JP2017066470A - Austenitic stainless steel - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an austenitic stainless steel having high strength and excellent hydrogen embrittlement resistance even with a Ni content suppressed to less than 10%.SOLUTION: The austenitic stainless steel has a chemical composition which contains, by mass%, C:0.20% or less, Si:1.0% or less, Mn:over 20% to 50%, Cr:10 to 25%, Ni:0.5 to less than 8%, Al:0.10% or less, Mo and/or W:0.1 to 5.0% in total, Cu:0.001 to 3.0%, N:0.05 to 0.40% and rare earth element: 0 to 1.0% and the balance Fe with impurities and satisfies formula (1), the total amount of Cr nitride and a σ phase in the steel being 7 mass% or less. 30≤(-6.5+3.0 Ni+0.5Cr+2.0Mo+1.2 W+0.7Mn+0.2Cu-5.5C-30 N)≤60 (1), where each element symbol in the formula(1) is assigned by content of corresponding element (mass%).SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、オーステナイト系ステンレス鋼に関し、さらに詳しくは、高圧水素ガス用オーステナイト系ステンレス鋼に関する。   The present invention relates to an austenitic stainless steel, and more particularly to an austenitic stainless steel for high-pressure hydrogen gas.

近年、新しいエネルギー源としての水素の利用に注目が集まっている。たとえば、水素を利用する燃料電池自動車の開発、及び、その水素を供給する水素ステーションの開発が進められている。水素を運搬、貯蔵、及び供給する設備には、非常に高い圧力がかかる。したがって、高圧水素環境で使用される材料には、高強度に加えて、優れた耐水素脆化特性が求められる。   In recent years, attention has been focused on the use of hydrogen as a new energy source. For example, development of a fuel cell vehicle using hydrogen and development of a hydrogen station for supplying the hydrogen are in progress. Equipment that transports, stores and supplies hydrogen is subject to very high pressures. Therefore, materials used in a high-pressure hydrogen environment are required to have excellent hydrogen embrittlement resistance in addition to high strength.

耐水素脆化特性に優れる鋼として、JIS規格に規定されたオーステナイト系ステンレス鋼であるSUS316Lが知られている。しかしながら、高圧水素環境においては、SUS316Lよりも高い強度が要求される。   As a steel excellent in hydrogen embrittlement resistance, SUS316L, which is an austenitic stainless steel defined in JIS standards, is known. However, in a high-pressure hydrogen environment, higher strength than SUS316L is required.

一般的に、窒素(N)を含有すれば、固溶強化により鋼の強度が高まることが知られている。しかしながら、N含有量が高すぎれば、強度は高くなるものの、耐水素脆化特性が低下しやすい。   Generally, if nitrogen (N) is contained, it is known that the strength of steel is increased by solid solution strengthening. However, if the N content is too high, the strength increases, but the hydrogen embrittlement resistance tends to decrease.

国際公開第2012/132992号(特許文献1)は、高強度及び耐水素脆化特性に優れるステンレス鋼を提案する。この文献に開示された高圧水素ガス用ステンレス鋼は、質量%で、C:0.10%以下、Si:1.0%以下、Mn:3%以上7%未満、Cr:15〜30%、Ni:10%以上17%未満、Al:0.10%以下、N:0.10〜0.50%、並びにV:0.01〜1.0%及びNb:0.01〜0.50%のうちの少なくとも1種を含有し、残部がFe及び不純物からなる。このステンレス鋼は、0.10〜0.50%のNを含有することにより、高強度を有し、10%以上17%未満のNiを含有することにより、Nを含有しているにも関わらず優れた耐水素脆化特性を有する。   International Publication No. 2012/132992 (Patent Document 1) proposes a stainless steel having high strength and excellent hydrogen embrittlement resistance. The stainless steel for high-pressure hydrogen gas disclosed in this document is, in mass%, C: 0.10% or less, Si: 1.0% or less, Mn: 3% or more and less than 7%, Cr: 15 to 30%, Ni: 10% to less than 17%, Al: 0.10% or less, N: 0.10 to 0.50%, and V: 0.01 to 1.0% and Nb: 0.01 to 0.50% Is contained, and the balance consists of Fe and impurities. This stainless steel has high strength by containing 0.10 to 0.50% N, and contains N by 10% or more and less than 17%. Excellent hydrogen embrittlement resistance.

高強度及び耐水素脆化特性に優れる他のオーステナイト系耐熱鋼として、AISI規格のAlloy286がある。Alloy286はNを含有せず、Niを25%程度含有する。そのため、Alloy286は耐水素脆化特性に優れる。さらに、鋼中にγ’−Ni3(Al、Ti)が微細に分散するため、高い強度を示す。 As another austenitic heat resistant steel excellent in high strength and hydrogen embrittlement resistance, there is AISI Alloy 286. Alloy 286 does not contain N and contains about 25% of Ni. Therefore, Alloy 286 is excellent in hydrogen embrittlement resistance. Furthermore, since γ′-Ni 3 (Al, Ti) is finely dispersed in the steel, high strength is exhibited.

しかしながら、特許文献1に記載のステンレス鋼及びAlloy286は、Niを10%以上含有するため、コストが高くなる。そのため、Ni含有量を10%未満に抑え、かつ強度及び耐水素脆化特性に優れた鋼が求められている。   However, since the stainless steel and Alloy 286 described in Patent Document 1 contain 10% or more of Ni, the cost increases. Therefore, there is a demand for a steel that suppresses the Ni content to less than 10% and is excellent in strength and hydrogen embrittlement resistance.

Ni含有量を10%未満に抑えつつ、耐水素脆化特性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼が特開2007−126688号公報(特許文献2)に提案されている。   An austenitic stainless steel excellent in hydrogen embrittlement resistance while suppressing the Ni content to less than 10% has been proposed in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2007-126688 (Patent Document 2).

特許文献2に開示された高圧水素ガス用オーステナイト系高Mnステンレス鋼は、質量%で、C:0.01〜0.10%、N:0.01〜0.40%、Si:0.1〜1%、Cr:10〜20%、Mn:6〜20%、Cu:2〜5%、Ni:1〜6%を含有し、残部はFe及び不可避的不純物からなる。このステンレス鋼ではさらに、オーステナイト安定度の指標であるMd30を、−120〜20℃としている。これにより、歪み誘起マルテンサイトの生成を抑制し、SUS316Lを上回る耐水素脆化感受性を示す、と特許文献2には記載されている。   The austenitic high Mn stainless steel for high-pressure hydrogen gas disclosed in Patent Document 2 is mass%, C: 0.01 to 0.10%, N: 0.01 to 0.40%, Si: 0.1. -1%, Cr: 10 to 20%, Mn: 6 to 20%, Cu: 2 to 5%, Ni: 1 to 6%, with the balance being Fe and inevitable impurities. In this stainless steel, Md30, which is an index of austenite stability, is set to −120 to 20 ° C. Thus, Patent Document 2 describes that the formation of strain-induced martensite is suppressed and the hydrogen embrittlement susceptibility is higher than that of SUS316L.

国際公開第2012/132992号International Publication No. 2012/132992 特開2007−126688号公報JP 2007-126688 A

しかしながら、特許文献2のステンレス鋼では耐水素脆化特性については優れるものの、強度については開示されておらず、強度が低い場合もあり得る。   However, although the stainless steel of Patent Document 2 is excellent in the resistance to hydrogen embrittlement, the strength is not disclosed and the strength may be low.

本発明の目的は、Ni含有量を10%未満に抑えても高い強度及び優れた耐水素脆化特性を有するオーステナイト系ステンレス鋼を提供することである。   An object of the present invention is to provide an austenitic stainless steel having high strength and excellent hydrogen embrittlement resistance even when the Ni content is less than 10%.

