JPH0931604A - ねじり強度特性に優れた高耐食ステンレス鋼 - Google Patents

ねじり強度特性に優れた高耐食ステンレス鋼

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JPH0931604A
JPH0931604A JP7213887A JP21388795A JPH0931604A JP H0931604 A JPH0931604 A JP H0931604A JP 7213887 A JP7213887 A JP 7213887A JP 21388795 A JP21388795 A JP 21388795A JP H0931604 A JPH0931604 A JP H0931604A
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JP
Japan
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torsional strength
stainless steel
strength
steel
corrosion resistance
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JP7213887A
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Tetsuya Shimizu
哲也 清水
Michio Okabe
道生 岡部
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Daido Steel Co Ltd
Original Assignee
Daido Steel Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】船尾シャフトやポンプシャフトのように、耐食
性に加え、高いねじり強度が要求される機器・部品に対
して、高価な添加元素の増加をなるべく抑えたコストパ
フォーマンスに優れたステンレス鋼を提供することを目
的とする。 【構成】重量%でC:0.03%以下、Si:2.5〜
4.0%、Mn:3.0超〜7.0%、P:0.04%
以下、S:0.01%以下、Cu:0.4%以下、N
i:4〜8%、Cr:22.5〜30.0%、N:0.
05〜0.25%、残部実質的にFeから成る組成を有
し、1050℃以上の熱処理後の静的ねじり強度が56
0MPa以上を有することを特徴とするねじり強度特性
に優れた高耐食ステンレス鋼。更に熱間加工性、耐食
性、強度等をより向上させるためにCa,B,Mgのい
ずれか1種または2種以上を0.0005〜0.010
0%の量で、Nb、V、Tiのいずれか1種または2種
以上を0.01〜0.50%の量で、また、Mo,Wの
いずれか1種または2種以上を0.10〜2.50%の
量で含有させてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、淡水もしくは海水環
境中で使用され、主としてねじり応力が付与される機器
部品、例えば船尾シャフト、ポンプシャフトの材料とし
て好適なステンレス鋼に関する。
【0002】
【従来技術および発明が解決しようとする課題】小型船
舶や淡水/海水ポンプのシャフト類は、ねじり強度が高
くかつ使用環境中での耐食性が必要なことからSUS3
04、SUS316、SUS630等の各種ステンレス
鋼が用いられている。このなかでSUS304,SUS
316は比較的低コストではあるものの、強度が低いこ
とから、その用途は限定される。また、SUS630
は、ねじり強度は620MPa程度と高く、軽量化が求
められる舶用シャフトには特に多く用いられているが、
海水中で使用するには耐食性が十分でないことから、時
として腐食した部分が起点となり折損することもあり、
その抑制のためのメンテナンスに多大な工数がかかると
いう問題がある。
【0003】しかしながら、軽量化のニーズ、および材
料の耐食性向上によるメンテナンスコスト低減のニーズ
は、年々高まってきており、よりねじり応力に対する強
度が高く、耐食性に優れた材料が求められている。本発
明はこのような要求に対し、適した材質を提供するため
になされたもので、SUS630と同等のねじり強度を
