JPH02258956A - 熱間加工性に優れた高耐食二相ステンレス鋼 - 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】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、油井用ラインパイプや化学工業用配管類の
高耐食性素材として好適で、かつ熱間加工時（例えば鋼
板や鋼管の製造時）の疵発生が極めて少ない熱間加工性
に優れた高耐食二相ステンレス鋼に関するものである。

〈従来技術とその課題〉 Ｃｒを多量に含有する二相ステンレス鋼は、塩化物るよ
る孔食、隙間腐食並びに応力腐食等に対して強い抵抗性
を備えているため、海水を用いる熱交換器を始め、化学
製造機器や油井用配管材料等として広い用途を誇ってし
−るが、一方で二相ステンレス鋼には高温変形能が一般
に劣ると言う欠点も指摘されていた。つまり、二相ステ
ンレス鋼は熱間加工性が低く、熱間加工後の冷却過程で
“シグマ脆化”、“４７５℃脆化”と呼ばれる脆化機構
により鋼片の表面割れを誘起し易い材料であった。

そこで、従来、この二相ステンレス鋼の高温変形能を改
善すべく次に示すような手段が提案され、相応の効果が
得られるとの報告がなされている。

＾）　γ相の比率を１５〜５５％に規制して十分に多い
α相を確保できるように成分設計すると共に、鋼塊成分
をバランスさせることによって高温でのγ相とα相との
強度を近付け、かつＢの添加により結晶粒界を強化する
方法（特公昭５９−１４０９９号公報）。

Ｂ）　鋼中のＳ及びＯを低減すると共に、必要に応じて
希土類元素を添加して鋼溶製時の脱Ｏ及び脱Ｓを強化す
る方法（特公昭５７−１５６６０号公報）。

Ｃ）　　ＡβとＣａとを複合添加して介在物の形態を変
える方法（特公昭５４−２４３６４号公報）。

ところで、二相ステンレス鋼は、多くの場合、耐食性を
高めるためにＭｏやＮが添加されるが、耐隙間腐食性を
より高める目的で上記元素に加えてＶ、Ｗ、Ｃｕ等が添
加されることがある。しかしながら、これらの元素は耐
食性向上のためには非常に有効であるが、−面で熱間加
工性を著しく阻害するものでもあり、中でも■は靭性を
著しく劣化することが知られている。

従って、前述した如くただでさえ熱間加工性が低くて鋼
片表面割れを誘起し易い二相ステンレス鋼に、耐隙間腐
食性に著効があるとは言えＶ等を多量に含有した場合に
は、その脆化が更に助長されることとなり、高温変形能
改善のための前記各方法をそのまま適用したとしても鋼
片の表面割れを防止するのが困難で、著しい鋼片手入れ
歩留の低下を余儀無くされる結果となっていた。

そのため、■等を多量に含有させて耐隙間腐食性を一段
と改善した実用的な二相ステンレス鋼は未だ存在しない
と言うのが現状であった。

このようなことから、本発明の目的、■を始めとする耐
食性改善成分を添加してより優れた耐食性能を付与し、
なおかつ優れた熱間加工性をも備えた二相ステンレス鋼
の提供に置かれた。

く課題を解決するための手段〉 そこで、本発明者等は上記目的を達成すべく、まず、 ａ）一般に二相ステンレス鋼の熱間加工性はγ相が少な
いほど向上することが知られているが、γ相を少なくす
ると逆に靭性が劣化するようになる。

ｂ）一方、シグマ相はγ相が多くなると析出が促進され
る。

Ｃ）シグマ脆化等に起因する鋼片表面割れの多くは熱間
加工割れを起点とし、鋼片冷却時又は手入れ時に発生す
る応力によって助長されている。

との事実に着目し、真空溶解により得た”Ｖ等を含有量
する二相ステンレス鋼”の種々の鋼塊について熱間鍛造
・空冷の実験を数多く繰り返しながら研究を重ねた結果
、［Ｖ等の耐食性改善元素を含有する二相ステンレス鋼
では、鋼中のＳ及びＯ量を著しく低い領域にまで低減す
ると共にＣａ及びＢを複合添加し、かつ熱間加工の低温
域（１０００〜８００℃）でのγ相の割合が３０〜７０
％と中程度になるように成分組成設定を行った場合には
、その熱間加工性が顕著に向上して鋼片の手入れ歩留を
９５％以上にまで改善でき、従って上記方法によれば■
成分等の添加により耐食性が高められ、しかも優れた熱
間加工性をも備えた二相ステンレス鋼の実現が可能であ
る」との知見を得るに至ったのである。

