JPS626615B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は、特に海水に対する耐孔食性、隙間
腐食性が極めて良好な高耐食性二相ステンレス鋳
鋼品を、安定・確実に量産する方法に関するもの
である。 近年の工業の急速な発展ぶりには目を見張るも
のがあるが、それにともなつて海水の有効利用を
目ざした各種プラントや装置類の開発も急増して
きており、これらにおいてはもちろんのこと、海
水との接触を余儀無くされてきた従来の各種機器
類においても、海水に対してより安定した耐食性
を有する金属材料に対する要求はますますの高ま
りをみせてきている。 従来、これらの要求に対しては、比較的耐海水
性にすぐれている高Cr低Ni系二相ステンレス鋼
が重宝されており、海水プラント、船舶、発電所
等のポンプやバルブ等への使用が増大してきてい
る。 しかしながら、SCS11（25Cr―5Ni―2Mo）に
代表される二相ステンレス鋼は、温度の比較的高
い海水に対しての耐孔食性、及び耐隙間腐食性が
十分でないという問題点を有するものであつた。 そこで、これらの問題に対処するため、Ｃ：
0.05％以下、Si：2.0％以下、Mn：2.0％以下、
Cr：22％を越え35％まで、Ni：5.0〜9.0％、
Mo：0.5〜5.0％、Cu：0.10〜0.60％、Ｐ：0.04％
以下、Ｓ：0.03％以下、Ｎ：0.30％以下を含有
し、さらにＷ：0.05〜1.5％又はＶ：0.05〜1.5％
のいずれか１種を含み、残部が実質的にFeより
成る、熱交換器や海洋構造物用材料としての高
Cr低Ni系二相ステンレス鋼が先に提案された
（特公昭53―43372号）。 ところで、耐海水性にすぐれた材料が要求され
るのは何も構造用素材のみではなく、前述のよう
に、ポンプやバルブ等のような鋳造によつて製造
される機器部材も同様の事情にあり、このような
部材を二相ステンレス鋼にて製造するには、通
常、砂型に溶鋼を注湯して凝固せしめた後、その
まま常温まで放置して冷却するのを待つた上で型
ばらしをし、製品を取出すという方法が採用され
ていたが、σ相を析出しやすい二相ステンレス鋼
にて鋳造品を製造しようとすると、鋳造凝固後室
温までの冷却過程中にフエライト相の一部がσ＋
γ相に変態し、室温において靭性及び延性が著し
く低下してσ相脆化割れを発生するという不都合
を回避することができず、従つて鋳鋼品を安定し
て量産し難いという欠点があつた。そして、これ
は比較的高い温度の海水に対しても良好な耐食性
を示すところの、前記特公昭53―43372号公報に
提案された二相ステンレス鋼においても例外では
なかつた。従つて、これを鋳造に供して耐海水性
能良好な鋳鋼品を製造しようとした本発明者等の
実験・研究によつても、通常の鋳造法を採用した
のでは、やはり前述のような問題を免れることが
できないとの結論を下さざるを得ないものであつ
た。 本発明者等は、上述のような観点から、比較的
高い温度領域の海水に対しても良好な耐食性を示
す鋳鋼品を、格別複雑な装置を要することなく、
安定かつ歩留り良く量産すべく、特に前記特公昭
53―43372号公報に記載されている構造用高Cr低
Ni系二相ステンレス鋼の有する優れた耐海水性
に着目して、この二相ステンレス鋼を鋳鋼として
使用した場合に生ずる上記諸問題を解決すること
を目ざして種々研究を重ねた結果、基本的には上
記特許公報に記載されているのとほぼ同様組成の
高Cr低Ni系二相ステン鋼の溶湯を、砂型又は金
型等の鋳型に鋳込んだ後、凝固した鋳鋼品が1000
