JPWO2017141907A1 - フェライト‐オーステナイト系二相ステンレス鋼材とその製造方法 - Google Patents
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Abstract
C:0.005以上、0.050以下、
N:0.05以上、0.30以下、
Si:0.1以上、1.5以下、
Mn:0.1以上、7.0以下、
P:0.005以上、0.100以下、
S:0.0001以上、0.0200以下、
Cr:18.0以上、28.0以下、
Cu:0.1以上、3.0以下、
Ni:0.1以上、8.0以下、
Mo:0.1以上、5.0以下、
Al:0.001以上、0.050以下、
B:0.0001以上、0.0200以下、
Ca:0.0001以上、0.0100以下、
を含み、オーステナイト相の面積率が30%以上、70%以下、式(I)式(II)を満たす鋼材。
1.03≦[%Cr*F]/[%Cr]≦1.40…式(I)
1.05≦[%Mn*A]/[%Mn]≦1.80…式(II)
[%元素記号]:鋼中の元素含有量
[%元素記号*F]:フェライト相中の元素含有量
[%元素記号*A]:オーステナイト相中の元素含有量
Description
(1)質量%で、
C:0.005%以上、0.050%以下、
N:0.05%以上、0.30%以下、
Si:0.1%以上、1.5%以下、
Mn:0.1%以上、7.0%以下、
P:0.005%以上、0.100%以下、
S:0.0001%以上、0.0200%以下、
Cr:18.0%以上、28.0%以下、
Cu:0.1%以上、3.0%以下、
Ni:0.1%以上、8.0%以下、
Mo:0.1%以上、5.0%以下、
Al:0.001%以上、0.050%以下、
B:0.0001%以上、0.0200%以下、
Ca:0.0001%以上、0.0100%以下、
を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなり、オーステナイト相の面積率が30%以上、70%以下であり、下記の式(I)及び式(II)を満たすことを特徴とするフェライト‐オーステナイト系二相ステンレス鋼材。
1.03≦[%Cr*F]/[%Cr]≦1.40 …式(I)
1.05≦[%Mn*A]/[%Mn]≦1.80 …式(II)
但し、式(I)及び式(II)中の[%元素記号]は鋼中の当該元素の含有量(質量%)、[%元素記号*F]はフェライト相中の当該元素の含有量(質量%)、[%元素記号*A]はオーステナイト相中の当該元素の含有量(質量%)を意味する。
(2)質量%で、以下の組成の少なくとも1つを満たすことを特徴とする、本発明のフェライト‐オーステナイト系二相ステンレス鋼材。
Cr:24.0%未満、
Ni:4.0%未満、
Mo:1.0%未満
(3)質量%で、
Si:0.2%以上、
Mn:4.0%未満、
Cu:1.5%未満、
Al:0.005%以上、
を満たすことを特徴とする本発明のフェライト‐オーステナイト系二相ステンレス鋼材。
(4)質量%で
Mn:2.7%超、
Ni:1.8%超、
Cu:0.8%超、
を満たすことを特徴とする本発明のフェライト‐オーステナイト系二相ステンレス鋼材。
(5)質量%で、
Si:0.2%以上、1.5%以下、
Mn:2.7%超、4.0%未満、
Cr:18.0%以上、24.0%未満、
Cu:0.8%超、1.5%未満、
Ni:1.8%超、4.0%未満、
Mo:0.2%以上、1.0%未満、
Al:0.005%以上、0.050%以下、
を満たすことを特徴とする本発明のフェライト‐オーステナイト系二相ステンレス鋼材。
(6)質量%で、更に
V:0.001%以上、0.5%以下、
Ti:0.001%以上、0.5%以下、
Nb:0.001%以上、0.5%以下、
Zr:0.001%以上、0.5%以下、
Hf:0.001%以上、0.5%以下、
W:0.1%以上、3.0%以下、
Sn:0.01%以上、1.0%以下、
Co:0.01%以上、1.0%以下、
Sb:0.005%以上、0.3%以下、
Ta:0.001%以上、1.0%以下、
Ga:0.0002%以上、0.3%以下、
