JPH0118143B2

JPH0118143B2 -

Info

Publication number: JPH0118143B2
Application number: JP6369280A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Aizawa; Yoshinobu Motokura
Original assignee: Aichi Steel Corp
Current assignee: Aichi Steel Corp
Priority date: 1980-05-14
Filing date: 1980-05-14
Publication date: 1989-04-04
Also published as: JPS56158851A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は化学、海水、原子力等各種プラントや
食品、機械、船舶機械等に用いられる耐食性、加
工性に優れた高強度オーステナイト系ステンレス
鋼に関するものである。オーステナイト系ステンレス鋼は耐食性、耐熱
性、加工性、機械的性質が優れているため広く使
用されている。最近機械、構造物の大型化が進
み、構造用ステンレス鋼の強度向上が強く求めら
れるようになつてきた。この要求に対して強度を
向上させたオーステナイト系ステンレス鋼として
は、SUS304にＮを0.15％程度添加した
SUS304N₁、さらにこのSUS304N₁にNb0.1％程
度添加したSUS304N₂、さらに22Cr―13Ni―
5Mn―0.3N鋼、20Cr―6Ni―9Mn―0.3M鋼が知
られている。これらの鋼の固溶化熱処理後の強度は前２者の
SUS304N₁、SUS304N₂の耐力が35Kg/mm²程度、
引張強さが75Kg/mm²程度と必ずしも十分な強度を
有していなく、後２者の鋼については耐力が45
Kg／mm²程度、引張強さが80Kg/mm²以上とほぼ満足で
きる強度を有している。しかしながら後２者の鋼
はＮを0.3％と多量に含有しているため、応力腐
食割れ感受性がSUS304に比べ大きく高強度構造
用オーステナイト系ステンレス鋼としては大きな
欠点となつている。さらにMn含有量が多いため
熱間加工性が劣るという欠点がある。また、直接に高強度を狙つたものではないが、
高い強度を有する鋼としては25Cr―13Ni―0.3N
―1Mo鋼、17Cr―8Ni―8Mn―4Si―0.15N鋼が
知られている。しかしこれらは、耐力が40Kg/mm²
程度、引張り強さが78Kg/mm²程度と今一歩要求強
度に達しないものである。さらに前者の鋼は高
Cr鋼であり、後者の鋼は高Si鋼であるため共に
熱間加工性が劣るという欠点を有している。本発明はかかる従来鋼の欠点を克服したもので
本発明者等が種々研究を重ねた結果、オーステナ
イト系ステンレス鋼の強度を上げるためＮ量を単
に増加させると、応力腐食割れ感受性が増大する
という欠点が生ずる。そこで、Ｎに加えてさらに
Si量を増加し、Si、Ｎの組合せにより80Kg/mm²の
引張り強さが得られる鋼の熱間加工性を調べた。
その結果は第１図に示したようにSi含有量の増加
につれて捻回値は上昇し、Si1.2％でほぼ満足し
得る値を示し、Si1.5％でほぼ一定となつており、
ＮにSiを組合せて用いた場合に加工性を向上する
ことがわかつた。さらに前記と同一組成の鋼につ
いて耐応力腐食割れ性について調べた。その結果
は第２図に示したように、これについてはSi量が
増加しＮ量が低くなるにしたがつて向上すること
がわかつた。上述の結果に基づいて、Ｎに加えてSi量を増加
し、SiおよびＮの固溶化作用を活用する新しいタ
イプの高強度オーステナイト系ステンレス鋼を開
発したもので、Ｎの固溶強化力のみを利用した従
来の高強度鋼に比べ、同一強度でありながら加工
性が向上し、しかも応力腐食割れ感受性の増大を
抑制することが可能であることを見い出したもの
である。しかし、Si量を増加した場合Ｎの固溶限界を低
下させ、鋼塊凝固時に気泡が発生する危険性が高
まる。そこで本発明者等はさらに研究を重ねた結
果、適量のMnを含有させるとともに、さらに凝
固時の偏析デルタフエライト量が２％以下となる
ようにCr、Ni量を調整することにより解決し得
ることを見い出したものである。さらに、上記組成の鋼に0.2％のNbを含有させ
た場合の強度、熱間加工性について調べた結果、
第３図に示したように引張り強さはSUS304に比
べ大巾に向上し、捻回値についても若干向上する
ことがわかり、適量のNb含有は本発明鋼の組成
範囲で、結晶粒を微細化し強度を高めると同時に
熱間加工性を改善することを見つけたものであ
る。本発明鋼はこれらの諸知見をもとにして開発
したＮ、Siの固溶強化作用と、Nbの結晶粒微細
化による強化作用とを組合わせて利用した高強度
オーステナイト系ステンレス鋼である。そして、本発明においては第２発明鋼として
Mo、Cu、Ｖを少量含有させることにより耐食性
をさらに向上させたものである。以上のように本発明鋼は耐食性、加工性に優れ
た高強度オーステナイト系ステンレス鋼で、海
水、化学、原子力等の過酷な使用環境で使用され
る各種大型プラントの強度部材などに適したもの
である。以下に本発明鋼について詳述する。第１発明鋼は、重量比にしてC0.04〜0.07％、
Si1.2〜3.0％、Mn2.3〜5.5％、Ni8.4〜15％、
Cr16〜22％、N0.23〜0.40％、Nb0.05〜1.0％を含
有したもので、第２発明鋼は第１発明鋼にMo0.2
〜3.0％、Cu0.2〜3.0％、V0.05〜0.50％のうち１
種ないし２種以上を含有させ第１発明鋼の耐食性
をさらに向上させたものである。以下に本発明鋼の成分限定理由について説明す
る。ＣはＮと同様に素地を強化する重要な元素であ
り、炭化物による素地強化には0.04％未満では少
ない。反面Ｃは耐食性を著しく損う元素でもある
が、本発明鋼はNbを0.05〜1.0％含有させたもの
であり、Ｃを0.04％以上含有させても耐食性の低
下は殆んど表われない。しかしながら、0.07％を
越えて含有させると耐食性、熱間加工性を損うの
で上限を0.07％とした。Ｎは本発明鋼においては最も重要な強化元素で
あり、かつ耐孔食性を著しく向上させる強力なオ
ーステナイト形成元素であり、これらの性能を発
揮させるには0.23％以上含有させる必要があり下
限を0.23％とした、反面Ｎは応力腐食割れ感受性
を増大させる元素でもあり、さらに0.40％を越え
て含有させると熱間加工性を著しく損うので上限
を0.40％とした。 Siは地質に固溶してそれを強化させる主要な元
素の一つであり、Si1％の含有はN0.08％含有に
相当する強化能力を有する。さらにSiは耐食性、
耐応力腐食割れ感受性をも改善する元素であり、
十分な強度と優れた熱間加工性を得るためにはSi
を1.2％以上含有させる必要があり下限を1.2％と
した。しかし、3.0％を越えて含有させるとＮの
固溶限界を著しく低下させ、かつ、オーステナイ
トバランスを損うので上限を3.0％とした。 Crはステンレス鋼の基本元素であり、優れた
耐食性を得るためには少なくとも16％以上の含有
が必要である。しかし、Cr量の増加とともにフ
エライト量が増加し、22％を越えて含有させると
オーステナイトバランスを損うので上限を22％と
した。 Niはオーステナイト系ステンレス鋼の基本元
素であり、優れた耐食性とオーステナイト組織を
得るためには8.4％以上の含有が必要である。し
かし15％を越えて含有させると熱間加工性を損
い、かつＮの固溶限を低下させるので上限を15％
とした。 Mnは本発明鋼においてSi、Cr、Ni量に応じて
Ｎの固溶限を高めるために含有させる主要な元素
である。本発明鋼のＮ、Si含有量では少なくとも2.3％
以上の含有が必要である。しかし5.5％を越えて
含有させると熱間加工性を損うので上限を5.5％
とした。 Nbは結晶粒を微細化して、強度、熱間加工性
を向上させる元素で、これら効果を発揮させるに
は0.05％以上の含有が必要である。しかし1.0％
を越えて含有させると炭窒化物の析出量が増加し
逆に加工性を損うのでその上限を1.0％とした。 Mo、Cu、Ｖはいずれも本発明鋼の耐食性をさ
らに改善する元素であり、その効果を発揮させる
にはMoは0.2％以上、Cuは0.2％以上、Ｖは0.05
％以上の含有が必要である。しかし、Moを3.0％
を越え、Ｖを0.50％越えて含有させるとオーステ
ナイトバランスを損い、Cuは3.0％越えて含有さ
せると強度を大きく低下させるのでその上限は
Mo3.0％、Cu3.0％、V0.50％とした。つぎに本発明鋼の特徴を従来鋼と比べ実施例で
もつて明らかにする。第１表は、これらの供試鋼の化学成分を示すも
のである。

