JP6877532B2 - 二相ステンレス鋼およびその製造方法 - Google Patents
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Description
そこで、本発明は、合金元素節減型二相ステンレス鋼においてSUS329J1以上の耐食性を有し、汽水や海水に近い塩化物イオン濃度が高い環境でも優れた耐食性を有することを課題とする。
この試験方法により、二相ステンレス鋼母材試験片およびそれに溶接を模擬した熱サイクルを付与した試験片で、それぞれのCPTを測定した。
CPT計算値=2.86(Cr+3.3(Mo+0.5W)+16N−Mn)−45(℃) (式1)
なる関係におよそ従い、誤差は、あっても5〜10℃程度であることが分かった(図1。図1中の点は、各種ステンレス鋼による実測値を示す。)。
(1)
質量%で、
C:0.001〜0.03%、
Si:0.05〜1.5%、
Mn:0.1〜2.0%未満、
Cr:20.0〜26.0%、
Ni:2.0〜7.0%、
Mo:0.5〜3.0%、
N:0.10〜0.25%、
Nb:0.005〜0.10%、および
Al:0.003〜0.05%を含有し、
さらに、
W:0.01〜1%、
Co:0.01〜1.0%、
Cu:0.01〜2.0%、
V:0.01〜0.3%、
Ti:0.001〜0.03%、および
B:0.0001〜0.0050%、のうち1種または2種以上を含有し、
残部がFeおよび不可避的不純物であり、
不純物として
O:0.006%以下、
P:0.05%以下、
S:0.003%以下、に制限した鋼であり、
前記鋼の
抽出残渣中のCr量:[Cr]が0.005〜0.050%、
抽出残渣中のNb量:[Nb]が0.001〜0.080%であって、
[Nb]/[Cr]比率が0.2以上であることを特徴とする二相ステンレス鋼。
(2)
質量%で、
C:0.001〜0.03%、
Si:0.05〜1.5%、
Mn:0.1〜2.0%未満、
Cr:20.0〜26.0%、
Ni:2.0〜7.0%、
Mo:0.5〜3.0%、
N:0.10〜0.25%、
Nb:0.005〜0.10%、
Al:0.003〜0.05%、
Ca:0.0005〜0.005%、および
Mg:0.0001〜0.003%、を含有し、
さらに、
W:0.01%〜1%、
Co:0.01〜1.0%、
Cu:0.01〜2.0%、
V:0.01〜0.3%、
Ti:0.001〜0.03%、
B:0.0001〜0.0050%、および
REM:0.005〜0.10%のうち1種または2種以上を含有し、
残部がFeおよび不可避的不純物であり、
不純物としての
O:0.006%以下、
P:0.05%以下、
S:0.003%以下、に制限した鋼であり、
前記鋼の
抽出残渣中のCr量:[Cr]が0.005〜0.050%、
抽出残渣中のNb量:[Nb]が0.001〜0.080%であって、
[Nb]/[Cr]比率が0.2以上であることを特徴とする二相ステンレス鋼。
(3)
孔食発生温度(℃)が式1で得られるCPT計算値以上の値であることを特徴とする(1)または(2)に記載の二相ステンレス鋼。
CPT計算値=2.86(Cr+3.3(Mo+0.5W)+16N−Mn)−45(℃) (式1)
(4)
質量%で、
C:0.001〜0.03%、
Si:0.05〜1.5%、
Mn:0.1〜2.0%未満、
Cr:20.0〜26.0%、
Ni:2.0〜7.0%、
Mo:0.5〜3.0%、
N:0.10〜0.25%、
Nb:0.005〜0.10%、および
Al:0.003〜0.05%を含有し、
さらに、
W:0.01%〜1%、
Co:0.01〜1.0%、
Cu:0.01〜2.0%、
V:0.01〜0.3%、
Ti:0.001〜0.03%、
B:0.0001〜0.0050%、
Ca:0.0005〜0.005%、
Mg:0.0001〜0.003%、および
REM:0.005〜0.10%のうち1種または2種以上を含有し、
残部がFeおよび不可避的不純物であり、
不純物として
O:0.006%以下、
P:0.05%以下、
S:0.003%以下、に制限した鋼を
940〜1150℃の温度域の温度に加熱し、
その後、前記鋼の温度が1080℃〜800℃の間の温度になるまで平均冷却速度5℃/s未満で冷却し、その後前記鋼の温度で800℃から600℃までの平均冷却速度が3℃/s以上になるように冷却することを特徴とする二相ステンレス鋼の製造方法。
一方、ステンレス鋼のC量を低減するコストの観点から0.001%を下限とする。
一方、1.5%を超えて添加すると靱性が劣化する。そのため、1.5%以下にする。好ましくは1.2%以下、さらに好ましくは1.0%以下にするとよい。
