JP2014005497A - 高耐食オーステナイト系ステンレス鋼 - Google Patents
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Abstract
【課題】耐食性や機械的性質を損わず加工し得る高耐食オーステナイトステンレス鋼の提供。
【解決手段】Ｃ：０．００１〜０．１００％、Ｓｉ：０．０１〜２．００％、Ｍｎ：０．０１〜２．００％、Ｓ：≦０．０１００％、Ｎｉ：５．０〜２５．０％、Ｃｒ：５．０〜３５．０％、Ｍｏ：２．０〜１０．００％、Ｃｕ：０．１０〜５．００％、Ｔｉ：０．００１〜０．０１０％、Ａｌ：０．００１〜０．０５０％、Ｎ：０．００１〜０．５００％、Ｃａ：０．０００１〜０．０２００％、Ｂ：０．０００１〜０．０１００％を含み、残部Ｆｅと不可避不純物の鋼で、鋼の成分式のｆｎ１＝［Ｃｒ］＋３．３［Ｍｏ］＋１６［Ｎ］＝３５．０〜６０．０、ｆｎ２＝８．４［Ｃ］＋３０．８［Ｎ］＋５．０［Ｂ］＋１７．３［Ｍｏ］＋２．５［Ｓｉ］＋１．７［Ｍｎ］＝７０〜２００、ｆｎ３＝（［Ｃａ］／［Ｓ］）＋（［Ｂ］×１０3）＝１．０〜１２．０等を満たす鋼。
【選択図】図１
【解決手段】Ｃ：０．００１〜０．１００％、Ｓｉ：０．０１〜２．００％、Ｍｎ：０．０１〜２．００％、Ｓ：≦０．０１００％、Ｎｉ：５．０〜２５．０％、Ｃｒ：５．０〜３５．０％、Ｍｏ：２．０〜１０．００％、Ｃｕ：０．１０〜５．００％、Ｔｉ：０．００１〜０．０１０％、Ａｌ：０．００１〜０．０５０％、Ｎ：０．００１〜０．５００％、Ｃａ：０．０００１〜０．０２００％、Ｂ：０．０００１〜０．０１００％を含み、残部Ｆｅと不可避不純物の鋼で、鋼の成分式のｆｎ１＝［Ｃｒ］＋３．３［Ｍｏ］＋１６［Ｎ］＝３５．０〜６０．０、ｆｎ２＝８．４［Ｃ］＋３０．８［Ｎ］＋５．０［Ｂ］＋１７．３［Ｍｏ］＋２．５［Ｓｉ］＋１．７［Ｍｎ］＝７０〜２００、ｆｎ３＝（［Ｃａ］／［Ｓ］）＋（［Ｂ］×１０3）＝１．０〜１２．０等を満たす鋼。
【選択図】図１
Description
本発明は、化学プラント用部材や配管や海水を用いた熱交換器などに使用されて、各種の腐食環境下で優れた耐食性を有すると共に、熱間および冷間での加工性にも優れた、高耐食オーステナイト系ステンレス鋼に関する。
Ｃｒ、ＣｕやあるいはＭｏを含むオーステナイト系ステンレス鋼は、多くの腐食環境下において優れた耐食性を示す。しかし、これらのステンレス鋼は、加工性においては、熱間、冷間での変形抵抗が高く、延性が低いため、設備負荷が大きい上に、熱間や冷間での加工時に割れやキズが発生しやすく、加工寸法の制限や歩留りの悪化が生じ、生産性を阻害している。
高Ｍｏかつ高Ｎの高耐食オーステナイト系ステンレス鋼で、Ｂを利用して熱間加工性の改善を試みている（例えば、特許文献１参照。）。しかし、この文献には、Ｂが耐食性や冷間加工性に及ぼす影響については言及されていない。したがって、このステンレス鋼では、耐食性および冷間加工性を阻害する硬質介在物の生成を抑制する合金設計が必要と考える。
米国の規格であるＵＮＳ Ｓ３１２５４などの高Ｍｏオーステナイト系ステンレス鋼は、ＣｒやＣｕやＮを含み、その化学組成から硫酸、燐酸、硝酸、海水などの多くの腐食環境において優れた耐食性を有し、さらに高強度でもある。そこで、この高Ｍｏオーステナイト系ステンレス鋼は化学プラント用の部材や配管や海水を用いた熱交換器などに使用されている。しかし、加工性においては、このＵＮＳ Ｓ３１２５４などの高Ｍｏオーステナイト系ステンレス鋼はＳＵＳ３０４などの汎用オーステナイト系ステンレス鋼と比べて、変形抵抗が高く、延性が低いため、設備負荷が大きい上に、熱間や冷間での加工時に割れやキズが発生しやすく、加工寸法の制限や歩留りの悪化が生じ、生産性を阻害している。
