JP2023550424A - 熱間加工性に優れた高強度オーステナイト系ステンレス鋼 - Google Patents
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Abstract
【課題】熱間加工性に優れた高強度オーステナイト系ステンレス鋼を提供する。【解決手段】重量％で、Ｃ：０．０１～０．０３５％、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：０．５～１．５％、Ｃｒ：１７～２２％、Ｎｉ：６～１１％、Ｍｏ：１％以下、Ｃｕ：１％以下、Ｎ：０．１～０．２２％、残りＦｅ及び不可避な不純物を含み、下記式（１）の値が１．９以上であるか、又はクロム窒化物の析出温度が下記式（２）で表現される値以下を満足することを特徴とする。式（１）：３×（Ｃｒ＋Ｍｏ）＋５×Ｓｉ－２×Ｎｉ－Ｍｎ－７０×（Ｃ＋Ｎ）－２７式（２）：１１８０＋３６×Ｃ＋１２×Ｍｏ＋１７×Ｃｕ＋４１１×Ｎ－３５×Ｍｎ（ここで、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃ、Ｎ、Ｃｕは、各元素の含量（重量％）を意味する。）【選択図】なし
Description
本発明は、熱間加工性に優れた高強度オーステナイト系ステンレス鋼に係り、より詳しくは、熱間加工性に優れて製造時に表面品質が優れ、高い硬度を有する高強度オーステナイト系ステンレス鋼に関する。
最近、製品価格の競争が激しくなるにしたがって部品素材の原価節減努力が増加している。部品素材の原価節減のためには、使用する素材の量を減らす方法が有効である。そのために、素材の高強度化を推進しており、高強度化を通じて使用部品の厚さを低減することができる。
部品素材の材料のうちオーステナイト系ステンレス鋼は、延伸率に優れているため複雑な形状を作るのに有利であり、加工硬化能に優れているため多様な分野に適用されている鋼種である。このようなオーステナイト系ステンレス鋼は、応力が作用するときに電位の移動を妨害する侵入型元素を活用して強度を向上させることができる。
侵入型元素のうち炭素及び窒素は、低価格の成分元素であって、費用増加なしに強度を向上させることができる非常に有用な元素である。しかし、炭素及び窒素は、オーステナイト相の安定化度を大きく増加させるため、凝固時にデルタフェライトの生成を抑制し、熱間圧延時に熱間加工性の低下をもたらす。
本発明の目的とするところは、オーステナイト系ステンレス鋼の熱間加工性の低下を防止すると同時に高い硬度を有する高強度オーステナイト系ステンレス鋼を提供することにある。
本発明の熱間加工性に優れた高強度オーステナイト系ステンレス鋼は、重量％で、Ｃ：０．０１～０．０３５％、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：０．５～１．５％、Ｃｒ：１７～２２％、Ｎｉ：６～１１％、Ｍｏ：１％以下、Ｃｕ：１％以下、Ｎ：０．１～０．２２％、残りＦｅ及び不可避な不純物からなり、下記式（１）の値が１．９以上であるか、又はクロム窒化物の析出温度が下記式（２）で表現される値以下を満足することを特徴とする。
式（１）：３×（Ｃｒ＋Ｍｏ）＋５×Ｓｉ－２×Ｎｉ－Ｍｎ－７０×（Ｃ＋Ｎ）－２７
式（２）：１１８０＋３６×Ｃ＋１２×Ｍｏ＋１７×Ｃｕ＋４１１×Ｎ－３５×Ｍｎ
（ここで、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃ、Ｎ、Ｃｕは、各元素の含量（重量％）を意味する。）
式（１）：３×（Ｃｒ＋Ｍｏ）＋５×Ｓｉ－２×Ｎｉ－Ｍｎ－７０×（Ｃ＋Ｎ）－２７
式（２）：１１８０＋３６×Ｃ＋１２×Ｍｏ＋１７×Ｃｕ＋４１１×Ｎ－３５×Ｍｎ
（ここで、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃ、Ｎ、Ｃｕは、各元素の含量（重量％）を意味する。）
