JP7421420B2 - 二相ステンレス鋼 - Google Patents
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Description
PRE=[Cr]+3.3[Mo]+16[N] ・・・(a)
GCE=-[Cr]+5[Ni]+7[Mo]+4[Cu]+25[Sn]-16[N] ・・・(b)
(式(a)及び(b)中、[Cr]、[Mo]、[N]、[Ni]、[Cu]及び[Sn]は、それぞれの成分の含有量(質量%)を表す。)
本発明の一実施形態に係る二相ステンレス鋼は、特定の成分組成を有し、これにより、耐孔食性及び耐硫酸腐食性が共に良好なものとなる。
当該二相ステンレス鋼は、所定量のC、Si、Mn、P、S、Cr、Ni、Mo、Cu、N及びSnを含有し、残部がFe及び不可避的不純物である。さらに、当該二相ステンレス鋼は、所定量のAl及びMgからなる群より選ばれる1種又は2種、並びに所定量のBを含有することが好ましい。以下、各成分の含有量の数値範囲とその限定理由について説明する。
C(炭素)は鋼中に固溶して、強度を向上させる元素である。但し、Cの含有量が0.03質量%を超えると、溶接等の入熱に伴って鋭敏化し、耐食性、耐孔食性等が劣化する。Cの含有量の上限は、0.025質量%が好ましく、0.022質量%がより好ましく、0.020質量%がさらに好ましい。一方、Cの含有量の下限は、上記強度向上効果を十分発揮させるためには、0.001質量%が好ましく、0.006質量%がより好ましく、0.012質量%がさらに好ましい。
Si(ケイ素)は脱酸剤として有効な元素である。この効果を得るために、Siの含有量の下限は0.2質量%であり、0.3質量%が好ましく、0.34質量%がより好ましい。一方、Siが過剰に含有することによる延性の低下を抑制するために、Siの含有量の上限は、1.0質量%であり、0.7質量%が好ましく、0.5質量%がさらに好ましい。
Mn(マンガン)は脱酸及び脱硫に有効な元素である。この効果を得るために、Mnの含有量の下限は0.4質量%であり、0.5質量%が好ましく、0.6質量%がより好ましい。一方、Mnが過剰に含有すると、孔食起点となる介在物の析出を引き起こし、耐孔食性が低下するため、Mnの含有量の上限は、1.0質量%であり、0.9質量%が好ましく、0.8質量%がより好ましい。
P(リン)は鋼中に不可避的に含まれる元素であり、過剰に存在すると熱間加工性等が低下する。従って、Pの含有量の上限は、0.03質量%であり、0.025質量%が好ましく、0.02質量%がさらに好ましい。一方、Pの含有量の下限は、実質的に0質量%であってよく、0.001質量%、0.005質量%又は0.01質量%であってもよい。
S(硫黄)は鋼中に不可避的に含まれる元素であり、過剰に存在すると熱間加工性、耐食性、耐孔食性等が低下する。従って、Sの含有量の上限は、0.002質量%であり、0.0015質量%が好ましい。一方、Sの含有量の下限は、実質的に0質量%であってよく、0.0001質量%又は0.0005質量%であってもよい。
Cr(クロム)は不働態皮膜を形成し耐食性、耐孔食性等を向上させるための基本的な元素である。この効果を十分に得るために、Crの含有量の下限は25.0質量%であり、25.2質量%が好ましい。一方、Crが過剰に存在すると、溶接等の入熱を受けた場合にσ相等の金属間化合物を析出させ、耐食性、耐孔食性等が低下し易くなる。従って、Crの含有量の上限は26.0質量%であり、25.9質量%が好ましい。
Ni(ニッケル)はオーステナイト相を増加及び安定化させるために必要な元素であり、また、活性溶解を抑制することで耐硫酸腐食性を向上させる効果もある。十分な耐孔食性及び耐硫酸腐食性を発揮するために、Niの含有量の下限は、5.5質量%であり、6.0質量%が好ましく、6.5質量%がより好ましい。一方、Niの過剰な添加は材料コストの増加に繋がるため、Niの含有量の上限は7.5質量%であり、7.3質量%が好ましい。
