JPS61243149A

JPS61243149A - 高耐食焼結二相系ステンレス鋼の製造方法

Info

Publication number: JPS61243149A
Application number: JP8408685A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Taruya; 芳男樽谷; Takeo Kudo; 赳夫工藤
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1985-04-19
Filing date: 1985-04-19
Publication date: 1986-10-29

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】（産業上の利用分野）本発明は、従来の鋳造による方法では製造時の割れ発生
の問題より商業的生産が実質上困難であるところの耐食
性に著しく優れた二相系ステンレス鋼の製造方法、特に
粉末冶金法により二相系ステンレス鋼粉末から、海水中
でも著しく優れた耐孔食性と耐隙間腐食性を有する高耐
食性二相系ステンレス鋼を製造する方法に関する。

（従来の技術）水アトマイズ法、粉砕法、粒界腐食法等により製造され
たステンレス鋼粉は従来よりその優れた耐食性と耐熱性
を生かし、機械構成部品、時計部品、フィルターエレメ
ント、装飾品等の製造に用いられていた。しかしながら
、近年におけるガスアトマイズ法の発展は鋼中酸素量の
低い良質のステンレス鋼粉を比較的安価にかつ大量に供
給することを可能とし、その結果各種の新しい用途開発
を促した。例えば、１９８４年９月１７〜２０日、米国
ミシガン州デトロイトで開催されたＡｍｅｒｉｃａｎ　
５ｏｃｉｅｔｙ　Ｆｏｒ　Ｍｅｔａｌｓ主催の１９Ｂ４
年ＡＳＭ　１ｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅ
ｎｃｅ　ｏｎ　Ｎｅｗ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ　　
においてＣ１ｅａｓ　Ｔｏｒｎｂｅｒｇ　　が報告した
８４１０−０１３報告にみるように、ガスアトマイズ法
により製造したステンレス鋼粉を炭素鋼製カプセルに充
填、冷間静水圧法によりカプセルを高密度化してビレッ
トとし、次いで熱間押出法により継目無し管とすること
が行なわれている。適用鋼種もＴＰ３０４．３０４Ｌ等
のオーステナイト系ステンレス鋼、丁Ｐ３２９等の二相
系ステンレス鋼、ＴＰ４４６のフェライト系ステンレス
鋼、Ａ１１ｏｙ６２５等のＮｉ基合金と極めて広範とな
っている。

ステンレス鋼粉を原料として焼結、あるいは圧粉成形、
接合して密度を高めた、従来の造塊材と同等の機能と性
質をもたせた材料の特徴は（１）溶解材にみられる造塊
時の凝固偏析に起因する成分変動がステンレス鋼粉を原
料とした鋼材にはみとめられないこと、（２）鋼中のＳ
、Ｐの偏析が小さく、非金属介在物も細かく分散してい
ること、（３）高温での加工性が悪く製造が困難であっ
たものが、比較的容易に製造可能となること、（４）別
種の鋼粉を使った複合材が製造可能であること等である
。

（発明が解決しようとする問題点）ところで、現在、日本国内においては未だステンレス鋼
の復水器は一般的ではなく、主として銅合金やチタン合
金製の復水器が使用されているが、米国においては海水
汚染の進行とともに銅合金チューブの損傷が多発するよ
うになり、より耐食性にすぐれているステンレス鋼を採
用しようという動きが活発化してきいる。国内において
も、こうした米国、さらにはヨーロッパ諸国での動きを
意識したステンレス鋼使用の検討が行われようとしてい
る。

従来より、耐海水性ステンレス鋼としては、８２５　、
ＡＬ−６χ、９０４Ｌ、　２５４５Ｍ０といったオース
テナイト系、ＡＬ２９−４Ｃ、ＭＯＮＩＴ　、　５ＥＡ
−ＣＵＩ？Ｅといったフェライト系、ＤＰ−３、Ｆｅｒ
ｒａｌｉｕｓ＋　２５５といった二相系の各種高耐食性
鋼が市販されているが、オーステナイト系のステンレス
鋼は多量のＮｉを含有するため極めて高価であり、他方
、安価なフェライト系ステンレス鋼には靭性、特に溶接
部での靭性劣化の問題があった。

