JPS6037182B2 - 耐食性にすぐれた高強度オ−ステナイトステンレス鋼 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、遠心分離機回転体などの耐食性および高強度
が要求される装置部材の構造用材料として好適なオース
テナィトステンレス鋼に関するものである。

ステンレス鋼は、その名のとおりさびにくいことを特性
の基本とするが、材料の研究の進展に伴って耐食性のほ
か耐熱性、強度、延性および加工性など多様な特性が確
認され、生産性の向上および用途開発と相まって広範囲
に使用されている。

これらのステンレス鋼の中で高強度ステンレス鋼は、現
在化学プラント装置や圧力容器等で強度を必要とする構
造用材料として使用されており、特に、遠０分離機回転
体などに通した材料とされている。しかしながら、遠心
分離機回転体は、その性能を高めるために近年その回転
数を従来より高める方向に進んでおり、この高速化にと
もない回転体を形成する材料は、優れた材料強度（強度
を高めることにより、板厚を減少させた薄肉構造に出来
る）、耐食性（塩素イオンを含む環境で耐食性良好）を
兼ねそなえる事が必要条件とされている。しかし、現在
の高強度ステンレス鋼としては、ＳＵＳ６３０、ＳＵＳ
６３１、Ｔｙｐｅ２０５などが知られているが、ＳＵＳ
６３０、ＳＵＳ６３１は材料強度は著しく高く、前記条
件を充分に満足するが、耐食性が著しく劣化するため、
塩素イオンを含む耐食性を必要とする場合には使用出釆
ない。

また、Ｔｙｐｅ２０５は強度、耐食性とも前記条件を満
足しないという欠点がある。また、この種のステンレス
鋼として、特開昭４９−１１３７１６号公報記載の合金
が知られている。

同公報の合金は、ニッケル３〜９％、クロム１６〜２０
％を主体として、これにマンガン５〜ｉｏ％、窒素０．
０３〜０．２５％、ニオブ０．０４〜１％を含有させ、
とくに高度の耐食性を要求される場合には、上記成分の
外にさらにモリブデン２．０％以下を含有させることに
よって、耐食性と強度との向上を図ったものであるが、
その強度レベルは、０．２％耐力が４４〜４７ｋ９／め
であって、近年の構造用材料の薄肉化の要請に対しては
、まだ十分に応えうる強度までに達していないという欠
点がある。本発明は、上記の欠点を除去するためになさ
れたものであり、本発明の目的は、高窒素、高マンガン
、低ニッケルのオーステナィト単相組織であって、とく
に塩素イオンを含む環境ですぐれた耐食性を有する高強
度ステンレス鋼を提供することにあり、また、本発明の
目的は、構造用材料の薄肉化に寄与する高強度ステンレ
ス鋼を提供することにある。すなわち、本発明に係る合
金は、炭素０．１５％以下、シリコン０．１〜２．０％
、マンガン１２．０〜１８．０％、ニッケル０．５０〜
６．０％、クロム１５．０〜２１．０％未満、モリブデ
ン０．５〜４．０％、窒素０．２５超０．６％、ニオブ
０．０３〜０．３％を含み、残部鉄および不純物からな
ることを特徴とするオーステナィトステンレス鋼を第１
発明とし、第１発明に係る合金に銅０．１〜２．０％を
添加したものを第２発明とし、第１発明に係る合金にジ
ルコニウム、バナジウム、チタン、タンタル、アルミニ
ウムの内から選んだ１種または２種以上の元素の合計０
．３％以下を添加したものを第３発明とし、第２発明に
係る合金にジルコニウム、／ゞナジウム、チタン、タン
タル、アルミニウムの内から選んだ１種または２種以上
の元素の合計０．３％以下を添加したものを第４発明と
するオーステナィトステンレス鋼である。

次に、本発明に係るステンレス鋼の成分組成の限定理由
について説明する。まず、第１なし、し第４発明のステ
ンレス鋼において、共通成分である炭素は、オーステナ
ィト生成元素として作用し、オーステナィト単相を得る
のに必要な元素であり、オーステナィト相に固溶し、本
発明ステンレス鋼の材料強度を高めるのに大きく寄与す
る。

しかし、炭素は多量に含有すると強度の増加に反して炭
化物を析出しやすくなり耐食性を劣化させるので０．１
５％以下とした。シリコンは、フェライト生成元素とし
て作用する。本発明は、低ニッケルでオーステナィト単
相を得ることを目的とするため少ない方が望ましいが、
実際の製鋼作業上０．１％未満にすることは工業的にメ
リットがないので、下限含有量を０．１％以上とする。
しかしシリコンは置換型間溶元素であり、その中でオー
ステナィトマトリックスの強化にきわめて有効であり、
また耐発錆性がすぐれているため多く含まれることが好
ましいが、２．０％を超え含有すると冷間成形性および
溶接性が著しく悪くなるので、０．１〜２．０％の範囲
に限定した。マンガンは、オーステナィト生成元素とし
て作用し、ニッケルを節減しうる元素であり、かつ窒素
の溶解度が著しく増加する。