【表】第１表においてA1〜A6は従来鋼で、A1は
SUS304、A2はSUS304N₁、A3はSUS304N₂A4
は22Cr―13Ni―5Mn―0.3N―2Mo―0.2V鋼、A5
は17Cr―8Ni―8Mn―4Si―0.2N鋼、A6は25Cr―
13Ni―0.3N―1Mo鋼である。 B1〜B5は本発明鋼で、B1〜B3は第１発明鋼、
B4、B5は第２発明鋼で、B6、B7は比較鋼であ
る。第２表は第１表の固溶体化熱処理を施したA1
〜A6鋼、B1〜B7鋼の強度、熱間加工性および耐
食性を示したものである。強度については、JIS4号試験片を用いて耐力、
引張り強さ、伸びを測定した。加工性については80％の熱間据え込み試験にて
評価し、試験個数10ケとし、割れ発生率を示した
ものである。耐食性については、JIS試験法に基づいて耐孔
食性、耐応力腐食割れ性、耐硫酸性について評価
した。耐孔食性は40℃の４％FeCl溶液中に24Hr
浸漬した場合の腐食減量を示したもので、耐応力
腐食割れ性感受性は沸騰した42％MgCl溶液中に
浸漬した場合、応力25Kg/mm²下で破断までの時間
（分）を示したもので、耐硫酸性については沸騰
した５％H₂SO₄溶液中に6Hr浸漬した場合の腐食
減量を示したものである。

