JPH0774416B2 - 耐孔食性に優れた2相ステンレス鋼 - Google Patents

耐孔食性に優れた2相ステンレス鋼

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JPH0774416B2 JP61096860A JP9686086A JPH0774416B2 JP H0774416 B2 JPH0774416 B2 JP H0774416B2 JP 61096860 A JP61096860 A JP 61096860A JP 9686086 A JP9686086 A JP 9686086A JP H0774416 B2 JPH0774416 B2 JP H0774416B2
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【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は耐孔食性に優れた2相ステンレス鋼に関するも
のである。
(従来の技術及びその問題点) フエライト相とオーステナイト相からなる2相ステンレ
ス鋼は、オーステナイトステンレス鋼で問題とされる塩
化物応力腐食割れに強く、耐食性にも優れるため、近年
では、海水を冷却水として使用する熱交換器用伝熱管、
腐食性油井あるいはガス井向け油井管及びラインパイプ
の海洋構造物等をはじめとする耐食性構造物用材料(パ
イプ、支柱、外板、バルブ、継手、容器、貯槽、実験機
器等)として多く用いられている。
ところで、腐食性環境において2相ステンレス鋼を使用
する上で考慮しなければならない最も重要に因子の1つ
は耐孔食性であり、孔食は部材を貫通することによつて
内容物の漏洩をもたらすことはもとより、応力集中をも
伴なうことにより応力腐食割れに発展する可能性もあ
る。したがつて、腐食性環境下で使用される2相ステン
レス鋼の製造においては、耐孔食性を高めることは重要
な意味を持つ。
一般に、フエライトステンレス鋼やオーステナイトステ
ンレス鋼のようにその組織が単一相からなる鋼の耐孔食
性はCr,Mo,N含有量の増加に伴なつて向上し、異なる成
分系の鋼であつてもCr+3MoあるいはこれにNの項を加
えたパラメータで一義的に整理することができる。従つ
て、これらの鋼の耐孔食性は比較的簡単なパラメータで
判断することができる。
これに対し、2相ステンレス鋼の耐孔食性は、平均組成
のCr,Mo,N含有量のみならず、フエライト相とオーステ
ナイト相の存在比(以下フエライト体積率と呼ぶ)の影
響を受けて変化する。
すなわち、平均組成のCr,Mo,N量が高いほど耐孔食性は
向上する傾向にあるが、これらの含有量が同水準であつ
ても、適正範囲内にフエライト体積率があるものとそう
でないものでは耐孔食性に差異が生じる。
しかるにこのフエライト体積率の適正範囲については、
従来30〜40%とする報告もあれば40〜70%とするものも
あるなど統一的見解はなく、いまだあいまいな段階に止
まつているのが現状である。したがつて、このような限
定によつて鋼を製造しても目的どおりの耐孔食性を得る
ことが難しい。しかも、仮に限定されたフエライト体積
率範囲が適正なものであつても、その限定範囲内には耐
孔食性の優劣が必ず存在する。それ故、このようなα体
積率の範囲による限定の仕方で鋼を製造しても、基準の
あいまいさにより予想外に劣る耐孔食性しか得られない
恐れがあることはもとより、最適とされる範囲内での耐
孔食性の差異により必要以上に耐孔食性の優れたもの
(すなわちCr,Mo,Nの過剰添加)になる可能性が大き
い。
したがつて、Cr,Mo,Nを過剰に添加することなく耐孔食
性に優れた2相ステンレス鋼を確実に製造するために
は、以上で述べた平均組成のCr,Mo,N含有量とフエライ
ト体積率の適正範囲を単純に組合せるというようなあい
まいな基準でなく、より的確に耐孔食性を判断できるパ
ラメータを基準とすべきである。
(問題点を解決するための手段) 本発明は、前記のような問題点を解決し、Cr,Mo,Nを過
剰に添加することなく確実に製造できる耐孔食性に優れ
た2相ステンレス鋼を提供することを目的とするもので
ある。
この目的を達成するため、本発明者らは、2相ステンレ
ス鋼の耐孔食性を的確に判断することができるパラメー
タを見出すべく、種々の化学組成及びフエライト体積率
を有する2相ステンレス鋼について耐孔食性を調べ、そ
の結果、平均組成ではなく、オーステナイト相中に含ま
れるCr,Mo,N量が耐孔食性、特に孔食発生の有無を支配
する重要な因子であるとの知見を得た。
すなわち、2相ステンレス鋼のフエライト相とオーステ
ナイト相は異なる化学組成を持ち、Cr,Moはフエライト
相へ、Nはオーステナイト相へより多く分配されてい
る。N含有量はその固溶限が低いため、Crの約1/100、M
oの約1/10と少量に限定されるから、Cr,Moを多量に含有
するフエライト相に比べオーステナイト相は耐孔食性が
劣ることになる。
