JP6678217B2 - ステンレス鋼 - Google Patents
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Description
[1] 質量%で、
C:0.001〜0.100%、
Si:0.01〜5.00%、
Mn:0.01〜2.00%、
P:0.050%以下、
S:0.0100%以下、
Cr:9.0〜15.0%、
Ti:0.01〜1.00%、
Al:0.800〜5.000%、
N:0.001〜0.050%を含有し、
更に、
Mo:0.01〜3.00%、
Sn:0.01〜3.00%、
Cu:0.01〜3.00%、
B:0.0001〜0.0100%、
Nb:0.001〜1.000%、
W:0.001〜1.000%、
V:0.001〜1.000%、
Sb:0.001〜0.100%、
Co:0.001〜0.500%、
Ca:0.0001〜0.0050%、
Mg:0.0001〜0.0050%、
Zr:0.0001〜0.0300%、
Ga:0.0001〜0.0100%、
Ta:0.001〜0.050%、
REM:0.001〜0.100%
の1種または2種以上を含有し、
残部がFeおよび不純物であり、かつ上記Si量、Ti量及びAl量(質量%)が、2Al+Si−10Ti≧0を満たすことを特徴とするステンレス鋼。
[2] さらに質量%で、
Ni:0.01〜3.00%、を含有することを特徴とする[1]に記載のステンレス鋼。
[3] 0.2%耐力が250MPa以上、引張強度が400MPa以上であることを特徴とする[1]または[2]に記載のステンレス鋼。
[4] 全伸びが27%以上、平均r値が1.0以上であることを特徴とする[1]乃至[3]の何れか一項に記載のステンレス鋼。
Cは、耐粒界腐食性、加工性を低下させるため、その含有量を低く抑える必要がある。そのため、Cの含有量の上限を0.100%以下とする。しかしながら、C量を過度に低めることは精練コストを上昇させるため、C量の下限を0.001%以上とする。C量の好ましい範囲は、0.002〜0.010%である。
Siは、本実施形態における重要な元素である。Siは、表面に濃縮して腐食発生を抑制するのみならず、母材の腐食速度も低減する非常に有益な元素である。そのため、Siの含有量の下限を0.01%以上とする。ただし、Siの過度な含有は鋼の伸び減少を引き起こし、加工性を低下させるため、Siの含有量の上限を5.00%以下とする。Si量の好ましい範囲は、0.30〜3.00%、より好ましい範囲は0.70〜1.20%である。
Mnは、脱酸元素として有用であるが、過剰量のMnを含有させると、耐食性を劣化させる。そのため、Mn量を0.01〜2.00%とする。Mn量の好ましい範囲は、0.05〜1.00%、より好ましい範囲は0.02〜0.50%である。
Pは、加工性・溶接性・耐食性を劣化させる元素であるため、その含有量を制限する必要がある。そのため、P量を0.050%以下とする。P量の好ましい範囲は、0.030%以下である。
Sは、耐食性を劣化させる元素であるため、その含有量を制限する必要がある。そのため、S量を0.0100%以下とする。S量の好ましい範囲は、0.0070%以下である。
Crは、塩害環境での耐食性を確保するために、9.0%以上の含有が必要である。Crの含有量を増加させるほど、耐食性は向上するが、加工性、製造性を低下させる。そのため、Cr量の上限を30.0%以下とする。Cr量の好ましい範囲は、9.5〜25.0%、より好ましい範囲は10.0〜15.0%である。
Tiは、ステンレス鋼の鋭敏化を防止するために、0.01%以上含有する必要がある。含有量が0.01%未満の場合は鋭敏化により耐食性が劣化する。ただし、多量の含有は合金コスト増加や靭性の低下、鋼中介在物増加による耐食性低下、製造性低下に繋がるため、Ti量の上限を1.00%以下とする。Ti量の好ましい範囲は、0.03〜0.50%、より好ましい範囲は0.10〜0.25%である。
Alは、本実施形態における重要な元素である。Alは、表面に濃縮して腐食発生を抑制するのみならず、母材の腐食速度も低減する非常に有益な元素である。そのため、Alの含有量の下限を0.010%以上とする。ただし、Alの過度な含有は材料の伸び減少を引き起こし、加工性を低下させるため、Alの含有量の上限を5.000%以下とする。Al量の好ましい範囲は、0.050〜3.000%、より好ましい範囲は0.800〜2.500%である。
