JPS6156267A - 高耐食性及び良好な溶接性を有するフエライト−オ−ステナイト鋼合金 - Google Patents

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〕 本発明は安定なオーステナイト相と、一般的腐食に対し
て良好な面１食性と、良好な溶接性とを有するフェライ
ト−オーステナイトＣｒ−Ｎ１−Ｎ銅合金に関する。

〔従来の技術と問題点〕

複又は混合ステンレス鋼（フェライト−オーステナイト
）は化学工業で富に要望されている。市販の複鋼は主に
ＭＯと合金化される。その理由はＭＯの入らぬ複ステン
レス鋼による技術的困難性にある。というのは複ステン
レス鋼が例えば構造材料に必要な、該材料を中程度冷間
引抜をかけた際相変態を起きない特性に適合させること
が不可能だからである。

〔問題点を解決するための手段〕

体系的研究と開発により、主にＭｏがない新しい型の複
ステンレス鋼が開発され成分が調節されバランスされ驚
く程良好な特性を有した。

本発明ステンレス鋼の基本的成分は ＣＯ，０６係以下 ８１　　１．５チ以下 Ｍｎ　　　４．０チ以下 Ｃｒ　　　　２１．０−２４．５％ Ｎｉ　　　　２．０−５．５チ Ｍｏ　　　Ｏ，０１，−１，０’％ Ｃｕ　　　Ｏ，０１−ｉ、ｏｓ Ｎ　　　　Ｏ，０５−０，３チ 残部元素はＦｅと不可避的不純物であり、それによって
成分がバランスされフェライト、α、が３５−６５俤に
なる。

しかしながら化学分析のみでは本発明ステンレス鋼合金
を正しく規定するには不十分である。この鋼合金を完全
に規定するには合金成分と化学的顕微鏡組織に関して種
々の条件を特定することが更に必要である。

これらの条件のうちあるものは独特でまだ公開されてい
ない。これらの条件の１つは好ましくない窒素量の存在
、すなわち材料中の穴に関してクロム−、マンガン−及
び窒素含有物間の関係を規定する。インがット製造中材
料内の穴を防止するために比率（Ｃｒ＋Ｍｎ）／Ｎは〉
１２０、好ましくは〉１３０であることを要する。

他の条件は溶接後鋼腐食抵抗に関連する。材料にとって
（ｌ−ジヨイントの二重面溶接と通常加熱の溶接接合）
　ＡＳＴＭ　Ａ２６２法Ｅ　（Ｓｔｒａｕｓｓテスト）
に係る中間粒腐食テストに対して耐食性を有するために
、フェライト含有量（％α）は下記条件を満足するため
にあ壕り高くてはいけない。

チα＜Ｑ、２０　Ｘ　（％　Ｃｒ７％　Ｃｒ　）　＋２
３前記溶接中に６００〜８００℃の範囲で最大温度にあ
る特定域でＣｒ２Ｎ型析出を安全に回避するためにフェ
ライト含有量はより狭い以下の範囲内に保持されるべき
である。

チα＜：０．２０　　（％Ｃｒ／％Ｎ）＋８析出物はＡ
ＳＴＭＡ２６２法Ａによりしゅう酸中でエツチングする
ことにより検出せしめられる。

曲げと圧延作業中マルテンサイト内にオーステナイトの
形成は腐食、特に応力腐食に対して感受性を増大させ得
る。合金の化学分析はバランスをすべきでそれによりオ
ーステナイト相は程よく形成されて安定となる。

体系的な調査によってニッケルの増加はオーステナイト
安定化を増長しないことがわかった。多くの説明ではニ
ッケル量を増大するとオーステナイト量を増加しそれに
よってオーステナイト中のニッケルとクロムの量が減少
するとされる。オーステナイト安定化に対する窒素の影
響は同じ理由カラ低い。マンガン、モリブデン、及び銅
はオーステナイト安定性に影響を与えそれらは合金中で
クロムより量が少ない。

オーステナイト安定性を得るため合金の分析は以下の式
で決められる。

２２４×％Ｃｒ＋３０Ｘ％Ｍｎ＋２２Ｘ％ＭＯ＋２６Ｘ
％Ｃｕ＋１１０Ｘ％Ｎ）５４０本発明合金の分析値は、
該合金が種々の環境で使用するために特に適当であるよ
うになされるべきである。その環境では材料が６０℃を
起えた温度と１０００　ｐｐｍ以下の塩化物にざらきね
ると同時にオーステナイトからマルテンサイトへの変態
が明らかになく旧料が１０−３０　％室温で変形するこ
とか可能である。

