JP2020164949A - 高温高サイクル疲労特性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼板およびその製造方法ならびに排気部品 - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献1によれば、NbとNを添加することで400℃での高温疲労強度を向上することが可能である。特許文献2によれば、NbとSiを添加することで600℃での高温疲労強度を向上させることが可能である。
(1)質量%で、C:0.002〜0.300%
Si:0.10〜4.00%
Mn:0.05〜10.00%
P:0.010〜0.050%
S:0.0001〜0.0100%
Ni:5.00〜15.00%
Cr:15.00〜30.00%
N:0.010〜0.500%
Mo:0.010〜0.500%未満
V:0.01〜1.00%
Cu:0.10〜2.50%
Al:0.001〜1.000%
を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、固溶Si量(sol.Si%)と含有Si量(add.Si%)との関係が(sol.Si%)>0.9(add.Si%)を満たし、かつ一般粒界長さA+Σ3対応粒界長さB>2.5mm/mm2を満たすことを特徴とするオーステナイト系ステンレス鋼板。
(2)更に、質量%で、
Nb:0.005〜0.300%
Ti:0.005〜0.300%
B:0.0002〜0.0050%
Ca:0.0005〜0.0100%
W:0.05〜3.00%
Zr:0.05〜0.30%
Sn:0.01〜0.50%
Co:0.03〜0.30%
Mg:0.0002〜0.0100%
Sb:0.005〜0.500%
REM:0.001〜0.200%
Ga:0.0002〜0.3000%
Ta:0.001〜1.000%
Hf:0.001〜1.000%
を含有することを特徴とする前記(1)に記載のオーステナイト系ステンレス鋼板。
(3)400℃〜500℃での平面曲げ疲労試験における疲労限界値が200MPa以上であることを特徴とする前記(1)または(2)に記載のオーステナイト系ステンレス鋼板。
(4)排気部品に使用される前記(1)〜(3)のいずれか1つに記載のオーステナイト系ステンレス鋼板。
(5)前記(1)〜(3)のいずれか1つに記載のオーステナイト系ステンレス鋼板から成る排気部品。
次に、成分範囲について説明する。成分含有量に関する%は、特に断りの無い限り質量%を示す。
更に、製造コストと熱間加工性、高温高サイクル疲労強度の確保を考慮すると、Cの含有量の下限は0.010%、上限は0.250%であることが望ましい。更に下限は0.020%,上限は0.150%であることが望ましい。
尚、製造コスト、鋼板製造時の酸洗性、溶接時の凝固割れ性を考慮すると、Si含有量の上限は3.50%にすることが望ましい。更に、高温強度や高温高サイクル疲労強度を考慮するとSiの下限は1.50%にすることが望ましい。更に、下限は2.00%、上限は3.30%にすることが望ましい。
更に、製造コストや耐酸化性を考慮すると、S含有量の上限は0.0050%、下限は0.0003%にすることが望ましい。更に上限は0.0020%、下限は0.0005%にすることが望ましい。
更に、製造性、高温強度および耐食性を考慮すると、Ni含有量の下限は8%、上限は14%にすることが望ましい。更に、下限は10.00%、上限は13.00%にすることが望ましい。
更に製造コスト、鋼板製造性、加工性を考慮すると、Cr含有量の下限は16.00%、上限は25.00%にすることが望ましい。更に、下限は17.00%、上限は24.00%にすることが望ましい。
更に、溶接時のピンホール抑制、溶接部の粒界腐食抑制の観点から、N含有量の下限は0.020%、上限は0.300%にすることが望ましい。更に、下限は0.040%、上限は0.250%にすることが望ましい。
更に、製造性や介在物清浄度を考慮するとV含有量の下限は0.05%、上限は0.80%にすることが望ましい。更に下限は0.09%、上限は0.50%にすることが好ましい。
更に、耐食性や製造性を考慮すると、Cu含有量の下限は0.14%、上限は2.00%にすることが望ましい。更に、下限は0.20%、上限は1.50%にすることが望ましい。
更に、高温強度、溶接部の粒界腐食性および合金コストを考慮すると、Nb含有量の下限は0.010%、上限は0.150%未満にすることが望ましい。加えて、Nbは再結晶を鈍化させる元素である。十分な高温疲労強度を得るために必要な粒界長さを満たすためには短時間で再結晶完了させる必要があるため、Nb含有量の上限は0.020%未満にすることが望ましい。
更に、高温強度、溶接部の粒界腐食性および合金コストを考慮すると、Ti含有量の下限は0.010%、上限は0.200%にすることが望ましい。
更に、精錬コストや延性低下を考慮すると、B含有量の下限は0.0016%、上限は0.0020%にすることが望ましい。
更に、製造性、表面品質の観点から、Ca含有量の下限は0.0040%、上限は0.0030%にすることが望ましい。
更に、精錬コストや製造性を考慮すると、W含有量の下限は0.100%、上限は2.00%にすることが望ましい。
更に、精錬コストや製造性を考慮すると、Zr含有量の下限は0.05%、上限は0.10%にすることが望ましい。