Nは、耐孔食性に有用な元素であるが、耐粒界腐食性、加工性を低下させる。そのため、Nの含有量を低く抑える必要がある。そのため、N量の上限を0.050%以下とする。しかしながら、N量を過度に低めることは精練コストを上昇させるため、N量の下限を0.001%以上とする。N量の好ましい範囲は、0.002〜0.020%である。
本実施形態のステンレス鋼は、上記の化学成分の含有量を満たすとともに、上記Si量、Ti量及びAl量(質量%)が、2Al+Si−10Ti≧0を満たす必要がある。(2Al+Si−10Ti)が0以上になることで、耐食性が大幅に向上する。
Niは、耐食性を向上させるため、0.01%以上含有することができる。ただし、多量の含有は合金コスト増加に繋がるため、Ni量の上限を3.00%以下とする。Ni量の好ましい範囲は、0.02〜1.00%である。
Moは、耐食性を向上させるため、0.01%以上含有することができる。しかし、過剰の含有は、加工性を劣化させると共に、高価であるためコストアップに繋がる。そのため、Mo量の上限を3.00%以下とする。Mo量の好ましい範囲は、0.05〜1.00%である。
Snは、耐食性を向上させるため、0.01%以上含有することができる。しかし、過剰の含有はコスト増加に繋がる。そのため、Sn量の上限を3.00%以下とする。Sn量の好ましい範囲は、0.005〜1.00%である。
Cuは、耐食性を向上させるため、0.01%以上含有することができる。しかし、過剰の含有はコスト増加に繋がる。そのため、Cu量の上限を3.00%以下とする。Cu量の好ましい範囲は0.02〜1.00%、より望ましい範囲は0.05〜0.09%である。
Bは、2次加工性を向上させるのに有用な元素であり、0.0100%以下含有することができる。B量の下限を、安定した効果が得られる0.0001%以上とする。B量の好ましい範囲は、0.0005〜0.0050%である。
Nbは、高温強度の向上や溶接部の耐粒界腐食性の向上に有用であるが、過剰の含有は、加工性や製造性を低下させる。そのため、Nb量を0.001〜1.000%とする。Nb量の好ましい範囲は、0.005〜0.500%である。
Wは、耐食性を向上させるため、1.000%以下含有することができる。安定した効果を得るためには、W量の下限を0.001%以上とする。W量の好ましい範囲は、0.005〜0.800%である。
Vは、耐食性を向上させるため、1.000%以下含有することができる。安定した効果を得ためには、V量の下限を0.001%以上とする。V量の好ましい範囲は、0.005〜0.500%である。
Sbは、耐全面腐食性を向上させるため、0.100%以下含有することができる。安定した効果を得るためには、Sb量の下限を0.001%以上とする。Sb量の好ましい範囲は、0.010〜0.080%である。
Coは、二次加工性と靭性を向上させるために、0.500%以下含有することができる。安定した効果を得るためには、Co量の下限を0.001%以上とする。Co量の好ましい範囲は、0.010〜0.300%である。
Caは、脱硫のために含有されるが、過剰に含有すると、水溶性の介在物CaSが生成して耐食性を低下させる。そのため、0.0001〜0.0050%の範囲でCaを含有することができる。Ca量の好ましい範囲は、0.0005〜0.0030%である。
Mgは、組織を微細化し、加工性、靭性の向上にも有用である。そのため、0.0050%以下の範囲でMgを含有することができる。安定した効果を得るためには、Mg量の下限を0.0001%以上とする。Mg量の好ましい範囲は、0.0005〜0.0030%である。
Zrは、耐食性を向上させるために、0.0300%以下含有することができる。安定した効果を得るためには、Zr量の下限を0.0001%以上とする。Zr量の好ましい範囲は、0.0010〜0.0100%である。
Gaは、耐食性と耐水素脆化性を向上させるために、0.0100%以下含有することができる。安定した効果を得るためには、Ga量の下限を0.0001%以上とする。Ga量の好ましい範囲は、0.0005〜0.0050%である。
Taは、耐食性を向上させるために、0.050%以下含有することができる。安定した効果を得るためには、Ta量の下限を0.001%以上とする。Ta量の好ましい範囲は、0.005〜0.030%である。
REMは、脱酸効果等を有するので、精練で有用な元素であるため、0.100%以下含有することができる。安定した効果を得るためには、REM量の下限を0.001%以上とする。REM量の好ましい範囲は、0.003〜0.050%である。
