JPS6230816A - 耐応力腐食割れ性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼の製造方法 - 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〕 本発明は耐応力腐食割れ性に優れかつ耐食性や低温靭性
に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼の製造方法に関
する。

〔従来の技術〕

従来よりＡＳＴ１４Ａ２９Ｂ、　　ＣＡＢＮＭ鋼に代表
されるようなＣｒ−Ｎｉマルテンサイト系アンステンレ
ス鋼バルブやランナー用として強度と耐食性とを要求さ
れる製品に広く適用されている。近年、　ＣＡＢＮＭ鋼
およびこれの鍛造材は石油掘削機器にも使用される気運
にある。一方オーステナイト系ステンレス鋼は耐食性に
優れている反面、塩化物応力腐食割れ感受性が高いため
、応力腐食割れの恐れのある場合には、オーステナイト
系ステンレス鋼は使用できず、　Ａｌ５Ｉ４１０鋼や４
３０鋼などのようなりロム系ステンレス鋼、あるいは高
Ｎｉ合金が通常使用されており、なかでも安価な４１０
鋼や４３０鋼が広く使用されている。

しかし、これらの４１０鋼や４３０＃４の耐食性は必ず
しも十分優れているとはいえず、それに加えて、低温靭
性が著しく劣っているという屯大な欠点を有ることも一
般に知られている。また４３０鋼はフェライト系ステン
レス鋼であるために、強度が要求される部材には使用で
きないという欠点もある。

これにｔ、１．Ｎｉを数％含有するマルテンサイト系ス
テンレス鋼は若１−の成分調整と熱処理条件の変更によ
り、比較的広範囲に強度を変化させることが＋可能であ
り、さらに低温靭性に極めて優れているという長所を有
する。またこの鋼に１％以下のＭｏを添加して強Ｊバ、
靭性および耐食性を改善することも一般に実施されてい
るが上記性能、すなわち強度、低温靭性、一般的耐食性
、を達成するのに主要な役；Ｌ；ｌを果しているのはＮ
ｉである。ステンレス鋼において、Ｎ１の添加は優れた
性質を与える反面、応力腐食１１３れ感受性を著しく高
めるという問題があり、このＮｉを含有するアルテンサ
イド系ステンレス鋼のそれはＡｌ５Ｉ３０４鋼に匹敵す
る。

このためこの鋼は強度、靭性や一般的耐食性の点で憧れ
ているにも拘らず、４１（ｌや４３０鋼のように広範囲
な用途が開けない現状にある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

１□述のように、従来のＡｌ５Ｉ４１０鋼は耐応力腐食
、１．１れ性が良好なものの耐食性や低温靭性が劣り、
Ａｌ５１４３０ｍは強度の調節ができず、従って強度が
要求される部材には使用できないという欠点がある。一
方Ｎ１を含有するマルテンサイト系ステンレス鋼は低温
靭性に優れ、強度の調節も広範囲に可能であるものの、
耐応力腐食割れ性が著しく劣るという問題点がある。

本発明は、Ｎｉを含有するマルテンサイト系ステンレス
鋼の化学成分と熱処理とを特定の条件に限定して組合わ
せることにより、＃応力ｇ食割れ性に優れ、かつ高度な
低温靭性を有し、さらに強１隻を広範囲に調節回旋なマ
ルテンサイト系ステンレス鋼の製造方法を提供すること
を目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

発明者はＮｉを含有するマルテンサイト系ステンレス鋼
に関し、その化学成分と熱処理方法について広範な研究
を実施した結果、特定成分のステンレス鋼に特定の熱処
理を施した場合に塩化物応力腐食割れ感受性をＪｌｌｉ
著に改善できる方法を見出した。即ちその方法は重量％
でＮｉ　２〜６％、（：ｒ１５〜１８％を含有させた鋼
を６８０〜８３０℃に加熱、保持後冷却する方法である
。また、この鋼を加熱・保持後冷却した後６００℃未満
の温度で焼戻しする方法である。

