JPS5953343B2 - 非磁性ステンレス鋼およびその製造方法 - Google Patents

非磁性ステンレス鋼およびその製造方法

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JPS5953343B2
JPS5953343B2 JP55172340A JP17234080A JPS5953343B2 JP S5953343 B2 JPS5953343 B2 JP S5953343B2 JP 55172340 A JP55172340 A JP 55172340A JP 17234080 A JP17234080 A JP 17234080A JP S5953343 B2 JPS5953343 B2 JP S5953343B2
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JP
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steel
corrosion resistance
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stainless steel
less
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和己 早乙女
武 相沢
義信 本蔵
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Aichi Steel Corp
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Aichi Steel Corp
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00Modifying the physical properties of ferrous metals or ferrous alloys by deformation combined with, or followed by, heat treatment

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Heat Treatment Of Steel (AREA)
  • Hard Magnetic Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は耐食性、機械的性質の優れた安価な非磁性ステ
ンレス鋼およびその製造方法に関する。
近年、化学、発電、超低温、原子力などプラントの大型
化に伴ない使用条件が苛酷化し、使用される電流、磁場
が巨大なものとなり、配管部材や構造部材においては、
要求される性能も耐食性、機械的性質のみならず非磁性
であることが強く求められるようになつてきた。オース
テナイト系ステンレス鋼の代表的鋼種であるSUS30
4は、耐食性、機械的性質、加工性が優れ、かつ非磁性
であるため広く使用されている。
また、溶接施工を含む場合には前記SUS304では耐
粒界腐食性が不十分であり、耐粒界腐食性の優れたSU
S304Lが使用されている。しかしながら、これらの
鋼において減面率が大きく取れない大型部品では、凝固
時、偏析デルタ−フェライトが残留するという問題があ
る。また、SUS304、SUS304Lは準安定オー
ステナイト系ステンレス鋼でもあるため、矯正など冷間
加工によりマルテンサイトが誘起され磁気に感するよう
になつてしまうという欠点をも有している。このように
、前記SUS304、SUS304Lでは非磁性が不十
分であり、溶接施工を含む大型配管部材や大型構造部材
に適さないため、SUS304並みの機械的性質、加工
性を有し、かっSUS304L並みの耐粒界腐食性、一
般耐食性を有した安価な非磁性ステンレス鋼の開発が要
望されていた。本発明はこのような要望に応じて開発さ
れた耐食性、加工性、機械的性質の優れた安価な非磁性
ステンレス鋼を提供するものである。
なお、本発明においていう非磁性とは透磁率1.03以
下をさすものである。一般に、オーステナイト系ステン
レス鋼において磁化の原因は、凝固時の偏析デルタフェ
ライトと、冷間加工により誘起されるマルテンサイトで
ある。
したがつて、一般に非磁性を要求される場合には、Ni
含有量を増加しオーステナイト相の安定化を図ることが
なされている。しかし、Ni量を高めれば、コストアッ
プにつながり、かつ強度が低下し好ましくない。他方、
低コストとするためSUS3O4LNのようにSUS3
O4Lに多量のNを含有せしめれば、オーステナイト相
の安定性は高まるが、耐粒界腐食性が劣化し、さらに、
強度が必要以上に向上し、加工性、切削性が低下するの
で好ましくない。
そこで、本発明者等は従来鋼の欠点を克服するため研究
を重ねた結果、第1にNの適量の添加はSUS3O4並
みの機械的性質、加工性と、SUS3O4L並みの優れ
た耐粒界腐食性を同時に得る。
しかもオーステナイト相の安定性の改善に役立つこと。
第2に、偏析デルタフエライトについては、適量のN添
加と併せてSiの上限を規制し、必要に応じて高温で長
時間加熱することが最も安価に解決し得る手段であるこ
とを見い出した。なお、この場合、本発明鋼のNi量は
通常の市販SUS3O4L(7)Ni量9.6〜10.
