JPH0380866B2

JPH0380866B2 -

Info

Publication number: JPH0380866B2
Application number: JP59023702A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Fujiwara; Yasushi Torii; Kojiro Kitahata; Takeshi Inoe; Tadamasa Yokoyama
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1984-02-09
Filing date: 1984-02-09
Publication date: 1991-12-26
Also published as: JPS60165365A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は酸性環境下で耐食性にすぐれた高強度
オーステナイト系ステンレス鋼に関する。近年、石油資源の涸渇化が問題視されるに至つ
ており、これを背景としてエネルギー資源の拡大
と安定確保を図るために、海上においては海底油
田の開発が進められており、また、陸上において
も従来は放置されてきた硫化水素や炭酸ガス等の
酸性ガスを含有する所謂サワーガスやサワーオイ
ルが採掘されるに至つている。このようなエネル
ギー資源の生産に関連する材料や装置は、塩化物
や酸性ガスとの接触が避けられず、従つて、この
ような分野での材料や装置に使用される鋼材料に
は先ず耐食性が要求され、更には深井戸化に伴つ
て強度要求が厳しさを増しつつあり、また、寒冷
地での使用には低温靭性も要求されることとな
る。このような要求に応え得る材料としてはNi基
合金、Ti基合金、Co基合金等が知られているが、
これらの合金は従来の通常の底合金鋼に比べて余
りにも高価である。また、比較的底廉な材料とし
て、例えば、従来よりオーステナイト系ステンレ
ス鋼が知られているが、現在では耐食性−強度バ
ランスに劣り、特に、引張強さは大きいが、耐力
が十分ではない。一般に構造材料の強度計算の場
合、引張強さよりも耐力を基準とすることが多い
ため、耐力が低いと部材の大型化を招き、コスト
的にも好ましくない。一般に鋼の耐力を向上させるための方法とし
て、ＣやＮによる固溶強化のほか、析出強化、加
工強化等が知られているが、析出強化及び加工強
化は耐食性に悪影響を及ぼし、一方、Ｃ量を多く
すると、Cr炭化物を生成して鋼の耐食性を劣化
させ、Ｎ量を多くすると、鋼塊製造時に欠陥を生
じさせやすい。そこで、本発明者らは、オーステナイト系ステ
ンレス鋼において、Ｃ及びＮの含有量の上限を規
制して、これらの過剰の添加による耐食性の低下
と鋼塊製造時の欠陥発生を防ぎつつ固溶強化を図
る一方、ＶをCr、Ni等の元素と共存させること
によつて、Cr炭化物の生成を抑制すると共に、
Ｖ炭窒化物の分散析出によつて耐力を改善させ、
かくして、耐力及び耐食性を共に向上させること
に成功したものである。従つて、本発明の目的は、酸性環境下で耐食性
にすぐれた高強度のオーステナイト系ステンレス
鋼を提供することを目的とする。本発明による酸性環境下で耐食性にすぐれた高
強度オーステナイト系ステンレス鋼の第１は、重量％でＣ 0.05〜0.15％、 Si 0.1〜0.5％、 Mn 0.5〜5.0％、 Cr 18〜25％、 Ni ６〜10％、 Mo ２〜４％、Ｖ 0.05〜0.25％、Ｎ 0.15〜0.45％、残部鉄及び不可避的不純物よりなることを特徴
とし、また、その第２は、重量％でＣ 0.05〜0.15％、 Si 0.1〜0.5％、 Mn 0.5〜5.0％、 Cr 18〜25％、 Ni ６〜10％、 Mo ２〜４％、Ｖ 0.05〜0.25％、及びＮ 0.15〜0.45％に加えて、 Nb 0.05〜0.50％及びTi 0.01〜0.05％から選ばれ
る少なくとも１種、残部鉄及び不可避的不純物よりなることを特徴
とする。先ず、本発明によるオーステナイト系ステンレ
ス鋼における成分を限定理由について説明する。Ｃはオーステナイトの安定化元素であると同時
に、侵入型固溶化元素として鋼の耐力を含めて強
度向上に効果がある。本発明においては、Ni及
びＶとの共存下で微細な炭窒化物を析出させて、
鋼の耐力及び靭性を向上させるために、0.05％以
