JPS5853062B2 - 遠心分離機の回転体等に適したフエライト−オ−ステナイト系ステンレス鋼 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は腐食性液体中で使用する高速回転体用フェライ
ト−オーステナイト系ステンレス鋼に関し、６０ ｋｇ
／ｍ４以上の０．２％耐力ならびに、ＳＵＳ ３１６
よりも優れた耐食性、トよび優れた熱間加工性を有す
ることを特徴とするものである。

従来、食品工業あるいは船舶などに使用されている遠心
分離機の回転体には５ＵＳ３１６゜ＳＣ８１４，５ＵＳ
６３０ （１７−４ＰＨ）、５ＵＳ３２９Ｊ１．ＳＣ８
１１などがそれぞれの特性に応じた用途に使用されてい
るが、近時さらに遠心分離機の高性能化が要求され、こ
れに応じて回転体に使用される材料も性能の向上が要求
されている。

しかし、従来より使用されている、たとえばＳＵＳ ３
１６ に代表されるオーステナイト系ステンレス鋼では
優れた耐食性を有しているが、０．２饅耐力値がせいぜ
い３０ ｋｇ ／ｍｉｉ、である。

オた高耐力（０，２係耐力値１２ ｏｋｇ／ｍＡ ）を
有している５ＵＳ６３０（１７−４ＰＨ） などの析
出硬化型ステンレス鋼では耐食性が不十分である。

さらにＳＵＳ ３２９ Ｊ １は耐食性とくに耐孔食性
はかなり優れているが、０．２多耐力値がせいぜい５０
ｋｇ／−である。

そこで、ＳＵＳ ３１６と同等以上の優れた耐食性とオ
ーステナイト系ステンレス鋼の２倍以上、すなわち６０
ｋｇ／ｍｉ１以上の０．２％耐力値を有する材料の開
発が望１れていた。

一方、遠心分離機の回転体の製造方法としては、たとえ
ば遠心鋳造、切削加工などのように種々の方法をとるこ
とができるが、トータルコストを考慮すると鍛造による
方法が有利であり、この方式による生産量が最も多い。

従って材料面からは優れた熱間加工性を有することが要
求される。

本発明は上記事情を考慮して、５ＵＳ３２９Ｊ１の比較
的優れた耐食性と比較的高い０２係耐力値に着目し、Ｓ
ＵＳ ３２９ Ｊ １ の耐食性熱間加工性３よび０．
２％耐力を向上せしめたもので、すなわち、炭素０．０
３％以下、シリコン１．０％以下、マンガン２．０φ以
下、窒素０．１０％以下、ニッケル３０〜７．０係、ク
ロム２０．０〜３０．０％、銅１２〜３０係、モリブデ
ン１．５〜６．０％、ポロ７０．００５〜０．０５０係
とさらにニオブ０．０８〜１．２係、チタン０．０５〜
０．８係、タンタル０．１〜２．０％、ジルコニウム０
．０３〜０．５０係、アル□ウム０．０５〜１．５φの
うちいずれか１種捷たは２種以上を含有し、残余鉄釦よ
び不純物からなり、次式、 クロム当量・・（クロム％）＋５．２（シリコン％）＋
４．２（モリブデン％）＋７．２（チタン係）＋４．５
にオブ係）＋１３．０ （ジルコニウム％）＋３．０（タンタル ％）＋２．０（アルミニウム係）＝３５ 〜４〇 一ツケル当量−４０（炭素係＋窒素％）＋３にッケル係
）＋２（マンガン係）＋ （銅係）−１５〜２７ （クロム当量）＝にッケル当量）−１５〜３０を満足し
、フェライト相が６５〜９０％を占めることを特徴とす
る腐食性液体中で使用する高速回転体用フェライト−オ
ーステナイト系ステンレス鋼である。