6%程度で十分である。また、第3として、加工誘起マ
ルテンサイトについては、適量のN添加とMn量を高め
てNi当量T25.,O以上とすることで本発明鋼の諸
性能を損うことな・《解決し得ることを見S出L《耐食
性、゛機械的性質(加工性のすぐれた安価な非磁性ステ
ンレスを開発した。
、゛な台マ,81旨は次式にJ4つて求められるもので
あるi゛・““゛”−ゞ”″ ゛ 冫12.6(
C+N) +Ni+0.35Si+1.05Mn+0.
65Crさらに、本発明鋼はNi量が9.6〜10.6
%とその含有量が少ないため、鋼塊または連続鋳造片の
状態では偏析デルタフエライトを2〜6%含有している
鍜圧比が80を越える場合には加工によl消滅Lでしま
書Qで関題がないが、滅面率を大きくとれない大型構造
部材にお〜)ては凝?時の偏析デルタフエライトが残留
してしまう。第2発明は大型構造部材において、偏析デ
ルタフエライトが残留する場合、これを消滅させるため
のものであり、その特徴とするところは高温で長時間加
熱することである。
この点について以下に詳述する。
凝固時の偏析デルタフエライト量を2%以下にするには
、Ni含有量を増せばよいが、しかしながら素材コスト
が上り、全体として高価な非磁性ステンレス鋼となつて
しまう。
本発明はSUS3O4並みのNi量で非磁性を得るるも
のであり、鋼塊または連続鋳造片に残留する2〜6%偏
析デルタフエライトを分解消失させるためには、110
0〜1280℃の高温度域で、6〜15時間加熱保持す
ることにより、デルタフエライト量を0.2%以下にす
ることが素材コストおよび製造コストのいずれからも最
も効果的であることを見い出したものである。
最も望ましい実施態様としては、偏析デルタフエライト
量を3〜5%として、分塊圧延前の加熱において、12
00〜1280℃の温度で7〜12時間加熱、保持して
、分解消滅させる方法である。
また、デルタフエライト量が5〜6%と比較的高い場場
合には、圧延前に1200〜1280℃で15時間程度
保持すれば、デルタフエライトは球状化し、かつ局部的
に平衡状態となり、これ以上デルタフエライトの分解は
ほとんど進行しないが、一度圧延すればデルタフエライ
トは球状のものから細長いひも状のものに変形し、再加
熱によつて急速に分解を始める。このように、本発明に
おいては残留デルタフエライト量が多い場合にも、圧延
前に1200〜1280℃で6〜15時間程度加熱、保
持し、かつ必要に応じて固溶体化処理の再加熱条件を1
100〜1200℃、1〜3時間保持するという2段階
加熱により解消し得るものである。
なお、第1図は鋼塊中の残留デルタフエライト量とNi
バランスとの関係を示したものであり、これからしても
鋼塊中のデルタフエライト量を2〜6%にするにはNi
バランスを−0.5〜1.5の範囲内にすればよいこと
が分る。
なお、Niバランスは次式によつて求められるものであ
る。30C+20N+Ni−1.3Cr−231+13
.5また、製品コストと鋼塊中の残留デルタフエライト
量との関係を要約して示すと第2図のようになる。
図中1の領域は通常の製造法で非磁性を保証し得る範囲
で、図中(11)の領域は本発明の長時間、加熱により
非磁性を保証し得る範囲で、図中(111)の領域は本
発明の加熱方法においてもフエライト量を0.2%以下
に分解消滅させることが困難な範囲である。すなわち、
鋼塊または連続鋳造片の凝固時の偏析デルタフエライト
量が多くなるほど素材コストは安価となるが、偏析デル
タフエライト量が6%を越えると長時間加熱によつても
フエライト量を0.2%以下に分解消失させることが困
難となり、かえつて製品コストが高くなつてしまう。し
たがつて、安価に非磁性ステンレス鋼を得るには素材コ
ストと製造コストを勘案して、偏析デルタフエライト量
が2〜6%残留する素材を用いて、製造過程において分
解、消失させる方法が最も得策であることが分る。以下
に本発明鋼の成分限定理由について説明する。
CはNと同様に強力なオーステナイト相安定化元素であ
