JPS62267452A - 溶接部の耐食性に優れた二相ステンレス鋼 - 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】 〔産業上の１１１用分野〕 本発明は溶接部の耐食性に優れたフェライトとオーステ
ナイトの二相からなるステンレス鋼に関するものである
。より詳しくは、海水あるいは塩化物等の環境下におい
て優れた耐食性を示し、特に溶接構造物として溶接施工
を伴う場合の溶接金属および溶接熱影響部においても耐
食性の劣下が少ない溶接用二相ステンレス鋼に関するも
のである。

〔従来の技術および問題点〕

ステンレス鋼は、一般に耐食材料として広範囲に用いら
れているが、最近の新しい用途として、海水環境化学プ
ラント！装置における熱交換器のチューブ等、さらには
塩化物、硫化水素、炭酸ガス等の環境に曝される油井管
等への使用例が増加しつつある。このような厳しい腐食
環境に対し、オーステナイト系ステンレス鋼では、　２
０Ｃｒ−２５Ｎ　ｉ−６Ｍｏｆｉ等が、また、高Ｃｒ系
ステンレス鋼では。

２９Ｃｒ−４Ｍｏｆ４や２８Ｃｒ−Ｉ　Ｍｏｍ等が用い
られている。しかし、オーステナイト系ステンレス鋼は
耐応力腐食割れ性に問題がある。また、高Ｃｒ系では製
造性と溶接部の靭性の低下の問題がある。

これに対し、オーステナイトとフェライトの二相Ｍｔ織
を有する二相ステンレス鋼は耐応力腐食割れ性に優れて
いると共に、製造性や機械的性質についても高Ｃｒ系ス
テンレス鋼に比べて優れた面をもっている。このような
ことから、既に２２Ｃｒ−５，５Ｎ　ｉ−３Ｍｏ、　２
３〜２８Ｃｒ−３〜６Ｎ　ｉ＝１．５〜３．ＯＭ。

系の二相ステンレス鋼が公表重版されている。

しかし、これらの二相ステンレス鋼は、構造物として溶
接施工を伴う場合、／８接金属および溶接熱影響部での
耐食性が劣り、その劣下の程度がオーステナイト系ステ
ンレス鋼より顕著であるという欠点を存している。この
原因は、フェライトとオーステナイトの二相組織からな
る母材が、溶接施工を受けることにより、溶接金属およ
び溶接熱影響部の一部が、フェライト単相となるために
耐食性が著しく劣下することに起因している。このよう
なことから５ＦＩ５３２９Ｊ１タイプの二相ステンレス
鋼を／８接構造材料として適用するについては耐食性の
観点から信頬が得られていないのが実情であり、特に濁
水あるいは塩化物等の環境下で使用される溶接構造材用
途向けには敬遠されていた。

本発明は、二相ステンレス鋼の前記の有利な特性を生か
しながらこの溶接部の耐食性の問題の解決を目的として
なされたものである。

ｃ問題点を解決する手段］ 本発明は、重〒％で、Ｃ：０．０３％以下、　　Ｓ　ｉ
：１．５％以下、　　Ｍｎ：２．０％以下、　　Ｃｒ：
１８．０〜３０．０％、　　Ｎｉ：５．Ｏ〜１２．０Ｏ
Ａ、　　Ｍａ：１．５〜５．０％、　　Ｎ　：ｏ、１ｏ
　〜（１，３０％。

残部：Ｆｅ及び不可避的不純物からなるステンレス鋼で
あって、且つ Ｎ（χ）≧（１／３０）ｘ　（χＮ　ｉ）−（１／１０
）および １２、０≦Ｆ値≦１６，０ 〔イ旦し、　　Ｆｌ直−Ｃｒ当量−Ｎｉ当量であり。

Ｃｒ当量＝％Ｃｒ＋％Ｍｏ　＋　４　Ｘ％ＳｔＮ　菫　
当　ｌ　　＝　　１．５　　×　％　Ｎｉ　　＋３Ｑｘ
　　（ＸＣ＋ＸＮ）　　＋０．５×％Ｍｎである］ の関係を満足する組成を有する溶接部の耐食性に優れた
二相ステンレス鋼を提供するものである。