本発明によるオーステナイト系ステンレス鋼は、質量%で、C:0.20%以下、Si:1.0%以下、Mn:20%超〜50%、Cr:10〜25%、Ni:0.5〜8%未満、Al:0.10%以下、Mo及び/又はW:合計で0.1〜5.0%、Cu:0.001〜3.0%、N:0.05〜0.40%、Co:0〜3.0%、Ti:0〜1.0%、V:0〜1.0%、Nb:0〜1.0%、Zr:0〜1.0%、Hf:0〜1.0%、B:0〜0.01%、Ca:0〜0.05%、Mg:0〜0.05%、及び希土類元素:0〜1.0%を含有し、残部はFe及び不純物からなり、不純物中のP、S、及びOが、P:0.050%以下、S:0.050%以下、及びO:0.020%以下、であり、式(1)を満たす化学組成を有し、鋼中のCr窒化物及びσ相の総量が7質量%以下である。
30≦(−6.5+3.0Ni+0.5Cr+2.0Mo+1.2W+0.7Mn+0.2Cu−5.5C−30N)≦60 (1)
ここで、式(1)中の各元素記号には、対応する元素の含有量(質量%)が代入される。
The austenitic stainless steel according to the present invention is, in mass%, C: 0.20% or less, Si: 1.0% or less, Mn: more than 20% to 50%, Cr: 10 to 25%, Ni: 0.5 ˜less than 8%, Al: 0.10% or less, Mo and / or W: 0.1 to 5.0% in total, Cu: 0.001 to 3.0%, N: 0.05 to 0.40 %, Co: 0 to 3.0%, Ti: 0 to 1.0%, V: 0 to 1.0%, Nb: 0 to 1.0%, Zr: 0 to 1.0%, Hf: 0 -1.0%, B: 0-0.01%, Ca: 0-0.05%, Mg: 0-0.05%, and rare earth elements: 0-1.0%, the balance being Fe And P, S, and O in the impurity are P: 0.050% or less, S: 0.050% or less, and O: 0.020% or less, which satisfies the formula (1) Has chemical composition The total amount of Cr nitrides in the steel and σ-phase is not more than 7 wt%.
30 ≦ (−6.5 + 3.0Ni + 0.5Cr + 2.0Mo + 1.2W + 0.7Mn + 0.2Cu−5.5C-30N) ≦ 60 (1)
Here, the content (mass%) of the corresponding element is substituted for each element symbol in the formula (1).

本発明によるオーステナイト系ステンレス鋼は、Ni含有量を10%未満に抑えつつ、優れた強度及び耐水素脆化特性を有する。   The austenitic stainless steel according to the present invention has excellent strength and hydrogen embrittlement resistance while suppressing the Ni content to less than 10%.

本発明者らは、鋼の強度及び耐水素脆化特性について調査及び検討を行い、次の知見を得た。   The present inventors investigated and examined the strength and hydrogen embrittlement resistance of steel, and obtained the following knowledge.

Nは固溶強化により鋼の強度を高める。そのため、N含有量は0.05〜0.40%とする。Nは耐水素脆化特性を低下するため、Nを含有しても、耐水素脆化特性を維持及び向上する必要がある。従前のステンレス鋼(特許文献1)では、Ni含有量を10%以上とすることにより、N含有量を高めつつ、優れた耐水素脆化特性を得ていた。しかしながら、上述のとおりNiは高価であるため、10%未満に抑えることが求められている。   N increases the strength of the steel by solid solution strengthening. Therefore, the N content is 0.05 to 0.40%. Since N deteriorates the hydrogen embrittlement resistance, even if N is contained, it is necessary to maintain and improve the hydrogen embrittlement resistance. In conventional stainless steel (Patent Document 1), by setting the Ni content to 10% or more, excellent hydrogen embrittlement resistance was obtained while increasing the N content. However, as described above, since Ni is expensive, it is required to be suppressed to less than 10%.

Niの代替として、Mn、Cr、Mo及び/又はW、及びCuを含有すれば、Ni含有量を10%未満に抑えつつ、優れた耐水素脆化特性が得られる。これらの元素と耐水素脆化特性の関係は必ずしも明らかではないが、これらの元素は積層欠陥エネルギー(以下SFEともいう)を増加すると考えられる。SFEは、変形中の転移組織の構造に深く関与する。   If Mn, Cr, Mo and / or W and Cu are contained as an alternative to Ni, excellent hydrogen embrittlement resistance can be obtained while suppressing the Ni content to less than 10%. Although the relationship between these elements and hydrogen embrittlement resistance is not necessarily clear, it is considered that these elements increase the stacking fault energy (hereinafter also referred to as SFE). SFE is deeply involved in the structure of metastatic tissue during deformation.

一方、NはSFEを著しく低下し、さらにCもSFEを低下する。したがって、Mn、Cr、Mo及び/又はW、及びCuを含有すれば、N及びCにより低下したSFEを高めることができ、転移組織変形挙動が変化する。これにより、耐水素脆化特性が高まると考えられる。   On the other hand, N significantly reduces SFE, and C also decreases SFE. Therefore, if Mn, Cr, Mo and / or W, and Cu are contained, SFE lowered by N and C can be increased, and the transition structure deformation behavior changes. Thereby, it is considered that the hydrogen embrittlement resistance is improved.

F1=(−6.5+3.0Ni+0.5Cr+2.0Mo+1.2W+0.7Mn+0.2Cu−5.5C−30N)と定義する。F1中の各元素記号には、対応する元素の含有量(質量%)が代入される。   It is defined as F1 = (− 6.5 + 3.0Ni + 0.5Cr + 2.0Mo + 1.2W + 0.7Mn + 0.2Cu−5.5C-30N). The content (% by mass) of the corresponding element is substituted for each element symbol in F1.

F1はSFEの大きさを意味し、耐水素脆化特性の指標となる。F1が低すぎれば、耐水素脆化特性が低い。F1が30以上であれば、N含有量が0.05〜0.4%であっても、優れた耐水素脆化特性が得られる。   F1 means the size of SFE and is an index of hydrogen embrittlement resistance. If F1 is too low, the hydrogen embrittlement resistance is low. If F1 is 30 or more, excellent hydrogen embrittlement resistance can be obtained even if the N content is 0.05 to 0.4%.

F1を30以上にするために、Mn含有量を20%よりも高くする。Mnは安価である。したがって、Niの代替としてMnを利用し、Mn含有量を高める。さらに、F1中でSFEを高める元素であるCrを10〜25%含有し、かつMo及び/又はWを合計で0.1〜5.0%含有して、F1値を30以上とする。   In order to make F1 30 or more, the Mn content is made higher than 20%. Mn is inexpensive. Therefore, Mn is used as an alternative to Ni to increase the Mn content. Furthermore, Cr which is an element which raises SFE in F1 is contained 10 to 25%, Mo and / or W is contained 0.1 to 5.0% in total, and F1 value is set to 30 or more.

耐水素脆化特性を高めるために、さらに、析出物の生成を抑制する。本発明のオーステナイト系ステンレス鋼の化学組成の場合、析出物として、Cr窒化物(Cr2N)及びσ相(CrMn3)が生成する。以降、Cr窒化物及びσ相を特定析出物ともいう。鋼中に特定析出物が多くすると、特定析出物が水素脆化の起点となる、又は、特定析出物がSFEを低下して、耐水素脆化特性が低下する。 In order to improve the hydrogen embrittlement resistance, the formation of precipitates is further suppressed. In the case of the chemical composition of the austenitic stainless steel of the present invention, Cr nitride (Cr 2 N) and σ phase (CrMn 3 ) are generated as precipitates. Hereinafter, the Cr nitride and the σ phase are also referred to as specific precipitates. When the number of specific precipitates in the steel increases, the specific precipitate becomes a starting point for hydrogen embrittlement, or the specific precipitate decreases SFE, and the hydrogen embrittlement resistance decreases.

