JPH04165014A - 高耐力ステンレス形鋼の製造方法 - 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、建築用構造部材に使用されるオーステナイト
系ステンレス鋼製の形鋼、例えばオーステナイト系ステ
ンレス鋼製のＨ形鋼、山形鋼、溝形鋼、さらには鋼矢板
等の製造方法に関する。

（従来の技術） 建築用構造部材に使用される鋼材は、建築基準法により
定められているが、その規定の中にステンレス鋼の形鋼
は含まれていない。その理由は、構造部材としてのステ
ンレス鋼の機械的特性が適当でないためではなく、構造
部材として用いるには余りに高価過ぎたためという、ス
テンレス鋼の価格に起因したものであると考えられる。

しかし、近年の急激な地価の高騰は、その上に建てられ
る建築物に要するコストを相対的に低下させ、建築構造
材料として比較的高価な材料も使用されるようになって
きた。例えば、都市中心部の建築物は、従来のコスト意
識に基づく設計とは異なり、景観あるいは機能を重んじ
る思想に基づいて設計される傾向にある。

このような傾向に沿う動きとして、通産省生活産業局の
諮問機関としての「景観材料研究会」や建設省の「総合
技術開発プロジェクト」等の活動がある。特に後者にお
いては、昭和６１年４月にステンレス協会に設置された
［構造材設計施工基準作成小委員会Ｊで２年６力月にわ
たり調査および実験研究が行われ、外観品質の優れたオ
ーステナイト系ステンレス鋼を建築用構造部材として適
用しようとする試みがなされ、オーステナイト系ステン
レス鋼（ＪＩＳ　５ＩＩＳ３０４）を建築用構造部材と
して用いるに際しての必要な機械的性質が明示された。

第１表に、この建築用構造部材としてのオーステナイト
ステンレス鋼（第１表においては、「Ｓｌ」と記す）の
内容を、−Ｃ的なオーステナイトステンレス鋼であるＳ
ＵＳ　３０４（第１表においては、「Ｓ２」と記す）と
対比して示す。

第１表 なお、Ｓｌ、Ｓ２の両合金の組成は、ともに、Ｃ：０．
０８重量％以下、Ｓｉ：１．００重量％以下、Ｍｎ：２
．００重量％以下、Ｐ：０．０４５重量％以下、Ｓ：０
．０３０重量％以下、Ｎｉ：８．ＯＯ〜１０．５０重量
％、Ｃｒ：１Ｂ、ＯＯ〜２０．００重量％で、同じであ
る。

（発明が解決しようとする課！ｌり しかし、現在製造されているオーステナイト系ステンレ
ス鋼材は、必ずしもこの機械的性質を満足することがで
きるとは限らない。

その中でも特に問題視されるのは、Ｈ形鋼を代表とする
圧延形鋼である。

一般に、オーステナイト系ステンレス鋼は耐食性の改善
を目的として溶体化処理が行われるが、圧延形鋼は、他
の板材、棒材さらには線材とは異なり、冷間での矯正工
程を経ないために降伏点が低い。したがって、前記の０
．１％耐力を保証するには、既設の設備に冷間加工設備
を新たに導入し、溶体化処理後に冷間加工を施して強度
を向上させる必要がある。

しかし、形鋼はその断面形状が複雑であることから、冷
間加工を行うことは難しく、かつその加工設備も精緻な
ものが必要となる。

したがって、形鋼に冷間加工を行うための設備導入費は
膨大なものとなり、実現性に乏しい。

すなわち、オーステナイト系ステンレス鋼の圧延形鋼を
建築用構造部材に適用するためには、冷間加工設備の新
設を必要とせず、既存の設備を用いる低コストの製造方
法により、耐力をはじめとする機械的強度を向上・確保
させることが必要である。

このように、従来の技術では、 ■高耐力および降伏比上限規定型ステンレス形鋼に対す
る需要が存在しなかったため、その製造技術が確立され
ていないこと、および ■−一般に考えられる、通常のステンレス形鋼の製造方
法では、高耐力（０，１％耐カニ　２４ｋｇｆ／ａｍ”
以上）であって、降伏比上限規定（ＩＩ伏比：６０％以
下）型のステンレス形鋼の製造は、不可能であること という問題があり、高耐力および鋒伏比上限規定型ステ
ンレス形鋼を製造することはできなかったのである。

