JPH09209087A

JPH09209087A - 二相ステンレス鋼

Info

Publication number: JPH09209087A
Application number: JP1656896A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyo Shiraishi; 佳代白石; Koichi Yamagishi; 浩一山岸; Takeshi Obara; 剛小原
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 1996-02-01
Filing date: 1996-02-01
Publication date: 1997-08-12

Abstract

(57)【要約】【課題】優れた耐衝撃性と耐食性を兼ね備えた二相ス
テンレス鋼を提供する。【解決手段】Ｃｒ：２０〜３５重量％、Ｎｉ：３〜１
２重量％、Ｍｏ：０．５〜１０重量％、Ｗ：２〜８重量
％、Ｃｏ：０．０１〜２重量％、Ｃｕ：０．１〜５重量
％、Ｎ：０．０５〜０．５重量％、Ｃ：０．１２重量％
以下、Ｓｉ：１重量％以下、Ｍｎ：２重量％以下、並び
にＴｉ、ＮｂおよびＶのうちの１種以上または１種以上
の希土類元素：０．２重量％以下を含み、残部が鉄およ
び不可避不純物からなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高強度および高耐
食性が必要とされる装置部材などに用いられる二相ステ
ンレス鋼に関する。

【０００２】

【従来の技術】高強度および高耐食性を持つ材料が必要
な用途には、河川などで水力発電に用いられる水車ラン
ナーや各種鉱山で過酷な条件で使用される掘削機部品な
ど多種類ある。

【０００３】河川などで水力発電に用いられる水車ラン
ナーには、従来、ＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６などのオ
ーステナイト系ステンレス鋼が用いられている。

【０００４】ところで、近年、酸性雨や生活排水などに
より、河川水の酸性化、塩素濃度の増大など水質悪化が
著しい。このような環境変化に伴って、従来用いられて
いるオーステナイト系ステンレス鋼に応力腐食割れとい
う破断に至る腐食が多く見られるようになった。

【０００５】耐応力腐食割れ性の優れたステンレス鋼と
しては、フェライト系ステンレス鋼が知られている。し
かし、フェライト系ステンレス鋼は、耐応力腐食割れは
ほとんど起こらないものの、耐衝撃性が著しく悪い。

【０００６】フェライト相とオーステナイト相からなる
二相ステンレス鋼は、従来、そのほとんどが、引張強
度、耐力および耐食性の向上を目的に開発されたもので
あり、通常、フェライト系ステンレス鋼とオーステナイ
ト系ステンレス鋼の中間的な性質を持つ。例えば、耐応
力腐食割れ性は、フェライト系ステンレス鋼よりも若干
劣るものの、オーステナイト系ステンレス鋼よりも優れ
ている。また、耐衝撃性は、フェライト系ステンレス鋼
よりも優れるものの、オーステナイト系ステンレス鋼よ
りも劣る。

【０００７】そこで、水車ランナー材料用に、耐衝撃性
とともに耐食性のさらに優れた二相ステンレス鋼の開発
が求められてきている。

【０００８】また、各種鉱山でさらに過酷な条件で使用
される掘削機などには、従来、電気防食やインヒビター
処理を行った普通鋼を用いてきた。しかし、上記のよう
な防食処理を行うことにより、コストが高くなり、高価
なステンレス鋼を使用するコストと同程度となる。その
ため、ステンレス鋼を掘削機部品に使用する機運が高ま
り、特に機械的特性に優れた二相ステンレス鋼が使用さ
れるようになった。

【０００９】ところが、近年の鉱山開発の掘削環境はさ
らに厳しくなり、例えば、温泉などの硫化水素環境、海
水などの塩素イオン環境で使用されることが多くなって
いる。

【００１０】そこで、掘削機部品用にも、耐衝撃性とと
もに耐食性のさらに優れた二相ステンレス鋼の開発が求
められている。

【００１１】しかるに、耐応力腐食割れ性や耐隙間腐食
割れ性などの耐食性に優れた二相ステンレス鋼として、
Ｃｒ：２０〜３５重量％、Ｎｉ：３〜１２重量％、Ｍ
ｏ：０．５〜１０重量％、Ｗ：１〜３重量％、Ｃｏ：
０．０１〜２重量％、Ｃｕ：０．１〜５重量％、Ｎ：
０．０５〜０．５重量％、Ｃ：０．１２重量％以下、Ｓ
ｉ：１重量％以下およびＭｎ：２重量％以下を含み、残
部が鉄および不可避不純物からなるものを、本発明者の
一部が先に提案した（特開平８−１３０９４号、これを
以下、先の提案という）。なお、以下、組成を示して記
す％は、重量％を意味する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、優れ
た耐衝撃性と耐食性を兼ね備えた二相ステンレス鋼を提
供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らは、
鋭意研究した結果、先の提案の二相ステンレス鋼にＷを
多量添加するとともに、Ｔｉ、ＮｂおよびＶのうちの１
種以上を添加することが、耐食性を低下させることなく
耐衝撃性をさらに大幅に向上させることに有効なことを
見出し、第１の本発明に到達した。すなわち、第１の本
発明は、Ｃｒ：２０〜３５％、Ｎｉ：３〜１２％、Ｍ
ｏ：０．５〜１０％、Ｗ：２〜８％、Ｃｏ：０．０１〜
２％、Ｃｕ：０．１〜５％、Ｎ：０．０５〜０．５％、
Ｃ：０．１２％以下、Ｓｉ：１％以下、Ｍｎ：２％以
下、並びにＴｉ、ＮｂおよびＶのうちの１種以上：０．
２％以下を含み、残部が鉄および不可避不純物からなる
二相ステンレス鋼である。