Mg:0.0002%以上、0.01%以下、
Bi:0.001%以上、1.0%以下、
REM:0.001%以上、0.2%以下、
の1種または2種以上を含有することを特徴とする本発明のフェライト‐オーステナイト系二相ステンレス鋼材。
(7)車両に積載され、使用時の素材温度が400℃以下である流路部品用及びそれに接合する部品用に使用される本発明のフェライト‐オーステナイト系二相ステンレス鋼材。
(8)ろう付け加工を有する部品用に使用される本発明のフェライト‐オーステナイト系二相ステンレス鋼材。
(9)前記鋼材は鋼板または鋼管である、本発明のフェライト‐オーステナイト系二相ステンレス鋼材。
(10)本発明のフェライト‐オーステナイト系二相ステンレス鋼材を素材として含む車両部品。
(11)本発明のフェライト‐オーステナイト系二相ステンレス鋼材を素材として含む熱交換器。
(12)本発明のフェライト‐オーステナイト系二相ステンレス鋼材を素材として含む配管。
(13)本発明のフェライト‐オーステナイト系二相ステンレス鋼材を素材として含む流路用構造体。
(14)本発明のフェライト‐オーステナイト系二相ステンレス鋼材の製造方法であって、最終焼鈍を、1200℃以下の範囲で行い、昇温過程における500℃以上、900℃以下の範囲の時間Tu(秒)が5秒以上、100秒以下であり、900℃以上の時間Th(秒)が30秒以上であり、冷却過程における900℃以下、500℃以上の範囲の時間Td(秒)が1秒以上、400秒以下であり、且つ、下記の式(III)を満たすことを特徴とする本発明のフェライト‐オーステナイト系二相ステンレス鋼材の製造方法。
0.20≦(Tu+Td)/Th≦10.00 …式(III)
また、本発明によれば、耐食性に優れ高強度であるフェライト‐オーステナイト系二相ステンレス鋼材を、車両に積載され、使用時の素材温度が400℃以下である流路部品用及びそれに接続する部品用、または、ろう付け加工を有する部品用に適用することができ、素材の薄手化による車両の軽量化等を可能とし、環境対策や部品の低コスト化等に大きな効果が得られる。
また、同様に車両用部品以外のろう付け加工を有する部品用に適用することにより、素材の薄手化により部品のコンパクト化、低コスト化、熱交換性能の向上等の効果が得られる。
Cは、オーステナイト相を安定化させる元素である。しかし、過度の添加は炭化物の形成により耐食性、靭性を低下させる。したがって、0.005%以上、0.050%以下とする。更に、過度の低減はコスト増加を招き、また、過度の添加は溶接性を低下させることを考慮すると、下限は0.010%とすることが望ましく、上限は0.030%とすることが望ましい。
Nは、オーステナイト相を安定化させる元素であり、また、拡散し易い元素であるためオーステナイト相の生成速度を向上する元素である。しかし、過度の添加は窒化物の形成により耐食性、靭性を低下させる。したがって、0.05%以上、0.30%以下とする。更に、オーステナイト相の強度、耐食性を高める元素であることを考慮すると、下限は0.10%とすることが望ましい。また、過度の添加は製造時に気泡や窒化物による表面疵の発生を招き、製造性を低下させることを考慮すると、上限は0.25%とすることが望ましい。より望ましい下限は0.12%超である。より望ましい上限は、0.20%未満である。
Siは、脱酸剤として添加される元素である。しかし、過度の添加は靭性を低下させる。したがって、0.1%以上、1.5%以下とする。更に、過度の低減は脱酸不良や精錬コストの増加を招き、過度の添加は加工性を低下させることを考慮すると、下限は0.2%とすることが望ましく、上限は0.7%とすることが望ましい。
Mnは、脱酸剤として添加される元素であるとともに、Nの固溶度を上げ、窒化物の形成や脱窒を抑制する。しかし、過度の添加は耐食性を低下させる。したがって、0.1%以上、7.0%以下とする。更に、オーステナイト相を安定化させる元素であることを考慮すると、下限は1.0%とすることが望ましい。また、過度の添加は熱間加工性を低下させることを考慮すると、上限は5.5%とすることが望ましい。より望ましい下限は、2.0%超である。より望ましい上限は4.0%未満である。また、Mnはろう付け熱処理時における脱窒によるオーステナイト相率の低下を抑制し、ろうの濡れ性を更に向上させると考えられる。この効果も考慮すると、最も望ましい下限は2.7%超である。
