(57)【要約】【課題】オーステナイト系ステンレス鋼の水素環境脆化を化学成分で予測し効率よく判定して研究開発等の効率化を図る。【解決手段】計算式（１）で定義される水素環境脆化指標を求め、オーステナイト系ステンレス鋼が水素ガスにより脆化する水素環境脆化程度を予測し、水素環境下におけるオーステナイト系ステンレス鋼の水素環境脆化を判定する。2005009955.tif 000006ただし、Ｎｉ（％）、Ｃｒ（％）、Ｍｏ（％）、Ｍｎ（％）、及びＳｉ（％）は、前記オーステナイト系ステンレス鋼の化学成分の重量％を意味する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素環境下にあるオーステナイト系ステンレス鋼の脆化を判定する方法であって、
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ただし、Ｎｉ（％）、Ｃｒ（％）、Ｍｏ（％）、Ｍｎ（％）、及びＳｉ（％）は、前記オーステナイト系ステンレス鋼の化学成分の重量％を意味し、
前記計算式（１）により定義される水素環境脆化指標を求め、
この水素環境脆化指標にもとづき前記オーステナイト系ステンレス鋼が水素ガス雰囲気により脆化する水素環境脆化の程度を予測し判定する
ことを特徴とするオーステナイト系ステンレス鋼の判定方法。
【請求項２】
請求項１に記載のオーステナイト系ステンレス鋼の判定方法において、
前記オーステナイト系ステンレス鋼の水素環境脆化は、歪誘起マルテンサイト変態に依存することを特徴とするオーステナイト系ステンレス鋼の判定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水素環境下でのオーステナイト系ステンレス鋼の判定方法である。更に詳しくは、例えば水素環境下で使用されるオーステナイト系ステンレス鋼を効率的に開発したいとき、水素環境下での機械的性質を予測し判定するためのオーステナイト系ステンレス鋼の判定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ステンレス鋼は、錆びにくい等の特徴から、エネルギー分野を始めあらゆる分野に使用されている。ステンレス鋼は、表面に形成される薄い緻密な不働態皮膜により耐食性を有している。しかし、このステンレス鋼の環境脆化現象は、色々な形態で現れている。水素ガス雰囲気はもとより、一般に水分を含む環境下においては、この水分により発生する水素が脆化の主因と考えられている。又、硫化水素等の場合もある。
【０００３】
しかし、ステンレス鋼中に含まれる水素の量は、極微量であること等から十分な研究がなされていない。従って、その化学成分依存性は、公知のＮｉ成分説とＮｉ当量説によっていた。水素環境脆化については、特にマルテンサイト変態でＮｉ当量説が有力視され、この計算式（２）、（３）の結果を当てはめ、水素環境脆化を予測し判定を行っている。
【０００４】
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一般に、化学成分による指標は、例えば、硫化水素環境下においての耐食性等を考慮したステンレス鋼管の開発もなされている（特許文献１，２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−３０３１４８号公報
【特許文献２】
特開平８−１７６７４２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記した従来の水素脆環境下の脆化判定方法は、実情に合うものではなく、計算上の結果と事例との間で相違することが多く修正を繰り返しているのが原状であり、この結果、現状の予測判定方法は、確実性に乏しいものとなっている。そのため、試験回数を多くし、実情に近い計算式を求める努力がなされているが、研究開発コスト低減を図るには試験回数（サンプルの種類、数量等）を少なくすることが望ましい。
【０００７】
水素環境下である脆化特性を備えたオーステナイト系ステンレス鋼を効率的に開発したとき、理想的にはその脆化の状態を正確に予測し、そのステンレス鋼の化学成分の選定、成分比等が選択がなされることであり、そのためにその予測が確実なものであることが望ましい。特に、Ｎｉ当量説において、後述するように、水素環境下のオーステナイト系ステンレス鋼に適用する場合は、炭素と窒素の影響には依存していないのが実情である。本発明は、前述した課題を解決するために以下の目的を達成する。
【０００８】
本発明の目的は、オーステナイト系ステンレス鋼の水素環境脆化を化学成分で予測し評価・判定するためのオーステナイト系ステンレス鋼の判定方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、水素環境脆化の評価・判定効率を高めて実験検証の回数を少なくできるオーステナイト系ステンレス鋼の判定方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
発明１のオーステナイト系ステンレス鋼の判定方法は、水素環境下にあるオーステナイト系ステンレス鋼の脆化を判定する方法であって、