本発明に釦いて、鋼の合金成分組成を前記に限定した理
由を以下に述べる。

（１）炭素：０．０３係以下 強力なオーステナイト化元素であるが、耐食性を劣化さ
せ、熱間加工性を害するため０．０３係以下が好オしい
。

（２）シリコン＝１．０係以下 フェライト化元素で耐酸化性を増し、溶解精錬時に脱酸
性元素として作用するが、１．０％を越える多量添加は
鋼の靭延性を害する。

（３）マンガン：２．Ｏ係以下 イオウと化合してマンガン硫化物をつくり熱間脆性の発
生を防止し、溶解精錬時に脱酸性元素として作用するほ
か、オーステナイト化元素としての作用があり金属組成
相のバランス上２．０％以下の範囲で添加する。

（４）ニッケル：３０〜７０係 強力なオーステナイト化元素で耐食性の改善に有効であ
り、このため少なくとも３．０％以上含有せしめる必要
があるが、フェライト−オーステナイトの二相組織を得
るためにニッケル、クロム、銅、モリブデンの４成分の
バランスを考慮して上限を７０％とした。

（５）クロム：２０．Ｏ〜３０．０係 フ工ライト化元素で、耐食性の改善のために１２係以上
は必要であり、本発明鋼では二相組織を得るために、ク
ロム、ニッケル、モリブデン、銅の４成分のバランスか
ら２０．０％以上含有せしめる。

しかし、前記４成分のバランスや、靭性の点から３０．
０％を越える添加は好１しくない。

（６）モリブデン：１．５〜６．０％ 二相ステンレス鋼の耐酸性、耐孔食性は主としてニッケ
ル、クロム、モリブデンの含有量によって支配され、ま
たフェライト相を基本とした二相ステンレス鋼を得るに
は少なくとも１．５多含有せしめるが、６．０％を越え
る含有は種々の脆性を生じ易くする。

特に好渣しい範囲は２．０〜５，０多である。

（７）銅：１，２〜３０φ オーステナイト化元素で、基地鉄を強化し強度を向上せ
しめるが、０．０５％未満では効果が小さく、３．０％
を越えると熱間加工性を害する。

（８）ニオブ：Ｏ，ＯＳ〜１．２係、チタン：０．０５
〜０．８％、タンタル：０．１〜２．０％、ジルコニウ
ム：０．０３〜０．５０％、アルミニウム：０．０５〜
１５係。

（９）ポロン：０．００５〜０．０５０係耐食性および
熱間加工性の改善に有効であり０．００５％以上添加含
有せしめるが、０．０５０係を越えると低融点化合物を
生じ脆化の傾向が現われるとともに鋼の清浄度を害する
。

（１０）窒素： ０．１０φ以下 強力なオーステナイト化元素であるが、多量の存在は衝
撃遷移温度特性を劣化させる傾向がある。

しかし、０．１０％以下であれば実用上問題ない。

これらの元素はフェライト化元素で、鋼中の炭素、窒素
を固定するほか、結晶粒を微細化し、耐粒界腐食割れ性
、耐硫酸性などの耐食性を改善するほか、ポロンとの共
存によって熱間加工性の改善に役立つが、これらの効果
を得るためには前記範囲で１種または２種以上含有せし
める。

なお、本発明鋼にむいては、次式 クロム当量（以下Ｃｒｅｑ、で表わす）−（クロムダ）
＋５．２（シリコン係）＋４．２（モリブデンφ）＋７
．２（チタン係）＋４．５にオブ％）＋１３．０（ジル
コニウム係）＋３．０（タンタル％）＋２．０（アルミ
ニウム係） ニッケル当量（以下Ｎ１ｅｑ、で表わす）−４０（炭素
％ ＋窒素％）＋３にッケル％）＋２（マンガン係）＋
（銅φ） で算出されるＣｒｅｑ、を３５〜５０．Ｎ１ｅｑ、を１
５〜２７に限定し、しかもＣｒｅｑ、−Ｎｉｅｑ、の値
を１５〜３０の範囲内に限定する。

