JP2011526969A - 高強度・高耐食の炭窒素複合添加オーステナイト系ステンレス鋼及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の炭素(C)と窒素(N)が複合添加された高強度・高耐食性を有するオーステナイト系ステンレス鋼は、8〜12重量%のマンガン(Mn)と、15〜20重量%のクロム(Cr)と、2重量%以下のニッケル(Ni)と、4重量%以下のタングステン(W)と、2重量%以下のモリブデンと、合計(C+N)で0.6〜1.0重量%の炭素(C)と窒素(N)と、残部である鉄(Fe)及びその他の不可避な不純物とを含んで構成されることを特徴とする。
前記マンガンは、ベルンスらのグループPCT/EP2005/008960)が以前に発表したステンレス鋼に含まれるマンガンの含量(16〜21重量%)より少なく、本発明によるステンレス鋼の孔食抵抗性を向上させることができる。
前記窒素(N)の含量は、0.3重量%以上であることを特徴とする。
ニッケル(Ni)は、オーステナイト安定化能は大きいが、前述したように高価で環境及び人体に有害な元素であるので、添加量を最小限に抑えた。しかし、オーステナイト系ステンレス鋼にニッケル(Ni)を少量添加した場合、熱間及び冷間加工性が向上し、また液状からの凝固時にδフェライトの形成を抑制させる能力を有するようになるので、ニッケル(Ni)の添加量は2重量%以下に設定した。
一方、図1は、炭素(C)を添加していない3種類のFe−Cr−Mn系(Fe−18Cr−10Mn、Fe−15Cr−15Mn、Fe−13Cr−20Mn)合金と、炭素(C)を0.4重量%添加した3種類のFe−Cr−Mn−0.4C系合金の、窒素分圧1気圧での窒素固溶度を計算した結果である。図示したように、炭素(C)の添加によって液状での窒素固溶度は、0.38重量%から0.3重量%に減少するが、凝固時のδフェライト形成による窒素固溶度の減少が著しく減るため、凝固時に発生し得る窒素損失を減らすことができるという効果をその代わりに得ることができる。これは、炭素(C)の添加によって高温領域でのオーステナイト相の安定性が増加してフェライト領域が縮小するために現れる現象で、常圧(窒素分圧1気圧)状態で炭素(C)と窒素(N)を複合添加した場合に、目標とする窒素固溶度を容易に確保することができることを示している。
前記窒素含量調整工程は、前記真空溶解炉の内部に窒素ガスを注入する窒素注入工程と、前記真空溶解炉の内部の窒素分圧を1気圧に調整する圧力調整工程とからなることを特徴とする。
<実施例1〜8>本発明によるオーステナイト系ステンレス鋼の製造
本発明によるオーステナイト系ステンレス鋼の製造において、融点が高くて溶解が難しいクロム(Cr)はFe−60%Cr母合金を使用し、蒸気圧が低くて溶解時にガス(fume)生成及び偏析の憂慮があるマンガン(Mn)はFe−50%Mn母合金を使用した。
<比較例1〜3>一般的なオーステナイト系ステンレス鋼
一般的なオーステナイト系ステンレス鋼(AISI304、AISI316、AISI316L)を使用した。
<比較例4〜5>
ベルンスらのグループが以前に発表した特許出願(PCT/EP2005/008960)の製造方法でオーステナイト系ステンレス鋼を製造した。
前記の工程によって製造された実施例及び比較例の常温引張特性を表2に示した。
<実験例2>耐食性測定
本発明によるオーステナイト系ステンレス鋼の耐食性を測定するために、実施例と比較例のオーステナイト系ステンレス鋼の試験片を常温の1M NaCl溶液に浸漬して電位走査速度(dV/dt)2mV/sで電位を増加させながら両極の分極挙動を観察し、孔食電位を測定して図4及び表3に示した。
S200:真空維持工程
S300:母合金溶融工程
S400:窒素含量調整工程
S420:窒素注入工程
S440:圧力調整工程
S500:溶融合金撹拌工程
S600:鋳塊形成工程
S700:熱間圧延工程
S800:水冷工程
Claims (12)
- 8〜12重量%のマンガン(Mn)と、
15〜20重量%のクロム(Cr)と、
2重量%以下のニッケル(Ni)と、
合計(C+N)で0.6〜1.0重量%の炭素(C)及び窒素(N)と、
4重量%以下のタングステン(W)と、
2重量%以下のモリブデン(Mo)と、
残部である鉄(Fe)及びその他の不可避な不純物と
