JPS62287051A - 耐粒界腐食性並びに耐粒界応力腐食割れ性の優れたオ−ステナイト系ステンレス鋼 - 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】 ３、発明の詳細な説明 ［産業上の利用分野］ 本発明は、各種の化学工業分野あるいは原子力Ｔ業分野
等におりる腐食の問題、特に強酸化性環境下におりる粒
界腐食並びに粒界応力腐食割れを軽減し、しかも加工性
や溶接性の優れたオーステナイト系ステンレス鋼に関す
るものである。

［従来の技術］ ステンレス鋼は耐食性の良好な材料どして広く実用化さ
れており、例えは硝酸等の存在する酸化性環境は、オー
ステナイト系ステンレス鋼の耐食性か最も有効に発揮す
ることのできる環境の一つとされている。ところが硝酸
イオンにクロムイオン等が共存する強酸化性環境のもと
では、オーステナイト系ステンレス鋼といえどもしばし
ば粒界腐食や粒界応力腐食割れを発生することが経験さ
れており、化学工業や原子カニ業の分野では重大な事故
を生じる危険がある。強酸化性環境下にお＋）る粒界腐
食や粒界応力腐食割れの発生機構を考えてみると、次に
示す２つの現象のうちいずれかに起因するものと考えら
れる。

■オーステナイ［・系ステンレス鋼を５００〜８００℃
の温度域に長時開基らずど、結晶片☆界にクロム炭化物
が析出し、その反映として粒界近傍には逆にクロム欠乏
層ができる（いわゆる鋭敏化現象）。しかるに強酸化性
環境のもとではこれらクロム炭化物とクロム欠乏層がい
ずれも環境溶液中に溶解し、その後に粒界腐食及び粒界
応力腐食割れとなって現われる。

■オーステナイト系ステンレス鋼は一般に溶体化処理状
態で使用されるが、このような熱処理温度のもとでもオ
ーステナイト粒界にＰ、Ｓｔ、Ｓ等の鋼中不純物が平衡
偏析しており、強酸化性環境下ではこれらの不純物偏析
層が徐々に溶解して粒界腐食や粒界応力腐食割れを起こ
す。

従って強酸化性環境下における粒界腐食等を防止する為
には、上記の、■の原因を回避する為の対策を講するこ
とが有効であろうと考えられる。

一方、強酸化性を示す高温高濃度硝酸環境下での使用に
耐え得るオーステナイト系ステンレス鋼として、多量の
Ｓｉを含有せしめたものが提案されている（特開昭５０
−７２８１３号及び同５５−９１９６０号公報）。しか
しながらこれらのオーステナイト系ステンレス鋼には次
の様な問題があり、工業的規模での実用化の障害となっ
ている。

即ち上記のオーステナイト系ステンレス鋼は耐粒界腐食
性改善の為多量のＳｔを含有させているので加工性が非
常に悪い。しかもＳｉ量の増大に伴なう鋭敏化現象を緩
和する目的で多量のＮｂを添加しているので、溶接性も
劣悪である。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明はこの様な事情に着目してなされたものであって
、その目的は、強酸化性環境のもとでも優れた耐粒界腐
食性及び耐粒界応力腐食割れ性を示し、しかも通常のオ
ーステナイト系ステンレス鋼と比べて何ら遜色のない加
工性及び溶接性を示す様なオーステナイト系ステンレス
鋼を提供しようとするものである。

［問題点を解決する為の手段］ 本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼の構成は、
Ｃｒ：１３〜２６％（重量％二以下同じ）及びＮｉ：６
〜２６％を必須的に含有する他、Ｍ　ｏ　：　０．１〜
０．５％及びＮ　ｂ　：　０．０１〜０．１％のいずれ
か一方又は両方を含み、残部がＦｅ及び不可避不純物で
あり、特にＣ：　０．０２％以下Ｓｉ：０．１％以下、
Ｍｎ：２％以下、Ｐ　：　０．０１５％以下、Ｓ　：　
０．０１％以下、Ｎ：０．２％以下に夫々制限されたも
のであるところに要旨を有するものである。

