JPS6384760A

JPS6384760A - オ−ステナイト系ステンレス鋼の製造方法

Info

Publication number: JPS6384760A
Application number: JP22993786A
Authority: JP
Inventors: Makoto Harada; 誠原田; Hiroyuki Ichihashi; 市橋　弘行
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1986-09-30
Filing date: 1986-09-30
Publication date: 1988-04-15
Anticipated expiration: 2012-12-17
Also published as: JP2692061B2

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、酸化性物質が共存する熱濃硝酸環境等の、
苛酷な強酸化性成環境においても極めて優れた耐食性を
発揮するオーステナイト系ステンレス鋼の製造方法に関
するものである。

〈背景技術〉今世紀の初頭には既に開発の芽が出始めていたオーステ
ナイト系ステンレス鋼は、その優れた耐食性や、良好な
溶接性及び靭性等の故に、現在では原子力発電設備や化
学プラント等を始めとした様々な分野において益々幅広
い用途を誇るようになってきた。

そして、このようなオーステナイト系ステンレス鋼から
成る部材は、従来、第２図で示される如く、転炉や電気
炉等での溶解・精錬、或いは必要により更にＡＯＤ炉等
で再精錬して得たインゴット又は鋳片に熱間鍛造や熱間
圧延等の熱間加工を加えるか、又はその後更に冷間加工
するかし、次いでこれに固溶化処理を施して所望特性を
現出させると言う工程で製造されるのが普通であった。

しかしながら、上記オーステナイト系ステンレス鋼であ
ってもあらゆる腐食環境に万能であると言う訳ではなく
、特に強酸化性酸に対する耐食性が今−歩不満足で、例
えば硝酸環境下ではＣｒ炭化物の析出に起因した全面腐
食の進行が予想以上に速い」との不都合点も知られてい
た。

ところで、一般に尿素プラントや核燃料再処理装置等で
はオーステナイト系ステンレス鋼が多用されているが、
中でも管材、継手類、板材、鍛造部材等として適用され
ているオーステナイト系ステンレス鋼部材の大部分は強
酸化性の熱硝酸環境で使用されている。そのため、これ
ら部材にはより一層優れた耐食性が要求されているので
、通常は、鋼中炭素量を０．０３％以下（以降、成分割
合を表す％は！量％とする）に制限したり、場合によっ
てはＮｂ添加を行ったりして結晶粒界へのＣｒ炭化物析
出を抑制し、これによって全面腐食の進行を防止する対
策がとられていた。

ところが、最近、上述のような対策が講じられたオース
テナイト系ステンレス鋼部材ではあっても、それを熱濃
硝酸環境（特に６価クロムを含む熱濃硝酸環境）で使用
した際にこれまで注目されていた“全面腐食”とは異質
な“局部的腐食”を発生する場合のあることが指摘され
、新たな問題となっている。

〈問題点を解決するための手段〉そこで本発明者等は、熱濃硝酸環境下でのオーステナイ
ト系ステンレス鋼にみられる上記“局部腐食”の防止方
法を見出すべく、そのためにはまず該局部腐食の実体解
明が先決であるとの考えの下に基礎的な研究を行ったと
ころ、（ａｌ　　この局部腐食は全面的な粒界腐食とは様相を
異にしていて、最初は直径１〜２１ｍのパイプ状腐食が
局部的に発生し、これが時間の経過とともに深く進展す
ると言う形態をとっていること、（ｂ）　　ｌ、かじ、
この場合でも、腐食の進展は従来知られている粒界腐食
と同様に結晶粒界部で起きること、（Ｃ）　　このように腐食自体は粒界腐食型ではあるも
のの、結晶粒界にはＣｒ炭化物の析出が確認されないこ
と、（ｄ）　　そして、観察眼をより一層注意深（すると、
この腐食には、インゴットの凝固時に発生するミクロ偏
析部を選択的に進行する特徴のあることが分かること、（ｅ）　　また、該腐食が鋼中に含まれる非金属介在物
の連続している部分に沿って進行している場合も見受け
られること、（ｆ）　　この腐食は、加工金属に現れるメタルフロー
に平行な面には発生せず、メタルフローに直交する面を
基点に発生するとともに該メタルフローの方向に進展す
るものであること、等の特徴的な事実が確認された。

