JPS60230962A - 耐食性に優れたフエライト系ステンレス鋼材 - Google Patents

耐食性に優れたフエライト系ステンレス鋼材

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JPS60230962A
JPS60230962A JP8555384A JP8555384A JPS60230962A JP S60230962 A JPS60230962 A JP S60230962A JP 8555384 A JP8555384 A JP 8555384A JP 8555384 A JP8555384 A JP 8555384A JP S60230962 A JPS60230962 A JP S60230962A
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steel
ferritic stainless
corrosion resistance
stainless steel
less
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Hiroyuki Tsuge
柘植 宏之
Hiroo Nagano
長野 博夫
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Nippon Steel Corp
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Sumitomo Metal Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、高温水環境において優れた耐食性を示す光
輝焼鈍処理フェライト系ステンレス鋼材に関するもので
ある。
〈産業上の利用分野〉 一般K、フェライト系ステンレス鋼は、高価なNiを多
量に含有することがないので安価であり、しかも耐応力
腐食割れ性にも優れ【いることから耐候性材としての外
装材や車輌の装飾部品等として広く使用されている鋼材
の1つである。
しかも、近年、その優れた耐応力腐食割れ性に加え【高
い熱伝導率を示すと言うことにも注目が寄せられるよ5
になり、フェライト系ステンレス鋼を、例えば化学工業
プラントや発電プラントの熱交換チューブ等のような高
温水環境で使用する部材に適用しようとの検討もなされ
るようKなってきた。
〈従来技術〉 このような状況の下での各種研究結果から、最近では、
フェライト系ステンレス鋼の中でモ特にASME規格の
XM−8材(18Cr−Ti材)やA8TM規格の5A
−268TP409材(13Cr−Ti材)等が高温水
環境材として有望であるとされるよ5になり、実用化へ
向けての検討が一段と進んできたが、それでも上記鋼材
を含めたフェライト系ステンレス鋼は、 ■ 耐全面腐食性がオーステナイト系ステンレス鋼より
も劣り、特に微量のCI−イオンを含む高温水に対して
全面腐食量が高い、 ■ 高温水中における耐応力腐食割れ特性はオーステナ
イト系ステンレス鋼よりも高いが、安定化元素が不足し
ている場合にはそれでも粒界応力腐食割れの危険を完全
に拭うことができない。
■ 475℃脆性、低温脆性、或いは溶接時の脆性等、
フェライト系ステンレス鋼特有の脆性を有する、 等の問題を抱えており、その解決策が模索されているの
が現状であった。
〈発明の目的〉 この発明の目的とするところは、フェライト系ステンレ
ス鋼が有している上述のような問題点を解消し、高温水
環境においても優れた耐食性を示すフェライト系ステン
レス鋼材をコスト安く提供することにあり、該目的を達
成すべく行った本発明者等の研究によって、以下に示さ
れる如き知見が得られたのである。
く知見事項〉 (a) フェライト系ステンレス鋼の高温水中での応力
腐食割れ性能を左右する大きな要因の1つに鋼中の安定
化元素(CやNを固定して安定化するTi、Nb等)含
有量があり、この安定化元素の含有量を十分に高めるこ
とによって耐応力腐食割れ性が一段と改善されること。
