JPH03291358A - 靭性と熱間加工性に優れた二相ステンレス鋼およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は連続鋳造スラブ（以下ＣＣスラブという）を直
接に製品形状とするような厳しい熱間加工においても熱
間加工底の発生が少なく、かつその加工製品の靭性が極
めて良好な二相ステンレス鋼およびその製造法に関する
。

〔従来の技術〕

Ｃｒを多量に含有する二相ステンレス鋼は塩化物による
孔食、隙間腐食ならびに応力腐食に対して強い抵抗性を
備えているため、海水を利用した熱交換器を始め、化学
製造機器、油井用配管材料等としての用途が益々拡大中
である。

フェライト−オーステナイトの混合組織より成る二相ス
テンレス鋼は、一般にオーステナイトステンレス鋼と比
べて降伏強度が高い反面、靭性がやや劣るといった特徴
を有している。二相ステンレス鋼の靭性はフェライト相
の構成比率か高いほど低下することが知られており、実
用的な二相ステンレス鋼はフェライト相を５０％前後含
有していることがらオーステナイトステンレス鋼より靭
性が劣ることは必然的だと考えられている。また二相ス
テンレス鋼の加工製品、例えば鋼板では圧延方向に平行
に伝播するような衝撃割れに対する抵抗性が小さいとい
った靭性の異方性が存在する。

鋼板を素材とした電縫鋼管とＵＯ鋼管やシームレス鋼管
等のパイプ製品でも、主たる加工方向に平行に割れが伝
播する場合の靭性値が低くなるがちといった問題点を有
している。

またこの二相ステンレス鋼は一般に高温での変形能が劣
るという欠点があり、鋼板や鋼管等を製造するために熱
間加工を施すと表面疵や耳割れ等を発生し易く従って健
全な加工製品を得ることが非常に難しい材料でもあった
。

このため従来から二相ステンレス鋼の靭性、ないしは高
温変形能を改善すべく種々の方法が提案されているが、
たとえば次のような手段が提案され、相応の効果が得ら
れるとの報告がなされている。

（Ａ）ＡＩ！を適正量添加するとともに、Ｔｉ、Ｎｂ。

Ｖ等を適正範囲に限定することにより低温靭性の向上を
はかったもの（特開昭６１−１９７６４号）。

（Ｂ）鋼中のＯおよびＳを低減することにより熱間加工
性の改善を狙ったもので、この場合必要に応じて希土類
元素を添加して鋼溶製時の脱酸および脱硫をさらに強化
する（特公昭５７−１５６６０号）。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、かかる従来の方法は必ずしも二相ステンレス鋼
の熱間加工性と靭性との両者を十分改善する方法とはな
っていない。

たとえば、前記（Ａ）方法ではある程度の改善された靭
性が得られるもののオーステナイトステンレス鋼に準す
る靭性を得ることは不可能である。

また（Ｂ）方法に係るＳ、０の低減方法はステンレス鋼
の精錬方法として現在では定着しているアルゴン−酸素
脱炭法（以下ＡＯＤという）や真空−酸素脱炭法（以下
ＶＯＤという）の手法に基づいたものであって、高Ｃｒ
低Ｎｉをその成分特徴とする二相ステンレス鋼を通常の
操業条件で精錬して到達し得るＯの最低レベルはａｏｐ
ｐｍ程度、Ｓの最低レベルは１０ｐｐｍ弱であり（極く
まれに０：２５ｐｐｉ＋、　Ｓ　：　５ｐｐｍとなる場
合もあった）、コノ程度のＳ、０レベルではその製造法
にインゴット法を適用するという条件の下ではある程度
の熱間加工性改善効果はあるとしても、ＣＣスラブを直
接製品形状とするような厳しい熱間加工を施した場合に
は依然表面疵や耳割れの発生を防止できなかった。一方
、前記水準の０．Ｓ含有量において、その含有量の低下
によって若干の靭性の向上がみられるものの格段の向上
は見られず、著しく良好な靭性を有する二相ステンレス
鋼は未だ存在しないというのが実状であった。

