JPS5929106B2 - 高強度オ−ステナイト系ステンレス鋼 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は化学、海水、原子力等各種プラントや食品、
機械、船舶機械等に用いられる耐食性、加工性に優れた
高強度オーステナイト系ステンレス鋼に関するものであ
る。

オーステナイト系ステンレス鋼は耐食性、耐熱性、加
工性、機械的性質が優れているため広く使用されている
。

最近機械、構造物の大型化が進み構造用ステンレス鋼の
強度向上が強く求められるようになってきた。この要求
に対して強度を向上させたオーステナイト系ステンレス
鋼としてはＳＵＳ３０４にＮを０６１５％程度添加した
ＳＵＳ３０４Ｎ１、さらにこのＳＵＳ３０４Ｎ１にＮｂ
００１％程度添加したＳＵＳ３０４Ｎ２、さらに２２Ｃ
ｒ−１３Ｎｉ−５Ｍｎ−Ｏ、３Ｎ鋼、２０Ｃｒ−６Ｎｉ
−９Ｍｎ−Ｏ、３Ｎ鋼が知られている。 これらの鋼の
固溶化熱処理後の強度は前２者のＳＵＳ３０４Ｎ１、Ｓ
ＵＳ３０４Ｎ２の耐力が３５Ｋｇ／ＭＡ程度、引張強さ
が７５ｋｇ７ｍ４程度と必ずしも十分な強度を有してい
なく、後２者の鋼については耐力が４５ｋｙ／一程度、
引張強さが８０ｋｇ／一程度とほぼ満足できる強度を有
している。しかしながら後者の鋼はＮを０．３％と多量
に含有しているため、応力腐食割れ感受性がＳＵＳ３Ｏ
４に比べて大きく高強度構造用オーステナイト系ステン
レス鋼として大きな欠点となっている。さらにＭｎ含有
量が多いため熱間加工性が劣るという欠点がある。また
、直接に高強度を狙ったものではないが、高い強度を有
する鋼としては２５Ｃｒ−１３Ｎｉ−０．３Ｎ−ＩＭＯ
鋼、１７Ｃｒ−８Ｎｉ−８Ｍｎ−４８ｉ− ０．１５Ｎ
鋼が知られている。

しかしこれらは前者の鋼が高Ｃｒ鋼であり後者の鋼が高
Ｓｉ鋼であるため共に熱間加工性が劣るという欠点を有
している。本発明はかかる従来鋼の欠点を克服したもの
で本発明者等が種々研究を重ねた結果、オーステナイト
系ステンレス鋼の強度を上げるためＮ量を単に増加させ
ると熱間加工性が低下し、しかも応力腐食割れ感受性が
増大するという欠点が生ずる。

そこで、Ｎに加えてさらにＳｉ量を増加し、Ｓｉ，Ｎの
組合せにより８０ｋｇ／一程度の引張り強さが得られる
鋼の熱間加工性を調べた。その結果は第１図に示したよ
うにＳｉ含有量の増加につれて捻回値は上昇し、Ｓｉｌ
．２％でほぼ満足し得る値を示し、Ｓｉｌ．５％でほぼ
一定となっており、ＮにＳｉを組合せて用いた場合に加
工性を向上することがわかった。さらに前記と同一組成
の鋼について耐応力腐食割れ性について調へた。その結
果は第２図に示したように、これについてはＳｉ量が増
加しＮ量が低くなるにしたがって向上することがわかっ
た。

上述の結果に基いて、Ｎに加えてＳｉおよびＮの固溶化
作用を活用する新しいタイプの高強度オーステナイト系
ステンレス鋼を開発したちので、Ｎの固溶強化力のみを
利用した従来の高強度に比べて、同一強度でありながら
加工性が向上し、しかも応力腐食割れ感受性の増大を抑
御することが可能であることを見い出したものである。

しかし、Ｓｉ量を増加した場合Ｎの固溶限界を低下させ
、鋼塊凝固時に気泡が発生する危険性が高まる。

そこで本発明者等はさらに研究を重ねた結果、適量のＭ
ｎを含有させるとともに、さらに凝固時の偏析デルタフ
エライト量が２％以下となるように、Ｃｒ，Ｎｉ量を調
整することより解決し得ることを見い出したものである
。本発明鋼はこれらの諸知見をもとにして開発した、Ｎ
，Ｓｉの固溶強化作用を利用した高強度オーステナイト
系ステンレス鋼である。

