JPS60221519A - 高耐食性高強度オ−ステナイト系ステンレス鋼の製造方法 - 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】 本発明は耐食性にすぐれた高強度のオーステナイト系ス
テンレス鋼の製造方法に関する。

近年、石油資源の涸渇化が問題視されるに至っており、
これを背景としてエネルギー資源の拡大と安定確保を図
るために、海上においては海底油田の開発が進められて
おり、また、陸上においても従来は放置されてきた硫化
水素や炭酸ガス等の酸性ガスを含有する所謂サワーガス
やサワーオイルが採掘されるに至っている。このような
エネルギー資源の生産に関連する材料や装置は、塩化物
や酸性ガスとの接触が避けられず、従って、このような
分野での材料や装置に使用される鋼材料には先ず耐食性
が要求され、更には深井戸化に伴って強度要求が厳しさ
を増しつつあり、また、寒冷地での使用には低温靭性も
要求されることとなる。

このような要求に応え得る材料としてはＮｉ基合金、Ｔ
ｉ基合金、ＣＯ基合金等が知られているが、これらの合
金は従来の通常の低合金鋼に比べて余りにも高価である
。また、比較的低廉な材料として、例えば、従来よりオ
ーステナイト系ステンレス鋼が゛知られているが、現状
では耐食性−強度ハランスに劣り、また、耐塩化物耐食
性にも劣る。

一方、マルテンサイト系ステンレス鋼は、強度はほぼ満
足すべきものの、硫化物応力腐食割れに対して著しく弱
い欠点をもっている。

一般にオーステナイト系ステンレス鋼の耐力を向上させ
るための方法として、ＣやＮによる固溶強化のほか、析
出強化、加工強化等が知られているが、析出強化及び加
工強化は耐食性に悪影響を及ぼし、一方、Ｃ量を多くす
ると、Ｃｒ炭化物を生して鋼の耐食性を劣化させ、また
、Ｎ量を多くすると、鋼塊製造時に欠陥を生じさせやす
い。

そこで、本発明者らは、上記した問題を解決するために
鋭意研究した結果、オーステナイト系ステンレス鋼にお
いて、Ｃ及びＮの含有量の上限を規制すると共に、これ
ら元素の添加による耐食性の低下と鋼塊製造時の欠陥発
生を防ぎつつ固溶強化を図る一方、ＶをＣｒ　％　Ｎ　
ｉ等の元素と共存させることによって、Ｃｒ炭化物の生
成を抑制し、更に、■炭窒化物の分散析出によって耐力
を改善させ、かくして、特に鋼の耐力及び耐食性を共に
向上させ、更に、かかる綱を所定の条件に従って熱処理
することにより、伸び、絞り等の機械加工性を一層改善
した鋼を得ることができることを見出して、本発明に至
ったものである。

従って、本発明の目的は、耐食性にすぐれた高強度のオ
ーステナイト系ステンレス鋼、特に、塩化物及び硫化物
を含む環境下での耐食性にすぐれると共に高強度であり
、更に、伸び、絞り等の機械加工性にもすぐれたオース
テナイト系ステンレス鋼の製造方法を提供することを目
的とする。

本発明による高耐食性高強度オーステナイト系ステンレ
ス銅の製造方法の第１は、重量％でＣＯ，０５〜０．１
５％、 Ｓｉ０．１０〜０．５０％、 Ｍｎ　０．５〜５．０％、 Ｃｒ１８〜２５％、 Ｎｉ　６〜１０％、 Ｍｏ２〜４％、 Ｖ　Ｏ，０５〜０．２５％、 Ｎ　Ｏ，１５〜０．４５％、 残部鉄及び不可避的不純物よりなるオーステナイト系ス
テンレス鋼を１０３０〜１１００”ｃの温度にて固溶化
処理した後に急冷し、次いで、２５０〜５００℃の温度
に焼戻し処理することを特徴とする。

