JPS59222558A - 高強度耐食鋼 - Google Patents

高強度耐食鋼

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JPS59222558A
JPS59222558A JP9577583A JP9577583A JPS59222558A JP S59222558 A JPS59222558 A JP S59222558A JP 9577583 A JP9577583 A JP 9577583A JP 9577583 A JP9577583 A JP 9577583A JP S59222558 A JPS59222558 A JP S59222558A
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JP
Japan
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steel
strength
corrosion resistance
less
corrosion
Prior art date
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JP9577583A
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English (en)
Inventor
Seikichi Yamada
山田 誠吉
Koichiro Tada
光一郎 多田
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Daido Steel Co Ltd
Original Assignee
Daido Steel Co Ltd
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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】 この発明は、高強度で且つ高耐食性が要求される部材、
例えば航空機器用部材、化学プラント用部材、沿岸構造
物用部材などの素材として使用することができる高強度
耐食鋼に関し、固溶化一時効の単一処理により引張強さ
L50kgf/mm2以」二の高強度が得られ且つ耐食
性にも優れた高強度耐食鋼に関するものである。
近年、ステンレス鋼はその使用分野の拡大に伴って高強
度と耐食性が併せて要求される場合が多くなってきてい
る。
従来のステンレス鋼のうち、マルテンサイト系ステンレ
ス鋼では熱処理により硬化させることが可能であるため
高強度のものを得ることができるが、耐食性が十分でな
く加工性も劣っていた。また、オーステナイト系ステン
レス鋼では、耐食性に優れているが、熱処理により硬化
しないため冷間加工で硬化させて強度を高めるのが通常
の手段5、         であり、構造用鋼として
は著しい制約を受けていた。
一方、析出硬化型ステンレス鋼は、このような問題を解
決するものとして、マルテンサイト系ステンレス鋼の高
強度とオーステナイト系ステンレス鋼の高耐食性とを兼
ね備える鋼として開発されたものである。この析出硬化
型ステンレス鋼は、Fe−Cr−Ni系鋼に第三元素を
添加し、固溶化処理した後、成形加工などを施して、時
効処理による析出硬化現象を利用して高強度化を図った
ものである。そして、現在用いられている析出硬化型ス
テンレス鋼は大部分がマルテンサイト型あるいはセミ・
オーステナイト型であり、前者は固溶化処理でマルテン
サイト化し1回の時効処理で硬化する単一処理型(例え
ば17−4PH)、 後者は固溶化処理ではオーステナ
イトであり、その後の中間熱処理または冷間加工によっ
てマルテンサイト化した後析出硬化処理を行う二重処理
型(例えば、17−7PH)であるが、いずれの場合も
強、度には優れているが、耐食性に劣り、とくに後者で
は処理が煩雑であるという問題点を有していた。
一方、高強度で且つ耐食性の優れた鋼を開発するには、
高価な合金元素を多量に添加することにより必ずしも不
可能ではないが、工業用の構造材料として使用するには
経済上の理由から自ずと制約を受るという問題点を有し
ていた。
この発明は、このような従来の問題点に着目してなされ
たもので、オーステナイト生成元素とフェライト生成元
素をバランスよく調整しつつさらにCuを適量添加する
ことにより、高強度で且つ耐食性の優れた安価な高強度
耐食鋼を提供することを目的としている。
すなわち、この発明の高強度耐食鋼は、重量%で、C;
0.15%以下、5il1%以下、Mn;2%以下、C
r;9〜15%、Ni;6〜11%、Mo;1〜4%、
Cu;0.1〜5%、AM;0.5〜2%、N、0.0
01〜0.1%、お噸  よび必要に応じて、Nb、0
.02〜0.4%、さらに必要に応じて、V、0.02
〜0.4%。
Ti;0.01〜0.3%、B、0.01%以下、Zr
;0.01〜0.3%のうちの1種または2種以上、残
部Feおよび不可避的不純物よりなることを特徴とする
ものである。
この発明による高強度耐食鋼は、固溶化一時効の単一処
理を施すことにより、引張強さ150kgf/mm2以
上の高強度と優れた耐食性(特に耐塩酸腐食性、耐硫酸
腐食性)をもたらすものであり、高強度で且つ優れた耐
