JPH08120413A - ２相ステンレス鋳造部材およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 鋳造品として優れた機械的特性と、優れた耐
食性および耐応力腐食割れ性を有するオーステナイト−
フェライト２相ステンレス鋳造部品およびその製造方法
を提供する。 【構成】 本発明は重量％で、Ｃ≦０．０８、Ｓｉ≦
０．９、Ｍｎ≦０．９、Ｎｉ５．０−８．０、Ｃｒ２
４．０−３０．０、Ｍｏ１．０−２．５、Ｃｕ２．６−
３．５、Ｎ０．１５−０．２５、あるいはさらにＢを
０．００５％以下含有し、残部実質的にＦｅであり、不
純物として含有するＡｌが０．０５以下に制限され、か
つ組織がオーステナイトとフェライトの２相構造を有す
ることを特徴とする２相ステンレス鋳造部材である。ま
た本発明の製造方法は上記組成を有する合金溶湯を、加
熱した精密鋳造鋳型に注湯し、オーステナイトとフェラ
イトの２相構造を有する鋳造部材を得ることを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鋳造品として優れた強
度と耐食性を兼ね備える２相ステンレス鋳造部材および
その製造方法を提供することである。

【０００２】

【従来の技術】２相ステンレス鋼としては、ＳＵＳ３２
９Ｊ１に代表されるオーステナイトとフェライト組織を
有する鋼が知られている。この２相ステンレスは、高強
度と高靭性を有するとともに、耐食性にも優れているた
め、耐環境性と強度が要求される大型の化学装置の部材
として使用されている。上述したオーステナイト−フェ
ライト系２相ステンレスを鋳造品として使用する技術と
しては、特開昭５４−１２１２２３号に記載されるよう
に、銅を０．４−１．０％添加して鋳造品の強度を確保
すること、鋳造性および靭性を確保するために窒素を
０．１％以下に制限することが知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述したようにオース
テナイト−フェライト系２相ステンレス鋼は、高強度と
高靭性が得られるという特徴がある。この２相ステンレ
ス鋼を鋳造品とした場合は、鋳造後の熱間加工を行わな
いため組織が粗く、熱間加工品に比べて靭性および強度
が低いという欠点がある。また特開昭５４−１２１２２
３号に記載されるようにＣｕの添加は有効である。

【０００４】一方最近の技術として、機械加工をほとん
ど必要とせず複雑な３次元形状品を得る手法として精密
鋳造法が発展してきている。精密鋳造法というのは、ワ
ックス等で製造された製品模型に耐火物を被覆し、加熱
等により製品模型を消失させ、次いで耐火物を焼成した
鋳型に得られたキャビティ内に溶鋼を注湯することによ
り、最終形状品に近似した鋳造品を得るというものであ
る。精密鋳造法においては、複雑な製品形状に対応する
ため、注湯時には、１０００℃程度に加熱した状態で注
湯される。

【０００５】本発明者は、強度を要求される部材に適用
するために上述の特開昭５４−１２１２２３号記載のオ
ーステナイト−フェライト系２相ステンレス鋼を検討し
たところ、強度および靭性が低く、鋳造ままでは上記用
途に使用できないものであった。本発明の目的は、上記
問題に鑑み鋳造品として優れた靭性および強度を確保し
つつ、耐食性および耐応力腐食割れ性に優れたオーステ
ナイト−フェライト２相ステンレス鋳造部品およびその
製造方法を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者は、２相ステン
レス鋼に対して精密鋳造法を適用することを検討し、合
金成分と鋳造性ならびに機械的性質の関係を検討した。
そして、本発明者は十分な機械的特性を維持しながら、
耐食性および耐応力腐食割れ性を高めるためにはＣｕと
窒素の量を共に高め、炭素の量を低めた組成とすること
が有効であること、さらに窒素を高めたことにより不純
物として鋼内に存在するＡｌが鋳造品の機械特性を著し
く劣化することから、不純物として存在するＡｌを制限
すべきでであることを見い出し、本発明に到達した。