合金の種々の成分は十分に選択された量中にあるのが必
須である。

炭素は合金中のオーステナイト量を増大しマルテンサイ
ト変態へのオーステナイトを安定化しながらその強度を
増大する。従って炭素の含有量は０．００５重量重量上
であることを要する。他方炭素はフェライトとオーステ
ナイト中で限界溶解度を有し、析出炭化物により耐食性
と機械的特性にマイナスに作用し得る。従って炭素含有
量は最大０．０５％好ましくは最大０．０３重量係であ
ることを要する。

冶金製造法を容易にするために珪素は重要な成分である
。珪素もマルテンサイトへの変態へのオーステナイトを
安定化させ、多くの環境での耐食性をいく分増大させる
。珪素の量は０．０５重重量上り多いことを要する。他
方、珪素は炭素と窒素に対する溶解度を減少し、強力な
フェライト形成元素として作用し中間金属相の析出傾向
を増大する。珪素含有量は最大１．０チ好ましくは最大
０．８重量％に制限される。

マンガンはマルテンサイト変態−＼のオーステナイトを
安定化し固体相と溶解物中窒素溶解度を増大させる。従
ってマンガン含有量は０．１重量係より多くすることを
要する。マンガンは酸及び塩化物中でｉ−１食性を減少
し、中間金属相の析出に対する傾向を増大する。従って
マンガンの含有量は最大２゜０ｔｌ）好ましくは最大１
．６重量係に制限される。

マンガンは１０００℃以上の温度で明確なフェライト／
オーステナイト比の変化を示さない。

クロムは他の成分のようにプラス効果を有する非常に重
要な合金成分であるがマイナス効果も関連する。モリブ
デンがなく一定マンガン量の複ステンレス鋼で、クロム
がマルテンサイト変態へのオーステナイトを安定にする
ことを主に決定する特定合金元素であることが見出され
た。クロムも固体相と溶解物中の窒素溶解度を増大し且
つ、塩化物含有液内での局部腐食に対する耐食性を増大
し有機酸での一般腐食に対する耐食性を増大する。

クロムは強力なフェライト形成元素であるので犬きなり
ロム量は最適な顕微鏡組織にするため強力なオーステナ
イト形成元素である多量のニッケルの必要性を招く。し
かしながら、ニッケルは高価な合金元素であり、クロム
含有量の増大に伴なってコストの大きな増加につながる
。クロムは中間金属相の析出傾向と４７５°脆性傾向と
を増大させる。本発明の鋼合金は従ってクロム２１チ以
上２４．５％以下、通常２１．５チ以上２４，５チ以下
、通常２３．５％以下であることを要する。クロム含有
量は好ましくは２１．０−２２．５重量％の範囲である
必要がある。

ニッケルは強力なオーステナイト形成元素であり、バラ
ンスのとれた分析と顕微鏡組織を得るために必要な合金
元素である。ニッケル含有量は２．５重量％より犬であ
ることを要する。５．５チ以下の量ではニッケルも酸に
対する一般的な腐食に対する抵抗を増大させる。増加し
たオーステナイト含有量によってニッケルは間接的に固
体相の窒素溶解度を増す。しかしながらニッケルは高価
な合金元素でありその量を制限すべきである。従つてニ
ッケル含有量は最大５．５係以下、通常４．５チ未満で
好ましくは３．５重量％未満であることを要すＯ モリブデンは非常に高価な元素でその量を制限すべきで
ある。しかしながらこの種の合金の少量中のモリブデン
の存在は腐食特性に対して利点があることを示した。モ
リブデンの量は０．１％より犬とすることを要する。コ
スト増を避けるためにモリブデンの含有量は０．６係よ
り大とすることを要する。

銅はこの種の合金で溶解度に制限がありその含有量は０
．８チより犬でなく、好ましくは０．７％より大でない
ことを要する。我々の研究では高ＣｒＡ比で窒素を付加
した基本的にモリブデンのない復調合金では銅の低含有
量は酸の中での腐食において非常に改良された抵抗にな
る。銅はまたマルテンサイトへの変態に対してオーステ
ナイト相を安定化する。合金中の銅量は０．１％より多
く好ましくは０．２％より多くすることを要する。特に
、銅グラスモリブデンの少量の組合せは酸中における腐
食抵抗を著しく増大しよう。従って銅十モリブデン含有
敞の合計は少なくとも０．１５１で銅は少なくとも００
５チであることを要する。

