JPH1192885A - ニッケル含有率が極めて低いオースナイト系ステンレス鋼 - Google Patents
ニッケル含有率が極めて低いオースナイト系ステンレス鋼Info
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Abstract
ステンレス鋼。 【解決方法】 重量組成で炭素<0.1%、0.1%<
硅素<1%、5%<マンガン<9%、0.1%<ニッケ
ル<2%、13%<クロム<19%、1%<銅<4%、
0.1%<窒素<0.40%、5×10−4%<ホウ素
<50×10−4%、リン<0.05%、硫黄<0.0
1%であるオースナイト系ステンレス鋼。
Description
めて低いオーステナイト系ステンレス鋼に関するもので
ある。
ていくつかのグループに大別される。オーステナイト系
鋼は重量組成中に一般に3%以上のニッケルを含む鋼で
ある。例えば、NF EN 10 088規格No.
1.4301オーステナイト系鋼(AISI 304)
は組成中に8%以上のニッケルを含む。ニッケルはコス
トの高い元素で、その価格は変動するため、鋼のメーカ
ーは組成中にニッケルを殆どあるいは全く含まないオー
ステナイト系鋼を求めている。
ケル含有率が極めて低い」オーステナイト系鋼、特に機
械特性および溶接特性がニッケル含有率の高いオーステ
ナイト系鋼と同等か、それ以上であるオーステナイト系
鋼を提供することにある。また、材料からのニッケルの
放出、特に河川や海への放出と皮膚接触時の放出を減ら
す方針が国際的に打ち出されている。
組成を特徴とするニッケル含有率が極めて低いオーステ
ナイト系鋼にある: 炭素<0.1% 0.1%<硅素<1% 5%<マンガン<9% 0.1%<ニッケル<2% 13%<クロム<19% 1%<銅<4% 0.1%<窒素<0.40% 5×10−4%<ホウ素<50×10−4% リン<0.05% 硫黄<0.01%
満足する: FI1=0.034x2+0.284x−0.347
<20 ここで、 x=6.903[−6.998+Cr%−0.972
(Ni%+21.31N%+20.04C%+0.46
Cu%+0.08Mn%)]。 2)組成はマルテンサイト安定性指数SIを用いた下記
関係を満足する: SI=0.0267x2+0.4332x−3.145
9<20 ここで、 x=250.4−205.4C%−101.4N%−
7.6Mn%−12.1Ni%−6.1Cr%−13.
3Cu%。 3) 鋼は組成中に1%以下のニッケルを含む。 4) 鋼は組成中に15%〜17%のクロムを含む。 5) 鋼は組成中に0.08%以下の炭素を含む。 6) 鋼は組成中に0.5%〜0.7%の硅素を含む。 7) 鋼は組成中に2%以下のモリブデンを含む。 8) 鋼は組成中に0.0020%以下の硫黄を含む。 9) 鋼は組成中に0.030%以下のアルミニウム、
好ましくは50×10− 4%以下のアルミニウム、およ
び20×10−4%以下のカルシウム、好ましくは5×
10−4%以下のカルシウムをさらに含む。
が、本発明が下記説明に限定されるものではない。組成
中のニッケル含有率を制限した本発明のオーステナイト
系鋼を精錬した。一般にニッケル元素によって得られる
オーステナイト化効果はγ系元素、例えばマンガン、
銅、窒素および炭素で補償しなければならず、α系元
素、例えばクロム、モリブデンおよび硅素の含有率はで
きるだけ低くする必要がある。
固したフェライトは鋳造後の鋼の冷却時にオーステナイ
トに戻る。鋼を冷却する鋳造段階における残留フェライ
ト含有率(%濃度)は実験的で確立された下記指数によ
って近似的に与えられる: FI2=0.1106x2+0.0331x−0.40
3 ここで、 x=2.52[−7.65+Cr%+0.03Mn%−
0.864(Ni%+16.10C%+19.53N%
+0.35Cu%)]。 上記段階における本発明鋼のフェライト含有率は5%以
下である。
