【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
本発明は耐応力腐食割れ性のすぐれたオーステ
ナイト系ステンレス鋼に関するものである。
SUS304に代表されるオーステナイト系ステン
レス鋼は耐食性、溶接性および加工性にすぐれて
いることから広い用途に用いられているが、Cl-
イオンを含み、かつ比較的温度の高い使用環境に
おいて応力腐食割れを発生することがある。
ステンレス鋼の応力腐食割れの研究には主とし
て濃厚塩化マグネシウム溶液あるいは濃厚食塩溶
液が用いられてきた。これらの促進試験用溶液中
における応力腐食割れ感受性におよぼす成分元素
の影響は溶液の種類により異なる。たとえば
JISG0576に規格されている42％塩化マグネシウ
ム溶液に対してはMoの添加は有害であるが、１
％重クロム酸ナトリウムを酸化剤として添加した
20％食塩溶液に対してはMoの添加は有効であ
る。このように応力腐食割れ感受性に対する成分
元素の影響が試験溶液の種類等によつて異なるこ
とを考えた場合、実環境に近い試験条件で成分元
素の影響を明らかにする必要がある。
本発明者らは、溶接部に隙間を有する構造で溶
接残留応力を有するスポツト溶接試片を用いて、
実環境のような低濃度食塩溶液における応力腐食
割れは隙間腐食部から発生することを見いだし、
耐応力腐食割れ性にすぐれたオーステナイト系ス
テンレス鋼を開発すべく種々研究を重ねた。
本発明者等は耐応力腐食割れ性改善のために
SUS304系ステンレス鋼にCuを添加し、その際
に、鋼中に含まれるＰとの関係を詳細に検討し、
Cu量とＰ量の相対量と腐食の間にある種の関係
があることを知見し、耐応力腐食割れ性に優れた
鋼組成を見出した。
本発明によれば、
重量で、
Ｃ：0.08％以下
Si：1.0％以下
Mn：2.0％以下
Ｐ：0.045％以下
Ｓ：0.03％以下
Ni：6.0％を超え20.0％以下
Cr：16.0−25.0％
Cu：1.5％を超え3.0％以下
を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からな
り、CuとＰの含有量が次の関係
30［Ｐ％］＋0.6％≦［Cu％］
を満足することを特徴とする耐応力腐食割れ性の
すぐれたオーステナイト系ステンレス鋼が提供さ
れる。
本発明鋼の成分限定の理由を以下に説明する。
Ｃ：Ｃは耐応力腐食割れ性に大きな影響を与えな
い。しかしＣを高くすると溶接した時にCr炭
化物が析出しやすいので上限は0.08％とした。
Si：Siは製鋼時、脱酸のために必要があるが加工
性を害するので上限は1.0％とした。
Mn：Mnは製鋼時の脱酸、脱硫および熱間加工
性改善のため必要であるが、耐食性を劣下させ
るので上限は2.0％とした。
Ｓ：Ｓは応力腐食割れ感受性には影響しないので
通常許容される0.03％以下ならよいが、腐食の
発生には有害であるので低いのが望ましい。
Cr：Crは耐食性を保つために不可欠な元素であ
り、16％未満では十分な耐食性が得られない。
一方25％を越すと加工性が悪くなるので16.0〜
25.0％に限定した。
Ni：Niはオーステナイト相を維持するための必
須の元素であり、耐酸性を維持するためには
6.0％以上を必要とするが、20％を越す添加は
経済的に高くなるので6.0〜20.0％に限定した。
先に述べたように、本発明者らはSUS304系鋼
にCuを添加すると低濃度食塩溶液において隙間
腐食が広がり、応力腐食割れ感受性が小さくなる
ことを知見した。すなわちCuは腐食を広げる作
用をもつため、上述の腐食を集中させるＰの作用
を打ち消し応力腐食割れ感受性を小さくする。応
力腐食割れの発生を防ぐために必要なCu量はＰ
量が高くなると高くなる。割れの発生を防ぐため
のCuの下限量は以下に詳細に述べるように実験
的に導き出された次式で規定することができる。
〔Cu％〕≧30〔Ｐ％〕＋0.6％
Cuはこのように腐食を広げる作用をもつため
多く添加してもよいが、3.0％を越えると熱間加
工性を損なうので上限は3.0％とする。Ｐは溶接
性を損なうので上限は0.045％とする。Ｐをこの
上限付近の含有量に留めるためには、1.5％を超
えるCuを含有させる必要がある。
本発明鋼を実施例により具体的に説明する。
本発明鋼（実施例鋼）および比較鋼の組成を第
１表に示す。
The present invention relates to an austenitic stainless steel with excellent stress corrosion cracking resistance. Austenitic stainless steel, represented by SUS304, is used in a wide range of applications due to its excellent corrosion resistance, weldability, and workability .