Mo(モリブデン)は、不働態皮膜の再不働態化を促進させることで、耐食性、耐孔食性等を向上させる元素である。上記効果を得るために、Moの含有量の下限は、3.0質量%であり、3.1質量%が好ましい。一方、Moが過剰に存在すると、溶接等の入熱を受けた場合にσ相等の金属間化合物を析出させ、耐食性、耐孔食性等が低下し易くなる。従って、Moの含有量の上限は、3.5質量%であり、3.4質量%が好ましい。
Cu(銅)は、ニッケルと同様にオーステナイト相を増加及び安定化させる作用をもつ元素であり、活性溶解を抑制することで耐硫酸腐食性を向上させる効果もある。十分な耐孔食性及び耐硫酸腐食性を発揮するために、Cuの含有量の下限は、0.2質量%であり、0.3質量%が好ましく、0.4質量%がより好ましい。一方、Cuの過剰な存在は、熱間加工性の低下等を招く。従って、Cuの含有量の上限は、0.6質量%であり、0.55質量%が好ましい。
N(窒素)は、オーステナイト相に固溶して、強度、耐孔食性等を高める元素である。上記効果を得るために、Nの含有量の下限は、0.24質量%であり、0.25質量%が好ましい。一方、Nの過剰な存在は、耐硫酸腐食性を低下させ、また、溶接等の入熱時にクロム窒化物が形成することにより耐食性、耐孔食性等が低下する場合もある。従って、Nの含有量の上限は、0.35質量%であり、0.32質量%が好ましく、0.30質量%がより好ましい。
Sn(スズ)は、溶液中にイオンとして溶出し活性溶解を抑制することで耐硫酸腐食性を向上させる効果を有する元素である。上記効果を得るために、Snの含有量の下限は、0.04質量%であり、0.05質量%が好ましい。一方、Snの過剰な存在は、Cuと同様に熱間加工性等の低下を招く。従って、Snの含有量の上限は、0.35質量%であり、0.33質量%が好ましい。
任意成分であるAl(アルミニウム)は、脱酸に有効な元素であり、必要に応じて添加することで、孔食を引き起こす好ましくない酸化物の生成を抑制することができる。上記効果を得るために、Alの含有量の下限は、0.001質量が好ましく、0.003がより好ましい。一方、Alの過剰な存在は、多量の酸化物の析出による耐食性や靭性の劣化を引き起こす。従って、Alの含有量の上限は、0.02質量%が好ましく、0.01質量%がより好ましい。
任意成分であるMg(マグネシウム)は、脱酸・脱硫に有効な元素であり、必要に応じて添加することで、孔食を引き起こす好ましくない酸化物・硫化物の生成を抑制することができる。上記効果を得るために、Mgの含有量の下限は、0.0001質量%が好ましく、0.0005質量%がより好ましく、0.001質量%がさらに好ましい。一方、Mgの過剰な存在は、多量の酸化物・硫化物の析出による耐食性や靭性の劣化を引き起こす。従って、Mgの含有量の上限は、0.01質量%が好ましく、0.005質量%がより好ましい。またCaはMgと同様の脱酸・脱硫効果を有することが非特許文献4に記載されていることから、Mgの代わりにCaを添加してもよい。Caを添加する場合のその含有量としては、例えば上記Mgの好適な含有量の範囲と同様である。
任意成分であるB(ホウ素)は、熱間加工性、耐食性、耐孔食性等を向上させる元素であるが、過剰な存在はホウ素化物が析出し、かえって熱間加工性の低下を招く場合がある。従って、Bの含有量は0.001質量%以上0.003質量%以下が好ましい。
当該二相ステンレス鋼を構成する成分組成の基本成分は上記のとおりであり、残部成分はFe及び不可避的不純物である。不可避的不純物は、溶製時に不可避的に混入する不純物などであり、鋼の諸特性を害さない範囲で含有される。また、当該二層ステンレス鋼の成分組成は、本発明の効果に悪影響を与えない範囲で、上記成分に加えて、さらに他の元素を含有していてもよい。
PRE=[Cr]+3.3[Mo]+16[N] ・・・(a)
式(a)中、[Cr]、[Mo]及び[N]は、それぞれの成分の含有量(質量%)を表す。
GCE=-[Cr]+5[Ni]+7[Mo]+4[Cu]+25[Sn]-16[N] ・・・(b)
(b)中、[Cr]、[Ni]、[Mo]、[Cu]、[Sn]及び[N]は、それぞれの成分の含有量(質量%)を表す。
