JP5020574B2

JP5020574B2 - 溶接性と熱間加工性に優れたオーステナイト系ステンレス線材および鋼線

Info

Publication number: JP5020574B2
Application number: JP2006239667A
Authority: JP
Inventors: 好宣多田; 信二柘植; 祐司森
Original assignee: Nippon Steel and Sumikin Stainless Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel and Sumikin Stainless Steel Corp
Priority date: 2006-09-05
Filing date: 2006-09-05
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2026-09-05
Also published as: JP2008063595A

Description

本発明は溶接性と熱間加工性に優れたオーステナイト系ステンレス線材および鋼線に関する。

溶接用オーステナイト系ステンレス鋼はオーステナイト相中に第２相であるフェライト相を多く含むために、熱間加工性が悪く、熱間圧延時に割れが発生する。このような、熱延段階で発生する疵に対しては、連続鋳片の製造段階で生成されるフェライト組織であるデルタフェライトが関与していることが知られており、鋳造工程から熱延工程までさまざまな検討がなされている。

例えば、特開平４−１４３２５５号公報には、高レベルのＯ，Ｓを含有するＡｌ，Ｃａレスの材料において熱間加工性とデルタフェライトとの関係を調査した結果、特定のデルタフェライト範囲において熱間加工性が良好で、鋳造ままのビレットを直接線材圧延できる方法が提案されている。

また、特開２００２−６９５９２号公報には、鋳片の表層から10mm深さまでの領域におけるフェライト相の面積率および最大長さを規定することによって、連続鋳造片を熱延可能となるステンレス鋳片を提供する方法が提案されている。

しかし、これらの従来技術では、本発明が課題とする熱間加工性に対するS量及びフェライト量との関係については検討されていなかったため、溶接性と熱間加工性に優れたオーステナイト系ステンレス線材および鋼線が十分に確立できていなかった。
また、熱間加工性向上のために、オーステナイト生成元素であるＮを添加（特に０．０５％以上）することによってフェライト量を低減させる方法があるが、フェライト量の低減は溶接部の割れ性に影響すると考えられており、フェライト量を大きく低減することが可能であるＮは添加出来なかった。
特開平４−１４３２５５号公報特開２００２−６９５９２号公報

そこで本発明は、前述のような従来技術の問題点を解決し、溶接性と熱間加工性に優れたオーステナイト系ステンレス線材および鋼線を提供することを課題とする。

本発明は、前述の課題を解決するため熱間加工性に対するS量及びフェライト量との関
係について鋭意検討の結果なされたものであり、その要旨とするところは特許請求の範囲
に記載した通りの下記内容である。
（１）オーステナイト相中にフェライト相を含む溶接用材料用オーステナイト系ステンレス線材であって、
質量％で、
Ｓ：３０〜１００ｐｐｍ、
Ｎ：０．０５〜０．１５％、
Ｃ：０．００２〜０．０８％、
Ｓｉ：２．０％以下、
Ｍｎ：３．０％以下、
Ｐ：０．０４０％以下、
Ｏ：０．０１５％以下、
Ｃｒ：１６〜２５％、
Ｎｉ：８〜１５％、
Ｍｏ：０．０１〜４％、
Ｃｕ：０．０１〜４％を含有し、
残部がＦｅと不可避的不純物からなり、
Ｆｅ以外の金属元素の合計：３３〜４３％を含み、
フェライト量（平均面積率）」５〜１５％とし、
かつ、下記（Ａ）式を満たすように、Ｓ量、フェライト量、Ｆｅ以外の金属元素量を制御したことを特徴とする溶接性と熱間加工性に優れたオーステナイト系ステンレス線材。

ここに、
Ｓ（ｐｐｍ）≦−６０ｘフェライト量（平均面積率％）
−１３ｘ（Ｆｅ以外の金属元素量（質量％））＋９８４・・・（Ａ）
（２）（１）に記載のオーステナイト系ステンレス線材を伸線加工して溶接用鋼線とした
ことを特徴とする溶接性と熱間加工性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼線。

本発明によれば、鋼中のS量とフェライト量を特定範囲にすることによって、溶接性と熱間加工性に優れたオーステナイト系ステンレス線材および鋼線を提供することができるなど、産業上有用な著しい効果を奏する。

