じる固溶限界から、Ｎ
含有量の上限を 0.5％としている。

【０００５】特公昭57− 25633号公報には、最高値でCr
40％、Mo５％、Ｖ３％、Ｎ１％を含む耐孔食性を兼ね備
えた高強度オーステナイトステンレス鋼が示されてい
る。この鋼では、Ｎ含有量の上限は 0.5％を超えている
が、Ｖ窒化物の析出効果によって高強度化を図っている
ため、必ずしも含有しているＮの全てを固溶状態として
耐食性向上に利用しているものではない。

【０００６】さらにFe基合金に限らず耐局部腐食性に優
れた合金としては、Ni基合金であるInconel 625(商品
名、22％Cr、９％Mo、残Ni) やHastelloy C276 (商品
名、16％Cr、16％Mo、残Ni) が挙げられるが、これらの
合金では、Ｎを添加せず主として高いMo含有量により優
れた耐食性を達成している。しかしながら、これらの合
金はNiを多量に含有しているため極めて高価である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
耐局部腐食性に優れたオーステナイト系Fe基合金におい
ては、Cr、Moの含有量を高め、かつ合金中に固溶したＮ
の耐食性向上作用を利用しているものの、その場合のＮ
含有量は高々 0.5％までに留まっており、十分な耐局部
腐食性を備えていない。また、多量のCr、Moを含有する
Ni基合金は極めて高価である。

【０００８】本発明の目的は、安価なFe基合金で、Ｎの
耐食性向上作用を最大限に活用した耐食オーステナイト
系合金を実現することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、次の(1) およ
び(2) の合金をその要旨とする。

【００１０】(1) 重量％で、Si：0.1 〜 0.5％、Mn：3.
0 〜 7.0％、Ni：20.0〜30.0％、Cu：0.3 〜３.0％、C
r：25.0〜30.0％、Mo：5.0 〜 9.0％、Ｗ：0.3 〜５.0
％、Ｎ：0.5 〜１.0％およびAl：0.005 〜 0.1％、さら
にMg、Ca、Ｂおよび希土類元素（ＲＥＭ）のうちの１種
以上をその合計で0.0005〜0.02％含有し、残部はFeおよ
び不可避的不純物からなり、不純物中のＣは0.03％以
下、Ｐは0.03％以下、Ｓは0.003 ％以下およびＯは0.01
％以下で、さらに下記〜式を満足するオーステナイ
ト系Fe基合金。

【００１１】ＰＩ≧50.0・・・・・・・・・ 4.0 ≧Ni-bal. ≧０・・・・・ 0.005 ≧ＨＦ≧−0.005 ・・・ただし、ＰＩ＝Cr (％) ＋３Mo (％) ＋ 1.5Ｗ (％) ＋10Ｎ
(％) Ni-bal. ＝Ni eq.−1.2Cr eq. Ni eq.＝Ni (％) ＋Cu (％) ＋ 0.3Mn (％) ＋30 Ｃ
(％) ＋Ｎ (％) Cr eq.＝Cr (％) ＋ 1.5Si (％) ＋Mo (％) ＋Ｗ (％) ＨＦ＝２Ｓ (％) ＋Ｏ (％) −Ｂ (％) −Ca (％) −Mg
(％) −ＲＥＭ（％）(2) 上記(1) の合金に加えてさら
に、Pd、PtおよびRuのうちの１種以上をその合計で 0.0
01〜0.03％含有するオーステナイト系Fe基合金。

【００１２】本発明者らは、前記の目的を達成するた
め、種々の化学組成を有する合金を調製し、それらの性
能を調査した。その結果、適正量のMn、NiおよびCrを含
有する合金では、 0.5％を超える高いＮを含有させるこ
とが可能であり、同時に優れた耐局部腐食性が得られる
こと、また、酸性水溶液中での耐食性向上には、Pt、P
d、Ruの微量含有が有効であることが明らかとなった。
さらに、高Cr、Moのオーステナイト系合金で問題となる
熱間加工性に対しては、合金組成で与えられるNi-bal.
値の適正化とMg、Ca、Ｂおよび希土類元素の含有などが
有効であることが判明した。

【００１３】

【作用】以下に、本発明のオーステナイト系Fe基合金の
化学組成を前記のように限定した理由を述べる。

【００１４】Si：Siは合金中のＯ（酸素）含有量を低減
する脱酸元素として必要である。そのためには少なくと
も0.1 ％の含有量を確保しなければならない。一方、0.
5 ％を超えると、熱間加工および溶接部において炭化
物、金属間化合物の析出を助長し、耐食性、靱性の低下
をもたらす。従って、Si含有量は0.1 〜 0.5％の範囲と
した。

