WO2012121232A1 - 二相ステンレス鋼 - Google Patents
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Abstract
Description
下記(1)式で表されるσ相感受性指数Xが52.0以下であり、
下記(2)式で表される強度指数Yが40.5以上であり、さらに
下記(3)式で表される耐孔食性指数PREWが40以上である二相ステンレス鋼。
X=2.2Si+0.5Cu+2.0Ni+Cr+4.2Mo+0.2W・・・(1)
Y=Cr+1.5Mo+10N+3.5W・・・(2)
PREW=Cr+3.3(Mo+0.5W)+16N・・・(3)
ただし、(1)式、(2)式および(3)式中の各元素記号は、各元素の含有量(質量%)を意味する。
Cは、オーステナイト相を安定化するのに有効である。しかし、その含有量が過剰な場合、炭化物が析出しやすくなり、耐食性が劣化する。したがって、Cの含有量は0.03%以下とする。好ましい上限は0.02%である。
Siは、鋼の脱酸に有効である。しかし、その含有量が過剰な場合、σ相の生成を促進する元素である。このため、Siの含有量は0.3%以下とする。好ましい上限は0.25%である。上記の効果は微量でも発揮されるが、特に、Siを脱酸剤として用いる場合には0.01%以上含有させることが好ましい。
Mnは、溶製時の脱硫および脱酸に有効であるとともに、オーステナイト相の安定化に有効である。Mnは、更に熱間加工性の向上に寄与する元素でもある。また、MnにはNの溶解度を大きくする作用もある。しかし、その含有量が過剰な場合、耐食性を劣化させる。したがって、Mnの含有量は3%以下とする。好ましい上限は2.5%である。上記の効果は微量でも発揮されるが、特に、Mnを脱硫または脱酸のために含有させる場合には、0.01%以上含有させることが好ましい。
Pは、鋼中に不可避的に混入する不純物元素であるが、その含有量が過剰な場合、耐食性および靱性の劣化が著しくなる。従って、Pの含有量は0.040%以下に制限する。好ましい上限は0.030%である。
Sは、Pと同様、鋼中に不可避的に混入する不純物元素であり、鋼の熱間加工性を劣化させる。また、硫化物は孔食の発生起点となり耐孔食性を劣化させる。このため、その含有量は少ない方がよく、0.008%以下であれば実用上特に問題とはならない。好ましい上限は0.005%である。
Cuは、還元性の低いとされる低pH環境、例えば、H2SO4または硫化水素環境での耐食性向上に特に有効である。これらの効果を得るためには、Cuを0.2%以上含有させる必要がある。しかし、その含有量が過剰な場合、熱間加工性を劣化させるとともに、σ相の生成を促進する。このため、Cu含有量は、2.0%以下とする。好ましい下限は0.3%であり、より好ましい下限は0.4%である。一方、好ましい上限は1.5%であり、より好ましい上限は0.8%である。
Niは、オーステナイトを安定化するために必須の成分である。Ni含有量が過小な場合、フェライト量が多くなり過ぎて、二相ステンレス鋼としての特徴が失われる。また、フェライト中へのNの固溶度が小さく、窒化物が析出しやすくなり耐食性が劣化する。このため、Niは、5.0%以上含有させる。一方、Ni含有量が過剰な場合、σ相の析出が容易になり靱性が劣化する。従って、Ni含有量は、6.5%以下とする。好ましい下限は、5.3%である。一方、好ましい上限は、6.0%である。
Crは、耐食性および強度を確保するために必須な基本成分である。その含有量が過小な場合、いわゆるスーパー二相ステンレス鋼と言えるだけの耐食性が得られない。従って、Crは23.0%以上含有させる。一方、Crの含有量が過剰な場合、σ相の析出が顕著になり、耐食性の低下とともに、熱間加工性の低下および溶接性の劣化を招く。従って、Cr含有量は27.0%以下とする。好ましい下限は、25.0%である。好ましい上限は、26.0%である。
Moは、Crと同様、耐食性の向上、特に耐孔食性および耐隙間腐食性の向上に有効である。また、高強度化にも有効である。このため、Moを2.5%以上含有させる必要がある。一方、その含有量が過剰な場合、σ相が析出し易くなる。このため、Mo含有量は3.5%以下とする。Mo含有量は、2.7%以上とするのが好ましい。また、Mo含有量は3.2%以下とするのが好ましく、より好ましいのは3.0%未満である。
Wは、Moに比べ、σ相などの金属間化合物の生成が少なく、耐食性、特に耐孔食性および耐隙間腐食性を向上させる元素である。また、高強度化にも有効である。Wを適量含有させれば、CrおよびMoさらにはNの含有量を増やさずに高い耐食性を確保することができる。しかし、Wを過剰に含有させても耐食性の向上効果は飽和する。したがって、Wの含有量は1.5~4.0%とする。好ましい下限は1.8%であり、より好ましいのは2.0である。好ましい上限は、3.8%である。