上を添加させることが必要であるが、0.15％を越
えるときは、Cr炭化物を生成して耐食性を低下
させる。従つて、Ｃ含有量は0.05〜0.15％とす
る。 Siは鋼の脱酸剤として0.1％以上を添加するこ
とが必要であるが、過度に添加するときは、熱間
延性を損なうため、上限を0.5％とする。 MnはSiと同様に鋼の脱酸剤として必要である
のみでなく、Ｎの固溶量の増加、オーステナイト
の安定化及び耐溶接割れ性の改善のために0.5％
以上を添加することが必要である。しかし、５％
を越えるときは、熱間加工性を損なう等の問題を
生じる。従つて、Mn含有量は0.5〜５％の範囲が
好ましく、特に、耐溶接割れ性を改善する観点か
らは2.0〜4.0％の範囲が好ましい。本発明において、Crは鋼の耐食性の向上のた
めに必須の元素であると共に、Ｎの固溶限界を増
加させるためにも必要な元素である。しかし、過
度に添加するときは、オーステナイトとフエライ
トとのバランスを崩し、本発明鋼の特性を維持す
るためには、高価なNi等を多量に添加する必要
が生じるので好ましくなく、かくして、Cr含有
量は18〜25％とする。 NiはCr等とのバランスによつて耐食性や機械
的特性の向上のために必要な不可欠の元素であ
り、この目的のためには６％以上を添加すること
が必要であるが、反面、Crに対して過度に添加
するときは、却つて耐食性を劣化させるので、上
限を10％とする。 Moは鋼の耐食性、特に隙間腐食、孔食防止に
不可欠な元素であり、このために２％以上の添加
を必要とするが、しかし、過剰に添加しても耐食
性の向上効果が飽和する傾向にあり、更に製品価
格を高くするので、上限を４％とする。Ｖは本発明において、鋼の強度、靭性及び耐食
性をバランスよく向上させるために、特に、Cr
炭化物の生成を抑えて耐食性を改善すると共に、
Ｖの炭窒化物の分散析出による耐力の向上を図る
ために、少なくとも0.05％の添加を必要とする。
しかし、過多に添加するときは、フエライトの生
成を促し、オーステナイトとフエライトとのバラ
ンスを崩して耐食性を劣化させる。従つて、上限
を0.25％とする。ＮはＣと同様にオーステナイト形成元素であ
り、固溶によつて鋼の耐力を向上させると共に、
微細な炭窒化物を形成して靭性を改善する効果を
有する。この効果を有効に発現させるためには
0.15％以上の添加を必要とするが、しかし、過剰
に低下すると、鋼塊製造時に不都合を生じるので
上限を0.45％とする。本発明によるオーステナイト系ステンレス鋼に
おいては、上記した元素に加えて、Nb及びTiか
ら選ばれる少なくとも１種の元素を添加すること
ができる。 Nbは炭化物を形成して、Ｃを安定化する元素
として知られているが、Ｎ含有量が多い鋼におい
ては、微細な炭窒化物を形成して、耐力及び靭性
を共に改善する。かかる効果を発現させるために
は、0.05％以上を添加することが必要であるが、
過剰に添加するときは溶接性を劣化させると共
に、Nbが安定な炭窒化物を形成する元素である
ところから、固溶Ｃ及びＮ量の減少を招き、却つ
て耐力を減少させ、また、巨大な炭窒化物を形成
して靭性を著しく損なう。従つて、その上限を
0.50％とする。 TiもNbと同様に非常に安定な炭窒化物を形成
する元素であつて、0.01〜0.50％の範囲で添加す
るとき鋼の耐力を改善するが、過剰の添加は却つ
て耐力のみならず、靭性の低下を招くので、その
含有量を上記のように規制する。以上のように、本発明のオーステナイト系ステ
ンレス鋼によれば、Ｃ及びＮの含有量の上限を規
制して、これらの過剰の添加による耐食性の低下
と鋼塊製造時の欠陥発生を防ぎつつ固溶強化を図
る一方、ＶをCr、Ni等の元素と共存させること
によつて、Cr炭化物の生成を抑制しつつ、Ｖ炭
窒化物の分散強化を図り、これら固溶強化と析出
強化とをバランスさせることにより、酸性環境下
で耐食性にすぐれると共に、耐力にもすぐれる特
性を有する。以下に実施例を挙げて本発明を説明する。実施例第１表に本発明鋼及び従来鋼としての市販材料
の化学組成と下記式の値を示し、第２表にはこれ
らの鋼の機械的性質及び耐食性を示す。尚、鋼番
号１〜６は溶体化処理を施した鋼材であり、鋼番
号７〜10は市販鋼材である。また、鋼番号11及び
12は、化学組成は本発明の範囲に含まれるが、下
記式の値が本発明において規制する値をはずれる
ものである。