食性が要求される例えば航空機器用ファスナー類や石油
化学装置用部品などの素材として好適である。
この発明による高強度耐食鋼においてその成分範囲を特
許請求の範囲に記載したとおりに限定した理由は次の通
りである。
C,0,15%以下 CはNと共に強力なオーステナイト生成元素であり且つ
マルテンサイトの強度を向上させる元素であるが、多す
ぎるとオーステナイト結晶粒界にCr炭化物を析出し、
耐食性を劣化させるため、0.15%以下とする必要が
ある。一方、C含有量が極端に少ない場合にはδフェラ
イトを生成する傾向にあるため、0.02%以上とする
のがより好ましい。
5il1%以下 Siは溶鋼中に添加されて脱酸作用を有する元素である
が、1%を超えると、δフェライトの生成を助長して耐
食性を劣化させ、また結晶粒が粗大化して靭性を損う。
そのため、Si含有量は1%以下に限定した。なお、溶
解精錬時の脱酸のためには0.1%以上必要であるが、
銅を真空溶解により溶製する場合には091%よりも低
くても良い。
Mn;2%以下 Mnは溶鋼中に添加されて脱酸・脱硫作用を有する元素
であるが、2%を超えると、残留オーステナイトが生成
して強度を低下させる。そのため、Mn含有量は2%以
下に限定した。なお、脱酸・脱硫のためには0.1%以
上必要であるが、鋼を真空溶解により溶製する場合には
011%よりもさらに低くても良い。
、)          Cr ; 9〜15%Crは
耐食性を付与する元素であるが、9%未満ではこのよう
な効果を得ることができず耐食性が劣化するので9%以
上とする必要がある。一方、C,Niなとのオーステナ
イト生成元素と、Mo、Nbなとのフェライト生成元素
との成分バランスから、Crが15%を超えるとδフェ
ライトの生成を助長して耐食性を劣化する。そのため、
Cr含有量を9〜15%の範囲に限定した。
Ni;6〜11% NiはCr、Mo、AQと共に本発明鋼を構成する基本
元素であり、これらの元素と共存して強度と耐食性を付
与する元素である。しかし、6%未満ではこの−ような
効果を得ることができず、δフェライトの生成を助長し
て耐食性を劣化する。
また、11%を超えると残留オーステナイトの増加によ
り強度が低下する。そのため、Ni含有量を6〜11%
の範囲に限定した。
Mail〜4% MOは固溶化処理後の時効処理によりNiとの金属間化
合物を微細に析出して鋼を硬化させるとともに耐食性を
付与する重要な元素である。しかし、1%未満ではこの
ような効果が十分でなく、4%を超えるとδフェライト
が生成する傾向を増し、かつ高価になる。そのため、M
O含有量を1〜4%の範囲に限定した。
Nb、0.02〜0.4% Nbは炭化物を生成して粒界腐食の防止に寄与すると共
に、O,Nと化合して介在物を生成する傾向が少ないた
め清浄度の低下が抑制され、安定した強度および靭性値
を得るのに寄与する元素であるので、使用目的等に応じ
て第一発明にさらに添加する。この場合、上述した効果
を得るためには0.02%以」−添加する必要があるが
、多すぎるとかえって靭性や耐食性が劣化するので0.
4%以ドとする。
V、0.02〜0.4%、Ti;0.01〜0.3%、
B、0.01%以下、Zr;0.01・  〜0.3%
のうちの1種または2種以上V、Ti、B、Zrは、い
ずれも結晶粒を微細化して粒界腐食し、さらに、Tiは
炭化物を生成して粒界腐食を防止し、Zrは硫化物の形
態を制御して靭性の向上をもたらす効果を有するので、
使用目的等に応じて第一発明に添加するが、上記成分範
囲よりも少ないとこのような効果を十分に得ることがで
きず、反対に上記成分範囲を超えると、δフェライトの
生成を助長するとともに大型の炭窒化物を生成して耐食
性や靭性を劣化させる。そのため、V、Ti、B、Zr
のうちの1種または2種以」二をV;0.02〜0.4
%、 T i、0.01〜0.3%、B、0.01%以
下、Zr;0.01〜0.3%の範囲で添加する。
Cu;0.1〜5% Cuは本発明における重要な元素であり、耐食性時に硫
酸、塩酸に対する耐食性を改善すると同時に、析出硬化
を起して強度を増大するのに有効な元素である。しかし
、0.1%未満ではこのような効果が小さく、5%を超
えると残留オーステナイトを生成して強度を低下させる
とともに、熱間加工性を害する。そのため、Cu含有量
を0.1〜5%の範囲に限定した。
A文;0.5〜2% AMは本発明鋼において強度を付与する重要な元素であ
り、Moと同様にNiとの金属間化合物を時効処理の際
に微細に析出して鋼を硬化させる。しかし、0.5%未
満ではこのような効果が十分でなく、2%を超えると強
力なフェライト生成元素であるため、他の元素で調整し
てもδフェライトを生成して耐食性を低下することにな
る。
そのため、An含有量を0.5〜2%の範囲に限定した
N、O,OO1〜0.1% NはCと共に強力なオーステナイト生成元素であり、成
分バランスからδフェライトの生成を抑制するためにo
、ooi%以上添加することができる。しかしながら、
その添加量が0.1%を超えると靭性および耐食性を低
下させる。そのため、N含有量が0.001〜0.1%
の範囲に限定した。
なお、−1−記成分のほか、Taを含有させること・1
          によって、炭化物の生成による粒
界腐食の防止をより一層向」ニさせることもできるが、
この場合、このような効果を得るためには0,02%以