この発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、 「二相ステンレス鋼を、 Ｃ：　０．０３％以下（以降、成分割合を表わす％は重
量％とする）。

Ｓｉ　：　０．１〜１．０％、　　　Ｍｎ　：　０．３
〜２．０％。

Ｐ　：　０．０３５％以下、　　　Ｓ　：　０．００２
０％以下。

Ｎｉ　：　４．０〜９．０％、　　　Ｃｒ　：　２０〜
２８％。

門ｏ　：　０．５〜５．０％、　　　Ｖ：０．１〜１．
０％。

ｓｏｌ、　Ａｊ！　：　０．００５〜０．０５％。

Ｃａ　：　０．００１０〜０．０１００％。

Ｂ　：　０．０００５〜０．０１００％、　　Ｎ　：　
０．０８〜０．２％。

０　：　０．００６％以下 を含有するか、或いはこれに加えて更にＣ１ｌ　：　０
．１〜１．５％。

Ｗ：０．１〜１．５％。

Ｎｂ　：　０．０５〜０．５％ のうちの１種以上をも含むと共に残部が実質的にＦｅよ
り成り、かつ鋳込状態でのＴ相割合が３０〜７０％であ
る成分組成に構成することにより、優れた耐食性をその
まま維持した上で優れた熱間加工性をも兼備せしめた点
」 を特徴としたものである。

ここで、二相ステンレス鋼の成分含有割合並びに鋳込状
態でのγ相の割合を前記の如（に限定した理由は次の通
りである。

く作用〉 （ａｌ　　Ｃ Ｃ含有量が０．０３％を超えると炭化物が粒界析出する
ようになり、耐食性及び靭性が劣化し易くなることから
、Ｃ含有量は０．０３％以下と定めた。

（ｂｌ　　５ｉ Ｓｉは鋼の脱酸のために不可欠な成分であり、十分な脱
酸効果を確保するには０．１％以上含有させる必要があ
るが、１．０％を超えて含有させると靭性の劣化を招く
ようになることから、Ｓｉ含有量は０．１〜１．０％と
定めた。

（ｅ）　　Ｍｎ Ｍｎ成分もＳｉと同様に脱酸作用を有しているが、その
含有量が０．３％未満では該作用による所望の効果が得
られない。一方、Ｍｎ含有量２．０％までは鋼に格別な
悪影響が及ぼされることがないため、？Ｉｎ含存含有量
、３〜２．０％と定めた。

（ｄ）　　　Ｐ Ｐは鋼の熱間加工性並びに耐食性を劣化させる不純物元
素であるが、０．０３５％までは許容されることから、
Ｐ含有量は０．０３５％以下と定めた。

（ｅｌ　　Ｓ、及びＯ ８及びＯは、過剰に存在すると粒界に偏析して熱間加工
性を劣化すると共に、Ｃａ、　ＡＪ！等と結合して粗大
な介在物を生成し耐食性を劣化するため極力低減すべき
不純物元素である。しかし、Ｓ含有量を０．００２０％
以下に、またＣ含有量を０．００６％以下にそれぞれ抑
えることで所望の高い熱間加工性及び耐食性を得ること
ができることから、これらの含有量は各々前記の如くに
限定した。

ｆｆｌ　　Ｎｉ Ｎｉ成分は鋼の機械的性質、加工性及び一般耐食性を向
上させると共に、鋼の組織をオーステナイト−フェライ
トの二相Ｎｉ織とするために不可欠なものであるが、そ
の含有量が４．０％未満では上記効果が得られず、一方
、９．０％を超えて含有させてもコストに見合う特性改
善効果が得られないことから、Ｎｉ含有量は４．０〜９
．０％と定めた。

（ｇｌ　　Ｃｒ Ｃｒは鋼の一般耐食性を向上させる重要な成分であり、
二相ステンレス鋼に求められる所望の耐食性を確保する
ためには２０％以上を含有させることが必要である。一
方、２８％を超えてＣｒを含有させると加工性に悪影響
が出るようになることから、Ｃｒ含有量は２０〜２８％
と定めた。

（ｈ！　　Ｍ。

Ｍｏ成分には鋼の局部耐食性を著しく向上させる作用が
あるので、耐食性合金ではＣｒと共に添加して耐食性の
更なる改善が図られるが、その含有量が０．５％未満で
あると前記作用による所望の効果が得られず、一方、５
．０％を超えて含有させるとコスト上昇に見合うだけの
効果が確保できないばかりか、加工性に悪い影響を及ぼ
すことが懸念されることから、Ｍｏ含有量は０．５〜５
．０％と定めた。

