JPS6012411B2 - 耐食性鋼材の製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、海水及び硫化水素の双方に対して優れた耐食
性を示すと共に機械的特性の良好な鋼材を製造する方法
に関するものである。

石油資源の逼迫に伴なつて海底油田や海底ガス田の採掘
が活発化しつつつあるが、採掘坑口が海底に存在する為
、坑口装置用材料としては、陸上油田や陸上ガス由の場
合に比べて厳格な機械的性質や耐食性が要求される。

即ち坑口装置には過大な水圧がかかり、且つ取り換えは
殆んど不可能であるから、安全係数を十分にとることの
できる様な高強度（例えば１００ｋ９ｆ／側２以上）や
、急激な破壊に至らない様な高鋤性（例えば６ｋ９一肌
／側２以上）だけでなく海底石油中の腐食性ガス（特に
硫化水素）や海水そのものに対する耐食性に優れ、特に
孔食や隙間腐食を起こさないこと、且つ割れ感受性が少
ないこと等が要求される。これらの要求を満足できる金
属材料としては、Ｔｉ，Ｎｉ−Ｃｏ合金，Ｎｉ基合金等
が考えられるが、極めて高価である為、海底石油や海底
天然ガスの供給価格を押し上げるという問題がある。他
方本発明者等はセミオーステナィト系析出硬化型テンレ
ス鋼に注目し、熱処理条件と機械的性質や耐食性との関
係についても鋭意検討を行なってきた。その結果従来の
熱処理工程には種々の問題があることが分った。即ち析
出硬化型テンレス鋼としては、例えばＡＭ３５５（ＡＩ
Ｓ１６３４）が知られているが、この材料については種
々の推奨熱処理法（例えばサブゼロ焼却後焼戻し、２重
時効、２重変態処理、冷間圧延後低温焼戻し等）が定め
られており、これによって優れた機械的性質（引張強さ
：１２０〜２５０ｋ９ｆ／側２）を得ることができる。

しかし上記の熱処理で得たものは、一般に硫化物応力割
れ感受性を示すものが多く、海底坑口装置用材料として
全面的に推奨できるものではないと共に、熱処理工程が
複雑で経済的にも問題があった。本発明はこの様な事情
に着目してなされたものであって、高強度・高靭性を保
有するだけでなく、海水に対しては当然で同時に硫化水
素に対しても優れた耐食性を示す鋼材を、汎用性のある
熱処理法によって確実に且つ安価に製造できる方法につ
いて種々検討の結果本発明の完成に到達した。上記目的
を達成し得た本発明は、 Ｃ ：０．０５〜０．１５％（重量％、以下同じ）Ｓｉ
：０．５０％以下Ｍｎ：０．５〜１．５％ Ｃｒ：１４．０〜１７．０％ Ｎｉ：３．０〜６．０％ Ｍｏ：２．０〜３．５％ Ｖ ：０．０５〜０．１５％ Ｎ ：０．０５〜０．１８％ Ｆｅ及び不可避不純物：残部 よりなる鋼材を、１０００〜１１０び○で固溶化処理し
た後急冷し、次いで２５０〜５５００○で焼戻し処理し
、オーステナト組織からなる鋼材を得る点に要旨を有す
るものであり、上記ＡＭ３５５の化学成分に対してＶを
一定量補充するだけでなく、固溶化処理後低温焼戻しを
行なうという汎用性の高い熱処理法を採用することによ
って、高強度・高級性並びに耐食性・耐割れ性の良好な
鋼材を確実に且つ安価に提供できる様になった。

以下化学成分及び熱処理条件の限定理由を説明する。

‘１｝ 化学成分 Ｃ：０．０５〜０．１５％ Ｃは強度向上の為に不可欠の元素であり、少なくとも０
．０５％の配合が必要であるが、０．１５％を越えると
耐食性が低下するので、０．１５％を上限と定めた。

Ｓｉ：０．５０％以下 Ｓｊは鋼の適当な脱酸及び純化に必須の成分であるが、
過剰の添加はむしろ鋼の清浄度を害するので上限を０．
５％と定めた。

Ｍｎ：０．５〜１．５％ Ｓｉと同様鋼の脱酸及び純化に必須であると同時にオ−
ステナィトの安定化及び鋼の高強度化に必須の成分であ
る。

この目的の為には０．５以上の添加が必要あるが、過剰
の添加は熱間加工性を阻害する等の問題があるので、１
．５％を上限とした。Ｃｒ：１４．０〜１７．０％耐食
性の向上に不可欠の元素であり、１４．０％未満では海
水に対する耐食性が不十分となるが、元来Ｃｒはフェラ
イト形成元素であり、過剰に添加すると、加熱時に６フ
ェライトが形成され易くなり、耐硫化物応力割れ性に問
題が生じるので、１７．０％を上限とした。Ｎｉ：３．
０〜６．０％ ＮｉはＣｒと同様耐食性の向上に不可欠であり、且つオ
ーステナトの安定化に必要な元素であり、３．０％禾満
では安定なオーステナトを得ることができない。

