JP4850444B2

JP4850444B2 - 延性に優れる高強度・高耐食性の安価オーステナイト系ステンレス鋼線

Info

Publication number: JP4850444B2
Application number: JP2005185823A
Authority: JP
Inventors: 光司高野; 信二柘殖; 恭太郎天藤; 祐司森
Original assignee: Nippon Steel and Sumikin Stainless Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Stainless Steel Corp
Priority date: 2005-06-27
Filing date: 2005-06-27
Publication date: 2012-01-11
Anticipated expiration: 2025-06-27
Also published as: JP2007002319A

Description

本発明は、高強度・高耐食性のオーステナイト系ステンレス鋼線の延性改善方法に係わり、例えば、金網加工用の素材の延性を安価に改善することに関するものである。

これまで耐食性を必要とする金網用等の鋼線に、溶体化処理されたＳＵＳ３１６鋼線が使用されてきた。これらの鋼線には金網加工性等の成型性の観点から３０％以上の破断伸びが求められてきた。
ところが、近年、金網等の軽量化・低コスト化のために鋼線の高強度化（例えば、８６０Ｎ／ｍｍ２以上）が要求されるようになってきた。高強度化のための手段として、オーステナイト系ステンレス鋼にＮやＶ，Ｎｂを添加した線材を冷間加工により高強度化することが提案されている（特許文献１）。しかしながら、冷間加工を施すと破断伸びが低下し、金網加工性等の成型性が劣化する問題が生じる。

一方、平線のオイルリング用緊張材の分野において、Ｃ，Ｎを添加して溶体化処理後の強度を改善したオーステナイト系ステンレス鋼材料が提案されている（特許文献２）。しなしながら、平線形状である上に、溶体化処理後の引張強さが未だ低い。

このように、ＳＵＳ３１６並の耐食性を有して、且つ、強度・延性バランスを満足するような安価なステンレス鋼線は提案されていない。

特許第２５３３４８１号公報特公平７―１０３４４６号公報

本発明の目的は、軽量・耐久性に優れる金属製金網を安価に製造することを主目的に、
強度・延性バランスに優れた高耐食性ステンレス鋼線材および鋼線を安価に提供すること
である。

本発明者らは、上記課題を解決するために種々検討した結果、耐食性に優れるＳＵＳ３１６鋼をベースに、基本的な強度・延性バランスを安価に改善するために低Ｍｏ，高Ｃｒ化，Ｎ添加し、必要に応じて結晶粒微細化のためにＡｌを添加して製造された線材を直径が３．０ｍｍ以下に冷間伸線加工して、単時間の溶体化処理を行うことで、耐食性がＳＵＳ３１６並で強度・延性バランスを飛躍的且つ安価に向上させることを見出した。本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、その要旨とするところは以下の通りである。

すなわち、本発明の要旨とするところは以下の通りである。
（１）質量％で、Ｃ：０．０４〜０．１０％、Ｓｉ：０．１〜２．０％、Ｍｎ：０．３〜５．０％、Ｓ：０．０１％以下、Ｐ：０．０４％以下、Ｎｉ：８．０〜１４．０％、Ｃｒ：１９．０〜２４．０％、Ｍｏ：０．５〜２．０％、Ｎ：０．１〜０．３０％、Ｃａ：０．０００１〜０．００４５％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物で構成され、Ｃ
＋Ｎが０．２０〜０．３０％、（Ａ）式で示されるＰＩ値が２４以上であり、鋼線の線径が３．０ｍｍ以下であり、ＪＩＳＺ２２４１の引張強さが８６０Ｎ／ｍｍ²以上、破断伸びが３０％以上であることを特徴とする延性に優れる高強度・高耐食性の安価オーステナイト系ステンレス鋼線。
ＰＩ値＝Ｃｒ＋３Ｍｏ＋１６Ｎ・・・（Ａ）
（２）さらに、質量％で、Ａｌ：０．０１〜０．１％を含有することを特徴とする（１）記載の延性に優れる高強度・高耐食性の安価オーステナイト系ステンレス鋼線。
（３）さらに、質量％で、Ｃｕ：０．２〜２．０％を含有することを特徴とする（１）または（２）記載の延性に優れる高強度・高耐食性の安価オーステナイト系ステンレス鋼線。
（４）さらに、質量％で、Ｂ：０．０００５〜０．０１％を含有することを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の延性に優れる高強度・高耐食性の安価オーステナイト系ステンレス鋼線。
（５）さらに、オーステナイト結晶粒度がＪＩＳＧ００５１の粒度番号で８以上であることを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の延性に優れる高強度・高耐食性の安価オーステナイト系ステンレス鋼線。
（６）金網用であることを特徴とする（１）〜（５）のいずれかに記載の延性に優れる高強度・高耐食性の安価オーステナイト系ステンレス鋼線。

