JP2002020844A - 溶接部の加工性及び靭性に優れた溶接管用マルテンサイト系ステンレス鋼 - Google Patents
溶接部の加工性及び靭性に優れた溶接管用マルテンサイト系ステンレス鋼Info
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Abstract
後に焼戻しを行わなくても、溶接部の加工性及び靭性に
優れたマルテンサイト系ステンレス鋼を提供することに
ある。 【解決手段】 mass%で、C:0.01%未満、Si:0.5 %
以下、Mn:1.0 %超え、3.0 %以下、P:0.05%以下、
S:0.02%以下、Cr:10〜15%、Ni:0.1 〜1 %、Al:
0.1 %以下及びN:0.01%未満を含有し、かつ、CとN
の含有量の総和が0.015 %以下であって、下記(1)式
で示されるF値が10.5以下であり、残部は実質的にFe及
び不可避的不純物の組成になることを特徴とする。 記 F値=Cr+ 0.4×Si+ 0.2×Al+5×P−(0.4×Mn+
0.7×Ni+35×C+10×N)−−−−(1)
Description
わなくても、溶接部の加工性及び靭性に優れた溶接管用
マルテンサイト系ステンレス鋼に関するものであり、特
に、このステンレス鋼は、溶接管とした後に曲げなどの
加工が施される構造用部材、例えばサスペンションアー
ムなどの自動車の足回り用部材に用いるのに適してい
る。
11〜18mass%含有する鋼であって、使用の際には焼入れ
及び焼戻しを行うのが一般的であり、また、オーステナ
イト系ステンレス鋼に比べると、耐食性及び加工性につ
いては劣るものの強度が高いため、刃物、工具等に使用
されている。
として使用した場合には、熱影響を受けた溶接部が実質
的に焼入れされたままの状態となって、硬くかつ脆くな
るため、溶接ままの溶接管に曲げ等の加工を施すと溶接
部に割れが生じることがあった。
に保持する焼戻し処理を行うのが有用であるが、この焼
戻し処理を行うことは、通常の製造工程にさらに工程を
追加することになるため、生産性や作業性が著しく低下
するという問題があった。
接ままでも十分な延性及び靭性を有し、予熱及び後熱処
理が不要な溶接構造用マルテンサイト系ステンレス鋼が
記載されており、また、特開平9−228001号公報には、
低C、N化し、耐孔食性に優れたマルテンサイト系ステ
ンレス鋼が記載されているが、これらの公報に記載され
た実施例のステンレス鋼はいずれも、C及びNの含有量
の低減が十分ではなく、溶接時の入熱により実質的に焼
入れされたままの状態となった溶接部が母材と比べて著
しく硬化するため、厳しい曲げ加工を施した場合には、
溶接部で割れが生じる等の問題が生じた。
動車の軽量化が図られており、サスペンションアームの
ような自動車の足回り構造用部品として、従来から使用
されていた普通鋼(通常防錆塗装を施す)に代わって、
それに比べて塗装をしなくても耐食性及び耐熱性に優
れ、かつ普通鋼と同等以上の強度に調整することがで
き、伸びなどの機械的性質にもすぐれたマルテンサイト
系ステンレス鋼を適用しようとする傾向がある。マルテ
ンサイト系ステンレス鋼は塗装なしでも耐食性が優れる
ため、腐食代(腐食により減る肉厚)を普通鋼より少な
くすることができる。そのため、板厚を薄くすることが
可能であり軽量化につながる。
溶接した後に、さらに曲げ等の厳しい加工が施されるた
め、従来のマルテンサイト系ステンレス鋼では、溶接後
に焼戻し処理を行わない限り、十分な加工性を得るのは
困難であった。
的は、前記の問題点を解決し、鋼組成成分の適正化を図
ることにより、溶接後に焼戻しを行わなくても、溶接部
の加工性及び靭性に優れたマルテンサイト系ステンレス
鋼、特に、溶接管とした後に曲げなどの加工が施される
構造用部材、例えばサスペンションアームなどの自動車
の足回り用部材に用いるのに適した溶接管用マルテンサ
イト系ステンレス鋼を提供することにある。
達成するため、マルテンサイト系ステンレス鋼を用いて
製造した溶接管の強度、伸び、その溶接部の加工性およ
び靱性に及ぼす種々の添加元素の影響について詳細に調
査した。その結果、C及びNを極力低減するとともに、
Cr、Si、Al、P、Mn、Ni、CおよびNの含有量によって
定まる値、即ち後述するF値をある臨界値以下に限定す
ることにより、溶接部の加工性および靱性に優れた溶接
管用マルテンサイト系ステンレス鋼が得られることを新
たに見出した。
正量のCuを添加すると、溶接部の靱性の向上効果が顕著
になることも見出した。
