JP2011006776A

JP2011006776A - 高耐食・高強度・非磁性ステンレス鋼並びに高耐食・高強度・非磁性ステンレス鋼製品及びその製造方法

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Publication number: JP2011006776A
Application number: JP2010015591A
Authority: JP
Inventors: Koichi Ishikawa; 浩一石川; Shigenori Ueda; 茂紀植田
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 2009-04-27
Filing date: 2010-01-27
Publication date: 2011-01-13
Anticipated expiration: 2030-01-27
Also published as: EP2248919B1; US20100272593A1; CN101921970B; CN101921970A; JP5526809B2; EP2248919A1

Abstract

【目的】高耐食性、高強度、非磁性を備え、特に、石油井切削製品に用いて好適な、高耐食・高強度・非磁性ステンレス鋼等を提供すること。
【解決手段】０．０１≦Ｃ≦０．０５質量％、０．０５≦Ｓｉ≦０．５０質量％、１６．０＜Ｍｎ≦１９．０質量％、Ｐ≦０．０４０質量％、Ｓ≦０．０１０質量％、０．５０≦Ｃｕ≦０．８０質量％、３．５≦Ｎｉ≦５．０質量％、１７．０≦Ｃｒ≦２１．０質量％、１．８０≦Ｍｏ≦３．５０質量％、０．００１０≦Ｂ≦０．００５０質量％、Ｏ≦０．０１０質量％、及び、０．４５≦Ｎ≦０．６５質量％を含有し、［Ｃｒ］＋３．３×［Ｍｏ］＋１６×［Ｎ］≧３０、［Ｃｒ］／［Ｃ］≧３３０、［Ｃｒ］／［Ｍｎ］＞１．０、（［Ｎｉ］＋３×［Ｃｕ］）／（［Ｃｒ］＋［Ｍｏ］）＞０．２５を満たす残部が実質的にＦｅ及び不可避不純物からなる高耐食・高強度・非磁性ステンレス鋼。
【選択図】なし

Description

本発明は、高耐食・高強度・非磁性ステンレス鋼並びに高耐食・高強度・非磁性ステンレス鋼製品及びその製造方法に関し、更に詳しくは、地磁気の影響を遮断でき、石油井掘削に用いて特に好適な非磁性ステンレス鋼を特性（高耐食性・高強度）を損なわずに製造する技術に関する。

従来、ドリルを用いて石油井掘削を行う場合等においては、ドリル先端の地表からの位置（例えば、方位・傾斜）を磁気感知により特定し、ドリルを制御することから、測定機器はビット近くのドリルカラーに装着される。その際に方位・傾斜を測定するには地磁気の影響を遮断するために、ドリルカラー等が非磁性鋼で作製されていることを要する。従来、このような用途の鋼として、１３Ｃｒ−１８Ｍｎ−０．５Ｍｏ−２Ｎｉ−０．３Ｎ、１３Ｃｒ−２１Ｍｎ−０．３Ｎ、１６．５Ｃｒ−１６Ｍｎ−１Ｍｏ−１．３Ｎｉ−０．５Ｃｕ−０．４Ｎ等の高Ｍｎ系非磁性ステンレス鋼が用いられてきた。

また、この種の周知改良技術として、例えば、以下の特許文献記載のものが提案されている。
特許文献１には、遠心分離器回転体等への用途のために、Ｃ：０．１５％以下、Ｓｉ：０．１〜２．０％、Ｍｎ：７．０〜１８．０％、Ｎｉ：０．５０〜６．０％、Ｃｒ：１５．０〜２１．０％未満、Ｍｏ：０．５〜４．０％、Ｎ：０．２０〜０．６０％を含み、残部Ｆｅ及び不純物からなる高力オーステナイトステンレス鋼が開示されている。

特許文献２には、超伝導電磁石や超伝導体の保持材等への用途のために、Ｃ：０．０１〜０．２０ｗｔ％、Ｓｉ：０．０５〜１．５ｗｔ％、Ｍｎ：１６〜２７ｗｔ％、Ｃｒ：１０〜２０ｗｔ％、Ｃｕ：０．１〜４ｗｔ％、Ｎ：０．１０〜０．５０ｗｔ％、Ａｌ：０．００３〜０．２０ｗｔ％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる耐錆性の優れた極低温用強靱鋼が開示されている。

