JP7008873B2 - ステンレス鋼板 - Google Patents

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Description

本発明は、ステンレス鋼に関する。例えば、オーステナイト系ステンレス鋼であるＳＵＳ３０４Ｎ２－Ｘ、二相ステンレス鋼であるＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌを代替することができる。
河川構造物や産業機械、化学工業タンク等では、腐食対策としてステンレス鋼が使用される。ステンレス鋼を構造部材として用いる場合、薄肉化による軽量化等を意図して高強度の材料が求められるため、ＳＵＳ３０４にＮを含有し、さらに溶体化熱処理を省略したオーステナイト系ステンレス鋼ＳＵＳ３０４Ｎ２－Ｘが使用されることがある。
しかしＳＵＳ３０４Ｎ２－Ｘの耐食性はＳＵＳ３１６Ｌに劣るため、腐食の面から適用不可となる場合がある。耐食性を向上させる元素としてＣｒ、Ｍｏが知られているが、オーステナイト相単相とするためにこれらの元素に加えオーステナイト相形成元素であるＮｉの含有量も同時に増加させなければならず、大幅なコスト増につながる。
二相ステンレス鋼は、オーステナイト系ステンレス鋼と比較して高価なＮｉ含有量が少なく、かつ高強度とされている。しかし、溶体化熱処理を実施した二相ステンレス鋼は、ＳＵＳ３０４Ｎ２－Ｘほどの強度は得られない。また、二相ステンレス鋼の代表的な鋼種であるＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌは、熱間圧延中にσ相の析出が避けられないため、強度を得ようとして溶体化熱処理を省略すると製品にσ相が残存して耐食性や靭性が大きく劣化する。
溶体化熱処理を省略して強度を高めた二相ステンレス鋼として、特許文献１に示すステンレス鋼が提案されている。この鋼はＭｏを節減し、さらにＣｒ窒化物の析出抑制に着目している。
特開２０１２－１５３９５３号公報
河川構造物や産業機械、化学工業タンク等は、接触する流体中の塩化物イオンや酸により過酷な腐食環境となる場合がある。このような場所では、Ｃｒ量が小さく、Ｍｏを含有しないＳＵＳ３０４Ｎ２－Ｘでは所望の耐食性を確保できない。
特許文献１に開示された熱延鋼板ではＣｒ窒化物の析出抑制に着目しているが、Ｃｒ、Ｍｏの含有量の大きい二相ステンレス鋼ではσ相析出が靭性および耐食性に大きく影響する。Ｃｒ窒化物はＣｒとＮの相互作用により析出する化合物であって、Ｃｒ窒化物の析出抑制にはＮの低減とオーステナイト相形成元素（例えば、Ｎｉ、Ｍｎ）の含有が有効である。これに対して、σ相はＣｒ、Ｍｏの相互作用により析出する金属間化合物であって、しかもＮｉはσ相の析出を加速させる。また、ＭｎはＣｒ窒化物析出の抑制には有効であるものの耐食性を劣化させる元素である。したがって、Ｃｒ、Ｍｏの含有量の大きい二相ステンレス鋼では、Ｎｉ、Ｍｎなど含有元素が析出物や金属間化合物の生成ならびに耐食性に及ぼす影響は大きく異なる。即ち、特許文献１に開示された熱延鋼板は、σ相の析出による靭性劣化および耐食性劣化については考慮していないため耐食性には限界があり、さらに耐食性を強化しかつ靭性も有する鋼板が求められている。
本発明者らはこうした背景のもと、河川構造物や産業機械、化学工業タンク等の構造物に適用するに十分な耐食性を有し、さらに、ＳＵＳ３０４Ｎ２－Ｘと同等以上の強度と靭性を有するステンレス鋼板を得ることを課題とする。
本発明者らは上記課題を解決するために、耐食性を確保しつつ、かつ熱間圧延時のσ相析出が回避可能な成分の設計することにより、溶体化熱処理省略しても高い強度を有し、かつ耐食性、靭性にも優れたステンレス鋼板が得られると考えた。すなわち、σ相析出温度ＴＳについて推定式を新たに見出し、この式によりＴＳが異なる鋼材を用いて、熱間圧延の最終仕上圧延パスの入側温度ＴＦと、熱間圧延終了後の８００℃から６００℃の区間における冷却速度をそれぞれ変更し、得られた熱延鋼板について強度、衝撃特性、耐食性を評価した。