そこで、本発明が解決しようとする課題は、優れた耐食性や機械的性質を損なうことなく、熱間加工および冷間加工を容易に実施できる高耐食オーステナイト系ステンレス鋼を提供することである。
発明者は、優れた耐食性および機械的性質を有し、熱間加工性および冷間加工性の悪化の原因である材料自体の高い変形抵抗と低い延性、並びに熱間加工での低オーバーヒート温度や低融点化合物の析出および冷間加工でのＡｌＮ、ＴｉＮおよびＢＮといった硬質介在物の析出による割れやキズの発生などを抑制する高耐食オーステナイト系ステンレス鋼を鋭意研究して開発した。
上記の課題を解決するための本発明の手段は、質量％で、Ｃ：０．００１〜０．１００％、Ｓｉ：０．０１〜２．００％、Ｍｎ：０．０１〜２．００％、Ｓ：０．０１００％以下、Ｎｉ：５．０〜２５．０％、Ｃｒ：５．０〜３５．０％、Ｍｏ：２．０〜１０．００％、Ｃｕ：０．１０〜５．００％、Ｔｉ：０．００１〜０．０１０％、Ａｌ：０．００１〜０．０５０％、Ｎ：０．００１〜０．５００％、Ｃａ：０．０００１〜０．０２００％、Ｂ：０．０００１〜０．０１００％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる鋼である。
そして、この鋼の化学成分からなる関係を規定する計算式の、
ｆｎ１＝［Ｃｒ］＋３．３［Ｍｏ］＋１６［Ｎ］＝３５．０〜６０．０
ｆｎ２＝８．４［Ｃ］＋３０．８［Ｎ］＋５．０［Ｂ］＋１７．３［Ｍｏ］＋２．５［Ｓｉ］＋１．７［Ｍｎ］＝７０〜２００
ｆｎ３＝（［Ｃａ］／［Ｓ］）＋（［Ｂ］×１０3）＝１．０〜１２．０
ｆｎ４＝１００［Ｎ］×（１．３［Ｂ］＋０．５［Ａｌ］＋０．３［Ｔｉ］）≦０．６０
を満足することを特徴とする高耐食オーステナイト系ステンレス鋼である。
そして、この鋼の化学成分からなる関係を規定する計算式の、
ｆｎ１＝［Ｃｒ］＋３．３［Ｍｏ］＋１６［Ｎ］＝３５．０〜６０．０
ｆｎ２＝８．４［Ｃ］＋３０．８［Ｎ］＋５．０［Ｂ］＋１７．３［Ｍｏ］＋２．５［Ｓｉ］＋１．７［Ｍｎ］＝７０〜２００
ｆｎ３＝（［Ｃａ］／［Ｓ］）＋（［Ｂ］×１０3）＝１．０〜１２．０
ｆｎ４＝１００［Ｎ］×（１．３［Ｂ］＋０．５［Ａｌ］＋０．３［Ｔｉ］）≦０．６０
を満足することを特徴とする高耐食オーステナイト系ステンレス鋼である。
ここで、本発明の高耐食オーステナイト系ステンレス鋼のＦｅを除く化学成分の範囲の限定理由および計算式の値の限定理由を以下に説明する。なお、％は質量％を示す。
Ｃ：０．００１〜０．１００％
Ｃは、固溶強化を図るために必要な元素である。このためには、Ｃは０．００１％以上必要である。しかし、Ｃが０．１００％を超えると、ＣｒとＣｒ炭化物を形成し、鋼の耐粒界腐食性が低下し、また、鋼材の融点を下げて変形抵抗を上げるために、熱間加工性および冷間加工性が低下する。そこで、Ｃは０．００１〜０．１００％とする。
Ｃは、固溶強化を図るために必要な元素である。このためには、Ｃは０．００１％以上必要である。しかし、Ｃが０．１００％を超えると、ＣｒとＣｒ炭化物を形成し、鋼の耐粒界腐食性が低下し、また、鋼材の融点を下げて変形抵抗を上げるために、熱間加工性および冷間加工性が低下する。そこで、Ｃは０．００１〜０．１００％とする。
Ｓｉ：０．０１〜２．００％