℃を下回わらない温度を保つている間に型ばらし
を行つて急冷してやれば、σ相の析出が効率良く
抑制でき、σ相脆化割れを生じない耐海水性にす
ぐれた鋳鋼品を安定して製造できるとの知見を得
るに至つたのである。 この発明は、上記知見に基づいてなされたもの
であつて、 Ｃ：0.05％以下（以下、成分量を示す％は重量
％とする）、 Si：2.0％以下，Mn：2.0％以下， Cr：22.0〜30.0％，Ｎ：4.0〜11.0％， Mo：0.5〜5.0％，Cu：0.10〜0.60％， Ｐ：0.04％以下，Ｓ：0.03％以下， Ｎ：0.25％以下， を含有するとともに、さらに、 Ｗ：0.05〜1.50％，Ｖ：0.05〜1.50％，のうち
のいずれか１種をも含有し、 Fe及び不可避不純物：残り、 から成る成分組成の高Cr低Ni系ステンレス鋼溶
湯を鋳型に注入し、凝固せしめた後、それが1000
℃未満の温度域にまで温度降下する前の高温状態
にある間に型ばらしを行い、その後直ちに急冷し
してσ相の析出を抑制することによつて、σ相脆
化割れを発生することなく、耐海水性にすぐれた
二相ステンレス鋳鋼品を安定して製造できるよう
にしたことに特徴を有するものである。 つぎに、この発明の二相ステンレス鋳鋼品の製
造方法において、鋼の組成成分量、及び型ばらし
時の温度を上記の通りに限定した理由を説明す
る。 Ａ 組成成分量 Ｃ Ｃは二相ステンレス鋼の耐隙間腐食性に悪影響
を及ぼすので、出来るだけ低く抑えることが望ま
しいが、鋼の製造コストとの兼ね合いから、その
含有量を0.05％以下と定めた。 Si Siは脱酸剤として有効な元素である上、鋳造
性、特に溶鋼の流動性を改善する作用があるが、
2.0％を越えて含有させると溶接割れ感受性が高
くなることから、その含有量を2.0％以下と定め
た。 Mn Mn成分は脱酸剤・脱硫剤として有用な元素で
あるが、2.0％を越えて含有させると孔食・隙間
腐食性を劣化させるようになることから、その含
有量を2.0％以下と定めた。 Cr Cr成分はステンレス鋼として重要な元素であ
り、特に耐孔食性、耐隙間腐食性、及び一般耐食
性を著しく向上させる作用があるが、その含有量
が22.0％未満では前記作用に所望の効果が得られ
ず、一方30.0％を越えて含有させると鋳造性及び
靭性を劣化するようになることから、その含有量
を22.0〜30.0％と定めた。 Ni Ni成分には、鋼の機械的性質及び一般耐食性
を著しく向上させる作用があるが、その含有量が
4.0％未満では前記作用に所望の効果を得ること
ができないうえ、所望のフエライト―オーステナ
イト二相組織を得ることができなくなる。一方、
Niは高価な元素であり、11.0％を越えて含有させ
ると、その効果の割には価格の高い鋼となること
から、Ni成分含有量を4.0〜11.0％と定めた。 Mo Mo成分には、鋼の耐海水性を著しく向上させ
る作用があるが、その含有量が0.5％未満では前
記作用に所望の効果が得られず、一方5.0％を越
えて含有させてもそれ以上の目立つた向上効果が
得られないばかりか、鋼価格の上昇を招くように
なることから、その含有量を0.5〜5.0％と定め
た。 Cu Cu成分はこの発明における二相ステンレス鋼
の重要成分であり、鋼の耐孔食性、耐隙間腐食
性、並びに一般耐食性を著しく向上させる作用を
有しているが、Moと共存させた場合、その含有
量が0.10％未満では前記作用に所望の効果を得る
ことができず、一方0.60％を越えて含有させると
逆に耐食性が劣化するようになることから、その
含有量を0.10〜0.60％と定めた。 Ｐ Ｐ含有量が0.04％を越えると鋼の溶接性が劣化
