JP6627373B2 - Austenitic stainless steel - Google Patents

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Description

本発明はステンレス鋼に関し、さらに好ましくは、高圧水素ガス用機器及び液体水素貯蔵槽等の水素設備に利用されるオーステナイト系ステンレス鋼に関する。   The present invention relates to stainless steel, and more preferably to an austenitic stainless steel used for hydrogen equipment such as high-pressure hydrogen gas equipment and liquid hydrogen storage tanks.

最近、化石燃料に代わるエネルギとして、水素を利用した輸送機器の実用化に向けた研究が進められている。この実用化のためには、水素を高圧で貯蔵及び輸送できる環境(以下、水素設備ともいう)の整備が必要である。水素設備はたとえば、高圧水素ガス用機器や、液体水素貯蔵槽等である。このような設備に使用される材料は、水素環境下での耐脆化特性が要求される。   In recent years, research for practical use of transportation equipment using hydrogen as an energy alternative to fossil fuel has been advanced. For practical use, it is necessary to prepare an environment (hereinafter, also referred to as hydrogen equipment) that can store and transport hydrogen at high pressure. The hydrogen equipment is, for example, a device for high-pressure hydrogen gas, a liquid hydrogen storage tank, or the like. Materials used for such equipment are required to have resistance to embrittlement in a hydrogen environment.

国際公開第2004/083476号(特許文献1)、国際公開第2004/083477号(特許文献2)、国際公開第2004/110695号(特許文献3)及び国際公開第2012/132992号(特許文献4)には、高強度化を目的としたオーステナイト系ステンレス鋼が提案されている。これらの特許文献では、ステンレス鋼のMn含有量を高めることでNの溶解度を高め、かつ、V及びNbを含有することにより、Nの固溶強化、窒化物の析出強化、及び、窒化物のピンニング硬化による結晶粒微細化による強化を行う。   WO 2004/083476 (Patent Document 1), WO 2004/083377 (Patent Document 2), WO 2004/110695 (Patent Document 3), and WO 2012/132992 (Patent Document 4). ) Proposes an austenitic stainless steel for high strength. In these patent documents, the solubility of N is increased by increasing the Mn content of stainless steel, and the solid solution strengthening of N, the precipitation strengthening of nitride, and the strengthening of nitride are performed by containing V and Nb. Reinforcement by crystal grain refinement by pinning hardening.

上述の高N含有のオーステナイト系ステンレス鋼を水素設備に使用する場合、鋼材を溶接により組み立て可能であることが要求される。特許文献3、特開平5−192785号公報(特許文献5)、及び、特開2010−227949号公報(特許文献6)では、Al、Ti及びNbを含有し、溶接後熱処理を実施することにより、800MPaを超える引張強さが得られる溶加材(溶接金属)が提案されている。さらに、国際公開第2013/005570号(特許文献7)では、溶加材のN含有量、及び、溶接時のシールドガス及び溶融池面積を管理して、溶接金属のN含有量を高めることにより、溶接後熱処理を実施することなく、高強度化できる溶接継手が提案されている。さらに、特開平9−137255号公報(特許文献8)では、オーステナイト鋼材中のAl含有量に応じて酸素含有量を調整することにより、溶接施工性が改善された鋼が提案されている。   When using the austenitic stainless steel having a high N content in a hydrogen facility, it is required that the steel can be assembled by welding. Patent Document 3, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-192785 (Patent Document 5), and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-227949 (Patent Document 6) contain Al, Ti, and Nb and perform heat treatment after welding. , A filler metal (weld metal) capable of obtaining a tensile strength exceeding 800 MPa has been proposed. Further, in WO2013 / 005707 (Patent Document 7), the N content of the filler metal, the shielding gas at the time of welding and the area of the molten pool are controlled to increase the N content of the weld metal. There has been proposed a welded joint capable of increasing strength without performing post-weld heat treatment. Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-137255 (Patent Document 8) proposes a steel in which welding workability is improved by adjusting the oxygen content according to the Al content in the austenitic steel material.

国際公開第2004/083476号WO 2004/083476 国際公開第2004/083477号International Publication No. WO 2004/083377 国際公開第2004/110695号WO 2004/110695 国際公開第2012/132992号WO 2012/132992 特開平5−192785号公報JP-A-5-192785 特開2010−227949号公報JP 2010-227949 A 国際公開第2013/005570号WO 2013/0057070 特開平9−137255号公報JP-A-9-137255

ところで、実際の水素設備(建造物)で鋼材を使用する場合、薄肉部材等、使用部位によっては溶加材の使用が困難な場合がある。この場合、溶加材を用いずに、ガスタングステンアーク溶接により鋼材同士を付き合わせ溶接する。突き合わせ溶接時、溶け込み深さが不十分な場合には、未溶融の突き合わせ面が欠陥として残存する。この場合、溶接継手において必要な強度が得られない。   By the way, when a steel material is used in an actual hydrogen facility (building), it may be difficult to use a filler material depending on a use site such as a thin member. In this case, steel materials are butt-welded by gas tungsten arc welding without using a filler material. At the time of butt welding, if the penetration depth is insufficient, the unmelted butt surface remains as a defect. In this case, the required strength cannot be obtained in the welded joint.

未溶融の突き合わせ面を抑制するには、溶接入熱を増大させればよい。しかしながらこの場合、溶融部が大きくなり、アンダーカット及び溶け落ちが生じ、溶接継手の健全性がかえって低下する。   In order to suppress the unmelted butted surface, the welding heat input may be increased. However, in this case, the melted portion becomes large, undercuts and burn-through occur, and the soundness of the welded joint is rather deteriorated.

上述の特許文献1〜7では、この課題に関する開示及び示唆がない。特許文献8では、この課題に対して、ビード幅の均一性及び裏ビード形成能を改善できると記載されている。しかしながら、AlはNとの親和力が強い。そのため、Nを積極的に含有したステンレス鋼に、特許文献8の技術を適用しても、この課題に対する効果が得られない場合がある。   Patent Documents 1 to 7 do not disclose or suggest this problem. Patent Document 8 describes that the bead width uniformity and the back bead forming ability can be improved with respect to this problem. However, Al has a strong affinity for N. Therefore, even if the technology of Patent Literature 8 is applied to a stainless steel containing N positively, the effect on this problem may not be obtained.

本発明の目的は、溶加材を用いずに溶接する場合であっても、優れた溶接施工性を有する、具体的には、深い溶け込み深さが得られる、オーステナイト系ステンレス鋼を提供することである。   An object of the present invention is to provide an austenitic stainless steel having excellent weldability even when welding is performed without using a filler material, specifically, a deep penetration depth can be obtained. It is.

