JPS6115147B2 - - Google Patents
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- JPS6115147B2 JPS6115147B2 JP8023478A JP8023478A JPS6115147B2 JP S6115147 B2 JPS6115147 B2 JP S6115147B2 JP 8023478 A JP8023478 A JP 8023478A JP 8023478 A JP8023478 A JP 8023478A JP S6115147 B2 JPS6115147 B2 JP S6115147B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- strength
- steel
- amount
- content
- less
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Description
〔産業上の利用分野〕
本発明、耐食性にすぐれ、しかも高温及び常温
において引張強度(以下、単に強度という。)の
高いオーステナイト系ステンレス鋼に関する。 〔従来技術とその問題点〕 SUS304に代表されるオーステナイト系ステン
レス鋼は、化学プラント、発電プラント等に広く
使用されているが、これらの用途の中には例えば
原子力発電用軽水炉に用いられる配管においては
300℃程度の高温かつ高圧の水が流れるものがあ
り、このような高温高圧において所定値以上の高
強度と共に十分な耐食性(すなわち高温高圧水に
起因する応力腐食割れの発生を防止する性能)を
有することが要求される。 オーステナイト系ステンレス鋼の耐食性の向上
のためには、C含有量の低下、あるいはTi、Nb
等による安定化が古くから提案されており、この
ような処理を施したものとして、SUS304L、
SUS321、SUS347等の鋼種が知られている。しか
し、かかる鋼種では、鋼の強化成分たる固溶C量
が少ないため、用途によつては強度が不足すると
いうことがある。 たとえば、発電プラントの配管系に用いられる
大径管は、熱間鍛造あるいは厚板の成形、溶接に
よつて製造されることが多いが、かかる成品は加
工比が小さいために結晶粒が粗大であり、押出加
工品、抽伸加工品のような結晶粒の微細化による
強度上昇は期待できない。 一方において、前記大径管等には、高温高圧水
や水蒸気等に対するすぐれた耐食性も要求されて
おり、Cの低減と安定化は欠くことができず、C
の低減は強度の不足をもたらす。 本発明は、前記の如き要請に応えるべく、耐食
性の面では従来の鋼に匹敵し、しかも成品に到る
までの加工率が小さくても十分な強度を確保する
ことのできるオーステナイト系ステンレス鋼を提
供するものである。 〔問題を解決するための手段〕 前記の問題を解決するための手段として、本発
明に係るオーステナイト系ステンレス鋼には、次
の組成を具備させた。 C……0.03%以下 Si……1.0%以下 Mn……2%以下 Cr……17.0〜19.0% Ni……9.0〜13.0% Mo……0.2〜0.5%未満 N……0.05〜0.15% Nb……0.3%を超え1.0% 残部……実質的にFe ここに、残部実質的にFeとは、製鋼工程上で
不可避的に混入する不純物を含むことを意味す
る。その不純物の代表的なものはP及びSである
が、これらはそれぞれ0.04%以下、0.03%以下に
抑える必要がある。 本発明では、Cの含有量は低い程よいが、0.02
%あるいは0.03%以下程度のCの含有は避けられ
ない。また、発電プラント配管等の極めて厳しい
仕様を満足できる耐食性を確保するためにも、C
量を0.03%以下に抑える必要があり、望ましくは
0.02%未満とするのがよい。この程度の少量Cの
含有であれば、CとCrとの結合によるCr炭化物
が粒界に折出するのを、後述するNbの作用によ
つて防止することができる。 しかしながら、Cは一般に鋼の強度向上に寄与
する成分であるから、前記のようなC量の低減は
必然的に強度の低下を低下を招く。本発明は、前
記C量の低減による強度の低下を、他の成分の添
