JPH0699783B2 - 焼結ステンレス鋼とその製造方法 - Google Patents
焼結ステンレス鋼とその製造方法Info
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- JPH0699783B2 JPH0699783B2 JP59114428A JP11442884A JPH0699783B2 JP H0699783 B2 JPH0699783 B2 JP H0699783B2 JP 59114428 A JP59114428 A JP 59114428A JP 11442884 A JP11442884 A JP 11442884A JP H0699783 B2 JPH0699783 B2 JP H0699783B2
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Description
【発明の詳細な説明】 （発明の分野） 本発明は、マトリクスと分散相からなる焼結ステンレス
鋼であって、フェライト−オーステナイト二相系金属組
織からなるマトリクスにオーステナイト系金属組織から
なる分散相が分散する耐応力腐食割れ性に優れた焼結二
相系ステンレス鋼およびその製造方法に関する。
鋼であって、フェライト−オーステナイト二相系金属組
織からなるマトリクスにオーステナイト系金属組織から
なる分散相が分散する耐応力腐食割れ性に優れた焼結二
相系ステンレス鋼およびその製造方法に関する。
特にCO2−H2Sを含む塩化物含有環境（CO2−H2S−Cl-）
下において著しく優れた耐応力腐食割れ性を有する焼結
二相系ステンレス鋼に関する。
下において著しく優れた耐応力腐食割れ性を有する焼結
二相系ステンレス鋼に関する。
（従来技術） 最近のエネルギー事情は年々深部での油井・ガス井開発
を促しており、使用される油井掘削用、原油・天然ガス
採取用の継目無鋼管（以下、油井管と総称する）に要求
される性能は益々厳しくなっている。こうした油井環境
の特徴は、益々スウィート化、サワー化していることで
あり、高温・高圧していることである。つまり、このこ
とは、多量のCO2ガスと、H2Sガスならびに高濃度のCl-
イオンを含有する高温・高圧の湿潤環境下で油井管が使
用されることを意味している。
を促しており、使用される油井掘削用、原油・天然ガス
採取用の継目無鋼管（以下、油井管と総称する）に要求
される性能は益々厳しくなっている。こうした油井環境
の特徴は、益々スウィート化、サワー化していることで
あり、高温・高圧していることである。つまり、このこ
とは、多量のCO2ガスと、H2Sガスならびに高濃度のCl-
イオンを含有する高温・高圧の湿潤環境下で油井管が使
用されることを意味している。
多量のCO2ガスと極微量のH2SガスやCl-を含む環境下で
は従来の低Cr鋼にかわりマルテンサイト系の13Crステン
レス鋼が使用されているが、深井戸の高温環境下では13
Crステンレス鋼といえども全面腐食や孔食が問題であ
り、また高強度化しているものは微量のH2Sでの硫化物
応力腐食割れ（以下、単に“SCC"という）を起こしやす
い欠点を有している。
は従来の低Cr鋼にかわりマルテンサイト系の13Crステン
レス鋼が使用されているが、深井戸の高温環境下では13
Crステンレス鋼といえども全面腐食や孔食が問題であ
り、また高強度化しているものは微量のH2Sでの硫化物
応力腐食割れ（以下、単に“SCC"という）を起こしやす
い欠点を有している。
このように、H2Sガス濃度がやや高い油井・ガス井環境
では13Crステンレス鋼といえども十分な性能を有してい
るとは言いがたく、したがって、ここ数年来はH2Sガス
濃度がやや高くSCCの危険性がある場合には13Crステン
レス鋼にかわり22〜25％Crを含有するフェライト−オー
ステナイトの二相ステンレス鋼が使用されるようになっ
てきている。
では13Crステンレス鋼といえども十分な性能を有してい
るとは言いがたく、したがって、ここ数年来はH2Sガス
濃度がやや高くSCCの危険性がある場合には13Crステン
レス鋼にかわり22〜25％Crを含有するフェライト−オー
ステナイトの二相ステンレス鋼が使用されるようになっ
てきている。
二相ステンレス鋼の特徴はSCC限界応力値が同等成分の
オーステナイト系ステンレス鋼ならびにフェライト系ス
テンレス鋼に比べ高く、耐SCC性に優れていること、な
らびに高強度、高靱性であることである。
オーステナイト系ステンレス鋼ならびにフェライト系ス
テンレス鋼に比べ高く、耐SCC性に優れていること、な
らびに高強度、高靱性であることである。
第１図は、発明者の一人が二相ステンレス鋼の耐応力腐
食割れ（以下、耐SCC）特性について「防食技術」vol.3
0,No.4（pp.218〜226）に報告したものである。25Cr−6
Ni二相ステンレス鋼（○印）とそのフェライト相相当成
分を有する28Cr−4Niフェライトステンレス鋼（●印）
およびオーステナイト相相当成分を有する21Cr−9Niオ
ーステナイトステンレス鋼（△印）の３鋼種を別々に溶
解し、耐SCC性を427K、45％MgCl2溶液中で評価した結果
をまとめたものである。縦軸は耐力に対するSCC限界応
力値の比（σth／σ0.2）を示し、高い方が耐SCC性は優
れている。横軸は破断に至るまでの時間であり長い方が
優れている。25Cr−6Ni二相ステンレス鋼（○印）はオ
ーステナイト相相当成分鋼（△印）およびフェライト相
相当成分鋼（●印）いずれよりも破断時間が600hr以上
となるσth／σ0.2が高く、耐SCC性に対し著しく優れて