ここに、本発明の目的は、オーステナイト系ステンレス
鋼が本来有する優れた耐食性を備え、しかも前記の建築
用構造部材としての強度基準（前記第１表参照）を満足
し、建築用構造部材に使用されるオーステナイト系ステ
ンレス鋼製の形鋼の製造方法を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明者らは、上記の課題を解決するため、種々検討を
重ねた。

まず、オーステナイト系ステンレス鋼の耐力を向上させ
る方法として、圧延（熱間圧延）により加工歪を導入す
る技術を考えた。

しかし、通常、オーステナイト系ステンレス鋼では、圧
延のままでは結晶粒界における炭化物の生成を抑えるこ
とができず、結晶粒界におけるＣｒ欠乏層の生成に起因
する耐食性の低下を免れることができなくなってしまう
。

一方、オーステナイト系ステンレス鋼が本来有する優れ
た耐食性を確保・保証するためには、どうしても溶体化
処理を行わなければならず、この溶体化処理を行うと、
耐力が大きく低下してしまうことになる。

さらに、前記溶体化処理の後に冷間加工を施せば耐力は
回復するものの、形鋼に対して冷１間加工を行うことに
は大きな問題があり現実には実施できないことは、前述
のとおりである。

そこで、本発明者らは、さらに種々検討を重ねた結果、
以下に示す結果を得た。すなわち、■結晶粒界のＣｒ欠
乏層に起因する耐食性劣化を防ぐためには、８００°Ｃ
以上の温度で溶体化処理を行う必要があること、 ■圧延によるＬ／Ｃ異方性、すなわち圧延方向および圧
延方向に対し直角方向から採取した試験片の特性値のノ
（ラツキを無くすとともに、鋒伏比を６０％以下とする
ためには、９００°Ｃ以上の温度で加熱し、γ結晶粒の
再結晶を完了させておく必要があること、さらには ０１１００°Ｃを越えた温度で溶体化処理を行うと、０
．１％耐カニ　２４　ｋｇｆ／ａｍ”以上を満足するこ
とができなくなること である。

すなわち、本発明者らは、これらの知見から、耐食性お
よび機械的性質をともに満足させるためには、９００〜
１１００°Ｃの温度範囲での溶体化処理を行うことが重
要であることを知見した。

このような知見に基づいて、本発明者らはさらに検討を
重ねた結果、本発明を完成した。

ここに、本発明の要旨とするところは、重量％で、 Ｃ：０．０６％以下、　　Ｓｉ：　　１％以下、Ｍｎ：
　０．３〜２．０％、　Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．
０３％以下、　　Ｃｒ：　１７．０〜２０．０％、Ｎｉ
：　７．０　〜１０．５％、　　Ｎ：　　０．０６〜０
．１４％、さらに、必要に応じて、 Ｍｏ：　０．０５〜０．７０％、　Ｎｂ：　ｏ、ｏｏｓ
　〜０．０８％、Ｖ：　０．００５〜０．１５％、Ｃｕ
：　０．１０〜０．５０％、Ｔｉ：　０．００５〜０．
６０％からなる群から選ばれた１種または２種以上、 残部Ｆｅおよび不可避的不純物 から成る鋼組成を有する鋼片を、１０００℃以上の温度
域で加熱し、仕上温度が６００〜９００°Ｃとなる条件
で熱間加工を施して所定の形状の形鋼に成形した後に、
９００〜１１００℃の温度域で溶体化処理を施すことを
特徴とする高耐力ステンレス形鋼の製造方法である。

（作用） 以下、本発明を作用効果とともに詳述する。なお、本明
細書においては、「％」は特にことわりがない限り、「
重量％」を意味するものとする。

先ず、本発明にかかる高耐力ステンレス形鋼の製造方法
において、用いる鋼片の組成を限定する理由を説明する
。

Ｃ：０．０６％以下 Ｃは、オーステナイト相を安定化させる元素であるが、
鋼中に０．０６％を超えて含有されると、結晶粒界への
炭化物の優先的な析出を抑制することができず、熱的履
歴によってはＣｒ炭化物を多量に析出して、結晶粒界の
近傍にＣｒの欠乏層を生じ、耐食性の低下を生じる。そ
こで、Ｃ含有量は０．０６％以下、好ましくは０．０３
％以下と限定する。

