JP2022181632A - オーステナイト系ステンレス鋼材及び溶接構造体 - Google Patents
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Abstract
【課題】耐食性に優れ、溶接した際に耐食性に優れる溶接部を形成し得る安価なオーステナイト系ステンレス鋼材を提供する。【解決手段】質量基準で、Ｃ：０．０１０～０．０６０％、Ｓｉ：２．００％以下、Ｍｎ：３．００％以下、Ｐ：０．０３５％以下、Ｓ：０．０３００％以下、Ｎｉ：６．００～１４．００％、Ｃｒ：２０．０～２６．０％、Ｃｕ：０．０１～３．００％、Ａｌ：０．２００％以下、Ｔｉ：０．０９０～２．０００％、Ｎ：０．１００～０．２５０％、Ｏ：０．００７０％以下を含み、残部がＦｅ及び不純物からなるオーステナイト系ステンレス鋼材である。【選択図】なし
Description
本発明は、オーステナイト系ステンレス鋼材及び溶接構造体に関する。
ＳＵＳ３０４に代表されるオーステナイト系ステンレス鋼材は、耐食性及び強度が良好であることから、建築部材、自動車部品などの様々な用途で用いられている。しかしながら、ＳＵＳ３０４は、用途によっては耐食性が十分とはいえないことがある。そのため、より高い耐食性が要求される用途では、Ｎｉを増量するとともにＭｏを添加したオーステナイト系ステンレス鋼材（ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ）が用いられている。
他方、様々な用途でオーステナイト系ステンレス鋼材を用いる場合、オーステナイト系ステンレス鋼材に溶接が施されることが多いが、溶接部、特にＨＡＺ（熱影響部：Ｈｅａｔ Ａｆｆｅｃｔｅｄ Ｚｏｎｅ）が鋭敏化して耐食性が低下することがある。ＨＡＺでは、Ｃｒ炭化物の析出温度で保持されると、粒界にＣｒ炭化物が析出し、その周辺にＣｒ欠乏層が生じることで鋭敏化が起こる。なお、ＨＡＺとは、溶接の影響によって温度が上昇する箇所を意味する。
ＨＡＺの鋭敏化については、Ｃの含有量を低減したり、Ｔｉを添加したりすることにより、Ｃｒ炭化物の生成を抑制することが知られている。ＳＵＳ３１６Ｌは、Ｃの含有量を低減しているため、ＨＡＺの耐食性も良好であると考えられる。
しかしながら、ＳＵＳ３１６Ｌは、ＭｏやＮｉなどの高価な元素を多く含むため、製品価格が高くなる。
ＨＡＺの鋭敏化については、Ｃの含有量を低減したり、Ｔｉを添加したりすることにより、Ｃｒ炭化物の生成を抑制することが知られている。ＳＵＳ３１６Ｌは、Ｃの含有量を低減しているため、ＨＡＺの耐食性も良好であると考えられる。
しかしながら、ＳＵＳ３１６Ｌは、ＭｏやＮｉなどの高価な元素を多く含むため、製品価格が高くなる。
ＨＡＺの耐食性に優れるオーステナイト系ステンレス鋼材としては、例えば、質量％で、Ｃ：０．０４～０．１５％、Ｓｉ：１．５０％以下、Ｍｎ：２．０～６．０％、Ｐ：０．０６％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｎｉ：１．０～４．９％、Ｃｒ：１５．０～１９．０％、Ｃｕ：１．０～３．５％、Ｎ：０．０４～０．２０％、Ｓｎ：０．０２％以下、Ｂ：０．００１～０．０１０％を含み、残部が実質的にＦｅおよび不可避的不純物からなり、溶接ＨＡＺ部を１０％しゅう酸溶液中にて面積１ｃｍ2当たりの電流を１Ａで９０秒間エッチングを施した場合に、鋭敏化組織がないことを特徴とする低Ｎｉオーステナイト系ステンレス鋼板が提案されている（特許文献１）。
特許文献１のオーステナイト系ステンレス鋼板は、Ｃｒの量が少ないため、用途によっては耐食性が十分とはいえない。
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、耐食性に優れ、溶接した際に耐食性に優れる溶接部を形成し得る安価なオーステナイト系ステンレス鋼材を提供することを目的とする。
また、本発明は、母材及び溶接部の耐食性に優れる安価な溶接構造体を提供することを目的とする。
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、耐食性に優れ、溶接した際に耐食性に優れる溶接部を形成し得る安価なオーステナイト系ステンレス鋼材を提供することを目的とする。
また、本発明は、母材及び溶接部の耐食性に優れる安価な溶接構造体を提供することを目的とする。
本発明者らは、ＳＵＳ３１６Ｌの組成をベースにオーステナイト系ステンレス鋼材の組成について検討した結果、特定の組成とすることで上記の問題を解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、質量基準で、Ｃ：０．０１０～０．０６０％、Ｓｉ：２．００％以下、Ｍｎ：３．００％以下、Ｐ：０．０３５％以下、Ｓ：０．０３００％以下、Ｎｉ：６．００～１４．００％、Ｃｒ：２０．０～２６．０％、Ｃｕ：０．０１～３．００％、Ａｌ：０．２００％以下、Ｔｉ：０．０９０～２．０００％、Ｎ：０．１００～０．２５０％、Ｏ：０．００７０％以下を含み、残部がＦｅ及び不純物からなるオーステナイト系ステンレス鋼材である。
また、本発明は、金属材同士が溶接された溶接構造体であって、
前記金属材の少なくとも一方が、前記オーステナイト系ステンレス鋼材である溶接構造体である。
前記金属材の少なくとも一方が、前記オーステナイト系ステンレス鋼材である溶接構造体である。
本発明によれば、耐食性に優れ、溶接した際に耐食性に優れる溶接部を形成し得る安価なオーステナイト系ステンレス鋼材を提供することができる。
また、本発明によれば、母材及び溶接部の耐食性に優れる安価な溶接構造体を提供することができる。
また、本発明によれば、母材及び溶接部の耐食性に優れる安価な溶接構造体を提供することができる。
以下、本発明の実施形態について具体的に説明する。本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、以下の実施形態に対し変更、改良などが適宜加えられたものも本発明の範囲に入ることが理解されるべきである。
なお、本明細書において成分に関する「％」表示は、特に断らない限り「質量％」を意味する。
なお、本明細書において成分に関する「％」表示は、特に断らない限り「質量％」を意味する。
（オーステナイト系ステンレス鋼材）
本発明の実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼材は、Ｃ：０．０１０～０．０６０％、Ｓｉ：２．００％以下、Ｍｎ：３．００％以下、Ｐ：０．０３５％以下、Ｓ：０．０３００％以下、Ｎｉ：６．００～１４．００％、Ｃｒ：２０．０～２６．０％、Ｃｕ：０．０１～３．００％、Ａｌ：０．２００％以下、Ｔｉ：０．０９０～２．０００％、Ｎ：０．１００～０．２５０％、Ｏ：０．００７０％以下を含み、残部がＦｅ及び不純物からなる。
ここで、本明細書において「ステンレス鋼材」とは、ステンレス鋼から形成された材料のことを意味し、その材形は特に限定されない。材形の例としては、板状（帯状を含む）、棒状、管状などが挙げられる。また、断面形状がＴ形、Ｉ形などの各種形鋼であってもよい。また、「不純物」とは、オーステナイト系ステンレス鋼材を工業的に製造する際に、鉱石、スクラップなどの原料、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。