るが、反面Cは耐食性、特に耐粒界腐食性を低下せしめ
るものでその上限を0.03%とした。
Siは脱酸剤として必要な元素であるが、強力なフエラ
イト形成元素でもあるのでその上限を0.50%とした
。なお、好ましくは、0.40%以下である。Mnは脱
酸剤、脱硫剤として有用な元素であり鋼の熱間加工性を
も改善するものである。
本発明においては常温でのオーステナイト相を最も安定
させて、Ni当量を増大させる主要な元素であるので1
.00%以上の含有が必要である。しかし、3%を越え
て含有させると本発明鋼の耐食性を損うので、その上限
を3.00%とした。Crはオーステナイト系ステンレ
ス鋼の優れた耐食性を得る上で必要な基本元素であり、
18%以上の含有が必要である。
しかし、Crは強力なフエライト形成元素でもあるので
その上限を19%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、優れた耐食性、冷鍜性および非
磁性を付与する元素である。
本発明は安価な非磁性鋼を得ることを目的とするもので
あるので、高価なNiの使用を非磁性を保証するに必要
最小限にとどめその含有量を9.6%とした。また、1
0.6%を越えて含有させると、鋼塊または連続鋳造片
の状態で残留デルタフエライト量が2%以下になり、本
発明の特徴を生かせないのでその上限を10.6%とし
た。Nは強力なオーステナイト形成元素で、偏析デルタ
フエライトや加工誘起マルテンサイトの生成を抑制し、
安価に非磁性を得ために必要な元素である。
さらに、Nは固溶強化能が大きく、本発明のように低C
オーステナイト系ステンレス鋼の耐粒界腐食性を損うこ
となく強度不足を補う元素でもあり、これらの性能を発
揮させるには、0.06%以上の含有が必要である。し
かしながら、0.09%を越えて含有させると粒界腐食
感受性を高めるので、その上限を0.09%とした。な
お、好ましくは、0.06〜0.07%である。つぎに
本発明鋼の特徴を従来鋼と比べ実施例でもつて明らかに
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〜A4鋼は従来鋼で、A1はSUS
3O4、A2、A3はSUS3O4Lで、A2はNi量
が規格下限に近いもので、A3はNi量が規格上限に近
いものである。
また、A4はSUS3O4L<7)Ni量を増加させた
ものである。B1〜B5鋼は本発明鋼である。
第2表は第1表の固溶体化熱処理を施したA1〜A4鋼
、B1〜B5鋼の強度、耐食性、非磁性を示したもので
ある。
強度については、JIS4号試験片を用いて耐力、引張
り強さ、伸びを測定した。
耐食性については耐硫酸性、耐孔食性、耐粒界腐食性に
ついて測定し、耐硫酸性は沸謄した5%H,SO4水溶
液中に6Hr浸漬した場合の腐食減量を示したもので、
耐孔食性は40℃の4%FeCl3水溶液中に24Hr
浸漬した場合の腐食減量を示したもので、耐粒界腐食性
は650℃で2Hr鋭敏化処理後、JISGO575の
硫酸一硫酸銅腐食試験を行ない、ついで、曲げ試験にお
けるワレの有無を示したものである。
非磁性については、2.6t鋼塊に、造塊後、(1)は
1265℃で3Hr加熱後、38φ (鍜圧比158)
に圧延したもの、 (11)は1265℃で3Hr加熱
後、60φ、100φ、200φ (鍜圧比は60φが
71.100φが26、200φが6である)に圧延し
たもの、(I)は1265℃10Hr加熱後、60φ、
100φ、200φに圧延したもの、(IV)は(I)
の圧延後、1150℃で2Hr固溶体化熱処理を施した
もの、 (V)は()の処理後、30%冷間圧縮を施し
たもので、○印は透磁率(μ)1.03以下、×印は(
μ)1.03を越えるものである。
第2表から知られるように、従来鋼であるA1鋼は強度
については優れているが、耐粒界腐食性、非磁性につい
ては劣るものである。
A1鋼のC量を下げ、かつNi量を増加したA2鋼は優