更に、精錬コストや製造性を考慮すると、上限は0.30%にすることが望ましい。
更に、精錬コストや製造性を考慮すると、Co含有量の下限は0.03%、上限は0.10%にすることが望ましい。
精錬コストを考慮すると、Mg含有量の下限は0.0003%、上限は0.0050%にすることが望ましい。
更に望ましくはSb含有量の下限は0.050%、上限は0.200%にすることが望ましい。
REM(希土類元素)は、一般的な定義に従う。スカンジウム(Sc)、イットリウム(Y)の2元素と、ランタン(La)からルテチウム(Lu)までの15元素(ランタノイド)の総称を指す。単独で添加しても良いし、混合物であっても良い。
更に、製造性やコストの観点から0.0020%以上が更に好ましい。
本発明では400〜500℃での疲労強度の向上には、成分元素の添加量を制御するだけではなく、固溶量を制御することが重要であることを知見した。Siは、化合物を形成すると固溶量が減少する。形成した化合物は、疲労破壊起点となる場合がある。加えて、Siは固溶元素として高温での繰り返し負荷中に動的ひずみ時効ならびに加工硬化を促進し、疲労強度の向上に寄与するため、(sol.Si%)>0.9(add.Si%)の関係を有することを規定する。ここで(sol.Si%)は固溶Siの質量%値であり、(add.Si%)は含有Si量の質量%値である。高温で繰り返し負荷を与えた場合、繰り返し負荷で導入された転位の周辺に固溶Siが集まって、加工硬化を促進する。その結果、疲労亀裂発生の抑制や亀裂前方の転位移動を抑制して亀裂進展速度を遅らせるため、高疲労強度化につながる。この要因は高温強度向上のほか動的ひずみ時効ならびに加工硬化促進であると考えられる。
動的ひずみ時効硬化や加工硬化は、粒界長さが長いほど大きくなると考えられる。オーステナイト系ステンレス鋼は、一般的に結晶粒内に焼鈍双晶(Σ3対応粒界)が導入した組織を呈している。本発明者らは、焼鈍双晶(Σ3対応粒界)も、動的ひずみ時効および加工硬化に寄与できる粒界であることを見出した。そこで、観察視野の単位面積当たりにおける、一般粒界長さAに焼鈍双晶粒界長さBを足した値A+Bを、動的ひずみ時効硬化の目安として採用し、単位面積当たりの一般粒界長さA+Σ3対応粒界長さB>2.5mm/mm2を規定する。
次に製造方法について説明する。本発明の鋼板の製造方法は、製鋼−熱間圧延−焼鈍・酸洗、あるいは製鋼−熱間圧延−焼鈍・酸洗−冷間圧延−焼鈍・酸洗よりなる。製鋼においては、前記必須成分および必要に応じて添加される成分を含有する鋼を、電気炉溶製あるいは転炉溶製し、続いて2次精錬を行う方法が好適である。溶製した溶鋼は、公知の鋳造方法(連続鋳造など)に従って鋼スラブとする。鋼スラブは、所定の温度に加熱され、所定の板厚に連続圧延で熱間圧延される。熱間圧延後の鋼板は、一般的には熱延板焼鈍と酸洗処理が施されるが、熱延板焼鈍を省略しても構わない。本発明の対象となる鋼板には熱間圧延焼鈍後(焼鈍は省略可能)の工程にて、以下に説明するように、必要な結晶粒界長さを担保するための製造工程が実施される。
これらの比較例は、鋼成分範囲では本発明例のA2を充足しているA2−1〜A2−6の6例と、いずれかの成分元素範囲が発明範囲を充足していないB1〜B5の5例である。
Claims (5)
- 質量%で、
C:0.002〜0.300%
Si:0.10〜4.00%
Mn:0.05〜10.00%
P:0.010〜0.050%
S:0.0001〜0.0100%
Ni:5.00〜15.00%
Cr:15.00〜30.00%
N:0.010〜0.500%
Mo:0.010〜0.500%未満
V:0.01〜1.00%
Cu:0.10〜2.50%
Al:0.001〜1.000%
を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、固溶Si量(sol.Si%)と含有Si量(ad.Si%)との関係が(sol.Si%)>0.9(add.Si%)を満たし、かつ一般粒界長さA+Σ3対応粒界長さB>2.5mm/mm2を満たすことを特徴とするオーステナイト系ステンレス鋼板。 - 更に、質量%で、
Nb:0.005〜0.300%
Ti:0.005〜0.300%
B:0.0002〜0.0050%
Ca:0.0005〜0.0100%
W:0.05〜3.00%
Zr:0.05〜0.30%
Sn:0.01〜0.50%
Co:0.03〜0.30%
Mg:0.0002〜0.0100%
Sb:0.005〜0.500%
REM:0.001〜0.200%
Ga:0.0002〜0.3000%
Ta:0.001〜1.000%
Hf:0.001〜1.000%
を含有することを特徴とする請求項1に記載のオーステナイト系ステンレス鋼板。 - 400℃〜500℃での平面曲げ疲労試験における疲労限界値が、200MPa以上であることを特徴とする請求項1または2に記載のオーステナイト系ステンレス鋼板。
- 排気部品に使用される請求項1〜3のいずれか1項に記載のオーステナイト系ステンレス鋼板。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載のオーステナイト系ステンレス鋼板から成る排気部品。
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