したがって、本発明の課題は、オーステナイトステンレ
ス鋼に準するような優れた靭性を有し、かつＣＣスラブ
のような鋳込み組織のままの鋼を直接熱間加工しても表
面疵や耳割れの発生が著しく少ない二相ステンレス鋼を
得ること、およびその二相ステンレス鋼を良好に得るに
適した方法を開発することにある。

〔課題を解決するための手段〕

（１）既知の基礎的事実と発明の完成に至る過程。

二相ステンレス鋼の靭性はフェライト相の構成比率の増
大によって低下すること、またフェライト相の比率が２
０〜１００％の範囲ではフェライト相の比率の低下とと
もに熱間加工性が劣化することが知られている。これは
フェライト相がオーステナイト相に比べて靭性が劣るこ
とおよびフェライト相が少ないと高温においてオーステ
ナイト相よりも軟らかいフェライト相に加工歪が集中し
て割れが発生し易くなることのためである。

従来よりＳ、Ｏを低減する方法としてＣａＯＣａ　Ｆ２
−Ａ　１２’ｓ系のスラグを用いた精錬が有効であるこ
とが知られているが、二相ステンレス鋼においてＳ、０
をそれぞれ５ｐｐｍ、　３０ｐｐｍ以下に低減しその靭
性と熱間加工性を詳細に調査した前例はない。

本発明者はＣａＯるつぼとＣａＯ−ＣａＦｚＡ　ｌ　２
０３系の高塩基スラグを用いて実験室的に極低Ｏ１Ｓの
二相ステンレス鋼を溶製し、熱間圧延、焼鈍、シャルピ
ー衝撃試験を行った結果以下の新しい知見を得た。

（ａ）　Ｏ含有量を２０１）１１１未満かつＳを３ｐｐ
ａ＋以下に低減すると低温靭性が急激に向上する゛（第
１図参照）。

（ｂ）Ｏ，Ｓを上記含有量に低減するためにはＳｏｌ、
　Ａｌで０．０１％の添加が最低必要であ゛す、０．０
５％を超えて含有させると靭性を劣化させる。

（Ｃ）　Ｓを３ｐｐｍ以下に低減すると熱間圧延で耳割
れが発生しない。

また高Ｃｒ低Ｎｉをその成分的特徴とする二相ステンレ
ス鋼において上記の極低Ｏ１Ｓの鋼の実生産規模での溶
製は不可能視されており、従来は実際に溶製されたこと
はなかったが、 （ｄｌ　Ａ　ＯＤまたはＶＯＤの還元期でｌを主とする
脱酸剤で還元し仕上げ精錬期においてＣａＯ−ＣａＦｚ
−Ａ１２ｏｓ系の高塩基スラグを形成させて少なくとも
１回以上の精錬を行うことにより、上記成分組成の二相
ステンレス鋼を得ることが可能である。

本発明は上記知見を総合して得られたものである。

実際に上記精錬方法を３０ＴｏｎＶＯＤにおいて本発明
に係る二相ステンレス鋼に適用したところ０　：　２０
ｐｐｍ未満、Ｓ：３ｐｐａ＋以下のものが得られ、常法
にしたがってＣＣスラブに鋳込んで熱間圧延し、得られ
た鋼板の靭性を測定したところ、優れた熱間加工性と靭
性を示したとことろから、上記製造方法が有効であるこ
とを知見した。

ＡＯＤにおいては攪拌力がＶＯＤよりも優れており、Ｖ
ＯＤ以上の脱酸脱硫が可能であることから、上記方法は
ＡＯＤにおいてもそのまま適用できる。

（２）課題を解決するための手段 すなわち、上記課題は、重量がＣｒ：２０〜３０％。

Ｎｉ：３〜１２％、　Ｍｏ　：　０．２〜５．０Ｘを含
む二相ステンレス鋼において、Ｓｏｌ、　Ａ　Ｉ！を０
．０１％以上０．０５％以下とし、かつそのＯ含有量を
０．００２０％未満、Ｓ含有量を０．０００３％以下に
低減すること、およびＡＯＤまたはＶＯＤを用いて二相
ステンレス鋼を溶製する工程において、その還元期でＡ
Ｉ！を主とする脱酸剤により還元をおこないその仕上げ
精錬期でＣａ　ＯＣａ　Ｆ　ｙ　　Ａ　Ｉ！　２０　ｓ
系の高塩基度スラグを用いた精錬を少なくとも１回以上
繰り返すことにより上記の成分組成に調整することで解
決でき、もって靭性と熱間加工性に優れた二相ステンレ
ス鋼を得ることができる。

