JPH0390536A - 高強度非磁性ステンレス鋼 - Google Patents

高強度非磁性ステンレス鋼

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JPH0390536A
JPH0390536A JP22558589A JP22558589A JPH0390536A JP H0390536 A JPH0390536 A JP H0390536A JP 22558589 A JP22558589 A JP 22558589A JP 22558589 A JP22558589 A JP 22558589A JP H0390536 A JPH0390536 A JP H0390536A
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JP
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less
stainless steel
magnetic stainless
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JP22558589A
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Yoshimitsu Ota
太田 好光
Seiya Wada
和田 征也
Shunichiro Akiyama
秋山 俊一郎
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Nippon Stainless Steel Co Ltd
Original Assignee
Nippon Stainless Steel Co Ltd
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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〉 この発明は、高い強度と優れた加工性を備えた非磁性ス
テンレス鋼に関するものである。
〈従来技術とその課題〉 現在、ステンレス鋼は、良好な耐食性を有すると共にN
i合金やTi材等に比べて安価な材料であることから各
種分野にわたる広い用途を誇っているが、強度、特に比
強度の面ではTi或いはTi合金に一歩譲る点があり、
これを重視する分野、例えば航空機産業等への需要拡大
に大きな障害となっていた。
もっとも、これまでにも、冷間加工によりマルテンサイ
ド変態を起こさせて高強度を確保する所謂“準安定ステ
ンレス鋼(例えば5US301鋼)′や、焼入れ後のマ
ルテンサイトに析出硬化を組み合わせて高強度を確保す
る所謂“pHステンレス鋼”等が開発されはしたが、こ
れらは何れも磁性を有していて非磁性材料にはなり得す
、その用途が制限されざるを得ないものであった。
なお、非磁性で高強度が達成できる材料としてオーステ
ナイト地にγ′を析出させた“インコネル718(商品
名〉“等のNi基合金が知られているが、Niをベース
とするこれら合金は高価であるため、やはり工業的に汎
用性のある材料とは言えなかった。
このような状況を背景に、最近、N(窒素)添加による
ステンレス鋼の高強度化が試みられ、例えばSUS30
4Ng等の材料が開発されたが、これらの材料には実際
に0.5%(以降、成分割合を表わす%は重量%とする
)を超えてNを含有させたものが見当たらず、従って何
れも強度の点で不十分なものであった。これは、ステン
レス鋼中にむやみに多量のNを添加すると窒化物を固溶
させてオーステナイト単相にするための熱処理温度が高
くなり過ぎるほか、加工性の面でも多大な不利を招き、
所望材料の工業的な生産が甚だ困難となるからであった
そこで、本発明の目的は、非磁性であって0.2Z耐力
が180kgf/−以上と言う高強度を有し、しかも熱
間加工性を始めとする加工性の良好なコストの安いステ
ンレス鋼を提供することに置かれた。
〈課題を解決するための手段〉 本発明者等は、上記目的を達成すべく数多くの実験を繰
り返しながら研究を重ねた結果、「非磁性を維持しなが
らステンレス鋼の強度を顕著に高めるにはNの添加が最
も効果的かつ経済的であり、ステンレス鋼の化学組成さ
え工夫・調整すれば工業的に可能な1250℃以下での
多量のNの固溶や十分な加工性の確保が可能である」と
の知見を得るに至った。
本発明は、°上記知見等に基づいてなされたものであり
、 「ステンレス鋼を、 C:0.2%以下、    Si : 0.2〜2.0
%。
Mn:4〜15%、      S : 0.01%以
下。
、Si:0%、     Ni:5〜15%。
N:0.5〜1.5% を含有するか、或いは更に Ca : 0.001〜0.02%、  Mg : 0
.001〜0.02%Mo:5%以下、     Cu
:3%以下。
W:5%以下、    ■:2%以下。
Cr:15〜40%以下、     A1:0.1%以
下の1種以上をも含み、残部がFe及び不可避不純物か
ら成る成分組成に構成することによって、非磁性で、し
かも高い強度と優れた加工性とを備えしめた点」 に特徴を有している。
以下、本発明に係るステンレス鋼において、各成分の含
有量割合を前記の如くに数値限定した理由をその作用と
