JP2015145531A - 研磨後の耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼 - Google Patents
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Abstract
Description
(1)質量%で、C:0.030%以下、N:0.030%以下、Si:0.01〜0.50%、Mn:1.5%以下、P:0.04%以下、S:0.01%以下、Cr:12〜25%、Nb:0.01〜1.0%、V:0.010〜0.50%、Ti:0.60%以下、Al:0.80%以下を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなり、かつ式(A)を満たし、さらに表面の算術平均粗さRaが0.35〜5.0μmとなるような研磨目を有し、表面の色差L*値が70以上の値をとることを特徴とする、フェライト系ステンレス鋼。
0.35≦Nb+5V≦2.0・・・式(A)
(2)さらに質量%で、Sn:0.005〜1.0%、Sb:0.005〜1.0%、Ga:0.0002〜0.3%、Ni:0.5%以下、Cu:1.5%以下、Mo:3.0%以下、B:0.003%以下のうち1種以上を含有することを特徴とする、(1)に記載の耐食性に優れるフェライト系ステンレス鋼。
(3)さらに質量%で、W:0.50%以下、Co:0.50質量%以下、Mg:0.01%以下、Ca:0.0030%以下、Zr:0.30質量%以下、REM(希土類元素):0.20質量%以下のうち1種以上を含有することを特徴とする、(1)または(2)に記載の耐食性に優れるフェライト系ステンレス鋼。
(4)圧下率が0.5〜5.0%の調質圧延を行うことを特徴とする、耐食性に優れるフェライト系ステンレス鋼の製造方法を提案する。
Cは、硬化や安定化元素との組合せによる結晶粒粗大化抑制による強度向上等の効果があるが、溶接部の耐粒界腐食性、加工性を低下させる。高純度系フェライト系ステンレス鋼ではその含有量を低減させる必要があるため、上限を0.030質量%とした。過度に低減させることは精錬コストを悪化させるため、より望ましくは、0.002〜0.020質量%である。
Nは、Cと同様に耐粒界腐食性、加工性を低下させるため、その含有量を低減させる必要があることから、その上限を0.030質量%とした。ただし過度に低減させることは精錬コストを悪化させるため、より望ましくは、0.002〜0.020質量%である。
Siは、一般的に耐食性、耐酸化性に有効であり、脱酸剤として添加する元素であるため、下限値は0.01質量%である。また、金属組織を硬化するため、研磨時の研削量を低減することができる。しかし、靭性の低下を引き起こし易く、加工性、製造性を低下させる。そのため上限は0.5質量%とした。望ましくは、上限値は0.3質量%未満である。下限値は望ましくは0.08質量%以上である。
Mnは、脱酸元素として重要な元素であるが、過剰に添加すると腐食の起点となるMnSを生成しやすくなるので、上限を1.5質量%とした。脱酸元素として使用するので0.01質量%以上が好ましい。またフェライト組織を不安定化させるため、その含有量を0.01〜0.60質量%とするのが好ましい。より望ましくは、0.05〜0.3質量%である。Mnは含有しなくてもよい。
Pは、溶接性、加工性を低下させるだけでなく、粒界腐食を生じやすくもするため、低く抑える必要がある。そのため含有量を0.04質量%以下とした。より望ましくは0.001〜0.03質量%である。
Sは、先述のCaSやMnS等の腐食の起点となる水溶性介在物を生成させるため、低減させる必要がある。そのため含有率は0.01質量%以下とする。ただし過度の低減はコストの悪化を招くため、より望ましくは0.0001〜0.006質量%である。
