JP2022152427A - Duplex stainless steel forging and its manufacturing method - Google Patents

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雄介 及川
Yusuke Oikawa
信二 柘植
Shinji Tsuge
文則 江目
Fuminori Gounome
豊彦 柿原
Toyohiko Kakihara
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Nippon Steel Stainless Steel Corp
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Abstract

To provide a duplex stainless steel forging capable of suppressing forging cracks caused by a sigma phase seen in duplex stainless steel forgings, and because forging can be performed without reheating, being very excellent in productivity, capable of improving dimensional accuracy and reducing a polishing yield, and having sufficient corrosion resistance equivalent or better than SUS 316L including a welded portion.SOLUTION: PREN represented by the following formula 1 satisfies 28.0 to 35.0; an austenite amount is 30 area% or more and 70 area% or less; and a sigma phase precipitation temperature estimation formula TSIGMA represented by the following formula 2 calculated using each component distributed in a ferrite phase is 900°C or less. PREN=Cr+3.3Mo+16N [Formula 1] TSIGMA=12Crα+6Niα+54Moα+23Siα-15Mnα+465 [Formula 2].SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、耐食性が良好で熱間鍛造における成形性に優れた二相ステンレス鋼鍛造材およびその製造方法に関するものである。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a duplex stainless steel forging material having good corrosion resistance and excellent formability in hot forging, and a method for producing the same.

食品や薬品等の製造設備や貯蔵タンク等の素材には、当該品への金属混入を抑止するため、耐食性の良好なステンレス鋼を使用することが多い。食品には塩分が含まれていることが多いことから、ステンレス鋼の中でも耐食性の良好なSUS316Lが用いられることが多い。 Stainless steel, which has good corrosion resistance, is often used as a material for manufacturing equipment and storage tanks for foods and medicines, etc., in order to prevent metal from being mixed into the product. Since food often contains salt, SUS316L, which has good corrosion resistance among stainless steels, is often used.

一方、最近、汎用的に使われているオーステナイト系ステンレス鋼を代替して、二相ステンレス鋼を適用することが多くなってきている。二相ステンレス鋼はフェライト相とオーステナイト相をおおよそ等量含むステンレス鋼で、耐食性に加え、強度が他のステンレス鋼や炭素鋼より高く薄肉軽量化できることに加え、高価なニッケルの使用量が少ないというメリットがあり、例えば水門やダムのような大型構造物などに広く用いられるようになってきている。 On the other hand, recently, austenitic stainless steel, which is generally used, is being replaced by duplex stainless steel. Duplex stainless steel contains approximately equal amounts of ferrite and austenite phases. In addition to being corrosion resistant, it is stronger than other stainless steels and carbon steels, and can be made thinner and lighter. In addition, it uses less expensive nickel. There are merits, and it is becoming widely used, for example, for large structures such as water gates and dams.

二相ステンレス鋼のJIS鋼種は、SUS821L1、SUS323L、SUS329J1、SUS329J3L、SUS329J4L、SUS327Lの6鋼種がある。そのうちSUS821L1はSUS304、SUS323LはSUS316Lの代替として開発された鋼種であり、SUS329J3L、SUS329J4L、SUS327Lはそれより過酷な環境においても耐食性を有する高耐食鋼種である。 There are six JIS grades of duplex stainless steel, namely SUS821L1, SUS323L, SUS329J1, SUS329J3L, SUS329J4L, and SUS327L. Of these, SUS821L1 is a steel grade developed as a substitute for SUS304, SUS323L as a substitute for SUS316L, and SUS329J3L, SUS329J4L, and SUS327L are high corrosion-resistant steel grades having corrosion resistance even in harsher environments.

ところで、鋼を加工成型する手法の一つに熱間鍛造がある。当該法は素材を加熱し叩くことで成型するものであり、冷間鍛造では強度が高く成型しがたい鋼も比較的容易に成型できるうえ、圧延法と比べ大型部品を製造するのに優れた手法である。
食品、薬品の製造設備において、配管等をつなぐ際にフランジが使用される。このフランジは複雑な形状を有していることが多く、製造法として熱間鍛造を用いることが多々ある。
By the way, hot forging is one of the techniques for working and molding steel. This method heats and strikes the raw material to shape it, making it relatively easy to form steel that is difficult to form due to its high strength by cold forging. method.
Flanges are used to connect pipes in food and drug manufacturing facilities. This flange often has a complicated shape, and hot forging is often used as a manufacturing method.

二相ステンレス鋼の加工に熱間鍛造法を適用する場合の課題として、シグマ相の析出がある。シグマ相はFeにCr、Mo等が濃化した金属間化合物で、800℃~900℃付近に一定時間保持されることで析出するものであり、数%程度でも析出すると、熱間延性が低下し鍛造時に大きな割れを生じることに加え、材料の靭性、耐食性が極端に低下する。熱間鍛造は、一般に熱間圧延と比べ加工に要する時間が長く、加工途中に温度が低下して900℃を下回ることが容易に起きる。 Precipitation of sigma phase is a problem when hot forging is applied to processing of duplex stainless steel. The sigma phase is an intermetallic compound in which Cr, Mo, etc., are concentrated in Fe. However, in addition to the occurrence of large cracks during forging, the toughness and corrosion resistance of the material are extremely reduced. Hot forging generally requires a longer working time than hot rolling, and the temperature easily falls below 900° C. during working.

この場合、熱間割れを回避するために改めて再加熱する必要があり、製造効率を大きく損なう。さらに、鍛造温度が高くなるほど、素材が軟質となるため変形しやすいこと、室温までの熱収縮量が大きくなることから、寸法精度が低下し、結果、加工後の研削代が大きくなり、コスト、作業性を損ねる。
二相ステンレス鋼の鋼種のうちSUS329J3L、SUS329J4L、SUS327Lは、非常に優れた耐食性を有するが、いずれも900℃以下の低温で鍛造するとシグマ相が析出する問題を有する。
In this case, it is necessary to reheat again in order to avoid hot tearing, which greatly impairs manufacturing efficiency. Furthermore, the higher the forging temperature, the softer the material becomes, making it easier to deform, and the amount of heat shrinkage up to room temperature increases, resulting in a decrease in dimensional accuracy. impair workability.
Among duplex stainless steel grades, SUS329J3L, SUS329J4L, and SUS327L have very excellent corrosion resistance, but all of them have the problem of precipitation of sigma phase when forged at a low temperature of 900° C. or less.

この課題に対し、特許文献1では、鍛造後に熱処理を行うが、その際に冷却条件を適正化(1000℃以上に加熱後500℃まで5~12.5℃/分で、その後10℃/分以上で冷却)することでフェライト相の平均粒径を50μm以上と粗大化させシグマ相の析出を抑制する技術が開示されている。
また、特許文献2では、SiやMnを、0.005~0.1%と極小化することでシグマ相の析出を抑制する技術が開示されている。
In response to this problem, in Patent Document 1, heat treatment is performed after forging. A technique for suppressing the precipitation of sigma phases by increasing the average grain size of ferrite phases to 50 μm or more by cooling is disclosed.
Further, Patent Document 2 discloses a technique for suppressing the precipitation of the sigma phase by minimizing Si and Mn to 0.005 to 0.1%.

フランジ用の素材としてもう一つ考慮すべき特性として、溶接部の靭性、耐食性がある。フランジは多くの場合、配管等に周溶接して取り付けるからである。二相ステンレス鋼に含有されたNは、溶接時の加熱冷却によってCr窒化物として析出する。この窒化物は、割れの伝播を促進することで靭性を低下させ、また、析出によりCrが消費されいわゆるCr欠乏層を生じることで耐食性を低下させる。 Another property that should be considered for the flange material is the toughness and corrosion resistance of the weld zone. This is because flanges are often attached to pipes or the like by circumferential welding. N contained in the duplex stainless steel precipitates as Cr nitride by heating and cooling during welding. This nitride promotes the propagation of cracks to lower the toughness, and the precipitation consumes Cr to form a so-called Cr-deficient layer, thereby lowering the corrosion resistance.

二相ステンレス鋼の鋼種のうちSUS323Lは、母材の耐食性はSUS316L同等以上であり、シグマ相の析出もほとんどない鋼種であるが、溶接の条件によってはSUS316Lの耐食性レベルを下回ることがある課題をもつ。SUS821L1もシグマ相の析出は少なく、溶接部の耐食性低下も少ない成分系であるが、SUS304代替鋼のため当該用途には不向きである。 Among duplex stainless steel grades, SUS323L has a corrosion resistance of the base material equal to or higher than that of SUS316L, and is a steel grade with almost no precipitation of sigma phase. Have. SUS821L1 also has less precipitation of sigma phase and less deterioration in corrosion resistance of welds, but it is not suitable for this application because it is a substitute steel for SUS304.

一方、特許文献3では、汽水や海水に近い塩化物イオン濃度が高い環境で優れた耐食性を示しかつ経済性の高い二相ステンレス鋼材として、合金成分をC:0.001~0.03%、Si:0.05~1.5%、Mn:0.1~2.0%未満、Cr:20.0~26.0%、Ni:2.0~7.0%、Mo:0.5~3.0%、N:0.10~0.25%、Al:0.003~0.05%に調整したうえで、Nbを0.005~0.10%と微量含有しかつ抽出残渣中の[Nb]、[Cr]量を最適化した二相ステンレス鋼が開示されている。 On the other hand, in Patent Document 3, as a duplex stainless steel material that exhibits excellent corrosion resistance in an environment with a high chloride ion concentration similar to brackish water or seawater and is highly economical, C: 0.001 to 0.03%, Si: 0.05 to 1.5%, Mn: 0.1 to less than 2.0%, Cr: 20.0 to 26.0%, Ni: 2.0 to 7.0%, Mo: 0.5 After adjusting to ~3.0%, N: 0.10 to 0.25%, Al: 0.003 to 0.05%, Nb is contained in a trace amount of 0.005 to 0.10% and extraction residue A duplex stainless steel is disclosed in which the contents of [Nb] and [Cr] are optimized.

特開平9-217149号JP-A-9-217149 特開平11-50199号JP-A-11-50199 国際公開第2018/181990号WO2018/181990

本発明者は、従来技術を検討した結果、解決すべき課題があることを見出した。特許文献1は鍛造後の熱処理による改善であり、鍛造時のシグマ相析出による鍛造割れの回避およびそれに伴う作業性の低下改善、さらに寸法精度の向上に寄与するものではない。 As a result of examining the prior art, the inventor found that there is a problem to be solved. Patent document 1 is an improvement by heat treatment after forging, and does not contribute to avoiding forging cracks due to sigma phase precipitation during forging, improving workability associated therewith, and improving dimensional accuracy.