Ｓｉ：　　１％以下 Ｓｉは、製鋼時の脱酸剤として必要とされるが、１％を
超える含有量になると延性の劣化が顕著になる。そこで
、Ｓｉの含有量は１％以下と限定する。

Ｍｎ　：　　０．３〜２．０％ Ｍｎは、オーステナイト生成元素であり、かつ鋼中のＳ
をＭｎＳとして固定することにより熱間加工性を改善す
る。このような効果を得るためには、０．３％以上の含
有が必要であるが、２．０％を超えて含有させても前記
効果の増大がなく、材料価格の上昇を招くだけとなる。

そこで、Ｍｎの含有量は、０．３％以上２．０以下％と
限定する。

Ｐ：０．０４％以下 Ｐは、不可避的不純物として鋼中に含まれる元素であり
、少ない方が望ましい。しかし、著しい低減には相応の
コスト上昇を伴うため、Ｐの許容量の上限は、０．０４
％と限定する。

Ｓ：０．０３％以下 Ｓは、Ｐと同様に、不可避的不純物として鋼中に含まれ
る元素であり、鋼中にあっては、結晶粒界に低融点化合
物として析出して熱間加工性を著しく低下させる。した
がって、Ｓの含有量も低いほど好ましいが、０．０３％
以下であれば、熱間加工性の面では、実用上特に問題を
生じなくなるので、許容上限値を０．０３％と限定する
。より望ましくは、０．０１％以下である。

Ｃｒ　：　１７．０〜２０．０％ Ｃｒは、耐食性を保証するために、必要不可欠な元素で
ある。Ｃｒ含有量が１７．０％未満では十分な耐食性が
得られず、一方２０．０％を超えて含有されると、フェ
ライトの生成量を抑制するためにＮｉの添加量を高くす
ることが必要になり、製造コストを著しく高めることと
なる。そこで、Ｃｒの含有量は、１７．０％以上２０．
０％以下と限定する。

Ｎｉニア、０〜１０．５％ Ｎｉは、オーステナイト系ステンレス鋼を構成する基本
元素であり、かつ耐食性を向上させる元素である。この
ため、７．０％以上の含有が必要であるが、１０．５％
を超えて含有させても材料価格を上昇させるだけで、耐
食性の改善効果は飽和傾向を示す。したがって、Ｎｉ含
有量は、７．０％以上１０．５％以下と限定する。

Ｎ：０．０６〜０．１４％ Ｎは、オーステナイトの安定化元素であり、高価なＮｉ
に替わって鋼のオーステナイトバランスを保つ作用を奏
する。すなわち、０．１４％を超える含を量になると、
連続鋳造鋳片の表面割れが増加し、歩留りの低下による
製造コストの上昇を招き、−方０．０６％未満の含有量
になると、オーステナイトバランスを適正に保つのに必
要なＮｉ量が増えて、やはり製造コストの上昇を生しる
。そこで、Ｎ含有量は、０．０６％以上０．１４％以下
と限定する。

さらに、高靭性あるいは高強度を達成するために、次に
述べる含有量の範囲で、Ｍｏ、　Ｎｂ、　Ｖ、　Ｃｕ。

Ｔｉからなる群から選ばれた１種または２種以上を含有
させることができる。

Ｍｏ：　０．０５〜０．７０％ 阿０は、強度を高めるのに有効な元素であり、この効果
を期待する場合は、０．０５％以上含有させる必要があ
る。しかし、その含有量が０．７０％を鰯えるとオース
テナイトが不安定になるため、上限は０．７０％とする
。そこで、ＭＯ含有量は、０．０５％以上０．７０％以
下と限定する。

Ｎｂ：　０．００５〜０．０８％ Ｎｂは、結晶粒を微細化して強度を上昇させる元素であ
る。そのためには、ｏ、ｏｏｓ％以上含有させる必要が
あるが、０゜０８％を超えて添加しても、その効果は飽
和する。したがって、Ｎｂ含有量は、０．００５％以上
０．０８％以下と限定する。

Ｖ　：　０．００５〜０．１５％ ■は、Ｎｂと同様に、強度を上昇させる元素である。そ
のためには、０．００５％以上の含有が必要であるが、
０．１５％を超えて含有させてもその効果の増大がなく
、材料価格の上昇を招くだけである。

したがって、■含有量は、０．００５％以上０．１５％
以下と限定する。

Ｃｕ：　０．１０〜０．５０％ Ｃｕは、高温強度を向上させ、かつ耐食性を改善するの
に有効な元素であるが、そのためには０．１０％以上含
有させる必要がある。しかし、０．５０％を超えると圧
延の際の表面割れが増大し、また溶接割れを助長する傾
向がある。そこで、Ｃｕ含有量は、０．１０％以上０．
５０％以下と限定する。