Crは、ステンレス鋼の耐食性を確保する上で最も重要な元素であり、フェライト組織を安定化するので少なくとも12質量%は必要である。Crは前述したSiと同様に表面の酸化皮膜中に濃化し、Feの濃化を相対的に抑制することで、研磨後の赤さび発生を抑える。Crを増加させると、研磨後の耐食性も向上するが、加工性、製造性を低下させるため、上限を25質量%とした。望ましくは13.5〜22.5質量%であり、より望ましくは16.0〜21.0質量%である。さらに好ましくは、16.5〜20.0%である。
Nbは、本発明に重要な元素であり、炭化物または窒化物として析出すると、金属組織を硬化させる働きをもち、研磨時の研削量を抑え、結果として研磨熱を抑制し、酸化物形成を抑える。また、Tiと同様にC、Nを固定し、溶接部の粒界腐食を抑制し加工性を向上させる上で非常に重要な元素であるため、下限を0.01%とする。ただし過剰な添加は、過剰な析出によって靭性低下を引き起こし、加工性を低下させるため、上限は1.0質量%以下とするのが良い。下限値は0.03質量%以上であってもよい。0.05質量%以上が望ましく、より望ましくは0.08質量%以上である。望ましい範囲は0.10〜0.30%である。より望ましい範囲は、0.10〜0.20質量%である。
Vは、本発明に重要な元素であり、金属組織を硬化させる働きをもち、結果として研磨熱を抑制し、酸化物形成を抑える。さらに、Vを添加すれば耐銹性や耐すき間腐食性を改善するためのCr、Moの使用量を抑えて優れた耐食性を示すことができ、また加工性も担保することができる。下限は0.01質量%が良い。ただしVの過度の添加は加工性を低下させる上、耐食性向上効果も飽和するため、上限を0.50質量%とする。望ましくは0.2質量%である。より望ましくは0.05〜0.15質量%である。
本発明では、Nb+5Vを式(A)の範囲に制御する。0.35を下回る場合、硬度が足りず、研磨時に発生する熱を抑制することができないため、結果として研磨後の耐食性を保つことができない。一方で、2.0を上回る場合、硬度は十分であるが、加工性が極端に低下し、製造性を低下させる。
0.35≦Nb+5V≦2.0・・・式(A)
AlはSiと同様に脱酸元素として重要であり、また非金属介在物の組成を制御し組織を微細化する効果もある。しかし過剰に添加すると非金属介在物の粗大化を招き、製品の疵発生の起点になる恐れもある。そのため、上限値を0.80%とした。下限値は0.01質量%が望ましい。望ましくは0.01%〜0.80%である。さらに望ましくは0.03〜0.5質量%である。Alは含有しなくてもよい。
Tiは、一般にはフェライト系ステンレス鋼の溶接部においてC、Nを固定することで、粒界腐食を抑制させ、加工性を向上させる重要な元素である。しかしながら過剰な添加は製造時の表面疵の原因となるため、その範囲を0.60質量%以下とした。Tiは含有しなくても良いが、下限値は0.03質量%以上であってもよい。0.05質量%以上が望ましく、より望ましくは0.08質量%以上である。望ましい範囲は0.08〜0.30質量%とする。より望ましい範囲は、0.08〜0.20質量%とした。
SnはSiと同様に金属組織を硬化するため、研磨時の研削量を低減することができ、結果として研磨熱を抑制し、酸化物形成を抑える重要な元素である。同時に、腐食速度を抑制し、研磨後の耐流れさび性を向上させるのに重要な元素である。0.005質量%以上で効果を発現するので、下限値を0.005質量%とした。0.05質量%以上が望ましく、さらに0.08質量%以上が望ましい。過剰な添加は製造性及びコストを悪化させるため、上限は1.0質量%とした。望ましくは0.5質量%とした。さらに望ましくは0.4%以下である。したがって、Snの範囲は0.005〜1.0%とした。望ましくは0.05〜0.5%である。より望ましくは0.08〜0.4%である。