【表】

【表】ることを示す。
図面に下記式と得られるオーステナイト系ステ
ンレス鋼の耐食性との関係を示す。図において、
番号は鋼番号を示す。従つて、本発明において
は、前記した諸元素のうち、特に耐力の改善に寄
与するＣ、Si、Ni及びＮが次式の関係を満たす
ことが、オーステナイト系ステンレス鋼の耐力と
耐食性を共に改善するために重要であることが分
る。 37≦100C％＋20Si％＋Ni％＋60N％≦49 上記式の値が49よりも大きいときは耐食性、特
に耐硫化物割れ性が劣化し、一方、37よりも小さ
いときは耐食性と耐力とのバランスが崩れ、とも
にすぐれたオーステナイト系ステンレス鋼を得る
ことができないことが明らかである。尚、耐食性の試験方法及び評価は次のとおりで
ある。硫化物応力腐食割れ試験試験片をＵ字曲げにて応力付加し、NACE液
（５％食塩溶液＋0.5％酢酸＋１気圧硫化水素ガス
飽和）中に１か月間浸漬し、その後、顕微鏡
（100倍）にて割れ発生の有無を判定した。塩化物応力腐食割れ試験Ｕ字曲げ試験片を空気飽和人工海水と共にオー
トクレーブ中に封入し、100℃に昇温して１か月
間保持した。その後、割れ発生の有無を100倍の
顕微鏡にて判定した。隙間腐食試験塩酸にてPHを3.5に調整した50℃の人工海水中
へ、ポリテトラフルオロエチレンにてシールした
ボルトナツトで締めつけた２枚の試験片を２週間
浸漬した。その後、隙間腐食の有無を目視及び重
量減少により判定した。孔食試験塩酸にてPHを3.5に調整した50℃の人工海水中
へ平板試験片を１か月間浸漬し、このときの孔食
発生の有無を目視及び重量減により判定した。本発明鋼によれば、耐硫化物割れ性、耐塩化物
割れ性、耐隙間腐食性及び耐孔食性のいずれにも
すぐれると共に、耐力も約45Kgｆ／mm²以上であ
り、耐食性と強度との間にバランスがとれてお
り、更に、衝撃特性にもすぐれることが明らかで
ある。しかし、鋼番号５〜10の従来鋼において
は、これらのバランスがすぐれており、耐食性及
び耐力のいずれか、又は両方において劣り、ま
た、鋼番号11及び12の鋼材は耐食性にはすぐれる
が、耐力が小さいことが明らかである。従つて、
前記式の値が所定の範囲にあるときに、耐食性と
共に耐力にすぐれることが理解される。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明で規定する式の値と0.2％耐力と
の関係を示すグラフである。

【特許請求の範囲】

１ C0.08重量％以下、Si1.0重量％以下、Mn0.7
重量％以下、P0.04重量％以下、S0.005重量％以
下、Ni8.0〜12.0重量％、Cr17.0〜20.0重量％、
Mo0.40〜0.80重量％、Cu0.3重量％以下、Bi0.03
〜0.1重量％、Sn0.03〜0.2重量％、および残部が
Feからなることを特徴とする耐食性および被削
性を改善したNi−Cr系ステンレス鋼。

Claims

Ｖ 0.05〜0.25％、及びＮ 0.15〜0.35％加えて、 Nb 0.05〜0.50％及びTi 0.01〜0.50％から選ばれ
る少なくとも１種、残部鉄及び不可避的不純物よりなり、且つ、式 37≦100C％＋20Si％＋Ni％＋60N≦49 を満たすことを特徴とする酸性環境下で耐食性に
すぐれた耐酸性腐食用高強度オーステナイト系ス
テンレス鋼。