JPH06184699A

JPH06184699A - 高腐食疲労強度ステンレス鋼

Info

Publication number: JPH06184699A
Application number: JP35607192A
Authority: JP
Inventors: Minoru Hineno; 実日根野; Hisashi Hiraishi; 久志平石
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1992-12-17
Filing date: 1992-12-17
Publication date: 1994-07-05

Abstract

(57)【要約】【構成】Ｃ０．０８％以下，Ｓｉ０．２〜２％，
Ｍｎ０．２〜２％，Ｎｉ３〜６％，Ｃｒ１７〜２
５％，Ｍｏ１〜４％，Ｃｕ０．５〜４％，Ｗ０．５
〜３％，Ｎ０．１〜０．３％，Ｎｂ０．０３〜０．
１６％，Ｖ：０．０１〜０．２１％，残部実質的にＦｅ
からなり、Ｎｂ＋０．５Ｖ≦０．２２５（％）Ｎｂ＋０．１Ｖ≧０．０４１（％）を満たす化学組成を有し、オーステナイト相とδ−フエ
ライト相（δ−フエライト相３０〜６０面積％）から
なる二相組織を有するステンレス鋼。所望により、Ｔ
ｉ，Ａｌ，Ｚｒ，Ｃｏの１種ないし２種以上の元素が適
量添加される。【効果】強度、靱性、耐食性にすぐれ、高度の腐食疲
労強度を有する。製紙用サクシヨンロールのスリーブ材
等として好適である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、製紙機のサクシヨンロ
ール材料等として有用な、高耐力、高耐食性を有する、
腐食疲労強度にすぐれたステンレス鋼に関する。

【０００２】

【従来の技術】製紙工程における抄紙された湿潤紙を脱
水処理するサクシヨンロールの胴部材（スリーブ）は、
湿潤紙から搾出される水分（白水と称される）を吸引排
除する多数の小孔（サクシヨンホール）が約２０〜５０
％（面積）の開口率（ロール１本当りの孔数は数十萬個
にも及ぶ）を以て分散穿設された中空円筒状部材であ
る。サクシヨンロールのスリーブは、その材料特性とし
て湿潤紙から搾出される白水（塩素イオンＣｌ^-や硫酸
イオンＳＯ₄ ^--等を含む強酸性腐食液である）に対する
腐食抵抗性と、湿潤紙から白水を搾出するためのプレス
ロールの押圧力（ニツプ圧）の反復負荷に耐え得る強
度、およびその腐食因子と繰り返し応力の重量作用によ
る腐食疲労に対する抵抗性を兼ね備えたものであること
が必要である。

【０００３】従来より、上記サクシヨンロールのスリー
ブ材料として、二相ステンレス鋼（ＪＩＳＧ４３０７
ＳＵＳ３２９Ｊ１，Ｇ５１２１ＳＣＳ１３Ａ，同Ｓ
ＣＳ１４Ａ等）が使用されてきた。二相ステンレス鋼
は、延性に富むオーステナイト相と、強度の高いδ−フ
エライト相とがほぼ等量に混在した二相組織であること
による高強度と高靱性を備えた耐食合金である。その二
相ステンレス鋼の材料特性について、強度、耐食性、腐
食疲労強度等の改善を目的として、例えばＣｏ，Ｃｕ等
を添加したもの（特公昭６０−５９２９１号公報）、Ｍ
ｏ含有量を富化したもの（特公昭６２−８５０５号公
報）、あるいはＣｏ，Ｃｕ，Ｎ等を添加したもの（特公
平２−３２３４３号公報）等が提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】近時、製紙工程ではラ
インの高速度化がますます進められ、これに伴いサクシ
ヨンロールのスリーブの負荷はますます大きくなつてい
る。この高速度ライン操業においてサクシヨンロールの
折損事故等を防止し、安定な使用を確保するために、そ
のロールスリーブとしてより高い腐食疲労強度を有する
ものが要求されている。サクシヨンロールの高腐食疲労
強度化を実現するには、耐食性、殊に孔食等の局部腐食
に対する抵抗性や靱性等を損なうことなく、強度を高め
ることが必要である。そこで、本発明は、上記高負荷操
業に供されるサクシヨンロールのスリーブをはじめ、耐
食性、強度、靱性等にすぐれ、高腐食疲労強度を有する
ことを要求される各種構造材料として有用なステンレス
鋼を提供しようとするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明のステンレス鋼
は、Ｃ：０．０８％以下，Ｓｉ：０．２〜２％，Ｍｎ：
０．２〜２％，Ｎｉ：３〜６％，Ｃｒ：１７〜２５％，
Ｍｏ：１〜４％，Ｃｕ：０．５〜４％，Ｗ：０．５〜３
％，Ｎ：０．１〜０．３％，Ｎｂ：０．０３〜０．１６
％，Ｖ：０．０１〜０．２１％，残部実質的にＦｅから
なり、オーステナイト相と、３０〜６０％（面積）のδ
−フエライト相からなる二相組織を有することを特徴と
している。本発明のステンレス鋼は、所望により、Ｆｅ
の一部が、Ｔｉ：１％以下，Ａｌ：１％以下，Ｚｒ：１
％以下，Ｃｏ：１％以下から選ばれる１種ないし２種以
上の元素で置換された化学組成が与えられる。