Cuは、必須ではないが、スクラップを原料として用いた場合に不可避不純物として0.01質量%以上含まれ得る。一般に、Cuは腐食速度を抑制するため、Snと同様に研磨後の耐流れさび性を向上するために必要に応じて添加する。0.05質量%以上添加すると良い。望ましくは、0.09質量%以上であり、更に望ましくは0.15質量%以上である。しかし、過剰な添加は製造性及びコストを悪化させるため、上限は1.5質量%とした。望ましくは、1.0質量%以下である。より望ましくは0.50質量%である。従って、望ましい範囲は0.05〜1.0質量%であり、より望ましくは0.09〜0.50質量%である。
Niは、必須ではないが、含有すれば活性溶解速度を抑制させ、かつ不働態化に非常に効果がある。しかし、過剰な添加は、加工性を低下させ、フェライト組織を不安定にするだけでなくコストも悪化するため、0.50質量%以下とした。望ましくは0.35質量%未満とした。下限は0.05質量%以上が良い。望ましくは0.05質量%以上、0.35質量%未満である。
Moは、不働態皮膜の補修に効果があり、耐食性を向上させるのに非常に有効な元素で特にCrとの組み合わせで耐孔食性を向上させる効果がある。しかし、Moを増加させると耐食性は向上するが、加工性を低下させ、またコストが高くなるため上限を3.0質量%とする。より望ましくは、0.30〜2.00%である。
Bは二次加工脆性改善に有効な粒界強化元素であるため、必要に応じて添加することができる。しかし、過度の添加はフェライトを固溶強化して延性低下の原因になる。このため上限は0.003質量%とする。下限を0.0001質量%とすると好ましい。より望ましくは0.0002〜0.0020質量%である。
Wは、高温強度の向上に有効であり、必要に応じて0.01%以上で添加する。また、0.50%を超えて添加すると固溶強化が大きすぎて機械的性質が低下するため、0.01〜0.50%で添加する。製造コストや熱延板靭性を考慮すると、0.02%〜0.15%とすることが望ましい。
Coは、耐摩耗性の向上や高温強度の向上に有効であり、必要に応じて0.01%以上で添加する。また、0.50%を超えて添加してもその効果は飽和し、固溶強化による機械的性質の劣化を生じるため、0.01〜0.50%で添加する。製造コストや高温強度の安定性の点から、0.05%〜0.20%とすることが望ましい。
Mgは、製鋼工程における凝固組織の微細化に有効な元素であり、必要に応じて0.0003%以上で添加する。また、0.01%を超えて添加してもその効果は飽和し、Mgの硫化物や酸化物に起因する耐食性の低下を生じ易くなるため、0.0003〜0.01%で添加する。製鋼工程におけるMg添加はMgの酸化燃焼が激しく歩留まりが低くなりコストの増加が大きいことを考慮すると、0.0005%〜0.0015%とすることが望ましい。
Caは、製鋼工程における重要な脱硫元素であり、脱酸素効果も有するため、必要に応じて0.0003%以上で添加する。また、0.0030%を超えて添加してもその効果は飽和し、Caの粒化物に起因する耐食性の低下や、酸化物に起因する加工性劣化を生じるため、0.0003〜0.0030%で添加する。スラグ処理等の製造性を考慮すると、0.0005%〜0.0015%とすることが望ましい。
Zrは、NbやTiなどと同様に炭窒化物を形成してCr炭窒化物の形成を抑制し耐食性を向上させるため、必要に応じて0.01%以上で添加する。また、0.30%を超えて添加してもその効果は飽和し、大型酸化物の形成により表面疵の原因にもなるため、0.01〜0.30%で添加する。Ti,Nbに較べると高価な元素でありため製造コストを考慮すると、0.02%〜0.05%とすることが望ましい。
REMは、耐酸化性の向上に有効であり、必要に応じて0.001%以上で添加する。また、0.20%を超えて添加してもその効果は飽和し、REMの粒化物による耐食性低下を生じるため、0.001〜0.20%で添加する。製品の加工性や製造コストを考慮すると、0.002%〜0.05%とすることが望ましい。