これは主としてニッケル、クロム、モリブデン、鋼の４
戒分をバランスせしめて大部分がフェライト相からなる
二相組織を確保するために必要であり、また本発明鋼の
所期の性質はＣｒｅｑｊ＝”よびＮ１ｅｑ、が前記範囲
内にあるときに達成できるのである。

以下、本発明の特徴を実施例により詳細に説明する。

第１表に示す化学成分の供試材を１０５０℃×３０ｍ１
ｎの溶体化処理した後、基本特性として機械的性質、耐
食性（ＪＩＳＧＯ５９１）および熱間加工性の指標とな
る熱間破断ねん同値を調査した。

第１表に釦いて應１〜應１６は本発明鋼、應１７〜＆２
４は比較鋼でＪｆ６．２２はＳＵＳ ３２９ Ｊ １
、煮２３は５ＵＳ３１６、應２４ばＳＵＳ ６３０であ
る。

なお、厘２４（ＳＵＳ６３０）は１０５１０５００ＣＸ
３０ 空冷の溶体化処理後４８０°ＣＸ４ｈｒ空冷の
時効処理を行なった。

得られた結果は第１表に併記するように、本発明鋼はい
ずれも６０ｋｇ／ｉｎ以上の０．２ ％耐力値を示し、
しかもＳＵＳ ３１６ よりも優れた耐食性、５ＵＳ３
２９Ｊ１ よりも優れた熱間加工性を有している。

つぎに、第１図は溶体化処理状態にむける供試材（第１
表参照）のＮｉ当量とＣｒ当量との関係を示す。

本発明者は実施例釦よび比較鋼のフェライト／オーステ
ナイト量をＸ線法で測定し、本発明の特性を有するため
にはフェライト量が６５〜９０％必要である事を見出し
た。

すなわち、第１図中００内で示される数字はフェライト
量を表わしてむり、フェライト量が６５％である線はＣ
ｒｅｑ 、−Ｎｉｅｑ 、＝ １５ 、フェライト量が
９０係である線はＣｒｅｑ 、−Ｎｉｅｑ 、＝ ３０
の線にほぼ存在する事を明らかにした。

さらにＢＣ線、で表わされるＣｒｅｑ、が３５以下では
マルテンサイトが生成して耐食性が劣化すること、さら
にＥＦで示されるＣｒ当量が５０以上ではσ相が生成し
て脆化したり４７５°脆性が顕著に表われる事も見出し
た。

また、紅のＮｉ当量が２７以上ではオーステナイト量が
多くなって耐力、強度が低下し、ＣＤで示される。

Ｎ１ｅｑ、が１５以下では強度と靭性が著しく低下する
事も確認した。

而して、第１図は前記溶体化処理状態における供試材（
第１表参照）のＣｒ とＮ１ｅｑ、の関０ｑ・ 係を示すものであるが、本発明鋼に釦いては前記強度む
よび耐食性を得るためにフェライト量が６０〜９０％を
占めるフェライト−オーステナイト組織とすることを必
須要件として釦り、好ましい範囲は同図の点Ａ、Ｂ、Ｃ
，Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ａに囲１れた範囲内である。

この範囲から外れたＣｒｅｑ、 Ｎ１ｅｑ、を有する鋼
はたとえばフェライトあるいはオーステナイト相、オー
ステナイトフェライト−マルテンサイト相となったり、
強度不足、シグマ相が析出するため本発明の所期の目的
を達成することができなくなる。

曾た、第２図に（Ｃｒｅｑ、 −Ｎｉｅｑ、 ）の値
に対する０、２％耐力値の変化を示すが、本発明鋼にち
−いて、（Ｃｒｅｑ、−Ｎｉｅｑ、 ）の値を増加せ
しめると耐力の向上が認められ、（Ｃｒｅｑ、−Ｎｉｅ
ｑ、 ）の値が１５以上で０．２％耐力値が６０ ｋ
ｇ／ｍ４以上になる。

