JPS6187855A - 耐食性及び熱間加工性の優れたステンレス鋼 - Google Patents

耐食性及び熱間加工性の優れたステンレス鋼

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JPS6187855A
JPS6187855A JP20937484A JP20937484A JPS6187855A JP S6187855 A JPS6187855 A JP S6187855A JP 20937484 A JP20937484 A JP 20937484A JP 20937484 A JP20937484 A JP 20937484A JP S6187855 A JPS6187855 A JP S6187855A
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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】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、高温硫化物環境中、特に硫化水素並びに塩
素イオンの存在する高温湿潤項境中での応力腐食割れC
以下、rsccJと略称する)や隙間腐食等に対しても
極めて高い抵抗性を示すなど、非常に優れた耐食性を有
する丘、熱間加工性も良好なオーステナイト系ステンレ
ス鋼に関するものである。
近年、耐食性及び耐酸化性に優れた安定な材料であるス
テンレス鋼の需要は、重化学工業等の分野のみならず、
各種日用品類の領域にまで幅広く浸透し、なお一層増大
する傾向を示している。
またτ方では、海水利用産業の著しい発達、或いは海底
資源の活用が大きな注目を浴びている状況下にあって、
従来のステンレス鋼以上に優れた耐食性や耐酸化性を有
するv1材の開発が怖く少望されてもいた、 〈従来の技術〉 ところで、塩素イオン(C1−)が存在する耳J境下で
ステンレス鋼を使用する場合には、特に”1・、f’(
IHj腐食”や”孔食”と言った局部腐食問題を避ける
ことができないが、この種の腐食防止を含めた耐食性向
上手段としてMOやN等を添加することのイイ効性が知
られるようになってからは、例えばδ・1水等が接触す
る腐食環境下でNを添加した高Cr高〜10含有オース
テナイト系スデンレス鋼が採用され、大きな成果を上げ
ており、これまで、合金組成に様々な工夫を凝らしたN
含有高Cr高MOオーステナイト系ステンレス声が提案
されてきた(例えば、特公昭49−40331号公報、
特開昭49−135812号公報、特開昭52−955
24号公報を参照されたい)。
〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら、より一層苛酷な環境での鋼材の使用を必
要としつつある現在の情況を考野し、実際上の様々なス
テンレス鋼使用猿境を想定して行われた本発明者等の実
験・検討結果は、[前記従来のN含有高Cr iI M
Oオーステナイト系ステンレス鋼はあくまでも1中性C
F−0□2項境での高耐食性材料であり、”高温H,5
−C1−”環境での耐食性が考慮されていないので、H
2Sを含む高温環境ではSCCを発生する」 ことを明らかにしたのである。
そして、従来のN含有高Cr高MOオーステナイト系ス
テンレス鋼におけるこのような問題は、今後の需要増が
見込まれる海底資源掘削リグLの配管や石炭液化装置等
の設計に不安を与えるものであった。なぜなら、資源掘
削リグEの配管材料は、内面はCO2−H2S −C1
−”環境に、そして管外面は1海水ミスト′″環境にさ
らされるので、耐海水性が良好であっても管内面側の耐
SCC性が不良であれば使用に耐えないと判断されるも
のであり、一方、石炭液化装置においては、高温H2S
がらみの腐食、特にSCCが最近の問題として注目され
てきたからである、 また、他方では、従来のN含有高Cr高MOオーステナ
イト系ステンレス鋼は熱間加工性に劣っており、板材の
製造り問題のあることが指摘されてきた材料でもあった
〈問題点を解決するための手段〉 本発明者等は、上述のような観点から、従来のN含有高
Cr高MOオーステナイト系ステンレス鋼にみられるE