更に本発明は、上記の綱に０．１〜１．０％のＣｕを追
撚してなる溶接部の耐食性に一層優れた二相ステンレス
鋼、そして、　Ｑ、Ｌ〜Ｌ、０％のＣｕおよび０．０２
〜０．１０％のＳｎを複合添加してなる溶接部の耐食性
に一層優れた二相ステンレス鋼を提供するものである。

すなわち本発明者らは、二相ステンレス鋼溶接部のフェ
ライト・オーステナイト相比と耐食性並びに相比におよ
ぼす合金元素の影響について広範な研究を重ねた結果、
溶接部の耐食性の改善に必要なフェライト・オーステナ
イト相比並びに当該相比を得るために必要な合金組成を
見い出し、従来の５ＵＳ３２９Ｊ１タイプの二相ステン
レス鋼に比べて著しく溶接部の耐食性に優れた二相ステ
ンレス鋼を得たものである。

本発明鋼における各成分の作用と含有量の限定の理由は
１次の通りである。

ＣＴＣは耐食性や耐孔食性の観点から低い方が良いが、
Ｃの低減にあたっての製造性の問題を配慮する必要もあ
ることから、その上限を０．０３％とした。

Ｓｉ：Ｓｉは製鋼時の脱酸のために添加を必要とするが
、その量が多くなると溶接性および加工性が悪くなるこ
と、並びに高温域でフェライト相を安定化し、急冷組成
のオーステナイト相の析出を抑えるためにその上限を１
．５％とした。

Ｍｎ：　Ｍｎは製鋼時の脱酸並びにオーステナイト安定
元素として添加を必要とするが、多すぎると耐食性を劣
下させるのでその上限を２．０％とした。

Ｃｒ：Ｃｒは二相ステンレス鋼中のフェライトＭｉ織を
得るための重要な元素であると共に、ステンレス鋼の耐
食性及び耐孔食性を得るためには極めて重要である。良
好な耐孔食性を得るには１８．０％以上のＣｒが必要で
あるが、　３０．０％を越えると鋼の製造性及び加工性
を劣下させるために３０．０％以下とした。

Ｎ　ｉ　：　Ｎ　ｉは二相ステンレス鋼中のオーステナ
イトＭｉ　織を得るための重要な元素である。オーステ
ナイト相生成のために、５．０％以上の添加を必要とす
るが、多く添加すると製造コストの上昇並びに製造の際
にσ脆化を生じやすいので１２．０％以下とした。

Ｍｏ：ＭｏはＣｒ、Ｎｉ、Ｎと共に本発明鋼における耐
食性、特に耐孔食性を高めるために有効に作用する。Ｍ
ｏが１．５％以下では充分な耐孔食性が得られず、一方
５．０％を越えると靭性の劣下及び製造コストが上昇す
るので、Ｍｏは１．５〜５．０％の範囲内とした。

ＳＵＮは本発明鋼の耐食性、特に耐孔食性を高めるのに
有効に作用する０本発明においては、耐食性を高めるこ
とができるがσ脆化をおこしやすいＮｉの増量を行う代
わりに、オーステナイト相をつくり得る元素であるＮを
０．１０％以上添加することが必要である。但し、Ｎが
０．３０％を越えると製造時にブローホールが発生し易
いことから制限がある。したがってＮ含有量は０．　ｔ
０〜０゜３０％の範囲内とし、Ｎｉとの関連量で下式（
１１の条件を満足するＮ含有量とする。