有し、かつSUS316よりも耐食性に優れたステンレ
ス鋼に関するものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明によるステンレス鋼は、重量%でC:0.03
%以下、Si:2.5〜4.0%、Mn:3.0超〜
7.0%、P:0.04%以下、S:0.01%以下、
Cu:0.4%以下、Ni:4〜8%、Cr:22.5
〜30.0%、N:0.05〜0.25%、残部実質的
にFeから成る組成を有し、1050℃以上の熱処理後
の静的ねじり強度が560MPa以上を有することを特
徴とする。
【0005】本発明は、更に熱間加工性をより向上させ
るためにCa,B,Mgのいずれか1種または2種以上
を0.0005〜0.0100%の量で含有させてもよ
い。また、更に結晶粒の微細化、強度の向上に有効なN
b、V、Tiのいずれか1種または2種以上を0.01
〜0.50%の量で含有させてもよい。また、更に耐食
性の向上を図るためにMo,Wのいずれか1種または2
種以上を0.10〜2.50%の量で含有させてもよ
い。
【0006】上記成分からなる鋼種は、主にオーステナ
イト相とフェライト相の二相で構成され、本発明は、こ
の二相強化による強度の向上の際、各相に分配される構
成成分の適正化を図り、必要とされる強度を確保しつ
つ、良好な耐食性、熱間加工性を確保したものである。
【0007】
【発明の作用】本発明の成分範囲の限定理由を述べる。
【0008】C:0.03%以下 Cは、強度の向上、オーステナイト形成元素として有効
であるが、多量の添加は粒界腐食感受性を高め、またC
rとの炭化物を形成した場合、マトリックスの耐食が低
下するなどの問題が発生するため、0.3%以下とす
る。特に耐食性を重視する場合には0.015%以下と
することが望ましい。
【0009】Si:2.5〜4.0% Siは、固溶強化元素として有効で、特にフェライト相
に多く固溶し、フェライト相の強化を図るのに必須元素
である。2.5%未満ではその効果は十分でなく、ま
た、4.0%超過の添加は、金属間化合物相の形成速度
が大きくなり、太径、厚肉品の製造時の割れ発生感受性
が高くなるため、2.5〜4.0%とする。
【0010】Mn:3.0超〜7.0% Mnは、強化元素であるNの固溶度を高め、製造時のN
によるブローを抑制するために必要な元素である。その
最適添加量はN量とのバランスにより決まるが、本鋼種
のNの固溶度を確保するには、3.0%を超す量必要な
ため下限を3.0%超とし、また必要以上の添加はMn
自体が鋼の熱間加工性を低下させるため、上限を7.0
%とする。
【0011】P:0.04%以下 Pは、粒界に偏析し、粒界腐食感受性を高めるほか、靭
性の低下を招くため低いほうが望ましいが、必要以上の
低減はコストの上昇を招くため、0.04%以下とす
る。
【0012】S:0.01%以下 Sは熱間加工性を劣化させるほか、MnSを形成し耐食
性を著しく低下させるため、極力下げたほうが望まし
く、0.01%を上限とする。なお耐食性をより求めら
れる場合には0.003%以下とするのが望ましい。
【0013】Cu:0.4%以下 Cuは、酸性の環境下になった場合の耐食性の向上には
有効であるが、特にNと共存した場合、熱間加工性を劣
化させることから、0.4%以下とする。
【0014】Ni:4〜8% Niは、耐食性を向上させるのに有効であり、かつオー
ステナイト相形成に有効な元素であることから、耐食性
を確保しながら適正な二相組織を得る上で必要な元素で
ある。その下限は、4%は必要であり、また必要以上の
添加はコストの上昇を招くため8%を上限とする。
【0015】Cr:22.5〜30.0% Crは、耐食性を確保する上で必須の元素であり、30
%までの範囲であれば多いほうが有効である。またフェ
ライト相形成に有効な元素であり、耐食性、ならびに組
織の調整上22.5%は必要であり、下限を22.5%
とする。一方30%超過の添加は耐食性の向上効果が飽
和してくるほか、多量の添加は金属間化合物の生成速度
を早め、熱間加工性を劣化させることから、30%を上
限とする。
【0016】N:0.05〜0.25% Nは、耐食性、強度の上昇に有効な元素である。その効
果は固溶度の高いオーステナイト相で顕著であり、必要
な強度を得るために0.05%は確保する必要がある。