【００１５】Mn：Mnは合金中のＮ固溶量を高める作用を
有し、高Ｎ化の実現に不可欠な成分である。この効果を
得るには3.0 ％以上の含有量が必要である。しかし、7.
0 ％を超えると耐食性、熱間加工性の低下をもたらす。
よって、Mn含有量は3.0 〜 7.0％の範囲とした。好まし
いのは3.0 〜５.0％の範囲である。

【００１６】Ni：Niはオーステナイト生成元素として重
要であり、さらに酸性水溶液中での耐食性をも向上させ
る。このためには、20.0％以上の含有量が必要である。
しかし、30.0％を超えて過剰に含有させると、Ｎの固溶
量を低下させる。よって、Ni含有量は20.0〜30.0％の範
囲とした。好ましくは20.0〜25.0％の範囲である。

【００１７】Cu：CuはNiと同様、酸性水溶液中での耐食
性を向上させる。Cuの場合、この効果は0.3 ％以上で現
れる。一方、３.0％を超えると耐局部腐食性が劣化す
る。よって、Cu含有量は0.3 〜３.0％の範囲とした。

【００１８】Cr：Crは耐食性向上およびＮの固溶度上昇
に有効である。後述するＮ含有量を 0.5％以上とし優れ
た耐局部腐食性を得るには、Crは25.0％以上の含有量が
必要である。一方、30.0％を超えると窒化物および金属
間化合物の析出を加速し、靱性、耐食性が劣化するの
で、30％.0を上限とした。よって、Cr含有量は25.0〜3
0.0％の範囲が適正である。

【００１９】Mo：Moは耐局部腐食性向上に極めて有効で
あり、本発明の目的である優れた耐食性を得るには5.0
％以上の含有量が必要である。しかし、9.0 ％を超えて
過剰に含有させると過剰なCrの場合と同様に靱性、耐食
性を劣化させる。よって、Mo含有量は5.0 〜 9.0％の範
囲とした。

【００２０】Ｗ：ＷもMoと同様、耐局部腐食性向上に有
効であり、そのためには、 0.3％以上の含有量が必要で
ある。しかし、５.0％を超えるとその効果は飽和し、さ
らに靱性、耐食性を劣化させる。よって、Mo含有量は0.
3 〜５.0％の範囲とした。好ましくは0.5 〜３.0％の範
囲である。

【００２１】Ｎ：Ｎはオーステナイト安定化と耐局部腐
食性向上に有効であり、本発明の合金では、従来に比べ
高いＮを含有することにより耐局部腐食性の飛躍的な向
上を達成する。

【００２２】0.5 ％未満では優れた耐局部腐食性が得ら
れない。一方、１.0％を超えると本発明の合金において
もＮが固溶しきれず凝固時に気泡が生成したり、鋼中に
窒化物として析出したりするため、靱性、耐食性が劣化
する。したがって、Ｎの適正含有量は0.5 〜１.0％の範
囲である。

【００２３】Al：極めて高いＮを含有する本発明の合金
では、合金中のＯ（酸素）は、耐食性、熱間加工性に悪
影響を及ぼす。前記Siに加え、Al含有量を適正な範囲と
することにより、Ｏの悪影響を除去することが可能であ
る。Alはこのために不可欠な成分であり、少なくとも0.
005 ％の含有量が必要である。一方、 0.1％を超えると
逆にAl窒化物を生成し、耐局部腐食性を低下させるの
で、Al含有量は0.005 〜 0.1％の範囲とした。より好ま
しくは0.01〜0.07％の範囲である。

【００２４】Mg、Ca、Ｂおよび希土類元素（ＲＥＭ）の
うちの１種以上：後述するように、Ｓは不純物として粒
界に偏析し、耐食性、熱間加工性に悪影響を及ぼす。M
g、CaおよびLa、Ce等の希土類元素はＳと化合し易い元
素であり、またＢは優先的に粒界に偏析してＳの粒界へ
の偏析を阻止、抑制するので、これらの成分のうちから
選んで１種以上を含有させることにより、Ｓの悪影響を
抑制することが可能である。Mg、Ca、ＢおよびLa、Ce等
の希土類元素は、その合計量として 0.005％未満では、
その効果が十分ではない。一方、0.02％を超えると逆に
耐局部腐食性を劣化させる。よって、これらの合計含有
量で 0.005〜0.02％の範囲に限定した。

