JP2019173099A - ステンレス鋼材 - Google Patents
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Abstract
Description
すること(特許文献1)や、結晶粒成長の駆動力を利用すること(特許文献2)により、
特別な高温加熱や高面圧を付与することなく、インサート材挿入法と同等の作業負荷で直接法によって実施できる拡散接合品の製造方法が知られている。また、拡散接合に供するステンレス鋼材の表面酸化物をできるだけ低減して拡散接合性を高める方法(特許文献3、4)が知られている。
本実施形態におけるステンレス鋼材は、拡散接合が進行する温度域(具体的には、900〜1200℃、以降では拡散接合温度とも呼称する)において、フェライト相またはオーステナイト相となるように、成分組成が決められる。本実施形態におけるステンレス鋼材は、具体的には、質量%で、C:0.1%以下、Si:1.0%以下、Mn:0.1〜6.0%、P:0.05%以下、S:0.030%以下、Ni:0.1〜20.0%、Cr:15.0〜30.0%、N:0.3%以下、Ti:0.15%以下、Al:0.15%以下を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなる。なお、本実施形態に係るステンレス鋼材が、Feおよび不可避不純物の他、上述の含有量のC、Si、Mn、P、S、Ni、Cr、N、TiおよびAlのみを実質的に含んでいる場合であっても、拡散接合が進行する上記の温度域でフェライト相またはオーステナイト相であれば、一定の耐腐食性を有し、かつ、接合性が高いステンレス鋼材に製造するという課題を解決できる。
γmax=420C−11.5Si+7Mn+23Ni−11.5Cr−12Mo+9Cu−49Ti−47Nb−52Al+470N+189・・・(a)式
γmaxは、固溶化熱処理した状態でのオーステナイト相の量(体積%)を表す指標である。γmaxが100以上の場合はオーステナイト単相となる鋼種であるとみなすことができ、γmaxが0以下の場合はフェライト単相となる鋼種であるとみなすことができる。
拡散接合性を向上させるためには、結晶粒の粒径を小さくすることが好ましい。そのため、本実施形態におけるステンレス鋼材では、結晶粒の平均粒径が30μm以下であることが好ましい。なお、本明細書における結晶粒径は、ステンレス鋼材の拡散接合前の平均結晶粒径であり、冷間圧延方向に平行な板厚断面の金属組織を連続した1mm2以上で観察し、求積法を用いて単位面積内に含まれる結晶粒の個数を算出し、結晶粒1つ当たりの平均面積を1/2乗した値を用いる。
拡散接合性を向上させるためには、接合面の粗さ(表面粗さ)を小さくすることが好ましい。そのため、本実施形態におけるステンレス鋼材では、表面粗さRaを0.5μm以下とする。なお、本明細書における表面粗さRaは、圧延方向に対して直角方向の表面粗さを用いる。
本実施形態のステンレス鋼材は、ステンレス鋼材の表面を電解研磨で鏡面研磨して観察面とし、当該観察面を電子線後方散乱回折法によって解析して得られた、結晶方位差が15°以上の境界を結晶粒界と見なしたときに、当該結晶粒界によって規定される結晶粒のアスペクト比が0.5〜1.0となる結晶粒の割合が結晶粒の集合全体の80%以上である。本明細書における「結晶粒のアスペクト比」とは、結晶粒における長軸に対する短軸の比のことを意味する。
本実施形態におけるステンレス鋼材の製造方法は、鋳造工程、熱間圧延工程、焼鈍工程、酸洗工程、冷間圧延工程、焼鈍・酸洗工程、および仕上工程を含む。