加によつて補うことを特徴の一つとする。このた
めの添加成分の種類及び添加量は、耐食性その他
に及ぼす影響を十分に考慮して選定されなければ
ならない。 Siは、脱酸剤として必要であるが1%を超える
と溶接性の劣化を招く。 Mnは、脱酸剤として作用すると同時に鋼の熱
間加工性改善に寄与する。しかし過剰の添加は強
度の低下をもたらすので、含有量の上限は2%と
する。 Cr及びNiは、鋼の組織を安定したオーステナ
イトとなし、耐食性をはじめとする基本的な性質
を確保する範囲とする必要がある。すなわちその
範囲はCrが17.0〜19.0%、Niが9.0〜13.0%であ
る。この範囲をはずれた場合は要求される各性質
のバランスがくずれ、あるいは価格の徒らな上昇
を招く。 MoとNは、主に低C化に伴う強度の低下を補
うことを目的として添加される。特にMoは、N
との相乗効果によつて高温強度の向上に寄与する
ところが大きい。この効果は、Mo0.2%以上で顕
著になるが、0.5%を超えると、含有量増加の割
合にはその効果を発揮できず、コストの面から不
利である。更に、この範囲のMoは耐食性をも改
善する。 Nは、Moとの相乗効果により鋼の高温におけ
る強度を向上させること前記のとおりであるが、
高温強度だけでなく常温での強度をも増加せしめ
る。本発明では、鋼の高温から常温にわたる広い
温度領域での強度を確保するために添加するNの
量を、通常のオーステナイト鋼に含有させる量を
超えて積極的に添加する。具体的な含有量として
は0.05%以上を必要とするが、この量が過剰にな
ると、後述するNbと結合して窒化物を生成する
量が増加し、Cを固定する有効Nbが減少して、
鋼の耐食性を損うようになる。かかる悪影響を避
けるため、Nの含有量は0.15%までに止めるべき
である。 Nbは、Cを固定してCr炭化物の粒界析出を防
止し、鋼の耐応力腐食割れ性を向上させる。本発
明ではCを0.03%以下に抑えているが、なお不可
避的に混入するCがCrと結合して、粒界に近い
部分のCr濃度を低下させ、これによつて粒界腐
食等を促進させるおそれがある。かかるCの影響
をなくするには、0.3%を超えるNbの量が必要で
ある。しかし1.0%を超えると、鋼の溶接性を劣
化させる。 本発明においてNbの添加は極めて重要である
ので、本発明者らは、オーステナイト系ステンレ
ス鋼の粒界応力腐食割れに及ぼすNbの影響を調
査した。その調査は次の方法によつた。すなわ
ち、鋼種は第4表に示す如く、C含有量0.015%
レベル、N含有量0.10%レベルであつて、Nb無
添加のものから次第に増量した11種のものを準備
し、これらを長さ75mm、幅10mm、厚さ2mmの板片
にして供試材とし、該板片を鋭敏化処理した後、
オートクレーブ試験する方法によつた。その際の
鋭敏化処理は、1250℃で20分間加熱して冷却し、
続いて650℃で30時間加熱するものである。また
オートクレーブ試験の条件は、鋭敏化処理した板
片各2枚を重ねて湾曲させ、その両端をステンレ
ス製のボルト・ナツトで締めつけてU字状試験片
とし、これを溶存酸素が8ppm(大気飽和)、温
度が250℃の純水に500時間浸漬するものである。
この粒界応力腐食割れ調査の結果は、第4図に示
す如くであつた。同図に見られる如く、Nbを0.1
%程度の少量添加するだけでも割れ深さは急減
し、Nbの増量につれて割れ深さは更に小くな
り、0.3%を超えると割れ感受性は殆んど認めら
れなくなることがわかる。Nbの含有量を前記の
如く規定したのはこの調査結果を根拠としたもの
である。 本発明において、Cを固定するためにNbを特
に選んで添加したのは他にも重要な理由がある。
一般に、ステンレス鋼の粒界腐食を防止するため
にTiを添加してCの固定化を図る手段が用いら
れている。しかし本発明では、Tiの添加はこれ
を排除した。その理由は、本発明において極めて
重要な添加元素であるNとの関係を考慮したから
である。すなわち、TiはNとの親和力がNbに比
較して大であり、もしTiを添加した場合は、Mo
との相乗作用による高温強度の向上を意図して添
加したNと結合し、本発明において積極的かつ多
量に添加したNの効果を減殺するからである。し