することから、鋼中のＰ含有量を0.04％以下と定
めた。 Ｓ Ｓは鋼の耐孔食性、耐隙間腐食性に悪影響を及
ぼす元素であり、その含有量は出来るだけ少ない
方が良い。しかしながら、鋼の製造コストを考慮
して、Ｓの含有量を0.03％以下と定めた。 Ｎ Ｎは、Moと共存させると耐食性の向上に著し
い効果を発揮するものであるが、0.25％を越えて
含有させると鋼にブローホールを生じさせて鋼質
を悪化するようになることから、Ｎ含有量を0.25
％以下と定めた。 Ｗ及びＶ Ｗ成分及びＶ成分には、Mo及びCr等との共存
で海水に対する鋼の耐孔食性、耐隙間腐食性をさ
らに向上するという均等な作用があるが、その含
有量がそれぞれ0.05％未満では前記作用に所望の
結果を得ることができず、該効果は0.05％の含有
量から顕著になり、1.50％まで漸増する。しかし
ながら、1.50％を越えて添加してもそれ以上の耐
食性向上効果が得られないばかりか、鋼の溶接性
を劣化するようになることから、Ｗ成分及びＶ成
分の含有量をそれぞれ0.05〜1.50％と定めた。 Ｂ 型ばらし温度 高Cr、高Mo系二相ステンレス鋳鋼品は、第１
図に示すTTT曲線からも明らかなように、950℃
以下の温度でフエライト相のσ＋γ相への変態が
起り、温度の低下と共に変態開始時間は短時間側
へ移行して850℃がノーズとなり極めて短時間で
σ相が析出する。このため、鋳鋼品は鋳造凝固後
の冷却過程の徐冷によつて、フエライト相のσ＋
γ相への変態が容易に進行し、σ相脆化割れを発
生する。このようなことから、高温状態時の型ば
らし温度を、フエライト相のσ＋γ相への変態が
起らない1000℃までに限定したのである。 なお、この発明における急冷とは、水冷や、水
スプレー冷却等、要するにσ相の析出が抑えられ
る程度の冷却速度の得られるものであれば如何な
る方法をも採用することができる。 また、この発明の方法によつて得られる二相ス
テンレス鋳鋼品は、フエライト量が40〜60％とな
るように調整されるのが好ましい。なぜなら、フ
エライト量はその機械的性質に大きく影響し、そ
の量が40％未満では耐力が低く、一方60％を越え
ると強度並びに靭性に劣化傾向がみられるからで
ある。 ついで、実施例により比較例と対比しながらこ
の発明を具体的に説明する。 実施例 まず、通常の方法によつて第１表に示す如き成
分組成の鋳鋼Ａ〜Ｎをそれぞれ溶製した。なお、
第１表中の＊印は、その点における化学成分量が
本発明対象鋼から外れていることを示すものであ
る。 つづいて、各鋳鋼Ａ〜Ｎの溶湯を砂型に鋳造し
て、25〜100mm×40〜100mm×400mm（鋳込み重
量：140Kg）の段付材を得た。この

【表】 鋳造の際には、溶鋼注湯後26分27秒経過してから
型ばらしを行ない、表面温度が1000℃で直ちに水
冷した。得られた段付鋳鋼材のフエライト量を測
定し、その値を第１表に併せて示した。 つぎに、得られた各鋳鋼材を1100℃×4hr・水
冷の溶体化処理を行つた後、該各鋳鋼材から試験
片を切り出し、沸騰１％HCl溶液中における腐食
速度、及び海水中の耐隙間腐食性を調べた。 第２図は、沸騰１％HCl溶液中における鋳鋼品
Ａ〜Ｎの腐食速度を示したものであるが、本発明
方法によつて得られた鋳鋼品は、従来のオーステ
ナイトステンレス鋼（鋼種Ｉ）に比較しても耐食
性が大幅に改善されており、同一Crレベルの二
相ステンレス鋼品Ｊ〜Ｎと比べても、腐食速度が
約10分の１という低い値を示していることがわか
る。 第３図は、海水中の耐隙間腐食性を実験室的試
験法で試験した結果を示すものである。試験方法