記問題点を解決し、耐食性、特に1高温H2S −CJ
−″環境での耐SCC性に優れるとともに、強度及び熱
間加工性とも十分に満足し得る鋼材を提供すべく研究を
重ねた結果、 tal  高Cr高MO含有ステンレス声の” H2S
 −CI−”環境での耐SCC性はNi含有量に大きく
依存し、更に、適量のW或いはCuの添加により著しく
改善されること、 +bl  Nを含有する高Cr高MOオーステナイト系
ステンレス鋼の基本的な耐食性にはCr1M0及びN量
が大きく影響し、これらの含有量を、特にCr(%)+
3Mo(%)+1ON(%)≧38.0と調整すること
によって十分に満足し得る基本的耐食性能を安定して確
保できること、 tel  N含有高Cr高MOオーステナイト系ステン
レス鋼に適量のAlを添加すると、高MO高N化に伴っ
て生じる熱間加工性の劣化が抑制されること、(dl 
 ′jji4中不純物であるS及びOは結晶粒界に偏析
して鋼の脆弱化を促進するが、適量のAllの添加とと
もにS及びOを極力低減すると、N含有高Cr高MOオ
ーステナイト系ステンレス鋼の熱間加′工性は一段と向
1すること。
lel  h記オーステナイト系ステンレス鋼にB、M
g。
La又はCeの微量添加を実施すると、その熱間加工性
は更に向上すること、 ffl  従って、N含有高Cr高MOオーステナイト
系ステンレニζ鋼のCr、Mo及びN量な総合的に調整
するととも(=、これにW或いはCuを添加し、更にS
伎びOを極度に低減して適量のAIを含有せしめると、
”H2S−Cl−″環境での耐SCC性を含む耐食性や
熱間加工性が大幅に改善された鋼材が実現されること、 以1(a)〜(flに示される如き知見を得るに至った
のである。
この発明はt記知見に基づいて完成されたものであり、 オーステナイト系ステンレス鋼を C:0.03%以下(以降、%は重伊へ塾とする)、S
i:1.5%以下、    Mn : 3.0%以下。
Cr: 19.0−25.0 %、  Ni:21.0
〜30.0%。
Mo : 6.0超〜10.0%。
W又はCuの1種以上: 0.3〜2.0%。
AJ:0.01〜0.15%.N:0.05〜0.30
%゜P : 0.03%以下、    S:0.002
%以下。
o : 0. o o 595以下 を含有するか、或いは更(= B 、 Mg 、 La又はCeの1種以上:0.00
1へ0.100% をも含有し、 残部:Fe及び他の不可避的不純物 から成り、かつ、式 %式% を満足する成分組成に構成することにより、十分な強度
はもちろんのこと、優れた耐食性(特に、”高温H2S
−C1−”環境での耐SCC性をも含む)並びに良好な
熱間加工性をも備えしめた点に特徴を有するものである
次に、この発明のオーステナイト系ステンレス鋼におい
て、各組成成分の含有割合を前記の如くに数値限定した
理由を説明する。
a)  C Cはオーステナイト生成元素であるが、0.03%を越
えて含有させると鋼の耐粒界腐食性の低下をもたらすこ
とから、C含有量を0.03%以下と定めた。なおだC
含有量が少ないほど鋭敏化感度性が低下するので、C%
は極力抑えるのが好ましい。
b)  5i Si成分は、耐酸性並びに針孔食性改善に有効な元素で
あるが、1.5%を越えて含有させると鋼の溶接性及び
熱間加工性が阻害される傾向が出て来ることから、Si
含有量を1.55ef以下と足めた。
なお、Si量が微量であってもそれなりの耐酸性及び耐
孔食性改善効果は認められるが、できれば0.05%以
上の含有量を確保することが望ましい、c)Mn Mn成分には、Nの固溶量を増大し安定化する作用があ
るが、3.0%を越えて含有させると硫化物の生成が増
大し、耐孔食性や加工性の劣化を招くことから、Mn含
有量を3.0%以下と定めた。
なお、微量のMn量であってもそれなりのN安定化効果
が発揮されるが、好ましくは0.1%以上の〜1nを含
有させるのが良い。
((I  Cr Cr成分には、耐酸性、耐孔食性、耐隙間包食性並びに
その他の一般耐食性を改善する作用があり、極めて重要
な元素であるが、その含有量が190%未満では”H2
S −(J−” 環境における耐食性が十分でなくなる
。一方、本発明のような高Mo合金系では、Cr含有量
が25.0%を越えるとσ相の析出が促進されて脆化が