特許文献2は、Si、Mnの極低化は原料を高純化する必要があり多大なコストを有する。SUS323L、SUS821L1はシグマ相析出による課題は回避できるが、溶接部の耐食性の課題を回避できない。 According to Patent Document 2, extremely low Si and Mn require high purification of the raw material, resulting in a large cost. SUS323L and SUS821L1 can avoid the problem of sigma phase precipitation, but cannot avoid the problem of corrosion resistance of the weld zone.

特許文献3の鋼については溶接部の耐食性の課題はクリアでき、耐食性に関してはSUS316Lのフランジを代替しうる可能性はあるが、シグマ相析出の課題をクリアできるかは明確でない。 The steel of Patent Document 3 can clear the problem of corrosion resistance of welded parts, and it is possible that it can replace the flange of SUS316L in terms of corrosion resistance, but it is not clear whether it can clear the problem of sigma phase precipitation.

結局、低コストで、溶接部を含めてSUS316L並み以上の耐食性を確保しつつ、鍛造の煩雑さ、寸法精度の低さを回避する技術は開示されていない。本発明は、二相ステンレス鋼鍛造材において鋼材成分や製造条件を見直し、耐食性を確保しつつシグマ相の析出を抑制し、鍛造製品の寸法精度を向上させることを課題とする。 After all, there is no disclosure of a technique for avoiding the complication of forging and low dimensional accuracy while ensuring corrosion resistance equal to or higher than that of SUS316L including welded portions at low cost. An object of the present invention is to improve the dimensional accuracy of a forged product by reviewing the steel material composition and manufacturing conditions in duplex stainless steel forgings, suppressing the precipitation of sigma phase while ensuring corrosion resistance.

シグマ相は一般に高Cr、Mo、Niの二相ステンレス鋼で生じやすいとされている。これら元素を低減すると、シグマ相が析出する温度が低下する。発明者らは、このシグマ相析出開始温度を求め、これが900℃以下の場合製造時に実質的にシグマ相の悪影響を被ることなく鍛造を完成しうることを見出した。これは、シグマ相形成には拡散速度の比較的遅いMoが移動することが必要であるが、シグマ相析出開始温度TSIGMAが低いと、TSIGMA以下においても析出駆動力となる過冷度が低いため、拡散速度が遅くなる低温で析出を生じるのに相当な長時間を要するためである。 The sigma phase is generally considered to be likely to occur in high Cr, Mo, and Ni duplex stainless steels. Reducing these elements lowers the temperature at which the sigma phase precipitates. The inventors determined this sigma phase precipitation start temperature and found that when this is 900° C. or less, forging can be completed without being substantially adversely affected by the sigma phase during production. This is because Mo, which has a relatively slow diffusion rate, needs to move for the formation of the sigma phase. Because it is low, it takes a considerably long time for precipitation to occur at low temperatures where the diffusion rate slows down.

一方、Cr、Moは鋼の耐食性を向上させるのに重要な元素である。そこで本発明者らは、耐食性の低下は最小限にとどめたうえで、シグマ相実質的に熱間鍛造に悪影響を及ぼさない成分範囲および製造方法について鋭意検討し、本発明に至ったものである。 On the other hand, Cr and Mo are important elements for improving the corrosion resistance of steel. Therefore, the present inventors have made intensive studies on a composition range and a manufacturing method that minimize the deterioration of corrosion resistance and do not substantially adversely affect hot forging in the sigma phase, resulting in the present invention. .

具体的には、鋼の成分に加えPREN(耐孔食指数)を規定して耐食性を担保するとともに、二相ステンレス鋼においてシグマ相析出の発生源となるフェライト相の成分を測定してその成分範囲を基にシグマ相析出開始温度を900℃以下に規定することにした。 Specifically, in addition to the composition of steel, PREN (pitting resistance index) is specified to ensure corrosion resistance, and the composition of the ferrite phase, which is the source of sigma phase precipitation in duplex stainless steel, is measured and its composition Based on the range, the sigma phase precipitation start temperature was set to 900°C or less.

さらに製造法として、鋼の成分と素材加熱温度を規定することによって当該フェライト相の成分を得る方法を見出し、本発明に至ったものである。
これらの知見から、本発明のその要旨とするところは以下の通りである。
Furthermore, as a manufacturing method, the inventors found a method of obtaining the composition of the ferrite phase by specifying the composition of the steel and the heating temperature of the raw material, which led to the present invention.
Based on these findings, the gist of the present invention is as follows.

[1]
化学組成が、質量%で、
C:0.001~0.050%、
Si:0.05~0.80%、
Mn:0.10%~3.00%、
Cr:21.5~26.0%、
Ni:3.0~6.0%、
Mo:0.5~2.5%、
N:0.10~0.25%を含有し、
さらに
Al:0~0.05%、
Nb:0~0.15%、
Ti:0~0.020%、
Ta:0~0.20%、
Zr:0~0.05%、
Hf:0~0.08%、
Sn:0~0.10%、
W:0~1.0%、
Co:0~1.0%、
Cu:0~3.0%、
V:0~0.30%、
B:0~0.0050%、
Ca:0~0.0050%、
Mg:0~0.0050%、
REM:0~0.050%、
のうち1種または2種以上を含有し、
残部がFeおよび不純物であり、
不純物のうち
O:0.006%以下、
P:0.05%以下、
S:0.0050%以下、に制限し、
下記式1で表されるPRENが28.0~35.0を満足し、
オーステナイト量が30面積%以上70面積%以下で、
フェライト相に分配された各成分を用いて計算した下記式2で表されるシグマ相析出予測温度TSIGMAが900℃以下である
ことを特徴とする二相ステンレス鋼鍛造材
PREN=Cr+3.3Mo+16N・・・(式1)
SIGMA=12Crα+6Niα
+54Moα+23Siα-15Mnα+465・・・(式2)
但し、式1中における元素記号は、前記二相ステンレス鋼鍛造材中のそれぞれの元素の含有量(質量%)を、式2中におけるαを付した元素記号は前記二相ステンレス鋼鍛造材中のフェライト相に分配されたそれぞれの元素の含有量(質量%)を示す。
[2]
さらに化学組成が、質量%で、
Al:0.003~0.05%、
Nb:0.005~0.15%、
Ti:0.003~0.020%、
Ta:0.005~0.20%、
Zr:0.001~0.05%、
Hf:0.001~0.08%、
Sn:0.005~0.10%、
W:0.01~1.0%、
Co:0.01~1.0%、
Cu:0.01~3.0%、
V:0.01~0.30%、
B:0.0001~0.0050%、
Ca:0.0005~0.0050%、
Mg:0.0005~0.0050%、
REM:0.005~0.050%、
のうち1種または2種以上を含有することを特徴とする[1]に記載の二相ステンレス鋼鍛造材。
[3]
前記[1]または[2]に記載の成分組成を有し、下記式3で表されるシグマ相析出予測温度TSIGMA2が890℃以下である二相ステンレス鋼材を1150℃以上1350℃以下に加熱した後、熱間鍛造することを特徴とする請求項1に記載の二相ステンレス鋼鍛造材の製造方法
SIGMA2=4Cr+28Ni+55Mo+5Si-6Mn-30N+560・・・(式3)
但し、式3中における元素記号は、前記二相ステンレス鋼鍛造材中のそれぞれの元素の含有量(質量%)を示す。
[4]
前記熱間鍛造において、前記二相ステンレス鋼材の前記熱間鍛造の最終表面温度が900℃未満となることを特徴とする[3]に記載の二相ステンレス鋼鍛造材の製造方法
[5]
[1]または[2]に記載の二相ステンレス鋼鍛造材を用いたフランジ。
[6]
食品および薬品の製造設備に用いられる[5]に記載のフランジ。
[7]
前記[1]または[2]に記載の二相ステンレス鋼鍛造材を用いた溶接構造物。
[1]
The chemical composition, in mass %,
C: 0.001 to 0.050%,
Si: 0.05 to 0.80%,
Mn: 0.10% to 3.00%,
Cr: 21.5-26.0%,
Ni: 3.0 to 6.0%,
Mo: 0.5-2.5%,
N: contains 0.10 to 0.25%,
Furthermore, Al: 0 to 0.05%,
Nb: 0 to 0.15%,
Ti: 0 to 0.020%,
Ta: 0 to 0.20%,
Zr: 0 to 0.05%,
Hf: 0-0.08%,
Sn: 0-0.10%,
W: 0 to 1.0%,
Co: 0 to 1.0%,
Cu: 0-3.0%,
V: 0 to 0.30%,
B: 0 to 0.0050%,
Ca: 0 to 0.0050%,
Mg: 0-0.0050%,
REM: 0-0.050%,
containing one or more of
the balance being Fe and impurities,
O among impurities: 0.006% or less,
P: 0.05% or less,
S: limited to 0.0050% or less,
PREN represented by the following formula 1 satisfies 28.0 to 35.0,
Austenite content is 30 area% or more and 70 area% or less,
A duplex stainless steel forging PREN =Cr+3.3Mo+16N・... (Equation 1)
T SIGMA =12Cr α +6Ni α
+54Mo α +23Si α −15Mn α +465 (Formula 2)
However, the element symbol in Formula 1 represents the content (% by mass) of each element in the duplex stainless steel forging, and the element symbol with α in Formula 2 represents the duplex stainless steel forging. shows the content (% by mass) of each element distributed in the ferrite phase of
[2]
Furthermore, the chemical composition, in mass%,
Al: 0.003-0.05%,
Nb: 0.005 to 0.15%,
Ti: 0.003 to 0.020%,
Ta: 0.005 to 0.20%,
Zr: 0.001 to 0.05%,
Hf: 0.001 to 0.08%,
Sn: 0.005 to 0.10%,
W: 0.01 to 1.0%,
Co: 0.01 to 1.0%,
Cu: 0.01 to 3.0%,
V: 0.01 to 0.30%,
B: 0.0001 to 0.0050%,
Ca: 0.0005 to 0.0050%,
Mg: 0.0005-0.0050%,
REM: 0.005-0.050%,
The duplex stainless steel forging material according to [1], characterized by containing one or more of
[3]
A duplex stainless steel material having the chemical composition described in [1] or [2] and having a sigma phase precipitation prediction temperature T SIGMA2 represented by the following formula 3 of 890° C. or less is heated to 1150° C. or more and 1350° C. or less. The method for producing a duplex stainless steel forging material according to claim 1, wherein hot forging is performed after the
However, the symbol of each element in Formula 3 indicates the content (% by mass) of each element in the duplex stainless steel forging.
[4]
The method for producing a duplex stainless steel forged material according to [3], characterized in that in the hot forging, the final surface temperature of the duplex stainless steel material after hot forging is less than 900°C.
A flange using the duplex stainless steel forging material according to [1] or [2].
[6]
The flange according to [5] for use in food and drug manufacturing equipment.
[7]
A welded structure using the duplex stainless steel forging material according to the above [1] or [2].