いることを示している。
食割れ（以下、耐SCC）特性について「防食技術」vol.3
0,No.4（pp.218〜226）に報告したものである。25Cr−6
Ni二相ステンレス鋼（○印）とそのフェライト相相当成
分を有する28Cr−4Niフェライトステンレス鋼（●印）
およびオーステナイト相相当成分を有する21Cr−9Niオ
ーステナイトステンレス鋼（△印）の３鋼種を別々に溶
解し、耐SCC性を427K、45％MgCl2溶液中で評価した結果
をまとめたものである。縦軸は耐力に対するSCC限界応
力値の比（σth／σ0.2）を示し、高い方が耐SCC性は優
れている。横軸は破断に至るまでの時間であり長い方が
優れている。25Cr−6Ni二相ステンレス鋼（○印）はオ
ーステナイト相相当成分鋼（△印）およびフェライト相
相当成分鋼（●印）いずれよりも破断時間が600hr以上
となるσth／σ0.2が高く、耐SCC性に対し著しく優れて
いることを示している。
このように二相ステンレス鋼のSCC抵抗性が高い理由と
しては最初Fontanaらによりフェライト相のKeying効果
が考えられ、またUhligら、Shimodairaらによりその機
構が検討された。発明者の一人は先の報告の中におい
て、二相ステンレス鋼の耐SCC性はフェライトおよびオ
ーステナイト各相の化学組成ではなく二相混合共存の組
織によるところが大きく、マトリクスに島状に分布して
いるオーステナイト相のKeying効果によると報告した。
しては最初Fontanaらによりフェライト相のKeying効果
が考えられ、またUhligら、Shimodairaらによりその機
構が検討された。発明者の一人は先の報告の中におい
て、二相ステンレス鋼の耐SCC性はフェライトおよびオ
ーステナイト各相の化学組成ではなく二相混合共存の組
織によるところが大きく、マトリクスに島状に分布して
いるオーステナイト相のKeying効果によると報告した。
第２図は、二相ステンレス鋼のSCCの伝播の様子を模式
的に示したものであるが、SCCは、図中、太黒線で示す
ように、フェライト相内を伝播し、島状に分布するオー
ステナイト相を迂回して、オーステナイト相で伝播を阻
止（Keying効果）されるのが特徴である。
的に示したものであるが、SCCは、図中、太黒線で示す
ように、フェライト相内を伝播し、島状に分布するオー
ステナイト相を迂回して、オーステナイト相で伝播を阻
止（Keying効果）されるのが特徴である。
ところで、第３図は、発明者の一人がCO2−H2S−Cl-環
境におけるフェライト−オーステナイト二相ステンレス
鋼の耐食性、特に耐SCC性について種々実験を重ねて検
討した結果得たデータを、J.MATERIALS FOR ENERGY SYS
TEMS,vol.5,No.1,June 1983,pp.59〜66に報告したもの
である。現在市販されている代表的な二相ステンレス鋼
としては22Cr系二相ステンレス鋼と25Cr系二相ステンレ
ス鋼とがあり、それぞれ22Cr−5Ni−3Mo、25Cr−7Ni−3
Moの成分系を有している。第３図はこのうちの25Cr系の
二相ステンレス鋼の30atm CO2、25％NaCl溶液中で温度
とPH2Sを変化させながら耐SCC性を評価した結果であ
る。図中、 がSCCを発生したことを示す。第３図よりPH2Sはおよそ
0.1atmが使用環境としての上限であることがわかる。SC
Cの発生した試験片にはフェライト相の選択溶解とこれ
を起点とするSCCが認められた。
境におけるフェライト−オーステナイト二相ステンレス
鋼の耐食性、特に耐SCC性について種々実験を重ねて検
討した結果得たデータを、J.MATERIALS FOR ENERGY SYS
TEMS,vol.5,No.1,June 1983,pp.59〜66に報告したもの
である。現在市販されている代表的な二相ステンレス鋼
としては22Cr系二相ステンレス鋼と25Cr系二相ステンレ
ス鋼とがあり、それぞれ22Cr−5Ni−3Mo、25Cr−7Ni−3
Moの成分系を有している。第３図はこのうちの25Cr系の
二相ステンレス鋼の30atm CO2、25％NaCl溶液中で温度
とPH2Sを変化させながら耐SCC性を評価した結果であ
る。図中、 がSCCを発生したことを示す。第３図よりPH2Sはおよそ
0.1atmが使用環境としての上限であることがわかる。SC
Cの発生した試験片にはフェライト相の選択溶解とこれ
を起点とするSCCが認められた。
Cr含有量を増加させることにより耐食性をさらに一層改
善した二相ステンレス鋼も成分的には考えられるが、σ
相生成に伴う製造上の問題より製品化は困難である。
善した二相ステンレス鋼も成分的には考えられるが、σ
相生成に伴う製造上の問題より製品化は困難である。
したがって、現在のところ二相ステンレス鋼を使用した
のでは耐食性の点で問題のあるようなより厳しい油井環
境では、Hastelloy C 276（15Cr−16Mo−3.4W−1.0Co−
60Ni−Bal.Fe）、MP 35N（20Cr−10Mo−35Co−35Ni−B
al.Fe）といった高合金が用いられている。これらの高
合金は高価なMoあるいはCoおよびNiを多量に含有するた
めそれ自体極めて高価であるばかりでなく、熱間加工性
も極めて悪く、製造性も悪い。
のでは耐食性の点で問題のあるようなより厳しい油井環
境では、Hastelloy C 276（15Cr−16Mo−3.4W−1.0Co−
60Ni−Bal.Fe）、MP 35N（20Cr−10Mo−35Co−35Ni−B
al.Fe）といった高合金が用いられている。これらの高
