JP2019502021A - シワ抵抗性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼管 - Google Patents
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Abstract
シワ抵抗性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼管が開示される。開示されたオーステナイト系ステンレス鋼管は、重量％で、シリコン（Ｓｉ）：０．１〜０．６５％、マンガン（Ｍｎ）：０．２〜３．０％、ニッケル（Ｎｉ）：６．５〜１２．０％、クロム（Ｃｒ）：１４．５〜２０．５％、銅（Ｃｕ）：６．０％以下（但し０％は除外）、炭素（Ｃ）＋窒素（Ｎ）：０．１３％以下（但し０％は除外）、残りはＦｅ及び不可避な不純物を含み、鋼管の外径（Ｄ）及び鋼管の厚さ（ｔ）に関する下記式（１）を満たし、降伏強度が１９５ＭＰａ以下である。Ｄ／ｔ≧２０ ・・・・・・ 式（１）
Description
本発明は、シワ抵抗性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼管に係り、より詳しくはは、鋼管を人の力で容易に曲げて使用することが可能なだけでなく、鋼管の曲げ加工時に曲げられた部分にシワが発生しないシワ抵抗性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼管に関する。
従来から、家庭用及び自動車用の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。ステンレス鋼は、他の素材に比べて耐食性に優れているだけでなく、比較的素材の価格が安いからである。
しかし、エアコン用冷媒配管を施工するに際しては、設置空間の制約を受けるので、多くの場合、施工するに際しては人の力で配管を曲げる作業を伴う。従来の銅管又はアルミニウム管は、その材質が充分が柔らかいため問題がなかったが、一般的なステンレス鋼は、配管施工時に必要とされる可撓性を具備していないという問題が存在する。
金属材料は、伸張又は圧縮など変形を受ければ、加工硬化が発生して変形を受ければ更に固くなるという特性がある。配管を曲げることは、伸長と圧縮の複合的な作用で曲げる程度が大きくなるにつれて素材は更に硬化される。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くて、エアコン配管を施工しなければならない空間内において人の力で配管を曲げることは非常に困難である。
それだけでなく、オーステナイト系ステンレス鋼は、配管の曲げ加工時にシワのような形状変化が発生するという問題を有している。このような、シワは、美観上好ましくないため、除去しなければならない。しかし、これを研磨を用いて除去すると、更に経費及び時間が消費されるという問題点がある。
本発明は、人の力で容易に曲げて使用可能なだけでなく、鋼管の曲げ加工時に曲げられた部分にシワが発生しないオーステナイト系ステンレス鋼管を提供する。
本発明の一実施例によるシワ抵抗性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼管は、重量％で、シリコン（Ｓｉ）：０．１〜０．６５％、マンガン（Ｍｎ）：０．２〜３．０％、ニッケル（Ｎｉ）：６．５〜１２．０％、クロム（Ｃｒ）：１４．５〜２０．５％、銅（Ｃｕ）：６．０％以下（但し０％は除外），炭素（Ｃ）＋窒素（Ｎ）：０．１３％以下（但し０％は除外），残りはＦｅ及び不可避な不純物を含み、鋼管の外径（Ｄ）及び鋼管の厚さ（ｔ）に関する下記式（１）を満たし、降伏強度が１９５ＭＰａ以下である。
Ｄ／ｔ≧２０ ・・・・・・式（１）
Ｄ／ｔ≧２０ ・・・・・・式（１）
また、本発明の一実施例によれば、ＡＳＴＭ結晶粒度番号が８以下であってもよい。
また、本発明の一実施例によれば、前記鋼管は、フェライト相分率又はマルテンサイト相分率が１％未満であってもよい。