粗大なCr窒化物は水素脆化の起点となる。微細なCr窒化物は水素脆化の起点とはならないが、SFEを低下させる。つまり、耐水素脆化特性を低下する。また、Mn含有量が高い鋼の場合には、σ相が鋼の冷却中に析出する。σ相は通常粗大であるため、水素脆化の起点となり、耐水素脆化特性を低下する。特定析出物の総量が7質量%以下であれば、耐水素脆化特性の低下が抑制される。特定析出物の総量は、たとえば、製造工程中の固溶化熱処理での処理温度及び冷却速度により調整できる。   Coarse Cr nitride becomes a starting point of hydrogen embrittlement. Fine Cr nitride does not serve as a starting point for hydrogen embrittlement, but reduces SFE. That is, the hydrogen embrittlement resistance is reduced. In the case of steel with a high Mn content, the σ phase is precipitated during the cooling of the steel. Since the σ phase is usually coarse, it becomes a starting point for hydrogen embrittlement and deteriorates the hydrogen embrittlement resistance. When the total amount of the specific precipitates is 7% by mass or less, a decrease in hydrogen embrittlement resistance is suppressed. The total amount of the specific precipitate can be adjusted by, for example, the treatment temperature and the cooling rate in the solution heat treatment during the production process.

以上の知見に基づいて完成した本発明によるオーステナイト系ステンレス鋼は、質量%で、C:0.20%以下、Si:1.0%以下、Mn:20%超〜50%、Cr:10〜25%、Ni:0.5〜8%未満、Al:0.10%以下、Mo及び/又はW:合計で0.1〜5.0%、Cu:0.001〜3.0%、N:0.05〜0.40%、Co:0〜3.0%、Ti:0〜1.0%、V:0〜1.0%、Nb:0〜1.0%、Zr:0〜1.0%、Hf:0〜1.0%、B:0〜0.01%、Ca:0〜0.05%、Mg:0〜0.05%、及び希土類元素:0〜1.0%を含有し、残部はFe及び不純物からなり、不純物中のP、S、及びOが、P:0.050%以下、S:0.050%以下、及びO:0.020%以下、であり、式(1)を満たす化学組成を有し、鋼中の特定析出物の総量が7質量%以下である。
30≦(−6.5+3.0Ni+0.5Cr+2.0Mo+1.2W+0.7Mn+0.2Cu−5.5C−30N)≦60 (1)
ここで、式(1)中の各元素記号には、対応する元素の含有量(質量%)が代入される。
The austenitic stainless steel according to the present invention completed based on the above knowledge is, in mass%, C: 0.20% or less, Si: 1.0% or less, Mn: more than 20% to 50%, Cr: 10 to 10%. 25%, Ni: 0.5 to less than 8%, Al: 0.10% or less, Mo and / or W: 0.1 to 5.0% in total, Cu: 0.001 to 3.0%, N : 0.05 to 0.40%, Co: 0 to 3.0%, Ti: 0 to 1.0%, V: 0 to 1.0%, Nb: 0 to 1.0%, Zr: 0 to 1.0%, Hf: 0 to 1.0%, B: 0 to 0.01%, Ca: 0 to 0.05%, Mg: 0 to 0.05%, and rare earth elements: 0 to 1.0 The balance is composed of Fe and impurities, and P, S, and O in the impurities are P: 0.050% or less, S: 0.050% or less, and O: 0.020% or less. Yes, formula It has a chemical composition that satisfies 1), the total amount is less than 7 wt% of a particular precipitates in steel.
30 ≦ (−6.5 + 3.0Ni + 0.5Cr + 2.0Mo + 1.2W + 0.7Mn + 0.2Cu−5.5C-30N) ≦ 60 (1)
Here, the content (mass%) of the corresponding element is substituted for each element symbol in the formula (1).

上記オーステナイト系ステンレス鋼は、質量%で、第1群〜第4群から選択される1種又は2種以上の元素を含有してもよい。
第1群:Co:0.1〜3.0%
第2群:Ti:0.001〜1.0%、V:0.01〜1.0%、及びNb:0.01〜1.0%
第3群:Zr:0.001〜1.0%、Hf:0.001〜1.0%、及びB:0.0001〜0.01%
第4群:Ca:0.0003〜0.05%、Mg:0.0003〜0.05%、及び希土類元素:0.05〜1.0%
The austenitic stainless steel may contain one or more elements selected from the first group to the fourth group in mass%.
First group: Co: 0.1 to 3.0%
Second group: Ti: 0.001 to 1.0%, V: 0.01 to 1.0%, and Nb: 0.01 to 1.0%
Third group: Zr: 0.001 to 1.0%, Hf: 0.001 to 1.0%, and B: 0.0001 to 0.01%
Group 4: Ca: 0.0003 to 0.05%, Mg: 0.0003 to 0.05%, and rare earth elements: 0.05 to 1.0%

以下、本発明のオーステナイト系ステンレス鋼について詳述する。元素に関する「%」は、特に断りがない限り、質量%を意味する。   Hereinafter, the austenitic stainless steel of the present invention will be described in detail. “%” Regarding an element means mass% unless otherwise specified.

[化学組成]
本発明のオーステナイト系ステンレス鋼の化学組成は、次の元素を含有する。
[Chemical composition]
The chemical composition of the austenitic stainless steel of the present invention contains the following elements.

C:0.20%以下
炭素(C)は鋼の強度を高める。しかしながらC含有量が高すぎれば、炭化物が粒界に多量に析出し、鋼の靱性が低下し、さらに、耐水素脆化特性が低下する。したがって、C含有量は0.20%以下である。C含有量の好ましい上限は0.16%であり、より好まくは0.13%である。C含有量はなるべく低いほうが好ましい。
C: 0.20% or less Carbon (C) increases the strength of steel. However, if the C content is too high, a large amount of carbide precipitates at the grain boundaries, the toughness of the steel decreases, and the hydrogen embrittlement resistance decreases. Therefore, the C content is 0.20% or less. The upper limit with preferable C content is 0.16%, More preferably, it is 0.13%. The C content is preferably as low as possible.

Si:1.0%以下
シリコン(Si)は、Ni及びCr等と結合して金属間化合物を形成し、熱間加工性を低下する。したがって、Siの含有量は1.0%以下である。Si含有量の好ましい上限は0.5%である。Si含有量はなるべく低い方が好ましい。精錬コストを考慮すれば、Si含有量の好ましい下限は0.01%である。
Si: 1.0% or less Silicon (Si) combines with Ni, Cr, etc. to form an intermetallic compound, and deteriorates hot workability. Accordingly, the Si content is 1.0% or less. The upper limit with preferable Si content is 0.5%. The Si content is preferably as low as possible. Considering the refining cost, the preferable lower limit of the Si content is 0.01%.

Mn:20%超〜50%
マンガン(Mn)は安価であり、鋼中のオーステナイトを安定化する。Mnは、Cr、Ni、及びN等との適正な組み合わせにより、鋼の強度、延性及び靱性を高める。Mnはさらに、鋼の耐水素脆化特性を高める。Mn含有量が低すぎれば、これらの効果が得られない。一方、Mn含有量が高すぎれば、鋼の熱間加工性及び靭性が低下する。したがって、Mn含有量は20%超〜50%である。Mn含有量の好ましい下限は22%であり、さらに好ましくは24%である。Mn含有量の好ましい上限は45%であり、さらに好ましくは43%である。
Mn: more than 20% to 50%
Manganese (Mn) is inexpensive and stabilizes austenite in steel. Mn increases the strength, ductility and toughness of steel by an appropriate combination with Cr, Ni, N, and the like. Mn further enhances the hydrogen embrittlement resistance of the steel. If the Mn content is too low, these effects cannot be obtained. On the other hand, if the Mn content is too high, the hot workability and toughness of the steel decrease. Therefore, the Mn content is more than 20% to 50%. The minimum with preferable Mn content is 22%, More preferably, it is 24%. The upper limit with preferable Mn content is 45%, More preferably, it is 43%.

