JP2004156126A

JP2004156126A - 冷間加工性が良好な高耐食オーステナイト系ステンレス鋼

Info

Publication number: JP2004156126A
Application number: JP2002325151A
Authority: JP
Inventors: Yusuke Oikawa; 雄介及川; Yoshinori Tada; 好宣多田; Takeshi Nakano; 健中野
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2002-11-08
Filing date: 2002-11-08
Publication date: 2004-06-03
Anticipated expiration: 2022-11-08
Also published as: JP3828067B2

Abstract

【課題】臨海環境等で使用される建材として十分な耐食性を有し、かつ軟質で冷間，熱間加工性共に良好なオーステナイト系ステンレス鋼を提供する。
【解決手段】質量％にてＣ：≦０．０３％、Ｓｉ：０．１〜１．０％、Ｍｎ：０．１〜１．０％、Ｎｉ：２１．０〜２５．０％、Ｃｒ：１８．０〜２２．０％、Ｍｏ：５．０〜７．０％、Ｃｕ：０．３〜３．０％、Ｎ：０．０５％未満を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、（１）式で表されるδＦｅ（ｃａｌ）値が−５．０以下とする。
δＦｅ（ｃａｌ）＝３（Ｃｒ＋Ｍｏ＋１．５Ｓｉ）―２．８｛Ｎｉ＋０．５（Ｍｎ＋Ｃｕ）＋３０（Ｃ＋Ｎ）｝―１９．８・・・（１）
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は臨海環境等で用いられ、従来材より軟質で熱間および冷間加工性に優れた高耐食オーステナイト系ステンレス鋼に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ステンレス鋼はその高耐食の性質を利用し比較的過酷な環境でも発銹を生じ難い金属建材として用いられており、例えば屋根，ビルの外壁，フェンス等に板や線材等様々な形状のものが使用されている。これらにはステンレスの汎用鋼であるＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６が使われることが多い。
【０００３】
しかしながら、当該材は臨海環境では耐食性が十分とは言えず、ウォーターフロント開発等の活発化等に合わせ臨海地区でも十分な耐食性を有するステンレス鋼が望まれている。
【０００４】
それらの用途に対して、例えば特許文献１に開示されている高Ｃｒ高Ｍｏ高Ｎオーステナイト系ステンレス鋼や、例えば特許文献２に開示されている高Ｃｒ高Ｍｏフェライト系ステンレス鋼が発明され、屋根や外壁等の平板材としてはかなり広く使用されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭４９−１３５８１２号公報
【特許文献２】
特開平６−２７９９５３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
建材には、屋根等の平板だけでなく、フェンス等に用いられる線材、モニュメント等の複雑形状材、更に、屋根を締結するファスナー材等がある。これらは、曲げや冷間鍛造といった冷間加工によって所定の形状に加工される。
【０００７】
しかしながら、従来材は冷間加工性が低く、上記形状に加工するのは困難であり、温間加工といった特別な加工を行うか、あるいは耐食性を犠牲にしてＳＵＳ３１６等の汎用鋼を用いることさえあった。
【０００８】
前記特許文献１等に開示されている高Ｃｒ高Ｍｏ高Ｎオーステナイト系ステンレス鋼については、化学工業用機器や海水を使用する熱交換器等の用途に開発されたものであり、耐孔食性や熱間加工性について考慮されているが、強度については高強度狙いであり、熱間加工性冷間加工性何れについても劣る。
【０００９】