り、その要旨構成は次のとおりである。 1.mass%で、 C: 0.01%未満 Si: 0.5 %以下 Mn: 1.0 %超え、 3.0%以下 P: 0.05%以下 S: 0.02%以下 Cr: 10〜15% Ni: 0.1 〜1 % Al: 0.1 %以下 N: 0.01%未満 を含有し、かつ、CとNの含有量の総和が0.015 %以下
であって、下記(1)式で示されるF値が10.5以下であ
り、残部は実質的にFe及び不可避的不純物の組成になる
ことを特徴とする溶接部の加工性及び靭性に優れた溶接
管用マルテンサイト系ステンレス鋼。
る場合には、上記鋼組成に加えて、さらにCuを0.1 〜1
%添加することが好ましく、この場合、上記F値にCuの
項を追加した下記(2)式で示されるF´値が10.5以下
であることが好ましい。
追加したものにすぎず、本質的には、F値に含まれる概
念とする。
旨構成の通りに限定した理由について説明する。
素であり、0.01mass%以上になると、その影響が顕著と
なるので、C含有量は0.01mass%未満に限定する。特
に、溶接部の加工性および靭性の向上の観点から、Cの
含有量は低いほど良く、 0.006mass%以下が望ましい。
が、過剰に添加すると鋼の靭性を劣化させ、この発明の
目的である溶接部の靭性をも劣化させるため、0.5 mass
%以下に限定する。
り、その含有量が 1.0mass%以下だと、溶接部の加工性
および靱性の向上効果が顕著ではなくなる、Mn含有量は
1.0mass%超えとし、また、この発明の目的を十分に達
成するには、好ましくは 1.5mass%超え、より好ましく
は2mass%超えとする。しかしながら、Mn含有量が 3.0
mass%を超えると、逆に鋼の加工性および靭性を劣化さ
せるとともに、この発明の目的である溶接部の加工性お
よび靭性をも劣化させることになるため、Mn含有量の上
限は 3.0mass%とする。従って、Mn含有量は、 1.0mass
%超え、 3.0mass%以下とする。
る。特にP含有量が0.05mass%超えだと、鋼の加工性を
著しく劣化させ、この発明の目的である溶接部の加工性
をも劣化させるため、P含有量は0.05mass%以下とす
る。尚、Pは、フエライト生成元素であり、多く含有す
るとマルテンサイト変態による溶接部の結晶粒の微細化
の効果が得にくくなり、溶接部の靭性が劣化することに
なるため、後述するF値にはPの項が必須である。
るが、製鋼時の脱S処理にかかる経済的制限から、0.02
mass%以下とする。
サイト変態による溶接部の結晶粒の微細化の効果を高
め、溶接部の靭性を向上させる元素成分である。その効
果を得るためには0.1mass %以上の添加が必須であり、
また、F値にもNiの項が必須である。しかしながら、1
mass%を超えて添加しても効果は飽和し、また、高価な
Niの過剰な添加はコストの上昇を招くだけであるため、
1mass%以下に限定する。
に向上するため10mass%を下限とする。また、Crはフエ
ライト生成元素であるので、その含有量が15mass%を超
えると、Mn、Ni、Cu等を添加しても高温でのオーステナ
イト相を生じにくくなり、マルテンサイト変態による溶
接部の結晶粒の微細化の効果が得にくくなるため、Cr含
有量の上限を15mass%とする。
0.1mass %超えだと、介在物が生成しやすくなって靭性
が劣化するため、Al含有量は0.1mass %以下とする。ま
た、Alはフエライト生成元素であるため、多く含有する
とマルテンサイト変態による溶接部の結晶粒の微細化の
効果が得にくくなるため、F値にもAlの項が必須であ
る。
あり、0.01mass%以上含有するとその影響が顕著となる
ので、0.01%未満に限定する。特に、溶接部の加工性お
よび靭性の向上の観点から、Nの含有量は低いほど良
く、0.006mass %以下にすることが好ましい。
る場合には、上記鋼組成に加えて、さらにCuを添加する
ことが好ましい。 Cu: 0.1 〜1 mass% Cuは、高温でのオーステナイト相を安定にし、マルテン
サイト変態による溶接部の結晶粒の微細化の効果を高
め、溶接部の靭性を向上させる元素成分であり、必要に
応じて添加される。その効果を得るためには 0.1mass%
以上の添加が必要であり、F値にもCuの項を入れる必要
がある。しかしながら、1mass%を超えて添加しても効
果は蝕和し、かつ鋼の熱間加工性が劣化し、生産性が低
下するため、Cu含有量の上限は1mass%にすることが好
ましい。
物である。不可避的不純物としては、例えばO含有量が
0.010mass%以下の範囲であることが容認される。
鋼中のCとNの含有量を極力低減するとともに、Cr、S
i、Al、P、Mn、Ni、CおよびNの含有量で決まる値を