特許文献３には、Ｃ：０．１５％以下、Ｓｉ：０．１〜２．０％、Ｍｎ：７．０〜１８．０％、Ｎｉ：０．５０〜６．０％、Ｃｒ：１５．０〜２６．０％、Ｍｏ：０．５〜４．０％、Ｎ：０．２〜０．６％を含み、残部実質的にＦｅよりなり、圧下率５０％以上の熱間加工を施し、前記熱間加工の仕上げ温度を８００℃〜１０００℃としてなる海中探索船搭載機器用高強度部材が開示されている。

特許文献４には、超伝導電磁石や超伝導体の保持材等への用途のために、Ｃ：０．２０％以下、Ｓｉ：０．０５〜２．５％、Ｍｎ：１６〜３５％、Ｃｒ：１０〜２０％、Ｎｉ：０．１〜８．０％、Ｎ：０．１０〜０．５０％、Ａｌ：０．００１〜０．２０％、Ｓ：０．００３％以下を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる耐錆性極低温用高マンガン強靱鋼が開示されている。

特許文献５には、超伝導電磁石を使用した核融合実験炉等で使用される構造物等への用途のために、Ｃ：０．２０％以下、Ｓｉ：０．０５〜２．５％、Ｍｎ：９〜３５％、Ｃｒ：１０〜２０％、Ｎｉ：０．１〜８．０％、Ｎ：０．００１〜０．５０％、Ａｌ：０．００１〜０．２０％、Ｃａ：０．００１〜０．０２０％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる耐錆性の優れた極低温用高マンガン鋼が開示されている。

特許文献６には、磁気を回避する必要のある精密機器部品（マイクロモーターシャフト、磁気テープのガイド、シャフト等）への用途のために、Ｃ：０．０１〜０．１５ｗｔ％、Ｓｉ：０．０５〜０．６０ｗｔ％、Ｍｎ：１６〜２５ｗｔ％、Ｓ≦０．０１０ｗｔ％、Ｎｉ≦４．０ｗｔ％、Ｃｒ：１４〜２０ｗｔ％、Ｎ：０．３〜０．６ｗｔ％、Ｏ≦０．０１ｗｔ％、Ａｌ：０．００１〜０．２０ｗｔ％を含有し、更に、面積率で非金属介在物≦０．１０％であり、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる耐銹性の優れた高強度非磁性鋼が開示されている。

特許文献７には、歯間ブラシ用線材への用途のために、質量で、Ｃ≦０．０７％，Ｓｉ≦０．６％，Ｍｎ：１３〜１７％，Ｎｉ：２．０〜５．０％，Ｃｒ：１６．０〜２０．０％，Ｍｏ：０．４〜２．０％，Ｎ：０．３〜０．６０％と、Ｃｕ：０．３〜１．０％を含有する歯間ブラシ用線材が開示されている。

特許文献８には、石油井掘削用のドリルカラーへの用途のために、Ｃ：０．０６％以下、Ｓｉ：０．４０％以下、Ｍｎ：１５．５〜１７％、Ｐ：０．０４０％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ｃｕ：０．３５〜２．００％、Ｎｉ：２．５０〜４．００％、Ｃｒ：１７．０〜２１．０％、Ｍｏ＋Ｗ：０．５〜１．５％、Ｎ：０．４２〜０．６５％、Ｏ：０．０１％以下、ｓｏｌ−Ａｌ：０．０５％以下及びＢ：０．００１〜０．０１０％を含有し、残部が実質的にＦｅである非磁性ステンレス鋼が開示されている。

このように、耐食性・非磁性といった特性に優れた多くのステンレス鋼が提案されている。

特開昭５３−１１７６１８号公報特開昭５９−１０４４５５号公報特開昭５９−２０５４５２号公報特開昭６１−１４３５６３号公報特開昭６１−１７０５４５号公報特開昭６１−２３８９４３号公報特開２００４−０５２０９７号公報特開２００４−１５６０８６号公報

しかしながら、ここ最近は石油井掘削領域も多岐にわたっており、非磁性を前提とした更なる高耐食・高強度なステンレス鋼が産業界から要望されている。また、上記の特許文献１〜８に記載の各種鋼には、改良すべき課題が多々存在する。例えば、特許文献１の高力オーステナイトステンレス鋼や特許文献３の海中探索船搭載機器用高強度部材は、Ｃが過剰であるため粗大な炭化物晶出による加工性・耐食性劣化が懸念される。
特許文献２の極低温用強靱鋼や特許文献４の耐錆性極低温用高マンガン強靱鋼は、Ｎが少ないため非磁性・高強度・耐食性の要求特性を満たさないことが懸念される。特許文献２の極低温用強靱鋼は、更に、Ｍｎ過多による耐食性劣化も懸念される。