Ｓｉは、製造時に脱酸剤として添加される元素である。このためには、Ｃは０．０１％以上必要である。しかし、Ｓｉが２．００％を超えると、鋼材の延性を低下させる。そこで、Ｓｉは０．０１〜２．００％とする。
Ｓｉは、製造時に脱酸剤として添加される元素である。このためには、Ｃは０．０１％以上必要である。しかし、Ｓｉが２．００％を超えると、鋼材の延性を低下させる。そこで、Ｓｉは０．０１〜２．００％とする。
Ｍｎ：０．０１〜２．００％
Ｍｎは、Ｓ固定による熱間加工性の改善の効果を得るためと、鋼のγ相の安定化のために必要な元素である。このためには、Ｍｎは０．０１％以上必要である。しかし、Ｍｎが２．００％超えてもこれらの効果は飽和する。そこで、Ｍｎは０．０１〜２．００％とする。
Ｍｎは、Ｓ固定による熱間加工性の改善の効果を得るためと、鋼のγ相の安定化のために必要な元素である。このためには、Ｍｎは０．０１％以上必要である。しかし、Ｍｎが２．００％超えてもこれらの効果は飽和する。そこで、Ｍｎは０．０１〜２．００％とする。
Ｓ：０．０１００％以下
Ｓは添加しなくとも良い元素である。しかし、Ｓが０．０１００％を超えると、低融点硫化物の生成による鋼材の熱間加工性を悪化する。そこで、Ｓは０．０１００％以下とする。
Ｓは添加しなくとも良い元素である。しかし、Ｓが０．０１００％を超えると、低融点硫化物の生成による鋼材の熱間加工性を悪化する。そこで、Ｓは０．０１００％以下とする。
Ｎｉ：５．０〜２５．０％
Ｎｉは、鋼のγ相の安定化に有効な元素である。このためには、Ｎｉは５．０％以上必要である。しかし、Ｎｉは高価な稀少な金属であるので、２５％を超えるとコストを上げる。そこで、Ｎｉは５．０〜２５．０％とする。
Ｎｉは、鋼のγ相の安定化に有効な元素である。このためには、Ｎｉは５．０％以上必要である。しかし、Ｎｉは高価な稀少な金属であるので、２５％を超えるとコストを上げる。そこで、Ｎｉは５．０〜２５．０％とする。
Ｃｒ：５．０〜３５．０％
Ｃｒは、耐食性の向上に必須の元素である。このためには、Ｃｒは５．０％以上が必要である。しかし、Ｃｒは３５．０％を超えて含有されると、鋼の融点を下げ、変形抵抗を上げるために、鋼材の熱間加工性および冷間加工性が低下する。そこで、Ｃｒは５．０〜３５．０％とする。
Ｃｒは、耐食性の向上に必須の元素である。このためには、Ｃｒは５．０％以上が必要である。しかし、Ｃｒは３５．０％を超えて含有されると、鋼の融点を下げ、変形抵抗を上げるために、鋼材の熱間加工性および冷間加工性が低下する。そこで、Ｃｒは５．０〜３５．０％とする。
Ｍｏ：２．０〜１０．００％
Ｍｏは、耐食性の向上に必須の元素である。このためには、Ｍｏは２．０％以上が必要である。しかし、Ｍｏは１０．００％を超えて含有されると、鋼の融点を下げ、変形抵抗を上げるために、鋼材の熱間加工性および冷間加工性を低下させ、さらに、コストを上げる。そこで、Ｍｏは２．０〜１０．００％とする。好ましくは４．０〜８．００％である。
Ｍｏは、耐食性の向上に必須の元素である。このためには、Ｍｏは２．０％以上が必要である。しかし、Ｍｏは１０．００％を超えて含有されると、鋼の融点を下げ、変形抵抗を上げるために、鋼材の熱間加工性および冷間加工性を低下させ、さらに、コストを上げる。そこで、Ｍｏは２．０〜１０．００％とする。好ましくは４．０〜８．００％である。
Ｃｕ：０．１０〜５．００％
Ｃｕは、耐食性の向上に必須の元素であり、さらにγ相の安定化に必要な元素である。このためには、Ｃｕは０．１０％以上が必要である。しかし、Ｃｕは５．００％を超えると鋼の熱間加工性を低下させ、コストをあげる。そこで、Ｃｕは０．１０〜５．００％とする。