Stress corrosion cracking may occur in a usage environment that contains ions and has a relatively high temperature. Concentrated magnesium chloride solutions or concentrated salt solutions have mainly been used to study stress corrosion cracking in stainless steel. The effects of component elements on stress corrosion cracking susceptibility in these accelerated test solutions vary depending on the type of solution. for example
Addition of Mo is harmful to the 42% magnesium chloride solution specified in JISG0576, but 1
% sodium dichromate was added as an oxidizing agent
Addition of Mo is effective for 20% saline solution. Considering that the influence of component elements on stress corrosion cracking susceptibility varies depending on the type of test solution, etc., it is necessary to clarify the influence of component elements under test conditions close to the actual environment. The present inventors used a spot welded specimen having a structure with a gap in the welded part and having welding residual stress.
We found that stress corrosion cracking in low-concentration salt solutions, which occurs in real environments, occurs from crevice corrosion areas.
Various studies were conducted to develop austenitic stainless steel with excellent stress corrosion cracking resistance. In order to improve stress corrosion cracking resistance, the inventors
When adding Cu to SUS304 stainless steel, we carefully examined the relationship with P contained in the steel.
We discovered that there is a certain relationship between the relative amounts of Cu and P and corrosion, and discovered a steel composition with excellent stress corrosion cracking resistance. According to the present invention, by weight, C: 0.08% or less Si: 1.0% or less Mn: 2.0% or less P: 0.045% or less S: 0.03% or less Ni: More than 6.0% and 20.0% or less Cr: 16.0-25.0% Cu : Contains more than 1.5% and less than 3.0%, with the remainder consisting of Fe and unavoidable impurities, and the content of Cu and P satisfies the following relationship: 30 [P%] + 0.6% ≦ [Cu%] An austenitic stainless steel characterized by excellent stress corrosion cracking resistance is provided. The reason for limiting the composition of the steel of the present invention will be explained below. C: C does not significantly affect stress corrosion cracking resistance. However, if the C content is increased, Cr carbides tend to precipitate during welding, so the upper limit was set at 0.08%. Si: Si is necessary for deoxidation during steel manufacturing, but since it impairs workability, the upper limit was set at 1.0%. Mn: Mn is necessary for deoxidizing, desulfurizing, and improving hot workability during steel manufacturing, but since it degrades corrosion resistance, the upper limit was set at 2.0%. S: Since S does not affect stress corrosion cracking susceptibility, it is sufficient if it is below the normally allowed 0.03%, but it is desirable to be low as it is harmful to the occurrence of corrosion. Cr: Cr is an essential element for maintaining corrosion resistance, and if it is less than 16%, sufficient corrosion resistance cannot be obtained.
On the other hand, if it exceeds 25%, the workability will deteriorate, so 16.0~
Limited to 25.0%. Ni: Ni is an essential element to maintain the austenite phase and is necessary to maintain acid resistance.
Although 6.0% or more is required, adding more than 20% would be economically expensive, so it was limited to 6.0 to 20.0%. As mentioned above, the present inventors have found that when Cu is added to SUS304 steel, crevice corrosion spreads in low-concentration saline solutions and stress corrosion cracking susceptibility decreases. In other words, since Cu has the effect of spreading corrosion, it cancels out the effect of P that concentrates the corrosion mentioned above and reduces the stress corrosion cracking susceptibility. The amount of Cu required to prevent stress corrosion cracking is P
The higher the amount, the higher the price. The lower limit amount of Cu to prevent the occurrence of cracks can be determined by the following equation, which was experimentally derived as detailed below. [Cu%] ≧ 30 [P%] + 0.6% Cu has the effect of spreading corrosion, so it may be added in large amounts, but if it exceeds 3.0%, hot workability will be impaired, so the upper limit is 3.0%. shall be. Since P impairs weldability, the upper limit is set at 0.045%. In order to keep the P content near this upper limit, it is necessary to contain Cu in excess of 1.5%. The steel of the present invention will be specifically explained with reference to Examples. The compositions of the invention steel (example steel) and comparative steel are shown in Table 1.