としては、３mm×20mm×30mmと、３mm×12mm×30
mmの２枚の試片を重ね合せて、テフロン製ボル
ト・ナツトで締め付け、試験片に隙間を形成した
ものを使用した。腐食環境としては、３％NaCl
＋1/20ＭのNa₂SO₄からなる80℃の人工海水を用
いた。そして、腐食試験期間は30日とした。 第３図に示される結果からも、本発明方法で得
られた鋳鋼品Ａ〜Ｈは、腐食量が微小であり、実
際の高温海水中においても極めて良好な耐海水性
能を示すことが明らかである。 ついで、第１表に示される鋼種Ａの成分組成の
鋼溶湯を、前記と同様の砂型２個に鋳造し、１個
は前記と同様、注湯後26分27秒経過してから型ば
らしを行い、表面温度1000℃で水冷した（本発明
方法）。 他の１個は、砂型に鋳込んだまま室温まで放置
した（従来法）。 このようにして得られた２個の二相ステンレス
鋳鋼品について、放射線試験、ダイチエツク試
験、及び顕微鏡試験を行つたところ、第２表に示
されるような結果が得られ、また第４図に示され
るような顕微鏡組織が観察された。

【表】 第２表に示される結果からは、本発明の方法に
よれば割れ発生が全く認められない健全な鋳塊が
得られるのに対して、従来法ではσ相析出による
脆化割れが発生することが明らかである。 また、第４図からは、本発明方法で得られた鋳
塊（第４図ａ）ではσ相の析出が全く認められな
い〔フエライト＋オーステナイト〕の二相組織が
観察されたのに対して、従来法で得られた鋳塊
（第４図ｂでは多量のσ相析出が認められた。 以上の実施例からも明らかなように、この発明
の方法を実施することにより、σ相析出による脆
化割れを生じない健全な耐海水性にすぐれた鋳鋼
品を安定して得られることがわかる。 上述のように、この発明によれば、耐海水性に
極めてすぐれた二相ステンレス鋳鋼品を、複雑な
設備や手数を要することなく、低コストに安定し
て量産することが可能となり、海水プラントやそ
の他機器類の適用分野をさらに拡大することがで
きるなど、工業上有用な効果がもたらされるので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は高Cr高Mo系二相ステンレス鋼のTTT
曲線であり、第２図は沸騰１％HCl溶液中におけ
る各種鋳鋼品の腐食速度を比較した結果を示すグ
ラフ、第３図は海水中における各種鋳鋼品の耐隙
間腐食性を比較した結果を示すグラフ、第４図は
二相ステンレス鋼の顕微鏡写真図で、第４図ａは
本発明方法によつて得られた鋳鋼品の組織を示す
ものであり、第４図ｂは従来法によつて得られた
鋳鋼品の組織を示すものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Ｃ：0.05％以下， Si：2.0％以下， Mn：2.0％以下， Cr：22.0〜30.0％， Ni：4.0〜11.0％， Mo：0.5〜5.0％， Cu：0.10〜0.60％， Ｐ：0.04％以下， Ｓ：0.03％以下， Ｎ：0.25％以下， を含有するとともに、さらに、 Ｗ：0.05〜1.50％， Ｖ：0.05〜1.50％， のうちのいずれか１種をも含有し、 Fe及び不可避不純物：残り、 から成る成分組成（以上重量％）の高Cr低Ni系
   ステンレス鋼溶湯を鋳型に注入し、凝固せしめた
   後、それが1000℃未満の温度域にまで温度降下す
   る前の高温状態にある間に型ばらしを行い、その
   後直ちに急冷してσ相の析出を抑制することを特
   徴とする、耐海水性にすぐれた二相ステンレス鋳
   鋼品の製造方法。