また、表面クラック個数が単位メートル（ｍ）当たり０．３個以下であることがよい。
また、熱間加工性に優れた高強度オーステナイト系ステンレス鋼は、硬度が１９０Ｈｖ以上であることが好ましい。
また、重量％で、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ａｌ：０．１％以下、Ｔｉ：０．０１％、Ｂ：０．００５％以下を更に含むことができる。
また、熱間加工性に優れた高強度オーステナイト系ステンレス鋼は、硬度が１９０Ｈｖ以上であることが好ましい。
また、重量％で、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ａｌ：０．１％以下、Ｔｉ：０．０１％、Ｂ：０．００５％以下を更に含むことができる。
本発明の実施例によると、本発明の熱間加工性に優れた高強度オーステナイト系ステンレス鋼は、侵入型元素を活用して高強度を確保すると同時に、凝固時にフェライトを形成し、表面品質の低下なしに強度を向上させることができる。
本発明の実施例による熱間加工性に優れた高強度オーステナイト系ステンレス鋼は、ＣｒＮ相の析出温度を制御して熱間加工時に発生するクラックを抑制することができ、表面品質の確保のための後続表面加工工程を省略することができ工程費用を節減することができる。
本発明の実施例による熱間加工性に優れた高強度オーステナイト系ステンレス鋼は、ＣｒＮ相の析出温度を制御して熱間加工時に発生するクラックを抑制することができ、表面品質の確保のための後続表面加工工程を省略することができ工程費用を節減することができる。
本発明の一実施例による熱間加工性に優れた高強度オーステナイト系ステンレス鋼は、重量％で、Ｃ：０．０１～０．０３５％、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：０．５～１．５％、Ｃｒ：１７～２２％、Ｎｉ：６～１１％、Ｍｏ：１％以下、Ｃｕ：１％以下、Ｎ：０．１～０．２２％、残りＦｅ及び不可避な不純物からなり、
下記式（１）の値が１．９以上であるか、又はクロム窒化物の析出温度が下記式（２）で表現される値以下を満足することがよい。
式（１）：３×（Ｃｒ＋Ｍｏ）＋５×Ｓｉ－２×Ｎｉ－Ｍｎ－７０×（Ｃ＋Ｎ）－２７
式（２）：１１８０＋３６×Ｃ＋１２×Ｍｏ＋１７×Ｃｕ＋４１１×Ｎ－３５×Ｍｎ
（ここで、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃ、Ｎ、Ｃｕは、各元素の含量（重量％）を意味する。）
下記式（１）の値が１．９以上であるか、又はクロム窒化物の析出温度が下記式（２）で表現される値以下を満足することがよい。
式（１）：３×（Ｃｒ＋Ｍｏ）＋５×Ｓｉ－２×Ｎｉ－Ｍｎ－７０×（Ｃ＋Ｎ）－２７
式（２）：１１８０＋３６×Ｃ＋１２×Ｍｏ＋１７×Ｃｕ＋４１１×Ｎ－３５×Ｍｎ
（ここで、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃ、Ｎ、Ｃｕは、各元素の含量（重量％）を意味する。）
以下では、本発明の実施例について添付図面を参照して詳しく説明する。以下の実施例は、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者に、本発明の思想を十分に伝達するために提示するものである。本発明は、ここで提示する実施例に限定されず、他の形態で具体化することができる。図面は、本発明を明確にするために、説明と関係ない部分の図示を省略し、理解を助けるために構成要素のサイズを多少誇張して表現することができる。
本発明の一実施例による熱間加工性に優れた高強度オーステナイト系ステンレス鋼は、重量％で、Ｃ：０．０１～０．０３５％、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：０．５～１．５％、Ｃｒ：１７～２２％、Ｎｉ：６～１１％、Ｍｏ：１％以下、Ｃｕ：１％以下、Ｎ：０．１～０．２２％、残りＦｅ及び不可避な不純物からなる。
