JPH07310143A

JPH07310143A - マルテンサイトステンレス鋼

Info

Publication number: JPH07310143A
Application number: JP6099394A
Authority: JP
Inventors: Shinji Tsuge; 信二柘植; Kunio Kondo; 邦夫近藤
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1994-05-13
Filing date: 1994-05-13
Publication date: 1995-11-28
Anticipated expiration: 2014-09-27
Also published as: JP2953303B2

Abstract

(57)【要約】【目的】熱間加工性および靱性に優れた高耐食性のマル
テンサイトステンレス鋼の提供。【構成】下記 (1)〜(4) の化学組成をもつマルテンサイ
トステンレス鋼。 (1) 質量％で、Cr：11〜14％、 Mo：0.5 〜4 ％、
Ni：4.0 〜8.0 ％、 Al：0.003 〜0.1 ％、
Ｂ：0.0005〜0.005 ％、 Cu：0.5 ％以下、Si：1.0 ％
以下、Mn：1.0 ％以下で、残部がFeおよび不純物からな
り、不純物中のＣ、Ｎ、ＰおよびＳがそれぞれ下記の範
囲である組成。Ｃ：0.04％以下、Ｎ：0.04％以下、Ｐ：
0.04％以下、Ｓ： 0.005％以下。 (2) 上記(1) の成分に加えて、更に、Ti：0.005 〜0.02
％を含有する組成。 (3) 上記(1) の成分に加えて、更に、ＶおよびNbの１種
または２種の合計で：0.01〜0.5 ％を含有する組成。 (4) 上記(1) の成分に加えて、更に、Ti：0.005 〜0.02
％と、ＶおよびNbの１種または２種の合計で：0.01〜0.
5 ％を含有する組成。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、船舶構造物や建築構造
物などに使用する溶接性および耐食性が良好で熱間加工
性とおよび靱性にも優れるマルテンサイトステンレス鋼
に関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｃ量を低減したマルテンサイトステンレ
ス鋼は溶接性が良好で、溶接構造物にの素材として適用
可能であるが、一般のオーステナイトステンレス鋼より
もCr含有量が少ないために耐食性が充分でない。そこ
で、耐食性を改善するためにMoが添加された高耐食マル
テンサイトステンレス鋼が開発されている (例えば、特
開平３−180448号公報) 。Moは塩化物環境における耐食
性を効果的に高め、その添加によってマルテンサイトス
テンレス鋼にオーステナイト系のSUS304のようなステン
レス鋼と同等の耐食性を付与することも可能である。

【０００３】しかし、Mo添加−低Ｃマルテンサイトステ
ンレス鋼には、なお次のような問題点がある。

【０００４】マルテンサイトステンレス鋼の熱間加工時
の金属組織はオーステナイトであるが、Ｃ、Cr、Ni、Mo
等の含有量によっては少量のδフェライトを含有するこ
とがある。δフェライトの存在は熱間加工性を著しく劣
化させるとともに、製品 (常温まで冷却されたステンレ
ス鋼製品) に残留した場合には、その靱性−強度特性を
大きく劣化させる。このためδフェライトが極力晶出し
ないように溶解時の成分含有量を厳密に調整しなければ
ならない。

【０００５】耐食性を高める作用をもつMoは、一方で凝
固偏析を生じやすい元素である。また、Moはフェライト
相安定化元素である。このためMo添加鋼の大型鋼塊の中
央部ではδフェライトが残存しやすい。製品中にδフェ
ライトが残存しないように成分設計された鋼であって
も、大型鋼塊を鍛造し熱間圧延する製造工程においては
δフェライトの熱間加工性への影響を完全に避けること
は困難である。

【０００６】さらに、Moは熱間変形抵抗を高め熱間加工
性を低下させる。特に、大型鋼塊を偏平に鍛造した後、
これを分割して板に圧延する場合、鋼塊の中央部に相当
する部分が鋼板の幅方向端部になると、熱間圧延の際に
大きな耳割れを発生する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、元来耐食性
に優れ、溶接性も良好なMo添加の低Ｃマルテンサイトス
テンレス鋼において、その熱間加工性および靱性を改善
することを課題としてなされたものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、下記 (1)〜
(4) の化学組成をもつ熱間加工性と靱性に優れた高耐食
性マルテンサイトステンレス鋼を要旨とする。