(b) 鋼中のC及びN量を極力抑制するとともに、安
定化元素であるTiの含有量をも所定値以下に調整すれ
ば、靭性の良好なフェライト系ステンレス鋼が得られる
こと。
(cl 上記のように成分調整したフェライト系ステン
レス鋼に光輝焼鈍を施すと、ステンレス鋼表面にS i
 + Cr及びTiを含む酸化物被覆膜が形成されて高
温水中での耐全面腐食性能が大幅忙改善されること。
〈発明の構成〉 この発明は、上記知見に基づいてなされたものであって
、 フェライト系ステンレス[t)k、 Si:0.01〜5.00%(以下、成分割合を表わす
チは重量%とする)。
Mn: 0.01〜2.00 %。
Cr:12〜20チ。
Ti: 20 (C(%)+N([)〜0.859b。
残部二Fe及び不純物 から成るとともに、不純物中のC,Ni、 pe s及
びNの含有量が、それぞれ、 C:0.02%以下。
Ni : 0.5 %以下。
P:0.03悌以下。
S:0.03−以下。
C十N:0.025%以下 の範囲内である成分組成とし、かつ、表面に、厚さ:3
00A〜2μの光輝焼鈍処理によるSi、 Cr及びT
iを含む酸化物被覆膜を備えしめることによって、その
耐食性を格段に向上させるとともに靭性をも改善した点
、 K特徴を有するものである。
つぎに、この発明のフェライト系ステンレス鋼材におい
て、その化学成分組成を上記のように限定した理由を説
明する。
a) 5i Si成分には、鋼の脱酸作用、並びに光輝焼鈍の際、C
r及びTiとともに耐食性に優れた酸化物皮膜を鋼材表
面に形成する作用があるが、その含有量が0.01%未
満では前記作用に十分な効果を得ることができず、一方
s、 o O%を越えて含有させると鋼材の加工性が劣
化するよう罠なることから、その含有Iを0.01〜5
.0096と定めた。
b) Mn Mn成分には、鋼の脱硫・脱酸作用及び熱間加工性改善
作用があるが、その含有量が0.01−未満では前記作
用に所望の効果を得ることができず1、一方2.0O1
を越えて含有させてもより以上の向上効果が得られない
ことから、その含有量を0.01〜2.00チと定めた
c) Cr Cr成分は、本発明鋼材の基本的な耐食性を決定する重
要な元素であり、その含有量が12チ未満では光輝焼鈍
処理面の耐食性改善効果が十分でないばかりか、ステン
レス鋼としての耐食性が発揮されない。一方、20%を
越えて含有させると、加工性が劣化するばかりでなく、
光輝焼鈍処理を施す必要性がなくなり、工業的な利益を
得ることができないので、Crの含有量を12〜20チ
と定めた。
d) ’l’i Ti成分には、鋼中のC及びNを安定化して耐応力腐食
割れ性を向上する作用があり、またSi及びCrととも
に耐食性に優れた酸化物皮膜を鋼材表面に形成する作用
をも有しているが、その含有量が20(C(チ)+N(
%))チな下回ると前記作用に所望の効果が得られず、
一方、0.85%を越えて含有させると鋼の靭性を劣化
するようKなることから、T1含有量を20(C(チ)
+N(チ))〜0.85−と定めた 第1図は、13Cr−Ti系フェライトステンレス鋼と
180r −Ti系フェライトステンレス鋼について、
鋼中の(C+N )景に対するTi量の割合と高温水(
240℃、 C1−濃度:5ppm)中での応力腐食割
れとの関係を示すグラフであるが、第1図力らも、Ti
含有J120 (C(56) +N (%) )の値以
上とした場合にフェライト系ステンレス鋼の耐応力腐食
割れ性が著しく向上することが明らかである。
そして、鋼材の靭性の面からみれば、望ましくはTi含
有量を(10(C(9G)十N(チ))+0.6)−以
下に調整するのが良い。即ち、第2図は、18Cr−T
i系フェライトステンレス鋼におけるシャルピー衝撃値
に及ぼす(C+N)含有量とTi含有量の影響を示すグ
ラフであるが、この第2図も、好ましくはTi含有量を
(10(C(96)+N(%) + 0.6 :1チ以
下に調整した方が良いことを明示している。
e) C Cは、鋼の靭性及び耐応力腐食割れ性を低下する有害元
素であるので、その含有量は低いほど好ましいが、0.
