JPS5945751B2 - 耐応力腐食割れ性のすぐれたオ−ステナイト系ステンレス鋼 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は耐応力腐食割れ性のすぐれたオーステナイト
系ステンレス鋼に関する。

ＳＵＳ３０４等のＣｒを１８％程度含有するオーステ
ナイト系ステンレス鋼はすぐれた耐食性を有するため、
多（の用途に使用されているが、Ｃｌ−イオンを微量に
含む比較的高温の上水や中水道あるいは工業用水中では
孔食や隙間腐食に加えて、これらの腐食に伴う応力腐食
割れが発生する場合がある。

このため、これらの用途に対しては、フェライト系ス
テンレス鋼が応力腐食割れに免疫であることから、Ｍｏ
を添加して耐食性を高めた高純度フェライト系ステンレ
ス鋼が最近よく用いられるようになってきている。

しかしこれらの鋼は製造コストが高い上、機械的特性や
溶接性がオーステナイト系ステンレス鋼より劣るという
難点が存在するため、これらの鋼に代るオーステナイト
系ステンレス鋼の開発が望まれているのが実状である。
従来よりオーステナイト系ステンレス鋼の耐応力腐食
割れ性の改善については種々検討がなされているが、従
来の改善策はいずれも製造コストを著しく高めるという
欠点を有している。中性塩化物環境下においては、応力
腐食割れは通常孔食や隙間腐食を起点として進行するの
で、耐食性改善元素であるＭｏを添加すれば、これらの
局部腐食は抑制され、耐応力腐食割れ性は改善されるの
であるが、この場合高価なＭｏを使用するため製造コス
トが著し（上昇するものである。 また耐応力腐食割れ
性の改善には耐応力腐食割れに有害な不純物元素を低減
させることも有効であるが、この場合例えばＰを応力腐
食割れに影響を与えない程度まで低減させることは特殊
な製錬法によらなければならず、製造コストの高くなる
ことはさげられない。

本発明者らは製造コストの著しい上昇を招かない耐応
力腐食割れ性のすぐれたオーステナイト系ステンレス鋼
を開発すべく、種々研究を重ねた結果、ＳＵＳ３０４系
ステンレス鋼にＣｕを添加すると耐応力腐食割れ性をは
じめ、耐孔食性および耐隙間腐食性が改善されること、
さらにこれにＷを添加すると耐孔食性および耐隙間腐食
性がさらに改善されることを知見するに至ったのである
。

本発明はかかる知見に基くもので、その特徴とするとこ
ろは重量％にてｃ：０．０ｓ％以下、Ｓｉ：１，０％以
下、Ｍｎ： ２．０％以下、Ｃｒ： １６〜２４％、Ｎ
ｉ：６〜１５％、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．０３％
以下、Ｎ：０．２５％以下、残部鉄および不可避的不純
物からなる鋼に対してＣｕを０．４〜１．５％含有し、
さらにＷを９．３〜０．７％を含有した耐応力腐食割れ
性のすぐれたオーステナ★イト系ステンレス鋼である。
次に実施例により本発明鋼を具体的に説明する。

表１は本実施例に使用したオーステナイト系ステンレス
鋼の化学成分を示すもので、ＡおよびＢは従来鋼、Ｃ−
Ｊは比較鋼、ＫおよびＬは本発明鋼を示している。第１
図はこれらの各供試鋼を沸騰２０％ＮａＣｌ＋１％Ｎａ
２Ｃｒ２Ｏ７溶液中にて負荷応力３０ｋｇ／＝の単軸引
張試験を行って応力腐食割れ状態を調べた結果を示すも
ので、黒く塗りつぶしたものは破断した状態を示してい
る。

この図より明らかな如く、Ｃｕは耐応力腐食割れ性に関
し、ＭＯよりすぐれた改善効果を有し、耐応力腐食割れ
性のすぐれた従来鋼Ｂと同等の性能を付与するには０．
４％以上添加することが必要であることがわかる。一方
Ｗに関しては添加量が多くなると耐応力腐食割れ性を損
うが、少い範囲においては耐応力腐食割れ性を損わない
ことがわかる。第２図は供試鋼を４０℃の５％ＮａＣｌ
＋２％Ｈ２Ｏ２溶液中に２４時間浸漬して隙間腐食状態
を調べたものでＣｕの耐隙間腐食改善効果はＭＯとほぼ
同等であることがわかる。

しかもＣｕの添加量はわずかの添加で著しい効果が認め
られるもので、その効果は図より２％で飽和し、１．５
％を超えて添加しても耐隙間腐食性の改善にはあまり寄
与しないことがわかる。従って第１図、第２図よりＣｕ
の添加量は０．４〜１．５％の範囲が適正となる。

第３図は４０℃、５％ＮａＣｌ溶液における供試鋼の孔
食電位を測定したもので、Ｃｕは孔食電位の改善にはあ
まり効果ないことが別途判明しているが、Ｃｕ含有鋼は
Ｗの添加量に応じてその孔食電位が著しく改善されるこ
とがわかる。

ところで第１図と第３図よりＷの添加量に関しては相反
した現象を呈する。

このためＷに関しては耐応力腐食割れ性を損わず、しか
も孔食電位を改善する範囲で添加する必要がある。この
ためＷの添加量は０．３〜０．７％とした。Ｃｕおよび
Ｗのこのような耐局部腐食性の改善効果を示すのは次の
ように考えられる。