Pは、後述のように、ろう付け時におけるろうの濡れ性を向上させると考えられる。しかし、過度の添加は靭性、溶接性を低下させる。したがって、0.005%以上、0.100%以下とする。更に、コスト、製造性を考慮すると、下限は0.010%とすることが望ましい。上限は0.050%とすることが望ましい。より望ましい下限は、0.015%超である。より望ましい上限は、0.030%である。
Sは、後述のように、ろう付け熱処理時における脱窒を緩和すると考えられる。しかし、過度の添加は熱間加工性を低下させる。したがって、0.0001%以上、0.0200%以下とする。更に、コスト、製造性を考慮すると、下限は0.0003%とすることが望ましい。上限は0.0050%とすることが望ましい。より望ましい下限は、0.0003%超である。より望ましい上限は、0.0020%である。
Crは、基本的には耐食性を向上させる元素である。しかし、過度の添加はろう付け時におけるろうの濡れ性を低下させる。したがって、18.0%以上、28.0%以下とする。更に、強度を向上させる元素であることを考慮すると、下限は20.0%とすることが望ましい。また、過度の添加は合金コストを増加させることを考慮すると、上限は26.0%とすることが望ましい。より望ましい下限は、20.0%超である。より望ましい上限は24.0%未満である。
Cuは、耐食性を向上させる元素であるであるとともに、オーステナイト相を安定化させる元素である。しかし、過度の添加は熱間加工性を低下させる。したがって、0.1%以上、3.0%以下とする。更に、過度の添加は合金コストを増加させることを考慮すると、上限は2.0%とすることが望ましい。より望ましい下限は0.5%超であり、より望ましい上限は1.5%未満である。また、CuはCuろうとなじみ易くし、ろうの濡れ性を更に向上させると考えられる。この効果も考慮すると、最も望ましい下限は、0.8%超である。
Niは、耐食性を向上させる元素であるであるとともに、オーステナイト相を安定化させる元素である。しかし、過度の添加は合金コストを増加させる。したがって、0.1%以上、8.0%以下とする。更に、靭性を向上させる元素であることを考慮すると、下限は1.0%とすることが望ましい。また、更に合金コストを考慮すると、上限は5.0%とすることが望ましい。より望ましい下限は1.5%超である。より望ましい上限は4.0%未満である。また、NiはNiろうとなじみ易くし、ろうの濡れ性を更に向上させると考えられる。この効果も考慮すると、最も望ましい下限は、1.8%超である。
Moは、耐食性を向上させる元素である。しかし、過度の添加は熱間加工性を低下させる。したがって、0.1%以上、5.0%以下とする。更に、過度の添加は合金コストを増加させることを考慮すると、上限は4.0%とすることが望ましい。より望ましい下限は、0.2%以上である。より望ましい上限は1.0%未満である。
Alは、脱酸剤として添加される元素である。しかし、後述のように、ろう付け時におけるろうの濡れ性を低下させると考えられる。したがって、0.001%以上、0.050%以下とする。更に、過度の低減は脱酸不良や精錬コストの増加を招き、過度の添加は溶接性の低下、窒化物形成による表面疵の発生、靭性の低下を招くことを考慮すると、下限は0.005%とすることが望ましく、上限は0.030%とすることが望ましい。
Bは、後述のように、ろう付け熱処理時における脱窒を緩和すると考えられる。また、熱間加工性を向上させる元素である。しかし、過度の添加は溶接性を低下させる。したがって、0.0001%以上、0.0200%以下とする。更に、コスト、製造性を考慮すると、下限は0.0010%とすることが望ましく、上限は0.0100%とすることが望ましい。より望ましい下限は、0.0010%超である。より望ましい上限は、0.0050%以下である。
