JPH06145903A

JPH06145903A - 高腐食疲労強度ステンレス鋼

Info

Publication number: JPH06145903A
Application number: JP32246992A
Authority: JP
Inventors: Minoru Hineno; 実日根野
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1992-11-05
Filing date: 1992-11-05
Publication date: 1994-05-27

Abstract

(57)【要約】【構成】Ｃ０．０８％以下，Ｓｉ０．２〜２％，
Ｍｎ０．２〜２％，Ｎｉ３〜６％，Ｃｒ１８〜２
３％，Ｍｏ１〜４％，Ｃｕ０．５〜４％，Ｗ０．５
〜３％，Ｎ０．１〜０．３％，Ｔａ：０．１〜０．５
％，Ｎｂ：０．０２〜０．２％，残部実質的にＦｅから
なり、オーステナイト相と３０〜６０％（面積）のδ−
フエライト相からなる二相組織を有するステンレス鋼。
所望により、Ｔｉ，Ｖ，Ａｌ，Ｚｒ，Ｃｏの１種ないし
２種以上の元素が適量添加される。【効果】腐食疲労強度にすぐれている。溶接による材
料特性の劣化がない。製紙用サクシヨンロールのスリー
ブ材等として好適である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、製紙機のサクシヨンロ
ール材料等として有用な、高耐力、高耐食性を有する、
腐食疲労強度にすぐれたステンレス鋼に関する。

【０００２】

【従来の技術】製紙工程における抄紙された湿潤紙を脱
水処理するサクシヨンロールの胴部材（スリーブ）は、
湿潤紙から搾出される水分（白水と称される）を吸引排
除する多数の小孔（サクシヨンホール）が約２０〜５０
％（面積）の開口率（ロール１本当りの孔数は数十萬個
にも及ぶ）を以て分散穿設された中空円筒状部材であ
る。サクシヨンロールのスリーブは、遠心鋳造や鍛造加
工等により成形される中空円筒体、または圧延板材を曲
げ加工し溶接して成形される中空円筒体等を素材として
製作される。スリーブは大径・厚肉の長尺材であり、設
備規模の都合上、その円筒体を一体品として用意するこ
とができない場合は、二体の鋳造品を突合せ溶接により
接合して所定サイズのスリーブに仕上げられる。また、
サクシヨンロールに組立てられて実機使用に供された
後、その使用過程で、スリーブ表面に微小な亀裂等（ロ
ールの折損事故の原因となる）が発生した場合には、こ
れにグラインダ加工、切削加工等を加え、溶接肉盛によ
る表面の修復を施して反復使用するのが通常の使用形態
である。