Ｃｕは、耐食性の向上に必須の元素であり、さらにγ相の安定化に必要な元素である。このためには、Ｃｕは０．１０％以上が必要である。しかし、Ｃｕは５．００％を超えると鋼の熱間加工性を低下させ、コストをあげる。そこで、Ｃｕは０．１０〜５．００％とする。
Ｔｉ：０．００１〜０．０１０％
Ｔｉは、Ｃ固定による耐食性を向上する元素であり、ＴｉＣやＴｉＮの生成によるピン止め効果により、結晶粒微細化による強度および靱性の向上に寄与する。このためには、Ｔｉは０．００１％以上が必要である。しかし、Ｔｉは０．０１０％を超えると、多量のＴｉＮを生成させ、耐食性を悪化させると共に冷間加工での割れや疵の発生起点となる。また、鋼材の融点を下げ、変形抵抗を上げるため、熱間加工性や冷間加工性を悪化する。そこで、Ｔｉは０．００１〜０．０１０％とする。
Ｔｉは、Ｃ固定による耐食性を向上する元素であり、ＴｉＣやＴｉＮの生成によるピン止め効果により、結晶粒微細化による強度および靱性の向上に寄与する。このためには、Ｔｉは０．００１％以上が必要である。しかし、Ｔｉは０．０１０％を超えると、多量のＴｉＮを生成させ、耐食性を悪化させると共に冷間加工での割れや疵の発生起点となる。また、鋼材の融点を下げ、変形抵抗を上げるため、熱間加工性や冷間加工性を悪化する。そこで、Ｔｉは０．００１〜０．０１０％とする。
Ａｌ：０．００１〜０．０５０％
Ａｌは、製鋼時の脱酸材として添加する元素であり、また、ＡｌＮの生成によるピン止め効果により結晶粒微細化による強度、靱性の向上に寄与する元素である。このためには、Ａｌは０．００１％以上が必要である。しかし、Ａｌは０．０５０％を超えて含有してもその効果は飽和し、コストを上げることとなり、さらに、多量のＡｌＮを生成して耐食性を悪化させると共に、冷間加工での割れや疵の発生起点となる。そこで、Ａｌは０．００１〜０．０５０％とする。好ましくは０．００５〜０．０３０％である。
Ａｌは、製鋼時の脱酸材として添加する元素であり、また、ＡｌＮの生成によるピン止め効果により結晶粒微細化による強度、靱性の向上に寄与する元素である。このためには、Ａｌは０．００１％以上が必要である。しかし、Ａｌは０．０５０％を超えて含有してもその効果は飽和し、コストを上げることとなり、さらに、多量のＡｌＮを生成して耐食性を悪化させると共に、冷間加工での割れや疵の発生起点となる。そこで、Ａｌは０．００１〜０．０５０％とする。好ましくは０．００５〜０．０３０％である。
Ｎ：０．００１〜０．５００％
Ｎは、γ相を安定化し、耐食性の向上を図る元素である。このためには、Ｎは０．００１％以上が必要である。しかし、Ｎは０．５００％を超えて含有すると、窒化物の生成により鋼材の熱間加工性が悪化する。そこで、Ｎは０．００１〜０．５００％とする。好ましくは０．０５０〜０．３００％である。
Ｎは、γ相を安定化し、耐食性の向上を図る元素である。このためには、Ｎは０．００１％以上が必要である。しかし、Ｎは０．５００％を超えて含有すると、窒化物の生成により鋼材の熱間加工性が悪化する。そこで、Ｎは０．００１〜０．５００％とする。好ましくは０．０５０〜０．３００％である。
Ｃａ：０．０００１〜０．０２００％
Ｃａは、Ｓを固定し熱間加工性の改善に寄与する元素である。このためには、Ｃａは０．０００１％以上が必要である。しかし、Ｃａは０．０２００％を超えて含有されると、低融点化合物の生成により、鋼材の熱間加工性が悪化する。そこで、Ｃａは０．０００１〜０．０２００％とする。