Caは、熱間加工性を向上させる元素である。しかし、過度の添加は加工性を低下させる。したがって、0.0001%以上、0.0100%以下とする。更に、コスト、製造性を考慮すると、下限は0.0010%とすることが望ましい。上限は0.0050%とすることが望ましい。
(Ti:0.001%以上、0.5%以下)
(Nb:0.001%以上、0.5%以下)
(Zr:0.001%以上、0.5%以下)
(Hf:0.001%以上、0.5%以下)
V、Ti、Nb、Zr、Hfは、熱間加工性を向上させる元素であるとともに、溶接時にC、Nと結合しCr炭窒化物の形成を抑制し、溶接部の耐粒界腐食性を向上させる元素である。しかし、過度の添加は窒化物を形成し、表面疵の発生、靭性の低下を招き、加工性、製造性を低下させる場合もある。したがって、それぞれ0.001%以上、0.5%以下とする。
(Sn:0.01%以上、1.0%以下)
(Co:0.01%以上、1.0%以下)
(Sb:0.005%以上、0.3%以下)
(Ta:0.001%以上、1.0%以下)
(Ga:0.0002%以上、0.3%以下)
W、Sn、Co、Sb、Ta、Gaは、耐食性を向上させる元素である。しかし、過度の添加は靭性、加工性、溶接性、製造性を低下させる。したがって、Wは0.1%以上、3.0%以下、Snは0.01%以上、1.0%以下、Coは0.01%以上、1.0%以下、Sbは0.005%以上、0.3%以下、Taは0.001%以上、1.0%以下、Gaは0.0002%以上、0.3%以下とする。
Mgは、脱酸元素として添加する場合がある他、スラブの組織を微細化させ、熱間加工性、成型性を向上させる元素である。しかし、過度の添加は溶接性、表面品質を低下させる。したがって、0.0002%以上、0.01%以下とする。
Biは、冷間圧延時に発生するローピングを抑制し、製造性を向上させる元素である。しかし、過度の添加は熱間加工性を低下させる。したがって、0.001%以上、1.0%以下とする。
REM(希土類元素)は、鋼の清浄度を向上し、耐銹性、熱間加工性を向上させる元素である。しかし、過度の添加は合金コストの上昇と製造性の低下を招く。したがって、それぞれ0.001%以上、0.2%以下とする。なお、REMは、一般的な定義に従う。スカンジウム(Sc)、イットリウム(Y)の2元素と、ランタン(La)からルテチウム(Lu)までの15元素(ランタノイド)の総称を指す。REMは単独で添加しても良いし、混合物の状態で添加しても良い。
一方でCr及びAlは両者ともフェライト相に濃化する元素であるが、フェライト相中のAlの含有量は小さく、測定が困難である。そこで、フェライト相中のAlの含有量については、フェライト相中のCrの濃化度と相関があるものと仮定して、フェライト相中のCrの濃化度と濡れ性の関係を検討した。その結果、濡れ性を改善するためには式(i)を満たせばよいことを本出願人は確認した。
[%Cr*F]/[%Cr]≦1.40 …式(i)
また、ろうが濡れる際には、鋼とろうの界面のろう側に、鋼成分の影響を受けた、ミクロ的な液膜相が形成されていると、考えられる。鋼中のPの含有量は大きい程、その液膜相中のPの含有量は大きく、融点は低くなり、濡れ性を補助的に向上すると考えられる。つまり、Pの濃化度は大きいことがより望ましい。
また、上記の通り、フェライト相中のAlの含有量は小さいことが望ましい。しかし、フェライト相中のAl及びPの含有量は小さく、測定が困難である。
この場合、フェライト相中のP及びAlの含有量の規定法については以下の方法を例示できる。
フェライト相中のCrの濃化度と、Al及びPの濃化度が同等であると仮定し、鋼中のP、Alの含有量、およびフェライト相中のCrの濃化度を用いて規定する方法がある。この場合式(ii)を満たすことがより望ましい。
([%P]−[%Al])×[%Cr*F]/[%Cr]≧−0.010 …式(ii)
但し、式中の[%元素記号]は鋼中の当該元素の含有量(質量%)、[%元素記号*F]はフェライト相中の当該元素の含有量(質量%)を意味する。
なお、式(i)、式(ii)はいずれも濡れ性向上のためにフェライト相中のCr、Al、Pの濃化度を直接間接に規定するものである。ただし、フェライト相中のAl、PはCrと比べて含有量が小さく、測定が困難な割には濡れ性に及ぼす濃化度の影響がCrより小さい。よって、式(i)を少なくとも満たしていれば、濡れ性は向上する。
