JPS5881956A - オ−ステナイト系ステンレス鋼 - Google Patents

オ−ステナイト系ステンレス鋼

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JPS5881956A
JPS5881956A JP18052881A JP18052881A JPS5881956A JP S5881956 A JPS5881956 A JP S5881956A JP 18052881 A JP18052881 A JP 18052881A JP 18052881 A JP18052881 A JP 18052881A JP S5881956 A JPS5881956 A JP S5881956A
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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】 本発明は海洋油田開発、海洋資源探査、波力発電、淡水
化プラント等の各種海水プラントに用いられる耐海水用
オーステナイト系ステンレス鋼に関するものである。
従来、耐海水用ステンレス鋼としては、これまでSUS
 316.317が使用されてきたが、各種海水プラン
トの工業化とその拡大に伴って、その使用環境は高負荷
、高温と益々過酷化し、SUS 816 。
317では数年で孔食や隙間腐食が発生し、耐海水性の
点で不十分となってぎた。また引張り強さをこりいても
60kti/−程度と強度面でも不十分となってきてい
る。
水 そこで、高負荷に耐えより侵れた耐海重性を有スルステ
ンレス鋼トLテ、SUS B29JI (25Cr −
5Ni −9Nb−0,1ON)、xM 19 (22
Cr−18Ni −5Nb−2MO−0+3ON−0,
2V−0,2Nb)、xM17(20Cr−6Ni−2
,5M。
−3Nb−o 、 85N)−21Cr−12Ni−2
、5Nb−1、5Nb−o 、 2 ON颯25Cr−
14Ni−IMo−0,85Nm等カ開発され最近各種
プラントfこ使用されている。
しかしながら、808829J1は引張り強さ’15k
Q/−と優れた強度を有しているが、二相組織であるた
めCr濃度の高いフェライト相が溶接などの熱操作によ
りシグマ相を生成し易く、またシグマ相の生成は材質を
もろくするうえ 475℃脆性にも敏感であり、優れた
耐海水性を安定して得ることは困難である。
また、×M19と25Cr−14Ni−IMo−0,8
5Nmは優れた耐海水性と強度を有しているが、前者は
Nb、Nを含有するため、後者は25チものCr量を含
有するために高温変形能が劣り、熱間圧延が困難である
。xM17は優れた強度を有しているが。
8チものMn量を含有しているため、熱間加工性耐海水
性の点でやや不十分である。
さらに、 2 ICr−12Ni−2、5Nb−1,5
Nb −0,2ONmは優れた耐海水性と熱間加工性を
有しているが、引張り強さ66旬/−と強度が低いとい
う欠点を有している。
本発明は従来鋼のかかる欠点を解消し、優れた耐海水性
、熱間加工性および、高い強度を有し、かつ比較的廉価
なオーステナイト系ステンレス鋼を得ることを目的とし
たものである。そこで1本発明者等はオーステナイト系
ステンレス鋼の針孔食性について研究を重ねた結果、耐
孔食性はCr当量=Cr−1−2,5Nb+0.2Ni
+15N なる関係式でおおむね評価でき、優れた耐孔
食性を得るためにはCr当量81以上にすればよいこと
、さらに2.0〜7.0%のMnを含有させることによ
り耐海水性を改善することができることを見い出した。
この関係式を利用して2本発明者等は比較的廉価で、優
れた耐海水性、熱間加工性および高い強度を兼ね合せ持
つオーステナイト系ステンレス鋼の化学組成を検討した
結果、Cr2O,0〜22.5 % 。
Ni6.0〜8.8チ1MoQ、5〜2.8チ、N  
O,20〜0.50チMn2.0〜7.0チ、なる化学
組成の鋼を見い出した。
この中で、Nは優れた耐海水性と高い強度な得と る1ともにオーステナイト相を安定させ、Nj含有蓄を
節約するもので、熱間加工性を太き(損う心配のない0
.20〜0.50%のN量を含有せしめた。
Cr、Moは耐海水性を向上させる重要な元素であるが
、多量に含有させるとオーステナイト相を安定させるに
多くのNiを含有させる必要があり合金量の増加にとも
ない熱間脆性を強める。したがって1本発明においては
耐海水性を得る上で必要なCr、Mo量をできるだけ少
なくするため、Nことに成功したものである。
Ni については、オーステナイト相を安定させるに最
小限必要な6.0〜8.8チ 含有せしめるものせるも
のでNが鋼塊中で気泡となるのを解消するため含有させ
、かつ耐海水性を向上させるに2.0〜7.0含有させ
た。
すなわち1本発明は上述の研究結果をもとをこ島相 Cr 、高合金耐海水性鋼に伴う問題に対して−Cr当
量式を利用して20.0−22.5チのCr、 6.0
−8.8%のNi、0.5〜2.8チのMoと、従来鋼
に比べて低い合金量と、0.20〜0.50%のN含有
量でもって優れた耐海水性と熱間加工性を有し、かつ、
引張り強さ70.#/−以上と優れ、た機械的性質を有
する耐海水性用オーステ゛ナイト系ステンレス鋼の開発
に成功したものである。
以下に本発明Vこついて詳述する。
20.0〜22.5チ、MoQ、5〜2.8チ、 N 
O,20〜0.50%を含有したもので、第2発明鋼は
第1発明鋼の0を0.0050 %以下、Sを0.01
5 %以下とし、第1発明鋼の耐海水性、熱間加工性を
さらに向上させたもので、第8発明鋼は第1発明w41
こさらtulo、08チ以下、ca O,02チ以下、
BOf)1チ以下Mg0.01チ以下、希土類元素0.