Ｃａは、Ｓを固定し熱間加工性の改善に寄与する元素である。このためには、Ｃａは０．０００１％以上が必要である。しかし、Ｃａは０．０２００％を超えて含有されると、低融点化合物の生成により、鋼材の熱間加工性が悪化する。そこで、Ｃａは０．０００１〜０．０２００％とする。
Ｂ：０．０００１〜０．０１００％
Ｂは粒界偏析による粒界を強化する元素である。そのためには、Ｂは０．０００１％以上が必要である。しかし、Ｂは０．０１００％を超えて含有されると、鋼材のオーバーヒート温度を低下させ、窒化物の生成により、耐食性と冷間加工性が悪化する。そこで、Ｂは０．０００１〜０．０１００％とする。好ましくは０．００１０〜０．００５０％である。
Ｂは粒界偏析による粒界を強化する元素である。そのためには、Ｂは０．０００１％以上が必要である。しかし、Ｂは０．０１００％を超えて含有されると、鋼材のオーバーヒート温度を低下させ、窒化物の生成により、耐食性と冷間加工性が悪化する。そこで、Ｂは０．０００１〜０．０１００％とする。好ましくは０．００１０〜０．００５０％である。
ｆｎ１＝［Ｃｒ］＋３．３［Ｍｏ］＋１６［Ｎ］＝３５．０〜６０．０
ｆｎ１の値は、鋼の耐孔食性の向上を示す値である。そのためには、ｆｎ１の値は３５．０以上である必要がある。しかし、ｆｎ１の値が６０．０を超えると、固溶強化の過剰により、強度過剰となって加工性が悪化して、生産性を阻害する。そこで、ｆｎ１の値は３５．０〜６０．０とする。好ましくは４０．０〜５５．０である。
ｆｎ１の値は、鋼の耐孔食性の向上を示す値である。そのためには、ｆｎ１の値は３５．０以上である必要がある。しかし、ｆｎ１の値が６０．０を超えると、固溶強化の過剰により、強度過剰となって加工性が悪化して、生産性を阻害する。そこで、ｆｎ１の値は３５．０〜６０．０とする。好ましくは４０．０〜５５．０である。
ｆｎ２＝８．４［Ｃ］＋３０．８［Ｎ］＋５．０［Ｂ］＋１７．３［Ｍｏ］＋２．５［Ｓｉ］＋１．７［Ｍｎ］＝７０〜２００
ｆｎ２の値は、鋼の強度の上昇を示す値である。そのためには、ｆｎ２の値は７０以上である必要がある。しかし、ｆｎ２の値が２００を超えると、固溶強化の過剰により、強度過剰となって加工性が悪化して、生産性を阻害する。一方、ｆｎ２の値は７０未満であると、強度が不足する。そこで、ｆｎ２の値は７０〜２００とする。好ましくは８０〜１４０である。
ｆｎ２の値は、鋼の強度の上昇を示す値である。そのためには、ｆｎ２の値は７０以上である必要がある。しかし、ｆｎ２の値が２００を超えると、固溶強化の過剰により、強度過剰となって加工性が悪化して、生産性を阻害する。一方、ｆｎ２の値は７０未満であると、強度が不足する。そこで、ｆｎ２の値は７０〜２００とする。好ましくは８０〜１４０である。
ｆｎ３＝（［Ｃａ］／［Ｓ］）＋（［Ｂ］×１０3）＝１．０〜１２．０
ｆｎ３の値は、鋼の熱間加工性の向上を示す値である。そのためには、ｆｎ３の値は１．０以上である必要がある。しかし、ｆｎ３の値が１２．０を超えると、Ｓに対するＣａの過剰添加により、鋼の熱間加工性を低下する。そこで、ｆｎ３の値は１．０〜１２．０とする。好ましくは１．５〜１０．０である。
ｆｎ３の値は、鋼の熱間加工性の向上を示す値である。そのためには、ｆｎ３の値は１．０以上である必要がある。しかし、ｆｎ３の値が１２．０を超えると、Ｓに対するＣａの過剰添加により、鋼の熱間加工性を低下する。そこで、ｆｎ３の値は１．０〜１２．０とする。好ましくは１．５〜１０．０である。