本実施形態によるオーステナイト系ステンレス鋼は、質量%で、C:0.005〜0.07%、Si:0.1〜1.2%、Mn:2.5〜10%、Ni:9〜14%、Cr:19〜24%、Mo:1〜4%、Nb:0〜0.4%、N:0.20〜0.50%、Al:0.05%以下、並びに、Se、Te、Bi、Sn、Zn及びPbからなる群から選択される1種又は2種以上を合計で式(1)を満たす含有量で含有し、残部はFe及び不純物からなり、不純物のうち、P、S及びOはそれぞれ、P:0.03%以下、S:0.01%以下、及び、O:0.02%以下である。
0.0300≧(Se+Te+Bi)+2(Sn+Zn+Pb)≧0.0010 (1)
ここで、式(1)中の各元素記号は、対応する元素の含有量(質量%)が代入される。
The austenitic stainless steel according to the present embodiment is, by mass%, C: 0.005 to 0.07%, Si: 0.1 to 1.2%, Mn: 2.5 to 10%, Ni: 9 to 14 %, Cr: 19 to 24%, Mo: 1 to 4%, Nb: 0 to 0.4%, N: 0.20 to 0.50%, Al: 0.05% or less, and Se, Te, One or more selected from the group consisting of Bi, Sn, Zn and Pb are contained in a content satisfying the formula (1) in total, and the balance is made up of Fe and impurities. And O are respectively P: 0.03% or less, S: 0.01% or less, and O: 0.02% or less.
0.0300 ≧ (Se + Te + Bi) +2 (Sn + Zn + Pb) ≧ 0.0010 (1)
Here, the content (% by mass) of the corresponding element is substituted for each element symbol in the formula (1).

本実施形態によるオーステナイト系ステンレス鋼は、溶加材を用いずに溶接する場合に、優れた溶接施工性を有する。   The austenitic stainless steel according to the present embodiment has excellent welding workability when welding without using a filler metal.

図1は、実施例における、突き合わせ溶接される前の鋼板の側面図である。FIG. 1 is a side view of a steel plate before butt welding according to the embodiment.

本発明者らは、上記課題を解決するために調査及び検討を行った。その結果、本発明者らは次の知見を得た。   The present inventors have conducted investigations and studies to solve the above problems. As a result, the present inventors have obtained the following findings.

質量%で、C:0.005〜0.07%、Si:0.1〜1.2%、Mn:2.5〜10%、Ni:9〜14%、Cr:19〜24%、Mo:1〜4%、Nb:0〜0.4%、N:0.20〜0.50%、Al:0.05%以下を含有するオーステナイト系ステンレス鋼において、充分な溶け込み深さを得るためには、Se、Te、Bi、Sn、Zn及びPbからなる群から選択される1種又は2種以上を含有させることが有効である。以下、Se、Te、Bi、Sn、Zn及びPbを、「特定元素群」という。   In mass%, C: 0.005 to 0.07%, Si: 0.1 to 1.2%, Mn: 2.5 to 10%, Ni: 9 to 14%, Cr: 19 to 24%, Mo : 1 to 4%, Nb: 0 to 0.4%, N: 0.20 to 0.50%, Al: 0.05% or less To obtain a sufficient penetration depth in austenitic stainless steel. It is effective to contain one or more selected from the group consisting of Se, Te, Bi, Sn, Zn and Pb. Hereinafter, Se, Te, Bi, Sn, Zn, and Pb are referred to as “specific element group”.

特定元素群が溶接施工性を高める理由として、次の事項が考えられる。特定元素群(Se、Te、Bi、Sn、Zn及びPb)のうち、Se、Te及びBiは、表面活性元素として作用する。Se、Te及びBiは、微量に含有された場合であっても、溶融池内の内向きの対流を強くする。そのため、溶接時にアークからの熱が深さ方向に輸送されやすくなり、溶け込み深さが増大する。   The following items can be considered as reasons why the specific element group enhances the welding workability. Se, Te and Bi in the specific element group (Se, Te, Bi, Sn, Zn and Pb) act as surface active elements. Se, Te, and Bi enhance the inward convection in the molten pool, even when contained in trace amounts. Therefore, the heat from the arc is easily transported in the depth direction during welding, and the penetration depth increases.

特定元素群のうち、Sn、Zn及びPbは、溶接中の溶融池表面から蒸発し、アークの通電経路を形成する。そのため、アークの電流密度が高くなり、溶け込み深さが増大する。   Of the specific element group, Sn, Zn and Pb evaporate from the surface of the molten pool during welding to form an arc conduction path. Therefore, the current density of the arc increases, and the penetration depth increases.

特定元素群を含有して十分な溶け込み深さを得るには、特定元素群の少なくとも1種以上を適正な範囲で含有させればよい。一方、特定元素群の総含有量が高すぎれば、溶接時の溶接割れ感受性が高まり、溶接金属の延性が低下する。特定元素群の総含有量が式(1)を満たせば、溶接金属の延性を維持しつつ、十分な溶け込み深さを得ることができ、溶接施工性が高まる。
0.0300≧(Se+Te+Bi)+2(Sn+Zn+Pb)≧0.0010 (1)
ここで、式(1)中の各元素記号は、対応する元素の含有量(質量%)が代入される。
In order to obtain a sufficient penetration depth by containing the specific element group, at least one or more of the specific element group may be contained in an appropriate range. On the other hand, if the total content of the specific element group is too high, weld cracking susceptibility during welding increases, and the ductility of the weld metal decreases. If the total content of the specific element group satisfies the expression (1), a sufficient penetration depth can be obtained while maintaining the ductility of the weld metal, and the weldability is improved.
0.0300 ≧ (Se + Te + Bi) +2 (Sn + Zn + Pb) ≧ 0.0010 (1)
Here, the content (% by mass) of the corresponding element is substituted for each element symbol in the formula (1).

以上の知見に基づいて完成した本実施形態のオーステナイト系ステンレス鋼は、質量%で、C:0.005〜0.07%、Si:0.1〜1.2%、Mn:2.5〜10%、Ni:9〜14%、Cr:19〜24%、Mo:1〜4%、Nb:0〜0.4%、N:0.20〜0.50%、Al:0.05%以下、並びに、Se、Te、Bi、Sn、Zn及びPbからなる群から選択される1種又は2種以上を合計で式(1)を満たす含有量で含有し、残部はFe及び不純物からなる。不純物のうち、P、S及びOはそれぞれ、P:0.03%以下、S:0.01%以下、及び、O:0.02%以下である。
0.0300≧(Se+Te+Bi)+2(Sn+Zn+Pb)≧0.0010 (1)
ここで、式(1)中の各元素記号は、対応する元素の含有量(質量%)が代入される。
The austenitic stainless steel of the present embodiment completed on the basis of the above findings has, by mass%, C: 0.005 to 0.07%, Si: 0.1 to 1.2%, and Mn: 2.5 to 10%, Ni: 9 to 14%, Cr: 19 to 24%, Mo: 1 to 4%, Nb: 0 to 0.4%, N: 0.20 to 0.50%, Al: 0.05% In the following, one or more selected from the group consisting of Se, Te, Bi, Sn, Zn and Pb are contained in a content satisfying the formula (1) in total, and the balance consists of Fe and impurities. . Among the impurities, P, S, and O are P: 0.03% or less, S: 0.01% or less, and O: 0.02% or less, respectively.
0.0300 ≧ (Se + Te + Bi) +2 (Sn + Zn + Pb) ≧ 0.0010 (1)
Here, the content (% by mass) of the corresponding element is substituted for each element symbol in the formula (1).