【０００６】

【作用】Ｃｒ，Ｍｏ，Ｎ等の元素は本発明のステンレス
鋼に高耐食性を付与し、オーステナイト相とδ−フエラ
イト相からなる二相組織により本発明のステンレス鋼に
強度と靱性が与えられる。また、ＮｂおよびＶは、微細
な（Ｎｂ−Ｖ）（Ｃ−Ｎ）化合物やＶ（Ｃ−Ｎ）化合物
を生成し、析出強化作用および転位のピンニング作用に
より、鋼の高強度化や、鋼の初期疲労亀裂の先端に対す
る応力集中の緩和に寄与する。またＮｂ，Ｖの一部はＭ
₂₃Ｃ₆型炭化物やレーブス相（Ｎｉ₃Ｍｏ，Ｆｅ₂Ｍ
ｏ，等）に固溶してその凝集粗大化を抑制防止する。本
発明のステンレス鋼は、これらの総合効果として高度に
改良された腐食疲労強度を発現する。

【０００７】以下、本発明について詳しく説明する。本
発明の鋼の化学組成の限定理由は次のとおりである。元
素含有量を示す％は重量％である。

【０００８】Ｃ：０．０８％以下Ｃは、鋼基地に侵入型に固溶して鋼を強化し、またＮ
ｂ，Ｖ等の微細な炭化物を形成しその析出強化作用によ
り鋼の強度を高める。しかし、多量に添加するとＣｒ炭
化物（Ｃｒ₂₃Ｃ₆）を析出し、析出物周辺のＣｒ濃度の
低下により鋼の耐食性を減じ、靱性も低下するので、
０．０８％以下とする。好ましくは、０．０１〜０．０
８％である。

【０００９】Ｓｉ：０．２〜２％Ｓｉは、溶鋼の脱酸および湯流れ性の改善のために０．
２％以上を必要とするが、多量に添加すると、鋼の靱性
の低下、溶接性の低下をきたすので、２％を上限とす
る。

【００１０】Ｍｎ：０．２〜２％Ｍｎは、溶鋼の脱酸・脱硫元素として、また鋳造性改善
のため０．２％以上添加されるが、多量の添加すると腐
食性が低下するので、２％を上限とする。

【００１１】Ｎｉ：３〜６％Ｎｉは、強力なオーステナイト生成元素であり、鋼組織
における所定量のオーステナイト相を形成し、靱性を確
保するために、少なくとも３％を必要とする。しかし、
６％を越える添加は、経済性を損なうだけでなく、鋼組
織におけるδ−フエライト相とオーステナイト相の量的
バランスを失するので、６％を上限とする。

【００１２】Ｃｒ：１７〜２５％Ｃｒは、フエライト生成元素として、また鋼の耐食性、
特に強酸性腐食環境での孔食や粒界腐食等に対する抵抗
性の確保に欠くことができない元素である。その量は少
なくとも１７％を必要とし、増量に伴つて効果を増す。
しかし、多量に添加すると、鋳造性の悪化、および鋼組
織におけるオーステナイト相の量比の不足による靱性の
低下をきたすので、２５％を上限とする。