【０００３】サクシヨンロールのスリーブは、その材料
特性として湿潤紙から搾出される白水（塩素イオンＣｌ
^-や硫酸イオンＳＯ₄ ^--等を含む強酸性腐食液である）
に対する腐食抵抗性と、湿潤紙から白水を搾出するため
のプレスロールの押圧力（ニツプ圧）の反復負荷に耐え
得る強度、およびその腐食因子と繰り返し応力の重量作
用による腐食疲労に対する抵抗性を兼ね備えたものであ
ることが必要である。従来より、そのスリーブ材料とし
て、二相ステンレス鋼（ＪＩＳＧ４３０７ＳＵＳ３２
９Ｊ１，Ｇ５１２１ＳＣＳ１３Ａ，同ＳＣＳ１４Ａ
等）が使用されてきた。二相ステンレス鋼は、延性に富
むオーステナイト相と、強度の高いδ−フエライト相と
がほぼ等量に混在した二相組織であることによる強度と
靱性を備えた耐食合金である。また、二相ステンレス鋼
の材料特性について、強度、耐食性、腐食疲労強度等の
改善を目的として、例えばＣｏ，Ｃｕ等を添加したもの
（特公昭６０−５９２９１号公報）、Ｍｏ含有量を富化
したもの（特公昭６２−８５０５号公報）、あるいはＣ
ｏ，Ｃｕ，Ｎ等を添加したもの（特公平２−３２３４３
号公報）等も提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、スリーブ材
料として使用されている従来の二相ステンレス鋼は、溶
接を施すと、その熱影響部に、特にフエライト相とオー
ステナイト相の境界を中心としてＣｒの炭化物や窒化物
が析出し、その析出粒子の近傍に脱Ｃｒ層が生成するこ
とによる耐食性の低下（所謂、鋭敏化状態）を生じ、溶
接熱影響部の腐食疲労強度が低下するという問題があ
る。その鋭敏化防止策として、Ｎｂ，Ｔｉ等のＣやＮに
する親和力の大きい元素を添加して鋼中のＣやＮを、こ
れらの炭化物や窒化物として固定する所謂安定化鋼も知
られているが、Ｎｂ，Ｔｉ等の添加によりＣｒの炭化物
や窒化物の生成とそれに伴う耐食性の低下の防止は可能
となるものの、腐食疲労強度の改善効果は少ない。これ
は、Ｎｂ，Ｔｉ等の炭化物や窒化物が、溶接ボンド部や
溶接熱影響部に比較的粗大な粒子として析出することに
伴つて、溶接熱影響部の靱性が低下することに起因して
いる。近時、製紙工程におけるラインの高速度化が進む
に伴い、サクシヨンロールのスリーブの負荷はますます
大きくなつている。この高速度ライン操業においてサク
シヨンロールの折損事故等を防止し、安定な使用を確保
するためのスリーブとして、より高い腐食疲労強度を有
するものが要求されている。本発明は、上記要請に応え
るために、溶接性にすぐれ、高負荷操業にも耐え得る高
腐食疲労強度を有するステンレス鋼を提供しようとする
ものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明のステンレス鋼
は、Ｃ：０．０８％以下，Ｓｉ：０．２〜２％，Ｍｎ：
０．２〜２％，Ｎｉ：３〜６％，Ｃｒ：１８〜２３％，
Ｍｏ：１〜４％，Ｃｕ：０．５〜４％，Ｗ：０．５〜３
％，Ｎ：０．１〜０．３％，Ｔａ：０．１〜０．５％，
Ｎｂ：０．０２〜０．２％，残部実質的にＦｅからな
り、オーステナイト相と３０〜６０％（面積）のδ−フ
エライト相からなる二相組織を有することを特徴として
いる。本発明のステンレス鋼は、所望により、Ｆｅの一
部が、Ｔｉ：１％以下，Ｖ：１％以下，Ａｌ：１％以
下，Ｚｒ：１％以下，Ｃｏ：１％以下から選ばれる１種
ないし２種以上の元素で置換された化学組成が与えられ
る。

【０００６】

【作用】Ｃｒ，Ｍｏ，Ｎ等の元素は本発明のステンレス
鋼に高耐食性を付与し、オーステナイト相とδ−フエラ
イト相の二相共存組織は強度と靱性を付与する。Ｗ，Ｃ
ｕは耐食性およびフエライト相の強化に寄与する。更
に、Ｎｂは鋼中のＣを固定して鋼の鋭敏化を抑え、Ｎｂ
と複合して添加されたＴａは、Ｎｂ炭化物や、Ｍ₂₃Ｃ₆
型炭化物、レーブス相（Ｎｉ₃Ｍｏ，Ｆｅ₂Ｍｏ等）に
固溶してその凝集と粗大化を抑制することにより鋼の靱
性の低下を防ぐ。またＴａの一部は微細な炭化物として
フエライト相中に均一分散し、分散強化作用により鋼の
強度を高める。本発明のステンレス鋼は、これらの総合
効果として高度に改良された腐食疲労強度を発現し、そ
の材料特性は溶接の施工で損なわれず、安定に維持され
る。

【０００７】以下、本発明について詳しく説明する。本
発明の鋼の化学組成の限定理由は次のとおりである。元
素含有量を示す％は重量％である。

【０００８】Ｃ：０．０８％以下Ｃは、固溶強化作用および炭化物の析出強化作用により
鋼の強度を高めるが、クロム炭化物の生成に伴い、靱性
の低下およびＣｒ炭化物粒子の近傍のＣｒ濃度の低下に
よる孔食等の腐食抵抗性を減じるので、０．０８％以下
とする。

