JPH05112850A - 加工性に優れた析出硬化型マルテンサイト系ステンレス鋼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、熱間加工性やガス切断性などの製
造性や製品の加工性に優れる析出硬化型マステンレス鋼
を提供する。 【構成】 Ｃ：０．１重量％以下、Ｓｉ：１．０重量％
以下、Ｃｒ：１３〜２０重量％、Ｎｉ：３．０〜８．０
重量％を含み、Ｃｕ：１．０〜５．０重量％またはＭ
ｏ，Ｔｉ，Ａｌの１種あるいは２種以上をそれぞれ１．
０重量％以下含むマルテンサイト析出硬化型ステンレス
鋼において、δcal を１０％以下かつ鋼中水素量を２．
０ppm 以下とすることにより、熱間加工性、ガス切断性
や溶接性などの高温加熱後の割れ感受性を低減するとと
もに、製品の伸びや絞り値などの加工性を向上すること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱間加工性、ガス切断
性や溶接性などの製造性および製品の伸びや絞り値など
の加工性に優れる析出硬化型マルテンサイト系ステンレ
ス鋼に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】１７−４ＰＨや１５−５ＰＨを代表とす
る析出硬化型マルテンサイト系ステンレス鋼は、固溶化
熱処理後の加工性や溶接性に優れているとともに、時効
処理を行うと高い降伏強度を有するマルテンサイト相を
生成することから、主として高強度構造用部材として用
いられている。しかし、本鋼種は高温におけるオーステ
ナイト状態から冷却すると、冷却速度によらずフェライ
ト相を析出することなくマルテンサイト相に変態するこ
とから、変態による割れ感受性が極めて高い。そのた
め、１７−４ＰＨステンレス鋼については、サイズが小
さいため比較的割れ感受性が低く、製造工程や使用用途
でガス切断や溶接をほとんど必要としない鋼棒のみＪＩ
Ｓに規格化（ＳＵＳ６３０）され、製造されている。製
品サイズの大きい厚板、特に板厚が３０mmを越える厚手
材は、熱間圧延後の冷却による変態割れ（置き割れ）や
ガス切断による割れの感受性が高く、製品歩留りが極め
て低いため製造されていないのが現状である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述したよ
うな現状の問題点を解決するものであって、当該鋼の成
分組成を改良することにより、熱間加工やガス切断にと
もなう割れ感受性を著しく低減して製造性を飛躍させ、
かつ製品サイズの大きい多分野へも安定して供給できる
加工性にすぐれた析出硬化型マルテンサイト系ステンレ
ス鋼を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、重量％としてＣ≦０．１０％、Ｓｉ≦１．
０％、Ｍｎ≦１．０％、Ｃｒ１３．０〜２０．０％、Ｎ
ｉ３．０〜８．０％を含有し、Ｃｕ１．０〜５．０％ま
たはＭｏ，Ｔｉ，Ａｌの１種あるいは２種以上をそれぞ
れ≦１．０％含有せしめ、下記式で計算するδcal
（％）を≦１０（％）とすること、および鋼中水素量を
≦２．０ppm とし、残部Ｆｅおよび不可避的不純物から
なる加工性にすぐれた析出硬化型マルテンサイト鋼を要
旨とする。 δcal ＝３（Ｃｒ＋１．５Ｓｉ＋Ｍｏ）−２．８（Ｎｉ＋０．５Ｍｎ＋ ０．５Ｃｕ）−８４（Ｃ＋Ｎ）−１９．８ 以下本発明を詳細に説明する。本発明者らは、各分野の
用途に使用される析出硬化型マルテンサイト系ステンレ
ス鋼を製造することを目的に実験を試みた結果、製造性
に劣る原因が単にマルテンサイト相の生成にのみ起因す
るものではなく、成分組成にあること、すなわち、析出
硬化型マルテンサイト系ステンレス鋼の製造性は鋼中の
δフェライト量と鋼中水素量が相互に作用し、変態割れ
（置き割れ）感受性に大きく影響していることを見出し
た。

【０００５】図１は、１７−４ＰＨステンレス鋼鋳片の
熱間加工割れ感受性に及ぼすδcalおよび鋼中水素量の
影響を示している。δcal が１０％を越える鋼で生じた
熱間加工割れは深く、著しい歩留りの低下や割れ精整工
程の付加を招き、製造コストが著しく増大する。また、
加工度が大きい場合には、割れの程度が著しく製造が不
可能となる。