【００１３】Ｍｏ：１〜４％Ｍｏは、耐食性、殊に孔食、隙間腐食等に対する抵抗性
の強化に有効な元素である。非酸化性酸、塩素イオン含
有液に対する耐食性改善効果を得るためには１％以上の
添加が必要である。しかし、４％を越えると、その効果
はほぼ飽和し、またσ相の析出による脆化と鋳造割れ等
が生じ易くなるので、４％を上限とする。

【００１４】Ｃｕ：０．５〜４％Ｃｕは、オーステナイト相の固溶強化、および耐食性改
善効果を有する。この効果は０．５％以上の添加により
得られる。添加増量により効果を増し、約２％以上にお
いては、フエライト相からα’相が析出することによる
強化作用が付加される。しかし、多量に添加すると、鋼
の靱性を損なうので、４％を上限とする。

【００１５】Ｗ：０．５〜３％Ｗは、フエライト相を固溶強化して鋼の強度を高める。
この効果を得るために少なくとも０．５％が必要であ
る。また、Ｗは鋼の耐食性を改善し、その効果は前記Ｃ
ｕとの共存により増大する。しかし、３％を越えると、
これらの効果はほぼ飽和し、経済性を損なうので、これ
を上限とする。

【００１６】Ｎ：０．１〜０．３％Ｎは、侵入型に固溶して鋼基地を強化するほか、オース
テナイト相に対するＣｒ，Ｍｏ等の耐食元素の分配率を
高め、鋼の耐食性を改善する効果を有する。Ｎの一部は
Ｎｂ，Ｖ等と結合し、複炭窒化物を析出して鋼の強化に
寄与する。これらの効果を得るために、０．１％以上の
添加を必要とする。しかし、多量に添加すると、耐食性
や靱性を減じるので、０．３％を上限とする。

【００１７】Ｎｂ：０．０３〜０．１６％Ｎｂは、Ｖと複合的に添加され、Ｃ，Ｎ等と結合して微
細な（Ｎｂ−Ｖ）（Ｃ−Ｎ）化合物を析出し、析出強化
作用により鋼の強度を高める。その析出物は、Ｖが共存
しない場合のＮｂの炭化物や炭窒化物の析出粒子に比
し、微細で均一に分散する。その微細析出物の均一分散
は、転位を拘束し、そのピンニング作用により鋼の強度
を高めると共に、鋼の初期疲労亀裂の先端に対する応力
集中を緩和する。また、Ｎｂの一部は、Ｍ₂₃Ｃ₆型炭化
物（Ｃｒ₂₃Ｃ₆等）や、レーブス相に固溶して、その凝
集粗大化およびそれに付随する鋼の耐食性、腐食疲労強
度の低下を抑制防止する。これらの効果を得るには、少
なくとも０．０３％の添加を必要とする。しかし、多量
に添加すると、上記析出粒子が粗大化し、析出強化作用
が弱まり、また転位のピンニング作用が失われるので、
０．１６％を上限とする。

【００１８】Ｖ：０．０１〜０．２１％Ｖは、（Ｎｂ−Ｖ）（Ｃ−Ｎ）化合物や、Ｖ（Ｃ−Ｎ）
化合物等の析出物を形成し鋼を強化する。Ｎｂの共存下
に生成するこれらの析出物は微細であり、その均一分散
により転位が拘束され、鋼の強度が増し、かつ鋼の初期
疲労亀裂の先端の応力集中が緩和される。また、Ｖの一
部は前記Ｎｂと同様に、Ｍ₂₃Ｃ₆型炭化物やレーブス相
中に固溶して、それらの凝集粗大化およびそれに付随す
る鋼の耐食性、腐食疲労強度の低下を抑制防止する。こ
れらの効果を発現させるために、０．０１％以上の添加
を必要とするが、多量に添加すると、上記析出物の粗大
化をきたし、析出強化作用や転位のピンニング作用が損
なわれるので、０．２１％を上限とする。

