JP2018502991A - 可撓性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼 - Google Patents

可撓性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼 Download PDF

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Abstract

可撓性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼が開示される。本発明の可撓性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼は、重量%で、Si:0.1〜0.65%、Mn:1.0〜3.0%、Ni:6.5〜10.0%、Cr:16.5〜18.5%、Cu:6.0%以下(0は除外)、C+N:0.13%以下(0は除外)、残りは、Fe及び不可避な不純物を含み、下記の数式で定義された加工硬化式H1が300以下であることを特徴とする。H1=−459+79.8Si−10.2Mn−8.16Ni+48.0Cr−13.2Cu+623(C+N)【選択図】図1

Description

本発明は、可撓性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼に関する。
従来、家庭用及び自動車用エアコン冷媒配管としてステンレス鋼を使用しようとする試みがあった。これは、耐食性に優れているだけでなく、比較的素材の費用が安いからである。
しかし、エアコン冷媒配管の施工時に設置空間に制約を受けるため、配管を曲げる等の作業が必らず伴われ、一般的なステンレス鋼は、配管施工時に必らず具備していなければならない可撓性を具備していないという問題点が存在する。
金属材料は、引張または圧縮等、変形を受けると、加工硬化が発生し、変形を受けるほど、さらに硬くなる特性がある。配管を曲げることは、引張と圧縮の複合的な作用により曲げる程度が大きくなり、素材はさらに硬質化される。
特に、オーステナイト系ステンレス鋼として最も広く使用される304鋼は、加工硬化の程度が大きいため、エアコン配管の施工をしなければならない空間内で人力で配管を曲げることは非常に困難である。
加工硬化というのは、素材の変形が始まるときの強度を示す降伏強度(YS)と素材の加工硬化が極大化され、最大の強度を示す引張強度(TS)の差異であるTS−YSとして表現する。すなわち、人力で曲げやすくするためには、この加工硬化の現象を抑制し、TS−YSが最小化された素材が要求される。
オーステナイト系ステンレス鋼では、主としてCr、Ni、Mn、Cu、C、N元素が添加され、このような元素の含量が多様化された様々な鋼種が製造されているが、優れた可撓性のための最適の成分制御方法は公開されていないのが現況である。本発明では、このような元素添加の制御により加工硬化の最小化を具現化し、優れた可撓性を有する素材の製造を試みた。
前述した背景技術として説明された事項は、本発明の背景に対する理解を増進させるためのものに過ぎず、この技術分野における通常の知識を有する者に既に知られた従来技術に該当することを認めるものと受け入れられてはならない。
韓国公開特許10−2010−0099726
本発明は、このような従来の問題点を解決するためになされたものであって、加工硬化度に影響を及ぼす成分元素の含量を制御し、結晶粒のサイズを制御することによって、可撓性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼を提供することを目的とする。
上記目的を達成するためになされた本発明の可撓性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼は、重量%で、Si:0.1〜0.65%、Mn:1.0〜3.0%、Ni:6.5〜10.0%、Cr:16.5〜18.5%、Cu:6.0%以下(但し、0は除外する)、C+N:0.13%以下(但し、0は除外する)、残りは、Fe及び不可避な不純物を含み、下記の数式で定義された加工硬化式H1が300以下であることを特徴とする。
H1=−459+79.8Si−10.2Mn−8.16Ni+48.0Cr−13.2Cu+623(C+N)
本発明の可撓性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼の組織サイズ(D)は、20〜40μmであることが好ましい。
上記目的を達成するためになされた本発明の可撓性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼は、重量%で、Si:0.1〜0.65%、Mn:1.0〜3.0%、Ni:6.5〜10.0%、Cr:16.5〜18.5%、Cu:6.0%以下(但し、0は除外する)、C+N:0.13%以下(但し、0は除外する)、残りは、Fe及び不可避な不純物を含み、下記の数式で定義された加工硬化式H2は、300以下であることを特徴とする。
H2=4.27+0.875(−459+79.8Si−10.2Mn−8.16Ni+48.0Cr−13.2Cu+623(C+N))−287D(D:組織のサイズ)
組織のサイズ(D)は、20〜300μmであることが好ましい。
本発明の可撓性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼は、重量%で、Si:0.1〜0.65%、Mn:1.0〜3.0%、Ni:6.5〜10.0%、Cr:16.5〜18.5%、Cu:6.0%以下(但し、0は除外する)、C+N:0.13%以下(但し、0は除外する)、残りは、Fe及び不可避な不純物を含み、下記の数式で定義されたMd30は、0以下であることを特徴とする。
d30=551−462(C+N)−9.2Si−8.1Mn−29(Ni+Cu)−13.7Cr
d30は、−100〜0であることが好ましい。
TS(引張強度)とYS(降伏強度)の差異値は、300Mpa以下であることが好ましい。
本発明は、元素の含量、結晶粒のサイズ等を制御することによって、可撓性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼を製造できる利点がある。
加工硬化式H1と加工硬化度の実測値との相関関係を示す図である。 結晶粒のサイズによる加工硬化式H1の変化を示す図である。 発明例6によるオーステナイト系ステンレス鋼の結晶粒のサイズ分布を示す組織写真である。 比較例6によるオーステナイト系ステンレス鋼の結晶粒のサイズ分布を示す組織写真である。 発明例17によるオーステナイト系ステンレス鋼の結晶粒のサイズ分布を示す組織写真である。 修正加工硬化式H2と加工硬化度の実測値との相関関係を示す図である。 オーステナイト安定化指数と加工硬化度の実測値との相関関係を示す図である。
以下では、添付の図面に基づいて本発明の好ましい実施例による可撓性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼について説明する。
本発明の可撓性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼は、重量%で、Si:0.1〜0.65%、Mn:1.0〜3.0%、Ni:6.5〜10.0%、Cr:16.5〜18.5%、Cu:6.0%を含有し、C+Nは、0.13%以下で含有し、残りとして、Fe及び不可避な不純物を含む。
以下では、本発明の可撓性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼を構成する成分の数値限定理由について説明する。
