JP4457492B2

JP4457492B2 - Stainless steel with excellent workability and weldability

Info

Publication number: JP4457492B2
Application number: JP2000362530A
Authority: JP
Inventors: 宮崎　　淳; 峰男村木; 古君　　修
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2000-11-29
Filing date: 2000-11-29
Publication date: 2010-04-28
Anticipated expiration: 2020-11-29
Also published as: JP2002167653A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステンレス鋼に係り、とくに加工性と溶接性の改善に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ステンレス鋼は、表面が美麗で耐食性に優れているため、建築物の外装材、厨房器具、化学プラント等の幅広い分野で使用されてきた。とくに、オーステナイト系ステンレス鋼は、延性に優れ、リジングの発生もなくプレス成形性に優れていることから、幅広い用途に使用されてきた。
【０００３】
一方、フェライト系ステンレス鋼は、加工性、とくに延性（伸び）の面でオーステナイト系ステンレス鋼には及ばないものの、特に安価であること、応力腐食割れがないこと、オーステナイト系ステンレス鋼と比べて熱膨張係数が小さいこと、また、オーステナイト系ステンレス鋼と比べて熱伝導率が1.6 倍程度あること、高温酸化時にスケール剥離しにくいことなどの特徴を有し、これらの特徴を活用できる用途に多く使用されてきた。このようなフェライト系ステンレス鋼として、SUH 409L、SUS 430LX が開発されている。SUH 409L鋼は、11％Cr−0.2 ％Ti系で、SUS 430LX 鋼は17％Cr−0.3 ％Ti系であり、要求される耐食性、耐熱性のレベルに応じ使い分けられている。
【０００４】
しかしながら、最近では、部品形状の複雑化あるいは一体成形化のニーズが高く、SUH 409L鋼、SUS 430LX 鋼に代表されるフェライト系ステンレス鋼に対しても、更なる加工性の向上、とくに延性（伸び）特性の向上が要望されている。
このような要望に対し、例えば、特公平４-35551号公報には、耐食性、加工性及び溶接特性のすぐれたステンレス鋼が提案されている。特公平４-35551号公報に記載された技術では、ステンレス鋼の成分組成を、Cr：11.5〜15％を含み、Ｃ、Ｐ、Ｓ、Ｏを低減し、Si：2.0 ％以下、Mn：0.5 ％以下、Ni：１％以下、Al：0.2 ％以下、Ｎ：0.05％以下に調整して含有するとともに、Cr＋100 （Ｃ＋Ｐ）≦18％を満足し、かつCastroによる式、γ_p＝ 420Ｃ＋ 470Ｎ＋23Ni＋ 9Cu＋ 7Mn−11.5Cr−11.5Si−12Mo−23Ｖ−47Nb−49Ti−52Al＋189 によって定義されるγポテンシャルγ_pが15％以上を満足する成分組成としている。特公平４-35551号公報に記載された技術では、γ_pを15％以上とすることにより、オーステナイト（γ）相がある量以上存在するようになり、変態が十分進み、リジング性、深絞り性を良好にするとしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特公平４-35551号公報に記載された鋼でさえ、近年の加工には耐えられない場合が多く、母材の伸び増加や、溶接部を含む加工性の向上が強く求められていた。
本発明は、上記した従来技術の問題を解決し、高価な合金元素を多量に含有することなく、また特別なプロセスを使用することもなく、加工性と溶接性に優れたステンレス鋼を提供することを目的とする。なお本発明は、加工性、とくに延性（伸び）特性および溶接部の加工性の改善を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記した課題を達成すべく、加工性、とくに伸び特性に及ぼす種々の合金元素および組織の影響について詳細に研究した。その結果、高温でオーステナイト（γ）相を適量生成する成分系としたうえで、Ｖを適正量含有することにより、伸び特性を著しく改善できることを見出した。
【０００７】
高温でのγ相の生成程度を示す指標としては、Castroの式、すなわち、
次（１）式
γ_P値＝ 420Ｃ＋ 470Ｎ＋23Ni＋ 9Cu＋ 7Mn−11.5Cr−11.5Si−12Mo−23Ｖ−47Nb−49Ti−52Al＋189 ………（１）
（ここで、Ｃ、Ｎ、Ni、Cu、Mn、Cr、Si、Mo、Ｖ、Nb、Ti、Al：各合金元素の含有量（質量％））
で定義されるγポテンシャル（γ_P値）がよく知られているが、本発明者らは、このγ_P値を利用して、高温で生成するγ量を包括的に整理し、このγ_P値が50以上となるように各合金元素量を調整するとともに、Ｖを0.03〜0.3 質量％含有することにより、伸び特性が顕著に改善されるという知見を得た。
【０００８】
また、本発明者らは、溶接部を含む加工性が、Ｖを含有したうえで、γ_P値を50以上70以下に調整し、さらにＣ＋Ｎ量を所定レベル以下に低減した組成にすることにより、溶接時に生成するマルテンサイト量が低減し、また、マルテンサイト相が軟質化し、実用上問題なく加工できるレベルにまで、溶接部を含む加工性が向上することを見いだした。
【０００９】
つぎに、本発明者らが行った基礎的な実験について説明する。