一方、Mnはステンレス鋼の耐食性を低下する元素でありので、Mnを2.0%未満にするとよい。好ましくは1.8%以下、さらに好ましくは1.5%以下にするとよい。
一方で、Crを、26.0%を超えて含有させるとフェライト相分率が増加し靭性および溶接部の耐食性を阻害する。このためCrの含有量を26.0%以下とした。好ましくは25.0%以下、さらに好ましくは24.5%以下にするとよい。
一方、Niは高価な合金であり、省合金型二相ステンレス鋼を対象とした本発明鋼ではコストの観点より7.0%以下の含有量に制限する。好ましくは6.5%以下、さらに好ましくは6.0%以下にするとよい。
一方、Moは高価であるとともに、金属間化合物析出を促進する元素であり、本発明鋼では熱間圧延時の析出を抑制する観点と経済的観点からMo含有量は少ない方がよいので3.0%以下とする。好ましくは2.5%未満、さらに好ましくは2.0%以下、より好ましくは1.5%以下にするとよい。
一方、固溶限度はCr含有量に応じて高くなるが、本発明鋼においては0.25%超含有させるとCr窒化物を析出して靭性および耐食性を阻害するようになる。そのため、N含有量を0.25%以下とした。好ましくは0.23%以下、さらに好ましくは0.20%以下にするとよい。
一方、Nbが0.10%を越えて含有させるとNbの窒化物が多量に析出し、靱性を阻害するようになることから、その含有量を0.10%以下と定めた。好ましくは0.090%以下、さらに好ましくは0.085%以下、より好ましくは0.080%以下にするとよい。
なお、Nbは高価な元素であるが、品位の低いスクラップに含有されるNbを積極的に利用することで、ステンレス溶解原料コストを安価にすることができる。このような方法により、Nb含有鋼の溶解コストの低減を図ることが好ましい。
一方、AlはNとの親和力が比較的大きな元素であり、過剰に添加するとAlの窒化物を生じてステンレス鋼の靭性を阻害する。その程度はN含有量にも依存するが、Alが0.05%を超えると靭性低下が著しくなるためその含有量を0.05%以下にするとよい。好ましくは0.04%以下、より好ましくは0.035%以下にするとよい。
一方、CaおよびMgは、いずれも過剰な添加は逆に熱間加工性および靭性を低下するため、Caについては0.0050%以下、Mgについては0.0030%以下に含有量を制御するとよい。好ましくはCaを0.0040%以下、Mgを0.0025%以下、さらに好ましくはCaを0.0035%以下、Mgを0.0020%以下にするとよい。
ここでREMはLaやCe等のランタノイド系希土類元素の含有量の総和とする。
本発明に係る二相ステンレス鋼は微量のNb含有により、NbとCrを含有する炭窒化物が析出する鋼になっている。この鋼に各種の固溶化熱処理を加えた状態の製品の耐食性、靱性等の特性は、抽出残渣である鋼中の炭窒化物中に含まれるNbとCrの量(以下、それぞれ[Nb]、[Cr]で示す。)およびその比([Nb]/[Cr])によって影響される。
一方、非常に多量の[Nb]を含有させると鋼の靱性を損なうようになるため、[Nb]は0.080%以下にするとよい。好ましくは0.050%以下にするとよい。
ステンレス鋼の固溶化熱処理は、クロム炭窒化物を固溶させる目的で実施される。したがって、高い温度で鋼材を均熱し、急冷することが常法である。ところが、本発明者らの研究により、クロム炭窒化物を完全に固溶させない方が二相ステンレス鋼の耐食性改善に繋がるという知見を得た。
これらのことから鋼中のCr窒化物を一定量維持することができ、Cr欠乏相も低減されるため、耐食性が改善される。
PRE=Cr+3.3Mo+16N
の式で表現される場合が多い。
さらにMnとWの影響を考慮して、
PREW、Mn=Cr+3.3(Mo+0.5W)+16N−Mn
の式が提案されている(非特許文献1)。本発明者らは、このPREW、Mnを用いて、各種ステンレス鋼とCPTとの相関を研究した結果、
CPT計算値(℃)=2.86(Cr+3.3(Mo+0.5W)+16N−Mn)−45(℃) (式1)
なる関係におよそ従うことを導いた。発明者らの実験では、各種ステンレス鋼の実際の孔食発生温度(CPT)とCPT計算値との誤差は、あっても5〜10℃程度であることが明らかになった(図1)。
ただし、式1を含む上記式中のCr、Mo、W、N、Mnは、それぞれの元素の含有量(質量%)を示す。
孔食発生温度(℃)≧2.86(Cr+3.3(Mo+0.5W)+16N−Mn)−45(℃)
ただし、上記式中のCr、Mo、W、N、Mnは、それぞれの元素の含有量(質量%)を示す。
