JP7269467B2 - 鋼材 - Google Patents
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[1] 質量%で、
C:0.010~0.20%、
Si:0.040~0.70%、
Mn:0.20~1.00%、
Cu:0.10~1.00%、
Al:0.005~0.10%、
Cr:0.30~3.00%、
Ti:0.01~0.15%、
P:0.050%以下、
S:0.030%以下、
N:0.0015~0.0100%、及び、
O:0.0035%以下、
を含有し、残部がFe及び不純物からなり、下記式(1)で求められるBIが33.0~81.0であり、かつ下記式(2)で求められるCeqが0.180~0.370であることを特徴とする鋼材。
BI=(Cr/52)/(N/14) … 式(1)
Ceq=C+Mn/6+(Cu+Ni)/5+(Cr+Mo+V)/15 … (2)
ここで、式中、Cr、N、C、Mn、Cu、Ni、Mo、及びVは各元素の質量%に基づく含有量を示し、含有しない場合は0である。
[2] 更に、質量%で、
Mo:0.10%以下、
W:0.10%以下、
Ni:1.00%以下、
Sn:0.30%以下、
Sb:0.30%以下、
As:0.30%以下、及び、
Co:0.30%以下、
からなる群から選択される1種又は2種以上を含有することを特徴とする[1]に記載の鋼材。
[3] 更に、質量%で、
Nb:0.10%以下、
V:0.10%以下、
Zr:0.050%以下、
Ta:0.050%以下、及び、
B:0.010%以下、
からなる群から選択される1種又は2種以上を含有することを特徴とする[1]又は[2]に記載の鋼材。
[4] 更に、質量%で、
Ca:0.010%以下、
Mg:0.010%以下、及び、
REM:0.010%以下、
からなる群から選択される1種又は2種以上を含有することを特徴とする[1]~[3]の何れか1項に記載の鋼材。
Cは、強度を向上させる元素であり、0.010%以上を含有させることが必要である。好ましくはC量を0.030%以上、より好ましくは0.080%以上とする。一方、C量が0.20%を超えると炭化物が増加し、耐酸性が劣化するため、C量を0.20%以下とする。好ましくはC量を0.15%以下、より好ましくは0.10%以下とする。
Siは、脱酸及び強度の向上に寄与する元素であり、また、酸化物の形態を制御するために、0.040%以上を含有させることが必要である。好ましくはSi量を0.050%以上とし、より好ましくは0.10%以上とする。一方、0.70%を超えるSiを含有させると酸化物が増加し、耐酸性を損なうため、Si量を0.70%以下とする。好ましくはSi量を0.50%以下とする。より好ましくは、Si量を0.30%以下とする。
Mnは、強度及び靭性を向上させる元素であり、0.20%以上を含有させる。好ましくはMn量を0.30%以上、より好ましくは、0.60%以上とする。一方、1.00%を超える量のMnを含有させると、粗大なMnSが生成し、耐食性や機械特性が劣化するため、Mn量を1.00%以下とする。好ましくはMn量を0.90%以下、より好ましくは0.85%以下とする。
Cuは硫酸や塩酸に対する耐食性を顕著に発現する極めて重要な元素である。酸性環境での耐食性を確保するために、Cu量を0.10%以上とすることが必要である。好ましくはCu量を0.15%以上、より好ましくは0.20%以上とする。一方、Cu量が1.00%を超えると熱間加工性が低下し、製造性を損なうため、1.00%以下とする。好ましくはCu量を0.90%以下、より好ましくは0.80%以下とする。
Alは、脱酸剤であり、0.005%以上を含有させることが必要である。好ましくはAl量を0.015%以上、より好ましくは、Al量を0.019%以上とする。一方、Alを過剰に含有させると、介在物の増加によって、耐酸性を損なうため、Al量を0.10%以下とする。好ましくはAl量を0.050%以下とする。より好ましくは、Al量を0.040%以下とする。