本発明により得られる鍛造材は、十分な耐食性を有し、さらに高強度による軽量化を図れ、さらに鍛造の回数を最小限にできるとともに、鍛造時の寸法精度が優れ研削歩留を低減できることで、コストを最小限に抑制できる。 The forged material obtained by the present invention has sufficient corrosion resistance, can achieve weight reduction due to high strength, can minimize the number of forgings, has excellent dimensional accuracy during forging, and can reduce the grinding yield. , to minimize costs.

[二相ステンレス鋼の組成]
以下に、まず本発明を構成する二相ステンレス鋼鍛造材の組成および組織の限定理由について説明する。なお本明細書において特に断りのない限り成分に関する%は質量%を表す。
[Composition of Duplex Stainless Steel]
First, the reasons for limiting the composition and structure of the duplex stainless steel forging material constituting the present invention will be described below. In addition, % regarding a component represents the mass % unless there is particular notice in this specification.

Cは、0.050%を超えて含有させると熱間圧延時にCr炭化物が生成して、耐食性が劣化する。そのため含有量を0.050%以下にするとよい。好ましくは、0.030%以下であり、さらに好ましくは0.025%以下にするとよい。
一方、下限は特に限定しないが、C量を低減するコストの観点から0.001%を下限とする。好ましくは0.025%、または0.005%にするとよい。
If the C content exceeds 0.050%, Cr carbides are formed during hot rolling, degrading the corrosion resistance. Therefore, the content should be 0.050% or less. It is preferably 0.030% or less, more preferably 0.025% or less.
On the other hand, although the lower limit is not particularly limited, the lower limit is set to 0.001% from the viewpoint of the cost of reducing the C content. Preferably, it should be 0.025% or 0.005%.

Siは、脱酸のため0.05%以上含有するとよい。好ましくは、0.10%以上、さらに好ましくは0.20%以上にするとよい。
一方、過剰な含有は靭性を劣化させるとともにシグマ相の析出を促進するため、0.80%以下にするとよい。好ましくは0.50%以下、さらに好ましくは0.40%以下にするとよい。
Si should be contained in an amount of 0.05% or more for deoxidation. It is preferably 0.10% or more, more preferably 0.20% or more.
On the other hand, an excessive content deteriorates the toughness and promotes precipitation of the sigma phase, so the content is preferably 0.80% or less. It is preferably 0.50% or less, more preferably 0.40% or less.

Mnはオーステナイト相を増加させ靭性を改善する効果を有する。そのため0.10%以上含有するとよい。好ましくは0.30%以上、さらに好ましくは0.50%以上にするとよい。
一方、Mnはステンレス鋼の耐食性を低下する元素であるので、その含有量を3.00%以下にするとよい。好ましくは2.00%以下、さらに好ましくは1.50%以下にするとよい。
Mn has the effect of increasing the austenite phase and improving the toughness. Therefore, it is preferable to contain 0.10% or more. It is preferably 0.30% or more, more preferably 0.50% or more.
On the other hand, Mn is an element that lowers the corrosion resistance of stainless steel, so its content should be 3.00% or less. It is preferably 2.00% or less, more preferably 1.50% or less.

Crは、本発明鋼の基本的な耐食性を確保するため21.50%以上含有させるとよい。好ましくは23.00%以上、さらに好ましくは23.40%以上にするとよい。
一方で、Crを、26.00%を超えて含有させるとシグマ相の析出を促進しTSIGMAおよびTSIGMA2を上昇させる。またフェライト相分率が増加し靭性および溶接を行った場合の溶接部の耐食性を阻害する。このためCrの含有量を26.00%以下にするとよい。好ましくは25.00%以下、さらに好ましくは24.50%以下にするとよい。
Cr should be contained in an amount of 21.50% or more in order to ensure the basic corrosion resistance of the steel of the present invention. It is preferably 23.00% or more, more preferably 23.40% or more.
On the other hand, if the Cr content exceeds 26.00%, it promotes precipitation of the sigma phase and increases T SIGMA and T SIGMA2 . In addition, the ferrite phase fraction increases and deteriorates toughness and corrosion resistance of the weld zone when welding is performed. Therefore, the Cr content should be 26.00% or less. It is preferably 25.00% or less, more preferably 24.50% or less.

Niは、オーステナイト組織を安定にし、各種酸に対する耐食性、さらに靭性を改善するため3.0%以上含有させるとよい。好ましくは、4.0%以上、さらに好ましくは4.5%以上にするとよい。
一方、Niはシグマ相の析出を促進しTSIGMAおよびTSIGMA2を上昇させるうえ、高価であるため、Niは6.0%以下の含有量にするとよい。
Ni stabilizes the austenite structure, and is preferably contained in an amount of 3.0% or more in order to improve corrosion resistance to various acids and toughness. It is preferably 4.0% or more, more preferably 4.5% or more.
On the other hand, Ni promotes the precipitation of the sigma phase, increases T SIGMA and T SIGMA2 , and is expensive, so the Ni content should be 6.0% or less.

Moは、耐食性を高める非常に有効な元素であり、耐食性を確保するために0.5%以上含有させるとよい。好ましくは1.0%以上、さらに好ましくは1.2%以上にするとよい。
一方、Moは高価であるうえ、シグマ相の析出促進に大きく寄与し、TSIGMAおよびTSIGMA2を大きく上昇させる元素であるため、可能な限り抑制することが望ましい。そのため、Mo含有量は2.5%以下とするとよい。好ましくは2.0%以下、さらに好ましくは1.8%以下、より好ましくは1.6%以下にするとよい。
Mo is a very effective element for enhancing corrosion resistance, and should be contained in an amount of 0.5% or more to ensure corrosion resistance. It is preferably 1.0% or more, more preferably 1.2% or more.
On the other hand, Mo is an element that is expensive, contributes greatly to promoting the precipitation of the sigma phase, and greatly increases T SIGMA and T SIGMA2 , so it is desirable to suppress it as much as possible. Therefore, the Mo content should be 2.5% or less. It is preferably 2.0% or less, more preferably 1.8% or less, more preferably 1.6% or less.

Nは、強力なオーステナイト生成元素であるとともに、オーステナイト相に固溶して二相ステンレス鋼の強度、耐食性を高める非常に有効な元素であり、さらにはシグマ相の析出抑制効果の高い元素であるため、0.10%以上含有させるとよい。好ましくは0.12%以上、さらに好ましくは0.15%以上にするとよい。
一方、Nの固溶限度はCr含有量に応じて高くなるので、上記Cr含有量との関係から0.25%超含有させるとCr窒化物を析出して靭性および耐食性を阻害するようになる。そのため、N含有量を0.25%以下にするとよい。好ましくは0.22%以下、さらに好ましくは0.20%以下にするとよい。
N is a strong austenite-generating element, and is a very effective element that dissolves in the austenite phase and increases the strength and corrosion resistance of duplex stainless steel. Therefore, the content should be 0.10% or more. It is preferably 0.12% or more, more preferably 0.15% or more.
On the other hand, since the solid solubility limit of N increases with the Cr content, if the content exceeds 0.25% due to the relationship with the Cr content, Cr nitrides will precipitate and the toughness and corrosion resistance will be impaired. . Therefore, the N content should be 0.25% or less. It is preferably 0.22% or less, more preferably 0.20% or less.

O(酸素)は、不純物であり、ステンレス鋼の熱間加工性、靱性、耐食性を阻害する元素であるため、できるだけ少なくすることが好ましい。そのため、O含有量は0.006%以下にするとよい。また、O含有量の下限は特に限定しないが、酸素を極端に低減するには精錬に非常に大きなコストが必要となるため、経済性を考慮すると酸素量は0.001%以上あってもよい。 O (oxygen) is an impurity and an element that impairs the hot workability, toughness and corrosion resistance of stainless steel. Therefore, the O content should be 0.006% or less. In addition, the lower limit of the O content is not particularly limited, but since extremely high refining costs are required to extremely reduce the oxygen content, the oxygen content may be 0.001% or more from the economic point of view. .

Pは原料から不可避に混入する元素であり、熱間加工性および靱性を劣化させるため、できるだけ少ない方がよく、0.05%以下にするとよい。好ましくは、0.04%以下にするとよい。P含有量の下限は特に限定しないが、Pを極低量に低減するには、精錬時のコストが高くなる。このため、経済的観点よりP量の下限を0.01%にするとよい。 P is an element that is unavoidably mixed from raw materials, and deteriorates hot workability and toughness. Preferably, it should be 0.04% or less. Although the lower limit of the P content is not particularly limited, reducing the P content to an extremely low amount increases the cost during refining. Therefore, it is preferable to set the lower limit of the P amount to 0.01% from an economical point of view.

Sは原料から不可避に混入する元素であり、熱間加工性を阻害し鍛造時の割れを助長するとともに、靱性および耐食性をも劣化させるため、できるだけ少ない方がよく、上限を0.0050%以下にするとよい。好ましくは、0.0020%以下、さらに好ましくは0.0010%以下にするとよい。S含有量の下限は特に限定しないが、Sを極低量に低減するには、精錬時のコストが高くなる。このため、経済的観点よりS量の下限を0.0001%にするとよい。 S is an element that is unavoidably mixed from the raw material, and inhibits hot workability, promotes cracking during forging, and deteriorates toughness and corrosion resistance. should be It is preferably 0.0020% or less, more preferably 0.0010% or less. Although the lower limit of the S content is not particularly limited, reducing the S content to an extremely low amount increases the cost during refining. Therefore, from an economical point of view, the lower limit of the S content should be 0.0001%.

残部はFeおよび不可避的不純物である。不可避的不純物とは、原料中に含まれる元素や、製造中に意図せず含有される元素などである。 The balance is Fe and unavoidable impurities. The unavoidable impurities are elements contained in raw materials, elements unintentionally contained during production, and the like.