鋳造工程は、溶鋼を鋳型に流し込み、冷却することで、鋼のスラブを製造(作製)する工程である。冷却後、前記スラブは所望の長さに切り分けられて、後の工程に用いられる。前記溶鋼は、本鋳造工程前に、電気炉において目標成分に合わせて配合された鉄、クロムなどの合金鉄やスクラップを溶解し、転炉や真空脱ガスで不純物を取り除かれたものが用いられる。
熱間圧延工程は、鋳造工程において製造されたスラブを高温で圧延する(熱間圧延する)ことにより、所定の厚みのステンレス鋼帯を製造する工程である。
焼鈍工程は、熱間圧延工程で得られた鋼帯を加熱することによって、鋼帯の軟質化を図る工程である。本実施形態のステンレス鋼材を製造するため、焼鈍温度を950〜1100℃にする。焼鈍温度が低すぎると、熱間圧延工程で圧延方向に伸長した結晶粒が再結晶せず、冷延焼鈍後も残存してしまう。この残存した結晶粒が拡散接合性を低下させる要因となるため、上述した温度範囲で再結晶させる必要がある。焼鈍工程において用いられる焼鈍炉は、連続焼鈍炉、バッチ炉等公知ものが用いられる。
酸洗工程は、焼鈍工程において鋼帯の表面へ付着したスケールを、塩酸または硝酸とフッ化水素酸との混合液等の酸洗液を用いて洗い落とす工程である。スケールを除去する装置としては、公知の装置・手法が用いられる。
冷間圧延工程は、酸洗工程においてスケールを除去された鋼帯を、さらに薄く圧延する工程である。本実施形態のステンレス鋼材を製造するため、冷間圧延におけるトータルの圧下率((熱延圧延工程後の鋼帯の厚み−冷間圧延工程後の鋼帯の厚み)/熱延圧延工程後の鋼帯の厚み×100)が60%以上とする。これにより、熱間圧延工程において生成した、圧延方向に伸長した結晶粒をひずみにより分断し、結晶粒を整粒化することができる。
焼鈍・酸洗工程は、冷間圧延工程において薄く圧延された鋼帯を加熱することによって、ひずみを除去し鋼帯の軟質化を図るとともに、鋼帯の表面へ付着したスケールを硝酸とフッ化水素酸との混合液等の酸洗液を用いて洗い落とす工程である。本工程における焼鈍工程についても、焼鈍温度を950〜1100℃にする。
仕上工程は、冷間圧延工程において圧延された鋼帯を、仕上げる工程である。具体的には、仕上げ工程では、例えば、調質圧延を行ったり、所望の重量、長さおよび板幅に鋼帯を切除したりする。また、仕上げ工程において研磨することにより、ステンレス鋼材の表面粗さRaを1.0μm以下に調整することができる。
Claims (4)
- 拡散接合に用いられるステンレス鋼材であって、
表面粗さRaが0.5μm以下であり、
孔食電位が0.35V(vsSCE)以上であり、
結晶粒径が30μm以下であり、
前記ステンレス鋼材の表面を電解研磨で鏡面研磨して観察面とし、当該観察面を電子線後方散乱回折法によって解析して得られた、結晶方位差が15°以上の境界を結晶粒界と見なしたときに、当該結晶粒界によって規定される結晶粒のアスペクト比が0.5〜1.0となる結晶粒の割合が前記結晶粒の集合全体の80%以上であることを特徴とするステンレス鋼材。 - 前記結晶粒の平均粒径が、30μm以下であることを特徴とする請求項1に記載のステンレス鋼材。
- 質量%で、C:0.1%以下、Si:1.0%以下、Mn:0.1〜6.0%、P:0.05%以下、S:0.030%以下、Ni:0.1〜20.0%、Cr:15.0〜30.0%、N:0.3%以下、Ti:0.15%以下、Al:0.15%以下を含むことを特徴とする請求項1または2に記載のステンレス鋼材。
- さらに、質量%で、Nb:1.0%以下、Mo:0.01〜4.0%、Cu:0.01〜4.0%、V:0.01〜0.50%の1種または2種以上を含むことを特徴とする請求項3に記載のステンレス鋼材。
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