Nは、強力なオーステナイト生成元素であり、二相ステンレス鋼の熱的安定性および耐食性の向上ならびに高強度化に有効である。フェライト相とオーステナイト相とのバランスを適正なものにするために、フェライト生成元素であるCrおよびMoの含有量との関係でNを適量含有させる必要がある。Nは、Cr、MoおよびWと同様に合金の耐食性を向上させる効果も有する。このため、Nを0.24%以上含有させる必要がある。一方、その含有量が過剰になると、ブローホールの発生による欠陥、溶接時の熱影響による窒化物生成等により鋼の靱性および耐食性を劣化させる。従って、Nの含有量は0.40%以下とする。N含有量は0.30%を超えるのが好ましく、さらに好ましいのは0.32%超える場合である。
上記の化学成分のうち、Si、Cu、Ni、Cr、MoおよびWの各元素は、σ相を生成しやすい元素であるため、それぞれの含有量を所定の範囲とすると共に、下記(1)式で表されるσ相感受性指数Xが52.0以下であることが必要である。σ相感受性指数Xが52.0以下となるように化学組成を調整することで、900℃で600secの時効後の衝撃値(JIS Z 2242:2005)が20J/cm2以上としやすくなり、優れた耐脆化割れ性が得られる。σ相感受性指数Xは、51.0以下とすることが好ましい。
X=2.2Si+0.5Cu+2.0Ni+Cr+4.2Mo+0.2W・・・(1)
ただし、(1)式中の各元素記号は、各元素の含有量(質量%)を意味する。
上記の化学成分のうち、Cr、Mo、WおよびNの各元素は、高強度化に寄与する固溶強化型の元素であるため、それぞれの含有量を所定の範囲とすると共に、下記(2)式で表される強度指数Yが40.5以上とする必要がある。強度指数Yが40.5以上となるように化学組成を調整することで、0.2%耐力YSが620MPaとなり、高強度化を達成することができる。強度指数Yは、十分な高強度化効果を得るために41.5以上とすることが好ましい。
Y=Cr+1.5Mo+10N+3.5W・・・(2)
ただし、(2)式中の各元素記号は、各元素の含有量(質量%)を意味する。
上記の化学成分のうち、Cr、Mo、WおよびNの各元素については、それぞれの含有量を所定の範囲とすると共に、本発明の二相ステンレス鋼の耐食性、特に耐海水腐食性を改善するためには、下記(3)式で表される耐孔食性指数PREWが40以上であることが必要である。耐孔食性指数PREWは、一般には35以上となるように調整されるが、本発明の二相ステンレス鋼ではCr、MoおよびNの含有量を高めてPREWが40以上とする。これにより、著しく優れた耐食性を得ることができる。
PREW=Cr+3.3(Mo+0.5W)+16N・・・(3)
ただし、(3)式中の各元素記号は、各元素の含有量(質量%)を意味する。
Δr;ビレット中心からの位置(m)
ρ;密度 7900(kg/m3)
Cp;比熱 500(J/kg/K)
T;ビレット温度 (℃)
t;放冷開始からの時間 (s)
λ;熱伝導度 14(W/m/K)(熱間鍛造後(仕上温度900℃)の外径180φビレット放冷時の外表面実測温度値より補正した値)
T∞;温度の境界条件 300(℃)(本計算は、空冷後のビレット表面温度が300℃となるまで算出)
C;係数 円柱状の場合0.55
ΔT;境界条件T∞との温度差(℃)
L;ビレット長さ 3(m)
冷却開始温度;1150℃
Claims (2)
- 質量%で、C:0.03%以下、Si:0.3%以下、Mn:3.0%以下、P:0.040%以下、S:0.008%以下、Cu:0.2~2.0%、Ni:5.0~6.5%、Cr:23.0~27.0%、Mo:2.5~3.5%、W:1.5~4.0%およびN:0.24~0.40%を含有し、残部がFeおよび不純物からなり、
下記(1)式で表されるσ相感受性指数Xが52.0以下であり、
下記(2)式で表される強度指数Yが40.5以上であり、さらに
下記(3)式で表される耐孔食性指数PREWが40以上であることを特徴とする二相ステンレス鋼。
X=2.2Si+0.5Cu+2.0Ni+Cr+4.2Mo+0.2W・・・(1)
Y=Cr+1.5Mo+10N+3.5W・・・(2)
PREW=Cr+3.3(Mo+0.5W)+16N・・・(3)
ただし、(1)式、(2)式および(3)式中の各元素記号は、各元素の含有量(質量%)を意味する。 - Feの一部に代えて、質量%で、Ca:0.02%以下、Mg:0.02%以下、B:0.02%以下および希土類元素:0.2%以下から選択される1種以上を含むことを特徴とする請求項1に記載の二相ステンレス鋼。
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