二相系ステンレス鋼はこうした両者のあいだにあって、
安価でかつ靭性にすぐれた耐食性鋼であったが、現在市
販されている二相系ステンレス鋼は加熱時に１０００℃
以下、６００℃以上の温度領域で生成するシグマ相生成
に伴う著しい脆化の問題、４７５℃脆性の問題ならびに
熱間加工時の耳割れ等の問題より高Ｃｒ、高Ｍｏ化に制
約があり、耐海水性の耐食性鋼、特にコンデンサー用チ
ューブとしては必ずしも十分とはいえない面があった。

（発明が解−決しようとする問題点）本発明の第一の目的は、従来の鋳造による方法では製造
時の割れ発生の問題より商業的生産が実質上困難である
海水中での耐孔食性、耐隙間腐食性の著しく優れた二相
系ステンレス鋼の製造方法を提供することにある。

本発明の別の目的は、高濃度塩化物水溶液中でＣＣ著しく優れた耐応力腐食割れ性（以下、「耐淋性」とい
う）を有する二相系ステンレス鋼の製造方法を提供する
ことにある。

本発明の別の目的は耐海水性に著しく優れたコンデンサ
ー用高耐食二相ステンレス鋼を製造する方法を提供する
ことにある。

さらに本発明の別の目的は、粉末冶金法による、ＣＣ飛躍的に耐孔食性、耐隙間腐食性、耐ｍ性が改善され、
靭性にも優れた、二相系ステンレス鋼粉より、従来の鋳
造による方法では製造時の割れ発生の問題より商業的生
産が実質上困難である二相系ステンレス鋼の製造方法を
提供することにある。

二相ステンレス鋼の耐食性は主としてＣｒｌ！：ＭＯに
より決定され、高Ｃｒ、高Ｍｏであることがより望まし
いが、従来の二相系ステンレス鋼においては製造時のシ
グマ相生成に伴う脆化の問題、４７５℃脆性の問題、な
らびに熱間加工時の耳割れ等の問題より、耐食性改善効
果を有するＣｒ、　Ｍｏ濃度は、Ｃｒ濃度２６％、Ｍｏ
濃度３．５％、耐孔食性レベルを示す周知の指数、Ｃｒ
＋３　ＸＭｏ　（％）でおよそ３６．５が、実際上製造
できるその上限であつた。

このＣｒ　＋３　ｘＭｏ（％）の値は、高いほうが耐孔
食性に優れ、コンデンサー用の耐海水性鋼としては３８
以上が必要とされている。

したがりて、本発明のなおさらに別の目的は、従来の溶
解−鋳造法では製造が困難かまたは極めて困難であった
Ｃｒ　＋　３　Ｘ　Ｍｏ　（％）の値が３７以上、望ま
しくは３８以上の高Ｃｒｓ高Ｎｏの二相系ステンレス鋼
の粉末冶金法による製造方法を提供することである。

（問題点を解決するための手段）すなわち、本発明の要旨とするところは、鋼中の主たる
合金成分であるＣｒ、Ｎｉ、Ｍｏが下記の重量％で含有
され、かつ、必要に応じ、０．０２〜０．３５％のＮを
含有する、平均粒径が２００μｍ以下であるステンレス
鋼粉を金属製容器内に充填した後内部を真空脱気してま
たは真空脱気後窒素ガスを内部に充満させたまま密封し
、前記金属製容器を鋼粉を中に入れたまま熱間、または
冷間＋熱間での加工の組合せにより高密度化して焼結す
る高耐食焼結二相系ステンレス鋼の製造方法である。