しかし高価な元素であるため、余分な添加は、折角の低
コスト化のメリットが減少するので６．０％を上限とし
た。Ｍｏ：２．０〜３．５％ 耐食性の向上に不可欠で２．０％以上含有しなければな
らない。

しかしＣｒと同機フェライト形成元素であり、３．５％
を越えると６フェライト形成し易くなり、又コストメリ
ットを減少するので好ましくない。Ｖ：０．０５〜０．
１５％ 前述の析出硬化型ステンレス鋼（ＡＭ３５溝等‘こは通
常含まれていない元素であるが、これに配合した場合、
強度、級性及び耐食性の各項目を夫々改善向上する機能
を示し、該機能を確実に発揮する為には０．０５％以上
の配合が必要である。

しかし０．１５％を越えると却って耐食性を低下させる
と同時に強度も低下させるという不都合が現われる。Ｎ
：０．０５〜０．１８％オーステナィトの形成にとって
重要な元素であり、間接的に耐食性や耐力の向上に寄与
するが、該効果を発揮する為には、０．０５％以上の配
合が必要である。

しかし００．１８％を越えると、鋳造時のフローホール
が多くなり、熱間加工性を阻害する等の問題が生じる。
‘２｝ 熱処理条件 固溶化処理温度：１０００〜１１００００園溶化熱処理
は、Ｃｒ炭化物の間溶、再結晶による軟化、耐食性の向
上、内部応力の除去等を目的にしてなされるものである
が、１０００００未満の温度では合金元素の固溶化が不
十分になって未溶解炭化物が生じ、所期の目的が達成で
きない。

しかし１１０び０を越越える加熱では結晶粒の粗大化及
び６フェライトの析出を招いてオーステナト組織が保持
できず、耐食性劣化の原因になる。尚より好ましい温度
範囲は１０２０〜１０８０ｑ○、更に好ましい範囲は１
０４０〜１０６０つ０である。加熱時間は鋼材の厚みに
比例して長くするが、一般的には２５側厚につき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、例えば９００〜５００℃の区域において
結晶粒界にＣｒ炭化物が析出し易いという問題があるの
、特にこの区間は急冷し、これによって優れた耐食性を
確保することが必要である。例えば、園溶化処理後放冷
すると、前記Ｃｒ炭化物の析出が生じ、オーステナトが
不安定化してマルテンサィト変態を生じ、特に耐硫化物
割れ性等の耐食性が著しく劣化する。焼戻し：２５０〜
５５００○ 本工程は、前記急冷による焼入れ効果を緩和する目的で
行なわれ、固熔化処理に伴なう熱歪を除去すると共に鰯
性の向上を目的とするものである。

この意味において２５０００以上での焼戻しが望まれる
。２５０℃未満では熱歪が十分に除去しされないので、
使用中に応力腐食割れを起こす危険性が高い。

他方５５０午０を越えると炭化物の粒界析出を生じる為
耐食性が劣化し不都合である。尚より好ましい温度範囲
は３５０〜５０００○、更に好ましい範囲は４００〜５
００ｑ○である。本発明鋼材の化学成分及び熱処理条件
は上記の通りであるから、強度、鞭性及び耐食‘性等が
確実に向上し、特に海水や硫化水素による腐食を起こし
灘いので、海底油田や海底ガス田の様な腐食環境下で使
用する装置類の材料としては最適のものである。

次に本発明の実施例を説明する。

実施例 １ 下記組成からなる鋼材を用い、１０４０ｏｏで固溶化熱
処理（１時間）した後油裕中へ浸潰して急冷し、更に１
５０〜〜７５０００の中から温度条件１点を選択して３
時間の焼戻しを行ない空冷した。