ニッケル含有量との兼合で安定してオーステナィト単相
を得るには１２．０％以上必要であるため、下限含有量
を１２．０％以上とした。しかし１８．０％を超え含有
すると、熱間加工性が著しく悪くなるので、マンガン含
有量を１２．０〜１８．０％に限定した。ニッケルは、
オーステナィト生成元素として作用し、オーステナィト
単相を得るのにもっとも通した元素であるが、０．５０
％未満ではオーステナィト単相を得ることが出来ない。

また、本発明のＦｅ−Ｍｎ−Ｎｉ系合金では、ニッケル
が少量に過ぎると、衝撃特性が低下する。十分な衝撃特
性を確保するためには０．５％以上のニッケルを必要と
するので、下限含有量を０．５０％以上とした。しかし
、ニッケルを多量に含有すると窒素の溶解度を減少させ
、６．０％を超え含有すると、窒素の固溶強化に寄与し
なくなるので、ニッケル含有量０．５０〜６．０％に限
定した。クロムは、耐食性を維持するための基本成分で
あるが、同時にフェライト生成元素として作用し、また
オーステナィト中の窒素の溶解度を増加させる作用を有
する。

クロムの含有量が１５．０％未満では耐食性が著しく悪
くなるので、下限含有量を１５．０％以上とした。従っ
て、耐食性を向上させ、窒素の溶解度を増加させるため
には、多量含有することが好ましいが、２１．０％以上
含有すると、オーステナィト単相組織とならず、フェラ
イトとの混合組織となり、熱間加工性が悪くなるので、
クロム含有量を１５．０〜２１．０％未満に限定した。
モリブデンは、フェライト生成元素として作用し、オー
ステナィト単相を得るに有害な元素である。

しかし、耐食性を確保する上からきわめて重要な元素で
あるが、０．５％未満では耐食性が充分発揮出来ないの
で、下限含有量を０．５％以上とした。４．０％を超え
含有すると、フェライトを生成させオーステナィト単相
が得にくくなり、また価格が高くなり経済的な面から不
利であるので、モリブデン含有量を０．５〜４．０％に
限定した。

窒素は、オーステナィト生成元素として作用し、オース
テナィト中に固熔し、材料強度の強化に大きく寄与する
。また窒素は、ステンレス鋼の耐孔食性を向上させる作
用がある。本発明合金では、マンガン、ニッケル、クロ
ム、モリブデン等の元素との組合せによってオーステナ
ィト単相を得るものであるが、ニッケルが低い範囲でも
オーステナィト単相組織を安定して得るためには、窒素
は０．２５％より多い含有量にする必要がある。さらに
、耐食性および材料強度の著しい向上を確保するために
も、窒素は０．２５％より多く含有させる必要がある。
窒素が多く含有すれば、耐食性、材料強度が向上するが
、０．６％を超え含有すると、しばしばブローホールを
生じ健全な鋼魂が得られないので、窒素含有量を０．２
５％超０．６％に限定した。

ニオブは、結晶粒を微細化し、材料強度の強化に大きく
寄与する元素である。０．０３％未満ではその効果が認
められないので、０．０３％以上に限定した。

含有するニオブをすべて固溶させることはむずかしく、
一部炭窒化物を形成するため、固溶炭素、窒素が少なく
なり、材料強度が低下すると考えられるが、ニオブ添加
による効果は結晶粒微細化の効果に加えて、固熔ニオブ
による強化、炭窒化物の析出による強化が認められるの
で、炭素、窒素の固溶強化のみのものよりも材料強度の
向上が認められる。しかし、０．３％を超えニオブを含
有する場合、ニオブ含有量の増加する割合にくらべ材料
強度の向上が期待出来ず、経済的に高価になるだけで大
きなメリットは認められないので、ニオブ含有量を０．
０３〜０．３％に限定した。第２および第４発明のステ
ンレス鋼の特有の成分である銅は、オーステナィト生成
元素として作用し、オーステナィト単相を得るのに有効
な元素であり、オーステナィト中の窒素の溶解度を増加
させる作用および耐食性の向上に寄与する作用がある。
０．１％未満ではその効果が少ないので、０．１％以上
に限定した。

しかし、２．０％を超え含有すると、赤熱駒危性をひき
おこし、熱間加工性を悪くするので、銅の含有量を０．
１〜２．０％に限定した。第３および第４発明のステン
レス鋼に特有の成分であるジルコニウム、バナジウム、
チタン、タンタル、アルミニウムは、ニオブと同様の作
用をするが、ニオブと複合添加しなければその効果があ
まり期待されない。０．３％を超え含有すると材料価格
が高くなるだけで、材料強度の強化が期待されないので
、ジルコニウム、バナジウム、チタン、タンタル、アル
ミニウムの内から選んだ１種または２種以上の合計を０
．３％以下に限定した。