以下に本発明を実施するための最良の実施形態について詳細に説明する。

本発明は、オーステナイト相中にフェライト相を含む溶接用材料用オーステナイト系ステンレス線材、および、これを伸線加工した鋼線に関し、質量％で、Ｓ：３０〜１００ｐｐｍ、Ｎ：０．０５〜０．１５％、Fe以外の金属元素の合計：３３〜４３％を含み、フェライト量（平均面積率）：５〜１５％とし、かつ、下記（Ａ）式を満たすように、Ｓ量、フェライト量、Ｆｅ以外の金属元素量を制御することを特徴とする。フェライト量はオーステナイト生成元素であるＮ量に大きく影響を受けることから、主にＮ量でフェライト量を制御している。

ここに、
Ｓ（ｐｐｍ）≦−６０ｘフェライト量（平均面積率％）
−１３ｘ（Ｆｅ以外の金属元素量（質量％））＋９８４・・・（Ａ）
まず、Ｓは、溶接ビード形状を平坦化するために必要な元素であり、３０〜１００ｐｐｍを含有させる。

また、Ｎの含有量が０．１５％以上であると溶接時にブローホールが発生するため、Ｎの上限を０．１５％とする。Ｎの下限は、フェライト量を制御するのにＮを利用するため、０．０５％とする。従来、０．０５％以上Ｎを添加することは、フェライト量が低減して溶接部の割れ性が低下する懸念があったが、ガス成分であるＮは溶接時に気体として鋼中から抜けるため、溶接後のフェライト量は低減することが確認できたため、出来るだけＮを添加することによって、極力フェライト量を低減し熱間加工性を向上することが好ましい。

Fe以外の金属元素は、フェライト相の拡散速度に影響があり、フェライト相を適正な範囲にするため、Fe以外の金属元素の合計を３３〜４３％とする。

また、鋼中のフェライト量は平均面積率で５％〜１５％とする。フェライト相は凝固割れを防止するために５％以上含有させる一方で、１５％を超えると著しく熱間加工性が低下するため５％〜１５％とする。

本発明者等は、フェライト量及びＳ量と熱間加工性との関係について調査した結果、Ｓ量が増加するに従って熱間加工性が悪化することが判明した。

そこで、種々の鋼種について実験を行った結果、フェライト量、Ｆｅ以外の金属元素量、及びＳ量を下記の（Ａ）式を満足する範囲とすれば、表面疵が発生しないことを見出した。

ここに、
Ｓ（ｐｐｍ）≦−６０ｘフェライト量（平均面積率％）
−１３ｘ（Ｆｅ以外の金属元素量（質量％））＋９８４・・・（Ａ）
本発明においては、Ｓ、Ｎ以外の化学成分について、次の成分系のオーステナイト系ス
テンレス鋼で成り立つ。

すなわち、重量％で、Ｃ：０．００２〜０．０８％、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：３．０％以下、Ｐ：０．０４０％以下、Ｏ：０．０１５％以下、Ｃｒ：１６〜２５％、Ｎｉ：８〜１５％以下、Ｍｏ：０．０１〜４％、Ｃｕ：０．０１〜４％、残部がＦｅと不可避的不純物からなる合金である。

Ｃ：Ｃは、ステンレス鋼の耐食性に有害であるが、強度の点からはある程度の含有量は必要である。０．００２％未満の極低炭素量では製造コストが高くなる。また０．０８％を超えると耐食性を大幅に劣化させるため、その成分範囲を０．００２〜０．０８％とした。

Ｓｉ：Ｓｉはステンレス鋼の脱酸元素として使用されるが、２．０％を超えて添加しても脱酸効果も飽和し、また熱間加工性を劣化させ、ヘゲオレ疵発生の頻度を増加させるので２．０％以下で添加する。

Ｍｎ：Ｍｎはγ安定化元素であり、Ｎｉの代替として添加することが可能であり、脱酸効果もあるので有効な元素であるが、３．０％を超えて添加すると、溶接性及び耐食性が劣化するため３．０％以下で添加する。

Ｃｒ：Ｃｒはステンレス鋼の基本成分であり、耐食性の点から１６％以上の添加が必要である。しかし２５％を超えて添加しても耐食性は飽和し、さらに熱間加工性の点においてδ−フェライト量が多量に存在するようになるため本発明の方法によってもδ−フェライトを制御できず、熱間加工性不良によるヘゲオレ疵が発生するためＣｒの範囲を１６〜２５％とした。