さらに、本発明の一実施形態として、Feに代わり以下の元素のうち1種または2種以上を含有してもよい。これら元素は特に含有しなくてもよく含有量の範囲は0%も含み、含有しない場合であっても本発明の課題解決には影響しない。 Furthermore, as one embodiment of the present invention, one or more of the following elements may be contained instead of Fe. These elements do not have to be contained, and the content range includes 0%.

Alは、鋼の脱酸効果がある元素であり、また本鋼の介在物の組成を制御するため、CaおよびMgとともに含有してもよい。Alは鋼中の酸素を低減するためにSiとあわせて含有させてもよい。Alは介在物の組成を制御し耐孔食性を高める効果もあり、その効果をより確実にするために0.003%以上含有してもよい。好ましくは0.005%以上にするとよい。
一方、AlはNとの親和力が比較的大きな元素であり、過剰に含有するとAlの窒化物を生じてステンレス鋼の靭性を阻害する。その程度はN含有量にも依存するが、Alが0.05%を超えると靭性低下が著しくなるためその含有量を0.05%以下にするとよい。好ましくは0.04%以下、より好ましくは0.03%以下にするとよい。
Al is an element that has a deoxidizing effect on steel, and may be contained together with Ca and Mg in order to control the composition of inclusions in the present steel. Al may be contained together with Si in order to reduce oxygen in the steel. Al also has the effect of controlling the composition of inclusions and increasing the pitting corrosion resistance, and may be contained in an amount of 0.003% or more in order to ensure this effect. Preferably, it should be 0.005% or more.
On the other hand, Al is an element that has a relatively high affinity with N, and if it is contained excessively, Al nitrides are produced, impairing the toughness of stainless steel. Although the extent depends on the N content, if the Al content exceeds 0.05%, the toughness decreases significantly, so the content should be 0.05% or less. It is preferably 0.04% or less, more preferably 0.03% or less.

Nbは、Nと親和力が強く、クロム窒化物の析出速度をさらに低下する作用を有する元素である。このため、0.005%以上含有してもよい。好ましくは0.010%以上、さらに好ましくは0.020%以上、より好ましくは0.030%以上にするとよい。
一方、Nbを過剰に含有するとNbの窒化物が多量に析出し、靱性を阻害するようになることから、その含有量を0.15%以下にするとよい。好ましくは0.09%以下、さらに好ましくは0.07%以下、より好ましくは0.05%以下にするとよい。
なお、Nbは高価な元素であるが、品位の低いスクラップに含有されるNbを積極的に利用することで、ステンレス溶解原料コストを安価にすることができる。このような方法により、Nb含有鋼の溶解コストの低減を図ることが好ましい。
Nb is an element that has a strong affinity with N and has the effect of further reducing the deposition rate of chromium nitride. Therefore, it may be contained in an amount of 0.005% or more. It is preferably 0.010% or more, more preferably 0.020% or more, and more preferably 0.030% or more.
On the other hand, if the Nb content is excessive, a large amount of Nb nitride precipitates, impairing the toughness. It is preferably 0.09% or less, more preferably 0.07% or less, and more preferably 0.05% or less.
Although Nb is an expensive element, the raw material cost for melting stainless steel can be reduced by actively using Nb contained in low-grade scrap. It is preferable to reduce the melting cost of Nb-containing steel by such a method.

Tiは、Nとの間に非常に強い親和力があり、鋼中でTiの窒化物を形成することから含有させてもよい。但し粗大な窒化物を形成しやすく、0.020%を超えて含有させるとTiの窒化物により靱性を阻害するようになることから、その含有量を0.020%以下、好ましくは0.015%以下、さらに好ましくは0.010%以下にするとよい。Tiを含有する場合、その効果をより確実に得るため0.003%以上含有するとよく、好ましくは0.005%以上、さらに好ましくは0.006%以上にするとよい。 Ti has a very strong affinity with N and may be included because it forms nitrides of Ti in steel. However, coarse nitrides are likely to be formed, and if the content exceeds 0.020%, the toughness is impaired by the nitrides of Ti. % or less, more preferably 0.010% or less. When Ti is contained, the content is preferably 0.003% or more, preferably 0.005% or more, and more preferably 0.006% or more, in order to obtain the effect more reliably.

Taは、介在物の改質により耐食性を向上させる元素であり含有してもよい。但し、Ta量が0.200%超の場合、常温延性の低下や靭性の低下を招くため、Ta含有量は、好ましくは0.200%以下にするとよく、より好ましくは0.100%以下である。少量のTa量で効果を発現させる場合には、Ta量を0.050%以下とすることが好ましい。
Taを含有する場合、その効果をより確実にするため、好ましくはTa量を0.005%以上とするとよい。
Ta is an element that improves corrosion resistance by modifying inclusions and may be contained. However, when the Ta content exceeds 0.200%, the normal temperature ductility and toughness are lowered, so the Ta content is preferably 0.200% or less, more preferably 0.100% or less. be. When the effect is expressed with a small amount of Ta, the amount of Ta is preferably 0.050% or less.
When Ta is contained, the amount of Ta is preferably 0.005% or more in order to ensure its effect.

Zr、Hfは、熱間加工性や鋼の清浄度を向上ならびに耐酸化性改善に対して有効な元素である。Snは耐酸性を向上させる効果があるため含有してもよい。
一方、これらの元素の過度な含有は粒界強度低下による粒界破壊を助長するため、Zr:0.05%以下、Hf:0.08%以下、Sn:0.10%以下とする必要がある。これらの効果をより確実に得るため、好ましくはZr:0.001%以上、Hf:0.001%以上、Sn:0.005%以上を含有するとよい。
Zr and Hf are effective elements for improving hot workability and cleanliness of steel and improving oxidation resistance. Sn has the effect of improving the acid resistance, so it may be contained.
On the other hand, excessive inclusion of these elements promotes intergranular fracture due to lower intergranular strength, so it is necessary to set Zr to 0.05% or less, Hf to 0.08% or less, and Sn to 0.10% or less. be. In order to obtain these effects more reliably, it is preferable to contain Zr: 0.001% or more, Hf: 0.001% or more, and Sn: 0.005% or more.

Wは、Moと同様にステンレス鋼の耐食性を向上させる元素であり、含有してもよい。しかし、高価な元素であるので1.00%以下にするとよい。好ましくは0.70%以下、さらに好ましくは0.50%以下にするとよい。含有する場合、その効果をより確実に得るため0.01%以上含有するとよく、好ましくは0.05%以上、さらに好ましくは0.10%以上にするとよい。 W, like Mo, is an element that improves the corrosion resistance of stainless steel and may be contained. However, since it is an expensive element, it should be 1.00% or less. It is preferably 0.70% or less, more preferably 0.50% or less. When it is contained, the content is preferably 0.01% or more, preferably 0.05% or more, and more preferably 0.10% or more, in order to obtain the effect more reliably.

Coは、鋼の靭性と耐食性を高めるために有効な元素であり、含有してもよい。Coは、高価な元素であるため1.0%以下含有するとよい。好ましくは0.7%以下、さらに好ましくは0.5%以下含有するとよい。Coを含有する場合、その効果をより確実に得るため0.01%以上含有するとよく、好ましくは0.03%以上、さらに好ましくは0.10%以上にするとよい。 Co is an effective element for increasing the toughness and corrosion resistance of steel and may be contained. Since Co is an expensive element, it should be contained in an amount of 1.0% or less. The content is preferably 0.7% or less, more preferably 0.5% or less. When Co is contained, the content is preferably 0.01% or more, preferably 0.03% or more, and more preferably 0.10% or more, in order to obtain the effect more reliably.

Cuは、ステンレス鋼の酸に対する耐食性を付加的に高める元素であり、かつ靭性を改善する作用を有するため、含有してもよい。Cuを3.0%超含有させると熱間圧延後の冷却時に固溶度を超えてεCuが析出し脆化するので3.00%以下含有するとよい。好ましくは1.70%以下、さらに好ましくは1.5%以下含有するとよい。Cuを含有する場合、0.01%以上、好ましくは0.33%以上、さらに好ましくは0.45%以上含有させるとよい。 Cu is an element that additionally increases the acid corrosion resistance of stainless steel and has the effect of improving the toughness, so it may be contained. If the Cu content exceeds 3.0%, εCu precipitates beyond the solid solubility during cooling after hot rolling, resulting in embrittlement. The content is preferably 1.70% or less, more preferably 1.5% or less. When Cu is contained, the content should be 0.01% or more, preferably 0.33% or more, and more preferably 0.45% or more.

Vは、Nと親和力があり、クロム窒化物の析出速度を低下する作用を有する元素である。このため、含有させてもよい。しかし、0.30%を越えて含有させるとVの窒化物が多量に析出し、靱性を阻害するようになることから、Vの含有量は0.30%以下、好ましくは0.25%以下、さらに好ましくは0.20%以下にするとよい。Vを含有する場合、その効果をより確実に得るため0.01%以上含有するとよく、好ましくは0.03%以上、さらに好ましくは0.08%以上にするとよい。 V is an element that has an affinity for N and acts to reduce the deposition rate of chromium nitride. Therefore, it may be contained. However, if the content exceeds 0.30%, a large amount of nitrides of V precipitates and the toughness is impaired. Therefore, the V content is 0.30% or less, preferably 0.25% or less. , and more preferably 0.20% or less. When V is contained, the content is preferably 0.01% or more, preferably 0.03% or more, and more preferably 0.08% or more, in order to obtain the effect more reliably.

Bは、鋼の熱間加工性を改善する元素である。また、Nとの親和力が非常に強い元素であり、多量に含有させるとBの窒化物が析出して、靱性を阻害するようになる。このため、その含有量を0.0050%以下、好ましくは0.0040%以下、さらに好ましくは0.0030%以下にするとよい。Bを含有する場合、その効果をより確実に得るため0.0001%以上含有するとよく、好ましくは0.0005%以上、さらに好ましくは0.0014%以上にするとよい。 B is an element that improves the hot workability of steel. In addition, it is an element that has a very strong affinity with N, and if it is contained in a large amount, nitrides of B precipitate and impair the toughness. Therefore, its content should be 0.0050% or less, preferably 0.0040% or less, more preferably 0.0030% or less. When B is contained, it should be contained in an amount of 0.0001% or more, preferably 0.0005% or more, and more preferably 0.0014% or more, in order to obtain its effect more reliably.

