JPS5952229B2 - 耐海水性に優れたＳｉ、Ｎ強化オ−ステナイト系ステンレス鋼 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は海洋油田開発、海洋資源探査、波力発電淡水
化プラント等の各種海水プラントに用いられる耐海水性
、耐硫酸性、耐応力腐食割れ性、耐摩耗耐焼付性が著し
く優れ、かつ加工性、溶接性が良好なＳｉ、Ｎ強化高強
度オーステナイト系ステンレス鋼に関するものでる。

従来、耐海水用金属材料として、チタン、Ｎｉ基合金
のバスアロイＣ（５５％Ｎｉ−１６％Ｃｒ−１６％Ｍｏ
−４％Ｗ）が用いられていたが、これらは極めて高価な
材料であるため、これに変る安価な耐海水性材料の開発
が要望されていた。

近年、海洋開発が活発に行われるようになり、機械、
構造物の大型化が進み要求される性能も耐海水性のみな
らず高強度であることが必要とされている。

さらにこれに加えて用途の拡大により冷却用淡水化プラ
ントなどの高“温で使用される場合、応力腐食割れを起
し易く、また、海水用バルブ、ポンプ、船舶のシャフト
、メタル等の摺動部材として使用される場合摩耗、焼付
を起し易く、耐海水性高強度に加えて耐応力腐食割れ性
、耐摩耗耐焼付性の向上が強く求められるようになって
きた。これらの要求に対して開発された耐海水性ステン
レス鋼としては、ＳＵＳ３ｌ５、ＳＵＳ３１７、ＳＵＳ
３２９ＪＩ、２５％Ｃｒ−１５％Ｎｉ−Ｑ、３％Ｎ−１
％Ｍｏ鋼がある。しかしながら上記の鋼は前記の要求性
能を満足するものはなく、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１７
は強度が耐力２４ｋｇ／ｍｍ３程度と低いものであり、
ＳＵＳ３２９ＪＩは耐力が５５ｋｇ／ｍｍ２程度と優れ
ているが、２相組織であるため、冷間加工や溶接時にト
ラブルが起りがちであり、２５％Ｃｒ−１５％Ｎｉ−Ｏ
、３％Ｎ−１％Ｍｏ鋼は耐海水性が優れており、かつ、
オーステナイト単相であるため冷間加工性、溶接性も優
れているが、強度が耐力４１ｋｇ／ｍｍ２程度といま一
つ不足し、さらに耐応力腐食割れ感受性が大きく、耐摩
耗耐焼付性が劣るため、使用し得る範囲が制限される等
それぞれ欠点を有するものである。本発明はかかる従来
鋼の欠点を克服したもので、本発明者等は耐海水性に及
ぼすＣｒ，ＭＯ、Ｎ，Ｎｉ，Ｓｉ，Ｍｎ各元素の影響を
調査した結果、第１図に示すようにＣｒは２０〜３０％
の範囲において耐海水性を向上させることがわかり、が
っ、Ｃｒ二対してＭＯは２．５倍、Ｎｉは０．４倍、Ｎ
は２０倍の耐海水性を高める効果を有しＳｉ，Ｍｎは耐
海水性には殆んど影響を及ぼさないとの知見を得た。

