JPH0121863B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は、海岸地帯や、生活水と接触する場
所等の中性塩環境で優れた耐食性を発揮する安価
なオーステナイトステンレス鋼に関するものであ
る。 従来から、化学装置用各種機器、熱交換チユー
ブ、淡水化プラント、温水器、食品加工機器等の
中性塩環境下で使用される装置・機器類には、耐
食性を考慮してSUS304やSUS316等のオーステ
ナイト系ステンレス鋼が広く使用されているが、
それでも孔食、隙間腐食、或いは応力腐食割れ等
に起因する数多くの事故が報告されており、その
上、SUS316鋼にあつては２％以上（以下％は重
量割合とする）のMoが添加されているので、そ
の価格が比較的高くなるという不利な面も存在し
ていたのである。 一方、近年に至つて、中性塩環境下でも比較的
良好な耐応力腐食割れ性を発揮する素材として、
SUS444に代表されるMo含有高純度フエライト
ステンレス鋼の使用も試みられ始めたが、このよ
うなMo含有高純度フエライトステンレス鋼は、
成形性、溶接性、及び靭性の面での特性が良好で
なく、前述のような機器類に適用するにはなお解
決されなければならない多くの問題を抱えている
ものであつた。 本発明者等は、上述のような観点から、従来、
海岸地帯や生活水環境でしばしばトラブルを発生
したSUS304やSUS316鋼、或いはMo含有高純度
フエライトステンレス鋼の欠点を補い、中性塩環
境中での耐孔食性、耐隙間腐食性、耐応力腐食割
れ性、及びその他の耐食性に十分な効果を発揮す
るとともに、成形や組立て加工にも優れた鋼を提
供すべく研究を行つた結果、 18−８型オーステナイト系ステンレス鋼の組成
を基本とし、そのMo添加量を減ずるとともにSi、
Cu及びＮの添加量を適度にコントロールするこ
とに加えて、不可避的に鋼中へ混入するＢ含有量
を所定値以下に制限すれば、その相乗的な効果と
して、中性塩環境中における耐食性がより向上す
る上、優れた高温耐酸化性をも示し、しかも価格
のより安いオーステナイトステンレス鋼を実現で
きること、 を知見す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
であり、オーステナイトステンレス鋼を、 Ｃ：0.08％以下、 Si：2.0％を越え4.0％以下、 Mn：2.00％以下、 Cr：16.00〜20.00％、 Ni：8.00〜13.00％、 Mo：0.30〜1.50％、 Cu：0.30〜2.00％、 Ｎ：0.05〜0.30％、 を含有するとともに、必要に応じてさらに、 Nb：0.10％未満、 をも含み、かつ、式、 Ni−bal.＝Ni（％）＋30〔Ｃ（％）＋Ｎ（％）〕 ＋0.5Mn（％）−1.1〔Cr（％） ＋1.5Si（％）＋Mo（％）＋0.5Nb（％）〕 ＋8.2 で表わされるNi−bal.が−2.5〜＋1.0の範囲であ
り、 Fe及び不可避不純物：残り、 但し、該不純物中において、 Ｂ：0.0020％以下（20ppm以下） である成分組成とすることにより、中性塩環境で
の耐食性を一段と向上せしめ、かつ優れた高温耐
酸化性をも付与せしめた点に特徴を有するもので
ある。 なお、この発明のオーステナイトステンレス鋼
は、その製造手段の如何を問わず、また鋳造品、
鍜造品、圧延材等の製品形態の如何を問わず、中
性塩環境中で優れた耐食性を発揮するとともに、
高温に曝される環境においても非常に優れた耐酸
化性を発揮するという諸特性に何ら変化を来たす
ことがない。 ついで、この発明のステンレス鋼において、そ
の成分組成を前記のように限定した理由を説明す
る。 (a) Ｃ Ｃの過剰添加は溶接時の熱影響部に炭化物を