30分間熱間圧延する。フェライト含有率は下記の式で
表される: FI1=0.034x2+0.284x−0.347<
20 ここで、 x=6.903[−6.998+Cr%−0.972
(Ni%+21.31N%+20.04C%+0.46
Cu%+0.08Mn%)]。 1240℃で30分間再加熱した後の本発明鋼は20%
以下のフェライトを含む。熱間圧延および1100℃で
30分間過硬化した後の本発明鋼のフェライト含有率は
5%以下である。高間加工、焼きなまし、低間加工およ
び焼きなまし後に痕跡量の残留フェライトを有する鋼が
得られる。オーステナイト/フェライト比は飽和磁化ま
たはX線回折解析で測定する。
℃〜800℃の処理後に鋼が粒間腐食に対して敏感にな
るのを避けるために炭素含有率は0.1%以下に制限さ
れなければならない。炭素含有率は同様な理由で0.0
8%以下であるのがさらに好ましい。窒素および炭素は
フェライトおよびオーステナイト相の凝固、平衡および
マルテンサイト生成に対するオーステナイトの安定性に
同様に作用する。窒素のオーステナイト化特性は炭素よ
りわずかに上回る。
素を十分に溶解し、鋼のオーステナイト構造を保証する
ために、最低でも5%のマンガンを含有する必要があ
る。本発明鋼の組成中のマンガン含有率が9%を上限と
するのは、本発明鋼の精錬で浸炭フェロマンガン、好ま
しくは精製フェロマンガンを使用することに関連してい
る。フェライトの量に対するマンガンの効果は5%〜9
%の含有率で一定である。さらに、マンガン含有率は高
温延性を損なわないように制限されなければならない。
鋼の挙動を十分にするために、意図的に1%以下、好ま
しくは0.7%以下に制限される。精錬ではカンラン石
型酸化物の生成を防ぐために、最低でも0.1%、好ま
しくは最低でも0.5%の硅素を含有する必要がある。
熱間圧延による鋼の加工時に、硅素含有率の低い、例え
ば0.5%以下の融点の低いカンラン石型の酸化物(F
eO/SiO2/MnO)が本発明鋼上に生成する。硅
素含有率が0.5%以下である場合には、上記酸化物を
液状で含む金属マトリクスを有する混成部分が熱間圧延
操作中に生成する。その結果、鋼ストリップの特に酸洗
後の表面仕上げが悪くなる。
に、本発明鋼の組成中の硅素含有率を0.5%以上に上
げる必要があることが分かった。それによって、融点の
高い酸化物が生成し、熱間圧延時の表面仕上げの問題が
起こらなくなる。硅素含有率が高い場合はオーステナイ
ト構造の生成に関与しないので、組成中の他の元素を考
慮に入れて、硅素の含有率は2%以下、好ましくは1%
以下に制限される。
の元素であるが、本発明の課題はニッケルをほとんど含
まないオーステナイト鋼を得ることである。この元素は
高価で、価格変動は大きく、制御できない。この価格変
動によって鋼メーカーの運転が妨げられる。ニッケルは
さらに、オーステナイト鋼の応力腐食に対する過敏性を
強めるという欠点を有する。本発明者はさらに、ニッケ
ル含有率を制限しても以下に説明する特性の向上した新
世代の鋼が製造できることを見いだした。
を保証するために13%以上、好ましくは15%以上に
する必要がある。クロム含有率の限界が19%、好まし
くは17%であることは、過硬化処理後の本発明鋼が5
%以下のフェライトを含有しなければならないことに関
連している。クロム含有率を19%以上にすると、フェ
ライト含有率が過度に高くなり、十分な引張り伸びを保
証できなくなる。
で、オーステナイト型構造を保証するために、最低でも
1%にする必要がある。4%以上の銅含有率では、鋼の
可鍛性がかなり損なわれ、鋼の高温加工が困難になる。
銅のオーステナイト化効果はニッケルのほぼ40%であ
る。
を保証するために、少なくとも0.1%の窒素含有率が
必要である。0.4%以上の窒素含有率では「ブローホ
ール」とよばれる窒素の気泡が凝固中の鋼内に生成す
る。鋼の組成中に2%以下のモリブデンを導入する場合
は、耐腐食性を向上させるために窒素含有率を高くする