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ただし、Ｎｉ（％）、Ｃｒ（％）、Ｍｏ（％）、Ｍｎ（％）、及びＳｉ（％）は、前記オーステナイト系ステンレス鋼の化学成分の重量％を意味し、
前記計算式（１）により定義される水素環境脆化指標を求め、
この水素環境脆化指標にもとづき前記オーステナイト系ステンレス鋼が水素ガス雰囲気により脆化する水素環境脆化の程度を予測し判定することを特徴としている。
【００１０】
発明２のオーステナイト系ステンレス鋼の判定方法は、発明１において、前記オーステナイト系ステンレス鋼の水素環境脆化は、歪誘起マルテンサイト変態に依存することを特徴としている。
【００１１】
本発明の発明者は、オーステナイト系ステンレス鋼の水素環境脆化特性を研究してきた結果、オーステナイト系ステンレス鋼の水素環境脆化は、歪誘起マルテンサイト変態に原因があることが判明した。これによると、歪誘起マルテンサイト変態はオーステナイト相の安定度に依存し、又、オーステナイト相の安定度はＮｉ当量に依存する。しかし、オーステナイト系ステンレス鋼の水素環境脆化を前述のＮｉ当量説で単純に予測するのは困難であった。
【００１２】
特に炭素・窒素の元素は、オーステナイト相を安定化させ、歪誘起マルテンサイト変態を抑制させることは知られている。しかし、本発明は、炭素・窒素の添加は水素環境脆化を必ずしも改善しないことを、即ち、オーステナイト系ステンレス鋼の水素環境脆化は炭素・窒素に単純に依存していないことを明らかにし、新たな方法を提案するものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の水素環境脆化指標を導き出した過程を実施の形態として図表に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の計算式（１）にもとづき、市販のオーステナイト系ステンレス鋼の水素環境脆化の程度を表した図である。図１の縦軸は水素環境脆化度（通常不活性ガス雰囲気中での引張破断時の断面収縮率で水素環境中での破断時の断面収縮率を除したもの）を示し、横軸は計算式（１）で定義した水素環境脆化指標を示す。この図１によれば、水素環境脆化度は水素環境脆化指標が増加すると１．０に近づき、水素環境脆化は小さくなっている。図１の水素環境脆化度の値が１．０は脆化が無いことを示し、水素環境脆化度の値が１．０より小さくなるに従い脆化の程度は大きくなることを示している。
【００１４】
この水素環境脆化度の変化の傾向は、程度の差はあるものの水素環境脆化指標の％増加に伴い、水素環境脆化度は途中で減少することなく１．０に近くなる傾向を示している。水素環境脆化指標値が大きくなるなるに従って、水素環境脆化が無くなる傾向に変化していることを意味している。即ち水素環境脆化指標が増加しある一定値以上になると、水素環境脆化度が定常状態に変化する傾向を示しこれは実情にも合っている。
【００１５】
図２は、市販のオーステナイト系ステンレス鋼の水素環境脆化度を温度の影響による程度を示す図であり、各種鋼材におけるデータをプロットしたものである。図２の横軸は試験環境温度であり、縦軸は水素環境脆化度を示す。この図２のＳＵＳ３０４ステンレス鋼１、ＳＵＳ３０４（Ｓ）（ＳＵＳ３０４を鋭敏化熱処理したもの）ステンレス鋼２を例にとると、温度の上昇とともに脆化が大きくなり、１５０Ｋ近傍で脆化が急激に大きくなる変節過程を示し、２００Ｋ近傍が最大となっている。この傾向は、他の鋼材についても同様である。
【００１６】
次に、図２で示された鋼材の最大温度である２００Ｋにおける水素環境脆化度に及ぼす前記計算式（２）のＮｉ当量の影響を図３に示す。図２の縦軸は水素環境脆化度を示し、横軸は計算式（２）で定義した水素環境脆化指標を示す。これによると、Ｎｉ当量の増加とともに水素環境脆化度は１．０に近づき、水素環境脆化は小さくなる傾向にはあるが、Ｎｉ当量が２８％近傍で水素環境脆化度の値が一旦１．０より小さい方向に変化し、途中で水素環境脆化は一時的に大きくなっている。
【００１７】
この結果は、従来の計算式（２）の指標は実際の水素環境脆化の変化と合わない疑念の持たれる結果となっている。Ｎｉ当量の増加に伴う水素環境脆化度は、常に同方向の変化の関係になっていない。即ち、Ｎｉ当量を水素環境下におけるオーステナイト系ステンレス鋼に適用することは、指標として不適切であることを意味している。次にＮｉ当量に関わる炭素含有量の影響についての検証結果を説明する。
【００１８】
オーストナイト系ステンレス鋼の水素環境脆化に及ぼす炭素及び窒素の影響を調べるために、１１％Ｎｉ・１７％Ｃｒ・２％Ｍｏ型オーステナイト系ステンレス鋼を母合金としてそれぞれ炭素、窒素を添加して水素環境脆化試験を行った。母合金の歪誘起マルテンサイト変態に及ぼす炭素・窒素の影響としては、いずれの添加もオーステナイト相を安定化する効果を示し、前述した計算式（３）で表すＮｉ当量の式の傾向を示した。水素環境脆化に及ぼす炭素の影響を図４に示す。図４の縦軸は水素環境脆化度を示し、横軸は計算式（３）で定義したＮｉ当量を示す。比較のために炭素・窒素を添加していないオーステナイト系ステンレス鋼の水素環境脆化も示した。炭素添加により脆化の小さくなるＮｉ当量が小さくなっている。