〔作用〕

従来より、０ｒ−Ｎｉマルテンサイト系ステンレス鋼に
おいては、ＡＳＴＭ　Ａ２９Ｂ、　ＣＡ６ＮＭ、　Ｂ５
９７０　　：　Ｐａｒｔ４　４３１Ｓ２Ｊ　ＤＩＮ　１
７４４０　Ｘ２２Ｃｒ　Ｎｉ１７．　ＮＦ　Ａ３５−５
８１２７１２Ｃ：ＮＯ２Ｏ，０４など種々の鋼種が規格
化されているが、これらはＯｒ　１１．５〜１８％、　
　Ｎｉ　１．５〜５％。

にｏＯ〜３．２５％を基本成分としており、　９５０〜
１０５０℃でオーステナイト化したのちに油冷又は空冷
により焼入処理を行ない５５０〜７２０℃の範囲で焼戻
す通常の焼入れ焼戻しによって製造されている。

またこれら鋼と類似の化学成分と熱処理によって製造さ
れている改良鋼種も多数ある。これらの鋼はいずれも塩
化物応力η食割れ感受性が高く、４２％に３０１２１３
字曲げ試験においては１００時間以内に１＋、１れを発
生するのが通例である。

後述の実施例においても明らかなように、これらの鋼を
１０００〜１０５０℃から焼入れしたのち５３０〜６０
０℃で焼戻しだ場合、４２％ＨｇＣＩ　、試験では全部
１００時間以内に割れが発生した。しかしながら。

これらの鋼のうちＣｒｌｆｉ％以上を含有する鋼を６８
０〜８３０℃の温度から焼入れた場合、及び更に６００
℃未満の温度で焼戻しだ場合には２週間の試験期間中、
全く割れを発生しなくなる。一方、Ｃｒ？１が１５％程
度の場合には１６％以−ヒの場合はど顕著ではないが、
依然として上記熱処理による改停効来が認められ、３０
％ＨｇＣＩ　２試験では割れを発生しない、さらにＯｒ
％が低下すると、応力腐食割れ感受性を改善する適正な
熱処理温度範囲が存在しなくなる。従ってＣｒ１５％未
満では応力腐食割れ感受性の熱処理による改Ｎは不可能
となる。

このように、ここに述べる熱処理法が有効に作用するた
めにはＣｒ　１５％以上の条件が必須であることが明ら
かであり、ここに本発明の特徴がある。

応力腐食割れ感受性が改善される原因は次のように考え
られる。　Ａｃ１−Ａｃ３の中間温度での加熱によって
形成されるオーステナイト相とフエライト相との間にＭ
１成分配が起り、オーステナイト相は焼入れ時にマルテ
ンサイト相に変態する結果１組織はマルテンサイトと焼
戻しマルテンサイトの混合ＭＩ織となる。この際に両相
の混合率が適正な値となることが；！Ｉれ感受性の改善
効果を顕著ならしめるために必要である。この点で二相
ステンレス鋼における応力腐食割れ感受性改善効果と類
似しているといえる。

ここで１．ｔ　６１＋において、Ｎｉ　２〜６％、Ｃｒ
１５〜１８％を鋼に含有せしめた理由を述べる。先ずＣ
ｒの効果はＦｅ−Ｃｒ状態図において（α＋γ）温度域
を拡大し、上記の適正組織を実現できる温度域を広くす
ると同時に組成分配を適切なものとする。

第１図はＮｉ２〜３％および１４ｏ　Ｏ，３％〜０．５
％を含有する鋼のＣｒ含有量を変化させ、これら鋼を６
８０〜７１０℃で焼入れし、５３０〜５４０℃で焼戻し
だ場合の４２％ＭｇＣｌ２試験における割れ発生時間と
Ｃｒ含有量との関係を示す図である。この図から明らか
なようにＣｒ含有量が１５％以上になると割れ感受性が
大きく改善され、Ｃｒ％が１５％未満では本発明の熱処
理による割れ感受性改善効果が小さい。