ｆｎ４＝１００［Ｎ］×（１．３［Ｂ］＋０．５［Ａｌ］＋０．３［Ｔｉ］）≦０．６０
ｆｎ４の値は、鋼の耐食性および冷間加工性を示す値である。すなわち、ｆｎ４の値が０．６０を超えると、窒化物の生成過剰により鋼の耐食性および冷間加工性を悪化する。そこで、ｆｎ４の値は０．６０以下とする。好ましくは０．５０以下である。
ｆｎ４の値は、鋼の耐食性および冷間加工性を示す値である。すなわち、ｆｎ４の値が０．６０を超えると、窒化物の生成過剰により鋼の耐食性および冷間加工性を悪化する。そこで、ｆｎ４の値は０．６０以下とする。好ましくは０．５０以下である。
上記の課題を解決するための手段としたことで、優れた耐食性や機械的性質を損なうことなく、熱間加工および冷間加工を容易に実施できる高耐食オーステナイト系ステンレス鋼が得られる。
発明の実施の形態について、表１および表２および図１および図２をそれぞれ参照して以下に説明する。
表１に示す化学成分を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなり、ｆｎ１〜４の値を有する、Ｎｏ．１〜１３の発明鋼およびＮｏ．１４〜２５の比較鋼に示す鋼を、ＶＩＭ（真空誘導溶解）法により溶解して１００ｋｇのインゴットに鋳造した後、これらを１１８０℃に加熱し、径１５ｍｍ、径１８ｍｍ、径２５ｍｍの棒鋼にそれぞれ鍛伸した。
さらに、表１の化学成分を含有する鋼材の熱間加工性を評価するため、径１５ｍｍの棒鋼からなる鋼材を１１８０℃で３０分保持した後、水冷により焼入れする前熱処理（熱間加工時の加熱温度からの水冷による焼入れに相当）を実施した。次いで、この棒鋼から径８ｍｍ、長さ１００ｍｍの高温試験のグリーブル試験片を作製した。さらにグリーブル試験機を用いて、１１８０℃に加熱後、毎秒当たり５０ｍｍの引張速度で引張試験を行い、絞りと引張速度を測定した。この高温における引張試験による結果の評価として、表２に熱加工性である絞りと変形抵抗を示し、１１８０℃における絞りが７５％以上、かつ変形抵抗が２００ＭＰａ以下を満足するものを、熱間加工性が良好であるとして白丸で示した。一方、絞りが７５％以上あるいは変形抵抗が２００ＭＰａ以下のいずれかを満足しないもの、または両者を満足しないものを、熱間加工性が良好でないとして黒丸で示した。
さらに、上記で得られた鋼材の冷間加工性を評価するために、上記の１１８０℃に加熱し、鍛伸した棒鋼のうち、径１８ｍｍの棒鋼を１１５０℃で１５分保持した後、水冷により焼入れする前熱処理（固溶化処理に相当）を実施し、次いで、この棒鋼から径１４ｍｍ、長さ２１ｍｍの据込み試験用試料を作製した。この試験用試料を用いて室温で据込み試験を行い、５０％加工時の割れの有無と、５０％加工時の変形抵抗を測定した。この冷間による据込み試験による結果の評価として、表２に冷間加工性である室温で５０％加工時の割れの有無と変形抵抗を示し、割れが無く、かつ変形抵抗が１４００ＭＰａ以下を満足するものを冷間加工性が良好であるとして白丸で示した。一方、割れが無く、かつ変形抵抗が１４００ＭＰａ以下のいずれかを満足しないものまたは両者を満足しないものを冷間加工性が良好でないとして黒丸で示した。
さらに、上記で得られた鋼材の耐食性を評価するために、上記の１１８０℃に加熱し、鍛伸した棒鋼のうち、径１５ｍｍの棒鋼を１１５０℃で１５分保持した後、水冷により焼入れする前熱処理（固溶化処理に相当）を実施し、次いで、この棒鋼から径１２ｍｍ、長さ２１ｍｍの腐食試験用試料を作製した。この試験用試料を用いてＪＩＳに規定されている６５％硝酸による粒界腐食と、グリーンデス（ｇｒｅｅｎ ｄｅａｔｈ）試験溶液による孔食試験に供した。