したがつて本発明者らは、2相ステンレス鋼の耐孔食性
を左右するのはオーステナイト相の化学組成であると考
え、平均組成を工夫してオーステナイト相中のCr,Mo,N
量を広範囲に変えた種々の2相ステンレス鋼の耐孔食性
を調べ、オーステナイト相中のCr,Mo,N量で耐孔食性を
整理することを試みた。その結果、オーステナイト相中
のCr+3Mo+16Nというパラメータを用いると孔食発生の
有無を的確に判断することができ、このパラメータの値
が34.5以上となるようなオーステナイト相が得られれば
確実に耐孔食性に優れた2相ステンレス鋼が得られると
いうことを見い出した。
ところが、オーステナイト相中のみのCr,Mo,N量を制限
するというのは実際の操業においては極めて困難であ
る。そこで、本発明者らは、オーステナイト相中の前記
Cr+3Mo+16N≧34.5を満足させる、現実に制限可能な他
の因子をさらに検討するに至った結果、フェライト相量
を示すfと平均組成のCr,Mo,N量とが下記に示す所定の
関係式を満たせば、オーステナイト相中の前記関係式を
満足させることができ、目標とするオーステナイト相が
確実に得られることをついに見い出した。
ここでf=−26.60+5.592Cr−7.133Ni+2.381Mo +14.97Si−3.139Mn+299.6C−133.8N 以上のように本発明は、単に平均組成を制限する観点で
なくオーステナイト相中のCr,Mo,N量に着目したうえ
で、オーステナイト相のCr,Mo,N量を所定量に制限すれ
ば確実に耐孔食性の優れた2相ステンレス鋼が得られる
こと、さらにその目標とするオーステナイト相を得るに
は平均組成中のCr,Mo,N量を前記関係式により制限すれ
ばよいという、従来にはまったく見られなかった本発明
者らの新たな知見に基づいて創案されたもので、 C:0.05%以下 Si:2.0%以下 Mn:2.0%以下 P:0.02%以下 S:0.01%以下 Cr:20〜28% Ni:2〜10% Mo:1〜5% N:0.4%以下 を含有し、残部は不可避的不純物及びFeよりなり、かつ
Cr,Mo,N含有量の間に次式の関係が成り立つことを特徴
とするフエライト相とオーステナイト相からなる耐孔食
性に優れた2相ステンレス鋼である。
ここでf=−26.60+5.592Cr−7.133Ni+2.381Mo +14.97Si−3.139Mn+299.6C−133.8N 更に本発明は、上記基本成分に〔Cu:2.0%以下〕又は/
及び〔Ti:2.0%以下、V:2.0%以下、W:2.0%以下の1種
又は2種以上でかつ合計量が2.0%以下〕を添加するこ
とをも特徴とする。
次に上記成分限定理由を説明する。
CはCr炭化物の形成に伴ないCr欠乏領域を生じて耐孔食
性を劣化させるので0.05%以下とした。
Siは耐酸性に有効な元素であるが、2.0%を超えると耐
孔食性を劣化させるので2.0%以下とした。
Mnは脱硫のために必要であり、Nの固溶度を増加させる
効果を持つが、2.0%を超えて添加すると耐孔食性を劣
化させるので2.0%以下とした。
P及びSはいずれも熱間加工性を阻害するので、それぞ
れ0.02%以下及び0.01%以下とした。
Crは耐孔食性を向上させる元素で、20%未満ではオース
テナイト相の耐孔食性に対して効果がなく、28%を超え
ると熱間加工性を阻害するので、20〜28%とした。
Niはフエライト相の強度及び靭性を高める効果を持つ
が、2%未満では効果がなく、10%を超えるとその効果
が飽和するので2〜10%とした。
Moは耐孔食性を向上させる効果を持つが、1%未満では
オーステナイト相の耐孔食性に対して効果がなく、5%
を超えると熱間加工性を阻害するので、1〜5%とし
た。
Nは少量の添加でも耐孔食性を向上させる効果を持つ
が、0.4%を超えるとCr窒化物を形成して耐孔食性を劣
化させるので0.4%以下とした。
Cuは耐酸性を向上させる効果を持つが、2.0%を超える
と熱間加工性を阻害するので2.0%以下とした。
Ti、V、Wはいずれも強度を高める効果を持つが各々が
2.0%を超え、かつ合計量が2.0%を超えると熱間加工性
を阻害するので各々の上限値及び合計量の上限値を2.0
%とした。
また、Cr,Mo,Nは上記のようにいずれも耐孔食性を向上
させる効果を持つが、十分な耐孔食性を得るためには上
記の制限に加え、オーステナイト相中のCr,Mo,N量の間
にCr+3Mo+16N≧34.5なる関係式が成り立つことが必要
である。本発明者らはさらに平均組成のCr,Mo,N量とオ
ーステナイト相中のCr,Mo,N量の関係を調べ、オーステ
ナイト相中のCr,Mo,N量の間にこのような関係式を成立
ならしめるためには、平均組成のCr,Mo,N量の間に ここでf=−26.60+5.592Cr−7.133Ni+2.381Mo +14.97Si−3.139Mn+299.6C−133.8N なる関係式が成り立てばよいことを見い出した。この関
係式を満足するように化学成分を決めることにより、耐