【０００９】Ｓｉ：０．２〜２％Ｓｉは、溶鋼の脱酸および湯流れ性の改善のために０．
２％以上を必要とするが、多量に添加すると、鋼の靱性
の低下、溶接性の低下をきたすので、２％を上限とす
る。

【００１０】Ｍｎ：０．２〜２％Ｍｎは、溶鋼の脱酸・脱硫元素として、また鋳造性改善
のため０．２％以上添加されるが、多量の添加すると腐
食性が低下するので、２％を上限とする。

【００１１】Ｎｉ：３〜６％Ｎｉは、強力なオーステナイト生成元素であり、鋼組織
における所定量のオーステナイト相を形成し、靱性を確
保するために、少なくとも３％を必要とする。しかし、
６％を越える添加は、経済性を損なうだけでなく、鋼組
織におけるδ−フエライト相とオーステナイト相の量的
バランスを失するので、６％を上限とする。

【００１２】Ｃｒ：１８〜２３％Ｃｒは、フエライト生成元素として、また鋼の耐食性、
特に強酸性腐食環境での孔食や粒界腐食等に対する抵抗
性の確保に欠くことができない元素である。その量は少
なくとも１８％を必要とし、増量に伴つて効果を増す。
しかし、多量に添加すると、鋳造性の悪化、および鋼組
織におけるオーステナイト相の量比の不足による靱性の
低下をきたすので、２３％を上限とする。

【００１３】Ｍｏ：１〜４％Ｍｏは、耐食性、殊に孔食、隙間腐食等に対する抵抗性
の強化に有効な元素である。非酸化性酸、塩素イオン含
有液に対する耐食性改善効果を得るためには１％以上の
添加が必要である。しかし、４％を越えると、その効果
はほぼ飽和し、またσ相の析出による脆化と鋳造割れ等
が生じ易くなるので、４％を上限とする。

【００１４】Ｃｕ：０．５〜４％Ｃｕは、オーステナイト相の固溶強化、とよび耐食性改
善効果を有する。この効果は０．５％以上の添加により
得られ、添加増量により効果を増す。しかし、多量に添
加すると、金属間化合物が生成し、鋼の靱性を損なうの
で、４％を上限とする。

【００１５】Ｗ：０．５〜３％Ｗは、フエライト相を固溶強化して鋼の強度を高める。
この効果を得るために少なくとも０．５％が必要であ
る。また、Ｗは鋼の耐食性を改善し、その効果は前記Ｃ
ｕとの共存により増大する。しかし、３％を越えると、
これらの効果はほぼ飽和し、経済性を損なうので、これ
を上限とする。

【００１６】Ｎ：０．１〜０．３％Ｎは、強力なオーステナイト生成元素であり、侵入型に
固溶して鋼基地を強化するほか、オーステナイト相に対
するＣｒ，Ｍｏ等の耐食元素の分配率を高め、鋼の耐食
性、殊に孔食抵抗性等を改善する効果を有する。この効
果は０．１％以上の添加により得られる。しかし、０．
３％を越えると、窒化物の生成により却つて耐食性を減
じるので、これを上限とする。

【００１７】Ｎｂ：０．０２〜０．２％Ｎｂは、Ｃとの強い親和力によりＣをＮｂＣとして固定
し、溶接熱影響部におけるＣｒ炭化物（Ｃｒ₂₃Ｃ₆等）
の析出とそれに伴う耐食性の低下（鋭敏化）を防止す
る。この効果を得るために、少なくとも０．０２％の添
加が必要である。しかし、０．２％を越えると、ＮｂＣ
炭化物の粗大化により靱性の急激な低下をきたすので、
０．２％を上限とする。好ましくは、０．１％以下であ
る。