CrはCuと同様に耐食性を向上させる元素である。特に、CrをCu、Tiと同時に含有させることで高温・高濃度となる酸性環境において優れた耐食性を発揮する。したがって、耐食性確保の観点から0.30%以上のCrを含有させることが必要である。好ましくはCr量を0.40%以上、より好ましくは0.50%以上とする。一方、Crを過剰に含有させると、腐食の起点となる窒化物の増加によって、耐酸性を損なうため、Cr量を3.00%以下とする。好ましくはCr量を1.60%以下、より好ましくはCr量を1.00%以下とする。
Tiは、耐食性を向上させる元素である。特に、TiをCu、Crと同時に含有させることで酸性環境においてすぐれた耐食性を発揮する。したがって、耐食性を確保するために、Ti量を0.01%以上とすることが必要である。好ましくは、Ti量を0.02%以上、より好ましくは、0.03%以上とする。一方、Tiを過剰に含有させると、腐食の起点となる窒化物の増加によって、耐酸性を損なうため、Ti量を0.15%以下とする。好ましくはTi量を0.07%以下、より好ましくはTi量を0.05%以下とする。
Pは、不純物であり、鋼材の機械特性や製造性を低下させるため、P量を0.050%以下とする。好ましくは、P量を0.025%以下、より好ましくは、0.010%以下とする。P量の下限は限定しないが、コストの観点からP量は0.001%以上であってもよい。
Sは、不純物であり、熱間加工性や鋼材の機械特性を低下させるため、S量を0.030%以下とする。好ましくは、S量を0.015%以下、より好ましくは、0.010%以下とする。S量の下限は限定せず、0%でもよい。Sは、Cuと同時に含有させると、酸性環境での耐食性を向上させることから、S量は0.001%以上であってもよい。好ましくは、S量を0.004%以上、より好ましくは、0.008%以上とする。
Nは、窒化物を形成する元素であり、Crを含有する場合、N量が過剰になると耐食性が低下することから、N量を0.0100%以下とする。好ましくはN量を0.0080%以下、より好ましくは0.0060%以下とする。一方、微細な窒化物は機械特性等の向上に有効であるため、N量を0.0015%以上とする。好ましくはN量を0.0020%以上とする。より好ましくは、N量を0.0025%以上とする。
Oは、不純物であり、酸化物を生成する元素である。酸性環境において腐食の起点となる粗大な酸化物の生成を抑制するために、O量を0.0035%以下とする。より好ましくはO量を0.0030%以下、更に好ましくは0.0025%以下とする。コストの観点から、O量は、好ましくは、0.0005%以上、より好ましくは、0.0008%以上とする。
Moは、Cu、Crと同時に含有させることにより、酸性環境での耐食性を向上させる元素である。特に、塩酸に対する耐食性を高めるために、例えば、Mo量を0.005%以上とすることができる。好ましくはMo量を0.02%以上、より好ましくは0.03%以上とする。一方、Moは高価な元素であるため、コストの観点から、Moの含有量を0.10%以下とする。より好ましくは、Mo量を0.08%以下、更に好ましくは0.05%以下とする。
Wは、Moと同様にCu、Crと同時に含有させることにより、酸性環境での耐食性を向上させる元素である。特に、塩酸に対する耐食性を高めるために、例えば、W量を0.005%以上としてもよい。好ましくはW量を0.01%以上、より好ましくは0.03%以上とする。一方、Wも高価な元素であるため、コストの観点から、Wの含有量を0.10%以下とする。より好ましくは、W量を0.08%以下、更に好ましくは0.05%以下とする。
Niは、酸性環境での耐食性を向上させる元素であり、Cuを含有する場合、Niは製造性を高める効果を発現する。Cuは、耐食性を向上させる効果が大きいが、偏析し易く、単独で含有させると鋳造後の割れを助長する場合がある。これに対して、NiはCuの偏析を軽減する作用がある。Niを含有させると、Cu偏析起因の鋳片の割れの抑制に加えて、偏析に起因する局部腐食の発生も抑制されるため、耐食性を向上させる効果が顕著に発現される。好ましくはNi量を0.02%以上とし、より好ましくは0.10%以上、更に好ましくは0.20%以上とする。一方、Niは高価な元素であるため、コストの観点から、Ni量を1.00%以下とする。より好ましくはNi量を0.80%以下とする。
Snは、酸性環境での耐食性を向上させる元素であり、例えば、0.01%以上を含有させてもよい。好ましくはSn量を0.02%以上、より好ましくはSn量を0.05%以上とする。一方、Snを過剰に含有させると熱間加工性が低下するので、Sn量を0.30%以下とする。より好ましくはSn量を0.20%以下とする。