合金は高価なMoあるいはCoおよびNiを多量に含有するた
めそれ自体極めて高価であるばかりでなく、熱間加工性
も極めて悪く、製造性も悪い。
（発明の目的） 本発明の第一の目的は、CO2およびH2Sを含む塩化物含有
環境下で、従来のフェライト−オーステナイト二相系ス
テンレス鋼に比較して耐SCC性を顕著に改善したステン
レス鋼を提供することである。
環境下で、従来のフェライト−オーステナイト二相系ス
テンレス鋼に比較して耐SCC性を顕著に改善したステン
レス鋼を提供することである。
本発明の別の目的は、CO2およびH2Sを含む塩化物含有環
境下で、Niを多量に含有するオーステナイトステンレス
鋼の代替として耐SCC性を飛躍的に改善した二相系ステ
ンレス鋼を提供することである。
境下で、Niを多量に含有するオーステナイトステンレス
鋼の代替として耐SCC性を飛躍的に改善した二相系ステ
ンレス鋼を提供することである。
さらに本発明の別の目的は、従来はMo、ＷおよびNiとい
った高価な合金元素を多量に含有する高合金しか使用で
きなかった厳しいCO2−H2S−Cl-湿潤環境においても使
用できる安価で高耐食性の、耐SCC性に著しく優れた二
相系ステンレス鋼を提供することにある。
った高価な合金元素を多量に含有する高合金しか使用で
きなかった厳しいCO2−H2S−Cl-湿潤環境においても使
用できる安価で高耐食性の、耐SCC性に著しく優れた二
相系ステンレス鋼を提供することにある。
さらに本発明の別の目的は粉末冶金法による飛躍的に耐
SCCが改善され靱性にも優れた焼結ステンレス鋼を製造
する方法を提供することにある。
SCCが改善され靱性にも優れた焼結ステンレス鋼を製造
する方法を提供することにある。
（発明の要約） 重量％で22〜25％のCrを含有する従来のフェライト−オ
ーステナイト二相ステンレス鋼では微量のH2Sを含有し
たCO2−Cl-環境においても全面腐食、孔食ならびにSCC
発生の問題があり、硫化水素分圧がおよそ0.1atm以上の
CO2−H2S−Cl-環境においては多量のNi、Mo、Ｗ等を含
有する高価なオーステナイト系高合金が用いられてい
る。本発明者らは二相ステンレス鋼の耐食性改善を試み
たが、フェライト−オーステナイト二相系ステンレス鋼
の耐食性劣化の原因がフェライト相の選択腐食であり、
また高Cr、高Moの高耐食性フェライト系ステンレス鋼で
もCO2−H2S−Cl-環境においては良好な耐食性を発揮で
きないことから、フェライト−オーステナイト二相ステ
ンレス鋼では耐食性の劣化は避けがたいと考えた。
ーステナイト二相ステンレス鋼では微量のH2Sを含有し
たCO2−Cl-環境においても全面腐食、孔食ならびにSCC
発生の問題があり、硫化水素分圧がおよそ0.1atm以上の
CO2−H2S−Cl-環境においては多量のNi、Mo、Ｗ等を含
有する高価なオーステナイト系高合金が用いられてい
る。本発明者らは二相ステンレス鋼の耐食性改善を試み
たが、フェライト−オーステナイト二相系ステンレス鋼
の耐食性劣化の原因がフェライト相の選択腐食であり、
また高Cr、高Moの高耐食性フェライト系ステンレス鋼で
もCO2−H2S−Cl-環境においては良好な耐食性を発揮で
きないことから、フェライト−オーステナイト二相ステ
ンレス鋼では耐食性の劣化は避けがたいと考えた。
他方で本発明者らは、多量のCO2ガス、H2Sガス、Cl-イ
オンを含有する油井環境においてオーステナイト系高合
金の耐食性と鋼中Cr、Ni、Moの効果を検討してきた。第
４図ないし第６図は発明者の一人が20％NaCl＋0.5％CH3
COOH−1.0MPaCO2−PH2S−250℃でのPH2Sの環境とCr、N
i、Moの影響を種々実験、検討して得たデータをNACE CO
RROSION′84で報告したものである。これらの結果か
ら、PH2Sに関係なく、少なくとも、重量％で、20％以上
のCrと、20％以上のNiと、３％以上のMoを含有すること
が耐食性を確保するうえで必要であることを確認でき
た。その後、第７図に示すように、オーステナイト系ス
テンレス鋼には温度条件に応じて、Cr量とNi量との間に
は耐SCC性に関し一定の相関関係があることを見い出す
に至り（図中、斜線領域は、20％NaCl＋0.5％CH3COOH、
1.0MPaH2O−1.0MPaCO2の条件下で良好な耐SCC性を示す
領域である）、それらの知見にもとずいて何種かの新規
なオーステナイト系高合金を開発するに至ったが、すで
に述べたような二相ステンレス鋼のKeying効果によるSC
C限界応力値改善効果を最大限に発揮させた、より安価
なステンレス鋼を開発することはできないかという思い
は強く、その後もその開発手段を追求しつづけてきた。
その結果、CO2−H2S−Cl-環境下で良好な耐食性を発揮
するオーステナイトステンレス鋼と、フェライト−オー
ステナイト二相系ステンレス鋼とをそれぞれ別々に溶解
し、これを粉末として凝固させた後に所定の割合で混合
して焼結することにより、混合前のフェライト−オース
テナイト二相系ステンレス鋼粉の成分を有する二相系ス
テンレス鋼粉以上の優れた耐SCC性を発揮することがで
きることを見い出し、本発明を完成するに至った。
オンを含有する油井環境においてオーステナイト系高合
金の耐食性と鋼中Cr、Ni、Moの効果を検討してきた。第
４図ないし第６図は発明者の一人が20％NaCl＋0.5％CH3
COOH−1.0MPaCO2−PH2S−250℃でのPH2Sの環境とCr、N
i、Moの影響を種々実験、検討して得たデータをNACE CO
