JPS589962A - 粒界腐食割れ特性および加工性にすぐれた高強度ステンレス鋼 - 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】 本発明は冷間加工状態および冷間加工後溶接した場合の
溶接部の粒界腐食割れ特性、さらに加工性にとくにすぐ
れた高強度ステンレス鋼に関するものである。

ステンレス鋼本来の特性の１つである耐食性と同時にか
なりの高強度特性を具備した高強度ステンレス鋼は多く
の分野で使用されている。高強度ステンレス鋼は高強度
であることＦｉ轟然であるが。

一般に使用される場合Ｋｄ加工あるいは溶接が施される
ので加工性、溶接性（溶接部の各種特性を含む）Ｋもす
ぐれていることが重要である。また。

ステンレス鋼本来の特性の１つである耐食性にすぐれて
いる必要のあることはいうまでもない。ところがこれら
の特性を同時に十分満足することは非常ＫＪＩ！Ｌい。

（その１つの問題は２強度と加工性の両立である。）し
かし、上述した特性をすべて同時に十分満足した高強度
ステンレス鋼を要求される用途もあり、その１つが鉄道
車両用材である。

ステンレス鋼のすぐれた耐食性を利用して最近高強度ス
テンレス鋼が鉄道車両用鋼として多く使用されるように
なってきえ。鉄道車両用鋼として社従来炭素鋼が多く使
用されてきたが、炭素鋼では血鋏など９維持管理ｋかな
りの労力および費用がかかること、および車両材として
要求される強度特性を得るにはある程度板厚を厚くする
ことで強度を補なう必要があることから車両自体の重量
が大きいなど、現在一般に望まれている省エネルギーと
は相反している。これらの災素銅のもつ不利を改善する
ためＫは、すぐれた耐食性をもち。

しかも高強夏を有するステンレス鋼を使用することであ
る。ステンレス鋼を使用すると塗装などの維持管理作業
を擬せず、しかもその高強度特性から板厚の軽減により
軽量化できる。さらに普通鋼よりも償却年数が大きいこ
となど省資源省エネルギーに合致した多くの利点をもっ
ている。このような理由から最近鉄道車両用鋼としては
普通鋼から高強度ステンレス鋼への移行がなされてきて
いる。また将来も多くその使用が見込まれている。

鉄道車両用材においては車両を組み立てる際。

各機板厚の冷間圧延材が複雑な形状に加工されるため、
高強度であると同時に冷間圧延拐の靭性。

加工性がとくに１−５！である。さらに、これら加工さ
れたものが溶接により組み立てられるた、め、溶接性に
もすぐれている必要がある。加工性にりいては伸びおよ
び曲げ性の良好なことが重要視される。溶接性について
は溶接部の強度は当然重要な因子であるが、溶接部の鋭
敏化に起因する粒界腐食割れはとくに重要視される。上
述してきたように鉄道車両用鋼においては一般用途の場
合以上に各種の特性を同時に十分に満足している必要か
ある。つまり、高強度材ではあるが、加工性およびある
レベルの加工硬化特性（降伏比ａ８以下）さらには溶接
部の粒界腐食割れ特性のすぐれた材料であることが、鉄
道車両用材に要求されている。

ところが、現在一般に使用されている鉄道車両用材では
強度、加工性の両面においてとくに問題がなくとも、溶
接部の粒界割れが問題となる場合が多い。この割れは現
象的にはすべて溶接熱影響部の鋭敏化域に限定されてお
り１．かつ結晶粒界を伝播していることが判明している
。このことはこの粒界割れが純粋な粒界腐食現象あるい
は溶接残　　　　゛留応力の作用下での応力腐食割れ現
象のいずれに起因するもやであるにしても材料の粒界腐
食感受性の高いことが大きく関与していると考えてよい
。

このように従来の高強度ステンレス鋼において粒界腐食
感受性の高い理由としては、かなりの高強度で且つ良好
な加工性を得るために一般にα０５〜０，１２％のＣを
含有し九ステンレス鋼を冷間圧延した状態で使用し罰い
るためであると考えられる。つまり、烏いＣ含有量を有
していること自体。