起り易くなるとともに、完全オーステナイトが得られに
くくなる。
従って、Cr含有量は19.0〜25.0%と定めた。
e) Ni Ni成分は主要なオーステナイト生成元素であり、Cr
等のフェライト生成元素とバランスしてその組織をオー
ステナイト−相に保つために重楚な役割を果すものであ
る。そして、鋼の耐酸性や塩化物を含む高温溶液甲境に
おける耐食性を改善する作用をも有しているが、Ni含
有量が21.0%未満では高温のH2S−(J’−溶#
環境での耐SCC性改善が十分でなく、一方、30.0
%を越えて含有させると熱間加工性の悪化を招くことか
ら、Ni含有量は21.0〜30.0%と定めた。
f)  M。
MO酸成分、Crと同様、鋼の針孔食性及び耐隙間腐食
性の改善に必須の元素であるが、その含有量が60%以
下では海水等のようなCA” 濃度の高い環境下におけ
る耐隙間腐食性が劣化し、かつH2Sを含む塩化物環境
での耐孔食性も劣化する。そして、MO含有量は多くな
るほど耐食性も向丘するが、10.0%を越えて含有さ
せるとσ相の析出が促進されて鋼が脆化するようになり
、熱間加工性が極度に悪化することから、 Mo含有量
を6.0超〜10,0%と足めた、 g)w 、及びCu これらの成分は、いずれも、塩化物溶液中での耐孔食性
及び耐隙間腐食性の改善に有効なものであり、また、特
にNiとの複合添加によって“H2S−C1−″環境で
の耐SCC性を著しく向トさせる均等な作用を有してい
ることから、いずれか1種、或いは2種の同時添加を行
うものであるが、その含有量が0.3%未満では前記作
用に所望の効果が得られず、一方、2.0%を越えて含
有させると察の熱間加工性が劣化するようになることか
ら、W及びCuの含有量は、単独又は複合で0.3〜2
.0%と定めた。
h)Al Al成分は、高MO高N鋼の熱間加工性を改善する作用
を有しているので欠くことのできない元素であるが、そ
の含有量が0. o i %未満では前記作用に所望の
効果が得られず、一方、0.15%を越えて含有させる
と鋼の耐食性を劣化させることから、Al含有鰯は0.
01〜0.15%と定めた。
i)  N N成分は、前記Cr、Ni及びMO同様、鋼の耐食性(
特に耐孔食性及び耐隙間腐食性)向とに有効なものであ
るが、その含有量が(105%未満では十分な耐食性向
丘効果が得られず、一方、O,jO%Fを越えて含有さ
せると鋼塊中に気泡を発生しがちになることから、N含
有量は0.05〜0.30%と定めた。
j)P Pは鋼中に不可避的に混入する不純物元素であるが、溶
接性の低下や熱間加工性の劣化をもたらすので極力低減
するのが好ましい。そして、P含有量が0.0395を
越えると、溶接性や熱間加工性の劣化傾向が目立つよう
になることから、P含有量を0.03%以下と定めた。
k)S Sは、Pと同様、鋼中に不可避的に存在する不純物元素
であり、針孔食性及び熱間加工性に悪影響を及ぼすもの
である。そして、S含有量が特に0.002%を越える
と熱間加工性の劣化が著しくなることから、その許容量
を0.002%以下と限定した。
即ち、本発明の如き高MO高N含有合金においては高温
での変形抵抗が非常に大となるため、熱間加工の際に変
形が粒界に集中してその箇所より割れが発生し易いが、
Sは結晶粒界に偏析して脆化を促進する挙動を示す元素
なのである。そして、この発明の鋼では、抵抗S化によ
る熱間加工性改善効果を確保するためにsBの許容り限
値を0.002%と定めたが、望ましくはO,On 1
%以下にS量を制限するのが良い。
ところで、第1図は、(19,5〜21.6 ) %C
r−(23,4〜262]%Ni −(5,0〜6.7
)%M。
−(0,12〜0.22 )95N’Xlについて、熱
rgJ fyu工性に及ぼすSの影響を調査した結果が
示されたグラフであるが、この第1図は、 「S含有量を0.002%以下に抑えることで熱間加工
性がかなり改善され、O,0O1%以下では更に顕著な
熱間加工性改善効果を得られる」ことを来示している。
/りO Oも、Sと同様に鋼の高温度変形態を低下させ、熱間加
工性を著しく劣化させる不純物元素であるが、その含i
tを0.005q6以下に抑えると前記熱間加工性劣化
作用が目立たなくなることから、O含有量を0.005