RROSION′84で報告したものである。これらの結果か
ら、PH2Sに関係なく、少なくとも、重量％で、20％以上
のCrと、20％以上のNiと、３％以上のMoを含有すること
が耐食性を確保するうえで必要であることを確認でき
た。その後、第７図に示すように、オーステナイト系ス
テンレス鋼には温度条件に応じて、Cr量とNi量との間に
は耐SCC性に関し一定の相関関係があることを見い出す
に至り（図中、斜線領域は、20％NaCl＋0.5％CH3COOH、
1.0MPaH2O−1.0MPaCO2の条件下で良好な耐SCC性を示す
領域である）、それらの知見にもとずいて何種かの新規
なオーステナイト系高合金を開発するに至ったが、すで
に述べたような二相ステンレス鋼のKeying効果によるSC
C限界応力値改善効果を最大限に発揮させた、より安価
なステンレス鋼を開発することはできないかという思い
は強く、その後もその開発手段を追求しつづけてきた。
その結果、CO2−H2S−Cl-環境下で良好な耐食性を発揮
するオーステナイトステンレス鋼と、フェライト−オー
ステナイト二相系ステンレス鋼とをそれぞれ別々に溶解
し、これを粉末として凝固させた後に所定の割合で混合
して焼結することにより、混合前のフェライト−オース
テナイト二相系ステンレス鋼粉の成分を有する二相系ス
テンレス鋼粉以上の優れた耐SCC性を発揮することがで
きることを見い出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明の要旨とするところは、マトリクス相
と分散相とからなる焼結ステンレス鋼であって、フェラ
イト−オーステナイト二相系金属組織からなるマトリク
ス相にオーステナイト系金属組織からなる分散相が分散
する耐応力腐食割れ性に優れた焼結二相系ステンレス鋼
であって、マトリクス相のCr、Ni、Mo成分が重量％で下
記の範囲であり、必要に応じてＮを重量％で0.30％以下
含有してもよい。
と分散相とからなる焼結ステンレス鋼であって、フェラ
イト−オーステナイト二相系金属組織からなるマトリク
ス相にオーステナイト系金属組織からなる分散相が分散
する耐応力腐食割れ性に優れた焼結二相系ステンレス鋼
であって、マトリクス相のCr、Ni、Mo成分が重量％で下
記の範囲であり、必要に応じてＮを重量％で0.30％以下
含有してもよい。
Cr:20.0％以上、30.0％以下 Ni:4.0％以上、12.0％以下 Mo:2.0％以上、5.0％以下 また、前記分散相のCr、Ni、Mo成分が重量％で下記の範
囲であり、必要に応じてＮを重量％で0.30％以下含有し
てもよい。
囲であり、必要に応じてＮを重量％で0.30％以下含有し
てもよい。
Cr:20.0％以上 Ni:20.0％以上、60.0％以下 Mo:3.0％以上 本発明によれば、使用する環境に応じて好ましくは上記
範囲内においてマトリクス成分、ならびに分散相の成分
を自由に選択できる。さらにフェライト−オーステナイ
ト二相組織のマトリクス中に島状に分散した耐SCC性に
優れたオーステナイト相のKeying効果によりSCCの限界
応力値はマトリクスを形成しているフェライト−オース
テナイト二相系ステンレス鋼が単独で存在する場合に比
べ著しく高くなる。二相系ステンレス鋼のSCCの限界応
力値はもともとこれを形成するフェライト相あるいはオ
ーステナイト相がそれぞれ単独で存在する場合よりも高
いが、発明におけるごとく耐SCC性に優れたオーステナ
イト系ステンレス鋼が島状に分散する場合にはたとえマ
トリクス側をSCCが伝播したとしても分散相をSCCは迂回
して伝播せざるを得なく、さらにはSCCの伝播は分散相
により停止する。この様子を第８図に示す。なお、第２
図には従来の溶解材の二相ステンレス鋼におけるSCCの
伝播を示しているが、両者の比較からも明らかなよう
に、SCC伝播に対する分散相の役割は本質的には同一で
ある。
範囲内においてマトリクス成分、ならびに分散相の成分
を自由に選択できる。さらにフェライト−オーステナイ
ト二相組織のマトリクス中に島状に分散した耐SCC性に
優れたオーステナイト相のKeying効果によりSCCの限界
応力値はマトリクスを形成しているフェライト−オース
テナイト二相系ステンレス鋼が単独で存在する場合に比
べ著しく高くなる。二相系ステンレス鋼のSCCの限界応
力値はもともとこれを形成するフェライト相あるいはオ
ーステナイト相がそれぞれ単独で存在する場合よりも高
いが、発明におけるごとく耐SCC性に優れたオーステナ
イト系ステンレス鋼が島状に分散する場合にはたとえマ
トリクス側をSCCが伝播したとしても分散相をSCCは迂回
して伝播せざるを得なく、さらにはSCCの伝播は分散相
により停止する。この様子を第８図に示す。なお、第２
図には従来の溶解材の二相ステンレス鋼におけるSCCの
伝播を示しているが、両者の比較からも明らかなよう
に、SCC伝播に対する分散相の役割は本質的には同一で
ある。
ここで、本発明によれば、そのマトリクスは； Cr:20.0％〜30.0％、 Ni:4.0％〜12.0％、 Mo:2.0％〜5.0％ を含有するが、その場合のマトリクスの各成分の限定理
由を以下に記す。
由を以下に記す。
Cr:20.0％未満では、マルテンサイト相の生成等で問題
があり、30.0％を越えるとσ相生成等の問題がある。σ
相が生成した場合には熱間での加工性、および耐食性が
劣化する。
があり、30.0％を越えるとσ相生成等の問題がある。σ
相が生成した場合には熱間での加工性、および耐食性が
劣化する。
CO2およびH2Sを含有する塩化物含有環境で耐食性を確保
するめにはCrは20％以上必要である。