【００２５】Pd、PtおよびRuのうちの１種以上：本発明
の合金では、酸性水溶液中での耐食性を改善するため
に、さらにPd、Pt、Ruのうちの１種以上を選んで含有さ
せるのが有効である。これらの成分の合計含有量が 0.0
05％未満ではその効果が発現せず、一方、0.03％を超え
るとその効果が飽和する。これら貴金属元素は極めて高
価であるので、必要量以上の添加は経済的ではない。よ
って、これらの合計含有量で 0.005〜0.03％の範囲に限
定した。

【００２６】本発明の合金では、優れた耐食性と靱性、
熱間加工性の両立を達成するため、さらに合金中の不純
物含有量を次のように限定する。

【００２７】Ｃ：Ｃは熱間加工中および溶接部で主とし
てCr炭化物を生成し、耐食性を劣化させるため0.03％以
下とした。

【００２８】Ｐ：Ｐは熱間加工性、耐溶接高温割れ性を
劣化させるため、0.03％以下とした。

【００２９】ＳＳは熱間加工性、耐局部腐食性を劣化させるため、0.00
3 ％以下とした。

【００３０】Ｏ：Ｏは、Ｓの悪影響を抑制する目的で含
有させるCa、MgおよびLa、Ceなどの希土類元素と化合し
てその効果を減じるため、0.01％以下とした。好ましく
は、0.006 ％以下である。

【００３１】本発明の合金では、耐局部腐食性、熱間加
工性を得るため、さらに合金成分に下記の限定を与え
る。

【００３２】ＰＩ値、 Ni-bal.値、ＨＦ値：ＰＩ値は、ＰＩ＝Cr (％) ＋３Mo (％) ＋ 1.5Ｗ (％) ＋10Ｎ
(％) で表される耐食性に係わる指数である。ここで、Crは不
動態皮膜の基本構成元素であり、不動態を強化させる。
また、Mo、ＷおよびＮは不動態皮膜そのものには関与し
ないものの、局部腐食のように不動態皮膜が局部的に破
壊する腐食に対しては、不動態皮膜の修復を加速し、局
部腐食を抑制する効果を有する。

【００３３】Ni-bal.値は、 Ni-bal. ＝Ni eq.−1.2Cr eq. Ni eq.＝Ni (％) ＋Cu (％) ＋ 0.3Mn (％) ＋30 Ｃ
(％) ＋Ｎ (％) Cr eq.＝Cr (％) ＋ 1.5Si (％) ＋Mo (％) ＋Ｗ (％) で、ＨＦ値は、ＨＦ＝２Ｓ (％) ＋Ｏ (％) −Ｂ (％) −Ca (％) −Mg
(％) −ＲＥＭ（％）で、それぞれ表される熱間加工性に係わる指数である。
本発明の合金では、耐局部腐食性および熱間加工性を同
時に得るために、これらの指数を用いる。

【００３４】ＰＩ値が50.0未満では、所望の局部耐食性
が得られない。また、Ni-bal. 値が4.0 を超えると鋼塊
に内部割れが生じ、鍛造および熱間圧延などの熱間加工
時に割れを助長しやすい。一方、０未満では均一なオー
ステナイト組織が得られない。さらに、ＨＦ値が0.005
を超えるとＳの粒界偏析の抑制が不十分で、熱間加工時
に割れが生じやすく、一方、−0.005 未満では、Mg、C
a、ＲＥＭおよびＢが過剰となることにより、耐食性が
劣化する。

【００３５】よって、ＰＩ値、Ni-bal. 値およびＨＦ値
を下記の〜式で限定される範囲とし、同時に満足さ
せるものとした。

【００３６】ＰＩ≧50.0・・・・・・・・・ 4.0 ≧Ni-bal. ≧０・・・・・ 0.005 ≧ＨＦ≧−0.005 ・・・

【００３７】

【実施例】表１−１、表１−２、表２−１および表２−
２に示す化学組成を有する合金を真空誘導加熱炉により
溶解し、25kg鋼塊を調製した。この鋼塊を、1250℃に加
熱した後、幅 100mm×厚さ30mmに熱間鍛造し、さらに12
50℃に加熱して厚さ９mmの板材に熱間圧延した。このよ
うにして製造された板材を、1150℃に１時間加熱した後
水冷する方法で固溶化処理を施した。

【００３８】性能評価は以下の方法により行った。

【００３９】（１）熱間加工性熱間圧延された板材の端部の最大割れ長さを測定した。

【００４０】（２）耐孔食性脱気した20％NaCl＋0.005mol/lチオ硫酸カリウム水溶液
中、 100℃でJIS G 0577に規定される方法により、採取
した試験片の孔食電位を測定した。

