JPH01275738A - オーステナイト系不銹鋼 - 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】 （１）産業上の利用分野 本発明はオーステナイト系合金に関するものであり、特
に化学物質製造工業、石油化学工業、バルブおよび製紙
工業、発電所の除塵器市場、塩化物による孔線（ρｉｔ
ｔｉｎｇ）に対する高度の耐蝕性並びに−船釣な耐蝕性
を有する材料を必要とする他の市場において使用される
オーステナイト系合金に関する。

（２）従来の技術及び発明が解決しようとする課題当業
技術者には、上記の目的に用いられるこれまでに公知と
なった各種の綱および合金がよく知られている。これら
の合金には、（１）Ｄｅｖｅｒｅｌｌの米国特許第４，
００７，０３８号および第４，０４３，８３８号の合金
、（２）Ｍｃ　Ｃｕｎｎ等の米国特許第４，５４５．８
２６号合金、および（３）　”Ａｖｅｓｔａ　２５４　
ＳＭＯ”、合金等のオーステナイト系合金がある。これ
らの公知の材料は一般に約２０％のクロム、多量部のニ
ッケル（合金（１）および（２）の場合には２４％、合
金（３）の場合には１８．０％）、約６．５％のモリブ
デンおよび残部としての鉄を含有するのが普通である０
合金（２）はＭｃＣｕｎｎ等の特許によるとまた０、　
１５〜０．３０％の窒素を含有するが、合金（２）の通
常の市販材料は０．１８〜０．２５％程度の目標窒素含
有率で製造されている０合金（３）は一般に０．２％の
窒素および０．７％の銅を含有する。残部は各合金中に
付随する不純物を除くと実質的に鉄である。

上記の組成の合金は、熱間加工性、強度および各種の環
境中での耐蝕性が好ましく組合わさった特性を示すこと
が知られている。

上記３種の合金と大体似た化学組成の合金材料は通常室
温で実質的にオーステナイト状の微視組織を有するが、
これらの高度に合金化した材料では、シグマ相およびカ
イ相のようなオーステナイト以外の微視組織相がいくら
か現われる傾向がある。一般に、これらのオーステナイ
ト以外の相（シグマ相およびカイ相）は、熱間加工性、
強度またはこれらの合金の他の特定の性質に好ましくな
い影響を及ぼすので忌避されるべきである。それほど高
度に合金化されていない合金材料を使用することは、シ
グマ相またはカイ相の発達を避ける観点から好ましいこ
とであるが、そのような材料では強度および／または耐
蝕性の低下が伴なうことがよくある。

この種の合金の試験および開発の際、通常の機械的性質
（極限引張り強さ、降伏強さおよび伸び）の他に、ＡＳ
ＴＭ標準Ｇ−４８の試験を行なってＣＣＣＴ　（すなわ
ち、臨界すきま腐蝕温度）を測定するのが普通である。

上述のＭｃＣｕｎｎ等の米国特許第４，５４５，８２６
号では、合金中の窒素含有率を増加することがいかにＣ
ＣＣＴによい影響を及ぼすかということを明らかにして
いる。０．２５ｗｔ、χ（重量パーセント）の窒素にお
ける１例では、規定の方法で熱処理および水中急冷する
と、約４２℃（１０８下）のＣＣＣＴとなった。

この種の合金に用いられる別の公知の腐蝕試験では、材
料試料を沸騰塩溶液に浸漬させることによって、材料の
応力腐蝕割れに対する抵抗を測定する。この種の最も厳
しい試験の１つは、４２ｗｔ、χの塩化マグネシウムを
含有する沸騰水溶液を用いるものであり、この環境で合
金（１）の試料は約９６時間耐え、合金（２）の試料は
５００時間以上耐える。

