JP2017206725A - フェライト系ステンレス鋼およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
[1]質量%で、C:0.001〜0.050%、Si:0.01〜1.0%、Mn:0.01〜2.0%、P:0.05%以下、S:0.01%以下、Al:0.001〜1.0%、Cr:11.0〜32.0%、Cu:0.4〜4.0%、N:0.001〜0.050%を含有し、Ti:0.10〜0.60%、Nb:0.10〜0.60%のいずれか1種または2種を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物であり、さらにε−Cu相を0.10体積%以上含有し、前記ε−Cu相の平均粒径が30nm以下であることを特徴とするフェライト系ステンレス鋼。
[2]質量%で、さらに、Ni:4.0%以下、Mo:3.0%以下、Co:0.5%以下、W:2.0%以下のいずれか1種または2種以上を含有することを特徴とする、前記[1]に記載のフェライト系ステンレス鋼。
[3]質量%で、さらに、V:0.5%以下、Zr:0.6%以下、B:0.005%以下、REM:0.01%以下のいずれか1種または2種以上を含有することを特徴とする、前記[1]または[2]に記載のフェライト系ステンレス鋼。
[4]前記[1]〜[3]のいずれかに記載のフェライト系ステンレス鋼の製造方法であり、
冷間圧延後の鋼に、880℃以上で10s以上の溶体化処理を施した後に、450〜600℃で10s〜1hの析出処理を施すことを特徴とする、フェライト系ステンレス鋼の製造方法。
Cの含有量が多いと強度が向上し、少ないと加工性が向上する。十分な強度を得るためには、C含有量を0.001%以上にする必要がある。しかし、C含有量が0.050%を超えると耐食性と加工性の低下が顕著となる.よって、C含有量は0.001〜0.050%とする。好ましくは、C含有量は0.002〜0.040%である。より好ましくは、C含有量は0.005〜0.015%である。
Siは脱酸に有用な元素である。この効果はSi含有量が0.01%以上で得られる。しかし、Si含有量が1.0%を超えると、酸洗性が低下し製造に支障をきたす。よって、Si含有量は0.01〜1.0%とする。好ましくは、Si含有量は0.05〜0.50%である。より好ましくは、Si含有量は0.10〜0.25%である。
Mnは、脱酸に有用な元素である。その効果はMn含有が0.01%以上で得られる。しかし、Mn含有量が2.0%を超えるとステンレス鋼の腐食発生の起点となるMnSの生成が顕著となる。よって、Mn含有量は0.01〜2.0%とする。好ましくは、Mn含有量は0.05〜0.50%である。より好ましくは、Mn含有量は0.10〜0.25%である。
Pは、鋼に不可避的に含まれる元素であり、結晶粒界に偏析して、結晶粒界の強度を低下させ、粒界割れを発生しやすくする元素である。よって、P含有量は少ないほど好ましく、0.05%以下とする。好ましくは、P含有量は0.03%以下である。
Sは、鋼に不可避的に含まれる元素であるが、0.01%超の含有はCaSやMnSなどの水溶性硫化物の形成が促進され耐食性を低下させる。よって、S含有量は0.01%以下とする。好ましくは、S含有量は0.005%以下である。
Alは、耐酸化性および耐食性を向上させる元素である.この効果はAl含有量が 0.001%以上で得られる。しかし、Al含有量が1.0%を超えると製造工程の焼鈍中に形成した酸化スケールの除去が困難となり製造性が低下する。よって、Al含有量は0.001〜1.0%とする。好ましくは、Al含有量は0.005〜0.1%である。より好ましくは、Al含有量は0.01〜0.05%である。
Crは、ステンレス鋼の耐食性を決定付ける最も重要な元素である。Cr含有量が11.0%未満ではステンレス鋼として十分な耐食性が得られない。一方で、過剰の含有は、加工性を低下させ、製造に支障をきたすため、Cr含有量は32.0%以下とする。よって、Cr含有量は11.0〜32.0%とする。好ましくは、Cr含有量は15.0〜25.0%である。
Cuは、本発明で抗菌性を得るための重要な元素である。Cuイオンには菌の繁殖を抑える効果があるが、本発明における抗菌性は、ステンレス鋼表面に析出したε−Cu相が、表面に形成された薄い水膜中にCuイオンを供給することで発現する。そのため、十分な抗菌性を得るためにはε−Cu相を析出させなくてはならない。Cu含有量が0.4%未満ではε−Cu相の析出が困難であり、Cu含有量が4.0%超であると熱間圧延中に結晶粒界に偏析したCuが融解して割れを引き起こす。よって、Cu含有量は0.4〜4.0%とする。好ましくは、Cu含有量は1.0〜3.0%である。
Nは、鋼の強度を上昇させる効果がある。その効果はN含有量が0.001%以上で得られる。しかし、N含有量が0.10%を超えると耐食性と加工性の低下が顕著となる。よって、N含有量は0.001〜0.050%とする。好ましくは、N含有量は0.002〜0.030%でる。より好ましくは、N含有量は0.005〜0.020%である。
Tiは、C、Nと優先的に結合してCr炭窒化物の析出による耐食性の低下を抑制する元素である。その効果はTi含有量が0.10%以上で得られる。しかし、Ti含有量が0.60%を超えると粗大なTiNの生成が促進され、それを起点とした腐食の発生が増加し耐食性が低下する。よって、Tiを含有する場合、Ti含有量は0.10〜0.60%とする。好ましくは、Ti含有量は0.15〜0.40%である。
