JP2020158816A - Austenitic stainless steel and method for producing the same - Google Patents

Austenitic stainless steel and method for producing the same Download PDF

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文崇 市川
Fumitaka Ichikawa
文崇 市川
安達 和彦
Kazuhiko Adachi
和彦 安達
慎一 寺岡
Shinichi Teraoka
慎一 寺岡
杉浦 夏子
Natsuko Sugiura
夏子 杉浦
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Abstract

To provide an austenitic stainless steel that is excellent in strength and hydrogen embrittlement resistance, and to provide a method for producing the same.SOLUTION: An austenitic stainless steel, containing, in mass%, Cr: 10.5 to 20.0%, Ni: 10.0% or more, N: 0.020 to 0.500%, and in which the value of Md30 is -180 to -20 (°C), the average crystal grain size is 10.0 μm or less, the average lattice constant difference, which is a difference between the average lattice constant of the austenite phase in the surface layer part and the average lattice constant of the austenite phase in the center part, is 0.003 Å or more, and, in the surface layer part, the amount of austenite phase is 98.0% or more.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、オーステナイト系ステンレス鋼およびその製造方法に関する。 The present invention relates to austenitic stainless steel and a method for producing the same.

近年、環境負荷を低減するという観点から、二酸化炭素等の温室効果ガスの排出を抑制する試みがなされている。このような観点から、燃料電池は、温室効果ガスを排出しないクリーンなエネルギー源として注目されており、自動車等の輸送機関、家庭用または商業用の電源等、広汎な分野での普及が期待されている。 In recent years, attempts have been made to control the emission of greenhouse gases such as carbon dioxide from the viewpoint of reducing the environmental load. From this point of view, fuel cells are attracting attention as a clean energy source that does not emit greenhouse gases, and are expected to spread in a wide range of fields such as transportation means such as automobiles, household or commercial power sources, etc. ing.

燃料電池は、一般に水素を燃料として使用する場合が多い。水素は、非常に小さな元素であり、金属材料においては、材料中に侵入し、脆化を引き起こすことが知られている。燃料電池の広汎な普及を実現する上で、燃料電池自体、水素貯蔵タンク、および水素を供給する配管等に用いられる金属材料には、高濃度で水素が存在する環境であっても水素脆化を抑制することが要求される。 In general, fuel cells often use hydrogen as a fuel. Hydrogen is a very small element and is known to penetrate into metallic materials and cause embrittlement. In order to realize the widespread use of fuel cells, the metal materials used for the fuel cells themselves, hydrogen storage tanks, pipes for supplying hydrogen, etc. are hydrogen embrittled even in an environment where hydrogen is present at a high concentration. Is required to be suppressed.

上述した環境下においては、オーステナイト系ステンレス鋼の使用が検討されており、例えば、特許文献1および2には、耐水素脆化特性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼が開示されている。 Under the above-mentioned environment, the use of austenitic stainless steel has been studied. For example, Patent Documents 1 and 2 disclose austenitic stainless steel having excellent hydrogen embrittlement resistance.

特開2009−133001号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-13301 特開2014−114471号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-114471

燃料電池の燃料として用いられる水素は、高い圧力で圧縮される。このため、上述の水素貯蔵タンク等に用いられるオーステナイト系ステンレス鋼などでは、燃料の輸送効率などの観点から、さらに高い強度が要求されつつある。一方、オーステナイト系ステンレス鋼のような金属材料は、強度が高くなる程、水素脆化が生じやすくなる。したがって、上述した水素ガス使用環境下に用いられるオーステナイト系ステンレス鋼では、強度と耐水素脆化特性とのバランスを両立するのが難しいという課題がある。 Hydrogen used as fuel for fuel cells is compressed at high pressure. For this reason, austenitic stainless steels and the like used in the above-mentioned hydrogen storage tanks and the like are required to have higher strength from the viewpoint of fuel transportation efficiency and the like. On the other hand, the higher the strength of a metal material such as austenitic stainless steel, the more likely it is that hydrogen embrittlement will occur. Therefore, the austenitic stainless steel used in the above-mentioned hydrogen gas usage environment has a problem that it is difficult to achieve both strength and hydrogen embrittlement resistance.

特許文献1および2に開示されたオーステナイト系ステンレス鋼は、強度および耐水素脆化性について、改善の余地があると考えられる。 The austenitic stainless steels disclosed in Patent Documents 1 and 2 are considered to have room for improvement in strength and hydrogen embrittlement resistance.

以上を踏まえ、本発明は、上記課題を解決し、強度と耐水素脆化性とに優れたオーステナイト系ステンレス鋼およびその製造方法を提供することを目的とする。 Based on the above, it is an object of the present invention to solve the above problems and to provide an austenitic stainless steel having excellent strength and hydrogen embrittlement resistance and a method for producing the same.

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、下記のオーステナイト系ステンレス鋼およびその製造方法を要旨とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and the gist of the present invention is the following austenitic stainless steel and a method for producing the same.

(1)質量%で、
Cr:10.5〜20.0%、
Ni:10.0%以上、
N:0.020〜0.500%、
を含有し、
下記(i)式で示されるMd30の値が、−180〜−20(℃)であり、
平均結晶粒径が、10.0μm以下であり、
X線回折の回折ピークに基づき下記(ii)式を用いて、オーステナイト相の平均格子常数を算出する場合に、表層部におけるオーステナイト相の平均格子常数と中心部におけるオーステナイト相の平均格子常数との差である、平均格子常数差が0.003Å以上であり、
表層部において、下記(iii)式で算出されるオーステナイト相量が、98.0%以上である、オーステナイト系ステンレス鋼。
Md30(℃)=497−462C−9.2Si−8.1Mn−13.7Cr−20Ni−18.7Mo ・・・(i)
Ave.={dγ(111)×Iγ(111)+dγ(200)×Iγ(200)+dγ(220)×Iγ(220)+dγ(311)×Iγ(311)}/{Iγ(111)+Iγ(200)+Iγ(220)+Iγ(311)} ・・・(ii)
r=100×ΣIγ/ΣI全 ・・・(iii)
但し、上記(i)式中の各元素記号は、鋼中に含まれる各元素の含有量(質量%)を表し、含有されない場合はゼロとし、上記(ii)および(iii)式中の各記号は以下により定義される。
Ave.:オーステナイト相の平均格子常数
dγ(hkl):オーステナイト相の(hkl)面の回折ピークより算出される格子常数(Å)
Iγ(hkl):オーステナイト相の(hkl)面の回折ピークの積分強度(cps)
r:オーステナイト相量
ΣIγ:測定された全てのオーステナイト相の回折ピークの積分強度の和(cps)
ΣI全:測定された全ての回折ピークの積分強度の和(cps)
(1) By mass%
Cr: 10.5 to 20.0%,
Ni: 10.0% or more,
N: 0.020 to 0.500%,
Contains,
The value of Md 30 represented by the following equation (i) is −180 to −20 (° C.).
The average crystal grain size is 10.0 μm or less,
When calculating the average lattice constant of the austenite phase using the following equation (ii) based on the diffraction peak of X-ray diffraction, the average lattice constant of the austenite phase in the surface layer and the average lattice constant of the austenite phase in the center The difference, the average lattice constant difference is 0.003 Å or more,
An austenitic stainless steel having an austenitic phase amount of 98.0% or more calculated by the following formula (iii) in the surface layer portion.
Md 30 (° C.) = 497-462C-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-20Ni-18.7Mo ... (i)
d Ave. = {Dγ (111) × Iγ (111) + dγ (200) × Iγ (200) + dγ (220) × Iγ (220) + dγ (311) × Iγ (311) } / {Iγ (111) + Iγ (200) + Iγ (220) + Iγ (311) } ・ ・ ・ (ii)
r = 100 × ΣIγ / ΣI all ... (iii)
However, each element symbol in the above formula (i) represents the content (mass%) of each element contained in the steel, and if it is not contained, it is set to zero, and each of the above formulas (ii) and (iii). The symbol is defined by:
d Ave. : Average lattice constant of austenite phase dγ (hkl) : Lattice constant (Å) calculated from the diffraction peak of the (hkl) plane of the austenite phase
(hkl) : Integrated intensity (cps) of the diffraction peak of the (hkl) plane of the austenite phase.
r: Austenite phase amount ΣIγ: Sum of integrated intensities of diffraction peaks of all measured austenite phases (cps)
All ΣI: Sum of integrated intensities of all measured diffraction peaks (cps)

(2)前記平均格子常数差が、0.03Å以上である、上記(1)に記載のオーステナイト系ステンレス鋼。 (2) The austenitic stainless steel according to (1) above, wherein the average lattice constant difference is 0.03 Å or more.

(3)化学組成が、質量%で、
C:0.1%以下、
Si:1.0%以下、
Mn:3.0%以下、
P:0.045%以下、
S:0.030%以下、
Cr:10.5〜20.0%、
Ni:10.0%以上、
N:0.020〜0.500%、
Mo:0〜3.0%、
Nb:0〜0.5%、
Ti:0〜0.5%、
V:0〜0.5%、
残部:Feおよび不純物である、上記(1)または(2)に記載のオーステナイト系ステンレス鋼。
(3) The chemical composition is mass%
C: 0.1% or less,
Si: 1.0% or less,
Mn: 3.0% or less,
P: 0.045% or less,
S: 0.030% or less,
Cr: 10.5 to 20.0%,
Ni: 10.0% or more,
N: 0.020 to 0.500%,
Mo: 0-3.0%,
Nb: 0-0.5%,
Ti: 0-0.5%,
V: 0-0.5%,
Remaining: The austenitic stainless steel according to (1) or (2) above, which is Fe and impurities.

(4)オーステナイト系ステンレス鋼の製造方法であって、
(a)鋼片を熱間加工し、加工材とする工程と、
(b)前記加工材を、20℃以下の温度で、かつ断面減少率が80%以上の条件で、冷間加工する工程と、
(c)冷間加工がされた前記加工材を、700〜1000℃の範囲の温度で保持する熱処理する工程と、
(d)前記加工材に窒素を吸収させ、N含有量を請求項1に記載の範囲とする工程と、
を有する、上記(1)〜(3)のいずれかに記載のオーステナイト系ステンレス鋼の製造方法。
(4) A method for manufacturing austenitic stainless steel.
(A) The process of hot-working steel pieces to make them into processed materials,
(B) A step of cold-working the processed material at a temperature of 20 ° C. or lower and a cross-sectional reduction rate of 80% or more.
(C) A step of heat-treating the cold-worked processed material at a temperature in the range of 700 to 1000 ° C.
(D) A step of allowing the processed material to absorb nitrogen and setting the N content within the range according to claim 1.
The method for producing an austenitic stainless steel according to any one of (1) to (3) above.

