JPH0790503A - 熱間加工性に優れた析出硬化型ステンレス鋼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱間圧延条件を制限しなくても、鋼の化学成
分組成をコントロ−ルすれば耳割れが発生しない析出硬
化型ステンレス鋼を提供する。 【構成】 C ：0.07wt.%以下、Si：1.0 wt.%以下、Mn：
1.0 wt.%以下、P ：0.04wt.%以下、S ：0.005 wt.%以
下、Ni：3.0 〜5.5wt.% 、Cr：14.0〜17.5wt.%、Cu：2.
5 〜 5.0 wt.% 、Nb：0.15〜 0.45wt.% 、Ca：0.002 〜
0.01wt.%および残りがFeおよび不可避的不純物からなる
化学成分組成を含有させ、且つ、鋼の凝固時のδフェラ
イトを10% 以下する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、熱間圧延条件の制約
を伴わない、熱間加工性に優れた析出硬化型ステンレス
鋼に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、高速船の水中翼、ダムの取水ゲ−
トあるいは放流管等の分野で、構造用高強度ステンレス
鋼板が利用されつつある。特に、SUS630やSUS631に代表
される析出硬化型ステンレス鋼は、耐力が100N/mm²以上
の高強度を有し、既に、前記用途で使用されている。し
かしながら、析出硬化型ステンレス鋼は、SUS304等の汎
用ステンレス鋼板と比較して熱間加工性に劣るため、厚
板の熱間圧延により、鋼板端部に耳割れが発生し、大幅
な歩留りの低下を招くとと共に、製造可能な製品の範囲
に制約を生じていた。従来、ステンレス鋼板の熱間加工
性を改善する方法として、鋼の凝固時のδフェライト量
( δ_cal 値) を最適範囲にコントロ−ルする方法、ある
いは、Ca、Al等を添加して、鋼中の有害なS やO を固定
する方法が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の方法は、ヘゲ疵に代表される表面疵の発生の抑制には
有効であるが、析出硬化型ステンレス鋼の耳割れ発生挙
動に関しては、その効果が不明であった。なお、鋼の凝
固時のδフェライト量( δ_cal 値) は、その鋼の化学成
分組成から算出されるものであり、例えば、特公平3-66
36号公報に記載の式：δ_cal =3( Cr＋1.5 Si＋Mo) −2.
8(Ni＋0.5 Mn＋0.5 Cu) −84(C＋N)−19.8を指し、本発
明においても前記式によって算出した。

【０００４】上記の耳割れ発生対策としては、2 相ステ
ンレス鋼を対象に、フェライト相とオ−ステナイト相と
の高温における変形抵抗の差が小さくなる温度範囲にお
いて熱間圧延を行なう方法が提案されているが、析出硬
化型ステンレス鋼に対しては、熱間圧延条件のコントロ
−ルのみでは耳割れの発生を抑制することは困難であっ
た。

【０００５】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたもので、析出硬化型ステンレス鋼の内、熱間
圧延後の時効熱処理プロセスが簡単であるマルテンサイ
ト系ステンレス鋼に注目し、熱間圧延条件を制限しなく
ても、鋼の化学成分組成をコントロ−ルすれば耳割れが
発生しない熱間加工性に優れた析出硬化型ステンレス鋼
を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】マルテンサイト系析出硬
化型ステンレス鋼の熱間加工性について、本発明者等は
鋭意検討を重ねた結果、鋼の凝固時のδフェライト量を
10% 以下とし、且つ、Caを鋼に0.002 〜0.010wt.% 含有
させることによって、鋼の熱間加工時における耳割れの
発生が著しく抑制されることを見い出した。即ち、本発
明の熱間加工性に優れた析出硬化型ステンレス鋼は、C
：0.07wt.%以下、Si：1.0 wt.%以下、Mn：1.0 wt.%以
下、P ：0.04wt.%以下、S ：0.005 wt.%以下、Ni：3.0
〜5.5wt.% 、Cr：14.0〜17.5wt.%、Cu：2.5 〜 5.0 wt.
% 、Nb：0.15〜 0.45wt.% 、Ca：0.002 〜0.01wt.%およ
び残りがFeおよび不可避的不純物からなる化学成分組成
を有し、且つ、鋼の凝固時のδフェライト量が10% 以下
であることに特徴を有するものである。

【０００７】

【作用】この発明の鋼の化学成分組成および鋼の凝固時
のδフェライト量を上述した範囲内に限定した理由につ
いて述べる。 (1) 炭素(C):C は、侵入型元素であり、鋼の強度を確保
するために有効である。しかしながら、その含有量が0.
07wt.%を超えると、耐粒界腐食性が劣化すると共に、時
効熱処理後の延・靱性が低下する。従って、C の含有量
は、0.07wt.%以下に限定すべきである。

