JP7433111B2 - 二相系ステンレス鋼板 - Google Patents
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Description
[1]
質量%で、
C:0.100%以下、
Si:0.01~5.0%、
Mn:0.01~8.00%、
P:0.100%以下、
S:0.05%以下、
Ni:1.00~10.0%、
Cr:20.00~30.0%、および、
N:0.05~0.80%、
を含有し、残部はFeおよび不純物からなり、
表面における圧延方向に直交する方向の、オーステナイト相群の幅Wγに対するフェライト相群の幅Wαの比RFが、0.1超0.5以下または2.0以上である、二相系ステンレス鋼板。
[2]
Feの一部に代えて、質量%で、
Al:0.001~0.3%、
Ca:0.001~0.3%、
B:0.0001~0.1%、
Cu:0.1~5.0%、
Mo:0.1~5.0%、
Ti:0.001~0.40%、
Nb:0.001~0.40%、
Sn:0.001~0.5%、
V:0.001~0.5%、
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Ta:0.001~0.5%、
Ga:0.001~0.5%、および、
Sb:0.001~0.5%、より選択される1種以上を含有する、[1]に記載の二相系ステンレス鋼板。
<二相系ステンレス鋼>
<二相系ステンレス鋼の製造方法>
本実施形態に係る二相系ステンレス鋼は、質量%で、C:0.100%以下、Si:0.01~5.0%、Mn:0.01~8.00%、P:0.100%以下、S:0.05%以下、Ni:1.00~10.0%、Cr:20.00~30.0%、および、N:0.05~0.80%、を含有し、残部はFeおよび不純物からなり、表面における圧延方向に直交する方向の、オーステナイト相群の幅Wγに対するフェライト相群の幅Wαの比RFが、0.1超0.5以下または2.0以上である。
以下に、本実施形態に係る二相系ステンレス鋼について詳細に説明する。
まず、本実施形態に係る二相系ステンレス鋼の化学成分について説明する。なお、成分を示す%は質量%を意味する。
Cは、ステンレス鋼の耐食性を確保するため、0.100%以下の含有量に制限する。Cが0.100%を超えて含有すると、Cr炭化物が過剰に生成して、耐食性が劣化する。Cr炭化物の生成抑制の観点からは、C含有量は、好ましくは0.08%以下である。C含有量の下限は特に限定しないが、好ましくは0.05%以上である。
Siは、脱酸剤、脱硫剤として作用する。上記効果を得るため、Si含有量は、0.01%以上とする。Si含有量は、好ましくは0.1%以上である。一方で、Si含有量が5.0%を超えるとσ相の析出が促進される。そのため、Si含有量は、5.0%以下とする。Si含有量は、好ましくは4.0%以下であり、より好ましくは1.0%以下である。
Mnは、オーステナイト安定化元素である。また、Mnは、脱酸剤として作用する。脱酸剤としての効果を得、かつ、ステンレス鋼の組織を二相組織にするため、Mn含有量は、0.01%以上とする。Mn含有量は、好ましくは0.1%以上であり、より好ましくは1.0%以上である。一方、Mn含有量が、8.00%を超えると耐食性が劣化する。そのため、Mn含有量は、8.00%以下とする。Mn含有量は、好ましくは5.0%以下であり、より好ましくは3.5%以下である。
Pは、ステンレス鋼中に不可避的に含有される元素である。Pは、加工性や溶接性を劣化させ、また、耐酸化性、耐食性をも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含有量を0.100%以下とする。P含有量は、好ましくは0.05%以下であり、より好ましくは0.04%以下である。下限は特に限定しないが、コストの観点から、P含有量は、好ましくは0.005%以上である。
Niは、腐食が生じた際の腐食進展を抑制する効果と、二相組織にするためのオーステナイト安定化元素としての効果を有する。これらの効果を得るために、Ni含有量は1.00%以上とする。Ni含有量が1.00%未満であると、十分な耐食性が得られず、更に組織がフェライト単相となる。Ni含有量は、好ましくは1.5%以上であり、より好ましくは2.00%以上である。一方で、Ni含有量が10.0%を超えると、腐食抑制効果が飽和するとともに、組織がオーステナイト単相となる。またNiの使用量が増加してステンレス鋼が高価格となる。そのため、Ni含有量は、10.0%以下とする。Ni含有量は、好ましくは8.0%以下であり、より好ましくは6.0%以下である。