【０００９】(1) 質量％で、Cr：11〜14％、
Mo：0.5 〜4 ％、Ni：4.0 〜8.0 ％、 Al：0.003
〜0.1 ％、Ｂ：0.0005〜0.005 ％、 Cu：0.5 ％以下、
Si：1.0 ％以下、 Mn：1.0 ％以下で、
残部がFeおよび不純物からなり、不純物中のＣ、Ｎ、Ｐ
およびＳがそれぞれ下記の範囲Ｃ：0.04％以下、
Ｎ：0.04％以下Ｐ：0.04％以下、Ｓ： 0.005
％以下。

【００１０】(2) 上記(1) の成分に加えて、更に、Ti：
0.005 〜0.02％を含有する組成。

【００１１】(3) 上記(1) の成分に加えて、更に、Ｖお
よびNbの１種または２種の合計で：0.01〜0.5 ％を含有
する組成。

【００１２】(4) 上記(1) の成分に加えて、更に、Ti：
0.005 〜0.02％と、ＶおよびNbの１種または２種の合計
で：0.01〜0.5 ％を含有する組成。

【００１３】

【作用】本発明者らは、オーステナイトステンレス鋼
(SUS304) に匹敵する耐食性を有するMo添加−低Ｃマル
テンサイトステンレス鋼について、熱間加工性と微量成
分の関係を詳細に調査した。その結果、次のような新し
い知見を得て、本発明を完成した。

【００１４】溶接性を高めるためにＣの含有量を抑
制したMo添加−低Ｃマルテンサイトステンレス鋼は、熱
間延性が低下する。図１は、Ｃ含有量の異なる 12%Cr−
2 %Mo系のマルテンサイトステンレス鋼鋼板の熱間引張
試験を、後述する実施例と同じ方法で行って、得られた
絞り値をＣ含有量との関係で示した図である。図示のと
おり、Ｃ含有量が低くなると絞り値 (即ち、熱間延性)
が急激に低下している。その原因としては、粒界強度の
低下とδフェライトの析出が考えられる。

【００１５】ＣおよびＮを低く抑えるという前提の
下で、0.0005〜0.005 ％ (以下、成分含有量についての
％は「質量％」を意味する) の微量のＢが熱間変形能を
向上させ、かつ、製品の靱性を上げる。

【００１６】図２は、0.015%Ｃ-12%Cr-2%Mo-0.01%Ti-0.
05%Nb 鋼のＢ無添加材とＢを0.0010％含有する材料 (熱
間圧延鋼板) から採取した引張試験片を使用して、熱間
延性を調べた結果である。0.0010％(10 ppm)のＢが、90
0 〜1000℃での延性を大きく向上させることがわかる。

【００１７】鋼塊の結晶粒径を小さくすると熱間加
工性が良好となる。この結晶粒微細化には 0.005〜0.02
％の微量のTiを含有させることが有効である。

【００１８】微量のTiおよびＢを複合して添加した
成分系のMo添加−低Ｃマルテンサイトステンレス鋼は熱
間加工性および靱性が特に良好である。

【００１９】図３は、0.015%Ｃ-12%Cr-2%Mo-0.05%Nb 鋼
をベースとして、Ti添加、Ｂ添加およびTi−Ｂ添加の熱
延鋼板に 580℃×30分−空冷のテンパー処理を施した
後、圧延直角方向に採取したJIS 4 号試験片で、０℃の
シャルピー衝撃試験を行った結果である。図示のとお
り、Ｂ添加またはTiとＢの複合添加によって靱性が著し
く改善されている。

【００２０】以下、各成分元素の作用効果と含有量の限
定理由を説明する。

【００２１】Cr ：Crはステンレス鋼の耐食性を担う主
要元素であり、11％以上の含有が必要である。しかし、
マルテンサイトステンレス鋼においては、過剰のCr添加
はδフェライトの析出により熱間加工性と製品性能を低
下させるので、Cr含有量の上限は14％とした。

【００２２】Mo ：Moはマルテンサイトステンレス鋼の
耐食性を高めるための重要な元素である。

【００２３】しかし 4％を超える含有量は過剰であり、
δフェライトの析出と熱間変形抵抗の増加により熱間加
工性および製品の強度、靱性を低下させる。耐食性を高
めるためには少なくとも 0.5％以上の添加が必要である
が、上記の理由から上限は 4％とした。

【００２４】Ni ：Niは低Ｃマルテンサイトステンレス
鋼において熱間加工域での金属組織をオーステナイト組
織とするために添加される必須の元素である。このため
には 4.0％以上の含有が必要であるが、8.0 ％を超える
と常温においてオーステナイト相が残留し強度および靱
性が損なわれる。従って、本発明ではNiの含有量を 4.0
〜8.0 ％とした。