C+Nは、0.13重量%以下で添加されなければならない。
CとNは、侵入型固溶強化元素であって、オーステナイト系ステンレス鋼を硬質化させるだけでなく、その含量が高いと、加工時に発生する変形誘起マルテンサイトを硬質化し、素材の加工硬化度が増加する。したがって、C及びNの含量を制限する必要性があり、本発明では、C+Nの含量を0.13%以下に制限する。
Siは、0.1〜0.65重量%の範囲に調節して添加する。
Siは、脱酸のために必須に添加される元素であり、0.1%以上が添加される。
しかし、過度に多い含量のSiを添加すると、素材が硬質化され、酸素と結合して介在物を形成することによって、耐食性が低下するので、上限を0.65%に制限する。
Mnは、1.0〜3.0重量%の範囲に調節して添加する。
Mnは、脱酸のために必須に添加されるだけでなく、オーステナイト相の安定化度を増加させる元素であって、オーステナイトのバランス維持のためには、1.0%以上を添加する。しかし、過度に多い含量のMn添加は、素材の耐食性を低下させるので、その上限は3.0%に制限する。
Niは、6.5〜10.0重量%の範囲に調節して添加する。
Niは、Crと複合添加することによって、耐孔食性のような耐食性の改善に効果的であるとともに、その含有量が増加すると、オーステナイト鋼の軟質化を図ることができる。
また、オーステナイト系ステンレス鋼の相安定化度の改善にも寄与する元素に該当するので、オーステナイトのバランス維持のために6.5%以上を添加する。しかし、過度に多い含量のNi添加は、鋼の費用の上昇をもたらすので、上限を10.0%に制限する。
Crは、16.5〜18.5重量%の範囲に調節して添加する。
Crは、耐食性を向上させる必須な元素であって、汎用的に使用されるためには、16.5%以上が添加されなければならない。しかし、過度に多い含量のCr添加は、オーステナイト相の硬質化を誘発し、費用の上昇をもたらすので、上限を18.5%に制限する。
Cuは、6.0重量%以下の範囲に調節して添加する。
Cuは、オーステナイト鋼の軟質化を引き起こすことができる。しかし、過度に多い含量のCu添加は、熱間加工性を低下させ、むしろオーステナイト相を硬質化させるので、その上限を6.0%に制限する。
本発明の目的を達成するためには、本発明が提供する成分制御方法が重要である。これを具体的に表現するために、以下では、本発明の実施例により説明する。以下の実施例で説明する素材は、150mm厚さのインゴットを製造し、1,250℃に加熱した後、3mmまで熱間圧延した後、1,100℃で60秒以上維持する熱処理を施すことによって製造した。但し、このような製造方法は、本発明で提供する素材の特性を限定するものではなく、通常的なオーステナイト系ステンレス鋼の製造方法のうち一つを借用したものであって、特性を評価するための素材を製造する一例を取ったものに過ぎない。素材の特性は、本発明で提供する成分制御方法によって変化する。降伏強度YSと引張強度TSは、素材を1軸引張して得た値である。
Figure 2018502991
表1に示したH1は、下記の数式で定義される。
H1=−459+79.8Si−10.2Mn−8.16Ni+48.0Cr−13.2Cu+623(C+N)
本発明では、TS−YS値を300MPa以下に制御し、可撓性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼を得るために、本発明を構成する成分元素を利用してH1値を定義し、H1値と実測されたTS−YS値との相関関係を分析した。
成分制御を通じて得られたH1値と実測されたTS−YS値の関係を示した図1より、上記の説明が具現化されることが分かる。特に、点線で表示したとおり、これら間には、直線的な関係が成立しているので、本発明においてH1値の下限を設定しなくても、さらに低い値のH1値を有する素材の製造を通じてさらに可撓性に優れたオーステナイト系鋼の製造が可能であることが分かる。
なお、通常の製造工程により製造されたオーステナイト系ステンレス鋼の結晶粒のサイズは、30±10μmであることが一般的である。
表2に示したとおり、本発明の可撓性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼の結晶粒のサイズ(D)も、30±10μm区間に存在するので、表2の比較例1のように、H1が329であれば、実際TS−YS値が328であり、可撓性が良好でないことが分かる。
このように、通常の30±10μm範囲の結晶粒のサイズにおいては、H1の値と実際TS−YS値が類似な値を有することが分かり、これは、図2から確認される。
しかし、結晶粒のサイズが30±10μm範囲を超過する場合、H1が300MPaを超過しても、実際TS−YS値は、300MPaより小さいことが分かり、これは、表2の発明例17、18、19、20、21及び図2の楕円表示区間から確認される。
結晶粒のサイズが大きいと、加工時にオレンジピールと呼ばれる表面凹凸欠陥が発生するが、表面の滑らかさが重要でないか、又は、研磨を通じて補正が可能で、これを無視できる程度であれば、結晶粒のサイズが大きい場合にも、大きな問題にならない。
図3〜図5は、結晶粒のサイズ分布を示す図であり、図3は、発明例6によるオーステナイト系ステンレス鋼の結晶粒のサイズ分布を示す組織写真であり、図4は、比較例6によるオーステナイト系ステンレス鋼の結晶粒のサイズ分布を示す組織写真であり、図5は、発明例17によるオーステナイト系ステンレス鋼の結晶粒のサイズ分布を示す組織写真である。
本発明においては、結晶粒のサイズが通常の場合より大きい場合にも、加工硬化度が低い素材が得られるように、修正された加工硬化式H2を提供する。
H2=4.27+0.875H1−0.287D
表2及び図6に示したとおり、修正加工硬化式H2の範囲を300MPa以下に制御することによって、可撓性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼を製造できることが分かる。
Figure 2018502991
表3は、表2に示した発明例17〜発明例21、比較例4〜比較例6の成分含量を示すものである。
Figure 2018502991
なお、TS−YS値は、下記のオーステナイト安定度Md30を用いて制限できる。
図7に示したとおり、Md30が0を超過する場合、TS−YS値が大きく増加し、Md30が0以下である範囲で、TS−YS値は、Md30に敏感に反応せず、一定に低い水準を維持できることが分かる。
d30を0以下の範囲に維持するためには、主要添加元素であるSi、Mn、Ni、Cu、Crを添加しなければならないが、本発明では、TS−YS値を300MPa以下に維持するためのMd30関連成分パラメータを提示する。
Figure 2018502991
表4に示したように、Md30値を0以下に維持する場合、TS−YS値を300MPa以下に維持できるので、可撓性が改善されることが分かった。
なお、Md30値を低減するためには、成分元素の含量をさらに増加させなければならないので、コスト節減のために、その下限値は、−100に限定することが好ましい。
本発明を特定の実施例について図示し説明したが、下記の特許請求範囲により提供される本発明の技術的思想を脱しない限度内で、本発明が多様に改良及び変化され得ることは、当業界において通常の知識を有する者にとって自明であろう。
本発明の実施例による可撓性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼は、家庭用及び自動車用エアコン冷媒配管等に適用可能である。