かもNとTiの結合によつて生成するTiNは、巨大
化する傾向があるから、鋼の清浄度を害し、鋼板
の表面疵を増加せしめる原因ともなる。従つて本
発明では、Tiを排してNbを添加した。 〔実施例〕 以下、具体的な実施例に基いて本発明を説明す
る。 第1表に供試材の化学組成を示す。これらの鋼
を溶製し、熱間圧延の後、第1図に示すa,b,
c3種類の2段熱処理を施した。この熱処理の第1
段加熱は、鍛造品や厚板のように、加工比率の小
さい成品の粗大結晶粒に相当するものを供試材に
生成させるためである。aでは粒度No.でほぼ2
以下、bでは粒度No.4〜6のものが得られる。
第2段の加熱(1050℃×20分)は、固溶量を一定
にする処理である。 前記の如く処理した材料から、JIS 14A号の引
張り試験片を切出し、常温及び300℃で引張試験
を行つた。その結果をそれぞれ第2表及び第3表
に示す。 前記第2表及び第3表のデータに基づき、Nと
Moの共存下におけるMo量の変化が、鋼の強度に
及ぼす影響について図示したのが第2図及び第3
図である。同図中、J,K,L,M鋼はNが
0.0218〜0.0320%の低N材であり、H,D,E,
A,O,F鋼はNが0.0847〜1.008%の高N材で
ある。 これらの図から明らかなように、低N材は常温
であると300℃の高温であるとを問わず、Moの含
有量が増加しても強度の上昇はみられない。他
方、高N材についてみると、常温における強度は
Moの含有量が増加しても殆んど上昇しないのに
対し、高温における強度はMoの含有量が増加す
るに従つて高くなつているのがわかる。特にMo
の含有量が0.5%未満の範囲では、0.2%の少量を
添加しただけでも強度の著しい上昇が見られ、そ
の強度上昇はMoの増加にほぼ比例して急上昇す
る。そして0.5%以上のMo量でも強度は上昇する
が、その上昇率は鈍化傾向を示し、高価なMoを
多量に添加しても著しい効果は期待できることが
わかる。これらの結果からみて、常温での強度は
勿論であるが、特に高温強度の向上には適量のN
とMoを併用することの重要性を知ることができ
る。しかも、この高温強度及び常温強度を低下さ
せることなしに耐応力腐食割れ性を向上させるの
がNbである。
において引張強度(以下、単に強度という。)の
高いオーステナイト系ステンレス鋼に関する。 〔従来技術とその問題点〕 SUS304に代表されるオーステナイト系ステン
レス鋼は、化学プラント、発電プラント等に広く
使用されているが、これらの用途の中には例えば
原子力発電用軽水炉に用いられる配管においては
300℃程度の高温かつ高圧の水が流れるものがあ
り、このような高温高圧において所定値以上の高
強度と共に十分な耐食性(すなわち高温高圧水に
起因する応力腐食割れの発生を防止する性能)を
有することが要求される。 オーステナイト系ステンレス鋼の耐食性の向上
のためには、C含有量の低下、あるいはTi、Nb
等による安定化が古くから提案されており、この
ような処理を施したものとして、SUS304L、
SUS321、SUS347等の鋼種が知られている。しか
し、かかる鋼種では、鋼の強化成分たる固溶C量
が少ないため、用途によつては強度が不足すると
いうことがある。 たとえば、発電プラントの配管系に用いられる
大径管は、熱間鍛造あるいは厚板の成形、溶接に
よつて製造されることが多いが、かかる成品は加
工比が小さいために結晶粒が粗大であり、押出加
工品、抽伸加工品のような結晶粒の微細化による
強度上昇は期待できない。 一方において、前記大径管等には、高温高圧水
や水蒸気等に対するすぐれた耐食性も要求されて
おり、Cの低減と安定化は欠くことができず、C
の低減は強度の不足をもたらす。 本発明は、前記の如き要請に応えるべく、耐食
性の面では従来の鋼に匹敵し、しかも成品に到る
までの加工率が小さくても十分な強度を確保する
ことのできるオーステナイト系ステンレス鋼を提
供するものである。 〔問題を解決するための手段〕 前記の問題を解決するための手段として、本発
明に係るオーステナイト系ステンレス鋼には、次