11質量％Cr系ステンレス鋼をベースとして、合金元素量を種々変化しγ_P値を10〜100 の範囲で調整した冷延焼鈍板（板厚：２mm）について、引張試験を実施し、伸びElを求めた。伸びElとγ_P値との関係を図１に示す。
図１から、Ｖを0.1 質量％含有する鋼板では、γ_P値が50以上の範囲で伸びElが顕著に増加することがわかる。一方、Ｖ無添加の鋼板では、γ_P値の増加に伴う伸びElの増加は比較的少ない。
【００１０】
この機構については、まだ明確には解明されていないが、γ_P値が高い組成の鋼では、熱延時にγ相が生成しやすく、そのγ相中にＣ、Ｎが濃化する。そのために周囲のα相は、高純度化し、その際、鋼板中にＶが含まれると、V(C,N)を生成し、より高純度化したα相となる。このような（α＋γ）２相組織では、主としてより高純度化したα相に熱延歪が集中し、熱延時に発生しやすいバンド組織が破壊されやすくなり、伸びElが増加するものと推察される。また、本発明者らは、このような伸びElに及ぼすγ_P値の影響は、Cr量によらず同様であることも見いだしている。
【００１１】
また、11質量％Cr系ステンレス鋼をベースとして、Ｃ＋Ｎを0.025 ％以下とし、さらに合金元素量を種々変化しγ_P値を10〜100 の範囲で調整した冷延焼鈍板（板厚：２mm）を、曲げ成形しオープン管としたのち、エッジ部を電縫溶接し、外径：42.7mmφの電縫鋼管とした。
これら電縫鋼管について、図３に示す要領で、温度：０℃で密着加工するパイプ偏平試験を実施し、シーム部の割れ発生の有無を目視で調査した。密着加工を同一電縫鋼管につき各10本実施し、割れ率（＝（割れ本数）×100 ／10（％））により、各電縫鋼管溶接部の加工性を評価した。割れ率とγ_P値との関係を図２に示す。
【００１２】
図１で示したように、γ_P値が50以上であると、Ｖ添加鋼は高い伸びElが得られるが、一方、図２に示すようにγ_P値が70超であると、溶接部の加工性が低下する。これは、γ_P値が高いと溶接に際し鋼板が高温に加熱され、鋼板中にγ相が多量に存在するため、冷却時に、多量のマルテンサイト相が生成し、溶接部が硬化するためである。Ｃ＋Ｎ量を0.025 ％以下という低レベルの条件のもとでは、生成するマルテンサイト自身の硬さが低下して溶接部が軟質化し、さらにγ_P値を70以下に調整することにより、生成するマルテンサイト量を低く制御でき、実用上問題なく加工できるレベルにまで、溶接部の加工性を向上することができることがわかる。
【００１３】
本発明は、上記した知見に基づき、さらに検討を加えて完成されたものであり、高価な合金元素を含有せずに、さらに、特別なプロセスを経ることなく、優れた加工性と溶接性を確保できるステンレス鋼である。
すなわち、本発明は、質量％で、Ｃ：0.02％以下、Si：２％以下、Mn：１％超５％以下、Ｐ：0.05％以下、Ｓ：0.02％以下、Cr：６％以上18％以下、Ni：0.1 ％以上３％以下、Al：0.1 ％以下、Ｎ：0.02％以下、Ｖ：0.03％以上0.3 ％以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなり、Ｃ＋Ｎ：0.025 ％以下でかつ次（１）式
γ_P値＝ 420Ｃ＋ 470Ｎ＋23Ni＋ 9Cu＋ 7Mn−11.5Cr−11.5Si−12Mo−23Ｖ−47Nb−49Ti−52Al＋189 ………（１）
（ここで、Ｃ、Ｎ、Ni、Cu、Mn、Cr、Si、Mo、Ｖ、Nb、Ti、Al：各合金元素の含有量（質量％））
で定義されるγ_P値が50以上70以下を満足する組成を有することを特徴とする加工性と溶接性に優れたステンレス鋼である。また、本発明では、前記組成に加えてさらに、質量％で、Mo：３％以下、Cu：0.2 ％以下のうちの１種または２種を含有することが好ましく、また、Ti：１％以下、Nb：１％以下のうちの１種または２種を含有することが好ましく、さらに、本発明では、前記各組成に加えてさらに、質量％で、Ｂ：0.0003％以上0.005 ％以下を含有することが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
まず、本発明鋼の組成限定理由について説明する。なお、以下、質量％は単に％で記す。
Ｃ：0.02％以下
Ｃは、鋼の強度を増加させる元素であり、強度の増加にともない延性、加工性が低下する。本発明では、とくに溶接部の加工性を確保するため、Ｃは0.02％以下に限定する。なお、好ましくは、0.005 ％以下である。
【００１５】
Ｎ：0.02％以下
Ｎも、Ｃと同様に鋼の強度を増加させ、延性、加工性を低下させる元素であり、できるだけ低減するのが好ましく、本発明ではとくに溶接部の加工性を確保するため、Ｎは0.02％以下に限定する。なお、好ましくは、0.005 ％以下である。
Ｃ＋Ｎ：0.025 ％以下
本発明では、上記したＣ、Ｎの範囲にしたうえさらに、Ｃ、Ｎの合計量を0.025 ％以下に限定する。Ｃ＋Ｎ量が0.025 ％を超えると、Ｃ、Ｎが上記した範囲内であっても、溶接時に形成されるマルテンサイトの硬さが高くなり、溶接部の加工性が顕著に劣化する。
【００１６】
Si：２％以下
Siは、脱酸剤として作用し、製鋼上必要な元素であるが、熱延時に生成するγ相を著しく低減する作用を有し、伸び特性を顕著に低下させるため、Siは２％以下に限定する。なお、好ましくは0.3 ％以下であり、より好ましくは0.1 ％以下である。
【００１７】
Mn：１％超５％以下
Mnは、母材の靱性を向上させ、さらには耐酸化性を向上させる作用を有する元素であり、また、Mnはオーステナイト安定化元素であり、γ量を調整するためにも適正量以上含有するのが好ましい。上記した効果を確保するため、本発明では１％超え含有する。Mn含有量が１％以下では、形成するγ相の量が十分でなく、一方、５％を超えると母材の靱性が低下する。このため、Mnは１％超え５％以下に限定する。なお、好ましくは、1.3 ％以上2.5 ％以下である。