本実施形態のオーステナイト系ステンレス鋼は、溶加材を用いずに溶接する場合に、優れた溶接施工性、具体的には、深い溶け込み深さが得られる。なお、本実施形態のオーステナイト系ステンレス鋼は、耐水素脆化性や強度等の必要な性能を満足する溶接金属が得られれば、溶加材を使用しても高圧水素ガス用途の機器の鋼材として使用できることは言うまでもない。   The austenitic stainless steel of the present embodiment has excellent welding workability, specifically, a deep penetration depth when welding is performed without using a filler material. The austenitic stainless steel according to the present embodiment can be used as a high-pressure hydrogen gas equipment even if a weld metal that satisfies the required performance such as hydrogen embrittlement resistance and strength is obtained. Needless to say, it can be used as.

上記オーステナイト系ステンレス鋼はさらに、Feの一部に代えて、質量%で、Cu:3%以下、Co:3%以下、V:0.5%以下、Ti:0.5%以下、B:0.01%以下、Ca:0.05%以下、Mg:0.05%以下、及び、希土類元素:0.5%以下からなる群から選択される1種又は2種以上を含有してもよい。   The austenitic stainless steel further substitutes for a part of Fe and, in mass%, Cu: 3% or less, Co: 3% or less, V: 0.5% or less, Ti: 0.5% or less, B: One or more selected from the group consisting of 0.01% or less, Ca: 0.05% or less, Mg: 0.05% or less, and rare earth elements: 0.5% or less Good.

好ましくは、上記オーステナイト系ステンレス鋼では、常温での引張強さが690MPa以上である。   Preferably, the austenitic stainless steel has a tensile strength at room temperature of 690 MPa or more.

好ましくは、上記オーステナイト系ステンレス鋼は、高圧水素ガス及び液体水素の貯蔵又は搬送用機器に使用される。
上記オーステナイト系ステンレス鋼は、溶加材を用いずに溶接されてもよい。
Preferably, the austenitic stainless steel is used for equipment for storing or transporting high-pressure hydrogen gas and liquid hydrogen.
The austenitic stainless steel may be welded without using a filler metal.

以下、本実施形態によるオーステナイト系ステンレス鋼について詳述する。以下の説明において、各成分元素の含有量の「%」は「質量%」を意味する。   Hereinafter, the austenitic stainless steel according to the present embodiment will be described in detail. In the following description, “%” of the content of each component element means “% by mass”.

[化学組成]
本実施形態によるオーステナイト系ステンレス鋼の化学組成は、次の元素を含有する。
[Chemical composition]
The chemical composition of the austenitic stainless steel according to the present embodiment contains the following elements.

C:0.005〜0.07%
炭素(C)は、オーステナイト組織を安定化させる。C含有量が低すぎれば、この効果が得られない。一方、C含有量が高すぎれば、溶接時の加熱により粒界に炭化物が形成され、溶接熱影響部の耐食性が低下する。したがって、C含有量は0.005〜0.07%である。C含有量の好ましい下限は0.01%であり、さらに好ましくは0.02%である。C含有量の好ましい上限は0.06%であり、さらに好ましくは0.05%である。
C: 0.005 to 0.07%
Carbon (C) stabilizes the austenitic structure. If the C content is too low, this effect cannot be obtained. On the other hand, if the C content is too high, carbides are formed at the grain boundaries due to heating during welding, and the corrosion resistance of the heat affected zone is reduced. Therefore, the C content is 0.005 to 0.07%. A preferred lower limit of the C content is 0.01%, and more preferably 0.02%. A preferred upper limit of the C content is 0.06%, and more preferably 0.05%.

Si:0.1〜1.2%
シリコン(Si)は、鋼を脱酸する。Siはさらに、鋼の耐食性を高める。Si含有量が低すぎれば、この効果が得られない。一方、Si含有量が高すぎれば、オーステナイト組織の安定性が低下し、かつ、延性が低下する。さらに、溶加材を用いない溶接の場合、溶接金属の凝固割れ感受性が高まる。したがって、Si含有量は0.1〜1.2%である。Si含有量の好ましい下限は0.15%であり、さらに好ましくは0.2%である。Si含有量の好ましい上限は1.1%であり、さらに好ましくは1.0%である。
Si: 0.1 to 1.2%
Silicon (Si) deoxidizes steel. Si further increases the corrosion resistance of the steel. If the Si content is too low, this effect cannot be obtained. On the other hand, if the Si content is too high, the stability of the austenite structure decreases, and the ductility decreases. Furthermore, in the case of welding without using a filler material, the susceptibility of the weld metal to solidification cracking increases. Therefore, the Si content is 0.1 to 1.2%. A preferred lower limit of the Si content is 0.15%, and more preferably 0.2%. The preferred upper limit of the Si content is 1.1%, and more preferably 1.0%.

Mn:2.5〜10%
マンガン(Mn)は、鋼を脱酸するとともに、オーステナイト組織を安定化させる。Mnはさらに、母材製造時や溶接中において、溶融金属中のNの溶解度を大きくし、強度を高める。Mnはさらに、アークの電流密度を高め、溶け込み深さを深くする。Mn含有量が低すぎれば、これらの効果が得られない。一方、Mn含有量が高すぎれば、延性が低下する。したがって、Mn含有量は2.5〜10%である。Mn含有量の好ましい下限は2.8%であり、さらに好ましくは3.0%である。Mn含有量の好ましい上限は8%であり、さらに好ましくは6.5%である。
Mn: 2.5 to 10%
Manganese (Mn) deoxidizes steel and stabilizes the austenitic structure. Mn further increases the solubility of N in the molten metal during the production of the base material and during welding, thereby increasing the strength. Mn further increases the current density of the arc and increases the penetration depth. If the Mn content is too low, these effects cannot be obtained. On the other hand, if the Mn content is too high, the ductility decreases. Therefore, the Mn content is 2.5 to 10%. A preferred lower limit of the Mn content is 2.8%, more preferably 3.0%. The preferred upper limit of the Mn content is 8%, and more preferably 6.5%.

Ni:9〜14%
ニッケル(Ni)は、オーステナイト組織を安定化させる。Niはさらに、積層欠陥エネルギーを高め、水素環境下での脆化感受性を低下させる。Ni含有量は低すぎれば、これらの効果が得られない。一方、Ni含有量が高すぎれば、製造コストが高くなる。Ni含有量が高すぎればさらに、母材製造時や溶接中において、溶融金属中のNの溶解度が小さくなり、鋼の強度が低下する。したがって、Ni含有量は9〜14%である。Ni含有量の好ましい下限は9.5%であり、さらに好ましくは10%である。Ni含有量の好ましい上限は13.5%であり、さらに好ましくは13%である。
Ni: 9 to 14%
Nickel (Ni) stabilizes the austenitic structure. Ni further increases stacking fault energy and reduces susceptibility to embrittlement in a hydrogen environment. If the Ni content is too low, these effects cannot be obtained. On the other hand, if the Ni content is too high, the production cost increases. If the Ni content is too high, the solubility of N in the molten metal decreases during the production of the base material or during welding, and the strength of the steel decreases. Therefore, the Ni content is 9 to 14%. A preferred lower limit of the Ni content is 9.5%, more preferably 10%. A preferred upper limit of the Ni content is 13.5%, and more preferably 13%.