【００１９】Ｎｂ＋０．１Ｖ：０．０４１％以上Ｎｂ＋０．５Ｖ：０．２２５％以下ＮｂおよびＶの上記効果は、両元素の共存下に得られ
る。その複合添加による腐食疲労強度の改善効果を十分
に発現させるためには、Ｎｂ％と０．１Ｖ％の合計両を
０．０４１％以上とすることが必要である。また、多量
添加に伴う弊害を回避し、高腐食疲労強度を確保するた
めには、Ｎｂ％と０．５Ｖ％の合計量が０．２２５％を
越えないように両元素の含有量を規制することが必要で
ある。

【００２０】本発明のステンレス鋼は、所望によりＴ
ｉ，Ａｌ，Ｚｒ，Ｃｏから任意に選択される１種ないし
２種以上の元素を含有する化学組成に調整される。Ｔ
ｉ：１％以下Ｔｉは、炭化物を形成してＣを固定することにより、Ｃ
ｒ炭化物（Ｃｒ₂₃Ｃ₆等）の析出とそれに伴う耐食性の
低下を防止する。添加量が１％を越えると、効果はほぼ
飽和するだけでなく、鋼の靱性の低下を招くので、１％
以下とする。好ましくは０．０１〜１％である。

【００２１】Ａｌ：１％以下Ａｌは、炭化物を形成し析出強化作用により鋼の強度を
高める。多量に添加すると、鋼の靱性を損なうので、１
％以下とする。好ましくは、０．２〜１％である。

【００２２】Ｚｒ：１％以下Ｚｒは、オーステナイト相を固溶強化するほか、Ｃとの
強い親和力により安定なＭＣ型炭化物を形成して鋼の耐
食性を高める。また、強力な清浄作用や組織の微細化作
用を有し鋼の材質改善に奏効する。多量に添加すると、
鋼の清浄度を害するので、１％以下とする。好ましく
は、０．０２〜１％である。

【００２３】Ｃｏ：１％以下Ｃｏは、オーステナイト相を固溶強化し、また鋼の腐食
疲労強度の改善に有効な元素である。その腐食疲労強度
の改善効果は、Ｃｕ，Ｗとの共存により強められる。添
加量が１％を越えると、効果はほぼ飽和し経済性を損な
うので、これを上限とする。好ましくは、０．１〜１％
である。

【００２４】本発明のステンレス鋼は、オーステナイト
相とδ−フエライト相とからなる二相組織を有する。δ
−フエライト相の占める割合を３０〜６０％（面積）の
範囲に規定したのは、３０％に満たないと、鋼の強度が
不足し、他方６０％を越えると、靱性の不足をきたすか
らであり、３０〜６０％の量比として強度と靱性のバラ
ンスを確保している。

【００２５】本発明のステンレス鋼は、その鋳造材を溶
体化処理し、ついで析出強化熱処理を行うことにより製
造される。溶体化処理は、通常の二相ステンレス鋼と同
じように、温度約１０００〜１２００℃に適当な時間
（鋳造材の肉厚１インチ当り、約１〜４Ｈｒ）加熱保持
した後、急冷（水冷が適当である）することにより行わ
れる。この溶体化処理により、鋳造組織はオーステナイ
ト相とδ−フエライト相からなる清浄な二相組織とな
る。析出硬化熱処理は、温度約６００〜７００℃に適
当時間（肉厚１インチ当り、約０．５〜４Ｈｒ）加熱保
持した後、空冷することにより行われる。この熱処理に
より、鋼基地中に、（Ｎｂ−Ｖ）（Ｃ−Ｎ）化合物、Ｖ
（Ｃ−Ｎ）化合物等が微細に均一分散した組織が形成さ
れる。

【００２６】

【実施例】表１および表２（表１の続き）に示す化学組
成を有する遠心力鋳造材に熱処理を施して供試材とし、
それぞれについて腐食疲労試験を行う。表中、Ｎo.７〜
１３、Ｎo.１５〜１９は発明例であり、その他の供試材
は比較例である。比較材は発明例に類似しているが、い
ずれかの元素含有量（下線付）が本発明の規定からはず
れている例である。各供試材は、１１００℃に２Ｈｒ加
熱保持した後、水冷（約５０℃／分）する溶体化熱処理
と、６００℃に１Ｈｒ加熱保持した後、空冷する析出強
化熱処理を行つた。