〔作用〕

次に本発明に係る成分規定を主題としながら説明する。

（ａｌｃｒ Ｃｒは鋼の一般耐食性を向上させる重要な元素であり、
二相ステンレス鋼に求められる所望の耐食性を確保する
には２０％以上の含有量を確保することが必要である。

一方３０ＣＸを超えてＣｒを含有させると加工性、溶接
性が劣化するようになることから、Ｃｒ含有量は２０〜
３０％と定めた。

（ｂｌＮｉ Ｎｉは鋼の機械的性質、加工性および一般耐食性を向上
させるとともに、鋼の組織をフェライト−オーステナイ
トの二相組織とするために不可欠な成分であるがその含
有量が３％未満では上記効果が見られず、一方１２％を
超えて含有させてもコストに見合うだけの特性改善効果
が得られないことから、Ｎｉ含有量は３〜１２％と定め
た。

（ｃｌＭ。

ＭＯは鋼の局部耐食性を著しく向上させる作用を有して
いるので、二相ステンレス鋼のような耐食性を目的とし
た合金ではＣｒとともに添加して耐食性のさらなる改善
を図るが、０．５％未満の添加では上記効果が発揮され
ず、５Ｎを超えて含有させるとコスト上昇に見合うだけ
の効果が確保できないばかりか高温でσ相の析出を促進
して、耐食性・靭性に悪い影響を及ぼすことが懸念され
るため、Ｍｏ含有率を０．５〜５％と定めた。

（ｄ）Ｓｏｌ、　Ａ　Ｉ Ａ１は脱酸のために必ず添加する元素であるが、Ｓｏｌ
、　Ａ　１としての含有量が０．０１％未満であると、
仕上精錬期でＣａ　ＯＣａ　Ｆ　２　　Ａ　１２　Ｏｓ
系の高塩基度スラグを用いたとしても、Ｏ，Ｓ＠宵量を
それぞれ２０ｐｐｍ、　３ｐ１）ｆｉｌ以下に低減する
ことができず本発明の目的とする優れた靭性および熱間
加工性を付与することができない。一方Ｓｏ１．　Ａ　
１を０６０５％を超え含有させると逆に靭性の低下をも
たらすようになることからＡｌ含有量をＳｏｌ、　Ａ　
ｌにて０．０１〜０．０５％と定めた。

（ｅ）０およびＳ Ｏは一般に鋼の靭性を害する元素、Ｓは鋼の熱間加工性
を害する元素として知られていたが、第１図にも示した
ように二相ステンレス鋼において従来経験されなかった
Ｏが０．００２０％未満かつＳが０、０００３％以下の
領域にまで低減することにより低温靭性が飛躍的に向上
することおよび熱間加工性の改善が顕著なことにより、
０含有量を０．００２０％未満、Ｓ含有量を０．０００
３％以下と定めた。

上述のように本発明はＣｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、　ＡＩ！。

０およびＳ含有量が上記条件を満足するすべてのフエラ
イトーオーステナイト二相ステンレス鋼を対象とするも
のであるが、参考までに含有され得るその他の主要成分
について略記する。

ｌ Ｃはできるだけ少ない方が好ましい。Ｃ含有量が０．０
４％を超えると炭化物が粒界に析出し易くなり、耐粒界
腐食性が劣化する。

一ミュ」口Ｊ１Ｍ」− ３ｉおよびＭｎはいずれも鋼の溶製時に脱酸剤として使
用される元素であり、工業的な生産では通常２．０％以
下の添加が望ましい。

■ Ｎは溶接部及び母材部の耐孔食性や靭性を高めるために
通常０．０８％以上添加される。しかしその含有量が０
．３％を超えると鋼塊にブローホールを発生させるので
注意を要する。