Crは、耐食性および耐酸化性を向上させる。そのため、Cr含有量は、20.00%以上とする。Cr含有量は、好ましくは20.5%以上であり、より好ましくは21.0%以上である。一方、Cr含有量が30.0%を超えると、σ相の析出量が多くなり、耐食性および熱間製造性が劣化する。そのため、Cr含有量は、30.0%以下とする。Cr含有量は、好ましくは28.00%以下であり、より好ましくは26.0%以下である。
Nは、耐食性を向上させる。また、Nは、オーステナイト安定化元素としての効果を有する。上記効果を得るために、N含有量は0.05%以上とする。N含有量は、好ましくは0.08%以上であり、より好ましくは0.12%以上である。一方で、Nが過剰に含有すると、耐粒界腐食性や加工性を低下させ、耐酸化性及び耐食性をも低下させる。そのため、N含有量は、0.80%以下とする。N含有量は、好ましくは0.30%以下であり、より好ましくは0.20%以下である。
Alは脱酸効果を有する元素である。Alによる脱酸効果を安定して得るためには、Al含有量は、0.001%以上であることが好ましい。Al含有量は、より好ましくは、0.01%以上である。一方、Alは、多量に存在すると加工性を劣化させる。そのため、Al含有量は、好ましくは、0.3%以下である。Al含有量は、より好ましくは、0.05%以下である。
Caは、熱間加工性を改善する元素である。Caによる熱間加工性改善効果を安定して得るためには、Ca含有量は、0.001%以上であることが好ましい。一方、Caが過剰に存在すると、かえって熱間加工性が低下する。そのため、Ca含有量は、0.3%以下であることが好ましい。Ca含有量は、より好ましくは0.01%以下である。
Bは、熱間加工性を改善する元素である。Bによる熱間加工性改善効果を安定して得るためには、B含有量は、0.0001%以上であることが好ましい。一方、Bが過剰に存在すると、かえって熱間加工性が低下する。そのため、B含有量は、0.1%以下であることが好ましい。B含有量は、より好ましくは0.01%以下である。
Cuは、腐食が生じた際の腐食進展を抑制する効果を有する、Cuによる腐食進展抑制効果を得るために、Cu含有量は0.1%以上であることが好ましい。Cu含有量は、より好ましくは0.15%以上である。一方で、Cuが過剰に存在すると、鋳造時に割れが生じる場合がある。そのため、Cu含有量は、5.0%以下であることが好ましい。Cu含有量は、より好ましくは3.0%以下である。
Moは、耐食性を向上させる。Moによる耐食性向上効果を安定して得るためには、Mo含有量は、0.1%以上であることが好ましい。Mo含有量は、より好ましくは0.2%以上である。一方、Moが過剰に存在すると熱間加工時にσ相が析出しやすくなる。そのため、Mo含有量は、5.0%以下であることが好ましい。Mo含有量は、より好ましくは4.0%以下である。
TiはC、Nを固定してCr炭化物析出による鋭敏化を防ぎ、耐食性を向上させる元素である。そのため、Ti含有量は、0.001%以上であることが好ましい。Ti含有量は、より好ましくは0.002%以上である。一方、Tiを過剰に含有させても効果は飽和する。そのため、Ti含有量は、0.40%以下であることが好ましい。Ti含有量は、より好ましくは0.2%以下である。
NbはC、Nを固定してCr炭化物析出による鋭敏化を防ぎ、耐食性を向上させる元素である。そのため、Nb含有量は、0.001%以上であることが好ましい。Nb含有量は、より好ましくは0.01%以上である。一方、Nbを過剰に含有させても効果は飽和する。そのため、Nb含有量は、0.40%以下であることが好ましい。Nb含有量は、より好ましくは0.2%以下である。
Snは、微量の含有で耐食性を向上させるのに有用な元素である。Snによる耐食性向上効果を安定して得るためには、Sn含有量は、0.001%以上であることが好ましい。Sn含有量は、より好ましくは0.003%以上である。一方、Sn含有量が0.5%を超えるとコスト増が顕在化すると共に加工性も低下することがある。そのため、Sn含有量は、0.5%以下であることが好ましい。Sn含有量は、より好ましくは0.1%以下である。