(5)前記(c)の工程と前記(d)の工程とを同時に行う、上記(4)に記載のオーステナイト系ステンレス鋼の製造方法。 (5) The method for producing an austenitic stainless steel according to (4) above, wherein the step (c) and the step (d) are simultaneously performed.

(6)前記(b)の工程の後、前記(c)の工程の前に、
(e)曲げ曲げ戻し加工を行う工程を、
さらに有する、上記(4)および(5)に記載のオーステナイト系ステンレス鋼の製造方法。
(6) After the step (b) and before the step (c),
(E) The process of bending and returning
The method for producing austenitic stainless steel according to (4) and (5) above.

(7)前記(b)の工程の後、前記(e)の工程の前に、
(f)溶接する工程を、
さらに有する、上記(6)に記載のオーステナイト系ステンレス鋼の製造方法。
(7) After the step (b) and before the step (e),
(F) Welding process
The method for producing an austenitic stainless steel according to (6) above.

(8)前記鋼片の化学組成において、N含有量が0.020%未満であり、Nを除く各元素の含有量が上記(3)に記載の範囲であり、かつ前記Md30の値が−180〜−20(℃)の範囲である、上記(4)〜(7)のいずれかに記載のオーステナイト系ステンレス鋼の製造方法。 (8) In the chemical composition of the steel piece, the N content is less than 0.020%, the content of each element other than N is in the range described in (3) above, and the value of Md 30 is The method for producing an austenitic stainless steel according to any one of (4) to (7) above, which is in the range of −180 to −20 (° C.).

本発明によれば、強度と耐水素脆化性とに優れたオーステナイト系ステンレス鋼を得ることができる。 According to the present invention, an austenitic stainless steel having excellent strength and hydrogen embrittlement resistance can be obtained.

本発明者らは、強度と耐水素脆化性とに優れたオーステナイト系ステンレス鋼を得るために、種々の検討を行った。その結果、以下の(a)〜(f)の知見を得た。 The present inventors have conducted various studies in order to obtain an austenitic stainless steel having excellent strength and hydrogen embrittlement resistance. As a result, the following findings (a) to (f) were obtained.

(a)オーステナイト系ステンレス鋼の中には、加工等を行なった場合、変態が生じ、マルテンサイト相を形成するものがある。マルテンサイト相、具体的には、加工誘起マルテンサイトには、水素が容易に侵入し、水素脆化が生じる。したがって、オーステナイト相を安定化させ、上述のマルテンサイト相への変態を抑制することが重要である。オーステナイト相を安定化させるため、オーステナイト安定化元素であるNiを所定量含有させることが有効である。 (A) Some austenitic stainless steels undergo transformation when processed to form a martensite phase. Hydrogen easily penetrates into the martensite phase, specifically the process-induced martensite, resulting in hydrogen embrittlement. Therefore, it is important to stabilize the austenite phase and suppress the transformation to the martensite phase described above. In order to stabilize the austenite phase, it is effective to contain a predetermined amount of Ni, which is an austenite stabilizing element.

(b)高い強度を得るためには、結晶粒を微細化することが有効である。しかしながら、オーステナイト単相の金属組織では、常法の製造方法を用いた場合、結晶粒の微細化に限界がある。このため、上述したオーステナイト相とマルテンサイト相との間の変態を利用し、結晶粒の微細化を行うことが有効である。 (B) In order to obtain high strength, it is effective to make the crystal grains finer. However, in the austenite single-phase metal structure, there is a limit to the refinement of crystal grains when the conventional production method is used. Therefore, it is effective to refine the crystal grains by utilizing the transformation between the austenite phase and the martensite phase described above.

(c)具体的には、製造時において、強加工または低温での加工により、オーステナイト相からマルテンサイト相への変態を生じさせる。その後、オーステナイト変態が生じる温度以上で、熱処理を行い、今度は、マルテンサイト相からオーステナイト相への変態(以下、「逆変態」ともいう。)を生じさせる。オーステナイト相からマルテンサイト相への変態の際に、ひずみが蓄積され、この蓄積されたひずみにより、逆変態の際に、結晶粒が微細化する。この結果、高い強度、および良好な強度と伸びとのバランスを得るとともに、結晶粒微細化によりオーステナイト安定度を向上させることができる。 (C) Specifically, during production, a transformation from the austenite phase to the martensite phase is caused by strong processing or processing at a low temperature. Then, heat treatment is performed at a temperature higher than the temperature at which the austenite transformation occurs, and this time, a transformation from the martensite phase to the austenite phase (hereinafter, also referred to as “reverse transformation”) is generated. Strain is accumulated during the transformation from the austenite phase to the martensite phase, and the accumulated strain causes the crystal grains to become finer during the reverse transformation. As a result, high strength and a good balance between strength and elongation can be obtained, and austenite stability can be improved by grain refinement.

(d)しかしながら、そのままの金属組織では、再度、加工等が行われた場合、変態を生じてしまう。このため、熱処理と併せて、または、熱処理とは別に、オーステナイト系ステンレス鋼に、表面から窒素を吸収、固溶させるのが有効である。 (D) However, if the metal structure is as it is, it will be deformed when it is processed again. Therefore, it is effective to absorb nitrogen from the surface and dissolve it in the austenitic stainless steel together with the heat treatment or separately from the heat treatment.

結晶粒が微細化したオーステナイト系ステンレス鋼は、粒界密度が上昇している。このため、比較的低温であっても窒素が十分に吸収される。窒素は、強力なオーステナイト安定化元素である。したがって、窒素が固溶することにより、オーステナイト相が安定化し、その後、加工を行ってもマルテンサイト変態が生じなくなる。 Austenitic stainless steel with finer crystal grains has an increased grain boundary density. Therefore, nitrogen is sufficiently absorbed even at a relatively low temperature. Nitrogen is a powerful austenite stabilizing element. Therefore, the solid solution of nitrogen stabilizes the austenite phase, and subsequent processing does not cause martensitic transformation.

この結果、耐水素脆化性が向上する。また、窒素は侵入型固溶元素であり、結晶格子間に侵入することで固溶する。水素脆化の要因である水素も、窒素同様に侵入型固溶元素であり、鋼の表面から結晶格子間に侵入すると考えられる。ここで、窒素が予め表面に侵入、固溶していることで、水素が侵入しにくくなる。この結果、耐水素脆化性が向上する可能性があると考えられる。 As a result, hydrogen embrittlement resistance is improved. Nitrogen is an intrusive solid solution element, and it dissolves by invading between crystal lattices. Like nitrogen, hydrogen, which is a factor of hydrogen embrittlement, is an intrusive solid solution element and is considered to invade between the crystal lattices from the surface of steel. Here, since nitrogen has penetrated into the surface in advance and is dissolved in solid solution, hydrogen is less likely to penetrate. As a result, it is considered that hydrogen embrittlement resistance may be improved.

(e)加えて、オーステナイト系ステンレス鋼に固溶した窒素は、強度と伸びとのバランスを良好にする。 (E) In addition, nitrogen dissolved in austenitic stainless steel improves the balance between strength and elongation.

(f)以上を踏まえ、加工等によりマルテンサイト相が形成するが、その後の窒素の吸収により、オーステナイト相を安定化させることができるよう、オーステナイト系ステンレス鋼の化学組成を調整することが必要である。 (F) Based on the above, the martensite phase is formed by processing, etc., but it is necessary to adjust the chemical composition of the austenitic stainless steel so that the austenitic phase can be stabilized by the subsequent absorption of nitrogen. is there.

本発明は上記の知見に基づいてなされたものである。以下、本発明の各要件について詳しく説明する。 The present invention has been made based on the above findings. Hereinafter, each requirement of the present invention will be described in detail.

1.オーステナイト系ステンレス鋼
1−1.化学組成
本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼は、質量%で、Cr:10.5〜20.0%、Ni:10.0%以上、N:0.020〜0.500%、を含有する。これらの元素に加え、他の具体的な化学組成について、説明する。なお、以下の説明において含有量についての「%」は、「質量%」を意味する。
1. 1. Austenitic stainless steel 1-1. Chemical composition The austenitic stainless steel according to the present invention contains Cr: 10.5 to 20.0%, Ni: 10.0% or more, and N: 0.020 to 0.500% in mass%. In addition to these elements, other specific chemical compositions will be described. In the following description, "%" for the content means "mass%".

Cr:10.5〜20.0%
Crは、ステンレス鋼において、重要な元素であり、耐食性を得るために有効な元素である。また、窒素の吸収を促進する。このため、Cr含有量は、10.5%以上とする。しかしながら、Crは、フェライト安定化元素であることから、Crを過剰に含有させると、オーステナイト相が不安定となる。また、C、および/またはNと化合物を形成する可能性が高くなる。この結果、耐食性が低下する。このため、Cr含有量は、20.0%以下とする。Cr含有量は、11.0%以上とするのが好ましく、12.0%以上とするのがより好ましい。また、Cr含有量は19.4%以下とするのが好ましく、19.0%以下とするのがより好ましい。
Cr: 10.5 to 20.0%
Cr is an important element in stainless steel and is an effective element for obtaining corrosion resistance. It also promotes the absorption of nitrogen. Therefore, the Cr content is set to 10.5% or more. However, since Cr is a ferrite stabilizing element, if Cr is excessively contained, the austenite phase becomes unstable. It also increases the likelihood of forming compounds with C and / or N. As a result, corrosion resistance is reduced. Therefore, the Cr content is set to 20.0% or less. The Cr content is preferably 11.0% or more, and more preferably 12.0% or more. The Cr content is preferably 19.4% or less, and more preferably 19.0% or less.

Ni:10.0%以上
Niは、強力なオーステナイト安定化合金元素であり、オーステナイト相を安定化させ水素脆化を抑制する効果を有する。このため、Ni含有量は10.0%以上とする。Ni含有量は、12.0%超とするのが好ましい。しかしながら、Niは高価かつ希少な合金元素であるため、過剰な含有は望ましくない。
Ni: 10.0% or more Ni is a strong austenite-stabilizing alloy element and has the effect of stabilizing the austenite phase and suppressing hydrogen embrittlement. Therefore, the Ni content is set to 10.0% or more. The Ni content is preferably more than 12.0%. However, since Ni is an expensive and rare alloying element, excessive content is not desirable.

ここで、ステンレス鋼を構成する元素であるCrを10.5%含有し、後述するMd30の値を−180℃とした場合、Niの上限値は約27%となる。ただし、Md30の値を調整するために、その他の元素を0%とすることも困難である。このため、Ni含有量は、20.0%以下とするのが好ましく、19.0%以下とするのがより好ましく、16.0%以下とするのがさらに好ましい。 Here, when 10.5% of Cr, which is an element constituting stainless steel, is contained and the value of Md 30 , which will be described later, is −180 ° C., the upper limit of Ni is about 27%. However, it is also difficult to set the other elements to 0% in order to adjust the value of Md 30 . Therefore, the Ni content is preferably 20.0% or less, more preferably 19.0% or less, and further preferably 16.0% or less.