Ａｌ５Ｉタイプ３１６Ｌ不銹鋼のような別のオーステナ
イト系材料はこのような試験で、２０時間台の試験に合
格しなかった。

ＣｒやＮｉを多く含んだ材料の場合は、材料の熱間加工
性の維持または向上を目指す基準として、合金の硫黄含
有率を０．００６ｗｔ、％以下の低いレベルに維持する
ことが知られている。また、Ｄｅｖｅｒｅｌ　ｌの米国
特許第４．００７，０３８号および第４，０４３，８３
８号に記載のように、この目的のために鋼をカルシウム
および／またはセリウムで処理することが好ましかった
りあるいは必要のようである。

従来法では、モリブデンの含有量が多い程、より高いＣ
ＣＣＴ値が得られるようになるが、同時に合金の相安定
性および熱間加工性に悪い影響を及ぼすことが知られて
いる。

必要とされるのは、熱間加工性を十分に留め、望ましく
ないシグマ相微視組織の発達を避けて、４９℃（１２０
’Ｆ）以上程度の好ましい高ＣＣＣＴ値、十分な強さお
よび延性、そして好ましいレベルの応力腐蝕割れ抵抗を
、周知のニッケル基合金製品のようにコスト高に陥るこ
となく得ることのできるＮｉ−Ｃｒ　−Ｍｏ含有のオー
ステナイト系不銹鋼である。

（３）課題を解決するための手段 ａ、総論 本発明テハ、２５〜２７ｗｔ、Ｘ（Ｄ　りｏ　ム、２０
〜４０ｗｔ、Ｘのニッケル、５〜７．Ｑｗｔ、χのモリ
ブデン、０．２５〜残部の鉄を含有する合金を溶融する
ことによって、上記の好ましい組合せの性質を持つオー
ステナイト系合金を得ることができる。特に、Ａｌ５Ｉ
タイプ３１６Ｌ不銹鋼よりも高いレベルの応力腐蝕割れ
抵抗を維持しながら、他の好ましい性質を有すると共に
ＣＣＣＴ値が４９℃を越える合金を上記のようにして製
造しうることが見出された。

ｂ、詳論 本発明の新規な合金は基本的にクロム、ニッケル、モリ
ブデン、窒素および鉄よりなるオーステナイト系合金で
ある。これらの合金はこの種の市販されている材料に較
べてクロム含有率が高く、窒素に冨むものである。別の
点で満足な性質または特性（熱間加工性、機械的性質、
応力腐蝕抵抗）を有するそのような合金は、４９℃以上
の特に好ましいＣＣＣＴ値を有する。これは合金成分に
過度のコストをかけることなくあるいは高価な熱処理工
程を用いることなく達成される。さらに、そのような高
合金化材料は当業技術者の予想に反し、シグマ相または
カイ相微視組織の発達によって生じるような難点を示さ
ない。

本発明の新規な合金は広い範囲のものであり、下記重量
パーセント組成よりなる。

クロム　　　　　　２５〜２７　　％ ニッケル　　　　　２０〜４０　　％ モリブデン　　　　５〜７．０％ 窒素　　０．２５〜０．３０％ 鉄　　　　　　　　　　　残り クロムは合金の酸化および一般的な腐蝕抵抗に果たす役
割が大きい、　Ｃｒを存在させるのは、好ましい高ＣＣ
ＣＴ値に寄与せしめるのと、窒素の溶解性を促進する効
果、即ち合金をオーステナイト状に保つのに有意な要素
を得んがためである。同時に、２７ｗｔ、χを越えるク
ロムレベルでは、熱間加工上の問題が生じる傾向のある
ことが分った。

ニッケルは合金をオーステナイト状にするのと応力腐蝕
抵抗に寄与させるために存在させる。ニッケル含有率は
２２〜３５％であるのが好ましく、２４〜２７％である
とさらに好ましい。

モリブデンは５〜７％、好ましくは５〜６．５％、さら
に好ましくは５〜６％の比較的狭い範囲内に保つようか
なり注意深く調整する必要がある。モリブデンがこの値
より多いと、金属間化合物相析出を伴ないかつ熱間加工
がやや難しくなり、この値より少ないと、好ましい高Ｃ
ＣＣＴ値が得られない。