特許文献５の極低温用高マンガン鋼は、Ｍｎに対してＣｒが少なめであり、Ｎ量も少なめであるため非磁性・高強度・耐食性の要求特性を満たさないことが懸念される。
特許文献６の高強度非磁性鋼はＮｉやＮが少なめであり、特許文献７の歯間ブラシ用線材はＭｎやＮｉが過少であり、特許文献８の非磁性ステンレス鋼はＮｉやＭｏが過少であり、非磁性・高強度・耐食性の要求特性を満たさないことが懸念される。
以上のように、特許文献１〜８によっても、要求特性を満足するステンレス鋼が得られていない。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、高耐食性、高強度、非磁性を備えた高耐食・高強度・非磁性ステンレス鋼並びに高耐食・高強度・非磁性ステンレス鋼製品及びその製造方法を提供することを目的とする。
特に、石油井掘削時における地磁気の影響を遮断し、多岐領域に渡る石油井切削製品に応用できるほか、各種部品（各種バネ製品、ＶＴＲガイドピン、モータシャフト）の素材としても好適な高耐食・高強度・非磁性ステンレス鋼並びに高耐食・高強度・非磁性ステンレス鋼製品及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明者等は、高耐食化を図るべく耐食性向上元素であるＣｒ、Ｍｏの活用を中心に鋭意研究を進めたが、Ｃｒ、Ｍｏの増量は、磁性を帯びさせるため、石油井切削等のドリルカラー等に要求される「地磁気の影響を遮断しうる非磁性」を達成できないという問題に直面した。そこで、本発明者等は、更に、鋭意研究を進めた結果、Ｃｒ、Ｍｏを活用して高耐食化を図っても、Ｎ，Ｎｉを活用して組成バランスを調整すると、安定した非磁性のオーステナイト単相組織が得られることを知見するに至った。
本発明は、このような知見に基づいてなされたものである。

上記課題を解決するために、本発明に係る高耐食・高強度・非磁性ステンレス鋼は、０．０１≦Ｃ≦０．０５質量％、０．０５≦Ｓｉ≦０．５０質量％、１６．０＜Ｍｎ≦１９．０質量％、Ｐ≦０．０４０質量％、Ｓ≦０．０１０質量％、０．５０≦Ｃｕ≦０．８０質量％、３．５≦Ｎｉ≦５．０質量％、１７．０≦Ｃｒ≦２１．０質量％、１．８０≦Ｍｏ≦３．５０質量％、０．００１０≦Ｂ≦０．００５０質量％、Ｏ≦０．０１０質量％、及び、０．４５≦Ｎ≦０．６５質量％、を含有し、
下記の式（１）〜式（４）を満たす残部が実質的にＦｅ及び不可避不純物からなることを要旨とする。
Ｐ．Ｉ＝［Ｃｒ］＋３．３×［Ｍｏ］＋１６×［Ｎ］≧３０ …式（１）
［Ｃｒ］／［Ｃ］≧３３０ …式（２）
［Ｃｒ］／［Ｍｎ］＞１．０ …式（３）
（［Ｎｉ］＋３×［Ｃｕ］）／（［Ｃｒ］＋［Ｍｏ］）＞０．２５ …式（４）但し、［Ｍ］は成分Ｍの質量％を示す。

本発明に係る高耐食・高強度・非磁性ステンレス鋼は、
更に、Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭからなる群のいずれか１種又は２種以上を合計で、０．０００１≦Ｃａ＋Ｍｇ＋ＲＥＭ≦０．０１００質量％含有してもよく、
更に、Ｎｂ、Ｖ、Ｔａ、Ｈｆからなる群のいずれか１種又は２種以上を合計で、０．１≦Ｎｂ＋Ｖ＋Ｔａ＋Ｈｆ≦２．０質量％含有してもよく、
更に、０．００１≦Ａｌ≦０．１０質量％含有してもよく、
更に、Ｗ、Ｃｏからなる群のいずれか１種又は２種以上を合計で、０．１≦Ｗ＋Ｃｏ≦３．０質量％含有してもよい。

