JPS5938360A - 二相ステンレス鋳鋼 - Google Patents

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、耐食性および機械的性質のすぐれた、フエラ
イトーオーステナイト二相ステンレス鋳鋼に関する。

ステンレス鋳鋼は、耐食材料として床几な用途を有する
が、なかでもフエライト−オーステナイト二相ステンレ
ス鋳鋼は、フェライト相とオーステナイト相の相互補完
による適度の強度と靭性を兼備し、かつ構造材料として
必要な溶接性も比較的良好であり、近年、各種化学工業
プラント、海水機器用材料等として広く使用されている
。

従来、との二相ステンレス鋳鋼として、ＪＩＳＳＣ５Ｉ
３．５Ｃ５Ｉ４．５Ｃ５Ｉ６Ａなどが汎用されている。

しかし、これらの材料は、使用条件により耐応力腐食割
れ性に問題があり、例えば、塩素イオン（Ｃｅ−）を含
む腐食環境中、引張応力の作用する条件のもとでは、材
料劣化がはやく、早期に破壊に到る欠点がある。この応
力腐食割れは、実際の構造物では溶接部に現れやすく実
用上、最もやっかいな問題である。

また、昨今各種用途での使用条件の苛酷化かすへむにつ
れ、これに対処し、装置・機器材料としての安定性・耐
久性を高めるためにも、全面腐食、孔食などに対する抵
抗性や強度、耐衝撃特性など、化学的・機械的諸性能の
−そうの改善が望まれる。

本発明は上記実情にかんがみてなされたものである。

本発明に係る二相ステンレス鋳鋼は、Ｃ０１１％以下（
重量類、以下同じ）、Ｓｉ０．２〜１５％、Ｍ　ｎ　０
．２〜２．０％、Ｃｒ２１．０％以上、２６．０％未満
、Ｎｉ１２．Ｏ〜１７．０％、Ｍｏ２．０〜５０係、Ｃ
ｕＯ，５〜５０％、残部Ｆｅおよび不可避の不純物から
なり、なお必要に応じて、Ｎ　ｏ０５〜０６２飴を含有
する成分組成を有し、かつδ−フェライト相が面積率で
５〜３０％を占める二相組織を有するものである。

以下、本発明の成分限定理由を説明する。

Ｃ：　Ｏ，１％以下 Ｃは強度付与元素であるが、Ｃｒ炭化物等の析出とそれ
による応力腐食割れを助長するので、０１％を上限とす
る。耐食性の点では含有量が低い程、有利なことは言う
までもない。

Ｓｉ：０．２〜１．５％ Ｓｉは合金溶湯の脱酸作用のほか、鋳造性改善効果を有
する。良好な鋳造性確保のため少くとも０．２％が必要
であるが、あまり多くなると、靭性を損うので、１．５
％を上限とする。

Ｍｎ　　二　　〇、２　〜２．０　　％Ｍ　ｎは合金溶
湯の脱酸・脱硫、鋳造性向上の効果を有する。鋳造性の
点から、少くとも０．２％を要する。たＫし、含有量が
約２％をこえると、効果の増加は少く、また耐食性の低
下を伴うので、２．０％を上限とする。

Ｃｒ：２１．０％以上、２６０％未満 Ｃｒはステンレス鋳鋼として必要な耐食性を得るために
欠くことのできない元素であり、耐食性の点から、少く
とも２１．０　％の含有を要する。

また、Ｃｒはフェライト生成元素であり、二相組織にお
けるδ−フェライト相の形成により強度をもたらし、か
つ耐応力腐食割れ性の向上に寄与する。しかし、含有量
が多すぎると、靭性の低下を招くほか、δ−フェライト
相とオーステナイト相との量的バランスが失なわれる。

もつとも、両相のバランスは、Ｃｒ含有量とオーステナ
イト生成元素であるＮｉの含有量との関係に依存し、Ｎ
ｉ含有量を増すことによりバランスを回復することは可
能である。しかし、それでは高価な元素を多量に消費す
ることになり、経済的にも不利である。