CaおよびMgは介在物の組成を制御し、耐孔食性と熱間加工性を高めるために含有してもよい。 Ca and Mg may be contained in order to control the composition of inclusions and improve pitting corrosion resistance and hot workability.

一方、CaおよびMgは、いずれも過剰な含有は逆に熱間加工性および靭性を低下するため、Caについては0.0050%以下、Mgについては0.0050%以下にするとよい。好ましくはCaを0.0040%以下、Mgを0.0025%以下、さらに好ましくはCaを0.0035%以下、Mgを0.0020%以下にするとよい。
CaおよびMgを含有する場合、0.003%以上0.050%以下のAlとともに溶解原料を用いて含有され、もしくは脱酸および脱硫操業を通じてその含有量が調整され、Caの含有量を0.0005%以上、Mgの含有量を0.0005%以上にするとよい。好ましくはCaを0.0010%以上、Mgを0.0010%以上、さらに好ましくはCaを0.0015%以上、Mgを0.0015%以上にするとよい。
On the other hand, an excessive content of both Ca and Mg adversely lowers hot workability and toughness, so Ca should be 0.0050% or less, and Mg should be 0.0050% or less. Ca is preferably 0.0040% or less, Mg is 0.0025% or less, more preferably Ca is 0.0035% or less, and Mg is 0.0020% or less.
When Ca and Mg are contained, they are contained using molten raw materials together with 0.003% or more and 0.050% or less of Al, or the content is adjusted through deoxidation and desulfurization operations, and the content of Ca is 0.05%. 0005% or more, and the Mg content is preferably 0.0005% or more. Ca is preferably 0.0010% or more and Mg is 0.0010% or more, more preferably Ca is 0.0015% or more and Mg is 0.0015% or more.

REMは鋼の熱間加工性を改善する元素であり、その目的で含有してもよい。一方で過剰な含有は逆に熱間加工性および靭性を低下するため、0.050%以下含有するとよい。好ましくは0.040%以下、さらに好ましくは0.030%以下にするとよい。REMを含有する場合は、その効果をより確実にするため0.005%以上含有するとよい。好ましくは0.010%以上、さらに好ましくは0.020%以上含有するとよい。
ここでREMは、スカンジウムSc、イットリウムY、およびランタンLaやセリウムCe等のランタノイド系希土類元素を指し、REM含有量とは、REMに属する各元素の含有量の総和とする。
REM is an element that improves the hot workability of steel, and may be contained for that purpose. On the other hand, excessive content adversely lowers hot workability and toughness, so the content should be 0.050% or less. It is preferably 0.040% or less, more preferably 0.030% or less. When REM is contained, it should be contained in an amount of 0.005% or more in order to ensure its effect. The content is preferably 0.010% or more, more preferably 0.020% or more.
Here, REM refers to scandium Sc, yttrium Y, and lanthanoid-based rare earth elements such as lanthanum La and cerium Ce, and the REM content is the total content of each element belonging to REM.

[オーステナイト量が30面積%以上70面積%以下]
一般に二相ステンレス鋼においてオーステナイト量は、フェライト量と等量に近い方が望ましい。フェライト過多の場合は靭性が低下し、またCr窒化物の析出が起こりやすくなる。一方、オーステナイト過多の場合は熱間加工性を阻害し鍛造時の割れを助長し、また応力腐食割れが起きやすくなる。さらにいずれの場合もフェライト相、オーステナイト相間の成分差が激しくなり、どちらかの相で耐食性が低下する。そこで、オーステナイト量として30面積%以上70面積%以下にするとよい。オーステナイト量とフェライト量はできるだけ等量であることが好ましいので、オーステナイト量は好ましくは35%以上、40%以上、または45%以上にするとよく、同様に65%以下、60%以下、または55%以下にするとよい。
[Austenite content is 30 area % or more and 70 area % or less]
In general, it is desirable that the austenite content in duplex stainless steel is close to the ferrite content. Excessive ferrite content lowers the toughness and facilitates the precipitation of Cr nitrides. On the other hand, excessive austenite impairs hot workability, promotes cracking during forging, and makes stress corrosion cracking more likely to occur. Furthermore, in either case, the difference in composition between the ferrite phase and the austenite phase becomes severe, and the corrosion resistance of one of the phases decreases. Therefore, the austenite content should be 30 area % or more and 70 area % or less. Since it is preferable that the amount of austenite and the amount of ferrite be as equal as possible, the amount of austenite is preferably 35% or more, 40% or more, or 45% or more, and similarly 65% or less, 60% or less, or 55%. You should do the following.

オーステナイト量は、鋼材断面を鏡面研磨したものを用いて、エッチング処理、光学顕微鏡による観察および画像解析を行うことにより、オーステナイト面積率を測定することによって求める。鋼材断面は、鋼材の厚さ方向(鋼材表面に垂直方向)であれば任意の断面でよい。加工の影響を避ける観点から、断面内の中央部付近で測定することが望ましい。 The amount of austenite is obtained by measuring the austenite area ratio by performing etching treatment, observation with an optical microscope, and image analysis using a mirror-polished steel cross section. The cross section of the steel material may be any cross section as long as it is in the thickness direction of the steel material (perpendicular to the surface of the steel material). From the viewpoint of avoiding the influence of processing, it is desirable to measure near the center of the cross section.

[28.0≦PREN≦35.0]
二相ステンレス鋼の場合、溶接を行った場合のCr窒化物析出による耐食性低下を考慮して、同等の耐食性を狙う場合にオーステナイト系より高めのPRENを確保することが多い。実験を行った結果、耐孔食性の指標である下記式1で定義されるPRENが28.0未満になると、二相ステンレス鋼母材のオーステナイト量が30~70面積%であっても汽水環境下において溶接熱影響部でSUS316Lを下回る耐食性となった。
[28.0≦PREN≦35.0]
In the case of duplex stainless steel, considering the decrease in corrosion resistance due to precipitation of Cr nitrides when welding is performed, it is often the case that PREN higher than that of austenitic stainless steel is secured when the same corrosion resistance is aimed. As a result of experiments, when PREN defined by the following formula 1, which is an index of pitting corrosion resistance, is less than 28.0, even if the austenite content of the duplex stainless steel base material is 30 to 70 area%, it can be used in a brackish water environment. The corrosion resistance at the weld heat affected zone was below that of SUS316L.

PREN=Cr+3.3Mo+16N・・・(式1)
但し、式1中における元素記号は、それぞれの元素の含有量(質量%)を示す。
PREN=Cr+3.3Mo+16N (Formula 1)
However, the element symbol in Formula 1 indicates the content (% by mass) of each element.

また、二相ステンレス鋼母材のPRENを高めるためにCr、Moの含有量を過大にすると、後述するTSIGMAおよびTSIGMA2を上昇させ、シグマ相が生成されやすくなるだけでなく、合金コストの増加や金属間化合物の生成を招く。一方Nの含有量を過大にすると靱性が悪化する等の悪影響が現れる。 In addition, if the contents of Cr and Mo are excessively increased in order to increase the PREN of the duplex stainless steel base material, T SIGMA and T SIGMA2 , which will be described later, are increased, and not only the sigma phase is likely to be generated, but also the alloy cost is reduced. increase and the formation of intermetallic compounds. On the other hand, if the N content is excessively high, adverse effects such as deterioration of toughness appear.

以上より、本発明ではオーステナイト量を30~70面積%、かつ二相ステンレス鋼母材の上記式(1)で定義されるPREN値を28.0以上35.0以下とするとよい。PREN値は、好ましくは29.0以上、30.0以上、30.5以上、または31.0以上にするとよく、また34.5以下、34.0以下、33.5以下、または33.0以下にするとよい。 As described above, in the present invention, the austenite content should be 30 to 70 area %, and the PREN value defined by the above formula (1) of the duplex stainless steel base material should be 28.0 or more and 35.0 or less. The PREN value is preferably 29.0 or more, 30.0 or more, 30.5 or more, or 31.0 or more, and 34.5 or less, 34.0 or less, 33.5 or less, or 33.0. You should do the following.

[TSIGMA≦900℃]
従来型の二相ステンレス鋼では鍛造に時間を要して表面温度が約900℃を下回ると、金属間化合物であるシグマ相が析出し、熱間延性および靭性を大きく低下させるため、材料割れの原因となる。このことから、表面温度が900℃を下回った時点で再加熱を必要としていた。しかしながら、材料の成分を最適化しシグマ相の析出を抑制することで、二相ステンレス鋼であっても鍛造時にシグマ相析出による特性低下を起こさない材料を得ることができることを見出した。
[T SIGMA ≤ 900°C]
In conventional duplex stainless steel, when forging takes a long time and the surface temperature drops below about 900°C, the sigma phase, which is an intermetallic compound, precipitates and significantly reduces hot ductility and toughness, resulting in material cracking. cause. For this reason, reheating was required when the surface temperature fell below 900°C. However, it was found that by optimizing the composition of the material and suppressing the precipitation of the sigma phase, it is possible to obtain a material that does not cause deterioration in properties due to the precipitation of the sigma phase during forging, even if it is a duplex stainless steel.

二相ステンレス鋼においてシグマ相は、フェライト相が相変態することによってもたらされるので、フェライト相とオーステナイト相に成分分配が起きることに鑑み発明者らは鋭意検討の結果、シグマ相の平衡析出温度であるTSIGMAをフェライト相に分配される成分含有量から導くことができることを見出し、これに基づきシグマ相析出を抑制しうる材料が得られることが分かった。 In duplex stainless steel, the sigma phase is brought about by the phase transformation of the ferrite phase. It has been found that a certain T SIGMA can be derived from the content of components distributed in the ferrite phase, and based on this it has been found that a material can be obtained which can suppress sigma phase precipitation.