N:0.020〜0.500%
Nは、強力なオーステナイト安定化元素でかつ固溶強化元素である。このため、N含有量は、0.020%以上とする。しかしながら、Nを過剰に含有させると、窒化物を形成するため、強度および耐食性の面から好ましくない。このため、N含有量は0.500%以下とする。N含有量は、0.050%以上とするのが好ましく、0.070%以上とするのがより好ましい。また、N含有量は、0.460%以下とするのが好ましく、0.400%以下とするのがより好ましい。
N: 0.020 to 0.500%
N is a strong austenite stabilizing element and a solid solution strengthening element. Therefore, the N content is set to 0.020% or more. However, if N is excessively contained, a nitride is formed, which is not preferable from the viewpoint of strength and corrosion resistance. Therefore, the N content is set to 0.500% or less. The N content is preferably 0.050% or more, and more preferably 0.070% or more. The N content is preferably 0.460% or less, and more preferably 0.400% or less.

ここで、本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼は、表面側から、窒素を吸収、固溶させる。このため、本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼では、表面付近の方が、窒素が濃化し、表面側と鋼の中心部とでは、窒素の固溶量の差が生じると考えられ、後述するが、表面におけるN含有量は、中心部と比較し、約0.1%以上高くなると考えられる。 Here, the austenitic stainless steel according to the present invention absorbs nitrogen and dissolves it from the surface side. Therefore, in the austenitic stainless steel according to the present invention, it is considered that nitrogen is concentrated near the surface, and a difference in the solid solution amount of nitrogen occurs between the surface side and the central portion of the steel, which will be described later. , The N content on the surface is considered to be about 0.1% or more higher than that in the central part.

そして、上述のN含有量は、窒素吸収後のオーステナイト系ステンレス鋼全体において、N含有量を平均化した際の値である。例えば、鋼板等の場合は、窒素吸収後の鋼板の全厚において平均化した値である。したがって、他の元素と同様に測定することができる。 The above-mentioned N content is a value when the N content is averaged in the entire austenitic stainless steel after nitrogen absorption. For example, in the case of a steel sheet or the like, it is a value averaged over the total thickness of the steel sheet after nitrogen absorption. Therefore, it can be measured in the same way as other elements.

なお、窒素を吸収させる前の鋼においては、極力低減することが望ましい。これは溶製時に窒素を含む介在物を形成し、悪影響を及ぼすとともに、熱間加工性を劣化させるためである。したがって、窒素を吸収させる前においては、不純物としてN含有量が0.200%未満のレベルであれば、含有してもよい。窒素を吸収させる前においては、N含有量は0.130%未満であるのが好ましい。そして、窒素の吸収にて増加することが望ましい。 It is desirable to reduce nitrogen as much as possible in steel before it absorbs nitrogen. This is because inclusions containing nitrogen are formed during melting, which has an adverse effect and deteriorates hot workability. Therefore, before absorbing nitrogen, it may be contained as an impurity as long as the N content is at a level of less than 0.200%. Before absorbing nitrogen, the N content is preferably less than 0.130%. And it is desirable to increase by absorption of nitrogen.

本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼は、下記の元素について、以下の範囲で含有してもよい。 The austenitic stainless steel according to the present invention may contain the following elements in the following ranges.

C:0.1%以下
Cは、Nとともに、強力なオーステナイト安定化合金元素でかつ固溶強化元素である。しかしながら、Cを過剰に含有させると、結晶粒微細化を目的とする熱処理、その後のN吸収を目的とする、さらに低温の熱処理において、多量の炭化物の析出を招く。この結果、必要なオーステナイト安定度、強度を得られなくなる。このため、C含有量は、0.1%以下とするのが好ましく、0.08%以下とするのがより好ましい。一方、上記効果を得るためには、C含有量は、0.01%以上とするのが好ましい。
C: 0.1% or less C, together with N, is a strong austenite stabilizing alloy element and a solid solution strengthening element. However, if C is excessively contained, a large amount of carbides are precipitated in the heat treatment for the purpose of grain refinement and the subsequent heat treatment for the purpose of N absorption at a lower temperature. As a result, the required austenite stability and strength cannot be obtained. Therefore, the C content is preferably 0.1% or less, and more preferably 0.08% or less. On the other hand, in order to obtain the above effect, the C content is preferably 0.01% or more.

Si:1.0%以下
Siは、溶製時の脱酸剤として用いられる元素である。しかしながら、Siを過剰に含有させると、粗大な介在物が生成して、加工性が劣化する。このため、Si含有量は、1.0%以下とするのが好ましい。Si含有量は0.9%以下とするのがより好ましい。なお、上記効果を得るためには、Si含有量は、0.05%以上とするのが好ましい。
Si: 1.0% or less Si is an element used as a deoxidizer during melting. However, if Si is excessively contained, coarse inclusions are generated and the workability is deteriorated. Therefore, the Si content is preferably 1.0% or less. The Si content is more preferably 0.9% or less. In order to obtain the above effect, the Si content is preferably 0.05% or more.

Mn:3.0%以下
Mnは、比較的安価でかつ有効なオーステナイト安定化合金元素である。しかしながら、Mnを過剰に含有させると、粗大な介在物が生成して、加工性が劣化する。このため、Mn含有量は3.0%以下とするのが好ましく、2.6%以下とするのがより好ましい。一方、オーステナイト相の安定化効果を得るため、Mn含有量は、0.1%以上とするのが好ましい。
Mn: 3.0% or less Mn is a relatively inexpensive and effective austenite stabilizing alloy element. However, if Mn is excessively contained, coarse inclusions are generated and the workability is deteriorated. Therefore, the Mn content is preferably 3.0% or less, and more preferably 2.6% or less. On the other hand, in order to obtain the stabilizing effect of the austenite phase, the Mn content is preferably 0.1% or more.

P:0.045%以下
Pは、不純物として含有される元素であるが、加工性を劣化させるため、極力低減することが好ましい。このため、P含有量は0.045%以下とするのが好ましく、0.030%以下とするのがより好ましい。一方、Pの過度の低減は、製造コストを増加させる。このため、P含有量は0.005%以上とするのが好ましい。
P: 0.045% or less P is an element contained as an impurity, but it is preferable to reduce it as much as possible because it deteriorates workability. Therefore, the P content is preferably 0.045% or less, and more preferably 0.030% or less. On the other hand, excessive reduction of P increases the manufacturing cost. Therefore, the P content is preferably 0.005% or more.

S:0.030%以下
Sは、不純物として含有される元素であるが、硫化物系介在物を形成し、耐食性を低下させるため、極力低減することが好ましい。このため、S含有量は0.030%以下とするのが好ましく、0.020%以下とするのがより好ましい。一方、Sの過度の低減は、製造コストを増加させる。このため、S含有量は0.001%以上とするのが好ましい。
S: 0.030% or less S is an element contained as an impurity, but it is preferable to reduce it as much as possible because it forms sulfide-based inclusions and lowers corrosion resistance. Therefore, the S content is preferably 0.030% or less, and more preferably 0.020% or less. On the other hand, excessive reduction of S increases the manufacturing cost. Therefore, the S content is preferably 0.001% or more.

Mo:0〜3.0%
Moは、ステンレス鋼の耐食性を向上させるために有効な元素である。また、Moは、極めて高価な合金元素である。そして、Moを過剰に含有させると、粗大な介在物が生成して、加工性が劣化する。このため、Mo含有量は3.0%以下とするのが好ましく、2.6%以下とするのがより好ましい。一方、上記効果を得るためには、Mo含有量は、0.1%以上とするのが好ましい。
Mo: 0-3.0%
Mo is an element effective for improving the corrosion resistance of stainless steel. Mo is an extremely expensive alloying element. If Mo is contained in an excessive amount, coarse inclusions are generated and the workability is deteriorated. Therefore, the Mo content is preferably 3.0% or less, and more preferably 2.6% or less. On the other hand, in order to obtain the above effect, the Mo content is preferably 0.1% or more.

本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼は、結晶粒の微細化をするため、Nb、Ti、およびVから選択される一種以上を、必要に応じて含有させてもよい。 The austenitic stainless steel according to the present invention may contain one or more selected from Nb, Ti, and V, if necessary, in order to refine the crystal grains.

Nb:0〜0.5%
Ti:0〜0.5%
V:0〜0.5%
Nb、TiおよびVは、C、Nと結合し、ピン止効果で結晶粒の成長を抑制する化合物を形成する元素である。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、いずれの元素も0.5%を超えると、粗大な化合物が生成し、かつ、オーステナイト相の形成が不安定となる可能性がある。さらに、加工性が劣化するとともに、これらの元素を含む粗大な化合物が破壊の起点と場合がある。このため、Nb:0.5%以下、Ti:0.5%以下、V:0.5%以下、とするのが好ましい。Nb:0.4%以下、Ti:0.4%以下、V:0.4%以下、とするのがより好ましい。一方、上記効果を得るためには、Nb:0.01%以上、Ti:0.01%以上、V:0.01%以上、とするのが好ましい。
Nb: 0-0.5%
Ti: 0-0.5%
V: 0-0.5%
Nb, Ti and V are elements that bind to C and N to form a compound that suppresses the growth of crystal grains by a pinning effect. Therefore, it may be contained as needed. However, if any of the elements exceeds 0.5%, a coarse compound may be formed and the formation of the austenite phase may become unstable. Further, the processability is deteriorated, and a coarse compound containing these elements may be the starting point of fracture. Therefore, it is preferable that Nb: 0.5% or less, Ti: 0.5% or less, and V: 0.5% or less. It is more preferable that Nb: 0.4% or less, Ti: 0.4% or less, and V: 0.4% or less. On the other hand, in order to obtain the above effects, it is preferable that Nb: 0.01% or more, Ti: 0.01% or more, and V: 0.01% or more.

本発明の化学組成において、残部はFeおよび不純物である。ここで「不純物」とは、鋼を工業的に製造する際に、鉱石、スクラップ等の原料、製造工程の種々の要因によって混入する成分であって、本発明に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。 In the chemical composition of the present invention, the balance is Fe and impurities. Here, the "impurity" is a component mixed with raw materials such as ore and scrap, and various factors in the manufacturing process when steel is industrially manufactured, and is allowed as long as it does not adversely affect the present invention. Means something.