【表】第２表から知られるように、従来鋼であるA1
鋼は耐食性、熱間加工性については優れているが
強度については耐力24Kg/mm²、引張り強さ61Kg/mm²
と低いものである。A1鋼にＮあるいはＮとNbを
含有させたA2、A3鋼はA1鋼同様耐食性、熱間加
工性について優れており、強度についても耐力31
Kg／mm²、37Kg/mm²、引張り強さ71Kg/mm²、75Kg/mm²と
A1鋼に比べ相当の向上が認められるが高強度オ
ーステナイト系ステンレス鋼としては、いま一つ
強度不足である。また、A4鋼については耐力48Kg/mm²、引張り強
さ85Kg/mm²と満足し得る強度と、良好な耐食性を
有しているが、熱間加工性については80％の熱間
据え込み試験において20％の割れが発生してい
る。 A5、A6鋼については強度が耐力38〜41Kg/mm²、
引張り強さ77〜78Kg/mm²と今一歩不足し熱間加工
性についても80％の熱間据え込み試験で10〜20％
の割れが発生しており、熱間加工性も劣つている
ものである。さらに耐応力腐食性についてもA4
鋼はSUS304であるA1鋼に比べて劣つており、
A4〜A6鋼は高強度耐食構造部材としてはまだ不
満足なものである。これらに対して本発明鋼であるB1〜B5鋼は
Ｎ、Nb、Si、Mnを適宜に含有させるとともに
CrNi量を調整することにより強度については耐
力45Kg/mm²以上、引張り強さ80Kg/mm²以上と高強度
オーステナイト系ステンレス鋼として満足し得る
ものであり、熱間加工性についてはA1〜A3鋼な
みで、耐食性についてはA1〜A3鋼に比べさらに
優れたものである。これからしても本発明鋼が強度のみならず熱間
加工性、耐食性についても非常に優れていること
がわかる。上述の如く本発明鋼はＮ、Si、Mnを適宜に含
有させるとともにCr、Ni量を調整することによ
りSUS304のもつ熱間加工性、耐食性を損うこと
なく高強度を得ることに成功したもので海水、化
学、原子力等の過酷な使用環境で使用される各種
大型プラントの高強度耐食構造部材として極めて
高い実用性を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は熱間加工性に及ぼすSi、Ｎの影響を示
した線図、第２図は耐応力腐食割れ性に及ぼす
SiNの影響を示す線図、第３図は強度と熱間加工
性に及ぼすNbの影響を示す線図である。

Claims

【特許請求の範囲】１重量比にしてC0.04〜0.07％、Si1.2〜3.0％、
Mn2.3〜5.5％、Ni8.4〜15％、Cr16〜22％、
N0.23〜0.40％、Nb0.05〜1.0％を含有し、残部
Feならびに不純物元素からなることを特徴とす
る高強度オーステナイト系ステンレス鋼。２重量比にしてC0.04〜0.07％、Si1.2〜3.0％、
Mn2.3〜5.5％、Ni8.4〜15％、Cr16〜22％、
N0.23〜0.40％、Nb0.05〜1.0％を含有し、さらに
Mo0.2〜3.0％、Cu0.2〜3.0％、V0.05〜0.50％の
うち１種ないし２種以上を含有し、残部Feなら
びに不純物元素からなることを特徴とする高強度
オーステナイト系ステンレス鋼。