【００１８】
Ｐ：0.05％以下
Ｐは、鋼の強度を増加する元素であり、加工性を低下させるため、できるだけ低減するのが望ましい。しかし、極端な低減は精錬コストの増加を招き、経済的に不利となる。このため本発明では、Ｐは0.05％以下に限定した。なお、好ましくは、0.025 ％以下である。
【００１９】
Ｓ：0.02％以下
Ｓは、鋼中では介在物として存在し、耐食性を低下させるため、耐食性向上の観点からはできるだけ低減することが望ましい。しかし、極端な低減は精錬コストの増加を招き、経済的に不利となる。このため本発明では、Ｓは0.02％以下に限定した。なお、好ましくは、0.003 ％以下である。
【００２０】
Cr：６％以上18％以下
Crは、耐食性を向上させる元素であり、６％以上含有することにより顕著に耐食性が向上する。一方、18％を超える含有は、他元素含有量の調整によっても、γ_P値を所定の範囲内にすることが困難となる。このようなことから、Crは６〜18％に限定する。なお、好ましくは、11〜16％である。さらに好ましくは、13.5％超15％以下である。
【００２１】
Ni：0.1 ％以上３％以下
Niは、オーステナイト安定化元素であり、γ_P値を所定の範囲内に調整するために有効であり、本発明では積極的に含有させる。また、Niは靱性向上に有効に作用する元素である。このような効果は、0.1 ％以上の含有で顕著となるが、３％を超える過剰の含有は、鋼を硬化させ、加工性を低下させる。このため、Niは0.1 〜３％に限定した。
【００２２】
Al：0.1 ％以下
Alは、脱酸剤として作用し、製鋼上、0.005 ％以上の含有が望ましいが、過剰の含有は介在物の形成を促進し靱性が劣化する傾向を示すため、本発明ではAlは0.1 ％以下に限定した。なお、Al脱酸を行わない場合、0.002 ％程度しか含有されないが、とくに問題はない。
【００２３】
Ｖ：0.03％以上0.3 ％以下
Ｖは、本発明において、重要な元素であり、冷延板の伸び特性の向上のため、0.03％以上の含有を必要とする。単に、γ_P値を所定値以上に調整し、熱延時にγ相を生成させるだけでは、冷延板の伸びの向上は少なく、0.03％以上のＶを含有することが、伸び特性の向上の観点から重要になる。一方、0.3 ％を超える過剰の含有は、粗大なVNを生成し、靱性を劣化させる。このため、Ｖは0.03〜0.3 ％の範囲に限定した。なお、好ましくは0.07〜0.15％である。
【００２４】
Mo：３％以下、Cu：0.2 ％以下のうちの１種または２種
Mo、Cuはいずれも耐食性向上に有効な元素であり、必要に応じ含有できる。
Moは、耐食性改善に有効な元素であり、本発明では耐食性向上の観点から、0.5 ％以上、より好ましくは１％以上含有するのが望ましい。一方、３％を超える含有は、鋼を脆化させるため、Moは３％以下に限定するのが好ましい。なお、Moは、フェライト生成元素であり、γポテンシャルへの影響は、Crと同程度であるが、耐食性への寄与はCrより大きいため、Moを積極的に活用する成分系とするのが望ましい。
【００２５】
Cuは、耐食性の向上に有効に作用するとともに、高温でのγ相を安定化する元素であり、安価にγ_P値を調整できるが、0.2 ％を超えて含有すると鋼の熱間加工性を劣化させる。このため、Cuは添加する場合は0.2 ％未満に限定するのが望ましい。
Ti：１％以下、Nb：１％以下のうちの１種または２種
Ti、Nbは、いずれも溶接部の粒界腐食性を向上させる作用を有し、必要に応じ選択して含有できる。本発明鋼は、溶接時に一部マルテンサイトを生成する成分系であるため、粒界でのCr炭窒化の析出に起因する耐食性の劣化は小さいものの、粒界での耐食性を特に向上させたい場合には、Tiおよび／またはNbの含有は有効である。このような効果は、Ti、Nbとも0.05％以上の含有で顕著となる。一方、Ti、Nbとも、１％を超える多量の含有は、加工性の劣化が顕著となる。このため、Ti：１％以下、Nb：１％以下に限定するのが好ましい。なお、より好ましくは、Ti、Nbとも0.5 ％以下、さらに好ましくは、Ti、Nbとも0.3 ％以下である。なお、0.15％以下でも、粒界腐食性向上効果は大きい。
【００２６】
Ｂ：0.0003％以上0.005 ％以下
Ｂは、粒界に偏析し、二次加工性を向上させる作用を有し、本発明では必要に応じ含有できる。このような効果は、0.0003％以上の含有で認められる。一方、0.005 ％を超えて含有すると、加工性が低下する。このため、Ｂは0.0003〜0.005 ％の範囲に限定するのが好ましい。なお、より好ましくは、0.0005〜0.0015％である。
【００２７】
上記した成分以外の残部は、Feおよび不可避的不純物である。
上記した成分範囲にしたうえ、さらに次（１）式
γ_P値＝ 420Ｃ＋ 470Ｎ＋23Ni＋ 9Cu＋ 7Mn−11.5Cr−11.5Si−12Mo−23Ｖ−47Nb−49Ti−52Al＋189 ………（１）
（ここで、Ｃ、Ｎ、Ni、Cu、Mn、Cr、Si、Mo、Ｖ、Nb、Ti、Al：各合金元素の含有量（質量％））
で定義されるγ_P値が50以上70以下を満足するように各成分の含有量を調整する。なお、（１）式を用いてγ_P値を計算する場合に、含有まれない元素については０として計算するものとする。
【００２８】
本発明では、γ_P値、すなわちγポテンシャルは、特に重要なパラメーターである。このγ_P値が大きいほど、高温でγ相が生成しやすくなる。Cr、Si、Mo、Ｖ、Nb、Ti、Alは、いわゆるフェライト生成元素であり、高温でγ相の生成を抑制する。これら元素以外の、Ｃ、Ｎ、Ni、Cu、Mnは、オーステナイト安定化元素であり、高温でγ相の生成を促進する。（１）式で定義されるγ_P値を50以上とすることにより、Ｖ含有鋼では高温でのγ相の生成が促進され、その結果冷延板の伸び特性が著しく向上する。一方、γ_P値が70を超えると、溶接時にマルテンサイト相が多量に生成し、溶接部を含む加工が困難となり、加工性の劣化が顕著となる。なお、好ましくは、γ_P値は60以上70以下である。