また、前記特許文献２に開示されている高Ｃｒ高Ｍｏフェライト系ステンレス鋼については、高純フェライト系であるため軟質かつ熱間加工性良好であるが、靱性が比較的低く、冷間鍛造等を行うのは至難である。
【００１０】
本発明は、臨海環境等で使用される建材として十分な耐食性を有し、かつ軟質で冷間，熱間加工性共に良好なオーステナイト系ステンレス鋼を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の要旨は、以下の通りである。
【００１２】
まず、基本成分として、
（１）まず、基本成分として、質量％にてＣ：≦０．０３％
Ｓｉ：０．１〜１．０％
Ｍｎ：０．１〜１．０％
Ｎｉ：２１．０〜２５．０％
Ｃｒ：１８．０〜２２．０％
Ｍｏ：５．０〜７．０％
Ｃｕ：０．３〜３．０％
Ｎ：０．０５％未満を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、（１）式で表されるδＦｅ（ｃａｌ）値が−５．０以下とする。
δＦｅ（ｃａｌ）＝３（Ｃｒ＋Ｍｏ＋１．５Ｓｉ）―２．８｛Ｎｉ＋０．５（Ｍｎ＋Ｃｕ）＋３０（Ｃ＋Ｎ）｝―１９．８・・・（１）
（２）更に質量％でＣ＋Ｎ：０．０５％以下とすることで、冷間加工性を更に向上できる。
（３）更に質量％でＢ：０．００１〜０．００５％添加することで、冷間加工性を更に向上できる。
（４）更に質量％でＡｌ：０．００５〜０．０６％、Ｃａ：０．００１〜０．００７％、Ｍｇ：０．０００５〜０．００４％、ＲＥＭ：０．０００５〜０．００３％の１種または２種以上を添加することで、脱酸材や脱硫材として添加した場合の加工性や耐食性の劣化を防止できる。
（５）更に質量％でＴｉ：０．０５〜０．４％、Ｎｂ：０．０５〜０．２５％、Ｚｒ：０．０５〜０．３％、Ｔａ：０．０５〜０．２％の１種または２種以上を添加することで、耐食性を向上できる。
（６）更に質量％でＶ：０．５％以下、Ｗ：０．５％以下、Ｓｎ：０．１％以下の１種または２種以上を添加することで、耐食性を更に向上できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、オーステナイト系ステンレス鋼の熱間加工性、冷間加工性、耐食性に及ぼす主要元素の影響について研究した結果、以下の知見を得た。
【００１４】
まず、熱間加工性即ち高温における強度については、特にＣ、Ｎ、Ｃｒ、Ｍｏが高強度化に大きく寄与し、増加により低強度化する元素は無い。
【００１５】
冷間加工性については、熱間と同様Ｃ，Ｎ，Ｃｒ，Ｍｏの増加により高強度化するが、熱間と比較してＣｒ，Ｍｏに対するＣ，Ｎの寄与が大きい。また、Ｓｉの増加によっても高強度化する。逆にＮｉ，Ｃｕの増加は低強度側に寄与する。
【００１６】
一方、耐食性についてはＣｒ，Ｍｏ，Ｎの３元素が増加により耐食性向上に寄与する。
【００１７】
これらの結果から言えることは、耐食性向上元素であるＣｒ，Ｍｏ，Ｎは何れも高強度化に寄与するため、耐食性と軟質化の両方を満足させることは困難であるということである。そこで、本発明者らは下記の考えによりこの問題を解決するに到った。
【００１８】
即ち、高強度化に対する寄与が特に大きいＮについてはできる限り低減し、耐食性は高Ｃｒ，高Ｍｏ化にて担保すると言うことである。更に冷間加工時の軟質化を確保すべく、Ｎｉ，Ｃｕの添加を行った。
【００１９】
もう一つ考慮しなければならないのがσ相の問題である。σ相はＦｅ，Ｃｒ，Ｍｏの金属間化合物であり、当該材のような高Ｃｒ高Ｍｏ鋼で成分的にオーステナイト安定度が低い場合に生成し、成品の冷間加工性と耐食性を著しく損ねる。
これについては実験を重ねた結果、下記（１）式で規定されるδＦｅ（ｃａｌ）値が−５．０以下になるように成分調整し、適切な熱処理を行うことにより、σ相の影響を無害化できることを突き止めた。望ましいδＦｅ（ｃａｌ）値は−７．５以下である。
δＦｅ（ｃａｌ）＝３（Ｃｒ＋Ｍｏ＋１．５Ｓｉ）―２．８｛Ｎｉ＋０．５（Ｍｎ＋Ｃｕ）＋３０（Ｃ＋Ｎ）｝―１９．８・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１）