の組成を具備させた。 C……0.03%以下 Si……1.0%以下 Mn……2%以下 Cr……17.0〜19.0% Ni……9.0〜13.0% Mo……0.2〜0.5%未満 N……0.05〜0.15% Nb……0.3%を超え1.0% 残部……実質的にFe ここに、残部実質的にFeとは、製鋼工程上で
不可避的に混入する不純物を含むことを意味す
る。その不純物の代表的なものはP及びSである
が、これらはそれぞれ0.04%以下、0.03%以下に
抑える必要がある。 本発明では、Cの含有量は低い程よいが、0.02
%あるいは0.03%以下程度のCの含有は避けられ
ない。また、発電プラント配管等の極めて厳しい
仕様を満足できる耐食性を確保するためにも、C
量を0.03%以下に抑える必要があり、望ましくは
0.02%未満とするのがよい。この程度の少量Cの
含有であれば、CとCrとの結合によるCr炭化物
が粒界に折出するのを、後述するNbの作用によ
つて防止することができる。 しかしながら、Cは一般に鋼の強度向上に寄与
する成分であるから、前記のようなC量の低減は
必然的に強度の低下を低下を招く。本発明は、前
記C量の低減による強度の低下を、他の成分の添
加によつて補うことを特徴の一つとする。このた
めの添加成分の種類及び添加量は、耐食性その他
に及ぼす影響を十分に考慮して選定されなければ
ならない。 Siは、脱酸剤として必要であるが1%を超える
と溶接性の劣化を招く。 Mnは、脱酸剤として作用すると同時に鋼の熱
間加工性改善に寄与する。しかし過剰の添加は強
度の低下をもたらすので、含有量の上限は2%と
する。 Cr及びNiは、鋼の組織を安定したオーステナ
イトとなし、耐食性をはじめとする基本的な性質
を確保する範囲とする必要がある。すなわちその
範囲はCrが17.0〜19.0%、Niが9.0〜13.0%であ
る。この範囲をはずれた場合は要求される各性質
のバランスがくずれ、あるいは価格の徒らな上昇
を招く。 MoとNは、主に低C化に伴う強度の低下を補
うことを目的として添加される。特にMoは、N
との相乗効果によつて高温強度の向上に寄与する
ところが大きい。この効果は、Mo0.2%以上で顕
著になるが、0.5%を超えると、含有量増加の割
合にはその効果を発揮できず、コストの面から不
利である。更に、この範囲のMoは耐食性をも改
善する。 Nは、Moとの相乗効果により鋼の高温におけ
る強度を向上させること前記のとおりであるが、
高温強度だけでなく常温での強度をも増加せしめ
る。本発明では、鋼の高温から常温にわたる広い
温度領域での強度を確保するために添加するNの
量を、通常のオーステナイト鋼に含有させる量を
超えて積極的に添加する。具体的な含有量として
は0.05%以上を必要とするが、この量が過剰にな
ると、後述するNbと結合して窒化物を生成する
量が増加し、Cを固定する有効Nbが減少して、
鋼の耐食性を損うようになる。かかる悪影響を避
けるため、Nの含有量は0.15%までに止めるべき
である。 Nbは、Cを固定してCr炭化物の粒界析出を防
止し、鋼の耐応力腐食割れ性を向上させる。本発
明ではCを0.03%以下に抑えているが、なお不可
避的に混入するCがCrと結合して、粒界に近い
部分のCr濃度を低下させ、これによつて粒界腐
食等を促進させるおそれがある。かかるCの影響
をなくするには、0.3%を超えるNbの量が必要で
ある。しかし1.0%を超えると、鋼の溶接性を劣
化させる。 本発明においてNbの添加は極めて重要である
ので、本発明者らは、オーステナイト系ステンレ
ス鋼の粒界応力腐食割れに及ぼすNbの影響を調
査した。その調査は次の方法によつた。すなわ
ち、鋼種は第4表に示す如く、C含有量0.015%
レベル、N含有量0.10%レベルであつて、Nb無
添加のものから次第に増量した11種のものを準備
し、これらを長さ75mm、幅10mm、厚さ2mmの板片
にして供試材とし、該板片を鋭敏化処理した後、
オートクレーブ試験する方法によつた。その際の
鋭敏化処理は、1250℃で20分間加熱して冷却し、
続いて650℃で30時間加熱するものである。また
オートクレーブ試験の条件は、鋭敏化処理した板
片各2枚を重ねて湾曲させ、その両端をステンレ
ス製のボルト・ナツトで締めつけてU字状試験片
とし、これを溶存酸素が8ppm(大気飽和)、温