Md30について
下記(i)式で示されるMd30は、オーステナイト相の安定度を示す指標である。すなわち、Md30は、加工誘起マルテンサイト変態の起こり易さを示す指標であり、Md30の値が高いほど、加工誘起マルテンサイトに変態しやすい。
About Md 30 Md 30 represented by the following formula (i) is an index showing the stability of the austenite phase. That is, Md 30 is an index showing the susceptibility to process-induced martensitic transformation, and the higher the value of Md 30 , the more likely it is to transform into process-induced martensite.

Md30(℃)=497−462C−9.2Si−8.1Mn−13.7Cr−20Ni−18.7Mo ・・・(i)
但し、上記(i)式中の各元素記号は、鋼中に含まれる各元素の含有量(質量%)を表し、含有されない場合はゼロとする。
Md 30 (° C.) = 497-462C-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-20Ni-18.7Mo ... (i)
However, each element symbol in the above formula (i) represents the content (mass%) of each element contained in the steel, and if it is not contained, it is set to zero.

ここで、本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼において、上記(i)式で示されるMd30の値は、−180〜−20(℃)とする。Md30の値が、−180℃未満であると、オーステナイト相からマルテンサイト相への変態を生じず、したがって、逆変態も生じない。上述したように、本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼では、上記変態を利用して結晶粒を微細化する。 Here, in the austenitic stainless steel according to the present invention, the value of Md 30 represented by the above formula (i) is −180 to −20 (° C.). When the value of Md 30 is less than −180 ° C., the transformation from the austenite phase to the martensite phase does not occur, and therefore the reverse transformation does not occur. As described above, in the austenitic stainless steel according to the present invention, the crystal grains are refined by utilizing the above transformation.

変態により形成したマルテンサイト相は、微細化のための下地組織として、極めて有効に作用する。したがって、加工誘起マルテンサイトへの変態が生じないと、結晶粒を十分に微細化できない。この結果、強度を向上させることもできなくなる。このため、Md30の値は、−180(℃)以上とし、−160(℃)以上とするのが好ましい。しかしながら、Md30の値が、−20(℃)超であると、オーステナイト相からマルテンサイト相への変態が容易に生じ、後述するように、窒素を吸収、固溶させたとしても、オーステナイト相組織を維持できない。このため、Md30の値は、−20(℃)以下とし、−30(℃)以下とするのが好ましい。 The martensite phase formed by transformation acts extremely effectively as a base structure for miniaturization. Therefore, the crystal grains cannot be sufficiently refined unless the transformation to process-induced martensite occurs. As a result, the strength cannot be improved. Therefore, the value of Md 30 is preferably −180 (° C.) or higher, and preferably −160 (° C.) or higher. However, when the value of Md 30 is more than -20 (° C.), the transformation from the austenite phase to the martensite phase easily occurs, and as will be described later, even if nitrogen is absorbed and dissolved, the austenite phase The organization cannot be maintained. Therefore, the value of Md 30 is preferably −20 (° C.) or less, and preferably −30 (° C.) or less.

1−2.平均結晶粒径
本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼では、所望する強度と伸びを得るため、平均結晶粒径を10.0μm以下とする。平均結晶粒径は8.0μm以下とするのが好ましく、5.0μm以下とするのがより好ましい。なお、平均結晶粒径の下限値は、特に定めないが、通常、0.1μm以上となると考えられる。なお、平均結晶粒径を上記範囲とすることで、粒界密度が上昇し、後述する窒素の吸収、固溶も容易になる。
1-2. Average crystal grain size In the austenitic stainless steel according to the present invention, the average crystal grain size is set to 10.0 μm or less in order to obtain desired strength and elongation. The average crystal grain size is preferably 8.0 μm or less, more preferably 5.0 μm or less. The lower limit of the average crystal grain size is not particularly determined, but is usually considered to be 0.1 μm or more. By setting the average crystal grain size within the above range, the grain boundary density increases, and the absorption and solid solution of nitrogen, which will be described later, become easy.

平均結晶粒径は、以下の手順で測定する。具体的には、鋼の圧延方向垂直断面が観察面となるような試験片を採取する。試験片を樹脂等に埋込、研磨等を行い、粒界を腐食する腐食液、具体的には酸混合水溶液等で観察面を腐食する。その後、光学顕微鏡または、走査型電子顕微鏡(SEM)を用い、観察面を組織観察して、結晶粒径を測定する。 The average crystal grain size is measured by the following procedure. Specifically, a test piece is collected so that the vertical cross section of the steel in the rolling direction is the observation surface. The test piece is embedded in a resin or the like, polished, and the observation surface is corroded with a corrosive liquid that corrodes grain boundaries, specifically, an acid mixed aqueous solution or the like. Then, the crystal grain size is measured by observing the structure of the observation surface using an optical microscope or a scanning electron microscope (SEM).

観察倍率は400倍以上の同一の値とし、観察視野は合計12視野として、切片法により測定する。上記観察視野は、板厚中心部で4視野とし、両表面側から板厚1/4位置において各2視野(計4視野)とし、両表面近傍において各2視野(計4視野)の合計12視野とする。これらの組織の観察において、得られた結晶粒径の平均値より、平均結晶粒径を算出する。 The observation magnification shall be the same value of 400 times or more, and the total observation field of view shall be 12 fields of view, and the measurement shall be performed by the intercept method. The observation visual fields are 4 visual fields at the center of the plate thickness, 2 visual fields each at the 1/4 position of the plate thickness from both surface sides (4 visual fields in total), and 2 visual fields in the vicinity of both surfaces (4 visual fields in total), for a total of 12 The field of view. In observing these structures, the average crystal grain size is calculated from the average value of the obtained crystal grain sizes.

1−3.オーステナイト相の平均格子常数差
本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼では、後述するように、オーステナイト相を安定化させるために、製造時に鋼の表面から窒素を吸収、固溶させる。窒素は、侵入型固溶元素と呼ばれ、オーステナイトの結晶格子の間に入り込み固溶する。このため、窒素が固溶することで、結晶格子がひずみ、格子間の距離が広がる。
1-3. Average lattice constant difference of austenitic phase In the austenitic stainless steel according to the present invention, nitrogen is absorbed from the surface of the steel and dissolved in solid solution in order to stabilize the austenitic phase, as will be described later. Nitrogen is called an invading solid solution element and enters between the crystal lattices of austenite and dissolves in a solid solution. For this reason, the solid solution of nitrogen distorts the crystal lattice and increases the distance between the lattices.

窒素は、鋼の表面から、侵入、固溶し、順に中心部の方に拡散し、窒素を吸収させた後は、表面側の方が、中心部に比べ、N含有量が高くなる。つまり、表面における格子間距離、すなわち平均格子常数の方が大きく、中心部になるにつれ、平均格子常数が小さくなる。 Nitrogen penetrates from the surface of the steel, dissolves in a solid solution, diffuses toward the central portion in order, and after absorbing nitrogen, the N content of the surface side is higher than that of the central portion. That is, the interstitial distance on the surface, that is, the average lattice constant is larger, and the average lattice constant becomes smaller toward the center.

したがって、本発明に係るオーステナイトステンレス鋼では、表層部におけるオーステナイト相の平均格子常数と中心部におけるオーステナイト相の平均格子常数との差(以下、単に「平均格子常数差」と記載する。)を、0.003Å以上とする。平均格子常数の差が0.003Å未満であると、窒素の吸収が十分でなく、オーステナイト相を安定化させることができない。この結果、マルテンサイト相への変態が生じやすくなり、耐水素脆化特性が低下する。さらに、窒素の固溶が十分でないため、強度向上効果も得ることができない。 Therefore, in the austenitic stainless steel according to the present invention, the difference between the average lattice regularity of the austenite phase in the surface layer portion and the average lattice regularity of the austenite phase in the central portion (hereinafter, simply referred to as “average lattice regularity difference”) is defined as It should be 0.003 Å or more. If the difference between the average lattice constants is less than 0.003 Å, nitrogen absorption is insufficient and the austenite phase cannot be stabilized. As a result, transformation to the martensite phase is likely to occur, and the hydrogen embrittlement resistance is deteriorated. Further, since the solid solution of nitrogen is not sufficient, the effect of improving the strength cannot be obtained.

このため、平均格子常数差は、0.003Å以上とし、0.005Å以上とするのが好ましい。また、Ni含有量が12.0%以上である場合に、鋼表面のマルテンサイト変態を完全に抑制するというためには、平均格子常数差は、0.03Å以上とするのがさらに好ましい。 Therefore, the average lattice constant difference is preferably 0.003 Å or more, and preferably 0.005 Å or more. Further, in order to completely suppress the martensitic transformation of the steel surface when the Ni content is 12.0% or more, the average lattice constant difference is more preferably 0.03 Å or more.

なお、ここでいう「表層部」とは、CuをX線源とし、後述するX線回折を行った場合に、X線が表面から侵入できる深さを意味し、具体的には測定面から垂直深さ方向に10μm程度までの領域を意味する。 The "surface layer portion" here means a depth at which X-rays can penetrate from the surface when Cu is used as an X-ray source and X-ray diffraction described later is performed. Specifically, from the measurement surface. It means a region up to about 10 μm in the vertical depth direction.

ところで、窒素の固溶量Nによる格子常数の変化は、経験式である下記(1)式より求めることができる。
d(Å)=3.5946+0.0348×N ・・・(1)
但し、上記(1)式中の各記号は、以下により定義される。
N:窒素固溶量
d(Å):格子常数
By the way, the change in the lattice constant depending on the solid solution amount N of nitrogen can be obtained from the following empirical formula (1).
d (Å) = 3.5946 + 0.0348 × N ・ ・ ・ (1)
However, each symbol in the above equation (1) is defined by the following.
N: Nitrogen solid solution d (Å): Lattice constant

上記の(1)式を参照すると、平均格子常数差が0.003Å以上である場合、N含有量が、およそ0.1%異なることになる。つまり、中心部と比べ、表面のN固溶量が約0.1%以上高くなると考えられる。 With reference to the above equation (1), when the average lattice constant difference is 0.003 Å or more, the N content differs by about 0.1%. That is, it is considered that the amount of N solid solution on the surface is about 0.1% or more higher than that in the central portion.

なお、平均格子常数差は、以下の手順で測定することができる。具体的には、鋼の表面、および(板厚)中心部から表面と平行に試料を切り出す。例えば、鋼板の場合は、鋼板表面であり、中心部は板厚中心部に相当する。得られた試料についてX線回折装置を用いて測定する。X線回折においては、一般的な2θ/θ法を用いる。X線源はCuKα1(波長:1.54056nm)を用い、電圧:40kV、電流:40mA、2θ=20〜120°として、X線回折プロファイルを得る。 The average lattice constant difference can be measured by the following procedure. Specifically, a sample is cut out from the surface of the steel and the (thickness) center in parallel with the surface. For example, in the case of a steel plate, it is the surface of the steel plate, and the central portion corresponds to the central portion of the plate thickness. The obtained sample is measured using an X-ray diffractometer. In X-ray diffraction, a general 2θ / θ method is used. An X-ray diffraction profile is obtained by using CuKα1 (wavelength: 1.54056 nm) as an X-ray source and setting a voltage: 40 kV, a current: 40 mA, and 2θ = 20 to 120 °.