Ｎ（χ）≧（１／３０）　ｘ　（χＮ　ｉ）　−（１／
１０）　　・・・（１）＋１１式の規制理由：（１）式
は本発明鋼の耐食性を確保するＮの最低値を定めるもの
である。Ｎｉ当量はＣ、Ｎ　、　Ｍ　ｎ　＋およびＮｉ
によって定まるが１７容接部に析出したオーステナイト
相の耐食性の改善効果にはＮとＮｉの配分が問題となる
。即ち、溶接部に析出したオーステナイト相もＮの含有
量によって耐食性が著しく異なり１例えばＮの含有量が
０．１０％未満の場合は析出したオーステナイト相の耐
食性が劣るがＮの増加と共にオーステナイト相の耐食性
は向上し＝　　Ｃｒ　＋　Ｍ　ｏが？怨縮されているフ
ェライト相との相乗効果で溶接部全体の耐食性が向上す
ることがわかった。したがって、溶接部の耐食性の改善
には、析出するオーステナイト相中のＮの配分が極めて
重要であり、Ｎｉ量とのバランスを考慮してＮの最低値
をこの（１）弐によって規制することが本発明の目的を
達成するうえで重要な要件となり、この点が本発明鋼の
一つの特攻である。

Ｃｕ：Ｃｕは本発明鋼において耐応力腐食割れ性、耐全
面腐食性及び耐隙間腐食性を向上させるが、その効果は
０．１０％以上の添加において得られる。しかし、ｌ、
０％を超えて添加すると熱間加工性を害するのでその上
限を１．０％とする。

Ｓｎ：ＳｎはＣｕとの共存において耐隙間腐食性を向上
させる。その効果は０．０２％以上の添加において得ら
れるが、　０．１０％を越えると熱間加工性を害するの
でその上限を０．１０％とする。

Ｆ値：Ｆ（ｉｉに制限を設けた理由は２本発明の目的と
する溶接金匡の耐食性改善に必要なオーステナイト相の
ｆｉ保と製造性にもとず（。即ち、　　Ｆｌ直を１２．
０未満とした場合、常温におけるフエライト相の含有率
が４０％以下となり、この場合には製造時における熱間
圧延で耳割れが発生し易く熱間加工性が劣下するととも
に、熱延板の冷却時にσ相が発生し、靭性が極めて低下
するなどの問題がある。一方、Ｆ（ｆｉが１６．０を超
えると、高温域でのフェライト相が増加するとともに安
定化し、溶接のような溶融後に君、冷される組織におい
て析出するオーステナイト量が５％以下となり、母材に
比べて溶接部の耐食性が著しく低下する。従うて１本発
明の目的とする溶接金属の耐食性を向上させるとともに
、良好なる製造性をも維持せんとするためにはＦ値を１
２．０以上１６．０以下としなければならない。

〔実施例〕

母材及び溶接部についての腐食試験に供した鋼の化学成
分値とフェライトｔを表１に示した。

試料Ａ〜１（は比較ｍ＜但し、Ａ、Ｂ、Ｃは市販材）で
あり、試料１−Ｐは本発明鋼である。

比較鋼のうち試料Ｄ−Ｈは本発明鋼に類領した鋼である
がＦ値が１２．０〜１６．０の範囲を外れたちのである
。市販材であるＡ−Ｃ以外の谷状ｆＡＤ−Ｐについては
、　３０ｋｇ真空溶解炉で溶製後、鍛造、熱間圧延及び
冷間圧延して板厚２ｍｌ１に仕上げ、　１０５０℃ｌｏ
分保持後空冷の仕上焼鈍を行った。表１中のフェライト
量は光学顕微鏡にて組織を観察し。

ポイントカウントによる面積率で示した。

第１図に各試料について母材のＦ値とＣｒ当量およびＮ
ｉ当量の関係を、そして、第２図に溶接部におけるオー
ステナイトの析出量とＦ値の関係を示した。溶接部にお
けるオーステナイト相の析出量は、板厚２１１１１１の
板に電流１２ＯＡ、電圧１３ｖ。