Vは、耐食性、特に耐すき間腐食性を改善する。Vによる耐食性改善効果を安定して得るためには、V含有量は、0.001%以上であることが好ましい。V含有量は、より好ましくは0.05%以上である。一方、Vが過剰に存在ると、加工性を低下させることがあり、また、耐食性向上効果も飽和する。そのため、V含有量は、0.5%以下であることが好ましい。V含有量は、より好ましくは0.2%以下である。
Wは、耐食性、特に耐すき間腐食性を改善する。Wによる耐食性改善効果を安定して得るためには、W含有量は、0.001%以上であることが好ましい。W含有量は、より好ましくは0.005%以上である。一方、Wが過剰に存在すると、加工性を低下させることがあり、また、耐食性向上効果も飽和する。そのため、W含有量は、0.5%以下であることが好ましい。W含有量は、より好ましくは0.2%以下である。
Zrは、耐食性を向上させる元素である。Zrによる耐食性向上効果を安定して得るためには、Zr含有量は、0.001%以上であることが好ましい。Zr含有量は、より好ましくは0.01%以上である。一方、Zrが過剰に存在すると、加工性が劣化することがある。そのため、Zr含有量は、好ましくは0.5%以下である。Zr含有量は、より好ましくは0.2%以下である。
Coは、オーステナイト相の生成を促進し、フェライト相の粗大化を抑制する。Coによる上記効果を安定して得るためには、Co含有量は、0.001%以上であることが好ましい。Co含有量は、より好ましくは、0.01%以上である。一方、Coが過剰に存在すると、高質化することがあるため、Co含有量は、0.5%以下であることが好ましい。Co含有量は、より好ましくは、0.2%以下である。
Mgは、熱間加工性を改善する元素である。Mgによる熱間加工性改善効果を安定して得るためには、Mg含有量は、0.001%以上であることが好ましい。一方、Mgが過剰に存在すると、かえって熱間加工性が低下する。そのため、Mg含有量は、0.5%以下であることが好ましい。Mg含有量は、より好ましくは0.2%以下である。
Hfは、耐食性を向上させる元素である。Hfによる上記効果を安定して得るためには、Hf含有量は、0.001%以上であることが好ましい。Hf含有量は、より好ましくは、0.05%以上である。一方、Hfが過剰に含有されると、加工性が低下することがある。そのため、Hf含有量は、0.5%以下であることが好ましい。Hf含有量は、より好ましくは0.2%以下である。
REMは、熱間加工性を改善する元素である。REMによる熱間加工性改善効果を安定して得るためには、Mg含有量は、0.001%以上であることが好ましい。一方、REMが過剰に存在すると、かえって熱間加工性が低下する。そのため、REM含有量は、0.5%以下であることが好ましい。REM含有量は、より好ましくは0.2%以下である。
なお、REM(希土類元素)は、Sc、Y、およびLaからLuまでの15元素(ランタノイド)であり、REMは、上記の元素から選択される1種以上である。2種類以上の元素がREMとして含有される場合、REM含有量とは、含有される元素の合計量を言う。
Taは介在物の改質により耐食性を向上させる元素である。Taによる上記効果を安定して得るためには、Ta含有量は、0.001%以上であることが好ましい。Ta含有量は、より好ましくは0.05%以上である。一方、過剰なTaの含有は、常温での延性の低下や靭性の低下を招く場合がある。このため、Ta含有量は、0.5%以下であることが好ましい。Ta含有量は、より好ましくは、0.2%以下である。
Gaは耐食性および加工性向上に寄与する元素である。Gaによる上記効果を安定して得るためには、Ga含有量は、0.001%以上であることが好ましい。Ga含有量は、より好ましくは0.05%以上である。一方、Ga含有量が0.5%超では、上記効果が飽和し、コスト増に繋がるのみである。そのため、Ga含有量は、0.5%以下であることが好ましい。Ga含有量は、より好ましくは0.2%以下である。
Sbは、微量の含有で耐食性を向上させるのに有用な元素である。Sbによる耐食性向上効果を安定して得るためには、Sb含有量は、0.001%以上であることが好ましい。Sb含有量は、より好ましくは0.05%以上である。一方、Sb含有量が0.5%を超えるとコスト増が顕在化すると共に加工性も低下することがある。そのため、Sb含有量は、0.5%以下であることが好ましい。Sb含有量は、より好ましくは0.2%以下である。