本発明による延性に優れる高強度・高耐食性の安価オーステナイト系ステンレス鋼
線は、金網加工性を劣化させることなく高強度・高耐食性の金網を製造することができ、軽量・耐久性に優れる金属製金網を安価に提供する効果を発揮する。

以下に、先ず、本発明の請求項１記載の限定理由について説明する。
Ｃは、鋼線の強度を確保するために、０．０４％以上添加する。しかしながら、０．１０％を超えて添加すると、Ｃｒ炭化物が生成して、溶体化処理後の鋼線の耐食性，延性が劣化する。そのため、上限を０．１０％とする。好ましい範囲は、０．０５〜０．８％以下である。
Ｓｉは、脱酸のため０．１％以上添加する。しかしながら、２．０％を超えて添加すると溶体化処理後の鋼線の延性が劣化する。そのため、上限を２．０％に限定する。好ましい範囲は、０．１〜１．０％である。
Ｍｎは、脱酸，熱間加工性の確保およびＮの溶解度拡大のため０．３％以上添加する。しかしながら、５．０％を超えて添加すると耐食性が劣化する。そのため、上限を５．０％に限定する。好ましい範囲は、０．５〜１．０％である。
Ｓは、溶体化処理後の延性および耐食性を劣化させるため、０．０１％以下に限定する。好ましい範囲は、０．００３％以下である。
Ｐは、溶体化処理後の鋼線の耐食性や延性を劣化させるため、０．０４％以下に限定する。好ましい範囲は、０．０３０％以下である。
Ｎｉは、オースナイト組織を得て基本的な延性を確保するために、８．０％以上添加する。しかしながら、１４．０％を超えて添加してもその効果は飽和するし、経済的でない。そのため、上限を１４．０％に限定する。好ましい範囲は、９．０〜１２．０％である。
Ｃｒは、Ｍｏよりも耐食性に対してコストパフォーマンスに優れ、窒素の溶解度を
拡大させ、更には、Ｍｏよりも単時間の溶体化処理で再結晶して十分な延性を得るのに有効な元素である。そのため、１９．０％以上を添加する。しかしながら、２４．０％を超えて添加すると鋳造時にフェライト組織が出現し、窒素の気泡が生成し易く、更には熱間製造性が劣化し、製造コストが大幅に増加する。そのため、上限を２４．０％に限定する。好ましい範囲は、２０〜２３．０％である。
Ｍｏは、耐食性を確保するため、０．５％以上添加する。しかしながら、Ｍｏは高価な元素であり、また、溶体化処理時の再結晶時間を遅延させるため、過度な添加は溶体化処理後の延性を低下させる。そのため、上限を２．０％に限定する。好ましい範囲は、０．５〜１．５％である。
Ｎは、延性をあまり低下させることなく鋼線の強度を向上させ、更には耐食性をも向上させる有効な元素であるため、０．１％以上添加する。しかしながら、０．３０％を超えて添加すると、鋳造時に気泡が生成して製造性が著しく低下して製造コストが大幅に増加する。そのため、上限を０．３０％に限定する。好ましい範囲は、０．１５〜０．２５％である。
Ｃ＋Ｎは、鋼線の強度・延性を確保するため、Ｃ，Ｎの限定に加えて、０．２０〜０．３０％に限定する。好ましい範囲は、０．２３〜０．２８％である。
前述の（Ａ）式で示されるＰＩ値は、製品の耐食性に寄与する元素を調査して得られた指標であり、ＳＵＳ３１６並以上の耐食性を確保するために２４以上に限定する。好ましくは、２５以上である。