以下、本発明の実施例での合金成分元素の含量の数値限定理由について説明する。以下では、特に言及がない限り、単位は、重量％である。
以下、本発明の実施例での合金成分元素の含量の数値限定理由について説明する。以下では、特に言及がない限り、単位は、重量％である。
炭素（Ｃ）の含量は、０．０１～０．０３５％である。
Ｃは、代表的な侵入型元素であって、強度向上に効果的な元素である。強度の向上のために０．０１％以上添加が必要である。しかし、含量が過多であると、オーステナイトの安定化効果によって凝固時にデルタフェライトの生成を抑制させるので、熱間加工性を低下させる恐れがある。したがって、熱間加工性の確保のために０．０３５％以下に制限することが好ましい。
Ｃは、代表的な侵入型元素であって、強度向上に効果的な元素である。強度の向上のために０．０１％以上添加が必要である。しかし、含量が過多であると、オーステナイトの安定化効果によって凝固時にデルタフェライトの生成を抑制させるので、熱間加工性を低下させる恐れがある。したがって、熱間加工性の確保のために０．０３５％以下に制限することが好ましい。
シリコン（Ｓｉ）の含量は、０．５％以下である。
Ｓｉは、フェライト安定化元素であって、Ｃ及びＮの添加によるフェライト相の減少を低減させる効果がある。しかし、過度に添加する場合、シグマ（σ）相などの金属間化合物の析出を助長して機械的特性及び耐食性を低下させるので、０．５％以下に制限することが好ましい。
Ｓｉは、フェライト安定化元素であって、Ｃ及びＮの添加によるフェライト相の減少を低減させる効果がある。しかし、過度に添加する場合、シグマ（σ）相などの金属間化合物の析出を助長して機械的特性及び耐食性を低下させるので、０．５％以下に制限することが好ましい。
マンガン（Ｍｎ）の含量は、０．５～１．５％である。
Ｍｎは、Ｎ固溶を増加させてＮガスによる欠陥発生を抑制させるので、Ｍｎ含量を０．５％以上添加することが好ましい。しかし、Ｍｎは、Ｎｉと類似する作用をする元素であって、Ｃ、Ｎのようなオーステナイト相の安定化元素であるので、熱間加工性の確保のために１．５％以下に制限することが好ましい。
Ｍｎは、Ｎ固溶を増加させてＮガスによる欠陥発生を抑制させるので、Ｍｎ含量を０．５％以上添加することが好ましい。しかし、Ｍｎは、Ｎｉと類似する作用をする元素であって、Ｃ、Ｎのようなオーステナイト相の安定化元素であるので、熱間加工性の確保のために１．５％以下に制限することが好ましい。
クロム（Ｃｒ）の含量は、１７～２２％である。
Ｃｒは、ステンレス鋼の耐食性の向上のために最も重要な元素である。また、強度向上にも重要な元素であって、１７％以上含むことが好ましい。ただし、Ｃｒは、フェライト相の安定化元素であって、含量が過多な場合、オーステナイト相の安定化度が減少してＮｉ含量の増加を伴うので、製造費用が上昇する問題がある。また、σ相のような金属間化合物（Ｉｎｔｅｒｍｅｔａｌｌｉｃ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ）を析出して機械的特性及び耐食性を低下させる恐れがあるので、本発明では、その上限を２２％に制限することが好ましい。
Ｃｒは、ステンレス鋼の耐食性の向上のために最も重要な元素である。また、強度向上にも重要な元素であって、１７％以上含むことが好ましい。ただし、Ｃｒは、フェライト相の安定化元素であって、含量が過多な場合、オーステナイト相の安定化度が減少してＮｉ含量の増加を伴うので、製造費用が上昇する問題がある。また、σ相のような金属間化合物（Ｉｎｔｅｒｍｅｔａｌｌｉｃ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ）を析出して機械的特性及び耐食性を低下させる恐れがあるので、本発明では、その上限を２２％に制限することが好ましい。