（１）　　　Ｖ ■成分にはＣｒ、Ｍｏ等と適量共存させることにより塩
化物溶液等に対する綱の耐食性、隙間腐食性を向上させ
る作用があるが、その含有量が０．１％未満では前記作
用による所望の効果が得られず、一方、１．０％を超え
て含有させると熱間加工性及び靭性が著しく劣化するよ
うになることから、■含有量は０．１〜１．０％と定め
た。

（Ｊｌ　　ｓｏｌ、ＡＲ Ａｆは脱酸成分として不可欠なものであり、十分な脱酸
効果を確保するためにはｓｏｔ、ＡＩで０．００５％以
上含有させる必要があるが、０．０５％を超えて含有さ
せるとＡＩＮとして析出し耐食性を劣化すると共に靭性
低下をも招くようになることから、ＡＩ含有量はｓｏｌ
、ＡＩで０．００５〜０．０５％と定めた。

（ｋｌ　　Ｃａ Ｃａ成分には鋼中のＳを硫化物として固定して熱間加工
性を改善する作用があるが、その含有量が０．００１０
％未満では前記作用による所望の効果が得られず、一方
、０．０１００％を超えて含有量させると、逆に熱間加
工性を害するばかりか耐食性をも劣化するようになるた
め、Ｃａ含有量はｏ、ｏｏｉｏ　〜ｏ、ｏｔｏ。

％と定めた。

（１）　　Ｂ Ｂ成分は鋼の熱間加工性を改善する作用を有するが、そ
の機構はＣａ添加の場合とは異なるので、Ｃａと共存さ
せることによって広い温度域の熱間加工性を達成するこ
とができる。ただ、Ｂの含有■が０．０００５％未満で
あると熱間加工性改善効果が十分でなく、一方、０．０
１００％を超えて含有させると溶融脆化を促進して逆に
熱間加工性を害するようになることから、Ｂ含有量はｏ
、ｏｏｏｓ〜０．０１００％と定めた。

（ｍｌＮ Ｎ成分には母材のみならず溶接部の耐孔食性及び耐隙間
腐食性を向上させる作用があるが、その含有量が０．０
８％未満では上記作用に所望の効果が得られず、一方、
０．３０％を超えて含有させると窒化物が析出し易くな
って耐食性及び靭性に悪影響を及ぼすことから、Ｎ含有
量は０．０８〜０．３０％と定めた。

（ｏ）　　Ｃｕ、　Ｗ、及びＮｂ これらの成分は何れも二相ステンレス鋼の耐食性を更に
改善する効果を有するので、必要により１種又は２種以
上含有せしめられるが、それぞれの成分の含有量は次の
理由によって定められた。

イ）　　Ｃｕ Ｃｕ成分には二相ステンレス鋼の耐孔食性、耐隙間腐食
性及び一般耐食性を向上する作用があるが、その含有量
が０．１％未満では上記作用による所望の効果が得られ
ず、一方、１．５％を超えて含有させると高温変形能を
害するばかりかε−ｐｈａｓｅを析出して逆に耐食性を
劣化するようになることから、Ｃｕを含有させる場合に
はその含有量は０．１〜１．５％と定めた。

口）Ｗ Ｗ成分には二相ステンレス鋼の耐局部腐食性を向上する
作用があるが、その含有量が０．１％未満では前記作用
による所望の効果が得られず、一方、１，５％を超えて
含有量させても更なる耐食性向上効果を得ることが困難
であることから、Ｗを含有させる場合にはその含有量は
０．１〜１．５％と定めた。

ハ）Ｎｂ Ｎｂ成分には、■と同様に二相ステンレス鋼の耐局部腐
食性を向上する作用があるが、その含有量が０．０５％
未満では上記作用による所望の効果が得られず、一方、
０．５％を超えて含有させてもコスト上昇に見合うだけ
の効果が気体できないことから、Ｎｂ含有量は０．０５
〜０，５％と定めた。

（ｐ）　　鋳込み状態でのγ相の割合 通常の二相ステンレス鋼においてはγ相の比率は１１０
０℃以上で著しく減少するが、熱間加工の低温域（１０
００〜８００℃）では大きな変動はなく、鋳込状態での
γ相の割合によって代表させることができる。そして、
この鋳込状態でのγ相の割合が３０％を下回った場合に
は靭性が劣化して熱間加工後の鋼片の手入れ時にヒート
クランクが発生し易くなり（後述する実施例を参照され
たい）、鋼片の手入れ歩留が低下する。一方、鋳込状態
でのγ相の割合が７０％を超えると熱間加工性が著しく
低下すると共に、シグマ相に起因する割れが生じ易くな
り、やはり鋼片の手入れ歩留が低下する。