Snと同様の作用効果を発現する元素として、添加してもよい。下限は0.005%とした。0.05質量%以上が望ましく、さらに0.08質量%以上が望ましい。過剰な添加は製造性及びコストを悪化させるため、上限は1.0質量%とした。望ましくは0.5質量%とした。さらに望ましくは0.4%以下である。したがって、Sbの範囲は0.005〜1.0%とした。望ましくは0.05〜0.5%である。より望ましくは0.08〜0.4%である。
Gaは、耐食性向上のため、0.3%以下で添加しても良い。下限は0.0002%とする。0.0020%以上が更に好ましい。
0.35≦Nb+5V≦2.0・・・式(A)
JIS Z8730に準じて、測定面積φ10mmで、コニカミノルタ社製のCR−200bを用いて、n数3回の平均値を算出した。数値はL*a*b*表色系を用い、輝度を表すL*を指標として用いた。
耐食性は、上記研磨後のサンプルを用いて、JIS Z2371に規定される塩水噴霧試験(SST)により評価した。塩水噴霧試験の条件は、5質量%の塩化ナトリウム水溶液を、温度35℃で96時間噴霧し続けた。
耐食性評価は表面のさび発生程度に基づいておこない、A〜Gの7段階で評価結果を示す。耐食性評価結果は、Aが最も良く、Gが最も悪い結果を示す。塩水噴霧試験は、5%の塩化ナトリウム水溶液を35℃で96時間噴霧し続けた。具体的な耐食性の評価基準を表1に示す。
B2、B3はC又はN添加量が多いため、粒界腐食が進展し易く、耐食性の低下を引き起こし、本発明には不適切である。
B4はCr添加量が少ないため、耐食性の低下を免れない。
B5、B6はMnまたはS添加量が多いため、腐食の起点となるMnSを生成し易くなり、耐食性の低下を引き起こす。
B7、B8はAlまたはTi添加量が多いため、非金属介在物を粗大化させ、表面疵の発生が認められるため、本発明には不適切である。
B9、B10、B11、B12、B13、B14はCrまたはNb、V、Cu、Sn、Ni添加量が多いため、加工性および製造性を低下させ、さらにコスト増となるため、本発明には不適切である。
B15はA28〜30と同成分であるが、圧下率が低いため、十分な硬度を得られず、耐食性の低下を免れないことから、本発明には不適切である。
B16,17,18はA式:Nb+5Vの値またはNb、Vのいずれかが低いため、十分な硬度を得られず、耐食性の低下を免れないことから、本発明には不適切である。
Claims (4)
- 質量%で、
C:0.030%以下、N:0.030%以下、Si:0.01〜0.50%、Mn:1.5%以下、P:0.04%以下、S:0.01%以下、Cr:12〜25%、Nb:0.01〜1.0%、V:0.010〜0.50%、Ti:0.60%以下、Al:0.80%以下を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなり、かつ式(A)を満たし、さらに表面の算術平均粗さRaが0.35〜5.0μmの研磨目を有し、表面の色差L*値が70以上の値をとることを特徴とする、耐食性に優れるフェライト系ステンレス鋼。
0.35≦Nb+5V≦2.0・・・式(A) - さらに質量%で、Sn:0.005〜1.0%、Sb:0.005〜1.0%、Ga:0.0002〜0.3%、Ni:0.50%以下、Cu:1.50%以下、Mo:3.0%以下、B:0.003%以下のうち1種以上を含有することを特徴とする、請求項1に記載の耐食性に優れるフェライト系ステンレス鋼。
- さらに質量%で、W:0.50%以下、Co:0.50質量%以下、Mg:0.01%以下、Ca:0.0030%以下、Zr:0.30質量%以下、REM(希土類元素):0.20質量%以下のうち1種以上を含有することを特徴とする、請求項1または2に記載の耐食性に優れるフェライト系ステンレス鋼。
- 圧下率が0.5〜5.0%の調質圧延を行うことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の耐食性に優れるフェライト系ステンレス鋼の製造方法。
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