Sbは、Cuと同時に含有させると耐酸性を向上させる元素であり、酸性環境での耐食性を向上させるため、例えば、0.010%以上を含有させることができる。好ましくはSb量を0.050%以上、より好ましくは0.080%以上とする。一方、Sb量が0.30%を超えると熱間加工性が低下するので、Sb量を0.30%以下とする。より好ましくは、Sb量を0.15%以下とする。
Asは、Sb、Snに比べて効果は顕著ではないが、酸性環境での耐食性の向上に有効な元素であり、例えば、0.01%以上を含有させてもよい。好ましくはAs量を0.02%以上、より好ましくはAs量を0.05%以上とする。一方、Asを過剰に含有させると熱間加工性が低下するので、As量を0.30%以下とする。より好ましくはAs量を0.20%以下、更に好ましくは0.10%以下とする。
Coは、Sb、Snに比べて効果は顕著ではないが、酸性環境での耐食性を向上させる元素であり、例えば、0.01%以上を含有させてもよい。好ましくはCo量を0.02%以上、より好ましくはCo量を0.05%以上とする。一方、Coを過剰に含有させると経済性が低下するので、Co量を0.30%以下とする。より好ましくはCo量を0.20%以下、更に好ましくは0.10%以下とする。
Nbは、Tiと同様に、窒化物を形成する元素であり、結晶粒の微細化や強度の向上を目的として、例えば、0.001%以上を含有させてもよい。好ましくはNb量を0.003%以上とし、より好ましくは0.005%とする。一方、0.10%超のNbを含有させると、機械特性が劣化することがあるため、Nb量を0.10%以下とする。より好ましくはNb量を0.050%以下、更に好ましくは0.030%以下、より一層好ましくは0.020%以下とする。
Vは、Ti、Nbと同様、窒化物を形成する元素であり、主に、析出強化による強度の改善のために含有させてもよい。析出強化の効果を得るためには、V量を0.001%以上とすることが好ましい。より好ましくは、V量を0.003%以上とする。一方、0.10%超のVを含有させると、機械特性が劣化することがあるため、V量を0.10%以下とする。より好ましくはV量を0.050%以下、更に好ましくは0.030%以下、より一層好ましくは0.020%以下とする。
Zrは、Ti、Nb、Vと同様、窒化物を形成する元素であり、主に、析出強化による強度の改善のために含有させることができる。析出強化の効果を得るために、Zr量を0.005%以上とすることが好ましい。より好ましくは、Zr量を0.010%以上とする。一方、Zrは高価な元素であり、また、0.050%超のZrを含有させると、機械特性が劣化することがあるため、Zr量を0.050%以下とする。より好ましくはZr量を0.040%以下、更に好ましくは0.030%以下、より一層好ましくは0.020%以下とする。
Taは、強度の向上に寄与する元素であり、例えば、0.001%以上を含有させてもよい。また、メカニズムは必ずしも明らかでないが、Taは耐食性の向上にも寄与することがわかった。そのため、好ましくはTa量を0.005%以上とする。より好ましくは、Ta量を0.010%以上とする。一方、Taを過剰に含有させるとコストが上昇するため、Ta量を0.050%以下とする。より好ましくはTa量を0.040%以下、更に好ましくは0.030%以下、より一層好ましくは0.020%以下とする。
Bは、焼入性を向上させ、強度を高める元素である。焼入性向上による強度向上効果を得るためには、B量を0.0003%以上にすることが好ましい。より好ましくはB量を0.0005%以上とする。一方、0.010%を超えるBを含有させても、効果が飽和し、母材、HAZ(heat affected zone:溶接熱影響部)の靭性が低下する場合があるため、B量を0.010%以下とする。より好ましくはB量を0.0050%以下、更に好ましくは0.0030%以下、より一層好ましくは0.0020%以下とする。
Caは、主に硫化物の形態の制御に用いられる元素であり、また、微細な酸化物を形成させるために、例えば、0.0005%以上を含有させてもよい。好ましくはCa量を0.001%以上、より好ましくは0.002%以上とする。一方、0.010%を超えるCaを含有させると機械特性が損なわれる場合があるため、Ca量を0.010%以下とする。より好ましくはCa量を0.005%以下とする。