【００１９】
又、水素環境脆化に及ぼす窒素の影響を図５に示す。図５の縦軸は水素環境脆化度を示し、横軸は計算式（３）で定義したＮｉ当量を示す。比較のために炭素・窒素を添加していないオーステナイト系ステンレス鋼の水素環境脆化も示した。炭素とは異なり、脆化は窒素量の増加とともに緩やかに小さくなっている。このように、オーステナト系ステンレス鋼の水素環境脆化に及ぼす炭素及び窒素の影響は、単純な歪誘起マルテンサイト変態異存性でないことが検証できる。
【００２０】
以上のことから、オーステナイト系ステンレス鋼の水素環境脆化は、歪誘起マルテンサイト変態に原因はあるものの、単に歪誘起マルテンサイト変態の大小のみでは決定することはできない。これは、炭素、窒素を含有するＮｉ当量では、決まらないことを意味している。本発明は、これらを解決し水素環境脆化の程度が歪誘起マルテンサイト変態に依存し、その大小で判定できるようにしている。
【００２１】
本発明は、数多くの化学成分を持つオーステナイト系ステンレス鋼の水素環境脆化を簡単便に評価する尺度として、特異な成分異存性を示す炭素・窒素を除いた化学成分によるＮｉ当量を用いた水素環境脆計算式を提案するものである。この結果は、図１に示すとおり、計算式（１）に従った水素環境脆化指標による水素環境脆化度が、水素環境脆化指標の増加とともに常に１．０に近づく傾向、即ち水素環境脆化が小さくなることを示している。結果的に、この計算式（１）の水素環境脆化指標は、指標として水素環境脆化挙動をよく示す結果となり、正確な予測が可能となる。
【００２２】
【実施例】
図６は、本発明による水素環境脆化指標にもとづいて、新たに溶製したオーステナイト系ステンレス鋼の歪誘起マルテンサイト変態に及ぼす温度の影響を示したものである。溶製したオーステナイト系ステンレス鋼は、１７Ｃｒ−２ＭｏをベースにＮｉを１１〜２０％加え、残りがＦｅからなるものであり、炭素（０．００１％）と窒素（０．００１〜０．０２％）は最低値にしたものである。このオーステナイト系ステンレス鋼の水素環境脆化指標は、２４％〜３４％の範囲となった。
【００２３】
図６の横軸は温度を示し、縦軸は歪誘起マルテンサイトをフエライト量で換算したフェライト相当量を示す。歪誘起マルテンサイト変態は水素環境脆化指標の増加とともに、変態開始温度及び最大変態量の減少が認められ、水素環境脆化指標は、歪誘起マルテンサイト変態もよく対応したものとなっている。
【００２４】
図７は、図６に示した溶製したオーステナイト系ステンレス鋼の水素環境脆化に及ぼす水素環境脆化指標の影響を示した一例であり、温度２００Ｋにおける値をプロットしたものである。このプロットされた溶製したオーステナイト系ステンレス鋼は、１７Ｃｒ−２ＭｏをベースにＮｉを１０〜１５％加え、残りがＦｅからなるものであり、炭素と窒素は最低値にしたものである。このオーステナイト系ステンレス鋼の水素環境脆化は、２４％〜２９％の範囲となった。図７の縦軸は水素環境脆化温度を示し、横軸は本発明の水素環境脆化指標を示す。水素環境脆化指標の増加とともに常に減少し、水素環境脆化指標が２７％で水素環境脆化度が１．０になり、水素環境脆化が無くなっている。このように、本発明の水素環境脆化指標は、オーステナイト系ステンレス鋼の水素環境脆化挙動によく対応している。
【００２５】
【発明の効果】
本発明のオーステナイト系ステンレス鋼の判定方法は、広くオーステナイト系ステンレス鋼の水素環境脆化の程度を予測する判定方法であって、水素環境脆化指標は、水素環境脆化によく対応した計算式となった。このため、予測判定を効率よく行うことができることとなったために従来に比し実験回数を減少させることができる。この結果、所望の特性を備えたオーステナイト系ステンレス鋼を開発するとき、実験効率の向上が図れるので開発速度が速くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明に関わり、市販のオーステナイト系ステンレス鋼の水素環境脆化に及ぼす水素環境脆化指標の影響を示した図である。
【図２】図２は、市販のオーステナイト系ステンレス鋼の水素環境脆化に及ぼす温度の影響を示した図である。
【図３】図３は、市販のオーステナイト系ステンレス鋼の水素環境脆化に及ぼすＮｉ当量の影響を示した図である。
【図４】図４は、オーステナイト系ステンレス鋼の水素環境脆化に及ぼす炭素含有量の影響を示した図である。
【図５】図５は、オーステナイト系ステンレス鋼の水素環境脆化に及ぼす窒素含有量の影響を示した図である。
【図６】図６は、水素環境脆化指標にもとづいて溶製したオーステナイト系ステンレス鋼の歪誘起マルテンサイト変態に及ぼす温度の影響を示した図である。
【図７】図７は、水素環境脆化最大温度である２００Ｋにおける溶製したオーステナイト系ステンレス鋼の水素環境脆化度に及ぼす水素環境脆化指標の影響を示した図である。
【符号の説明】
１…ＳＵＳ３０４ステンレス鋼
２…ＳＵＳ３０４（Ｓ）ステンレス鋼
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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