このため、本発明者等は、上記確認事項を十分に検討し「バイブ状の前記“局部的腐食“は、不純物として結晶
粒界に偏析したＰに起因するものに他ならない」との推論を立て、該“局部的腐食”を確実に防止するた
めの具体的手段を求めて研究を重ねた結果、更に次のよ
うな知見を得るに至ったのである。即ち、（ｇ）　　やはり、前記局部的腐食の原因は“結晶粒界
へのＰの偏析”に係るところが殆んどであり、該局部的
腐食の防止には、低炭素オーステナイト系ステンレス鋼
中のＰ含有量を極力低減することが欠かせないこと、（ｈ）　　ただ、鋼中Ｐ含有量の低減には実操業上どう
しても限度があり、通常の手段（“電気炉・転炉−ＡＯ
Ｄ炉”にて溶解・精練し、常法でインゴットやスラブ等
の鋳塊にする手段）にて低炭素オルステナイト系ステン
レス鋼の鋳塊を得ようとしても鋳塊凝固時の冷却速度が
遅いので所謂“凝固偏析”が大きくなるのを免れること
ができないが、最近になってようやく実用化に歩み出し
た“噴霧鋳造法（スプレーキャスティング法）”、“レ
オキヤスティング法”或いは１バーダー法”と言った「
細粒化鋳造」を適用すると、これらの鋳造手段では凝固
偏析が著しく小さいのでＰの粒界偏析までもが極めて顕
著に抑制されること、（１）　　そして、Ｐ含有量を極力低減した低炭素オー
ステナイト系ステンレスｍ溶綱を前述のような細粒化鋳
造によって鋼片化すると、酸化性物質が混入した苛酷な
熱濃硝酸環境においても局部的腐食を生じることのない
、耐食性が極めて優れたオーステナイト系ステンレス鋼
が得られ、これに鍛造や圧延を施して製造される各種部
材製品にも前述したパイプ状に進行する局部腐食は皆無
となること。

この発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、化学成分組成がＣ：　０．０３％以下、Ｐ　：　０．０２０％未満のオーステナイト系ステンレス鋼溶鋼を細粒化鋳造する
ことによって、苛酷な濃硝酸環境においても局部腐食等
を生じることのない、極めて優れた耐食性を示す高耐食
性オーステナイト系ステンレス鋼を安定して製造し得る
ようにした点、に特徴を有するものである。

なお、ここで言う「細粒化鋳造」とは、噴霧鋳造（Ｓｐ
ｒａｙ　ｃａｓｔｉｎｇ）法、レオキャスティング（Ｒ
ｈｅ。

ｃａｓｔｉｎｇ）法、バーダー（ＶＡＤＥＲ）法等とし
て知られるところの、粒成長を抑制しながら溶鋼の凝固
を行う鋳造法を指すものであり、その概略は次の通りで
ある。

ｉ）噴霧鋳造法第３図に示される如く、タンプッシュ１から鋳造室２内
に溶鋼３を流下させると共に、ガス噴射ノズル４から溶
鋼流５に不活性ガス（Ａｒ、　Ｎｚ等）を噴射して液滴
化し、噴射ガスの冷却作用並びに落下途中の冷却にて固
液共存状態となった液滴６をモールド７内に堆積・凝固
させて鋳塊８とする方法で、固液共存状態の細粒液滴は
モールド内で迅速に凝固してしまうので粒成長や偏析を
生じることがなく、成分の均一な細粒鋼を得ることがで
きる。そして、この方法は“オスプレイ法”と呼ばれる
こともある。なお、第３図において符号９は液滴の捕集
筒を、１０は排気口をそれぞれ示している。

ｉｉ）　　レオキャスティング法第４図に示される如く、加熱コイル１１等で温度調節さ
れたモールド１２内に溶鋼を収容して固液共存状態に保
ち、円柱体１３を回転させてデンドライトの枝を切断す
ることにより結晶粒の微細化を図りつつ、前記円柱体１
３を引き抜いてそのまま凝固させるか、或いは別のモー
ルドに移し変えて凝固させるかして細粒鋼を得る方法で
、やはり偏析の無い均−成分鋼が得られる。なお、第４
図において符号１４は半凝固溶鋼を示している。