するめにはCrは20％以上必要である。
以上の理由により、好ましくはCrを20.0％以上、30.0以
下に限定する。
下に限定する。
Ni:Crを20.0％以上、30.0以下とした場合、金属組織を
二相組織とするためにはNiは少なくとも4.0％以上必要
である。しかし、12.0％を越えたNiは本発明鋼において
適正な二相組織を得る目的より必要でない。
二相組織とするためにはNiは少なくとも4.0％以上必要
である。しかし、12.0％を越えたNiは本発明鋼において
適正な二相組織を得る目的より必要でない。
Mo:耐食性を確保するうえで2.0％以上必要である。本発
明鋼においては5.0％を越えたMoは必要としない。
明鋼においては5.0％を越えたMoは必要としない。
N:Nは重要なオーステナイト相生成元素であり、高温で
のオーステナイト相生成を容易にする効果がある。必要
に応じて0.30％以下のＮを含有させることがある。
のオーステナイト相生成を容易にする効果がある。必要
に応じて0.30％以下のＮを含有させることがある。
このようにCr、Ni、Moともに本発明に係る鋼の基本的な
耐食性を決定する重要な元素である。
耐食性を決定する重要な元素である。
ところで本発明に係る鋼においては分散相であるオース
テナイト系金属組織はCO2およびH2Sを含む塩化物含有環
境下での耐SCC性を飛躍的に改善するための、Keying効
果を発揮させるための分散相でありその成分範囲は極め
て重要である。H2Sを含有する塩化物環境でSCCを発生し
ないためには少なくとも重量％で、20.0％以上のCrと、
20.0％以上のNiと、３％以上のMoを含有することが必要
である。一方でNiは水素脆性を促進するため60.0％以下
とすることが必要である。したがって、好適態様とし
て、本発明にあっては、分散相のオーステナイト系金属
組織の成分を重量％で Cr:20.0％以上 Ni:20.0％以上、60.0％以下 Mo:3.0％以上 と限定した。
テナイト系金属組織はCO2およびH2Sを含む塩化物含有環
境下での耐SCC性を飛躍的に改善するための、Keying効
果を発揮させるための分散相でありその成分範囲は極め
て重要である。H2Sを含有する塩化物環境でSCCを発生し
ないためには少なくとも重量％で、20.0％以上のCrと、
20.0％以上のNiと、３％以上のMoを含有することが必要
である。一方でNiは水素脆性を促進するため60.0％以下
とすることが必要である。したがって、好適態様とし
て、本発明にあっては、分散相のオーステナイト系金属
組織の成分を重量％で Cr:20.0％以上 Ni:20.0％以上、60.0％以下 Mo:3.0％以上 と限定した。
（発明の態様） 本発明に係る焼結ステンレス鋼は、基本的製造工程とし
て圧粉成形、冷間静水圧プレス（Cold,Isostatic,Prres
sing、以下略して、“CIP"という）、焼結、熱間静水圧
プレス（Hot,Isostatic,Pressing、以下略して、“HIP"
という）、冷間押出し、冷間抽伸、熱間押出し、鍛造、
圧延等のうち１種以上の工程を経て製造された焼結ステ
ンレス鋼と、これに必要に応じて適宜熱処理を施して得
られた焼結ステンレス鋼を包含する。
て圧粉成形、冷間静水圧プレス（Cold,Isostatic,Prres
sing、以下略して、“CIP"という）、焼結、熱間静水圧
プレス（Hot,Isostatic,Pressing、以下略して、“HIP"
という）、冷間押出し、冷間抽伸、熱間押出し、鍛造、
圧延等のうち１種以上の工程を経て製造された焼結ステ
ンレス鋼と、これに必要に応じて適宜熱処理を施して得
られた焼結ステンレス鋼を包含する。
また、本発明において云うオーステナイト相にはオース
テナイト単相は云うまでもなく、本発明の趣旨に反しな
い限り、例えば微量のマルテンサイト相あるいは他の析
出相の存在する金属組織相も包含されることは明らかで
ある。さらにマトリクス相および分散相には通常のステ
ンレス鋼に含有される不純物の他に、Ti、Nb、Zr等の安
定化元素ならびにＳ、Pb、Se、La、Te、Ca等の被削性改
善成分を含有させても良い。またAlを合金元素として添
加しても良い。
テナイト単相は云うまでもなく、本発明の趣旨に反しな
い限り、例えば微量のマルテンサイト相あるいは他の析
出相の存在する金属組織相も包含されることは明らかで
ある。さらにマトリクス相および分散相には通常のステ
ンレス鋼に含有される不純物の他に、Ti、Nb、Zr等の安
定化元素ならびにＳ、Pb、Se、La、Te、Ca等の被削性改
善成分を含有させても良い。またAlを合金元素として添
加しても良い。
なお、各ステンレス鋼粉の製造履歴、さらにはステンレ
ス鋼粉の形態、粉度分布についても、本発明の趣旨に反
しない限り、特に制限されない。
ス鋼粉の形態、粉度分布についても、本発明の趣旨に反
しない限り、特に制限されない。
本発明はマトリクスと分散相とからなる焼結ステンレス
鋼にあって、フェライト−オーステナイト二相系金属組
成からなるマトリクス相に、オーステナイト系金属組織
が分散する二相組織となし、その耐SCC性を飛躍的に改
善しょうとするものである。したがって、本発明の好適
態様にあっては少なくとも分散相をなすオーステナイト
系金属組織相の耐SCC性はマトリクスを形成するフェラ
イト−オーステナイト二相系金属組織相の耐SCC性より
も優れている必要がある。使用する環境によっては、SC
Cを発生しないために、必要なCr、Ni、Mo量は異なり、
マトリクス成分の耐食性および使用される腐食環境を考
慮しつつその分散相の適正成分を選ぶ必要がある。