【０００７】すなわち、本発明は、重量％で、Ｃ≦０．
０８、Ｓｉ≦０．９、Ｍｎ≦０．９、Ｎｉ５．０−８．
０、Ｃｒ２４．０−３０．０、Ｍｏ１．０−２．５、Ｃ
ｕ２．６−３．５、Ｎ０．１５−０．２５、残部実質的
にＦｅであり、不純物として含有するＡｌが０．０５以
下に制限され、かつ組織がオーステナイトとフェライト
の２相構造を有することを特徴とする２相ステンレス鋳
造部材である。

【０００８】本発明において好ましくは重量％で、Ｃ
０．０１−０．０５、Ｓｉ０．５−０．９、Ｍｎ０．４
−０．９、Ｎｉ５．０−６．０、Ｃｒ２５．５−２７．
５、Ｍｏ１．５−２．０、Ｃｕ２．６−２．９、Ｎ０．
１５−０．２０、残部実質的にＦｅであり、不純物とし
て含有するＡｌを０．０３以下の組成とする。また本発
明において重量％でＢを０．００５％以下含有していて
も良い。

【０００９】また、上記本発明の鋳造部材を得る本発明
の製造方法は上記組成の合金溶湯を加熱した精密鋳造鋳
型に注湯し、オーステナイトとフェライトの２相構造を
有する鋳造部材を得ることを特徴とする２相ステンレス
鋳造部材の製造方法である。

【００１０】

【作用】本発明の重要な特徴は、特定組成の２相ステン
レス鋼において、耐食性を高めるとともに耐応力腐食割
れ性を高めることを目的として、Ｃｕと窒素の量を共に
高めるとともに、炭素含有量を低めた組成とし、さらに
不純物として鋼内に存在するＡｌを制限したことにあ
る。以下に本発明で規定する組成範囲について詳しく説
明する。 Ｃｕ２．６−３．５％ 本発明において、Ｃｕは鋳造品の強度を析出強化により
確保するとともに、りん酸や硫酸に対する耐食性を改善
する本発明で最も重要な元素の一つである。鋳造品とし
て優れた機械強度を確保するには２．６％以上必要であ
り、３．５％を超えるとＣｕとして析出し、靭性が低下
し、鋳造後の割れ欠陥につながり好ましくない。鋳造品
は、熱間加工等により組織を微細化するものではないた
め、優れた機械強度と靭性の両立のために狭い組成範囲
に限定されるものである。

【００１１】Ｎ０．１５−０．２５％ 窒素はオーステナイトを安定化するとともに、耐応力腐
食割れ性を著しく高める重要な元素である。窒素は鋳造
性を阻害する元素であり多量に含有すると鋳造における
湯流れ性の劣化とともに、ガスホール欠陥が発生する場
合がある。より好ましくは、０．１５−０．２０％であ
る。 Ｃ≦０．０８％ 強力なオーステナイト化元素であり、耐食性の向上およ
び鋳造性の改善に効果がある。しかし、本発明において
耐応力腐食割れ性を改善するためには、オーステナイト
化元素である窒素を多量に導入する必要があり、２相ス
テンレスとして安定な組織を得るためには、オーステナ
イト化元素のバランスからその量を制限する必要があ
る。また多量に添加するとＣｒの炭化物を析出して耐粒
界腐食性を劣化する問題もある。好ましくは０．０１−
０．０８％であり、さらに好ましくは、 ０．０１−
０．０５％である。

【００１２】Ａｌ０．０５％以下 Ａｌは窒素を含有する本発明の鋳造品にとっては、窒化
アルミニウムとして結晶粒界に析出して靭性の著しい劣
化を招く元素であり、制限しなければならない元素であ
る。また耐食性を劣化する元素でもある。不純物として
のＡｌは、鋼の原料として微量混入するもの、あるいは
製造工程において脱酸元素として使用されたものが残留
している場合がある。より好ましくは、０．０３％以下
とする。

【００１３】Ｃｒ２４−３０％ Ｃｒはフェライト化元素であり、ステンレス鋼の基本的
な耐食性を確保する元素である。本発明では鋳造品の機
械的強度を高めるためオーステナイト形成元素であるＣ
ｕおよびＮを多く含有させているため、十分なフェライ
ト量と耐食性を確保するために２４％以上必要である。
一方Ｃｒを高めていくとフェライトの単相組織に近づ
き、靭性が低下していく。またＣｒを高めると靭性の極
めて低いδ相の生成を助長することにもなる。したがっ
て、Ｃｒの上限は制限される。本発明では２相組織のバ
ランス上３０％以下に規定した。さらに望ましくは２
５．５−２７．５％の範囲とする。