本発明の一実施形態によれば、従来、家庭用及び自動車用エアコン冷媒の配管の用途に使用された銅管又はアルミニウム管を、オーステナイト系ステンレス鋼を利用して製造された鋼管を使用してステンレス管に代替することができ、従来の配管に比べて耐食性に優れるだけでなく原材料の費用を節減することができ、また、配管の曲げ加工にもシワなどの形状的な問題が発生しないため、人の力により大きな困難なく容易に配管の曲げ加工が可能である。
本発明の一実施例によるシワ抵抗性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼管は、重量％で、シリコン（Ｓｉ）：０．１〜０．６５％、マンガン（Ｍｎ）：０．２〜３．０％、ニッケル（Ｎｉ）：６．５〜１２．０％、クロム（Ｃｒ）：１４．５〜２０．５％、銅（Ｃｕ）：６．０％以下（但し０％は除く），炭素（Ｃ）＋窒素（Ｎ）：０．１３％以下（但し０％は除く）、残りはＦｅ及び不可避な不純物を含み、鋼管の外径（Ｄ）及び鋼管の厚さ（ｔ）に関する下記式（１）を満たし、降伏強度が１９５ＭＰａ以下である。
Ｄ／ｔ≧２０ ・・・・・・ 式（１）
Ｄ／ｔ≧２０ ・・・・・・ 式（１）
以下では、本発明の実施例を、添付の図面を参照して詳細に説明する。以下の実施例は、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に、本発明の思想を十分に伝達するために提示するものである。本発明は、ここで提示した実施例のみに限定されず、他の形態で具体化されることもできる。図面は、本発明を明確にするために説明と関係ない部分の図示を省略し、理解を助けるために構成要素のサイズを多少誇張して表現することができる。
本発明の一実施例によるシワ抵抗性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼管は、重量％で、シリコン（Ｓｉ）：０．１〜０．６５％、マンガン（Ｍｎ）：０．２〜３．０％、ニッケル（Ｎｉ）：６．５〜１２．０％、クロム（Ｃｒ）：１４．５〜２０．５％、銅（Ｃｕ）：６．０％以下（但し０％は除外）、炭素（Ｃ）＋窒素（Ｎ）：０．１３％以下（但し０％は除外）、残りはＦｅ及び不可避な不純物を含む。
以下では、本発明のシワ抵抗性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼管を構成する成分の数値限定理由について説明する。
シリコン（Ｓｉ）は、０．１〜０．６５重量％範囲内で調節して添加する。
シリコン（Ｓｉ）は、脱酸のために必ず添加される元素であり、その含量をあまり低い量に制限するには製鋼工程において多くの費用がかかるので、０．１％以上に限定する。
しかし、Ｓｉは固溶強化元素であって、過度に高い含量のシリコン（Ｓｉ）を添加した場合は、強度が高くなって素材が硬質化されるので、本発明で提示する降伏強度１９５ＭＰａ以下を達成することが容易でない。それだけでなく、酸素と結合して介在物を形成することにより耐食性が低下するので、その上限を０．６５％に制限する。
マンガン（Ｍｎ）は、０．２〜３．０重量％の範囲内で調節して添加する。
マンガン（Ｍｎ）は、脱酸のために必ず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、鋼管のフェライト相あるいはマルテンサイト相の生成量を低減させる元素であって、オーステナイト相のバランス維持のためには１．０％以上を添加する。
しかし、Ｍｎは固溶強化元素であって、過度に高い含量のマンガン（Ｍｎ）を添加した場合は、鋼管の強度が増加する恐れがあるので、本発明で提示する降伏強度１９５ＭＰａ以下を達成することが容易でない。それだけでなく、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。
ニッケル（Ｎｉ）は、６．５〜１２．０重量％の範囲内で調節して添加する。
ニッケル（Ｎｉ）は、クロム（Ｃｒ）と複合して添加することにより、耐孔食性のような耐食性の改善に効果的なだけでなく、その含有量が増加すれば、オーステナイト鋼の軟質化を図ることができる。また、ニッケル（Ｎｉ）は、オーステナイト相の安定化度を増加させ、鋼管のフェライト相あるいはマルテンサイト相の生成量を低減させる元素であって、オーステナイト相のバランス維持のために６．５％以上を添加する。
しかし、過度に高い含量のニッケル（Ｎｉ）を添加した場合は、鋼の費用の上昇を招くので、上限を１２．０％に制限する。