本発明に係る高耐食・高強度・非磁性ステンレス鋼製品の製造方法は、本発明に係る高耐食・高強度・非磁性ステンレス鋼に対して、３００〜９００℃の温度条件下、減面率が１５〜４０％の加工を行うことを要旨とする。

本発明に係る高耐食・高強度・非磁性ステンレス鋼製品は、本発明に係る高耐食・高強度・非磁性ステンレス鋼に対して、３００〜９００℃の温度条件下、減面率が１５〜４０％の加工を行って得られることを要旨とする。得られる鋼製品としては、石油井掘削製品、バネ製品やＶＴＲガイドピン、モータシャフト等が挙げられる。

本発明に係る高耐食・高強度・非磁性ステンレス鋼及び高耐食・高強度・非磁性ステンレス鋼製品は、上記成分組成を有するとともに、上記式（１）〜式（４）を満たすため、高耐食性、高強度、非磁性を備える。従って、石油井掘削時における地磁気の影響を遮断し、多岐領域に渡る石油井切削製品に応用できるほか、各種部品（各種バネ製品、ＶＴＲガイドピン、モータシャフト）の素材としても好適であるという効果がある。
本発明に係る高耐食・高強度・非磁性ステンレス鋼製品の製造方法によれば、得られる鋼製品は、上記と同様の効果を発揮することができる。

以下に本発明の一実施形態に係る高耐食・高強度・非磁性ステンレス鋼について説明する。
本実施形態に係る高耐食・高強度・非磁性ステンレス鋼は、以下の必須元素及び選択元素を含有し、残部が実質的にＦｅ及び不可避的不純物からなり、後述する式（１）〜式（４）で定義される関係を満たす。

（高耐食・高強度・非磁性ステンレス鋼の成分組成及びその限定理由）
本実施形態に係る高耐食・高強度・非磁性ステンレス鋼は、必須元素として、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｂ、Ｎを含有し、残部が実質的にＦｅ及び不可避的不純物からなる。ここで、不可避的不純物には、例えば、Ｐ、Ｓ、Ｏが含まれる。

（１）０．０１≦Ｃ≦０．０５質量％
Ｃは、オーステナイト形成元素として不可欠な必須元素であり、強度に寄与することから、０．０１質量％を下限とする。また、Ｃは、過剰に添加すると粗大な炭化物が晶出することにより加工性及び耐食性を劣化させることから、０．０５質量％を上限とする。Ｃ含有量は、０．０３≦Ｃ≦０．０５質量％がより好ましい。

（２）０．０５≦Ｓｉ≦０．５０質量％
Ｓｉは、鋼の脱酸剤として添加する必須元素であるため、０．０５質量％を下限とする。しかし、Ｓｉは、含有量が過大になると靱性の低下を招き、鋼の熱間加工性を劣化させるため、上限を０．５０質量％とする。Ｓｉ含有量は、０．１０≦Ｓｉ≦０．３０質量％がより好ましい。

（３）１６．０＜Ｍｎ≦１９．０質量％
Ｍｎは、鋼の脱酸剤として作用する必須元素であり、Ｎ固容量を確保するため、１６．０質量％を下限とする。一方で、Ｍｎは、耐食性を劣化させるため、１９．０質量％を上限とする。Ｍｎ含有量は、１６．０≦Ｍｎ≦１７．０質量％がより好ましい。

（４）Ｐ≦０．０４０質量％
Ｐは、不可避的不純物であり、粒界に偏析し、粒界腐食感受性を高めるほか、靱性の低下を招くため低いほうが望ましいが、必要以上の低減はコストの上昇を招くため、０．０４０質量％以下とする。Ｐ含有量は、０．０３０質量％以下がより好ましい。

（５）Ｓ≦０．０１０質量％
Ｓは、不可避的不純物であり、熱間加工性を低下させるため、０．０１０質量％を上限とする。製造コストとの兼ね合いの観点によれば、Ｓ含有量は、０．００５質量％以下がより好ましい。

（６）０．５０≦Ｃｕ≦０．８０質量％
Ｃｕは、必須元素であり、耐食性、特に、還元性酸環境中での耐食性を向上させるのに有効であるほか、オーステナイト単相組織を得るのに有効であることから、０．５０質量％を下限とする。一方、Ｃｕの過剰な添加は、熱間加工性を劣化させることから、Ｃｕ含有量は、０．８０質量％を上限とする。