02−以下の含有量では上記悪影響が顕著でないことか
ら、C含有量を0.02S以下′と定めた。
f) Ni N1は、Cll−含有水中の耐応力腐食割れ性を劣化さ
せる有害元素であるので、その含有量は低いほど好まし
い元素であるが、0.5チ以下の含有量では上記悪影響
が顕著でないことから、Ni含有量を0.5%以下と定
めた。
g) P、及びS P及びSは、鋼の耐食性に悪影響を及ぼす有害元素であ
るが、その含有量がそれぞれ0.03qb以下では上記
悪影響が顕著でないことから、P及びS含有量をそれぞ
れ0.03%以下と定めた。
h)C+N 鋼中のNも、Cと同様に鋼の靭性及び耐応力腐食割れ性
を低下する有害元素であるので低いほど好ましいもので
あるが、特K(C+N)の含有量が0.025%を越え
ると、鋼の靭性劣化が著しくなることから、(C+N)
量を0.025%以下と定めた。
なお、この発明のフェライト系ステンレス鋼材は、耐全
面腐食性を改善するために光輝焼鈍炉で焼鈍を行って表
面[Si、 Cr及びTi含有酸化物被覆膜を形成せし
めたものであるが、その光輝焼鈍条件は、 炉内雰囲気:AXガスやDXガス等の還元性ガス雰囲気
炉内露点温度:10〜−40℃。
炉内温度ニア50〜950℃ を採用するのが良い。なぜなら、炉内露点温度が10℃
を越えると鋼材表面KFeを含有する酸化物被覆膜が形
成されて耐食性が劣化し、また炉内露点温度が一40℃
より低いとCrを含有する被覆膜が形成されなくなって
耐食性が不十分になるためであり、炉内露点温度が10
〜−40℃であれば、5102− TlO2,Cr2O
3を含む高耐食性被覆膜の形成、が安定してなされるか
らである。そして、該被覆膜形成のための炉内温度が9
50℃以上になるとフェライト系ステンレス鋼の粒度が
粗となって耐粒界応力腐食割れ性が劣化することとなり
、一方、炉内温度が750℃未満では焼鈍の目的である
溶体化及び再結晶化が不十分となるのである。
ところで、鋼材の表面に形成させる被覆膜の厚さは30
0A〜2μの範囲とする必要がある。なぜなら被覆膜の
厚さが300X未満であると防食効果はあるものの高温
水中では不十分であり、一方2戸を越えると反覆膜中に
割えを生じ易くなって耐食性を劣化する恐れがでてくる
からである。
第3図は、13Cr−Ti系フェライトステンレス鋼と
180r−Ti系フェライトステンレス鋼について、表
面に光輝焼鈍被覆膜を設けたもの(13Cr−Ti系鋼
にライては5100X厚、18Cr−Ti系鋼について
は3500X厚)と被覆膜なしのものの、高温水(C/
−濃度:5ppm)中での耐全面腐食性能を比較したグ
ラフであるが、第3図からも、光輝焼鈍被覆膜の形成に
よって高温水での耐全面腐食性が格段に向上することが
明らかである。
次いで、この発明を実施例により比較例と対比しながら
説與する。
〈実施例〉 まず1通常の溶解・圧延法によって、第1表に示される
ような成分組成の鋼板14種類を製造した。
次いで、これら各鋼板から、寸法:2tX10v X 
751の試験片を切り出し、炉内雰囲気ニブタン分解ガ
ス(DXガス)又は水素ガス、炉内温度二り50℃、炉
内露点ニー10℃(但し鋼材1゜は−60℃、鋼材11
は30℃とした)、保持時間830分の条件での光輝焼
鈍処理を施し、その表面に、同じく第1表に示したよ5
な膜厚の、si。
Cr及びTiを主体とする酸化物被樟膜を形成した後水
冷し、供試材とした。
このようにして得られた供試材は、1350℃の温度に
加熱して1秒間保持すると貫う熱処理を施しく溶接熱影
響部を想定したもの)、これを2枚重ねてダブルUベン
ド試験片を作成した後、高温水(CA’−イオン濃度:
5ppm、温度:240℃、非脱気)中で応力腐食割れ
試験を行った。
なお、この試験条件は、運転異常時のC/−イオンの混
入(コンデンサー等よりの海水リーク)を考慮した条件
である。そして、浸漬時間は2週間であった。