Ｃｒ：　　２６．００　〜３２．００重量％、Ｎｉ：　
　８．００　〜１５．００重量％、Ｍｏ：　　２．５０
　〜５．００重量％。

重量明において真空脱気は室温で行なってもよいが、金
属容器内ならびにステンレス鋼粉付着の水分を効率良く
除去する目的よりは２００℃以上が望ましい、真空脱気
後、金属容器内を主として窒素ガスより成る気体を内部
に充満させたまま密封した場合には、鋼粉を中に入れた
まま金属製容器を加熱する際、窒素ガスが内部への熱伝
達を助ける働きがある。

本発明においては原料として二相系ステンレス鋼粉を用
い、粉末冶金法により二相ステンレス鋼体とするため熱
間製造時のシグマ脆化による割れの問題が克服され、従
来の鋳造による製造方法では実際上困難であったＣｒ濃
度２６％以上、Ｍｏ濃度３゜５％以上、耐孔食性レベル
を示す周知の指数Ｃｒ＋３ＸＭｏ（％）でおよそ３６．
５以上の高Ｃｒｓ　Ｍｏ鋼の製造が可能となる。

なお、粉末法の特徴を生かし使用するステンレス鋼粉は
同一種の二相系ステンレス鋼粉ばかりでなく、二種以上
の二相系ステンレス鋼粉を混合して使用してもよい。

（作用）次に、本発明において上述のようにその範囲を限定した
理由について説明する。

まず、本発明において鋼組成を上述のように限定したの
は、Ｃｒｓ　Ｎｉｓ　Ｍｏはいずれも本発明が目的とす
る基本的な耐食性を決定する重要な元素であり、本発明
における鋼組織をフェライトとオーステナイトの二相系
組織とする上で、Ｃ％　Ｓｉｓ　ＭｎｘＮ等とならんで
重要な元素であるからである。

ｃｒｔ１度は高い程耐食性が改善されるが、３２．００
％を超えて含有する場合には経済鋼としての良さが失わ
れるばかりではなく、本発明法によってもシグマ脆化、
４７５℃脆性といった問題より製造性が極めて悪くなり
、困難となる。Ｃｒ濃度が２６％未満では従来の鋳造法
での製造が可能となるばかりでなく本発明の目的とする
コンデンサー用チューブとしての優れた耐海水性が得ら
れなくなるため、下限を２６．００％とした。好ましく
は２７．０〜３０．０％である。

Ｎｉは耐食性を向上させる上で有効な元素であるが、Ｎ
１はオーステナイト生成能力が大きいため、本発明鋼を
フェライトとオーステナイトの二相組織とするうえから
も、適正量添加する必要がある。

本発明鋼においてはＮｉＮは８．００〜１５．００％と
定める。

ＭｏはＣｒ、　Ｎｉとならんで本発明における目的とす
る耐食性を左右する重要な元素である。本発明における
目的とする耐食性を確保するためには、２゜５０％以上
必要であるｅ　Ｍｏ９９度が高い程、より耐食性が改善
されるが、Ｍｏを５．００％を超えて含有する場合には
、本発明法によってもシグマ脆化、４７５℃脆性といっ
た問題より製造性が極めて悪くなり、困難となるため上
限を５．００％と定めた。

Ｎは本発明においてＮｉとならんで極めて有効なオース
テナイト生成能の強い元素である。Ｎは本発明において
製造する鋼をフェライトとオーステナイトの二相組織と
するうえからは不可欠の元素ではないが、本発明におい
ては必要に応じてＮを含有させる。Ｎを含有させること
によって、高温でのオーステナイト相の生成が促進され
、溶接部での耐食性劣化を軽減する効果がある。本発明
においては、Ｎ含有量を０．０２〜０．３５％とする。

その他本発明にあっては、鋼中成分として、通常、ステ
ンレス鋼に含有される添加元素と不純物の外、Ｓ　、　
Ｐｂ、　Ｓｅ、　Ｔｅ、　Ｃａ等の被削性改善成分を含
有させても良い。