そして、本発明鋼においてＭＯ，Ｃｕを含有させること
により耐食性をさらに向上させ得るものであり、また、
ＡＩ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｂ，Ｃｅの少量添加は熱間加工性を
さらに向上させ得るものである。

さらに、Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅの少量添加は、その被剛性を向
．上させ得るものである。以上のように本発明鋼は耐食
性、加工性に優れた高強度オーステナイト系ステンレス
鋼で、海水化学、原子力等の過酷な使用環境で使用され
る各種大型プラントの強度部材などに適したものである
。

以下に本発明鋼（こついて詳述する。

第１発明鋼は、重量比にしてＣＯ．Ｏｓ％以下、Ｓｉｌ
．２〜３．０％， Ｍｎ２．３〜５．５％， Ｎｉ８．
４〜１５％，Ｃｒｌ６〜２２％，ＮＯ．２３〜０．４０
％を含有したもので、第２発明鋼は第１発明鋼にＭＯＯ
．２〜３．０％，ＣｕＯ．２ｗ３．Ｏ％のうち１種ない
し２種を含有させ第１発明鋼の耐食性をさらに向上させ
たもので、第３発明鋼は第１発明鋼にＡＩＯ．Ｏ４％以
下、ＣａＯ．Ｏ２％以下、ＭｇＯ．Ｏｌ％以下、８０．
０１％以下、ＣｅＯ．Ｏ５％以下のうち１種ないし２種
以上を含有させ第１発明鋼の熱間加工性をさらに向上さ
せたもので、第４発明鋼は第１発明鋼にＳＯ．ｌ％以下
、ＳｅＯ．ｌ％以下ＴｅＯ．ｌ％以下のうち１種ないし
２種以上を含有させ第１発明鋼の被削性を向上させたも
ので、第５発明鋼は第２発明鋼にＡＩＯ．Ｏ４％以下、
ＣａＯ．Ｏ２％以下、ＭｇＯ．Ｏｌ％以下、８０．０１
％以下、ＣｅＯ．Ｏ５％以下のうち１種ないし２種以上
を含有させ第２発明鋼の熱間加工性をさらに向上させた
ものである。

以下ｌこ本発明鋼の成分限定理由について説明する。

ＣはＮと同様に素地を強化する重要な元素である。

反面Ｃは耐食性を著しく損う元素でもあり、０．０８％
を越えて含有させると耐食性、熱間加工性を損うので上
限を０．０８％とした。Ｎは本発明鋼においては最も重
要な強化元素であり、かつ耐孔食性を著しく向上させる
強力なオーステナイト形成元素であり、゜これらの性能
を発揮させるには０，２３％以上含有させる必要があり
下限を０．２３％とした、反面Ｎは応力腐食割れ感受性
を増大させる元素でもあり、さらに０．４０％を越えて
含有させると熱間加工性を著しく損うので上限を０．４
０％とした。

Ｓｉは地質に固溶してそれを強化させる主要な元素の一
つであり、Ｓｉｌ％の含有はＮＯ．Ｏ８％含有に相当
する強化能力を有する。

さらにＳｉは耐食性、耐応力腐食割れ感受性をも改善す
る元素であり、十分な強度と優れた熱間加工性を得るた
め釦はＳｉを１．２％以上含有させる必要があり下限を
１．２％とした。しかし、３．０％を越えて含有させる
とＮの固溶限界を著しく低下させ、かつ、オーステナイ
トバランスを損うので上限を３．０％とした。Ｃｒはス
テンレス鋼の基本元素であり、優れた耐食性を得るため
には少なくとも１６％以上の含有が必要である。

しかし、Ｃｒ量の増加とともにフエライト量が増加し２
２％を越えて含有させるとオーステナイトバランスを損
うので上限を２２％とした。Ｎｉはオーステナイト系ス
テンレス鋼の基本元素であり、優れた耐食性とオーステ
ナイト組織を得るためには８．４％以上の含有が必要で
ある。

しかし１５％を越えて含有させると熱間加工性を損い、
かつＮの固溶限界を低下させるので上限を１５％とした
。Ｍｎは本発明鋼においてＳｉ，Ｃｒ，Ｎｉ量に応じて
Ｎの固溶限冗を高めるために含有させる主要な元素であ
る。