以上の実験を通じて、溶体化熱処理を省略したステンレス熱延鋼板について明示した本発明の完成に至った。
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：０．００１～０．０３０％、
Ｓｉ：０．０５～１．５０％、
Ｍｎ：０．１０～３．００％、
Ｃｒ：２２．００～２７．００％、
Ｎｉ：４．００～７．００％、
Ｍｏ：０．５０～１．９３％、
Ｗ：０～１．５０％、
Ｎ：０．１０～０．２５％、
Ｃｏ：０～１．００％、
Ｃｕ：０～３．００％、
Ｖ：０～１．００％、
Ｎｂ：０～０．２００％、
Ｔａ：０～０．２００％、
Ｔｉ：０～０．０３０％、
Ｚｒ：０～０．０５０％、
Ｈｆ：０～０．１００％、
Ｂ：０～０．００５０％、
Ａｌ：０～０．０５０％、
Ｃａ：０～０．００５０％、
Ｍｇ：０～０．００５０％、
ＲＥＭ：０～０．１００％、および
Ｓｎ：０～０．１００％を含み、
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、
式１で求められるＰＲＥＷが２５．０以上３６．０以下であり
式２で求められるσ相析出温度ＴＳ（℃）が８００℃以上、９５０℃以下であり、
０．２％耐力が４５０ＭＰａ以上、
－２０℃におけるシャルピー衝撃値が７０Ｊ／ｃｍ２以上、
５０℃で測定した孔食電位が０．４０Ｖ ｖｓ． ＳＳＥ以上
であることを特徴とするステンレス鋼板。
ＰＲＥＷ＝Ｃｒ＋３．３（Ｍｏ＋０．５Ｗ）＋１６Ｎ （式１）
ＴＳ（℃）＝４Ｃｒ＋２５Ｎｉ－１１（Ｍｏ＋Ｗ）×（Ｍｏ＋Ｗ）＋１００（Ｍｏ＋Ｗ）＋５Ｓｉ－６Ｍｎ－３０Ｎ＋５５０ （式２）
ただし、式１、式２における各元素記号は、当該元素の含有量（質量％）を示し、含有しない場合は０を代入する。
［２］
質量％で、
Ｃ：０．００１～０．０３０％、
Ｓｉ：０．０５～１．５０％、
Ｍｎ：０．１０～３．００％、
Ｃｒ：２２．００～２７．００％、
Ｎｉ：４．００～７．００％、
Ｍｏ：０．５０～２．５０％、
Ｗ：０～１．５０％、
Ｎ：０．１０～０．２５％、
Ｃｏ：０～１．００％、
Ｃｕ：０～３．００％、
Ｖ：０～１．００％、
Ｎｂ：０～０．２００％、
Ｔａ：０～０．２００％、
Ｔｉ：０～０．０３０％、
Ｚｒ：０～０．０５０％、
Ｈｆ：０～０．１００％、
Ｂ：０～０．００５０％、
Ａｌ：０～０．０５０％、
Ｃａ：０～０．００５０％、
Ｍｇ：０～０．００５０％、
ＲＥＭ：０～０．１００％、および
Ｓｎ：０～０．１００％を含み、
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、
式１で求められるＰＲＥＷが２５．０以上３６．０以下であり
式２で求められるσ相析出温度ＴＳ（℃）が８００℃以上、９３０℃以下であり、
０．２％耐力が４５０ＭＰａ以上、
－２０℃におけるシャルピー衝撃値が７０Ｊ／ｃｍ２以上、
５０℃で測定した孔食電位が０．４０Ｖ ｖｓ． ＳＳＥ以上
であることを特徴とするステンレス鋼板。
ＰＲＥＷ＝Ｃｒ＋３．３（Ｍｏ＋０．５Ｗ）＋１６Ｎ （式１）
ＴＳ（℃）＝４Ｃｒ＋２５Ｎｉ－１１（Ｍｏ＋Ｗ）×（Ｍｏ＋Ｗ）＋１００（Ｍｏ＋Ｗ）＋５Ｓｉ－６Ｍｎ－３０Ｎ＋５５０ （式２）
ただし、式１、式２における各元素記号は、当該元素の含有量（質量％）を示し、含有しない場合は０を代入する。
［３］
質量％で、
Ｃ：０．００１～０．０３０％、
Ｓｉ：０．０５～１．５０％、
Ｍｎ：０．１０～３．００％、
Ｃｒ：２２．００～２７．００％、
Ｎｉ：４．００～７．００％、
Ｍｏ：０．５０～２．５０％、
Ｗ：０～１．５０％、
Ｎ：０．１０～０．２０％、
Ｃｏ：０～１．００％、
Ｃｕ：０～３．００％、
Ｖ：０～１．００％、
Ｎｂ：０～０．２００％、
Ｔａ：０～０．２００％、
Ｔｉ：０～０．０３０％、
Ｚｒ：０～０．０５０％、
Ｈｆ：０～０．１００％、
Ｂ：０～０．００５０％、
Ａｌ：０～０．０５０％、
Ｃａ：０～０．００５０％、
Ｍｇ：０～０．００５０％、
ＲＥＭ：０～０．１００％、および
Ｓｎ：０～０．１００％を含み、