ｉｉｉ　）バーダー法第５図に示される如く、目的成分組成の鋼で作成した消
耗電極１５間にアーク１６を飛ばして該電極を溶融させ
、滴下する液滴１７が固液共存状態となるように落下距
離等を調整すると共に、固液共存状態の液滴をモールド
１８に受けて凝固させる方法で、噴霧鋳造法の場合と同
様、固液共存状態の細粒液滴はモールド内で迅速に凝固
してしまうので粒成長や偏析を生じることがなく、成分
の均一な細粒鋼を得ることができる。そして、この場合
、目的成分組成鋼から溶鋼液滴を滴下させる手段として
アークのエネルギーによることなく、例えばプラズマビ
ームや電子ビームのエネルギーを用いて良いことは言う
までもない。なお、第５図において符号１９は半凝固溶
鋼を、そして２０は鋳塊を示している。

また、この発明において、オーステナイト系ステンレス
鋼のＣ含有量及びＰ含有量を上記の如くに数値限定した
のは次の理由による。

Ａ）　　Ｃ含有量鋼中のＣ含有量がＯ，，０３％を越えると結晶粒界にＣ
ｒ炭化物の析出が認められるようになり、濃硝酸環境下
での全面腐食を避けられなくなることから、Ｃ含有量は
０．０３％以下と定めた。

Ｂ）　　Ｐ含有量これまでに説明したように、濃硝酸環境下で生じるオー
ステナイト系ステンレス鋼のパイプ状局部腐食はミクロ
偏析部の粒界腐食であって、不純物としてのＰが粒界に
偏析するためと推測されるものであり、微細化鋳造によ
ってＰの粒界偏析率（粒界ｐ　濃度／母材Ｐｆｉ度）を
小さくすることがその抑制に有効であるが、同時に母材
自体のＰ　？Ｍ度を予め低減しておき、粒界Ｐ濃度の絶
対値を下げておくことも欠かせないことである。つまり
、鋼中のＰ含有量が０．０２０％以上になると、細粒化
鋳造を行ってもＰの粒界偏析に起因する局部腐食を逃れ
ることができず、濃硝酸環境下で使用する部材としての
信頼性に今−歩の不安を残す結果ともなりかねないこと
から、Ｐ含有量は０．０２０％未満と定めた。しかしな
がら、好ましくはその含有量をｏ、ｏｉｏ％以下に調整
するのが良い。

この発明の方法は上述のような成分組成に構成されたオ
ーステナイト系ステンレス鋼を対象とするものであるが
、その代表的な成分組成例としてＣ：　０．０３％以下
、Ｃｒ　：　１５〜３０％、Ｎｉ　：　８〜２５％、Ｍ
ｏ　：　４％以下、Ｎｂ　：　１％以下（Ｎｂは全面腐
食をより確実に防止する顕著な効果を有する）、Ｐ　：
　０．０２０％未満、その他に２％以下のＭｎや脱酸に
必要なＳ＋（１％以下）又はＡ　Ｎ　（０，０５％以下
）を含み、残部が実質的にＦｅから成るものを挙げるこ
とができる。

ところで、第１図は、この発明に係るオーステナイト系
ステンレス鋼部材の製造例を示す工程図であるが、まず
、一般的な転炉、電気炉等によりＰ＜０．０２０％の低
炭素（Ｃ５０，０３％）オーステナイト鋼が溶製される
。次に、これをそのまま、或いは高周波炉等にて精錬し
た後、細粒化鋳造が実施される。続いて、このようにし
て得られた鋳塊は、熱間圧延、熱間鍛造成いは熱間押出
し等の単独又は組合わせ作業により、或いはまた更に冷
間圧延、冷間抽伸等の冷間加工が施されて所望製品形状
とされ、次いで固溶化処理がなされて製品とされる。

この発明の方法は、例えば上記の如くに適用され、濃硝
酸環境下で優れた耐食性を発揮する部材を安定して製造
することができるが、Ｐ含有量を０．０２０％未満とし
たのち細粒化鋳造して得られた鋳塊はＰ等の偏析が極め
て小さく、しかも大型の介在物も殆んど存在しないので
、熱間加工や冷間加工を施しても「偏析部或いは介在物
がメタルフロ一方向に延びる」と釘う従来法で得られる
鋳塊に見られた欠点は認められなくなる。

ところで、鍛造比の小さい熱間鍛造を加えるのみで製品
化がなされるような場合には、必要により、熱間鍛造の
前、又は複数回の加熱・鍛造の途中工程で上記鋳塊酸い
は鍛造途中材に均熱処理を施すのが耐食性を更に向上す
る上で有効である。

次に、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。

〈実施例〉まず、第１表に示される如き成分組成の鋼をそれぞれ１
０トン電気炉−ＡＯＤで溶製し、それぞれ溶鋼の一部か
ら常法（通常の造塊法）通りに各３．５トンのインゴッ
トを２本宛鋳造した。そして、一方については熱間鍛造
によって一辺が５０１ｍの角片とし、他方については熱
間鍛造を施さないで鋳造のままとしておいた。