（７）３．５≦Ｎｉ≦５．０質量％
Ｎｉは、必須元素であり、耐食性、特に、還元性酸環境中での耐食性を向上させるのに有効であること、並びに、固溶化熱処理時にオーステナイト単相組織が得られることから、３．５質量％を下限とする。一方、Ｎｉの過剰な添加は、コストの上昇を招くことから、５．０質量％を上限とする。Ｎｉ含有量は、特性とコストとのバランスから、３．５≦Ｎｉ≦４．５質量％がより好ましい。

（８）１７．０≦Ｃｒ≦２１．０質量％
Ｃｒは、耐食性を確保する観点から必須元素であり、かつ、Ｎ固溶量を確保するため、１７．０質量％を下限とする。一方、Ｃｒの過剰な添加は、熱間加工性を害するとともに、靱性の低下を招くため、２１．０質量％を上限とする。Ｃｒ含有量は、１８．０≦Ｃｒ≦１９．５質量％がより好ましい。

（９）１．８０≦Ｍｏ≦３．５０質量％
Ｍｏは、必須元素であり、必要な耐食性が得られ、強度をより向上させることができるため、１．８０質量％を下限とする。一方、Ｍｏの過剰な添加は、熱間加工性を害するほか、コストの上昇を招くため、３．５０質量％を上限とする。Ｍｏ含有量は、２．００≦Ｍｏ≦２．５０質量％がより好ましい。

（１０）０．００１０≦Ｂ≦０．００５０質量％
Ｂは、鋼の熱間加工性を向上させるのに有効な必須元素であることから、０．００１０質量％を下限とする。一方、Ｂの過剰な添加は、ＢＮ等の窒化物を形成し、加工性を低下させることから、０．００５０質量％を上限とする。Ｂ含有量は、０．００３０質量％以下がより好ましい。

（１１）Ｏ≦０．０１０質量％
Ｏは、不可避的不純物であり、冷間加工性や疲労特性等へ悪影響を及ぼす有害な酸化物を形成することから、極力低めに抑制すべきであり、０．０１０質量％を上限とする。製造コストとの兼ね合いの観点によれば、Ｏ含有量は、０．００７質量％以下がより好ましく、０．００５質量％以下が更に好ましい。

（１２）０．４５≦Ｎ≦０．６５質量％
Ｎは、非磁性、高強度、並びに、良好な耐食性を得るために必要な必須元素であり、０．４５質量％を下限とする。一方で、Ｎの過剰な添加は、Ｎブローを引き起こすことから、０．６５質量％を上限とする。Ｎ含有量は、０．５０≦Ｎ≦０．６０質量％がより好ましい。

本実施形態に係る高耐食・高強度・非磁性ステンレス鋼は、更に、以下の選択元素、すなわち、「Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭ」からなる群、「Ｎｂ、Ｖ、Ｔａ、Ｈｆ」からなる群、Ａｌ、「Ｗ、Ｃｏ」からなる群に含まれる元素のいずれか１種又は２種以上を含有してもよい。
（１３）Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭからなる群のいずれか１種又は２種以上を合計で、
０．０００１≦Ｃａ＋Ｍｇ＋ＲＥＭ≦０．０１００質量％
Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭは、選択元素であり、鋼の熱間加工性を向上させるのに有効な元素であることから合計で０．０００１質量％を下限として添加してもよい。しかし、これらの過剰な添加は、効果が飽和し、逆に熱間加工性を低下させることから合計で、０．０１００質量％を上限とする。これらの含有量は、０．００５０質量％以下がより好ましい。尚、本実施形態において、ＲＥＭは、Ｃｅ、Ｌａ又はこれらの合金を含有するものをいう。

（１４）Ｎｂ、Ｖ、Ｔａ、Ｈｆからなる群のいずれか１種又は２種以上を合計で、０．１≦Ｎｂ＋Ｖ＋Ｔａ＋Ｈｆ≦２．０質量％
Ｎｂ、Ｖ、Ｔａ、Ｈｆは、選択元素であり、これらは、炭化物又は炭窒化物を形成して鋼の結晶粒を微細化し、靱性を高める効果がある。そこで、Ｎｂ、Ｖ、Ｔａ、Ｈｆの含有量は、合計で０．１質量％を下限とする。一方、Ｎｂ、Ｖ、Ｔａ、Ｈｆの過剰な添加は、コスト上昇を招くため、合計で２．０質量％を上限とする。Ｎｂ、Ｖ、Ｔａ、Ｈｆの含有量は、１．０質量％以下がより好ましい。