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、
式１で求められるＰＲＥＷが２５．０以上３６．０以下であり
式２で求められるσ相析出温度ＴＳ（℃）が８００℃以上、９５０℃以下であり、
０．２％耐力が４５０ＭＰａ以上、
－２０℃におけるシャルピー衝撃値が７０Ｊ／ｃｍ２以上、
５０℃で測定した孔食電位が０．４０Ｖ ｖｓ． ＳＳＥ以上
であることを特徴とするステンレス鋼板。
ＰＲＥＷ＝Ｃｒ＋３．３（Ｍｏ＋０．５Ｗ）＋１６Ｎ （式１）
ＴＳ（℃）＝４Ｃｒ＋２５Ｎｉ－１１（Ｍｏ＋Ｗ）×（Ｍｏ＋Ｗ）＋１００（Ｍｏ＋Ｗ）＋５Ｓｉ－６Ｍｎ－３０Ｎ＋５５０ （式２）
ただし、式１、式２における各元素記号は、当該元素の含有量（質量％）を示し、含有しない場合は０を代入する。
［４］
前記ステンレス鋼板における成分が、質量％で、
Ｃｏ：０．０１～１．００％、
Ｃｕ：０．０１～３．００％、
Ｖ：０．０１～１．００％、
Ｎｂ：０．００５．～０．２００％、
Ｔａ：０．００５～０．２００％、
Ｔｉ：０．００１～０．０３０％、
Ｚｒ：０．００１～０．０５０％、
Ｈｆ：０．００１～０．１００％、
Ｂ：０．０００１～０．００５０％、
Ａｌ：０．００３～０．０５０％、
Ｃａ：０．０００５～０．００５０％、
Ｍｇ：０．０００１～０．００５０％、
ＲＥＭ：０．００５～０．１００％、および
Ｓｎ：０．００５～０．１００％
うち１種または２種以上を含有する［１］～［３］のいずれか１つに記載のステンレス鋼板。
本発明により得られるステンレス鋼板は、ＳＵＳ３０４Ｎ２－Ｘと同等以上の強度と、構造材として十分な靭性を有していることに加え、ＳＵＳ３０４Ｎ２－Ｘを上回る耐食性を有する。一方で、合金コストも合理的であることから経済性も良好である。その結果、本発明に係るステンレス熱延鋼板を、河川構造物や産業機械、化学工業タンク等に用いることで、性能・コストの両面から改善がなされ、産業面、環境面に寄与するところは極めて大である。
本発明に係るステンレス鋼の成分組成の限定理由について説明する。なお本明細書において特に断りのない限り成分に関する％は質量％を表す。
Ｃは、ステンレス鋼の耐食性を確保するために、０．０３０％以下の含有量に制限する。０．０３０％を超えて含有させると熱間圧延時にＣｒ炭化物が生成して、耐食性、靭性が劣化する。一方、ステンレスのＣ量を低減するコストの観点から０．００１％を下限とする。
Ｓｉは、脱酸のため０．０５％以上含有する。好ましくは、０．２０％以上にするとよい。一方、１．５０％を超えて含有すると靱性が劣化する。そのため、１．５０％以下にする。好ましくは、１．００％以下にするとよい。
Ｍｎはオーステナイト相を増加させ、σ相析出温度を低下させる効果を有するため０．１０％以上含有するとよい。一方、Ｍｎはステンレス鋼の耐食性を低下させる元素であるので、Ｍｎを３．０％以下にするとよい。好ましくは２．５０％以下、２．００％以下、１．５０％以下、１．００％以下、０．５０％以下、０．４５％以下、０．４０％以下、または０．３５％以下にするとよい。
Ｃｒは、基本的な耐食性を確保するため２２．００％以上含有させる。好ましくは２３．００％以上、２４．００％以上、２５．００％以上、２５．１０％以上、２５．２０％以上、２５．３０％以上、２５．４０％以上、または２５．５０％以上にするとよい。一方、Ｃｒはσ相の析出を促進する元素であるので、２７．００％以下の含有量に制限する。好ましくは２６．９０％以下、２６．８０％以下、２６．７０％以下、２６．６０％以下、または２６．５０％以下にするとよい。
Ｎｉは、オーステナイト組織の形成を促進する元素であると同時にＣｒ窒化物の生成を抑制する効果があり、各種酸に対する耐食性を改善する効果がある。そのため４．００％以上含有させるとよい。好ましくは、４．５０％以上、５．００％以上、５．１０％以上、５．２０％以上、５．３０％以上、５．４０％以上、または５．５０％以上含有するとよい。一方、Ｎｉはσ相の析出を促進する元素であり、σ相が析出するとＣｒの欠乏相が形成され局所的耐食性が劣化するので、７．００％以下含有するとよい。好ましくは６．９０％以下、６．８０％以下、６．７０％以下、６．６０％以下、または６．５０％以下にするとよい。