1.05≦[%Mn*A]/[%Mn] …式(iii)
また、オーステナイト相中から雰囲気中に直接的に脱窒することに加え、フェライト相を経由してフェライト相から雰囲気中へと脱窒することも考えられる。そのため、オーステナイト相の過度なMn濃化は、フェライト相中の過度なMn希釈を招き、フェライト相を経由した脱窒を促進する。したがって、式(iv)を満たすこととする。
[%Mn*A]/[%Mn]≦1.80 …式(iv)
更に、鋼中のSやBは表面活性元素であり、鋼表面の脱窒サイトに入ることで脱窒を緩和する可能性がある。S及びBはフェライト相中に濃化する元素である。つまり、フェライト相を経由した脱窒を抑制するためには、フェライト相中のS及びBの含有量を大きくすることが有効である。しかし、フェライト相中のS及びBの含有量は小さく、測定が困難である。そこで、フェライト相中のS及びBの含有量については式(i)と同様にフェライト相中のCrの濃化度と相関があるものと仮定してフェライト相中に濃化するCrの濃化度と耐食性の関係を検討した。その結果、耐食性を改善するためには、式(v)を満たせばよいことを本出願人は確認した。
1.03≦[%Cr*F]/[%Cr] …式(v)
また、フェライト相中のS及びBの含有量の規定法については、式(v)のようにCrの濃化度を用いて規定する方法が例示できる。
フェライト相中のCrの濃化度と、S及びBの濃化度が同等であると仮定し、鋼中のS、Bの含有量およびフェライト相中のCrの濃化度を用いて規定する方法がある。この場合、式(vi)を満たすことが望ましい。
([%S]+[%B])×[%Cr*F]/[%Cr]≧0.0010 …式(vi)
但し、式中の[%元素記号]は鋼中の当該元素の含有量(質量%)、[%元素記号*F]はフェライト相中の当該元素の含有量(質量%)、[%元素記号*A]はオーステナイト相中の当該元素の含有量(質量%)を意味する。
なお、式(v)、式(vi)はいずれも耐食性向上のためにフェライト相中のCr、S、Bの濃化度を直接間接に規定するものであるが、フェライト相中のS、BはMnと比べて含有量が小さく、測定が困難な割には耐食性に及ぼす濃化度の影響がMnより小さい。そのため、式(v)を少なくとも満たしていれば、耐食性は向上する。
1.03≦[%Cr*F]/[%Cr]≦1.40 …式(I)
上記のオーステナイト相中のMn濃化度については、式(iii)と式(iv)をまとめると、式(II)を満たすこととなる。
1.05≦[%Mn*A]/[%Mn]≦1.80 …式(II)
但し、式中の[%元素記号]は鋼中の当該元素の含有量(質量%)、[%元素記号*F]はフェライト相中の当該元素の含有量(質量%)、[%元素記号*A]はオーステナイト相中の当該元素の含有量(質量%)を意味する。
本発明のフェライト‐オーステナイト系二相ステンレス鋼材は、例えば鋼板または鋼管であるため、以下の説明では鋼板の製造方法および鋼管の製造方法を例に説明する。
熱間圧延及び熱延板の焼鈍工程の条件は一般的条件で良く、例えば熱延加熱温度1000℃以上、1300℃以下、熱延板焼鈍温度900℃以上、1200℃以下等で行うことができる。但し、本発明は熱間圧延及び熱延板の焼鈍については製造条件を特徴とするものではなく、その製造条件は限定されるものではない。そのため、製造された鋼が本発明の効果が得られる限りにおいて、熱延条件、熱延板焼鈍の有無、熱延板焼鈍温度、雰囲気、冷延条件などは適宜選択することができる。また、仕上酸洗前の処理は一般的な処理を行って良く、例えば、ショットブラストや研削ブラシなどの機械的処理や、溶融ソルト処理や中性塩電解処理などの化学的処理を行うことができる。また、冷延、焼鈍後に調質圧延やテンションレベラーを付与しても構わない。更に、製品板厚についても、要求部材厚に応じて選択すれば良い。
0.20≦(Tu+Td)/Th≦10.00 …式(III)