得られた表面および中心部における回折プロファイルの回折ピークに基づき、下記(ii)式を用いて、表面および中心部におけるオーステナイト相の平均格子常数を算出する。そして、得られた表面におけるオーステナイト相の平均格子常数から中心部におけるオーステナイト相の平均格子常数を引き、平均格子常数差を算出する。
Ave.={dγ(111)×Iγ(111)+dγ(200)×Iγ(200)+dγ(220)×Iγ(220)+dγ(311)×Iγ(311)}/{Iγ(111)+Iγ(200)+Iγ(220)+Iγ(311)} ・・・(ii)
Based on the obtained diffraction peak of the diffraction profile at the surface and the center, the average lattice constant of the austenite phase at the surface and the center is calculated by using the following equation (ii). Then, the average lattice constant of the austenite phase in the central portion is subtracted from the average lattice constant of the austenite phase on the obtained surface, and the average lattice constant difference is calculated.
d Ave. = {Dγ (111) × Iγ (111) + dγ (200) × Iγ (200) + dγ (220) × Iγ (220) + dγ (311) × Iγ (311) } / {Iγ (111) + Iγ (200) + Iγ (220) + Iγ (311) } ・ ・ ・ (ii)

但し、上記(ii)式中の各記号は以下により定義される。
Ave.:オーステナイト相の平均格子常数
dγ(hkl):オーステナイト相の(hkl)面の回折ピークより算出される格子常数(Å)
Iγ(hkl):オーステナイト相の(hkl)面の回折ピークの積分強度(cps)
However, each symbol in the above equation (ii) is defined by the following.
d Ave. : Average lattice constant of austenite phase dγ (hkl) : Lattice constant (Å) calculated from the diffraction peak of the (hkl) plane of the austenite phase
(hkl) : Integrated intensity (cps) of the diffraction peak of the (hkl) plane of the austenite phase.

なお、dγ(hkl)は、下記(2)式に基づき、算出することができる。
dγ(hkl)=1/(2sinθ)×nλ ・・・(2)
但し、上記(2)式中の各記号は、以下により定義される。
n:面指数((h+k+l1/2により算出される。)
θ:ピーク角度(各ピークの最高強度の1/2の強度の値となる部分である、半価幅の中央での角度)
λ:X線波長
In addition, dγ (hkl) can be calculated based on the following equation (2).
(hkl) = 1 / (2sinθ) × nλ ・ ・ ・ (2)
However, each symbol in the above equation (2) is defined by the following.
n: Surface index (calculated by (h 2 + k 2 + l 2 ) 1/2 )
θ: Peak angle (angle at the center of the half-value width, which is the part that becomes the value of 1/2 of the maximum intensity of each peak)
λ: X-ray wavelength

1−4.オーステナイト相量
本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼では、表層部でのオーステナイト相量を規定する。オーステナイト相量とは、下記(iii)式で算出され、本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼では、表層部において、オーステナイト相量を98.0%以上とする。水素脆化しやすいマルテンサイト相の形成を極力抑制し、水素脆化の起点となる鋼表面がオーステナイト相に覆われているようにするためである。
1-4. Austenitic phase amount In the austenitic stainless steel according to the present invention, the amount of austenite phase on the surface layer is specified. The austenite phase amount is calculated by the following formula (iii), and in the austenitic stainless steel according to the present invention, the austenite phase amount is 98.0% or more in the surface layer portion. This is to suppress the formation of the martensite phase, which is prone to hydrogen embrittlement, so that the steel surface, which is the starting point of hydrogen embrittlement, is covered with the austenite phase.

ここで、例えば、オーステナイト相量が98.0%以上であれば、水素脆化しやすい表面が、オーステナイト相で十分覆われていると考えられ、所望する耐水素脆化特性を得ることができる。 Here, for example, when the amount of the austenite phase is 98.0% or more, it is considered that the surface that is easily hydrogen embrittled is sufficiently covered with the austenite phase, and the desired hydrogen embrittlement resistance property can be obtained.

なお、本発明においては、一部、局部的にマルテンサイト相が形成している場合であっても、98.0%以上がオーステナイト相であれば、総括的にオーステナイト系ステンレス鋼と総称する。 In the present invention, even when the martensite phase is partially formed locally, if 98.0% or more is the austenitic phase, it is collectively referred to as austenitic stainless steel.

r=100×ΣIγ/ΣI全 ・・・(iii)
但し、上記(iii)式中の各記号は以下により定義される。
r:オーステナイト相量
ΣIγ:測定された全てのオーステナイト相のピークの積分強度の和(cps)
ΣI全:測定された全てのピークの積分強度の和(cps)
r = 100 × ΣIγ / ΣI all ... (iii)
However, each symbol in the above equation (iii) is defined by the following.
r: Austenite phase amount ΣIγ: Sum of integrated intensities of peaks of all measured austenite phases (cps)
All ΣI: Sum of integrated intensities of all measured peaks (cps)

なお、回折強度積分強度比においても「表層部」とは、CuをX線源とし、後述するX線回折を行った場合に、X線が表面から侵入できる深さを意味し、具体的には測定面から垂直深さ方向に10μm程度までの領域を意味する。 In addition, also in the diffraction intensity integrated intensity ratio, the "surface layer portion" means a depth at which X-rays can penetrate from the surface when Cu is used as an X-ray source and X-ray diffraction described later is performed. Means a region from the measurement surface to about 10 μm in the vertical depth direction.

以上を踏まえ、X線回折により得られ、下記(iii)式で算出されるオーステナイト相量は、98.0%以上とし、100.0%であるのが好ましい。 Based on the above, the amount of austenite phase obtained by X-ray diffraction and calculated by the following formula (iii) is 98.0% or more, preferably 100.0%.

なお、回折の積分強度比は、以下の手順で測定する。具体的には、鋼の表面から試料を採取する。得られた試料についてX線回折装置を用いて測定する。X線回折においては一般的な2θ/θ法を用いる。X線源はCuKα1(波長:0.154056nm)を用い、電圧:40kV、電流:40mA、2θ=20〜120°として、X線回折プロファイルを得る。得られたプロファイルから、全てのピークを特定し、上記(iii)式に代入し、オーステナイト相量を算出する。 The integrated intensity ratio of diffraction is measured by the following procedure. Specifically, a sample is taken from the surface of the steel. The obtained sample is measured using an X-ray diffractometer. In X-ray diffraction, a general 2θ / θ method is used. An X-ray diffraction profile is obtained by using CuKα1 (wavelength: 0.154056 nm) as an X-ray source and setting a voltage: 40 kV, a current: 40 mA, and 2θ = 20 to 120 °. From the obtained profile, all peaks are identified and substituted into the above equation (iii) to calculate the austenite phase amount.

2.目標とする特性
本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼では、引張強さが800MPa以上であるのを良好な強度であると評価する。また、本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼では、60MPaの水素ガス中で200℃、100時間保持(水素チャージ)後に引張特性を測定し、保持前に対する幅により水素脆化を評価する。具体的には、後述する板幅減少率が85%以上である場合を良好な耐水素脆化性であると評価する。なお、強度と伸びとのバランスについても、引張強さと伸びとの積が40000(MPa・%)以上である場合を良好な特性であると評価する。
2. 2. Target Characteristics In the austenitic stainless steel according to the present invention, a tensile strength of 800 MPa or more is evaluated as a good strength. Further, in the austenitic stainless steel according to the present invention, the tensile properties are measured after holding (hydrogen charging) at 200 ° C. for 100 hours in hydrogen gas at 60 MPa, and hydrogen embrittlement is evaluated based on the width before holding. Specifically, when the plate width reduction rate, which will be described later, is 85% or more, it is evaluated as having good hydrogen embrittlement resistance. Regarding the balance between strength and elongation, a case where the product of tensile strength and elongation is 40,000 (MPa ·%) or more is evaluated as a good characteristic.

3.鋼材
本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼は、その鋼材の種類については、特に限定されない。例えば、薄板、厚板、形鋼、棒鋼、線材、鋼管などがその一例として、考えられる。
3. 3. Steel material The austenitic stainless steel according to the present invention is not particularly limited in terms of the type of steel material. For example, thin plates, thick plates, shaped steels, steel bars, wire rods, steel pipes, etc. can be considered as an example.

4.製造方法
以下に、本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼板の製造方法について、説明する。本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼板は、以下の記載の方法により安定して得ることができる。
4. Manufacturing Method The manufacturing method of the austenitic stainless steel sheet according to the present invention will be described below. The austenitic stainless steel sheet according to the present invention can be stably obtained by the method described below.

4−1.鋳造および熱間圧延工程
N含有量が0.200%未満であり、Nを除く各元素の含有量が上記記載の範囲であって、かつMd30の値が上述した−180〜−20(℃)の範囲となる鋼片を製造するのが好ましい。続いて、製造した鋼片を、熱間加工し、加工材とする。熱間加工中または熱間加工後においては、適宜、必要に応じて、焼鈍、酸洗を行ってもよい。
4-1. Casting and hot rolling steps The N content is less than 0.200%, the content of each element except N is in the above range, and the value of Md 30 is −180 to −20 (° C.) described above. ) Is preferably produced. Subsequently, the produced steel piece is hot-processed to obtain a processed material. During hot working or after hot working, annealing and pickling may be carried out as appropriate, if necessary.

4−2.冷間加工
得られた加工材を冷間加工する。冷間加工は、室温以下の温度、つまり20℃以下の温度で、かつ断面減少率が80%以上の条件で、冷間加工する。
4-2. Cold processing The obtained processed material is cold processed. Cold working is performed at a temperature of room temperature or lower, that is, a temperature of 20 ° C. or lower, and under a condition that the cross-sectional reduction rate is 80% or more.

冷間加工において断面減少率を80%以上とし、加工温度を室温以下とするのは、オーステナイト相からマルテンサイト相への変態を促進し、冷間加工後にマルテンサイト単相組織とすることが最も好ましいためである。断面減少率の増加と加工温度の低下は何れも加工誘起マルテンサイト変態を促進し、各因子の調整のみでも単相組織形成の可能性を有するが、両因子を活用することで単相組織形成が容易になる。 In cold working, the cross-sectional reduction rate is set to 80% or more and the working temperature is set to room temperature or lower by promoting the transformation from the austenite phase to the martensite phase and forming a martensite single-phase structure after cold working. This is preferable. Both the increase in the cross-sectional reduction rate and the decrease in the processing temperature promote the processing-induced martensitic transformation, and there is a possibility of single-phase structure formation only by adjusting each factor, but by utilizing both factors, single-phase structure formation Becomes easier.