【００２０】
次に各々の合金元素の成分範囲を規定した理由について説明する。
【００２１】
ＣはＮと同様に侵入型固溶元素として鋼の強度を非常に増加させる元素である。更にクロム炭化物の析出等により耐食性も減ずるため、０．０３％以下にする必要がある。望ましい範囲は０．０２％以下である。
【００２２】
Ｓｉは冷間加工時における強度を高める元素であり、軟質化のためには低減した方がよいが、脱酸剤として精錬上必要である上、高温における耐酸化性を高め熱処理時のスケールロスを抑制する効果があるためある程度の添加は必要である。このため、Ｓｉの範囲は０．１〜１．０％にした。望ましい範囲は０．１５〜０．７％である。
【００２３】
ＭｎはＳｉと同様に脱酸剤として働くが、１．０％超の添加は耐食性を劣化させるためＭｎの範囲は０．１〜１．０％にした。望ましい範囲は０．３〜０．８％である。
【００２４】
Ｎｉは前述の通り軟質化とσ相抑制のために２１．０％以上の添加が必要であるが、２５．０％を超えて添加してもコスト高に見合う効果が得られないため上限を２５．０％とした。望ましい範囲は２２．０％を超え２４．０％未満である。
【００２５】
Ｃｒは耐食性を高める主元素であり、Ｃｒ量が増えるほど耐食性は良くなる。
しかしながら過度の添加は高強度化とσ相発生に寄与するため範囲を１８．０〜２２．０％にした。望ましい範囲は１９．０〜２１．０％である。
【００２６】
Ｍｏは耐食性を向上させるが、Ｃｒと同様高強度化とσ相発生に寄与するため範囲を５．０〜７．０％にした。望ましい範囲は５．５〜６．５％である。
【００２７】
Ｃｕは軟質化に寄与し、かつ隙間腐食性を向上させるが、多量に添加すると熱間加工割れの原因となるため０．３〜３．０％とした。望ましい範囲は０．５〜２．０％である。
【００２８】
Ｎは耐食性を高めるが、熱間冷間共に強度を著しく高めるため、本発明では極力低減することとした。但し、低窒素化は精錬時の能率を悪化させるため上限を０．０５％とした。望ましい範囲は精錬時の能率、コストの面から下限も設け０．０１〜０．０３％である。
【００２９】
なお、侵入型固溶強化元素であるＣとＮを合計で０．０５％以下に抑制すると、本発明鋼の冷間加工性を更に向上させる事が出来る。
【００３０】
また、Ｂを０．００１％以上添加することにより固溶ＣとＮをホウ化物として析出させ、更に冷間加工性を向上させることができる。但し、過剰の添加は過剰析出ホウ化物により却って熱間、冷間加工性を損ねるので上限を０．００５％とする。
【００３１】
Ａｌは０．００５％以上の添加により鋼の強力な脱酸材として働くが、過剰に添加すると介在物による冷間加工割れを生じるため上限を０．０６％とした。
【００３２】
Ｃａは０．００１％以上の添加により鋼の強力な脱酸、脱硫材として働き、Ｓによる熱間加工割れを防止できる効果があるが、過剰に添加すると介在物の量を増加して冷間加工性等を損なうことから上限を０．００７％とした。
【００３３】
Ｍｇも０．０００５％以上の添加により同様の効果があるが、過剰に添加すると介在物の量を増加して耐食性等を損なうことから上限を０．００４％とした。
【００３４】
ＲＥＭも０．０００５％以上の添加により同様の効果があるが、過剰に添加すると介在物の量を増加して耐食性等を損なうことから上限を０．００３％とした。
【００３５】
Ｔｉ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔａは何れも０．０５％以上の添加により鋼中のＣを炭化物として固定し、耐食性を向上させる。しかし過剰に添加すると強度を高め熱間、冷間加工性を損ねる。各元素で強度の増加代が異なるので、上限についてはＴｉが０．４％、Ｎｂが０．２５％、Ｚｒが０．３％、Ｔａが０．２％とした。
【００３６】
Ｖ、Ｗは添加により何れも鋼の耐食性を向上させるが、強度を高め熱間、冷間加工性を損ね、σ相を析出させやすくなるので上限は０．５％とした。Ｓｎも鋼の耐食性を向上させるが、過剰に添加すると熱間加工割れを生じるので上限を０．１％とした。
【００３７】
【実施例】