鋼にあって、フェライト−オーステナイト二相系金属組
成からなるマトリクス相に、オーステナイト系金属組織
が分散する二相組織となし、その耐SCC性を飛躍的に改
善しょうとするものである。したがって、本発明の好適
態様にあっては少なくとも分散相をなすオーステナイト
系金属組織相の耐SCC性はマトリクスを形成するフェラ
イト−オーステナイト二相系金属組織相の耐SCC性より
も優れている必要がある。使用する環境によっては、SC
Cを発生しないために、必要なCr、Ni、Mo量は異なり、
マトリクス成分の耐食性および使用される腐食環境を考
慮しつつその分散相の適正成分を選ぶ必要がある。
次に実施例によって本発明をさらに説明する。
実施例１ 第１表に示した各ステンレス鋼粉を第２表に示した混合
割合で混合した後、鋼製カプセルに充填し加熱しながら
真空に引いて内部を脱気して密閉した。真空引きの条件
は１×10-5mmHgで500℃×1hrである。保持温度は室温で
も良いが、内部の水分を除去する目的より加熱した方が
より効果的である。その場合の加熱は500℃以下でも十
分である。
割合で混合した後、鋼製カプセルに充填し加熱しながら
真空に引いて内部を脱気して密閉した。真空引きの条件
は１×10-5mmHgで500℃×1hrである。保持温度は室温で
も良いが、内部の水分を除去する目的より加熱した方が
より効果的である。その場合の加熱は500℃以下でも十
分である。
次いで、これを熱間静水圧法（HIP）により2000気圧の
圧力をかけながら1080℃で１時間焼結を実施した。
圧力をかけながら1080℃で１時間焼結を実施した。
HIPの具体的条件については使用するステンレス鋼粉の
成分により最適条件は変化する。十分な緻密化と結晶が
進行する条件を選択する必要がある。ここで上記の条件
をみたすかぎりは低い温度の方が望ましいことは作業製
の点からも望ましいことは言うまでもない。
成分により最適条件は変化する。十分な緻密化と結晶が
進行する条件を選択する必要がある。ここで上記の条件
をみたすかぎりは低い温度の方が望ましいことは作業製
の点からも望ましいことは言うまでもない。
得られた焼結体は1200℃に加熱してから１時間保持した
後、厚さ30mm×幅60mm×長さ70mmの仕上げ寸法にまで熱
間鍛造した。次いでこの鍛造材を大気中で1200℃に再度
加熱したのち厚さ7mm×幅60mmにまで加熱圧延し、1120
℃×30分保持後、水冷した。その後40％の冷間加工を加
えた。
後、厚さ30mm×幅60mm×長さ70mmの仕上げ寸法にまで熱
間鍛造した。次いでこの鍛造材を大気中で1200℃に再度
加熱したのち厚さ7mm×幅60mmにまで加熱圧延し、1120
℃×30分保持後、水冷した。その後40％の冷間加工を加
えた。
このようにして得た焼結ステンレス鋼の板材から試片を
切り出して常温での引張試験、シャルピー衝撃試験、耐
SCC評価試験を実施した。
切り出して常温での引張試験、シャルピー衝撃試験、耐
SCC評価試験を実施した。
常温での引張試験は平衡部が直径3mm、長さ20mmの丸棒
引張試験片で実施した。
引張試験片で実施した。
シャルピー衝撃試験は2Vノッチ付JIS4号ハーフサイズ
（5mmt）を用い−20℃で実施した。
（5mmt）を用い−20℃で実施した。
耐SCC性は第９図に示すいわゆるＴ型治具を使った４点
拘束試験片を使って行った。試験片としては中央部にＵ
字切欠きを設けたものを使用した。試験片寸法は75×10
×2mmで中央部の切欠きは0.25Rであった。かかる形状の
試験片を用いて20％NaCl＋0.05、0.1および0.5atmH2S＋
25atmCO2の環境下で耐食性を評価した。試験時間は2000
hrであり、温度は150℃であった。付加応力は1.0×σｙ
とした。この付加応力の計算式は第10図に示す通りであ
る。
拘束試験片を使って行った。試験片としては中央部にＵ
字切欠きを設けたものを使用した。試験片寸法は75×10
×2mmで中央部の切欠きは0.25Rであった。かかる形状の
試験片を用いて20％NaCl＋0.05、0.1および0.5atmH2S＋
25atmCO2の環境下で耐食性を評価した。試験時間は2000
hrであり、温度は150℃であった。付加応力は1.0×σｙ
とした。この付加応力の計算式は第10図に示す通りであ
る。
結果をまとめて第２表に示す。
実施例２ 第１表に示したステンレス鋼粉を用い継目無鋼管を製造
した。
した。
第２表に示した混合割合でステンレス鋼粉を混合した
後、鋼製の外径200mm×内径60mm×長さ30mmのカプセル
に装入し、500℃に加熱しながら内部を真空引きした。
真空引きの条件は１×10-5mmHgである。加熱、真空引き
の状態で3hr保持した後カプセルを密閉した。
後、鋼製の外径200mm×内径60mm×長さ30mmのカプセル
に装入し、500℃に加熱しながら内部を真空引きした。
真空引きの条件は１×10-5mmHgである。加熱、真空引き
の状態で3hr保持した後カプセルを密閉した。
カプセルを密閉後、冷間静水圧法（CIP）により常温、6
000kg/cm2×1min保持の条件でカプセル内の密度を均一
とし低気孔率化した。次に電気炉で1250℃に加熱した
後、熱間押出しにより外径73mm、肉厚7mmの継目無鋼管
とした。これを1130℃で40分保持後水冷し、その後30％
の冷間加工を加えて試験に共した。
000kg/cm2×1min保持の条件でカプセル内の密度を均一
とし低気孔率化した。次に電気炉で1250℃に加熱した
後、熱間押出しにより外径73mm、肉厚7mmの継目無鋼管