続いて、残りの溶鋼から、前記第３図に示される如き装
置を使用した噴霧鋳造法によって２２０重１φＸ４００
Ｂの鋳片を製造し、更に熱間鍛造により一辺が５０鶴の
角片とした。

なお、このときの噴霧鋳造条件は次の通りであった。即
ち、アトマイズ用噴射ガス：Ａｒ、Ａｒガス噴射ｆｆｉ　：　　４６　ｋｇ／ｍｉｎ。

溶鋼過熱度＝　１０２℃、溶滴平均粒径：２．８酊。

次に、上記各インゴット及び角片のそれぞれに“１１０
０℃に３０分保持した後水冷”なる条件の固溶化処理を
施した後、各々から４６ｎＸ４６ｍｍＸ２Ｑ＠１の板状
試験材を４個切り出した。

これらの試験材を熱硝酸溶液中に浸漬し、耐食性能を調
べたが、その結果を試験条件とともに第２表に示す。

なお、耐食性能の評価は、試験後に試験材のメタルフロ
ーに直交する面の腐食状態を目視観察すると共に、更に
その断面を光学顕微鏡で観察して実施したが、第２表で
は“○：パイプ状腐食の発生無し”、“×：バイブ状腐
食が１個以上発生”、としてそれぞれ表示した。

第２表に示される結果からも、本発明の条件通りに製造
されたオーステナイト系ステンレス鋼は熱硝酸環境下、
わけても酸化性の強いＣｒ”が存在する熱硝酸環境下で
も局部腐食を全く発生していないのに対して、本発明の
条件を満たさないものではパイプ状の局部腐食が発生し
ており、特に熱間鍛造材でその傾向の著しいことが明ら
かである。

なお、この実施例では特に噴霧鋳造材の試験結果につい
て説明したが、別の試験によって、レオキャスティング
法による低Ｃ低Ｐオーステナイト系ステンレス鋼材やバ
ーダー法による低Ｃ低Ｐオーステナイト系ステンレス鋼
材も同様に優れた耐局部腐食性を示すことが確認された
ことは言うまでもない。

〈総括的な効果〉以上に説明した如（、この発明によれば、極めて苛酷な
腐食環境である熱濃硝酸存在下においても優れた耐食性
を示すオーステナイト系ステンレス鋼を安定して提供す
ることができ、その安全性を求めて止まない化学プラン
トや原子力発電設備等の信頼性をより一層向上すること
が可能となるなど、産業上極めて有用な効果がもたらさ
れるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明に係るオーステナイト系ステンレス
鋼部材の製造例を示す工程図、第２図は、従来のオース
テナイト系ステンレス鋼部材の製造工程図、。第３図は、噴霧鋳造法の概略説明図、第４図は、レオキャスティング法の概略説明図、第５図
は、バーダー法の概略説明図である。図面において、１・・・タンプッシュ、２・・・鋳造室、３・・・溶鋼
、　　　　４・・・ガス噴射ノズル、５・・・溶鋼流、
　　　６，１７・・・液滴、７、１２．１８・・・モー
ルド、８．２０・・・鋳塊、　　９・・・捕集筒、１０・・・
排気口、　　　１１・・・加熱コイル、１３・・・円柱
体、　　　１４．１９・・・半凝固溶鋼、１５・・・消
耗電極、　　１６・・・アーク。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）化学成分組成がＣ：０．０３重量％以下、Ｐ：０．０２０重量％未満のオーステナイト系ステンレス鋼溶鋼を細粒化鋳造する
ことを特徴とする、濃硝酸環境で使用する高耐食性オー
ステナイト系ステンレス鋼の製造方法。
（２）細粒化鋳造手段が噴霧鋳造法である、上記特許請
求の範囲第１項に記載の濃硝酸環境で使用する高耐食性
オーステナイト系ステンレス鋼の製造方法。
（３）細粒化鋳造手段がレオキャスティング法である、
上記特許請求の範囲第１項に記載の濃硝酸環境で使用す
る高耐食性オーステナイト系ステンレス鋼の製造方法。
（４）細粒化鋳造手段がバーダー法である、上記特許請
求の範囲第１項に記載の濃硝酸環境で使用する高耐食性
オーステナイト系ステンレス鋼の製造方法。