度が250℃の純水に500時間浸漬するものである。
この粒界応力腐食割れ調査の結果は、第4図に示
す如くであつた。同図に見られる如く、Nbを0.1
%程度の少量添加するだけでも割れ深さは急減
し、Nbの増量につれて割れ深さは更に小くな
り、0.3%を超えると割れ感受性は殆んど認めら
れなくなることがわかる。Nbの含有量を前記の
如く規定したのはこの調査結果を根拠としたもの
である。 本発明において、Cを固定するためにNbを特
に選んで添加したのは他にも重要な理由がある。
一般に、ステンレス鋼の粒界腐食を防止するため
にTiを添加してCの固定化を図る手段が用いら
れている。しかし本発明では、Tiの添加はこれ
を排除した。その理由は、本発明において極めて
重要な添加元素であるNとの関係を考慮したから
である。すなわち、TiはNとの親和力がNbに比
較して大であり、もしTiを添加した場合は、Mo
との相乗作用による高温強度の向上を意図して添
加したNと結合し、本発明において積極的かつ多
量に添加したNの効果を減殺するからである。し
かもNとTiの結合によつて生成するTiNは、巨大
化する傾向があるから、鋼の清浄度を害し、鋼板
の表面疵を増加せしめる原因ともなる。従つて本
発明では、Tiを排してNbを添加した。 〔実施例〕 以下、具体的な実施例に基いて本発明を説明す
る。 第1表に供試材の化学組成を示す。これらの鋼
を溶製し、熱間圧延の後、第1図に示すa,b,
c3種類の2段熱処理を施した。この熱処理の第1
段加熱は、鍛造品や厚板のように、加工比率の小
さい成品の粗大結晶粒に相当するものを供試材に
生成させるためである。aでは粒度No.でほぼ2
以下、bでは粒度No.4〜6のものが得られる。
第2段の加熱(1050℃×20分)は、固溶量を一定
にする処理である。 前記の如く処理した材料から、JIS 14A号の引
張り試験片を切出し、常温及び300℃で引張試験
を行つた。その結果をそれぞれ第2表及び第3表
に示す。 前記第2表及び第3表のデータに基づき、Nと
Moの共存下におけるMo量の変化が、鋼の強度に
及ぼす影響について図示したのが第2図及び第3
図である。同図中、J,K,L,M鋼はNが
0.0218〜0.0320%の低N材であり、H,D,E,
A,O,F鋼はNが0.0847〜1.008%の高N材で
ある。 これらの図から明らかなように、低N材は常温
であると300℃の高温であるとを問わず、Moの含
有量が増加しても強度の上昇はみられない。他
方、高N材についてみると、常温における強度は
Moの含有量が増加しても殆んど上昇しないのに
対し、高温における強度はMoの含有量が増加す
るに従つて高くなつているのがわかる。特にMo
の含有量が0.5%未満の範囲では、0.2%の少量を
添加しただけでも強度の著しい上昇が見られ、そ
の強度上昇はMoの増加にほぼ比例して急上昇す
る。そして0.5%以上のMo量でも強度は上昇する
が、その上昇率は鈍化傾向を示し、高価なMoを
多量に添加しても著しい効果は期待できることが
わかる。これらの結果からみて、常温での強度は
勿論であるが、特に高温強度の向上には適量のN
とMoを併用することの重要性を知ることができ
る。しかも、この高温強度及び常温強度を低下さ
せることなしに耐応力腐食割れ性を向上させるの
がNbである。
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
本発明は以上の如くであるから、加工比が小さ
いために結晶粒の微細化が期待できない成品であ
つても、高温強度及び常温強度を確保することが
できる。また本発明にあつては、Cを低減すると
共に、低Cによる強度不足を補うMoに対して相
乗的に作用するNの効果を減殺することのない
Nbの添加によつて、粒界腐食を防止し、また同
時に耐応力腐食割れ性をも向上せしめ、もつて従
来のオーステナイト系ステンレス鋼に匹敵する鋼
を得るに至つたものである。
いために結晶粒の微細化が期待できない成品であ
つても、高温強度及び常温強度を確保することが
できる。また本発明にあつては、Cを低減すると
共に、低Cによる強度不足を補うMoに対して相
乗的に作用するNの効果を減殺することのない