［作用］ 本発明は構成元素の種類及び含有率を上記の如く規定し
たところに特徴を有するものであるが、その規定理由を
各構成元素毎に説明すると次の通りである。

Ｃｒ：１３〜２６％ Ｃｒはオーステナイト系ステンレス鋼に耐食性を与える
元素として不可欠のものであり、１３％以上含有させな
ければならない。しかし多過ぎると加工性や溶接性に悪
影響を及ぼすばかりでなく、Ｃｒの粒界偏析が生じ易く
なって強酸化性環境下での耐食性がかえって低下傾向を
示すので、２６％以下に抑えなければならない。

Ｎｉ：６〜２６％ Ｎｉは安定なオーステナイト組織を確保するうえで欠く
ことのできない元素であり、６％以上含有させなければ
ならない。しかし多過ぎるとＣ等の固溶量が低減し、鋭
敏化現象に起因する粒界腐食を起こし易くなるので２６
％以下に抑えなければならない。

Ｍ　ｏ　：　０．１〜０．５％及び／もしくはＮｂ：０
．０１〜０．１％ Ｍｏ及びＮｂは本発明における最も特徴的な構成元素で
あり、鋭敏化及び平衡偏析に起因する粒界腐食の軽減に
対して掻く微量の添加で顕著な効果を発揮する。こうし
た効果を発揮する理由は、いずれも鋼中のＰやＣとの親
和力が強い為と考えられ、この親和力はＭＯよりもＮｂ
の方が強いのでＮｂの方がより少量でもその効果を発揮
する。

Ｍｏ量が０．１％未満では上記の粒界腐食軽減効果が有
効に発揮されず、一方０．５％を超えても前述の効果は
それ以上向上せずコストが高まるだけであるので０．５
％を上限と定めた。またＮｂ量が０．０１％未満ではや
はり粒界腐食軽減効果が有効に発揮されず、また０、１
％を超えてもそれ以上効果は向上せず、しかも溶接性に
与える悪影響か顕著に現われてくるので０１％以下に抑
えなければならない。

本発明におりる必須構成元素及び含有量の制限は上記の
通りであるが、不可避的に混入される元素については、
夫々次の様な」１限を定めた。

Ｃ：　０．０２％以下 粒界偏析による鋭敏化の原因となる元素であり少なげれ
ば少ないほど好ましく、精錬時の一般的脱炭限界を考慮
して０．０２％以下と定めたが、０．０２％以下であれ
は鋭敏化に及ぼす影響は殆んど無視し得る程度に抑えら
れる。尚より好ましいのは０．０１％以下である。

Ｓｉ：０．１％以下 Ｓｔは脱酸性元素としてオーステナイト系ステンレス鋼
中には通常０．２％程度以上含まれてし）る。しかしな
がら平衡偏析に起因する粒界腐食に対して極めて有害な
元素であるばかりでなく、加工性や溶接性にも悪影響を
及ばずので、０．１％以下に抑えなりればならない。

Ｍｎ＋２％以下 Ｍｎは優れた脱酸性及び脱硫性をもった元素として有用
な元素ではあるが、多過ぎると加工性を劣化させるばか
りでなく、強酸化性環境下での耐食性にも悪影響を及ぼ
す様にｔするので、２％以下に抑えなければならない。

Ｐ　：　０．０１５％以下 Ｐは平衡偏析に起因する粒界腐食や溶接性に悪影響を及
ぼす元素であり、可能な限り少なくする必要がある。し
かしステンレス鋼の低Ｐ化は工業的に非常に困難である
ので、本発明では実現可能性を考慮し０．０１５％を上
限として規定した。しかしより好ましいのは０．０１０
％以下である。