【００２９】
つぎに、本発明鋼の好ましい製造方法について説明する。なお、本発明鋼の製造方法はこれに限定されるものではなく、ステンレス鋼等Cr含有鋼で一般に採用されている通常公知の製造方法がいずれも適用可能である。
転炉、電気炉等の通常の精錬炉で、所定の組成に調整された溶鋼は、連続鋳造法によりスラブ等圧延用素材とされる。ついで、得られた圧延用素材は、必要に応じて所定温度に加熱され、次いで熱間圧延により所望の板厚の熱延板とされる。これら熱延板は、焼鈍、酸洗して使用に供することができる。また、熱延板を焼鈍せずに直接酸洗して使用に供することもできる。なお、熱延板の焼鈍は、バッチタイプでも、連続焼鈍でも問題ない。
【００３０】
また、熱延板は、酸洗後、冷間圧延を施され所定の板厚の冷延板とされ、さらに、焼鈍、酸洗を施されて、使用に供することもできる。なお、冷延板の焼鈍は、700 〜1100℃の連続焼鈍とするのが好ましい。
なお、本発明鋼は、鋼板、鋼帯に限定されることなく、パイプ等にも適用できることはいうまでもない。また、冷延板にかぎらず、熱延板としても使用可能である。
【００３１】
また、本発明鋼を適用した鋼板等に、必要に応じて、塗装あるいはめっきを施すことができる。塗装あるいはめっきを施せば、さらに耐食性が向上することは言うまでもない。
【００３２】
【実施例】
以下、実施例に基づき、本発明をより具体的に説明する。
表１に示す組成を有する溶鋼を真空溶解炉で溶製し、50kg鋼塊とした。これら鋼塊を、通常の熱間圧延により、板厚：５mmの熱延板とした。ついで、熱延板に、熱延板焼鈍と酸洗を施したのち、冷間圧延により冷延板とし、ついで冷延板焼鈍を施し、板厚：２mmの冷延焼鈍板とした。
【００３３】
これら冷延焼鈍板について、加工性および溶接性を調査した。加工性、溶接性の試験方法は、下記の通りとした。なお、従来例として、SUH409L 鋼（鋼No.14 ）、SUS430LX鋼（鋼No.15 ）、SUS436鋼（鋼No.16 ）、SUS429鋼（鋼No.17 ）についても同様に調査した。
（１）加工性試験
各冷延焼鈍板から、引張方向が圧延方向（Ｌ方向）となるように、JIS 13号Ｂ試験片を採取した。これら試験片を用いて、引張試験を実施し、伸びElを測定し、加工性の指標とした。
（２）溶接性試験
各冷延焼鈍板を、通常の高周波溶接により接合して、溶接鋼管（電縫管）とした。これら溶接鋼管を、図３に示すような位置にセットし密着まで変形する密着加工を施すパイプ偏平試験を行った。なお、試験は、溶接鋼管を０℃に保持して実施した。
【００３４】
試験後、溶接鋼管の溶接シーム部の割れ発生の有無を目視で調査した。パイプ偏平試験は、各冷延焼鈍板について、10本ずつ行い、割れ率（％）（＝（割れ本数）×100 ／10）を算出した。
【００３５】
【表１】

【００３６】
【表２】

【００３７】
本発明例は、いずれもCr含有量が同程度である既存の高加工性ステンレス鋼（従来例、鋼板No.14 〜No.17 ）に比較して、著しく伸び特性に優れ、また、溶接性（溶接部加工性）に優れている。なお、本発明例の耐熱性、耐食性は、既存の高加工性ステンレス鋼（従来例）と同等であり、従来から知られているように、CrとMoの含有量によって耐食性と耐熱性が決定されることを確認している。
【００３８】
これに対し、本発明の範囲を外れる比較例は、伸び特性、あるいは溶接性（溶接部加工性）のいずれかまたは両方が劣化している。
既存の高加工性ステンレス鋼である従来例の、鋼板No.14 、No.15 、No.16 、No.17 は、同程度のCrを含有する本発明例と比較し、γ_P値が小さく、伸びが劣化している。また、γ_P値が本発明の範囲を高く外れる、鋼板No.18 、No、19は、パイプ偏平試験での割れ率が高く、溶接部加工性が劣化している。Ｃ含有量が高くＣ＋Ｎ量が本発明の範囲を高く外れる、鋼板No.20 は、パイプ偏平試験での割れ率が高く、溶接部加工性が劣化している。Ｎ含有量、Ｃ＋Ｎ量が本発明の範囲を高く外れる、鋼板No.21 は、パイプ偏平試験での割れ率が高く、溶接部加工性が劣化している。Mn含有量が本発明の範囲を高く外れる、鋼板No.22 は、伸び特性および溶接性（溶接部加工性）が劣化している。また、Ｖ含有量が本発明の範囲を高く外れる、鋼板No.23 、No.24 は、伸び特性が劣化している。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、同じCrレベルの従来鋼、例えば、11％Cr系のSUH409L 鋼、17％Cr系のSUS430LXに比べ、伸び特性が著しく向上し、特に加工性が要求される分野、例えば、自動車排気系材料、自動車足回り関係部材、自動車モール材料、耐食性と加工性がとくに必要なガソリンタンクやその周辺の燃料パイプ等の燃料系部品あるいは発電設備の排気ダクト材、厨房用材料等の使途にも適用可能となり、用途の拡大となり産業上格段の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 11％Cr系鋼の伸び特性とγ_P値との関係におよぼすＶ含有の影響を示すグラフである。
【図２】 11％Cr系鋼の溶接部加工性（割れ率）とγ_P値との関係を示すグラフである。
【図３】溶接部加工性を評価するパイプ偏平試験方法の概要を示す説明図である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to stainless steel, and more particularly to improvement of workability and weldability.