そして前記の各合金元素の耐海水性に及ぼす影響を総合
した次式Ｃｒ＋２．５Ｍ０＋０．４Ｎｉ＋２０Ｎ（以下
これをＣｒ当量という）を作成し、第２図に従来鋼のＣ
ｒ当量を算出し耐海水性について評価した。第２図より
知られるように十分な耐海水性を得るためにはＣｒ当量
を３１以上になるように合金含有量を調整すればよいこ
とを見い出した。つぎに従来の耐海水性ステンレス鋼の
欠点である強度、耐応力腐食割れ性、耐摩耗耐焼付性に
及ぼすＣｒ，ＭＯ，Ｎ，Ｎｉ，Ｓｉ，Ｍｎノ各元素の影
響を２２％Ｃｒ− １２％Ｎｉ−Ｑ．３％Ｎ− １％Ｍ
Ｏ鋼をベースにして調査した結果、第３図に示すように
Ｓｉ，Ｍｎの相剰効果により耐摩耗耐焼付性が著しく向
上し得ることを見い出した。さらにＳｉはオーステナイ
ト系ステンレス鋼の強度延性、耐応力腐食割れ性を向上
せしめる元素としてよく知られているが、本ベース鋼の
場合にも同様の効果を発揮し非常に有効な元素であるこ
とがわかった。しがしＳｉは強力なフエライト相形成元
素で、しかも、Ｎ固溶量を著しく減少させる元素である
ので、本発明鋼のように高Ｃｒ一高Ｎである場合、オー
ステナイトーフエライトバランスとＮ固溶量が臨界的で
ある鋼にＳｉを添加する場合、組成バランスを特別に工
夫する必要があり、本発明においてはＮの固溶量を増大
し、オーステナイトフエライトバランスを改善するＭｎ
を含有させ、Ｓｉ，Ｎ，Ｍｎを適宜に含有させることに
より強度、耐応力腐食割れ性、耐摩耗耐焼付を改善させ
ることを見い出した。本発明は上記の知見をもとにして
、安価で優れた耐海水性を得るに高価なＭＯ，Ｎｉ量を
必要最小限として、高Ｃｒ一高ＮとすることによりＣｒ
当量を高めその値を３１以上とし、かつ、Ｓｉ，Ｈによ
り高強度化を計り、Ｎ固溶量の低下をＭｎ量を増加させ
その量を５．６％以上とすることにより解決し、高Ｃｒ
一高Ｎオーステナイト系ステンレス鋼にＳｉ，Ｍｎを適
量含有せしめて、優れた耐応力腐食割れ性、耐摩耗耐焼
付性を有する耐海水性、高強度オーステナイト系ステン
レス鋼の開発に成功したものである。

以下に本発明鋼について詳述する。第１発明鋼は、重量
比にしてＣＯ．Ｏ８％以下、Ｓｉｌ．ｌＯ〜１．９０％
、Ｍｎ５．６〜１０．０％、Ｎｉ８．６〜１７．０％、
Ｃｒ２Ｏ．５〜３０．０％、ＭＯＯ．２〜２．５％、Ｎ
Ｏ．２５〜０．５０％を含有し、かツＣｒ当量＝ Ｃｒ
＋ ２．５Ｍ０十〇，４Ｎｉ＋ ２０Ｎが３１以上から
なるもので、第２発明鋼は第１発明鋼にさらにＣｕｂ，
２〜３．０％と、ＣｅＯ，Ｏ５％以下、Ｃａｂ．Ｏ２％
以下、ミッシュメタル０．０５％以下、ＢＯ，Ｏｌ％以
下のうち１種ないし２種以上を含有させ第１発明鋼の熱
間加工性をさらに向上させたもので゛ある。

以下に本発明鋼の成分限定理由について説明する。

Ｃｒはステンレス鋼の基本元素であり、第１図に示した
ように本発明鋼において最も特徴とする耐海水性を著し
く向上させる元素である。優れた耐海水性を得るには第
２図に示したようにＣｒ当量を３１以上とするため、Ｃ
ｒを少なくとも２０．５％以上含有させる必要があり下
限を２０．５％とした。しかしながら、過度のＣｒ量の
含有はオーステナイトーフエライトバランスを損い熱間
加工性を劣化せしめるので上限を３０．０％とした。

Ｎｉはオーステナイト系ステンレス鋼の基本元素であり
、耐海水性、冷間加工性、熱間加工性を向上させる元素
であり、かつＣｒ，Ｓｉ，Ｎ，Ｃ含有量を考慮すると８
．６％以上のＮｉを含有させる必要がある。しかし１７
．０％を越えて含有させると熱間加工性を逆に低下せし
めるので上限を１７．０％とした。Ｃは耐海水性を損う
ばかりでなく、粒界腐食を著しく促進させるので上限を
０．０８％とした。なお、十分な耐海水性を得るために
は０．０４％以下にすることが望ましい。Ｎは本発明鋼
の主要な元素であり、優れた耐海水性、強度およびオー
ステナイト相を得るためにはなくてはならない元素であ
り、これらの性能を十分に発揮させるには０．２５％以
上の含有が必要であり、さらに十分な耐海水性を得るに
は０．３０％以上にすることが好ましい。