Ｓ　：　０．０１％以下 Ｓも平衡偏析に起因する粒界腐食の原因となる有害度の
高い元素であり、しかも熱間加工性を阻害するという性
質も有しているのて極力少なく抑えるべきである。しか
し工業上の限界もあるので」１限を０．０１％と定めた
。

Ｎ　：　０．２％以下 Ｎは侵入型固溶強化元素としての機能を備えており、極
低炭素化に伴なう機械的強度の低下を補うという面では
場合によっては積極的に含有させることも有効である。

しかも強力なオーステナイト生成元素として高価なＮｉ
の一部に代替して含有させることにより低コスト化を図
ることもできる。しかしＮ量が多過ぎると製鋼時に発泡
現象を引き起こすばかりでなく加工性にも悪影響を及ぼ
し、更には鋭敏化に起因する粒界腐食の原因にもなるの
で、０．２％以下に抑えなければならない。

本発明鋼の構成元素は以上の通りであるが、要するに、
Ｃｒ及びＮｉの含有率を特定することによってオーステ
ナイト系ステンレス鋼に求められる最低限の物理的・化
学的特性を満足せしめつつ、工業的規模で製鋼可能な範
囲で平衡偏析の原因となるＣ、Ｓｔ、Ｐ及びＳの含有率
を最小限に抑えることによって、前記■、■に起因する
粒界腐食及び粒界応力腐食割れに対する感受性を改善す
ると共に、これらの有害元素の制限だけでは不足する上
記感受性改善効果を適量のＭｏ及び／もしくはＮｂを必
須的に含有させることによって目標レベルまで高め、し
かも加工性や溶接性につい　　　　　・でも格別の問題
を生ずることのない優れた性能のオーステナイト系ステ
ン１ノス鋼を提供し得ることになった。

次に実施例を挙げて本発明の構成及び作用効果を具体的
に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制
限を受けるものではなく、前記の趣旨に適合し得る範囲
で変更して実施することはいずれも本発明の技術的範囲
に含まれる。

［実施例］ 第１表に示す成分組成のステンレス鋼を真空高周波誘導
溶解炉で溶製し、鋳造、熱間鍛造、熱間圧延、冷間圧延
を順次経由して最終的に４　（ｔ）　ｘ１４０　（Ｗ）
　ｘ　Ｌ　（ｕ　）　（ｍｍ）のオーステナイト系ステ
ンレス鋼板を製造した。この鋼板に（１０５０℃×３０
分）−水冷の溶体化熱処理を施し、更に（６５０℃×５
時間）→水冷の鋭敏化熱処理を加えた。

得られた各鋼板から、２（ｔ）ｘ１５（Ｗ）　　ｘ６５
（ｕ）（ｍｍ　）の腐食試験片を採取し、湿式エメリー
紙（＃６００）で研磨し、脱脂・洗浄後（６５％ＨＮ　
Ｏ３＋　４　ｇ　／　ｆｌ　Ｃｒ　６＋イオン）の沸騰
溶液（但しＣｒ６＋イオンはに２　Ｃｒ２Ｏ７として添
加した）中に２４時間浸漬した。

浸漬後の各試験片を長平方向の任意の位置で切断し、光
学顕微鏡によって粒界腐食深さを測定した。

また、上記の各腐食試験片を２枚重ねてＵ字曲げしく　
ｆｆｆ＋　＋ず半影５ｍｍ　）　、脚部をボルト・ナツ
トで締め付けてダブルビベンド試験片を作製した。この
試験片を、４０ｐｐｍの溶存酸素を含む２８５℃のイオ
ン交換水（比抵抗≧５×１０６Ω・ｃｍ）中に１４日間
浸漬した。