Cr:10〜25%
クロム(Cr)は、鋼の耐食性を高め、さらに耐水素脆化特性を高める。Cr含有量が低すぎれば、この効果が得られない。一方、Cr含有量が高すぎれば、析出物であるCr窒化物が生成しやすくなる。Cr窒化物は鋼の耐水素脆化特性を低下する。したがって、Cr含有量は、10〜25%である。Cr含有量の好ましい下限は12%であり、さらに好ましくは14%である。Cr含有量の好ましい上限は24%であり、さらに好ましくは23%である。
Cr: 10 to 25%
Chromium (Cr) increases the corrosion resistance of the steel and further improves the hydrogen embrittlement resistance. If the Cr content is too low, this effect cannot be obtained. On the other hand, if the Cr content is too high, precipitates such as Cr nitride are easily generated. Cr nitride reduces the hydrogen embrittlement resistance of the steel. Therefore, the Cr content is 10 to 25%. The minimum with preferable Cr content is 12%, More preferably, it is 14%. The upper limit with preferable Cr content is 24%, More preferably, it is 23%.

Ni:0.5〜8%未満
ニッケル(Ni)は、鋼中のオーステナイトを安定化する。上述のとおり、Niは、Cr、Mn、及びN等との適正な組み合わせにより、鋼の強度、延性及び靱性を高める。Niはさらに、鋼の耐水素脆化特性を高める。Ni含有量が低すぎれば、これらの効果が得られない。一方、Ni含有量が高すぎれば、原料コストが高くなる。したがって、Ni含有量は0.5〜8%未満である。Ni含有量の好ましい下限は、0.6%であり、さらに好ましくは0.8%である。Cr含有量の好ましい上限は、7%であり、さらに好ましくは6%である。
Ni: 0.5 to less than 8% Nickel (Ni) stabilizes austenite in steel. As described above, Ni increases the strength, ductility, and toughness of steel by an appropriate combination with Cr, Mn, N, and the like. Ni further enhances the hydrogen embrittlement resistance of the steel. If the Ni content is too low, these effects cannot be obtained. On the other hand, if the Ni content is too high, the raw material cost increases. Accordingly, the Ni content is 0.5 to less than 8%. The minimum with preferable Ni content is 0.6%, More preferably, it is 0.8%. The upper limit with preferable Cr content is 7%, More preferably, it is 6%.

Al:0.10%以下
アルミニウム(Al)は、不可避に含有される。Alは鋼を脱酸する。しかしながら、Al含有量が高すぎれば、鋼中に酸化物及び金属間化合物が生成しやすくなり、鋼の靭性が低下する。したがって、Al含有量は0.10%以下である。鋼をより有効に脱酸するためのAl含有量の好ましい下限は0.001%である。Al含有量の好ましい上限は0.05%であり、さらに好ましくは0.03%である。本明細書において、Al含有量はsol.Al(酸可溶Al)を意味する。
Al: 0.10% or less Aluminum (Al) is inevitably contained. Al deoxidizes steel. However, if the Al content is too high, oxides and intermetallic compounds are likely to be produced in the steel, and the toughness of the steel is reduced. Therefore, the Al content is 0.10% or less. A preferable lower limit of the Al content for more effectively deoxidizing steel is 0.001%. The upper limit with preferable Al content is 0.05%, More preferably, it is 0.03%. In this specification, the Al content is sol. Al (acid-soluble Al) is meant.

Mo及び/又はW:合計で0.1〜5.0%
モリブデン(Mo)及びタングステン(W)はいずれも、固溶強化により鋼の強度を高める。Mo及びWはさらに、鋼の耐水素脆化特性を高める。これらの元素のいずれか一方の含有量、又は、Mo及びWの両方が含有される場合には両方の合計含有量が低すぎれば、上記効果が得られない。一方、Mo及び/又はWの含有量が高すぎれば、原料コストが高くなる。したがって、Mo及び/又はWの含有量は0.1〜5.0%である。本明細書において、Mo及び/又はWの含有量とは、Mo及びWのいずれか一方のみが含有されている場合は、その元素の含有量を意味する。Mo及びWの両方が含有されている場合は、Mo及びWの合計含有量を意味する。Mo及び/又はWの含有量の好ましい下限は0.3%であり、さらに好ましくは0.5%である。Mo及び/又はWの含有量の好ましい上限は4.0%であり、さらに好ましくは3.5%である。
Mo and / or W: 0.1 to 5.0% in total
Molybdenum (Mo) and tungsten (W) both increase the strength of the steel by solid solution strengthening. Mo and W further enhance the hydrogen embrittlement resistance of the steel. When the content of either one of these elements, or when both Mo and W are contained, the above effect cannot be obtained if the total content of both is too low. On the other hand, if the content of Mo and / or W is too high, the raw material cost increases. Therefore, the content of Mo and / or W is 0.1 to 5.0%. In this specification, content of Mo and / or W means content of the element, when only one of Mo and W is contained. When both Mo and W are contained, the total content of Mo and W is meant. The minimum with preferable content of Mo and / or W is 0.3%, More preferably, it is 0.5%. The upper limit with preferable content of Mo and / or W is 4.0%, More preferably, it is 3.5%.

N:0.05〜0.40%
窒素(N)は、固溶強化により鋼の強度を高める。N含有量が低すぎれば、この効果が得られない。一方、N含有量が高すぎれば、析出物であるCr窒化物が生成する。Cr窒化物は鋼の靭性等の機械的性質を低下し、鋼の耐水素脆化特性を低下する。したがって、N含有量は0.05〜0.40%である。N含有量の好ましい下限は0.08%であり、さらに好ましくは0.10%である。N含有量の好ましい上限は0.38%であり、さらに好ましくは0.35%である。
N: 0.05 to 0.40%
Nitrogen (N) increases the strength of the steel by solid solution strengthening. If the N content is too low, this effect cannot be obtained. On the other hand, if the N content is too high, Cr nitride which is a precipitate is generated. Cr nitride deteriorates mechanical properties such as toughness of steel and lowers the hydrogen embrittlement resistance of steel. Therefore, the N content is 0.05 to 0.40%. The minimum with preferable N content is 0.08%, More preferably, it is 0.10%. The upper limit with preferable N content is 0.38%, More preferably, it is 0.35%.

Cu:0.001〜3.0%
銅(Cu)は、鋼中のオーステナイトを安定化する。Cuはさらに、固溶強化により鋼の強度を高め、さらに、鋼の耐水素脆化特性を高める。Cu含有量が低すぎれば、これらの効果が得られない。一方、Cu含有量が高すぎれば、その効果は飽和する。Cu含有量が高すぎればさらに、原料コストが高くなる。したがって、Cu含有量は0.001〜3.0%である。Cu含有量の好ましい下限は0.005%であり、さらに好ましくは0.01%である。Cu含有量の好ましい上限は2.5%であり、さらに好ましくは2.0%である。
Cu: 0.001 to 3.0%
Copper (Cu) stabilizes austenite in the steel. Cu further increases the strength of the steel by solid solution strengthening, and further increases the hydrogen embrittlement resistance of the steel. If the Cu content is too low, these effects cannot be obtained. On the other hand, if the Cu content is too high, the effect is saturated. If the Cu content is too high, the raw material cost is further increased. Therefore, the Cu content is 0.001 to 3.0%. The minimum with preferable Cu content is 0.005%, More preferably, it is 0.01%. The upper limit with preferable Cu content is 2.5%, More preferably, it is 2.0%.

本発明によるオーステナイト系ステンレス鋼の化学組成の残部は、Fe及び不純物からなる。ここで、不純物とは、オーステナイト系ステンレス鋼を工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップ、又は製造環境などから混入されるものであって、本発明のオーステナイト系ステンレス鋼に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。   The balance of the chemical composition of the austenitic stainless steel according to the present invention consists of Fe and impurities. Here, the impurities are those that are mixed from ore, scrap, or the production environment as raw materials when industrially producing austenitic stainless steel, and have an adverse effect on the austenitic stainless steel of the present invention. It means what is allowed in the range not given.

不純物中のP、S、及びOの含有量はそれぞれ次のとおりである。   The contents of P, S, and O in the impurities are as follows.

P:0.050%以下
燐(P)は不純物である。Pは鋼の靭性を低下する。したがって、P含有量は0.050%以下である。P含有量の好ましい上限は0.025%であり、さらに好ましくは0.018%である。P含有量はなるべく低い方が好ましい。
P: 0.050% or less Phosphorus (P) is an impurity. P decreases the toughness of the steel. Therefore, the P content is 0.050% or less. The upper limit with preferable P content is 0.025%, More preferably, it is 0.018%. The P content is preferably as low as possible.