ニッケル（Ｎｉ）の含量は、６～１１％である。
Ｎｉは、オーステナイト相の安定化元素のうち最も強力な元素であって、オーステナイト系ステンレス鋼で十分なオーステナイト相の安定化度を確保するために６％以上含有しなければならない。しかし、Ｎｉ含量の増加は、原料価格の上昇と直結するので、１１％以下に制限することが好ましい。
Ｎｉは、オーステナイト相の安定化元素のうち最も強力な元素であって、オーステナイト系ステンレス鋼で十分なオーステナイト相の安定化度を確保するために６％以上含有しなければならない。しかし、Ｎｉ含量の増加は、原料価格の上昇と直結するので、１１％以下に制限することが好ましい。
モリブデン（Ｍｏ）の含量は、１％以下である。
Ｍｏは、耐食性の向上に有用な元素であるが、高価な成分元素であるので、多量添加するとき費用上昇をもたらす。また、σ相のような金属間化合物を析出して機械的特性及び耐食性を低下させる恐れがあるので、本明では、１％以下に制限することが好ましい。
Ｍｏは、耐食性の向上に有用な元素であるが、高価な成分元素であるので、多量添加するとき費用上昇をもたらす。また、σ相のような金属間化合物を析出して機械的特性及び耐食性を低下させる恐れがあるので、本明では、１％以下に制限することが好ましい。
銅（Ｃｕ）の含量は、１％以下である。
Ｃｕは、オーステナイト相の安定化に有用な元素であって、高価なニッケルの代替として用いることができる。しかし、多量に添加すると、低融点の相を形成して熱間加工性を低下させ、表面品質を低下させる。したがって、１％以下に制限することが好ましい。
Ｃｕは、オーステナイト相の安定化に有用な元素であって、高価なニッケルの代替として用いることができる。しかし、多量に添加すると、低融点の相を形成して熱間加工性を低下させ、表面品質を低下させる。したがって、１％以下に制限することが好ましい。
窒素（Ｎ）の含量は、０．１～０．２２％である。
Ｎは、低価格元素であると共に強度向上に有用な元素であって、高強度オーステナイト系ステンレス鋼で必須的な元素である。したがって、０．１％以上の添加が必要である。しかし、多量に添加すると、クロム窒化物（ＣｒＮ）の生成を促進し、熱間加工性を減少させ、鋼の表面品質を低下させるので、０．２２％以下に制限することが好ましい。
Ｎは、低価格元素であると共に強度向上に有用な元素であって、高強度オーステナイト系ステンレス鋼で必須的な元素である。したがって、０．１％以上の添加が必要である。しかし、多量に添加すると、クロム窒化物（ＣｒＮ）の生成を促進し、熱間加工性を減少させ、鋼の表面品質を低下させるので、０．２２％以下に制限することが好ましい。
本発明の一実施例によるオーステナイト系ステンレス鋼は、上記の合金成分に追加して、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ａｌ：０．１％以下、Ｔｉ：０．０１％以下、Ｂ：０．００５％以下を含むことができる。より好ましくは、Ｐ：０．０３５％以下、Ｓ：０．００３５％以下、Ａｌ：０．０４％以下、Ｔｉ：０．００３％以下、Ｂ：０．００２５％以下を含むことができる。
リン（Ｐ）の含量は、０．０５％以下、硫黄（Ｓ）の含量は、０．０１％以下である。
ＰとＳは、鋼中に不可避に含有される不純物であって、その含量がそれぞれ０．０５％、０．０１％を超過するようになると、鋼中に偏析して表面クラックの原因となる恐れがある。したがって、ＰとＳは、それぞれ０．０５％以下、０．０１％以下に制御することがよく、より好ましくは、０．０３５％以下、０．００３５％以下に制御することである。
ＰとＳは、鋼中に不可避に含有される不純物であって、その含量がそれぞれ０．０５％、０．０１％を超過するようになると、鋼中に偏析して表面クラックの原因となる恐れがある。したがって、ＰとＳは、それぞれ０．０５％以下、０．０１％以下に制御することがよく、より好ましくは、０．０３５％以下、０．００３５％以下に制御することである。