本発明鋼のＮ，Ｓｉ含有量では少なくとも２．３％以上
の含有が必要である。

しかし５．５％を越えて含有させると熱間加工性を損う
ので上限を５．５％とした。ＭＯ，Ｃｕはいずれも本発
明鋼の耐食性をさらに改善する元素であり、その効果を
発揮させるにはＭＯは０．２％以上．、Ｃｕは０．２％
以上の含有が必要である。

しかし、ＭＯを３，０％を越えて含有させるとオーステ
ナイトバランスを損い、Ｃｕは３、０％毬えて含有させ
ると強度を大きく低下させるのでその上限はＭＯ３．Ｏ
％， Ｃｕ３．Ｏ％とした。Ｂ，Ｃａ，ＡＩ，Ｃｅ，Ｍ
ｇはいずれも本発明鋼の熱間加工性をさらに改善する元
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損うのでその上限をＡ
ＩＯ．Ｏ４％，ＣａＯ．Ｏ２％，ＭｇＯ．Ｏｌ％，ＢＯ
．Ｏｌ％， ＣｅＯ．Ｏ５％とした。Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅは
いずれも本発明鋼の被剛性を改善する元素であるが、多
量の添加は熱間加工性を損うのでその上限をいずれも０
．１％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表においてＡ１〜Ａ６は従来鋼で、Ａ１は、ＳＵＳ
３Ｏ４，Ａ２はＳＵＳ３Ｏ４Ｎｉ，Ａ３はＳＵＳ３Ｏ４
Ｎ２，Ａ４は２２Ｃｒ− １３Ｎｉ− ５Ｍｎ− ０．
３Ｎ− ２Ｍ０− ０．２Ｖ鋼，Ａ５は１７Ｃｒ− ８
Ｎｉ− ８Ｍｎ−４８ｉ− ０．２Ｎ鋼、Ａ６は２５Ｃ
ｒ−１３Ｎｉ−０．３Ｎ−ＩＭＯ鋼である。

Ｂ１〜Ｂ８は本発明鋼でＢ１〜Ｂ３は第１発明鋼、Ｂ４
〜Ｂ５は第２発明鋼、Ｂ６は第３発明鋼、Ｂ７は第４発
明鋼、Ｂ８は第５発明鋼である。第２表は第１表の固溶
体化熱処理を施したＡ１〜Ａ６鋼、Ｂ１〜Ｂ８鋼の強度
、熱間加工法および耐食性を示したものである。強度に
ついてはＪＩ８４号試験片を用いて、耐゜力、引張り強
さ、伸びを測定した。

加工性については８０％の熱間据え込み試験にて評価し
、試験個数１０ケとし、割れ発生率を示したものである
。

耐食性については、ＪＩＳ試験法に基いて耐孔食性、耐
応力腐食割れ性、耐硫酸性について評価した。

耐孔食性は４０℃の４％ＦｅＣｌ溶液中に２４Ｈｒ浸漬
した場合の腐食減量を示したもので、耐応力腐食割れ感
受性は沸騰した４２％ＭｇＣＩ溶液中に浸漬した場合、
応力２５ｋ１９／一下で破断までの時間（分）を示した
もので、耐硫酸性については沸騰した５％Ｈ２ＳＯ４溶
液中に６Ｈｒ浸漬した場合の腐食減量を示したものであ
る。第２表から知られるように、従来鋼である゜Ａ１鋼
は耐食性、熱間加工性については優れているが強度につ
いては耐力２４ｋｇ／Ｍ４、引張り強さ６１ｋ９／Ｍｔ
ｌｔと低いものである。

Ａｌ鋼にＮあるいはＮとＮｂを含有させたＡ２，Ａ３鋼
はＡｌ鋼同様耐食性、熱間加工性について優れており、
強度についても耐力３１ｋ９／Ｍ４，３７ｋｇ／Ｔｎ瓜
引張り強さ７１ｋ９／ＭＪ、７５ｋｇ７ｍ４とＡｌ鋼に
比べ相当の向上が認められるが高強度オーステナイト系
ステンレス鋼としてはいま一つ強度不足である。また、
Ａ４鋼については耐力４８ｋｇ／ｍ／ｔ、引張り強さ８
５ｋ９／一と満足し得る強度と、良好な耐食性を有して
いるが、熱間加工性については８０％の熱間据え込み試
験において２０％の割れが発生している。