具体的には、二相ステンレス鋼鍛造材について、フェライト相の成分を測定し、それらフェライト相の成分含有量を下記式2に代入してシグマ相の平衡析出温度であるTSIGMAを計算し、これが900℃以下とするとよいことを見出した。即ち、TSIGMAは、シグマ相の平衡析出温度の予測温度であり、式2はその予測式である。TSIGMA以下にならない限りシグマ相が析出しないと予測されるから、TSIGMAが低くなるように成分を調整すれば、温度低下による再加熱までの鍛造時間を確保することができる。それだけでなく、温度が低下するとシグマ相析出に必要な元素の拡散が低下するため、析出速度自体が抑制される。式2は、サーモカルク社の熱力学計算ソフト「Thermo-Calc」(登録商標)を用いた平衡計算より求めた式を基本とし、さらに本発明者らの実験により修正を加えたものである。 Specifically, for a duplex stainless steel forging material, the components of the ferrite phase are measured, and the contents of the ferrite phase components are substituted into the following equation 2 to calculate T SIGMA , which is the equilibrium precipitation temperature of the sigma phase, It was found that the temperature should be 900° C. or lower. That is, T SIGMA is the prediction temperature of the equilibrium precipitation temperature of the sigma phase, and Equation 2 is the prediction formula. Since it is predicted that the sigma phase will not precipitate unless the T SIGMA becomes lower than T SIGMA, the forging time until reheating due to the temperature drop can be ensured by adjusting the composition so as to lower the T SIGMA . In addition, when the temperature is lowered, the diffusion of elements necessary for sigma phase precipitation is lowered, so the precipitation rate itself is suppressed. Equation 2 is based on an equation obtained by equilibrium calculation using thermodynamic calculation software "Thermo-Calc" (registered trademark) of Thermo-Calc, Inc., and is further modified by experiments conducted by the present inventors.

SIGMA=12Crα+6Niα
+54Moα+23Siα-15Mnα+465・・・(式2)
式2中におけるαが付いた元素記号はフェライト相に分配されたそれぞれの元素の含有量(質量%)を示す。
T SIGMA =12Cr α +6Ni α
+54Mo α +23Si α −15Mn α +465 (Formula 2)
Element symbols with α in Formula 2 indicate contents (% by mass) of respective elements distributed in the ferrite phase.

フェライト相の成分は、鋼材断面を鏡面研磨したものを用いて、EPMAを用い厚さ方向に線分析を行うと、フェライト相とオーステナイト相に対応してCr、Moが高い部分と低い部分に明確に分かれるので、高い部分をフェライト相として、その数値データを平均することで求められる。あるいはCr、Moが濃化しているフェライト相を判定したうえで、フェライト相上の複数箇所を点分析して平均してもよい。
鋼材断面は、オーステナイト量の測定と同様、鋼材の任意断面でよく、断面中の中央部で測定するとよい。
The components of the ferrite phase can be clearly seen in high and low Cr and Mo portions corresponding to the ferrite phase and austenite phase by performing line analysis in the thickness direction using EPMA using a mirror-polished steel cross section. Therefore, it can be obtained by averaging the numerical data of the high part as the ferrite phase. Alternatively, after determining the ferrite phase in which Cr and Mo are concentrated, a plurality of points on the ferrite phase may be analyzed and averaged.
As with the measurement of the austenite content, the cross section of the steel material may be any cross section of the steel material, and the measurement should be made at the central portion of the cross section.

[本発明の鍛造材の製造方法]
次に、本発明の鍛造材の製造方法について説明する。
上記した成分組成の鋼を溶製して、鍛造用の鋼塊を製造する。鋼の溶製方法、鋼塊の製造方法は特に限定しない。既存の常法により鍛造用鋼塊を製造することができる。
上記TSIGMAは、鍛造材(鍛造された鋼材)中のフェライトに配分された成分含有量から求まる予想温度である。従って、鍛造後のフェライト相中の成分を予測しなければならない。そこで、本発明者らは、鍛造用鋼塊の段階でも、鍛造後の鍛造材中のフェライト相の成分含有量を推定し、シグマ相へ移行析出温度を予測することを発想し、TSIGMA2を見出した。
[Method for producing forged material of the present invention]
Next, a method for manufacturing a forged material according to the present invention will be described.
A steel ingot for forging is manufactured by melting the steel having the composition described above. There are no particular limitations on the steel melting method and steel ingot manufacturing method. A steel ingot for forging can be produced by an existing conventional method.
The above T SIGMA is an expected temperature obtained from the component contents distributed in ferrite in the forging material (forged steel material). Therefore, one must predict the composition in the ferrite phase after forging. Therefore, the present inventors have come up with the idea of estimating the content of the ferrite phase in the forged material after forging, even at the stage of the forging steel ingot, and predicting the transition precipitation temperature to the sigma phase, and T SIGMA2 . Found it.

[TSIGMA2≦890℃]
SIGMA2は、TSIGMAと異なり鋼の元素含有量より計算される式である。TSIGMAと同様に、TSIGMA2はシグマ相の平衡析出温度の予測温度であり、式3はその予測式である。本発明者らは、鋼中の元素含有量と加熱温度とを組み合わせることでフェライト相とオーステナイト相への成分の分配状況まで予測することができることを見出し導いた。即ち、TSIGMAのように鋼中のフェライト相へ分配された成分含有量を測定する必要がなく、熱間鍛造前の熱処理の加熱温度が1150~1350℃の範囲であれば、鋼中の成分含有量からシグマ相の平衡析出温度を予測するものである。具体的には、二相ステンレス鋼鍛造材の鋼の成分を測定し各元素の含有量を(予め成分含有量が既知であれば、測定することなく、その含有量を)、式3に代入してシグマ相の平衡析出温度であるTSIGMA2を計算したものである。TSIGMA2はTSIGMAと同様に扱える指標である。即ち、TSIGMA2以下の温度にならない限りシグマ相が析出しないと予測されるため、再加熱までの鍛造時間を延長することができる。それだけでなく、TSIGMA2が低い場合はシグマ相析出に必要な元素の拡散が低下するため、析出速度自体が抑制される。式3は、TSIGMAと同様、サーモカルク社の熱力学計算ソフト「Thermo-Calc」(登録商標)を用いた平衡計算より求めた式を基本とし、さらに本発明者らの実験により修正を加えたものである。
SIGMA2の上限は、実際のTSIGMAとのバラツキを考慮して890℃とし、好ましくは880℃、870℃、860℃または850℃にするとよい。
[T SIGMA2 ≤ 890°C]
Unlike T SIGMA , T SIGMA2 is a formula calculated from the element content of steel. Similar to T SIGMA , T SIGMA2 is the predicted temperature for the equilibrium precipitation temperature of the sigma phase and Equation 3 is its prediction formula. The present inventors have found that it is possible to predict the distribution of components to the ferrite phase and the austenite phase by combining the content of elements in the steel and the heating temperature. That is, unlike T SIGMA , there is no need to measure the content of components distributed to the ferrite phase in the steel, and if the heating temperature of the heat treatment before hot forging is in the range of 1150 to 1350 ° C., the components in the steel The equilibrium precipitation temperature of the sigma phase is predicted from the content. Specifically, the steel components of the duplex stainless steel forging are measured, and the content of each element (if the component content is known in advance, the content is not measured) and is substituted into Equation 3. T SIGMA2 , which is the equilibrium precipitation temperature of the sigma phase, is calculated by T SIGMA2 is an index that can be handled in the same way as T SIGMA . That is, since it is predicted that the sigma phase will not precipitate unless the temperature reaches T SIGMA2 or lower, the forging time until reheating can be extended. In addition, when T SIGMA2 is low, the diffusion of elements necessary for sigma phase precipitation decreases, so the precipitation rate itself is suppressed. Equation 3, like T SIGMA , is based on an equation obtained from equilibrium calculations using the thermodynamic calculation software "Thermo-Calc" (registered trademark) of Thermocalc, Inc., and further modified by the experiments of the present inventors. It is.
The upper limit of T SIGMA2 is set at 890°C, preferably at 880°C, 870°C, 860°C or 850°C, taking into account variations from the actual T SIGMA .

SIGMA2=4Cr+28Ni+55Mo+5Si-6Mn-30N+560・・・(式3)
但し、式3中における元素記号は、鋼中のそれぞれの元素の含有量(質量%)を示す。
T SIGMA2 = 4Cr+28Ni+55Mo+5Si-6Mn-30N+560 (Formula 3)
However, the symbol of each element in Formula 3 indicates the content (% by mass) of each element in the steel.

[素材の加熱温度:1150~1350℃]
さらに、鍛造材製造時の素材の加熱温度を1150℃以上、1350℃以下と規定する。加熱温度を高めることによって、素材のCrやMoの偏析が緩和されることに加え、フェライト相へのCr、Moへの分配が少なくなる効果があり、結果としてフェライト相からシグマ相への変態が抑制される。この効果を有するには加熱温度を1150℃超にするとよい。好ましくは1170℃超、より好ましくは1200℃超、さらに好ましくは1220℃以上にするとよい。一方、加熱温度が高すぎると、炉の損傷が激しくなることから1350℃以下にするとよい。好ましくは1300℃以下である。
[Material heating temperature: 1150-1350°C]
Furthermore, the heating temperature of the raw material at the time of manufacturing the forged material is defined as 1150° C. or higher and 1350° C. or lower. By raising the heating temperature, the segregation of Cr and Mo in the material is relaxed, and in addition, there is the effect of reducing the distribution of Cr and Mo to the ferrite phase, and as a result, the ferrite phase transforms into the sigma phase. Suppressed. To obtain this effect, the heating temperature should be higher than 1150°C. It is preferably higher than 1170°C, more preferably higher than 1200°C, further preferably higher than 1220°C. On the other hand, if the heating temperature is too high, the furnace will be severely damaged. It is preferably 1300° C. or less.

[熱間鍛造の表面温度における最終温度:900℃未満]
SIGMAやTSIGMA2が900℃以下であれば表面温度が900℃未満となっても、シグマ相の析出による熱間割れを回避する必要がないため、再加熱を不要とできる。それにより、再加熱の回数を大きく低減することができ、製造性が非常に向上する。さらに低い温度で鍛造することで、低強度による加工時の変形および冷却時の熱収縮による変形を抑制できることから寸法精度が向上する。結果として、研削の工数や、研削ロスを低減することができる。
[Final temperature at hot forging surface temperature: less than 900 ° C.]
If T SIGMA and T SIGMA2 are 900° C. or less, even if the surface temperature becomes less than 900° C., there is no need to avoid hot cracking due to precipitation of the sigma phase, so reheating is unnecessary. As a result, the number of times of reheating can be greatly reduced, and manufacturability is greatly improved. Furthermore, by forging at a lower temperature, deformation during processing due to low strength and deformation due to thermal contraction during cooling can be suppressed, thereby improving dimensional accuracy. As a result, the man-hours for grinding and grinding loss can be reduced.

