JP2018502991A - 可撓性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼 - Google Patents
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Abstract
Description
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。
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。
H1=−459+79.8Si−10.2Mn−8.16Ni+48.0Cr−13.2Cu+623(C+N)
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)
Md30=551−462(C+N)−9.2Si−8.1Mn−29(Ni+Cu)−13.7Cr
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。
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、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、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、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、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。
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。
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。
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。
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。
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。
Md30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。
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。
Claims (7)
- 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) - 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。
- 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) - 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。
- 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。
Md30=551−462(C+N)−9.2Si−8.1Mn−29(Ni+Cu)−13.7Cr - Md30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。
- 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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