また、昇温にかける時間が過度に小さいと、鋼の温度上昇ムラによる品質ムラが発生し、降温にかける時間が過度に小さいと形状劣化が発生することがある。一方、昇温及び降温にかける時間が過度に大きいと、σ相の析出による靱性の低下や、生産性の低下を招く。したがって、昇温過程における500℃以上、900℃以下の範囲の時間Tu(秒)を5秒以上、100秒以下、冷却過程における900℃以下、500℃以上の範囲の時間Td(秒)を1秒以上、400秒以下とすると好ましい。
本発明のフェライト‐オーステナイト系二相ステンレス鋼材は、ろう付け加工性及びろう付け熱処理後の耐食性が要求される部材であれば、特に適用対象は限定されない。例を挙げると、車両部品、熱交換機、配管、流路用構造体の素材として用いることができる。
車両部品としては、車両に積載され、使用時の素材温度が400℃以下である流路部品用及びそれに接続する部品用、または、部品の素材に適用できる。具体的には、自動車、バス、トラック、二輪車、建設車両、農業車両、産業車両、鉄道車両等の車両に積載され、使用時の素材温度が400℃以下である、水、油、空気、燃料、排ガス、高圧でない水素等の配管または流路用構造体及びそれらに接合する締結用、固定用、保護用等の部品であってろう付け加工を有する部品、または、前記車両用部品以外のろう付け加工を有する部品であり、前記部品の例としては、車両のエンジン、ターボ、燃料タンク等の周辺に付属するウォータパイプ、オイルパイプ、エアパイプ、フューエルチューブ、デリバリーチューブ、ジョイントパイプ、燃料給油管、水素配管、素材温度が400℃以下であるEGR(Exhaust Gas Recirculation)クーラー部品、排気系部品、これら配管または流路用構造体に接合するフランジ、ステイ、ブランケット、カバー等がある。
熱交換機としては、冷暖房、給湯器、家電、燃料電池等に付属する熱交換器が挙げられる。
配管や流路用構造体としては、車両部品以外の各種配管等及び流路用構造体も挙げられる。
表1に示す成分組成を有する供試材(本発明例Aから発明例Pまで、比較例Qから比較例AAまで)を真空溶解炉で溶製し、1200℃に加熱後熱間圧延を行い板厚4.5mmの熱延鋼板とした。熱延鋼板を1000℃で焼鈍し、酸洗した後に板厚1.5mmまで冷間圧延し、その後、表2−1および表2−3に記載の条件の仕上焼鈍を行い、酸洗を行った。このようにして得られた冷延焼鈍酸洗板を供試材として、オーステナイト相の面積率の測定、フェライト相中のCr及びオーステナイト相中のMnの含有量の測定、ろう付け加工性の評価、ろう付け熱処理後の耐食性の評価を行った。
オーステナイト相の面積率は、供試材の表面を上述した条件の下、フェライトスコープで測定して求めた。フェライト相中のCr及びオーステナイト相中のMnの含有量は、供試材の断面を上述した条件の下、EPMAで分析して求めた。
供試材のろう付け加工性を評価するために、供試材からなる上板と下板に一定の隙間を付与して、その隙間にろうを浸透させた際のフィレット形状を評価した。なお、フィレットとは隙間からはみ出したろうのことである。
具体的には、まず供試材から長さ10mm、幅30mmの上板と長さ30mm、幅50mmの下板を切り出し、上板を下板の上部中央に重ね、2枚の隙間間隔が0.3mmとなるような試験片を作製した。隙間形成材としては、板厚0.3mmのSUS304板を使用し、上板の幅方向端部の下に隙間形成材を入れて、それぞれの板がずれないよう溶接で固定した。上板の片側の長さ方向端部の下に、JIS Z 3262に規定されるCuろうである、BCu−1Aを0.9g塗布し、それを純水素雰囲気中で1150℃まで加熱し、1分間保持した後冷却した。冷却後、試験片の幅方向中央部を切断し、断面観察することでフィレット形状を評価した。ろうが十分隙間に充填されて、隙間からはみ出しているものをフィレット形状良好とした。ろうが隙間からはみ出していないものや、ろうが隙間からはみ出しているが、隙間出口付近でろうが充填しきれておらず、切り欠きと成り得る隙間が残っているものをフィレット形状不良とした。なお、NiろうはCuろうよりろう付け性が良好であるため、ろう付け加工性の評価は基本的に上記のようにCuろうで行った。但し、本発明例については、JIS Z 3265に規定されるNiろうであるBNi−5を用いて、フィレット形状が良好であることを確認した。