また割れの発生しない熱処理条件も存在はするが、その
範囲が非常に狭く実用１著しい困難をともなう・Ｃ「含
有量の上限はマルテンサイト系ステンレス鋼（一部デル
タフエライトを含んでもよい）であり得る上限の値とす
るが、この値は他の成分（例えばＣ，Ｈｎ、　Ｎｉ、　
Ｎｏ　）によッテ異なる。

しかし、一般的には、Ｎｉ含有量２〜６％の制限のもと
ではＣ「が１８％をこえるとαフェライトが多くなり強
度低下を招き、また強度、靭性の制御が困難になるので
、　Ｃｒ含有量の上限を１８％とした。またこのような
Ｃｒの効果は上述の如く状態図の（α＋γ）温度域を広
げるということと木質的な係わりがあると考えられるか
ら、同様な効果を有するＭＯによってＯｒの一部を置換
することも十分に可能である。この意味で上記下限値は
本来Ｏｒ当当価値規定されるべきものであるといえる。

旧はマルテンサイト系ステンレス鋼にあっては低温靭性
、強度、耐食性を向上させる元素であると同時に塩化物
応力腐食割れ感受性を高めている原因である。

Ｃｒが１５％以−Ｌ含まれる場合、マルテンサイト系ス
テンレス鋼であるためには２％以上の旧の添加が必要で
あり、２％未満ではデルタフェライトが多量に形成して
、強度や低温靭性の劣化を招く、一方、６％をこえるＮ
ｉを添加した場合にはオーステナイト相が増加してオー
ステナイト−マルテンサイト系ステンレス鋼となる。こ
のため強度低下を招くと同時に割れ感受性が高まる０通
常マルテンサイト系ステンレス鋼の組織はＣｒとＮｉ以
外にもＣ２５ｉ、　Ｍｎ、　Ｎｏやその他の元素の影響
を受けるが１本発明はこれら元素の含有量の多少に拘ら
ず、上記ＣｒとＮｉ量の制限の下でマルテンサイト系ス
テンレス鋼たり得る化学成分を有するものをその対象と
している。

つぎに本発明における熱処理温度を限定した理由を述べ
る０本発明の特徴は従来の十−ステナイト化温度からの
焼入れに対してＡｃｌ−Ａｃ３の中間温度である６８０
〜８３０℃に加熱、保持後、焼入れを行なうことにある
。つまり、焼入温度において体積比にして２５〜７５％
のオーステナイト相を形成させ、これを冷却することに
よってマルテンサイトと焼戻しマルテンサイトの混合組
織を得る。第２図は後出の第１表中のＪ鋼をＳＯＯ〜８
５０℃の各温度から焼入れて５４０℃で焼戻した場合の
４２％ＭｇＣｌ２試験における割れ時間を示したもので
あるが、焼入温度が８８０〜８３０℃の範囲では良好な
耐応力腐食割れ性を示すことが明らかである。第３表の
Ｆ、Ｇ、Ｊ鋼の例に見られるように上記温度範囲で焼入
れだ場合には焼入れままであっても耐割れ性が優れてい
る。しかしながら焼入れままではマルテンサイト相を多
量に含むために低温靭性や耐食性が余り優れない場合が
ある。そこで焼戻　ゝ処理をしてこれらの性質の回復を
計る場合、焼戻温度が６００℃以上では再びオーステナ
イト相を形成するために焼入処理によって得られた適正
な組織が破壊され、割れ感受性が再び高まる。第３図は
同じくＪ鋼を　７５０℃で焼入れした場合の４２％！ｌ
１ｇ（：Ｉ２試験における割れ時間と焼戻温度との関係
を示しているが、このことを明瞭に裏付けている。即ち
、焼入温度が前出の温度範囲にあった場合には、これを
６００℃未満の温度で焼戻すことによって耐割れ性を損
なうことなく低温靭性や耐食性を改みすることが可能で
ある。