溶接速度３０ｃｍ／分でＴＴＧ？８接（ビードオンプレ
ート）を行い、光学顕微鏡にて組織を観察しポイントカ
ウント法によりオーステナイト量を求めたものである。

第１図及び第２図から、溶接部のオーステナイト相の析
出を１０５以上とするためにはＦ（１１！を１６．Ｏ以
下にしなければならないことがわかる。即ち。

Ｆ値を１６．０以下になるようにＣｒ当量とＮｉ当量を
バランスさせれば溶接部にオーステナイトを１０％以上
析出させることができる。

第３図はＦ値が異なる試料についての高温引張試験の結
果を示す。第３図に見られるように、Ｆ値が１２．０よ
り低いと絞り率が著しく小さくなり。

熱間圧延時に耳割れなどの欠陥が発生する。

第４図に各試料の母材と溶接部の腐食試験の結果を総括
して示した。腐食試験は海水環境での使用を想定したも
のであり１本発明鋼及び比較鋼の母材及び溶接金属部を
（１／２０）ＮのｌｌＣｌ水溶液に５０ｇ／ｌのＦｅＣ
１＊を添加した５０゛ｃの試験液中に４８時間浸漬して
耐孔食性を試験した。腐食度の評価は毎時平方メートル
当たりの重１滅（ｇ／ｍ”・ｈｒ）として測定した。

第４図の結果に見られるように１本発明鋼はいずれも比
較鋼に比べて母材および溶接部とも耐孔食性が゛非常に
優れていることがわかる。

第５図は、試料Ｃ，Ｆ、Ｉ、Ｐについて母材および溶接
部の孔食電位を３．５％ＮａＣ１，５０℃〜７０　’Ｃ
溶液中で動電位法で測定した結果を示したものである。

第５図の結果から、何れの試料も温度が高くなるにつれ
て母材及び溶接部とも孔食電位は低くなるが１本発明鋼
である試料■及び試料Ｐの溶接部は比較鋼の試料Ｃ及び
試料Ｆの溶接部に比べて孔食電位の低下は少ないことが
認められる。特に本発明鋼である試料■と比較鋼の試料
Ｆとを対比すると、前者のＭｏの含有量が２．１％で、
後者のＭ０含有量が３．２％であるにもかかわらず、前
者の溶接部の孔食電位の低下は小さい。このことからも
本発明鋼の著しい改良が見られる。

次に、耐隙間腐食性を調べるために試料Ｂ、Ｃ，Ｋ、０
、Ｐについての母材及び溶接金属部を（１／２０）Ｎの
１１Ｃ！水？８液に５０ｇ／　１のＦｅＣ１ｚを添加し
た試験液中に浸潤する試験を行った。試験条件を第２表
に示した。なお、隙間腐食性は隙間部に腐食が発生する
温度をその鋼の限界温度として判定した。

第２表 この試験の結果を第６図に示した。

第６図の結果に見られるように１本発明鋼の試料に、Ｏ
，Ｐは、比較鋼の試料Ｂ、Ｃに比べて母材及び溶接部と
も隙間腐食が発生する限界温度が高く耐隙間腐食性が優
れていることがわかる。また２本発明鋼での試料に、Ｏ
，Ｐの鋼同士を比べると、　０．５５％Ｃｕ添加の試料
０．０．４８％Ｃｕと０．０５％Ｓｎを複合添加した試
料Ｐは無添加の試料Ｋに比べて母材及び溶接部とも孔食
発生の限界温度が高い。このことがらＣｕ、Ｓｎの耐隙
間腐食性改善効果がわかる。したがって、耐隙間腐食性
が特に要求される場合はＣｕの添加さらにはＣｕ−３ｎ
の複合添加は有利である。

第７図は耐粒界腐食性試験の結果を示したものである。

試験はＪＩＳ　Ｇ　０５７５法にもとすき溶接部を硫酸
−硫酸銅試験液で行い、同法に従って判定したものであ
る。

第７図の結果に見られるように、Ｆ値が１２．０〜１６
．０の範囲にある本発明鋼の溶接部（オーステナイトが
１０％以上析出している）は、比較鋼の試料Ｃ，Ｄ、　
Ｅに比べて耐粒界腐食性が優れていることがわかる。