必要があろう。2%以上のモリブデン含有率では、フェ
ライトが存在しないように0.4%以上の窒素を追加す
る必要がある(標準圧力での鋼の精錬では起こらな
い)。
×10−4%のホウ素を含有する。高温引張試験におけ
る温度を関数とする断面での直径減少率の特徴が示すよ
うに、組成にホウ素を添加すると、高温延性、特に90
0〜1150℃の延性が向上する。50×10−4%以
上のホウ素では、燃焼点での減少率が大きくなり、圧延
前の再加熱時に液体金属領域が形成される危険がある。
0.01%以下の硫黄を鋼に導入する。硫黄含有率は2
0×10−4%以下にして1000℃以上の高温延性を
大幅に向上させるのが好ましい。この低い硫黄含有率は
カルシウムおよびアルミニウムを制御下に使用すること
で達成される。生じる最終アルミニウム含有率は0.0
3%以下、好ましくは50×10−4%以下または30
×10−4%以下で、カルシウム含有率は10×10
−4%、好ましくは5×10−4%以下である。それか
ら得られる酸素含有率は一般に20×10−4%〜60
×10−4%である。
温割れおよび溶接部の冷却中に起こりうる高温破断現象
を防ぐために、0.05%以下に制限される。
304型の鋼と比較して説明する。本発明鋼の組成は
〔表1〕〜〔表3〕に示してある。
星印(*)で示されている。〔表4〕は各鋼のFI1、
FI2およびSI指数の計算値を示している。
マルテンサイトのFI2、FI1の測定値およびSIの
測定値を示している。
および加工・焼きなまし後の鋼に対して行った。鋼を1
250℃の出発温度で鍛造して加工鋼を製造した。その
後、1100℃で30分間焼きなました。引張試験の熱
サイクルは、温度が20℃/秒の速度で1240℃まで
上昇し、1240℃で1分間保持し、2℃/秒の速度で
変形温度まで下げるサイクルである。断面の直径減少率
を測定した。これは初期直径に対する、初期直径と最終
直径との差の比(%表記)に対応する。
び鋼771−(C)の、変形温度を関数とする断面の直
径減少率の挙動を低硫黄鋼774−(D)、ホウ素を含
まない鋼768−(A)および「基準」鋼である鋼67
1(AISI 304)と比較して示している。30×
10−4%の硫黄を含有し、ホウ素を含まない鋼768
−(A)は基準鋼と比べて高温延性が著しく低い。同じ
ことが9×10−4%の硫黄を含有し、ホウ素を含まな
い鋼774−(D)に対してもいえる。図に示されるよ
うに、ホウ素を添加することで900〜1050℃での
延性が向上する。さらに、ホウ素が存在する鋼では、硫
黄含有率が20×10−4%以下の本発明鋼771−
(C)が、900〜1250℃の全温度範囲に亘って優
れた高温延性を示す。これは基準鋼671の延性に近い
ことは理解できよう。
250℃で鍛造加工し、その後、1100℃の温度で3
0分間塩浴中で焼きなました。引張り試験用の試験片
は、直径5mmの円形断面を有する長さ50mmの試験
片である。それを20mm/分の速度で引張った。本発
明鋼の伸びは55〜67%であった。比較のために、本
発明鋼、本発明以外のニッケル含有率の低い鋼およびA
ISI 304型の基準鋼の特性を測定し、〔表6〕に
示す。
の量を測定した(表5)。本発明鋼では20%以下であ
った。破損するまで変形させた本発明鋼の試験片にはε
−マルテンサイトの痕跡が全く見られなかった。SI指
数が20以下で、FI1指数が20以下である本発明鋼
は、既に述べたように、加工後の引張り伸びが55%以
上であった。この伸びは適当な冷間圧延を得るのに必要
である。
えた各種の鋼に対してASTM 262E規格の試験を
行った。被試験鋼は1100℃で焼きなました厚さが3
ミリの熱間圧延ストリップ(過硬化)鋼である。次い
で、鋼を下記a)あるいはb)のいずれかで増感処理す
る: a)700℃で30分間焼きなました後、水で急冷する
か、 b)650℃で10分間焼きなました後、水で急冷す