05%以下のうち1種ないしの 211以上を含有させ第1発明篇熱間加工性、耐食性を
さらに向上させたもので、第4発明鋼は第1発明鋼にさ
らにTi、Ta、Zr、Nbのうち1種ないし2種以上
をそれぞれ0.05〜1.0チ含有させ第1発明鋼の強
度、熱間加工性をさらtこ向上させたものである。
以下に本発明鋼の成分限定理由について説明する。
Cは強力なオーステナイト相形成元素で、かつマトリシ
クスに固溶している場合には強度を高め耐海水性を改善
する元素である。一方CはCrと結合して炭化物を形成
し粒界#&食感受性を高めるなど一般的耐食性を損うの
でその上限を0.081とした、なお、溶接用、大型構
造部材のようシこ粒界に炭化物が生成し易い特殊な用途
に使用する場合には0.08 %以下にすることが望ま
しい。
Crは本発明鋼の耐海水性を付与する基本元素であり、
かつN固溶限を高める元素である。
第1図に示したように優れた耐海水性を得るためにはC
r当量を81以上にする必要があり、  Cr含有量の
下限を20.(lとした。しかし、Crは強力なフェラ
イト相形成元素であり、 22.51以上の含有は高温
でオーステナイト−フェライトバランスを損い熱間加工
性を低下せしめるのでその上限22.5チとした。
Ni は強力なオーステナイト相形成元素で耐海水性、
冷間および熱間加工性を向上させる元素である。
本発明鋼の組成バランスでオーステナイト組織を得るた
めにはNi量を少なくとも6.0チ以上含有させる必要
があり、その下限を6.0チとした。
本発明鋼の熱間加工性は、Ni量の増加とともに高温で
のオーステナイト−フェライトバランスが改善されて6
60〜8.8チの間で最も良好となり、9チ以上で、は
再び低下する。これはオースてナイト相が不安定な化学
組成では、Niはそれを安定化せしめることで熱間加工
性の改善に寄与するが。
しかしオーステナイト相が十分安定な場合、には高合金
鋼特有の熱間脆性がNiの増加とともにひどくなるため
である。
さらシこ、Niは高価な元素であるので、その含有量は
必要最少限とすべきであり、その上限を8.8チとした
Nは本発明鋼の主要な元素であり、優れた耐海水性−9
強度およびオーステナイト相を得るためにはなくてはな
らない元素である。これらの性能を十分tこ発揮させる
1こは0.20%以上の含有が必要である。
Nの固溶限はCrlMn量と凝固時のデルヌフェライト
量によって左右されるので、本発明鋼1こあってはN含
有量の増大に応じてMailを増加せしめるものである
。またN  O,50%以 上の含有は熱間加工時の変
形抵抗を著しく高め熱間圧延を困難にする。さらに造塊
時、鋼塊中に気泡を発生する危険を増加するのでその上
限を0.501とした。
Mnは本発明鋼の主要な元素で、N固溶限を増加せしめ
て優れた耐海水性、強度と、オーステナイト相を得るた
めにはなくてはならない元素である。
さらにMnはそれ自身も耐海水性、オーステナ。
オド相の安定化にも寄与するもので少なくとも2.0%
以上の含有が必要である。しかし、7.0 %以上の含
有は耐海水性、熱間加工性を損うのでその上限を7.0
%とした。
MoはCr、Nとともに本発明鋼の耐海水性を付与する
元素であり少なくともtl=5%以上の含有が必要であ
る。MOの耐海水性改善効果はCrの2.5倍で、Mo
lチを添加すればCr 2,5チ少なくしても同じ耐海
水性を得ることができ、  Cr−4−M。
量は1.5チ減少する。
これによって、Ni  2.0%を低下せしめることが
可能である。すなわち、Mo1dの含有は同一の耐海水
性を得るに、Cr +N i +M o普を8.5チ減
少させることができ、高合金鋼特有の熱間脆性を和らげ
ることができる。反面Moは非常に高価な元素でありそ
の含有量は必要最少限をことどめるべき8チ であり、2.−を越えて含有せしめると高合金鋼特有の
熱間脆性が著しく高まり、熱間圧延が困難になるので羊
の上限を2.8チとした。なお、望ましくはその含有量
を1.5〜2.2% tこ抑えるとよい。
Si は製鋼時の脱酸に必要な元素であるが、必要以上
のSi の含有は本発明w4ニおいては有害である。す
なわち、SiはCrの2倍もの強度なフエフイト形成元