Cr:19〜24%
クロム(Cr)は、使用環境下での鋼の耐食性を高める。Crはさらに、母材製造時や溶接中において、溶融金属中のNの溶解度を高め、かつ、炭化物を生成して鋼の強度を高める。Cr含有量が低すぎれば、これらの効果が得られない。一方、Cr含有量が高すぎれば、オーステナイト組織が不安定になり、さらに、炭化物が過剰に生成して鋼が脆化する。したがって、Cr含有量は19〜24%である。Cr含有量の好ましい下限は19%であり、さらに好ましくは19.5%であり、さらに好ましくは20%である。Cr含有量の好ましい上限は23.5%であり、さらに好ましくは23%である。
Cr: 19 to 24%
Chromium (Cr) enhances the corrosion resistance of steel under the use environment. Cr further increases the solubility of N in the molten metal during the production of the base material and during welding, and increases the strength of steel by forming carbides. If the Cr content is too low, these effects cannot be obtained. On the other hand, if the Cr content is too high, the austenite structure becomes unstable, and further, carbides are excessively generated and the steel is embrittled. Therefore, the Cr content is 19 to 24%. A preferred lower limit of the Cr content is 19%, more preferably 19.5%, and still more preferably 20%. A preferred upper limit of the Cr content is 23.5%, and more preferably 23%.

Mo:1〜4%
モリブデン(Mo)は、水素環境下での鋼の耐食性を高め、かつ、鋼の強度を高める。Mo含有量が低すぎれば、これらの効果が得られない。一方、Mo含有量が高すぎれば、製造コストが高くなり、さらに、オーステナイト組織が不安定になる。したがって、Mo含有量は1〜4%である。Mo含有量の好ましい下限は1.2%であり、さらに好ましくは1.5%である。Mo含有量の好ましい上限は3.8%であり、さらに好ましくは3.5%である。
Mo: 1-4%
Molybdenum (Mo) increases the corrosion resistance of steel in a hydrogen environment and increases the strength of the steel. If the Mo content is too low, these effects cannot be obtained. On the other hand, if the Mo content is too high, the production cost increases, and the austenite structure becomes unstable. Therefore, the Mo content is 1 to 4%. A preferred lower limit of the Mo content is 1.2%, and more preferably 1.5%. The preferable upper limit of the Mo content is 3.8%, and more preferably 3.5%.

Nb:0〜0.4%
Nbは任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Nbは鋼中に固溶したり、炭窒化物として析出して、鋼の強度を高める。Nbが少しでも含有されれば、これらの効果が得られる。しかしながら、Nb含有量が高すぎれば、溶加材を用いない溶接時に、溶接金属の凝固割れ感受性を高め、溶接金属の延性も低下する。したがって、Nb含有量は0〜0.4%である。Nb含有量の好ましい下限は0.10%であり、さらに好ましくは0.12%である。Nb含有量の好ましい上限は0.38%であり、さらに好ましくは0.35%である。
Nb: 0 to 0.4%
Nb is an optional element and may not be contained. When contained, Nb forms a solid solution in the steel or precipitates as carbonitride to increase the strength of the steel. These effects can be obtained if Nb is contained at all. However, if the Nb content is too high, the susceptibility of the weld metal to solidification cracking is increased and the ductility of the weld metal is reduced during welding without using a filler metal. Therefore, the Nb content is 0 to 0.4%. A preferred lower limit of the Nb content is 0.10%, and more preferably 0.12%. A preferred upper limit of the Nb content is 0.38%, and more preferably 0.35%.

N:0.20〜0.50%
窒素(N)は、鋼中に固溶したり、微細な窒化物を形成して、鋼の強度を高める。Nはさらに、オーステナイト組織を安定化させる。N含有量が低すぎれば、これらの効果が得られない。一方、N含有量が高すぎれば、母材の製造時に熱間加工性が低下し、溶接時において、溶接金属中にブローホール及びピットを形成する。したがって、N含有量は0.20〜0.50%である。N含有量の好ましい下限は0.22%であり、さらに好ましくは0.25%である。N含有量の好ましい上限は0.48%であり、さらに好ましくは0.45%である。
N: 0.20 to 0.50%
Nitrogen (N) increases the strength of the steel by forming a solid solution in the steel or forming fine nitrides. N further stabilizes the austenitic structure. If the N content is too low, these effects cannot be obtained. On the other hand, if the N content is too high, the hot workability decreases during the production of the base material, and blow holes and pits are formed in the weld metal during welding. Therefore, the N content is 0.20 to 0.50%. A preferred lower limit of the N content is 0.22%, more preferably 0.25%. The preferable upper limit of the N content is 0.48%, and more preferably 0.45%.

Al:0.05%以下
アルミニウム(Al)はSiと同様に鋼を脱酸する。一方、Al含有量が高すぎれば、溶接時の溶け込み深さが浅くなる。したがって、Al含有量は0.05%以下である。Al含有量の下限は特に制限されない。しかしながら、製鋼コストを考慮すれば、Al含有量の好ましい下限は0.0005%以上であり、さらに好ましくは0.001%である。Al含有量の好ましい上限は0.04%であり、さらに好ましくは0.03%である。
Al: 0.05% or less Aluminum (Al) deoxidizes steel like Si. On the other hand, if the Al content is too high, the penetration depth during welding will be shallow. Therefore, the Al content is 0.05% or less. The lower limit of the Al content is not particularly limited. However, considering the steelmaking cost, the preferred lower limit of the Al content is 0.0005% or more, and more preferably 0.001%. A preferred upper limit of the Al content is 0.04%, and more preferably 0.03%.

特定元素群(Se、Te、Bi、Sn、Zn及びPb):合計含有量が式(1)を満たす。
0.0300≧(Se+Te+Bi)+2(Sn+Zn+Pb)≧0.0010 (1)
特定元素群はいずれも、溶け込み深さを増大する。具体的には、Se、Te及びBiはいずれも、溶融金属の表面張力の温度依存性に影響を及ぼし、溶け込み深さを増大する。Sn、Zn及びPbはいずれも、溶融池から蒸発してアークの電流密度を増大させることにより、溶け込み深さを増大する。F1=(Se+Te+Bi)+2(Sn+Zn+Pb)と定義した場合、特定元素群から選択される1種又は2種以上の合計含有量であるF1が0.0010(%)以上であれば、溶け込み深さが十分に増大する。一方、特定元素群の含有量が高すぎれば、具体的には、F1が0.0300(%)を超えれば、溶接中に溶融金属に凝固割れが発生する。したがって、F1は0.0010〜0.0300である。F1の好ましい下限は0.0015であり、さらに好ましくは0.0020である。F1の好ましい上限は0.0250であり、さらに好ましくは0.0200である。
Specific element group (Se, Te, Bi, Sn, Zn and Pb): the total content satisfies the formula (1).
0.0300 ≧ (Se + Te + Bi) +2 (Sn + Zn + Pb) ≧ 0.0010 (1)
Each of the specific elements increases the penetration depth. Specifically, Se, Te, and Bi all affect the temperature dependence of the surface tension of the molten metal and increase the penetration depth. Sn, Zn, and Pb all increase the penetration depth by evaporating from the molten pool and increasing the current density of the arc. When F1 = (Se + Te + Bi) +2 (Sn + Zn + Pb), if the total content of one or more selected from the specific element group is F1 of 0.0010 (%) or more, the penetration depth is Increase sufficiently. On the other hand, if the content of the specific element group is too high, specifically, if F1 exceeds 0.0300 (%), solidification cracks occur in the molten metal during welding. Therefore, F1 is 0.0010 to 0.0300. A preferred lower limit of F1 is 0.0015, and more preferably 0.0020. The preferred upper limit of F1 is 0.0250, and more preferably 0.0200.