ある適正値以下とすること、より具体的には、CとNの
含有量の総和を0.015mass %以下とし、かつ、下記
(1)式で示されるF値を10.5以下にすることにある。
に限定するのは、CとNの含有量の総和が0.015mass %
以下だと、溶接部の加工性および靭性改善効果が顕著で
あるからである。尚、CとNの含有量の総和は、溶接部
の加工性および靭性改善の観点からすれば低いほど良
く、特に0.010mass %以下であることが好ましい。
( ここにおける%表示はいずれも質量%) をベースと
し、(C+N)量を変化させたマルテンサイト系ステン
レス鋼で製造した溶接管に対し、溶接部の加工性を密着
偏平試験により評価した結果の一例を示したものであ
る。
し、平金具で荷重をかけて密着偏平させる試験であり、
この試験後に溶接部の割れの有無を調査し、(C+N)
含有量(mass%)が異なる各鋼でそれぞれ製造した30本
の溶接管で試験を行い(n=30)、割れを生じた割合を
割れ発生率(%)とし、この割れ発生率から溶接部の加
工性を評価した。
が0.015mass %以下で、優れた加工性を得られているの
がわかる。また、(C+N)含有量を0.010mass %以下
にすればほとんど割れは発生しなかった。これは、Cと
Nの含有量を極めて低くすることにより、溶接時の入熱
により生じるマルテンサイトが軟質化するためと考えら
れる。
されるF値が10.5以下であることを必須の発明特定事項
とする。
るフエライト生成元素であり、マルテンサイト系ステン
レス鋼の特徴である高温(およそ1000〜1100℃)でのオ
ーステナイト相を生じにくくする。また、Mn、Ni、C、
Nはオーステナイト生成元素であり、高温でのオーステ
ナイト相を生じやすくする。すなわち、このF値が大き
いほど高温でのオーステナイト相が生じにくくなること
を意味する。
溶接管の溶接部の靭性を向上させるには、溶接部の結晶
粒の粗大化を防止し、結晶粒を微細化することが重要で
あり、上述のF値が10.5以下であれば、高温でのオース
テナイト相から冷却される際のマルテンサイト相への変
態により、溶接部に微細なマルテンサイト組織が生じる
ために溶接部の靭性が顕著に向上し、さらに、CとNの
含有量を上記適正範囲にまで低減すると、溶接部に生じ
たマルテンサイト組織は軟質になり、溶接部の加工性が
向上することを見出した。
ライト単相あるいは高温で極少量のオーステナイト相し
か生じないため、溶接時の入熱によりフエライト粒が粗
大化し、溶接部の靭性が極度に劣化することも判明し
た。
C−0.005 %N( ここにおける%表示はいずれもmass
%) をベースとし、異なるF値をもつ各マルテンサイト
系ステンレス鋼をTIG溶接によって製造した溶接管に
ついて、溶接熱影響部の靱性と硬度を調査した結果を示
す。
れば、脆性遷移温度が低く(すなわち、低温でも脆化し
にくく)、溶接部靱性は良好である。また、F値が10.5
以下で高い硬度(強度)を示しているのは軟質マルテン
サイトへの変態が起きたためで、F値が10.5を超えると
フェライト粒の粗大化が起こっているものと推定され
る。
は、溶接部の靭性および加工性向上のため、F値を10.5
以下に限定することとした。
る場合には、上記鋼組成に加えて、さらにCuを添加する
ことが好ましく、この場合には、F値にCu項を追加した
下記(2)式で示されるF´値を、F値と同様な限定理
由により10.5以下とすることが好ましい。
レス鋼の好適な製造方法の一例について説明する。この
発明のマルテンサイト系ステンレス鋼を製造する方法
は、特に限定する必要がなく、マルテンサイト系ステン
レス鋼の製造に一般的に採用されている製造方法をその
まま適用することができる。
要に応じて添加される成分とを、転炉あるいは電気炉等
で溶製し、VODにより2次精錬を行う方法が好適であ
る。溶製した溶鋼は、通常公知の鋳造方法にしたがって
鋼素材とすることができるが、生産性および品質の観点
から、連続鋳造法を適用するのが好ましい。連続鋳造し
て得られた鋼素材は、必要に応じて所定温度に加熱さ
れ、熱間庄延により所望の板厚の熱延板とされる。この
熱延板は、必要に応じ、好ましくは700 〜800 ℃の箱焼
鈍を施した後、酸洗、冷間圧延を施し、所定の板厚の冷
延板とする。冷延板は、好ましくは700 〜800 ℃の連続
焼鈍および酸洗を施して、冷延焼鈍板とする。
あるいは熱延焼鈍後に酸洗等により脱スケールを行った
ものを使用に供することも可能である。
接、電縫溶接およびレーザー溶接など、通常の溶接方法
が適用可能である。本発明鋼は、溶接後の焼戻しが不要
で、溶接ままで十分使用可能であるが、強度の調整など