アルミニウム（Ａｌ）の含量は、０．１％以下である。
Ａｌは、高温酸化抵抗性を向上させる。しかし、多量に添加すると、Ａｌ介在物の形成によって表面品質が悪くなる。したがって、Ａｌは、０．１％以下に制御することがよく、より好ましくは、０．０４％以下に制御することである。
Ａｌは、高温酸化抵抗性を向上させる。しかし、多量に添加すると、Ａｌ介在物の形成によって表面品質が悪くなる。したがって、Ａｌは、０．１％以下に制御することがよく、より好ましくは、０．０４％以下に制御することである。
チタン（Ｔｉ）の含量は、０．０１％以下である。
Ｔｉは、スラブ加熱中に高温腐食を防止することによって、熱間圧延中の表面クラックの発生を防止する。しかし、多量に添加すると、粗大な析出物が形成されて衝撃靭性を低下させる恐れがある。したがって、Ｔｉは、０．０１％以下に制御することができ、より好ましくは、０．００３％以下に制御することである。
Ｔｉは、スラブ加熱中に高温腐食を防止することによって、熱間圧延中の表面クラックの発生を防止する。しかし、多量に添加すると、粗大な析出物が形成されて衝撃靭性を低下させる恐れがある。したがって、Ｔｉは、０．０１％以下に制御することができ、より好ましくは、０．００３％以下に制御することである。
ホウ素（Ｂ）の含量は、０．００５％以下である。
Ｂは、オーステナイト粒界に偏析することによって粒界破壊を抑制し、軟性を向上させる。しかし、多量に添加すると、鋼板の靭性が劣化する恐れがある。したがって、Ｂ含量は、０．００５％以下に制御することがよく、より好ましくは、０．００２５％以下に制御することである。
Ｂは、オーステナイト粒界に偏析することによって粒界破壊を抑制し、軟性を向上させる。しかし、多量に添加すると、鋼板の靭性が劣化する恐れがある。したがって、Ｂ含量は、０．００５％以下に制御することがよく、より好ましくは、０．００２５％以下に制御することである。
上記の合金元素を除いたステンレス鋼の残りは、Ｆｅ及びその他不可避な不純物からなる。
オーステナイト系ステンレス鋼は、凝固時に少量のデルタフェライトを形成させて熱間クラック発生を防止する。しかし、Ｃ及びＮは、デルタフェライトの生成量を減少させる役目をするので、ＣとＮが添加される場合、デルタフェライトの減少による熱間クラック発生が増加する傾向がある。
本発明では、Ｃ及びＮの添加によってオーステナイト系ステンレス鋼の強度を増加させ、このとき、凝固時にデルタフェライトの減少により熱間加工性が低下することをフェライト含量の確保又はクロム窒化物（ＣｒＮ）相の制御によって防止した。
オーステナイト系ステンレス鋼は、凝固時に少量のデルタフェライトを形成させて熱間クラック発生を防止する。しかし、Ｃ及びＮは、デルタフェライトの生成量を減少させる役目をするので、ＣとＮが添加される場合、デルタフェライトの減少による熱間クラック発生が増加する傾向がある。
本発明では、Ｃ及びＮの添加によってオーステナイト系ステンレス鋼の強度を増加させ、このとき、凝固時にデルタフェライトの減少により熱間加工性が低下することをフェライト含量の確保又はクロム窒化物（ＣｒＮ）相の制御によって防止した。
本発明では、式（１）のような成分範囲を導出して、Ｃ及びＮの含量が増加しても凝固時にフェライト含量が確保され、熱間加工性の低下がない範囲を導出した。
式（１）：３×（Ｃｒ＋Ｍｏ）＋５×Ｓｉ－２×Ｎｉ－Ｍｎ－７０×（Ｃ＋Ｎ）－２７
（ここで、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃ、Ｎは、各元素の含量（重量％）を意味する。）
式（１）が１．９未満の値を有する場合、熱間加工性の低下で表面にクラックが発生することになる。一方、式（１）が１．９以上の値を有する場合、熱延焼鈍後に表面クラック個数が単位メートル（ｍ）当たり０．３個以下で現われる。