Ｍｏは、ステンレス鋼の耐食性を高める非常に有効な元素であり、３０４Ｎ２－Ｘ以上の耐食性を付与するために０．５０％以上含有させるとよい。好ましくは１．００％以上、１．３０％以上、１．３５%以上、１．４０%以上、１．４５%以上、１．５０％以上、１．５５％以上、１．６０％以上、１．６５％以上、または１．７０％以上にするとよい。一方、Ｍｏはσ相の析出を促進する元素であり、局所的耐食性が劣化するので、２．５０％以下含有するとよい。好ましくは２．４０％以下、２．３０％以下、２．１０％以下、２．００％以下にするとよい。
Ｗは、Ｍｏと同様にステンレス鋼の耐食性を向上させる効果がある。本発明鋼において耐食性を高める目的のために１．５０％を上限として含有させるとよい。一方、高価な元素でもあるので、特に含有させなくてもよい。好ましい含有量は０．０２％以上にするとよい。
Ｎ（窒素）は、ステンレス鋼の強度、耐食性を高める有効な元素であるため、０．１０％以上含有させるとよい。好ましくは０．１５％以上にするとよい。一方、ＮはＣｒ窒化物を生成し耐食性を阻害するようになるため、その含有量を０．２５％以下とするとよい。好ましくは、０．２０％以下にするとよい。
残部はＦｅおよび不可避的不純物である。不可避的不純物とは、原料中に含まれる元素や、製造中に意図せず含有される元素などである。不純物のうちＯ、Ｐ、Ｓは、以下の理由により制限される。
Ｏ（酸素）は、不可避に混入する元素であり、ステンレス鋼の熱間加工性、靱性、耐食性を阻害する元素であるため、できるだけ少なくすることが好ましい。そのため、Ｏ含有量は０．００６％以下にするとよい。
Ｐは原料から不可避に混入する元素であり、熱間加工性および靱性を劣化させるため、できるだけ少ない方がよく、０．０５％以下に限定する。好ましくは、０．０３％以下にするとよい。
Ｓは原料から不可避に混入する元素であり、熱間加工性、靱性および耐食性をも劣化させるため、できるだけ少ない方がよく、上限を０．００３％以下にするとよい。
さらに、Ｆｅに代えて以下の元素（Ｃｏ、Ｃｕ，Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｂ、Ａｌ、Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭ、Ｓｎ）のうち１種または２種以上を含有してもよい。これらの元素は含有しなくてもよいので、含有量の範囲は０％も含む。
Ｃｏは、鋼の耐食性を高めるために有効な元素であり、含有してもよい。Ｃｏは、１．００％を超えて含有させても高価な元素であるためにコストに見合った効果が発揮されないようになるため、１．００％以下含有するとよい。好ましくは０．５０％以下含有するとよい。その効果を得るために０．０１％以上含有するとよく、好ましくは０．０３％以上含有するとよい。
Ｃｕは、ステンレス鋼の酸に対する耐食性を付加的に高める元素であるため、含有してもよい。Ｃｕを、３．０％を超えて含有させると熱間圧延後の冷却時に固溶度を超えてεＣｕが析出し脆化を発生するので３．００％以下含有するとよい。好ましくは２．００％以下含有するとよい。Ｃｕを含有する場合、その効果を得るために０．０１％以上含有するとよく、好ましくは０．２０％以上含有するとよい。
Ｖ、Ｎｂ、Ｔａは、鋼中で炭化物、窒化物を形成し、耐食性を付加的に高める元素であるため、含有してもよい。一方で多量に含有させると過剰に形成された炭化物、窒化物により靭性を阻害するようになることから、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａの含有量をそれぞれ１．００％以下、０．２００％以下、０．２００％以下にするとよい。これらの元素を含有する場合、その効果を得るためにそれぞれ０．０１％以上、０．００５％以上、０．００５％以上含有するとよい。
Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆは、鋼中で炭化物、窒化物を形成して結晶粒を微細化する元素であるため含有させてもよい。一方で多量に含有させると過剰に形成された炭化物、窒化物により靱性を阻害するようになることから、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆの含有量をそれぞれ０．０３０％以下、０．０５０％以下、０．１００％以下にするとよい。これらの元素を含有する場合、その効果を得るためにそれぞれ０．００１％以上、０．００１％以上、０．００１％以上含有するとよい。
Ｂは、鋼の熱間加工性を改善する元素であり、含有させてもよい。一方で多量に含有させるとＢの窒化物が析出して、靱性を阻害するようになる。このため、その含有量を０．００５０％以下にするとよい。Ｂを含有する場合、その効果を得るために０．０００１％以上含有するとよく、好ましくは０．０００５％以上含有するとよい。
Ａｌは、鋼の脱酸のための元素であり、含有させてもよい。一方で過剰に含有するとＡｌの窒化物を生じて靭性を阻害する。このため、その含有量を０．０５０％以下にするとよい。好ましくは０．０３０％以下にするとよい。Ａｌを含有する場合、その効果を得るために０．００３％以上にするとよく、好ましくは０．００５％以上にするとよい。
ＣａおよびＭｇは、熱間加工性を高めるため含有させてもよい。一方で過剰に含有させると逆に熱間加工性を阻害することから、ＣａおよびＭｇの含有量をそれぞれ０．００５０％以下、０．００５０％以下にするとよい。これらの元素を含有する場合、その効果を得るためにそれぞれ０．０００５％以上、 ０．０００１％以上にするとよい。
ＲＥＭは鋼の熱間加工性を改善する元素であるため含有してもよい。一方で過剰な含有は逆に熱間加工性および靭性を低下するため、ＲＥＭを含有させる場合は０．１００％以下にするとよい。ＲＥＭを含有させる場合、その効果を得るために０．００５％以上含有してもよい。ここでＲＥＭの含有量とは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。
Ｓｎは、鋼の酸に対する耐食性を高める元素であるので、含有してもよい。一方で過剰に含有すると熱間加工性を阻害する。このため、Ｓｎを含有する場合は０．１００％以下にするとよい。Ｓｎを含有する場合は、その効果を得るために０．００５％以上にするとよい。
ＰＲＥＷはステンレス鋼の耐孔食性に対する指標であって、合金元素Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｎの含有量（％）を用いて式１で算出される。ステンレス鋼のＰＲＥＷが２５．０未満であると汽水・海水環境および化学工業タンク等の塩化物イオン環境下における耐食性を発揮することができない。上限は特に限定しないが、３６．０を超えて合金元素を含有させるとコストが高くなるため、ＰＲＥＷの範囲を２５．０以上３６．０以下にするとよい。
ＰＲＥＷ＝Ｃｒ＋３．３（Ｍｏ＋０．５Ｗ）＋１６Ｎ （式１）
ただし、式１における各元素記号は、当該元素の含有量（質量％）を示し、含有しない場合は０を代入する。
河川構造物や産業機械、化学工業タンク等では塩化物イオンが腐食要因となって腐食が発生する。当該環境で十分な耐食性を確保するためには、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎ、Ｗを含有することによりＰＲＥＷの値を２５．０以上とすればよい。耐食性確保の観点から、ＰＲＥＷの下限は２６．０、２７．０、２８．０、２９．０、２９．５、３０．０、３０．５、または３１．０にするとよい。一方、ＰＲＥＷを高めるためにＣｒ、Ｍｏの含有量を過大にすると先述の通りσ相の析出を招き、Ｎの含有量を過大にすると靭性が悪化する等悪影響が現れる。これらの特性に及ぼす影響を勘案し、ＰＲＥＷの上限は３６．０とするのがよい。
