JPH0382740A - 熱間加工性と耐食性に優る２相ステンレス鋼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、オーステナイトとフェライトの２相組織か
ら成るステンレス鋼に関し、特に海水を使用する熱交換
器を始めとした耐海水性が必要とされる化学機器や構造
物、各種化学プラント用配管、ラインパイプ、油井管等
として好適な、熱間加工性及び耐食性に優れる２相ステ
ンレス鋼に関するものである。

〈従来技術とその課題〉 一般に、“２相ステンレス洞”は耐食性や溶接性に優れ
るばかりか、強度面においてもフェライト系ステンレス
鋼やオーステナイト系ステンレスに勝ることから、近年
、海底フローラインのラインパイプ用鋼等としてその需
要が大きな伸びを示している。

ところが、一方で、上記２相ステンレス鋼はフェライト
相とオーステナイト相の２相組織から成っているため熱
間加工性が芳しくなく、分塊圧延や熱間圧延時に割れや
疵等の欠陥を発生し易くて製造歩留りが非常に悪いと言
う問題を有していた。

そこで、２相ステンレス鋼の熱間加工性阻害元素たるＳ
の含有量を極力低減すると共に、固溶されているＳをＣ
ａの添加により硫化物として固定して粒界への偏析を抑
え、これによって２相ステンレス鋼の熱間加工性を改善
しようとの提案がなされたく特開昭６０−２６２９４６
号）。

しかしながら、上記“Ｃａを添加する手段”によると確
かに熱間加工性が大幅に改善されて製造歩留りの向上が
もたらされるものの、これと引き換えに２相ステンレス
鋼が本来具備していた“優れた耐食性”の低下を招き、
従ってその用途に制限を受けることとなって実用上好ま
しくないとの指摘がなされていた。

このようなことから、本発明の目的は、本来の優れた耐
食性を維持したままで、かつ十分に満足できる熱間加工
性をも示す２相ステンレス鋼を提供することに置かれた
。

く課題を解決するための手段〉 本発明者等は、上記目的達成すべく、まず２相ステンレ
ス鋼の熱間加工性改善に著効のあるＣａ添加がなされた
場合に鋼の耐食性が劣化する原因について調査・検討し
たところ、ｒＣａは固溶Ｓと結び付いて硫化物を形成す
ると同時に鋼中の○と結合して酸化物を生成する傾向も
強く、従って一層レベル以上のＯが存在する鋼中にＣａ
を添加した場合には酸化物系の介在物が多く形成され、
これが著しい耐食性の低下を招く原因となる」との事実
が明らかとなり、また、該傾向は何もＣａに限られるも
のではなく、２相ステンレス鋼の熱間加工性改善に効果
があると推測されるＭｇ、　　ＲＥＭ　（希土類元素）
等の他の硫化物形成元素を添加したときにも同様である
ことを見出した。

更に、本発明者等は、ステンレス鋼の耐食性の評価法と
して「１０％Ｆｅ（Ｊ、・６Ｈ，Ｏの溶液に２４時間浸
漬した際にピッティングが発生する温度の高低で判断す
る手法」を導入して硫化物形成元素無添加２相ステンレ
ス鋼と硫化物形成元素添加２相ステンレス鋼の耐食性を
評価すると共に、一般に知られているところのｒＣｒ、
　Ｍｏ及びＮの含有割合（重量％）に基づく式 で算出される“Ｐ、　１．”にて評価する手法」をも適
用して同様材料の耐食性を評価し、その結果から「同じ
Ｐ、　１．の２相ステンレス調であっても“熱間加工性
の向上を目指してＣａ、　Ｍｇ、　　ＲＥＭの硫化物形
成元素を添加したもの″では“Ｃａ、　Ｍｇ、　　ＲＥ
Ｍを添加していないもの２に比べて孔食発生温度が著し
く低下する」ことを確認した。