また、その第２は、重量％で ＣＯ，０５〜０．１５％、 Ｓｉ０．１０〜０．５０％、 Ｍｎ　０．５〜５．０％、 Ｃｒ　１８〜２５％、 Ｎｉ　６〜１０％、 Ｍｏ　２〜４％、 Ｖ　Ｏ，０５〜０．２５％、及び Ｎ　Ｏ，１５〜０．４５％に加えて、 Ｎｂ　０００５〜０．５０％及びＴｉ０．０１〜０゜５
０％から選ばれる少なくとも１種、 残部鉄及び不可避的不純物よりなるオーステナイト系ス
テンレス鋼を１０３０〜１１００°Ｃの温度にて固溶化
処理した後に急冷し、次いで、２５０〜５００℃の温度
に焼戻し処理することを特徴とする。

先ず、本発明によるオーステナイト系ステンレス鋼にお
ける成分の限定理由について説明する。

Ｃはオーステナイトの安定化元素であると同時に、侵入
型固溶強化元素として鋼の耐力を含めて強度向上に効果
がある。本発明においては、Ｎｉ及びＶとの共存下で微
細な炭窒化物を析出させて、鋼の耐力及び靭性を向上さ
せるために、０．０５％以上を添加させることが必要で
あるが、０，１５％を越えるときは、Ｃｒ炭化物を生成
して耐食性を低下させる。従って、Ｃ含有量は０．０５
〜０．１５％とする。

Ｓｉは鋼の脱酸剤として０．１０％以上を添加すること
が必要であるが、過度に添加するときは、溶接割れ感受
性を高め、また、熱間圧延時に割れを生じることもある
ので、上限を０．５０％とする。

ＭｎはＳｉと同様に鋼の脱酸剤として必要であるのみで
なく、Ｎの固溶量の増加、オーステナイトの安定化及び
耐溶接割れ性の改善のために０．５％以上を添加するこ
とが必要である。しかし、５％を越えるときは、熱間加
工性を損なう等の問題を生じる。従って、Ｍｎ含有量は
０．５〜５％の範囲が好ましく、特に、耐溶接割れ性を
改善する観点からは２．０〜４．０％の範囲が好ましい
。

本発明において、Ｃｒは鋼の耐食性の向上のために必須
の元素であると共に、Ｎの固溶限を増加させるためにも
必要な元素である。しかし、過度に添加するときは、オ
ーステナイトとフェライトとのバランスを崩し、本発明
鋼の特性を維持するためには、高価なＮｉ等を多量に添
加する必要が生じるので好ましくなく、かくして、Ｃｒ
含有量は１８〜２５％とする。

ＮｉはＣｒ等とのバランスによって耐食性や機械的特性
の向上のために必要不可欠の元素であり、この目的のた
めには６．０％よりも多くを添加することが必要である
が、反面、Ｃｒに対して過度に添加するときは、却って
耐食性を劣化させるので、上限を１０％とする。

Ｍｏは鋼の耐食性、特に隙間腐食、孔食防止に不可欠な
元素であり、このために２％以上の添加を必要とするが
、しかし、過剰に添加しても耐食性の向上効果が飽和す
る傾向にあり、更に製品価格を高くするので、上限を４
％とする。

■は本発明において、鋼の強度、靭性及び耐食性をバラ
ンスよく向上させるために、特に、Ｃｒ炭化物の生成を
抑えて耐食性を改善すると共に、■の炭窒化物の分散析
出による耐力の向上を図るために、少なくとも０．０５
％の添加を必要とする。

しかし、過多に添加するときは、フェライトの生成を促
し、オーステナイトとフェライトとのバランスを崩して
耐食性を劣化させる。従って、上限を０．２５％とする
。

ＮはＣと同様にオーステナイト形成元素であり、固溶に
よって鋼の耐力を向上させると共に、微細な炭窒化物を
形成して靭性を改善する効果を有する。この効果を有効
に発現させるためには０．１５％以上の添加を必要とす
るが、しかし、過剰に低下すると、鋼塊製造時に不都合
を生じるので上限を０．４５％とする。

本発明によるオーステナイト系ステンレス鋼においては
、上記した元素に加えて、Ｎｂ及びＴｉから選ばれる少
なくとも１種の元素を添加することができる。

Ｎｂは炭化物を形成して、Ｃを安定化する元素として知
られているが、Ｎ含有量が多い鋼においては、微細な炭
窒化物を形成して、耐力及び靭性を共に改善する。かか
る効果を発現させるためには、０．０５％以上を添加す
ることが必要であるが、過剰に添加するときは溶接性を
劣化させると共に、Ｎｂが安定な炭窒化物を形成する元
素であるところから、固溶Ｃ及びＮ量の減少を招き、却
って耐力を減少させ、また、巨大な炭窒化物を形成して
靭性を著しく損なう。従って、その上限を０，５０％と
する。