窒素はこの種の銅合金で多くの効果を有する。

窒素はマルテンサイト変態に対してオーステナイトを安
定化し、強力なオーステナイト形成元素であり、また溶
接に関連した高温熱影響部で非常に急速なオーステナイ
ト可成を行なう。窒素の量は０．０６−０．１２％にす
るのが好ましい。しかしながら合金元素の残部に関連し
た多量の窒素によってインゴット製造と溶接時に穴（孔
）となる。従って窒素量は最大０２５係であることを要
す。

モリブデンを含有するフェライト−オーステナイトステ
ンレス鋼からの経験では０．１チを超える窒素含有量は
溶接に関連した高温熱影響部での急速なオーステナイト
可成を得るために必要である。

得られた結果モリブデンの少量又は皆無のフェライト−
オーステナイトステンレス鋼ではオーステナイト可成が
より急速になされることがわかった。

これらの研究からモリブデンはオーステナイト形成運動
力学に影響を与え、０．１チより少ない窒素含有量は急
速なオーステナイトの急速な可成をひきおこすことが可
能となり、そのため窒素含有量は少なくとも０．０６チ
であることを要す。

合金中の９素が高含有である場合、溶接に関連（７て悩
化クロムは低温熱影響部で析出する。これはある材料に
マイナスに作用するので窒素の量を０．２５’１未満、
好−ましくけ０．２０％未満に制限することを要する。

以下の実施例は本発明に係る合金の腐食テストで得られ
た結果を示す。合金（鋼Ａｌ）を銅とモリブデンが実質
的に入らない対応合金と、そして多値のニッケルを含有
する標準合金、すなわち本発明合金と比較して高価な合
金とを比較した。テスト材料の分析を以下第１表に示す
。

以下余白 ０　　０　　０　　　。

−凶　　ω　　寸　　　　　　　　−〇　　の　　寸テ
スト材料の製造は溶解し、約１６００℃で鋳造し、１２
００℃に加熱しそして棒に材料を鍛造する。次に約１１
７５℃での押出しによって材料を熱間加工した。この材
料からテストサンプルを種々のテストに用いた。材料を
最終的に１０００゜から急冷した。

酸中の耐食性をＩＭ　Ｈ２ＳＯ４，ＲＴ　、　２０　ｍ
　Ｖ／９で分極曲線（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ　ｃｕ
ｒｖｅ）を測定することによって調査した。ここでＲＴ
は室温を示し、５　％　Ｈ２ＳＯ４と５０チ酢酸での重
量損失測定による。

その結果を第２表に示す。

第２表−腐食テスト結果 合金屋　　腐食速度１脚弥　■最大崎侵５俤馬５Ｏ４１
４θ℃５０　％　ＨＡＣ、ｂ　ｏ　Ｉ　ｌ　ｅ　ｄ　　
ＩＭ　Ｈ２ＳＯ４１０，０３０１，４ ２１、００，１４ ３０、５０，５３ 得られた結果から、本発明に係る合金の耐食性は強酸及
び弱酸においても約９％ニッケルを含む合金と比較して
著しく良好である。弱酸においてその耐食性は高合金鋼
（１７％Ｃｒ　、　１３９６Ｎｉ　。

２．６％Ｍｏ　）と実質的に同じである。その結果によ
れば酸内での良好な耐食性を得るために該合金はある量
のモリブデンと銅を含有することが必要であることを示
している。種々のモリブデンと銅の含有量の合金の体系
的テストでは０．１％を超えた量の銅又はモリブデンは
この種の合金、特にモリブデンと銅の含有量の合計が０
．１５１よシ多くそのうち銅の含有量が少なくとも０．
０５％である合金では良好な耐食性があることを示した
。

次にＨｕｓｙ−テスト、すなわち各４８時間の５期間で
沸騰６５チ濃硝酸内での腐食速度の調査から得られた結
果を説明する。■／年での腐食速度は各上記期間後測定
された。そこからの結果は第１表にあげられた合金のよ
うに正確に製造された発明のテスト合金と、名称８ＡＦ
２２０５と３ＲＥ６０の２つのテストフェライト−オー
ステナイト合金から得られる。

ｃ１１Ｃ′ＩＪ凶囚へ− （】Ｑ） 図面の浄書（内容に変更なＬ） 得られた結果により本発明の合金の特性はニッケルとモ
リブデンともに高含有量の市販複合金３　ＲＥ　６０と
５ＡＦ２２０５の特性と比較して明らかに優れているこ
とがわかる。