S:0.050%以下
硫黄(S)は不純物である。Sは、Pと同様に、鋼の靭性を低下する。したがって、S含有量は0.050%以下である。S含有量の好ましい上限は0.010%であり、さらに好ましくは0.005%である。S含有量はなるべく低い方が好ましい。
S: 0.050% or less Sulfur (S) is an impurity. S, like P, lowers the toughness of steel. Accordingly, the S content is 0.050% or less. The upper limit with preferable S content is 0.010%, More preferably, it is 0.005%. The S content is preferably as low as possible.

O:0.020%以下
酸素(O)は不純物である。Oは、鋼の熱間加工性及び靭性を低下する。したがって、O含有量は0.020%以下である。O含有量の好ましい上限は0.008%であり、さらに好ましくは0.006%である。
O: 0.020% or less Oxygen (O) is an impurity. O reduces the hot workability and toughness of steel. Therefore, the O content is 0.020% or less. The upper limit with preferable O content is 0.008%, More preferably, it is 0.006%.

上述のオーステナイト系ステンレス鋼はさらに、下記の第1群〜第4群から選択される1種又は2種以上の元素を含有してもよい。以下、これらの元素について詳述する。   The austenitic stainless steel described above may further contain one or more elements selected from the following first group to fourth group. Hereinafter, these elements will be described in detail.

[第1群]
Co:0〜3.0%
コバルト(Co)は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Coは鋼中のオーステナイトを安定化する。Coはさらに、固溶強化により鋼の強度を高める。しかしながら、Co含有量が高すぎれば原料コストが高くなる。したがって、Co含有量は0〜3.0%である。Co含有量の好ましい下限は0.1%である。
[First group]
Co: 0 to 3.0%
Cobalt (Co) is an optional element and may not be contained. When contained, Co stabilizes austenite in the steel. Co further increases the strength of the steel by solid solution strengthening. However, if the Co content is too high, the raw material cost increases. Therefore, the Co content is 0 to 3.0%. A preferable lower limit of the Co content is 0.1%.

[第2群]
Ti:0〜1.0%、
V:0〜1.0%、及び、
Nb:0〜1.0%
チタン(Ti)、バナジウム(V)、及びニオブ(Nb)はいずれも任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、これらの元素はいずれも炭化物を形成して結晶粒を微細化する。この細粒化により、鋼の靭性及び耐水素脆化特性が高まる。しかしながら、これらの元素含有量が高すぎれば、鋼の加工性が低下する。したがって、Ti含有量は0〜1.0%であり、V含有量は0〜1.0%であり、Nb含有量は0〜1.0%である。Ti含有量の好ましい下限は0.001%であり、さらに好ましくは0.1%である。V含有量及びNb含有量の好ましい下限はそれぞれ0.01%であり、さらに好ましくはそれぞれ0.1%である。Ti、V及びNb含有量の好ましい上限はそれぞれ0.5%であり、さらに好ましくはそれぞれ0.3%である。
[Second group]
Ti: 0 to 1.0%
V: 0 to 1.0%, and
Nb: 0 to 1.0%
Titanium (Ti), vanadium (V), and niobium (Nb) are all optional elements and may not be contained. When contained, all of these elements form carbides to refine crystal grains. This refinement increases the toughness and hydrogen embrittlement resistance of the steel. However, if the content of these elements is too high, the workability of the steel decreases. Therefore, Ti content is 0 to 1.0%, V content is 0 to 1.0%, and Nb content is 0 to 1.0%. The minimum with preferable Ti content is 0.001%, More preferably, it is 0.1%. The minimum with preferable V content and Nb content is 0.01% respectively, More preferably, it is 0.1% respectively. The upper limit with preferable Ti, V, and Nb content is 0.5%, respectively, More preferably, it is 0.3% respectively.

[第3群]
Zr:0〜1.0%、
Hf:0〜1.0%、及び、
B:0〜0.01%
ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、及びホウ素(B)は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、これらの元素はいずれも、結晶粒界に偏析することで、変形抵抗を増加させる。これにより、高強度化に寄与する。このため、Zr,Hf、及びBを必要に応じて含有させることが出来る。また、Zr及びHfは第2群に属する元素と同様に、合金炭化物を形成して結晶粒を微細化させる。微細化した結晶粒は、靭性や耐水素脆化特性の改善に有効である。一方、これらの元素が過剰に含有されると、鋼の加工性が低下する。したがって、これらの元素を含有させる場合、Zr:0〜1.0%、Hf:0〜1.0%、及びB:0〜0.01%である。Zr含有量及びHf含有量の好ましい下限はそれぞれ0.001%であり、さらに好ましくはそれぞれ0.1%である。B含有量の好ましい下限は0.0001%であり、さらに好ましくは0.0005%である。Zr含有量及びHf含有量の好ましい上限はそれぞれ0.5%であり、さらに好ましくはそれぞれ0.3%である。B含有量の好ましい上限は0.005%であり、さらに好ましくは0.003%である。
[Group 3]
Zr: 0 to 1.0%,
Hf: 0 to 1.0%, and
B: 0 to 0.01%
Zirconium (Zr), hafnium (Hf), and boron (B) are optional elements and may not be contained. When contained, any of these elements segregates at the grain boundaries to increase the deformation resistance. This contributes to high strength. For this reason, Zr, Hf, and B can be contained as needed. Zr and Hf, like the elements belonging to the second group, form alloy carbides to refine crystal grains. The refined crystal grains are effective in improving toughness and hydrogen embrittlement resistance. On the other hand, when these elements are contained excessively, the workability of steel is lowered. Therefore, when these elements are contained, Zr is 0 to 1.0%, Hf is 0 to 1.0%, and B is 0 to 0.01%. The minimum with preferable Zr content and Hf content is 0.001%, respectively, More preferably, it is 0.1% respectively. The minimum with preferable B content is 0.0001%, More preferably, it is 0.0005%. The upper limit with preferable Zr content and Hf content is 0.5%, respectively, More preferably, it is 0.3% respectively. The upper limit with preferable B content is 0.005%, More preferably, it is 0.003%.

[第4群]
Ca:0〜0.05%、
Mg:0〜0.05%、及び、
希土類元素(REM):0〜1.0%
カルシウム(Ca)、マグネシウム(Mg)、及び希土類元素(REM)は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Ca、Mg、及びREMは、鋳造時の凝固割れを抑制する。しかしながら、これらの元素含有量が高すぎれば、鋼の熱間加工性が低下する。したがって、Ca:0〜0.05%、Mg:0〜0.05%、及びREM:0〜1.0%である。Ca含有量及びMg含有量の好ましい下限はそれぞれ0.0003%であり、さらに好ましくは0.0005%である。REM含有量の好ましい下限は0.05%であり、さらに好ましくは0.1%である。Ca含有量及びMg含有量の好ましい上限はそれぞれ0.01%であり、さらに好ましくは0.003%である。REM含有量の好ましい上限は0.5%であり、さらに好ましくは0.3%である。
[Group 4]
Ca: 0 to 0.05%,
Mg: 0 to 0.05%, and
Rare earth element (REM): 0 to 1.0%
Calcium (Ca), magnesium (Mg), and rare earth element (REM) are optional elements and may not be contained. When contained, Ca, Mg, and REM suppress solidification cracking during casting. However, if the content of these elements is too high, the hot workability of the steel decreases. Therefore, Ca: 0 to 0.05%, Mg: 0 to 0.05%, and REM: 0 to 1.0%. The minimum with preferable Ca content and Mg content is 0.0003%, respectively, More preferably, it is 0.0005%. The minimum with preferable REM content is 0.05%, More preferably, it is 0.1%. The upper limit with preferable Ca content and Mg content is 0.01%, respectively, More preferably, it is 0.003%. The upper limit with preferable REM content is 0.5%, More preferably, it is 0.3%.