る。 試験の結果は〔表7〕に示してある。
の鋼、例えば鋼594および鋼596は許容可能な特性
を有していない。組成中に0.1%以下の炭素を含有す
る本発明鋼、例えば鋼567、鋼592および鋼584
は試験bの粒間腐食の点でAISI 304鋼に匹敵し
ている。組成中に0.080%以下の炭素を含有する本
発明鋼のみが、試験aでAISI 304に匹敵してい
る。従って、本発明の炭素含有率は0.1%以下、好ま
しくは0.08%以下に制限するのが好ましい。
ム、カルシウム、酸素および硫黄含有率を変えた各種の
鋼を電気炉でAODを用いて製造した。各含有率は特に
正確な方法、例えばカルシウムは原子吸光分光分析法
で、アルミニウムはグロー放電分光分析法を用いて測定
した。加工製品を用いてpH6.6、23℃の0.02
M−NaCl中で点蝕試験を行った。結果は〔表8〕に
示してある。電位E1は1cm2当たり1ピットの確率
に対応している。
えないアルミニウムを含有し、さらに10×10−4%
以下のカルシウムと、60×10−4%以下の酸素と、
20×10−4%以下の硫黄とを含有する鋼ではかなり
高いことが理解できよう。走査電子顕微鏡を用いると、
組成中に110×10−4%のアルミニウムと、115
×10−4%の[lacuna]を含有する鋼Aおよび鋼Bは石
灰型およびアルミナ−マグネシア型の介在物を含み、こ
れらの介在物は硫化カルシウムで取り囲まれ、この寸法
は数μmに達することが観察された。硫化カルシウムは
30×10 −4%以下のアルミニウムと、10×10
−4%以下のカルシウムとを含有する鋼Cおよび鋼Dで
はみられなかった。
徴を示す図。
Claims (10)
- 【請求項1】 下記重量組成を特徴とするニッケル含有
率が極めて低いオーステナイト系ステンレス鋼: 炭素<0.1% 0.1%<硅素<1% 5%<マンガン<9% 0.1%<ニッケル<2% 13%<クロム<19% 1%<銅<4% 0.1%<窒素<0.40% 5×10−4%<ホウ素<50×10−4% リン<0.05% 硫黄<0.01% - 【請求項2】 フェライト指数FI1を用いた下記関係
を満足する請求項1に記載のオーステナイト系鋼: FI1=0.034x2+0.284x−0.347
<20 ここで、 x=6.903[−6.998+Cr%−0.972
(Ni%+20.04C%+21.31N%+0.46
Cu%+0.08Mn%)]。 - 【請求項3】 マルテンサイト安定性指数SIを用いた
下記関係を満足する請求項1に記載のオーステナイト系
鋼: SI=0.0267x2+0.4332x−3.145
9 <20 ここで、 x=250.4−205.4C%−101.4N%−
7.6Mn%−12.1Ni%−6.1Cr%−13.
3Cu%。 - 【請求項4】 組成中に1%以下のニッケルを含む請求
項1〜3のいずれか一項に記載のオーステナイト系鋼。 - 【請求項5】 組成中に15%〜17%のクロムを含む
請求項1〜3のいずれか一項に記載のオーステナイト系
鋼。 - 【請求項6】 組成中に0.08%以下の炭素を含む請
求項1〜3のいずれか一項に記載のオーステナイト系
鋼。 - 【請求項7】 組成中に0.5%〜0.7%の硅素を含
む請求項1〜3のいずれか一項に記載のオーステナイト
系鋼。 - 【請求項8】 組成中に2%以下のモリブデンをさらに
含む請求項1〜3のいずれか一項に記載のオーステナイ
ト系鋼。 - 【請求項9】 組成中に0.0020%以下の硫黄をさ
らに含む請求項1〜3のいずれか一項に記載のオーステ
ナイト系鋼。 - 【請求項10】 組成中に0.030%以下のアルミニ
ウム、好ましくは50×10−4%以下のアルミニウ
ム、および20×10−4%以下のカルシウム、好まし
くは5×10−4%以下のカルシウムをさらに含む請求
項1〜3のいずれか一項に記載のオーステナイト系鋼。
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