Claims (7)

  1. 重量%で、Si:0.1〜0.65%、Mn:1.0〜3.0%、Ni:6.5〜10.0%、Cr:16.5〜18.5%、Cu:6.0%以下(但し、0は除外する)、C+N:0.13%以下(但し、0は除外する)、残りは、Fe及び不可避な不純物を含み、
    下記の数式で定義された加工硬化式H1が300以下であることを特徴とする可撓性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼。
    H1=−459+79.8Si−10.2Mn−8.16Ni+48.0Cr−13.2Cu+623(C+N)
  2. 組織のサイズ(D)は、20〜40μmであることを特徴とする請求項1に記載の可撓性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼。
  3. 重量%で、Si:0.1〜0.65%、Mn:1.0〜3.0%、Ni:6.5〜10.0%、Cr:16.5〜18.5%、Cu:6.0%以下(但し、0は除外する)、C+N:0.13%以下(但し、0は除外する)、残りは、Fe及び不可避な不純物を含み、
    下記の数式で定義された加工硬化式H2は、300以下であることを特徴とする可撓性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼。
    H2=4.27+0.875(−459+79.8Si−10.2Mn−8.16Ni+48.0Cr−13.2Cu+623(C+N))−287D
    (D:組織のサイズ)
  4. 組織のサイズ(D)は、20〜300μmであることを特徴とする請求項3に記載の可撓性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼。
  5. 重量%で、Si:0.1〜0.65%、Mn:1.0〜3.0%、Ni:6.5〜10.0%、Cr:16.5〜18.5%、Cu:6.0%以下(但し、0は除外する)、C+N:0.13%以下(但し、0は除外する)、残りは、Fe及び不可避な不純物を含み、
    下記の数式で定義されたMd30は、0以下であることを特徴とする可撓性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼。
    d30=551−462(C+N)−9.2Si−8.1Mn−29(Ni+Cu)−13.7Cr
  6. d30は、−100〜0であることを特徴とする請求項5に記載の可撓性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼。
  7. TS(引張強度)とYS(降伏強度)の差異値は、300Mpa以下であることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれかに記載の可撓性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼。
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