この中の粒界腐食に対して、６５％硝酸粒界腐食試験：［ＪＩＳ Ｇ０５７３に規定］として、沸騰した６５％硝酸溶液に試験用試料を４８時間浸漬して、これを５回繰り返して試験し、試験試料の腐食度（ｇ／ｍ2ｈ）を測定し、これらの５回の平均値を腐食度として結果の評価として、表２に耐粒界腐食性を示し、腐食度０．５０（ｇ／ｍ2ｈ）以下を満足するものを耐粒界腐食性は良好であるとして白丸で示した。一方、腐食度０．５０（ｇ／ｍ2ｈ）を超えるものを耐粒界腐食性は良好でないとして黒丸で示した。
この中の粒界腐食に対して、６５％硝酸粒界腐食試験：［ＪＩＳ Ｇ０５７３に規定］として、沸騰した６５％硝酸溶液に試験用試料を４８時間浸漬して、これを５回繰り返して試験し、試験試料の腐食度（ｇ／ｍ2ｈ）を測定し、これらの５回の平均値を腐食度として結果の評価として、表２に耐粒界腐食性を示し、腐食度０．５０（ｇ／ｍ2ｈ）以下を満足するものを耐粒界腐食性は良好であるとして白丸で示した。一方、腐食度０．５０（ｇ／ｍ2ｈ）を超えるものを耐粒界腐食性は良好でないとして黒丸で示した。
さらに、グリーンデス試験溶液による孔食試験として、７％Ｈ2ＳＯ4溶液、３ｖ％ＨＣｌ溶液、１％ＣｕＣｌ2溶液、１％ＦｅＣｌ3・６Ｈ2Ｏの溶液からなるグリーンデス試験溶液を６５℃に加熱した中に上記の径１２ｍｍ、長さ２１ｍｍの試験片を２４時間浸漬して腐食度（ｇ／ｍ2ｈ）を測定し、腐食度が１５．０（ｇ／ｍ2ｈ）以下を満足するものを耐孔食性が良好であるとして白丸で示した。一方、腐食度１５．０（ｇ／ｍ2ｈ）を超えるものを耐孔食性は良好でないとして黒丸で示した。
さらに、上記で得られた鋼材の機械的性質を評価するために、上記の１１８０℃に加熱し、鍛伸した棒鋼のうち、径２５ｍｍの棒鋼を１１５０℃で１５分間保持した後、水冷により焼入れする前熱処理（固溶化処理に相当）を実施し、ＪＩＳに規定する１０号試験片に加工して、引張試験を行って、引張強さおよび伸びを測定した。この引張試験の結果の評価として、表２に機械的性質の引張強さおよび全伸びを示し、引張強さが６５０ＭＰａ以上でかつ全伸びが４０％以上を機械的性質が良好であるとして白丸で示した。一方、強さが６５０ＭＰａ以上あるいは全伸びが４０％以上のいずれかまたは両者を満足しないものを機械的性質が良好でないとして黒丸で示した。
図１は、本発明の特許請求の範囲の請求項における耐食オーステナイト系ステンレス鋼の、化学成分の関係を規定する式であるｆｎ１を横軸にｆｎ２を縦軸にとり、請求項に記載のｆｎ１の値およびｆｎ２の値の範囲で横軸と縦軸を区画して、鋼の耐孔食性と材料強度の関係を示すグラフである。このグラフにおける、横軸のｆｎ１の値の３５．０〜６０．０および縦軸のｆｎ２の値の７０〜２００の領域内が本発明の範囲であり、この範囲内に表１に示す実施例である発明鋼のＮｏ．１〜１３が総て含まれている。これらは、鋼の耐孔食性が優れているもの、すなわち上記の段落００３５に記載の試験における、腐食度が１５．０（ｇ／ｍ2ｈ）以下を満足するものであり、さらに、材料強度が優れているもの、すなわち上記の段落００３６に記載の引張試験における引張強さ６５０ＭＰａ以上を満足するものであり、したがって、表１の発明鋼のＮｏ．１〜１３を図１に白丸で示している。これに対して、本発明の範囲外である、図１における、横軸のｆｎ１の値の３５．０〜６０．０の領域の範囲からおよび縦軸のｆｎ２の値の７０〜２００の領域の範囲から、それぞれ外れる領域では、すなわち、横軸のｆｎ１の値が３５．０未満の領域では、耐孔食性が悪化しており、横軸のｆｎ１の値が６０．０を超える領域では、段落００２３に記載したように、固溶強化の過剰により、強度過剰となって加工性を悪化している。また、縦軸のｆｎ２の値が２００を超える領域では固溶強化の過剰によって強度過剰で加工性を悪化しており、さらにｆｎ２の値が７０未満である領域では、強度が不足している。