本明細書において、REMはSc、Y、及び、ランタノイド(原子番号57番のLa〜71番のLu)からなる群から選択される1種以上を含有する。REM含有量は、これらの元素の合計含有量を意味する。   In this specification, REM contains 1 or more types selected from the group which consists of Sc, Y, and a lanthanoid (La of atomic number 57-Lu of 71). The REM content means the total content of these elements.

[式(1)について]
上記化学組成はさらに、式(1)を満たす。
30≦(−6.5+3.0Ni+0.5Cr+2.0Mo+1.2W+0.7Mn+0.2Cu−5.5C−30N)≦60 (1)
ここで、式(1)中の各元素記号には、対応する元素の含有量(質量%)が代入される。
[Regarding Formula (1)]
The chemical composition further satisfies formula (1).
30 ≦ (−6.5 + 3.0Ni + 0.5Cr + 2.0Mo + 1.2W + 0.7Mn + 0.2Cu−5.5C-30N) ≦ 60 (1)
Here, the content (mass%) of the corresponding element is substituted for each element symbol in the formula (1).

F1=(−6.5+3.0Ni+0.5Cr+2.0Mo+1.2W+0.7Mn+0.2Cu−5.5C−30N)と定義する。上述のとおり、F1値は耐水素脆化特性の程度を示す指標である。F1値が30以上であれば、充分な耐水素脆化特性を確保できる。この理由は定かではないが、SFEが充分に高い値になったためである可能性がある。一方、F1値が60を超えると、耐水素脆化特性がかえって低下する。この理由も定かではないが、水素化物等の形成が促進されたためである可能性がある。したがって、F1値は30〜60である。F1値の好ましい下限は31であり、さらに好ましくは32である。F1値の好ましい上限は55であり、さらに好ましくは50である。   It is defined as F1 = (− 6.5 + 3.0Ni + 0.5Cr + 2.0Mo + 1.2W + 0.7Mn + 0.2Cu−5.5C-30N). As described above, the F1 value is an index indicating the degree of hydrogen embrittlement resistance. If the F1 value is 30 or more, sufficient hydrogen embrittlement resistance can be ensured. Although this reason is not certain, there is a possibility that SFE has become a sufficiently high value. On the other hand, if the F1 value exceeds 60, the hydrogen embrittlement resistance deteriorates. Although this reason is not certain, it may be because formation of hydrides or the like was promoted. Therefore, the F1 value is 30-60. A preferred lower limit of the F1 value is 31, more preferably 32. The upper limit with preferable F1 value is 55, More preferably, it is 50.

[鋼中の特定析出物の総量]
本発明のオーステナイト系ステンレス鋼ではさらに、鋼中のCr窒化物(CrN2)及びσ相(CrMn3)の総量は7質量%以下である。
[Total amount of specific precipitates in steel]
In the austenitic stainless steel of the present invention, the total amount of Cr nitride (CrN 2 ) and σ phase (CrMn 3 ) in the steel is 7% by mass or less.

特定析出物(Cr窒化物及びσ相)は、鋼の耐水素脆化特性を低下する。特定析出物が水素脆化の起点となる、又は、特定析出物がSFEを低下するためである。   Specific precipitates (Cr nitride and σ phase) reduce the hydrogen embrittlement resistance of the steel. This is because the specific precipitate becomes a starting point of hydrogen embrittlement, or the specific precipitate decreases SFE.

本発明では、鋼全体の質量に対する特定析出物の総質量の比、つまり、鋼中の特定析出物の総量が7質量%以下である。この場合、鋼の耐水素脆化の低下が抑制される。   In the present invention, the ratio of the total mass of the specific precipitates to the mass of the entire steel, that is, the total amount of the specific precipitates in the steel is 7% by mass or less. In this case, the decrease in hydrogen embrittlement resistance of the steel is suppressed.

特定析出物の総量の測定方法は次のとおりである。オーステナイトステンレス鋼材の中央部(オーステナイト系ステンレス鋼板の場合は板厚及び板幅の中央部、オーステナイト系ステンレス鋼管の場合は肉厚中央部)から、直径10mm、長さ50mmの丸棒状試験片を採取する。10%AA系電解液(10体積%アセチルアセトン−1質量%塩化テトラメチルアンモニウム−メタノール溶液)を用いて試験片に対して定電流電解を実施して、析出物を残渣として抽出する。残渣である析出物に対してX線回折を実施して、Cr窒化物及びσ相を特定する。特定されたCr窒化物及びσ相の総量の試験片に対する質量%を求める。   The measuring method of the total amount of the specific precipitate is as follows. A round bar specimen with a diameter of 10 mm and a length of 50 mm is collected from the central part of the austenitic stainless steel (the central part of the thickness and width in the case of an austenitic stainless steel sheet, the central part of the thickness in the case of an austenitic stainless steel pipe). To do. The test piece is subjected to constant current electrolysis using a 10% AA-based electrolytic solution (10 volume% acetylacetone-1 mass% tetramethylammonium chloride-methanol solution), and the precipitate is extracted as a residue. X-ray diffraction is performed on the precipitate, which is a residue, to identify Cr nitride and σ phase. The mass% with respect to the test piece of the total amount of the specified Cr nitride and σ phase is determined.

[製造方法]
本発明のオーステナイト系ステンレス鋼の製造方法の一例は、素材を準備する工程(準備工程)と、素材を熱間加工して鋼材とする工程(熱間加工工程)と、熱間加工後の鋼材に対して固溶化熱処理を実施する工程(固溶化熱処理工程)とを備える。以下、この製造方法について説明する。
[Production method]
An example of the manufacturing method of the austenitic stainless steel of the present invention includes a step of preparing a raw material (preparation step), a step of hot working the raw material into a steel material (hot working step), and a steel material after hot working. A solution heat treatment step (solution heat treatment step). Hereinafter, this manufacturing method will be described.

[準備工程]
上述の化学組成を有する溶鋼を製造する。製造された溶鋼に対して、必要に応じて周知の脱ガス処理を実施する。脱ガス処理を実施した溶鋼から、素材を製造する。素材の製造方法はたとえば、連続鋳造法である。連続鋳造法により、連続鋳造材(素材)を製造する。連続鋳造材はたとえば、スラブ、ブルーム及びビレット等である。溶鋼を造塊法によりインゴットにしてもよい。
[Preparation process]
A molten steel having the above chemical composition is produced. A well-known degassing process is implemented with respect to the manufactured molten steel as needed. The material is manufactured from the molten steel that has been degassed. The material manufacturing method is, for example, a continuous casting method. A continuous casting material (material) is manufactured by a continuous casting method. The continuous cast material is, for example, a slab, bloom, billet and the like. Molten steel may be made into an ingot by the ingot-making method.

[熱間加工工程]
素材(連続鋳造材又はインゴット)を周知の方法により熱間加工して、オーステナイト系ステンレス鋼材にする。オーステナイト系ステンレス鋼材はたとえば、鋼管、鋼板、棒鋼、線材及び鍛鋼等である。オーステナイト系ステンレス鋼材はたとえば、ユジーン・セジュルネ法による熱間押出加工により製造されてもよい。
[Hot working process]
A raw material (continuous cast material or ingot) is hot-worked by a known method to obtain an austenitic stainless steel material. Examples of the austenitic stainless steel material include steel pipes, steel plates, steel bars, wire rods, and forged steels. The austenitic stainless steel material may be manufactured, for example, by hot extrusion by the Eugene Sejurne method.

1回の熱間加工によりオーステナイト系ステンレス鋼材を製造してもよいし、複数回の熱間加工により、オーステナイト系ステンレス鋼材を製造してもよい。   An austenitic stainless steel material may be produced by a single hot working, or an austenitic stainless steel material may be produced by a plurality of hot workings.

[固溶化熱処理工程]
製造されたオーステナイト系ステンレス鋼材に対して固溶化熱処理を実施する。固溶化熱処理では、オーステナイト系ステンレス鋼材を固溶化熱処理温度で均熱した後、冷却する。固溶化熱処理の条件は次のとおりである。
[Solution heat treatment process]
A solution heat treatment is performed on the manufactured austenitic stainless steel material. In the solution heat treatment, the austenitic stainless steel material is soaked at the solution heat treatment temperature and then cooled. The conditions for the solution heat treatment are as follows.