Ｔｉ：　０．００５〜０．６０％ Ｔｉは、前述の■やＮｂと同様に、強度を上昇させる元
素である。そのためには、ｏ、ｏｏｓ％以上の含有が必
要であるが、０．６０％を超えると母材の靭性を損なう
こととなる。そこで、Ｔｉ含有量は、０．００５％以上
０．６０％以下と限定する。

以上の組成を有する鋼片に、本発明においては１０００
℃以上の温度域への加熱を行い、仕上げ温度が６００°
Ｃ以上９００℃以下の熱間加工を施す。

鋼片の加熱温度を１０００°Ｃ以上と限定する理由は、
オーステナイト系ステンレス鋼は、−船釣に、熱間変形
抵抗が大きいため、１０００’Ｃ以上の温度に加熱して
おかないと、後続する熱間加工工程での成形が難しくな
るおそれがあるからである。また、１０００℃以上でな
いとＮｂ、　Ｖ等の炭窒化物の固溶が図れなくなり、こ
れらの炭窒化物の析出強化を利用することができなくな
るからでもある。

このような観点からは、前記加熱温度の上限は特に設け
る必要はないが、Ｔ（オーステナイト）結晶粒粗大化抑
制の観点からは、１２９０°Ｃ以下とすることが望まし
い。

なお、本発明における熱間加工の例は熱間圧延であるが
、これに限定されるものではない。

この熱間加工により導入され−た加工歪を利用し、熱間
加工後に実施される溶体化処理により再結晶を短時間で
促進させるために、９００″Ｃ以下のオーステナイトの
未再結晶域で熱間加工を行う必要がある。仕上げ温度が
低い程、蓄積エネルギーが大きくなるため、再結晶に対
する駆動力が太きくなり、より効果的であるが、熱間加
工として熱間圧延を行う場合を考えると、圧延機の負荷
も大きくなるから、これらを勘案して仕上げ温度を決定
する必要がある。実操業上、適正な仕上げ温度は、６０
０〜９００°Ｃであり、最も効果的なのは８００°Ｃ前
後で仕上げることである。

このようにして、前記熱間加工により所定の形状に成形
された形鋼に対して、本発明においては、９００°Ｃ以
上１１００°Ｃ以下の温度域で溶体化処理を施す。

本発明において、溶体化処理の温度を、９００°Ｃ以上
１１００’Ｃ以下と限定する理由を説明する。

まず、得られる形鋼の耐食性を確保するという観点から
、結晶粒界の近傍のＣｒ欠乏層による悪影響を取り除く
ために、溶体化処理は８００　℃以上の温度域で行うこ
とが有効である。また、降伏比を６０％未満とするには
、９００℃以上の温度域で行うことが有効である。さら
に、０．】％耐カニ２４ｋｇｆ／ｍｍ”以上を満足する
には、１１００℃以下の温度域で行うことが有効である
。これらの要素を勘案して、溶体化処理温度は、９００
“Ｃ以上１１００°Ｃ以下と限定する。

このようにして、本発明により、オーステナイト系ステ
ンレス鋼が本来有する優れた耐食性を備え、しかも建築
用構造部材としての強度基準を満足し、建築用構造部材
に使用されるオーステナイト系ステンレス鋼製の形鋼の
製造方法を捷供することが可能となった。

さらに、本発明を実施例を参照しながら、詳述するが、
これはあくまでも本発明の例示であり、これにより本発
明が限定されるものではない。

実施例１ 第２表に示す組成を有する綱片を１２５０°Ｃに加熱し
、７９０°Ｃの仕上げ温度で熱間圧延を終了して、Ｈ形
鋼（フランジ幅：　３００ｍｍ、フランジ厚さ：９．Ｏ
ｍｍ、ウェブ高さ：１５０＋ｕ＋、ウェブ厚さ：６．５
＋ｍ＋＊）を製造した。

この試料のフランジ部およびウェブ部がら試料（フラン
ジ輻：２００ｍｍ、フランジ厚さ：１２１１ＩＩｎ、ウ
ェブ高さ：２００ｗｖ＋、ウェブ厚さ＝８１１Ｉｌ、長
さ：４００ｖａｖｈ）を５＆ｌｌ（計１０本）切り出し
、これらの試料に対して８００℃、９００　℃，９５０
℃１１０００″Ｃおよび１１００℃Ｉ７＋５水準に変化
させて、溶体化処理を行った。