【００４１】（３）耐酸性試験片を60℃の20％HCl 中に２時間浸漬し、重量減少か
ら腐食速度を求めた。

【００４２】以上の評価試験結果を表３−１と表３−２
に示す。

【００４３】表からわかるように、本発明で定める化学
組成の範囲にある供試材 No.１〜11では、孔食電位は全
て 0.8Ｖ以上で腐食速度も小さく、また熱延板の耳割れ
も２mm以下の良好な性能を示した。一方、本発明で定め
る化学組成の範囲外の、高Mn(No.12) 、高Ｓ(No.13) 、
高Ni(No.15) 、低Ｎ(No.16) 、低Ni(No.14) では、孔食
電位、腐食速度、耳割れ長さのいずれかで性能が劣って
いた。また、ＰＩ値、Ni-bal. 値あるいはＨＦ値のいず
れかが本発明で定める範囲外の供試材(No.17〜21) で
も、上記性能のいずれかが明らかに劣っていた。

【００４４】

【表１−１】

【００４５】

【表１−２】

【００４６】

【表２−１】

【００４７】

【表２−２】

【００４８】

【表３−１】

【００４９】

【表３−１】

【００５０】

【発明の効果】本発明によれば、耐孔食性および耐酸性
に優れたオーステナイト系Fe基の安価な合金を得ること
ができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、Si：0.1 〜 0.5％、Mn：3.0 〜
7.0％、Ni：20.0〜30.0％、Cu：0.3 〜３.0％、Cr：2
5.0〜30.0％、Mo：5.0 〜 9.0％、Ｗ：0.3 〜５.0％、
Ｎ：0.5 〜１.0％およびAl：0.005 〜 0.1％、さらにM
g、Ca、Ｂおよび希土類元素（ＲＥＭ）のうちの１種以
上をその合計で0.0005〜0.02％含有し、残部はFeおよび
不可避的不純物からなり、不純物中のＣは0.03％以下、
Ｐは0.03％以下、Ｓは0.003 ％以下およびＯは0.01％以
下で、さらに下記〜式を満足するオーステナイト系
Fe基合金。ＰＩ≧50.0・・・・・・・・・ 4.0 ≧Ni-bal. ≧０・・・・・ 0.005 ≧ＨＦ≧−0.005 ・・・ただし、ＰＩ＝Cr (％) ＋３Mo (％) ＋ 1.5Ｗ (％) ＋10Ｎ
(％) Ni-bal. ＝Ni eq.−1.2Cr eq. Ni eq.＝Ni (％) ＋Cu (％) ＋ 0.3Mn (％) ＋30 Ｃ
(％) ＋Ｎ (％) Cr eq.＝Cr (％) ＋ 1.5Si (％) ＋Mo (％) ＋Ｗ (％) ＨＦ＝２Ｓ (％) ＋Ｏ (％) −Ｂ (％) −Ca (％) −Mg
(％) −ＲＥＭ（％）
【請求項２】重量％で、Si：0.1 〜 0.5％、Mn：3.0 〜
7.0％、Ni：20.0〜30.0％、Cu：0.3 〜３.0％、Cr：2
5.0〜30.0％、Mo：5.0 〜 9.0％、Ｗ：0.3 〜５.0％、
Ｎ：0.5 〜１.0％およびAl：0.005 〜 0.1％、さらにM
g、Ca、Ｂおよび希土類元素（ＲＥＭ）のうちの１種以
上をその合計で0.0005〜0.02％、ならびにPd、Ptおよび
Ruのうちの１種以上をその合計で 0.001〜0.03％含有
し、残部はFeおよび不可避的不純物からなり、不純物中
のＣは0.03％以下、Ｐは0.03％以下、Ｓは0.003 ％以下
およびＯは0.01％以下で、さらに下記〜式を満足す
るオーステナイト系Fe基合金。ＰＩ≧50.0・・・・・・・・・ 4.0 ≧Ni-bal. ≧０・・・・・ 0.005 ≧ＨＦ≧−0.005 ・・・ただし、ＰＩ＝Cr (％) ＋３Mo (％) ＋ 1.5Ｗ (％) ＋10Ｎ
(％) Ni-bal. ＝Ni eq.−1.2Cr eq. Ni eq.＝Ni (％) ＋Cu (％) ＋ 0.3Mn (％) ＋30 Ｃ
(％) ＋Ｎ (％) Cr eq.＝Cr (％) ＋ 1.5Si (％) ＋Mo (％) ＋Ｗ (％) ＨＦ＝２Ｓ (％) ＋Ｏ (％) −Ｂ (％) −Ca (％) −Mg
(％) −ＲＥＭ（％）