【０００６】一方、鋼組成のδcal を１０％以下にする
と、割れ感受性が著しく改善されることが明らかとなっ
た。しかし、マルテンサイト系析出硬化型ステンレス鋼
は、熱間圧延した後に徐冷してもフェライト相を析出す
ることなくマルテンサイト変態する。この変態により生
ずる残留応力によって、熱間圧延で生じた微小な割れが
進展し、深い割れとなることが明らかとなった。製品サ
イズが大きい厚板や大型の熱間鍛造品などの場合、この
変態による残留応力を抑制することは困難である。そこ
で、本発明者らは、マルテンサイト変態後の延性を改善
することによって、割れの進展を抑制することを指向
し、析出硬化型マルテンサイト系ステンレス鋼のマルテ
ンサイト相の延性支配因子について種々の実験室的検討
を実施した。その結果、図１に示すように、鋼中水素量
を２．０ppm 以下に低減することによって、熱間圧延後
のマルテンサイト変態に起因する割れの進展が抑制され
ることを見出した。

【０００７】さらに、熱間圧延後の厚板の伸びに及ぼす
鋼中水素量の影響を図２に示す。図から明らかのように
鋼中の水素量が２．０ppm 以下になると延性が急激に向
上する。この結果、鋼中水素を２．０ppm 以下にする
と、ガス切断による割れ感受性が著しく低減し、従来ガ
ス切断後、切断面に発生していた深い割れが飛躍的に軽
減された。また、鋼中水素量を２．０ppm 以下とするこ
とによって、製品の固溶化熱処理後の伸び・絞りが向上
し加工性が向上した。

【０００８】本発明はこのような結果に基づいて構成し
たものであり、以下に上記の通り成分を限定した理由を
説明する。Ｃはδフェライトの生成を抑制し熱間加工性
を改善する元素として有効に作用する。しかし、０．１
０重量％を越えると時効処理を施した後の衝撃靭性およ
び耐粒界腐蝕性が著しく低下するため、０．１０重量％
を上限とした。Ｓｉは、強度の向上にも有効な元素であ
る。しかし、溶接性あるいは衝撃靭性の点から上限を
１．０重量％をとした。Ｍｎは、加工性の向上にも有効
な元素である。しかし、１．０重量％を越えて添加する
と、オーステナイト相が安定化し時効処理後の残留オー
ステナイト量が増加するため、強度が低下する。したが
って、上限を１．０重量％とした。

【０００９】Ｃｒは、ステンレス鋼として必要な耐食性
を得るに必要最小限度の１３．０重量％を下限とした。
しかし、２０．０重量％を越えるとσ相が生成しやすく
なり衝撃靭性が著しく低下するため、２０．０重量％を
上限とした。Ｎｉは高温におけるオーステナイト相の生
成に必須の元素である。したがって、３．０重量％を下
限とした。しかし、８．０重量％を越えると、オーステ
ナスト相が安定になりＭｓ点が室温以下となるため、固
溶化熱処理あるいは時効処理によって生成するマルテン
サイト量が著しく低下し、必要とされる強度が得られな
い。したがって、上限を８．０重量％とした。

【００１０】Ｃｕは、時効処理を施すことによってマル
テンサイト相中に微細に析出し、強度上昇に必要最小限
の１．０重量％を添加する場合の下限とした。しかし、
５．重量％越えると、高温における粒界脆化を促進し、
熱間加工性が阻害され高温割れに敏感になることから、
添加する場合の上限を５．０重量％とした。Ａｌ，Ｔ
ｉ，Ｍｏは、選択的に添加するが、マルテンサイト相中
に化合物として微細に析出し、マルテンサイト相の強度
上昇に有効な元素である。しかし、添加する場合それぞ
れ１．０重量％を越えると、その効果が飽和するととも
にコストの上昇が著しくなることから、１．０重量％を
上限とした。

【００１１】δcal （％）＝３（Ｃｒ＋１．５Ｓｉ＋Ｍ
ｏ）−２．８（Ｎｉ＋０．５Ｍｎ＋０．５Ｃｕ）−８４
（Ｃ＋Ｎ）−１９．８は、鋳造後のδフェライト析出量
を計算する式として用いられ、この値が１０％を越える
と熱間加工性が著しく損なわれ、熱間圧延中にδフェラ
イトを起点とした表面割れやエッジ割れを生ずることか
ら、１０％を上限とした。

【００１２】鋼中の水素量は、２．０ppm を越えるとマ
ルテンサイト相の延性が著しく低下し、熱間加工後の冷
却やガス切断の残留応力に起因した割れ感受性が著しく
増大することから、２．０ppm を上限とした。