なお、溶体化処理は、前記処理温度に０．４時間保持し
た後、急冷することにより実施した。

そして、これらの試料について、０．１％耐力を測定し
た。

結果を第１図にグラフで示す。

第１図から明らかなように、建築用構造部材として必要
とされる、０．１％耐カニ　２４　ｋｇｆ／ｗｒｗａ”
以上を得るためには、溶体化処理温度は１１００℃以下
であることが必要であることがゎがる。

実施例２ 第３表に示す組成を有するオーステナイトステンレス鋼
を用いて、Ｈ形鋼を製造した。第３表中の鋼種Ａないし
鋼種Ｈが本発明で定める範囲を満足する鋼片であり、鋼
種Ｉなしい鋼種ＮがＮｉ含有量およびＮ含有量が本発明
の範囲から外れる比較鋼である。

なお、Ｈ形鋼の圧延は、既設のユニバーサル圧延機を用
いて行った。

また、第４表の一部に、本実施例における製造条件を示
す。試験番号１ないし試験番号８が本発明にかかる方法
を示す例であり、試験番号９ないし試験番号１Ｂは、素
材の組成または製造条件が本発明の範囲を外れる比較例
である。

このようにして製造したＨ形鋼から試験片を切り出し、
０．１％耐力（ｋｇｆ／ａｓ”）　、ＴＳ（ｋｇｆ／ｗ
ｍ”）、ＹＲ（％）、ＥＬ（％）を測定するとともに、
粒界腐食試験（硫酸−硫酸銅腐食試験、ＪＩＳ　ｃ　０
５７５．７２時間）を行い、耐食性を評価した。

結果を第４表に併せて示す。

第４表から明らかなように、本発明にかかる試料は、機
械的性質および耐食性とも充分であり、所望の性能を有
する高耐力オーステナイトステンレス形鋼を得ることが
できた。

一方、ＳＵＳ　３０４の成分規格は充分満足しているも
のの本発明の範囲を外れている試験番号９ないし試験番
号１４は、所望の性能を満足することができない結果と
なった。

すなわち、試験番号９ないし試験番号１４は、用いた鋼
片のＮ含有量が本発明の範囲の下限を下回るため、Ｎｉ
含有量が増加しでしまい、好ましくない。

また、試験番号１５ないし試験番号１８は、溶体化処理
温度が本発明の範囲の上限を上回るため、０．１％耐力
が２４ｋｇｆ　／　ｎｖ”未満である。

以上の結果からも、本発明の効果が明らかである。

（発明の効果） 以上詳述したように、本発明により、オーステナイト系
ステンレス鋼が本来有する優れた耐食性を備え、しかも
建築用構造部材としての強度基準、すなわち、「０．１
％耐カニ　　２４ｋｇｆ／ａｍ”以上、引張強さ：　５
３ｋｇｆ／−一２以上、腎伏比：６０％以下、伸び：３
５％以上Ｊを満足し、建築構造部材に使用することがで
きるオーステナイト系ステンレス鋼製の形銅、例えばＨ
形鋼、山形鋼、溝形鋼、さらには鋼矢板等を擢供するこ
とが可能となった。

かかる効果を有する本発明の意義は極めて著しい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例における溶体化温度と０．１
％耐力との関係を示すグラフである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％で、 Ｃ：０．０６％以下、Ｓｉ：１％以下、 Ｍｎ：０．３〜２．０％、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０
   ．０３％以下、Ｃｒ：１７．０〜２０．０％、Ｎｉ：７
   ．０〜１０．５％、Ｎ：０．０６〜０．１４％、残部Ｆ
   ｅおよび不可避的不純物 から成る鋼組成を有する鋼片を、１０００℃以上の温度
   域で加熱し、仕上温度が６００〜９００℃となる条件で
   熱間加工を施して所定の形状の形鋼に成形した後に、９
   ００〜１１００℃の温度域で溶体化処理を施すことを特
   徴とする高耐力ステンレス形鋼の製造方法。（２）さら
   に、前記鋼片が、重量％で、 Ｍｏ：０．０５〜０．７０％、Ｎｂ：０．００５〜０．
   ０８％、Ｖ：０．００５〜０．１５％、Ｃｕ：０．１０
   〜０．５０％およびＴｉ：０．００５〜０．６０％ からなる群から選ばれた１種または２種以上の元素を有
   することを特徴とする請求項１記載の高耐力ステンレス
   形鋼の製造方法。