とした。これを1130℃で40分保持後水冷し、その後30％
の冷間加工を加えて試験に共した。
耐SCC性をＣ−リング型試験片を用いて実施例１の場合
と同一条件で評価した。このＣ−リングテストはASTM G
38−73に準じて行った。試験片形状は第11図に示すとお
りである。結果は第２表にまとめて示す。
と同一条件で評価した。このＣ−リングテストはASTM G
38−73に準じて行った。試験片形状は第11図に示すとお
りである。結果は第２表にまとめて示す。
第２表に示す結果より、本発明にかかる鋼種１〜４はい
ずれの条件下でもすぐれた耐SCC性を示した。鋼種5,6も
本発明にかかるものであるが、H2S量が増加するにつれ
て耐食性が低下し、孔食も見られた。これは第１表から
もわかるように、オーステナイト系ステンレス鋼粉のCr
含有量が20％未満と低く、かつNi、Moのいずれかの含有
量が本発明の好適範囲を外れるためである。
ずれの条件下でもすぐれた耐SCC性を示した。鋼種5,6も
本発明にかかるものであるが、H2S量が増加するにつれ
て耐食性が低下し、孔食も見られた。これは第１表から
もわかるように、オーステナイト系ステンレス鋼粉のCr
含有量が20％未満と低く、かつNi、Moのいずれかの含有
量が本発明の好適範囲を外れるためである。
比較鋼である鋼種７は分散相としてフェライト系ステン
レス鋼組成の相を使用してもより苛酷な条件下では割れ
が発生することを示す。
レス鋼組成の相を使用してもより苛酷な条件下では割れ
が発生することを示す。
以上説明したように本発明によれば、SCC発生の問題よ
り従来の二相ステンレス鋼が使用困難であるため多量の
Mo、ＷおよびNiを含有する高価な高合金であるオーステ
ナイト系ステンレス鋼を用いざるを得なかったように、
多量のCO2ガス、H2SガスおよびCl-イオンを含有する高
温、高圧環境下でも優れた耐食性を発揮する耐SCC性に
優れた安価なオーステナイト系ステンレス鋼が得られ
る。
り従来の二相ステンレス鋼が使用困難であるため多量の
Mo、ＷおよびNiを含有する高価な高合金であるオーステ
ナイト系ステンレス鋼を用いざるを得なかったように、
多量のCO2ガス、H2SガスおよびCl-イオンを含有する高
温、高圧環境下でも優れた耐食性を発揮する耐SCC性に
優れた安価なオーステナイト系ステンレス鋼が得られ
る。
このことからも本発明は産業上の利用性が極めて高いと
言わざるを得ない。
言わざるを得ない。
第１図は、従来の二相ステンレス鋼、オーステナイト系
ステンレス鋼およびフェライト系ステンレス鋼の耐SCC
性を示すグラフ； 第２図は、SCC伝播の機構を模式的に示す略式説明図； 第３図は、従来のフェライト−オーステナイト二相系ス
テンレス鋼の耐SCCを示すグラフ； 第４図ないし第６図は、それぞれCr（％）、Ni（％）お
よびMo（％）と耐SCC性との関係を示すグラフ； 第７図は、Cr（％）とNi（％）とが耐SCCに及ぼす影響
を示すグラフ； 第８図は、本発明に係る焼結オーステナイト系ステンレ
ス鋼にみられるSCC伝播機構を模式的に示す略式説明
図；および 第９図ないし第11図は、本発明に係る鋼の耐SCC性評価
試験の試験要領を示す略式説明図である。
ステンレス鋼およびフェライト系ステンレス鋼の耐SCC
性を示すグラフ； 第２図は、SCC伝播の機構を模式的に示す略式説明図； 第３図は、従来のフェライト−オーステナイト二相系ス
テンレス鋼の耐SCCを示すグラフ； 第４図ないし第６図は、それぞれCr（％）、Ni（％）お
よびMo（％）と耐SCC性との関係を示すグラフ； 第７図は、Cr（％）とNi（％）とが耐SCCに及ぼす影響
を示すグラフ； 第８図は、本発明に係る焼結オーステナイト系ステンレ
ス鋼にみられるSCC伝播機構を模式的に示す略式説明
図；および 第９図ないし第11図は、本発明に係る鋼の耐SCC性評価
試験の試験要領を示す略式説明図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西口 勝 兵庫県尼崎市西長洲本通１丁目３番地 住 友金属工業株式会社中央技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭52−138409（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−139604（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−57860（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−169002（ＪＰ，Ａ)
Claims (6)
- 【請求項１】マトリクス相と分散相とからなる焼結ステ
ンレス鋼であって、フェライト−オーステナイト二相系
金属組織からなるマトリクス相にオーステナイト系金属
組織からなる分散相が分散し、前記マトリックス相のC
r、Ni、Mo成分が重量％で下記の範囲であることを特徴
とする耐応力腐食割れ性に優れた焼結二相系ステンレス
鋼。 Cr:20.0％以上、30.0％以下 Ni:4.0％以上、12.0％以下 Mo:2.0％以上、5.0％以下 - 【請求項２】前記分散相のCr、Ni、Mo成分が重量％で下
記の範囲であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の耐応力腐食割れ性に優れた焼結二相系ステンレス
鋼。 Cr:20.0％以上 Ni:20.0％以上、60.0％以下 Mo:3.0％以上 - 【請求項３】前記マトリクス相および／または分散相が