第１図に関連して各４８時間の函数としてＨｕｅｙ−テ
ストに関する平均腐食を示す。応力腐食に対する抵抗は
材料に４０　％　ＣａＣｌ２，１００’　、ｐｌ（−６
，５の一定の９荷をかけることによって調査された。

クラックを生ずる迄の時間は第１表に掲げたヒート（ｈ
ｅａｔ）と市販のＡｌ５Ｉ　３０４　、　Ａｌ５Ｉ　３
１６及び本発明に係る合金３７３．３７４．３７５及び
３７６のヒートについて測定された。クラックについて
の時間についての結果を第２図に示す。図かられかるよ
うに、市販合金Ａｌ５Ｉ　３０４とＡｌ５Ｉ３１６にか
けられた負荷が５（ｌ又はそれ以上減少されているけれ
ども本発明の合金にかかる平均で約８０俤が維持せしめ
られた。

【図面の簡単な説明】

第１図はＨｕｅｙ−テスト結果を示すグラフであり、第
２図はクラック迄の時間を示すグラフである。 クランク迄の時間 第２１凹

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、オーステナイト相が１０から３０％迄の範囲の冷間
   加工に安定で実質的に重量で Ｃ、０．０６％以下 Ｓｉ、１．５％以下 Ｍｎ、４．０％以下 Ｃｒ、２１％から２４．５％ Ｎｉ、２％から５．５％ Ｍｏ、０．０１％から１．０％ Ｃｕ、０．０１％から１．０％ Ｎ、０．０５％から０．３％ 残部鉄と通常の不純物の各成分を含有し、且つ前記元素
   の含有量が以下の条件： フェライト含有量、αが３５％から６５％；フェライト
   パーセント％α≦０．２０×（％Ｃｒ／％Ｎ）＋２３（
   溶接後良好な特性を得るため）； （％Ｃｒ＋％Ｍｎ）／％Ｎが＞１２０（鋳造中穴（孔）
   を避けるため）； ２２．４×％Ｃｒ＋３０×％Ｍｎ＋２２×％Ｍｏ＋２６
   ×％Ｃｕ＋１１０×％Ｎ＞５４０（オーステナイト安定
   性を保持するため）；そして ％Ｍｏ＋％Ｃｕ≧０．１５（％Ｃｕは少なくとも０．０
   ５％）を満足するようにバランスされていることを特徴
   とする高耐食性及び良好な溶接性を有するフェライト−
   オーステナイト鋼合金。 ２、前記フェライト含有量αが条件％α≦ ０．２０×（％Ｃｒ／％Ｎ）＋８を満足するように相互
   に前記元素量がバランスされることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載のフェライト−オーステナイト鋼合
   金。 ３、前記炭素量が０．０５％以下、好ましくは０．０３
   ％以下であることを特徴とする特許請求の範囲第１項又
   は第２項に記載のフェライト−オーステナイト鋼合金。 ４、前記珪素量が１．０％以下、好ましくは０．８％以
   下であることを特徴とする特許請求の範囲第１項から第
   ３項までのいずれかに記載のフェライト−オーステナイ
   ト銅合金。 ５、前記クロム量が２１．０−２４．０％の範囲にある
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項から第４項まで
   のいずれかに記載のフェライト−オーステナイト鋼合金
   。 ６、前記クロム量が２１．５−２３．５％であることを
   特徴とする特許請求の範囲第５項記載のフェライト−オ
   ーステナイト鋼合金。 ７、前記クロム量が２１．５−２２．５％であることを
   特徴とする特許請求の範囲第６項記載のフェライト−オ
   ーステナイト鋼合金。 ８、前記ニッケル量が２．５−４．５％であることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項から第７項までのいずれ
   かに記載のフェライト−オーステナイト鋼合金。 ９、前記ニッケル量が３．５％未満であることを特徴と
   する特許請求の範囲第８項記載のフェライト−オーステ
   ナイト鋼合金。 １０、前記窒素量が０．２５％以下であることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項から第９項までのいずれかに
   記載のフェライト−オーステナイト鋼合金。 １１、前記窒素量が０．０６−０．１２％であることを
   特徴とする特許請求の範囲第１０項記載のフェライト−
   オーステナイト鋼合金。 １２、前記銅量が０．１−０．７％であることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項から第１１項までのいずれか
   に記載のフェライト−オーステナイト銅合金。 １３、前記モリブデン量が０．１−０．６％であること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項から第１２項までの
   いずれかに記載のフェライト−オーステナイト鋼合金。 １４、前記銅とモリブデンの合計が０．１％であること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項から第１３項までの
   いずれかに記載のフェライト−オーステナイト鋼合金。