そして、これらの結果を踏まえた上で、再度、種々の元
素の２相ステンレス鋼の耐食性に及ぼす影響を総合的に
注意深く検討し、耐食性と熱間加工性を両立させ得る組
成の２相ステンレス鋼の存否について研究を重ねた結果
、 「通常製造されている２相ステンレス鋼においてＣａｎ
　Ｍｇ或いはＲＥＭの添加は何れも熱間加工性の改善に
有効である上、特にＯ含有量を特定レベルにまで低減す
るとＣａ、　Ｍｇ及びＲＥＭの添加がなされたとしても
耐食性を著しく低下させる酸化物系介在物の生成が見ら
れなくなり、加えて鋼中のフェライト含有量割合が特定
の範囲に調整された場合には耐食性改善効果がより一層
安定するようになるが、これらの手段を併用すれば非常
に優れた耐食性と熱間加工性とを兼ね備えた２相ステン
レス鋼の実現が可能である」 との新しい知見に到達することができた。

本発明は、上記知見等に基づいてなされたものであり、 「２相ステンレス鋼を、 Ｃ：　０．０３％以下（以降、成分割合を表わす％は重
量％とする。

Ｓｉ　：　０．０３％。

Ｍｎ　：　０．０３％、　　　Ｐ：０．０５％以下。

Ｓ　：　０．００２％以下、　　　Ｃｒ　：　１７．０
〜３０．０％。

Ｎｉ　：　１．０〜１１．０％、　　門ｏ　：　０．１
０〜６．０％。

Ｃｕ　：　０．１０％未満、　　　　Ｖ　：　０．０１
〜０．５０％。

Ｉｌｌ：　０．０１〜０．１０％、　　　Ｎ　：　０．
０１〜０．４０％。

０　：　０．００５０％以下 で、かつ Ｃａ　：　０．０００５〜０．０１０％。

門ｇ　：　０．０００５〜０．０１０％。

ＲＥ　Ｍ　：　０．０００５〜０．０１０％のうちの１
種以上を含むか、或いは更にＷ　：　０．０１〜１．５
０％、　　Ｔｉ　：　０．０１〜０．５０％。

Ｎｂ　：　０．０１〜０．５０％ のうちの１種以上をも含有すると共に、残部がＦｅ及び
不可避的不純物から成る成分組成で、かつフェライト含
有量が３０〜７０シｏ１．％に構成することにより、優
れた熱間加工性と耐食性を兼備せしめた点」 に特徴を有している。

ここで、２相ステンレス鋼の各成分含有割合並びにフェ
ライト含有量割合を前記の如くに限定した理由は次の通
りである。

く作用〉 Ａ）＄、分金含有割 合 Ｃは鋼中に不可避的に含まれる元素であるが、その含有
量が０．０３％を超えた場合には特に溶接熱影響部に炭
化物が析出して耐食性の低下を招くことから、Ｃ含有量
は０．０３％以下と定めた。

ｔ 十分な耐食性を確保するためには○含有量の低減が欠か
せず、そのため脱酸を目的としたＳｉの添加が必須とな
る。この場合、Ｓｉ含有量が０．０１％未満では十分な
脱酸効果が得られず、一方、２．０％を超えて含有させ
ると脆化を招くようになることから、Ｓｉ含有量は０．
０３％と定めた。

Ｍｎ Ｍｎは鋼の脱酸と脱硫のために添加される成分であるが
、その含有量が０．１０％未満では脱酸・脱硫の効果が
少なく、一方、２．０％を超えて含有量させると耐食性
に悪影響を及ぼすようになることから、Ｍｎ含有量は０
．０３％と定めた。

ヱ Ｐは鋼に不可避的に含有されて熱間加工性と耐食性を劣
化させる不純物元素であるので、その含有量は出来るだ
け低いことが好ましいが、脱燐コストとの兼ね合いでＰ
含有量は０．０５％以下と定めた。

Ｓ。

Ｓも綱に不可避的に含有される不純物であり、２相ステ
ンレス鋼の熱間加工性に最も大きく影響する元素である
ため、その含有量は少なければ少ないほど好ましい。そ
して、十分に満足できる熱間加工性を確保するためには
０．００２％以下のレベルにまでＳを低減する必要があ
ることから、Ｓ含有量の上限を０．００２％と定めた。