上記の成分組成からなる本発明のステンレス鋼は、通常
の製鋼手段を用い、通常の製鋼条件にしたがって製造す
ることができる。次に、本発明の実施例について説明す
る。

第１表は、本発明の組成をもつ合金と本発明の組成に属
しない比較合金との化学成分を示す。

同表において、試料船．１，２，４および５は第１発明
に係るステンレス鋼、試料Ｎｏ．６は第２発明に係るス
テンレス鋼、試料Ｎｏ．３および７は第３発明に係るス
テンレス鋼、試料Ｍ．８〜１０は第４発明に係るステン
レス鋼である。比較合金のうち、試料Ｎｏ．１３はＳＵ
Ｓ３１６、Ｍ．１４はＴｙｐｅ２０５のステンレス鋼、
Ｍ．１５は特開昭４９−１１３７１６号公報の第１表に
記載の合金（試料Ｃ）である。上記の本発明合金と比較
合金とについて、常温および高温（６４９ｏｏ）時にお
ける強度試験と、５％硫酸および１０％塩化第二鉄溶液
による浸債試験とを行なった結果を第２表に示す。

第１表 第２表 上記第２表の結果から明らかなように、本発明の合金は
、比較合金にくらべて常温における０．２％耐力、引張
強ごがきわめて高い値を示し、伸びも４０％以上である
ことから、構造用材料として十分な伸び特性を有してい
る。

また、高温時における機械的性質についても、比較合金
にくらべて同等以上の特性を有している。さらに、本発
明の合金は、５％硫酸溶液による浸債試験の腐食量は、
比較合金のＳＵＳ３１６にくらべると同等もしくはやや
多い値を示しているが、１０％塩化第二鉄溶液による浸
糟試験の腐食量は、比較合金のＳＵＳ３１６およびＴｙ
ｐｅ２０５よりもはるかに小さい値を示している。

以上、説明したように、本発明の合金は、従来公知の合
金に比べて高窒素、高マンガン、低ニッケルのオーステ
ナィトステンレス鋼であるため、常温における０．２％
耐力が６５ｋ９／桝以上のきわめて高い強度を有すると
ともに、塩化イオンを含む環境においても浸食されるお
それがほとんど皆無であるだけでなく、耐熱性、成形加
工性および溶接性が良好であるので、機械加工も容易で
ある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 炭素０．１５％以下、シリコン０．１〜２．０％、
   マンガン１２．０〜１８．０％、ニツケル０．５０〜６
   ．０％、クロム１５．０〜２１．０％未満、モリブデン
   ０．５〜４．０％、窒素０．２５超０．６％、ニオブ０
   ．０３〜０．３％を含み、残部鉄および不純物からなる
   耐食性にすぐれた高強度オーステナイトステンレス鋼。 ２ 炭素０．１５％以下、シリコン０．１〜２．０％、
   マンガン１２．０〜１８．０％、ニツケル０．５０〜６
   ．０％、クロム１５．０〜２１．０％未満、モリブデン
   ０．５〜４．０％、窒素０．２５超０．６％、ニオブ０
   ．０３〜０．３％、銅０．１〜２．０％を含み、残部鉄
   および不純物からなる耐食性にすぐれた高強度オーステ
   ナイトステンレス鋼。３ 炭素０．１５％以下、シリコ
   ン０．１〜２．０％、マンガン１２．０〜１８．０％、
   ニツケル０．５０〜６．０％、クロム１５．０〜２１．
   ０％未満、モリブデン０．５〜４．０％、窒素０．２５
   超０．６％、ニオブ０．０３〜０．３％を含むとともに
   、ジルコニウム、バナジウム、チタン、タンタル、アル
   ミニウムの内から選んだ１種または２種以上の元素の合
   計０．３％以下を含み、残部鉄および不純物からなる耐
   食性にすぐれた高強度オーステナイトステンレス鋼。 ４ 炭素０．１５％以下、シリコン０．１〜２．０％、
   マンガン１２．０〜１８．０％、ニツケル０．５０〜６
   ．０％、クロム１５．０〜２１．０％未満、モリブデン
   ０．５〜４．０％、窒素０．２５超０．６％、ニオブ０
   ．０３〜０．３％、銅０．１〜２．０％を含むとともに
   、ジルコニウム、バナジウム、チタン、タンタル、アル
   ミニウムの内から選んだ１種または２種以上の元素の合
   計０．３％以下を含み、残部鉄および不純物からなる耐
   食性にすぐれた高強度オーステナイトステンレス鋼。