固溶化熱処理温度:1000〜1150℃
固溶化熱処理温度が低すぎれば、鋼中に特定析出物(Cr窒化物及びσ相)が残存し、特定析出物の総量が7質量%を超える。一方、固溶化熱処理温度が高すぎれば、結晶粒が粗大化して、鋼の靭性等の機械的性質が低下する。したがって、固溶化熱処理温度は1000〜1150℃である。固溶化熱処理温度の好ましい下限は1050℃であり、好ましい上限は1100℃である。
Solution heat treatment temperature: 1000-1150 ° C
If the solution heat treatment temperature is too low, specific precipitates (Cr nitride and σ phase) remain in the steel, and the total amount of the specific precipitates exceeds 7% by mass. On the other hand, if the solution heat treatment temperature is too high, the crystal grains are coarsened, and mechanical properties such as toughness of steel are lowered. Therefore, the solution heat treatment temperature is 1000 to 1150 ° C. The minimum with a preferable solution heat treatment temperature is 1050 degreeC, and a preferable upper limit is 1100 degreeC.

鋼材温度が1000〜600℃の範囲(以下、特定温度域という)における冷却速度:100℃/min以上。
特定温度域での冷却速度が遅すぎれば、冷却時に特定析出物が生成し、特定析出物の総量が7質量%を超える。したがって、特定温度域での冷却速度は100℃/min以上である。特定温度域での冷却速度は、平均の冷却速度が100℃/min以上であることを意味する。
Cooling rate in a steel material temperature range of 1000 to 600 ° C. (hereinafter referred to as a specific temperature range): 100 ° C./min or more.
If the cooling rate in the specific temperature range is too slow, specific precipitates are generated during cooling, and the total amount of the specific precipitates exceeds 7% by mass. Therefore, the cooling rate in the specific temperature range is 100 ° C./min or more. The cooling rate in the specific temperature range means that the average cooling rate is 100 ° C./min or more.

以上の製造工程により、本発明のオーステナイト系ステンレス鋼が製造できる。   The austenitic stainless steel of this invention can be manufactured according to the above manufacturing process.

表1の化学組成を有する溶鋼を真空溶解により製造して、50kgのインゴットを製造した。   Molten steel having the chemical composition shown in Table 1 was produced by vacuum melting to produce a 50 kg ingot.

Figure 2017066470
Figure 2017066470

インゴットを熱間鍛造して、40〜60mmの厚さのブロックを製造した。ブロックを熱間圧延して、15mmの板厚を有する熱延鋼板を製造した。熱延鋼板に対して、表2に示す条件で固溶化熱処理を行った。具体的には、固溶化熱処理では、表2に示す固溶化熱処理温度(℃)で1時間保持し、その後、水冷した。水冷時において、1000〜600℃の温度域(特定温度域)における冷却速度は表2のとおりであった。以上の製造方法により、表2に示す各試験番号のオーステナイト系ステンレス鋼板を製造した。各試験番号のオーステナイト系ステンレス鋼板に対して、次の試験を実施した。   The ingot was hot forged to produce a block having a thickness of 40 to 60 mm. The block was hot-rolled to produce a hot rolled steel sheet having a plate thickness of 15 mm. A solution heat treatment was performed on the hot-rolled steel sheet under the conditions shown in Table 2. Specifically, in the solution heat treatment, the solution heat treatment temperature (° C.) shown in Table 2 was maintained for 1 hour, and then water-cooled. Table 2 shows the cooling rate in the temperature range (specific temperature range) of 1000 to 600 ° C. during water cooling. By the above manufacturing method, the austenitic stainless steel plate of each test number shown in Table 2 was manufactured. The following test was implemented with respect to the austenitic stainless steel plate of each test number.

Figure 2017066470
Figure 2017066470

[特定析出物総量測定試験]
各試験番号のオーステナイト系ステンレス鋼板の中心部から直径10mm、長さ50mmの電解抽出用試験片を採取した。試験片を10%AA系電解液中に浸漬して定電流電解を実施し、析出物である残渣を抽出した。残渣である析出物に対してX線回折を実施した結果、いずれの試験番号においても、析出物は、Cr窒化物(Cr2N)及び/又はσ相(CrMn3)であり、他の析出物は観察されなかった。残渣の試験片に対する質量%を求め、特定析出物(Cr窒化物及びσ相)の総量(質量%)と定義した。特定析出物の総量を表2に示す。
[Specific precipitation total amount measurement test]
A test piece for electrolytic extraction having a diameter of 10 mm and a length of 50 mm was collected from the center of each austenitic stainless steel plate having the test number. The test piece was immersed in a 10% AA-based electrolytic solution and subjected to constant current electrolysis, and a residue as a precipitate was extracted. As a result of performing X-ray diffraction on the precipitate, which is a residue, in any test number, the precipitate is Cr nitride (Cr 2 N) and / or σ phase (CrMn 3 ). Nothing was observed. The mass% of the residue with respect to the test piece was determined and defined as the total amount (mass%) of the specific precipitate (Cr nitride and σ phase). The total amount of the specific precipitate is shown in Table 2.

[引張試験]
各試験番号のオーステナイト系ステンレス鋼板の中心部から、丸棒引張試験片を採取した。丸棒引張試験片では、平行部の径が2.5mmであり、平行部の長さが20mmであった。丸棒引張試験片の長手方向はオーステナイト系ステンレス鋼板の圧延方向とした。丸棒引張試験片を用いて、常温(25℃)大気中で引張試験を実施して、引張強度TS(MPa)及び破断絞り(%)を求めた。試験中のひずみ速度は3×10-6/秒とした。得られた引張強度TS(MPa)を表2に示す。
[Tensile test]
A round bar tensile specimen was collected from the center of each test number austenitic stainless steel sheet. In the round bar tensile test piece, the diameter of the parallel part was 2.5 mm, and the length of the parallel part was 20 mm. The longitudinal direction of the round bar tensile specimen was the rolling direction of the austenitic stainless steel sheet. A tensile test was performed in a normal temperature (25 ° C.) atmosphere using a round bar tensile test piece to obtain a tensile strength TS (MPa) and a fracture drawing (%). The strain rate during the test was 3 × 10 −6 / sec. Table 2 shows the obtained tensile strength TS (MPa).

[耐水素脆化特性試験]
各試験番号のオーステナイト系ステンレス鋼板から、引張試験と同様の丸棒引張試験片を新たに採取した。低歪速度試験機(SSRT)を用いて、常温(25℃)、85MPaの高圧水素ガス雰囲気中において、3×10-6/秒のひずみ速度で引張試験を実施し、破断絞り(%)を求めた。耐水素脆化特性試験にて得られた破断絞りの、引張試験にて得られた破断絞りに対する比を、相対破断絞り(%)と定義した。相対破断絞りが高ければ、耐水素脆化特性に優れると判断した。得られた相対破断絞り(%)を表2に示す。
[Hydrogen embrittlement resistance test]
A round bar tensile test piece similar to the tensile test was newly collected from each test number austenitic stainless steel sheet. Using a low strain rate tester (SSRT), a tensile test was conducted at a strain rate of 3 × 10 −6 / sec in a high-pressure hydrogen gas atmosphere at room temperature (25 ° C.) and 85 MPa, and the fracture drawing (%) was Asked. The ratio of the fracture drawing obtained in the hydrogen embrittlement resistance test to the fracture drawing obtained in the tensile test was defined as a relative fracture drawing (%). If the relative fracture drawing was high, it was judged that the hydrogen embrittlement resistance was excellent. The obtained relative fracture drawing (%) is shown in Table 2.