図２は、本発明の特許請求の範囲の請求項における耐食オーステナイト系ステンレス鋼の、化学成分の関係を規定する式であるｆｎ３を横軸にｆｎ４を縦軸にとり、請求項に記載のｆｎ３の値およびｆｎ４の値の範囲で横軸と縦軸を区画して、鋼の熱間及び冷間の加工性と耐食性の関係を示すグラフである。このグラフにおける、横軸のｆｎ３の値の１．０〜１２．０および縦軸のｆｎ４の値の０．６０以下の領域内が本発明の範囲であり、この範囲内に表１に示す実施例である発明鋼のＮｏ．１〜１３が総て含まれている。これらは鋼の加工性および耐食性が優れているもの、すなわち上記の段落００３４に記載の試験における、腐食度が０．５０（ｇ／ｍ2ｈ）以下を満足するものである。さらに、これらは材料強度が優れているもの、すなわち上記の段落００３６に記載の引張試験における引張強さ６５０ＭＰａ以上を満足するものであり、したがって、表１の発明鋼のＮｏ．１〜１３を図１に白丸で示している。これに対して、本発明の範囲外である、図１における、横軸のｆｎ３の値の１．０〜１２．０の領域の範囲からおよび縦軸のｆｎ４の値の０．６０以下の領域の範囲から、それぞれ外れる領域では、すなわち、横軸のｆｎ３の値が１．０未満および１２．０超の領域で、かつ縦軸のｆｎ４の値が０．６０超の範囲では、耐食性及び冷間加工性が悪化しており、横軸のｆｎ３の値が１．０未満および１２．０超の領域では、段落００２５に記載したように、Ｓに対するＣａの過剰添加により、熱間加工性を悪化している。また、縦軸のｆｎ４の値が０．６０を超える領域では、窒化物の生成過剰により鋼の耐食性および冷間加工性が悪化している。
Claims (1)
- 質量％で、Ｃ：０．００１〜０．１００％、Ｓｉ：０．０１〜２．００％、Ｍｎ：０．０１〜２．００％、Ｓ：０．０１００％以下、Ｎｉ：５．０〜２５．０％、Ｃｒ：５．０〜３５．０％、Ｍｏ：２．０〜１０．００％、Ｃｕ：０．１０〜５．００％、Ｔｉ：０．００１〜０．０１０％、Ａｌ：０．００１〜０．０５０％、Ｎ：０．００１〜０．５００％、Ｃａ：０．０００１〜０．０２００％、Ｂ：０．０００１〜０．０１００％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる鋼で、化学成分の関係が、
ｆｎ１＝３５．０〜６０．０、
ｆｎ２＝７０〜２００、
ｆｎ３＝１．０〜１２．０、
ｆｎ４≦０．６０
をいずれも満足することを特徴とする高耐食オーステナイト系ステンレス鋼。
ただしｆｎ１からｆｎ４は次のとおりである。
ｆｎ１＝［Ｃｒ］＋３．３［Ｍｏ］＋１６［Ｎ］、
ｆｎ２＝８．４［Ｃ］＋３０．８［Ｎ］＋５．０［Ｂ］＋１７．３［Ｍｏ］＋２．５［Ｓｉ］＋１．７［Ｍｎ］、
ｆｎ３＝（［Ｃａ］／［Ｓ］）＋（［Ｂ］×１０3）、
ｆｎ４＝１００［Ｎ］×（１．３［Ｂ］＋０．５［Ａｌ］＋０．３［Ｔｉ］）
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-
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