しかし、Ｎの多量の含有は熱間加工性の変形抵抗を著し
く高め、熱間圧延を困難にし、さらに、造塊時に鋼塊中
に気泡発生の危険性が増大するのでその上限を０．５０
％とした。ＳｉはＮとともに本発明鋼において主要な元
素であり、耐摩耗耐焼付性、強度、耐応力腐食割れ性、
耐酸化性を著しく改善する元素であり、これらの性能を
発揮させるには１，１０％以上の含有が必要である。し
かし、１．９０％を越えて含有させるとＮ固溶量を著し
く低下させるので上限１．９０％とした。ＭｎはＳｉと
ともに耐摩耗耐焼付性を著しく改善する元素であり、か
つ、オーステナイトーフエライトバランス、耐海水性を
損うことなくＮ固溶量を増加させる元素で、特に本発明
鋼のように高Ｃｒ一高Ｎ鋼に、Ｓｉを添加させる場合、
鋼の組織安定、Ｎ固溶にはなくてはならない元素で、こ
れらの性能を発揮させるには５．６％以上の含有が必要
である。しかし１０．０％を越えて含有させると熱間加
工性を損うので上限を１０．０％とした。ＭＯは耐海水
性、耐硫酸性、耐応力腐食割れ性をはじめとして全体的
な耐食性を著しく向上させる元素であり、０．２％以上
含有させる必要がある。しかし、ＭＯはフエライト生成
元素であり、本発明においては多量のＳｉを含有するも
のであり、多量のＭＯを含有させるとフエライト／オー
ステナイトバランスを損ない、かつ熱間加工性を害する
ものであり、さらにＭＯは非常に高価な元素でもあるの
でその上限を２．５％とした。Ｃｕは耐海水性には効果
がないが、耐硫酸性のような一般的耐食性を向上させる
元素であり、用途に応じて０．２０％以上含有させるこ
とができる。しかし、３．０％を越えて含有させると強
度を低下させるのでその上限を３．０％とした。０、Ｃ
ａ、ミツシュメタル、Ｂはいずれも本発明鋼の熱間加工
性を改善する元素である。

しかし、多量に含有させた場合には鋼の清浄度を害し、
かえって熱間加工性を劣化させるので、その上限＠ Ｃ
ｅＯ，Ｏ５％、Ｃａｂ，Ｏ２％、ミッシュメタル０．０
５％、ＢＯ，Ｏｌ％とした。つぎに本発明鋼の特徴を従
来鋼と比べ実施例でもって明らかにする。

I 第１表は、これらの供試鋼の化学成分を示すもの
である。

第１表においてＡＩ− Ａ５鋼は従来鋼で、Ａ１はＳＵ
Ｓ３Ｏ４、Ａ２はＳＵＳ３ｌ６、Ａ３はＳＵＳ３ｌ７、
Ａ４はＳＵＳ３２９ＪＩ、Ａ５は２５％Ｃｒ− １４％
Ｎｉ−０．３％Ｎ− １％ＭＯ鋼Ａ６はＳＵＳ２Ｏｌ
である。

Ｂ１〜Ｂ６は本発明鋼で、Ｂ１〜Ｂ５は第１発明鋼、Ｂ
６は第２発明である。第２表は第１表の固溶体化学処理
を施したＡ１〜Ａ６鋼、Ｂ１〜Ｂ６鋼の強度、耐食性、
耐摩耗耐焼付性を示したものである。

強度については、ＪＩ８４号試験片を用いて耐力、引張
り強さ、伸びを測定した。

耐海水性は５０℃ノ５０ｇ／ ＩＦｅＣｌ＋ １ ／
２０Ｎ、″．ＨＣｌ水溶液中に４８Ｈｒ浸漬した場合の
腐食減量を示したもので、耐硫酸性、耐応力腐食割れ性
についてはＪＩＳ試験法に基いて評価し、耐硫酸性は沸
騰した５％Ｈ２ＳＯ４水溶液中に５Ｈｒ浸漬した場合の
腐食減量を示したもので、耐応力腐食割れ性は沸騰した
４２％ＭｇＣｌ溶液中に浸漬した場合、応力２５ｋｇ／
Ｍｍ２下で破断までの時間を示したものである。