当該二相ステンレス鋼の組織は、実質的にフェライト相とオーステナイト相とからなり、残部は析出物及び介在物等である。
当該二相ステンレス鋼の製造方法は特に限定されるものではない。当該二相ステンレス鋼は、通常、上記成分組成を有するように溶製することで得ることができる。溶製は、電気炉、真空脱炭炉等により行うことができる。溶製された二相ステンレス鋼は、例えば、造塊法によりインゴットに製造されてもよいし、連続鋳造法により鋳片(スラブ、ブルーム又はビレット)に製造されてもよい。
当該二相ステンレス鋼の形状としては、特に限定されず、板状、棒状、管状等であってよいが、管状であることが好ましい。すなわち、当該二相ステンレス鋼は、鋼管として好適に用いられる。鋼管としては、シームレス鋼管、電縫鋼管、UOE鋼管やスパイラル鋼管等の溶接鋼管、鍛接鋼管等が挙げられる。
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、上記態様の他、種々の変更、改良を施した態様で実施することができる。
真空誘導溶解炉(VIF)を用いて、表1に記載のNo.1の成分組成(残部はFe及び不可避的不純物)の150kg円柱状インゴットを作製した。インゴットを800~1250℃で熱処理し、1250℃~950℃の温度域で熱間鍛造を行いφ150×L800mmの棒材を作製した、さらにこの鋼材に熱間押出、冷間抽伸を加えOD25.4×WT2.0~2.2×L6000mmの鋼管を作製した。この鋼管から試験片(No.1)を採取し、以下の試験(耐孔食性評価及び耐硫酸腐食性評価)に使用した。
上記各試験片を#600で研磨後、導線を溶接し10×10mmの試験面だけ残して試験片全体をシリコン被覆材で被覆した。この試験片を80℃の人工海水に10分浸漬後、ポテンショスタットで掃引速度20mV/minでアノード方向に電流密度が1mA/cm2を超えるまで分極した。電流密度が100μA/cm2を超えたときの電位を孔食電位とし、N=3で測定して平均を測定値とした。なお参照電極は飽和カロメル電極(SCE)を用いた。孔食電位が0.6V vs.SCE以上の場合、耐孔食性が良好(〇)であり、孔食電位0.6V vs.SCE未満の場合、耐孔食性が不十分(×)であると判定した。結果を表1に示す。
上記各試験片を#600で研磨後、600mLの沸騰10%硫酸に24時間浸漬し、浸漬前後の質量変化から腐食速度を算出した。腐食速度が0.01g/m2/hr未満の場合、耐硫酸腐食性が良好(〇)であり、腐食速度が0.01g/m2/hr以上の場合、耐硫酸腐食性が不十分(×)であると判断した。結果を表1に示す。
Claims (3)
- C:0.03質量%以下、
Si:0.2質量%以上1.0質量%以下、
Mn:0.4質量%以上1.0質量%以下、
P:0.03質量%以下、
S:0.002質量%以下、
Cr:25.0質量%以上26.0質量%以下、
Ni:5.5質量%以上7.5質量%以下、
Mo:3.0質量%以上3.5質量%以下、
Cu:0.2質量%以上0.6質量%以下、
N:0.24質量%以上0.35質量%以下、及び
Sn:0.04質量%以上0.35質量%以下
を含有し、残部がFe及び不可避的不純物であり、
下記式(a)で表されるPRE値が39.0以上42.0以下であり、
下記式(b)で表されるGCE値が30.0以上40.0以下である二相ステンレス鋼。
PRE=[Cr]+3.3[Mo]+16[N] ・・・(a)
GCE=-[Cr]+5[Ni]+7[Mo]+4[Cu]+25[Sn]-16[N] ・・・(b)
(式(a)及び(b)中、[Cr]、[Mo]、[N]、[Ni]、[Cu]及び[Sn]は、それぞれの成分の含有量(質量%)を表す。) - Al:0.001質量%以上0.02質量%以下、及び
Mg:0.0001質量%以上0.01質量%以下
からなる群より選ばれる1種又は2種をさらに含有する請求項1に記載の二相ステンレス鋼。 - B:0.001質量%以上0.003質量%以下
をさらに含有する請求項1又は請求項2に記載の二相ステンレス鋼。
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