【００１８】Ｔａ：０．１〜０．５％Ｔａは、Ｃｒ炭化物やＮｂ炭化物、レーブス相等に固溶
し、その凝集・粗大化を抑制する。これにより、溶接ボ
ンド部や溶接熱影響部における粗大析出物の生成とそれ
に因る靱性の低下が防止される。また、Ｔａの一部は微
細なＴａＣ炭化物を形成してフエライト相に均一分散し
鋼を強化する。これらの効果を発現させるために少なく
とも０．１％を必要とする。しかし、０．５％を越える
と、Ｔａの炭化物や窒化物の過剰析出により、却つて靱
性の低下をきたすので、これを上限とする。

【００１９】本発明のステンレス鋼は、所望によりＴ
ｉ，Ｖ，Ａｌ，Ｚｒ，Ｃｏから任意に選択される１種な
いし２種以上の元素を含有する化学組成に調整される。Ｔｉ：１％以下Ｔｉは、炭化物を形成してＣを固定することにより、Ｃ
ｒ炭化物（Ｃｒ₂₃Ｃ₆等）の析出とそれに伴う耐食性の
低下を防止する。添加量が１％を越えると、効果はほぼ
飽和するだけでなく、鋼の靱性の低下を招くので、１％
以下とする。好ましくは０．０１〜１％である。

【００２０】Ｖ：１％以下Ｖは、結晶粒の微細化作用により鋼の強度を高める。ま
た腐食疲労強度を改善する。１％を越えるとその効果は
ほぼ飽和する。好ましくは、０．０２〜１％である。

【００２１】Ｚｒ：１％以下Ｚｒは、オーステナイト相を固溶強化するほか、Ｃとの
強い親和力により安定なＭＣ型炭化物を形成して鋼の耐
食性を高める。また、強力な清浄作用や組織の微細化作
用を有し鋼の材質改善に奏効する。多量に添加すると、
鋼の清浄度を害するので、１％以下とする。好ましく
は、０．０２〜１％である。

【００２２】Ａｌ：１％以下Ａｌは、炭化物を形成し析出強化作用により鋼の強度を
高める。多量に添加すると、鋼の靱性を損なうので、１
％以下とする。好ましくは、０．２〜１％である。

【００２３】Ｃｏ：１％以下Ｃｏは、オーステナイト相を固溶強化し、また鋼の腐食
疲労強度の改善に有効な元素である。その腐食疲労強度
の改善効果は、Ｃｕ，Ｗとの共存により強められる。添
加量が１％を越えると、効果はほぼ飽和し経済性を損な
うので、これを上限とする。好ましくは、０．１〜１％
である。

【００２４】本発明のステンレス鋼は、オーステナイト
相とδ−フエライト相とからなる二相組織を有する。δ
−フエライト相の占める割合を３０〜６０％（面積）の
範囲に規定したのは、３０％に満たないと、鋼の強度が
不足し、他方６０％を越えると、靱性の不足をきたすか
らであり、３０〜６０％の量比として強度と靱性のバラ
ンスを確保している。

【００２５】本発明のステンレス鋼は、その鋳造材を溶
体化処理することにより製造される。溶体化処理は、通
常の二相ステンレス鋼と同じように、温度約１０００
〜１２００℃に適当な時間（鋳造材の肉厚１インチ当
り、約１〜３Ｈｒ）加熱保持した後、水冷または空冷す
ることにより達成される。その熱処理の後、必要に応じ
応力除去処理として温度約５００〜７００℃に適当時間
（約１Ｈｒ／インチ）保持する焼鈍処理が行われる。ま
た、溶接施工においては、後熱処理として、上記と同様
の熱処理が施工される。