一方過剰な添加は、溶製中ブロー発生し良好な鋼塊を得
ることができなくなるため、上限を0.25%とする。
【0017】Ca,B,Mgのいずれか1種または2種
以上:0.0005〜0.0100% Ca,B,Mgは、熱間加工性をより向上させるために
有効な元素であり、必要に応じて添加してもよい。その
場合、0.0005%未満ではその明確な効果が現れな
いため、その下限をそれぞれ0.0005%とする。ま
た、Ca,Mgの過剰な添加は、鋼の清浄度を低下さ
せ、靭性、耐食性に悪影響を及ぼすほか、Bの過剰な添
加は、低融点のほう化物を粒界に形成し、熱間加工性を
低下させることから、その上限をそれぞれ0.0100
%とする。
【0018】Nb、V、Tiのいずれか1種または2種
以上:0.01〜0.50% Nb、V、Tiは、いずれも安定名な炭窒化物を形成す
るため、結晶粒の微細化に有効であり、細粒化による強
度の向上のほか、その元素自体が固溶することにより強
度を高めるため、必要に応じて添加してもよい。その場
合、0.01%未満では効果が現れないので下限をそれ
ぞれ0.01%とする。また、過剰な添加は延性の低下
を招くので上限をそれぞれ0.50%とする。
【0019】Mo,Wのいずれか1種または2種以上:
0.10〜2.50% Mo,Wは、耐食性の向上に著しく有効であり、また、
強度の上昇にも効果があるため、必要に応じて添加して
もよい。その場合、0.10%未満では効果が明確では
無いことから、下限を各々0.10%とする。また多量
の添加は、コストの上昇を招くほか、金属間化合物の析
出速度を早め、熱間加工性に悪影響を及ぼすため、それ
ぞれ2.5%を上限とする。
【0020】以上の成分から構成される鋼種は、目的で
あるねじり強度が、現在まで実用材として多くの実績が
あるSUS630の620℃時効材と同等である560
MPa以上を確保することが必要とされる。この場合、
本発明鋼の成分範囲内において、低温での熱処理を行
う、もしくは固溶化処理を施さない制御熱間加工するこ
とにより、この強度を得ることができる場合もあるが、
耐食性等本発明鋼が有する特性を十分確保するためには
1050℃以上の熱処理を行い、過剰な析出物を固溶さ
せることが必要であり、この見地から1050℃以上の
熱処理を施しても、尚且つねじり強度560MPaを越
える特性が得られることが本発明鋼の一つの特徴とな
る。
【0021】
【実施例】次に本発明の特徴を更に明確にすべく、以下
にその実施例を詳述する。表1に示す化学成分を有する
50kg鋼塊を、真空誘導炉にて溶製し、これを、熱間
鍛造により20mmの丸棒に加工し、必要に応じて固溶
化熱処理を施したあと、各種試験片に加工後、試験に供
した。ここで、比較鋼1〜3は、それぞれSUS63
0、SUS304、SUS316であり、代表的な現用
材である。また比較鋼4〜7までは、少なくとも1種の
成分が、本発明の範囲から逸脱した鋼種であり、また比
較鋼8、9は、それぞれ発明鋼4、発明鋼10と同じ化
学成分を有するものであるが、後述するように、製造の
条件が本発明で考えられているものと異なる鋼種であ
る。
【0022】
【表1】
【0023】
【表2】
【0024】評価は、以下の4項目について実施した。
【0025】1.熱間加工性:熱間加工性は、上記工程
で試験材を製造する際に、致命的な欠陥の登生の有無に
より評価した。
【0026】2.ねじり強度:平行部径8mm、長さ4
0mmの試験片を用い、ねじり試験機を用い、静的ねじ
り強度(τB)を測定した。
【0027】3.腐食疲労強度:試験部径8mmの試験
片を用い、人工海水(ASTM規格品)滴下環境下で
の、片持ち回転曲げ疲労強度を測定した。試験は、常
温、1800rpmの条件で行われ、5×10回のサ
イクル数の時の強度によって評価した。
【0028】4.CPT(臨界孔食発生温度):直径1
5mm、長さ20mmの試験片を用い、塩酸でpHを1
に調整した6%塩化第二鉄中での、臨界孔食発生温度を
求めた。
【0029】試験は5℃からはじめ、24時間浸漬した
時点で、腐食の有無を確認し、腐食の発生が認められな
い場合、2.5℃温度を上げ、同様に24時間浸漬し、
腐食の有無を確認する方法で、腐食が発生しなかった最
高温度を臨界孔食発生温度(CPT)として、評価を行
った。
【0030】表2に発明鋼、比較鋼の試験結果を示す。
表中にST(℃)と記載があるのは、固溶化処理温度の