このだめ、Ｃｒ含有量は２１０％未満に規定する。

Ｎｉ：１２．０〜１７．０係 Ｎｉば、前記Ｃｒと並ぶ基本元素の１つであり、耐食性
の改善に著効を有する。その含有量は耐食性の点から少
くとも１２．０％を要する。含有量の増力口とともに、
その効果は増大し、かつ靭性も向上する。まだ、Ｎ１は
強力なオーステナイト生成元素であり、その含有量は、
前記のように二相組織におけるδ−フェライト相とオー
ステナイト相の量的バランスを左右し、含有量の増加と
ともに、オーステナイト相の増加をもたらす。本発明で
は、二相組織に占めるδ−フェライト相を面積率で５係
以上（オーステナイト相９５％以下）とするだめに、前
記Ｃｒ含有量と関連し、Ｎｉ含有量の上限を１７．０％
に規定する。

Ｍｏ　：　２．０〜５．０％ Ｍｏは、耐食性、特に隙間腐食や孔食に対する抵抗性の
改善に極めて有効である。この効果を得るだめに、２．
０％以上の含有を要する。だＫし、含有量があまり多く
なると、σ相の析出により・鋳造時の脆化が著しくなる
ので、５０％を上限とする。

Ｃｕ　：　０．５〜５．０％ Ｃｕはオーステナイト相の固溶強化、非酸化性酸に対す
る耐食性改善効果を有する。この効果を得るだめに、少
くとも０．５％の含有を必要とするが、あまり多くなる
と、金属間化合物の生成により靭性が低下するので、５
．０％以下とする。

Ｎ：０．０５〜０，２チ Ｎは通常不純物として微量混入しているものであるが、
本発明では、強度向上を目的として必要に応じＮが添加
される。その含有量が０．０５％に満たないと効果が之
しく、一方０．２％をこえると耐食性の低下を招く。よ
って、０．０５〜０．２％とする。

Ｐ、Ｓ、その他の不純物は、通常の溶製技術上不可避的
に混入する範囲内であれば支障ない。例えば、Ｐは００
８％以下、Ｓは０．０８％以下の混入により本発明の趣
旨が損なわれることはないが、むろん低い程よく、好ま
しくはＰ００３％以下、ｓｏ、ｏａ％以下とする。

本発明合金は、鋳造後、溶体化処理を経てδ−フェライ
ト相とオーステナイト相の二相組織が与えられる。その
溶体化処理条件に特別の制限はなく、常法に従い、例え
ば温度１０５０〜１２５０°Ｃに加熱保持したのち急冷
（例えば、水冷）すればよい。

本発明合金の二相組織におけるδ−フェライト相の占め
る割合は面積率で５％以上であり、これによって高度の
耐応力腐食割れ性が与えられる。

その面積率の増加とともに、応力腐食割れに対する抵抗
性が増し、かつ強度レベルも向上するが、あまり多くな
ると、靭性が低下するとともに、溶接等の入熱を受けた
ときの脆化が著しく、特に５００°Ｃ近傍の低温域での
靭性が悪化する。このだめ、δ−フェライト相の上限を
３０％（面積率）とするのである。

第１表に、二相組織におけるδ−フェライト量が、靭性
および硬度に及ぼす影響を、溶体化処理材と、時効処理
材とについて例示する。供試材は、Ｃ０，０２％、Ｓｉ
０．８％、Ｍｎ１．０％、Ｃｒ２４飴、Ｎｉ１４％、Ｍ
ｏ３％、Ｃｕ２％、残部実質的にＦｅからなる組成を基
本組成とし、所要のδ−フェライト量に応じて、Ｓｉ　
、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎｉの含有量を調整したものを使用した
。溶体化処理材は、温度１１５０℃に加熱保持後、水冷
、時効処理材は、溶体化処理ののち、温度５００°Ｃで
２４時間加熱保持したものである。靭性は、シャルピー
衝撃試験による吸収エネルギー（ＶＥＯ）［Ｋ百・ｍ］
、硬度ばＨｖにて示す。

前記第１表に示されるように、δ−フェライト量５〜３
０％（面積率）において、溶体化処理材および時効処理
材ともに、すぐれた靭性を有し、かつ硬度も高いことが
わかる。なお、このδ−フェライト量の範囲において、
後記実施例にも示されるように、耐応力腐食割れ性や耐
孔食性等も良好である。

次に、実施例により本発明二相ステンレス鋳鋼の緒特性
につき具体的に説明する。

実施例 第２表に示す各種成分組成を有するステンレス鋳鋼を溶
製い鋳造して各供試材を得だ。各供試材から試験片を調
製し、強度、硬度、靭性、耐応力腐食割れ性、耐孔食性
、耐全面腐食性等を測定した。供試材パｌ〜４は本発明
材、意５〜７は比較材である。比較材のうち、履７はＪ
ＩＳ　　５Ｃ５１６Ａである。いづれもＮ含有量は０．
０４％以下である。