浸漬後の試験片からボルト・ナツトを取り出して長手方
向の任意の位置で切断し、光学顕微鏡によって最大粒界
応力腐食割れ深さを測定した。

結果を第２表に示す。

第　　　２　　　表 第１．２表より次の様に考えることができる。

（１）　ｗＩＮｏ、　１〜１１は本発明の規定要件をす
べて満足するオーステナイト系ステンレス鋼であり、耐
粒界腐食性及び耐粒界応力腐食割れ性の何れにおいても
非常に良好な結果を得ている。尚これらのステンレス鋼
は、加工性や溶接性においても市販のオーステナイ）・
系ステンレス鋼に比べて何ら遜色のない性能を示すこと
も確認された。

（２）これに対し鋼Ｎｏ、１２〜１６は、何れも木発明
で規定するいずれかの要件を欠く比較例てあり、殊にｔ
ｊｆＩＮｏ、１２〜１４はＣ，Ｓｔ、Ｍｎ。

Ｐ、Ｓ及びＮの量はかなり低レベルに抑えられているも
ののＭｏ及び／もしくはＮｂｉが不足する比較例、鋼Ｎ
ｏ、１５．１６は本発明で規定する量のＭｏ及び／もし
くはＮｂを含んでいるもののＣ，Ｓｔ、Ｐよりなる不純
物元素量が規定範囲を超える比較例であり、何れも満足
のいく耐粒界腐食性能は得られていない。

次に第１図は、０．ＯＪ％Ｃ−０，０８％５ｔ−１，５
％Ｍ　ｎ−０，０１％Ｐ　−０，００５％ｓ−ｏ、ｏａ
％Ｎ−１８％Ｃｒ−９％Ｎｉを基本組成とし、ＭＯ及び
／もしくはＮｂｉを変えた場合の粒界侵食深さに与える
影響を調べた結果を示したものである。尚試験にあたっ
ては（６５０℃×５時間−水冷）の鋭敏化熱処理を施し
た後、前記と同様にして２　（ｔ）　Ｘ１５（Ｗ）　　
ｘ　６５（ｆｌ　）　ｍｍの試験片を作製し、（６５％
ＨＮ　Ｏ３＋　４　ｇ　／　ＩｌＣｒ　６＋イオン）の
沸騰溶液中に２４時間浸漬した後の粒界侵食深さを求め
た。

第１図からも明白である様に、オーステナイト系ステン
レス鋼中に少量のＭｏ又はＮｂ（Ｍｏは０．１％以上、
Ｎｂは０．０１％以上）を含有させることによって粒界
侵食深さを実質上竿にまで激減し得ることが分かる。

［発明の効果］ 木発明は以上の様に構成されており、殊に有害不純物元
素の量を極力低減すると共にｉＭ量のＭ。

及び／もしくはＮｂを含有させることによって、強酸化
性環境下における耐粒界腐食性並びに耐粒界応力腐食割
れ性に優れ、且つ良好な加工性及び溶接性を示すオース
ナナ２ト＋ステンレス鋼を提供し得ることになった。従
ってとのオーステナイト系ステンレス鋼は、例えば硝酸
取扱い機器や溶存酸素等を含む高温高圧水取扱い機器の
如く、粒界腐食や粒界応力腐食割れを起こし易い強酸化
性環境に曝らされる各種機器の構成素材として極めて有
益なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、オーステナイト系ステンレス鋼中のＭｏ又は
Ｎｂの含有率と粒界侵食深さの関係を示す実験結果のグ
ラフである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. Ｃｒ：１３〜２６％（重量％：以下同じ）及びＮｉ：６
   〜２６％を必須的に含有する他、Ｍｏ：０．１〜０．５
   ％及びＮｂ：０．０１〜０．１％のいずれか一方又は両
   方を含み、残部がＦｅ及び不可避不純物であり、特にＣ
   ：０．０２％以下、Ｓｉ：０．１％以下、Ｍｎ：２％以
   下、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｎ：
   ０．２％以下に夫々制限されたものであることを特徴と
   する耐粒界腐食性並びに耐粒界応力腐食割れ性の優れた
   オーステナイト系ステンレス鋼。