条件を示しており、均熱時間1時間、水冷による条件で
熱処理を行った。なお比較鋼1(SUS630)につい
ては、ST後620℃で4時間の時効処理を行ってい
る。比較鋼7は、熱間加工ができず固溶化処理を行えな
かった鋼種、また比較鋼9は、仕上鍛造時に1170℃
で加熱し、加工温度1100℃から850℃の間で減面
率約80%を加えた鋼種で、固溶化熱処理を実施してい
ないものである。
【0031】熱間加工性の評価では、Si量が5.20
%と本発明範囲から逸脱した比較鋼4と、N量が0.2
9%と本発明範囲から逸脱した比較鋼7の2鋼種が、そ
れぞれ熱間加工の割れ、および造塊中の窒素のブロー発
生により、次工程へ進むことができず、以後の評価から
外した。
【0032】発明鋼は、ねじり強度ですべて560MP
aを超えていたほか、腐食疲労強度、CPTの評価で
も、優れた特性を示していた。比較鋼は、強度、耐食性
の少なくとも一方が、発明鋼に対して劣っており、比較
鋼1のSUS630、比較鋼8、9の3種はねじり強度
は高いものの、耐食性が発明鋼に比べ極端に悪く、他の
比較鋼では十分な強度が得られていない。
【0033】以上、本発明鋼について実施例を示した
が、これはあくまで一例示であり、本発明は、その趣旨
を逸脱しない範囲で、当事者の知識に基づき、その他の
変更を加えた態様で実施可能である。
【0034】
【発明の効果】以上の通り、本発明のねじり強度に優れ
た高耐食ステンレス鋼は、耐海水用ステンレス鋼として
最も一般的なSUS316よりも優れた耐食性を維持し
たまま、船尾シャフトやポンプシャフト等に求められる
高いねじり強度を有する、最近の概用途に対する軽量化
ニーズに答え、かつ信頼性が高く、高価な添加元素の増
加をなるべく抑えたコストパフォーマンスに優れた鋼種
を提供するものである。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】重量%で C:0.03%以下 Si:2.5〜4.0% Mn:3.0超〜7.0% P:0.04%以下 S:0.01%以下 Cu:0.4%以下 Ni:4〜8% Cr:22.5〜30.0% N:0.05〜0.25% 残部実質的にFeから成る組成を有し、1050℃以上
    の熱処理後の静的ねじり強度が560MPa以上を有す
    ることを特徴とする高耐食ステンレス鋼。
  2. 【請求項2】請求項1の成分に加え更にCa,B,Mg
    のいずれか1種または2種以上を0.0005〜0.0
    100%の量で含有し、1050℃以上の熱処理後の静
    的ねじり強度が560MPa以上を有することを特徴と
    する高耐食ステンレス鋼。
  3. 【請求項3】請求項1および請求項2の成分に加え更に
    Nb、V、Tiのいずれか1種または2種以上を0.0
    1〜0.50%の量で含有し、1050℃以上の熱処理
    後の静的ねじり強度が560MPa以上を有することを
    特徴とする高耐食ステンレス鋼。
  4. 【請求項4】請求項1および請求項2、請求項3の成分
    に加え更にMo,Wのいずれか1種または2種以上を
    0.10〜2.50%の量で含有し、1050℃以上の
    熱処理後の静的ねじり強度が560MPa以上を有する
    ことを特徴とする高耐食ステンレス鋼。
JP7213887A 1995-07-20 1995-07-20 ねじり強度特性に優れた高耐食ステンレス鋼 Pending JPH0931604A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002088411A1 (en) * 2001-04-27 2002-11-07 Research Institute Of Industrial Science & Technology High manganese duplex stainless steel having superior hot workabilities and method for manufacturing thereof
CN105370615A (zh) * 2015-09-29 2016-03-02 高鹏 一种潜水泵泵轴制备方法

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