【０００８】(2) シリコン(Si):Siは、脱酸剤として不
可欠の元素である。しかしながら、その含有量が1.0wt.
% を超えると、鋼材の表面疵や割れの発生原因になり易
い。従って、Siの含有量は、1.0wt.% 以下に限定すべき
である。

【０００９】(3) マンガン(Mn):Mnは、脱硫剤として鋼
中のS を固定すると共に、オ−ステナイト相を安定に
し、焼入性を向上させる。しかしながら、その含有量が
1.0wt.% を超えると、鋼の熱間加工性が劣化する。従っ
て、Mnの含有量は、1.0wt.% 以下に限定すべきである。

【００１０】(4) 燐(P):P は、S と同様に、結晶粒界に
偏析し、熱間加工性を劣化させると共に、溶接施工にお
いて高温割れの原因となる。その含有量が0.04wt.%を超
えると、上述した弊害が本発明鋼に顕れる。従って、P
の含有量は、0.04wt.%以下に限定すべきである。

【００１１】(5) 硫黄(S):S は、本発明における析出硬
化型ステンレス鋼の耳割れ発生に最も悪影響を及ぼす元
素であり、その含有量は少ないほどよい。しかしなが
ら、含有量を少なくするほどコストがかかる。従って、
S の含有量は、0.005wt.% 以下に限定すべきである。

【００１２】(6) ニッケル(Ni):Niは、オ−ステナイト
生成元素として本発明鋼に不可欠の元素であり、その含
有量が3.0 wt.%未満では十分な焼入性が得られないと同
時に、本発明の重要因子であるδフェライト量が増加
し、熱間加工時に耳割れが発生し易くなる。一方、その
含有量が5.5 wt.%を超えると、焼入後の残留オ−ステナ
イト量が増加し、その後時効処理を施しても十分な強度
が得られない。従って、Niの含有量は、3.0〜5.5 wt.%
の範囲内に限定すべきである。

【００１３】(7) クロム(Cr):Crは、ステンレス鋼の耐
食性を維持するための基本元素であり、その含有量が1
4.0wt.%未満では十分な耐食性が得られない。一方、そ
の含有量が17.5wt.%を超えると、δフェライト量が増加
し、熱間加工時の耳割れの発生が顕著となる。従って、
Crの含有量は、14.0〜17.5wt.%の範囲内に限定すべきで
ある。

【００１４】(8) 銅(Cu):Cuは、時効熱処理により、Cu
リッチな析出物を形成し、本発明鋼の強度を上昇させる
重要な元素であり、その含有量が2.5 wt.%未満では十分
な強度が得られない。一方、その含有量が5.0 wt.%を超
えても強度上昇の効果は飽和すると同時に、熱間加工性
が低下する。従って、Cuの含有量は、2.5 〜5.0 wt.%の
範囲内に限定すべきである。

【００１５】(9) ニオブ(Nb):Nbは、鋼中のC を固定し
て、結晶粒界へのCr炭化物の析出を抑制し、耐食性の向
上に有効な元素であり、その含有量が、0.15wt.%未満で
はその効果が不十分である。一方、その含有量が0.45w
t.%を超えると、熱間加工性が低下する。従って、Nbの
含有量は、0.15〜0.45wt.%の範囲内に限定すべきであ
る。

【００１６】(10) カルシウム(Ca):Caは、結晶粒界に
偏析し熱間加工性に最も悪影響を及ぼすS を、CaS とし
て固定し、熱間加工性を改善する元素である。鋼へのCa
添加の効果については、主に、鋼材の表面疵の観点から
検討され、ヘゲ疵防止対策として0.01wt.%以下を含有さ
せることが実施されている。それに対して、本発明者等
は、新たに、析出硬化型ステンレス鋼の耳割れ発生挙動
に及ぼすCa添加の効果を検討した結果、適量のCaは耳割
れ発生の抑制にも有効であることを見い出した。図1
は、本発明の範囲内の化学成分組成を有する析出硬化型
ステンレス鋼、および、Caのみが本発明の範囲外の化学
成分組成を有する析出硬化型ステンレス鋼をそれぞれ、
実験室にて熱間圧延した時に発生した耳割れ長さの最大
値と、鋼の凝固時のδフェライト量との関係を示すグラ
フである。同図から明らかなように、Caを、0.004 wt.%
含有した鋼は、Caを含有しない鋼に比較して耳割れの長
さが著しく減少した。しかしながら、Ca含有量が、0.00
2 wt.%未満では十分な効果が得られず、一方、その含有
量が、0.01wt.%を超えると、非金属介在物の形成によ
り、鋼材の地疵や表面疵の発生原因となる。従って、Ca
の含有量は、0.002 〜0.01wt.%の範囲内に限定すべきで
ある。