Nbの添加によつて、粒界腐食を防止し、また同
時に耐応力腐食割れ性をも向上せしめ、もつて従
来のオーステナイト系ステンレス鋼に匹敵する鋼
を得るに至つたものである。
第1図は試験熱処理のヒートパターンを示すグ
ラフ、第2図は常温引張試験結果を示すグラフ、
第3図は高温引張試験結果を示すグラフ、第4図
は粒界腐食割れ調査結果を示すグラフである。
ラフ、第2図は常温引張試験結果を示すグラフ、
第3図は高温引張試験結果を示すグラフ、第4図
は粒界腐食割れ調査結果を示すグラフである。
Claims (1)
- 1 C0.03%以下、Si1.0%以下、Mn2%以下、
Cr17.0〜19.0%、Ni9.0〜13.0%、Mo0.2〜0.5%未
満、N0.05〜0.15%、Nb0.3%を越え〜1.0%、残
部は実質的にFeから成る耐食性高強度オーステ
ナイト系ステンレス鋼。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8023478A JPS558433A (en) | 1978-06-30 | 1978-06-30 | Corrosion resistant, high strength austenitic stainless steel |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8023478A JPS558433A (en) | 1978-06-30 | 1978-06-30 | Corrosion resistant, high strength austenitic stainless steel |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS558433A JPS558433A (en) | 1980-01-22 |
| JPS6115147B2 true JPS6115147B2 (ja) | 1986-04-22 |
Family
ID=13712647
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8023478A Granted JPS558433A (en) | 1978-06-30 | 1978-06-30 | Corrosion resistant, high strength austenitic stainless steel |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS558433A (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59100219A (ja) * | 1982-11-27 | 1984-06-09 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 熱交換器用ステンレス鋼管の製造方法 |
| JPH0641624B2 (ja) * | 1985-05-13 | 1994-06-01 | 日新製鋼株式会社 | 加工硬化型非磁性ステンレス鋼 |
| JPS62222048A (ja) * | 1986-03-20 | 1987-09-30 | Kobe Steel Ltd | 時効後の極低温特性に優れたオ−ステナイト系ステンレス鋼 |
| CN106567009A (zh) * | 2015-10-10 | 2017-04-19 | 江苏锦越航空合金材料有限公司 | 耐高温耐腐蚀不锈钢及其生产方法 |
| CN106567010A (zh) * | 2015-10-10 | 2017-04-19 | 江苏锦越航空合金材料有限公司 | 一种耐腐蚀不锈钢及其生产方法 |
-
1978
- 1978-06-30 JP JP8023478A patent/JPS558433A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS558433A (en) | 1980-01-22 |
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