従来Ｃｕは非酸化性の酸に対する耐食性改善元素として
知られている。

一方中性塩化物溶液中で腐食が進行している場合、食孔
や隙間内の液性は塩酸に類似したものとみなされる。従
ってＣｕはこれらの局部腐食の成長抑制に有効に作用す
るものと考えられる。また中性塩化物溶液中における応
力腐食割れは前述の如く孔食や隙間腐食を起点として進
行するものであるが、鋼中にＭＯなどの不動態化元素が
添加されていると、食孔や隙間内の溶解が一部分に集中
し、かえって応力腐食割れに至りやすいものである。

しかしＣｕは不動態皮膜を形成せず、活性溶解を抑制す
るのみであることから、腐食は応力腐食割れに至りにく
いものと考えられる。Ｗは化学的に性質がＭＯに似てい
ることから、耐食性に及ぼす効果もＭＯに類似している
と想定される。事実、先に実施例に示した如《、Ｗを添
加するとＣｕ含有鋼でも応力腐食割れを呈し、また孔食
電位も改善されている。しかしその効果はＭＯに比べて
弱いので、添加量が少い範囲ではＣｕ含有鋼の耐応力腐
食割れ性を損うことなく、耐孔食性や耐隙間腐食性を改
善することができる。Ｐについては本発明鋼の場合とく
に低減する必要はないが、Ｐは耐応力腐食割れ性に対し
て有害元素であるので、高いのは好ましくなく、０．０
４％以下とした。その他本発明鋼の他の元素の制限理由
について述べれば次の通りである。

Ｃはオーステナイトを安定化させる強力な元素であるが
、０．０８％を超えると耐孔食性を損い、また耐隙間腐
食性に悪影響を与えるので、上限を０．０８％とした。

Ｓｉは製鋼の際脱酸剤として使用するため含有されるも
ので、耐応力腐食割れ性を向上させるが、多すぎると溶
接性を損うので上限を１．０％とした。

Ｍｎは上記Ｓｉと同様製鋼の際脱酸剤として使用される
ため含有されるもので、通常オーステナイトステンレス
鋼に含有されている２％以下であれば耐孔食性、耐隙間
腐食性に悪影響を与えないので、上限を２％とした。Ｓ
は通常不純物元素として含有されるが、通常のオーステ
ナイト系ステンレス鋼に許容されている０．０３％以下
であれば耐孔食性、耐隙間腐食性に悪影響を与えないの
で、上限を０．０３％とした。

Ｎは通常のオーステナイト系ステンレス鋼の場合０．２
５％以下許容されているが、この程度であれば耐応力腐
食割れ性に悪影響を与えないので、上限を０．２５％と
した。本発明のステンレス鋼は電気炉、転炉等にて溶製
した溶鋼に必要に応じて真空処理や仕上精練処理を施し
、その後造塊または連続鋳造にて鋼片とし、次いで熱延
、冷延等を行う通常の製造工程により容易に製造するこ
とができる。

本発明の鋼はＳＵＳ３Ｏ４系ステンレス鋼にＣｕおよび
若干のＷを添加するのみでよ《、従来法の如く高価なＭ
Ｏを添加したり、あるいは特殊な製錬法を用いてＰを低
減させる必要はないので、その製造コストは従来より安
価となるものである。

また本発明鋼は前記元素を含有していることにより中性
塩化物溶液中で応力腐食割れの起点となる局部腐食の発
生が抑制されるので、中性塩化物溶液を加温した状態で
取扱う装置（例えば電気温水器や太陽熱温水器）の材料
として好適であるとともに、Ｃｕを成分組成としている
ので硫酸や塩酸等の非酸化性酸使用環境下においてもす
ぐれた耐食性が期待される。

【図面の簡単な説明】

第１図は沸騰２０％ＮａＣｌ＋１％Ｎａ２Ｃｒ２Ｏ？溶
液中における負荷応力３０ｋｇ／Ｍ４の単軸引張り試験
結果を破断時間と成分元素との関係で示した図であり、
図中黒く塗りつぶしたプロット記号は材料が破断した状
態を示している。 第２図は、中央に４ｍｍφの穴をあげた２９Ｘ３１ｍｍ
および１５Ｘ３１ｍ４の板状試片をテフロン製ボルトナ
ットで重ね合せて隙間腐食試片とし、４０℃の５％Ｎａ
Ｃｌ＋２％Ｈ２Ｏ？溶液に２４ｈ浸漬した試験結果を腐
食減量と成分元素との関係で示した図である。第３図は
４０℃の５％ＮａＣｌ溶液中におげる孔食電位の測定結
果をＶｃ′２００と成分元素との関係で示した図である
。なお各図中Ａ〜Ｌの符号は表１における供試鋼の符号
を示している。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 重量％にてＣ：０．０８％以下、Ｓｉ：１．０％以
   下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｃｒ：１６〜２４％、Ｎｉ：
   ６〜１５％、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．０３％以下
   、Ｎ：０．２５％以下、Ｃｕ：０．４〜１．５％、Ｗ：
   ０．３〜０．７％、残部鉄および不可避的不純物からな
   ることを特徴とする耐応力腐食割れ性のすぐれたオース
   テナイト系ステンレス鋼。