（１５）０．００１≦Ａｌ≦０．１０質量％
Ａｌは、強力な脱酸元素であり、Ｏを極力低減させるため、必要に応じて添加する選択元素である。Ａｌ含有量は、その効果が確認できる、０．００１質量％を下限とする。一方、Ａｌの過剰な添加は、熱間加工性を劣化させることから、０．１０質量％を上限とする。Ａｌ含有量は、０．０５０質量％以下がより好ましく、０．０１０質量％以下が更に好ましい。

（１６）Ｗ、Ｃｏからなる群のいずれか１種又は２種以上を合計で、０．１≦Ｗ＋Ｃｏ≦３．０質量％
Ｗは、選択元素であり、耐食性を向上し、炭化物又は炭窒化物を形成して鋼の結晶粒を微細化し、靱性を高める効果があるため、０．１≦Ｗ≦３．０質量％の範囲で添加してもよい。一方、Ｗの過剰な添加は、コスト上昇を招くため、Ｗ含有量は、２．０質量％以下がより好ましい。

Ｃｏは、選択元素であり、オーステナイト単相組織を得るのに有効であり、固溶強化による高強度が図れることから必要に応じて添加してもよい。ただし、Ｃｏの過剰な添加は、コストの大幅上昇を招くため、３．０質量％を上限とする。Ｃｏ含有量は、１．５質量％以下がより好ましい。

（高耐食・高強度・非磁性ステンレス鋼の成分関係及びその限定理由）
本実施形態に係る高耐食・高強度・非磁性ステンレス鋼は、下記の式（１）〜式（４）を満たす。
（１７）Ｐ．Ｉ＝［Ｃｒ］＋３．３×［Ｍｏ］＋１６×［Ｎ］≧３０ …式（１）
Ｐ．Ｉ（Pitting Index）は、耐食性を示す値であり、［Ｃｒ］、［Ｍｏ］、［Ｎ］によって定義され、大きいほど耐食性が良好なため、３０以上とする。厳しい腐食環境下でも使用できるようにするには、式（１）の値は、３３以上がより好ましい。

（１８）［Ｃｒ］／［Ｃ］≧３３０ …式（２）
Ｃは、Ｃｒと結合して炭化物を形成し、マトリックス中のＣｒ含有量を減少させ、耐食性の劣化を招く。そのため、式（２）は、耐食性の指標として用いることができる関係式となる。従って、Ｃ含有量に対するＣｒ含有量が多いほど耐食性の劣化を抑制できるため、式（２）の値は、３３０以上とする。

（１９）［Ｃｒ］／［Ｍｎ］＞１．０ …式（３）
Ｃｒ、Ｍｎは、両者共に、Ｎを十分固溶させるために添加するが、Ｍｎは、耐食性を劣化させることから耐食性を向上させる元素であるＣｒとのバランスをとることが必要となる。そこで、Ｍｎ添加によって耐食性が劣化する分、Ｃｒによって補うことにより、耐食性を十分維持するために、式（３）の値は、１．０超とする。

（２０）（［Ｎｉ］＋３×［Ｃｕ］）／（［Ｃｒ］＋［Ｍｏ］）＞０．２５ …式（４）
Ｃｒ、Ｍｏは、両者共に、耐食性を十分確保するために添加するが、それに伴いオーステナイト単相の安定性が低下する。そこで、オーステナイト相の安定化を図るために、オーステナイト形成元素であるＮｉ、Ｃｕを所定量含有させることによって、オーステナイト単相の安定性の低下を抑制した。また、Ｃｒ増量やＭｏの添加は、非磁性を損なう方向へ作用するため、Ｎｉ、Ｃｕによって非磁性を維持している。これらの事情に鑑みて、式（４）は、Ｎｉ、ＣｕがＣｒ、Ｍｏに対して満たすべき量的関係を定義したものである。式（４）の値は、０．２５超とするが、０．３０以上がより好ましい。

（高耐食・高強度・非磁性ステンレス鋼及びこれを用いた鋼製品の製造方法）
本実施形態に係る高耐食・高強度・非磁性ステンレス鋼は、
（１）上記所定成分を所定量、所定の関係を満たすように含有する鋼塊を溶製し、
（２）熱間加工により適当な形状・サイズに加工した後、
（３）溶体化処理（１０５０〜１１５０℃）に供することにより得られ、
本実施形態に係る高耐食・高強度・非磁性ステンレス鋼製品は、これらに更に、
（４）温間加工（３００〜９００℃、減面率１５〜４０％）を行うことにより得られ、必要に応じて更に切削加工等を行えばよい。尚、下限温度を３００℃としたのは、加工温度が低い程、高強度には寄与する一方、伸び・絞りが悪くなり、加工しにくくなるという理由による。