このため、冷間加工の断面減少率は、80%以上が好ましく、85%以上がより好ましい。また、加工温度は20℃以下とするの好ましく、15℃以下とするのがより好ましい。さらに言えば、より低温の液体窒素中に鋼板を浸漬し、液体窒素温度(−196℃)にて強加工を行うことが最も好ましい。なお、冷間加工後、適宜、焼鈍を行ってもよい。 Therefore, the cross-sectional reduction rate of cold working is preferably 80% or more, more preferably 85% or more. The processing temperature is preferably 20 ° C. or lower, more preferably 15 ° C. or lower. Furthermore, it is most preferable to immerse the steel sheet in liquid nitrogen at a lower temperature and perform strong processing at the liquid nitrogen temperature (-196 ° C.). After cold working, annealing may be performed as appropriate.

4−3.曲げ曲げ戻し加工
上記冷間加工を行った加工材について、形状、寸法変化を伴わない曲げ曲げ戻し加工を行ってもよい。曲げ曲げ戻し加工は、例えば、オーステナイトステンレス鋼をロール等に巻き付けることで行うことができる。このような曲げ曲げ戻し加工は、表面に大きな歪を導入することが可能であり、オーステナイト相が安定であるときでも有効であり、繰り返し行うことで、マルテンサイト相への変態を十分に生じさせることができる。
4-3. Bending and bending back processing The processed material that has undergone the above cold processing may be subjected to bending and bending back processing without changing its shape and dimensions. Bending and bending back processing can be performed, for example, by winding austenitic stainless steel around a roll or the like. Such bending and bending back processing can introduce a large strain to the surface and is effective even when the austenite phase is stable, and by repeating the process, the transformation to the martensite phase is sufficiently generated. be able to.

この結果、さらに、表面の結晶粒を微細化することができる。曲げ曲げ戻し加工後は、後述する、700〜1000℃の熱処理を行い、曲げ曲げ戻し加工により形成した加工誘起マルテンサイトを再度、オーステナイトに逆変態させる。この曲げ曲げ戻し加工と、後述する熱処理とを複数回繰り返してもよい。また、曲げ曲げ戻し加工は、上記冷間加工と同様の温度で行うのが好ましい。 As a result, the crystal grains on the surface can be further refined. After the bending / bending back processing, a heat treatment at 700 to 1000 ° C., which will be described later, is performed to reverse transform the work-induced martensite formed by the bending / bending back processing into austenite again. This bending / bending back processing and the heat treatment described later may be repeated a plurality of times. Further, it is preferable that the bending / bending back processing is performed at the same temperature as the above-mentioned cold processing.

なお、曲げ曲げ戻し加工は、溶接を行って、製品形状へ成形する場合に有効である。溶接では、通常、入熱により、溶接部の結晶粒が粗大化する。このため、溶接後、溶接部において、形状変化を伴わない曲げ曲げ戻し加工を行うことで、粗大化した結晶粒を再度、変態させ、微細なオーステナイト相とすることができる。 The bending / bending back processing is effective when welding is performed to form a product shape. In welding, the crystal grains of the welded portion are usually coarsened by heat input. Therefore, after welding, the welded portion is subjected to bending and bending back processing without changing the shape, so that the coarsened crystal grains can be transformed again to obtain a fine austenite phase.

4−4.熱処理
続いて、上記加工材を700〜1000℃の範囲の温度で保持する熱処理をするのが好ましい。上記熱処理における保持温度が700℃未満であると、オーステナイト変態が生じないためである。このため、上記熱処理における保持温度は、700℃以上とし、750℃以上とするのが好ましい。しかしながら、上記熱処理温度が1000℃を超えると、結晶粒が10μmを超えて粗大化し、800MPa以上の強度を得ることができない。このため、上記熱処理温度は、1000℃以下とし、980℃以下とするのが好ましい。
4-4. Heat treatment Subsequently, it is preferable to perform a heat treatment for holding the processed material at a temperature in the range of 700 to 1000 ° C. This is because austenite transformation does not occur when the holding temperature in the heat treatment is less than 700 ° C. Therefore, the holding temperature in the heat treatment is preferably 700 ° C. or higher, preferably 750 ° C. or higher. However, when the heat treatment temperature exceeds 1000 ° C., the crystal grains become coarser than 10 μm, and it is not possible to obtain a strength of 800 MPa or more. Therefore, the heat treatment temperature is preferably 1000 ° C. or lower, preferably 980 ° C. or lower.

上記加工材を700〜1000℃の範囲の温度で保持する熱処理することで、微細なマルテンサイト組織を下地として微細な結晶粒のオーステナイト相の金属組織を形成させることができる。この結果、オーステナイト系ステンレス鋼の強度と伸びのバランスとを向上させ、かつオーステナイト相を安定化させることで、耐水素脆化性を向上させることができる。なお、上記熱処理の際の鋼の平均結晶粒径は0.50μm以上とするのが好ましい。 By heat-treating the processed material at a temperature in the range of 700 to 1000 ° C., it is possible to form a metal structure of an austenite phase of fine crystal grains using a fine martensite structure as a base. As a result, the hydrogen embrittlement resistance can be improved by improving the balance between the strength and elongation of the austenitic stainless steel and stabilizing the austenitic phase. The average crystal grain size of the steel during the heat treatment is preferably 0.50 μm or more.

4−5.窒素吸収
熱処理の際つまり熱処理と同時、または熱処理後に、加工材の表面から窒素を吸収させるのが好ましい。窒素を吸収させる温度は400℃以上とするのが好ましく、420℃以上とするのがより好ましい。上限は、結晶粒粒径の問題より上述の熱処理温度以下の温度とするのが好ましい。また、水素、硫化水素、フッ化水素等のステンレス鋼の酸化皮膜の除去を目的とする還元性ガスと、N、アンモニアという窒素源となるガスの混合雰囲気である条件とするのが好ましい。
4-5. Nitrogen absorption It is preferable to absorb nitrogen from the surface of the processed material during the heat treatment, that is, at the same time as the heat treatment or after the heat treatment. The temperature at which nitrogen is absorbed is preferably 400 ° C. or higher, more preferably 420 ° C. or higher. The upper limit is preferably a temperature equal to or lower than the above-mentioned heat treatment temperature due to the problem of grain size. The hydrogen, hydrogen sulfide, and a reducing gas for the purpose of removing the oxide film on stainless steel such as hydrogen fluoride, N 2, preferably in the condition which is a mixed atmosphere of nitrogen source to become gas that ammonia.

このように表面に窒素を吸収させることで、熱処理により逆変態したオーステナイト相を安定化させ、耐水素脆化性を向上させることができる。また、水素脆化は表面から水素が侵入し、結晶格子間に蓄積されることで生じる。ここで、窒素は、侵入型固溶元素であり、窒素がオーステナイト系ステンレス鋼の表面に存在することで、水素が侵入しにくくなり、耐水素脆化性が向上することも一因と考える。 By absorbing nitrogen on the surface in this way, the austenite phase reverse-transformed by the heat treatment can be stabilized and the hydrogen embrittlement resistance can be improved. In addition, hydrogen embrittlement occurs when hydrogen invades from the surface and accumulates between crystal lattices. Here, nitrogen is an intrusive solid solution element, and it is considered that the presence of nitrogen on the surface of austenitic stainless steel makes it difficult for hydrogen to invade and improves hydrogen embrittlement resistance.

以下、実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.

表1に示す化学組成の鋼片を製造した。 Steel pieces having the chemical compositions shown in Table 1 were produced.

Figure 2020158816
Figure 2020158816

得られた鋼片について、1200℃加熱、保持後に熱間圧延し、次いで、1150℃加熱、30分保持の焼鈍を行った。続いて、得られた熱延板に冷間圧延(冷間加工)と1100℃、30分の焼鈍を一回ないし複数回繰り返して行った後、最終の冷間圧延により板厚が0.4mmである鋼板とした。なお、No.19では、冷間圧延後、溶接を行い、曲げ曲げ戻し加工を行なった。具体的には、所定の寸法に短冊状に切断後、両端を電子ビーム溶接した後、液体窒素に浸漬したまま、少なくとも溶接部に100回の曲げ曲げ戻し加工と後述する熱処理を10回繰り返した。また、No.20では、冷間圧延後、曲げ曲げ戻し加工のみを行った。 The obtained steel pieces were heated at 1200 ° C. and held, then hot-rolled, then heated at 1150 ° C. and annealed for 30 minutes. Subsequently, cold rolling (cold working) and annealing at 1100 ° C. for 30 minutes were repeated once or multiple times on the obtained hot-rolled sheet, and then the final cold rolling resulted in a sheet thickness of 0.4 mm. It was made into a steel plate. In addition, No. In No. 19, after cold rolling, welding was performed, and bending and bending back processing was performed. Specifically, after cutting into strips to a predetermined size, both ends were electron beam welded, and then the welded portion was bent and bent back at least 100 times and the heat treatment described later was repeated 10 times while being immersed in liquid nitrogen. .. In addition, No. In No. 20, after cold rolling, only bending and bending back processing was performed.

曲げ曲げ戻し加工は、複数本の直径10mmのロールへの巻き付けによる曲げ曲げ戻しを実施した。なお、最終の冷間圧延(冷間加工)における圧延率(加工率)つまりトータルの冷間圧延率、加工温度は表2に示すとおりである。 In the bending and bending back processing, bending and bending back was performed by winding around a plurality of rolls having a diameter of 10 mm. The rolling rate (working rate) in the final cold rolling (cold working), that is, the total cold rolling rate and the working temperature are as shown in Table 2.

続いて、表2に示す温度で、熱処理を行なった。熱処理は、75%水素(H)+25%窒素(N)の混合ガス雰囲気にて保持時間1分で実施した。その後、20℃まで冷却した。 Subsequently, heat treatment was performed at the temperatures shown in Table 2. The heat treatment was carried out in a mixed gas atmosphere of 75% hydrogen (H 2 ) + 25% nitrogen (N 2 ) with a holding time of 1 minute. Then, it cooled to 20 degreeC.