耐摩耗耐焼付性については、大気中で５ｃｍ／分の速度
で摺動させ、異常摩耗発生時の面圧を測定したものであ
る。

第２表から知られるように、従来鋼であるＡ１鋼は強度
、耐食性、耐摩耗耐焼付性のいずれも劣るものである。

Ａｌ鋼に対してＮｉ量を増加するとともに２〜３％のＭ
Ｏを含有させたＡ２、Ａ３鋼については、Ａ３鋼は耐海
水性、耐硫酸性については相当の向上が見られるが、強
度、耐摩耗耐焼付性についてはＡ１鋼と同様に劣るもの
であり、Ａ２鋼は強度、耐食性、耐摩耗耐焼付性のいず
れも劣るものである。Ａ４鋼は０．０８％のＮを含有さ
せるとともに二相組織としたことにより優れた耐力と、
耐硫酸性、耐応力腐食割れ性を得ることかでノきたが、
伸び、耐海水性、耐摩耗耐焼付性については劣るもので
ある。Ａ５鋼は２５％Ｃｒ− １４％Ｎｉ−０．３％Ｎ
− １％ＭＯ鋼とすることにより優れた耐海水性、耐硫
酸性を有しているが強度がいま一つ不足し、かつ耐摩耗
耐焼付性が劣るものである。Ａ６鋼は５％Ｎｉ− １８
％Ｃｒ鋼に６％のＭｎと０．２０％のＮを含有させた鋼
でＡｌ鋼に比べ強度、耐摩耗耐焼付性が相当向上してい
るがこれもいま一つ不足し、耐食性については劣るもの
である。これらに対して本発明鋼であるＢ１〜Ｂ６鋼は
、Ｓｉ，Ｍｎ，Ｎ．ＭＯを適宜に含有させるとともにＣ
ｒ当量を３１以上とすることにより、強度については耐
力４５ｋｇ／Ｍｍ２以上、引張り強さ８０ｋｇ／Ｍｍ２
以上、伸び５０％以上と高強度オーステナイト系ステン
レス鋼として満足し得るものであり、耐食性についても
耐海水性、耐硫酸性はその腐食減量がＩｇ／Ｒｎ”，Ｈ
ｒ以下、耐応力腐食割れ性はその破断までの時間が１１
時間以上といずれも優れており極めて良好な耐食性を有
するものであり、さらに耐摩耗耐焼付性についてもいず
れも６ｋｇ／Ｍｍ２以上と優れているものである。

これからしても本発明鋼が強度のみならず耐食性耐摩耗
耐焼付性についても非常に優れていることがわかる。

上述の如く本発明鋼は安価で優れた耐海水性を得るに高
価なＭＯ．Ｎｉ量を必要最小限にとどめて、高Ｃｒ一高
ＮとすることによりＣｒ当量を高めその値を３１以上と
し、かつ、Ｓｉ，Ｎにより高強度化を計りＮ固溶量の低
下をＭｎ量を増加させることにより解決し、優れた耐海
水性、耐硫酸性、耐応力腐食割れ性と、耐摩耗耐焼付性
を有する高強度オーステナイト系ステンレス鋼を得るこ
とに成′功したもので、海洋油田開発、海洋資源探査、
波力発電、淡水化プラント等の各種海水プラントの高強
度耐食構造部材？として極めて高い実用性を有するもの
である。

【図面の簡単な説明】 第１図は耐海水性に及ぼすＣｒ，ＭＯの影響を示した線
図、第２図は耐海水性に及ぼすＣｒ当量の影響を示した
線図、第３図は耐摩耗耐焼付性に及ぼすＳｉ，Ｍｎの影
響を示した線図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 重量比にしてＣ０．０８％以下、Ｓｉ１．１０〜１
   ．９０、％、Ｍｎ５．６〜１０．０％、Ｎｉ８．６〜１
   ７．０％、Ｃｒ２０．５〜３０．０％、Ｍｏ０．２〜２
   ．５％、Ｎ０．２５〜０．５０％を含有し、かつ次式で
   示したＣｒ当量が３１以上からなり、Ｃｒ当量＝Ｃｒ＋
   ２．５Ｍｏ＋０．４Ｎｉ＋２０Ｎ≧３１、残部Ｆｅなら
   びに不純物元素からなることを特徴と、する耐海水に優
   れたＳｉ、Ｎ強化オーステナイト系ステンレス鋼。 ２ 重量比にしてＣ０．０８％以下、Ｓｉ１．１０〜１
   ．９０％、Ｍｎ５．６〜１０．０％、Ｎｉ８．６〜１７
   ．０％、Ｃｒ２０．５〜３０．０％、Ｍｏ０．２〜２．
   ５％、Ｎ０．２５〜０．５０％を含有し、かつ次式で示
   したＣｒ当量が３１以上からなり、Ｃｒ当量＝Ｃｒ＋２
   ．５０Ｍｏ＋０．４Ｎｉ＋２０Ｎ≧３１、さらに、Ｃｕ
   ０．２〜３．０％と、Ｃｅ０．０５％以下、Ｃａ０．０
   ２％以下、ミツシユメタル０．０５％以下、Ｂ０．０１
   ％以下のうち１種ないし２種以上を含有し、残部Ｆｅな
   らびに不純物元素からなることを特徴とする耐海水に優
   たＳｉ、Ｎ強化オーステナイト系ステンレス鋼。