また、Ｍｇ、　ＲＥＭ　、Ｂ等を必要に応じて添加して
も良い、さらに、微量の７１％　Ｎｂｓ　Ｚｒ等の鋼中
Ｃとの結合力の強い元素を添加しても良い。

本発明において使用する鋼粉の平均粒径は２００μＩ以
下であるのが良い、好ましくは５０〜１５０μ論である
。

本発明における１つの特徴は、熱間または冷間および熱
間での加工の組合せにより高密度化する点にある。熱間
および冷間での具体的な加工方法としては熱間静水圧法
、冷間静水圧法、熱間押出し、熱間鍛造、熱間圧延、冷
間抽伸、冷間圧延等がある。熱間＋冷間での加工方法の
具体的な組合せとしては、熱間静水圧法＋熱間押出し、
熱罰静水圧法＋熱間鍛造、熱間静水圧法士熱間圧延、冷
間静水圧法＋熱間押出し、冷間静水圧法＋熱間鍛造＋熱
間圧延法およびその後に各々冷間圧延を実施する方法が
ある。上記方法以外の工程において製造される場合にあ
っても、焼結のみによって製造される以上の高密度化が
熱間および／または冷間での加工によって図られている
場合には本発明に含まれる。

かくして本発明にかかる方法により得られた鋼における
フェライト相とオーステナイト相との割合は、１０００
℃以上、１１００℃未満の適正なる焼鈍条件において、
フェライト相の割合が３０〜７０％、望ましくは４０〜
６５％であるのが良い。

次に、具体的な実施例を挙げて本発明をより詳細に説明
する。

実施例第１表に示す組成の３種類の窒素ガスアトマイズ鋼粉を
製造した。

これらの３種類の鋼粉を炭素鋼製カプセルに充填後、加
熱しながら真空に引いて内部を脱気して密閉した。

炭素鋼製カプセルはステンレス鋼製カプセルでも良いが
、鋼中Ｃ量は低い方がより望ましい。望ましくは、０．
０３％以下が良い。真空引きは１×１０−　’ｎｕｗＨ
ｇで５００℃ｘｌｈｒの条件下で行った。保持温度は室
温でも可能であるが、内部の水分を除去する目的より加
熱した方がより効果的である。ただし、加熱は５００℃
以下でも十分である。なお、真空脱気後、カプセル内に
窒素を封入してもよい。

カプセル内に窒素ガスを封入した場合には、鋼粉を内部
に入れたままカプセルを加熱する際に加熱がより効果的
に均一に行われる。

次いで、これを熱間静水圧法により炭素鋼製カプセルを
加圧成形した。この工程に代えて冷間静水圧法により冷
間で加圧、高密度化した後、熱間押出し法、熱間鍛造法
等により焼結、高密度化しても良い。緻密化は光学顕微
鏡観察で空孔が認められないのが望ましいが、認められ
たとしてもわずかの欠陥として認められる程度であるの
が良い。

熱間静水圧加工は、１３５０℃Ｘ１ｈｒ保持、２０００
気圧の条件で実施した。次いで、これを１２５０℃に再
加熱した後熱間鍛造により、厚さ３０ｍｍ　Ｘ幅８０１
×長さ１５（ｂｗ＋ｍとし、さらに熱間圧延により厚さ
８ｍｍＸ幅８０ｍｍ　ｘ　Ｌとした。１０６０℃Ｘ２０
ｍ１ｎ保持後、水冷の熱処理を実施した後、試験に供し
た。

試験による材質評価は、８０℃、Ａｒ脱気した人工海水
中での孔食電位測定、１１００ＯＧＩｐ　Ｃ１−，２０
０℃の空気飽和溶液中での耐応力腐食割れ性試験、およ
び３０℃流動下における海水中浸漬人工隙間腐食試験（
平均流速＜Ｑ、１ｍ／５ｅｃ）により行った。