Ｎｉ：ＮｉはＣｒとともにステンレス鋼の基本成分であり、本発明ではＣｒ量との関係から８〜１５％の範囲で添加する。８％未満では本発明の合金ではδ−フェライト量が多量に存在するようになるため本発明の方法によってもδ−フェライトを制御できず、熱間加工性不良によるヘゲオレ疵が発生する。またＣｒ量との関係から本発明においてはＮｉ量は１５％以下で十分であり、これを超えて添加してもヘゲオレ疵防止の点で効果は飽和し、コストも高くなるため上限を１５％とした。

Ｍｏ：Ｍｏは耐食性を確保するための重要な添加元素であり、０．０１％以上の添加で効果がみられる。また４％を超えても耐食性は飽和し、さらに金属間化合物の析出を促進させるため熱間加工性を劣化させ、本発明の方法によってもヘゲオレ疵を防止できなくなるので上限を４％とした。

Ｐ：Ｐは耐食性及び熱間加工性の観点から有害な元素であり、特に鋳造直後の延性を劣化させるためスラブ表層の割れ防止の観点から極力低減することが望ましく、その成分範囲を０．０４０％以下とした。

Ｃｕ：Ｃｕはステンレス鋼の耐食性を向上させるので、０．０１％以上で添加する。しかし４％を超えて添加してもその効果は飽和し、さらに熱間加工性を劣化させ、疵を発生するようになるので、その添加範囲を０．０１〜４％とする。

Ｏ：Ｏは熱間加工性に有害な元素であり、その含有量は極力低減することが望ましいので、その含有量を０．０１５％以下とした。

なお、上記成分以外の残部は鉄および不可避的不純物からなる。

本発明の実施例として表1に発明例A〜L、比較例1〜６で示す合金についてフェライト量と前述の（Ａ）式により計算される限界Ｓ（ppm）を示し、表２（表１の続き）にこの線材に伸線加工を施して溶接ワイヤー（鋼線）を作成し、溶接試験を行った結果を示す。

なお、フェライト量は、無作為に抽出した鋳片の断面におけるフェライト相の平均面積率(%)を測定した。この平均面積率は、鋳片におけるフェライト相の平均体積率とほぼ同じ値を示すものである。

表２において、表面疵は、熱間圧延で深さ0.15mm以上の表面疵が発生した場合を×、発生しなかった場合を○とした。

ビード形状は、溶接ビード高さ（Ｈ）とビード幅（Ｗ）の比（Ｈ／Ｗ）が0.3以上を×、0.3未満を○とした。

気泡は、溶接金属の断面を観察して、気泡が見つかった場合を×、気泡が見つからなかった場合を○とした。

本発明法によるA〜Ｌ鋼は良好な特性を示すことが確認された。

一方、比較鋼１，２，４，５は、鋼中のＳ（ppm）が、前述の（Ａ）式で計算した限界Ｓ(ppm)より高いため表面疵が×であった。

また、比較鋼３，４，５は、鋼中のＳ（ppm）が、３０（ppm）未満のため、ビード形状が×であった。

また、比較鋼３，６は、鋼中のＮ（質量%）が、0.15％を超えているため、気泡が発生し×であった。

以上の実施例により、本発明の効果が明らかになった。

Claims

オーステナイト相中にフェライト相を含む溶接用材料用オーステナイト系ステンレス線材であって、
質量％で、
Ｓ：３０〜１００ｐｐｍ、
Ｎ：０．０５〜０．１５％、
Ｃ：０．００２〜０．０８％、
Ｓｉ：２．０％以下、
Ｍｎ：３．０％以下、
Ｐ：０．０４０％以下、
Ｏ：０．０１５％以下、
Ｃｒ：１６〜２５％、
Ｎｉ：８〜１５％、
Ｍｏ：０．０１〜４％、
Ｃｕ：０．０１〜４％を含有し、
残部がＦｅと不可避的不純物からなり、
Ｆｅ以外の金属元素の合計：３３〜４３％を含み、
フェライト量（平均面積率）」５〜１５％とし、
かつ、下記（Ａ）式を満たすように、Ｓ量、フェライト量、Ｆｅ以外の金属元素量を制御したことを特徴とする溶接性と熱間加工性に優れたオーステナイト系ステンレス線材。
ここに、
Ｓ（ｐｐｍ）≦−６０ｘフェライト量（平均面積率％）
−１３ｘ（Ｆｅ以外の金属元素量（質量％））＋９８４・・・（Ａ）
請求項１に記載のオーステナイト系ステンレス線材を伸線加工して溶接用鋼線としたことを特徴とする溶接性と熱間加工性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼線。