[試験結果]
表2を参照して、試験番号1〜10の化学組成は適切であり、式(1)を満たした。さらに、製造条件も適切であった。その結果、これらの試験番号の引張強度TSは660MPa以上であり、高い強度を示した。さらに、試験番号1〜10の相対破断絞りはいずれも80%以上であり、優れた耐水素脆化特性を示した。
[Test results]
Referring to Table 2, the chemical compositions of Test Nos. 1 to 10 were appropriate and satisfied Formula (1). Furthermore, the manufacturing conditions were also appropriate. As a result, the tensile strength TS of these test numbers was 660 MPa or more, indicating high strength. Furthermore, the relative fracture draws of test numbers 1 to 10 were all 80% or more, and exhibited excellent hydrogen embrittlement resistance.

一方、試験番号11では、Mn含有量が低すぎた。その結果、相対破断絞りが80%未満と低く、耐水素脆化特性が低かった。   On the other hand, in test number 11, the Mn content was too low. As a result, the relative fracture drawing was as low as less than 80%, and the hydrogen embrittlement resistance was low.

試験番号12では、Cr含有量が低すぎた。その結果、相対破断絞りが80%未満と低かった。   In test number 12, the Cr content was too low. As a result, the relative breaking drawing was as low as less than 80%.

試験番号13では、Cr含有量が高すぎた。その結果、特定析出物の総量が7質量%を超え、相対破断絞りが80%未満となった。Cr含有量が高く、Cr窒化物が過剰に析出したためと考えられる。   In test number 13, the Cr content was too high. As a result, the total amount of the specific precipitates exceeded 7% by mass, and the relative fracture drawing was less than 80%. This is probably because the Cr content is high and Cr nitride is excessively precipitated.

試験番号14では、Ni含有量が低すぎた。そのため、相対破断絞りが80%未満と低かった。   In test number 14, the Ni content was too low. Therefore, the relative fracture drawing was as low as less than 80%.

試験番号15では、F1値が式(1)の上限を超えた。そのため、相対破断絞りが80%未満と低かった。   In test number 15, the F1 value exceeded the upper limit of formula (1). Therefore, the relative fracture drawing was as low as less than 80%.

試験番号16ではF1値が式(1)の下限未満であった。そのため、相対破断絞りが80%未満と低かった。   In test number 16, the F1 value was less than the lower limit of formula (1). Therefore, the relative fracture drawing was as low as less than 80%.

試験番号17では、N含有量が低すぎた。そのため、引張強度が低かった。   In test number 17, the N content was too low. Therefore, the tensile strength was low.

試験番号18では、N含有量が高すぎ、F1値が式(1)の下限未満であった。そのため、特定析出物の総量が7質量%を超え、相対破断絞りが80%未満となった。N含有量が高く、Cr窒化物が過剰に析出したためと考えられる。   In test number 18, the N content was too high and the F1 value was less than the lower limit of formula (1). Therefore, the total amount of the specific precipitates exceeded 7% by mass, and the relative fracture drawing was less than 80%. This is probably because the N content is high and Cr nitride is excessively precipitated.

試験番号19では、化学組成は適切であったものの、特定析出物の総量が7質量%を超えた。それは、固溶化熱処理温度が低すぎたためである。その結果、相対破断絞りが80%未満と低かった。   In test number 19, although the chemical composition was appropriate, the total amount of the specific precipitates exceeded 7% by mass. This is because the solution heat treatment temperature is too low. As a result, the relative breaking drawing was as low as less than 80%.

試験番号20の化学組成は、Mo及びWを含有しなかった。そのため、引張強度TSが660MPa未満と低く、相対破断絞りも80%未満であった。   The chemical composition of Test No. 20 did not contain Mo and W. Therefore, the tensile strength TS was as low as less than 660 MPa, and the relative fracture drawing was also less than 80%.

試験番号21及び22では、化学組成が適切であったものの、固溶化熱処理における特定温度域の冷却速度(平均冷却速度)が遅かった。そのため、特定析出物の質量率が7%を超え、相対破断絞りが80%未満と低かった。   In Test Nos. 21 and 22, although the chemical composition was appropriate, the cooling rate (average cooling rate) in a specific temperature range in the solution heat treatment was slow. Therefore, the mass ratio of the specific precipitate exceeded 7%, and the relative fracture drawing was as low as less than 80%.

以上、本発明の実施の形態を説明した。しかしながら、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。したがって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変更して実施することができる。
The embodiment of the present invention has been described above. However, the above-described embodiment is merely an example for carrying out the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented by appropriately changing the above-described embodiment without departing from the spirit thereof.

Claims (2)

質量%で、
C:0.20%以下、
Si:1.0%以下、
Mn:20%超〜50%、
Cr:10〜25%、
Ni:0.5〜8%未満、
Al:0.10%以下、
Mo及び/又はW:合計で0.1〜5.0%、
Cu:0.001〜3.0%、
N:0.05〜0.40%、
Co:0〜3.0%、
Ti:0〜1.0%、
V:0〜1.0%、
Nb:0〜1.0%、
Zr:0〜1.0%、
Hf:0〜1.0%、
B:0〜0.01%、
Ca:0〜0.05%、
Mg:0〜0.05%、及び
希土類元素:0〜1.0%を含有し、残部はFe及び不純物からなり、
不純物中のP、S、及びOが、
P:0.050%以下、
S:0.050%以下、及び
O:0.020%以下、であり、式(1)を満たす化学組成を有し、
鋼中のCr窒化物及びσ相の総量が7質量%以下である、オーステナイト系ステンレス鋼。
30≦(−6.5+3.0Ni+0.5Cr+2.0Mo+1.2W+0.7Mn+0.2Cu−5.5C−30N)≦60 (1)
ここで、式(1)中の各元素記号には、対応する元素の含有量(質量%)が代入される。
% By mass
C: 0.20% or less,
Si: 1.0% or less,
Mn: more than 20% to 50%,
Cr: 10 to 25%,
Ni: Less than 0.5-8%,
Al: 0.10% or less,
Mo and / or W: 0.1 to 5.0% in total,
Cu: 0.001 to 3.0%,
N: 0.05-0.40%
Co: 0 to 3.0%,
Ti: 0 to 1.0%
V: 0 to 1.0%
Nb: 0 to 1.0%,
Zr: 0 to 1.0%,
Hf: 0 to 1.0%,
B: 0 to 0.01%
Ca: 0 to 0.05%,
Mg: 0 to 0.05%, and rare earth element: 0 to 1.0%, the balance consists of Fe and impurities,
P, S, and O in the impurity are
P: 0.050% or less,
S: 0.050% or less, and O: 0.020% or less, having a chemical composition satisfying the formula (1),
An austenitic stainless steel in which the total amount of Cr nitride and σ phase in the steel is 7% by mass or less.
30 ≦ (−6.5 + 3.0Ni + 0.5Cr + 2.0Mo + 1.2W + 0.7Mn + 0.2Cu−5.5C-30N) ≦ 60 (1)
Here, the content (mass%) of the corresponding element is substituted for each element symbol in the formula (1).
請求項1に記載のオーステナイト系ステンレス鋼がさらに、質量%で、第1群〜第4群から選択される1種又は2種以上の元素を含有する、オーステナイト系ステンレス鋼。
第1群:Co:0.1〜3.0%
第2群:Ti:0.001〜1.0%、V:0.01〜1.0%、及びNb:0.01〜1.0%
第3群:Zr:0.001〜1.0%、Hf:0.001〜1.0%、及びB:0.0001〜0.01%
第4群:Ca:0.0003〜0.05%、Mg:0.0003〜0.05%、及び希土類元素:0.05〜1.0%
The austenitic stainless steel of Claim 1 which contains the 1 type, or 2 or more types of element further selected from 1st group-4th group by the mass% further.
First group: Co: 0.1 to 3.0%
Second group: Ti: 0.001 to 1.0%, V: 0.01 to 1.0%, and Nb: 0.01 to 1.0%
Third group: Zr: 0.001 to 1.0%, Hf: 0.001 to 1.0%, and B: 0.0001 to 0.01%
Group 4: Ca: 0.0003 to 0.05%, Mg: 0.0003 to 0.05%, and rare earth elements: 0.05 to 1.0%
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