本実施形態に係る二相系ステンレス鋼は、表面における圧延方向に直交する方向の、オーステナイト相群の幅Wγに対するフェライト相群の幅Wαの比RF(=Wα/Wγ)が、0.1超0.5以下または2.0以上である。なお、以下では、表面における圧延方向に直交する方向の、オーステナイト相群の幅Wγに対するフェライト相群の幅Wαの比RFを、単に、幅比RFと呼称することがある。
また、幅比RF(=Wα/Wγ)が、2.0以上であると、フェライト相群の幅Wαに対してオーステナイト相群の幅Wγが小さく、オーステナイト相群は、目視では認識されにくい。その結果、二相系ステンレス鋼は、外観上のむらが認識されず、外観上の美麗なものとなる。幅比RFが大きいほど、フェライト相群の幅Wαに対してオーステナイト相群の幅Wγが小さいため、外観上のむらとして認識されにくくなる。そのため、幅比RFの上限は特段制限されないが、幅比RFは、例えば、3.0以下であってもよいし、2.5以下であってもよい。
本実施形態に係る二相系ステンレス鋼の製造方法は、製鋼工程、熱間圧延工程、熱延後焼鈍工程、熱延板酸洗工程、冷間圧延工程、冷延後焼鈍工程、冷延板酸洗工程、および表面処理工程を含む。表面処理工程以外の工程については、製造条件は特段制限されず、公知の方法を適用することができる。
表面調整工程では、ステンレス素材の表面にショットブラスト処理を施し、その後焼鈍処理を施す。
ショットブラスト粒の投射密度は、例えば、20~50個/mm2とすることができる。また、投射エネルギーは、0.1~100μJとすることができる。ここでいう投射エネルギーは、ショットブラスト装置で設定されたエネルギー(投射直後のエネルギー)である。また、ショットブラスト装置のノズル先端からステンレス素材までの距離は、10~200cmとすることができる。上記条件でショットブラスト処理をステンレス素材に施すと、変形を防止しつつ、ステンレス素材の表面に転位を導入することができる。
焼鈍雰囲気は、例えば、窒素雰囲気、または、窒素雰囲気以外の不活性雰囲気もしくは真空雰囲気である。窒素雰囲気にて焼鈍することにより、ステンレス素材表面の組織の回復、再結晶とともに、雰囲気中のNがステンレス素材表面のオーステナイト相を安定化させ、オーステナイト相が増大する。窒素雰囲気において、例えば、1020~1080℃で、40~100秒、焼鈍することで、幅比RFが0.1超0.5以下となる。
また、窒素雰囲気以外の不活性雰囲気もしくは真空雰囲気にて焼鈍することにより、ステンレス素材表面の組織の回復、再結晶するとともに、ステンレス素材表面のNが除去されるため、オーステナイト相の増大が抑制され、相対的にフェライト相が増大する。その結果、幅比RFが2.0以上となる。
ここまで、本実施形態に係る二相系ステンレス鋼の製造方法の一例を説明した。
表1~8に製造条件および評価結果を示す。
Claims (2)
- 質量%で、
C:0.100%以下、
Si:0.01~5.0%、
Mn:0.01~8.00%、
P:0.100%以下、
S:0.05%以下、
Ni:1.00~10.0%、
Cr:20.00~30.0%、および、
N:0.05~0.80%、
を含有し、残部はFeおよび不純物からなり、
表面における圧延方向に直交する方向の、オーステナイト相群の幅Wγに対するフェライト相群の幅Wαの比RFが、0.1超0.5以下または2.0以上である、二相系ステンレス鋼板。 - Feの一部に代えて、質量%で、
Al:0.001~0.3%、
Ca:0.001~0.3%、
B:0.0001~0.1%、
Cu:0.1~5.0%、
Mo:0.1~5.0%、
Ti:0.001~0.40%、
Nb:0.001~0.40%、
Sn:0.001~0.5%、
V:0.001~0.5%、
W:0.001~0.5%、
Zr:0.001~0.5%、
Co:0.001~0.5%、
Mg:0.001~0.5%、
Hf:0.001~0.5%、
REM:0.001~0.5%、
Ta:0.001~0.5%、
Ga:0.001~0.5%、および、
Sb:0.001~0.5%、より選択される1種以上を含有する、請求項1に記載の二相系ステンレス鋼板。
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