本実施形態によるオーステナイト系ステンレス鋼は、上記の元素を含有し、残部はFe及び不純物からなる。ここでいう「不純物」とは、鋼材を工業的に製造する際に、鉱石、スクラップ等の原料その他の要因により混入する成分を意味する。不純物のうち、P、S及びOの含有量は、それぞれ、次のとおりである。   The austenitic stainless steel according to the present embodiment contains the above elements, and the balance consists of Fe and impurities. The term “impurities” as used herein means components that are mixed due to raw materials such as ores and scraps and other factors when industrially producing steel materials. Among the impurities, the contents of P, S and O are as follows, respectively.

P:0.03%以下
燐(P)は不純物である。Pは、製造時の母材の熱間加工性を低下する。Pはさらに、溶加材を使用せずに溶接する場合、溶接金属の凝固割れ感受性を増大させる。したがって、P含有量は0.03%以下である。好ましいP含有量は0.025%以下であり、さらに好ましくは0.02%以下である。P含有量はなるべく低い方が好ましい。
P: 0.03% or less Phosphorus (P) is an impurity. P lowers the hot workability of the base material during production. P further increases the susceptibility of the weld metal to solidification cracking when welding without filler metal. Therefore, the P content is 0.03% or less. The preferred P content is 0.025% or less, more preferably 0.02% or less. The P content is preferably as low as possible.

S:0.01%以下
硫黄(S)は不純物である。Sは、製造時の母材の熱間加工性を低下する。Sはさらに、溶加材を使用せずに溶接する場合、溶接金属の凝固割れ感受性を増大させる。したがって、S含有量は0.01%以下である。好ましいS含有量は0.008%以下であり、さらに好ましくは0.005%以下である。S含有量はなるべく低い方が好ましい。
S: 0.01% or less Sulfur (S) is an impurity. S lowers the hot workability of the base material during manufacturing. S further increases the susceptibility of the weld metal to solidification cracking when welding without a filler metal. Therefore, the S content is 0.01% or less. The preferred S content is 0.008% or less, more preferably 0.005% or less. The S content is preferably as low as possible.

O:0.02%以下
酸素(O)は不純物である。Oは製造時の母材の熱間加工性を低下させる。Oはさらに、鋼の清浄性を低下させ、延性を低下させる。したがって、O含有量は0.02%以下である。好ましいO含有量は0.015%以下であり、さらに好ましくは0.01%以下である。O含有量の下限は特に設けなくてもよい。しかしながら、製造コストの点及びOが表面活性元素として作用し溶け込み深さを増大させる効果を少なからず有する点を考慮すれば、O含有量の好ましい下限は0.001%であり、さらに好ましくは0.002%である。
O: 0.02% or less Oxygen (O) is an impurity. O reduces the hot workability of the base material during production. O further reduces the cleanliness of the steel and reduces the ductility. Therefore, the O content is 0.02% or less. The preferred O content is 0.015% or less, and more preferably 0.01% or less. The lower limit of the O content need not be particularly set. However, considering the production cost and the fact that O acts as a surface active element and has a considerable effect of increasing the penetration depth, the preferable lower limit of the O content is 0.001%, and more preferably 0%. 0.002%.

本実施形態のオーステナイト系ステンレス鋼はさらに、Feの一部に代えて、Cu、Co、V、Ti、B、Ca、Mg及び希土類元素(REM)からなる群から選択される1種又は2種以上を含有しても良い。   The austenitic stainless steel of the present embodiment further includes one or two selected from the group consisting of Cu, Co, V, Ti, B, Ca, Mg, and a rare earth element (REM) instead of a part of Fe. The above may be contained.

Cu:0〜3%
銅(Cu)は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Cuはオーステナイト組織を安定化させる。Cuが少しでも含有されれば、この効果がある程度得られる。しかしながら、Cu含有量が高すぎれば、溶加材を用いず溶接する場合、溶接金属の凝固割れ感受性が高まる。したがって、Cu含有量は0〜3%である。Cu含有量の好ましい下限は0.005%であり、さらに好ましくは0.008%であり、さらに好ましくは0.01%である。Cu含有量の好ましい上限は2.5%であり、さらに好ましくは2.0%である。
Cu: 0-3%
Copper (Cu) is an optional element and need not be contained. When contained, Cu stabilizes the austenitic structure. This effect can be obtained to some extent if Cu is contained at all. However, if the Cu content is too high, when welding is performed without using a filler metal, the solidification cracking susceptibility of the weld metal increases. Therefore, the Cu content is 0 to 3%. The preferable lower limit of the Cu content is 0.005%, more preferably 0.008%, and further preferably 0.01%. The preferred upper limit of the Cu content is 2.5%, and more preferably 2.0%.

Co:0〜3%
コバルト(Co)は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、CoはCuと同様にオーステナイト組織を安定化させる。Coが少しでも含有されれば、この効果がある程度得られる。しかしながら、Co含有量が高すぎれば、溶接金属の延性が低下する。したがって、Co含有量は0〜3%である。Co含有量の好ましい下限は0.005%であり、さらに好ましくは0.008%であり、さらに好ましくは0.01%である。Co含有量の好ましい上限は2.5%であり、さらに好ましくは2.0%である。
Co: 0-3%
Cobalt (Co) is an optional element and need not be contained. When contained, Co stabilizes the austenitic structure, similar to Cu. This effect can be obtained to some extent if Co is contained even a little. However, if the Co content is too high, the ductility of the weld metal decreases. Therefore, the Co content is 0 to 3%. A preferred lower limit of the Co content is 0.005%, more preferably 0.008%, and still more preferably 0.01%. A preferred upper limit of the Co content is 2.5%, and more preferably 2.0%.

V:0〜0.5%
バナジウム(V)は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Vは、Nbと同様に、鋼中に固溶したり、炭窒化物として析出して、鋼の強度を高める。Vが少しでも含有されれば、この効果がある程度得られる。しかしながら、V含有量が高すぎれば、炭窒化物が多量に析出し、延性が低下する。したがって、V含有量は0〜0.5%である。V含有量の好ましい下限は0.001%であり、さらに好ましくは0.005%であり、さらに好ましくは0.01%である。V含有量の好ましい上限は0.45%であり、さらに好ましくは0.40%である。
V: 0 to 0.5%
Vanadium (V) is an optional element and may not be contained. When contained, V, like Nb, forms a solid solution in steel or precipitates as carbonitride to increase the strength of the steel. This effect can be obtained to some extent if V is contained at all. However, if the V content is too high, a large amount of carbonitride precipitates and ductility decreases. Therefore, the V content is 0 to 0.5%. A preferred lower limit of the V content is 0.001%, more preferably 0.005%, and still more preferably 0.01%. A preferred upper limit of the V content is 0.45%, and more preferably 0.40%.