【表】【table】
【表】
＊ 市販鋼
これらの鋼を板厚１mmの鋼板とし、溶体化処理
し、幅29mm、長さ31mmの板の上に同一材料の幅14
mm、長さ16mmの板を重ねてスポツト溶接した試片
を、80℃の50ppmCl-1濃度のNaCl溶液に30日間
浸漬する試験を行なつた。応力腐食割れ発生の有
無は断面観察により判断した。
結果は第１表中に記入され、また第１図に示さ
れている。
第１図から耐応力腐食割れ性を確保するにはＰ
量とCu量の相関関係を前記の式の関係に保つ必
要があることがわかる。Ｐを低くすると応力腐食
割れ感受性は小さくなつていくが、適正量のCu
を含まないと、Ｐ：0.005％の鋼（鋼No.５）にお
いても隙間腐食による腐食孔の底部から割れが発
生する。この場合腐食孔の深さは0.3〜0.4mmに達
する。Ｐが低い鋼では最初隙間腐食の成長が大き
いが、時間と共に腐食孔内に溶出したＰが腐食孔
内の溶解を抑制していく。しかしながら腐食孔の
先端は腐食孔の他の部分より応力が大きいため活
性に保たれる。このように腐食が局部に集中する
ためこの部分から応力腐食割れが発生するものと
考えられる。
本発明鋼は耐応力腐食割れ性にすぐれているた
め、現在SUS304を用いて応力腐食割れが発生し
ている、温水用機器（例えば電気温水器、温水ボ
イラー）や給湯配管用等の材料として好適である
とともに、Cuを成分組成としているので硫酸や
塩酸等の非酸化性酸の環境下においてもすぐれた
耐食性が期待される。[Table] *Commercially available steel These steels are made into steel plates with a thickness of 1 mm, solution treated, and a width of 14 mm of the same material is placed on a plate with a width of 29 mm and a length of 31 mm.
A test was conducted in which a specimen made by stacking and spot welding plates with a length of 16 mm and 16 mm in length was immersed in a NaCl solution with a concentration of 50 ppmCl -1 at 80°C for 30 days. The presence or absence of stress corrosion cracking was determined by cross-sectional observation. The results are listed in Table 1 and shown in FIG. From Figure 1, to ensure stress corrosion cracking resistance, P
It can be seen that it is necessary to maintain the correlation between the amount and the amount of Cu as expressed in the above equation. As P is lowered, stress corrosion cracking susceptibility decreases, but with an appropriate amount of Cu
If P is not included, cracks will occur from the bottom of the corrosion hole due to crevice corrosion even in steel with P: 0.005% (Steel No. 5). In this case, the depth of the corrosion hole reaches 0.3-0.4 mm. In steel with low P content, the growth of crevice corrosion is large at first, but as time passes, P dissolved into the corrosion pores suppresses dissolution within the corrosion pores. However, the tip of the corrosion hole remains active because the stress is greater than in other parts of the corrosion hole. It is thought that stress corrosion cracking occurs in these areas because the corrosion is concentrated in these areas. Since the steel of the present invention has excellent stress corrosion cracking resistance, it is suitable as a material for hot water equipment (e.g. electric water heaters, hot water boilers) and hot water piping, where stress corrosion cracking occurs when SUS304 is currently used. In addition, since it contains Cu, it is expected to have excellent corrosion resistance even in environments with non-oxidizing acids such as sulfuric acid and hydrochloric acid.
【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]
第１図は本発明鋼および比較鋼のスポツト溶接
試片を80℃の50ppmCl-1溶液中に30日間浸漬した
時の応力腐食割れの有無におよぼすＰとCuの影
響を示した図である。
FIG. 1 is a diagram showing the influence of P and Cu on the presence or absence of stress corrosion cracking when spot welded specimens of the invention steel and comparative steel were immersed in a 50 ppm Cl -1 solution at 80° C. for 30 days.