一般的なステンレス鋼板（特に二相ステンレス鋼板）では熱間圧延においてσ相が析出した場合にも、その後の溶体化熱処理においてσ相を消失させている。しかし、溶体化処理により強度が低下するので、強度を確保するためには、溶体化熱処理を省略して熱間圧延時に鋼中に導入される歪みを最終製品に残存させるとよい。
σ相の析出温度は鋼の化学組成により決まり、σ相が化学平衡状態で析出しうる温度領域は熱力学計算による推定が可能である。例えば市販されているサーモカルク（Ｔｈｅｍｏｃａｌｃ（登録商標））とよばれるソフトウェアと熱力学データベース（ＦＥ－ＤＡＴＡ ｖｅｒｓｉｏｎ６など）を用いて計算できる。本発明者らは上記のソフトウェアとデータベースを用いて、σ相析出温度領域の上限値（以下、σ相析出温度といい、ＴＳで示す。）を推定する式２を得た。さらにσ相の析出を抑制して所望の特性を得るためにはＴＳが９５０℃以下であるとよい。好ましくは、ＴＳは９３０℃以下、または９１０℃以下にするとよい。ＴＳが低いほどσ相は析出しにくくなるが、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗの減少につながり耐食性が不足する。そのためＴＳの下限を８００℃にするとよい。好ましくは８２０℃以上、８３０℃以上、または８４０℃以上にするとよい。
ＴＳ（℃）＝４Ｃｒ＋２５Ｎｉ－１１（Ｍｏ＋Ｗ）×（Ｍｏ＋Ｗ）＋１００（Ｍｏ＋Ｗ）＋５Ｓｉ－６Ｍｎ－３０Ｎ＋５５０ （式２）
ただし、式２における各元素記号は、当該元素の含有量（質量％）を示し、含有しない場合は０を代入する。
なお、σ相析出温度ＴＳの推定式は以下の式２’を用いてもよい。本発明の範囲であれば、式２’も式２でも同等である。
ＴＳ（℃）＝４Ｃｒ＋２５Ｎｉ＋７１（Ｍｏ＋Ｗ）－１１．４（Ｍｏ－１．３）＊（Ｍｏ－１．３）＋５Ｓｉ－６Ｍｎ－３０Ｎ＋５６９ （式２’）
以下に熱間圧延工程について述べる。
圧延開始前の鋳片加熱温度は適宜定めればよく、例えば、１１５０～１２５０℃の範囲などであればよい。
次にパススケジュールについて、仕上げ温度ＴＦ（熱間圧延の最終パスの入口における鋼材表面温度）が高すぎて溶体化熱処理温度に近いと熱延鋼板に十分な歪みが残存せず、所望の硬さを得ることができない。一方で、ＴＦが低すぎるとσ相の析出が避けられない。ただしＴＳは化学平衡状態、すなわち無限時間鋼板を保持した場合におけるσ相析出温度の推定値であるので、実際の熱間圧延は有限時間で終了するためＴＦがＴＳを上回る必要はない。本発明で規定する成分範囲であれば式３を満足すればよい。なお、仕上げ温度以外の条件は特に限定されず、例えば、パスごとの圧下量などは圧延機の能力に応じて定めればよい。
ＴＦ－ＴＳ≧－１００ （式３）
熱間圧延後は、冷却過程におけるσ相析出を抑制するため、本発明で規定する成分範囲であれば８００℃から６００℃の区間で１℃/ｓ以上の冷却速度で冷却すればよい。冷却方法は特に限定されず、板厚に応じて水冷または空冷などを用いればよい。前述の通り、こうして得られた熱延鋼板に溶体化熱処理は実施しなくてよい。
強度は、ＳＵＳ３０４Ｎ２－Ｘと同等以上の強度、すなわち４５０ＭＰａ以上の０．２％耐力であるとよい。好ましくは４８０ＭＰａ以上であればよい。
ステンレス鋼は河川構造物としては屋外で、化学プラントでは冷却設備とともに使用されることで常温よりも低い温度下に晒されることがある。このような環境で構造部材として使用するためには低温における靭性が要求され、具体的には熱延鋼板の－２０℃におけるシャルピー衝撃値が７０Ｊ/ｃｍ２以上あればよい。
上記用途において腐食の要因となる塩化物イオンに対して十分な耐食性が要求され、具体的には熱延鋼板の５０℃における孔食電位が０．４０Ｖ ｖｓ． ＳＳＥ以上であればよい。ここで、ｖｓ． ＳＳＥは２５℃の飽和ＫＣｌ水溶液を電解質として用いる銀－塩化銀参照電極を基準とする電位であることを示す。