Ti:0〜0.5%
チタン(Ti)は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、TiはV、Nbと同様に、鋼中に固溶したり、炭窒化物として析出して、鋼の強度を高める。Tiが少しでも含有されれば、この効果がある程度得られる。しかしながら、Ti含有量が高すぎれば、炭窒化物が多量に析出し、延性が低下する。したがって、Ti含有量は0〜0.5%である。Ti含有量の好ましい下限は0.001%であり、さらに好ましくは0.003%であり、さらに好ましくは0.005%である。Ti含有量の好ましい上限は0.45%以下であり、さらに好ましくは0.40%以下である。
Ti: 0 to 0.5%
Titanium (Ti) is an optional element and need not be contained. When contained, Ti, like V and Nb, forms a solid solution in steel or precipitates as carbonitride to increase the strength of the steel. If a small amount of Ti is contained, this effect can be obtained to some extent. However, if the Ti content is too high, a large amount of carbonitride precipitates and ductility decreases. Therefore, the Ti content is 0 to 0.5%. A preferable lower limit of the Ti content is 0.001%, more preferably 0.003%, and further preferably 0.005%. The preferable upper limit of the Ti content is 0.45% or less, more preferably 0.40% or less.

B:0〜0.01%
ボロン(B)は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Bは粒界に偏析して粒界固着力を高め、鋼の強度を高める。Bはさらに、水素環境下での鋼の脆化を抑制する。Bが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、B含有量が高すぎれば、溶加材を使用せずに溶接するとき、溶接金属の凝固割れ感受性が高まる。したがって、B含有量は0〜0.01%である。B含有量の好ましい下限は0.0001%であり、さらに好ましくは0.0002%であり、さらに好ましくは0.0005%である。B含有量の好ましい上限は0.008%であり、さらに好ましくは0.005%である。
B: 0 to 0.01%
Boron (B) is an optional element and need not be contained. When B is contained, B segregates at the grain boundary to increase the grain boundary fixing force, thereby increasing the strength of the steel. B further suppresses the embrittlement of steel in a hydrogen environment. The above effect can be obtained to some extent if B is contained at all. However, when the B content is too high, the susceptibility of the weld metal to solidification cracking increases when welding is performed without using a filler material. Therefore, the B content is 0 to 0.01%. A preferred lower limit of the B content is 0.0001%, more preferably 0.0002%, and still more preferably 0.0005%. The preferable upper limit of the B content is 0.008%, and more preferably 0.005%.

Ca:0〜0.05%
カルシウム(Ca)は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Caは鋼の熱間加工性を高める。Caが少しでも含有されれば、この効果がある程度得られる。しかしながら、Ca含有量が高すぎれば、CaがOと結合して鋼の清浄度が低下し、熱間加工性がかえって低下する。したがって、Ca含有量は0〜0.05%である。Ca含有量の好ましい下限は0.0001%であり、さらに好ましくは0.0005%であり、さらに好ましくは0.001%である。Ca含有量の好ましい上限は0.03%以下であり、さらに好ましくは0.01%である。
Ca: 0 to 0.05%
Calcium (Ca) is an optional element and may not be contained. When included, Ca enhances the hot workability of the steel. This effect can be obtained to some extent if Ca is contained at all. However, if the Ca content is too high, Ca bonds to O and the cleanliness of the steel decreases, and the hot workability rather decreases. Therefore, the Ca content is 0 to 0.05%. A preferred lower limit of the Ca content is 0.0001%, more preferably 0.0005%, and still more preferably 0.001%. The preferable upper limit of the Ca content is 0.03% or less, and more preferably 0.01%.

Mg:0〜0.05%
マグネシウム(Mg)は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、MgはCaと同様に、鋼の熱間加工性を高める。Mgが少しでも含有されれば、この効果がある程度得られる。しかしながら、Mg含有量が高すぎれば、MgがOと結合して、鋼の清浄性が低下し、かえって鋼の熱間加工性が低下する。したがって、Mg含有量は0〜0.05%である。Mg含有量の好ましい下限は0.0001%であり、さらに好ましくは0.0005%であり、さらに好ましくは0.001%である。Mg含有量の好ましい上限は0.03%であり、さらに好ましくは0.01%である。
Mg: 0 to 0.05%
Magnesium (Mg) is an optional element and need not be contained. When included, Mg enhances the hot workability of the steel, similar to Ca. This effect can be obtained to some extent if Mg is contained at all. However, if the Mg content is too high, Mg bonds with O and the cleanliness of the steel is reduced, and the hot workability of the steel is rather reduced. Therefore, the Mg content is 0 to 0.05%. A preferable lower limit of the Mg content is 0.0001%, more preferably 0.0005%, and further preferably 0.001%. The preferred upper limit of the Mg content is 0.03%, and more preferably 0.01%.

希土類元素(REM):0〜0.5%
希土類元素(REM)は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、REMはSとの親和力が強く、鋼の熱間加工性を高める。REMが少しでも含有されれば、この効果がある程度得られる。しかしながら、REM含有量が高すぎれば、REMがOと結合して、鋼の清浄性が低下し、かえって鋼の熱間加工性が低下する。したがって、REM含有量は0〜0.5%である。REM含有量の好ましい下限は0.001%であり、さらに好ましくは0.002%であり、さらに好ましくは0.005%である。REM含有量の好ましい上限は0.3%であり、さらに好ましくは0.1%である。
Rare earth element (REM): 0 to 0.5%
The rare earth element (REM) is an optional element and may not be contained. When contained, REM has a strong affinity for S and enhances hot workability of steel. This effect can be obtained to some extent if REM is contained at all. However, if the REM content is too high, the REM bonds with O, thereby reducing the cleanliness of the steel and, on the contrary, reducing the hot workability of the steel. Therefore, the REM content is 0-0.5%. A preferable lower limit of the REM content is 0.001%, more preferably 0.002%, and further preferably 0.005%. A preferred upper limit of the REM content is 0.3%, more preferably 0.1%.

本明細書でいう「REM」は、Sc、Y及びランタノイドの合計17元素の総称であり、REM含有量は、REMのうちの1種又は2種以上の元素の合計含有量を意味する。REMは一般的にミッシュメタルに含有される。そのため、例えば、ミッシュメタルを溶鋼に添加して、鋼中のREMの含有量が上記の範囲となるようしてもよい。   “REM” as used herein is a general term for a total of 17 elements of Sc, Y and lanthanoid, and the REM content means the total content of one or more elements of REM. REM is generally contained in misch metal. Therefore, for example, misch metal may be added to molten steel so that the content of REM in the steel falls within the above range.

[製造方法]
本実施形態によるオーステナイト系ステンレス鋼の製造方法の一例を説明する。上述の化学組成を有する溶鋼を製造する。たとえば、電気炉やAOD(Argon Oxygen Decarburization)炉、VOD(Vacuum Oxygen Decarburization)炉を用いて、上記溶鋼を製造する。
[Production method]
An example of the method for manufacturing an austenitic stainless steel according to the present embodiment will be described. A molten steel having the above chemical composition is manufactured. For example, the molten steel is manufactured using an electric furnace, an AOD (Argon Oxygen Decarburization) furnace, and a VOD (Vacuum Oxygen Decarburization) furnace.