式（１）：３×（Ｃｒ＋Ｍｏ）＋５×Ｓｉ－２×Ｎｉ－Ｍｎ－７０×（Ｃ＋Ｎ）－２７
（ここで、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃ、Ｎは、各元素の含量（重量％）を意味する。）
式（１）が１．９未満の値を有する場合、熱間加工性の低下で表面にクラックが発生することになる。一方、式（１）が１．９以上の値を有する場合、熱延焼鈍後に表面クラック個数が単位メートル（ｍ）当たり０．３個以下で現われる。
上記のとおり、式（１）を活用して熱間加工性の向上を通じて表面品質を確保することができるが、その成分範囲には制限がある。したがって、デルタフェライト以外のまた他の要素を検討し、ＣｒＮ相の析出温度による表面品質の関連性を導出した。
高強度化のためのＮの添加は、ＣｒＮ相の析出温度を上昇させ、析出温度の上昇は、熱間圧延時にＣｒＮ相の残留を誘発して熱間加工性を低下させる。
ＣｒＮ相の析出温度は、ＴＧＡ、ＤＳＣのような熱量評価装備を使用して実験的に評価するか、相変態解釈プログラムを使用して数値的計算を通じて導出することができる。
高強度化のためのＮの添加は、ＣｒＮ相の析出温度を上昇させ、析出温度の上昇は、熱間圧延時にＣｒＮ相の残留を誘発して熱間加工性を低下させる。
ＣｒＮ相の析出温度は、ＴＧＡ、ＤＳＣのような熱量評価装備を使用して実験的に評価するか、相変態解釈プログラムを使用して数値的計算を通じて導出することができる。
本発明では、式（２）のようにＣｒＮ相の分解限界温度を導出し、ＣｒＮ相の析出温度が分解限界温度以下である場合、熱間加工性が改善されることを確認した。
式（２）：１１８０＋３６×Ｃ＋１２×Ｍｏ＋１７×Ｃｕ＋４１１×Ｎ－３５×Ｍｎ
（ここで、Ｃ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｎ、Ｍｎは、各元素の含量（重量％）を意味する。）
式（２）の値がクロム窒化物（ＣｒＮ）の析出温度（℃）未満である場合、熱間加工性の低下で表面にクラックが発生することになる。一方、式（２）の値がクロム窒化物（ＣｒＮ）の析出温度（℃）以上である場合、表面クラック個数が単位メートル（ｍ）当たり０．３個以下である熱延焼鈍材を提供することができる。
式（２）：１１８０＋３６×Ｃ＋１２×Ｍｏ＋１７×Ｃｕ＋４１１×Ｎ－３５×Ｍｎ
（ここで、Ｃ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｎ、Ｍｎは、各元素の含量（重量％）を意味する。）
式（２）の値がクロム窒化物（ＣｒＮ）の析出温度（℃）未満である場合、熱間加工性の低下で表面にクラックが発生することになる。一方、式（２）の値がクロム窒化物（ＣｒＮ）の析出温度（℃）以上である場合、表面クラック個数が単位メートル（ｍ）当たり０．３個以下である熱延焼鈍材を提供することができる。
本発明の一実施例によると、オーステナイト系ステンレス鋼は、熱延焼鈍後の硬度が１９０Ｈｖ以上、表面クラック個数が単位メートル（ｍ）当たり０．３個以下となる。
次に、本発明の一実施例による熱間加工性に優れた高強度オーステナイト系ステンレス鋼の製造方法について説明する。
本発明の一実施例による熱間加工性に優れた高強度オーステナイト系ステンレス鋼の製造方法は、オーステナイト系ステンレス鋼の一般的な工程を通じて製造することができ、重量％で、Ｃ：０．０１～０．０３５％、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：０．５～１．５％、Ｃｒ：１７～２２％、Ｎｉ：６～１１％、Ｍｏ：１％以下、Ｃｕ：１％以下、Ｎ：０．１～０．２２％、残りＦｅ及び不可避な不純物からなるスラブを熱間圧延する段階及び熱間圧延する段階を経た熱延鋼板を焼鈍する段階を含む。
次に、本発明の一実施例による熱間加工性に優れた高強度オーステナイト系ステンレス鋼の製造方法について説明する。