共に説明する。
〈作用〉 a)  C 成る程度のCはNと共にオーステナイトの強化に寄与す
るが、その含有量が0.2%を超えると窒化物の固溶が
困難となることから、C含有量の上限を0.2%と定め
た。
b) 5t Siは脱酸剤として不可欠な成分である上、オーステナ
イトの強化にも寄与するが、その含有量が0.2%未満
では十分な脱酸効果が得られず、一方、2.0%を超え
て含有させると窒化物の固溶温度上昇作用が顕著となる
ばかりか、フェライトを生成させる要因ともなることか
ら、Si含有量は0.2〜2.0%と限定した。
c) Mn Mnも脱酸作用を有する元素であるが、更に重要な点は
オーステナイト形成元素であることとNの固溶度上昇に
極めて有効に働くことである。しかし、Mn含有量が4
%未満では前記作用に所望の効果が得られず、一方、1
5%を超えて含有させると熱間加工性が著しく低下して
熱延不能となることから、Mn含有量は4〜15%と限
定した。
d)  S Sは鋼の熱間加工性を劣化させる主因であることから低
ければ低いほど好ましい不純物元素であるが、経済的な
配慮と、Ca或いは独の添加による固定が成る程度可能
であることから、S含有量の上限を0.01%と定めた
6) Cr Crはステンレス鋼の耐食性を支える主要な元素であり
、5US304なみの耐食性の維持と、Nの固溶度を上
げ、窒化物固溶化温度を低減させるためには不可欠な成
分である。但し、その含有量が15%未満では所望の添
加効果が得られず、一方、40%を超えて含有させると
熱間加工が困難となることから、Cr含有量は15〜4
0%と定めた。
f) Ni Niはオーステナイト形成元素として不可欠であり、こ
の観点から5%以上の添加が必要であるが、反面、その
含有量が15%を超えるとNの固溶度を低下させる作用
が顕著化することから、Ni含有量は5〜15%と定め
た。
g) Ca+ 及びMg Ca及びMgは鋼の熱間加工性を劣化させるSの弊害を
低減するために不可欠な成分であるので、何れか1種又
は2種の添加がなされるが、その含有量が各々0.00
1%未満では熱間加工性改善効果が十分でなく、一方、
各々0.02%を超えて含有させると逆に熱間加工性の
低下を招くようになることから、それぞれの含有量を0
.001〜0.02%と限定した。
h) N Nはオーステナイト形成と強化のために不可欠な成分で
あるが、その含有量が0.5%未満であると所望の高強
度化(0,2χ耐カニ 180kgf/ma1以上)が
達成できず、一方、1.5%を超えて含有させた場合に
は本発明で規定する化学組成鋼においても窒化物が完全
に固溶されないで、機械的性質(伸び、冷延性、冷間加
工性等)の点で不利となるばかりか、熱間加工も困難に
なる。従って、N含有量は0.5〜1.5%と定めた。
なお、高濃度でNを含有させる手段として“高圧溶解法
”が効果的であることは言うまでもない。
i)門o、 Cu及びW これらの元素にはステンレス鋼の耐食性を向上させる作
用があるため必要により何れか1種又は2種の添加がな
されるが、その含有量限定理由を各々の元素が有するそ
の他の作用と共に詳述する。
O Moは窒化物固溶温度を低減させる元素でもあるが、一
方でフェライト形成元素でもあることから、Mo含有量
は5%以下と定めた。
Cu Cuはオーステナイト形成元素であり、Niのような大
幅な窒素固溶度の低下を示さないことからオーステナイ
ト相確保のためにも有効な成分であるが、3%を超えて
含有させると熱間加工性の低下を招くようになることか
ら、Cu含有量は3%以下と定めた。
Wは窒化物固溶温度に余り影響を与えない成分であるが
、一方ではフェライト形成元素でもあることから、W含
有量は5%以下と定めた。
j)V、及びNb これらは何れもN溶解度を高める作用があるため必要に
より1種又は2種の添加がなされるが、固溶不可能な窒
化物も形威しやすく、また多量に添加するとフェライト
を生じるようになることから、■及びNbの含有量は何
れも2%以下と定めた。
k) An A1は、CaやMgによるSの固定或いは脱硫等の際の
予備脱酸のために必要に応じて用いられ、CaやMg添
加時の歩留向上に効果を発揮する。しかし、多量に添加
した場合には固溶不可能なAINが生成して熱間加工性
、冷間加工性、耐食性等に悪影響を及ぼすことから、必
要に応じて添加されるAIの含有量は0.1%以下と定
めた。
次に、本発明の効果を実施例によって更に具体的に説明
する。
〈実施例〉 まず、第1表に示した成分組成の各鋼を溶製し、これら
について0.2χ耐力、窒化物固溶温度(窒化物をオー
ステナイト中に固溶させるために必要な最低温度)、透
磁率並びに熱間加工性を調査した。
なお、0.22耐力は、熱間加工材を窒化物固溶温度以
上で焼鈍し、70%の冷間加工を加えた後、600℃に
4分間保持してから空冷すると言う条件の熱処理を施し
た試験片にて測定した。ただ、窒化物固溶焼鈍後も、鋼
種9.19.21.22.28の試験片ではバナジウム
窒化物が、鋼種10.20.22゜26の試験片ではニ
オブ窒化物がそれぞれ残存していることを確認した。
また、透磁率は低透磁率針によって測定した。
そして、熱間加工性は、鋳塊より8重口中の試験片を作
威し、1250℃に20秒保持してから冷却速度:10
℃/秒で1050℃まで冷却し、1050℃に到達した