ＴｉもＮｂと同様に非常に安定な炭窒化物を形成する元
素であって、０．０１〜０．５０％の範囲で添加すると
き鋼の耐力を改善するが、過剰の添加は却って耐力のみ
ならず、靭性の低下を招くので、その含有量を上記のよ
うに規制する。

本発明の方法においては、上記のような化学組成を存す
る鋼を１０３０〜１１００℃の温度にて固溶化処理した
後に水冷或いは油冷にて急冷し、次いで、２５０〜５０
０℃の温度に焼戻し処理する。

本発明の方法において、上記温度範囲での固溶化処理に
よって、Ｃｒ炭化物の固溶のほか、再結晶による軟化、
耐食性の向上、内部応力の除去等を達成することができ
る。しかし、固溶化処理温度が１０３０℃よりも低いと
きは、特にＣｒ炭化物の固溶化が不十分であって、鋼中
に未溶解のＣｒ炭化物が残存し、鋼の耐食性に有害な影
響を与える。一方、１１００℃を越える高温に加熱して
固溶化処理をするときは、Ｖ、ＮｂＸＴｉ等の炭化物も
熔解するため、耐力の劣化を招く。特に好ましい固溶化
処理温度範囲は１０４０〜１０８０℃である。

固溶化加熱時間は鋼材の厚みに比例して長くすることが
必要であるが、−ａ的には鋼材２５鶴厚につき１時間の
割合で定めればよい。固溶化加熱を完了した鋼材の冷却
については、油冷以上の急速冷却、即ち、平均冷却速度
が約０．２”０７秒以上の冷却を必要とするが、特に、
例えば９００〜５００℃の温度域においては、結晶粒界
にＣｒ炭化物が析出しやすいので、この温度域では急冷
して、すぐれた耐食性を確保することが好ましい。

本発明の方法によれば、上記固溶化処理及び急冷の後に
、鋼を２５０〜５００℃の温度に焼戻し処理をして鋼中
の熱歪みを除去することによって、耐食性及び耐力のみ
ならず、特に、伸び及び絞りを一層向上させることがで
きる。即ち、上記温度域への焼戻し処理によって、前記
君、冷による焼入れ効果を緩和し、固溶化処理に伴う熱
歪みを除去すると共に、靭性を向上させることができる
。焼戻し温度が２５０℃未満では熱歪を十分に除去でき
ないので、鋼の耐応力腐食割れ性が減少するおそれがあ
る。他方、焼戻し温度が５００℃を越える高温度である
ときは、Ｃｒ炭化物の粒界析出を生じるために耐食性も
機械的性質も共に劣化する。

より好ましい焼戻し温度範囲は３５０〜５００℃、特に
好ましい温度範囲は４００〜５００℃である。

従来、オーステナイト系ステンレス鋼は、固溶化処理状
態で最も耐食性がすぐれ、その後の加熱はＣｒ炭化物の
析出を招き、耐食性を劣化させることが知られている。

しかし、本発明の方法によれば、このように従来、低温
鋭敏化現象が生じるとされている温度域での焼戻し処理
によって、鋼のすぐれた耐食性を損なわないで、伸び及
び絞り等の機械的性質を向上させることができるのであ
以上のように、本発明のオーステナイト系ステンレス鋼
の製造方法によれば、Ｃ及びＮの含有量の上限を規制し
て、これらの添加による耐食性の低下と鋼塊製造時の欠
陥発生を防ぎっつ固溶強化を図る一方、■をＣｒ、Ｎｉ
等の元素と共存させることによって、Ｃｒ炭化物の生成
を抑制しつつ、■炭窒化物の分散強化を図り、これら固
溶強化と析出強化とをバランスさせることにより、酸性
環境下で耐食性にすぐれると共に、耐力にもすぐれる特
性を有するオース妥ナイト系ステンレス鋼を得、更に、
かかるステンレス鋼を従来は耐食性や機械的性質を劣化
させるといわれている温度範囲で焼戻し処理することに
より、すぐれた耐食性を確保しつつ、一層伸びや絞り等
の機械的性質を向上させることができるのである。