%以下と足めた。
”)B + Mg 、La及びCe これらの成分には、いずれも、rs−toの低減」並び
に「Mの添加」と相俟って高MO高N鋼の熱間加工性を
向トする均等な作用があるので、特に熱間加工性を一段
と向上させる必要がある場合に1)以り添加されるもの
であるが、その含有量が(1,0014未満では上記作
用に顕著な効果が得られず、一方、0.100%を越え
て含有させると鋼塊疵を発生するようになることから、
これらの成分の含有量は、単独又は複合で0.001〜
0.100粥と定めた。
なお、Cr + MO及びNは、いずれも、塩化物溶液
環境における鋼の耐孔食性・耐隙間腐食性改善のために
欠かせない成分であるが、これらは相カに密接に関連し
て前述のような耐孔食性−耐隙間腐食性改善効果を醸し
出すものであって、り1中におけるこれらの含有割合を
、特に Cr(%)+3Mo (% )+1 ON(%l )≧
38.0とすることで耐食性能がより安定化することが
ら、Cr * MO及びN含有量は、上9式を満足する
ように更に総合的に調整することと定めた。
また、通常、鋼中のCを固定するためにはTi等の安定
化元素を添加することが多いが、この発明の鋼ではNを
添加するため安定化元素の添加は行わない。なぜなら、
例えばTiを添加すると、該Tiは鋼中のNと結合して
TiNを生成し、有効N童を低減するからである。
上述のように、この発明のオーステナイト系ステンレス
鎧は、”C1−02”系よりも腐食性の厳しい”H2S
−Cl−”系環境で優れた耐食性を発揮する材料である
が、” cz−−o□′系環視環境いても十分に優れた
耐食性を示すことは断わるまでもないことである。
次いで、この発明を実施例により比較例と対比しながら
説明するが、該実施例によってこの発明の技術的範囲が
制限されるものでないことは言うまでもない。
〈実施イダ1〉 まず、真空溶解法によって第1表に示される如き成分組
成の鋼■〜Oを溶製した。
次に、これを常法通り熱間圧延して熱延鋼板とした後、
固溶化熱処理(1)00℃×30分保持後、水冷)を施
し、続いてTIGなめ溶接(溶接フィラーなし)してか
ら、SCC試験片【75謬’XIO□WX 2 rtr
m ’の寸法のもの2枚)と隙間腐食試験片(30雫”
 20 vm wX 3燗1の寸法のものと、3 Q 
tpn ’ X 15 mげX 3 mm ’の寸法の
もの)とを切り出し、SCC試験並びに隙間腐食試験を
実施した。
SCC試験には、第2図に示されるように、2枚の前記
試験片1.1を重ね合せた状態でU字状に曲げ、更にフ
ッ素樹脂製ブツシュ2.2を介してTi1.Jボルト3
及びTi製ナツト4で拘束したもの10′)液中に一定
時間浸漬すると言う”ダブルUベント試験”(5鼎拘束
)を採用した。なお、第1図における符号5は溶接部を
示すものであり、また、試験条件は次の通りであった。
試験液:H2S分圧がIO気圧(室温)の食塩水r c
i−濃度がI O5ppmのもの)、液 温:150℃
試験時間=720時間。
そして、耐SCC性の評価は、該試験終了の後拡大鏡観
察或いは断面ミクロ観察にて割れの有無を調査する方法
によった。
一方、隙間腐食試験には、第3図(二元されるように、
大小2枚の試験片6.6を車ね合わせて隙間を形成し、
その中央部をTi製ボルト7及びTi製ナツト8で強く
締め付け(このとき、フッ素樹脂製ワッシャ9.9を介
挿させた)、これを試験液中に一定時間浸漬すると言う
方法を採用した、なお、@2図における符号10は溶接
部を示しており、また、その試験条件は次の通りであっ
た。
試験液: H2S分圧が10気圧(室温)の食塩水(C
/!−濃度が30’ppmのもの)。
液  温: 150℃ 試験時間ニア20時間。
l1iit隙間腐食性の評価は、1紀試験終了の後、肉
眼観察及び腐食減量による隙間腐食の有無を調査する方
法によった。
また、これとは別に熱間加工性の調査も実施した。
熱間加工性の調査は、熱延・固溶化処理後の前記素材か
ら機械加工により引張り試験片を切り出し、1200℃
での高温扱口試験を行って、試験片が破断するまでの捩
り回数を求める方法によって実施した、 以1の試験結果を第2表に示した。
第2表に示される結果からも次のことが明らかである。