本発明の実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼材は、Ｃ：０．０１０～０．０６０％、Ｓｉ：２．００％以下、Ｍｎ：３．００％以下、Ｐ：０．０３５％以下、Ｓ：０．０３００％以下、Ｎｉ：６．００～１４．００％、Ｃｒ：２０．０～２６．０％、Ｃｕ：０．０１～３．００％、Ａｌ：０．２００％以下、Ｔｉ：０．０９０～２．０００％、Ｎ：０．１００～０．２５０％、Ｏ：０．００７０％以下を含み、残部がＦｅ及び不純物からなる。
ここで、本明細書において「ステンレス鋼材」とは、ステンレス鋼から形成された材料のことを意味し、その材形は特に限定されない。材形の例としては、板状（帯状を含む）、棒状、管状などが挙げられる。また、断面形状がＴ形、Ｉ形などの各種形鋼であってもよい。また、「不純物」とは、オーステナイト系ステンレス鋼材を工業的に製造する際に、鉱石、スクラップなどの原料、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。
また、本発明の実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼材は、Ｍｏ：３．００％以下、Ｂ：０．０００１～０．０１００％から選択される１種以上を更に含むことができる。
また、本発明の実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼材は、Ｍｇ：０．０００１～０．１０００％、ＲＥＭ：０．０００１～０．１０００％、Ｃａ：０．０００１～０．１０００％から選択される１種以上を更に含むことができる。
さらに、本発明の実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼材は、Ｎｂ：０．００１～１．０００％、Ｖ：０．００１～１．０００％、Ｚｒ：０．００１～１．０００％、Ｗ：０．００１～１．０００％、Ｃｏ：０．００１～１．０００％、Ｈｆ：０．００１～１．０００％、Ｔａ：０．００１～１．０００％、Ｓｎ：０．００１～０．１００％から選択される１種以上を更に含むことができる。
以下、各成分について詳細に説明する。
また、本発明の実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼材は、Ｍｇ：０．０００１～０．１０００％、ＲＥＭ：０．０００１～０．１０００％、Ｃａ：０．０００１～０．１０００％から選択される１種以上を更に含むことができる。
さらに、本発明の実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼材は、Ｎｂ：０．００１～１．０００％、Ｖ：０．００１～１．０００％、Ｚｒ：０．００１～１．０００％、Ｗ：０．００１～１．０００％、Ｃｏ：０．００１～１．０００％、Ｈｆ：０．００１～１．０００％、Ｔａ：０．００１～１．０００％、Ｓｎ：０．００１～０．１００％から選択される１種以上を更に含むことができる。
以下、各成分について詳細に説明する。
＜Ｃ：０．０１０～０．０６０％＞
Ｃの含有量は多すぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材自体の耐食性が低下してしまう。また、オーステナイト系ステンレス鋼材を溶接した際に、ＨＡＺの鋭敏化が起こるため、溶接部の耐食性が低下する。そのため、Ｃの含有量の上限値は、０．０６０％、好ましくは０．０５９％、より好ましくは０．０５８％に制御される。一方、Ｃの含有量は少なすぎると、精練コストの上昇につながる。そのため、Ｃの含有量の下限値は、０．０１０％、好ましくは０．０１５％、より好ましくは０．０２０％に制御される。
なお、本明細書において「耐食性」とは、海水や塩水などのＮａＣｌを含む腐食環境下における耐食性のことを意味する。
Ｃの含有量は多すぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材自体の耐食性が低下してしまう。また、オーステナイト系ステンレス鋼材を溶接した際に、ＨＡＺの鋭敏化が起こるため、溶接部の耐食性が低下する。そのため、Ｃの含有量の上限値は、０．０６０％、好ましくは０．０５９％、より好ましくは０．０５８％に制御される。一方、Ｃの含有量は少なすぎると、精練コストの上昇につながる。そのため、Ｃの含有量の下限値は、０．０１０％、好ましくは０．０１５％、より好ましくは０．０２０％に制御される。
なお、本明細書において「耐食性」とは、海水や塩水などのＮａＣｌを含む腐食環境下における耐食性のことを意味する。
＜Ｓｉ：２．００％以下＞
Ｓｉの含有量は多すぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の加工性が低下してしまう。そのため、Ｓｉの含有量の上限値は、２．００％、好ましくは１．８０％、より好ましくは１．６０％に制御される。一方、Ｓｉの含有量の下限値は、特に限定されないが、好ましくは０．０１％、より好ましくは０．０５％、更に好ましくは０．１０％である。
Ｓｉの含有量は多すぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の加工性が低下してしまう。そのため、Ｓｉの含有量の上限値は、２．００％、好ましくは１．８０％、より好ましくは１．６０％に制御される。一方、Ｓｉの含有量の下限値は、特に限定されないが、好ましくは０．０１％、より好ましくは０．０５％、更に好ましくは０．１０％である。
＜Ｍｎ：３．００％以下＞
Ｍｎは、オーステナイト相（γ相）生成元素である。Ｍｎの含有量は多すぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の耐食性が低下してしまう。そのため、Ｍｎの含有量の上限値は、３．００％、好ましくは２．８０％、より好ましくは２．５０％に制御される。一方、Ｍｎの含有量の下限値は、特に限定されないが、好ましくは０．０１％、より好ましくは０．０５％、更に好ましくは０．１０％である。
Ｍｎは、オーステナイト相（γ相）生成元素である。Ｍｎの含有量は多すぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の耐食性が低下してしまう。そのため、Ｍｎの含有量の上限値は、３．００％、好ましくは２．８０％、より好ましくは２．５０％に制御される。一方、Ｍｎの含有量の下限値は、特に限定されないが、好ましくは０．０１％、より好ましくは０．０５％、更に好ましくは０．１０％である。
＜Ｐ：０．０３５％以下＞
Ｐの含有量は多すぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の加工性が低下してしまう。そのため、Ｐの含有量の上限値は、０．０３５％、好ましくは０．０３４％、より好ましくは０．０３３％に制御される。一方、Ｐの含有量の下限値は、特に限定されないが、好ましくは０．００１％、より好ましくは０．００５％、更に好ましくは０．０１０％である。
Ｐの含有量は多すぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の加工性が低下してしまう。そのため、Ｐの含有量の上限値は、０．０３５％、好ましくは０．０３４％、より好ましくは０．０３３％に制御される。一方、Ｐの含有量の下限値は、特に限定されないが、好ましくは０．００１％、より好ましくは０．００５％、更に好ましくは０．０１０％である。
＜Ｓ：０．０３００％以下＞
Ｓの含有量は多すぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の製造性が低下してしまう。そのため、Ｓの含有量の上限値は、０．０３００％、好ましくは０．０２５０％、より好ましくは０．０２００％に制御される。一方、Ｓの含有量の下限値は、特に限定されないが、好ましくは０．０００１％、より好ましくは０．０００３％、更に好ましくは０．０００５％である。
Ｓの含有量は多すぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の製造性が低下してしまう。そのため、Ｓの含有量の上限値は、０．０３００％、好ましくは０．０２５０％、より好ましくは０．０２００％に制御される。一方、Ｓの含有量の下限値は、特に限定されないが、好ましくは０．０００１％、より好ましくは０．０００３％、更に好ましくは０．０００５％である。
＜Ｎｉ：６．００～１４．００％＞
Ｎｉは、Ｍｎと同様にオーステナイト相（γ相）生成元素である。Ｎｉは高価であるため、含有量が多すぎると、製造コストの上昇につながる。そのため、Ｎｉの含有量の上限値は、１４．００％、好ましくは１１．００％、より好ましくは１０．００％に制御される。一方、Ｎｉの含有量は少なすぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の耐食性や加工性が低下する。そのため、Ｎｉの含有量の下限値は、６．００％、好ましくは６．５０％、より好ましくは７．００％に制御される。
Ｎｉは、Ｍｎと同様にオーステナイト相（γ相）生成元素である。Ｎｉは高価であるため、含有量が多すぎると、製造コストの上昇につながる。そのため、Ｎｉの含有量の上限値は、１４．００％、好ましくは１１．００％、より好ましくは１０．００％に制御される。一方、Ｎｉの含有量は少なすぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の耐食性や加工性が低下する。そのため、Ｎｉの含有量の下限値は、６．００％、好ましくは６．５０％、より好ましくは７．００％に制御される。
＜Ｃｒ：２０．０～２６．０％＞
Ｃｒの含有量は多すぎると、金属間化合物（σ相）の生成が促進されるため、オーステナイト系ステンレス鋼材の加工性が低下してしまう。そのため、Ｃｒの含有量の上限値は、２６．０％、好ましくは２５．５％、より好ましくは２５．０％に制御される。一方、Ｃｒの含有量は少なすぎると、耐食性が十分に得られない。そのため、Ｃｒの含有量の下限値は、２０．０％、好ましくは２０．５％に制御される。
Ｃｒの含有量は多すぎると、金属間化合物（σ相）の生成が促進されるため、オーステナイト系ステンレス鋼材の加工性が低下してしまう。そのため、Ｃｒの含有量の上限値は、２６．０％、好ましくは２５．５％、より好ましくは２５．０％に制御される。一方、Ｃｒの含有量は少なすぎると、耐食性が十分に得られない。そのため、Ｃｒの含有量の下限値は、２０．０％、好ましくは２０．５％に制御される。
＜Ｃｕ：０．０１～３．００％＞
Ｃｕの含有量は多すぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の耐食性が低下してしまう。そのため、Ｃｕの含有量の上限値は、３．００％、好ましくは２．５０％、より好ましくは２．００％に制御される。一方、Ｃｕの含有量は少なすぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の加工性が低下してしまう。そのため、Ｃｕの下限値は、０．０１％、好ましくは０．１０％、より好ましくは０．１５％に制御される。
Ｃｕの含有量は多すぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の耐食性が低下してしまう。そのため、Ｃｕの含有量の上限値は、３．００％、好ましくは２．５０％、より好ましくは２．００％に制御される。一方、Ｃｕの含有量は少なすぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の加工性が低下してしまう。そのため、Ｃｕの下限値は、０．０１％、好ましくは０．１０％、より好ましくは０．１５％に制御される。
＜Ａｌ：０．２００％以下＞
Ａｌの含有量は多すぎると、介在物の生成量が増加して品質を低下させてしまう。そのため、Ａｌの含有量の上限値は、０．２００％、好ましくは０．１００％、より好ましくは０．０５０％に制御される。一方、Ａｌの含有量の下限値は、特に限定されないが、好ましくは０．０００１％、より好ましくは０．０００２％、更に好ましくは０．０００３％である。
Ａｌの含有量は多すぎると、介在物の生成量が増加して品質を低下させてしまう。そのため、Ａｌの含有量の上限値は、０．２００％、好ましくは０．１００％、より好ましくは０．０５０％に制御される。一方、Ａｌの含有量の下限値は、特に限定されないが、好ましくは０．０００１％、より好ましくは０．０００２％、更に好ましくは０．０００３％である。
＜Ｔｉ：０．０９０～２．０００％＞
Ｔｉは、オーステナイト系ステンレス鋼材中のＣ、Ｎを固定して耐粒界腐食性を向上させる元素である。そのため、Ｔｉを添加することでＨＡＺの鋭敏化が抑制され、溶接部の耐食性が向上する。また、Ｔｉは、Ｔｉ炭窒化物を分散析出させる元素でもある。そのため、Ｔｉを添加することで分散析出したＴｉ炭窒化物のピン止め効果によって溶接時に結晶粒の粗大化を抑制することができる。このようなＴｉによる効果を得る観点から、Ｔｉの含有量の下限値は、０．０９０％、好ましくは０．０９５％、より好ましくは０．１００％に制御される。また、Ｔｉの含有量は多すぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の加工性が低下してしまう。そのため、Ｔｉの含有量の上限値は、２．０００％、好ましくは１．８００％、より好ましくは１．６００％に制御される。
Ｔｉは、オーステナイト系ステンレス鋼材中のＣ、Ｎを固定して耐粒界腐食性を向上させる元素である。そのため、Ｔｉを添加することでＨＡＺの鋭敏化が抑制され、溶接部の耐食性が向上する。また、Ｔｉは、Ｔｉ炭窒化物を分散析出させる元素でもある。そのため、Ｔｉを添加することで分散析出したＴｉ炭窒化物のピン止め効果によって溶接時に結晶粒の粗大化を抑制することができる。このようなＴｉによる効果を得る観点から、Ｔｉの含有量の下限値は、０．０９０％、好ましくは０．０９５％、より好ましくは０．１００％に制御される。また、Ｔｉの含有量は多すぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の加工性が低下してしまう。そのため、Ｔｉの含有量の上限値は、２．０００％、好ましくは１．８００％、より好ましくは１．６００％に制御される。
＜Ｎ：０．１００～０．２５０％＞
Ｎは、耐食性の向上や、オーステナイト相の安定化に有効な元素である。このようなＮによる効果を得る観点から、Ｎの含有量の下限値は、０．１００％、好ましくは０．１０５％に制御される。一方、Ｎは、Ｃｒと結合してＣｒ窒化物を生成し、鋭敏化の原因となるため、溶接部の耐食性が低下する原因となる。このＣｒ窒化物の生成は、Ｔｉの添加によってＴｉ炭窒化物を優先的に生成させることによって抑制することができる。ＴｉによるＣｒ窒化物の生成抑制効果を確保し、鋭敏化を抑える観点から、Ｎの含有量の上限値は、０．２５０％、好ましくは０．２３０％、より好ましくは０．２１０％に制御される。
Ｎは、耐食性の向上や、オーステナイト相の安定化に有効な元素である。このようなＮによる効果を得る観点から、Ｎの含有量の下限値は、０．１００％、好ましくは０．１０５％に制御される。一方、Ｎは、Ｃｒと結合してＣｒ窒化物を生成し、鋭敏化の原因となるため、溶接部の耐食性が低下する原因となる。このＣｒ窒化物の生成は、Ｔｉの添加によってＴｉ炭窒化物を優先的に生成させることによって抑制することができる。ＴｉによるＣｒ窒化物の生成抑制効果を確保し、鋭敏化を抑える観点から、Ｎの含有量の上限値は、０．２５０％、好ましくは０．２３０％、より好ましくは０．２１０％に制御される。
＜Ｏ：０．００７０％以下＞
Ｏは、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）系の介在物を生成する要因となる。アルミナ系の介在物は、硬質なため圧延によっても分断され難く、粗大な（直径１５μｍ以上の）介在物として残存するため、オーステナイト系ステンレス鋼材の疲労特性が低下する。すなわち、Ｏの含有量が多すぎると、このアルミナ系の介在物の生成量が増加してオーステナイト系ステンレス鋼材の疲労特性が低下する。そのため、Ｏの含有量の上限値は、０．００７０％、好ましくは０．００６０％、より好ましくは０．００５５％に制御される。一方、Ｏの含有量の下限値は、特に限定されないが、好ましくは０．００１０％、より好ましくは０．００２０％、更に好ましくは０．００３０％である。
Ｏは、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）系の介在物を生成する要因となる。アルミナ系の介在物は、硬質なため圧延によっても分断され難く、粗大な（直径１５μｍ以上の）介在物として残存するため、オーステナイト系ステンレス鋼材の疲労特性が低下する。すなわち、Ｏの含有量が多すぎると、このアルミナ系の介在物の生成量が増加してオーステナイト系ステンレス鋼材の疲労特性が低下する。そのため、Ｏの含有量の上限値は、０．００７０％、好ましくは０．００６０％、より好ましくは０．００５５％に制御される。一方、Ｏの含有量の下限値は、特に限定されないが、好ましくは０．００１０％、より好ましくは０．００２０％、更に好ましくは０．００３０％である。
＜Ｍｏ：３．００％以下＞
Ｍｏは、耐食性を向上させるために必要に応じて添加される元素である。ただし、Ｍｏは高価であるため、Ｍｏの含有量が多すぎると、製造コストの上昇につながる。そのため、Ｍｏの含有量の上限値は、３．００％、好ましくは２．００％、より好ましくは１．００％、更に好ましくは０．５０％、特に好ましくは０．２０％に制御される。一方、Ｍｏの含有量の下限値は、特に限定されないが、好ましくは０．００１％、より好ましくは０．００２％、更に好ましくは０．００３％である。
Ｍｏは、耐食性を向上させるために必要に応じて添加される元素である。ただし、Ｍｏは高価であるため、Ｍｏの含有量が多すぎると、製造コストの上昇につながる。そのため、Ｍｏの含有量の上限値は、３．００％、好ましくは２．００％、より好ましくは１．００％、更に好ましくは０．５０％、特に好ましくは０．２０％に制御される。一方、Ｍｏの含有量の下限値は、特に限定されないが、好ましくは０．００１％、より好ましくは０．００２％、更に好ましくは０．００３％である。
＜Ｂ：０．０００１～０．０１００％＞
Ｂは、製造性（熱間加工性）を向上させるために必要に応じて添加される元素である。Ｂによる効果を得る観点から、Ｂの含有量の下限値は、０．０００１％、好ましくは０．００１０％に制御される。一方、Ｂの含有量は多すぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の耐食性が低下してしまう。そのため、Ｂの含有量の上限値は、０．０１００％、好ましくは０．００６０％、より好ましくは０．００４０％に制御される。
Ｂは、製造性（熱間加工性）を向上させるために必要に応じて添加される元素である。Ｂによる効果を得る観点から、Ｂの含有量の下限値は、０．０００１％、好ましくは０．００１０％に制御される。一方、Ｂの含有量は多すぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の耐食性が低下してしまう。そのため、Ｂの含有量の上限値は、０．０１００％、好ましくは０．００６０％、より好ましくは０．００４０％に制御される。
＜Ｍｇ：０．０００１～０．１０００％＞
Ｍｇは、熱間加工性を向上させるために必要に応じて添加される元素である。Ｍｇによる効果を得る観点から、Ｍｇの含有量の下限値は、０．０００１％、好ましくは０．０００５％、より好ましくは０．００１０％に制御される。また、Ｍｇの含有量は多すぎると、介在物の生成量が増加して品質を低下させてしまう。そのため、Ｍｇの含有量の上限値は、０．１０００％、好ましくは０．０５００％、より好ましくは０．０１００％に制御される。
Ｍｇは、熱間加工性を向上させるために必要に応じて添加される元素である。Ｍｇによる効果を得る観点から、Ｍｇの含有量の下限値は、０．０００１％、好ましくは０．０００５％、より好ましくは０．００１０％に制御される。また、Ｍｇの含有量は多すぎると、介在物の生成量が増加して品質を低下させてしまう。そのため、Ｍｇの含有量の上限値は、０．１０００％、好ましくは０．０５００％、より好ましくは０．０１００％に制御される。
＜ＲＥＭ：０．０００１～０．１０００％＞
ＲＥＭ（希土類元素）は、熱間加工性を向上させるために必要に応じて添加される元素である。ＲＥＭによる効果を得る観点から、ＲＥＭの含有量の下限値は、０．０００１％、好ましくは０．０００５％、より好ましくは０．００１０％に制御される。また、ＲＥＭは高価であるため、ＲＥＭの含有量が多すぎると、製造コストの上昇につながる。そのため、ＲＥＭの含有量の上限値は、０．１０００％、好ましくは０．０５００％、より好ましくは０．０１００％に制御される。
なお、ＲＥＭは、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。これらは単独で用いてもよいし、混合物として用いてもよい。
ＲＥＭ（希土類元素）は、熱間加工性を向上させるために必要に応じて添加される元素である。ＲＥＭによる効果を得る観点から、ＲＥＭの含有量の下限値は、０．０００１％、好ましくは０．０００５％、より好ましくは０．００１０％に制御される。また、ＲＥＭは高価であるため、ＲＥＭの含有量が多すぎると、製造コストの上昇につながる。そのため、ＲＥＭの含有量の上限値は、０．１０００％、好ましくは０．０５００％、より好ましくは０．０１００％に制御される。
なお、ＲＥＭは、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。これらは単独で用いてもよいし、混合物として用いてもよい。
＜Ｃａ：０．０００１～０．１０００％＞
Ｃａは、熱間加工性を向上させるために必要に応じて添加される元素である。Ｃａによる効果を得る観点から、Ｃａの含有量の下限値は、０．０００１％、好ましくは０．０００５％、より好ましくは０．００１０％に制御される。また、Ｃａの含有量は多すぎると、介在物の生成量が増加して品質を低下させてしまう。そのため、Ｃａの含有量の上限値は、０．１０００％、好ましくは０．０５００％、より好ましくは０．０１００％に制御される。
Ｃａは、熱間加工性を向上させるために必要に応じて添加される元素である。Ｃａによる効果を得る観点から、Ｃａの含有量の下限値は、０．０００１％、好ましくは０．０００５％、より好ましくは０．００１０％に制御される。また、Ｃａの含有量は多すぎると、介在物の生成量が増加して品質を低下させてしまう。そのため、Ｃａの含有量の上限値は、０．１０００％、好ましくは０．０５００％、より好ましくは０．０１００％に制御される。
＜Ｎｂ：０．００１～１．０００％＞
Ｎｂは、オーステナイト系ステンレス鋼材中のＣを固定して耐粒界腐食性を向上させるために必要に応じて添加される元素である。Ｎｂによる効果を得る観点から、Ｎｂの含有量の下限値は、０．００１％、好ましくは０．００５％、より好ましくは０．０１０％に制御される。また、Ｎｂの含有量は多すぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の加工性が低下してしまう。そのため、Ｎｂの含有量の上限値は、１．０００％、好ましくは０．８００％、より好ましくは０．５００％に制御される。
Ｎｂは、オーステナイト系ステンレス鋼材中のＣを固定して耐粒界腐食性を向上させるために必要に応じて添加される元素である。Ｎｂによる効果を得る観点から、Ｎｂの含有量の下限値は、０．００１％、好ましくは０．００５％、より好ましくは０．０１０％に制御される。また、Ｎｂの含有量は多すぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の加工性が低下してしまう。そのため、Ｎｂの含有量の上限値は、１．０００％、好ましくは０．８００％、より好ましくは０．５００％に制御される。
＜Ｖ：０．００１～１．０００％＞
Ｖは、オーステナイト系ステンレス鋼材中のＣを固定して耐粒界腐食性を向上させるために必要に応じて添加される元素である。Ｖによる効果を得る観点から、Ｖの含有量の下限値は、０．００１％、好ましくは０．００５％、より好ましくは０．０１０％に制御される。また、Ｖの含有量は多すぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の加工性が低下してしまう。そのため、Ｖの含有量の上限値は、１．０００％、好ましくは０．８００％、より好ましくは０．５００％に制御される。
Ｖは、オーステナイト系ステンレス鋼材中のＣを固定して耐粒界腐食性を向上させるために必要に応じて添加される元素である。Ｖによる効果を得る観点から、Ｖの含有量の下限値は、０．００１％、好ましくは０．００５％、より好ましくは０．０１０％に制御される。また、Ｖの含有量は多すぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の加工性が低下してしまう。そのため、Ｖの含有量の上限値は、１．０００％、好ましくは０．８００％、より好ましくは０．５００％に制御される。
＜Ｚｒ：０．００１～１．０００％＞
Ｚｒは、オーステナイト系ステンレス鋼材中のＣを固定して耐粒界腐食性を向上させるために必要に応じて添加される元素である。Ｚｒによる効果を得る観点から、Ｚｒの含有量の下限値は、０．００１％、好ましくは０．００５％、より好ましくは０．０１０％に制御される。また、Ｚｒの含有量は多すぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の加工性が低下してしまう。そのため、Ｚｒの含有量の上限値は、１．０００％、好ましくは０．８００％、より好ましくは０．５００％に制御される。
Ｚｒは、オーステナイト系ステンレス鋼材中のＣを固定して耐粒界腐食性を向上させるために必要に応じて添加される元素である。Ｚｒによる効果を得る観点から、Ｚｒの含有量の下限値は、０．００１％、好ましくは０．００５％、より好ましくは０．０１０％に制御される。また、Ｚｒの含有量は多すぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の加工性が低下してしまう。そのため、Ｚｒの含有量の上限値は、１．０００％、好ましくは０．８００％、より好ましくは０．５００％に制御される。
＜Ｗ：０．００１～１．０００％＞
Ｗは、高温強度及び耐食性を向上させるために必要に応じて添加される元素である。Ｗによる効果を得る観点から、Ｗの含有量の下限値は、０．００１％、好ましくは０．００５％、より好ましくは０．０１０％に制御される。また、Ｗの含有量は多すぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の加工性が低下するとともに、製造コストが上昇してしまう。そのため、Ｗの含有量の上限値は、１．０００％、好ましくは０．８００％、より好ましくは０．５００％に制御される。
Ｗは、高温強度及び耐食性を向上させるために必要に応じて添加される元素である。Ｗによる効果を得る観点から、Ｗの含有量の下限値は、０．００１％、好ましくは０．００５％、より好ましくは０．０１０％に制御される。また、Ｗの含有量は多すぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の加工性が低下するとともに、製造コストが上昇してしまう。そのため、Ｗの含有量の上限値は、１．０００％、好ましくは０．８００％、より好ましくは０．５００％に制御される。
＜Ｃｏ：０．００１～１．０００％＞
Ｃｏは、耐食性を向上させるために必要に応じて添加される元素である。Ｃｏによる効果を得る観点から、Ｃｏの含有量の下限値は、０．００１％、好ましくは０．００５％、より好ましくは０．０１０％に制御される。また、Ｃｏの含有量は多すぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の加工性が低下するとともに、製造コストが上昇してしまう。そのため、Ｃｏの含有量の上限値は、１．０００％、好ましくは０．８００％、より好ましくは０．５００％に制御される。
Ｃｏは、耐食性を向上させるために必要に応じて添加される元素である。Ｃｏによる効果を得る観点から、Ｃｏの含有量の下限値は、０．００１％、好ましくは０．００５％、より好ましくは０．０１０％に制御される。また、Ｃｏの含有量は多すぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の加工性が低下するとともに、製造コストが上昇してしまう。そのため、Ｃｏの含有量の上限値は、１．０００％、好ましくは０．８００％、より好ましくは０．５００％に制御される。
＜Ｈｆ：０．００１～１．０００％＞
Ｈｆは、オーステナイト系ステンレス鋼材中のＣを固定して耐粒界腐食性を向上させるために必要に応じて添加される元素である。Ｈｆによる効果を得る観点から、Ｈｆの含有量の下限値は、０．００１％、好ましくは０．００５％、より好ましくは０．０１０％に制御される。また、Ｈｆの含有量は多すぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の加工性が低下してしまう。そのため、Ｈｆの含有量の上限値は、１．０００％、好ましくは０．８００％、より好ましくは０．５００％に制御される。
Ｈｆは、オーステナイト系ステンレス鋼材中のＣを固定して耐粒界腐食性を向上させるために必要に応じて添加される元素である。Ｈｆによる効果を得る観点から、Ｈｆの含有量の下限値は、０．００１％、好ましくは０．００５％、より好ましくは０．０１０％に制御される。また、Ｈｆの含有量は多すぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の加工性が低下してしまう。そのため、Ｈｆの含有量の上限値は、１．０００％、好ましくは０．８００％、より好ましくは０．５００％に制御される。
＜Ｔａ：０．００１～１．０００％＞
Ｔａは、オーステナイト系ステンレス鋼材中のＣを固定して耐粒界腐食性を向上させるために必要に応じて添加される元素である。Ｔａによる効果を得る観点から、Ｔａの含有量の下限値は、０．００１％、好ましくは０．００５％、より好ましくは０．０１０％に制御される。また、Ｔａの含有量は多すぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の加工性が低下してしまう。そのため、Ｔａの含有量の上限値は、１．０００％、好ましくは０．８００％、より好ましくは０．５００％に制御される。
Ｔａは、オーステナイト系ステンレス鋼材中のＣを固定して耐粒界腐食性を向上させるために必要に応じて添加される元素である。Ｔａによる効果を得る観点から、Ｔａの含有量の下限値は、０．００１％、好ましくは０．００５％、より好ましくは０．０１０％に制御される。また、Ｔａの含有量は多すぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の加工性が低下してしまう。そのため、Ｔａの含有量の上限値は、１．０００％、好ましくは０．８００％、より好ましくは０．５００％に制御される。
＜Ｓｎ：０．００１～０．１００％＞
Ｓｎは、耐食性を向上させるために必要に応じて添加される元素である。Ｓｎによる効果を得る観点から、Ｓｎの含有量の下限値は、０．００１％、好ましくは０．００５％、より好ましくは０．０１０％に制御される。また、Ｓｎの含有量は多すぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の製造性が低下してしまう。そのため、Ｓｎの含有量の上限値は、０．１００％、好ましくは０．０５０％、より好ましくは０．０３０％に制御される。
Ｓｎは、耐食性を向上させるために必要に応じて添加される元素である。Ｓｎによる効果を得る観点から、Ｓｎの含有量の下限値は、０．００１％、好ましくは０．００５％、より好ましくは０．０１０％に制御される。また、Ｓｎの含有量は多すぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の製造性が低下してしまう。そのため、Ｓｎの含有量の上限値は、０．１００％、好ましくは０．０５０％、より好ましくは０．０３０％に制御される。
本発明の実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼材は、Ｎｉ当量に対するＣｒ当量の比（Ｃｒ当量／Ｎｉ当量）が１．４８～１．９５であることが好ましい。
ここで、Ｎｉ当量は、下記式（１）で表される。
Ｎｉ当量＝Ｎｉ＋０．５Ｍｎ＋３０Ｃ＋３０（Ｎ－０．０６） ・・・（１）
また、Ｃｒ当量は、下記式（２）で表される。
Ｃｒ当量＝Ｃｒ＋１．５Ｓｉ＋Ｍｏ＋０．５Ｎｂ＋２Ｔｉ ・・・（２）
式（１）及び（２）中、各元素記号は各元素の含有量（質量％）を表す。なお、所定の元素が含まれない場合は当該元素の値は０とする。
Ｎｉ当量に対するＣｒ当量の比が上記の範囲であれば、溶接時にＦＡモード凝固とすることができるため、高温割れを抑制することができる。
ここで、Ｎｉ当量は、下記式（１）で表される。
Ｎｉ当量＝Ｎｉ＋０．５Ｍｎ＋３０Ｃ＋３０（Ｎ－０．０６） ・・・（１）
また、Ｃｒ当量は、下記式（２）で表される。
Ｃｒ当量＝Ｃｒ＋１．５Ｓｉ＋Ｍｏ＋０．５Ｎｂ＋２Ｔｉ ・・・（２）
式（１）及び（２）中、各元素記号は各元素の含有量（質量％）を表す。なお、所定の元素が含まれない場合は当該元素の値は０とする。
Ｎｉ当量に対するＣｒ当量の比が上記の範囲であれば、溶接時にＦＡモード凝固とすることができるため、高温割れを抑制することができる。
本発明の実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼材は、Ｔｉ炭窒化物の含有量が好ましくは０．０１％以上、より好ましくは０．０２％以上である。このような範囲にＴｉ炭窒化物の含有量を制御することにより、Ｔｉ炭窒化物のピン止め効果によって溶接時に結晶粒の粗大化を抑制することができる。なお、Ｔｉ炭窒化物の含有量の上限値は、特に限定されないが、好ましくは１．００％、より好ましくは０．８０％、更に好ましくは０．６０％である。
なお、Ｔｉ炭窒化物の含有量は、後述の方法によって測定することができる。
なお、Ｔｉ炭窒化物の含有量は、後述の方法によって測定することができる。
本発明の実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼材は、上記のような特徴を有していれば、その種類は特に限定されない。例えば、本発明の実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼材は、熱延鋼材、熱延焼鈍鋼材、冷延鋼材、冷延焼鈍鋼材などの各種鋼材とすることができる。
本発明の実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼材は、上記の組成を有するステンレス鋼を溶製すること以外は、当該技術分野において公知の方法を用いることによって製造することができる。具体的には、オーステナイト系ステンレス鋼材が冷延焼鈍鋼材である場合、次のようにして製造することができる。まず、上記の組成を有するステンレス鋼を溶製して鍛造又は鋳造した後、熱間圧延を行って熱延鋼材を得る。次に、熱延鋼材に対して焼鈍、酸洗、冷間圧延を適宜行って冷延鋼材を得る。次に、冷延鋼材に対して焼鈍及び酸洗を適宜行って冷延焼鈍鋼材を得る。
なお、各工程における条件については、オーステナイト系ステンレス鋼材の組成に応じて適宜調整すればよく、特に限定されない。
なお、各工程における条件については、オーステナイト系ステンレス鋼材の組成に応じて適宜調整すればよく、特に限定されない。
本発明の実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼材は、耐食性に優れ、溶接した際に耐食性に優れる溶接部を形成することができ、しかも安価であるため、建築部材、自動車部品などの様々な用途で用いることができる。
（溶接構造体）
本発明の実施形態に係る溶接構造体は、金属材同士が溶接されており、金属材の少なくとも一方が、上記のオーステナイト系ステンレス鋼材である。上記のオーステナイト系ステンレス鋼材は、耐食性に優れ、溶接した際に耐食性に優れる溶接部を形成することができ、しかも安価であるため、母材及び溶接部の耐食性に優れる安価な溶接構造体とすることが可能となる。
本発明の実施形態に係る溶接構造体は、金属材同士が溶接されており、金属材の少なくとも一方が、上記のオーステナイト系ステンレス鋼材である。上記のオーステナイト系ステンレス鋼材は、耐食性に優れ、溶接した際に耐食性に優れる溶接部を形成することができ、しかも安価であるため、母材及び溶接部の耐食性に優れる安価な溶接構造体とすることが可能となる。
金属材は、他方が上記のオーステナイト系ステンレス鋼材とは異なる金属材であってもよいが、両方が上記のオーステナイト系ステンレス鋼材であることが好ましい。溶接される金属材の両方を上記のオーステナイト系ステンレス鋼材とすることにより、母材及び溶接部の耐食性をより一層向上させることができる。
本発明の実施形態に係る溶接構造体は、溶接金属部におけるδフェライト相の含有量が好ましくは１．０～１０．０％、より好ましくは２．０～９．０％である。
溶接金属部におけるδフェライト相を上記の範囲に制御することにより、溶接金属部がＦＡモード凝固しているため、高温割れを抑制することができる。
ここで、本明細書において「溶接金属部」とは、溶接の影響によって溶融して再凝固する部分のことを意味する。
溶接金属部におけるδフェライト相を上記の範囲に制御することにより、溶接金属部がＦＡモード凝固しているため、高温割れを抑制することができる。
ここで、本明細書において「溶接金属部」とは、溶接の影響によって溶融して再凝固する部分のことを意味する。
本発明の実施形態に係る溶接構造体は、溶接部の孔食電位が０．５０Ｖ以上であることが好ましい。このような範囲の孔食電位であれば、溶接部の耐食性が良好であるということができる。なお、孔食電位の上限値は、特に限定されないが、例えば２．００Ｖ、好ましくは１．５０Ｖである。
ここで、本明細書において「溶接部」とは、溶接金属部及びＨＡＺの両方を含む部分を意味する。すなわち、「溶接部」とは、溶接の影響により、溶融して再凝固する部分と、溶融はしないものの熱影響を受ける部分との両方を含む。また、溶接部の孔食電位は、後述する方法によって測定することができる。また、電位はＡｇ／ＡｇＣｌ基準とする。
ここで、本明細書において「溶接部」とは、溶接金属部及びＨＡＺの両方を含む部分を意味する。すなわち、「溶接部」とは、溶接の影響により、溶融して再凝固する部分と、溶融はしないものの熱影響を受ける部分との両方を含む。また、溶接部の孔食電位は、後述する方法によって測定することができる。また、電位はＡｇ／ＡｇＣｌ基準とする。
本発明の実施形態に係る溶接構造体は、金属材の少なくとも一方に上記のオーステナイト系ステンレス鋼材を用いること以外は、当該技術分野において公知の方法を用いることによって製造することができる。
金属材同士を溶接する方法としては、特に限定されず、アーク溶接（ＴＩＧ溶接など）、電子ビーム溶接、レーザー溶接、プラズマアーク溶接、スポット溶接などの当該技術分野において公知の方法を用いることができる。溶接は、溶接金属部におけるδフェライト相の含有量を調整するため溶加材を適宜用いてもよい。
なお、溶接条件は、溶接の種類やオーステナイト系ステンレス鋼材の組成に応じて適宜調整すればよく、特に限定されない。
金属材同士を溶接する方法としては、特に限定されず、アーク溶接（ＴＩＧ溶接など）、電子ビーム溶接、レーザー溶接、プラズマアーク溶接、スポット溶接などの当該技術分野において公知の方法を用いることができる。溶接は、溶接金属部におけるδフェライト相の含有量を調整するため溶加材を適宜用いてもよい。
なお、溶接条件は、溶接の種類やオーステナイト系ステンレス鋼材の組成に応じて適宜調整すればよく、特に限定されない。
以下に、実施例を挙げて本発明の内容を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定して解釈されるものではない。
（実施例１～９及び比較例１～４）
表１に示す組成を有するステンレス鋼３０ｋｇを真空溶解で溶製し、厚さ３０ｍｍの板に鍛造した後、１２３０℃で２時間加熱し、厚さ４．０ｍｍに熱間圧延して熱延鋼板を得た。次に、熱延鋼板を焼鈍して酸洗して熱延焼鈍鋼板を得た後、熱延焼鈍鋼板を厚さ１．０ｍｍに冷間圧延して冷延鋼板を得た。次に、冷延鋼板を焼鈍した後、水冷し、酸洗を行うことによって冷延焼鈍鋼板を得た。
表１に示す組成を有するステンレス鋼３０ｋｇを真空溶解で溶製し、厚さ３０ｍｍの板に鍛造した後、１２３０℃で２時間加熱し、厚さ４．０ｍｍに熱間圧延して熱延鋼板を得た。次に、熱延鋼板を焼鈍して酸洗して熱延焼鈍鋼板を得た後、熱延焼鈍鋼板を厚さ１．０ｍｍに冷間圧延して冷延鋼板を得た。次に、冷延鋼板を焼鈍した後、水冷し、酸洗を行うことによって冷延焼鈍鋼板を得た。
上記で得られた冷延焼鈍鋼板に対して以下の評価を行った。
＜Ｔｉ炭窒化物の含有量＞
冷延焼鈍鋼板から一辺が２０ｍｍの角型試験片を切削によって切り出し、全面を＃６００の研磨材で湿式研磨した後、ＳＰＥＥＤ法による電解エッチングを行った。ＳＰＥＥＤ法は、１０質量％アセチルアセトン溶液を用い、４００ｍＶの定電位電解を５ｋクーロンとなるまで電解を行い、電解後の溶液を格子径０．０５μｍのフィルターで濾過して介在物（Ｔｉ炭窒化物）を採取した。採取介在物量及び角形試験片の減肉量を質量測定によって求めた。そして、以下の式によって介在物（Ｔｉ炭窒化物）の含有量を求めた。
介在物（Ｔｉ炭窒化物）の含有量＝採取介在物量／角型試験片の減肉量×１００
冷延焼鈍鋼板から一辺が２０ｍｍの角型試験片を切削によって切り出し、全面を＃６００の研磨材で湿式研磨した後、ＳＰＥＥＤ法による電解エッチングを行った。ＳＰＥＥＤ法は、１０質量％アセチルアセトン溶液を用い、４００ｍＶの定電位電解を５ｋクーロンとなるまで電解を行い、電解後の溶液を格子径０．０５μｍのフィルターで濾過して介在物（Ｔｉ炭窒化物）を採取した。採取介在物量及び角形試験片の減肉量を質量測定によって求めた。そして、以下の式によって介在物（Ｔｉ炭窒化物）の含有量を求めた。
介在物（Ｔｉ炭窒化物）の含有量＝採取介在物量／角型試験片の減肉量×１００
＜溶接金属部におけるδフェライト相の含有量＞
冷延焼鈍鋼板に対してビードオンプレートのＴＩＧ溶接（溶加材なし）と同じようにして溶解させる（ただし、溶接は行わない）疑似溶接加工を行った。ＴＩＧ溶接では、裏ビード幅が３ｍｍとなるように溶接入熱を調整した。その後、疑似溶接加工部において、フェライトスコープ（Ｆｉｓｃｈｅｒ社製ＦＥＲＩＴＥＳＣＯＰＥ（登録商標）ＦＭＰ３０）を用いてδフェライト相の含有量を測定した。測定は、疑似溶接加工部の任意の３箇所で行い、その平均値を結果とした。この評価において、δフェライト相の含有量が１．０～１０％であれば、溶接金属部がＦＡモード凝固しているとみなすことができる。
冷延焼鈍鋼板に対してビードオンプレートのＴＩＧ溶接（溶加材なし）と同じようにして溶解させる（ただし、溶接は行わない）疑似溶接加工を行った。ＴＩＧ溶接では、裏ビード幅が３ｍｍとなるように溶接入熱を調整した。その後、疑似溶接加工部において、フェライトスコープ（Ｆｉｓｃｈｅｒ社製ＦＥＲＩＴＥＳＣＯＰＥ（登録商標）ＦＭＰ３０）を用いてδフェライト相の含有量を測定した。測定は、疑似溶接加工部の任意の３箇所で行い、その平均値を結果とした。この評価において、δフェライト相の含有量が１．０～１０％であれば、溶接金属部がＦＡモード凝固しているとみなすことができる。
＜溶接部の耐食性：孔食電位＞
溶接部の耐食性は、ＪＩＳ Ｇ０５７７：２０１４に準拠して孔食電位を測定することによって評価した。具体的には、次のようにして孔食電位を測定した。冷延焼鈍鋼板に対して上記と同様にして疑似溶接加工を行い、疑似溶接加工部における耐食性の評価をＪＩＳ Ｇ０５７７：２０１４に準拠して行った。疑似溶接加工部が中央にくるように１５ｍｍ×２０ｍｍの試験片を切り出した後、＃６００の湿式研磨を行った。次に、この試験片の電極面（露出部分）が１０ｍｍ×１０ｍｍとなるように、電極面以外の部分をシリコーン樹脂で絶縁被覆して孔食電位測定用試験片を得た。次に、Ａｒ脱気を十分に行った３０℃の３．５％ＮａＣｌ溶液中に孔食電位測定用試験片を浸漬し、自然電位から２０ｍＶ／分で動電位アノード分極を行い、孔食電位を測定した。孔食電位は、電流が１００μＡ／ｃｍ2流れたときの電位とした。この評価において、孔食電位が０．５０Ｖ ｖｓ．Ａｇ／ＡｇＣｌ（以下、電位はすべてＡｇ／ＡｇＣｌ基準とする）以上であったものを合格とみなすことができる。
溶接部の耐食性は、ＪＩＳ Ｇ０５７７：２０１４に準拠して孔食電位を測定することによって評価した。具体的には、次のようにして孔食電位を測定した。冷延焼鈍鋼板に対して上記と同様にして疑似溶接加工を行い、疑似溶接加工部における耐食性の評価をＪＩＳ Ｇ０５７７：２０１４に準拠して行った。疑似溶接加工部が中央にくるように１５ｍｍ×２０ｍｍの試験片を切り出した後、＃６００の湿式研磨を行った。次に、この試験片の電極面（露出部分）が１０ｍｍ×１０ｍｍとなるように、電極面以外の部分をシリコーン樹脂で絶縁被覆して孔食電位測定用試験片を得た。次に、Ａｒ脱気を十分に行った３０℃の３．５％ＮａＣｌ溶液中に孔食電位測定用試験片を浸漬し、自然電位から２０ｍＶ／分で動電位アノード分極を行い、孔食電位を測定した。孔食電位は、電流が１００μＡ／ｃｍ2流れたときの電位とした。この評価において、孔食電位が０．５０Ｖ ｖｓ．Ａｇ／ＡｇＣｌ（以下、電位はすべてＡｇ／ＡｇＣｌ基準とする）以上であったものを合格とみなすことができる。
上記の各評価結果を表２に示す。
表２に示されるように、実施例１～９の冷延焼鈍鋼板（オーステナイト系ステンレス鋼材）は、所定の組成を満たしているため、溶接部の耐食性が良好であった。なお、上記では、母材の耐食性は測定していないものの、母材の耐食性は、溶接部の耐食性に比べて高くなるため、母材の耐食性も良好であるといえる。
一方、比較例１の冷延焼鈍鋼板（オーステナイト系ステンレス鋼材）は、Ｎｉの含有量が多すぎるとともにＮの含有量が少なすぎたため、溶接金属部におけるδフェライト相の含有量が少なくなった。また、この冷延焼鈍鋼板は、Ｃｒ当量／Ｎｉ当量が低すぎたため、溶接金属部におけるδフェライト相の含有量が少なくなり、高温割れが起こり易く、高価なＮｉを多量に含むため製造コストも高い。
比較例２の冷延焼鈍鋼板（オーステナイト系ステンレス鋼材）は、Ｃｒ及びＮの含有量が少なすぎたため、溶接部の耐食性が十分でなかった。
比較例３の冷延焼鈍鋼板（オーステナイト系ステンレス鋼材）は、Ｃの含有量が多すぎるとともにＴｉの含有量が少なすぎたため、溶接部の耐食性が十分でなかった。
比較例４の冷延焼鈍鋼板（オーステナイト系ステンレス鋼材）は、Ｔｉの含有量が少なすぎたため、溶接部の耐食性が十分でなかった。また、この冷延焼鈍鋼板は、Ｃｒ当量／Ｎｉ当量が高すぎたため、溶接金属部におけるδフェライト相の含有量が多くなり、高温割れが起こり易くなった。
一方、比較例１の冷延焼鈍鋼板（オーステナイト系ステンレス鋼材）は、Ｎｉの含有量が多すぎるとともにＮの含有量が少なすぎたため、溶接金属部におけるδフェライト相の含有量が少なくなった。また、この冷延焼鈍鋼板は、Ｃｒ当量／Ｎｉ当量が低すぎたため、溶接金属部におけるδフェライト相の含有量が少なくなり、高温割れが起こり易く、高価なＮｉを多量に含むため製造コストも高い。
比較例２の冷延焼鈍鋼板（オーステナイト系ステンレス鋼材）は、Ｃｒ及びＮの含有量が少なすぎたため、溶接部の耐食性が十分でなかった。
比較例３の冷延焼鈍鋼板（オーステナイト系ステンレス鋼材）は、Ｃの含有量が多すぎるとともにＴｉの含有量が少なすぎたため、溶接部の耐食性が十分でなかった。
比較例４の冷延焼鈍鋼板（オーステナイト系ステンレス鋼材）は、Ｔｉの含有量が少なすぎたため、溶接部の耐食性が十分でなかった。また、この冷延焼鈍鋼板は、Ｃｒ当量／Ｎｉ当量が高すぎたため、溶接金属部におけるδフェライト相の含有量が多くなり、高温割れが起こり易くなった。
本発明によれば、耐食性に優れ、溶接した際に耐食性に優れる溶接部を形成し得る安価なオーステナイト系ステンレス鋼材を提供することができる。また、本発明によれば、母材及び溶接部の耐食性に優れる安価な溶接構造体を提供することができる。
Claims (9)
- 質量基準で、Ｃ：０．０１０～０．０６０％、Ｓｉ：２．００％以下、Ｍｎ：３．００％以下、Ｐ：０．０３５％以下、Ｓ：０．０３００％以下、Ｎｉ：６．００～１４．００％、Ｃｒ：２０．０～２６．０％、Ｃｕ：０．０１～３．００％、Ａｌ：０．２００％以下、Ｔｉ：０．０９０～２．０００％、Ｎ：０．１００～０．２５０％、Ｏ：０．００７０％以下を含み、残部がＦｅ及び不純物からなるオーステナイト系ステンレス鋼材。
- 質量基準で、Ｍｏ：３．００％以下、Ｂ：０．０００１～０．０１００％から選択される１種以上を更に含む、請求項１に記載のオーステナイト系ステンレス鋼材。
- 質量基準で、Ｍｇ：０．０００１～０．１０００％、ＲＥＭ：０．０００１～０．１０００％、Ｃａ：０．０００１～０．１０００％から選択される１種以上を更に含む、請求項１又は２に記載のオーステナイト系ステンレス鋼材。
- 質量基準で、Ｎｂ：０．００１～１．０００％、Ｖ：０．００１～１．０００％、Ｚｒ：０．００１～１．０００％、Ｗ：０．００１～１．０００％、Ｃｏ：０．００１～１．０００％、Ｈｆ：０．００１～１．０００％、Ｔａ：０．００１～１．０００％、Ｓｎ：０．００１～０．１００％から選択される１種以上を更に含む、請求項１～３のいずれか一項に記載のオーステナイト系ステンレス鋼材。
- 下記式（１）で表されるＮｉ当量に対する下記式（２）で表されるＣｒ当量の比（Ｃｒ当量／Ｎｉ当量）が１．４８～１．９５である、請求項１～４のいずれか一項に記載のオーステナイト系ステンレス鋼材。
Ｎｉ当量＝Ｎｉ＋０．５Ｍｎ＋３０Ｃ＋３０（Ｎ－０．０６） ・・・（１）
Ｃｒ当量＝Ｃｒ＋１．５Ｓｉ＋Ｍｏ＋０．５Ｎｂ＋２Ｔｉ ・・・（２）
式中、各元素記号は各元素の含有量（質量％）を表す。 - ０．０１質量％以上のＴｉ炭窒化物を含む、請求項１～５のいずれか一項に記載のオーステナイト系ステンレス鋼材。
- 金属材同士が溶接された溶接構造体であって、
前記金属材の少なくとも一方が、請求項１～６のいずれか一項に記載のオーステナイト系ステンレス鋼材である溶接構造体。 - 溶接金属部におけるδフェライト相の含有量が１．０～１０．０％である、請求項７に記載の溶接構造体。
- 溶接部の孔食電位が０．５０Ｖ以上である、請求項７又は８に記載の溶接構造体。
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