【００２６】

【実施例】表１に示す化学組成を有する遠心力鋳造管材
（管サイズ：外径６００ｍｍ，肉厚５０ｍｍ，長さ２０
００ｍｍ，機械加工後）に溶体化熱処理（１１００℃×
２Ｈｒ→水冷）を施して供試材とする。表中、Ｎo.１１
〜１３は発明例、Ｎo.２１〜２４は比較例である。比較
例Ｎo.２１〜２３は、発明例に類似した化学組成を有し
ているが、いずれかの元素の含有量（表中、下線付）が
本発明の規定からはずれている例、Ｎo.２４は従来の代
表的な二相ステンレス鋼（ＳＵＳ３２９Ｊ１相当）の例
である。表中、「δ相（％）」はδ−フエライト相の面
積％である。各供試材を２分割して母材とし、互いの管
端面にＶ字形状の開先加工を加え、突合せ溶接（溶接
棒：ＳＵＳ３２９Ｊ２Ｌ）を行い、溶接後、熱処理（６
００℃×１Ｈｒ）を施す。各供試材の溶接継手部から試
験片を採取し、下記の腐食疲労試験を行つて表１右欄に
示す結果を得た。

【００２７】腐食疲労試験試験片形状：１．０（平滑）試験条件：引張圧縮試験により、Ｎ＝１０⁸回後の破断
強度（ＭＰａ）を測定する。腐食環境製紙工業協会規定の標準腐食液（Ｃｌ^-１０
０ｐｐｍ，ＳＯ₄ ^--１０００ｐｐｍ，Ｓ₂Ｏ₃ ^-- １０
ｐｐｍ，ｐＨ３．５），液温室温試験機５トン容量電気油圧サーボ型軸力疲労試験機荷重波形正弦波，周波数３０Ｈｚ，応力比 −
１．０。

【００２８】表１に示したように、発明例Ｎo.１１〜１
３は、代表的な二相ステンレス鋼であるＮo.２４に比べ
て、著しく高い腐食疲労強度を有し、溶接による母材の
腐食疲労強度の劣化はないことを示している。その改良
された腐食疲労強度は他の比較材Ｎo.２１〜２３（破断
位置はいずれも溶接熱影響部である）をも上廻つてい
る。比較例Ｎo.２１の腐食疲労強度が低いのは、Ｔａ含
有量の不足のため、溶接熱影響部におけるＮｂ炭化物等
の粗大化とそれに伴う靱性の低下を十分に防止し得なか
つたからであり、Ｎo.２２およびＮo.２３の腐食疲労強
度の改善効果が乏しいのは、Ｔａ含有量の過剰による靱
性の劣化により、亀裂進展速度が高くなつたからであ
る。

【００２９】

【表１】

【００３０】

【発明の効果】本発明のステンレス鋼は、従来の二相ス
テンレス鋼等では得られない高度の腐食疲労強度を有
し、その材料特性は溶接の施工により損なわれることな
く安定に維持されるので、製紙工程のサクシヨンロール
のスリーブ材料として使用することにより、近時の高負
荷操業におけるサクシヨンロールの耐用寿命の向上、ロ
ールメンテナンスの改善等の効果が得られる。本発明の
ステンレス鋼は、サクシヨンロールのスリーブ材料だけ
でなく、腐食因子と繰り返し応力が重量作用する環境で
使用される各種の構造部材料として有用である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｃ：０．０８％以下，Ｓｉ：０．２〜２
％，Ｍｎ：０．２〜２％，Ｎｉ：３〜６％，Ｃｒ：１８
〜２３％，Ｍｏ：１〜４％，Ｃｕ：０．５〜４％，Ｗ：
０．５〜３％，Ｎ：０．１〜０．３％，Ｔａ：０．１〜
０．５％，Ｎｂ：０．０２〜０．２％，残部実質的にＦ
ｅからなり、オーステナイト相と３０〜６０％（面積）
のδ−フエライト相からなる二相組織を有することを特
徴とする高腐食疲労強度ステンレス鋼。
【請求項２】Ｆｅの一部が、Ｔｉ：１％以下，Ｖ：１
％以下，Ａｌ：１％以下，Ｚｒ：１％以下，Ｃｏ：１％
以下から選ばれる１種ないし２種以上の元素で置換され
た化学組成を有することを特徴とする請求項１に記載の
高腐食疲労強度ステンレス鋼。