即ち、 耐SCC性について 本発明鋼■〜Qでは何らSCCを発生しなかったのに対
して、Ni量が21.0%以下の比較鋼O〜■、及びW
又はCu量が0.3%未満の比i 鋼@−[相]にはS
CCの発生がみられる。
本発明鋼■〜0では隙間腐食の発生がみられなかったノ
ニ対して、CCr(%)+3Mo (%)+1 ON(
%)〕の値が38.0未満の比較鋼@、6.0−〇では
隙間腐食を発生することがわかる。
なお、本発明鋼は、′″C1C1−−0□(例えば海水
)においても良好な耐食性を有していることも確認され
た。
熱間加工性 本発明鋼■〜のでは破断に至るまでの捩り回数が20回
以Eと、極めて優れた熱間加工性を示すのに対して、鋼
の成分組成条件が本発明の範囲から外れている比較鋼O
−■は、いずれも捩り回数が20回を下回っていること
がわかる。
なお、比較鋼のは、MO含有伊が低いので優れた熱間加
工性を示してはいるが、前述のように耐食性が劣ってい
るものである。
これらの実施例からも明らかなように、この発明のオー
ステナイト系ステンレス鋼は、高Cr、高MO、高N、
高Ni  とすることの複合効果を主体にして、特に”
高温H2S−Cl−”水溶液環境での酊SCC性や耐隙
間腐食性を自重し、極低S化、杯低O化並びにAl添加
等を主体として熱間加工性る改善したものである。
く総括的な効果〉 以上説明したように、この発明によれば、海水のような
中性の高濃度塩化物環境(0□−C15tl境)での優
れた耐食性はもちろんのこと、H2Sを含む環化物環境
(H2S−Cl−環境)での優れた耐SCC性をも有し
、かつ熱間加工性や強度の点でも申し分のないオーステ
ナイト系ステンレス鋼を提供でき、苛酷な腐食環境等で
使用される各種設備や装置畑の性能を一段と向上するこ
とが可絆となるなど、産業を極めて有用な効果がもたら
さハ、るのであ2)。
【図面の簡単な説明】
第1図は、高MOA N含有オーステナイト系ステンレ
ス鋼の熱間加工性に及ぼすSの影響を示すグラフ、 第2図は、応力腐食割れ(SCC)試験で使用したダブ
ルUペンド試験片を示す概略図、第3図は、隙間腐食試
験で使用した試験片を示す植略図である。 1.6・・・試験片、 2・・・フッ素樹脂製スリーブ、 3.7・・・Ti製ボルト、 4.8・・・Ti製ナツト、 5.10・・・溶接(TIGなめ溶接)部、9・・・フ
ッ素樹脂製ワッシャ。 出頓人  住友金属工業株式会社 代理人  富 1)和 夫  ほか2名第1図 0    0.001   0.002   0.00
3   0.004   0.005S 含有量 (V
t%)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)重量割合にて、 C:0.03%以下、Si:1.5%以下、Mn:3.
    0%以下、 Cr:19.0〜25.0%、 Ni:21.0〜30.0%、 Mo:6.0超〜10.0%、 W又はCuの1種以上:0.3〜2.0%、Al:0.
    01〜0.15%、 N:0.05〜0.30%、 P:0.03%以下、S:0.002%以下、O:0.
    005%以下、 残部:Fe及び他の不可避的不純物 から成り、かつ、式 Cr(%)+3Mo(%)+10N(%)≧38.0を
    満足する成分組成であることを特徴とする、耐食性及び
    熱間加工性の優れたオーステナイト系ステンレス鋼。 (2)重量割合にて、 C:0.03%以下、Si:1.5%以下、Mn:3.
    0%以下、 Cr:19.0〜25.0%、 Ni:21.0〜30.0%、 Mo:6.0超〜10.0%、 W又はCuの1種以上:0.3〜2.0%、Al:0.
    01〜0.15%、 N:0.05〜0.30%、 B、Mg、La又はCeの1種以上: 0.001〜0.100%、 P:0.03%以下、S:0.002%以下、O:0.
    005%以下 残部:Fe及び他の不可避的不純物 から成り、かつ、式 Cr(%)+3Mo(%)+10N(%)≧38.0を
    満足する成分組成であることを特徴とする、耐食性及び
    熱間加工性の優れたオーステナイト系ステンレス鋼。
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