製造された溶鋼から造塊法によりインゴットを製造する。インゴットを熱間加工(熱間鍛造、熱間圧延等)してスラブやブルーム、ビレット等の鋼素材を製造する。製造された溶鋼から連続鋳造法によりスラブやブルーム、ビレット等の鋼素材を製造してもよい。   An ingot is manufactured from the manufactured molten steel by an ingot-making method. The ingot is hot worked (hot forging, hot rolling, etc.) to produce steel materials such as slabs, blooms and billets. Steel materials such as slabs, blooms, and billets may be manufactured from the manufactured molten steel by a continuous casting method.

製造された鋼素材を熱間加工して、オーステナイト系ステンレス鋼材を製造する。たとえば、鋼素材を熱間圧延して鋼板や棒鋼、線材を製造する。また、熱間押出や熱間穿孔圧延等によりオーステナイト系ステンレス鋼管を製造する。上記のとおり、熱間加工の具体的な方法は特に限定されず、最終製品の形状に応じた熱間加工を実施すればよい。   The manufactured steel material is hot worked to produce an austenitic stainless steel material. For example, a steel material is hot-rolled to produce a steel plate, a bar, and a wire. Also, an austenitic stainless steel pipe is manufactured by hot extrusion, hot piercing and rolling, or the like. As described above, the specific method of the hot working is not particularly limited, and the hot working may be performed according to the shape of the final product.

熱間加工後のオーステナイト系ステンレス鋼材に対して、冷間加工を実施してもよい。オーステナイト系ステンレス鋼材が鋼管である場合、冷間加工はたとえば、冷間抽伸である。オーステナイト系ステンレス鋼材が鋼板である場合、冷間圧延等である。   Cold working may be performed on the austenitic stainless steel material after hot working. When the austenitic stainless steel material is a steel pipe, the cold working is, for example, cold drawing. When the austenitic stainless steel material is a steel plate, cold rolling or the like is used.

熱間加工後、又は冷間加工後に熱処理(溶体化処理)を実施してもよい。熱処理は複数回実施してもよい。   Heat treatment (solution treatment) may be performed after hot working or after cold working. The heat treatment may be performed plural times.

以上の製造方法で製造されたオーステナイト系ステンレス鋼は、690MPa以上の引張強さを有する。さらに、このオーステナイト系ステンレス鋼は、優れた溶接施工性を示す。具体的には、溶加材を使用せずに溶接したとき、十分な溶け込み深さを得ることができる。   The austenitic stainless steel manufactured by the above manufacturing method has a tensile strength of 690 MPa or more. Furthermore, this austenitic stainless steel shows excellent welding workability. Specifically, when welding is performed without using a filler material, a sufficient penetration depth can be obtained.

表1A及び表1Bに示す鋼種A〜Jの化学組成を有する溶鋼を製造した。   Molten steel having the chemical compositions of steel types A to J shown in Tables 1A and 1B was produced.

Figure 0006627373
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Figure 0006627373
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溶鋼を鋳造してインゴットを製造した。インゴットに対して、熱間鍛造、熱間圧延、熱処理及び機械加工を実施して、板厚2mm、幅50mm、長さ100mmの鋼板を製造した。   Ingots were manufactured by casting molten steel. The ingot was subjected to hot forging, hot rolling, heat treatment, and machining to produce a steel plate having a thickness of 2 mm, a width of 50 mm, and a length of 100 mm.

各試験番号の2枚の鋼板の開先形状は、図1に示すI形とした。図1中の数値は寸法(括弧は内は単位)を示す。ガスタングステンアーク溶接方法により、溶加材を用いず、入熱5kJ/cmとして、図1の鋼板同士に対して突き合わせ溶接を実施し、表2に示す試験番号1〜10の溶接継手を製造した。いずれの試験番号においても、溶接時の条件は同じとした。   The groove shape of the two steel plates of each test number was the I shape shown in FIG. Numerical values in FIG. 1 indicate dimensions (parentheses indicate units). By the gas tungsten arc welding method, butt welding was performed on the steel sheets of FIG. 1 at a heat input of 5 kJ / cm without using a filler material, and welded joints of test numbers 1 to 10 shown in Table 2 were manufactured. . The welding conditions were the same for all test numbers.

[溶接施工性試験]
製造された溶接継手の溶接部を目視により観察した。溶接継手の裏面を観察して、裏ビードが形成されていなかった場合、十分な溶け込み深さが得られなかったと判断し、「不可」と判定した。裏ビードが観察されたものの、裏ビード幅が1mm未満の場合、「良」と判定した。裏ビードが1mm以上のものを「優」と判定した。「良」及び「優」の場合、十分な溶け込み深さが得られたと判定した。さらに、溶け込み深さが「良」及び「優」の溶接継手において、溶接部の欠陥の有無を目視により観察した。割れや溶け落ちなどの溶接欠陥が観察されなかった場合、「優」と判断した。溶接欠陥が観察された場合、「不可」と判断した。
[Welding workability test]
The welded portion of the manufactured welded joint was visually observed. By observing the back surface of the welded joint, if no back bead was formed, it was determined that a sufficient penetration depth was not obtained, and it was determined as "impossible". When the back bead was observed but the back bead width was less than 1 mm, it was judged as "good". Those with a back bead of 1 mm or more were judged as "excellent". In the case of “good” and “excellent”, it was determined that a sufficient penetration depth was obtained. Furthermore, in welded joints having a penetration depth of “good” and “excellent”, the presence or absence of defects in the welded portions was visually observed. When no welding defects such as cracks and burn-through were observed, it was judged as “excellent”. When a welding defect was observed, it was judged as “impossible”.

[引張試験]
溶接施工性試験で「良」又は「優」と判定された溶接継手に対して、引張試験を実施した。具体的には、溶接金属を平行部の中央に有する板状引張試験片を作製した。試験片に対して、常温で引張試験を実施した。引張強さTS(MPa)が母材の必要強度である690MPa以上であった場合、「良」と判定し、800MPaを超えた場合、「優」と判定した。引張強さTSが690MPa未満の場合、「不可」と判定した。
[Tensile test]
A tensile test was performed on the welded joint determined to be “good” or “excellent” in the weldability test. Specifically, a plate-shaped tensile test piece having a weld metal at the center of the parallel portion was prepared. A tensile test was performed on the test piece at normal temperature. When the tensile strength TS (MPa) was 690 MPa or more, which is the required strength of the base material, it was judged as “good”, and when it exceeded 800 MPa, it was judged as “excellent”. When the tensile strength TS was less than 690 MPa, it was judged as "impossible".

さらに、各試験番号の母材に対しても、板状引張試験片を作製し、溶接継手での引張試験と同じ条件で引張試験を実施した。その結果、各試験番号の母材はいずれも、引張強さが690MPa以上であった。   Further, a plate-shaped tensile test piece was prepared for the base material of each test number, and a tensile test was performed under the same conditions as the tensile test for the welded joint. As a result, each of the base materials of the test numbers had a tensile strength of 690 MPa or more.