素で著しくオー友テナイトーフエライトバランスを損な
い、かつ、SiはNの固溶量を低下させるのでその上限
を1.0チとした。。
なお、製造にあたってはSi量を0680〜0.50%
に制限し、可能な限りCr、N量を増加せしめることが
望ましい。
0、Sは耐海水性、熱間加工性を著しく損う不純物元素
であるが、逆に特殊溶解により通常のレベルより低下さ
せることで、耐海水性、熱間加工性を改善することがで
きる。これらの効果を発揮せしめるにはその上限な0に
ついては0.0050 % 。
Sについては0.015%とする必要がある。
A I、 Ca、B、 Mg、希土類元素はいずれも本
発明鋼の熱間加工性を改善する元素である。しかし。
多量に含有させた場合には鋼の清浄度を害し、かえって
熱間加工性を劣化させるのでその上限tこついてはAI
o、08%、Ca O,02チ、B 0.01*、Mg
o、olm、希土類元素0.05%とした。なお、希土
類元素とはCe、La、Y等である。
Ti、Ta、Zr、Nbは結晶粒を微細化して1本発明
鋼の強度、熱間加工性を向上させる元素で、これらの効
果を発揮せしめるためには、いずれについても0.05
1以上の含有が必要である。しかしこれらの元素は耐海
水性を低下せしめるので、その含有量は抑えるべきで、
#C1,011を越えて含有すると多量の炭窒化物が析
出し、耐海水性を大巾に低下させるのでその上限を1.
096とした。
つぎに本発明鋼の特徴を従来鋼と比べ実施例でもって明
らかにする。
第1表はこれらの供試鋼の化学成分を示すものである。
第1表 第1表においてA1〜A7鋼は従来鋼で、Atは5US
804、A2 t! SUS+31a A8 )f、 
5US817.A4は壇七噂XM19.A5は&&&−
XMI7.A6は21Cr−12Ni−2,5Mo−0
,2ON、ATは25cr−14Ni −1Mo−0,
85Nであり、Bl〜B8鋼は本発明鋼で。
B1〜B4は第1発明鋼、B5は第2発明鋼、B6明 は第8発明鋼、B7は第4発署鋼、B8は第5発明鋼で
あり、CI、C2鋼は比較鋼である。第2表は、第1表
の10*高周波溶解炉において溶製し80φ1こ鍛伸し
た供試材を、1050℃×80分加熱。
保持後、W、Qという固溶体化熱処理を施したA1〜A
7鋼、B1〜B8鋼、cl、c2鋼の強度、耐海水性、
熱間加工性を示したものである。
強度1こついては、JIS4号試験片を用いて耐力引張
り強さ、伸びを測定した。
耐海水性については、40℃の4−FeCl s水溶液
中’l 4 Hr浸漬した場合の腐食減量と、孔食電位
はものである。熱間加工性については、1250℃tこ
加熱保持し、1000℃に冷却後高温ねじり試験を行い
、その捻回値でもりて評価した。
第2表から知られるように、従来鋼であるAl鋼は熱間
加工性については優れているが1強度。
耐海水性についてはいずれも劣るものである。
Al mに対してNitを増加するとともに2.2 %
のMOを含有させたA2鋼については、耐海水性につい
ては相当の向上が見られ、熱間加工性についても良好で
あるが、強度tこついては劣るものであり、A2鋼に対
してNi1l、Cr tuよびMO量を増加させたA3
鋼は、A2鋼tこ比べ、さらをこ耐海水性は向上し、熱
間加工性についても良好であやが、強度1こりいては劣
るものである。22Cr−18Ni −5Ni−2Ni
−0,8ON−0,2V−0,2Nbか一8MJ?−0
,8蓉らなるA6鋼は優れた強度を有しているが8チも
のMn1iを含有しているため熱間加工性、耐海水性が
若干不足するものであり、21Cr−12Ni−2,5
Ni−1,5Ni−0,20QからなるA6鋼は優れた
耐海水性と熱間加工性を有しているが、引張り強さが6
6kti/−と強度が低いものであり、25Cr−14
Ni−IMo−0,85Nからなる;4鋼は優れた耐海
水性と強度を有しているが、25チものCr量を含有す
るために捻回値が4.8回と低く熱間加工性が劣るもの
である。
また、比較鋼であるC1鋼はMn量が0.52  チと
少な(、N固溶限が低いため、鋼塊に気泡が発生し、C
2鋼は逆にMn量が9.0 %と多く含有しているため
かえって耐海水性、熱間加工性が低下している。これら