一方、これとは別に、供試材の全面腐食試験をも実施し
た。
全面腐食試験は、mJ記供試材をそのまま応力を付加す
ることなく同温水(純水、温度:270℃。
脱気したもの)に浸漬する方法によった。
これらの試験結果を第2表に示した(なお、第1図は第
1表中の鋼材1〜6.12及び14の応力腐食割れ試、
験結果をグラフ化したものであり、第3図は第1表中の
鋼材1及び4、並びにこれと同一成分組成の表面研磨材
の全面腐食割れ試験結果をグラフ化したものである)。
これらの試験結果から、本発明フェライト系ステンレス
鋼材は優れた耐応力腐食割れ性を示すのに対して、Ti
の含有量が20(C+N)チよりも低いフェライト系ス
テンレス鋼では粒界応力腐食割れを発生することが確認
された(この場合、焼鈍雰囲気を水素ガス雰囲気とした
ものも同様の結果を示した)。
また、第2表中の「研磨材」とは、熱処理の後表面研磨
を施したものを指すが、このような光輝焼鈍による酸化
被恍膜を有しないものと、光輝焼鈍によって酸化被作膜
を形成したものとの耐全面腐食性を比較した場合、被覆
処理材は被覆蝕のないもの罠比して10倍以上耐全面腐
食性に優っていることも、第2表に示される結果から明
白である。
ところで、銅材10はDXXガス点点ニー60℃光輝焼
鈍処理したものであるが、この場合は破榎膜中のCr2
O3が栖めて少なく、また破櫨膜自体の形成も極くわず
かであるので耐全面居食性がそれほど十分ではなく、一
方、鋼材11はDXガス露点:30℃で光輝焼鈍処理し
たものであり、反覆膜厚さが厚く、しかもFeの酸化物
が多量にまざっているものであるが、この場合には高温
水中への浸漬時間の増加とともに腐食量が増大する傾向
にあるので、やはり耐全面腐食性能がそれほど十分とは
言えない。このように、DXガス雰囲気中で被覆膜形成
光輝焼鈍を行う際にはその露点を調整することが肝要で
あり、前述したように、露点を10〜−40℃の範囲と
することが好ましい。
く総括的な効果〉 上述のように、この発明によれば、高温水環境中におい
て優れた耐食性を示すフェライト系ステンレス鋼材を実
現することができ、優れた性能を有する熱交換器チュー
ブ類をコスト安く提供することが可能になるなど、産業
上有用な効果がもたらされるのである。
4、図面の筒車なiす、 1.jl 第1図は鋼中の(C+ N ) 晴に対するTi量の割
合と高温水中での応力腐食割れとの関係を示すグラフ、
第2図は鋼の%zj性に及ばず(C+N )量とTi量
の影響を示すグラフ、第3図は高温水中での鋼の全面腐
食量の経時変化を示すグラフである。
出願人 住友金属工業株式会社 代理人 富 1)和 夫 ほか1名

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 重量割合にて、 Si: 0.01〜5.00チ。 Mn: o、o 1〜2.00 s。 Cr:12〜2oI Ti:20(C(%)+N(チ))〜0.85%。 残部a pe及び不純物 から成るとともに、不純物中のc、 Ni、p、s及び
    Nの含有量が、それぞれ、 C:0.02−以下。 Nt : 0.5−以下。 P:0.03−以下。 S:0.03−以下。 C十N:0.025−以下 の範囲内である成分組成を有し、かつ、表面に、厚さ:
    300A〜2μの光輝焼鈍処理によるSi。 Cr及びTiを含む酸化物被覆膜を備えていることを特
    徴とする、耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼材
JP8555384A 1984-04-27 1984-04-27 耐食性に優れたフエライト系ステンレス鋼材 Granted JPS60230962A (ja)

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