[低歪速度引張試験(SSRT)]
引張試験で「良」又は「優」と判定された溶接継手に対して、高圧水素環境下における耐脆化特性を評価するため、低歪速度引張試験(SSRT)を実施した。具体的には、溶接金属を平行部の中央に有する段付板状低歪速度引張試験片を採取した。試験片に対して、大気中及び45MPaの高圧水素環境下における低歪速度引張試験を実施した。なお、歪速度は3×10-5/sとした。低歪速度引張試験において、高圧水素環境下での破断絞りの、大気中での破断絞りに対する比が90%以上となるものを「合格」とした。
[Low strain rate tensile test (SSRT)]
A low strain rate tensile test (SSRT) was performed on the welded joint determined as “good” or “excellent” in the tensile test in order to evaluate the embrittlement resistance under a high-pressure hydrogen environment. Specifically, a stepped plate-like low strain rate tensile test piece having a weld metal at the center of the parallel portion was sampled. A low strain rate tensile test was performed on the test piece in the atmosphere and under a high-pressure hydrogen environment of 45 MPa. Note that the strain rate was 3 × 10 −5 / s. In the low strain rate tensile test, a specimen in which the ratio of the fracture drawing in a high-pressure hydrogen environment to the fracture drawing in the air was 90% or more was regarded as “pass”.

[試験結果]
試験結果を表2に示す。
[Test results]
Table 2 shows the test results.

Figure 0006627373
Figure 0006627373

表2中の「−」は、試験を実施しなかったことを示す。表2を参照して、試験番号1〜6は、化学組成が適正であり、かつ、F1が式(1)を満たした。そのため、充分な溶け込み深さが得られる優れた溶接施工性を有し、さらに、溶接継手の引張強さも、母材の必要強度である690MPa以上であった。さらに、優れた耐水素脆化感受性を示した。   "-" In Table 2 indicates that the test was not performed. Referring to Table 2, in Test Nos. 1 to 6, the chemical composition was appropriate, and F1 satisfied Expression (1). Therefore, it had excellent welding workability to obtain a sufficient penetration depth, and the tensile strength of the welded joint was 690 MPa or more, which is the required strength of the base material. Furthermore, it exhibited excellent hydrogen embrittlement resistance.

一方、試験番号7では、F1が式(1)の上限を超えた。そのため、溶け込み深さは十分に得られたものの、溶接ビード中央部に凝固割れと考えられる溶接割れが発生した。   On the other hand, in Test No. 7, F1 exceeded the upper limit of Expression (1). Therefore, although a sufficient penetration depth was obtained, a welding crack considered to be a solidification crack occurred at the center of the weld bead.

試験番号8及び9では、F1が式(1)の下限未満であった。そのため、溶け込み深さが充分でなく裏ビードが形成されなかった。つまり、試験番号8及び9では、溶接施工性が低かった。   In Test Nos. 8 and 9, F1 was less than the lower limit of Expression (1). For this reason, the penetration depth was not sufficient and the back bead was not formed. That is, in Test Nos. 8 and 9, welding workability was low.

試験番号10では、N含有量が低すぎた。そのため、張り強さが必要引張強さである690MPaを下回った。   In test number 10, the N content was too low. Therefore, the tensile strength was lower than the required tensile strength of 690 MPa.

以上、本発明の実施の形態を説明した。しかしながら、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。したがって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変更して実施することができる。   The embodiments of the present invention have been described above. However, the above-described embodiment is merely an example for implementing the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented by appropriately modifying the above-described embodiment without departing from the spirit thereof.

本実施形態のオーステナイト系ステンレス鋼は、溶加材を用いずに溶接する場合に、優れた溶接施工性、具体的には、深い溶け込み深さが得られる。したがって、高圧水素ガスの貯蔵や運搬等、高圧水素ガス用途の機器用の鋼材として特に好適である。   The austenitic stainless steel of the present embodiment has excellent welding workability, specifically, a deep penetration depth when welding is performed without using a filler material. Therefore, it is particularly suitable as a steel material for equipment for high-pressure hydrogen gas use such as storage and transportation of high-pressure hydrogen gas.

Claims (5)

質量%で、
C:0.005〜0.07%、
Si:0.1〜1.2%、
Mn:2.5〜10%、
Ni:9〜14%、
Cr:19〜24%、
Mo:1〜4%、
Nb:0〜0.4%、
N:0.20〜0.50%、
Al:0.05%以下、並びに、
Se、Te、Bi、Sn、Zn及びPbからなる群から選択される1種又は2種以上を合計で式(1)を満たす含有量で含有し、
残部はFe及び不純物からなり、
前記不純物のうち、P、S及びOはそれぞれ、
P:0.03%以下、
S:0.01%以下、及び、
O:0.02%以下である、オーステナイト系ステンレス鋼。
0.0300≧(Se+Te+Bi)+2(Sn+Zn+Pb)≧0.0010 (1)
ここで、式(1)中の各元素記号は、対応する元素の含有量(質量%)が代入される。
In mass%,
C: 0.005 to 0.07%,
Si: 0.1 to 1.2%,
Mn: 2.5 to 10%,
Ni: 9 to 14%,
Cr: 19 to 24%,
Mo: 1 to 4%,
Nb: 0 to 0.4%,
N: 0.20 to 0.50%,
Al: 0.05% or less, and
One or more selected from the group consisting of Se, Te, Bi, Sn, Zn and Pb in a content satisfying the formula (1) in total;
The balance consists of Fe and impurities,
Among the impurities, P, S and O are respectively
P: 0.03% or less,
S: 0.01% or less, and
O: austenitic stainless steel of not more than 0.02%.
0.0300 ≧ (Se + Te + Bi) +2 (Sn + Zn + Pb) ≧ 0.0010 (1)
Here, the content (% by mass) of the corresponding element is substituted for each element symbol in the formula (1).
請求項1に記載のオーステナイト系ステンレス鋼であってさらに、
Feの一部に代えて、質量%で、
Cu:3%以下、
Co:3%以下、
V:0.5%以下、
Ti:0.5%以下、
B:0.01%以下、
Ca:0.05%以下、
Mg:0.05%以下、及び、
希土類元素:0.5%以下からなる群から選択される1種又は2種以上を含有する、オーステナイト系ステンレス鋼。
The austenitic stainless steel according to claim 1, further comprising:
Instead of part of Fe, in mass%,
Cu: 3% or less,
Co: 3% or less,
V: 0.5% or less,
Ti: 0.5% or less,
B: 0.01% or less,
Ca: 0.05% or less,
Mg: 0.05% or less, and
Austenitic stainless steel containing one or more rare earth elements selected from the group consisting of 0.5% or less.
請求項1又は請求項2に記載のオーステナイト系ステンレス鋼であって、常温での引張強さが690MPa以上である、オーステナイト系ステンレス鋼。   The austenitic stainless steel according to claim 1 or 2, wherein the tensile strength at room temperature is 690 MPa or more. 請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のオーステナイト系ステンレス鋼であって、
高圧水素ガス及び液体水素の貯蔵又は搬送用機器に使用される、オーステナイト系ステンレス鋼。
Austenitic stainless steel according to any one of claims 1 to 3, wherein
It is used to store or transport equipment of the high-pressure hydrogen gas及beauty liquid body hydrogen, austenitic stainless steel.
請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載のオーステナイト系ステンレス鋼であって、
溶加材を用いずにガスタングステンアーク溶接により溶接される、オーステナイト系ステンレス鋼。
Austenitic stainless steel according to any one of claims 1 to 4, wherein
Austenitic stainless steel welded by gas tungsten arc welding without using filler metal.
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