のために、溶接後の焼戻し処理を行うことも可能であ
る。
げ、この発明をより具体的に説明する。表1に示す化学
組成を有する50kg鋼塊を真空溶解炉で溶製し、熱間圧延
により厚さ4mmの熱延板とした。その後、700 ℃×8時
間の焼鈍を施した後、冷間圧延で厚さ 2.5mmの冷延板と
した。さらに、730 ℃×1分の仕上げ焼鈍、次いで酸洗
を行い、厚さ 2.5mmの冷延焼鈍板を得た。
以下の方法により調査した。まずTIGビードオン溶接
を行い、溶接熱影響部に溶接方向と平行に2Vノッチを
入れたJIS4号 2.5mm幅サブサイズ試験片を採取し
た。この試験片を用い、試験温度0℃でシャルピー衝撃
試験を行い、吸収エネルギーを測定した。試験数は各5
個ずつ行い、それらの平均値を算出し、この算出値によ
って溶接部の靭性を評価した。尚、この算出値は、150
N・m/cm2 以上であれば実用上問題がなく、溶接部の
靭性に優れていることを示す。
溶接管を作製し、これを焼鈍することなく溶接ままで供
試材とし、下記の方法にしたがって、溶接管の引張り強
度、伸び、および溶接管の溶接部の曲げ加工性を評価し
た。
験片を用いた引張試験により測定した。溶接部の加工性
は、溶接部を側面曲げ部とし、密着偏平まで平金具で荷
重をかけてつぶす密着偏平試験により、溶接部の割れの
有無により評価した。
結果から、発明例である鋼No.1〜9はいずれも、450MPa
以上の高い強度と45%以上の高い伸びを示しつつ、溶接
部の靭性および加工性が優れている。一方、鋼組成がこ
の発明の適正範囲外である比較例(鋼No.10 〜19)は、
溶接部の靭性および加工性の少なくとも一方が劣ってい
る。
を図ることにより、溶接後に焼戻しを行わなくても、溶
接部の加工性及び靭性に優れたマルテンサイト系ステン
レス鋼、特に、溶接管とした後に曲げなどの加工が施さ
れる構造用部材、例えばサスペンションアームなどの自
動車の足回り用部材に用いるのに適した溶接管用マルテ
ンサイト系ステンレス鋼の提供が可能になった。
イト系ステンレス鋼で製造した溶接管について、溶接部
を側面曲げ部とした密着偏平試験を行ったときの、(C
+N)含有量と溶接部における割れ発生率との関係を示
した図である。
テンレス鋼をTIG溶接によって製造した溶接管につい
て、F値に対して溶接熱影響部の靱性と硬度をプロット
したときの図である。
Claims (2)
- 【請求項1】mass%で、 C: 0.01%未満 Si: 0.5 %以下 Mn: 1.0 %超え、 3.0%以下 P: 0.05%以下 S: 0.02%以下 Cr: 10〜15% Ni: 0.1 〜1 % Al: 0.1 %以下 N: 0.01%未満 を含有し、かつ、CとNの含有量の総和が0.015 %以下
であって、下記(1)式で示されるF値が10.5以下であ
り、残部は実質的にFe及び不可避的不純物の組成になる
ことを特徴とする溶接部の加工性及び靭性に優れた溶接
管用マルテンサイト系ステンレス鋼。 記 F値=Cr+ 0.4×Si+ 0.2×Al+5×P −( 0.4×Mn+ 0.7×Ni+35×C+10×N)−−−−(1) - 【請求項2】mass%で、 C: 0.01%未満 Si: 0.5 %以下 Mn: 1.0 %超え、 3.0%以下 P: 0.05%以下 S: 0.02%以下 Cr: 10〜15% Ni: 0.1 〜1 % Al: 0.1 %以下 Cu: 0.1 〜1 % N: 0.01%未満 を含有し、かつ、CとNの含有量の総和が0.015 %以下
であって、下記(2)式で示されるF´値が10.5以下で
あり、残部は実質的にFe及び不可避的不純物の組成にな
ることを特徴とする溶接部の加工性及び靭性に優れた溶
接管用マルテンサイト系ステンレス鋼。 記 F´値=Cr+ 0.4×Si+ 0.2×Al+5×P −( 0.4×Mn+ 0.7×Ni+ 0.6×Cu+35×C+10×N)−−−−(2)
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JP2000206359A JP4385502B2 (ja) | 2000-07-07 | 2000-07-07 | 溶接部の加工性及び靭性に優れた溶接管用マルテンサイト系ステンレス鋼 |
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2000
- 2000-07-07 JP JP2000206359A patent/JP4385502B2/ja not_active Expired - Lifetime
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