窒素吸収は、表2に示す温度と雰囲気において、二種類の条件で行った。保持温度700℃以上の窒素吸収は、700℃に到達するまで、49%水素(H)+50%窒素(N)+1%硫化水素(HS)の混合ガスで実施し、700℃から処理温度までの昇温加熱後の、保持、室温への冷却は、50%水素(H)+50%窒素(N)の混合ガスで実施した。保持時間は1分である。上記雰囲気を表2では、“H+N+HS”として記載した。なお、加熱時700℃到達までの時間は約1分である。 Nitrogen absorption was carried out under two types of conditions at the temperature and atmosphere shown in Table 2. Nitrogen absorption at a holding temperature of 700 ° C or higher is carried out with a mixed gas of 49% hydrogen (H 2 ) + 50% nitrogen (N 2 ) + 1% hydrogen sulfide (H 2 S) until it reaches 700 ° C, and from 700 ° C. After heating to the treatment temperature, holding and cooling to room temperature were carried out with a mixed gas of 50% hydrogen (H 2 ) + 50% nitrogen (N 2 ). The holding time is 1 minute. In Table 2, the above atmosphere is described as “H 2 + N 2 + H 2 S”. It takes about 1 minute to reach 700 ° C. during heating.

なお、本実施例は、後述する700℃未満の比較的低温での窒素吸収も可能であるため、便宜上、熱処理と窒素吸収を別々に実施した。しかし、700℃以上の窒素吸収を行う場合、熱処理と窒素吸収は同時に一工程で行うことが可能であり、合理的である。すなわち、700℃以上の窒素吸収のみの実施で良い。No.33に、No.2と同一の素材を用いて、900℃での窒素吸収のみ実施した結果を示す。 In this example, nitrogen absorption at a relatively low temperature of less than 700 ° C., which will be described later, is also possible. Therefore, for convenience, heat treatment and nitrogen absorption were performed separately. However, when nitrogen absorption at 700 ° C. or higher is performed, heat treatment and nitrogen absorption can be performed in one step at the same time, which is rational. That is, only nitrogen absorption at 700 ° C. or higher may be carried out. No. In 33, No. The result of performing only nitrogen absorption at 900 ° C. using the same material as No. 2 is shown.

他方、700℃以下の低温の加熱で窒素吸収を実施した例では、同温度にて4時間保持した。この際、雰囲気は、加熱中を98%アンモニア(NH)+2%硫化水素(HS)の混合ガス、700℃以下での保持と室温への冷却を100%アンモニア(NH)のみとした。これを、表2では“NH+HS”で表示した。なお、加熱温度への到達時間は約30分であった。 On the other hand, in the example in which nitrogen absorption was carried out by heating at a low temperature of 700 ° C. or lower, the nitrogen absorption was maintained at the same temperature for 4 hours. At this time, the atmosphere is a mixed gas of 98% ammonia (NH 3 ) + 2% hydrogen sulfide (H 2 S) during heating, keeping at 700 ° C or lower and cooling to room temperature with only 100% ammonia (NH 3 ). did. This is indicated by "NH 3 + H 2 S" in Table 2. The time to reach the heating temperature was about 30 minutes.

(平均結晶粒径)
得られた鋼板について、平均結晶粒径を以下の手順で測定した。鋼板の圧延方向垂直断面が観察面となるような試験片を採取した。試験片を樹脂等に埋込、研磨等を行い、粒界を腐食する腐食液、具体的には酸混合水溶液等で観察面を腐食した。その後、光学顕微鏡または、走査型電子顕微鏡(SEM)を用い、観察面を組織観察して、結晶粒径を測定した。観察倍率は400倍以上の同一の値、観察視野は12視野として、切片法により測定した。観察視野は、板厚中心部で4視野とし、両表面側へ板厚1/4位置において各2視野(計4視野)、両表面近傍で各2視野(計4視野)の合計12視野とした。それらの平均値より、平均結晶粒径を算出した。
(Average crystal grain size)
The average crystal grain size of the obtained steel sheet was measured by the following procedure. A test piece was collected so that the vertical cross section of the steel sheet in the rolling direction was the observation surface. The test piece was embedded in a resin or the like, polished, and the observation surface was corroded with a corrosive liquid that corrodes grain boundaries, specifically, an acid mixed aqueous solution or the like. Then, the crystal grain size was measured by observing the structure of the observation surface using an optical microscope or a scanning electron microscope (SEM). The observation magnification was the same value of 400 times or more, the observation field of view was 12 fields of view, and the measurement was performed by the intercept method. The observation visual fields are 4 visual fields at the center of the plate thickness, 2 visual fields each at the 1/4 position of the plate thickness (4 visual fields in total), and 2 visual fields each near both surfaces (4 visual fields in total), for a total of 12 visual fields. did. The average crystal grain size was calculated from those average values.

(平均格子常数差およびオーステナイト相量)
平均格子常数差は、以下の手順で算出した。具体的には、鋼板表面および板厚中心部から鋼板表面と平行な測定面の試料を切り出した。得られた試料についてX線回折装置を用いて測定した。X線回折においては2θ/θ法を用いた。X線源はCuKα1(波長:1.54056nm)を用い、電圧:40kV、電流:40mA、2θ=20〜120℃として、X線回折プロファイルを得た。なお、測定装置はリガク社製 SmartLabを用いた。
(Average lattice constant difference and austenite phase amount)
The average lattice constant difference was calculated by the following procedure. Specifically, a sample of a measurement surface parallel to the steel plate surface was cut out from the steel plate surface and the center of the plate thickness. The obtained sample was measured using an X-ray diffractometer. The 2θ / θ method was used for X-ray diffraction. An X-ray diffraction profile was obtained using CuKα1 (wavelength: 1.54056 nm) as the X-ray source, with a voltage of 40 kV, a current of 40 mA, and 2θ = 20 to 120 ° C. As the measuring device, a SmartLab manufactured by Rigaku Co., Ltd. was used.

得られた表面および中心部における回折プロファイルの回折ピークに基づき、上述した(ii)式を用いて、表面および中心部におけるオーステナイト相の平均格子常数を算出した。得られた表面におけるオーステナイト相の平均格子常数から中心部におけるオーステナイト相の平均格子常数を引き、平均格子常数差を算出した。 Based on the diffraction peaks of the diffraction profile on the surface and the center, the average lattice constants of the austenite phase on the surface and the center were calculated using the above equation (ii). The average lattice constant difference of the austenite phase in the central part was subtracted from the average lattice constant of the austenite phase on the obtained surface to calculate the average lattice constant difference.

オーステナイト相量は、以下の手順で測定した。鋼板の表面から試料を採取した。得られた試料についてX線回折装置を用いて測定した。X線回折においては2θ/θ法を用いた。X線源はCuKα1(波長:1.54056nm)を用い、電圧:40kV、電流:40mA、2θ=20〜120゜として、X線回折プロファイルを得た。得られたプロファイルから、全てのピークを特定し、上述した(iii)式に代入し、オーステナイト相量を算出した。なお、測定装置はリガク社製SmartLabを用いた。 The amount of austenite phase was measured by the following procedure. A sample was taken from the surface of the steel plate. The obtained sample was measured using an X-ray diffractometer. The 2θ / θ method was used for X-ray diffraction. An X-ray diffraction profile was obtained by using CuKα1 (wavelength: 1.54056 nm) as an X-ray source and setting a voltage of 40 kV and a current of 40 mA, 2θ = 20 to 120 °. From the obtained profile, all peaks were identified and substituted into the above-mentioned equation (iii) to calculate the austenite phase amount. As a measuring device, a SmartLab manufactured by Rigaku Co., Ltd. was used.

(引張強さ、伸び)
引張特性および伸びは、以下の手順で測定した。具体的には、圧延方向と平行にJIS13号B(JIS G 0567:2012)試験片を切削加工により採取し、インストロン型の引張試験機を用いて、引張強さと伸びを測定した。測定は室温にて実施した。
(Tensile strength, elongation)
The tensile properties and elongation were measured by the following procedure. Specifically, JIS No. 13B (JIS G 0567: 2012) test pieces were sampled by cutting in parallel with the rolling direction, and tensile strength and elongation were measured using an Instron type tensile tester. The measurement was carried out at room temperature.

(耐水素脆化性)
耐水素脆化性は、以下の手順で測定した。具体的には、60MPaの水素ガス中で200℃×100時間保持(水素チャージ)後に引張特性を調べ、板幅減少率により水素脆化を判定した。判定は、保持前の板幅減少量に対する保持後の幅減少量(以下、「板幅減少率」と記載する。)、すなわち(保持後の幅減少量/保持前の板幅減少量×100)に基づき行う。板幅減少率が85%未満であった場合を×で表示し、脆化と判定した。他方、板幅減少率が(85%以上)95%未満を○、95%以上を◎で表示し、脆化小または無しと判定した。
(Hydrogen embrittlement resistance)
Hydrogen embrittlement resistance was measured by the following procedure. Specifically, the tensile characteristics were examined after holding at 200 ° C. for 100 hours (hydrogen charge) in hydrogen gas at 60 MPa, and hydrogen embrittlement was determined by the plate width reduction rate. The judgment is the amount of width reduction after holding with respect to the amount of plate width reduction before holding (hereinafter, referred to as "plate width reduction rate"), that is, (width reduction amount after holding / plate width reduction amount before holding × 100). ). When the plate width reduction rate was less than 85%, it was indicated by x and judged to be embrittlement. On the other hand, a plate width reduction rate of less than 95% (85% or more) was indicated by ◯, and 95% or more was indicated by ⊚, and it was judged that the embrittlement was small or absent.

Figure 2020158816
Figure 2020158816

試験No.1〜22は、本発明の規定を満足する本発明例である。このため、強度と伸びとの積が40000を超え、板幅減少率が85%以上となり、良好な強度と伸びのバランスと耐水素脆化性とを有した。 Test No. 1 to 22 are examples of the present invention satisfying the provisions of the present invention. Therefore, the product of strength and elongation exceeded 40,000, the plate width reduction rate was 85% or more, and a good balance between strength and elongation and hydrogen embrittlement resistance were obtained.

上記例の中でも、試験No.4、5、11、14、15、17、19、20、21および22では、平均格子常数差が0.03Å以上となったため、板幅減少率が95%以上となり、さらに良好な耐水素脆化性を示した。また、表2に示されるように圧延を液体窒素温度で実施したNo.5および15、ならびに圧延後に曲げ曲げ戻し加工を行なったNo.19では、結晶粒がさらに微細になり、強度と伸びとの積が良好になり、本特性が向上した。 Among the above examples, Test No. At 4, 5, 11, 14, 15, 17, 19, 20, 21 and 22, the average lattice constant difference was 0.03 Å or more, so the plate width reduction rate was 95% or more, and even better hydrogen embrittlement resistance. It showed embrittlement. Further, as shown in Table 2, No. 1 in which rolling was carried out at a liquid nitrogen temperature. No. 5 and 15 and No. 5 and No. In No. 19, the crystal grains became finer, the product of strength and elongation became good, and this characteristic was improved.