モリブデンは塩化物イオンによる孔線およびすきま腐蝕
に対する抵抗性に果たす役割が大きい。

版 窒素はシグマ相およびカイ相のｌ長を抑制し、合金のオ
ーステナイト状微視組織に寄与し、そしてＣＣＣＴ値を
高める効果のために重要である。しかし窒素含有率は、
気孔が生じるのを防止しそして熱間加工が難しくなるの
を避けるのに十分に低く保つ必要がある。知られている
ように、窒素は鋼の強度を高め、すきま腐蝕抵抗を高め
る。

上述の元素は、高ＣＣＣＴ値と十分な熱間加工性および
他の腐蝕性との好ましい組合せを得る点で必須であると
考えられる元素であるが、不可避的不純物として少量、
あるいは補助的な目的をもって添加される元素として鉄
に付加して存在させてもよい元素がある。

そのような他の元素の中で、合金における窒素の溶解度
を高める傾向のあるマンガンを２％以下合金に含有させ
てもよい。マンガンはだいたい存在するものであるが、
それは金属間化合物相の析出を促進するので、マンガン
の含有率は０．７５ｗｔ、１未満とするのが好ましい。

合金にはまた不純物レベルの炭素、燐、珪素、アルミニ
ウムおよび鋼が含まれていてもよい。炭素は０．０５ｗ
ｔ０％以下、好ましくは０．０３％以下であり、実際的
下限は約０．０１％である。珪素およびアルミニウムは
一般に原料中に存在し、脱酸素剤として有効であるが、
不純物としての量を越えてはならない、ｍは一般に原料
中に存在し、窒素の溶解度を低下させたり熱間加工時の
問題を増やしたりする。したがって銅は０．７５ｗｔ、
％以下、好ましくは０．５ｗｔ、％以下しか存在させら
れない。

Ｔｉ、　Ｎｂ、　Ｚｒ、　ＴａおよびＩｆのような安定
化元素は強窒化物形成元素であり、使用は最小限にすべ
きものである。チタンはオーステナイトの安定性を阻害
し、そして二次相の析出を促す傾向があるので、約０．
２χ未満に維持すべきである。ニオブは合金から好まし
い元素を激減させるようであるので、０．５ｗｔ、χ未
満に保つのが望ましい。

この合金は一般的なアルゴン−酸素−脱炭法（ＡＯＤ）
により、不可避的不純物としての硫黄量がふつう０．０
１％未満にされている。硫黄は鋳造性、熱間加工性およ
び溶接性を低下させる傾向のある好ましくない不純物で
ある。硫黄含有率は０．００６％以下であるのが望まし
い。公知のように、セリウムおよび／またはカルシウム
を加えて硫黄と結合させ、硫黄と関係する熱間加工時の
問題を最小限にすることができる。

本発明をさらに完全に理解できるよう、以下の実施例を
示す。

実施例Ｉ 一連の実験室的加熱を行なって以下の組成物を溶融し、
１．６ｍｍ　（０，０６２インヂ）のものに加工した。

第一」−一表 合金１号　打　　川　　　的　　　刹　　　社　　　ｎ
ＮＡ−分析せず（但し、先行ヒートに準する）各組成物
は２２．７ｋｇ　（５０ポンド）ヒートに適した真空式
誘導溶解法によってつくられ、そしてインゴνトに鋳造
された。実験装置での制約上、硫黄の効果を調整するた
めＣｅ　（！：　Ｃａが添加された。インゴットを１２
６０℃または１２０４℃、（２３００゜Ｆまたは２２０
０゜Ｆ）の熱間鍛造温度に加熱して正方形断面にプレス
し、長さ約３０５＋＋＋１ＩＩ（１２インチ）、断面７
６．２ｍｍ　（３インチ）平方のものにし、ついでプレ
スにより長さはほぼ同じで厚さが３８．１ｍｍ（１，５
インチ）、幅は１５２．４　ｍｍ　（６インチ）のシー
トバーに形成した。