[0002]
[Prior art]
Since stainless steel has a beautiful surface and excellent corrosion resistance, it has been used in a wide range of fields such as building exterior materials, kitchen appliances, and chemical plants. In particular, austenitic stainless steel has been used for a wide range of applications because of its excellent ductility, no ridging, and excellent press formability.
[0003]
Ferritic stainless steels, on the other hand, are inferior to austenitic stainless steels in terms of workability, especially ductility (elongation), but they are particularly inexpensive, free from stress corrosion cracking, and hot compared to austenitic stainless steels. It has features such as a low expansion coefficient, a thermal conductivity of about 1.6 times that of austenitic stainless steel, and difficulty in scale peeling during high-temperature oxidation, and is often used for applications that can utilize these features. It has been. As such ferritic stainless steel, SUH 409L and SUS 430LX have been developed. SUH 409L steel is an 11% Cr-0.2% Ti system, and SUS 430LX steel is a 17% Cr-0.3% Ti system. They are properly used according to the required level of corrosion resistance and heat resistance.
[0004]
However, recently, there is a high need for complex parts shape or integral molding, and even for ferritic stainless steels represented by SUH 409L steel and SUS 430LX steel, further improvement of workability, especially ductility (elongation) ) Improvement of characteristics is desired.
In response to such a demand, for example, Japanese Patent Publication No. 4-35551 proposes stainless steel having excellent corrosion resistance, workability, and welding characteristics. In the technology described in Japanese Examined Patent Publication No. 4-35551, the component composition of stainless steel includes Cr: 11.5 to 15%, C, P, S and O are reduced, Si: 2.0% or less, Mn: 0.5 %, Ni: 1% or less, Al: 0.2% or less, N: 0.05% or less, and satisfying Cr + 100 (C + P) ≦ 18% and satisfying the Castro formula, γ _p = 420C + 470N + 23Ni + 9Cu + The composition is such that the γ potential γ _p defined by 7Mn-11.5Cr-11.5Si-12Mo-23V-47Nb-49Ti-52Al + 189 satisfies 15% or more. In the technique described in Japanese Examined Patent Publication No. 4-35551, by setting γ _p to 15% or more, an austenite (γ) phase is present in a certain amount or more, transformation is sufficiently advanced, ridging property, deep drawing It is supposed to improve the properties.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, even the steel described in Japanese Examined Patent Publication No. 4-35551 is often unable to withstand recent machining, and there has been a strong demand for increased base metal elongation and improved workability including welds. .
The present invention solves the above-mentioned problems of the prior art and provides stainless steel excellent in workability and weldability without containing a large amount of expensive alloy elements and without using a special process. For the purpose. The present invention aims to improve workability, particularly ductility (elongation) characteristics and workability of welds.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above-mentioned problems, the present inventors have studied in detail the influence of various alloy elements and structures on workability, particularly elongation characteristics. As a result, it has been found that the elongation characteristics can be remarkably improved by containing an appropriate amount of V after forming a component system that generates an appropriate amount of austenite (γ) phase at a high temperature.
[0007]
As an index indicating the degree of formation of γ phase at high temperature, Castro's formula, that is,
Next (1) Formula γ _P value = 420C + 470N + 23Ni + 9Cu + 7Mn-11.5Cr-11.5Si-12Mo-23V-47Nb-49Ti-52Al + 189 (1)
(Here, C, N, Ni, Cu, Mn, Cr, Si, Mo, V, Nb, Ti, Al: content of each alloy element (mass%))
The γ potential (γ _P value) defined by is well known, but the present inventors comprehensively organize the amount of γ generated at high temperature using this γ _P value, and this γ _P In addition to adjusting the amount of each alloying element so that the value is 50 or more and containing V in an amount of 0.03 to 0.3% by mass, the inventors have found that the elongation characteristics are remarkably improved.
[0008]
In addition, the inventors have made the composition that the workability including the welded portion contains V, the γ _P value is adjusted to 50 or more and 70 or less, and the C + N amount is further reduced to a predetermined level or less. It has been found that the amount of martensite generated during welding is reduced, the martensite phase is softened, and the workability including the weld zone is improved to a level at which it can be processed practically without problems.
[0009]
Next, basic experiments conducted by the present inventors will be described.
A cold rolled annealed plate (thickness: 2 mm) with 11% by mass Cr-based stainless steel as the base and various amounts of alloying elements adjusted to a γ _P value in the range of 10 to 100 was subjected to a tensile test, and the elongation El Asked. The relationship between the elongation El and the γ _P value is shown in FIG.
As can be seen from FIG. 1, in the steel sheet containing 0.1% by mass of V, the elongation El increases remarkably when the γ _P value is 50 or more. On the other hand, in the steel sheet containing no V, the increase in the elongation El accompanying the increase in the γ _P value is relatively small.
[0010]
Although this mechanism has not yet been clearly clarified, in a steel having a composition with a high γ _P value, a γ phase is easily generated during hot rolling, and C and N are concentrated in the γ phase. Therefore, the surrounding α-phase is highly purified, and when V is contained in the steel sheet, V (C, N) is generated and the α-phase is further purified. In such a (α + γ) two-phase structure, hot-rolled strain concentrates mainly in the more highly-purified α-phase, and the band structure that is likely to occur during hot-rolling is easily broken, and it is assumed that the elongation El increases. The The inventors have also found that the effect of the γ _P value on the elongation El is the same regardless of the Cr content.
[0011]
Cold rolled annealed steel plate (thickness: 2 mm) based on 11 mass% Cr stainless steel with C + N of 0.025% or less, and varying the amount of alloying elements and adjusting the γ _P value within the range of 10-100. Was bent to form an open pipe, and then the edge portion was electro-welded to form an ERW steel pipe having an outer diameter of 42.7 mmφ.