【００１７】更に、図1 より明らかなように、耳割れの
発生挙動は、鋼の凝固時のδフェライト量と密接に関係
しており、本発明鋼の範囲内のCaを含有する場合であっ
ても、δフェライト量が10% を超えると、最大耳割れ長
さが増加して耳割れが悪化する。従って、凝固時のδフ
ェライト量は10% 以下に限定すべきである。

【００１８】このように、耳割れ発生の抑制は、δフェ
ライト量の制御のみでは達成できず、Ca添加との複合効
果によって初めて達成することができたものである。そ
して、耳割れ発生の抑制は、変形抵抗の異なるδフェラ
イト相の体積分率が減少し、そして、結晶粒界脆化の要
因であるS の偏析がCa添加によって防止されたためであ
ると推定される。なお、鋼の凝固時のδフェライト量と
熱間圧延開始時のそれとは、ほぼ一致することを別途確
認した。

【００１９】

【実施例】次に、この発明を実施例により、比較例と対
比しながら説明する。表1 に示した、本発明の範囲内で
ある本発明鋼No.1〜4 、および、少なくとも1 つが本発
明の範囲外の化学成分組成または凝固時のδフェライト
量を有する比較鋼No.1〜5 の鋼を溶製し、得られたそれ
ぞれの溶鋼から厚さ100mm のスラブを調製し、次いで、
熱間圧延により厚さ12mmの鋼板に圧延し、鋼板に発生し
た耳割れを測定した。図2 は、実施例における熱間圧延
プロセスの説明図である。

【００２０】

【表１】

【００２１】耳割れの判定は、その長さを測定し、最大
長さが10mm未満のものを〇、10〜30mmのものを△、30mm
超のものを×で示し、同表に併記した。表1 から明らか
なように、Caを添加せず且つδフェライト量が本発明の
範囲を超える18.8% であった比較鋼No.2、Caを添加しな
かった比較鋼No.3、および、S含有量が本発明の範囲を
超える0.006wt.% であった比較鋼No.5は、いずれも耳割
れ判定が×であり、そして、δフェライト量が本発明の
を超える15.2% であった比較鋼No.1、および、Ca含有量
が本発明の範囲より少ない0.0015wt.%であった比較鋼N
o.4は、耳割れ判定が△であった。これに対して、本発
明鋼No.1〜4 は、いずれも耳割れ判定が〇であった。以
上のように、比較鋼は熱間圧延によって大きな耳割れが
発生したが、本発明鋼は良好な結果が得られた。

【００２２】

【発明の効果】析出硬化型ステンレス鋼板は、従来、耳
割れ発生のため目標幅に対して所定幅を加算して圧延さ
れ、耳部を切り捨てて製造されており、大幅な歩留の低
下をきたし、また、板厚が薄くなると、耳割れの発生が
顕著となるため、製造可能寸法にも制約があった。しか
しながら、本発明は、上述したように構成されているの
で、熱間圧延条件の制約なく耳割れ発生のない析出硬化
型ステンレス鋼板を製造することが可能となり、従っ
て、今後溶接構造用高強度ステンレス鋼として、需要の
拡大が期待される析出硬化型ステンレス鋼板を、安定し
て製造することができる、工業上有益な効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】最大耳割れ長さに及ぼす、Ca添加、および、凝
固時のδフェライト量の影響を示すグラフである。

【図２】実施例における熱間圧延プロセスの説明図であ
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炭素(C) ： 0.07wt.% 以下、 シリコン(Si) ： 1.0 wt.% 以下、 マンガン(Mn) ： 1.0 wt.% 以下、 燐(P) ： 0.04wt.% 以下、 硫黄(S) ： 0.005 wt.% 以下、 ニッケル(Ni) ： 3.0 〜 5.5wt.%、 クロム(Cr) ：14.0 〜17.5wt.%、 銅(Cu) ： 2.5 〜 5.0 wt.% 、 ニオブ(Nb) ： 0.15 〜 0.45wt.% 、 カルシウム(Ca)： 0.002〜 0.01wt.% 、および、 残り ：鉄(Fe)および不可避的不純物 からなる化学成分組成を有し、且つ、凝固時のδフェラ
   イト量が10% 以下であることを特徴とする、熱間加工性
   に優れた析出硬化型ステンレス鋼。