【００２５】Al：Alは鋼の脱酸能力が非常に大きい元素
であり、脱酸のためにSi、Mnとあわせて添加される。こ
のためには 0.003％以上の含有が必要である。脱酸によ
り酸化物系介在物が減少し高い靱性が得られる。一方過
剰な添加は鋼の硬質化を招き、加工性を低下させる場合
があるので 0.1％以下の含有量に限定した。

【００２６】Cu ：Cuは、マルテンサイトステンレス鋼
においては、析出硬化による高強度化に寄与する元素で
あるが、一方で熱間加工性を低下させる元素であり、そ
の積極的添加はコストアップにもなる。従って、本発明
ではCuの積極添加は行わず、許容上限値を 0.5％とし
た。その含有量は実質的に０でもよい。

【００２７】Ｂ：Ｂは、前述のように、ＣおよびＮを低
下させたマルテンサイトステンレス鋼に微量添加するこ
とによって、その熱間加工性と靱性を高める作用を持
つ。これは、微量のＢが、鋼の粒界を強化するからであ
る。このＢの作用効果を確保するためには、少なくとも
0.0005％以上の含有が必要である。一方 0.005％を超え
る含有量になると、1300℃以上の高温では逆に熱間脆性
を引き起こすようになる。このためＢの含有量を 0.000
5 (5 ppm) から 0.005％(50 ppm)までに限定した。

【００２８】Ti ：Tiは熱間加工性と靱性を高めるため
に必要に応じて添加される。これを添加した場合は、Ti
による結晶粒微細化効果と、前記のＢによる粒界強化の
複合効果により優れた熱間加工性と靱性が得られる。結
晶粒微細化のためには、Tiは少なくとも0.005 ％以上の
含有が必要であるが、過剰な添加は粗大なTiＮを析出さ
せ、逆に靱性の低下をもたらす。この理由からTiの含有
量は 0.005〜0.02％とした。

【００２９】ＶおよびNb：これらの元素はマルテンサイ
トステンレス鋼の強度を付加的に高めるために必要に応
じて添加されるものである。添加する場合は、上記の効
果を確保するために、それぞれ、または合計で0.01％以
上の含有量が必要である。一方、それぞれ、または合計
の含有量が 0.5％を超えると、鋼の靱性を低下させる。

【００３０】Si およびMn：SiとMnは鋼の脱酸剤として
添加する元素であるが、過剰な添加は鋼の加工性を損な
う場合がある。従って、これらは、それぞれ 1％以下の
含有量となるように添加する。なお、含有量の下限は実
質的に０でもよいが、実用鋼では、それぞれ0.2 〜0.5
％の含有が望ましい。

【００３１】本発明のマルテンサイトステンレス鋼は、
上記の成分の外、残部はFeと不純物からなる。ただし、
不純物としてのＣ、Ｎ、ＰおよびＳは、それぞれ下記の
ように抑える必要がある。

【００３２】ＣおよびＮ：ＣとＮは、マルテンサイトス
テンレス鋼の溶接性および耐食性を損なう元素である。
従って、いずれも可及的に少ない方がよい。それぞれ0.
04％が許容上限である。ただし、強度を考慮すれば、そ
れぞれ 0.005〜0.04％の範囲で存在させてもよい。

【００３３】ＰおよびＳ：Ｐは耐食性に有害な元素であ
り、Ｓは鋼の熱間加工性および靱性を低下させる元素
で、いずれもできるだけ少ない方がよい。Ｐは0.04％
が、Ｓは 0.005％がそれぞれ許容上限である。

【００３４】

【実施例】表１に示す化学組成の鋼を真空溶製し、図４
に示す48mm厚の偏平鋼塊１に鋳造した。この鋼塊から、
図４に示す要領で、10mm径×130 mm長さの平滑丸棒引張
試験片２を採取し、熱間引張試験に供した。熱間引張試
験は、直接通電加熱法の試験機を用いて試験片を一旦 1
200 ℃に 5分加熱した後、100 ℃／分の速度で冷却し、
試験温度に至った時点で歪速度 1/s、クロスヘッド速度
7mm／秒にて破断させ、絞り(RA)を測定した。