− Ｐは耐食性および熱間加工性を劣化させる元素でありそ
の含有量は０．０３５％以下に規制することが望ましい
。

Ωｌ Ｃａは鋼の熱間加工性を向上させるために添加される場
合があるが一方で耐食性、靭性を劣化させる傾向を有す
るため５０ｐｐｍを超える添加は好ましくない。

旦 Ｂは鋼の熱間加工性を向上させるために添加される場合
があるが一方で粒界に炭窒化物を生成しやすいし、耐食
性を劣化する傾向を有するので、４０ｐｐｍ未満に規制
することが好ましい。

この他二相ステンレス鋼では各種耐食性の向上を図る意
味からＣｕ、Ｖ、Ｗ、Ｔｉ等が添加されることが前記し
た本発明の靭性、熱間加工性改善効果はこのような二相
ステンレス鋼においてもそのまま維持される。

次に二相ステンレス鋼の製造工程について規定した理由
を述べる。ＡＯＤまたはＶＯＤによるステンレス鋼の精
錬工程は通常脱炭精錬期、還元期、仕上精錬期に区分さ
れる。脱炭期では酸素吹錬することによりＣの低減とＣ
ｒの酸化が進行する。

還元期では生成したＣｒの酸化物を還元するが、還元剤
としては通常Ｓｉが用いられることが多く、その結果ス
ラグ中にＳ　ｉ　Ｏ２が多量に発生する。この場合、ス
ラグの量を適度に減らしてＣａＯ等を添加してＣａ　Ｏ
Ｓ　ｒ　０２系のスラグを形成させ、仕上精錬が行われ
る。

還元剤をＡＩを主とすると規定したのは仕上精錬期でス
ラグ中のＳ　ｉ　Ｏ２を極力低下させて脱酸、脱硫能の
高いＣａＯ−ＣａＦ２−Ａ／２０ｉ系の高塩基度スラグ
を形成させるた、めおよび仕上精錬期においてＡＡを鋼
中に残存させ脱酸脱硫反応を高めるためである。Ａｌを
主とする還元剤とはＡｌやＦｅ−Ａｌ合金等を指す。ま
たそのような仕上精錬をおこなうためには還元後のスラ
グを極力取り除くことが望ましい。このためには還元後
のスラグを除滓後ＣａＯを添加してもう１度除滓しその
後ＣａＯ−ＣａＦ２−Ａｌ２Ｏ３系の高塩基度スラグを
形成させることも有効である。このスラグの成分として
はＣａＯ：４５〜７０％：ＣａＦ２：３〜１５％、Ａｌ
２Ｏ３：２５〜４０％、　Ｓ　＋　０２　：　１０％以
下の範囲のものが流動性がよく脱酸脱硫能も高いことか
ら望ましい。

〔実施例〕

第１表に示される成分組成の本発明鋼Ａ−Ｆ、および比
較鋼Ｇ−Ｊを、高周波誘導炉を用いてＡｒ−Ｎ２雰囲気
中で溶解し１７ｋｇの偏平鋼塊を鋳込んだ。溶解はＣａ
Ｏるつぼを用い、ＡｌとＣａＯＣａ　Ｆ　２　　Ａ　１
２０　ｓ系の高塩基度スラグを適宜用いることにより極
低レベルの酸素量、Ｓ量の調整を行った。

第１表には３０ＴｏｎＶＯＤにより精錬して得た本発明
にかかる１５０ｍｍ厚ＣＣスラブに、Ｌおよび比較鋼Ｍ
−０の組成の示した。極低Ｓ鋼のＳの成分分析は硫化水
素発生−エチレンブルー吸光光度法を用い、分析精度を
高めＯ，ｉｐｐｍの精度の分析をおこなった。

次に得られた鋼塊を切断し表面を２ｍｍ切削して厚さ４
４ｍｍ　Ｘ幅１０５ｍ１Ｘ長さ１３５ｍｍの圧延試験片
を作成した後、１２５０℃に１時間加熱してから１１５
０〜８５０℃の温度域で熱間圧延をおこない、厚さ６．
３ｍｍに仕上げた。ＣＣスラブからも同じ寸法の圧延試
験片を機械加工によって作成し、同一の熱間圧延を行っ
た。