Niは、ステンレス鋼の耐食性を向上させる元素であり、不動態皮膜が形成できず活性溶解が起こる腐食環境において腐食の進行を抑制する元素である。この効果は、Ni含有量が 0.01%以上で得られる。しかし、Ni含有量が4.0%超えでは、フェライト相中に第2相であるオーステナイト相が形成されフェライト相との成分の違いから耐食性が低下する。よって、Niを含有する場合、Ni含有量は4.0%以下とする。好ましくは、Ni含有量は3.0%以下である。
Moは、不動態皮膜の再不動態化を促進し、ステンレス鋼の耐食性を向上する元素である。この効果は、Mo含有量が0.01%以上で得られる。しかし、Mo含有量が3.0%を超えると高温強度が増加し、圧延負荷が大きくなるため製造性が低下する。よって、Moを含有する場合、Mo含有量は3.0%以下とする。好ましくは、Mo含有量は2.0%以下である。
Coは、低温靭性を向上させる元素である。この効果は、Co含有量が0.01%以上で得られる。しかし、Co含有量が0.5%を超えると加工性が低下する。よって、Coを含有する場合、Co含有量は0.5%以下とする。好ましくは、Co含有量は0.2%以下である。
Wは、Moと同様に耐食性を向上する効果がある。この効果は、W含有量が0.01%以上で得られる。しかし、W含有量が2.0%を超えると強度が上昇し製造性が低下する。よって、Wを含有する場合、W含有量は2.0%以下とする。好ましくは、W含有量は、1.0%以下である。
Vは、VNを形成することでCr窒化物の析出による耐食性の低下を抑制する元素である。この効果は、V含有量が0.01%以上で得られる。しかし、V含有量が0.5%を超えると加工性が低下する。よって、Vを含有する場合、V含有量は0.5%以下とする。好ましくは、V含有量は0.2%以下である。
Zrは、C、Nと結合してCr炭窒化物の析出による耐食性の低下を抑制する元素である。この効果は、Zr含有量が0.01%以上で得られる。しかし、過剰の含有は加工性を低下させるうえ、非常に高い元素であるためコストの増大を招く。よって、Zrを含有する場合、Zr含有量は0.6%以下とする。好ましくは、Zr含有量は0.2%以下である。
Bは、結晶粒界を強化し,二次加工脆化を抑制する元素である.この効果は、B含有量が0.0003%以上で得られる。しかし、B含有量が0.005%を超えると加工性が低下する。よって、Bを含有する場合、B含有量は0.005%以下とする。好ましくは、B含有量は、0.003%以下である。
REMは、耐酸化性を向上して、酸化スケールの形成を抑制し、溶接部の耐食性を向上する。この効果はREM含有量が0.001%以上で得られる。しかし、REM含有量が0.01%を超えると酸洗性が低下して製造性が低下する。よって、REMを含有する場合、REM含有量は0.01%以下とする。
後述の実施例に示すように、抗菌性試験の結果、減菌率95%以上の有効な抗菌性を得るためにはε−Cu相の体積率は0.10%以上必要であった。これはε−Cu相の体積率が0.10%以上であれば、ステンレス鋼表面に形成される水膜に対して、除菌に必要なCuイオンが表面に析出したε−Cu相から十分に供給されるためであると考えられる。よって、ε−Cu相の体積率は0.10%以上とする。好ましくは、ε−Cu相の体積率は、0.2%以上である。
図1に示すように、ε−Cu相の平均粒径が30nm以下であると発銹面積率が低下し耐食性が向上した。これは、ε−Cu相が脱落や溶解によって腐食発生の起点となった場合でも、ε−Cu相の粒径が十分に小さければ孔食として腐食が成長し始める前に再不動態化を起こすためと考えられる。よって、ε−Cu相の平均粒径は30nm以下とする。好ましくは、ε−Cu相の平均粒径は25nm以下である。
Claims (4)
- 質量%で、C:0.001〜0.050%、Si:0.01〜1.0%、Mn:0.01〜2.0%、P:0.05%以下、S:0.01%以下、Al:0.001〜1.0%、Cr:11.0〜32.0%、Cu:0.4〜4.0%、N:0.001〜0.050%を含有し、Ti:0.10〜0.60%、Nb:0.10〜0.60%のいずれか1種または2種を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物であり、
さらにε−Cu相を0.10体積%以上含有し、前記ε−Cu相の平均粒径が30nm以下であることを特徴とするフェライト系ステンレス鋼。 - 質量%で、さらに、Ni:4.0%以下、Mo:3.0%以下、Co:0.5%以下、W:2.0%以下のいずれか1種または2種以上を含有することを特徴とする、請求項1に記載のフェライト系ステンレス鋼。
- 質量%で、さらに、V:0.5%以下、Zr:0.6%以下、B:0.005%以下、REM:0.01%以下のいずれか1種または2種以上を含有することを特徴とする、請求項1または2に記載のフェライト系ステンレス鋼。
- 請求項1〜3のいずれかに記載のフェライト系ステンレス鋼の製造方法であり、
冷間圧延後の鋼に、880℃以上で10s以上の溶体化処理を施した後に、450〜600℃で10s〜1hの析出処理を施すことを特徴とする、フェライト系ステンレス鋼の製造方法。
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