からなることを特徴とする、炭素(C)と窒素(N)が複合添加された高強度・高耐食性を有するオーステナイト系ステンレス鋼。 - 8〜12重量%のマンガン(Mn)と、
15〜20重量%のクロム(Cr)と、
2重量%以下のニッケル(Ni)と、
1〜4重量%のタングステン(W)と、
合計(C+N)で0.6〜1.0重量%の炭素(C)及び窒素(N)と、
残部である鉄(Fe)及びその他の不可避な不純物と
からなることを特徴とする、請求項1に記載の炭素(C)と窒素(N)が複合添加された高強度・高耐食性を有するオーステナイト系ステンレス鋼。 - 8〜12重量%のマンガン(Mn)と、
15〜20重量%のクロム(Cr)と、
2重量%以下のニッケル(Ni)と、
2重量%以下のモリブデン(Mo)と、
合計(C+N)で0.6〜1.0重量%の炭素(C)及び窒素(N)と、
残部である鉄(Fe)及びその他の不可避な不純物と
からなることを特徴とする、請求項1に記載の炭素(C)と窒素(N)が複合添加された高強度・高耐食性を有するオーステナイト系ステンレス鋼。 - 8〜12重量%のマンガン(Mn)と、
15〜20重量%のクロム(Cr)と、
2重量%以下のニッケル(Ni)と、
1〜4重量%のタングステン(W)と、
2重量%以下のモリブデン(Mo)と、
合計(C+N)で0.6〜1.0重量%の炭素(C)及び窒素(N)と、
残部である鉄(Fe)及びその他の不可避な不純物と
からなることを特徴とする、請求項1に記載の炭素(C)と窒素(N)が複合添加された高強度・高耐食性を有するオーステナイト系ステンレス鋼。 - 前記クロム(Cr)に対する前記マンガン(Mn)の割合(Mn/Cr)が、0.5以上1.0以下であることを特徴とする、請求項1に記載の炭素(C)と窒素(N)が複合添加された高強度・高耐食性を有するオーステナイト系ステンレス鋼。
- 前記マンガン(Mn)と前記クロム(Cr)の合計の含量(Mn+Cr)が、30重量%以下であることを特徴とする、請求項1に記載の炭素(C)と窒素(N)が複合添加された高強度・高耐食性を有するオーステナイト系ステンレス鋼。
- 前記窒素(N)の含量が、0.3重量%以上であることを特徴とする、請求項1に記載の炭素(C)と窒素(N)が複合添加された高強度・高耐食性を有するオーステナイト系ステンレス鋼。
- 前記タングステン(W)と前記モリブデン(Mo)の含量は、0.5W+Moが3重量%以下であることを特徴とする、請求項1に記載の炭素(C)と窒素(N)が複合添加された高強度・高耐食性を有するオーステナイト系ステンレス鋼。
- 引張強度が850MPa以上で均一延伸率が45%以上の機械的特性を有することを特徴とする、請求項1に記載の炭素(C)と窒素(N)が複合添加された高強度・高耐食性を有するオーステナイト系ステンレス鋼。
- 請求項1に記載の炭素(C)と窒素(N)が複合添加された高強度・高耐食性を有するオーステナイト系ステンレス鋼を製造する方法であって、
母合金を真空溶解炉に装入する母合金装入工程と、
前記母合金が装入された真空溶解炉を真空状態に維持する真空維持工程と、
前記真空溶解炉を加熱して母合金を溶融する母合金溶融工程と、
前記真空溶解炉の内部に窒素ガスを注入する窒素含量調整工程と、
溶融された母合金を撹拌する溶融合金撹拌工程と、
前記真空溶解炉の内部で撹拌された溶融合金を出湯して鋳塊を形成する鋳塊形成工程と、
形成された鋳塊を熱間圧延する工程と、
熱間圧延されたステンレス鋼を水冷処理して機械的特性及び耐食性に有害な炭化物の析出を抑制する工程と
を含んでなることを特徴とする方法。 - 前記真空維持工程は、前記真空溶解炉の内部が10−3torr(≒0.13Pa)以下の真空度を有するようにする工程であることを特徴とする、炭素(C)と窒素(N)が複合添加された高強度・高耐食性を有するオーステナイト系ステンレス鋼を製造する請求項10に記載の方法。
- 前記窒素含量調整工程は、前記真空溶解炉の内部に窒素ガスを注入する窒素注入工程と、
前記真空溶解炉の内部の窒素分圧を1気圧に調整する圧力調整工程と
からなることを特徴とする、炭素(C)と窒素(N)が複合添加された高強度・高耐食性を有するオーステナイト系ステンレス鋼を製造する請求項10に記載の方法。
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