本発明者らの知見では、表面温度が800℃未満でも問題なく鍛造可能で、さらに寸法精度を高めることができる。一方、表面温度が500℃未満になると、熱間強度が高くなりすぎて、加工を行うのが困難になる。そのため熱間鍛造する際に表面温度は、好ましくは500℃以上とするよい。 According to the knowledge of the present inventors, forging is possible without any problem even if the surface temperature is less than 800° C., and the dimensional accuracy can be further improved. On the other hand, if the surface temperature is less than 500° C., the hot strength becomes too high, making it difficult to work. Therefore, the surface temperature is preferably 500° C. or higher during hot forging.

以下、実施例にて本発明を説明する。
表1に、サンプルとなる二相ステンレス鋼の成分を示す。各サンプルの成分になるように調整した鋼を実験室の25~75kg真空誘導炉によりMgOるつぼ中で溶製し、厚さと幅が約100mmの角鋼塊に鋳造した。なお、表1において、空欄は、該当する成分が含有されていないことを示す。鋼塊の本体部分より約20kgの熱間鍛造用素材を加工し、これを1250℃の温度に加熱し2h保持した後、20mm厚までハンマー鍛造して鍛造材(一回鍛造材)を得た。その際、表面温度は約650℃まで低下した。
The present invention will now be described with reference to examples.
Table 1 shows the composition of the sample duplex stainless steel. The tailored steel for each sample was melted in a MgO crucible in a laboratory 25-75 kg vacuum induction furnace and cast into square ingots approximately 100 mm thick and wide. In addition, in Table 1, a blank indicates that the corresponding component is not contained. About 20 kg of material for hot forging was processed from the main body of the steel ingot, heated to a temperature of 1250°C and held for 2 hours, and then hammer forged to a thickness of 20 mm to obtain a forged material (single forged material). . At that time, the surface temperature decreased to about 650°C.

表2に、鍛造材の評価結果を示す。まず、鍛造材の外観観察を行い、研削で除去できないレベルである数mm深さの割れが生じたものを×、生じなかったものを〇とした。また、鍛造材の四隅の厚さを測定し、狙い値20mmとの最大差を寸法誤差(mm)とした。 Table 2 shows the evaluation results of the forged materials. First, the appearance of the forged material was observed, and x was given to those with cracks several mm deep, which could not be removed by grinding, and ◯ was given to those that did not. Also, the thickness of the four corners of the forged material was measured, and the maximum difference from the target value of 20 mm was taken as the dimensional error (mm).

次に、鍛造材の表層部より組織観察用試料を採取し、断面を鏡面研磨し、EPMAを用いて観察した。観察試料の厚さ方向に1μmピッチで1mm長さの線分析を行い、Cr、Moが高い部分と低い部分に二分化しているうち高い部分をフェライト相として、その数値データを平均してフェライト相の成分を求めた。 Next, a sample for structural observation was taken from the surface layer of the forged material, and the cross section was mirror-polished and observed using EPMA. A line analysis of 1 mm length is performed at a pitch of 1 μm in the thickness direction of the observation sample. components were obtained.

また、割れ判定が〇となったサンプルを1060℃で1時間保持後に水冷する溶体化熱処理を行い、当該材の表層の1mm下より孔食試験片を採取した。耐食性評価として、溶体化熱処理したサンプルを50℃の3.5%NaCl溶液中にて孔食電位の測定をJIS G0577に規定される方法に準拠して実施した。また、靭性評価として、溶体化熱処理したサンプルの表層1mm下よりJIS Z 2202に規定に準拠してVノッチ試験片を採取し、試験温度-20℃でシャルピー衝撃試験を実施した。 In addition, a sample with a crack judgment of 0 was subjected to solution heat treatment by holding it at 1060° C. for 1 hour and then cooling with water, and a pitting corrosion test piece was taken from 1 mm below the surface layer of the material. As a corrosion resistance evaluation, the pitting potential of the solution heat-treated sample was measured in a 3.5% NaCl solution at 50° C. in accordance with the method specified in JIS G0577. For evaluation of toughness, a V-notch test piece was taken from 1 mm below the surface layer of the solution heat-treated sample according to JIS Z 2202, and a Charpy impact test was performed at a test temperature of -20°C.

さらに、パイプの差し込み溶接を模擬すべく、以下のような溶接試験体を作成した。当該材の表面を研磨したのち20mm厚×50mm×100mmと5mm厚×50mm×100mmに切断し、前者の20mm×100mmの面と後者の50mm×100mmの面が接触し、前者の50mm×100mmの面と後者の5mm×100mmの切断面が同一平面になるように直角に組み合わせ、接触部両側をタングステンアーク溶接(GTAW)で溶接して溶接継手を作製した。溶接条件は、1.2mmφ径のSUS329J3L系の溶接ワイヤを使用し、溶接電流:200A、アーク電圧:12V、溶接速度:20cm/min、100%Arシールドガス流量:15リットル/minである。 Furthermore, in order to simulate insertion welding of pipes, the following welding specimens were created. After polishing the surface of the material, it was cut into 20 mm thick × 50 mm × 100 mm and 5 mm thick × 50 mm × 100 mm. A welded joint was produced by combining the surface and the latter's cut surface of 5 mm×100 mm at right angles so as to be on the same plane, and welding both sides of the contact portion by tungsten arc welding (GTAW). Welding conditions were as follows: SUS329J3L welding wire with a diameter of 1.2 mm was used, welding current: 200 A, arc voltage: 12 V, welding speed: 20 cm/min, and 100% Ar shielding gas flow rate: 15 liters/min.

溶接部の耐食性評価として、当該材の断面より、溶接熱影響部および溶接金属を全て含むように、孔食試験片を採取し、50℃の3.5%NaCl溶液中にて孔食電位の測定をJIS G0577に規定される方法に準拠して実施した。 As a corrosion resistance evaluation of the weld zone, a pitting test piece was taken from the cross section of the material so as to include all the weld heat affected zone and the weld metal, and the pitting potential was measured in a 3.5% NaCl solution at 50 ° C. The measurement was carried out according to the method specified in JIS G0577.

表2には、各鍛造材のフェライト相成分分析結果、オーステナイト相面積率、鍛造時の割れの有無、寸法誤差、母材の耐食性および靭性評価、さらに溶接部の耐食性評価結果を示す。
本発明例の鍛造材は、いずれも大きな割れを生じず、寸法誤差が1.0mm以下であり、50℃における母材の孔食電位が0.3V vsSSE以上、溶接部の孔食電位が0.28V vsSSE以上で-20℃の衝撃値が100J/cm以上と良好な特性を示した。
Table 2 shows the results of ferrite phase component analysis, austenite phase area ratio, presence or absence of cracks during forging, dimensional errors, base material corrosion resistance and toughness evaluation, and weld corrosion resistance evaluation results for each forged material.
None of the forged materials of the present invention causes large cracks, has a dimensional error of 1.0 mm or less, has a pitting potential of the base material of 0.3 V vs SSE or more at 50 ° C., and a pitting potential of the weld zone of 0. The impact value at −20° C. was 100 J/cm 2 or more at 0.28 V vs SSE or more, showing good characteristics.

一方、比較例のNo.14、16は、それぞれCr、Moが過多のため、TSIGMAが900℃を超え、その結果鍛造中にシグマ相が析出し、割れが生じた。TSIGMA2が900℃を超えたNo.21も同様だった。No.9、11、13、15、19はそれぞれC過多、Mn過多、Cr過少、Mo過少、PREN過少のため耐食性が不良であった。No.17はN過少のため、溶接部でCr窒化物が析出し、耐食性不良であった。No.18はN過多のため、Cr窒化物が析出し、靭性、耐食性ともに不良であった。No.12、20はそれぞれNi過少、フェライト過多のため靭性が不良であった。 On the other hand, No. of the comparative example. In Nos. 14 and 16, Cr and Mo were excessive, respectively, so T SIGMA exceeded 900° C. As a result, sigma phase was precipitated during forging and cracks occurred. No. T SIGMA2 exceeded 900°C. 21 was the same. No. Nos. 9, 11, 13, 15 and 19 were poor in corrosion resistance due to excessive C, excessive Mn, insufficient Cr, insufficient Mo, and insufficient PREN, respectively. No. In No. 17, Cr nitride was precipitated at the weld zone due to insufficient N, and the corrosion resistance was poor. No. In No. 18, Cr nitride was precipitated due to excessive N, and both toughness and corrosion resistance were poor. No. Nos. 12 and 20 had poor toughness due to insufficient Ni and excessive ferrite, respectively.

次に、表3に、途中で再加熱せずに一気に鍛造した鍛造材(一回鍛造材)と、途中再加熱した鍛造材(再加熱付加材)を対比した結果と示す。
上記サンプルと同様、No.5、7、21の鋼材、1250℃の温度に加熱して2h保持した後、20mm厚までハンマー鍛造し鍛造用素材を加工した。その際、900℃に達した場合に1250℃で再加熱する工程を二度加え、900℃超で鍛造が完了するようにして鍛造材(再加熱付加材)を得た。当該材について外観観察を行い、研削で除去できないレベルである数mm深さの割れが生じたものを×、生じなかったものを〇とした。また、鍛造材の四隅の厚さを測定し、狙い値20mmとの最大差を寸法誤差(mm)とした。
Next, Table 3 shows the results of comparing a forged material that was forged at once without reheating in the middle (single forging material) and a forged material that was reheated in the middle (additional reheating material).
Similar to the above sample, No. Steel materials Nos. 5, 7 and 21 were heated to a temperature of 1250° C. and held for 2 hours, and then subjected to hammer forging to a thickness of 20 mm to form forging materials. At that time, when the temperature reached 900°C, a step of reheating at 1250°C was added twice to complete the forging above 900°C to obtain a forged material (reheated material). The appearance of the material was observed, and x was given to those with cracks several millimeters deep, which could not be removed by grinding, and ◯ was given to those that did not. Also, the thickness of the four corners of the forged material was measured, and the maximum difference from the target value of 20 mm was taken as the dimensional error (mm).

再加熱付加材と一回鍛造材それぞれの割れ状況および寸法精度を表3に示す。なお、ア、ウ、オはそれぞれ表2と同じである。No.5、7を一回鍛造した場合、割れの問題はなく、寸法精度は良好であった。No.21を一回鍛造した場合、大きな割れを生じ製品を採取できなかった。再加熱付加材の3サンプルは、ともに最低温度900℃狙いで鍛造しているので割れの問題なく製造可能であるが、寸法誤差が1.0mmを超過し、後工程の研削の負荷が非常に大きくなった。 Table 3 shows the cracking conditions and dimensional accuracy of the reheated material and the single forged material. A, C, and E are the same as those in Table 2, respectively. No. When 5 and 7 were forged once, there was no problem of cracking and the dimensional accuracy was good. No. When No. 21 was forged once, a large crack occurred and a product could not be obtained. The three samples of the reheating addition material were forged at a minimum temperature of 900°C, so they can be manufactured without cracking, but the dimensional error exceeds 1.0 mm, and the grinding load in the post-process is extremely high. got bigger.