析出したσ相のうち、耐食性に影響を及ぼすのは熱間圧延およびその後の冷却過程で析出したものである。そこで、熱延鋼板のＣｒ抽出残渣量と、熱延鋼板に１０００～１１００℃の溶体化熱処理を行ったのち水冷して得た鋼板のＣｒ抽出残渣量の差ΔＣｒから、熱間圧延およびその後の冷却過程での析出の影響を定量化した。その結果、ΔＣｒが、鋼板中のＣｒ含有量換算で０．０１０％を超える場合に、熱延鋼板の耐食性が低下する傾向を示した。よって、好ましくはΔＣｒが０．０１０％以下であるとよい。
以下に実施例について記載する。表1に供試鋼の化学組成、ＰＲＥＷ、ＴＳを示す。鋼の成分のうち、表１に示していない成分はＦｅおよび不可避的不純物元素である。これらの鋼は真空溶解炉を用いて得たものである。表１に示した成分について、含有量が記載されていない部分は不可避的不純物レベルである。ＲＥＭはランタノイド系希土類元素を意味し、含有量はそれら元素の合計を示している。これらの真空溶解で得た鋳片を１２００℃で２時間加熱した後、熱間鍛造により所定の形状の鋼塊を得た。ここで鋼塊の形状は、仕上げ圧延後の板厚が２０ｍｍ以下のものは１１０ｍｍ幅×１５０ｍｍ長さ×６０ｍｍ厚さ、２０ｍｍを超えるものは１１０ｍｍ幅×１５０ｍｍ長さ×１００ｍｍ厚とした。
表２に鋼塊を鋼板とするために実施した熱間圧延およびその後の冷却速度の条件と、得られた熱延鋼板の０．２％耐力、シャルピー吸収エネルギー、孔食電位の値を示す。熱延鋼板の製造にあたっては、まず、上述の鍛造で得た鋼塊を１２００℃で６０分均熱した。その後、ＴＦが表２に示した温度となるよう圧下し、８００℃から６００℃の区間の冷却速度が表中に示した値となるよう冷却した。冷却方法は水冷とした。
０．２％耐力の測定方法を記す。熱間圧延後の鋼板よりＪＩＳ Ｚ２２４１：２０１１に記載の４号試験片を機械加工により切り出した。測定方法はＪＩＳ Ｚ２２４１：２０１１に準拠して実施した。
シャルピー吸収エネルギーの測定方法を記す。熱間圧延後の鋼板よりＪＩＳ Ｚ２２４２：２０１８に記載の試験片を機械加工により切り出した。ノッチ形状はＶノッチとした。鋼板の板厚が十分でなく標準試験片が採取できない場合は表２に記載の通りサブサイズ試験片を採取した。測定はＪＩＳ Ｚ２２４２：２０１８に準拠して実施した。ただし試験温度は－２０℃とした。
孔食電位の測定方法を記す。熱間圧延後の鋼板表層より１５ｍｍ幅×３０ｍｍ長さ×２ｍｍ厚の試料を機械加工により切り出し、表層から０．５ｍｍ研削した後、測定面を＃６００湿式研磨仕上げとした試験片を作製した。この試験片に、測定面の１０ｍｍ×１０ｍｍの部分を残して樹脂を塗布した。この試験片を用いて、ＪＩＳ Ｇ０５７７：２０１４の方法に従って試験を実施した。ただしＪＩＳ Ｇ０５７７：２０１４では試験温度を３０℃であるところを、５０℃とした。測定はアノード電流密度が１ｍＡ/ｃｍ２となるまで行い、孔食電位は、電流密度が１００μＡ/ｃｍ２を超えた時点の電位とした。
以上の実施例からわかるように本発明により構造部材に適した強度および靭性と優れた耐食性を有し、かつ良好な経済性を示すステンレス熱延鋼板が得られることが明確となった。
Figure 0007008873000001
Figure 0007008873000002
本発明に係るステンレス鋼板は、既存のステンレス鋼（ＳＵＳ３０４Ｎ２－ＸやＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌ）と同等以上の強度を有し、構造部材として適した靭性と耐食性を有するうえ、経済性にも優れるため河川構造物や化学プラント向けなどの、あらゆる産業用機器、構造物に利用することができる。

Claims (3)

  1. 質量％で、
    Ｃ：０．００１～０．０３０％、
    Ｓｉ：０．０５～１．５０％、
    Ｍｎ：０．１０～３．００％、
    Ｃｒ：２２．００～２７．００％、
    Ｎｉ：４．００～７．００％、
    Ｍｏ：０．５０～１．９３％、
    Ｗ：０～１．５０％、
    Ｎ：０．１０～０．２５％、
    Ｃｏ：０～１．００％、
    Ｃｕ：０～３．００％、
    Ｖ：０～１．００％、
    Ｎｂ：０～０．２００％、
    Ｔａ：０～０．２００％、
    Ｔｉ：０～０．０３０％、
