JPS6386847A - オ−ステナ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〉 この発明は、酸化性物質が共存する熱）】硝酸環境等の
、苛酷な強酸化性成環境においても掻めて優れた耐食性
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、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（
、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、−ｉに尿素プラントや核燃料再処理％ｚＷ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％は重量％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。

く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、 （８）　　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〜’ｌ　ｍ鳳のパイプ状腐
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、（ｂｌ　　Ｌかし
、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）　　そして、結晶粒界にＣｒ炭化物の析出が認め
られない個所にでも上記腐食の発生が認められること、 （ｄｌ　　そして、観察眼をより一層注意深くすると、
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、 （ｆｌ　　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 「パイプ状の前記“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、咳“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・ （幻　やはり、前記局部的腐食の原因は結晶粒界へのＰ
の偏析、特にこれらが寄り集まったマクロ的偏析に係る
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）にて低炭素オー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、種々の鋼の製造にも実用化される
ようになってきた「粉末冶金法」を通用すると溶鋼凝固
に伴う粒成長や通常の凝固偏析を生じることがないので
Ｐの偏析は精々微粒内の微偏析程度に止まることとなり
、低Ｐ低炭素オーステナイト系ステンレス鋼を粉末冶金
法によって製造すると、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
安定して得られ、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を粉末冶金によって製
造することにより、苛酷な濃硝酸環境においても局部腐
食等を生しることのない、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、オーステナイト系ステンレス鋼を粉末冶金によっ
て製造する場合には、目的とするステンレス鋼の成分組
成に形成された銅粉を原料とするのが好ましいが、各種
成分の粉末を原料とし、これらの配合・焼結の後に目的
とする成分組成が達成される手段を採用して良いことは
勿論である。

そして、何れの場合にも、原料粉末の製造や緻密体の製
造には周知の手段を適用することで十分な効果をあげ得
ることは言うまでもない０例えば原料粉末の製造には一
般的な“ガスアトマイズ法”が適用でき、また管状部材
の製造には、ステンレス鋼製のカプセルに原料粉末を封
入した孔あきビレットを熱間押出し成形して管状の緻密
体とする手段が好適である。勿論、原料粉末を焼結した
焼結体を熱間鍛造（熱間圧延）する方法によっても良い
。

ところで、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０．０３％を越えると結晶粒界にＣｒ
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る。つまり鋼中のＰ
含有量が０．０２０％以上になると、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
とも成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、好ましくはその含有量を０．０１
０％以下に調整するのがよい。

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　：　ｏ、ｏｚ％
以下、Ｃｒ：１５〜３０％、Ｎｉ：８〜２５％、Ｍｏ　
：　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５ｉ（１％以下）又はＡ　ｌ　（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。

なお、先にも述べたように、本発明に従ってオーステナ
イト系ステンレス鋼製品を製造するには、粉末冶金によ
って粉末原料から１工程で所望形状の緻密体を得るか、
−旦焼結によって中間材を作成した後熱間圧延、熱間鍛
造又は熱間押出し等の単独又は組合わせ作業により、或
いはこれに加えて冷間圧延、冷間抽伸等の冷間加工を施
し所望製品形状としてから、周知の如く目的とする耐食
性等の特性を現出させるために固溶化処理が施される工
程がとられる。

そして、この発明の方法によると、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％未満とした低炭素粉末冶
金オーステナイト系ステンレス鋼はＰ等の偏析が掻めて
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」と言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、焼結体に鍛造比の小さい熱間鍛造を加えて製
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焼結体
或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、ガスアトマイズ法（Ａｒガス使用）にて第１表に
示される如き成分組成の鋼粉（粒度：４０〜２００μ）
を製造し、この鋼粉をステンレス鋼薄板製の容器に充填
して１０−”Ｔｏｒｒ程度に脱気した。続いて、前記鋼
粉を容器ごと１１００℃に加熱し、ＨＩＰ法にて１５０
０気圧、２時間の条件で直径２２０１１φ×長さ４００
　ａｍのビレットに成形した。得られたオーステナイト
系ステンレス鋼ビレット緻密体の化学成分組成は、実質
的に原料鋼粉と同様であった。

次いで、このように製造されたビレットを熱間鍛造して
一辺が５０１１の角片とした。

一方、比較のため、第１表に示される成分組成の溶鋼を
電気炉−ＡＯＤで溶製し、常法（通常の造塊法）通りに
インゴットを鋳造した。

そして、上記各インゴット及び角片のそれぞれに“１１
００℃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４６ｎＸ４６鶴Ｘ　２Ｑ　璽ｍ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“Ｏ：パイプ状腐食の発生無し”、“×：パイプ状腐
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（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。

〈総括的な効果〉 以上に説明した如く、この発明によれば、極めて苛酷な
腐食環境である熱湯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頌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。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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を粉末冶金によって製
   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。