上記の１１０００ｐｐ　ＣＩ　−，２００℃中での耐応
力腐食割れ性試験は板厚２ＩＩＩ１１、板幅１１０ｌｌ
１、長さ７５ｍｍの短冊状試験片を、二枚重ねでＵ字曲
げをした“ダブルビベンド試験片”で実施した。

なお、３０℃流動下における海水中浸漬人工隙間腐食試
験は、第１図および第２図に示すデルリン製治具を用い
て人工隙間を作った後、３０日間の海水中浸漬を行い、
隙間腐食を発生した隙間数でその耐食性を評価した。試
験片は板厚２ＩＩＩｍ、板幅７０Ｂ、長さ２００＋ｕａ
であり、表面仕上げは湿式エメリー６００番研摩で行っ
た。

ここに、第１図に示すデルリン製治具１にはその円周に
沿って複数の凸部２が設けられているため、第２図に示
すようにボルト、ナツト３．４を使ってこの２個の治具
１の間に挟持された試験片５には複数の隙間が形成され
る。そして、治具１とともに上記海水中に浸漬する。

第２表には従来の溶解材の例を比較例として示す。

第３図は第２表の孔食電位（Ｖ　ｖｓ　５ＣＥ）をＣｒ
　＋　３Ｍ０（％）に対してプロットして示すグラフで
ある。

第２表および第３図に示す結果からまず分かることは従
来の溶解材と比較して、各耐食性は本発明によれば著し
くすぐれていることである。これは比較例の場合、Ｃｒ
およびＮｉ含有量がかなり低いことによるのであるが、
従来法では本発明によるような高いＣｒ含有量およびＮ
ｉ含有量のものが得られなかった以上、上述のようなす
ぐれた耐食性は従来達成されなかったものであり、その
限りにおいても本発明の効果にはすぐれたものがある。

また、第３図に示すグラフからも明らかなように、Ｃｒ
量が増加、つまりＣｒ　＋　３Ｍｏが３７、特に３８を
過ぎるとその孔食電位は顕著に増大している。しかも、
本発明の場合、粉末冶金法を採用しているため上述のよ
うにすぐれた材質のものがいかなる形状のものであって
も成形歩留良く製造されるのであって、本発明の斯界の
発展に寄与するところ大といわざるを得ない。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、人工隙間腐食試験に用いたデル
リン製治具のそれぞれ斜視図および側面。図；および第３図は、実施例のデータをプロットして示すグラフで
ある。１：デルリン製治具　　　２：凸部３：ボルト　　　　　　　４：ナント５：試験片

Claims

【特許請求の範囲】

（１）鋼中の主たる合金成分であるＣｒ、Ｎｉ、Ｍｏが
下記の重量％で含有され、平均粒径が２００μｍ以下で
あるステンレス鋼粉を金属製容器内に充填した後内部を
真空脱気して、または真空脱気後窒素ガスを内部に充満
させたまま密封し、前記金属製容器を鋼粉を中に入れた
まま熱間、または冷間＋熱間での加工の組合せにより高
密度化して焼結する高耐食焼結二相系ステンレス鋼の製
造方法。Ｃｒ：２６．００〜３２．００重量％、Ｎｉ：８．００〜１５．００重量％、Ｍｏ：２．５０〜５．００重量％。
（２）鋼中の主たる合金成分であるＣｒ、Ｎｉ、Ｍｏが
下記の重量％で含有され、かつ０．０２〜０．３５％の
Ｎを含有する、平均粒径が２００μｍ以下であるステン
レス鋼粉を金属製容器内に充填した後内部を真空脱気し
て、または真空脱気後窒素ガスを内部に充満させたまま
密封し、前記金属製容器を鋼粉を中に入れたまま熱間、
または冷間＋熱間での加工の組合せにより高密度化して
焼結する高耐食焼結二相系ステンレス鋼の製造方法。Ｃｒ：２６．００〜３２．００重量％、Ｎｉ：８．００〜１５．００重量％、Ｍｏ：２．５０〜５．００重量％。