（発明鋼及び比較鋼の作製）
表１及び表２に示す成分組成（残部はＦｅ及び不可避的不純物からなる）を備えた５０ｋｇ鋼塊を高周波誘導炉にて溶製し、熱間鍛造加工にて直径２０ｍｍの棒材を作製し、１０５０〜１１５０℃で溶体化処理を行った。表２に、上記式（１）〜式（４）の値を併せて示す。また、表１及び表２において横棒（−）は、該当する元素が無添加であるか、又は、無添加であっても不可避的に含まれることを示す。

その後、表３及び表４に示す温度条件及び減面率で温間加工を実施し、供試材（加工材）を作製した。この供試材から各種試験片に加工を行った。
引張強さ、０．２％耐力、伸び（％）は、供試材からＪＩＳ４号試験片を作製し、ＪＩＳＺ２２４１に準拠して先端に引張荷重を加えた際の破断応力を測定することにより求めた。
透磁率は、外部磁界を２００Ｏｅとし、ＶＳＭ法に従って透磁率測定を行うことにより求めた。
耐食性は、６％塩化第二鉄試験（ＪＩＳＧ０５７８）、１０％蓚酸エッチ試験（ＪＩＳＧ０５７１）により評価した。
これらの試験結果を表３及び表４に併せて示す。

（評価）
発明鋼１〜２６は、強度（引張強さ≧１０５０ＭＰａ、０．２％耐力≧９６８ＭＰａ）、加工性（伸び≧２５）、非磁性（透磁率≦１．０１０）、耐食性（塩化第二鉄腐食＜０．５、１０％蓚酸エッチはstep）のいずれについても要求特性を満たした。発明鋼１〜２６は、表１及び表２に規定する成分を所定量含有するとともに、表２に規定する式（１）〜式（４）を満たすため、高耐食性、高強度、非磁性を同時に達成できたものと考えられる。
従って、発明鋼１〜２６は、石油井掘削時における地磁気の影響を遮断し、多岐領域に渡る石油井切削製品に応用できるほか、各種部品（各種バネ製品、ＶＴＲガイドピン、モータシャフト）の素材としても好適であることが判明した。

これに対し、比較鋼１〜１０は、強度（引張強さ≧１０５０ＭＰａ、０．２％耐力≧９６８ＭＰａ）、加工性（伸び≧２５）、非磁性（透磁率≦１．０１０）、耐食性（塩化第二鉄腐食＜０．５、１０％蓚酸エッチはstep）のいずれかに要求特性を満たさないものがあった。比較鋼１〜１０は、表１及び表２に規定する成分を所定量含有していなかったり、表２に規定する式（１）〜式（４）のいずれかを満たさなかったためと考えられる。

例えば、比較鋼１は、Ｍｏが少ないため式（１）を満たさず、更に、Ｃが過大であるため式（２）を満たさず、Ｍｎが少なくても耐食性を損なったものと考えられる。尚、比較鋼１は、式（４）を満たさなかったが、透磁率は要求特性を満たした。
比較鋼２は、耐食性を確保するために必須のＣｒを所定量含有しても、Ｍｏ、Ｎが少ないため式（１）を満たさず、耐食性を損なったものと考えられる。更に、比較鋼２の透磁率が高かったのは、Ｎが低いとの理由によると考えられる。

比較鋼３は、耐食性を確保するために必須のＣｒを所定量含有しても、Ｍｏ、Ｎが少ないため式（１）を満たさず、更に、Ｃが過大であったため式（２）を満たさず、よって、耐食性を損なったものと考えられる。
比較鋼４、比較鋼５は、Ｍｏ過少、Ｍｎ過多であり、Ｃｒも少なめであるため式（１)、式（３）を満たさず、耐食性を損なったものと考えられる。
比較鋼６は、Ｃｕが過少であるため式（４）を満たさず、耐食性を損なったものと考えられる。