本発明の一実施例による熱間加工性に優れた高強度オーステナイト系ステンレス鋼の製造方法は、オーステナイト系ステンレス鋼の一般的な工程を通じて製造することができ、重量％で、Ｃ：０．０１～０．０３５％、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：０．５～１．５％、Ｃｒ：１７～２２％、Ｎｉ：６～１１％、Ｍｏ：１％以下、Ｃｕ：１％以下、Ｎ：０．１～０．２２％、残りＦｅ及び不可避な不純物からなるスラブを熱間圧延する段階及び熱間圧延する段階を経た熱延鋼板を焼鈍する段階を含む。
スラブは、式（１）及び式（２）のうち少なくとも一つを満足することにより熱間加工性が改善される。より具体的に、焼鈍後に表面クラック個数が単位メートル（ｍ）当たり０．３個以下となることができる。また、熱間焼鈍材の硬度は、１９０Ｈｖ以上となることができる。
式（１）：３×（Ｃｒ＋Ｍｏ）＋５×Ｓｉ－２×Ｎｉ－Ｍｎ－７０×（Ｃ＋Ｎ）－２７≧１．９
（ここで、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃ、Ｎは、各元素の含量（重量％）を意味する。）
式（２）：１１８０＋３６×Ｃ＋１２×Ｍｏ＋１７×Ｃｕ＋４１１×Ｎ－３５×Ｍｎ≧クロム窒化物（ＣｒＮ）の析出温度（℃）
（ここで、Ｃ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｎ、Ｍｎは、各元素の含量（重量％）を意味する。）
式（１）及び式（２）の限定理由に対しては上記のとおりであるので省略する。
以下、本発明の好ましい実施例を通じてより詳しく説明する。
式（１）：３×（Ｃｒ＋Ｍｏ）＋５×Ｓｉ－２×Ｎｉ－Ｍｎ－７０×（Ｃ＋Ｎ）－２７≧１．９
（ここで、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃ、Ｎは、各元素の含量（重量％）を意味する。）
式（２）：１１８０＋３６×Ｃ＋１２×Ｍｏ＋１７×Ｃｕ＋４１１×Ｎ－３５×Ｍｎ≧クロム窒化物（ＣｒＮ）の析出温度（℃）
（ここで、Ｃ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｎ、Ｍｎは、各元素の含量（重量％）を意味する。）
式（１）及び式（２）の限定理由に対しては上記のとおりであるので省略する。
以下、本発明の好ましい実施例を通じてより詳しく説明する。
表１及び２に記載した化学組成を有する鋼を連続鋳造工程を通じて２００ｍｍｔで鋳造した後、熱延及び焼鈍熱処理工程を通じて熱間圧延板材を製造した。熱間圧延は、１２５０℃で２時間加熱した後、４～８ｍｍｔ厚さまで圧延を行い、熱間圧延した後に１１５０℃で焼鈍熱処理を行った。
表１及び２に記載した鋼種の式（１）及び式（２）の値、そしてＣｒＮ相の析出温度は、表３に記載した。ＣｒＮ相の析出温度は、熱重量測定装置（ＴＧＡ）や、示差走査熱量計（ＤＳＣ）のような熱量評価装備を使用して実験的に評価することができ、また、相変態解釈プログラムを使用して数値的計算を通じて導出することができる。表３の値は、相変態解釈プログラムを利用して計算した値である。
また、成分別４～８ｍｍｔの熱延コイルを製作した後、表面欠陥数及び硬度を評価した結果を表３に記載した。欠陥数は、熱延コイルで焼鈍及び酸洗後に全体表面欠陥個数をコイル長さで割って単位メートル当たり欠陥個数を求めたものであって、通常、０．３個以下の個数を有するとき表面品質優秀材であると判断する。硬度は、ビッカース硬さ（Ｈｖ硬度）を評価し、荷重は、１０ｋｇｆ、測定間隔は、１ｍｍ、押下時間は、１０ｓｅｃで実施した。
また、成分別４～８ｍｍｔの熱延コイルを製作した後、表面欠陥数及び硬度を評価した結果を表３に記載した。欠陥数は、熱延コイルで焼鈍及び酸洗後に全体表面欠陥個数をコイル長さで割って単位メートル当たり欠陥個数を求めたものであって、通常、０．３個以下の個数を有するとき表面品質優秀材であると判断する。硬度は、ビッカース硬さ（Ｈｖ硬度）を評価し、荷重は、１０ｋｇｆ、測定間隔は、１ｍｍ、押下時間は、１０ｓｅｃで実施した。