With respect to these electric resistance welded steel pipes, a pipe flattening test was carried out in the manner shown in FIG. Adhesion processing was carried out 10 times for each ERW steel pipe, and the workability of each ERW steel pipe welded part was evaluated by the cracking rate (= (number of cracks) × 100/10 (%)). FIG. 2 shows the relationship between the cracking rate and the γ _P value.
[0012]
As shown in FIG. 1, when the γ _P value is 50 or more, the V-added steel can obtain a high elongation El. On the other hand, when the γ _P value exceeds 70 as shown in FIG. The workability of is reduced. This is because when the γ _P value is high, the steel sheet is heated to a high temperature during welding, and a large amount of γ phase is present in the steel sheet, so that a large amount of martensite phase is generated during cooling and the weld is hardened. . Under the low level condition of C + N amount of 0.025% or less, the hardness of the martensite to be produced decreases, the weld becomes soft, and the γ _P value is adjusted to 70 or less to produce martensite. It can be seen that the site amount can be controlled low and the workability of the weld can be improved to a level at which it can be processed practically without problems.
[0013]
The present invention has been completed based on the above findings, and has been completed. It does not contain expensive alloy elements, and has excellent workability and weldability without a special process. Stainless steel that can be secured.
That is, in the present invention, by mass, C: 0.02% or less, Si: 2% or less, Mn: more than 1%, 5% or less, P: 0.05% or less, S: 0.02% or less, Cr: 6% or more and 18% Ni: 0.1% or more and 3% or less, Al: 0.1% or less, N: 0.02% or less, V: 0.03% or more and 0.3% or less, the balance being Fe and inevitable impurities, C + N: 0.025% or less Next (1) Formula γ _P value = 420C + 470N + 23Ni + 9Cu + 7Mn-11.5Cr-11.5Si-12Mo-23V-47Nb-49Ti-52Al + 189 (1)
(Here, C, N, Ni, Cu, Mn, Cr, Si, Mo, V, Nb, Ti, Al: content of each alloy element (mass%))
It is a stainless steel excellent in workability and weldability, characterized in that it has a composition satisfying a γ _P value defined by ≦ 50 and ≦ 70. In the present invention, in addition to the above composition, it is preferable to further contain one or two of Mo: 3% or less and Cu: 0.2% or less in terms of mass%, and Ti: 1% or less. Nb: 1% or less of Nb: 1% or less is preferable. Further, in the present invention, in addition to each of the above-described compositions, B: 0.0003% or more and 0.005% or less is further contained in mass%. It is preferable.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
First, the reasons for limiting the composition of the steel of the present invention will be described. Hereinafter, the mass% is simply expressed as%.
C: 0.02% or less C is an element that increases the strength of steel, and ductility and workability decrease with increasing strength. In the present invention, C is limited to 0.02% or less to ensure the workability of the welded portion. In addition, Preferably, it is 0.005% or less.
[0015]
N: 0.02% or less N is an element that increases the strength of steel and lowers the ductility and workability in the same manner as C, and is preferably reduced as much as possible. In the present invention, in order to ensure the workability of the welded portion in particular. , N is limited to 0.02% or less. In addition, Preferably, it is 0.005% or less.
C + N: 0.025% or less In the present invention, the total amount of C and N is limited to 0.025% or less in addition to the above-described range of C and N. When the amount of C + N exceeds 0.025%, even if C and N are within the above-described ranges, the hardness of martensite formed at the time of welding increases, and the workability of the welded portion is significantly deteriorated.
[0016]
Si: 2% or less
Si acts as a deoxidizer and is an element necessary for steelmaking, but has the effect of significantly reducing the γ phase generated during hot rolling and significantly reduces the elongation characteristics. Therefore, Si is reduced to 2% or less. limit. In addition, Preferably it is 0.3% or less, More preferably, it is 0.1% or less.
[0017]
Mn: more than 1% and less than 5%
Mn is an element that has the effect of improving the toughness of the base material and further improving the oxidation resistance, and Mn is an austenite stabilizing element and is contained in an appropriate amount or more in order to adjust the amount of γ. Is preferred. In order to secure the above effect, the present invention contains more than 1%. If the Mn content is 1% or less, the amount of γ phase to be formed is not sufficient, while if it exceeds 5%, the toughness of the base material is lowered. For this reason, Mn is limited to more than 1% and not more than 5%. In addition, Preferably, they are 1.3% or more and 2.5% or less.
[0018]
P: 0.05% or less P is an element that increases the strength of steel, and it is desirable to reduce P as much as possible in order to reduce workability. However, extreme reduction leads to an increase in refining costs and is economically disadvantageous. Therefore, in the present invention, P is limited to 0.05% or less. In addition, Preferably, it is 0.025% or less.
[0019]
S: 0.02% or less S is present as an inclusion in steel and lowers corrosion resistance. Therefore, it is desirable to reduce it as much as possible from the viewpoint of improving corrosion resistance. However, extreme reduction leads to an increase in refining costs and is economically disadvantageous. Therefore, in the present invention, S is limited to 0.02% or less. In addition, Preferably, it is 0.003% or less.
[0020]
Cr: 6% to 18%
Cr is an element that improves the corrosion resistance, and by containing 6% or more, the corrosion resistance is remarkably improved. On the other hand, the content exceeding 18% makes it difficult to keep the γ _P value within a predetermined range even by adjusting the content of other elements. For this reason, Cr is limited to 6 to 18%. In addition, Preferably, it is 11 to 16%. More preferably, it is more than 13.5% and 15% or less.
[0021]
Ni: 0.1% to 3%
Ni is an austenite stabilizing element, is effective for adjusting the γ _P value within a predetermined range, and is actively contained in the present invention. Ni is an element that effectively acts to improve toughness. Such an effect becomes remarkable when the content is 0.1% or more. However, when the content exceeds 3%, the steel is hardened and the workability is lowered. For this reason, Ni was limited to 0.1 to 3%.