Ｎを重量％で0.30％以下含有することを特徴とする特許
請求の範囲第１項または２項記載の耐応力腐食割れ性に
優れた焼結二相系ステンレス鋼。 - 【請求項４】フェライト−オーステナイト二相系ステン
レス鋼粉と、オーステナイト系ステンレス鋼粉とを混合
し、しかるのち、圧粉成形して焼結する方法であって、
前記フェライト−オーステナイト二相系ステンレス鋼粉
のCr、Ni、Mo成分が重量％で下記の範囲であることを特
徴とする、耐応力腐食割れ性にすぐれた焼結二相系ステ
ンレス鋼の製造方法。 Cr:20.0％以上、30.0％以下 Ni:4.0％以上、12.0％以下 Mo:2.0％以上、5.0％以下 - 【請求項５】前記オーステナイト系ステンレス鋼粉のC
r、Ni、Mo成分が重量％で下記の範囲であることを特徴
とする特許請求の範囲第４項に記載の耐応力腐食割れ性
にすぐれた焼結二相系ステンレス鋼の製造方法。 Cr:20.0％以上 Ni:20.0％以上、60.0％以下 Mo:3.0％以上 - 【請求項６】前記フェライト−オーステナイト二相系ス
テンレス鋼粉および／または前記オーステナイト系ステ
ンレス鋼粉がＮを重量％で0.30％以下含有することを特
徴とする特許請求の範囲第４項または第５項に記載の耐
応力腐食割れ性にすぐれた焼結二相系ステンレス鋼の製
造方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59114428A JPH0699783B2 (ja) | 1984-06-06 | 1984-06-06 | 焼結ステンレス鋼とその製造方法 |
| CA000483111A CA1240537A (en) | 1984-06-06 | 1985-06-04 | Sintered stainless steel and production process therefor |
| EP85106911A EP0167822B1 (en) | 1984-06-06 | 1985-06-04 | Sintered stainless steel and production process therefor |
| DE8585106911T DE3572695D1 (en) | 1984-06-06 | 1985-06-04 | Sintered stainless steel and production process therefor |
| US06/741,185 US4770703A (en) | 1984-06-06 | 1985-06-04 | Sintered stainless steel and production process therefor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59114428A JPH0699783B2 (ja) | 1984-06-06 | 1984-06-06 | 焼結ステンレス鋼とその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60258453A JPS60258453A (ja) | 1985-12-20 |
| JPH0699783B2 true JPH0699783B2 (ja) | 1994-12-07 |
Family
ID=14637466
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59114428A Expired - Fee Related JPH0699783B2 (ja) | 1984-06-06 | 1984-06-06 | 焼結ステンレス鋼とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0699783B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07138713A (ja) * | 1993-11-15 | 1995-05-30 | Daido Steel Co Ltd | Ｆｅ基合金粉末及び高耐食性焼結体の製造方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52138409A (en) * | 1976-05-17 | 1977-11-18 | Nippon Kouden Kougiyou Kk | Electrode material for use in living body |
| JPS56139604A (en) * | 1980-03-31 | 1981-10-31 | Toshiba Corp | Iron sintered parts |
| JPS5757860A (en) * | 1980-09-25 | 1982-04-07 | Mazda Motor Corp | Wear resistant sintered alloy and its manufacture |
| JPS57169002A (en) * | 1981-04-06 | 1982-10-18 | Nippon Seisen Kk | Sintered body |
-
1984
- 1984-06-06 JP JP59114428A patent/JPH0699783B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60258453A (ja) | 1985-12-20 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |