JP2023145223A - Austenitic stainless steel, steel plate, and steel pipe and method for producing the same - Google Patents

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三月 菅生
Mitsuki Sugeoi
正治 秦野
Masaharu Hatano
和久 松本
Kazuhisa Matsumoto
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Abstract

To provide an austenitic stainless steel with a reduced content of expensive Ni and improved fatigue resistance in a hydrogen environment.SOLUTION: An austenitic stainless steel has a predetermined chemical composition. The f value is more than 29.5 and less than 32.5. In a cross section parallel with a process direction and a thickness direction, when inclusions with a long side of 5 μm or more are termed "coarse inclusions", the number of coarse inclusions is 10 or less per 0.05 mm2, and the number of coarse inclusions that include 30 mol% or more of CaO constitutes 50% or more of the total number of coarse inclusions.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、オーステナイト系ステンレス鋼材、鋼板、および鋼管ならびにその製造方法に関する。 The present invention relates to an austenitic stainless steel material, a steel plate, a steel pipe, and a method for manufacturing the same.

近年、二酸化炭素等、温室効果ガスを排出しないクリーンなエネルギーとして、水素エネルギーが注目されている。水素エネルギーを活用する上で、水素を製造する、貯蔵する、輸送するといった水素関連技術の確立が求められている。 In recent years, hydrogen energy has attracted attention as a clean energy that does not emit greenhouse gases such as carbon dioxide. In order to utilize hydrogen energy, it is necessary to establish hydrogen-related technologies for producing, storing, and transporting hydrogen.

その一方、水素関連技術の確立には様々な問題がある。その一つとして、水素環境下で、強度および延性が低下する、いわゆる水素脆化の問題がある。水素環境下で使用される素材として、オーステナイト系ステンレス鋼があり、例えば、特許文献1および2には、耐水素脆化性を向上させたオーステナイト系ステンレス鋼が開示されている。 On the other hand, there are various problems in establishing hydrogen-related technology. One of them is the problem of so-called hydrogen embrittlement, in which strength and ductility decrease in a hydrogen environment. Austenitic stainless steels are examples of materials used in hydrogen environments. For example, Patent Documents 1 and 2 disclose austenitic stainless steels with improved hydrogen embrittlement resistance.

また、水素環境下では、使用される部材は、一定以上のガス圧、すなわち応力を受け続ける状態になる。そして、繰り返し応力を受けることで、通常、破断が生じる強度レベルより低い応力であっても、疲労破壊による破断が生じることがある。そこで、部材への使用を想定し、特許文献3および4には、耐水素脆化性に加え、水素環境下における耐疲労特性をも向上させたオーステナイト系ステンレス鋼が開示されている。 Further, in a hydrogen environment, the members used continue to be subjected to gas pressure above a certain level, that is, stress. When subjected to repeated stress, even if the stress is lower than the strength level that would normally cause rupture, rupture due to fatigue fracture may occur. Therefore, in anticipation of use in parts, Patent Documents 3 and 4 disclose austenitic stainless steels that have improved fatigue resistance in a hydrogen environment in addition to hydrogen embrittlement resistance.

特開2019-143228号公報JP2019-143228A 特開2021-109998号公報JP 2021-109998 Publication 国際公開第2016/68009号International Publication No. 2016/68009 特開2019-194357号公報Japanese Patent Application Publication No. 2019-194357

ここで、特許文献1および2に開示された技術では、オーステナイト系ステンレス鋼の水素環境下における耐疲労特性について、検討されていない。このため、上記文献に開示されたオーステナイト系ステンレス鋼は、水素環境下における耐疲労特性について、さらに改善の余地がある。また、特許文献3および4に開示された技術では、オーステナイト系ステンレス鋼の水素環境下における耐疲労特性について、検討がされているが、高価なNiを多く含有することから、合金コストの点でさらに改善の余地がある。 Here, in the techniques disclosed in Patent Documents 1 and 2, the fatigue resistance characteristics of austenitic stainless steel in a hydrogen environment are not studied. Therefore, the austenitic stainless steel disclosed in the above document has room for further improvement in fatigue resistance in a hydrogen environment. Furthermore, in the techniques disclosed in Patent Documents 3 and 4, the fatigue resistance of austenitic stainless steel in a hydrogen environment has been studied, but since it contains a large amount of expensive Ni, it is difficult to reduce the alloy cost. There is still room for further improvement.

以上を踏まえ、本発明は、上記の課題を解決し、高価なNiを低減しながらも、水素環境下における耐疲労特性を向上させた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。 Based on the above, an object of the present invention is to solve the above problems and provide an austenitic stainless steel material that improves fatigue resistance in a hydrogen environment while reducing expensive Ni.

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、下記のオーステナイト系ステンレス鋼材、鋼板、および鋼管ならびにその製造方法を要旨とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and its gist is the following austenitic stainless steel material, steel plate, steel pipe, and manufacturing method thereof.

(1)化学組成が、質量%で、
C:0.1%以下、
Si:2.0%以下、
Mn:6.0~12.0%、
P:0.030%以下、
S:0.003%以下、
Cr:13.0~18.0%、
Ni:5.0~9.0%、
N:0.15~0.25%、
Al:0.005~0.080%、
Ca:0.0005~0.01%、
B:0.0001~0.01%、
Ga:0.0010~0.020%、
Cu:1.0%未満、
Mo:2.0%未満、
Nb:0~0.5%、
Ti:0~0.5%、
V:0~0.50%、
W:0~0.50%、
Zr:0~0.50%、
Co:0~0.50%、
Mg:0~0.005%、
Hf:0~0.10%、
REM:0~0.1%、
残部:Feおよび不純物であり、
下記(i)式で算出されるf値が29.5超32.5未満であり、
加工方向および厚さ方向に平行な断面において、
長辺が5μm以上の介在物を粗大介在物とするとき、前記粗大介在物の個数が0.05mm当たり10個以下であり、
前記粗大介在物の個数に対する、CaOを30mol%以上含む粗大介在物の個数の割合が、50%以上である、オーステナイト系ステンレス鋼材。
f値=Ni+0.72Cr+0.88Mo+1.11Mn-0.27Si+0.53Cu+12.93C+7.55N-1.1Nb-2.2Ti ・・・(i)
但し、上記(i)式中の各元素記号は、鋼中に含まれる各元素の含有量(質量%)を表し、含有されない場合はゼロとする。
(1) The chemical composition is in mass%,
C: 0.1% or less,
Si: 2.0% or less,
Mn: 6.0 to 12.0%,
P: 0.030% or less,
S: 0.003% or less,
Cr: 13.0-18.0%,
Ni: 5.0 to 9.0%,
N: 0.15-0.25%,
Al: 0.005-0.080%,
Ca: 0.0005-0.01%,
B: 0.0001-0.01%,
Ga: 0.0010-0.020%,
Cu: less than 1.0%,
Mo: less than 2.0%,
Nb: 0 to 0.5%,
Ti: 0 to 0.5%,
V: 0-0.50%,
W: 0-0.50%,
Zr: 0 to 0.50%,
Co: 0 to 0.50%,
Mg: 0 to 0.005%,
Hf: 0-0.10%,
REM: 0-0.1%,
The remainder: Fe and impurities,
The f value calculated by the following formula (i) is more than 29.5 and less than 32.5,
In the cross section parallel to the processing direction and thickness direction,
When inclusions with long sides of 5 μm or more are coarse inclusions, the number of coarse inclusions is 10 or less per 0.05 mm 2 ,
An austenitic stainless steel material, wherein the ratio of the number of coarse inclusions containing 30 mol% or more of CaO to the number of coarse inclusions is 50% or more.
f value=Ni+0.72Cr+0.88Mo+1.11Mn-0.27Si+0.53Cu+12.93C+7.55N-1.1Nb-2.2Ti...(i)
However, each element symbol in the above formula (i) represents the content (mass %) of each element contained in the steel, and is zero if it is not contained.

(2)前記断面において、
Niの負偏析度が、0.80以上であり、
Mnの負偏析度が、0.80以上である、上記(1)に記載のオーステナイト系ステンレス鋼材。
(2) In the cross section,
The negative segregation degree of Ni is 0.80 or more,
The austenitic stainless steel material according to (1) above, wherein the degree of negative segregation of Mn is 0.80 or more.

(3)鋼板である、上記(1)または(2)に記載のオーステナイト系ステンレス鋼材。 (3) The austenitic stainless steel material according to (1) or (2) above, which is a steel plate.

(4)鋼管である、上記(1)または(2)に記載のオーステナイト系ステンレス鋼材。 (4) The austenitic stainless steel material according to (1) or (2) above, which is a steel pipe.

(5)上記(1)または(2)に記載のオーステナイト系ステンレス鋼材を製造する製造方法であって、
上記(1)に記載の化学組成を有する熱間加工素材を、冷間加工し、冷間加工材とする、冷間加工工程と、
露点が-45℃以下で950~1150℃の温度範囲で光輝焼鈍を行う光輝焼鈍工程と、を有する、オーステナイト系ステンレス鋼材の製造方法。
(5) A manufacturing method for manufacturing the austenitic stainless steel material according to (1) or (2) above, comprising:
A cold working step of cold working a hot worked material having the chemical composition described in (1) above to obtain a cold worked material;
A method for producing an austenitic stainless steel material, comprising a bright annealing step of bright annealing at a temperature range of 950 to 1150°C with a dew point of -45°C or less.

(6)上記(3)に記載のオーステナイト系ステンレス鋼材を製造する製造方法であって、
前記冷間加工工程において、冷間圧延を行う、上記(5)に記載のオーステナイト系ステンレス鋼材の製造方法。
(6) A manufacturing method for manufacturing the austenitic stainless steel material according to (3) above, comprising:
The method for producing an austenitic stainless steel material according to (5) above, wherein cold rolling is performed in the cold working step.

(7)上記(4)に記載のオーステナイト系ステンレス鋼材を製造する製造方法であって、
前記冷間加工工程において、引抜き加工を行う、上記(5)に記載のオーステナイト系ステンレス鋼材の製造方法。
(7) A manufacturing method for manufacturing the austenitic stainless steel material according to (4) above, comprising:
The method for manufacturing an austenitic stainless steel material according to (5) above, wherein drawing is performed in the cold working step.

(8)上記(4)に記載のオーステナイト系ステンレス鋼材を製造する方法であって、
前記引抜き加工を2回以上行う、上記(7)に記載のオーステナイト系ステンレス鋼材の製造方法。
(8) A method for producing the austenitic stainless steel material according to (4) above, comprising:
The method for producing an austenitic stainless steel material according to (7) above, wherein the drawing process is performed twice or more.

本発明によれば、高価なNiを低減しながらも、水素環境下における耐疲労特性を向上させたオーステナイト系ステンレス鋼材を得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain an austenitic stainless steel material with improved fatigue resistance in a hydrogen environment while reducing the amount of expensive Ni.

図1は、鋼板の場合の介在物の観察位置および試料の採取位置を示した図である。FIG. 1 is a diagram showing observation positions of inclusions and sample sampling positions in the case of a steel plate. 図2は、鋼管の場合の介在物の観察位置および試料の採取位置を示した図である。FIG. 2 is a diagram showing the observation position of inclusions and the sample collection position in the case of a steel pipe.

本発明者らは、高価なNiを低減しながらも、水素環境下における耐疲労特性(以下、単に、「耐疲労特性」とも記載する。)を向上させたオーステナイト系ステンレス鋼材について検討を行い、以下の(a)~(c)の知見を得た。 The present inventors have studied an austenitic stainless steel material that has improved fatigue resistance in a hydrogen environment (hereinafter also simply referred to as "fatigue resistance") while reducing expensive Ni. The following findings (a) to (c) were obtained.

(a)繰り返し応力が付与され、疲労により破壊が生じる場合、介在物が破壊の起点となることが多い。このため、形成する介在物の個数を低減するのが望ましい。そこで、介在物の形成を抑制する、GaおよびCaを微量に含有させるのが有効である。 (a) When repeated stress is applied and fracture occurs due to fatigue, inclusions often become the starting point of the fracture. Therefore, it is desirable to reduce the number of inclusions formed. Therefore, it is effective to contain small amounts of Ga and Ca to suppress the formation of inclusions.

(b)また、介在物の大きさが大きかったり、介在物自体が硬質であったりすると、介在物がさらに破壊の起点となりやすくなる。このため、粗大な介在物の形成を抑制するとともに、介在物として、軟質なCaOを積極的に形成させるのが有効である。ここで、通常の製造工程では、硬質なAl、MgOといった介在物が形成しやすい。そして、本発明者らは、硬質なAlおよびMgOを還元することで低減する一方、還元されにくいCaOを残存させるために、所定の条件下で行う光輝焼鈍が有効であることを明らかにした。 (b) Furthermore, if the size of the inclusion is large or the inclusion itself is hard, the inclusion is more likely to become a starting point for destruction. Therefore, it is effective to suppress the formation of coarse inclusions and to actively form soft CaO as inclusions. Here, in normal manufacturing processes, inclusions such as hard Al 2 O 3 and MgO are likely to be formed. The present inventors have also clarified that bright annealing performed under predetermined conditions is effective in reducing hard Al 2 O 3 and MgO by reducing it, while allowing CaO, which is difficult to reduce, to remain. I made it.

(c)さらに、NiおよびMnの偏析が大きい場合も、破壊の起点になることから、これら元素の負偏析度を0.80以上とし、偏析を極力解消するのが望ましい。NiおよびMnの負偏析度を0.80以上とするためには、冷間加工を複数回行い、その後、最終工程において、光輝焼鈍を行うのが望ましい。 (c) Furthermore, even if the segregation of Ni and Mn is large, it becomes a starting point for fracture, so it is desirable to set the degree of negative segregation of these elements to 0.80 or more to eliminate segregation as much as possible. In order to make the degree of negative segregation of Ni and Mn 0.80 or more, it is desirable to perform cold working multiple times and then perform bright annealing in the final step.

本発明の一実施形態は上記の知見に基づいてなされたものである。以下、本実施形態の各要件について詳しく説明する。 One embodiment of the present invention has been made based on the above findings. Each requirement of this embodiment will be explained in detail below.

1.化学組成
各元素の限定理由は下記のとおりである。なお、以下の説明において含有量についての「%」は、「質量%」を意味する。
1. Chemical composition The reasons for limiting each element are as follows. In addition, in the following description, "%" regarding content means "mass %".

C:0.1%以下
Cは、オーステナイト相の安定化に有効な元素であり、耐水素脆化性を向上させる元素である。しかしながら、過剰にCを含有させると、Cr系炭化物が過剰に析出して耐疲労特性が低下する。このため、C含有量は、0.1%以下とする。C含有量は、0.08%以下とするのが好ましく、0.07%以下とするのが好ましい。一方、上記効果を得るためには、C含有量は、0.01%以上とするのが好ましい。
C: 0.1% or less C is an element effective in stabilizing the austenite phase and improving hydrogen embrittlement resistance. However, when C is contained excessively, Cr-based carbides are excessively precipitated, resulting in a decrease in fatigue resistance. Therefore, the C content is set to 0.1% or less. The C content is preferably 0.08% or less, more preferably 0.07% or less. On the other hand, in order to obtain the above effects, the C content is preferably 0.01% or more.

Si:2.0%以下
Siは、脱酸に有効な元素であり、耐水素脆化性の向上にも寄与する。しかしながら、Siを過剰に含有させると、硬質介在物であるSiOおよびシグマ相などの金属間化合物の生成が助長され、耐疲労特性が低下する。このため、Si含有量は、2.0%以下とする。Si含有量は、1.0%以下とするのが好ましい。一方、上記効果を得るためには、Si含有量は、0.5%以上とするのが好ましい。
Si: 2.0% or less Si is an effective element for deoxidation and also contributes to improving hydrogen embrittlement resistance. However, when Si is contained excessively, the formation of intermetallic compounds such as hard inclusions SiO 2 and sigma phase is promoted, resulting in a decrease in fatigue resistance. Therefore, the Si content is set to 2.0% or less. The Si content is preferably 1.0% or less. On the other hand, in order to obtain the above effects, the Si content is preferably 0.5% or more.

Mn:6.0~12.0%
Mnは、オーステナイト相の安定化に有効な元素であり、耐水素脆化性および耐疲労特性の向上に寄与する。また、Nの固溶限を大きくするため、高価なNiの節減に間接的に寄与する。このため、Mn含有量は6.0%以上とする。Mn含有量は、8.0%以上とするのが好ましく、9.0%以上とするのがより好ましい。しかしながら、Mnを過剰に含有させると、水素脆化感受性の高いε相の生成を助長し、却って耐水素脆化性が低下する。加えて、介在物の生成を助長して、耐疲労特性が低下する。このため、Mn含有量は、12.0%以下とし、10%以下とすることが好ましい。
Mn: 6.0-12.0%
Mn is an element effective in stabilizing the austenite phase and contributes to improving hydrogen embrittlement resistance and fatigue resistance. Furthermore, since the solid solubility limit of N is increased, it indirectly contributes to saving expensive Ni. Therefore, the Mn content is set to 6.0% or more. The Mn content is preferably 8.0% or more, more preferably 9.0% or more. However, when Mn is contained excessively, it promotes the formation of an ε phase that is highly susceptible to hydrogen embrittlement, and on the contrary, the hydrogen embrittlement resistance decreases. In addition, it promotes the formation of inclusions, resulting in a decrease in fatigue resistance. Therefore, the Mn content is 12.0% or less, preferably 10% or less.

P:0.030%以下
Pは、不純物として鋼に含有される元素であるが、リン化物を形成して耐疲労特性を低下させる。このため、P含有量は、0.030%以下とする。P含有量は、0.025%以下とするのが好ましく、0.015%以下とするのがより好ましい。一方、Pを過剰に低減すると、製造コストが増加する。このため、P含有量は、0.005%以上とするのが好ましい。
P: 0.030% or less P is an element contained in steel as an impurity, but it forms phosphides and deteriorates fatigue resistance. Therefore, the P content is set to 0.030% or less. The P content is preferably 0.025% or less, more preferably 0.015% or less. On the other hand, if P is reduced excessively, manufacturing costs will increase. Therefore, the P content is preferably 0.005% or more.

S:0.003%以下
Sは、不純物として鋼に含有される元素であり、耐食性、特に耐候性を低下させる。このため、S含有量は、0.003%以下とする。S含有量は、0.002%以下とするのが好ましく、0.001%以下とするのがより好ましい。しかしながら、Sを過剰に低減すると、製造コストが増加する。このため、S含有量は、0.0001%以上とするのが好ましい。
S: 0.003% or less S is an element contained in steel as an impurity, and reduces corrosion resistance, especially weather resistance. Therefore, the S content is set to 0.003% or less. The S content is preferably 0.002% or less, more preferably 0.001% or less. However, reducing S excessively increases manufacturing costs. Therefore, the S content is preferably 0.0001% or more.

Cr:13.0~18.0%
Crは、ステンレス鋼において一定量含有される元素であり、耐食性、特に耐候性を向上させる効果を有する。このため、Cr含有量は、13.0%以上とする。Cr含有量は、15.0%以上とするのが好ましい。しかしながら、Crは、フェライト形成元素である。このため、Crを過剰に含有させると、オーステナイト相を不安定化させ、耐水素脆化性が低下する。また、硬質なMnCrの介在物の形成を助長し、耐疲労特性を低下させる。このため、Cr含有量は、18.0%以下とする。Cr含有量は、17.0%以下とするのが好ましく、16.0%以下とするのがより好ましい。
Cr: 13.0-18.0%
Cr is an element contained in a certain amount in stainless steel, and has the effect of improving corrosion resistance, particularly weather resistance. Therefore, the Cr content is set to 13.0% or more. The Cr content is preferably 15.0% or more. However, Cr is a ferrite-forming element. Therefore, when Cr is contained excessively, the austenite phase becomes unstable and the hydrogen embrittlement resistance decreases. Furthermore, it promotes the formation of hard MnCr 2 O 4 inclusions, reducing fatigue resistance. Therefore, the Cr content is set to 18.0% or less. The Cr content is preferably 17.0% or less, more preferably 16.0% or less.

Ni:5.0~9.0%
Niは、耐水素脆化性および耐疲労特性を確保するために必要な元素である。このため、Ni含有量は、5.0%以上とする。Ni含有量は、7.0%以上とするのが好ましい。しかしながら、Niを過剰に含有させると、合金コストが増加する。このため、Ni含有量は、9.0%以下とする。Ni含有量は、8.5%以下とするのが好ましく、8.0%以下とするのがより好ましい。
Ni: 5.0-9.0%
Ni is an element necessary to ensure hydrogen embrittlement resistance and fatigue resistance. Therefore, the Ni content is set to 5.0% or more. The Ni content is preferably 7.0% or more. However, when Ni is contained excessively, the alloy cost increases. Therefore, the Ni content is set to 9.0% or less. The Ni content is preferably 8.5% or less, more preferably 8.0% or less.

N:0.15~0.25%
Nは、耐水素脆化性の向上に有効な元素である。このため、N含有量は、0.15%以上とする。しかしながら、Nを過剰に含有させると、AlNの形成を助長し、耐疲労特性が低下する。また、溶接時のブローホール等、内部欠陥が発生する場合があり、溶接鋼管の製造性も低下する。このため、N含有量は、0.25%以下とする。N含有量は、0.22%以下とするのが好ましく、0.20%以下とするのがより好ましい。
N: 0.15-0.25%
N is an element effective in improving hydrogen embrittlement resistance. Therefore, the N content is set to 0.15% or more. However, excessive N content promotes the formation of AlN and reduces fatigue resistance. Furthermore, internal defects such as blowholes may occur during welding, and the manufacturability of welded steel pipes also decreases. Therefore, the N content is set to 0.25% or less. The N content is preferably 0.22% or less, more preferably 0.20% or less.

Al:0.005~0.080%
Alは、有効な脱酸元素であり、耐疲労特性を向上させる効果を有する。このため、Al含有量は、0.005%以上とする。Al含有量は、0.010%以上とするのが好ましい。しかしながら、Alを過剰に含有させると、硬質なAlの介在物およびAlNが形成しやすくなり、耐疲労特性が低下する。このため、Al含有量は、0.080%以下とする。Al含有量は、0.060%以下とするのが好ましい。
Al: 0.005-0.080%
Al is an effective deoxidizing element and has the effect of improving fatigue resistance. Therefore, the Al content is set to 0.005% or more. The Al content is preferably 0.010% or more. However, when Al is contained excessively, hard Al 2 O 3 inclusions and AlN are likely to be formed, resulting in a decrease in fatigue resistance. Therefore, the Al content is set to 0.080% or less. The Al content is preferably 0.060% or less.

Ca:0.0005~0.01%
Caは、脱酸効果を有し、O含有量を低減することで、介在物の形成を抑制し、耐疲労特性を向上させる。また、耐疲労特性の向上に有効なCaOの形成を促進する効果を有する。このため、Ca含有量は、0.0005%以上とする。Ca含有量は、0.0020%以上とするのが好ましく、0.0025%以上とするのが好ましい。しかしながら、Caを過剰に含有させると、粗大なCaOの介在物が過剰に形成し、却って耐疲労特性が低下する。このため、Ca含有量は、0.01%以下とする。Ca含有量は、0.0050%以下とするのが好ましい。
Ca: 0.0005-0.01%
Ca has a deoxidizing effect, and by reducing the O content, suppresses the formation of inclusions and improves fatigue resistance. It also has the effect of promoting the formation of CaO, which is effective in improving fatigue resistance. Therefore, the Ca content is set to 0.0005% or more. The Ca content is preferably 0.0020% or more, and preferably 0.0025% or more. However, when Ca is contained excessively, coarse CaO inclusions are excessively formed, and the fatigue resistance properties are deteriorated. Therefore, the Ca content is set to 0.01% or less. The Ca content is preferably 0.0050% or less.

B:0.0001~0.01%
Bは、粒界を強化することで、粒界での破壊の伝播を抑制し、耐疲労特性を向上させる効果を有する。このため、B含有量は、0.0001%以上とする。B含有量は、0.0003%以上とするのが好ましく、0.0005%以上とするのが好ましい。しかしながら、Bを過剰に含有させても、その効果が飽和するばかりか、ボロン化合物(BN、BC、CrB)の粒界析出を促進するため、却って、耐疲労特性が低下する。このため、B含有量は、0.01%以下とする。B含有量は、0.0050%以下とするのが好ましい。
B: 0.0001-0.01%
B has the effect of suppressing the propagation of fracture at the grain boundaries and improving fatigue resistance by strengthening the grain boundaries. Therefore, the B content is set to 0.0001% or more. The B content is preferably 0.0003% or more, and preferably 0.0005% or more. However, even if B is contained in excess, its effect is not only saturated, but also the grain boundary precipitation of boron compounds (BN, BC, Cr 2 B) is promoted, so that the fatigue resistance properties are deteriorated. Therefore, the B content is set to 0.01% or less. The B content is preferably 0.0050% or less.

なお、CaとBとの合計含有量は、0.005%以下とするのが好ましい。CaとBとの合計含有量が、0.005%を超えると、CaおよびBが粒界で化合物を形成することで、耐疲労特性の向上効果を十分に得ることができにくくなるからである。 Note that the total content of Ca and B is preferably 0.005% or less. This is because if the total content of Ca and B exceeds 0.005%, Ca and B will form a compound at the grain boundaries, making it difficult to obtain a sufficient effect of improving fatigue resistance properties. .

Ga:0.0010~0.020%
Gaは、酸化物を形成するとともに、耐疲労特性の向上に有効なCaOの形成にも間接的に寄与することから、本実施形態の鋼材では、重要な元素である。このため、Ga含有量は、0.0010%以上とする。Ga含有量は、0.0050%以上とするのが好ましく、0.0090%以上とするのがより好ましい。しかしながら、Gaを過剰に含有させると、製造性が低下する。このため、Ga含有量は、0.020%以下とする。Ga含有量は、0.0110%以下とするのが好ましい。
Ga: 0.0010-0.020%
Ga is an important element in the steel material of this embodiment because it forms oxides and indirectly contributes to the formation of CaO, which is effective in improving fatigue resistance. Therefore, the Ga content is set to 0.0010% or more. The Ga content is preferably 0.0050% or more, more preferably 0.0090% or more. However, when Ga is contained excessively, manufacturability is reduced. Therefore, the Ga content is set to 0.020% or less. The Ga content is preferably 0.0110% or less.

Cu:1.0%未満
Cuは、スクラップ等の原料から混入する元素であり、オーステナイト相を安定化させて耐水素脆化性の向上に有効な元素である。その一方、Cuは、低融点元素であり、粒界に偏析し、PおよびSによる高温割れを助長し、割れを生じやすくさせる。このため、Cu含有量は、1.0%未満とする。Cu含有量は、0.5%以下とするのが好ましい。しかしながら、Cu含有量を過剰に低減すると、溶解原料の制約を招き、製造コストが増加する。このため、Cu含有量は、0.01%以上とするのが好ましい。
Cu: less than 1.0% Cu is an element that is mixed in from raw materials such as scrap, and is an element that is effective in stabilizing the austenite phase and improving hydrogen embrittlement resistance. On the other hand, Cu is a low melting point element, segregates at grain boundaries, promotes high-temperature cracking due to P and S, and makes cracking more likely to occur. Therefore, the Cu content is set to less than 1.0%. The Cu content is preferably 0.5% or less. However, excessively reducing the Cu content leads to restrictions on melting raw materials and increases manufacturing costs. Therefore, the Cu content is preferably 0.01% or more.

Mo:2.0%未満
Moは、スクラップ等の原料から混入する元素であるが、強度および耐食性を向上させる効果を有する。その一方、過剰に含有させると、δフェライト相の生成を促進させ、耐水素脆化性を低下させる。このため、Mo含有量は、2.0%未満とする。Mo含有量は、0.5%以下とするのが好ましい。一方、Mo含有量を過剰に低減すると、溶解原料の制約を招き、製造コストが増加する。このため、Mo含有量は、0.01%以上とするのが好ましい。
Mo: less than 2.0% Mo is an element that is mixed in from raw materials such as scrap, but has the effect of improving strength and corrosion resistance. On the other hand, when it is contained in excess, it promotes the formation of δ ferrite phase and reduces hydrogen embrittlement resistance. Therefore, the Mo content is set to less than 2.0%. The Mo content is preferably 0.5% or less. On the other hand, excessively reducing the Mo content results in restrictions on melting raw materials and increases manufacturing costs. Therefore, the Mo content is preferably 0.01% or more.

上記の元素に加えて、さらにNb、Ti、V、W、Zr、Co、Mg、Hf、およびREMから選択される一種以上を、以下に示す範囲において含有させてもよい。各元素の限定理由について説明する。 In addition to the above elements, one or more selected from Nb, Ti, V, W, Zr, Co, Mg, Hf, and REM may be contained within the range shown below. The reasons for limiting each element will be explained.

Nb:0~0.5%
Nbは、炭窒化物を形成し、結晶粒を微細化し、粒界を強化する効果を有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Nbを過剰に含有させると、炭窒化物を形成し、耐疲労特性が低下する。そのため、Nb含有量は、0.5%以下とする。Nb含有量は、0.3%以下とするのが好ましい。一方、上記効果を得るためには、Nb含有量は、0.01%以上とするのが好ましい。
Nb: 0-0.5%
Nb has the effect of forming carbonitrides, refining crystal grains, and strengthening grain boundaries. Therefore, it may be included if necessary. However, when Nb is contained excessively, carbonitrides are formed and fatigue resistance is deteriorated. Therefore, the Nb content is set to 0.5% or less. The Nb content is preferably 0.3% or less. On the other hand, in order to obtain the above effects, the Nb content is preferably 0.01% or more.

Ti:0~0.5%
Tiは、炭窒化物を形成し、結晶粒を微細化し、粒界を強化する効果を有する。この結果、Tiは、溶接時の割れの発生を抑制する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Tiを過剰に含有させると、炭窒化物形成し、耐疲労特性が低下する。そのため、Ti含有量は、0.5%以下とする。Ti含有量は、0.3%以下とするのが好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ti含有量は、0.01%以上とするのが好ましい。
Ti: 0-0.5%
Ti has the effect of forming carbonitrides, refining crystal grains, and strengthening grain boundaries. As a result, Ti suppresses the occurrence of cracks during welding. Therefore, it may be included if necessary. However, when Ti is contained excessively, carbonitrides are formed and the fatigue resistance is deteriorated. Therefore, the Ti content is set to 0.5% or less. The Ti content is preferably 0.3% or less. On the other hand, in order to obtain the above effects, the Ti content is preferably 0.01% or more.

V:0~0.50%
Vは、鋼中に固溶または炭窒化物として析出し、強度を向上させる効果を有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Vを過剰に含有させると、炭窒化物形成し、耐疲労特性が低下する。そのため、V含有量は、0.50%以下とする。V含有量は、0.30%以下とするのが好ましい。一方、上記効果を得るためには、V含有量は、0.01%以上とするのが好ましい。
V: 0-0.50%
V precipitates as a solid solution or carbonitride in steel, and has the effect of improving strength. Therefore, it may be included if necessary. However, when an excessive amount of V is contained, carbonitrides are formed and the fatigue resistance is deteriorated. Therefore, the V content is set to 0.50% or less. The V content is preferably 0.30% or less. On the other hand, in order to obtain the above effects, the V content is preferably 0.01% or more.

W:0~0.50%
Wは、強度および耐食性を向上させる効果を有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Wを過剰に含有させると、製造コストが増加する。そのため、W含有量は、0.50%以下とする。W含有量は、0.30%以下とするのが好ましい。一方、上記効果を得るためには、W含有量は、0.001%以上とするのが好ましい。
W: 0-0.50%
W has the effect of improving strength and corrosion resistance. Therefore, it may be included if necessary. However, when W is contained excessively, manufacturing costs increase. Therefore, the W content is set to 0.50% or less. The W content is preferably 0.30% or less. On the other hand, in order to obtain the above effects, the W content is preferably 0.001% or more.

Zr:0~0.50%
Zrは、脱酸効果を有し、溶接性を向上させる効果を有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Zrを過剰に含有させると、炭窒化物が過剰に形成し、耐疲労特性が低下する。そのため、Zr含有量は、0.50%以下とする。Zr含有量は、0.30%以下とするのが好ましい。一方、上記効果を得るためには、Zr含有量は、0.01%以上とするのが好ましい。
Zr: 0-0.50%
Zr has a deoxidizing effect and has an effect of improving weldability. Therefore, it may be included if necessary. However, when Zr is contained excessively, carbonitrides are excessively formed, resulting in a decrease in fatigue resistance. Therefore, the Zr content is set to 0.50% or less. The Zr content is preferably 0.30% or less. On the other hand, in order to obtain the above effects, the Zr content is preferably 0.01% or more.

Co:0~0.50%
Coは、耐食性を向上させ、オーステナイト相を安定化させる効果を有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Coを過剰に含有させると、製造コストが増加する。そのため、Co含有量は、0.50%以下とする。Co含有量は、0.30%以下とするのが好ましい。一方、上記効果を得るためには、Co含有量は、0.01%以上とするのが好ましい。
Co: 0-0.50%
Co has the effect of improving corrosion resistance and stabilizing the austenite phase. Therefore, it may be included if necessary. However, when Co is contained excessively, manufacturing costs increase. Therefore, the Co content is set to 0.50% or less. The Co content is preferably 0.30% or less. On the other hand, in order to obtain the above effects, the Co content is preferably 0.01% or more.

Mg:0~0.005%
Mgは、脱酸効果に有効な元素であり、鋼管の溶接性を向上させる効果を有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Mgを過剰に含有させると、MgOの介在物が過剰に形成し、耐疲労特性が低下する。そのため、Mg含有量は、0.005%以下とする。効果と製造性の兼ね合いから、Mg含有量は、0.002%以下とするのが好ましい。一方、上記効果を得るためには、Mg含有量は、0.0001%以上とするのが好ましい。
Mg: 0-0.005%
Mg is an effective element for deoxidation and has the effect of improving the weldability of steel pipes. Therefore, it may be included if necessary. However, when Mg is contained excessively, MgO inclusions are excessively formed, resulting in a decrease in fatigue resistance. Therefore, the Mg content is set to 0.005% or less. From the viewpoint of effectiveness and manufacturability, the Mg content is preferably 0.002% or less. On the other hand, in order to obtain the above effects, the Mg content is preferably 0.0001% or more.

Hf:0~0.10%
Hfは、脱酸効果を有し、溶接性を向上させる効果を有する。このため、必要に応じて、含有させてもよい。しかしながら、Hfを過剰に含有させると、介在物が過剰に形成し、耐疲労特性が低下する。そのため、Hf含有量は、0.10%以下とする。Hf含有量は、0.05%以下とするのが好ましい。一方、上記効果を得るためには、Hf含有量は、0.01%以上とするのが好ましい。
Hf: 0-0.10%
Hf has a deoxidizing effect and an effect of improving weldability. Therefore, it may be included if necessary. However, when Hf is contained excessively, inclusions are excessively formed and the fatigue resistance is deteriorated. Therefore, the Hf content is set to 0.10% or less. The Hf content is preferably 0.05% or less. On the other hand, in order to obtain the above effects, the Hf content is preferably 0.01% or more.

REM:0~0.1%
REMは、脱酸効果を有し、溶接性を向上させる効果を有する。また、耐食性を向上させる効果も有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、REMを過剰に含有させると、その効果が飽和するばかりか、介在物が過剰に形成し、耐疲労特性が低下する。そのため、REM含有量は、0.1%以下とする。REM含有量は、0.05%以下とするのが好ましい。一方、上記効果を得るためには、REM含有量は、0.01%以上とするのが好ましい。
REM: 0~0.1%
REM has a deoxidizing effect and an effect of improving weldability. It also has the effect of improving corrosion resistance. Therefore, it may be included if necessary. However, when REM is contained excessively, not only its effect is saturated, but also inclusions are excessively formed, resulting in a decrease in fatigue resistance. Therefore, the REM content is set to 0.1% or less. The REM content is preferably 0.05% or less. On the other hand, in order to obtain the above effects, the REM content is preferably 0.01% or more.

REMは、Sc、Yおよびランタノイドの合計17元素を指し、上記REM含有量はこれらの元素の合計含有量を意味する。REMは、工業的には、ミッシュメタルの形で添加されることがある。 REM refers to a total of 17 elements including Sc, Y, and lanthanoids, and the above REM content refers to the total content of these elements. REM is sometimes added industrially in the form of misch metal.

本発明に係る鋼板の化学組成において、残部はFeおよび不純物である。ここで「不純物」とは、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、スクラップ等の原料、製造工程の種々の要因によって混入する成分であって、本発明に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。 In the chemical composition of the steel sheet according to the present invention, the remainder is Fe and impurities. Here, "impurities" are components that are mixed in during the industrial production of austenitic stainless steel materials due to raw materials such as ore and scrap, and various factors in the manufacturing process, within a range that does not adversely affect the present invention. means what is permissible.

f値:
本実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼材では、オーステナイト相の安定性を表す指標として、以下に示されるf値を所定の範囲に制限する。具体的には、下記(i)式で算出されるf値を、29.5超32.5未満とする。
f value:
In the austenitic stainless steel material according to the present embodiment, the f value shown below is limited to a predetermined range as an index representing the stability of the austenite phase. Specifically, the f value calculated by the following formula (i) is set to be more than 29.5 and less than 32.5.

f値=Ni+0.72Cr+0.88Mo+1.11Mn-0.27Si+0.53Cu+12.93C+7.55N-1.1Nb-2.2Ti ・・・(i)
但し、上記(i)式中の各元素記号は、鋼中に含まれる各元素の含有量(質量%)を表し、含有されない場合はゼロとする。
f value=Ni+0.72Cr+0.88Mo+1.11Mn-0.27Si+0.53Cu+12.93C+7.55N-1.1Nb-2.2Ti...(i)
However, each element symbol in the above formula (i) represents the content (mass %) of each element contained in the steel, and is zero if it is not contained.

ここで、f値が29.5以下であると、オーステナイト相の安定性が低く、耐水素脆化性および耐疲労特性が低下する。このため、f値は、29.5超とする。f値は、30.0以上とするのが好ましい。しかしながら、f値が32.5以上であると、高合金化により、却って、耐疲労特性が低下する。また、原料コストおよび製造コストが増加する。このため、f値は、32.5未満とする。製造性、溶接性、および経済性の観点から、f値は、31.5以下とするのが好ましい。 Here, if the f value is 29.5 or less, the stability of the austenite phase is low, and the hydrogen embrittlement resistance and fatigue resistance are reduced. Therefore, the f value is set to exceed 29.5. The f value is preferably 30.0 or more. However, if the f value is 32.5 or more, the fatigue resistance properties will deteriorate due to high alloying. Also, raw material costs and manufacturing costs increase. Therefore, the f value is set to less than 32.5. From the viewpoints of manufacturability, weldability, and economic efficiency, the f value is preferably 31.5 or less.

2.粗大介在物
2-1.粗大介在物の個数
本実施形態のオーステナイト系ステンレス鋼材では、耐疲労特性を向上させるために、粗大な介在物の個数を低減する必要がある。つまり、加工方向および厚さ方向と平行な断面(以下、「L断面」ともいう。)において、長辺が5μm以上の介在物を粗大介在物とするとき、粗大介在物の個数が0.05mm当たり10個以下とする。なお、加工方向とは、鋼板の場合は、圧延方向、鋼管の場合は、引抜き加工方向と同義になる。また、上記厚さ方向とは、鋼板の場合、板厚方向、鋼管の場合、肉厚方向となる。
2. Coarse inclusions 2-1. Number of Coarse Inclusions In the austenitic stainless steel material of this embodiment, in order to improve fatigue resistance, it is necessary to reduce the number of coarse inclusions. In other words, in a cross section parallel to the processing direction and the thickness direction (hereinafter also referred to as "L cross section"), when inclusions with long sides of 5 μm or more are considered coarse inclusions, the number of coarse inclusions is 0.05 mm. No more than 10 pieces per 2 . Note that the processing direction is synonymous with the rolling direction in the case of a steel plate, and the drawing direction in the case of a steel pipe. Further, the above-mentioned thickness direction means the plate thickness direction in the case of a steel plate, and the wall thickness direction in the case of a steel pipe.

上記粗大介在物の個数が0.05mm当たり10個を超えると、水素環境下における耐疲労特性が低下する。このため、上記粗大介在物の個数が0.05mm当たり10個以下とし、7個以下とするのが好ましい。なお、上記粗大介在物の個数の下限については、特に定めないが、可能な限り低減するのが好ましく、0個とするのが最も好ましい。 When the number of coarse inclusions exceeds 10 per 0.05 mm 2 , the fatigue resistance in a hydrogen environment deteriorates. Therefore, the number of the coarse inclusions is 10 or less, preferably 7 or less per 0.05 mm 2 . The lower limit of the number of coarse inclusions is not particularly determined, but it is preferably reduced as much as possible, and most preferably zero.

ここで、上記0.05mm当たりの粗大介在物の個数の測定方法について説明する。鋼材のL断面から、観察用の試料を採取する。なお、平均的な金属組織を観察するという観点から、例えば、鋼板の場合、図1に示すように、板幅中央付近のL断面を選択し、選択したL断面において板厚方向で、表層、3t/4、t/2、t/4、裏表層の5視野(図1の黒丸印)が含まれ、これらの視野で観察ができるよう、試料を採取する。 Here, a method for measuring the number of coarse inclusions per 0.05 mm 2 will be explained. A sample for observation is taken from the L cross section of the steel material. From the viewpoint of observing the average metal structure, for example, in the case of a steel plate, as shown in FIG. 1, an L cross section near the center of the sheet width is selected, and in the selected L cross section, the surface layer, 3t/4, t/2, t/4, and 5 fields of view (black circles in FIG. 1) of the back and front layers are included, and the sample is collected so that observation can be made in these fields of view.

鋼管の場合、図2に示すように、溶接部の周方向中央付近のL断面を選択し、選択したL断面において肉厚方向で、表層、3t/4、t/2、t/4、裏表層の5視野(図2の黒丸印)が含まれ、これらの視野で観察ができるよう、試料を採取する。 In the case of steel pipes, as shown in Figure 2, an L cross section near the circumferential center of the weld is selected, and in the wall thickness direction of the selected L cross section, the surface layer, 3t/4, t/2, t/4, and back Five fields of view (black circles in Figure 2) of the surface layer are included, and the sample is collected so that observations can be made in these fields.

採取した試料を、腐食液等を用いながら明確に観察できるよう研磨を行う。観察面がL断面である、当該試料を、SEM(走査電子顕微鏡)で、観察する。観察の際のSEMの設定条件は、例えば、加速電圧を15kVとするのが好ましい。観察視野は、100μm×100μmとし、この領域を5視野観察することで、総観察領域が0.05mmとなるように調整する。そして、介在物の長辺が5μm以上である介在物を粗大介在物として認定し、総観察領域中でも粗大介在物の個数を数える。なお、長辺とは、介在物の外周の2点を結んだ際に最も長くなる線のことをいう。 The collected sample is polished using a corrosive solution so that it can be clearly observed. The sample whose observation surface is an L cross section is observed using a SEM (scanning electron microscope). As for the setting conditions of the SEM during observation, it is preferable that the accelerating voltage be 15 kV, for example. The observation field is 100 μm x 100 μm, and by observing this area in 5 fields, the total observation area is adjusted to 0.05 mm 2 . Then, inclusions whose long sides are 5 μm or more are recognized as coarse inclusions, and the number of coarse inclusions is counted in the total observation area. Note that the long side refers to the longest line when connecting two points on the outer periphery of the inclusion.

2-2.粗大介在物の組成
本実施形態のオーステナイト系ステンレス鋼材では、軟質なCaOを多く含む粗大介在物を形成させる必要がある。通常、介在物中に多く含まれる硬質なAl、MgOといった介在物は、破壊の起点となりやすく、耐疲労特性を低下させるからである。
2-2. Composition of Coarse Inclusions In the austenitic stainless steel material of this embodiment, it is necessary to form coarse inclusions containing a large amount of soft CaO. This is because inclusions such as hard Al 2 O 3 and MgO, which are usually contained in large quantities in inclusions, tend to become starting points for fracture and reduce fatigue resistance.

そこで、L断面において、上記粗大介在物の個数に対する、CaOを30mol%以上含む粗大介在物(以下、単に、「CaO系粗大介在物」と記載する。)の個数の割合は、50%以上とする。CaO系粗大介在物の個数の割合が、50%未満であると、介在物が硬質になり、耐疲労特性を十分向上させることができない。 Therefore, in the L cross-section, the ratio of the number of coarse inclusions containing 30 mol% or more of CaO (hereinafter simply referred to as "CaO-based coarse inclusions") to the number of coarse inclusions is 50% or more. do. If the ratio of the number of CaO-based coarse inclusions is less than 50%, the inclusions become hard and the fatigue resistance cannot be sufficiently improved.

このため、上記粗大介在物の個数に対する、CaO系粗大介在物の個数の割合は、50%以上とし、60%以上とするのが好ましく、70%以上とするのがより好ましい。なお、上記CaO系粗大介在物の個数の割合について、上限は、特に定めないが、通常、90%以下となることが多い。また、以下において、上記粗大介在物の個数に対する、CaO系粗大介在物の個数の割合を単に、個数割合とも記載する。 Therefore, the ratio of the number of CaO-based coarse inclusions to the number of coarse inclusions is 50% or more, preferably 60% or more, and more preferably 70% or more. Although there is no particular upper limit to the ratio of the number of CaO-based coarse inclusions, it is usually 90% or less. Further, hereinafter, the ratio of the number of CaO-based coarse inclusions to the number of coarse inclusions is simply referred to as the number ratio.

ここで、上記個数割合の測定方法について説明する。上述した方法で粗大介在物として認定された介在物について、SEMに付属したEDXで、介在物中の3点で点分析を行う。点分析した3点の平均値が、酸化物換算したmol%比率の値で、CaOが30mol%以上である場合を、CaO系粗大介在物と認定する。観察された全ての粗大介在物に対する、CaO系粗大介在物と認定した介在物の個数の割合(%)を算出する。なお、介在物は酸化物であり、1つの介在物はMgO、Al、MnO、Cr、およびCaOの一つ以上、またはこれらの複合酸化物とし、他の酸化物、例えば、ZrO等は、考慮しない。 Here, a method for measuring the number ratio will be explained. For the inclusions recognized as coarse inclusions by the method described above, point analysis is performed at three points in the inclusions using EDX attached to the SEM. If the average value of the three point analysis points is the value of the mol% ratio in terms of oxide, and the CaO content is 30 mol% or more, it is recognized as a CaO-based coarse inclusion. The ratio (%) of the number of inclusions recognized as CaO-based coarse inclusions to all the observed coarse inclusions is calculated. Note that the inclusions are oxides, and one inclusion is one or more of MgO, Al 2 O 3 , MnO, Cr 2 O 3 , and CaO, or a composite oxide thereof, and other oxides, such as , ZrO 2 etc. are not considered.

3.負偏析度
NiおよびMnの偏析が大きいと、偏析箇所が破壊の起点となりやすくなる。この結果、耐疲労特性が低下する。このため、本実施形態のオーステナイト系ステンレス鋼材では、NiおよびMnの偏析度合いの指標となる負偏析度が以下の範囲であるのが好ましい。具体的には、L断面において、Niの負偏析度を、0.80以上とするのが好ましく、かつMnの負偏析度を0.80以上とするのが好ましい。L断面において、Niの負偏析度が0.80未満である、またはMnの負偏析度が0.80未満であると、粗大な介在物が鋼材中に残存している状態であり、耐疲労特性を十分に向上させることができない。
3. Negative Segregation Degree When the segregation of Ni and Mn is large, the segregation location tends to become the starting point of fracture. As a result, fatigue resistance deteriorates. Therefore, in the austenitic stainless steel material of this embodiment, it is preferable that the degree of negative segregation, which is an index of the degree of segregation of Ni and Mn, is in the following range. Specifically, in the L cross section, the negative segregation degree of Ni is preferably 0.80 or more, and the negative segregation degree of Mn is preferably 0.80 or more. In the L cross section, if the negative segregation degree of Ni is less than 0.80 or the negative segregation degree of Mn is less than 0.80, coarse inclusions remain in the steel material, and the fatigue resistance Characteristics cannot be improved sufficiently.

このため、L断面において、Niの負偏析度を0.80以上、Mnの負偏析度を0.80以上とするのが好ましい。なお、ここで、負偏析とは、平均濃度よりも低く、元素が分布していることを言い、負偏析度とは、その度合いのことをいう。例えば、Niの負偏析度は、(Ni負偏析部のNi濃度)/(鋼材の平均Ni含有量)で算出され、Mnの負偏析度は、(Mn負偏析部のMn濃度)/(鋼材の平均Mn含有量)で算出される。 For this reason, in the L cross section, it is preferable that the negative segregation degree of Ni be 0.80 or more and the negative segregation degree of Mn be 0.80 or more. Note that here, negative segregation refers to an element being distributed at a lower concentration than the average concentration, and negative segregation degree refers to the degree thereof. For example, the negative segregation degree of Ni is calculated as (Ni concentration in the Ni negative segregation area)/(average Ni content of the steel material), and the negative segregation degree of Mn is calculated as (Mn concentration in the Mn negative segregation area)/(Ni concentration in the steel material average Mn content).

負偏析度の測定方法について説明する。負偏析度については、250μm×250μmの観察視野に対して、NiおよびMnの負偏析度の測定を行う。ビーム径1μm、ステップサイズ0.5μm、加速電圧15kV、照射電流2.0×10-9Aの条件でEPMA分析を用い、分析点全てのNiまたはMn濃度の平均値を1としたときに、負偏析部のNiおよびMnの濃度比率を負偏析度とする。分析用の試料は、粗大介在物の観察の際と同様の位置で採取する。 A method for measuring the degree of negative segregation will be explained. Regarding the negative segregation degree, the negative segregation degree of Ni and Mn is measured in an observation field of 250 μm×250 μm. Using EPMA analysis under the conditions of beam diameter 1 μm, step size 0.5 μm, acceleration voltage 15 kV, and irradiation current 2.0 × 10 -9 A, and when the average value of the Ni or Mn concentration of all analysis points is set to 1, The concentration ratio of Ni and Mn in the negative segregation area is defined as the degree of negative segregation. Samples for analysis are collected at the same location as when observing coarse inclusions.

4.鋼材の種類
本実施形態のオーステナイト系ステンレス鋼材において、鋼材の種類は、特に限定されない。その一例として、例えば、鋼板、鋼管等が考えられる。用途は、高圧水素ガス配管等の用途が好ましい。なお、鋼管においては、溶接金属および溶接熱影響部からなる溶接部を有するが、この溶接部で、上記要件を満足すればよい。
4. Type of Steel Material In the austenitic stainless steel material of this embodiment, the type of steel material is not particularly limited. As an example, steel plates, steel pipes, etc. can be considered. Preferred applications include high-pressure hydrogen gas piping and the like. Note that a steel pipe has a welded portion consisting of a welded metal and a welded heat affected zone, and it is sufficient that this welded portion satisfies the above requirements.

本実施形態の鋼管においては、溶接部の肉厚中心部の結晶粒度が5.0以上とするのが好ましく、6.0以上とするのがより好ましい。上記結晶粒度が5.0未満であると、十分にNiおよびMnの偏析が解消されていない場合があるからである。なお、結晶粒度については、JIS G 0551:2013に準拠して、切断法で行うのがよい。 In the steel pipe of this embodiment, the grain size at the center of the thickness of the welded portion is preferably 5.0 or more, more preferably 6.0 or more. This is because if the crystal grain size is less than 5.0, the segregation of Ni and Mn may not be sufficiently eliminated. Note that the crystal grain size is preferably determined by a cutting method in accordance with JIS G 0551:2013.

5.製造方法
本実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼材の好ましい製造方法について説明する。本実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼材は、例えば、以下のような製造方法により、安定して製造することができる。
5. Manufacturing Method A preferred method for manufacturing the austenitic stainless steel material according to this embodiment will be described. The austenitic stainless steel material according to this embodiment can be stably manufactured, for example, by the following manufacturing method.

5-1.鋼板の製造方法
5-1-1.鋳造
上記化学組成を有する鋼を溶製、鋳造する。以下、鋳造後、得られた鋳片を、スラブ等にした後鋼板にする場合、および鋼板を鋼管に製造する場合を例に採り、説明する。
5-1. Manufacturing method of steel plate 5-1-1. Casting Steel having the above chemical composition is melted and cast. Hereinafter, the case where the obtained slab after casting is made into a slab or the like and then into a steel plate, and the case where the steel plate is manufactured into a steel pipe will be taken as an example and explained.

5-1-2.熱間圧延工程
得られたスラブを熱間圧延し、熱延鋼板とする。熱間圧延の際の加熱温度は、特に限定されないが、例えば、1150~1250℃の範囲の温度とすることが多い。また、その他、熱間圧延の条件については、特に限定されないが、例えば、熱間圧延温度は、800~1200℃の範囲とし、総圧下率90%超とし、巻取り温度は、900℃以下となるよう調整することが多い。適宜、スラブの組成、その他条件を鑑みて、調整すればよい。なお、熱間加工は、熱間圧延を含む。また、熱間加工素材は、熱延鋼板を含む。
5-1-2. Hot Rolling Process The obtained slab is hot rolled to produce a hot rolled steel plate. The heating temperature during hot rolling is not particularly limited, but is often in the range of, for example, 1150 to 1250°C. In addition, other hot rolling conditions are not particularly limited, but for example, the hot rolling temperature should be in the range of 800 to 1200°C, the total rolling reduction should be more than 90%, and the coiling temperature should be 900°C or less. It is often adjusted to It may be adjusted as appropriate, taking into account the composition of the slab and other conditions. Note that hot working includes hot rolling. In addition, hot-processed materials include hot-rolled steel sheets.

5-1-3.熱延板焼鈍
上記熱間圧延工程で得られた熱延鋼板に必要に応じて、熱延板焼鈍を行ってもよい。熱延板焼鈍の温度は、特に限定されないが、例えば、1000~1200℃の範囲とすることが多い。また、熱延板焼鈍の焼鈍時間についても、同様に、特に限定されないが、例えば、製造上の観点から、1~10分の範囲とすることが多い。また、熱延板焼鈍後に、スケールを除去するために酸洗を行ってもよい。なお、鋼板以外の場合、例えば、上記熱間加工素材を、焼鈍すればよい。
5-1-3. Hot-rolled sheet annealing The hot-rolled steel sheet obtained in the above-mentioned hot rolling process may be subjected to hot-rolled sheet annealing, if necessary. The temperature for annealing the hot rolled sheet is not particularly limited, but is often in the range of 1000 to 1200°C, for example. Further, the annealing time for hot-rolled sheet annealing is similarly not particularly limited, but is often set in the range of 1 to 10 minutes, for example, from a manufacturing standpoint. Further, after annealing the hot rolled sheet, pickling may be performed to remove scale. In addition, in the case of materials other than steel plates, for example, the above-mentioned hot-processed material may be annealed.

5-1-4.冷間圧延工程
続いて、熱延鋼板(必要に応じて、熱延板焼鈍を行っている熱延鋼板)を冷間圧延し、冷延鋼板とする。冷間圧延の際の圧下率は、特に限定されない。粗大な介在物を粉砕し、低減できればよく、例えば、30~60%の範囲となることが多い。ここで、冷間圧延は、上記圧下率での圧延を1回とし、2回以上行ってもよい。冷間圧延を2回以上行うことで、粗大介在物を微細に粉砕し、粗大介在物の個数をより低減できる。また、NiおよびMnの偏析を低減し、これらの元素の均質化を促進できる。つまり、NiおよびMnの負偏析度を0.80以上とすることができ、耐疲労特性を向上させることができる。
5-1-4. Cold Rolling Step Next, the hot rolled steel sheet (if necessary, the hot rolled steel sheet has been annealed) is cold rolled to obtain a cold rolled steel sheet. The rolling reduction during cold rolling is not particularly limited. It is only necessary to crush and reduce coarse inclusions, which is often in the range of 30 to 60%, for example. Here, the cold rolling may be performed twice or more, with one rolling at the above rolling reduction ratio. By performing cold rolling two or more times, coarse inclusions can be finely pulverized and the number of coarse inclusions can be further reduced. Furthermore, segregation of Ni and Mn can be reduced and homogenization of these elements can be promoted. That is, the degree of negative segregation of Ni and Mn can be set to 0.80 or more, and the fatigue resistance can be improved.

冷間圧延を2回以上行う場合は、冷間圧延と冷間圧延との間に中間焼鈍を行ってもよい。また、冷間圧延と冷間圧延との間に行う中間焼鈍については、燃焼ガス雰囲気の酸化雰囲気で行う通常の焼鈍でもよく、後述する無酸化雰囲気で行う光輝焼鈍でもよい。通常の焼鈍を行った場合はその後、酸洗するのがよい。中間焼鈍の焼鈍温度および焼鈍時間については、特に限定されないが、例えば、焼鈍温度は、950~1150℃の範囲とし、焼鈍時間は、1min以上1h未満とすることが多い。光輝焼鈍を行う場合は、後述する雰囲気、および露点で行うのが望ましい。中間焼鈍を行った後は、常温まで冷却し、再度、冷間圧延を行う。なお、冷間加工は、冷間圧延を含む。また、冷間加工材は、冷延鋼板を含む。 When performing cold rolling two or more times, intermediate annealing may be performed between cold rolling. Further, the intermediate annealing performed between cold rolling may be normal annealing performed in an oxidizing atmosphere such as a combustion gas atmosphere, or bright annealing performed in a non-oxidizing atmosphere described below. If normal annealing is performed, pickling is recommended after that. The annealing temperature and annealing time of the intermediate annealing are not particularly limited, but for example, the annealing temperature is often in the range of 950 to 1150° C., and the annealing time is often 1 min or more and less than 1 hour. When bright annealing is performed, it is desirable to perform it in the atmosphere and dew point described below. After performing intermediate annealing, it is cooled to room temperature and cold rolled again. Note that cold working includes cold rolling. Further, cold-worked materials include cold-rolled steel sheets.

5-1-5.光輝焼鈍
続いて、冷間圧延工程を経た冷延鋼板に、光輝焼鈍を行う。光輝焼鈍は、通常、美観を重視する素材で行われる焼鈍方法であるため、耐疲労特性を向上させる目的で行うことは、ないが、本実施形態の鋼材では、光輝焼鈍を行うことで、介在物の制御を行う。
5-1-5. Bright Annealing Next, bright annealing is performed on the cold rolled steel sheet that has undergone the cold rolling process. Bright annealing is an annealing method that is usually performed on materials where aesthetics are important, so it is not performed for the purpose of improving fatigue resistance. However, in the steel material of this embodiment, by bright annealing, Control things.

光輝焼鈍とは、水素ガス等を利用して、無酸化雰囲気で行わる焼鈍方法である。このため、焼鈍中に、硬質な介在物であるAlおよびMgOならびにこれらが複合的に結合した複合介在物が還元される一方、比較的、軟質で、疲労特性の向上に有効なCaOが残存する。この結果、粗大介在物中のCaOの存在比率が高くなり、CaO系粗大介在物の個数割合を、50%以上とすることができる。 Bright annealing is an annealing method performed in a non-oxidizing atmosphere using hydrogen gas or the like. Therefore, during annealing, hard inclusions Al 2 O 3 and MgO and composite inclusions in which these are combined are reduced, while CaO, which is relatively soft and effective in improving fatigue properties, is reduced. remains. As a result, the abundance ratio of CaO in the coarse inclusions becomes high, and the number ratio of CaO-based coarse inclusions can be made 50% or more.

なお、光輝焼鈍工程においては、水素または水素と窒素の混合ガスを用い、還元雰囲気とし、光輝焼鈍の際の露点は、-45℃以下とする。露点が-45℃超であると、上述した介在物が、十分に、還元されずに、粗大介在物中のCaOの存在比率を高めることができない。このため、露点は、-45℃以下とし、-50℃以下とするのが好ましい。 In the bright annealing step, hydrogen or a mixed gas of hydrogen and nitrogen is used to create a reducing atmosphere, and the dew point during bright annealing is -45° C. or lower. If the dew point is higher than -45°C, the above-mentioned inclusions will not be sufficiently reduced, making it impossible to increase the abundance ratio of CaO in the coarse inclusions. For this reason, the dew point is set to -45°C or lower, preferably -50°C or lower.

また、光輝焼鈍工程における焼鈍温度は、950~1150℃の範囲とする。光輝焼鈍工程における焼鈍温度が950℃未満であると、焼鈍が十分に行われず、所望する金属組織を得ることができずに、耐水素脆化性が低下する。また、NiおよびMnの偏析も十分解消せず、耐疲労特性も低下する。このため、光輝焼鈍工程における焼鈍温度は、950℃以上とし、980℃以上とするのが好ましく、1000℃以上とするのがより好ましい。 Further, the annealing temperature in the bright annealing step is in the range of 950 to 1150°C. If the annealing temperature in the bright annealing step is less than 950° C., the annealing will not be performed sufficiently, the desired metal structure will not be obtained, and the hydrogen embrittlement resistance will decrease. Furthermore, the segregation of Ni and Mn is not sufficiently eliminated, and the fatigue resistance is also deteriorated. Therefore, the annealing temperature in the bright annealing step is 950°C or higher, preferably 980°C or higher, and more preferably 1000°C or higher.

一方、光輝焼鈍工程における焼鈍温度が1150℃を超えると、結晶粒が粗大になり、耐水素脆化性および高温割れ性が生じやすくなる。このため、光輝焼鈍工程における焼鈍温度は、1150℃以下とし、1120℃以下とするのが好ましい。また、光輝焼鈍における焼鈍時間については、特に限定しない。適宜、必要に応じて調整すればよいが、光輝焼鈍における焼鈍時間は、通常、1min以上1h未満の範囲となる。 On the other hand, when the annealing temperature in the bright annealing step exceeds 1150° C., crystal grains become coarse and hydrogen embrittlement resistance and hot cracking resistance tend to occur. Therefore, the annealing temperature in the bright annealing step is preferably 1150°C or lower, preferably 1120°C or lower. Further, the annealing time in bright annealing is not particularly limited. Although it may be adjusted as necessary, the annealing time in bright annealing is usually in the range of 1 min or more and less than 1 h.

光輝焼鈍を行うことで、その後、酸洗を行う必要がなくなることから、鋼板を製造する場合、光輝焼鈍は、最終工程で行われる様、調整する。光輝焼鈍後、オーステナイト系ステンレス鋼板となるように、冷却を行えばよい。 By performing bright annealing, there is no need to perform pickling afterwards, so when manufacturing a steel plate, bright annealing is adjusted so that it is performed in the final process. After bright annealing, cooling may be performed to form an austenitic stainless steel plate.

5-2.鋼管の製造方法
5-2-1.成形工程
続いて、鋼管の製造方法について、説明する。上述した5-1の工程を経て、得られたオーステナイト系ステンレス鋼板を用いて、鋼管を製造するのが好ましい。上記鋼板を管状に成形する。成形方法については、特に限定されないが、種々の曲率を有するロールを用いて、曲げ加工し、管状に成形する、所謂、ロールフォーミングが一般的である。なお、鋼管の外径は、特に限定されないが、例えば、ASTM A269規格に準拠する1/8~1/2インチ、すなわち、およそ2~14mmの範囲であるのが一般的である。
5-2. Manufacturing method of steel pipe 5-2-1. Forming Process Next, the method for manufacturing the steel pipe will be explained. It is preferable to manufacture a steel pipe using the austenitic stainless steel plate obtained through the step 5-1 described above. The above steel plate is formed into a tubular shape. The forming method is not particularly limited, but so-called roll forming, in which the material is bent into a tubular shape using rolls having various curvatures, is common. Note that the outer diameter of the steel pipe is not particularly limited, but is generally in the range of, for example, 1/8 to 1/2 inch, ie, approximately 2 to 14 mm, in accordance with the ASTM A269 standard.

5-2-2.溶接工程
続いて、管の形状に成形された鋼板の板幅方向の端部を溶接し、鋼管とするのが好ましい。溶接方法は、特に限定しないが、例えば、高周波電気抵抗溶接(「ERW」ともいう。)、イナートガスアーク溶接(「TIG溶接」ともいう。)、またはレーザー溶接とすればよい。その他、溶接条件は、適宜、調整すればよい。なお、溶接により造管した際に、管に、溶接焼けが生じるため、溶接焼けを除去するために、酸洗を行うのが好ましい。
5-2-2. Welding Step Next, it is preferable to weld the ends in the width direction of the steel plate formed into the shape of a pipe to form a steel pipe. The welding method is not particularly limited, but may be, for example, high frequency electric resistance welding (also referred to as "ERW"), inert gas arc welding (also referred to as "TIG welding"), or laser welding. Other welding conditions may be adjusted as appropriate. Note that when the pipe is made by welding, welding burn occurs on the pipe, so it is preferable to perform pickling to remove the welding burn.

5-2-3.引抜き加工前焼鈍工程
続いて、溶接工程を経て、溶接された管(以下、「溶接管」ともいう。)を、必要に応じて950~1150℃の温度域で焼鈍するのが好ましい。溶接管の焼鈍温度が950℃未満であると、残留した加工歪および偏析の解消が十分に行えない。このため、溶接管の焼鈍温度は、950℃以上とするのが好ましい。一方、溶接管の焼鈍温度が1150℃超であると、歩留まりが低下し、かつ結晶粒が整粒組織とならない。このため、溶接管の焼鈍温度は、1150℃以下とするのが好ましい。
5-2-3. Annealing process before drawing Next, the welded pipe (hereinafter also referred to as "welded pipe") after the welding process is preferably annealed in a temperature range of 950 to 1150°C as necessary. If the annealing temperature of the welded pipe is less than 950°C, residual processing strain and segregation cannot be sufficiently eliminated. For this reason, the annealing temperature of the welded pipe is preferably 950°C or higher. On the other hand, if the annealing temperature of the welded pipe is higher than 1150° C., the yield will decrease and the crystal grains will not have a regular grain structure. For this reason, the annealing temperature of the welded pipe is preferably 1150°C or less.

なお、溶接管の焼鈍処理においては、通常の大気中、酸化雰囲気で行う焼鈍をしてもよいが、上述した光輝焼鈍を行ってもよい。光輝焼鈍の条件は、上述した鋼板の際の条件と同様である。上記焼鈍後、適切な範囲の冷却速度で冷却し、オーステナイト系ステンレス鋼管とする。また、この際の焼鈍時間は、特に限定されないが、例えば、通常、1min以上1h未満の範囲となる。また、引抜き加工前焼鈍工程を燃焼ガス中、または酸化雰囲気で実施する場合は、焼鈍で生成した酸化皮膜とともに溶接焼けを除去するため、焼鈍工程後に酸洗を実施するのが好ましい。 In addition, in the annealing treatment of the welded pipe, annealing may be carried out in the normal atmosphere in an oxidizing atmosphere, but the above-mentioned bright annealing may also be carried out. The conditions for bright annealing are the same as those for the steel sheet described above. After the annealing, the tube is cooled at an appropriate cooling rate to form an austenitic stainless steel tube. Further, the annealing time at this time is not particularly limited, but is usually in the range of 1 min or more and less than 1 h, for example. Further, when the pre-drawing annealing step is performed in a combustion gas or in an oxidizing atmosphere, it is preferable to perform pickling after the annealing step in order to remove welding burn along with the oxide film generated during the annealing.

5-2-4.引抜き加工工程
続いて、溶接工程後、または必要に応じて引抜き加工前に焼鈍を行った場合は、焼鈍後、冷間で引抜き加工を行う。なお、1回の引抜き加工の減面率は、適宜、調整すればよい。
5-2-4. Drawing process Subsequently, when annealing is performed after the welding process or before drawing as necessary, cold drawing is performed after annealing. Note that the area reduction rate of one drawing process may be adjusted as appropriate.

ここで、この引抜き加工については、2回以上行うのが好ましい。引抜き加工を2回以上行うことで、粗大介在物の個数が減少するとともに、NiおよびMnの負偏析も解消し、負偏析度が0.80以上となるからである。この結果、耐疲労特性が向上する。なお、引抜き加工と引抜き加工の間に、必要に応じて、熱処理を行ってもよい。熱処理は、上述した溶接管の焼鈍工程と同様の条件とすればよい。 Here, this drawing process is preferably performed two or more times. This is because by performing the drawing process two or more times, the number of coarse inclusions is reduced, and the negative segregation of Ni and Mn is also eliminated, resulting in a negative segregation degree of 0.80 or more. As a result, fatigue resistance is improved. Note that, if necessary, heat treatment may be performed between the drawing processes. The heat treatment may be performed under the same conditions as the annealing process of the welded pipe described above.

5-2-5.光輝焼鈍工程
引抜き加工工程を経た鋼管について、光輝焼鈍を行うのが好ましい。なお、引抜き加工工程の前に光輝焼鈍を行った場合は、必ずしも引抜き加工工程の後に光輝焼鈍を行う必要はない。光輝焼鈍は、引抜き加工前後で1回以上行われていればよいが、2回以上行うのが好ましい。ここで、光輝焼鈍における各種条件は、5-1-5で記載した条件とすればよい。すなわち、露点を、-45℃以下とし、焼鈍温度を950~1150℃とすればよい。また、焼鈍時間についても、同様である。鋼管における光輝焼鈍においても、鋼板の場合と同様、硬質なAl、MgOとを低減し、介在物中において軟質なCaOの割合を増加させることができる。その後、適切な冷却を行い、オーステナイト系ステンレス鋼管とすればよい。
5-2-5. Bright annealing process It is preferable to perform bright annealing on the steel pipe that has undergone the drawing process. In addition, when bright annealing is performed before the drawing process, it is not necessarily necessary to perform bright annealing after the drawing process. Bright annealing may be performed at least once before and after drawing, but it is preferably performed at least twice. Here, various conditions for bright annealing may be the conditions described in 5-1-5. That is, the dew point may be set to -45°C or lower, and the annealing temperature may be set to 950 to 1150°C. The same applies to the annealing time. In bright annealing of steel pipes, as in the case of steel plates, hard Al 2 O 3 and MgO can be reduced and the proportion of soft CaO in inclusions can be increased. Thereafter, appropriate cooling may be performed to form an austenitic stainless steel pipe.

以下、実施例によって本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼板および鋼管をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, the austenitic stainless steel plate and steel pipe according to the present invention will be explained in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.

表1に示す化学組成を有する鋼を溶製し、スラブを得た。得られたスラブを1230℃で加熱し、900℃以上の温度域で、熱間圧延を行い、850℃で巻取りを行い、5.0mm厚の熱延鋼板を得た。続いて、得られた熱延鋼板について、1100℃で3分、焼鈍を行った後、酸洗し、脱スケールを行った。 Steel having the chemical composition shown in Table 1 was melted to obtain a slab. The obtained slab was heated at 1230°C, hot rolled in a temperature range of 900°C or higher, and coiled at 850°C to obtain a 5.0 mm thick hot rolled steel plate. Subsequently, the obtained hot rolled steel sheet was annealed at 1100° C. for 3 minutes, and then pickled and descaled.

Figure 2023145223000001
Figure 2023145223000001

続いて、焼鈍を行った熱延鋼板に冷間圧延を行った。冷間圧延は、表2に示す条件で行った。なお、一部の例については、複数回、冷間圧延を行い、その間に焼鈍を行った。焼鈍については、1050~1120℃の範囲で、30秒~1分行った。また、冷間圧延と冷間圧延の間の焼鈍については、一部、光輝焼鈍を行ったが、その他は燃焼ガス雰囲気での焼鈍を行った。なお、表2中の焼鈍回数とは、全ての工程において行った光輝焼鈍の回数を示す。最終焼鈍の後、冷却し、オーステナイト系ステンレス鋼板を得た。なお、光輝焼鈍の場合は、水素ガスを用い、露点を-45℃以下とし、上述した温度範囲で焼鈍を行った。 Subsequently, the annealed hot rolled steel sheet was cold rolled. Cold rolling was performed under the conditions shown in Table 2. In addition, for some examples, cold rolling was performed multiple times, and annealing was performed in between. Annealing was performed at a temperature of 1050 to 1120°C for 30 seconds to 1 minute. Regarding the annealing between cold rolling, some parts were bright annealed, but others were annealed in a combustion gas atmosphere. Note that the number of annealing operations in Table 2 indicates the number of bright annealing operations performed in all steps. After final annealing, it was cooled to obtain an austenitic stainless steel plate. In the case of bright annealing, hydrogen gas was used, the dew point was set to -45°C or less, and annealing was performed in the above-mentioned temperature range.

得られたオーステナイト系ステンレス鋼板について、介在物の状態、NiおよびMnの負偏析度、および耐疲労特性を調べた。 The state of inclusions, the degree of negative segregation of Ni and Mn, and the fatigue resistance of the obtained austenitic stainless steel plate were investigated.

(介在物の状態)
鋼板の介在物の状態については、0.05mm当たりの粗大介在物の個数およびCaO系粗大介在物の個数割合を調べて評価した。観察試料は、上述したように採取し、採取した試料のL断面の長手方向の長さが20mmとなるように調整した。採取した試料を、L断面が観察面となるよう、腐食液等を用いながら研磨した。この試料を、SEM(走査電子顕微鏡)で、観察した。観察の際のSEMの設定条件は、加速電圧と15kとした。観察視野は、1視野100μm×100μmとし、この領域を上述した板厚方向の5つの位置で5視野観察することで、総観察領域が0.05mmとなるように調整した。そして、介在物の長径が5μm以上である介在物を粗大介在物として認定し、その個数を数えた。なお、その他の事項については、上述したとおりである。
(State of inclusions)
The state of inclusions in the steel sheet was evaluated by examining the number of coarse inclusions per 0.05 mm 2 and the number ratio of CaO-based coarse inclusions. The observation sample was collected as described above, and adjusted so that the length of the L cross section of the sample in the longitudinal direction was 20 mm. The collected sample was polished using a corrosive solution or the like so that the L cross section was the observation surface. This sample was observed using a SEM (scanning electron microscope). The SEM setting conditions during observation were an accelerating voltage and 15k. The observation field of view was 100 μm x 100 μm, and this area was observed for 5 views at the above-mentioned 5 positions in the plate thickness direction, so that the total observation area was adjusted to 0.05 mm 2 . Then, inclusions whose major axis was 5 μm or more were recognized as coarse inclusions, and their number was counted. Note that other matters are as described above.

次にCaO系粗大介在物の個数割合の測定方法について、説明する。上述した0.05mmの領域で粗大介在物を認定し、その個数を数えた後、上記領域内で観察された粗大介在物の組成をSEMに付属したEDXで分析した。分析では、介在物中の3点で点分析を行い、点分析した3点の平均値が、酸化物換算したmol%比率の値で、CaOが30mol%以上である場合を、CaO系粗大介在物と認定した。観察された全ての粗大介在物に対する、CaO系粗大介在物と認定した介在物の個数の割合を算出した。なお、介在物は酸化物であり、1つの介在物はMgO、Al、MnO、Cr、およびCaOの一つ以上、またはこれらの複合酸化物とし、他の酸化物、例えば、ZrO等は、考慮しなかった。 Next, a method for measuring the number ratio of CaO-based coarse inclusions will be explained. After identifying coarse inclusions in the above-mentioned 0.05 mm 2 area and counting the number, the composition of the coarse inclusions observed within the above-mentioned area was analyzed using EDX attached to the SEM. In the analysis, point analysis was performed at three points in the inclusion, and if the average value of the three points analyzed was the value of the mol% ratio converted to oxide, and CaO was 30 mol% or more, it was determined that CaO-based coarse inclusions were present. recognized as a thing. The ratio of the number of inclusions recognized as CaO-based coarse inclusions to all the coarse inclusions observed was calculated. Note that the inclusions are oxides, and one inclusion is one or more of MgO, Al 2 O 3 , MnO, Cr 2 O 3 , and CaO, or a composite oxide thereof, and other oxides, such as , ZrO 2 etc. were not considered.

(負偏析度)
NiおよびMnの負偏析度については、以下の手順で測定した。具体的には、250μm×250μmの観察視野に対して、NiおよびMnの負偏析度の測定を行う。ビーム径1μm、ステップサイズ0.5μm、加速電圧15kV、照射電流2.0×10-9Aの条件でEPMA分析を用い、分析点全てのNiまたはMn濃度の平均値を1としたときに、負偏析部のNiおよびMnの濃度比率を負偏析度とした。なお、分析用の試料は、粗大介在物の観察の際と同様の位置で採取し、試料のL断面の長手方向の長さが20mmとなるように採取した。分析はL断面について行った。
(Negative segregation degree)
The negative segregation degrees of Ni and Mn were measured using the following procedure. Specifically, the negative segregation degree of Ni and Mn is measured in an observation field of 250 μm×250 μm. Using EPMA analysis under the conditions of beam diameter 1 μm, step size 0.5 μm, acceleration voltage 15 kV, and irradiation current 2.0 × 10 -9 A, and when the average value of the Ni or Mn concentration of all analysis points is set to 1, The concentration ratio of Ni and Mn in the negative segregation area was defined as the degree of negative segregation. Note that the sample for analysis was collected at the same position as when observing coarse inclusions, and was collected so that the length of the L cross section of the sample in the longitudinal direction was 20 mm. The analysis was performed on the L cross section.

(耐疲労特性)
鋼板の耐疲労特性については平面曲げ疲労試験で評価した。試験片は45MPaの水素ガス中で300℃、200h保持して鋼材中に水素をチャージした。応力比は-1、周波数は10Hzとした。1×10^7サイクル後に未破断となる最大の試験応力を疲労限度とし、水素チャージ材の疲労限度が水素未チャージ材に対して0~20MPaの差の場合に◎、20MPa超30MPa以内の場合に○、30MPa超の場合に×とした。以下、表2を示す。
(Fatigue resistance properties)
The fatigue resistance properties of the steel plate were evaluated using a plane bending fatigue test. The test piece was held at 300° C. for 200 hours in hydrogen gas at 45 MPa to charge hydrogen into the steel material. The stress ratio was −1 and the frequency was 10 Hz. The fatigue limit is the maximum test stress that does not break after 1 × 10^7 cycles, and if the fatigue limit of the hydrogen-charged material is 0 to 20 MPa different from the hydrogen-uncharged material, ◎, and if it is over 20 MPa and within 30 MPa. It was marked as ○, and it was marked as × when it exceeded 30 MPa. Table 2 is shown below.

Figure 2023145223000002
Figure 2023145223000002

No.1~17については、本実施形態の要件を満足し、良好な耐疲労特性を示した。その一方、本実施形態の要件を満足しないNo.18~25については、耐疲労特性が不良であった。 No. Samples Nos. 1 to 17 satisfied the requirements of this embodiment and exhibited good fatigue resistance. On the other hand, No. 1 that does not satisfy the requirements of this embodiment. Nos. 18 to 25 had poor fatigue resistance.

実施例1の化学組成を有する冷延鋼板について、溶接等を行い、鋼管の形状に成形した後、表3に示す回数、引抜き加工を行った。なお、各鋼板の具体的な化学組成は、表3の記号で示す。また、引抜き加工を複数回行った例については、引抜き加工と引抜き加工との間に焼鈍を行った。焼鈍温度は、1000~1100℃の範囲とした。その後、冷却し、各種、オーステナイト系ステンレス鋼管を得た。なお、引抜き加工と引抜き加工との間の焼鈍は、通常の燃焼ガス雰囲気焼鈍または光輝焼鈍を行った。その後、最後の焼鈍で光輝焼鈍を行い、冷却し、オーステナイト系ステンレス鋼管を得た。なお、表3の光輝焼鈍の回数とは、引抜き加工と引抜き加工の間および引抜き加工後に行った全ての光輝焼鈍の回数を示す。光輝焼鈍の場合は、水素ガスを用い、露点を-45℃以下とし、上述した温度範囲で焼鈍を行った。 The cold-rolled steel sheets having the chemical composition of Example 1 were welded and formed into the shape of steel pipes, and then drawn the number of times shown in Table 3. In addition, the specific chemical composition of each steel plate is shown by the symbol in Table 3. In addition, in the case where the drawing process was performed multiple times, annealing was performed between the drawing processes. The annealing temperature was in the range of 1000 to 1100°C. Thereafter, it was cooled to obtain various types of austenitic stainless steel pipes. Note that the annealing between the drawing processes was carried out by ordinary combustion gas atmosphere annealing or bright annealing. Thereafter, bright annealing was performed in the final annealing, and the tube was cooled to obtain an austenitic stainless steel tube. Note that the number of times of bright annealing in Table 3 indicates the number of times of bright annealing performed between each drawing process and after the drawing process. In the case of bright annealing, hydrogen gas was used, the dew point was set to -45°C or less, and annealing was performed in the above-mentioned temperature range.

得られたオーステナイト系ステンレス鋼管について、結晶粒度、NiおよびMnの負偏析度、介在物の状態、および耐疲労特性を調べた。 The obtained austenitic stainless steel pipe was examined for grain size, degree of negative segregation of Ni and Mn, state of inclusions, and fatigue resistance.

(結晶粒度)
鋼管の結晶粒度については、以下の手順で測定した。鋼管の引抜き方向に垂直な断面で溶接部を観察し、溶接部中央の肉厚中心の結晶粒度を測定した。また、測定方法については、JIS G 0551:2013に準拠して、切断法で行い、粒度測定の際の観察においては、200~1000倍の観察視野を5視野測定し、結晶粒度を算出した。
(crystal grain size)
The grain size of the steel pipe was measured using the following procedure. The weld was observed in a cross section perpendicular to the drawing direction of the steel pipe, and the grain size at the center of the wall thickness at the center of the weld was measured. In addition, the measurement method was carried out by a cutting method in accordance with JIS G 0551:2013, and in the observation during grain size measurement, five viewing fields of 200 to 1000 times magnification were measured, and the crystal grain size was calculated.

(介在物の状態)
鋼板の場合と同様、鋼管においても、介在物の状態を調べた。測定方法については、上述したように試料を採取し、観察を行った。なお、その他の観察条件は、実施例1と同様とした。
(State of inclusions)
As in the case of steel plates, the state of inclusions in steel pipes was also investigated. Regarding the measurement method, samples were collected and observed as described above. Note that other observation conditions were the same as in Example 1.

(負偏析度)
上述したように、介在物の状態を観察した場合と同様、EPMAを用いて、負偏析度を測定した。分析用の試料は、粗大介在物の観察の際と同様の位置で採取したものとした。なお、その他の観察条件は、実施例1と同様とした。
(Negative segregation degree)
As described above, the degree of negative segregation was measured using EPMA in the same way as when observing the state of inclusions. Samples for analysis were taken at the same location as when observing coarse inclusions. Note that other observation conditions were the same as in Example 1.

(耐疲労特性)
鋼管の耐疲労特性については、以下の手順で測定した。鋼管内部に水素ガスを充填し、ガス圧の下限を10MPa(+0~3MPa)、上限を70MPa(+0~3MPa)または下限を40MPa(+0~3MPa)、上限100MPa(+0~5MPa)とするサイクル試験を行った。1サイクル20~30秒で昇圧と減圧を行い、10000サイクル実施した。上限100MPaの条件で割れがない場合に◎、上限70MPaの条件で割れがない場合に○、割れた場合に×とした。以下、表3に、結果を示す。
(Fatigue resistance properties)
The fatigue resistance properties of steel pipes were measured using the following procedure. A cycle test in which the inside of the steel pipe is filled with hydrogen gas and the gas pressure is set to a lower limit of 10 MPa (+0 to 3 MPa) and an upper limit of 70 MPa (+0 to 3 MPa) or a lower limit of 40 MPa (+0 to 3 MPa) and an upper limit of 100 MPa (+0 to 5 MPa). I did it. The pressure was increased and decreased in 20 to 30 seconds per cycle, and 10,000 cycles were performed. If there was no cracking under the condition of an upper limit of 100 MPa, the mark was ◎, if there was no cracking under the upper limit of 70 MPa, the mark was ○, and if there was a crack, the mark was x. The results are shown in Table 3 below.

Figure 2023145223000003
Figure 2023145223000003

本実施形態の要件を満足するNo.1~17は、良好な耐疲労特性を示した。その一方、本実施形態の要件を満足しないNo.18~25は、耐疲労特性が不良であった。


No. 1 that satisfies the requirements of this embodiment. Nos. 1 to 17 showed good fatigue resistance. On the other hand, No. 1 that does not satisfy the requirements of this embodiment. Nos. 18 to 25 had poor fatigue resistance.


Claims (8)

化学組成が、質量%で、
C:0.1%以下、
Si:2.0%以下、
Mn:6.0~12.0%、
P:0.030%以下、
S:0.003%以下、
Cr:13.0~18.0%、
Ni:5.0~9.0%、
N:0.15~0.25%、
Al:0.005~0.080%、
Ca:0.0005~0.01%、
B:0.0001~0.01%、
Ga:0.0010~0.020%、
Cu:1.0%未満、
Mo:2.0%未満、
Nb:0~0.5%、
Ti:0~0.5%、
V:0~0.50%、
W:0~0.50%、
Zr:0~0.50%、
Co:0~0.50%、
Mg:0~0.005%、
Hf:0~0.10%、
REM:0~0.1%、
残部:Feおよび不純物であり、
下記(i)式で算出されるf値が29.5超32.5未満であり、
加工方向および厚さ方向に平行な断面において、
長辺が5μm以上の介在物を粗大介在物とするとき、前記粗大介在物の個数が0.05mm当たり10個以下であり、
前記粗大介在物の個数に対する、CaOを30mol%以上含む粗大介在物の個数の割合が、50%以上である、オーステナイト系ステンレス鋼材。
f値=Ni+0.72Cr+0.88Mo+1.11Mn-0.27Si+0.53Cu+12.93C+7.55N-1.1Nb-2.2Ti ・・・(i)
但し、上記(i)式中の各元素記号は、鋼中に含まれる各元素の含有量(質量%)を表し、含有されない場合はゼロとする。
The chemical composition is in mass%,
C: 0.1% or less,
Si: 2.0% or less,
Mn: 6.0 to 12.0%,
P: 0.030% or less,
S: 0.003% or less,
Cr: 13.0-18.0%,
Ni: 5.0 to 9.0%,
N: 0.15-0.25%,
Al: 0.005-0.080%,
Ca: 0.0005-0.01%,
B: 0.0001-0.01%,
Ga: 0.0010-0.020%,
Cu: less than 1.0%,
Mo: less than 2.0%,
Nb: 0 to 0.5%,
Ti: 0 to 0.5%,
V: 0-0.50%,
W: 0-0.50%,
Zr: 0 to 0.50%,
Co: 0 to 0.50%,
Mg: 0 to 0.005%,
Hf: 0-0.10%,
REM: 0-0.1%,
The remainder: Fe and impurities,
The f value calculated by the following formula (i) is more than 29.5 and less than 32.5,
In the cross section parallel to the processing direction and thickness direction,
When inclusions with long sides of 5 μm or more are coarse inclusions, the number of coarse inclusions is 10 or less per 0.05 mm 2 ,
An austenitic stainless steel material, wherein the ratio of the number of coarse inclusions containing 30 mol% or more of CaO to the number of coarse inclusions is 50% or more.
f value=Ni+0.72Cr+0.88Mo+1.11Mn-0.27Si+0.53Cu+12.93C+7.55N-1.1Nb-2.2Ti...(i)
However, each element symbol in the above formula (i) represents the content (mass %) of each element contained in the steel, and is zero if it is not contained.
前記断面において、
Niの負偏析度が、0.80以上であり、
Mnの負偏析度が、0.80以上である、請求項1に記載のオーステナイト系ステンレス鋼材。
In the cross section,
The negative segregation degree of Ni is 0.80 or more,
The austenitic stainless steel material according to claim 1, wherein the degree of negative segregation of Mn is 0.80 or more.
鋼板である、請求項1または2に記載のオーステナイト系ステンレス鋼材。 The austenitic stainless steel material according to claim 1 or 2, which is a steel plate. 鋼管である、請求項1または2に記載のオーステナイト系ステンレス鋼材。 The austenitic stainless steel material according to claim 1 or 2, which is a steel pipe. 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材を製造する製造方法であって、
請求項1に記載の化学組成を有する熱間加工素材を、冷間加工し、冷間加工材とする、冷間加工工程と、
露点が-45℃以下で950~1150℃の温度範囲で光輝焼鈍を行う光輝焼鈍工程と、を有する、オーステナイト系ステンレス鋼材の製造方法。
A manufacturing method for manufacturing the austenitic stainless steel material according to claim 1 or 2, comprising:
A cold working step of cold working a hot worked material having the chemical composition according to claim 1 to obtain a cold worked material;
A method for producing an austenitic stainless steel material, comprising a bright annealing step of bright annealing at a temperature range of 950 to 1150°C with a dew point of -45°C or lower.
請求項3に記載のオーステナイト系ステンレス鋼材を製造する製造方法であって、
前記冷間加工工程において、冷間圧延を行う、請求項5に記載のオーステナイト系ステンレス鋼材の製造方法。
A manufacturing method for manufacturing the austenitic stainless steel material according to claim 3,
The method for manufacturing an austenitic stainless steel material according to claim 5, wherein cold rolling is performed in the cold working step.
請求項4に記載のオーステナイト系ステンレス鋼材を製造する製造方法であって、
前記冷間加工工程において、引抜き加工を行う、請求項5に記載のオーステナイト系ステンレス鋼材の製造方法。
A manufacturing method for manufacturing the austenitic stainless steel material according to claim 4, comprising:
The method for manufacturing an austenitic stainless steel material according to claim 5, wherein drawing is performed in the cold working step.
請求項4に記載のオーステナイト系ステンレス鋼材を製造する方法であって、
前記引抜き加工を2回以上行う、請求項7に記載のオーステナイト系ステンレス鋼材の製造方法。
A method for manufacturing the austenitic stainless steel material according to claim 4,
The method for manufacturing an austenitic stainless steel material according to claim 7, wherein the drawing process is performed two or more times.
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