JPS645101B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、熱間加工性にすぐれた含窒素２相系
ステンレス鋼に関する。 化学工業用熱交換器等のように耐応力腐食割れ
性が要求される用途には、従来、代表的に２相系
ステンレス鋼であるASME SA669鋼が使用され
ている。しかし、このステンレス鋼は、溶接に際
しての高温加熱時にフエライト量が多くなり、そ
の後の冷却時にフエライト粒界にCr炭化物が析
出する結果、溶接熱影響部を含む溶接部の耐食性
が劣化する問題を有する。 このような溶接部の耐食性の劣化を防止するた
めに、オーステナイト生成元素であるＮを鋼に加
え、高温加熱部にオーステナイト相を残存させる
ようにした含N2相系ステンレス鋼が既に提案さ
れているが（特公昭59−5662号公報）、しかし、
かかる含N2相系ステンレス鋼は、Ｎが主として
オーステナイト相に固溶する結果、オーステナイ
トとフエライトの熱間変形抵抗の差が著しく大き
くなり、オーステナイトとフエライトとの境界に
おいて割れが生じやすく、従つて、熱間加工性に
劣る。 即ち、鋼塊の分塊方法には、一般に、分塊鍛造
と分塊圧延とがあるが、実用的且つ経済的に分塊
するには分塊圧延によることが必須である。そこ
で、本発明者らは、含N2相系ステンレス鋼の熱
間加工性を改善するために鋭意研究した結果、特
に、鋼におけるＳ量及びCa量を規制すると共に、
これらの量を相互に関連させることにより、すぐ
れた耐応力腐食割れ性を保持すると共に、分塊圧
延し得る含N2相系ステンレス鋼を得ることがで
きることを見出して、本発明に至つたものであ
る。 本発明による熱間加工性にすぐれた含N2相系
ステンレス鋼は、重量％で Ｃ 0.03％以下、 Si 0.3〜2.0％、 Mn 0.4〜4.0％、 Cr 16〜22％、 Ni ４〜７％、 Mo ２〜４％、 Ｎ 0.06〜0.20％、 Ｓ 0.005％以下、 Ca 0.001〜0.01％ を含有し、且つ、Ca／Ｓ≧1.5を満足し、残部が
鉄及び不可避的不純物からなることを特徴とす
る。 本発明者らは、950〜1200℃の範囲の温度にお
いて、含N2相系ステンレス鋼を分塊圧延し得る
には、鋼塊から採取した試料が高温高速引張試験
において、約60％以上の絞り値を有することが必
要であることを見出した。図面に0.02C―20Cr―
5Ni―3Mo―0.1N鋼を基本鋼とし、それに種々の
量のCa及びＳを添加し、950〜1200℃の高温高速
引張試験における絞り値との関係を調べた結果を
示す。図面において、〇は絞り値が約60％以上を
示し、×は絞り値が約60％より小さい場合がある
ことを示す。この結果から明らかなように、950
〜1200℃の温度において、分塊圧延に必要な約60
％以上の絞り値を鋼が有するためには、Ｓを
0.005％以下、Caを0.001〜0.01％とすると共に、
Ca／Ｓ重量比を1.5以上とすることが必要である。 また、Ｎは、耐孔食性、耐隙間腐食性及び耐全
面腐食性を改善する効果を有するが、特に、オー
ステナイト生成元素として溶接部の耐食性を確保
するために、必要不可欠の元素である。本発明鋼
においては、かかる効果を有効に得るために、少
なくとも0.06％の添加を必要とする。しかし、Ｎ
はガス成分であるために、過度に添加するときは
造塊時に起泡を発生して、健全な鋼塊を得ること
を困難とするので、添加量の上限は0.20％とす
る。 本発明による含窒素２相系ステンレス鋼におい
て、その他の合金元素の限定理由は次のとおりで
ある。 Ｃは、結晶粒界にCr₂₃C₆として析出するとき、
粒界腐食や粒界応力腐食割れの原因となる。特
に、溶接部におけるこれらの腐食を防止するため
には、Ｃの添加量は0.03％以下に抑えることが必
要である。 Siは、脱酸剤として必要であると共に、耐孔食
性及び耐粒内応力腐食割れ性の改善にも有効であ
り、少なくとも0.3％の添加が必要である。しか
し、過剰に加えるときは、熱間加工性を劣化させ
るので、その添加量の上限は2.0％とする必要が
ある。 Mnも脱酸剤として添加され、更に、本発明鋼
において、オーステナイト組織を安定化すると共
に、Ｎの固溶度を増す効果を発揮させるために少
なくとも0.4％の添加が必要である。しかし、過
多に添加するときは、熱間加工性や耐食性を劣化
させるので、その添加量は4.0％以下の範囲とす
る。 また、Crは鋼の一般耐食性を向上させるため
の必須の合金成分であり、特に、塩化物に対する
耐食性を確保するために16％以上を添加すること
が必要である。しかし、過多に添加するときは、
σ相等の金属間化合物を析出して、靭性を劣化さ
せるので、上限を22％とする。 Niは、鋼の機械的性質、加工性及び一般耐食
性を改善し、鋼の組織をオーステナイトとフエラ
イトの２相組織とするために必要であり、特に、
耐食性の観点から望ましいフエライト量30〜70％
を得るために、本発明鋼においては、Ni量を４
〜７％の範囲に限定する。 Moは、鋼の耐食性、特に、耐孔食性、耐隙間
腐食性及び耐全面腐食性の改善に必要不可欠の元
素であり、本発明においては、少なくとも２％を
添加する。しかし、過多に添加するときは、Cr
と同様に、金属間化合物を析出して、脆化の原因
となるので、添加量は４％以下の範囲とする。 以下に実施例を挙げて本発明をより詳細に説明
する。 実施例 第１表に示す化学成分組成の２相系ステンレス
鋼を高周波誘導炉にて溶製し、50Kg鋼塊を得た。
これら鋼塊を1250℃の温度で10時間加熱して均熱
処理を施した後、半截し、一方はそのままから高
温高速引張試験片を採取し、応力腐食割れ試験片
に加工した。 高温高速引張試験は、引張試験片を高周波加熱