析出することとなつて耐食性を劣化するので、
その含有量はできるだけ低い方が好ましい。特
に、Ｃ含有量が0.08％を越えると耐食性劣化が
著しくなることから、その含有量を0.08％以下
と定めた。 (b) Si Si成分は本発明鋼において特に重要な元素で
あり、後に述べる如く鋼の耐孔食性、耐塩酸
性、耐応力腐食割れ性、及び耐高温酸化性を高
める作用があるが、その含有量が2.0％を越え
ると効果が顕著に現われ、2.0％以下になると
前記作用に所望の効果を得ることができず、所
望の耐孔食性、耐塩酸性、耐応力腐食割れ性、
並びに耐高温酸化性を兼ね備えた鋼が実現でき
ない。他方、4.0％を越えてSiを含有させると、
フエライトが形成されるようになるほか、成形
性や熱間加工性等を劣化するようになることか
ら、その含有量を2.0％を越え4.0％以下と定め
た。 (c) Mn Mn成分は、ステンレス鋼製造上の脱酸剤と
して作用するほか、Ｓと化合してマンガン硫化
物を作つて熱間脆性を防止する作用をも有する
ものであるが、その含有量が2.00％を越えると
材料の内部性状を悪化するようになることか
ら、Mn含有量を2.00％以下と定めた。 (d) Cr クロム成分はステンレス鋼の腐食性に対して
強い抵抗性を有する元素であり、オーステナイ
トステンレス鋼の耐食性を確保するためには少
くとも16.00％以上の含有が必要となる。しか
しながら、Ni成分との共存においてその含有
量が20.00％を越えると、フエライト相を増加
させて成形性や熱間加工性を悪化することとな
ることから、Cr含有量を16.00〜20.00％と定め
た。 (e) Ni Ni成分は強力なオーステナイト安定化元素
であり、完全なオーステナイト組織を確保する
ために極めて重要なものである上、オーステナ
イト系ステンレス鋼の欠点である耐応力腐食割
れ性を向上する作用をも有しているが、その含
有量が8.00％未満では前記作用に所望の効果を
得ることができず、他方、13.00％を越えて含
有させると熱間加工性に難が現われるばかりで
なく、経済性の観点からも好ましくないことか
ら、Ni含有量を8.00〜13.00％と定めた。 (f) Mo Mo成分には、鋼の耐孔食性、耐酸性、耐隙
間腐食性を向上する作用があり、0.30％以上の
含有量であればＮ等の他元素との共存により
SUS316と同等又はそれ以上の耐食性を確保す
ることができる。しかしながら、Mo含有量を
増加させることは経済性の面での不利を招くこ
とにつながり、特に1.50％を越える含有量でそ
の傾向が著しくなることから、その含有量を
0.30〜1.50％と定めた。 (g) Cu Cu成分には、耐硫酸性、耐隙間腐食性、耐
応力腐食割れ性を一段と向上する作用がある
が、その含有量が0.30％未満では前記作用に所
望の効果が得られず、他方2.00％を越えて含有
させると鋼の熱間加工性及び溶接性を劣化する
ようになることから、その含有量を0.30〜2.00
％と定めた。なお、Cu含有量を0.50〜2.00％と
することが、より確実な効果を得る上で好まし
いことである。 (h) Ｎ Ｎ成分には、鋼の耐孔食性、耐隙間腐食性を
より向上させるとともに、その強度を確保する
作用があるが、Ｎ含有量が0.05％未満では前記
作用に所望の効果を得ることができず、他方
0.30％を越えて含有させると耐応力腐食割れ性
が劣化するばかりでなく、熱間加工性や成形性
をも劣化することとなるので、その含有量を
0.05〜0.30％と定めた。 (i) Nb Nb成分には、炭化物析出などによる粒界腐
食感受性を抑制する作用があるので、耐粒界腐
食性を更に向上させる必要がある場合に添加含
有せめられるものであるが、その含有量が0.10