以上のように２本発明の二相ステンレス鋼は耐孔食性、
耐隙間腐食性及び耐粒界腐食性に共に優れた溶接部を有
することができ、海水環境での用途１例えば化学プラン
ト発電用熱交換器のチューブ、コンデンサーなど溶接構
造を有する材料として非常に有益である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明鋼と比較鋼のＣｒ当量とＮｉ当量の関係
図１第２図は本発明鋼と比較鋼のＦ値と？８接部のオー
ステナイト析出量の関係図、第３図は本発明鋼と比較鋼
の高温引張試験での温度と絞り率の関係図、第４図は本
発明鋼と比較鋼の母材及び溶接部の５０℃における耐孔
食性試験の結果を示す図、第５図は本発明鋼と比較鋼の
母材及び溶接部の３．５χＮ　ａ　Ｃｌ　７８液中にお
ける温度と孔食電位の関係図、第６図は本発明鋼と比較
鋼の母材及び溶接部について１／２０　ＮのＭＣＩ水溶
液中に５０ｇ／　ｆのＦｅＣＩｔを添加した溶液中での
耐隙間腐食性の結果を示す図、そして、第７図は本発明
鋼及び比較鋼の溶接部の粒界腐食試験の結果を示す図で
ある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）重量％で、Ｃ：０．０３％以下、Ｓｉ：１．５％
   以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｃｒ：１８．０〜３０．０
   ％、Ｎｉ：５．０〜１２．０％、Ｍｏ：１．５〜５．０
   ％、Ｎ：０．１０〜０．３０％、残部：Ｆｅ及び不可避
   的不純物からなるステンレス鋼であって、且つ Ｎ（％）≧（１／３０）×（％Ｎｉ）−（１／１０）お
   よび １２．０≦Ｆ値≦１６．０ 〔但し、Ｆ値＝Ｃｒ当量−Ｎｉ当量であり、Ｃｒ当量＝
   ％Ｃｒ＋％Ｍｏ＋４×％Ｓｉ Ｎｉ当量＝１．５×％Ｎｉ＋３０×（％Ｃ＋％Ｎ）＋０
   ．５×％Ｍｎである〕 の関係を満足する組成を有する溶接部の耐食性に優れた
   二相ステンレス鋼。 （２）重量％で、Ｃ：０．０３％以下、Ｓｉ：１．５％
   以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｃｒ：１８．０〜３０．０
   ％、Ｎｉ：５．０〜１２．０％、Ｍｏ：１．５〜５．０
   ％、Ｎ：０．１０〜０．３０％、Ｃｕ：０．１〜１．０
   ％、残部：Ｆｅ及び不可避的不純物からなるステンレス
   鋼であって、且つ Ｎ（％）≧（１／３０）×（％Ｎｉ）−（１／１０）お
   よび １２．０≦Ｆ値≦１６．０ 〔但し、Ｆ値＝Ｃｒ当量−Ｎｉ当量であり、Ｃｒ当量＝
   ％Ｃｒ＋％Ｍｏ＋４×％Ｓｉ Ｎｉ当量＝１．５×％Ｎｉ＋３０×（％Ｃ＋％Ｎ）＋０
   ．５×％Ｍｎである〕 の関係を満足する組成を有する溶接部の耐食性に優れた
   二相ステンレス鋼。 （３）重量％で、Ｃ：０．０３％以下、Ｓｉ：１．５％
   以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｃｒ：１８．０〜３０．０
   ％、Ｎｉ：５．０〜１２．０％、Ｍｏ：１．５〜５．０
   ％、Ｎ：０．１０〜０．３０％、Ｃｕ：０．１〜１．０
   ％、Ｓｎ：０．０２〜０．１０％、残部：Ｆｅ及び不可
   避的不純物からなるステンレス鋼であって、且つ Ｎ（％）≧（１／３０）×（％Ｎｉ）−（１／１０）お
   よび １２．０≦Ｆ値≦１６．０ 〔但し、Ｆ値＝Ｃｒ当量−Ｎｉ当量であり、Ｃｒ当量＝
   ％Ｃｒ＋％Ｍｏ＋４×％Ｓｉ Ｎｉ当量＝１．５×％Ｎｉ＋３０×（％Ｃ＋％Ｎ）＋０
   ．５×％Ｍｎである〕 の関係を満足する組成を有する溶接部の耐食性に優れた
   二相ステンレス鋼。