次の工程ではこのシートバーを約１２６０℃（２３００
下）の熱間圧延温度で１２．７＋ｗｍ（０，５インチ）
の厚さに熱間圧延し、そして熱間剪断した。次に熱間圧
延材料の端ｆＪｂｕｔｔ　ｐｏｒｔｉｏｎｓ）を１２６
０℃（２３００゜Ｆ）に再加熱し、そして熱間圧延して
厚さが３．ｈｍ（０，１５０インチ）の熱間圧延帯材に
形成した。

この熱間圧延帯材の試料を所定温度で１５５分間焼まし
、そして空冷したが、この場合の焼なまし温度は１１７
７℃または１２３２℃（２１５０゜Ｆまたは２２５０゜
Ｆ）であった。次いで行った焼なました試料についての
冶金学的検査ではフェライトまたはシグマ相が検出され
た。

熱間圧延帯材に適当な焼なまし処理を行なった後、スケ
ール落しおよび酸洗いを行ない、次いで材料を１．６ｍ
ｍ　（０，０６２インチ）の厚さに冷間圧延した。冷間
圧延材をさらに所定温度で５分間焼なまし、空冷し、次
いでスケールを落し、酸洗いし、カワ落しく５ｋｉｎ−
ρａｓｓ）にて表面を滑らかにし、脱脂した。このよう
に処理した材料のいくつかを自動溶接しく完全溶は込み
部が得られるようタングステン不活性ガス溶接し）これ
らの材料から冶金学的検査試料、引張り試験用試料およ
び腐蝕試験用試料を採取した。

いくつかの供Ｅ鋼（ヒート）ではインゴットの正方形断
面へのプレスの際中に割れが進展し、それ以上加工でき
なかった。他のいくつかの供試鋼（ヒート）では上記の
シートバーを形成する鍛延中にそのような割れが進展し
た。もっと別の有望な合金組成では不本意な割れを生じ
ることなく上記熱間鍛造およびプレスに耐えることがで
き、さらに加工を進めることができた。

上記組成の合金中、合金５１および５２は最初の熱間加
工中に割れがひどく生じ、加工をそれ以上進めることが
できなかった。合金５０は引き延ばしおよび熱間圧延中
に割れが生じたが、供試試料を得る時点まで加工するこ
とができた。

異なる温度で焼きなました熱間圧延帯試料では異なるフ
ェライトおよびシグマ相が認められた。

合金４７および４９の熱間圧延試料は、１１７６℃（２
１５０下）で１５分間焼なまし、そして空冷した後に、
フェライトおよびシグマ相は認められなかった。同様に
処理された合金４８にはシグマ相がいくらかあったが、
１２３２℃（２２５０下）で同様に焼なましだ後はフェ
ライトおよびシグマ相は認められなかった。

合金５０では、１２３２℃（２２５０゜Ｆ）で同様に焼
なましだ後でも、フェライトおよびシグマ相がごくわず
か認められた。従って、この加工では、合金４７および
４９は１１７６℃（２１５０下）での焼なまし後に、ま
た合金４８および５０は１２３２°ｃ　（２２５０゜Ｆ
）での焼なまし後に、脱スケールと酸洗いを付し、そし
て厚さ１．５８ｍ＋ｗ（０，０６２インチ）迄冷間圧延
し、試験に供した。

上記冷間圧延に続く焼なましでは、各合金に対して前と
同じ温度を用いたが、所定温度での時間は１５分を５分
に変更した。そのような条件下で焼なまし、そして空冷
した後、材料を脱スケールし、酸洗いし、カワ落しで表
面を滑らかにし、そして脱脂した。材料の一部を自動溶
接した（完全溶は込み部が得られるようタングステン不
活性ガス溶接した）、冶金学的検査用試料、引張り試験
用試料および腐蝕試験用試料を各供試鋼（ヒート）の溶
接部または非溶接部から切り出した。