機械的性質の測定は、溶体化処理材（１＋５０°Ｃ加熱
保持・水冷）と、時効処理材（５００°Ｃ×２４Ｈｒ）
とについて行った。その結果を第３表（溶体化処理材）
および第４表（時効処理材）に示す。

一方、腐食試験は、溶体化処理材（１１５０°Ｃ加熱保
時・水冷）について行った。但し、応力腐食割れ試験片
は、溶体化処理後、鋭敏化処理（６５０℃Ｘ２Ｈｒ・徐
冷）を施しだものを使用した。各腐食試験条件は次のと
おりであり、その結果を第５表に示す。

（１）応力腐食割れ試験 耐応力腐食割れ性は、はぼ耐粒界腐食割れ性に対応し、
その良否で評価することができるので、ＡＳＴＭ　　Ａ
２６２Ｅ法の規定に準処する粒界腐食試験を行い、その
結果に基づいて耐応力腐食割れ性を判定した。表中、「
＃を応力腐食割れ性」欄の「○」は、曲げ試験で異常（
クラック発生）が認められなかったこと、「×」はクラ
ックが発生したことを意味する。

（１１）孔食試験 １０％ＦｅＣｈ＋０．０５規定ＨＣｆｆ孔食試験ニよシ
、５０℃の試験溶液中に２４時間浸漬したときの腐食速
度（ｙ７ｍ２・ｈ）を測定した。

（■）　　全面腐食試験 ＪＩＳ　　ＧＯ５９１の規定による５％硫酸腐食試験に
おける腐食速度（９／ｍ２・ｈ）を測定した。

第５表　腐食試験結果 実施例２ 第６表に示す成分組成の供試材を用い、溶体化処理（１
１６０℃に加熱保持ののち、水冷）後の機械的性質と耐
食性を測定した。各供試材とも木兄明相である。たソし
、ムＩはＮを添加したもの、廠２はＮ含有量が溶製技術
上通常混入する程度のものである。各試験法は前記実施
例１のそれと同じである。結果を第７表および第８表に
示す。

第８表　腐食試験結果 前記試験結果から明らかなように、本発明材は、機械的
性質が良好で、高い強度を有すると同時に、耐衝撃特性
にすぐれ、溶体化処理後はもとより、高温長時間の時効
処理後にも高度の靭性を維持する。また、加工性を示す
伸び、絞りも良好である。

更に、ｎ（食試販についても、鋭敏化処理後の粒昇腐食
割れの発生はなく、応力腐食割れに対する抵抗性にすぐ
れることが認められ、かつ耐孔食性や耐全面腐食性も良
好なことが判る。

なお、実施例２に示されるように、Ｎ含有量を高めるこ
とにより、靭性、加工性、などの機械的性質ヤ耐食性を
それほど損わずに、強度が高められることも認められる
。

以上のように、本発明二相ステンレス鋳鋼は、機械的性
質並びに耐食性にすぐれているので、各種化学工業プラ
ントにおける配管パイプ材、チュービング材など、ある
いは海水機器材料などとして好適であり、従来材にまさ
る安定性と耐久性を得ることができる。

代理人　弁理士　　宮崎新八部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）ＣＯ，１％以下（重量％、以下同じ）、Ｓｉ０．２
   〜１．５％、Ｍｎ０．２〜２．０％、Ｃｒ２１．０％以
   上、２６．０％未満、Ｎｉ１２．０〜１７．０％、Ｍｏ
   　２．０〜５．０％、Ｃｕ０．５〜５．０％、残部Ｆｅ
   および不可避の不純物からなり、かつ金属組織中、δ−
   フェライト相の占める面積率が５〜３０％である二相ス
   テンレス鋳鋼。 ＋２］ＣＯ，１％以下（重量％、以下同じ）、Ｓｉ０．
   ２〜１．５％、Ｍ　ｎ　０．２〜２．０％、Ｃｒ２１．
   ０％以上、２６４０％未満、Ｎｉ１２．０〜１７，０％
   、Ｍ　ｏ　２．０〜５．０％、Ｃｕ０．５〜５．０％、
   ＮＯ，０５〜０．２％、残部Ｆｅおよび不可避の不純物
   からなり、かつ金属組織中、δ−フェライト相の占める
   面積率が５〜３０％である二相ステンレス鋳鋼。