【表】 によつて1200℃、1150℃、1100℃、1050℃、1000
℃又は950℃の温度にそれぞれ加熱、保持し、歪
速度1.0／秒の速度で引張破断させ、絞り値を求
めることにより行つた。 また、応力腐食割れ試験片の製作及び試験方法
のとおりである。即ち、上記鋼塊を熱間鍛造、熱
間圧延及び冷間圧延を経て、最終的に厚さ４mmの
鋼板とした後、1050℃で30分間加熱後、水冷する
溶体化処理を施し、更に、溶接継手を模擬するた
めにTIG法によるリメルトを行なつた。この試験
片からリメルト部が長手方向の中央部に位置する
ように、厚さ２mm、幅15mm及び長さ65mmの腐食試
験片を採取し、２枚重ねてＵ字曲げ加工し、
SUS316製ボルト及びナツトにより試験片両端を
固定して二重Ｕ字状試験片を製作した。これを
120℃の３％塩化ナトリウム＋1/20Ｍ硫酸ナトリ
ウム水溶液中に６週間浸漬することにより、応力
腐食割れ性を試験した。 950〜1200℃の高温高速引張試験と応力腐食割
れ試験の結果を第２表に示す。

【表】 第２表の高温高速引張試験において、〇は950
〜1200℃で絞り値が約60％以上であることを示
し、×は絞り値が約60％より小さい場合があつた
ことを示す。また、応力腐食割れ試験において、
〇は応力腐食割れが認められないことを、×は溶
接熱影響部に粒界応力腐食割れが発生したことを
示す。 本発明鋼はいずれの試験にも合格した。 比較鋼４はＮ含有量が低いため、高温高速引張
試験では60％以上の絞り値を示したが、溶接熱影
響部で粒界応力腐食割れを生じた。一方、比較鋼
５及び６は、適正量のＮを含有するために溶接熱
影響部の耐食性は良好であつたが、Ca添加量が
過少であるため、高温高速引張試験で60％以下の
絞り値を示す場合があり、分解圧延の適用は困難
である。 以上のように、本発明鋼は、熱間加工性にすぐ
れていると共に、塩化物環境下における耐食性に
もすぐれているので、例えば、化学工業用熱交換
器等への用途に好適に使用することができる。

【図面の簡単な説明】

図面は、鋼におけるＳ量及びCa量と高温高速
引張試験における絞り値との関係を示すグラフで
ある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 重量％で Ｃ 0.03％以下、 Si 0.3〜2.0％、 Mn 0.4〜4.0％、 Cr 16〜22％、 Ni ４〜７％、 Mo ２〜４％、 Ｎ 0.06〜0.20％、 Ｓ 0.005％以下、 Ca 0.001〜0.01％ を含有し、且つ、Ca／Ｓ≧1.5を満足し、残部が
   鉄及び不可避的不純物からなることを特徴とする
   熱間加工性にすぐれた含窒素２相系ステンレス
   鋼。