鋼線の線径は、強度・延性バランスに影響を示し、鋼線の直径が３．０ｍｍを超えると溶体化処理後の強度が８６０Ｎ／ｍｍ２未満になる。そのため、鋼線の直径３．０ｍｍ以下の鋼線に限定する。好ましくは、鋼線の直径が２．０ｍｍ以下である。
溶体化処理後の鋼線の引張強さと破断伸びについて、８６０Ｎ／ｍｍ２未満，３０％
未満の場合、既存の鋼でも容易に達成でき、本発明の効果が薄れる。本発明の効果を明らかにするため、引張強さが８６０Ｎ／ｍｍ２以上，破断伸びが３０％以上に限定する。好ましくは、９００Ｎ／ｍｍ２以上，３３％以上である。

次に、本発明の請求項２記載の限定理由について説明する。
Ａｌは、窒化物形成を促進させて、溶体化処理後に微細な結晶粒を得るのに有効な元素である。そのため、必要に応じて０．０１％以上添加する。しかしながら、０．１％を超えて添加すると粗大な介在物・析出物が生成し、延性が逆に低下する。そのため、上限を０．１％に限定する。好ましい範囲は、０．０２〜０．０６％である。

次に、本発明の請求項３記載の限定理由について説明する。
Ｃｕは、伸線加工性を向上させて、且つ、耐食性をも向上させるために有効な元素であるため、必要に応じて、０．２％以上添加する。しかしながら、２．０％を超えて添加すると鋼線の引張強さが低下する。そのため、上限を２．０％に限定する。好ましい範囲は、０．４〜１．０％である。

次に、本発明の請求項４記載の限定理由について説明する。
Ｂは、熱間製造性を向上させて製造コストを低減させ、また、粒界偏析を軽減して鋼線の延性を向上させるため、必要に応じて０．０００５％以上添加する。しかしながら、０．０１％を超えて添加すると粗大なボライドが析出して延性や耐食性が低下する。そのため、上限を０．０１％に限定する。好ましい範囲は、０．００１〜０．００８％である。

次に、本発明の請求項５記載の限定理由について説明する。
オーステナイト結晶粒度は、鋼線の強度・延性バランスに影響を及ぼし、ＪＩＳＧ０５１の粒度番号が８未満の場合、溶体化処理後の強度が８６０Ｎ／ｍｍ２未満になる。そのため、粒度番号で８以上に限定する。好ましくは、粒度番号で１０以上である。

次に、本発明の請求項６記載の限定理由について説明する。
前記の線径効果のために直径３．０ｍｍ以下まで冷間伸線加工を施して溶体化処理を施すが、溶体化処理温度が９５０℃以下の場合、再結晶が不完全であり延性が劣化する。逆に１１５０℃を超えると引張強さが低下する。そのため、溶体化処理温度を９５０℃〜１１５０℃に限定する。好ましい範囲は、１０００〜１１００℃である。
溶体化処理時間については、強度・延性バランスと製造コストの観点から単時間で再結晶させることが有効であり、１００秒在炉以下の溶体化処理に限定する。好ましくは、６０秒以下の在炉である。

次に、本発明の請求項７記載の限定理由について説明する。
金網加工性には特に延性が必要であるため、強度・延性バランスに優れる本発明鋼を適用できれば安価に高強度で軽量の金網が製造でき、本発明の経済的効果が大きい。そのため、金網製品に用途限定する。

次に、請求項８記載の限定理由について説明する。
本発明鋼線の素材として、ステンレス鋼線材を使用するが、線材段階で引張強さが７００Ｎ／ｍｍ２未満，破断伸びが３５％未満であると、直径３．０ｍｍ以下の鋼線に製造した時に所定の強度・延性バランスが得られない。そのため、７００Ｎ／ｍｍ２以上，破断伸びが３５％以上の線材に限定する。好ましくは、７５０Ｎ／ｍｍ２以上，破断伸びが３８％以上である。

以下に本発明の実施例について説明する。
表１に実施例の鋼の化学組成を示す。

これらの化学組成の鋼は、１００ｋｇの真空溶解炉にて溶解し、φ１８０ｍｍの鋳片に鋳造し、その鋳片をφ５．５ｍｍまで熱間の線材圧延を行い、１０５０℃で熱間圧延を終了し、引き続き、溶体化処理を行った。そして、酸洗を行い、φ４ｍｍまで１次の冷間伸線加工を施し、１１００℃で連続の中間ストランド焼鈍で溶体化処理を施した。その後、種々の線径まで仕上げ伸線加工を施して各温度で最終ストランド焼鈍（溶体化処理）を施して金網用鋼線とした。
そして、鋼線の機械的性質，結晶粒度と耐食性を評価した。

