JPH08269550A - 耐粒界応力腐食割れ性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼の製造方法 - Google Patents

耐粒界応力腐食割れ性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼の製造方法

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JPH08269550A
JPH08269550A JP7685495A JP7685495A JPH08269550A JP H08269550 A JPH08269550 A JP H08269550A JP 7685495 A JP7685495 A JP 7685495A JP 7685495 A JP7685495 A JP 7685495A JP H08269550 A JPH08269550 A JP H08269550A
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JP
Japan
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stress corrosion
corrosion cracking
stainless steel
austenitic stainless
cracking resistance
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JP7685495A
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Inventor
Takanori Nakazawa
崇徳 中澤
Michiro Kaneko
道郎 金子
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、耐応力腐食割れ性の優れたオース
テナイト系ステンレス鋼の化学成分ならびに製造方法を
提供する。 【構成】 粒界応力腐食割れの原因となる、結晶粒界へ
の炭化物の析出を抑制するため、Cを0.03%以下に
制限し、固溶度の大きなNを0.15%以下含有させた
Ni−Crオーステナイト系ステンレス鋼の化学成分を
設定した。次に、この鋼の製造において、鋼片を110
0〜1300℃の温度範囲で加熱することにより、単位
粒界あたりの炭化物の析出量を低減し、粒界近傍のCr
欠乏量を軽減し、かつCr欠乏領域を分散化させる。上
記、化学成分および製造方法により耐粒界応力腐食割れ
性の優れたオーステナイト系ステンレス鋼を提供でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は耐粒界応力腐食割れ性に
優れたオーステナイト系ステンレス鋼の製造方法に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】高温高圧水中環境等で使用されるオース
テナイト系ステンレス鋼においては、耐粒界応力腐食割
れ性が重要視される。この粒界腐食は、粒界へのCr系
炭化物析出に伴なうCrの欠乏層により生じることが知
られている。このため、この炭化物の析出を防止するに
は、たとえば『ステンレス鋼便覧』(平成7年1月24
日発行)の269ページ「4)高温水」に示されている
ように、炭素(C)量を低減することが有効とされてい
る。
【0003】しかしながら、炭素のオーステナイト系ス
テンレス鋼中への固溶度は極めて小さく、たとえば60
0℃では数ppm にすぎない。現行の工業規模での精錬技
術ではC量を0.01%以下にすることは困難であるた
め、わずかではあるが600℃においても過飽和なCが
存在することになる。したがって、熱処理後の冷却中あ
るいは溶接時に粒界にCr系炭化物の析出が生じる可能
性が残る。これは粒界近傍にCrの欠乏層を形成するこ
とにつながるものであり、材料の寿命に制限を加える要
因となる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このように従来鋼は、
熱処理後の冷却中あるいは溶接時に粒界にCr系炭化物
の析出を生じ、Cr欠乏による粒界応力腐食割れの可能
性を残すものである。本発明の目的とするところは、わ
ずかな量の過飽和なCが存在しても優れた耐粒界応力腐
食割れ性を示すオーステナイト系ステンレス鋼の製造方
法の提供にある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記したようなCrの欠
乏が生じる原因は、鋼中に存在するCが熱処理後の冷却
中あるいは溶接時に結晶粒界にCr系炭化物として析出
することに関係している。すなわち、粒界に析出するC
r系炭化物は粒界近傍にCr欠乏層を形成し、粒界応力
腐食の原因となることが知られている。このためC量を
低減し析出を抑制することが行われている。
【0006】しかしながら、ステンレス鋼の低C化には
限界があり、VOD等の真空精錬技術の発達によりC量
は大幅に低減されてきたものの、数ppm といわれる60
0℃におけるCの溶解度以下にすることは困難である。
なお、EB溶解等の手段により極低C化することは可能
であるが、著しく高い費用を要することから実用に供し
えない。
【0007】本発明者等はC量が0.03%以下の低C
系のNi−Crオーステナイト系ステンレス鋼の微細組
織を観察することにより、Cr系炭化物は全粒界に析出
するのではなく、ある周期を持って粒界に析出すること
を明らかにした。この周期性について詳細な調査を行っ
た結果、Crの濃厚偏析帯と重なった結晶粒界にCr系
炭化物が析出することをつきとめた。すなわち、C量が
少ないため炭化物形成元素であるCr量の多い結晶粒界
に優先的に析出するものと考えられる。このような炭化
物が集中的に析出した粒界近傍にはCr欠乏層が連続的
に存在することになるため、粒界応力腐食割れが生じる
ことになる。
【0008】これに対し、十分に均質化された試料にお
いては粒界へのCr系炭化物の析出が全粒界に分散する
ため、単位粒界あたりの炭化物量が少なくなる。このた
め、形成されるCr欠乏層は、上記のCrの濃厚偏析の
部分に比べ、そのCr濃度の低下量が小さくなると同時
にその粒界に沿った長さも短くなる。その結果、十分に
均質化処理した材料の耐粒界応力腐食割れ性はさらに高
いものとなる。すなわち、図1は0.025%C−0.
5%Si−0.9%Mn−0.021%P−12.0%