【００１４】Ｓｉ≦０．９％ Ｓｉは、鋳造性および強度を確保する有効な元素であ
り、一方Ｓｉは多量に添加すると靭性を劣化する元素で
あるためＳｉ≦０．９％に規定した。好ましくは０．５
−０．９％である。 Ｍｎ≦０．９％ Ｍｎは強力なオーステナイト化元素であるとともに、鋳
造性を高めることのできる元素である。また多量に添加
すると靭性の低いδ相形成を助長するため０．９％以下
とした。好ましくは０．４−０．９の範囲とする。

【００１５】Ｎｉ５．０−８．０％ Ｎｉはオーステナイト化元素であり、また耐食性および
靭性を確保するのに有効な元素である。本発明において
は２相組織のバランス上５−８％と規定した。好ましく
は、５．０−６．０％、より好ましくは５．５−６．０
である。 Ｍｏ１．０−２．５％ Ｍｏは、ＣｒおよびＣｕと共存させることによって、耐
食性を大きく向上できる元素である。耐食性の改善効果
は１．０％未満では少なく、２．５％を超えると効果が
飽和するため１．０−２．５％に規定した。好ましくは
１．５−２．０％とする。

【００１６】また本発明においては、不純物としてＢを
０．００５％以下含んでいても良い。Ｂは、熱間加工性
を高める元素であって、本来鋳造部材である本発明の特
性を高める元素ではない点において必須元素でなく不純
物である。しかし、例えば大型の鋼塊から鋳造用のマス
ターインゴットとして取り分けようとすると、分割しや
すいように熱間加工性が必要な場合があり、この場合は
Ｂの存在が有効である。Ｂは多量に添加すると鋳造材と
しての機械的特性を劣化することになり、また多量の添
加は熱間加工性を逆に阻害するため制限しなければなら
ない。本発明においては、 ０．００５％以下に規制す
るものである。

【００１７】また本発明の他の特徴は製造方法におい
て、加熱した精密鋳造鋳型に注湯することである。本発
明の合金組成には、鋳造性にとっては好ましくない窒
素、Ｃｕを多く添加するため、加熱した鋳型に注湯する
ことにより鋳造欠陥の発生を防止することができる。す
なわち本発明の方法を採用することにより、従来よりも
格段に耐食性、耐応力腐食割れ性の優れた精密鋳造品を
初めて得られるようになる。特に精密な製品形状を得る
ためには１０００℃以上に加熱した鋳型を用いるのが好
ましい。

【００１８】

【実施例】表１に示す組成の合金の試験片を精密鋳造法
により製造した。この時、鋳造に際して、まずφ１０×
１００L(mm)と３０×３０×１０t(mm)のワックス模型を
製造し、ツリー上に組み立てた後、セラミックス耐火物
で被覆し、脱ワックス後、焼成炉により１０００℃に加
熱し、鋳型とする。一方合金は、高周波誘導溶解炉によ
り合金溶湯を得ておき、加熱した状態の鋳型に注湯を行
った。得られた合金は、１０５０℃×１．５時間保持後
水冷する固溶化処理を行い、ついて４８０℃×４時間の
時効処理を行い試験片とした。

【００１９】得られた試験片を用いて、表２に示す機械
的特性と鋳造欠陥および耐食性の評価を行った。ここ
で、鋳造欠陥の評価は外観およびＸ線透過試験により、
φ１．０ｍｍ以上の鋳造欠陥が無いものを○、３箇所以
上発生したものを×として評価した。また、耐食性は、
ＪＩＳ Ｚ２３７１に規定される塩水噴霧試験を２００
時間行うこと、およびＪＩＳ Ｇ０５９１に基づく沸騰
５％硫酸中に６時間浸漬してその全面腐食減量で評価し
た。なお、塩水噴霧試験では発錆が全く見られないもの
を○、一部発錆したものを△、全面発錆したものを×と
して評価した。また耐応力腐食割れ性を評価するため、
ＪＩＳ Ｇ０５７６に示される４２％ＭｇＣｌ2溶液中
での引張試験を行い試験片が破断するまでの時間を求め
た。この時の引張荷重は１０ｋｇｆ／ｍｍ²とした。