【００１４】また、本発明者らは、Ｗの添加とともに、
１種以上の希土類元素を添加することが、第１の本発明
におけるＴｉ、ＮｂおよびＶのうちの１種以上と同様、
耐食性を低下させることなく耐衝撃性をさらに大幅に向
上させることに有効なことを見出し、第２の本発明に到
達した。すなわち、第２の本発明は、Ｃｒ：２０〜３５
％、Ｎｉ：３〜１２％、Ｍｏ：０．５〜１０％、Ｗ：２
〜８％、Ｃｏ：０．０１〜２％、Ｃｕ：０．１〜５％、
Ｎ：０．０５〜０．５％、Ｃ：０．１２％以下、Ｓｉ：
１％以下、Ｍｎ：２％以下、および１種以上の希土類元
素：０．２％以下を含み、残部が鉄および不可避不純物
からなる二相ステンレス鋼である。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の二相ステンレス鋼の成分
および組成の限定理由について述べる。

【００１６】Ｃｒは、耐食性向上、およびフェライト相
形成による強度向上に寄与する元素である。２０％未満
では耐食性が低下し、３５％を超えると、靭性が低下す
る。

【００１７】Ｎｉは、オーステナイト相を安定化し、靭
性と耐全面腐食性を向上させる元素である。３％未満で
はオーステナイト相が消失し、１２％を超えるとオース
テナイト相の量が増大し強度が低下する。

【００１８】Ｍｏは、耐孔食性に寄与する元素であり、
０．５％未満では十分な耐孔食性は得られず、１０％を
超えると脆化する。

【００１９】Ｗは、耐衝撃性向上に最も寄与する元素で
あり、本発明で特に重要な元素である。特に、後述する
Ｔｉ、ＮｂおよびＶのうちの１種以上、または１種以上
の希土類元素との共存下で耐衝撃性を大幅に向上させ
る。また、Ｍｏとの共存下で耐孔食性を向上させる。２
％未満では耐衝撃性に効果を示さず、８％を超えると、
耐応力腐食割れ性や耐隙間腐食性などの耐食性が低下す
る。

【００２０】Ｃｏは、耐隙間腐食性を向上させると共
に、オーステナイト相中に濃縮して伸びを向上させる元
素である。０．０１％未満では耐隙間腐食性が十分では
なく、２％を超えると耐力が低下する。

【００２１】Ｃｕは、非酸化性環境での耐食性、特に耐
全面腐食性を向上させ、０．１％未満ではその寄与が十
分ではなく、５％を超えると鋳造偏析をおこして強度低
下を招く。

【００２２】Ｎは、オーステナイト相中に固溶し耐孔食
性、耐隙間腐食性を著しく向上させる。０．０５％未満
ではその効果が十分ではなく、０．５％を超えるとＣｒ
との化合物を形成し、逆に耐食性を低下させる。

【００２３】Ｃは、オーステナイト相形成元素である。
０．１２％を超えるとＣｒ炭化物を析出し、延性、靭
性、耐食性が低下する。

【００２４】Ｓｉは、鋼溶製の際、溶鋼の脱酸、脱硫の
ために必要な元素である。１％を超えると強度や耐食性
が低下する。

【００２５】Ｍｎは、鋼溶製の際、溶鋼の脱酸、脱硫の
ために必要な元素である。２％を超えると耐食性が低下
する。

【００２６】Ｔｉ、ＮｂおよびＶは、耐食性および靭性
に悪影響を及ぼすＣを炭化物として固定し、耐食性およ
び靭性を改善する。Ｔｉ、ＮｂおよびＶのうちの１種以
上は、０．０５％以上添加するのが好ましく、０．２％
を超えると、析出物が析出し、靭性、耐食性ともに低下
する。

【００２７】希土類元素は、靭性および耐食性を劣化さ
せるＳを硫化物として固定し、靭性と耐食性を改善す
る。１種以上の希土類元素は、０．０５％以上添加する
のが好ましく、０．２％を超えると、析出物が析出し、
靭性、耐食性ともに低下する。