％以上になると熱間加工性、溶接性及び清浄性
を悪化させるようになることから、Nb含有量
を0.10％未満と定めた。 (j) Ni−bal. 式、Ni−bal.＝Ni（％）＋30〔Ｃ（％）＋Ｎ
（％）〕＋0.5Mn（％）−1.1〔Cr（％）＋1.5Si（％）
＋
Mo（％）＋0.5Nb（％）〕＋8.2で表わされるNi−
bal.が−0.25を下回つても、また＋1.0を上回つ
ても鋼の熱間鍛造時や熱間圧延時等に割れを生
ずることとなるので、熱間加工性を安定化する
ためにNi−bal.を−0.25〜＋1.0と定めた。 (k) Ｂ Ｂは、原料、例えば含ボロンステンレス鋼ス
クラツプ及び耐火物並びに溶解炉の残留物など
から不純物として混入する元素であり、炭化物
の粒界析出を促進し、耐食性を劣化させるの
で、その含有量は低い方が好ましい。 そして、Ｂ含有量が0.0020％（20ppm）を越
えると耐食性劣化傾向が著しくなり、特に、
NbとＮとを複合添加した場合の炭化物粒界析
出抑制効果が阻害されることともなるので、Ｂ
含有量の上限を0.0020％と定めた。 つぎに、この発明を実施例により比較例と対比
しながら具体的に説明する。 実施例 まず、第１表に示される如き成分組成の鋼材材
試料（本発明鋼１〜19、及び比較鋼20〜27）を大
気溶解し、鋳造することによつて製造した。 つぎに、これら各試料について、それぞれ第２
表に示されるような各種腐食試験を行い、その耐

【表】 (注) ＊印は、 組成成分量が本発明範囲から外れ
ていることを示す。

【表】 食性を調査した。このようにして得られた結果を
第２表、及び第３乃至５図に示す。 第２表に示される結果からは、積極的にCuを
添加した材料は耐硫酸性に優れた効果を有してお
り、耐隙間腐食性も向上していることがわかる。 なお、鋼の耐隙間腐食性を評価するための隙間
腐食電位の測定は、次の手順で行つた。 第１図は耐隙間腐食性を調べるために使用した
試験装置の概略構成図であり、第２図はその主要
部の斜視図であるが、試験に当つては、まず、試
験片（２mm×30mm×30mm）の表面を＃600研摩紙
で研摩して試料１とし、導線２をスポツト溶接し
てから四方の端面を塩化ビニル塗料３で被覆し
た。ついで、これを試験槽４に挿入し、シリコン
ゴム製の隙間形成板５を重ねた。隙間形成板５に
は、重錘６が取付けられた支持棒７が設けられて
おり、700Kgの荷重をかけられるようになつてい
る。その後、試験槽４内に0.5モルのNaCl水溶液
８を注入するとともに、これを40℃に保ち、予め
定めた電位を試料１にかけて24時間放置してから
隙間腐食発生の有無を調べた。隙間腐食電位は、
試料１にかける電位を25ｍＶ間隔で変化させた中
で、隙間腐食の発生しない最も高い電位とした。
この方法によれば、鋼の耐隙間腐食性が悪いもの
ほど低い電位で隙間腐食が迫発生するので、耐隙
間腐食性を正確に評価することができるのであ
る。なお、第１図において、符号９で示されるも
のは白金対極である。 また、第２表に示される結果は、Si含有量を高
めることによつて耐孔食性及び耐応力腐食割れ性
の改善がなされることをも明瞭に示している。 第３図は0.5M NaClの水溶液（40℃）中にお
けるSi含有量と孔食電位（JISG0577に準ずる）
との関係を示す線図であり、第４図は沸騰塩化マ
グネシウム水溶液中における応力腐食割れ試験
（JISG0576に準ずる）での300時間後の割れ発生
の有無を調査して導き出したSi含有量と応力腐食
割れとの関係を示すプロツト図であるが、これら
第３図及び第４図からも、Si含有量が２％を越え
ると耐孔食性及び耐応力腐食割れ性が顕著に改善
されることが明らかである。 さらに第２表に示される結果は、Ｎの添加によ