Ｃ ：０．１２％ Ｓｉ：０．２５
％Ｍｎ：０．９０％ Ｎｉ：４．５
０％Ｃｒ：１５．６０％ Ｍｏ：
２．９０％Ｖ ：００９％ Ｎ ：
０．１５０％固溶化したままの鋼材Ａ、鱗戻し温度を種
々変更した鋼材Ｂ〜日について引張強さ、伸び及びＶノ
ッチシャルピー衝撃値を測定したところ、夫々第１図に
示す様な結果が得られ、又各種耐食性能に及ぼす焼戻し
温度の影響を調べたところ、第１表に示す様な結果が得
られた。

なお第１表に示す各種耐食性能の試験・評価方法は、下
記の通りである。く耐硫化物応力割れ試験〉 試験片を、日２Ｓを含有させた人工海水（冊３．ふ室温
）中に、１１．５，２０．０，３２．５ｋｇｆ／側２
の応力を付加しながら、５００時間浸潰した後、割れの
有無を観察し、下記４段階にて評価した。

◎：３２．５ｋ９ｆ／側２の応力下で割れ感受性なし。
：２０，。ｋ９ｆ／側２ ″△：１１，５ｋ９
ｆ／柵２ 〃×：１１．５ｋ９ｆ／側２の応
力下で割れ感受性有り※ なお、上記◎〜×は第１表の
下に記載の◎〜×に対応する（以下同じ）＜耐塩化物割
れ性＞ 試験片を、１００ｑｏに保持した空気飽和人工海水中に
、Ｖ字状に曲げて応力を付加した状態で、１ケ月間浸潰
したのち、割れの有無を観察するともに侵食率を算出し
、下記４段階にて評価した。

◎：割れ発生認められず、侵食率もほとんど００：割れ
は認められないが、若干の腐食減量が認められる。△：
割れは認められないが、割れの兆候（ｅｘ孔食）がある
。

×：割れが認められた。

＜耐隙間腐食性＞ 隙間を有するようにはさんだ２枚の試験片を、５０〜７
０００、ｐＨ３．５に保持した人工海水中に１〜２週間
浸潰したのち、脱スケールを行ない、ダイヤルゲージに
て最大隙間腐食深さを測定するとともに重量減より侵食
率を算出し、下記４段階にて評価した。

◎：隙間腐食も腐食減量も認められない。

○：隙間腐食は認められない。

△：隙間腐食の兆侯（変色）が認められる。

×：隙間腐食発生有り。＜耐孔食性＞ 試験片を、室温の空気飽和人工海水中に浸債するととも
に、十１００〜３００ｈＶの電位をかけ、孔食発生時間
の長短にて、下記４段階にて評価した。

◎：＋３０仇ｈＶ分極時に１時間以内に孔食発生無し０
：十３０血 〃 有り＊△：＋１０
仇ｈＶ 〃 有り×：十１０位ｈ
Ｖ 〃 １０分以内に孔食発生有り第１表 ◎：非常に良い、〇：良い．△：やや悪い、×：非常に
悪い第１図に見られる如く、引張り強さについては６５
０００或は７５０００の様に高温焼戻し‘こなるほど向
上する傾向を示したが、Ｖノツチシャルピー衝撃値は６
５０３０焼戻しで急激に低下し、又伸びは７５０ｑＣ焼
戻しで低下傾向を示した。

尚これらの物性に限って言えば固溶化のままでも全く不
都合を感じさせなかったが、第１表に示す如く焼戻しを
していないものＡは、耐硫化物割れ性及び耐塩化物割れ
・性においてやや悪いとの成績を残した。これらの耐割
れ性については焼戻し温度が高くなるにつれて向上する
傾向を見せたが、６５０００を越えると再び劣化した。
尚Ｂでは耐硫化物割れ性に問題を残し、Ｆでは耐隙間腐
食性及び耐孔食性に問題を生じたので、焼戻しの好適温
度範囲については、１５０００を越え、且つ５５０ｑｏ
未満であることが分かった。

【図面の簡単な説明】

第１図は焼戻し温度と鋼材物性の関係を示すグラフであ
る。 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Ｃ：０．０５〜０．１５％（重量％、以下同じ）Ｓ
   ｉ：０．５０％以下Ｍｎ：０．５〜１．５％ Ｃｒ：１４．０〜１７．０％ Ｎｉ：３．０〜６．０％ Ｍｏ：２．０〜３．５％ Ｖ：０．０５〜０．１５％ Ｎ：０．０５〜０．１８％ Ｆｅ及び不可避不純物：残部 よりなる鋼材を、１０００〜１１００℃で固溶化処理し
   た後急冷し、次いで２５０〜５５０℃で焼戻し処理し、
   オーステナイト組織からなる鋼材を得ることを特徴とす
   る耐食性鋼材の製造法。