ここで、REM(希土類元素)は、一般的な定義に従い、スカンジウム(Sc)、イットリウム(Y)の2元素と、ランタン(La)からルテチウム(Lu)までの15元素(ランタノイド)の総称を指す。REMは、これら希土類元素から選択される1種以上であり、REMの量とは、希土類元素の合計量である。
また、ステンレス鋼の製造では、スクラップ原料を使用することが多い。このため、ステンレス鋼には、種々の不純物元素が不可避的に混入する。不純物元素の含有量を一義的に定めることは困難である。したがって、本発明における不純物とは、本発明の作用効果を阻害しない量で含有される元素を意味する。
作製した鋼板から、幅が75mm、長さが150mmである試験片を切り出し、JASO−CCT試験用試験片とした。JASO−CCT試験は、JASO M 610−92に準拠して12cy行った。
また、作製した鋼板からJIS Z 2241の附属書Bに記載の13B号の引張試験片を作製し、JIS Z 2241に準拠して引張試験を行った。判定基準として、強度に関しては、0.2%耐力が250MPa以上、引張強度が400MPa以上を共に満たす鋼種を表1に符号「○」、どちらか一方または両方を満たさない鋼種を表1に符号「×」で示した。○を合格とした。全伸びに関しては、判定基準として、全伸びが27%以上の鋼種を表1に符号「○」、全伸びが27%未満の鋼種を表1に符号「×」で示した。
r値測定は以下のように行った。作製した鋼板からJIS Z 2241の附属書Bに記載の13B号の引張試験片を作製し、試験片の寸法や標点距離などを測定した。その後引張試験によって14.4%の歪を付与した後の試験片寸法や標点距離などを測定し、両測定結果からr値を算出した。判定基準として、平均r値が1.0以上の鋼種を表1に符号「○」、平均r値が1.0未満の鋼種を表1に符号「×」で示した。
一方、比較例は、成分範囲外または2Al+Si−10Ti≧0の範囲外となることで、耐食性、強度、伸びのいずれかが満足できない結果になった。
比較例B2は、Si量が少なく、鋼表面でのSi濃縮量が少なくなって耐食性が低下し、また、強度も低下した。
比較例B3は、Si量が過剰であり、全伸びが低下した。
比較例B4は、Mn量が過剰であり、耐食性が低下した。
比較例B5は、P量が過剰であり、耐食性が低下した。
比較例B6は、S量が過剰であり、耐食性が低下した。
比較例B7は、Cr量が過剰であり、全伸びが低下した。
比較例B8は、Ti量が0%であり、耐食性が低下した。
比較例B9は、Al量が少なく、鋼表面でのAl濃縮量が少なくなって耐食性が低下した。
比較例B10は、Al量が過剰であり、全伸びが低下した。
比較例B11は、N量が過剰であり、耐食性が低下した。
比較例B12〜B14は、2Al+Si−10Ti≧0を満足せず、耐食性が低下した。
Claims (4)
- 質量%で、
C:0.001〜0.100%、
Si:0.01〜5.00%、
Mn:0.01〜2.00%、
P:0.050%以下、
S:0.0100%以下、
Cr:9.0〜15.0%、
Ti:0.01〜1.00%、
Al:0.800〜5.000%、
N:0.001〜0.050%を含有し、
更に、
Mo:0.01〜3.00%、
Sn:0.01〜3.00%、
Cu:0.01〜3.00%、
B:0.0001〜0.0100%、
Nb:0.001〜1.000%、
W:0.001〜1.000%、
V:0.001〜1.000%、
Sb:0.001〜0.100%、
Co:0.001〜0.500%、
Ca:0.0001〜0.0050%、
Mg:0.0001〜0.0050%、
Zr:0.0001〜0.0300%、
Ga:0.0001〜0.0100%、
Ta:0.001〜0.050%、
REM:0.001〜0.100%
の1種または2種以上を含有し、
残部がFeおよび不純物であり、かつ上記Si量、Ti量及びAl量(質量%)が、2Al+Si−10Ti≧0を満たすことを特徴とするステンレス鋼。 - さらに質量%で、
Ni:0.01〜3.00%、を含有することを特徴とする請求項1に記載のステンレス鋼。 - 0.2%耐力が250MPa以上、引張強度が400MPa以上であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のステンレス鋼。
- 全伸びが27%以上、平均r値が1.0以上であることを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか一項に記載のステンレス鋼。
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