さらに、表4には、加熱温度の影響について調べた結果を示す。上記サンプルと同様、No.5、7、21の鋼材より同様に鍛造用素材を加工し、加熱温度を1130~1320℃の間で変え、その温度で2h保持した後、20mm厚までハンマー鍛造した鍛造材(一回鍛造材)を得た。その際、鍛造完了時の表面温度は約600~880℃くらいまで低下した。当該材を1060℃×1時間に加熱保持後水冷して溶体化熱処理を行って評価をした。 Furthermore, Table 4 shows the results of investigating the effect of heating temperature. Similar to the above sample, No. 5, 7, and 21 steel materials are similarly processed into forging materials, the heating temperature is changed between 1130 and 1320°C, and after holding at that temperature for 2 hours, the forged materials are hammer forged to a thickness of 20 mm (single forging materials ). At that time, the surface temperature at the completion of forging decreased to about 600 to 880°C. After heating and holding the material at 1060° C. for 1 hour, it was cooled with water and subjected to solution heat treatment for evaluation.

表4のc、h、kは表2と同じである。加熱温度が低くなるに従いTsigmaが高温化しているが、いずれもTsigmaが900℃以下の場合に割れを生じていないことが判る。その境界温度は鋼材の成分より計算したTsigma2の差異によって変化するが、No.21のようにTsigma2が元々890℃超の場合、1150℃以上の加熱を行えばTsigmaが900℃を超えることはない。

c, h and k in Table 4 are the same as in Table 2. Although T sigma increased as the heating temperature decreased, it was found that cracks did not occur when T sigma was 900°C or less. The boundary temperature varies depending on the difference in T sigma2 calculated from the composition of the steel material. When T sigma2 originally exceeds 890° C. as in 21, T sigma does not exceed 900° C. if heating is performed at 1150° C. or higher.

Figure 2022152427000001
Figure 2022152427000001

Figure 2022152427000002
Figure 2022152427000002

Figure 2022152427000003
Figure 2022152427000003

Figure 2022152427000004
Figure 2022152427000004

本発明により得られる二相ステンレス鋼鍛造材は、製造時のシグマ相の析出をほぼ抑制することにより、再加熱を行うことなく鍛造割れを防止でき、製造性が非常に良好である。また、鍛造温度を低くできることから寸法精度が向上し、研削歩留を低減することができる。また、溶接部を含めてSUS316Lと同等以上の十分な耐食性を有し、さらに高強度による軽量化を図れ、さらに鍛造に要するコストも最小限に抑制できることから、大幅なコスト削減、高効率化に寄与することができ、産業面、環境面に寄与するところは極めて大である。
例えば、食品や薬品等の製造設備や貯蔵タンク等のフラン素材に、現行SUS316Lの代替素材として適用が想定される。
The duplex stainless steel forging obtained by the present invention can prevent forging cracks without reheating by substantially suppressing the precipitation of the sigma phase during production, and has very good manufacturability. In addition, since the forging temperature can be lowered, the dimensional accuracy is improved and the grinding yield can be reduced. In addition, it has sufficient corrosion resistance equal to or higher than that of SUS316L, including the welded parts, and it is possible to achieve weight reduction due to its high strength.In addition, the cost required for forging can be minimized, resulting in significant cost reduction and high efficiency. It is possible to contribute, and the place where it contributes to the industrial aspect and the environmental aspect is extremely large.
For example, it is expected to be applied as an alternative material to the current SUS316L for furan materials such as manufacturing equipment for food and medicine, storage tanks, and the like.

Claims (7)

化学組成が、質量%で、
C:0.001~0.050%、
Si:0.05~0.80%、
Mn:0.10%~3.00%、
Cr:21.5~26.0%、
Ni:3.0~6.0%、
Mo:0.5~2.5%、
N:0.10~0.25%を含有し、
さらに
Al:0~0.05%、
Nb:0~0.15%、
Ti:0~0.020%、
Ta:0~0.20%、
Zr:0~0.05%、
Hf:0~0.08%、
Sn:0~0.10%、
W:0~1.0%、
Co:0~1.0%、
Cu:0~3.0%、
V:0~0.30%、
B:0~0.0050%、
Ca:0~0.0050%、
Mg:0~0.0050%、
REM:0~0.050%、
のうち1種または2種以上を含有し、
残部がFeおよび不純物であり、
不純物のうち
O:0.006%以下、
P:0.05%以下、
S:0.0050%以下、に制限し、
下記式1で表されるPRENが28.0~35.0を満足し、
オーステナイト量が30面積%以上70面積%以下で、
フェライト相に分配された各成分を用いて計算した下記式2で表されるシグマ相析出予測温度TSIGMAが900℃以下である
ことを特徴とする二相ステンレス鋼鍛造材。
PREN=Cr+3.3Mo+16N・・・(式1)
SIGMA=12Crα+6Niα
+54Moα+23Siα-15Mnα+465・・・(式2)
但し、式1中における元素記号は、前記二相ステンレス鋼鍛造材中のそれぞれの元素の含有量(質量%)を、式2中におけるαを付した元素記号は前記二相ステンレス鋼鍛造材中のフェライト相に分配されたそれぞれの元素の含有量(質量%)を示す。
The chemical composition, in mass %,
C: 0.001 to 0.050%,
Si: 0.05 to 0.80%,
Mn: 0.10% to 3.00%,
Cr: 21.5-26.0%,
Ni: 3.0 to 6.0%,
Mo: 0.5-2.5%,
N: contains 0.10 to 0.25%,
Furthermore, Al: 0 to 0.05%,
Nb: 0 to 0.15%,
Ti: 0 to 0.020%,
Ta: 0 to 0.20%,
Zr: 0 to 0.05%,
Hf: 0-0.08%,
Sn: 0-0.10%,
W: 0 to 1.0%,
Co: 0 to 1.0%,
Cu: 0-3.0%,
V: 0 to 0.30%,
B: 0 to 0.0050%,
Ca: 0 to 0.0050%,
Mg: 0-0.0050%,
REM: 0-0.050%,
containing one or more of
the balance being Fe and impurities,
O among impurities: 0.006% or less,
P: 0.05% or less,
S: limited to 0.0050% or less,
PREN represented by the following formula 1 satisfies 28.0 to 35.0,
Austenite content is 30 area% or more and 70 area% or less,
A duplex stainless steel forging, characterized in that the sigma phase precipitation prediction temperature T SIGMA calculated using each component distributed in the ferrite phase is 900° C. or less.
PREN=Cr+3.3Mo+16N (Formula 1)
T SIGMA =12Cr α +6Ni α
+54Mo α +23Si α −15Mn α +465 (Formula 2)
However, the element symbol in Formula 1 represents the content (% by mass) of each element in the duplex stainless steel forging, and the element symbol with α in Formula 2 represents the duplex stainless steel forging. shows the content (% by mass) of each element distributed in the ferrite phase of
さらに化学組成が、質量%で、
Al:0.003~0.05%、
Nb:0.005~0.15%、
Ti:0.003~0.020%、
Ta:0.005~0.20%、
Zr:0.001~0.05%、
Hf:0.001~0.08%、
Sn:0.005~0.10%、
W:0.01~1.0%、
Co:0.01~1.0%、
Cu:0.01~3.0%、
V:0.01~0.30%、
B:0.0001~0.0050%、
Ca:0.0005~0.0050%、
Mg:0.0005~0.0050%、
REM:0.005~0.050%、
のうち1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項1に記載の二相ステンレス鋼鍛造材。
Furthermore, the chemical composition, in mass%,
Al: 0.003-0.05%,
Nb: 0.005 to 0.15%,
Ti: 0.003 to 0.020%,
Ta: 0.005 to 0.20%,
Zr: 0.001 to 0.05%,
Hf: 0.001 to 0.08%,
Sn: 0.005 to 0.10%,
W: 0.01 to 1.0%,
Co: 0.01 to 1.0%,
Cu: 0.01 to 3.0%,
V: 0.01 to 0.30%,
B: 0.0001 to 0.0050%,
Ca: 0.0005 to 0.0050%,
Mg: 0.0005-0.0050%,
REM: 0.005-0.050%,
The duplex stainless steel forging material according to claim 1, characterized in that it contains one or more of
請求項1または2に記載の成分組成を有し、下記式3で表されるシグマ相析出予測温度TSIGMA2が890℃以下である鋼材を1150℃以上1350℃以下に加熱した後、熱間鍛造することを特徴とする請求項1または2に記載の二相ステンレス鋼鍛造材の製造方法。
SIGMA2=4Cr+28Ni+55Mo+5Si-6Mn-30N+560・・・(式3)
但し、式3中における元素記号は、前記二相ステンレス鋼鍛造材中のそれぞれの元素の含有量(質量%)を示す。
A steel material having the chemical composition according to claim 1 or 2 and having a sigma phase precipitation prediction temperature T SIGMA2 represented by the following formula 3 of 890 ° C. or lower is heated to 1150 ° C. or higher and 1350 ° C. or lower, and then hot forged. The method for producing a duplex stainless steel forging according to claim 1 or 2, characterized in that:
T SIGMA2 = 4Cr+28Ni+55Mo+5Si-6Mn-30N+560 (Formula 3)
However, the symbol of each element in Formula 3 indicates the content (% by mass) of each element in the duplex stainless steel forging.
前記熱間鍛造において、前記二相ステンレス鋼材の前記熱間鍛造の最終表面温度が900℃未満となることを特徴とする請求項3に記載の二相ステンレス鋼鍛造材の製造方法 4. The method for producing a duplex stainless steel forged material according to claim 3, characterized in that in the hot forging, the final surface temperature of the duplex stainless steel material after hot forging is less than 900[deg.]C. 請求項1または2に記載の二相ステンレス鋼鍛造材を用いたフランジ。 A flange using the duplex stainless steel forging material according to claim 1 or 2. 食品および薬品の製造設備に用いられる請求項5に記載のフランジ。 6. A flange according to claim 5 for use in food and drug manufacturing equipment. 請求項1または2に記載の二相ステンレス鋼鍛造材を用いた溶接構造物。 A welded structure using the duplex stainless steel forging according to claim 1 or 2.
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