機械的性質は、ＪＩＳＺ２２４１の引張試験での引張強さと破断伸びにて評価した。破断伸びの標点間距離は５０ｍｍとした。本発明例の鋼線では、全て８６０Ｎ／ｍｍ２以上，破断伸びが３０％以上であった。

結晶粒度は、鋼線を縦断面に埋め込み研磨し、硝酸電解にてエッチングし、ＪＩＳＧ０５５１により測定した。本発明例の結晶粒度は粒度番号で８以上であった。
耐食性は、鋼線の表面ばらつきの影響をなくすために、＃５００に機械研磨し、ＪＩＳＧ０５７７の孔食電位測定方法に従い、表面の孔食電位(Vc'100, vs Ag/AgCl, 飽和KCl)で評価した。本発明鋼線の孔食電位は５００ｍＶ以上であった。

表２は、仕上げ伸線をφ１．０ｍｍまで行い、ストランド焼鈍を１１００℃で６０秒を行った時の種々の特性に及ぼす成分の影響を示す。
比較例Ｎｏ．２２〜３７は、本発明の化学組成範囲から外れるため耐食性，引張強さ，破断伸び等の特性が劣っており、更には気泡や疵で生産性にも劣っていた。

次に鋼線の特性に及ぼす鋼線の直径およびストランド焼鈍条件の影響を調査するために、仕上げ伸線の線径および最終のストランド焼鈍条件を変化させた。そして、鋼線の機械的性質，結晶粒度と耐食性を評価した。表３に評価結果を示す。
比較例Ｎｏ．５０〜５７は、本発明の鋼線の直径およびストランド焼鈍条件の範囲から外れるため耐食性，引張強さ，破断伸び等の特性に劣っていた。

次に鋼線の特性に及ぼす線材の機械的性質の影響を調査するため、線材の溶体化処理条件を変化させて種々の機械的性質の線材を得た。表４は、これらの線材について、仕上げ伸線をφ２．５ｍｍまで行い、最終のストランド焼鈍を１１００℃で６０秒行った時の特性を示す。
比較例Ｎｏ．６２，６３は、線材の引張強さが低く、鋼線の引張強さに劣っていた。
以上の実施例から分かるように本発明例の優位性が明らかである。

以上の各実施例から明らかなように、本発明により、延性に優れる高強度・高耐食性のオーステナイト系ステンレス鋼線を安価に製造でき、金網加工性を劣化させることなく金網加工が可能であり、軽量・耐久性に優れる金属製金網を安価に提供することができ、産業上極めて有用である。

Claims

質量％で、Ｃ：０．０４〜０．１０％、Ｓｉ：０．１〜２．０％、Ｍｎ：０．３〜５．０％、Ｓ：０．０１％以下、Ｐ：０．０４％以下、Ｎｉ：８．０〜１４．０％、Ｃｒ：１９．０〜２４．０％、Ｍｏ：０．５〜２．０％、Ｎ：０．１〜０．３０％、Ｃａ：０．０００１〜０．００４５％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物で構成され、Ｃ＋Ｎが０．２０〜０．３０％、（Ａ）式で示されるＰＩ値が２４以上であり、鋼線の線径が３．０ｍｍ以下であり、ＪＩＳＺ２２４１の引張強さが８６０Ｎ／ｍｍ²以上、破断伸びが３０％以上であることを特徴とする延性に優れる高強度・高耐食性の安価オーステナイト系ステンレス鋼線。
ＰＩ値＝Ｃｒ＋３Ｍｏ＋１６Ｎ・・・（Ａ）
さらに、質量％で、Ａｌ：０．０１〜０．１％を含有することを特徴とする請求項１記載の延性に優れる高強度・高耐食性の安価オーステナイト系ステンレス鋼線。
さらに、質量％で、Ｃｕ：０．２〜２．０％を含有することを特徴とする請求項１または２記載の延性に優れる高強度・高耐食性の安価オーステナイト系ステンレス鋼線。
さらに、質量％で、Ｂ：０．０００５〜０．０１％を含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の延性に優れる高強度・高耐食性の安価オーステナイト系ステンレス鋼線。
さらに、オーステナイト結晶粒度がＪＩＳＧ００５１の粒度番号で８以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の延性に優れる高強度・高耐食性の安価オーステナイト系ステンレス鋼線。
金網用であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の延性に優れる高強度・高耐食性の安価オーステナイト系ステンレス鋼線。