室温における引張り試験特性（断らない限り、各条件に
対する２回の試験の平均）を以下の第２表に示す。

本　試験は２回；それぞれの試験で得られた値傘本試験
は１回 ＡＳＴＭ標ｉｆ！Ｇ−４８に従って行なったすきま腐蝕
試験結果を下記第３表に示す。

実施例■ 下記第４表に示す別の合金組成を有する７種の供試鋼を
溶融し、さらに試験に供した。

第一」−一部 第４表の供試合金は、第１表の供試鋼合金と比較してオ
ーステナイト状安定性がより大となるようにした。第１
表の合金は耐蝕性が予想されたものより乏しく、これは
基本的には相の安定性、つまりシグマ相の析出に帰する
問題である。設計上、第４表の供試合金はクロム含有量
を窒素と共に高くする一方、ニッケル含有量は合金のコ
ストを最小限にするよう比較的低く維持しである。従っ
て合金の相安定性は主として合金中の窒素成分およびモ
リブデン成分によって調整されている。オーステナイト
を安定化させる窒素については、熱間加工性が減少しな
い様、その含有量を可及的に低く保った。このようにク
ロム含有量がより高い合金についてはモリブデン含有量
を減じる必要があると考えられた。第４表の供試合金の
腐蝕試験データから、合金の耐蝕性能が不十分なのは試
料表面の質が劣るためだと分かった。モリブデン含有率
のより高い合金は、試料表面の調製に適当な注意を払え
ば耐蝕性のすぐれたものにすることができる。最も正確
でかつ再現性のある結果を、この種のヒートよりなる合
金に固有の耐蝕性を示すものとしての第４表に示す合金
の試料から得るため、研磨が表面が標準表面として準備
された。試験片表面の条件が問題になるのは、このよう
な合金においては酸洗い度が低いので、そのようになら
ないように注意しないとクロムの減じたサブスケール表
面が試験に供されることになるためである。

試料表面を磨くとこの状態は完全になくなる。表面を機
械で磨いた試験試料を使った合金のすきま腐蝕抵抗を以
下の第゛５表に示す。

これらの結果は、鋼（ヒート）８９〜９２について自ず
から一貫したものであり、臨界すきま腐蝕温度（ＣＣＣ
Ｔ）として受は入れることができ、それ以下では浸蝕さ
れない温度を示している。鋼８７のデータは他と一貫せ
ず、４５℃未満のＣＣＣＴを示すが、５０〜５５℃のＣ
ＣＣＴを示すことも多くある。第５表で要約して示した
腐蝕試験を次の第６表にさらに詳しく示す。