Ａ５、Ａ６鋼については強度が耐力３８〜４１ｋｇ７ｍ
４、引張り強さ７７〜７８ｋｇ／一と今−歩不足し、熱
間加工性についても８０％の熱間据え込み試験で１０〜
２０％の割れが発生しており、熱間加工性も劣っている
ものである。

さらに耐応力腐食性についてもＡ４鋼はＳＵＳ３Ｏ４で
あるＡｌ鋼に比べて劣っており、Ａ４〜Ａ６鋼は高強度
耐食構造部材としてはまだ不満足なものである。これら
に対して本発明鋼であるＢ１〜Ｂ８鋼はＮ，Ｓｉ，Ｍｎ
を適宜に含有させるとともにＣｒ，Ｎｉ量を調整するこ
とにより強度については耐力４０ｋｇ／一以上引張り強
さ８０ｋｇ／一程度と高強度オーステナイト系ステンレ
ス鋼として満足し得るものであり、熱間加工性について
はＡ１〜Ａ３鋼なみで、耐食性についてはＡ１〜Ａ３鋼
に比べさらに優れたものである。これからしても本発明
鋼が強度のみならず熱間加工性、耐食性についても非常
に優れていることがわかる。上述の如く本発明鋼はＮ，
Ｓｉ，Ｍｎを適宜に含有させるとともにＣｒ，Ｎｉ量を
調整することによりＳＵＳ３Ｏ４のもつ熱間加工性、耐
食性を損うことなく高強度を得ることに成功したもので
海水、化学原子力等の過酷な使用環境で使用される各種
大型プラントの高強度耐食構造部材として極めて高い実
用性を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は熱間加工性に及ぼすＳｉ，Ｎの影響を示した線
図、第２図は耐応力腐食割れ性に及ぼすＳｉ，Ｎの影響
を示す線図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 重量比にしてＣ０．０８％以下、Ｓｉ１．２〜３．
   ０％、Ｍｎ２．３〜５．５％、Ｎｉ８．４〜１５％、Ｃ
   ｒ１６〜２２％、Ｎ０．２３〜０．４０％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高
   強度オーステナイト系ステンレス鋼。 ２ 重量比にしてＣ０．０８％以下、Ｓｉ１．２〜３．
   ０％、Ｍｎ２．３〜５．５％、Ｎｉ８．４〜１５％、Ｃ
   ｒ１６〜２２％、Ｎ０．２３〜０．４０％を含有し、さ
   らに、Ｍｏ０．２〜３．０％、Ｃｕ０．２〜３．０％の
   うち１種ないし２種を含有し、残部Ｆｅならびに不純物
   元素からなることを特徴とする高強度オーステナイト系
   ステンレス鋼。 ３ 重量比にしてＣ０．０８％以下、Ｓｉ１．２〜３．
   ０％、Ｍｎ２．３〜５．５％、Ｎｉ８．４〜１５％、Ｃ
   ｒ１６〜２２％、Ｎ０．２３〜０．４０％を含有し、さ
   らに、Ｂ０．０１％以下、Ｃａ０．０２％以下、Ａｌ０
   ．０３％以下、Ｃｅ０．０５％以下、Ｍｇ０．０１％以
   下を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高強度オーステナイ
   ト系ステンレス鋼。 ４ 重量比にしてＣ０．０８％以下、Ｓｉ１．２〜３．
   ０％、Ｍｎ２．３〜５．５％、Ｎｉ８．４〜１５％、Ｃ
   ｒ１６〜２２％、Ｎ０．２３〜０．４０％を含有し、さ
   らに、Ｓ０．１％以下、Ｓｅ０．１％以下、Ｔｅ０．１
   ％以下のうち１種ないし２種以上を含有し、残部Ｆｅな
   らびに不物元素からなることを特徴とする高強度オース
   テナイト系ステンレス鋼。 ５ 重量比にしてＣ０．０８％以下、Ｓｉ１．２〜３．
   ０％、Ｍｎ２．３〜５．５％、Ｎｉ８．４〜１５％、Ｃ
   ｒ１６〜２２％、Ｎ０．２３〜０．４０％を含有し、さ
   らに、Ｍｏ０．２〜３．０％、Ｃｕ０．２〜３．０％の
   うち１種ないし２種と、Ｂ０．０１％以下、Ｃａ０．０
   ２％以下、Ａｌ０．０４％以下、Ｃｅ０．０５％以下、
   Ｍｇ０．０１％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
   る高強度オーステナイト系ステンレス鋼。