この熱間圧延に際して発生した圧延鋼板左右の耳割れ深
さを測定し、該両側の最大耳側れ深さの和を「耳割れ深
さ」として前記第１表に併記した。

次いで、この圧延鋼板に１０５０℃×３０分水冷の熱処
理を施したのち、通常の方法に従ってハーフサイズシャ
ルピー試験片（厚さ５ｍＩＩ×幅１０ｍｍＸ長さ５５■
ｙａ、　２ｍｍ　Ｖノツチ）を圧延方向に垂直に（Ｔ一
方向、衝撃割れが圧延方向と平行に伝播する方向）採取
し、０℃及び−５０℃で各２本ずつの衝撃試験を行い、
この衝撃吸収エネルギーの各温度での平均値を衝撃値と
して第１表に併せて記した。

また比較のためにオーステナイトステンレス鋼の中でも
引張り強度が高＜　（７０ｋｇｆ／ｍ”）、二相ステン
レス鋼と同程度の耐食性を示す５ＵＳ３１６ＬＮ鋼を同
様の手法に従って鋼板としＴ方向の衝撃値を測定した。

その結果、この場合の衝撃値において、０℃で１２．３
〜１７．１ｋｇｆ−ｍ、−１００℃にて１０．１〜１４
．２ｋｇｆ−ａであったことから、二相ステンレス鋼−
５０℃での靭性改善の目安としてこの条件の一５０℃で
の衝撃値が１２ｋｇｆ−ｍを上回ることと考えた。

なお、第１表におけるフェライト比率は、焼鈍後の鋼板
よりミクロ試験片を作成し、フェライトメーターにより
測定した。

また、 ２２Ｃｒ系の二相 ステンレス鋼の引張強度は７２〜８０ｋｇｆ／ｍｍ２程
度であった。

第１表より、本発明に係る二相ステンレス鋼Ａ〜Ｆ、に
、Ｌはいずれもオーステナイト系ステンレス鋼に準する
ような優れた靭性を有しているとともに、鋳造まま材を
直接熱間圧延しても耳割れ深さが０鶴となるのに対して
、比較鋼Ｇ−Ｊ、Ｍ〜Ｏでは一５０℃での衝撃値が１２
ｋｇｆ−ｍを下回るかあるいは熱間加工性が十分でなく
て熱間圧延中に耳割れを発生していることが判る。

一方、第１図は、２２％Ｃｒ、６％Ｎｉ、３％Ｍ　ｏ　
。

０．１６％Ｎを基本成分とする二相ステンレス鋼の低温
靭性のＯ含有量による依存性を示したものである。なお
、第１表に示すように、０含有量が２０１）ｐｆｆ１未
満の鋼はＳ含有量も低減されており３ｐｐｍ以下、ＡＩ
量はＳｏｌ、　Ａ　ｆにて０．０１％以上となっている
。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、本発明によれば、極めて良好な靭
性を有しかつＣＣスラブを直接熱間加工しても熱間加工
疵の発生が著しく少ない二相ステンレス鋼を得ることが
可能で、低温度域で使用できる耐食材料としても好適で
安価な二相ステンレス鋼を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は２２Ｃｒ系二相ステンレス鋼の低温靭性のＯ含
有量による依存性を示したグラフ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量でＣｒ：２０〜３０％、Ｎｉ：３〜１２％、
   Ｍｏ：０．２〜５．０％を含む二相ステンレス鋼におい
   て、Ｓｏｌ．Ａｌを０．０１％以上０．０５％以下とし
   かつそのＯ含有量を０．００２０％未満、Ｓ含有量を０
   ．０００３％以下としたことを特徴とする靭性と熱間加
   工性に優れた二相ステンレス鋼。
2. （２）アルゴン−酸素脱炭法または真空−酸素脱炭法を
   用いて二相ステンレス鋼を溶製する工程において、その
   還元期でＡｌを主とする脱酸剤で還元を行い、仕上げ精
   錬期でＣａＯ−ＣａＦ＿２−Ａｌ＿２Ｏ＿３系の高塩基
   度スラグを用いた精錬を少なくとも１回以上繰り返すこ
   とにより請求項１記載の成分組成に調整することを特徴
   とする靭性と熱間加工性に優れた二相ステンレス鋼の製
   造方法。