【００２８】

【実施例】

［実施例１〜７、比較例１〜４］高周波大気溶解炉で所
定の組成に溶解した溶湯を、竪型遠心鋳造装置の、回転
数７５０ｒｐｍで回転する直径５０ｃｍの円筒形鋳型に
鋳造して、肉厚１５ｃｍのリング状鋳塊とした。この
後、鋳塊に１１５０℃、６時間の熱処理を施した。得ら
れた熱処理後の鋳塊から引張り試験片、衝撃試験片、耐
食性試験片を切り出した。

【００２９】なお、引張試験は、ＪＩＳＺ２２４１
に準拠し、ＪＩＳＺ２２０１の１４Ａ号試験片を使
用した。その結果から０．２％耐力と伸びを測定した。

【００３０】衝撃試験は、ＪＩＳＺ２２４２に準拠
し、ＪＩＳＺ２２０２の４号試験片を使用し、２０
℃でのシャルピー衝撃値を測定した。

【００３１】耐食性試験は、耐隙間腐食性を評価するも
ので、３０ｍｍ×１０ｍｍ×５ｍｍに切り出した試験片
を２枚ボルト締めして、３０℃の、５％硫酸と５％硫化
水素からなる水溶液と人工海水中にそれぞれ１２０時間
浸漬後、隙間腐食の有無を観察した。

【００３２】各試験片の化学分析値（％、残部：鉄）を
表１−１および表１−２に、得られた試験結果を表２に
示す。

【００３３】

【表１】

【００３４】

【表２】

【００３５】表１−１、表１−２および表２から、次の
ことが分かる。すなわち、実施例１〜７は、いずれも、
Ｔｉ、ＮｂおよびＶのうちの１種以上を含んでいる。そ
して、実施例１〜７では、いずれも、Ｗを含み、Ｔｉ、
ＮｂおよびＶを含まない比較例１（先の提案の二相ステ
ンレス鋼）や、ＴｉおよびＶを含み、Ｗの添加量が少な
い比較例２と比較して、耐食性は変わらないが、衝撃値
が大幅に向上している。

【００３６】また、Ｗの添加量が多すぎる比較例３で
は、衝撃値は高いが、耐食性が悪い。さらに、Ｎｂの添
加量が多い比較例４では、衝撃値、耐食性ともに低下し
ている。

【００３７】［実施例８〜１１、比較例５〜７］鋳塊に
１１５０℃、２時間の熱処理を施した以外は、実施例１
と同様にして引張り試験、衝撃試験および耐食性試験を
行った。なお、所定の組成に溶解した溶湯を得るため
に、希土類元素としてミッシュメタル（Ｃｅ：４５％、
Ｌａ：３０％を含む）を用いた。

【００３８】各試験片の化学分析値（％、残部：鉄）を
表３−１および表３−２に、得られた試験結果を表４に
示す。

【００３９】

【表３】

【００４０】

【表４】

【００４１】表３−１、表３−２および表４から、次の
ことが分かる。すなわち、実施例８〜１１は、いずれ
も、１種以上の希土類元素を含んでいる。そして、実施
例８〜１１では、いずれも、Ｗを含み、希土類元素を含
まない比較例５（先の提案の二相ステンレス鋼）と比較
して、耐食性は変わらないが、衝撃値が大幅に向上して
いる。

【００４２】また、希土類元素の添加量が多い比較例６
では、衝撃値、耐食性ともに低下している。さらに、Ｗ
の添加量が多すぎる比較例７では、衝撃値は高いが、耐
食性が悪い。

【００４３】

【発明の効果】本発明により、優れた耐衝撃性と耐食性
を兼ね備えた二相ステンレス鋼を提供することができ
る。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｃｒ：２０〜３５重量％、Ｎｉ：３〜１
２重量％、Ｍｏ：０．５〜１０重量％、Ｗ：２〜８重量
％、Ｃｏ：０．０１〜２重量％、Ｃｕ：０．１〜５重量
％、Ｎ：０．０５〜０．５重量％、Ｃ：０．１２重量％
以下、Ｓｉ：１重量％以下、Ｍｎ：２重量％以下、並び
にＴｉ、ＮｂおよびＶのうちの１種以上：０．２重量％
以下を含み、残部が鉄および不可避不純物からなる二相
ステンレス鋼。
【請求項２】Ｃｒ：２０〜３５重量％、Ｎｉ：３〜１
２重量％、Ｍｏ：０．５〜１０重量％、Ｗ：２〜８重量
％、Ｃｏ：０．０１〜２重量％、Ｃｕ：０．１〜５重量
％、Ｎ：０．０５〜０．５重量％、Ｃ：０．１２重量％
以下、Ｓｉ：１重量％以下、Ｍｎ：２重量％以下、およ
び１種以上の希土類元素：０．２重量％以下を含み、残
部が鉄および不可避不純物からなる二相ステンレス鋼。