表１～表３を総合的に検討すると、鋼種１～１０の熱延焼鈍鋼板は、式（１）の値が１．９以上であり、表面クラック個数が０．２４個／ｍ以下であり、良好な表面品質を示した。
また、鋼種１１～２９は、式（１）の値が１．９未満であるが、ＣｒＮ析出温度が式（２）の値以下であり、表面クラック個数が０．２５個／ｍ以下と良好な表面品質を示した。
また、鋼種１１～２９は、式（１）の値が１．９未満であるが、ＣｒＮ析出温度が式（２）の値以下であり、表面クラック個数が０．２５個／ｍ以下と良好な表面品質を示した。
一方、鋼種３０～３７は、式（１）の値が１．９ 未満であり、ＣｒＮ析出温度が式（２）の値を超過してクラック個数が増加することが認められた。
このように、式（１）の値が１．９以上であるか、又はＣｒＮ析出温度が式（２）の値以下である場合、オーステナイト系ステンレス鋼の熱間加工性が改善されて表面欠陥数が減少することが確認された。
また、本発明の合金組成を満足する１～２９鋼種の熱延焼鈍鋼板の硬度は、１９０Ｈｖ以上であることを確認した。
このように、式（１）の値が１．９以上であるか、又はＣｒＮ析出温度が式（２）の値以下である場合、オーステナイト系ステンレス鋼の熱間加工性が改善されて表面欠陥数が減少することが確認された。
また、本発明の合金組成を満足する１～２９鋼種の熱延焼鈍鋼板の硬度は、１９０Ｈｖ以上であることを確認した。
以上、本発明の例示的な実施例を説明したが、本発明はこれに限定されず、該当技術分野において通常の知識を有する者であれば、次に記載する特許請求の範囲の概念と範囲を逸脱しない範囲内で多様に変更及び変形が可能であることを理解すべきである。
本発明によるオーステナイト系ステンレス鋼は、高強度を確保すると同時に、凝固時にフェライトを形成して表面品質の低下なしに強度を向上させることができ、熱間加工時に発生するクラックを抑制し、表面品質の確保のための後続表面加工工程を省略することによって、工程費用を節減することができるので、産業上利用が可能である。
Claims (4)
- 重量％で、Ｃ：０．０１～０．０３５％、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：０．５～１．５％、Ｃｒ：１７～２２％、Ｎｉ：６～１１％、Ｍｏ：１％以下、Ｃｕ：１％以下、Ｎ：０．１～０．２２％、残りＦｅ及び不可避な不純物からなり、
下記式（１）の値が１．９以上であるか、又はクロム窒化物の析出温度が下記式（２）で表現される値以下を満足することを特徴とする熱間加工性に優れた高強度オーステナイト系ステンレス鋼。
式（１）：３×（Ｃｒ＋Ｍｏ）＋５×Ｓｉ－２×Ｎｉ－Ｍｎ－７０×（Ｃ＋Ｎ）－２７
式（２）：１１８０＋３６×Ｃ＋１２×Ｍｏ＋１７×Ｃｕ＋４１１×Ｎ－３５×Ｍｎ
（ここで、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃ、Ｎ、Ｃｕは、各元素の含量（重量％）を意味する。） - 表面クラック個数が単位メートル（ｍ）当たり０．３個以下であることを特徴とする請求項１に記載の熱間加工性に優れた高強度オーステナイト系ステンレス鋼。
- 硬度が１９０Ｈｖ以上であることを特徴とする請求項１に記載の熱間加工性に優れた高強度オーステナイト系ステンレス鋼。
- 重量％で、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ａｌ：０．１％以下、Ｔｉ：０．０１％、Ｂ：０．００５％以下を含むことを特徴とする請求項１に記載の熱間加工性に優れた高強度オーステナイト系ステンレス鋼。
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