Ｃｒ Ｃｒは２相ステンレス鋼の基本成分の１つであり、耐食
性を支配する重要な成分である。そして、オーステナイ
ト−フェライトの２相組織を呈せしめるには１７，０％
以上のＣｒ含有量が必要であるが、その含有量が３０．
０％を超えるとσ相が析出し易くなって耐食性と靭性を
劣化するようになることから、Ｃｒ含有量は１７．０〜
３０．０％と定めた。

Ｎｉ Ｎｉは２相組織を得るためにＣｒ含有量、　Ｍｏ含有量
並びにＮ含有量との兼ね合いで添加される成分であるが
、Ｎｉ含有量が１．０％未満であるとフェライト相が主
体となって２相組織が得られない。一方、１１．０％を
超えてＮｉを含有させると、今度はオーステナイトを主
体とする相となって２相Ｍｉ織が得られないばかりか、
高価な元素であることから経済的な不利を招くことにも
なる。従って、Ｎｉ含有量は１．０〜１１．０％と定め
た。

Ｍ。

Ｍｏ成分には鋼の耐食性を向上させる作用があるが、そ
の含有量が０．１％未満では前記作用による所望の効果
が得られず、一方、６．０％を超えて含有させるとσ相
の析出を著しく促進することから、Ｍｏ含有量は０．１
〜６．０％と定めた。

Ｃｕ Ｃｕは熱間加工性を阻害する元素であるためその混入量
をできるだけ低減する必要があるが、０．１０％を下回
る含有量であれば熱間加工性への悪影響が小さいことか
ら、Ｃｕ含有量を０．１０％未満に制限した。

■成分にはＣｒ＋Ｍｏ等と適量共存させることにより耐
孔食性を向上させる作用があるが、その含有量が０．０
１％未満では前記作用による所望の効果が得られず、一
方、０．５０％を超えて含有させると熱間加工性が劣化
することから、■含有量は０．０１〜０．５０％と定め
た。

Ｉ Ｍも脱酸剤として不可欠な成分であり、十分な耐食性を
確保するためにはＭの脱酸作用をも利用した。ｌの低減
が欠かせない。しかし、その含有量が０．０１％未満で
は所望の脱酸効果が得られず、一方、０．１０％を超え
て含有させるとＡＩＮが析出して耐食性の低下を招くよ
うになることから、Ａ１含有量は０．０１〜ｏ、ｉｏ％
と定めた。

旦 Ｎは２相組織を形成するのに重要な成分てあり、耐食性
の向上にも有効であるが、Ｎ含有量が０．０１％未満で
は上記効果が乏しく、一方、０．４０％を超えて含有さ
せると熱間加工性が低下する上、鋳造時にブローホール
ができ易くなることから、Ｎ含有量は０．０１〜０．４
０％と限定した。

Ｃａ　　阿　　びＲＥＭ（） ＣａやＭｇ、或いはＬａ、Ｃｅ等のＲＥＭは何れも鋼中
で硫化物を生成してＳを固定し、鋼の熱間加工性を向上
させる作用を有しているのでこれらのうちの１種又は２
種以上の添加が必須であるが、何れも含有量が０．００
０５％未満では前記作用による所望の効果が得られず、
一方、０．０１０％を超えて含有させても上記効果が飽
和してしまうことから、Ｃａ。

陶又はＲＥＭの含有量はそれぞれｏ、ｏｏｏｓ〜ｏ、ｏ
ｔ。

％と定めた。

Ｊ−ユＬ」１Ｌ匹 これらの成分には何れも綱の耐食性を改善する作用があ
るので、必要によりこれらのうちの１種又は２種以上の
添加がなされるが、以下、個々の成分毎にその含有量範
囲を限定した理由を説明する。

ａ）　Ｗ Ｃｒ、　Ｍｏと共に適量添加されると局部腐食性の向上
効果が得られるが、その含有量が０．０１％未満では所
望の効果が確保できず、一方、１．５０％を超えて含有
させると熱間加工性の低下を招くようになることから、
Ｗ含有量は０．０１〜１．５０％と定めた。