従って、本発明に係る二相ステンレス鋼では、鋳込状態
でのγ相の割合を３０〜７０％と限定した。

なお、上記γ相の割合は、本発明の規定範囲内で各成分
の含有割合を調整して達成することができる。

続いて、この発明を実施例により、比較例と対比しなが
ら更に具体的に説明する。

〈実施例〉 まず、真空溶解炉で第１表に示す如き成分組成の各二相
ステンレス鋼を溶製し、２５ｋｇ丸鋼塊に鋳込んだ。

次いで、これら丸綱塊の表面に存在する黒皮を研削によ
って除去し、鋼塊のボトム面については更に研磨仕上げ
を行ってからフェライトメータによりフェライト相率（
α％）を測定した。そして、「γ％＝１００−α％」に
よりγ相率（１％）を求めた。

次に、研削した上記鋼塊を１２５０℃の炉で２時間加熱
した後に炉出しして鍛造を開始し、鋼片の表面温度が９
００℃を下回った時点で再炉入れすると言う、都合２回
の加熱・鍛造操作によって６０１１厚×１００重曹幅Ｘ
４０Ｏｒａ長の鋼片とし、そのまま空冷して重量を測定
した。そして、上記鍛造によって鋼片表面に発生した疵
を研削によって除去した後の重量も測定し、この“疵除
去後の重量″の“鍛造後の無手入れ鋼片重量”に対する
割合を算出して「鋼片手入れ歩留」とした。

上記“鋼片手入れ歩留の算出結果”を“γ相率（１％）
の測定結果”と共に第１表に併せて示す。

第１表に示される結果からも明らかなように、本発明に
係る二相ステンレス鋼では鋼片手入れ歩留：９５％以上
と言う高い値を示し、従来鋼に比べて熱間加工性に優れ
ていることが分かる。

なお、本発明に係る二相ステンレス鋼は、腐食試験によ
って十分に優れた耐食性を有していることも確認された
。

く効果の総括〉 以上に説明した如く、この発明によれば、Ｖ添加によっ
て著しく高い耐食性を示し、しかも優れた熱間加工性を
有する二相ステンレス鋼を提供することが可能となり、
化学工業用配管や油井用ラインパイプ等の性能向上やコ
スト低減に大きく寄与することが期待できるなど、産業
上極めて有用な効果がもたらされる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量割合にて Ｃ：０．０３％以下、Ｓｉ：０．１〜１．０％、Ｍｎ：
   ０．３〜２．０％、Ｐ：０．０３５％以下、Ｓ：０．０
   ０２０％以下、Ｎｉ：４．０〜９．０％、Ｃｒ：２０〜
   ２８％、Ｍｏ：０．５〜５．０％。 Ｖ：０．１〜１．０％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００５〜０
   ．０５％、Ｃａ：０．００１０〜０．０１００％、 Ｂ：０．０００５〜０．０１００％、Ｎ：０．０８〜０
   ．３％、Ｏ：０．００６％以下 を含むと共に残部が実質的にＦｅより成り、かつ鋳込状
   態でのγ相割合が３０〜７０％である熱間加工性に優れ
   た高耐食二相ステンレス鋼。
2. （２）重量割合にて Ｃ：０．０３％以下、Ｓｉ：０．１〜１．０％、Ｍｎ：
   ０．３〜２．０％、Ｐ：０．０３５％以下、Ｓ：０．０
   ０２０％以下、Ｎｉ：４．０〜９．０％、Ｃｒ：２０〜
   ２８％、Ｍｏ：０．５〜５．０％、Ｖ：０．１〜１．０
   ％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００５〜０．０５％、Ｃａ：０
   ．００１０〜０．０１００％、 Ｂ：０．０００５〜０．０１００％、Ｎ：０．０８〜０
   ．３％、Ｏ：０．００６％以下 を含有し、更に Ｃｕ：０．１〜１．５％、 Ｗ：０．１〜１．５％、 Ｎｂ：０．０５〜０．５％ のうちの１種以上をも含むと共に残部が実質的にＦｅよ
   り成り、かつ鋳込状態でのγ相割合が３０〜７０％であ
   る熱間加工性に優れた高耐食二相ステンレス鋼。