および高いＣ含有量をゼしているために冷間用地により
粒界腐食が促進されることに起因して粒界腐食感受性が
高くなるものと考えられる。

本発明の目的は、このような従来の高強度ステンレス−
に共通した問題、つまり溶接部の粒界腐食感受性の商い
ことを回避でき、しかも従来−に比して良好な強度、加
工性などの諸性質を具備した高強度ステンレス鋼を提供
することにある。

この目的のため、′本発明者らは高強度材における溶接
部の粒界腐食感受性を抑制すべく、冷間加工材の鋭敏化
の抑制という面を第１義とし、Ｃ含有量を軽減し、その
かわりＫＣと同じ固溶強−化元一であるＮを添加するこ
とにより鋭敏化の程度を抑制でき、しかも高強度で且つ
良好表加工性を保持できないかという観点から、各掻の
実験研究を重ねてきた。その結果、Ｃ含有量を軽減し、
ＣのかわシＫＮを添加しても、オーステナイト相の安定
度讐調整すれば、車両材のような高強度鋼に要求される
強度および加ニーをそこ々わずに、Ｌかも冷間加工して
も鋭敏化、つまり粒界腐食割れ感受性が抑制でき従来の
高強度ステンレス鋼に比し。

著しく粒界腐食割れ感受性が改善できることを知見した
。

本発明はこれらの知見に基づいて９強度特性。

加工性等を低下することなく、シかも粒界腐食割れ特性
にすぐれ先高強度材の成分系を明らかＫしたもので、以
下に示す特定の組成範囲（重量−）で９％定条件に成分
調整したステンレス鋼が高強度材として％にすぐれた鋼
であることを知見し九。

Ｃ：α０４−以下 Ｎ：［１０４〜１２０％ ｓｔ：ｔｏ嘩以下 Ｍｎ：２．０−以下 Ｎｉ：６０〜１０．Ｃｌ Ｃｒ：１６．Ｏ〜２（１０％ 残部二Ｆｃおよび製鋼上不可避的に混入する不純物 からなる組成を有し。

Ａｒ＝（Ｎ１％）＋１６０（Ｃｒ４）＋α７０（Ｍｎｓ
）＋１五〇［（Ｃ＋Ｎ）チ］ の式に従うＡｒ値が１９〜２１となるように成分調整し
た耐粒界腐食割れ特性訃よび加工性にすぐれた高強度ス
テンレス銅。

なお９本発明鋼の製造工程は通常のステンレス鋼の製造
に実施されているものととくに変らず。

たとえば大気中あるいは真空脱ガス工程でＣを００４−
以下とする。また、Ｎは大気中あるいはアルゴン気中で
窒化マンガンおよび窒化クロムを用いるかあるいは窒業
ガスを直接吹き込み鋼中に含有させる。鋳造後は通常の
ステンレス鋼と同じ工程によって冷延鋼帯を製造する。

以下に、本発明鋼の成分範囲を限定した理由について説
明する。

Ｃ，Ｎ：冷間圧延材の粒界腐食特性に対しては。

Ｎはほとんど影譬せず１粒界腐食特性はＣ含有量で決ま
り、Ｃ含有量がα０４−をこえると粒界腐食が顕著とな
るので、Ｃはα０４％以下とした。

Ｎは本発明鋼の特命的元累の１つである。既述の如く本
発明は耐粒界腐食特性の面から、ＣのかわりにＣと同じ
く固溶強化元素であるＮを添加して強度および加工性を
そこなわずに粒界腐食特性を改善したものである。しか
し、その添加量は凝固時のブローホール発生等、製造上
の問題から上限を０．２０　％とした。また、０．０４
−未満では冷間圧延しても車両材に要求される強度と加
工性、靭性を同時に満足させることができないため、そ
の下限値をα０４％とした。

Ｓｉ　：　Ｓｔは脱酸剤として添加するもので本発明鋼
製造上必賛な元素であるが、ｔｏｔＩｋをこえるとδフ
ェライト相が生成し、熱間加工性が劣下するため上限を
ｔｏｓとした。

Ｍｎ　：　Ｍｕ　ｉｊ　８１と同様に脱酸剤として、ま
た加工性改善のために添加する。しかし、多量に含有さ
せると製造工程上避けられない焼鈍工程において生成す
る散出スケールの性状が悪いため鋼板の表面性状を劣化
させる。したがって、その上限を２０−とした。