孔食性に優れた2相ステンレスを確実に製造することが
できる。
(実施例) 次に本発明の実施例を述べる。
下記第1表に供試鋼の化学組成、耐孔食性を示すパラメ
ータである の値及び孔食試験結果を示す。第1表中の供試鋼はいず
れもAr雰囲気中で50kg溶解し、熱延して10mm厚の板とし
た後、1000〜1100℃で30分の溶体化処理を施した。この
板から2mm×20mm×30mmの腐食試験片を採取して#320の
エメリー紙で表面の湿式研磨を行い、50℃の6%FeCl3
+0.05N−HCl水溶液中に24時間浸漬した後、腐食量を測
定した。
この第1表から本発明の化学組成の2相ステンレス鋼は
すぐれた耐孔食性を発揮することがわかる。
第1図は耐孔食性を示すパラメータ を用いて孔食試験結果を整理したものである。この第1
図から明らかなように、パラメータの値が34.5未満の鋼
ではいずれも孔食が発生しているが、34.5以上の鋼では
孔食はほとんど発生せず、発生したものでもその程度は
わずかである。そして、このパラメータを用いれば、2
相ステンレス鋼の耐孔食性、特に孔食発生の有無を的確
に判断でき、Cr,Mo,Nを過剰に添加することなく優れた
耐孔食性を発揮させることができる。
また、通常、溶体化処理を施さない場合は耐孔食性が劣
化する。本発明合金については鋳造まま材及び熱延まま
材についても同様な孔食試験を行つたが、熱延して溶体
化処理を施したものと結果が同じであつたので、第1
表、第1図では省略してある。
(発明の効果) 以上説明した本発明によるときには、 というパラメータを用いたため、2相ステンレス鋼の耐
孔食性特に孔食発生の有無を的確に判断することがで
き、Cr,Mo,Nを過剰に添加することなく、かつ確実に、
耐孔食性に優れた2相ステンレス鋼を得ることができる
というすぐれた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による耐孔食性を示すパラメータを用い
て孔食試験結果を整理して示すグラフである。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】C:0.05%以下、Si:2.0%以下、Mn:2.0%以
    下、P:0.02%以下、S:0.01%以下、Cr:20〜28%、Ni:2
    〜10%、Mo:1〜5%、N:0.4%以下を含有し、残部は不
    可避的不純物及びFeよりなり、かつ、Cr,Mo,N含有量の
    間に ここでf=−26.60+5.592Cr−7.133Ni+2.381Mo +14.97Si−3.139Mn+299.6C−133.8N なる関係式が成り立つことを特徴とする耐孔食性に優れ
    た2相ステンレス鋼。
  2. 【請求項2】C:0.05%以下、Si:2.0%以下、Mn:2.0%以
    下、P:0.02%以下、S:0.01%以下、Cr:20〜28%、Ni:2
    〜10%、Mo:1〜5%、N:0.4%以下、Cu:2.0%以下を含
    有し、残部は不可避的不純物及びFeよりなり、かつCr,M
    o,N含有量の間に ここでf=−26.60+5.592Cr−7.133Ni+2.381Mo +14.97Si−3.139Mn+299.6C−133.8N なる関係式が成り立つことを特徴とする耐孔食性に優れ
    た2相ステンレス鋼。
  3. 【請求項3】C:0.05%以下、Si:2.0%以下、Mn:2.0%以
    下、P:0.02%以下、S:0.01%以下、Cr:20〜28%、Ni:2
    〜10%、Mo:1〜5%、N:0.4%以下を含有し、更にTi:2.
    0%以下、V:2.0%以下、W:2.0%以下の1種または2種
    以上を含有し、かつ合計量が2.0%以下で、残部は不可
    避的不純物及びFeよりなり、かつ、Cr,Mo,N含有量の間
    ここでf=−26.60+5.592Cr−7.133Ni+2.381Mo +14.97Si−3.139Mn+299.6C−133.8N なる関係式が成り立つことを特徴とする耐孔食性に優れ
    た2相ステンレス鋼。
  4. 【請求項4】C:0.05%以下、Si:2.0%以下、Mn:2.0%以
    下、P:0.02%以下、S:0.01%以下、Cr:20〜28%、Ni:2
    〜10%、Mo:1〜5%、N:0.4%以下、Cu:2.0%以下を含
    有し、更にTi:2.0%以下、V:2.0%以下、W:2.0%以下の
    1種または2種以上を含有し、かつ合計量が2.0%以下
    で、残部は不可避的不純物及びFeよりなり、かつ、Cr,M
    o,N含有量の間に ここでf=−26.60+5.592Cr−7.133Ni+2.381Mo +14.97Si−3.139Mn+299.6C−133.8N なる関係式が成り立つことを特徴とする耐孔食性に優れ
    た2相ステンレス鋼。
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