【００１３】以上のような発明によって、従来困難と考
えられていた厚板や大型の熱間鍛造材など製品サイズが
大きい析出硬化型マルテンサイト系ステンレス鋼の製造
が可能となった。以下、本発明の実施例について説明す
る。

【００１４】

【実施例】表１に示す化学組成を有する鋼を溶製した
後、鋳造した鋼塊に１１５０℃で１０時間の均熱拡散処
理を施した。この鋼塊を熱間圧延し、割れ発生の有無を
評価した。さらに、熱間圧延によって製造された厚板を
ガス切断し、割れ発生の有無を評価した。また、この厚
板に固溶化熱処理（１０４０℃×３０min ，水冷）を施
した後、引張り試験片を採取し、破断伸びを調査した。

【００１５】その結果、表２に見られるように本発明鋼
であるNo．１〜５の試料は、熱間圧延やガス切断による
割れは、全く認められない。さらに、固溶化熱処理後の
破断伸びも１５％前後の良好な値を示す。一方、比較材
として、δcal ≧１０％以上のNo．６〜７の鋼は、鋼中
水素量が２．０ppm 以下にもかかわらず、熱間圧延によ
って深い割れが発生した。しかし、これらの鋼は、ガス
切断による割れは発生することなく、固溶化熱処理後も
優れた延性を示すことが明らかとなった。

【００１６】次に、δcal ≦１０であるが鋼中水素量が
２．０ppmを越えるNo．８〜１１の鋼は、熱間加工後や
ガス切断後の冷却過程で深い割れが多数発生した。ま
た、固溶化熱処理後の伸び・絞り値も％と低く加工性に
劣ることがわかる。

【００１７】

【表１】

【００１８】

【表２】

【００１９】以上の実施例から、本発明は、δフェライ
トの生成量に関与する成分組成および鋼中の水素量が、
熱間圧延後やガス切断後の割れ感受性およびマルテンサ
イト変態後の延性に密接に関連して、極めて効果的に作
用し、優れた加工性を有することが明らかである。

【００２０】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、熱間加
工やガス切断にともなう割れの感受性が著しく低減し製
造性が飛躍的に向上することから、析出硬化型マルテン
サイト系ステンレス鋼の製造歩留りが大幅に向上する。
特に、従来製造が極めて困難と考えられていた厚板や大
型の熱間鍛造品などのように製品サイズの大きい析出硬
化型マルテンサイト系ステンレス鋼製品の製造が可能と
なった。近年、高い降伏強度を有する大型のステンレス
鋼構造部材の要求が高まっているが、本発明により実用
に供することが可能となった。以上の点から、本発明に
よる産業上の寄与は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】１７−４ＰＨステンレス鋳片の熱間加工割れに
及ぼすδcal 及び鋼中水素量の影響を示す図。

【図２】熱延後の厚板の伸びに及ぼす鋼中水素量の影響
を示す図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 天藤 雅之 神奈川県相模原市淵野辺５−10−１ 新日 本製鐵株式会社第２技術研究所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％で、 Ｃ：０．１０％以下、 Ｓｉ：１．０％以下、 Ｍｎ：１．０％以下、 Ｃｒ：１３．０〜２０．０％、 Ｎｉ：３．０〜８．０％以下、 Ｃｕ：１．０〜５．０％ を含有し、かつ鋼中のδフェライト（計算値）δcal
   （％）が ３（Ｃｒ＋１．５Ｓｉ＋Ｍｏ）−２．８（Ｎｉ＋０．５Ｍｎ＋０．５Ｃｕ） −８４（Ｃ＋Ｎ）−１９．８≦１０（％） であり、更に、 鋼中水素量：２ppm 以下 であって、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる加工性
   に優れた析出硬化型マルテンサイト系ステンレス鋼。
2. 【請求項２】 重量％で、 Ｃ：０．１０％以下、 Ｓｉ：１．０％以下、 Ｍｎ：１．０％以下、 Ｃｒ：１３．０〜２０．０％、 Ｎｉ：３．０〜８．０％ これに加えて、Ｍｏ，Ｔｉ，Ａｌの１種あるいは２種以
   上：１．０％以下を含有し、かつ鋼中のδフェライト
   （計算値）δcal （％）が ３（Ｃｒ＋１．５Ｓｉ＋Ｍｏ）−２．８（Ｎｉ＋０．５Ｍｎ＋０．５Ｃｕ） −８４（Ｃ＋Ｎ）−１９．８≦１０（％） であり、更に、 鋼中水素量：２ppm 以下 であって、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる加工性
   に優れた析出硬化型マルテンサイト系ステンレス鋼。