Ｃｒ　：　Ｃｒはステンレス鋼本来の耐食性を十分に得
るＫは１６％以上必要であり１反面Ｃｒを２α〇−以上
添加するとδフェライト相が著しく増加し。

熱間加工性を劣下させるためその範囲を１６０〜２０．
０−とした。

Ｎｉ　二Ｎｉはδフェライト相の生成を抑制するため１
ｃｃｒ量の増加とともに含有量を増加する必要がある。

しかし、　Ｎｉを多量に含有させるとｒ相が安定化しす
ぎ耐力比（−σ０．！／σｌ）が高くなシ高強度材の加
工性を劣下させるとと−に高価になるため。

Ｎ１はｒ相安定度を考慮してその適量範囲を６０〜＋０
．０１とし友。

オーステナイト安定ＩＬ：本発明銅に関わる準安定オー
ステナイト系ステンレス鋼はｒ相の加工硬化と同時にオ
ーステナイト相からマルテンサイト相への変態による硬
化を利用して、その高強直を得るものであるが。

Ａｒ＝（Ｎ１１）＋α４０（Ｃｒ４）＋７．０（Ｍ＠１
ｇ）＋１！１（（Ｃ＋Ｎ）チ〕 で定義される値はオーステナイト安定度の指標であり、
このＡｒの値が１９未満ではｒ相が不安定すぎて高強度
が得られても伸びが極端に低下し、靭性、加工性の面で
劣る。一方、　Ａｒが２１をこえるとｒ相が安定しすぎ
、耐力比（σ。／’ｍ）が高くなシ、加工性を劣下させ
る。し九がって、オーステナイトの安定度はムｒの値で
１９〜２１とした。

なお、　ＡｒｆｌＦＣ対する各成分の係数は１本発明に
より実験室的に確認されたものであや、オーステナイト
の安定度をムｒの値で１９〜２１とした詳細な理由は後
記実施例で後述する。

以下に本発明の実施例を述べる。

ａ！１表に本発明実施例として溶製された本発明範囲の
化学成分を有する本発明鋼と本発明範囲外の比較鋼を示
す。

第１表に示した本発明−および比較鋼は５０＃ｉ鋼塊の
ものを熱間鍛造した後、公知の冷延゛・焼鈍第　　１１
！ により最終仕上げ圧延前の板厚をｔ１８およびｔ３３鴎
厚にし喪。これらを圧延温度７０℃で。

いずれもｔＯＷ厚まで１５および２５％圧凰したものＫ
ついて室温での引張試験および鋭敏化特性試験を実施し
九。鋭敏化特性はｔｏｍｔで圧延した圧延材をまず５０
０〜７５０℃で！ＩＯ分加熱後空冷の鋭敏化熱処理を施
し、つぎに沸騰ストラウス溶液に１６時間浸漬し、その
後１１００℃で１０分加熱後空冷の粒界酸化熱処理を施
した後。

各試料の粒界浸食深さを測定することにより調べた。引
張試験結果を第２表に、また鋭敏化特性試験結果を第１
９および第２図に示す。第２表の結果から９本発明鋼は
いずれも比較鋼１，２．３に比べ、高強度材として具備
すべき引張の総合特性がすぐれていることがわかる。す
なわち１本発明鋼においてはいずれの場合も車両材の１
７２　”−ド材に相当する機械的性質（σ。、ｔ　：　
７０＃／１１１１”以上。

σｍ　：　９４　ｋｇ／Ｍｄ以上、σ、Ｊ／σ、くα８
．伸びＥｌ〉２０ｑｂ）を満足するものが１５〜２５１
Ｇ！ｌ）圧延範囲内で十分製造できるが、　Ａｒ値が１
＆９である比軟鋼１１１ｒ相が不安定すぎる九めに十分
な強度は得られてもσ。が７０　ｋｇ　／ｗｘ”以上の
ものを得ようとすると伸び（Ｅ／　）が２０９６以下と
カリ、靭性。