クロム（Ｃｒ）は、１４．５〜２０．５重量％の範囲内で調節して添加する。
クロム（Ｃｒ）は、ステンレス鋼の耐食性を向上させる必須元素であって、汎用に使用するためには１４．５％以上を添加しなければならない。
しかし、Ｃｒは固溶強化元素であって、過度に高い含量のクロム（Ｃｒ）を添加した場合は、鋼管の強度増加の恐れがあり、本発明で提示する降伏強度１９５ＭＰａ以下を達成することが容易でない。それだけでなく、費用の増加を招くので、上限を２０．５％に制限する。
銅（Ｃｕ）は、６．０重量％以下（但し０％は除外）の範囲内で調節して添加する。
銅（Ｃｕ）は、オーステナイト相の軟質化を引き起こすことができ、鋼管のフェライト相あるいはマルテンサイト相の生成量を低減させる元素であって、これを添加することが好ましい。
しかし、過度に高い含量の銅（Ｃｕ）を添加した場合は、熱間加工性を低下させ、かえってオーステナイト相を硬質化させることがあり、費用の増加及び製造の難度を上昇させるので、その上限を６．０％に制限する。
炭素（Ｃ）＋窒素（Ｎ）は、０．１３重量％以下（但し０％は除外）で添加されなければならない。
炭素（Ｃ）と窒素（Ｎ）とは、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、その含量が高ければ、加工時に発生する変形有機マルテンサイトを硬質化するので、素材の加工硬化度が増加するようになる。
したがって、炭素（Ｃ）及び窒素（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。
本発明の一実施例によるシワ抵抗性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼管は、鋼管の外径（Ｄ）及び鋼管の厚さ（ｔ）に関する下記式（１）を満たす。
Ｄ／ｔ≧２０ ・・・・・・ 式（１）
Ｄ／ｔ≧２０ ・・・・・・ 式（１）
鋼管の外径（Ｄ）及び鋼管の厚さ（ｔ）の比であるＤ／ｔ比率が２０未満である領域では、誰でも容易にシワを発生させることなく、鋼管の曲げ加工が可能である。
しかし、鋼管の外径（Ｄ）及び鋼管の厚さ（ｔ）の比であるＤ／ｔ比率が２０以上である領域には、鋼管の曲げ加工時にシワが発生して、加工が容易ではない。
ただし、本発明で提示するように、鋼管の外径（Ｄ）及び鋼管の厚さ（ｔ）の比であるＤ／ｔ比率が２０以上であること、そして鋼管の降伏強度が１９５ＭＰａ以下であることの組合せで、シワなしに容易に曲げ加工が可能である。
前記ステンレス鋼管の降伏強度が１９５ＭＰａ以下である。
鋼管の外径（Ｄ）及び鋼管の厚さ（ｔ）の比であるＤ／ｔ比率が２０未満である領域では、前記ステンレス鋼管の降伏強度と関係がなく、誰でも容易にシワを発生させることなく、鋼管の曲げ加工が可能である。
鋼管の外径（Ｄ）及び鋼管の厚さ（ｔ）の比であるＤ／ｔ比率が２０以上である領域であって前記ステンレス鋼管の降伏強度が１９５ＭＰａを超過する場合は、鋼管の強度が高すぎるため、人の力で交換の曲げ加工を行いにくいだけでなく、曲げ加工時にシワが発生するという問題点がある。
図１は、従来のオーステナイト系ステンレス鋼管を９０°曲げた様子を示す写真であり、図２は、本発明の一実施例によるオーステナイト系ステンレス鋼管を９０°曲げた様子を示す写真であり、図３は、本発明の一実施例によるオーステナイト系ステンレス鋼管の外径（Ｄ）及び厚さ（ｔ）の比率と降伏強度との相関関係を説明するためのグラフである。
図２のオーステナイト系ステンレス鋼は、本発明の鋼管の外径（Ｄ）及び厚さ（ｔ）の比率と降伏強度を満たすものであり、曲げ加工時にシワが発生していないことが分かる。
図３は、本発明で提示する成分を有する鋼管を使用して鋼管の外径（Ｄ）及び厚さ（ｔ）の比率（Ｄ／ｔ）と鋼管の降伏強度によって、配管の曲げ加工時にシワが発生するか否かを示す図である。黒色の円は、本発明による実施例であって、鋼管の曲げ加工時にシワが発生しない例であり、白色の円は、本発明の実施例を外れた場合であって、鋼管の曲げ加工時にシワが発生した例である。
鋼管の外径（Ｄ）及び厚さ（ｔ）の比率（Ｄ／ｔ）が２０未満である領域では、鋼管の降伏強度にかかわらず、シワが発生しないことが分かる。