表１および表２に示す成分組成で残部がＦｅおよび不可避的不純物からなるＮｏ．１から４９までのステンレス鋼について、直径１７０ｍｍφの連続鋳造鋳片を１２００℃に加熱し、連続線材圧延ラインで５．５ｍｍφまで熱間圧延を行った後、１１００℃で焼鈍を行った。
【００３８】
当該材について、以下の特性を評価した。
【００３９】
熱間強度は、鋳片熱処理を行った後の鋳片表層から試験片を採取し、１０００℃における熱間強度を測定した。表面疵は圧延後の線材成品を目視検査し、疵の有無を判定した。σ相量は線材を非水溶媒中で電解することにより析出物を抽出し、その質量％を求めた。引張強さは線材をＪＩＳ準拠法で試験して求めた。孔食電位は線材表面研磨材を５０℃、２０％ＮａＣｌ水溶液中で、その他の条件はＪＩＳ準拠法で求めた。
【００４０】
評価結果を表３に示す。
【００４１】
Ｎｏ．１〜１０は本発明の請求項１の実施例であるが、成分、δＦｅ（ｃａｌ）が本発明範囲内にあり、鋳片熱間強度、表面疵、引張強さ、耐食性何れも狙いを満足している。Ｎｏ．１１は本発明の請求項２を満足する、Ｃ＋Ｎを低減させたものである。この場合、引張強さが更に低下し冷間加工性がより向上する。Ｎｏ．１２は本発明の請求項３を満足する、Ｂを添加しているものである。引張強さが更に低下し冷間加工性がより向上する。
【００４２】
Ｎｏ．１３〜１６は本発明の請求項４を満足する、Ａｌ，Ｃａ，Ｍｇ，ＲＥＭの何れかを添加したものである。何れの特性も狙いを満足しており、更にＣａ，Ｍｇ，ＲＥＭ添加材は熱間加工割れ防止効果により表面疵が極小になっている。
Ｎｏ．１７〜２０は本発明の請求項５を満足する、Ｔｉ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔａの何れかを添加したものである。何れの特性も狙いを満足しており、更に耐食性がより良好になっている。Ｎｏ．２１〜２３は本発明の請求項６を満足する、Ｖ，Ｗ，Ｓｎの何れかを添加したものである。何れの特性も狙いを満足しており、更に耐食性がより良好になっている。
【００４３】
Ｎｏ．２４はＣが本発明範囲上限以上の場合で、冷間強度が高い上、耐食性も劣る。Ｎｏ．２５はＳｉが本発明範囲上限以上の場合で、冷間強度が高く加工性に劣る。Ｎｏ．２６はＭｎが本発明範囲上限以上の場合で、Ｍｎの過度の添加のため目標とする耐食性が得られていない。
【００４４】
Ｎｏ．２７はＮｉが本発明範囲下限以下の場合で冷間強度が高く加工性に劣る。Ｎｏ．２８はＣｒが本発明範囲下限以下の場合で耐食性が悪い。Ｎｏ．２９はＣｒが本発明範囲上限以上の場合で熱間、冷間強度が高い。Ｎｏ．３０はＭｏが本発明範囲下限以下の場合で耐食性が悪い。Ｎｏ．３１はＭｏが本発明範囲上限以上の場合で熱間、冷間強度が高い。Ｎｏ．３２はＣｕが本発明範囲下限以下の場合で冷間強度が高い。Ｎｏ．３３はＣｕが本発明範囲上限以上の場合で、熱間加工性が悪く線材全長に熱間加工割れ起因の表面疵が発生し、製造性が悪い。Ｎｏ．３４はＮが本発明範囲上限以上の場合で、熱間、冷間強度何れも高い。Ｎｏ．３５はδＦｅ（ｃａｌ）が本発明範囲外であるが、適正な熱処理を行ってもσ相が大量に残存し、耐食性が大幅に劣化する。
【００４５】
Ｎｏ．３６はＢが本発明範囲上限以上の場合で、熱間加工性が悪く線材全長に熱間加工割れ起因の表面疵が発生し、製造性が悪い。Ｎｏ．３７はＡｌが本発明範囲上限以上の場合で、冷間加工時に介在物起因の割れを生じる。Ｎｏ．３８〜４０はＣａ，Ｍｇ，ＲＥＭが本発明範囲上限以上の場合で、介在物起点の孔食を生じ耐食性が悪い。Ｎｏ．４１〜４６はＴｉ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｖ，Ｗが本発明範囲上限以上の場合で、熱間強度が高く加工が困難となる。Ｎｏ．４７はＳｎが本発明範囲上限以上の場合で、熱間加工性が悪く線材全長に熱間加工割れ起因の表面疵が発生し、製造性が悪い。
【００４６】
Ｎｏ．４８、４９は発明鋼の比較として既存高耐食ステンレス鋼であるＳＵＳ３２９Ｊ３Ｌ，ＳＵＳ３１７Ｊ２の引張強さと耐食性を示したものである。発明鋼は両鋼より低強度高耐食であることが判る。
【００４７】
【表１】