加工性の劣ることがわかる。ま九、　Ａｒ値が２１をこ
えた北壁鋼２および３Ｆｉｒ相が安定すぎるためにσ。

、が高くなるわシにはσ、が上昇せず、降伏比がα８以
上になり、ｒ相が不安定すぎる場合と同様に加工性の劣
ることがわかる。

第１図および第２図の結果より９本発明鋼は比較鋼４．
５，６ｉ／Ｃ比べ、鋭敏化特性が著しく向上しているこ
とがわかる。また、Ｃ含有量がαｏ６〜αｑ７％である
比較鋼３および４では圧延率が１５から２５％を増加し
た場合粒界腐食割れが増加するのに比し９本発明鋼では
Ｃ含有量が（Ｌｏｇ那以上と本発明鋼の上限近傍のＣを
含有している発明鋼６および７でも圧延率が大きくなる
と、低温度側での粒界腐食割れが大きくなるがすべての
鋭敏化温度領域を含めてその最大となる絶対量ははとん
ど変わらない。しかも発明鋼１〜５のように０．０２％
皐下のＣを含有する鋼では冷部圧延して−鋭敏化される
ことはないといっても過言ではないＯ 以上実施例にみられるように９本発明鋼は高強度ステン
レス銅が具備すべき各種の特性を十分に満足したもので
あり高強度ステンレス鋼の適用分野を拡大できるものと
考える。とくに今後その用途拡大が必至とされている鉄
道車両用鋼においては従来鋼で問題とされてきた粒界腐
食特性を著しく改善でき、しかも同時に鉄道車両用鋼に
要求されている強直、加工性などを満足した本発明鋼の
利するところは大であると考える。

【図面の簡単な説明】

３１１１図および第２図ｄ１５おｊび２Ｓ％Ｂ：、ａ７
ＦＤ工した発ＢＡｆＩｓおよび比較鋼を５００〜７５０
℃の温度で時効処理し九場合の粒界侵食深さを示す図で
ある。 特許出願人　日新製鋼株式会社 代理人　弁理士　松　井　政　広　（外２名）第１図 温度　（切 第２図 温度　（・Ｃ） 手続補正書 昭和５７年６月２５日 特許庁長官　若杉和夫　殿 １、事件の表示 昭和５６　年特　許　　願第１０５６７３号３、　補正
をする者 事件との関係　特許出願人 住　　所 フ替ガナ 氏　名（名称）　（４５８）日新製鋼株式会社４、代理
人 ６、　補正により増加する発明の数なし７、補正の対象
明細書の発明の詳細な説明の欄補正の内容 （１）明細書１０頁１２行目の「確認されたものであり
」と％１０頁１２〜１３行目の「オーステナイトの安定
度を・・・」の間に以下の文章を挿入する。 「　種々の成分を有した鋼を同一の圧延条件で１５およ
び２５％圧延した後、それらの試料のマルテンサイト量
を測定し、マルテンサイト量と成分との相関を求めて決
定した。ただし、　Ａｒの式におけるＮｉの係数を１と
して他の元素の係数を決定した。すなわち、冷間加工時
の加工誘起マルテンサイト量と成分との関係からＡ【の
式における各元素の係数を決定した。」 Ｑ）　明細書１１頁５行目の「試験を実施した。」と「
鋭敏化特性は・・・・・・」の間に以下の文章を挿入す
る。 「　なお、今回の試料の作成工程では、熱間加工方法と
して熱間鍛造したが、これは実験室的に溶製したもので
５０塾鋼塊の小ロットであったために熱間鍛造したもの
である。しかし、実操業の製造ラインでは、鋳造後、熱
間圧延した後公知の冷延・焼鈍により製造されるもので
ある。」

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 重量百分率でＣ：１０４−以下、Ｎ二α０４〜［１２０
   ％、８ｉ　：ｔ０１Ｇ以下、Ｍｕ：２．０１１以下。 Ｎｉ　二　６．０〜１　α０％、　　Ｃｒ　　：　　１
   　４０〜２　　ａｏｌしを含有し、残部はＦ・および製
   鋼上不可避的に混入する不純物元素からなる組成を有し
   。 Ａｒ　＝　（Ｎｉｐ）　十０．６０　（Ｃｒ％）＋（１
   ７０（Ｍｎ’ｊ）十１５（（ＣＡＮ）９６Ｊ の式に従うＡｒ値が１９〜２１となる↓うに成分調整し
   た耐粒界腐食割れ特性および加工性にすぐれた高強度ス
   テンレス鋼。