【００２７】腐食疲労試験小野式回転曲げ疲労試験により、破断回数を求める。腐食液：Ｃｌ^-１００ｐｐｍ，ＳＯ₄ ^-- １０００ｐｐ
ｍ，Ｓ₂Ｏ₃ １０ｐｐｍ，ｐＨ３．５液温室温応力振幅：２９５ＭＰａ，回転数：３０００ｒｐｍ表１および表２の右欄に試験結果（破断回数）を示す。
図１は横軸にＶ含有量、縦軸にＮｂ含有量をとり、各供
試材の破断回数（×１０⁷）を示している。図中の領域
ａ−ｂ−ｃ−ｄ−ｅ−ｆは本発明の規定するＶ（％）−
Ｎｂ（％）の領域である。

【００２８】発明例は、高い破断回数Ｎを有し、その腐
食疲労強度も比較例のそれを大きく上廻つている。比較
例Ｎo.１〜３，Ｎo.６の破断回数Ｎが低いのはＮｂ量の
不足のため、微細化合物の生成による析出強化作用や転
位のピンニング作用が十分に発現されなかつたからであ
る。そのＮｂ量の不足による材質改善効果の不足は、Ｎ
o.４，Ｎo.５のようにＶ量を富化しても補償し得ず、む
しろＶの過剰添加により破断回数の低下は大きくなる。
Ｎo.１４はＮｂ量は適正であるが、Ｖ量が過剰であるた
めに、またＮo.２０では、ＮｂおよびＶの各含有量はそ
れぞれの規定を満たしてはいるものの、イ式の算出値が
上限を越えているため、破断回数は低いレベルにとどま
つている。また、Ｎo.２１〜２３の破断回数Ｎが低いの
は、Ｎｂ量が過剰なため、析出物による鋼の強化作用や
転位のピンニング作用等が不十分なものとなつたからで
あり、その破断回数の低下は、Ｎo.２２とＮo.２３の比
較が示すように、イ式の上限値（０．２２５％）からの
逸脱が大きくなる程、顕著になつている。

【００２９】

【表１】

【００３０】

【表２】

【００３１】

【発明の効果】本発明のステンレス鋼は、従来の二相ス
テンレス鋼等では得られない高度の腐食疲労強度を有し
ているので、製紙工程のサクシヨンロールのスリーブ材
料として使用することにより、近時の高負荷操業におけ
るサクシヨンロールの耐用寿命の向上、ロールメンテナ
ンスの改善等の効果が得られる。本発明のステンレス鋼
は、サクシヨンロールのスリーブ材料だけでなく、腐食
因子と繰り返し応力が重量作用する環境で使用される各
種の構造部材料として有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｖ（％）−Ｎｂ（％）のグラフにおける破断回
数の分布を示すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｃ：０．０８％以下，Ｓｉ：０．２〜２
％，Ｍｎ：０．２〜２％，Ｎｉ：３〜６％，Ｃｒ：１７
〜２５％，Ｍｏ：１〜４％，Ｃｕ：０．５〜４％，Ｗ：
０．５〜３％，Ｎ：０．１〜０．３％，Ｎｂ：０．０３
〜０．１６％，Ｖ：０．０１〜０．２１％，残部実質的
にＦｅからなり、下式（イ）および（ロ）：Ｎｂ（％）＋０．５Ｖ（％）≦０．２２５…（イ）Ｎｂ（％）＋０．１Ｖ（％）≧０．０４１…（ロ）を満たす化学組成を有し、オーステナイト相とδ−フエ
ライト相からなる二相組織におけるδ−フエライト相は
３０〜６０％（面積）であることを特徴とする高腐食疲
労強度ステンレス鋼。
【請求項２】Ｆｅの一部が、Ｔｉ：１％以下，Ａｌ：
１％以下，Ｚｒ：１％以下，Ｃｏ：１％以下から選ばれ
る１種ないし２種以上の元素で置換された化学組成を有
することを特徴とする請求項１に記載の高腐食疲労強度
ステンレス鋼。