〔実施例〕

次に本発明の実施例を従来法による鋼との比較において
説明する。第１表は供試鋼の化学成分を重量％で示した
ものである。このうちＡ、Ｂ。

Ｃ，Ｄ、Ｅは従来法に対応するものであり、Ｆ。

Ｇ、Ｈ，Ｉ　、Ｊ　、に、Ｌは本発明法に対応するもの
である。第２表は第１表に示す鋼を１０００〜１０５０
℃のオーステナイト化温度から空冷して焼入れし、表中
の温度で４〜６時間焼戻しだものの３０％ＮｇＣＩ　２
及び４２％ＭｇＣ：　＋　２試験における割れ時間な示
している。いずれもＵベンド試験片を用いた。この場合
、各鋼は本発明の焼入温度と相異した温度で焼入れされ
ているので従来法のＡ−Ｅ鋼は勿論、本発明に対応する
Ｆ−Ｌ鋼も極めて短時間に割れを発生している。第３表
は本発明の熱処理を本発明に対応する鋼種（Ｆ−Ｌ鋼）
に付与した場合と、同一の熱処理を従来法に対応する鋼
種（Ａ〜Ｅ鋼）に付γ−した場合の割れ感受性の差異を
示したものである。同表中の割れ時間は第２表と同じく
３０％ＭｇＣ：１２及び４２％ＭｇＣＩ　、試験におけ
る割れ発生時間である。：５３表より明らかなように本
発明の鋼種、熱処理のものの耐割れ性は格段に優れてい
る。４２％ＭｇＣｌ２試験における割れ発生時間ではＨ
−Ｌ鋼は勿論、Ｆ、Ｇ鋼においても顕著な改善効果が認
められる。Ｆ　、　Ｇｆ１４は４２％ＭｇＣｌ　、試験
では約１２０時間で破断側る場合があるが、３０％Ｍｇ
Ｃｌ２試験では３３６時間以上の割れ発生時間であり表
２の結果と対比してその改み効果は明らかである。熱処
理時間や応力腐食割れ試験条件は第２表の場合と同一で
ある。

第１表 第２表 第３表 〔発明の効果〕 以−Ｌ説明したように本発明は限定されたＣｒおよびＮ
ｉを鋼に含有せしめ、この鋼を限定された適正温度で熱
処理することにより、耐塩化物応力腐食割れ性に優れ、
また優れた低温靭性を有し、さらに機械的強度を広範囲
にｙＡ箇できるＣｒ−Ｎｉマルテンサイト系ステンレス
鋼の製造方法を提供することかでさた。

【図面の簡単な説明】

第１図はＮｉ２〜３％、　Ｎｏ　０．３〜０．５％を含
有する鋼のＣｒ含有峻を変化させ、これらの鋼を６８０
〜７１０℃で焼入し、５３０〜５４０℃で焼戻した場合
の４２％ｌ’１ｇｃｌ？試験における割れ発生時間とＯ
ｒ含有漬との関係を示す図、第２図は第１表中のＪｍを
６００〜８５０℃の温度から焼入れし、５４０℃で焼戻
した場合の４２％ＭｇＣｌ２試験における割れ発生時間
と焼入温度の関係を示す図、第３図はＪｍを７５０℃か
ら焼入れし、種々の温度で焼戻しだ場合の４２％ＭｇＣ
ｌ２試験における割れ時間と焼戻温度との関係を示す図
である。 第１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）鋼に重量％でＮｉ２〜６％、Ｃｒ１５〜１８％を含
   有せしめ、かつ該鋼を６８０〜８３０℃の温度に加熱、
   保持後冷却することを特徴とする耐応力腐食割れ性に優
   れたマルテンサイト系ステンレス鋼の製造方法。 ２）鋼に重量％でＮｉ２〜６％、Ｃｒ１５〜１８％を含
   有せしめ、かつ該鋼を６８０〜８３０℃の温度に加熱、
   保持後冷却し、さらに６００℃未満の温度で焼戻しする
   ことを特徴とする耐応力腐食割れ性に優れたマルテンサ
   イト系ステンレス鋼の製造方法。