[0022]
Al: 0.1% or less
Al acts as a deoxidizer and is preferably contained in an amount of 0.005% or more in terms of steelmaking. However, excessive inclusion promotes the formation of inclusions and tends to deteriorate toughness. Therefore, in the present invention, Al is 0.1% or less. Limited to. In addition, when Al deoxidation is not performed, only about 0.002% is contained, but there is no particular problem.
[0023]
V: 0.03% or more and 0.3% or less V is an important element in the present invention, and needs to contain 0.03% or more in order to improve the elongation characteristics of the cold-rolled sheet. By simply adjusting the γ _P value to a predetermined value or more and generating a γ phase during hot rolling, there is little improvement in the elongation of the cold-rolled sheet, and containing 0.03% or more of V improves the elongation characteristics. It becomes important from the viewpoint. On the other hand, an excessive content exceeding 0.3% produces coarse VN and deteriorates toughness. For this reason, V was limited to the range of 0.03-0.3%. In addition, Preferably it is 0.07 to 0.15%.
[0024]
One or two of Mo: 3% or less, Cu: 0.2% or less
Both Mo and Cu are effective elements for improving corrosion resistance, and can be contained if necessary.
Mo is an element effective for improving the corrosion resistance. In the present invention, it is desirable to contain 0.5% or more, more preferably 1% or more from the viewpoint of improving the corrosion resistance. On the other hand, if the content exceeds 3%, the steel becomes brittle, so Mo is preferably limited to 3% or less. Mo is a ferrite-forming element, and its effect on γ potential is similar to that of Cr, but its contribution to corrosion resistance is greater than Cr, so it is desirable to use a component system that actively uses Mo. .
[0025]
Cu is an element that effectively works to improve corrosion resistance and stabilizes the γ phase at high temperatures. It can adjust the γ _P value at low cost, but if it exceeds 0.2%, it will increase the hot workability of steel. Deteriorate. For this reason, when Cu is added, it is desirable to limit it to less than 0.2%.
One or two of Ti: 1% or less, Nb: 1% or less
Ti and Nb both have the effect of improving the intergranular corrosion property of the weld, and can be selected and contained as necessary. The steel according to the present invention is a component system that partially generates martensite during welding, so the deterioration in corrosion resistance due to the precipitation of Cr carbonitride at the grain boundary is small, but it is particularly desirable to improve the corrosion resistance at the grain boundary. In addition, the content of Ti and / or Nb is effective. Such an effect becomes remarkable when both Ti and Nb are contained at 0.05% or more. On the other hand, when both Ti and Nb are contained in a large amount exceeding 1%, deterioration of workability becomes remarkable. For this reason, it is preferable to limit to Ti: 1% or less and Nb: 1% or less. More preferably, both Ti and Nb are 0.5% or less, and more preferably, both Ti and Nb are 0.3% or less. Even at 0.15% or less, the effect of improving intergranular corrosion resistance is significant.
[0026]
B: 0.0003% or more and 0.005% or less B segregates at the grain boundary and has the effect of improving secondary workability, and can be contained in the present invention if necessary. Such an effect is recognized when the content is 0.0003% or more. On the other hand, if it exceeds 0.005%, the workability decreases. For this reason, B is preferably limited to a range of 0.0003 to 0.005%. In addition, More preferably, it is 0.0005 to 0.0015%.
[0027]
The balance other than the above components is Fe and inevitable impurities.
In addition to the above component range, the following formula (1): γ _P value = 420C + 470N + 23Ni + 9Cu + 7Mn-11.5Cr-11.5Si-12Mo-23V-47Nb-49Ti-52Al + 189 (1)
(Here, C, N, Ni, Cu, Mn, Cr, Si, Mo, V, Nb, Ti, Al: content of each alloy element (mass%))
The content of each component is adjusted so that the γ _P value defined in the above satisfies 50 or more and 70 or less. When calculating the γ _P value using the equation (1), elements that are not contained are calculated as 0.
[0028]
In the present invention, the γ _P value, that is, the γ potential is a particularly important parameter. The larger the γ _P value, the easier the γ phase is generated at high temperatures. Cr, Si, Mo, V, Nb, Ti, and Al are so-called ferrite forming elements, and suppress the generation of γ phase at high temperatures. Other than these elements, C, N, Ni, Cu, and Mn are austenite stabilizing elements and promote the formation of the γ phase at high temperatures. By setting the γ _P value defined by the formula (1) to 50 or more, the V-containing steel promotes the formation of the γ phase at a high temperature, and as a result, the elongation characteristics of the cold rolled sheet are remarkably improved. On the other hand, if the γ _P value exceeds 70, a large amount of martensite phase is generated during welding, it becomes difficult to perform processing including the welded portion, and workability deterioration becomes remarkable. The γ _P value is preferably 60 or more and 70 or less.
[0029]
Below, the preferable manufacturing method of this invention steel is demonstrated. In addition, the manufacturing method of this invention steel is not limited to this, All the generally well-known manufacturing methods generally employ | adopted with Cr containing steel, such as stainless steel, are applicable.
The molten steel adjusted to a predetermined composition in a normal refining furnace such as a converter or an electric furnace is used as a rolling material such as a slab by a continuous casting method. Subsequently, the obtained rolling material is heated to a predetermined temperature as necessary, and then hot rolled into a desired thickness by hot rolling. These hot-rolled sheets can be used after being annealed and pickled. In addition, the hot-rolled sheet can be directly pickled without annealing and used. The annealing of the hot-rolled sheet is not a problem whether it is a batch type or continuous annealing.
[0030]
Further, the hot-rolled sheet can be cold-rolled after pickling to obtain a cold-rolled sheet having a predetermined thickness, and further subjected to annealing and pickling for use. In addition, it is preferable that annealing of a cold-rolled sheet shall be 700-1100 degreeC continuous annealing.