ｂ）　Ｔｔ、及びＮｂ これらの元素は鋼中で安定な炭化物を生成して耐食性の
向上に寄与するが、何れも０．０１％未満では十分な効
果が得られず、一方、何れも０．５０％を超えて含有さ
せても上記効果が飽和してしまうことから、Ｔｉ含有量
並びにＮｂ含有量は０．０１〜０．５０％と定、めた。

ＯはＣａやＬＥＭ等と化合物を作り易く、容易に酸化物
系の介在物となって耐食性を低下させる好ましくない不
純物元素であって、所望の耐食性を確保するためにはそ
の含有量を０．００５０％以下に低減する必要がある。

そして、耐食性の面からは０含有量は低いほど良く、出
来ればｏ、ｏｏａｏ％以下にまで低減することが望まし
い。

Ｂ）フェライト含有量 フェライト量が３０ｖｏ１．％未満或いは７０シｏｌ。

％を超える場合には所望の耐食性を確保することができ
ないことから、２相ステンレス鋼中のフェライト含有量
を３０〜７０ｖｏ１．％と限定した。

なお、上記フェライトＩの割合は、本発明の規定範囲内
で各成分の含有割合を調整して達成することができる。

続いて、この発明を実施例により、比較例と対比しなが
ら更に具体的に説明する。

〈実施例〉 まず、高周波誘導真空溶解炉で第１表に示す如き成分組
成の各２相ステンレス鋼を溶製し、５０ｋｇの鋼塊に鋳
込んだ。

次いで、これら鋼塊を１２１ｍ厚にまで熱間圧延した後
、ｒ１０７０℃に３０分間加熱・保持後水冷」なる条件
の溶体化処理を施し、このようにして得られた各板材の
フェライト（α）量を調査すると共に、該板材から２ｆ
ｌ厚Ｘ２Ｑｍ幅Ｘ５０ｔｍ長の腐食試験片と１０ｍφＸ
１３０ｔｓ長の高温高速引張試験片を採取してそれぞれ
の試験に供した。

なお、腐食試験は、上記腐食試験片を各種温度の１０％
Ｆ　ｅ　Ｃｊ　ｓ・６Ｈ，Ｏ水溶液に２４時間浸漬して
試験片表面にビンティングが生じる最低の温度を調査し
、該温度を“限界ビンティング温度（Ｃ，Ｐ、Ｔ、）”
としてそれの高いものを高耐食性と評価する方法によっ
た。但し、ステンレス鋼の耐食性の程度がほぼＣｒ、　
Ｎ及びＭｏの各元素の含有量に支配されることは良く知
られており、既に述べたように耐食性のレベルが Ｐ、１．＝Ｃｒ（Ｘ）＋　３Ｍｏ（り＋１６Ｎ（Ｚ）で
ほぼ整理できることからこれまで上記Ｐ、１．が耐食性
の指標とされてきた点も考慮し、この実施例においても
耐食性の評価はＰ、■、を加味したＣ、Ｐ、？。

の高低を基に行った。

また、高温高速引張試験は熱間加工性の評価のために実
施したものであるが、“歪速度：１．Ｏｓ　−”で９０
０℃、１０００℃、１１００℃、１２００℃の各温度で
引張破断させた時の絞り値がすべて７０％以上を示すも
の”が実際の熱間圧延においても十分な加工性を示して
良好な表面性状を呈することから、上記絞り値がすべて
の温度で７０％以上のものを良好（○）、いずれかの温
度で７０％未満を示すものを不良（×）と評価した。

これらの結果を第２表に示す。

第２表に示される結果からも明らかなように、本発明に
係る２相ステンレス鋼は、熱間加工性が良好であるばか
りでなく、耐食性試験結果をＰ、　１とＣ，Ｐ、Ｔ、と
の関係でグラフ化した第１図にて確認できる通り、従来
鋼や比較鋼と同じＰ、１．であってもこれより遥かに高
いＣ，Ｐ、Ｔ、を示していて一段と優れた耐食性を有し
ていることが分かる。なお、第１図中の記号に付した数
字は、第１表の鋼種番号を示している。