一方、鋼管の外径（Ｄ）及び厚さ（ｔ）の比率（Ｄ／ｔ）が２０以上である領域でも、本発明で提示するように、降伏強度が必ず１９５ＭＰａ以下の鋼管を製造した場合は、シワが発生しない鋼管を得ることができることが分かる。配管の降伏強度は、ＡＳＴＭ＿Ａ３７０法によって測定したが、他の方法で行っても支障がない。
例えば、前記ステンレス鋼管のＡＳＴＭ結晶粒度番号が８以下であってもよい。前記結晶粒度は、前記ステンレス鋼管の長さ方向の断面で測定した結晶粒度である。
図４は、本発明の一実施例によるオーステナイト系ステンレス鋼管の降伏強度と粒度との相関関係を説明するためのグラフである。
図４は、本発明で提示する結晶粒度範囲であり、降伏強度１９５ＭＰａ以下になるように良好に製造できることを示す。図４に示すように、結晶粒度が減少するほど鋼管の降伏強度が減少する傾向があることが分かる。
従って、本願発明の降伏強度１９５ＭＰａ以下を満たすためには、結晶粒度を８以下に制御することが好ましい。
例えば、前記鋼管は、フェライト相の分率が１％未満であってもよく、前記鋼管は、マルテンサイト相の分率が１％未満であってもよい。
前記鋼管は、磁化方式で測定したフェライト相又はマルテンサイト相の分率が１％未満である。
以下、実施例により本発明を詳細に説明する。
実施例
下記表１に示す、発明例１〜発明例１９、及び比較例１〜比較例１１の成分を含むオーステナイト系ステンレス鋼スラブを連続鋳造して製造した。続いて、熱間圧延及び、５０％総圧下率で冷間圧延を行って冷延鋼板を製造した。更に、冷延鋼板を用いて鋼管を製造した。
下記表１に示す、発明例１〜発明例１９、及び比較例１〜比較例１１の成分を含むオーステナイト系ステンレス鋼スラブを連続鋳造して製造した。続いて、熱間圧延及び、５０％総圧下率で冷間圧延を行って冷延鋼板を製造した。更に、冷延鋼板を用いて鋼管を製造した。
次いで、鋼管の粒度、降伏強度などの物性を測定し、鋼管を９０°曲げた後にシワの発生有無を目視で確認した。
前記表１及び表２、並びに図３及び図４を参照すると、表１は、本発明で提示する成分及び粒度の役割が分かる。すなわち、本発明の組成を満たしても、結晶粒度及び降伏強度が本発明の範囲を満たさない場合には、鋼管の曲げ加工時にシワが発生し得る。
図４は、本発明で提示する結晶粒度範囲であり、降伏強度１９５ＭＰａ以下になるように良好に製造できることを示す。図４を参照すると、結晶粒度が減少するほど鋼管の降伏強度が減少する傾向があることが分かる。
以上、本発明の例示的な実施例を説明したが、本発明は、これに限定されず、当該技術分野における通常の知識を有する者であれば、下記に記載する特許請求範囲の概念と範囲を逸脱しない範囲内で多様な変更及び変形が可能であることが理解できる。
本発明の実施例による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などに適用可能であるという産業上の利用可能性がある。
Claims (3)
- 重量％で、シリコン（Ｓｉ）：０．１〜０．６５％、マンガン（Ｍｎ）：０．２〜３．０％、ニッケル（Ｎｉ）：６．５〜１２．０％、クロム（Ｃｒ）：１４．５〜２０．５％、銅（Ｃｕ）：６．０％以下（但し０％は除外），炭素（Ｃ）＋窒素（Ｎ）：０．１３％以下（但し０％は除外），残りはＦｅ及び不可避な不純物を含み、鋼管の外径（Ｄ）及び鋼管の厚さ（ｔ）に関する下記式（１）を満たし、降伏強度が１９５ＭＰａ以下であることを特徴とするシワ抵抗性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼管。
Ｄ／ｔ≧２０ ・・・・・・ 式（１） - ＡＳＴＭ結晶粒度番号が８以下であることを特徴とする請求項１に記載のシワ抵抗性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼管。
- 前記鋼管は、フェライト相分率又はマルテンサイト相分率が１％未満であることを特徴とする請求項１に記載のシワ抵抗性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼管。
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