Ni−17.5%Cr−0.041%N鋼の粒界応力腐
食割れ性に及ぼす鋼片加熱温度と加熱時間の影響を高温
水中の低速度引張試験により評価した結果を示す。この
図から明らかなように、1100〜1300℃の温度範
囲である時間以上加熱することにより耐粒界応力腐食割
れ性が大幅に改善される。
【0009】本発明は、以上のような知見に基づいてな
されたものであって、その要旨とするところは、重量%
で、C :0.030%以下、 Si:2.0%
以下、Mn:3.0%以下、 P :0.0
4%以下、N :0.15%以下、 Ni:6
〜16%、Cr:15〜22%を含有し、または、これ
にさらに重量%で、Mo:3.0%以下を含有し、残部
がFeおよび不可避不純物からなる鋼の鋼片を1100
〜1300℃の範囲で式1で規定されるt時間以上加熱
した後、圧延あるいは鍛造することを特徴とする耐粒界
応力腐食割れ性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼
の製造方法である。
【0010】
【作用】先ず本発明の成分系において、Cは高温使用中
に結晶粒界に炭化物として析出するため、粒界近傍にC
r欠乏層を形成し耐粒界応力腐食割れ性を損なう元素で
ある。このような観点からC量は0.030%以下に制
限した。次に、SiおよびMnはいずれも脱酸材として
必要であるが、Siは2.0%を超えて過剰に存在する
と、また、Mnは3.0%を超えて過剰に存在すると熱
間加工性を損なうことから前者は2.0%以下、後者は
3.0%以下とした。
【0011】Pは粒界に偏析する傾向のある元素であ
り、粒界の耐食性を損なう可能性があるため、その上限
を0.04%とした。Niはオーステナイト生成元素と
して必須の元素であり、フェライト形成元素であるCr
量に対し成分平衡上オーステナイト組織にするための必
要量は6〜16%の範囲である。またCrは耐食性を向
上させる元素であり、そのためには15%以上を必要と
するが、22%を超えると繰り返し溶接等の高温加熱に
よる脆化が生じるため上限を22%とした。
【0012】NはCとともにオーステナイト系ステンレ
ス鋼の強化元素である。NはCに比べ溶解度が大きいこ
とから、熱処理後の冷却中あるいは溶接時にも固溶状態
で安定して存在できる。したがって、Nを溶解度の範囲
内で使用すれば強化作用が期待でき、かつ窒化物による
粒界脆化等も生じないことになる。このような観点から
N量の上限を0.15%とした。なお、下限を設けない
理由は、用途に応じてN量を変化させて強度を制御する
ためであるが、通常の工業規模溶製でのレベル0.01
%が強いていえば下限となる。Moは耐食性を高める作
用のある元素であるが、3.0%を超えて添加すると熱
間変形抵抗を高めるため圧延あるいは鍛造が困難にな
る。したがって、含有量は3.0%以下とした。
【0013】以上の化学成分範囲の鋼の鋼片を圧延ある
いは鍛造する前に、高温で加熱することによりCr等の
成分偏析を軽減する必要がある。このために必要な熱処
理は図1に示したように1100℃以下では十分な拡散
効果が得られないため1100℃を下限とした。一方、
1300℃を超える温度での加熱はデルタフェライト相
の増加を招き、かえって成分変動を拡大させることにな
るため1300℃を上限とした。また、必要な加熱時間
は温度により変化し、高温になるほど短時間で均質化が
達成される。その必要な最小時間・tは温度の関数とし
て式1で規定されるものである。
【0014】以上の如き化学組成ならびに製造方法に基
づく本発明鋼は、各種電気炉等による製鋼を行った後、
通常の造塊あるいは連続鋳造により鋼塊あるいは鋳片と
し、鋼塊は圧延あるいは鍛造により鋼片としまた鋳片は
直接あるいは圧延により鋼片とし、ついで標記の加熱処
理を行った後、圧延あるいは鍛造により各種形状の鋼材
として使用に供されるものである。以下に本発明の効果
を実施例に基づいてさらに具体的に示す。
【0015】
【実施例】表1に本発明鋼と比較鋼の化学成分および鋼
片加熱条件を示す。これらの試料から平行部直径:3m
m、標点間距離:20mmの低速度引張試験片を採取し、
300℃の高温水中で試験した。表2はこれらの試験結
果を示したものである。これらの特性調査結果から明ら
かなように、本発明鋼は比較鋼に比べ耐粒界応力腐食割
れ性が優れたものである。これに対し、比較鋼において
は、例えば合金番号8は加熱温度が低いため粒界割れが
発生し、また、合金番号9は1200℃加熱ではあるが
加熱時間が短いためやはり粒界割れを生じている。
【0016】
【表1】
【0017】
【表2】
【0018】
【発明の効果】以上述べた如く、本発明鋼は低C化およ
び鋼片の加熱処理により優れた耐粒界応力腐食割れ性を
有する材料となっており、高温水中等で使用される耐食
材料として工業的に極めて有効なものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】粒界応力腐食割れ性に及ぼす鋼片の加熱温度と
加熱時間の影響を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C22C 38/58 C22C 38/58

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で、 C :0.030%以下、 Si:2.0%以下、 Mn:3.0%以下、 P :0.04%以下、 N :0.15%以下、 Ni:6〜16%、 Cr:15〜22%を含有し、残部がFeおよび不可避
    不純物からなる鋼の鋼片を1100〜1300℃の範囲
    で式1で規定されるt時間以上加熱した後、圧延あるい
    は鍛造することを特徴とする耐粒界応力腐食割れ性に優
    れたオーステナイト系ステンレス鋼の製造方法。 t=1/25(1300−T)+2 ‥‥‥(1) 但し、T:温度(℃)
  2. 【請求項2】 請求項1記載の成分に、さらにMo:
    3.0%以下を含有する鋼を用いることを特徴とする請
    求項1記載の耐粒界応力腐食割れ性に優れたオーステナ
    イト系ステンレス鋼の製造方法。
JP7685495A 1995-03-31 1995-03-31 耐粒界応力腐食割れ性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼の製造方法 Withdrawn JPH08269550A (ja)

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