【００３５】一方、44mm厚×100 mm幅×130 mm長さの熱
延素材３を鋼塊１から機械加工により採取し、これを12
00℃に１時間加熱後、圧延開始温度1100℃、仕上温度 9
00℃にて10.7mm厚まで 6パスで熱延した。熱延後の鋼板
をスプレー水冷却により 800℃から 100℃以下まで冷却
した。圧延後の耳割れは、鋼塊を切断した側面（図４中
のｂの位置）相当箇所に大きなものが発生した。この鋼
板に発生した最大の耳割れ深さをもって熱間加工性を評
価した。

【００３６】靱性は 650℃×30分の焼きなましを実施し
た後、JIS4号シャルピー試験片を板幅方向に採取し（ノ
ッチ方向は圧延方向）、−50℃にて衝撃吸収エネルギー
を測定して評価した。

【００３７】これらの試験結果を表２に示す。表２から
明らかなように、本発明鋼の熱間加工性および靱性は、
Ｂを含まない比較鋼のいずれよりも優る。特に、ＢとTi
(または更にＶ、Nb) を複合添加したNo.2、No.4〜5 の
鋼は高い靱性をもっている。

【００３８】なお、本発明のマルテンサイトステンレス
鋼の溶接性および耐食性は、従来のMo添加−低Ｃマルテ
ンサイトステンレス鋼と同等以上の優れたものであっ
た。

【００３９】

【表１】

【００４０】

【表２】

【００４１】

【発明の効果】本発明のマルテンサイトステンレス鋼
は、高耐食で溶接性に優れているだけでなく、熱間加工
性と靱性にも優れたものであるから、厳しい腐食環境に
曝される溶接構造物の素材として極めて有用なものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】マルテンサイトステンレス鋼のＣ含有量と熱間
引張試験の絞りとの関係を示す図である。

【図２】マルテンサイトステンレス鋼の熱間引張試験の
絞りに及ぼすＢ添加の影響を示す図である。

【図３】マルテンサイトステンレス鋼の衝撃靱性に及ぼ
すTiおよびＢの添加の影響を示す図である。

【図４】実施例における各種試験用の材料採取要領を示
す図である。

【符号の説明】

１…鋼塊、２…引張試験片、３…圧延素材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】質量％で、Cr：11〜14％、Mo：0.5 〜4
％、Ni：4.0 〜8.0 ％、Al：0.003 〜0.1 ％、Ｂ：0.00
05〜0.005 ％、Cu：0.5 ％以下、Si：1.0 ％以下、Mn：
1.0 ％以下で、残部がFeおよび不純物からなり、不純物
中のＣおよびＮがそれぞれ0.04％以下、Ｐが0.04％以
下、Ｓが 0.005％以下である熱間加工性と靱性に優れた
高耐食性マルテンサイトステンレス鋼。
【請求項２】質量％で、Cr：11〜14％、Mo：0.5 〜4
％、Ni：4.0 〜8.0 ％、Al：0.003 〜0.1 ％、Ｂ：0.00
05〜0.005 ％、Cu：0.5 ％以下、Ti：0.005 〜0.02％、
Si：1.0 ％以下、Mn：1.0 ％以下で、残部がFeおよび不
純物からなり、不純物中のＣおよびＮがそれぞれ0.04％
以下、Ｐが0.04％以下、Ｓが 0.005％以下である熱間加
工性と靱性に優れた高耐食性マルテンサイトステンレス
鋼。
【請求項３】質量％で、Cr：11〜14％、Mo：0.5 〜4
％、Ni：4.0 〜8.0 ％、Al：0.003 〜0.1 ％、Ｂ：0.00
05〜0.005 ％、Cu：0.5 ％以下、ＶとNbの１種または２
種合計で：0.01〜0.5 ％、Si：1.0 ％以下、Mn：1.0 ％
以下で、残部がFeおよび不純物からなり、不純物中のＣ
およびＮがそれぞれ0.04％以下、Ｐが0.04％以下、Ｓが
0.005％以下である熱間加工性と靱性に優れた高耐食性
マルテンサイトステンレス鋼。
【請求項４】質量％で、Cr：11〜14％、Mo：0.5 〜4
％、Ni：4.0 〜8.0 ％、Al：0.003 〜0.1 ％、Ｂ：0.00
05〜0.005 ％、Cu：0.5 ％以下、Ti：0.005 〜0.02％、
ＶとNbの１種または２種合計で：0.01〜0.5 ％、Si：1.
0 ％以下、Mn：1.0 ％以下で、残部がFeおよび不純物か
らなり、不純物中のＣおよびＮがそれぞれ0.04％以下、
Ｐが0.04％以下、Ｓが 0.005％以下である熱間加工性と
靱性に優れた高耐食性マルテンサイトステンレス鋼。