以下に実施例を挙げて本発明を説明する。

実施例 第１表綱紀号Ａに示す鋼を種々の温度に加熱して固溶化
処理を施したときの機械的性質を第２表に示す。１０３
０℃以上の温度で固溶化処理後、４５０°Ｃの温度で焼
戻すことによって、特に伸びが改善されることが示され
る。また、それぞれの鋼についての応力腐食割れ試験の
結果を第２表に併せて示す。１０３０℃以上の温度で固
溶化することによって、同様に耐食性が向上することが
認められる。

次に、第１表綱紀号Ａ、Ｂ及びＣの名調を固溶化処理後
に水冷し、次いで、種々の温度に焼戻し処理したときの
機械的性質と、応力腐食割れ試験結果を第３表に示す。

但し、鋼Ａについては１０４０℃の温度で固溶化処理後
、水冷し、＠Ｂ及びＣについては１０５０℃の温度で固
溶化処理後、水冷し、４５０°Ｃ焼戻しした。本発明の
方法に従って、固溶化処理後急冷し、次いで、所定の温
度域にて焼戻し処理を行なうことによって、鋼はそのす
ぐれた耐食性を保持しつつ、伸びが著しく改善されるこ
とが明らかである。

尚、本発明においては１、特に耐力の改善に寄与するＣ
　−、Ｓ　１％　Ｎ　ｉ及びＮが次式の関係を満たすこ
とが、オーステナイト系ステンレス鋼の耐力と耐食性を
共に改善するために重要である。

３７≦１００Ｃ％＋２Ｏ３ｉ％十Ｎｉ％＋６ＯＮ％≦４
９上記式の値が４９よりも大きいときは耐食性が劣化し
、一方、３７よりも小さいときは耐食性と耐力のバラン
スが崩れ、ともにすぐれたオーステナイト系ステンレス
鋼を得難い傾向があるからである。

腐食試験は、試験片をＵ字曲げにて応力付加し、ＮＡＣ
Ｅ液（５％食塩溶液＋０．５％酢酸４１気圧硫化水素ガ
ス飽和）中に１か月間浸漬した後、腐食率を測定すると
共に、顕微鏡（１０（Ｂ＠）にて割れ発生の有無及び孔
食・隙間腐食の有無を判定した。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％で Ｃ，０，０５〜０．１５％、 Ｓｉ０．１０〜０．５０％、 Ｍｎ　０．５〜５．０％、 Ｃｒ　１８〜２５％、 Ｎｉ６，０％を越えて１０％まで、 Ｍｏ２〜４％、 Ｖ　Ｏ，０５〜０，２５％、 Ｎ　Ｏ，１５〜０．４５％、 残部鉄及び不可避的不純物よりなるオーステナイト系ス
   テンレス鋼を１０３０〜１１００℃の温度にて固溶化処
   理した後に急冷し、次いで、２５０〜５００℃の温度に
   焼戻し処理することを特徴とする高耐食性高強度オース
   テナイト系ステンレス鋼の製造方法。
2. （２）　重量％で ＣＯ，０５〜０．１５％、 Ｓｉｎ、１０〜０．５０％、 Ｍｎ　０．５〜５．０％、 Ｃｒ　１８〜２５％、 Ｎｉ５．Ｑ％を越えて１０％まで、 Ｍｏ２〜４％、 Ｖ　Ｏ，０５〜０．２５％、及び Ｎ　Ｏ，１５〜０．４５％に加えて、 Ｎｂ　Ｏ，０５〜０．５０％及びＴｉ　ｏ、０１〜０．
   ５０％から選ばれる少なくとも１種、残部鉄及び不可避
   的不純物よりなるオーステナイト系ステンレス鋼を１０
   ３０〜１１００℃の温度にて固溶化処理した後に急冷し
   、次いで、２５０〜５００℃の温度に焼戻し処理するこ
   とを特徴とする高耐食性高強度オーステナイト系ステン
   レス鋼の製造方法。