Mgは、微細な酸化物を形成させるために、例えば、0.0001%以上を含有させてもよい。好ましくはMg量を0.0003%以上、より好ましくは0.0005%以上とする。一方、製造コストの観点から、Mg量を0.010%以下とする。より好ましくはMg量を0.005%以下、更に好ましくは0.003%以下とする。
REM(希土類元素)は、主に脱酸に用いられる元素であり、微細な酸化物を形成させるために、例えば、0.0001%以上を含有させてもよい。好ましくはREM量を0.0003%以上、より好ましくは0.0005%以上とする。一方、製造コストの観点から、REM量を0.010%以下とする。より好ましくはREM量を0.005%以下、更に好ましくは0.003%以下とする。
耐酸性腐食指数BIは、下記式(1)に示されるように、Cr原子の数とN原子の数の比である。即ち、Cr/52、N/14は、それぞれ、Cr、Nの含有量を各元素の質量数で除した項である。耐酸性腐食指数BIは、鋼材表面で腐食起点となりやすい窒化物を抑制するために重要である。Crは、耐酸性の向上に有効であるものの、含有量が過剰であると腐食の起点となる窒化物を形成しやすくなるため、耐酸性を顕著に向上させるには、耐酸性腐食指数BIを81.0以下にすることが必要である。好ましくはBIを64.0以下、より好ましくは55.0以下、更に好ましくは51.0以下とする。一方、Crが不足すると、耐酸性の向上の効果が不十分になるため、耐酸性腐食指数BIを33.0以上にすることが必要である。好ましくはBIを36.0以上、より好ましくは40.0以上とする。
Ceqは、硬さの上昇による溶接性の劣化を示す指標であり、溶接性を確保するために、0.370以下、好ましくは0.360以下、より好ましくは0.355以下とする。一方。Ceqが低すぎると機械特性が不十分になるため、0.180以上、好ましくは0.250以上、より好ましくは0.330以上とする。Ceqは、下記式(2)に示される指標である。
Claims (4)
- 質量%で、
C:0.010~0.20%、
Si:0.040~0.70%、
Mn:0.20~1.00%、
Cu:0.18~1.00%、
Al:0.005~0.10%、
Cr:0.30~3.00%、
Ti:0.01~0.15%、
P:0.050%以下、
S:0.030%以下、
N:0.0015~0.0100%、及び、
O:0.0035%以下、
を含有し、残部がFe及び不純物からなり、下記式(1)で求められるBIが33.0~81.0であり、かつ下記式(2)で求められるCeqが0.230~0.370であることを特徴とする、鋼材。
BI=(Cr/52)/(N/14) … 式(1)
Ceq=C+Mn/6+(Cu+Ni)/5+(Cr+Mo+V)/15 … (2)
ここで、式中、Cr、N、C、Mn、Cu、Ni、Mo、及びVは各元素の質量%に基づく含有量を示し、含有しない場合は0である。 - Ti含有量が0.020~0.15%、
S含有量が0.006~0.030%であり、
更に、質量%で、
Mo:0.10%以下、
W:0.10%以下、
Ni:1.00%以下、
Sn:0.30%以下、
Sb:0.30%以下、
As:0.30%以下、及び、
Co:0.30%以下、
からなる群から選択される1種又は2種以上を含有することを特徴とする、請求項1に記載の鋼材。 - Ti含有量が0.015~0.15%であり、
更に、質量%で、
Nb:0.10%以下、
V:0.10%以下、
Zr:0.050%以下、
Ta:0.050%以下、及び、
B:0.010%以下、
からなる群から選択される1種又は2種以上を含有することを特徴とする、請求項1又は2に記載の鋼材。 - Ti含有量が0.015~0.15%、
BIが33.3~81.0であり、
更に、質量%で、
Ca:0.010%以下、
Mg:0.010%以下、及び、
REM:0.010%以下、
からなる群から選択される1種又は2種以上を含有することを特徴とする請求項1~3の何れか1項に記載の鋼材。
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