上とするのがよく、多すぎると靭性や耐食性が低下する
ので0.4%以下とする。
以上のような成分範囲から構成される鋼は、電気炉ある
いは真空溶解炉等で所定の成分に溶製され、溶鋼を造塊
した後、熱間鍛造あるいは熱間圧延で棒、板などに成形
される。
このようにして得られた鋼は、固溶化一時効のrg−処
理で引張強さ150kgf/關2以」二の高強lKでか
つ耐食性特に耐硫酸、耐塩酸に対する耐食性に優れたも
のである。
上記固溶化処理は、高温たとえば925°C前後に加熱
してオーステナイト化した後、空冷、油冷または水冷す
ることにより行われるものであり、基地組織をマルテン
サイトにするものである。一方、時効処理にあっては、
鋼を固溶化処理した後に通常510〜593°Cにて数
時間加熱することにより過飽和に固溶した元素(Cu、
Mo。
AJI)を二次相として析出させて硬化するものである
。この発明の高強度耐食鋼は、このように、Ni、Cr
、MoおよびA文を基本成分として更にCuを添加して
、固溶化一時効の単一処理により高強度および高耐食性
を兼ね備えたものである。
(実施例) まず、真空溶解炉で第1表に示す化学成分の銅を溶製し
たのち造塊し、各鋼塊を鍛伸して供試材を得た。次に、
各供試材を925°ax t h r加熱保時後油冷の
条件で固溶化処理し、次いで538’C,X 4 h 
r加熱保持後空冷する条件で時効処理を行った。この後
、各供試材を引張試験および腐食試験に供した。これら
のうち、引張試験は、各供試材からJIS  4号試験
片を切り出して室温で行い、0.2%耐力、引張強さ、
延び、絞りを測定した。また、腐食試験は、1%塩酸溶
液中に常温で6時間浸漬する試験、5%硫酸溶液中に常
温で6時間浸漬する試験および制’、Itp、した5%
硫酸溶!夜中に6時間浸漬する試験を行い、各々試験後
の)高含減量を調べた、これらの結果を第2表に示す。
第1表および第2表から明らかなように、供試材No、
  1はCu含有量が少なすぎるため、耐食性が著しく
劣っており、供試材No、 8はCu含有量が多すぎる
ため、耐食性は良好であるものの強度が低いのに対して
、本発明fiNo、 2〜7およびNo、 9〜15で
は高強度でかつ耐食性特に硫酸および塩酸に対する耐食
性が著しく改善されていることがわかる。
以上説明してきたように、この発明による高強度向食鋼
によれば、オーステナイト生成元素とフェライト生成元
素をバランスよく調整しつつさらにCuを適量添加する
事により、固溶化一時効の弔−処理で引張強さ150 
kgf / mm2級以上の高強度を有していると共に
、優れた耐食性をそなえているという顕著な効果を有す
る。
、1         特31出願人  大同特殊鋼株
式会社代理人弁理士 小 塩  豊 手続補正書(自発) 昭和58年6月2目 特許庁長官 若杉和夫殿 1、事件の表示 昭和58年6月1日提出の特許願 2、発明の名称 − 尚強度耐食鋼 3、補正をする者 41件との関係 特許出願人 住 所 愛知県名古屋市南区星崎町字繰出66番地氏 
名銘称) (371)大同特殊鋼株式会社代表者  秋
  1) 正  傭 4、代理人 l狩計、J累の軛凹IDLE戦3nに%男V飲 4」で
〃■八へ勾。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)重量%で、C:0.15%以下、Si;1%以下
    、Mn;2%以下、Cr;9〜15%、Ni;6〜11
    %、Mo;1〜4%、Cu;0.1〜5%、A立;0.
    5〜2%、N;0.001〜0.1%、残部Feおよび
    不可避的不純物よりなることを特徴とする高強度耐食鋼
  2. (2)重量%で、C:0.15%以下、Si;1%以下
    、Mn;2%以下、Cr;9〜15%、Ni;6〜11
    %、Mo;1〜4%、Cu;0.1〜5%、A文;0.
    5〜2%、N;0.001〜0.1%、Nb 、0.0
    2〜0.4%、残部Feおよび不可避的不純物よりなる
    ことを特徴とする高強度耐食鋼。
  3. (3)重量%で、C:0.45%以下、Si:1%以下
    、Mn;2%以下、Cr;9〜15%、Ni;6〜11
    %、Mo;1〜4%、Cu :0.1〜5%、 A文 
    ; 0.5〜2%、 N ;0.001〜0.1%、お
    よびV;0.02〜0.4%、 T i  ;  0 
     、 01〜0.3%、B ;0.01%以下、Zr;
    0.01〜0.3%のうちの1種または2種以」二、残
    部Feおよび不可避的不純物よりなることを特徴とする
    高強度耐食鋼。
  4. (4)重量%で、C:0.15%以下、Si:1%以下
    、Mn;2%以下、Cr;9−15%、Ni;6〜11
    %、Mo;1〜4%、Cu;0.1〜5%、A文;0.
    5〜2%、N:o、ooi〜0.1%、Nb;0.02
    〜0,4%、および■;0,02〜0.4%、Ti;0
    .01〜0.3%、B、0.01%以下、Zr;0.0
    1〜0.3%のうちの1種または2種以上、残部Feお
    よび不可避的不純物よりなることを特徴とする高強度耐
    食鋼。
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