１エ」Ｌ−表 ０．０５２インチ厚ＡＳＴＭ　Ｇ−４８材についてのす
きま腐蝕試験結果（供試材は１１７６℃（２１５０下）
で５分間焼鈍復水焼入れし、表面をハンドグラインダー
で仕上げた） ８７　　４０　　０．０１０　　　　０　　　　　０８
７　　４５　　０．１３６　　　　１　　　　　０８７
　　４５　　０．０Ｂ２　　　　１　　　　　０８７　
　５０　　０．００８　　　　０　　　　　０８７　　
５０　　０．０１７　　　　０　　　　　０８７　　５
５　　１．０９４　　　　４　　　　　０８７　　５５
　　０．３８１　　　　４　　　　　１８９　　４５　
　０．０８２　　　　０　　　　　０８９　　４５　　
０．０７９　　　　０　　　　　０８９　　５０　　０
．０２８　　　　０　　　　　０８９　　５０　　０．
０２５　　　　０　　　　　０８９　　５２　　０．０
１０　　　　０　　　　　０８９　　５２　　０．０１
４　　　　１　　　　　０８９　　５５　　０．９４６
　　　　３　　　　　０８９　　５５　　１．４６８　
　　　３　　　　　０９０　　４５　　０．０７９　　
　　０　　　　　０９０　　４５　　０．０８２　　　
　０　　　　　０９０　　　５０　　　０．０３２　　
　　　　０　　　　　　　　０９０　　　５０　　　０
．０３２　　　　　　０　　　　　　　　０９０　　　
５２　　　０．０１４　　　　　　０　　　　　　　．
０９０　　　５２　　　０．０４６　　　　　　１　　
　　　　　　０９０　　　５５　　　０．２７０　　　
　　　２　　　　　　　　０９０　　　５５　　　１．
２４６　　　　　　４　　　　　　　　０９１　　　４
５　　　０．０６０　　　　　　０　　　　　　　　０
９１　　　４５　　　０．０？８　　　　　　０　　　
　　　　　０９１　　　５０　　　０．０２１　　　　
　　０　　　　　　　　０９１　　　５０　　　０．０
１７　　　　　　０　　　　　　　　０９１　　　５２
　　　０．００７　　　　　　０　　　　　　　　０９
１　　　５２　　　０．００７　　　　　　０　　　　
　　　　０９１　　　５５　　　０．２３１　　　　　
　２　　　　　　　　０９１　　　５５　　　０．０４
６　　　　　　１　　　　　　　　０９２　　　４５　
　　０．０５７　　　　　　０　　　　　　　　０９２
　　　４５　　　０．０２１　　　　　　０　　　　　
　　　０９２　　　５０　　　０．０３２　　　　　　
０　　　　　　　　０９２　　　５０　　　０．０２８
　　　　　　０　　　　　　　　０９２　　　５５　　
　０．０２５　　　　　　０　　　　　　．０９２　　
　５５　　　０．０３９　　　　　　０　　　　　　　
　０９２　　　５８　　　０．０１０　　　　　　０　
　　　　　　　０９２　　　５８　　　０．００７　　
　　　　０　　　　　　　　０９２　　　６０　　　０
．０４６　　　　　　０　　　　　　　　２９２　　　
６０　　　０．６８８　　　　　　１　　　　　　　　
１以上、本発明の特定の具体例を示したが、本発明は、
前記の本発明の精神および範囲を包含するものであり、
またこれらの範囲内で変更することができる。

（外４名）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、重量パーセントとしてのクロム２５〜２７％、ニッ
   ケル２０〜４０％、モリブデン５〜７．０％、窒素０．
   ２５〜０．３０％及び残部としての鉄より実質的に成る
   オーステナイト系合金。 ２、重量パーセントにてニッケル２２〜３５％及びモリ
   ブデン５〜６．５％を含む請求項１に記載の合金。 ３、重量パーセントにてニッケル２４〜２７％、モリブ
   デン５〜６．５％、硫黄０〜０．０１％、炭素０〜０．
   ０５％及びマンガン０〜２％を含む請求項１に記載の合
   金。 ４、重量パーセントとしてのクロム２５〜２７％、ニッ
   ケル２０〜４０％、モリブデン５〜７．０％、窒素０．
   ２５〜０．３０％及び残部としての鉄より実質的に成り
   、かつ実質的に完全にオーステナイト状でフェライト、
   シグマ相及びカイ相の微視組織を呈しないシート状また
   はストリップ状製品。 ５、重量パーセントにてニッケル２２〜３５％、モリブ
   デン５〜６５％、マンガン０〜２％、硫黄０．００１〜
   ０．００５％及び炭素０．０５％以下を含む請求項４に
   記載の製品。 ６、重量パーセントにてニッケル２４〜２７％、モリブ
   デン５〜６．５％、硫黄０〜０．００６％、炭素０〜０
   ．０３％及びマンガン０〜２％を含む請求項４に記載の
   製品。 ７、合金製シート又はストリップが４８．９℃（１２０
   ゜Ｆ）を越える臨界すき間腐蝕温度（ＣＣＣＴ）と、Ａ
   ＩＳＩタイプ３１６Ｌ系不銹鋼よりも優れたレベルの応
   力腐蝕抵抗で示される望ましい性質をともに備えている
   請求項４に記載の製品。