これに対して、従来鋼１６〜２１もＣａ、　Ｍｇ、　　
ＲＥＭ等の硫化物生成元素が添加されて良好な熱間加工
性を有しているが、０量の低減が十分でないので本発明
鋼と比較してｐ、ｒ、の割にはＣ，Ｐ、Ｔ、が低レベル
となっており、熱間加工性と耐食性が共に優れていると
は言い難い。

また、比較鋼２２．２３は、それぞれフェライト分率が
本発明で規定する範囲から外れているため耐食性に劣る
結果となっている。

そして、比較鋼２４はＰ量が過剰であるため耐食性が十
分でなく、比較鋼２５はＳ量が過剰なために熱間加工性
に劣り、更に比較鋼２６は、硫化物生成元素たるＣａ、
　Ｍｇ或いはＲＥＭの添加がなされていないため耐食性
は良好であるものの熱間加工性が不十分な結果となって
いる。

く効果の総括〉 以上に説明した如く、この発明によれば、耐食性並びに
熱情加工性が共に優れた２相ステンレス鋼を実現するこ
とが可能となり、“海底フローライン用ラインパイプ等
の耐食性（耐海水性等）が重視される用途で熱間加工性
を犠牲にして製造歩留りの大幅な低下を余儀無くされて
いた２相ステン。

レス鋼に絡む従来の問題”が−挙に解決できるなど、産
業上図り知れない効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、耐食性試験結果をｐ、　ｒ、とＣ，Ｐ、Ｔ、
との関係で表わしたグラフである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量割合にて Ｃ：０．０３％以下，Ｓｉ：０．１０〜２．０％，Ｍｎ
   ：０．１０〜２．０％，Ｐ：０．０５％以下，Ｓ：０．
   ００２％以下，Ｃｒ：１７．０〜３０．０％，Ｎｉ：１
   ．０〜１１．０％，Ｍｏ：０．１０〜６．０％，Ｃｕ：
   ０．１０％未満，Ｖ：０．０１〜０．５０％，Ａｌ：０
   ．０１〜０．１０％，Ｎ：０．０１〜０．４０％，Ｏ：
   ０．００５０％以下 で、かつ Ｃａ：０．０００５〜０．０１０％， Ｍｇ：０．０００５〜０．０１０％， ＲＥＭ：０．０００５〜０．０１０％ のうちの１種以上をも含有すると共に、残部がＦｅ及び
   不可避的不純物から成り、かつフェライト含有量が３０
   〜７０ｖｏｌ．％であることを特徴とする、熱間加工性
   と耐食性の優れた２相ステンレス鋼。
2. （２）重量割合にて Ｃ：０．０３％以下，Ｓｉ：０．１０〜２．０％，Ｍｎ
   ：０．１０〜２．０％，Ｐ：０．０５％以下，Ｓ：０．
   ００２％以下，Ｃｒ：１７．０〜３０．０％，Ｎｉ：１
   ．０〜１１．０％，Ｍｏ：０．１０〜６．０％，Ｃｕ：
   ０．１０％未満，Ｖ：０．０１〜０．５０％，Ａｌ：０
   ．０１〜０．１０％，Ｎ：０．０１〜０．４０％，Ｏ：
   ０．００５０％以下 で、かつ Ｃａ：０．０００５〜０．０１０％， Ｍｇ：０．０００５〜０．０１０％， ＲＥＭ：０．０００５〜０．０１０％ のうちの１種以上、並びに Ｗ：０．０１〜１．５０％，Ｔｉ：０．０１〜０．５０
   ％，Ｎｂ：０．０１〜０．５０％ のうちの１種以上をも含有すると共に、残部がＦｅ及び
   不可避的不純物から成り、かつフェライト含有量が３０
   〜７０ｖｏｌ．％であることを特徴とする、熱間加工性
   と耐食性の優れた２相ステンレス鋼。