比較鋼７は、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｏが所定範囲外であるが式（１）〜式（４）を満たし、高耐食、非磁性、高強度の要求特性は満たす。しかし、比較鋼７は、加工温度が低かったため、伸びが低くなり、加工がしにくく実生産に向かないことがわかった。
比較鋼８は、Ｃｕ、Ｍｏが過少であり式（１）を満たさず、耐食性を損なったものと考えられる。また、比較鋼８では、加工温度を９５０℃としたが、加工温度を上げても高強度化にはあまり効かないことが確認できた。

比較鋼９、比較鋼１０は、Ｍｏ過少であり式（１)を満たさず、成分バランスの関係で式（３）を満たさず、更に、Ｃｕが過少であるため、耐食性を損なったものと考えられる。更に、これらはいずれも透磁率が高かった。尚、比較鋼９は、加工温度が低くても減面率が１０％と低かったため、伸びが高く、加工硬化により加工性が低下することがなかったと考えられる。一方、比較鋼１０は、加工温度が低く、しかも、減面率が５０％と高かったため、加工硬化により高強度となったが伸びが低く加工しにくく、実生産に向かないことがわかった。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常有する知識に基づき、あらゆる改変が可能であり、そのような改変は、本発明の技術的範囲に包含されるものである。

本発明に係る高耐食・高強度・非磁性ステンレス鋼及び鋼製品並びにその製造方法は、所定の成分組成を備えるとともに、所定の成分相互の関係が調整されているため、鋼材メーカーにとって産業上利用価値が高い。本発明に係る高耐食・高強度・非磁性ステンレス鋼は、石油井切削製品、バネ、シャフト、ボルト、ネジ製品等の鋼製品への応用が期待される。

Claims

０．０１≦Ｃ≦０．０５質量％、
０．０５≦Ｓｉ≦０．５０質量％、
１６．０＜Ｍｎ≦１９．０質量％、
Ｐ≦０．０４０質量％、
Ｓ≦０．０１０質量％、
０．５０≦Ｃｕ≦０．８０質量％、
３．５≦Ｎｉ≦５．０質量％、
１７．０≦Ｃｒ≦２１．０質量％、
１．８０≦Ｍｏ≦３．５０質量％、
０．００１０≦Ｂ≦０．００５０質量％、
Ｏ≦０．０１０質量％、及び、
０．４５≦Ｎ≦０．６５質量％、を含有し、
下記の式（１）〜式（４）を満たす残部が実質的にＦｅ及び不可避不純物からなることを特徴とする高耐食・高強度・非磁性ステンレス鋼。
Ｐ．Ｉ＝［Ｃｒ］＋３．３×［Ｍｏ］＋１６×［Ｎ］≧３０ …式（１）
［Ｃｒ］／［Ｃ］≧３３０ …式（２）
［Ｃｒ］／［Ｍｎ］＞１．０ …式（３）
（［Ｎｉ］＋３×［Ｃｕ］）／（［Ｃｒ］＋［Ｍｏ］）＞０．２５ …式（４）但し、［Ｍ］は成分Ｍの質量％を示す。
更に、
Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭからなる群のいずれか１種又は２種以上を合計で、
０．０００１≦Ｃａ＋Ｍｇ＋ＲＥＭ≦０．０１００質量％、
含有することを特徴とする請求項１に記載の高耐食・高強度・非磁性ステンレス鋼。
更に、
Ｎｂ、Ｖ、Ｔａ、Ｈｆからなる群のいずれか１種又は２種以上を合計で、
０．１≦Ｎｂ＋Ｖ＋Ｔａ＋Ｈｆ≦２．０質量％、
含有することを特徴とする請求項１又は２に記載の高耐食・高強度・非磁性ステンレス鋼。
更に、
０．００１≦Ａｌ≦０．１０質量％、
含有することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の高耐食・高強度・非磁性ステンレス鋼。
Ｗ、Ｃｏからなる群のいずれか１種又は２種以上を合計で、
０．１≦Ｗ＋Ｃｏ≦３．０質量％、
含有することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の高耐食・高強度・非磁性ステンレス鋼。
請求項１から５のいずれかに記載の高耐食・高強度・非磁性ステンレス鋼に対して、３００〜９００℃の温度条件下、減面率が１５〜４０％の加工を行うことを特徴とする高耐食・高強度・非磁性ステンレス鋼製品の製造方法。
請求項１から５のいずれかに記載の高耐食・高強度・非磁性ステンレス鋼に対して、３００〜９００℃の温度条件下、減面率が１５〜４０％の加工を行って得られることを特徴とする高耐食・高強度・非磁性ステンレス鋼製品。