【００２０】

【表１】

【００２１】

【表２】

【００２２】表２において、本発明試験片はＪＩＳ Ｓ
ＵＳ３２９Ｊ１に対応する試料Ｎｏ．１０よりも、耐力
が約３０％高い５５kgf/ｍｍ²以上、伸びにおいても約
２０％高い値であった。また本発明のうち、Ｃｕ量が本
発明の規定範囲の下限に近い試料３は、硫酸に対する腐
食減量が増加し、機械強度が低下する傾向にあることが
わかる。本発明のうち、Ａｌの高い試料Ｎｏ．４のもの
は機械的特性がやや低下し、本発明の範囲を超えてＡｌ
の高い試料Ｎｏ．１１では本発明の典型的な組成である
試料Ｎｏ．１に比べて伸びが１／６、靭性を示すシャル
ピー衝撃値が１／８と著しく機械的特性が劣化すること
がわかる。

【００２３】本発明のうち、窒素の低い試料Ｎｏ．５で
は機械強度がやや低下し、腐食減量がやや増加し、応力
腐食破断時間が短くなる傾向が見られる。本発明の範囲
よりもさらに窒素の低い試料Ｎｏ．１２では、本発明の
典型的な組成である試料Ｎｏ．１に比べて、機械強度が
約３０％低下し、また腐食減量が約３．５倍、応力腐食
破断時間が１／２以下となり好ましくない結果となっ
た。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、機械強度に優れ、しか
も極めて優れた耐食性および耐応力腐食割れ性を示す鋳
造部材を提供できる。したがって、現在の亜硫酸ガス等
の腐食性ガスが存在する都会の厳しい環境下において、
極めて有効である。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％で、Ｃ≦０．０８、Ｓｉ≦０．
   ９、Ｍｎ≦０．９、Ｎｉ５．０−８．０、Ｃｒ２４．０
   −３０．０、Ｍｏ１．０−２．５、Ｃｕ２．６−３．
   ５、Ｎ０．１５−０．２５、残部実質的にＦｅであり、
   不純物として含有するＡｌが０．０５以下に制限され、
   かつ組織がオーステナイトとフェライトの２相構造を有
   することを特徴とする２相ステンレス鋳造部材。
2. 【請求項２】 重量％で、Ｃ０．０１−０．０５、Ｓｉ
   ０．５−０．９、Ｍｎ０．４−０．９、Ｎｉ５．０−
   ６．０、Ｃｒ２５．５−２７．５、Ｍｏ１．５−２．
   ０、Ｃｕ２．６−２．９、Ｎ０．１５−０．２０、残部
   実質的にＦｅであり、不純物として含有するＡｌが０．
   ０３以下に制限され、かつ組織がオーステナイトとフェ
   ライトの２相構造を有することを特徴とする２相ステン
   レス鋳造部材。
3. 【請求項３】 重量％でＢを０．００５％以下含有する
   ことを特徴とする請求項１ないし２のいずれかに記載の
   ２相ステンレス鋳造部材。
4. 【請求項４】 重量％で、Ｃ≦０．０８、Ｓｉ≦０．
   ９、Ｍｎ≦０．９、Ｎｉ５．０−８．０、Ｃｒ２４．０
   −３０．０、Ｍｏ１．０−２．５、Ｃｕ２．６−３．
   ５、Ｎ０．１５−０．２５、残部実質的にＦｅであり、
   不純物として含有するＡｌが０．０５以下に制限された
   組成を有する合金溶湯を、加熱した精密鋳造鋳型に注湯
   し、オーステナイトとフェライトの２相構造を有する鋳
   造部材を得ることを特徴とする２相ステンレス鋳造部材
   の製造方法。
5. 【請求項５】 重量％でＢを０．００５％以下含有する
   ことを特徴とする請求項４に記載の２相ステンレス鋳造
   部材の製造方法。