れた耐食性を有しているが、強度が不足し、かつ、非磁
性を得ることができないものである。A2鋼のNi量を
さらに増加させたA3鋼は非磁性、耐食性については優
れているが、強度についてはA2鋼と同様に低いもので
ある。A4鋼は14.46%と多量のNi量を含有させ
たことにより通常圧延により非磁性を得ることができる
が、強度、耐粒界腐食性については劣るものである。こ
れらに対して、本発明鋼であるB1〜B5鋼はSUS3
O4Lをペースとして、適量のNを含有させるとともに
Mn量を高め、かつ、Si量を規制することにより、N
iバランスを−0.5〜1.5となし、Ni当量を25
.0以上になしたことにより、強度については、耐力2
2.5kg/m!l以上、引張り強さ56kg/Mii
,以上、伸び54%以上と優れており、耐食性について
も、耐硫酸性、75〜89g/m・・Hr、耐孔食性6
.0〜6.9g/MhHrとその腐食減量が少なく優れ
ており、耐粒界腐食性についてもSUS3O4LでるA
2,A3鋼同様にワレの発生がないものである。
非磁性についてはNi含有量が9.68〜10.51%
と低いため、(1)の鍜圧比が80を越えるものについ
ては非磁性を保証し得るが、(11)の鍜圧比が80以
下下で、通常の1265℃で3H助口熱という圧延前の
加熱では非磁性を保証することはできないが、 (11
1)の1265℃で10Hr加熱後に圧延したものはB
5鋼を除いていずれも非磁性を保証でき、また、Niお
よびNの含有量が少ないためNiバランスが−0.3で
あるB5鋼については圧延後、1150℃で2Hr固溶
体化熱処理を施すことにより非磁性を保証し得るもので
、また、圧延後に30%の冷間圧縮を施すことによつて
も、マルテンサイトが誘起されることがないもので、B
1〜B5鋼のいずれについても非磁性を保証し得るもの
であり、非磁性についても低Niで安価に保証し得るも
のである。これからしても、本発明鋼はSUS3O4と
同等以上の強度を有し、耐食性についてもSUS3O4
Lと同等以上であり、優れた非磁性ステンレス鋼である
ことが分る。
上述のように本発明鋼は安価な非磁性鋼を得るに、高価
なNiの使用を最小必要量にとどめて、適量のNを含有
させるとともに、Mn量を高め、かつSi量を規制する
ことにより、Niバランスを一0.5〜1.5かつNi
当量を25.0%以上とし、強度、耐食性を劣化させる
ことなく非磁性を得ることに成功したものであり、さら
に、大型構造部材について偏析デルタフエライトが残留
する場合にも、高温でも長時間加熱することにより分解
、消滅させ得るものであり、溶接施工を含む大型配管部
材や大型構造部材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】

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 重量比にしてC0.03%以下、Si0.50%以
    下、Mn1.00〜3.00%、Ni9.6〜10.6
    %、Cr18〜19%、N0.06〜0.09%を含有
    し、残部Feならびに不純物元素からなり、Niバラン
    スが−0.5〜1.5であり、かつNi当量が25.0
    以上であることを特徴とする非磁性ステンレス鋼。 2 重量比にしてC0.03%以下、Si0.50%以
    下、Mn1.00〜3.00%、Ni9.6〜10.6
    %、Cr18〜19%、N0.06〜0.09%を含有
    し、残部Feならびに不純物元素からなり、Niバラン
    スが−0.5〜1.5であり、かつNi当量が25.0
    以上である鋼塊または連続鋳造片を1100〜1280
    ℃の温度で6〜15時間保持した後、鍜圧比80以下の
    熱間加工において透磁率が1.03以下とすることを特
    徴とすると非磁性ステンレス鋼の製造方法。
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