・各種条件で鋼を固溶化熱処理する。
・冷却後の鋼材表層より2x15x50mmの試料を機械加工により切り出す。
・試料全面を#600湿式研磨する。
・非水溶液中(3%マレイン酸+1%テトラメチルアンモニウムクロライド+残部メタノール)で電解(100mV定電圧)してマトリックスを溶解する。
・0.2μm穴径のフィルターで残渣(=析出物)を濾過し、析出物を抽出する。
・残渣の化学組成を分析し、そのクロムおよびニオブ含有量を求める。この残渣中のクロムおよびニオブ含有量を[Cr]、[Nb]とし、その比[Nb]/[Cr]を求めた。
Claims (3)
- 質量%で、
C:0.001〜0.03%、
Si:0.05〜1.5%、
Mn:0.1〜2.0%未満、
Cr:20.0〜26.0%、
Ni:2.0〜7.0%、
Mo:0.5〜3.0%、
N:0.10〜0.25%、
Nb:0.005〜0.10%、および
Al:0.003〜0.05%を含有し、
さらに、
W:0.01〜1%、
Co:0.01〜1.0%、
Cu:0.01〜2.0%、
V:0.01〜0.3%、
Ti:0.001〜0.03%、および
B:0.0001〜0.0050%、のうち1種または2種以上を含有し、
残部がFeおよび不可避的不純物であり、
不純物として
O:0.006%以下、
P:0.05%以下、
S:0.003%以下、に制限した鋼であり、
前記鋼の
抽出残渣中のCr量:[Cr]が0.005〜0.050%、
抽出残渣中のNb量:[Nb]が0.001〜0.080%であって、
[Nb]/[Cr]比率が0.2以上であり、
孔食発生温度(℃)が式1で得られるCPT計算値以上の値であることを特徴とする二相ステンレス鋼。
CPT計算値=2.86(Cr+3.3(Mo+0.5W)+16N−Mn)−45(℃) (式1)
ただし、式1中のCr、Mo、W、N、Mnは、それぞれの元素の含有量(質量%)を示す。
- 質量%で、
C:0.001〜0.03%、
Si:0.05〜1.5%、
Mn:0.1〜2.0%未満、
Cr:20.0〜26.0%、
Ni:2.0〜7.0%、
Mo:0.5〜3.0%、
N:0.10〜0.25%、
Nb:0.005〜0.10%、
Al:0.003〜0.05%、
Ca:0.0005〜0.005%、および
Mg:0.0001〜0.003%、を含有し、
さらに、
W:0.01%〜1%、
Co:0.01〜1.0%、
Cu:0.01〜2.0%、
V:0.01〜0.3%、
Ti:0.001〜0.03%、
B:0.0001〜0.0050%、および
REM:0.005〜0.10%のうち1種または2種以上を含有し、
残部がFeおよび不可避的不純物であり、
不純物としての
O:0.006%以下、
P:0.05%以下、
S:0.003%以下、に制限した鋼であり、
前記鋼の
抽出残渣中のCr量:[Cr]が0.005〜0.050%、
抽出残渣中のNb量:[Nb]が0.001〜0.080%であって、
[Nb]/[Cr]比率が0.2以上であり、
孔食発生温度(℃)が式1で得られるCPT計算値以上の値であることを特徴とする二相ステンレス鋼。
CPT計算値=2.86(Cr+3.3(Mo+0.5W)+16N−Mn)−45(℃) (式1)
ただし、式1中のCr、Mo、W、N、Mnは、それぞれの元素の含有量(質量%)を示す。
- 質量%で、
C:0.001〜0.03%以下、
Si:0.05〜1.5%、
Mn:0.1〜2.0%未満、
Cr:20.0〜26.0%、
Ni:2.0〜7.0%、
Mo:0.5〜3.0%、
N:0.10〜0.25%、
Nb:0.005〜0.10%、および
Al:0.003〜0.05%を含有し、
さらに、
W:0.01%〜1%、
Co:0.01〜1.0%、
Cu:0.01〜2.0%、
V:0.01〜0.3%、
Ti:0.001〜0.03%、
B:0.0001〜0.0050%、
Ca:0.0005〜0.005%、
Mg:0.0001〜0.003%、および
REM:0.005〜0.10%のうち1種または2種以上を含有し、
残部がFeおよび不可避的不純物よりなり、
不純物として
O:0.006%以下、
P:0.05%以下、
S:0.003%以下、に制限した鋼を
940〜1150℃の温度域の温度に加熱し、
その後、前記鋼の温度が1080℃〜800℃の間の温度になるまで平均冷却速度5℃/s未満で冷却し、その後前記鋼の温度で800℃から600℃までの平均冷却速度が3℃/s以上になるように冷却することを特徴とする請求項1または2に記載の二相ステンレス鋼の製造方法。
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