に対して本発明鋼であるB1〜B8鋼は、 Cr、Ni
、N1Mnを適宜ンこ含有させるとともにCr当量を8
1以上とすることtこより、耐海水性をこりいては、耐
FeCl3に対するその鳴食減貴が1 、0−0 、6
 f/m’Hr 、 NaCltn対する孔食電位が6
90−740mVvsSCEと、14チのNiと、25
チのCrを含有させたA7鋼と同等の優れた耐海水性を
有g しており、強度についても耐力40/−以上、引張り強
さが7・2に9/−以上、伸び50チ以上と優れた機械
的性質を有し、かつ、熱間加工性についても捻回値が5
.0回以上と優れているものである。
これからしても1本発明鋼が耐海水性のみならず強度、
熱間加工性についても優れていることがわかる。
上述の如く本発明鋼は安価で優れた耐海水性を得るに高
価なN1、Crの使用量を最少必要量−ことどめて、高
NとすることによりCr当量を高めその値を81以上と
し、かつ強度を向上させたもので、優れた耐海水性と1
強度、熱間加工性を有するオーステナイト系ステンレス
鋼を得ることに成功したもので、海洋油田開発、海洋資
源探査、波力発電、淡水化プラント等として高い実用性
を有するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は耐海水性に及ぼすCr当量の影響を示した線図
である。第2@1$幇*ホJ薫−1−〜ヱ゛T門り今5
ンン大−rε しtニ して; ぐミ撃ξ1爺・南 る
。 特許出願人 第 1 図 第 2 図 274−

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、重量比&!ニー L テC0,081以下、Si 
    1.0%以下Mn 2.0−7.0 %、 Ni 6.
    0−8.8%、Cr 20.0−22.5%N O,2
    0−0,50%、Mo 0 、5−2 、 s*を含有
    し、残部Fe ならびに不純物元素からなることを特徴
    ゛とするオーステナイト系ステンレス鋼。 2、重量比にして、 Co、0811以下、 Si 1
    .096以下1Mn 2.0−′lO%、      
      Ni  6.0−8.81Cr 20.0−22.
    5%、、Mo 0.5〜2.8%、N O,20−0,
    5096゜を含有し、さらE OO,0050チ以下’
    、S 0.015%以下とし、残部Feならびに不純物
    元素からなることを特徴とするオーステナイト系ステン
    レス鋼。 8、重量比ELテC0,08チ以下、Si l、Q%以
    下Mn 2.0−7.0%、Ni 6.0−8.8%、
    Cr 20.0−22.5%\下1Mg 0.011以
    下、希土類元素0.05%以下のうち1種ないし2種以
    上を含有し、残部Feならびに不純物元素からなる、こ
    とを特徴とするオーステナイト系ステンレス鋼。 4、重量比にしてc o、osチ以下、Si  l、Q
    チ以下、 Mn 2.0−7.0%、Ni 6.0−8
    .81、Cr  20.0−22.59b、Mo 0.
    5〜2.8チ、N O,20〜0.50チを含有しさら
    Ic Ti、 Ta、 Zr 、Nb  のうち1種な
    いし2種以上をそれぞれ0.05〜1.0チ含有し、残
    部Feならびに不純物元素からなることを特徴とするオ
    ーステナイト系ステンレス鋼。 5、重量比にしてC(1,08チ以下、Si 1.0チ
    以下、Mn 2.0−7.0%、Ni 6.0−s、s
    *、cr  20.0−22.5チ、Mo0.5〜2.
    8チ、N0020〜0.50チを含有しチ さらにOO,0050チ以下、 S O,015”乳以
    下とし、AIo、oas以下、Ca O,02%以下、
    B O,0,1%以下。 し2種以上をそれぞれ0.05%〜1.O1とを含有し
    。 残部Feならびに不純物元素からなることを特徴とする
    オーステナイト系ステンレス鋼。
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