このためには本発明では（Ｃｒｅｑ。Ｎ１ｅｑ、 ）
の値を１５以上にすることが必須要件である。

なむ、（Ｃｒｅｑ、 −Ｎｉｅｑ、）の値が３０を越え
るとフェライト単相となり、靭延性が劣化する。

以上のように本発明鋼では実施例、特に第１図むよび第
２図にあきらかなように所期の目的を達成するためにＣ
ｒｅｑ 、＝ ３５〜５０ 、 Ｎ１ｅｑ、＝ １５〜
２７とし、しかも（Ｃｒｅｑ、−Ｎｉｅｑ、 ）の値
を１５〜３０とすることを必須要件としているのである
。

さらに、本発明鋼にむいて、モリブデンは前記の（Ｃｒ
ｅｑ、−Ｎｉｅｑ、 ）の値を増加させる要因であるほ
か、基地鉄を強化して０．２％耐力を向上せしめる。

第３図はこのことを示し、０．２％耐力値６０ ｋｇ
／ｍＡ以上を得るためにはモリブデンを１．５係以上含
有せしめる必要がある。

銅は基地鉄を強化し０．２％耐力を向上する作用があり
、これが前記の作用を上１わるため総合的には０．２％
耐力を向上せしめる。

つぎに第４図は本発明鋼の熱間加工性に対するボロン含
有量の影響を示したものであるが、第４図にあきらかな
ようにボロン含有量の増加と共に熱間加工性が向上する
。

以上の説明であきらかなように、本発明鋼は各合金成分
の添加範囲むよびＣｒｅｑ 、 ＋Ｎ ｉｅｑ 、なら
びに（Ｃｒｅｑ 、−Ｎｉｅｑ 、 ）の値を限定する
ことにより、６０ ｋｇ／ｍ４以上の０．２％耐力値、
５ＵＳ３１６よりも優れた耐食性むよび５ＵＳ３２９Ｊ
１よりも優れた熱間加工性を有して耘り、例えば遠心分
離機の回転体のほか化学機械その他腐食性液体中で使用
する高速回転体に適したフェライト−オーステナイト系
ステンレス鋼として有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明鋼に釦けるクロム当量とニッケル当量の
関係を示す図、第２図は本発明鋼に釦ける（クロム当量
−ニッケル当量）の値に対する０、２％耐力値の関係を
示す図、第３図は本発明鋼にむけるモリブデン含有量と
０．２φ耐力値の関係を示す図、第４図は本発明鋼にあ
・けるボロン含有量と熱間加工性の関係を示す図である
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 炭素０．０３％以下、シリコン１．０φ以下、マン
   ガン２０係以下、窒素０．１０％以下、ニッケル３．０
   〜７．０％、クロム２０．０〜３０．０係、銅１．２〜
   ３．０％、モリブデン１．５〜６．０］、ポロ７０．０
   ０５〜０．０５０係とさらにニオブ０．０８〜１．２％
   、チタン０．０５〜０．８％、タンタル０．１〜２．０
   係、ジルコニウム０．０３〜０．５０係、アルミニウム
   ０．０５〜１．５係のうちいずれか１種捷たは２種以上
   を含有し、残余鉄むよび不純物からなり、次式、 クロム−ａ量−（クロム％）＋５．２（シリコン係）＋
   ４２（モリブデン係）−１−７，２（チタンφ）＋４．
   ５にオブ多） −１−１３，０（ジルコニウム％ ）＋
   ３．０ （タンタル係）＋２．０（アルミニウム係） ３５〜５０ ニッケル当量−４０（炭素係＋窒素係）＋３にッケル％
   ）＋２（マンガン％） ＋（銅係）−１５〜２７ （クロム当ｔ）−にニッケル当量）−１５〜０ を満足し、フェライト相が６５〜９０係を占めることを
   特徴とするフェライト−オーステナイト系ステンレス鋼
   。