る耐孔食性向上効果も極めて顕著であるというこ
とも明示している。そのほか、20％NaCl＋１％
Na₂Cr₂O₇・2H₂O水溶液中における割れ発生時間
を測定した結果でも、本発明鋼は比較鋼よりも長
時間側で割れが発生することを観認し、また実環
境を想定したスポツト溶接試験片（1t×15×40の
板に1t×10×30の板をスツト溶接したもの）の気
液界面浸漬試験でも、本発明鋼には応力腐食割れ
の発生が認められなかつたのに対して、従来の
SUS304及びSUS316鋼である比較鋼26及び27に
は割れの発生が明らかに確認された。その上、Si
含有量を高めた材料は、大気中1000℃における繰
返し酸化試験結果でも優れた耐酸化性を示してい
ることが明らかである。 第５図は、大気中1000℃における繰返し酸化試
験で、400サイクル（30分加熱−10分空冷）後の
Si含有量と酸化減量の関係を示す線図であるが、
この図からもSi含有量が２％を越えた範囲で耐高
温酸化性が極めて良好であることがわかる。 総じて、上述した各種試験結果はいずれも、中
性塩水溶液中における本発明鋼の耐食性の優秀さ
を明瞭に物語つている。 上述のように、この発明によれば、上下水道等
の生活水環境、或いは海水使用の環境で使用して
も、従来のSUS304鋼やSUS316鋼のような腐食
トラブルを生ずることがなく、しかもコストの安
い高耐食性オーステナイトステンレス鋼を得るこ
とができ、前記した中性塩環境下で使用される機
器類の寿命をより延命化することが可能となるな
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図は耐隙間腐食を調べるために使用した試
験装置の概略構成図、第２図は第１図に示す試験
装置主要部の概略斜視図、第３図は鋼のSi含有量
と孔食電位との関係を示す線図、第４図は鋼のSi
含有量と応力腐食割れ性との関係を示すプロツト
図、第５図は鋼のSi含有量と高温酸化減量との関
係を示す線図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Ｃ：0.08％以下、 Si：2.0％を越え4.0％以下、 Mn：2.00％以下、 Cr：16.00〜20.00％、 Ni：8.00〜13.00％、 Mo：0.30〜1.50％、 Cu：0.30〜2.00％、 Ｎ：0.05〜0.30％、 を含有するとともに、式、 Ni−bal.＝Ni（％）＋30〔Ｃ（％）＋Ｎ（％）〕 ＋0.5Mn（％）−1.1〔Cr（％） ＋1.5Si（％）＋Mo（％）〕＋8.2 で表わされるNi−bal.が−2.5〜＋1.0の範囲であ
   り、 Fe及び不可避不純物：残り、 但し、該不純物中において、 Ｂ：0.0020以下 である成分組成（以上重量％）を有することを特
   徴とする、中性塩環境での耐食性に優れたオース
   テナイトステンレス鋼。 ２ Ｃ：0.08％以下、 Si：2.0％を越え4.0％以下、 Mn：2.00％以下、 Cr：16.00〜20.00％、 Ni：8.00〜13.00％、 Mo：0.30〜1.50％、 Cu：0.30〜2.00％、 Ｎ：0.05〜0.30％、 を含有するとともに、さらに、 Nb：0.10％未満、 をも含み、かつ、式、 Ni−bal.＝Ni（％）＋30〔Ｃ（％）＋Ｎ（％）〕 ＋0.5Mn（％）−1.1〔Cr（％） ＋1.5Si（％）＋Mo（％）＋0.5Nb（％）〕 ＋8.2 で表わされるNi−bal.が−2.5〜＋1.0の範囲であ
   り、 Fe及び不可避不純物：残り、 但し、該不純物中において、 Ｂ：0.0020％以下、 である成分組成（以上重量％）を有することを特
   徴とする、中性塩環境での耐食性に優れたオース
   テナイトステンレス鋼。