    Ｚｒ：０～０．０５０％、
    Ｈｆ：０～０．１００％、
    Ｂ：０～０．００５０％、
    Ａｌ：０～０．０５０％、
    Ｃａ：０～０．００５０％、
    Ｍｇ：０～０．００５０％、
    ＲＥＭ：０～０．１００％、および
    Ｓｎ：０～０．１００％を含み、
    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、
    式１で求められるＰＲＥＷが２５．０以上３６．０以下であり
    式２で求められるσ相析出温度推定式ＴＳ（℃）が８００℃以上、９５０℃以下であり、
    ０．２％耐力が４５０ＭＰａ以上、
    －２０℃におけるシャルピー衝撃値が７０J/ｃｍ２以上、
    ５０℃で測定した孔食電位が０．４０Ｖ ｖｓ． ＳＳＥ以上
    であることを特徴とするステンレス鋼板。
    ＰＲＥＷ＝Ｃｒ＋３．３（Ｍｏ＋０．５Ｗ）＋１６Ｎ (式１)
    ＴＳ（℃）＝４Ｃｒ＋２５Ｎｉ－１１（Ｍｏ＋Ｗ）×（Ｍｏ＋Ｗ）＋１００（Ｍｏ＋Ｗ）＋５Ｓｉ－６Ｍｎ－３０Ｎ＋５５０ (式２)
    ただし、式１、式２における各元素記号は、当該元素の含有量（質量％）を示し、含有しない場合は０を代入する。
  2. 質量％で、
    Ｃ：０．００１～０．０３０％、
    Ｓｉ：０．０５～１．５０％、
    Ｍｎ：０．１０～３．００％、
    Ｃｒ：２２．００～２７．００％、
    Ｎｉ：４．００～７．００％、
    Ｍｏ：０．５０～２．５０％、
    Ｗ：０～１．５０％、
    Ｎ：０．１０～０．２５％、
    Ｃｏ：０～１．００％、
    Ｃｕ：０～３．００％、
    Ｖ：０～１．００％、
    Ｎｂ：０～０．２００％、
    Ｔａ：０～０．２００％、
    Ｔｉ：０～０．０３０％、
    Ｚｒ：０～０．０５０％、
    Ｈｆ：０～０．１００％、
    Ｂ：０～０．００５０％、
    Ａｌ：０～０．０５０％、
    Ｃａ：０～０．００５０％、
    Ｍｇ：０～０．００５０％、
    ＲＥＭ：０～０．１００％、および
    Ｓｎ：０～０．１００％を含み、
    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、
    式１で求められるＰＲＥＷが２５．０以上３６．０以下であり
    式２で求められるσ相析出温度推定式ＴＳ（℃）が８００℃以上、９３０℃以下であり、
    ０．２％耐力が４５０ＭＰａ以上、
    －２０℃におけるシャルピー衝撃値が７０J/ｃｍ２以上、
    ５０℃で測定した孔食電位が０．４０Ｖ ｖｓ． ＳＳＥ以上
    であることを特徴とするステンレス鋼板。
    ＰＲＥＷ＝Ｃｒ＋３．３（Ｍｏ＋０．５Ｗ）＋１６Ｎ (式１)
    ＴＳ（℃）＝４Ｃｒ＋２５Ｎｉ－１１（Ｍｏ＋Ｗ）×（Ｍｏ＋Ｗ）＋１００（Ｍｏ＋Ｗ）＋５Ｓｉ－６Ｍｎ－３０Ｎ＋５５０ (式２)
    ただし、式１、式２における各元素記号は、当該元素の含有量（質量％）を示し、含有しない場合は０を代入する。
  3. 前記ステンレス鋼板における成分が、質量％で、
    Ｃｏ：０．０１～１．００％、
    Ｃｕ：０．０１～３．００％、
    Ｖ：０．０１～１．００％、
    Ｎｂ：０．００５～０．２００％、
    Ｔａ：０．００５～０．２００％、
    Ｔｉ：０．００１～０．０３０％、
    Ｚｒ：０．００１～０．０５０％、
    Ｈｆ：０．００１～０．１００％、
    Ｂ：０．０００１～０．００５０％、
    Ａｌ：０．００３～０．０５０％、
    Ｃａ：０．０００５～０．００５０％、
    Ｍｇ：０．０００１～０．００５０％、
    ＲＥＭ：０．００５～０．１００％、および
    Ｓｎ：０．００５～０．１００％
    うち１種または２種以上を含有する請求項１または２に記載のステンレス鋼板。
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