【００４８】
【表２】

【００４９】
【表３】

【００５０】
【発明の効果】
本発明法により、臨海環境等で使用される建材向けに十分な耐食性を有し、かつ軟質で熱間，冷間加工性共に良好なオーステナイト系ステンレス鋼を提供し、それにより臨海環境の締結材やフェンス材の製造、加工の容易さと耐久性を両立することが出来、産業上有効な効果をもたらす。

Claims

質量％にてＣ：≦０．０３％
Ｓｉ：０．１〜１．０％
Ｍｎ：０．１〜１．０％
Ｎｉ：２１．０〜２５．０％
Ｃｒ：１８．０〜２２．０％
Ｍｏ：５．０〜７．０％
Ｃｕ：０．３〜３．０％
Ｎ：０．０５％未満を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、（１）式で表されるδＦｅ（ｃａｌ）値が−５．０以下であることを特徴とする冷間加工性が良好な高耐食オーステナイト系ステンレス鋼。
δＦｅ（ｃａｌ）＝３（Ｃｒ＋Ｍｏ＋１．５Ｓｉ）―２．８｛Ｎｉ＋０．５（Ｍｎ＋Ｃｕ）＋３０（Ｃ＋Ｎ）｝―１９．８・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１）
請求項１に記載のオーステナイト系ステンレス鋼であり、更に質量％にて
Ｃ＋Ｎが０．０５％以下であることを特徴とする冷間加工性が良好な高耐食オーステナイト系ステンレス鋼。
請求項１または２に記載のオーステナイト系ステンレス鋼であり、更に質量％にてＢ：０．００１〜０．００５％を含有することを特徴とする冷間加工性が良好な高耐食オーステナイト系ステンレス鋼。
請求項１ないし３のいずれかに記載のオーステナイト系ステンレス鋼であり、更に質量％にてＡｌ：０．００５〜０．０６％、Ｃａ：０．００１〜０．００７％、Ｍｇ：０．０００５〜０．００４％、ＲＥＭ：０．０００５〜０．００３％の１種または２種以上を含有することを特徴とする冷間加工性が良好な高耐食オーステナイト系ステンレス鋼。
請求項１ないし４のいずれかに記載のオーステナイト系ステンレス鋼であり、更に質量％にてＴｉ：０．０５〜０．４％、Ｎｂ：０．０５〜０．２５％、Ｚｒ：０．０５〜０．３％、Ｔａ：０．０５〜０．２％の１種または２種以上を含有することを特徴とする冷間加工性が良好な高耐食オーステナイト系ステンレス鋼。
請求項１ないし５のいずれかに記載のオーステナイト系ステンレス鋼であり、更に質量％にてＶ：０．５％以下、Ｗ：０．５％以下、Ｓｎ：０．１％以下の１種または２種以上を含有することを特徴とする冷間加工性が良好な高耐食オーステナイト系ステンレス鋼。