瞬間に歪速度(1) :1.7s−’で引張試験を実施
して判定した。
これらの結果を第1表に併せて示す。なお、熱間加工性
については ○・・・断面収縮率二80%以上。
△・・・断面収縮率:50%以上80%未満×・・・断
面収縮率:50%未満 で表示した。
第1表に示される結果からも明らかなように、本発明に
係るステンレス鋼は何れも非磁性であって窒化物固溶温
度も低く 、0.2χ耐カニ 180kgf/−以上と
言う優れた強度と良好な熱間加工性を備えているのに対
して、成分組成が本発明で規定する条件から外れている
比較鋼では、強度、磁気特性、加工性、製造の容易性等
、実用上不可欠な特性の何れかが十分でないことが分か
る。
〈効果の総括〉 以上に説明した如く、本発明によれば、強度並びに加工
性の優れた非磁性ステンレス鋼を容易かつ安価に提供す
ることが可能となるなど、産業上極めて有用な効果がも
たらされる。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)重量割合にて C:0.2%以下、Si:0.2〜2.0%、Mn:4
    〜15%、S:0.01%以下、 Cr:15〜40%、Ni:5〜15%、 N:0.5〜1.5% を含有すると共に、 Ca:0.001〜0.02%、Mg:0.001〜0
    .02%の1種以上をも含み、残部がFe及び不可避不
    純物から成ることを特徴とする高強度非磁性ステンレス
    鋼。
  2. (2)重量割合にて C:0.2%以下、Si:0.2〜2.0%、Mn:4
    〜15%、S:0.01%以下、 Cr:15〜40%、Ni:5〜15%、 N:0.5〜1.5% を含有すると共に、 Ca:0.001〜0.02%、Mg:0.001〜0
    .02%の1種以上、並びに Mo:5%以下、Cu:3%以下、 W:5%以下 の1種以上をも含み、残部がFe及び不可避不純物から
    成ることを特徴とする高強度非磁性ステンレス鋼。
  3. (3)重量割合にて C:0.2%以下、Si:0.2〜2.0%、Mn:4
    〜15%、S:0.01%以下、 Cr:15〜40%、Ni:5〜15%、 N:0.5〜1.5% を含有すると共に、 Ca:0.001〜0.02%、Mg:0.001〜0
    .02%の1種以上、並びに V:2%以下、Nb:2%以下 の1種以上をも含み、残部がFe及び不可避不純物から
    成ることを特徴とする高強度非磁性ステンレス鋼。
  4. (4)重量割合にて C:0.2%以下、Si:0.2〜2.0%、Mn:4
    〜15%、S:0.01%以下、 Cr:15〜40%、Ni:5〜15%、 N:0.5〜1.5% を含有すると共に、 Ca:0.001〜0.02%、Mg:0.001〜0
    .02%の1種以上、及び Mo:5%以下、Cu:3%以下、 W:5%以下 の1種以上、並びに V:2%以下、Nb:2%以下 の1種以上をも含み、残部がFe及び不可避不純物から
    成ることを特徴とする高強度非磁性ステンレス鋼。
  5. (5)重量割合にて C:0.2%以下、Si:0.2〜2.0%、Mn:4
    〜15%、S:0.01%以下、 Cr:15〜40%、Ni:5〜15%、 N:0.5〜1.5%、Al:0.1%以下を含有する
    と共に、 Ca:0.001〜0.02%、Mg:0.001〜0
    .02%の1種以上をも含み、残部がFe及び不可避不
    純物から成ることを特徴とする高強度非磁性ステンレス
    鋼。
  6. (6)重量割合にて C:0.2%以下、Si:0.2〜2.0%、Mn:4
    〜15%、S:0.01%以下、 Cr:15〜40%、Ni:5〜15%、 N:0.5〜1.5%、Al:0.1%以下を含有する
    と共に、 Ca:0.001〜0.02%、Mg:0.001〜0
    .02%の1種以上、並びに Mo:5%以下、Cu:3%以下、 W:5%以下 の1種以上をも含み、残部がFe及び不可避不純物から
    成ることを特徴とする高強度非磁性ステンレス鋼。
  7. (7)重量割合にて C:0.2%以下、Si:0.2〜2.0%、Mn:4
    〜15%、S:0.01%以下、 Cr:15〜40%、Ni:5〜15%、 N:0.5〜1.5%、Al:0.1%以下を含有する
    と共に、 Ca:0.001〜0.02%、Mg:0.001〜0
    .02%の1種以上、並びに V:2%以下、Nb:2%以下 の1種以上をも含み、残部がFe及び不可避不純物から
    成ることを特徴とする高強度非磁性ステンレス鋼。
  8. (8)重量割合にて C:0.2%以下、Si:0.2〜2.0%、Mn:4
    〜15%、S:0.01%以下、 Cr:15〜40%、Ni:5〜15%、 N:0.5〜1.5%、Al:0.1%以下を含有する
    と共に、 Ca:0.001〜0.02%、Mg:0.001〜0
    .02%の1種以上、及び Mo:5%以下、Cu:3%以下、 W:5%以下 の1種以上、並びに V:2%以下、Nb:2%以下 の1種以上をも含み、残部がFe及び不可避不純物から
    成ることを特徴とする高強度非磁性ステンレス鋼。
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