Needless to say, the steel of the present invention is not limited to steel plates and steel strips but can be applied to pipes and the like. Moreover, it can be used not only as a cold rolled sheet but as a hot rolled sheet.
[0031]
Moreover, the steel plate etc. to which the steel of the present invention is applied can be coated or plated as necessary. Needless to say, if coating or plating is applied, the corrosion resistance is further improved.
[0032]
【Example】
Hereinafter, based on an Example, this invention is demonstrated more concretely.
Molten steel having the composition shown in Table 1 was melted in a vacuum melting furnace to obtain a 50 kg steel ingot. These steel ingots were made into hot-rolled sheets having a thickness of 5 mm by ordinary hot rolling. Next, the hot-rolled sheet was subjected to hot-rolled sheet annealing and pickling, and then cold-rolled to obtain a cold-rolled sheet, and then cold-rolled sheet annealed to obtain a cold-rolled annealed sheet having a thickness of 2 mm.
[0033]
These cold-rolled annealed plates were investigated for workability and weldability. Test methods for workability and weldability were as follows. As conventional examples, SUH409L steel (steel No. 14), SUS430LX steel (steel No. 15), SUS436 steel (steel No. 16), and SUS429 steel (steel No. 17) were similarly investigated.
(1) Workability test From each cold-rolled annealed plate, a JIS No. 13 B specimen was collected so that the tensile direction was the rolling direction (L direction). Using these test pieces, a tensile test was performed, and the elongation El was measured as an index of workability.
(2) Weldability test Each cold-rolled annealed plate was joined by ordinary high-frequency welding to obtain a welded steel pipe (electrically welded pipe). A pipe flattening test was performed in which these welded steel pipes were set at positions as shown in FIG. The test was conducted with the welded steel pipe held at 0 ° C.
[0034]
After the test, the presence or absence of cracks in the weld seam of the welded steel pipe was visually examined. The pipe flattening test was performed for each of the cold-rolled annealed plates, and the cracking rate (%) (= (number of cracks) × 100/10) was calculated.
[0035]
[Table 1]

[0036]
[Table 2]

[0037]
The inventive examples are remarkably superior in elongation properties and weldability compared to existing high workability stainless steels (conventional examples, steel plates No. 14 to No. 17) having the same Cr content. Excellent weldability. In addition, the heat resistance and corrosion resistance of the present invention example are equivalent to the existing high workability stainless steel (conventional example), and the corrosion resistance and heat resistance are determined by the contents of Cr and Mo as conventionally known. Make sure it will be.
[0038]
On the other hand, in the comparative example outside the scope of the present invention, either or both of the elongation characteristics and the weldability (weld portion workability) are deteriorated.
Steel plates No.14, No.15, No.16, No.17 of the conventional example, which is an existing high workability stainless steel, have a smaller γ _P value than the present invention example containing the same amount of Cr. The elongation has deteriorated. Further, the steel plates No. 18, No. 19 having a γ _P value outside the range of the present invention have a high cracking rate in the pipe flatness test, and the weldability is deteriorated. Steel plate No. 20, which has a high C content and a C + N amount that deviates from the scope of the present invention, has a high cracking rate in a pipe flattening test and deteriorates weldability. Steel plate No. 21, in which the N content and the C + N amount deviate from the scope of the present invention, has a high cracking rate in the pipe flatness test, and the weldability is deteriorated. Steel plate No. 22, in which the Mn content deviates from the scope of the present invention, has deteriorated elongation characteristics and weldability (weld zone workability). Steel sheets No. 23 and No. 24, in which the V content deviates from the scope of the present invention, have deteriorated elongation characteristics.
[0039]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the elongation characteristics are remarkably improved and workability is particularly required as compared with conventional steels having the same Cr level, for example, 11% Cr-based SUH409L steel and 17% Cr-based SUS430LX. For example, automobile exhaust system materials, automobile undercarriage-related parts, automobile molding materials, fuel tank parts such as gasoline tanks and their surrounding fuel pipes that require particularly high corrosion resistance and workability, or exhaust duct materials for power generation facilities, kitchens It can be applied to the use of industrial materials, etc., and the use will be expanded, producing a remarkable industrial effect.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a graph showing the effect of V content on the relationship between elongation characteristics and γ _P value of 11% Cr steel.
FIG. 2 is a graph showing the relationship between weld zone workability (cracking rate) and γ _P value of 11% Cr steel.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an outline of a pipe flatness test method for evaluating weldability.

Claims

% By mass
C: 0.02% or less, Si: 2% or less,
Mn: more than 1% and 5% or less, P: 0.05% or less,
S: 0.02% or less, Cr: 6% or more and 18% or less,
Ni: 0.1% or more and 3% or less, Al: 0.1% or less,
N: not more than 0.02%, V: not less than 0.03% and not more than 0.3%, consisting of the balance Fe and inevitable impurities, C + N: not more than 0.025%, and the γ _P value defined by the following formula (1) is not less than 50 and 70 Stainless steel excellent in workability and weldability, characterized by having a composition satisfying the following.
Γ _P value = 420C + 470N + 23Ni + 9Cu + 7Mn-11.5Cr-11.5Si-12Mo-23V-47Nb-49Ti-52Al + 189 (1)
Here, C, N, Ni, Cu, Mn, Cr, Si, Mo, V, Nb, Ti, Al: Content of each alloy element (mass%)

The stainless steel according to claim 1, further comprising one or two kinds selected from Mo: 3% or less and Cu: 0.2% or less in mass% in addition to the composition.

The stainless steel according to claim 1 or 2, further comprising one or two kinds selected from Ti: 1% or less and Nb: 1% or less in mass% in addition to the composition. steel.

The stainless steel according to any one of claims 1 to 3, further comprising B: 0.0003% or more and 0.005% or less in terms of mass% in addition to the composition.