試験No.23〜33は、本発明の規定を満足しない比較例である。化学組成が本発明の規定を満たすが、本発明の製造条件により製造されなかったNo.23〜26では、平均結晶粒径、平均格子常数差、オーステナイト相量の少なくとも一つが本発明の規定範囲外となり、引張強さ、伸び、およびこれらのバランスと耐水素脆化性のうち、少なくとも一つが低下した。 Test No. 23 to 33 are comparative examples that do not satisfy the provisions of the present invention. No. 1 having a chemical composition satisfying the provisions of the present invention but was not produced under the production conditions of the present invention. In 23 to 26, at least one of the average crystal grain size, the average lattice constant difference, and the austenite phase amount is out of the specified range of the present invention, and at least one of the tensile strength, elongation, balance and hydrogen embrittlement resistance thereof. One has dropped.

No.23では、表2に示すように圧延率が低かったため、その後、結晶粒が粗粒になり、オーステナイト相量も86%と不十分となった。同様に、No.24も、表2に示すように、加工温度が高かったため、その後、結晶粒が粗粒になり、オーステナイト相量も不十分となった。 No. In No. 23, since the rolling ratio was low as shown in Table 2, the crystal grains became coarse after that, and the austenite phase amount was also insufficient at 86%. Similarly, No. In 24 as well, as shown in Table 2, since the processing temperature was high, the crystal grains became coarse after that, and the amount of austenite phase was also insufficient.

また、No.25では、熱処理温度が低く、1000MPa超の高強度を維持したもののオーステナイト相への逆変態が十分生じず、微細な結晶粒が得られないため、伸びとのバランスが最も低くなった。オーステナイト相の割合も低く、水素脆化した。No.26では、窒素吸収時に、ステンレス鋼の酸化皮膜を除去するH、HS、HF等のガスを使用しなかったため、窒素の吸収が不十分となり、平均格子常数差が本発明の規定の範囲外となった。 In addition, No. At No. 25, although the heat treatment temperature was low and the high strength of more than 1000 MPa was maintained, the reverse transformation to the austenite phase did not sufficiently occur and fine crystal grains could not be obtained, so that the balance with elongation was the lowest. The proportion of the austenite phase was also low, and hydrogen embrittlement occurred. No. In No. 26, since gases such as H 2 , H 2 S, and HF that remove the oxide film of stainless steel were not used during nitrogen absorption, nitrogen absorption was insufficient, and the average lattice constant difference was specified in the present invention. It was out of range.

このため、オーステナイト相が十分に安定化されず、マルテンサイト相が残存し、水素脆化を起こした。また、平均結晶粒径が10.0μmを超えており、強度と伸びとの積が低下した。 Therefore, the austenite phase was not sufficiently stabilized, the martensite phase remained, and hydrogen embrittlement occurred. Further, the average crystal grain size exceeded 10.0 μm, and the product of strength and elongation decreased.

化学組成が本発明の規定を満足しないNo.27〜33では、強度と伸び、およびこれらのバランス、ならびに板幅減少率のうち、いずれか一つ以上の特性が低下した。No.27〜31では、結晶粒の微細化したオーステナイト単相の組織に調整されず、マルテンサイト相が残存したため、水素脆化を起こしたと考えられる。No.32および33では、Nb、Ti、またはVの含有量が過剰であったため、粗大な化合物が生成し、強度と伸びとのバランスが低下した。

No. whose chemical composition does not satisfy the provisions of the present invention. In 27 to 33, one or more of the strength and elongation, the balance between them, and the plate width reduction rate were deteriorated. No. In 27 to 31, it is considered that hydrogen embrittlement occurred because the austenite single-phase structure in which the crystal grains were refined was not adjusted and the martensite phase remained. No. In 32 and 33, the content of Nb, Ti, or V was excessive, so that a coarse compound was produced, and the balance between strength and elongation was lowered.

Claims (8)

質量%で、
Cr:10.5〜20.0%、
Ni:10.0%以上、
N:0.020〜0.500%、
を含有し、
下記(i)式で示されるMd30の値が、−180〜−20(℃)であり、
平均結晶粒径が、10.0μm以下であり、
X線回折の回折ピークに基づき下記(ii)式を用いて、オーステナイト相の平均格子常数を算出する場合に、表層部におけるオーステナイト相の平均格子常数と中心部におけるオーステナイト相の平均格子常数との差である、平均格子常数差が0.003Å以上であり、
表層部において、下記(iii)式で算出されるオーステナイト相量が、98.0%以上である、オーステナイト系ステンレス鋼。
Md30(℃)=497−462C−9.2Si−8.1Mn−13.7Cr−20Ni−18.7Mo ・・・(i)
Ave.={dγ(111)×Iγ(111)+dγ(200)×Iγ(200)+dγ(220)×Iγ(220)+dγ(311)×Iγ(311)}/{Iγ(111)+Iγ(200)+Iγ(220)+Iγ(311)} ・・・(ii)
r=100×ΣIγ/ΣI全 ・・・(iii)
但し、上記(i)式中の各元素記号は、鋼中に含まれる各元素の含有量(質量%)を表し、含有されない場合はゼロとし、上記(ii)および(iii)式中の各記号は以下により定義される。
Ave.:オーステナイト相の平均格子常数
dγ(hkl):オーステナイト相の(hkl)面の回折ピークより算出される格子常数(Å)
Iγ(hkl):オーステナイト相の(hkl)面の回折ピークの積分強度(cps)
r:オーステナイト相量
ΣIγ:測定された全てのオーステナイト相の回折ピークの積分強度の和(cps)
ΣI全:測定された全ての回折ピークの積分強度の和(cps)
By mass%
Cr: 10.5 to 20.0%,
Ni: 10.0% or more,
N: 0.020 to 0.500%,
Contains,
The value of Md 30 represented by the following equation (i) is −180 to −20 (° C.).
The average crystal grain size is 10.0 μm or less,
When calculating the average lattice constant of the austenite phase using the following equation (ii) based on the diffraction peak of X-ray diffraction, the average lattice constant of the austenite phase in the surface layer and the average lattice constant of the austenite phase in the center The difference, the average lattice constant difference is 0.003 Å or more,
An austenitic stainless steel having an austenitic phase amount of 98.0% or more calculated by the following formula (iii) in the surface layer portion.
Md 30 (° C.) = 497-462C-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-20Ni-18.7Mo ... (i)
d Ave. = {Dγ (111) × Iγ (111) + dγ (200) × Iγ (200) + dγ (220) × Iγ (220) + dγ (311) × Iγ (311) } / {Iγ (111) + Iγ (200) + Iγ (220) + Iγ (311) } ・ ・ ・ (ii)
r = 100 × ΣIγ / ΣI all ... (iii)
However, each element symbol in the above formula (i) represents the content (mass%) of each element contained in the steel, and if it is not contained, it is set to zero, and each of the above formulas (ii) and (iii). The symbol is defined by:
d Ave. : Average lattice constant of austenite phase dγ (hkl) : Lattice constant (Å) calculated from the diffraction peak of the (hkl) plane of the austenite phase
(hkl) : Integrated intensity (cps) of the diffraction peak of the (hkl) plane of the austenite phase.
r: Austenite phase amount ΣIγ: Sum of integrated intensities of diffraction peaks of all measured austenite phases (cps)
All ΣI: Sum of integrated intensities of all measured diffraction peaks (cps)
前記平均格子常数差が、0.03Å以上である、請求項1に記載のオーステナイト系ステンレス鋼。 The austenitic stainless steel according to claim 1, wherein the average lattice constant difference is 0.03 Å or more. 化学組成が、質量%で、
C:0.1%以下、
Si:1.0%以下、
Mn:3.0%以下、
P:0.045%以下、
S:0.030%以下、
Cr:10.5〜20.0%、
Ni:10.0%以上、
N:0.020〜0.500%、
Mo:0〜3.0%、
Nb:0〜0.5%、
Ti:0〜0.5%、
V:0〜0.5%、
残部:Feおよび不純物である、請求項1または2に記載のオーステナイト系ステンレス鋼。
The chemical composition is mass%,
C: 0.1% or less,
Si: 1.0% or less,
Mn: 3.0% or less,
P: 0.045% or less,
S: 0.030% or less,
Cr: 10.5 to 20.0%,
Ni: 10.0% or more,
N: 0.020 to 0.500%,
Mo: 0-3.0%,
Nb: 0-0.5%,
Ti: 0-0.5%,
V: 0-0.5%,
The balance: the austenitic stainless steel according to claim 1 or 2, which is Fe and impurities.
オーステナイト系ステンレス鋼の製造方法であって、
(a)鋼片を熱間加工し、加工材とする工程と、
(b)前記加工材を、20℃以下の温度で、かつ断面減少率が80%以上の条件で、冷間加工する工程と、
(c)冷間加工がされた前記加工材を、700〜1000℃の範囲の温度で保持する熱処理する工程と、
(d)前記加工材に窒素を吸収させ、N含有量を請求項1に記載の範囲とする工程と、
を有する、請求項1〜3のいずれかに記載のオーステナイト系ステンレス鋼の製造方法。
A method for manufacturing austenitic stainless steel
(A) The process of hot-working steel pieces to make them into processed materials,
(B) A step of cold-working the processed material at a temperature of 20 ° C. or lower and a cross-sectional reduction rate of 80% or more.
(C) A step of heat-treating the cold-worked processed material at a temperature in the range of 700 to 1000 ° C.
(D) A step of allowing the processed material to absorb nitrogen and setting the N content within the range according to claim 1.
The method for producing an austenitic stainless steel according to any one of claims 1 to 3.
前記(c)の工程と前記(d)の工程とを同時に行う、請求項4に記載のオーステナイト系ステンレス鋼の製造方法。 The method for producing an austenitic stainless steel according to claim 4, wherein the step (c) and the step (d) are performed at the same time. 前記(b)の工程の後、前記(c)の工程の前に、
(e)曲げ曲げ戻し加工を行う工程を、
さらに有する、請求項4および5に記載のオーステナイト系ステンレス鋼の製造方法。
After the step (b) and before the step (c),
(E) The process of bending and returning
The method for producing austenitic stainless steel according to claims 4 and 5, further comprising.
前記(b)の工程の後、前記(e)の工程の前に、
(f)溶接する工程を、
さらに有する、請求項6に記載のオーステナイト系ステンレス鋼の製造方法。
After the step (b) and before the step (e),
(F) Welding process
The method for producing an austenitic stainless steel according to claim 6, further comprising.
前記鋼片の化学組成において、N含有量が0.020%未満であり、Nを除く各元素の含有量が請求項3に記載の範囲であり、かつ前記Md30の値が−180〜−20(℃)の範囲である、請求項4〜7のいずれかに記載のオーステナイト系ステンレス鋼の製造方法。

In the chemical composition of the steel piece, the N content is less than 0.020%, the content of each element other than N is in the range according to claim 3, and the value of Md 30 is −180 to −. The method for producing an austenitic stainless steel according to any one of claims 4 to 7, which is in the range of 20 (° C.).

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