供試材のろう付け熱処理後の耐食性を評価するために、供試材のろう付け熱処理前の孔食電位とろう付け熱処理後の孔食電位を測定した。ろう付け熱処理としては、純水素雰囲気中で1150℃まで加熱し、1分間保持した後冷却した。孔食電位は、JIS G 0577で規定されるステンレス鋼の孔食電位測定方法に従い、Ar脱気下の30℃、1mol/L塩化ナトリウム水溶液中で、孔食発生電位V'C100を測定することにより、評価した。但し、ろう付け熱処理による脱窒等は供試材の表層部に影響していると考えられる。そのため、供試材の表面処理として、研磨、不動態化処理、直前研磨のいずれも実施せず、孔食電位を測定した。ろう付け熱処理前の孔食電位が、SUS304の孔食電位より低くなる0.20V未満のものは不良とした。また、ろう付け熱処理前の孔食電位が0.20V以上のものは、ろう付け熱処理後の孔食電位が、0.20V未満となるものは不良とし、SUS316の孔食電位より高くなる0.70V超となるものは良好とした。ろう付け熱処理後の孔食電位が0.20V以上、0.70V以下のものは、ろう付け熱処理後の孔食電位が、ろう付け熱処理前の孔食電位より30%以上低下するものを、不良とした。
結果を表2−1、表2−2、表2−3、表2−4に示す。
比較例17、18、19は、それぞれC、N、Mnが適正範囲の上限を外れており、比較例22、25は、それぞれCr、Moが適正範囲の下限を外れており、ろう付け熱処理前の孔食電位が不良であった。
比較例20は、Pが適正範囲の下限を外れており、比較例23、26は、それぞれCr、Alが適正範囲の上限を外れており、ろう付け後のフィレット形状が不良である。
比較例21、27は、それぞれS、Bが適正範囲の下限を外れており、ろう付け熱処理後の孔食電位が不良であった。
比較例24は、Mn、Cu、Niの下限を外れており、オーステナイト相の面積率が下限を外れ、ろう付け後のフィレット形状、及びろう付け熱処理前の孔食電位が不良であった。
比較例29、31は、成分組成は本発明の規定の範囲内である。ただし、最終焼鈍条件である式(III)が適正範囲の上限を外れており、フェライト相中のCrの濃化度である式(I)の上限、及びオーステナイト相中のMnの濃化度である、式(II)の下限を外れていた。ろう付け後のフィレット形状及びろう付け熱処理後の孔食電位が不良であった。
比較例30は、成分組成は本発明の規定の範囲内であるが、最終焼鈍条件である式(III)が適正範囲の下限を外れており、フェライト相中のCrの濃化度である式(I)の下限、及びオーステナイト相中のMnの濃化度である式(II)の上限を外れていた。ろう付け熱処理後の孔食電位が不良であった。
比較例28は、成分組成は本発明の規定の範囲内であるが、最終焼鈍温度の上限を外れており、オーステナイト相の面積率が下限を外れ、ろう付け後のフィレット形状及びろう付け熱処理前の孔食電位が不良であった。
なお、本発明例1から発明例16までについては、Niろうを用いてろう付け後のフィレット形状も評価しているが、いずれも良好であった。
なお、参考までに表2−2および表2−4には式(ii)及び、式(vi)の左辺の計算結果も示した。その結果、比較例の中で、ろう付け後のフィレット形状が不良のものの中に式(ii)の範囲を外れているものがあった(比較例20、23、24、26、28、29、31)。また、ろう付け熱処理後の孔食電位が不良のものの中に、式(vi)の範囲を外れているものがあった(比較例21、27、30)。一方で、本発明例1から発明例16までには式(ii)と式(vi)の範囲を外れているものはなかった。
実施例1では、本発明のフェライト‐オーステナイト系二相ステンレス鋼の組成範囲等の条件と、ろう付け加工性及びろう付け熱処理後の耐食性との関係を明らかにした。
一方で、経済性を考慮すると、合金コスト、製造コスト、製造性、ろうの濡れ性が更に優れた範囲にすることが望ましい。合金コストの観点からはCr、Ni、Moの添加量を抑制することが望ましい。製造コストおよび製造性の観点からは特にSi、Alの下限範囲を上げ、Mn、Cuの添加量を抑制することが望ましい。また、B、Caの添加量の下限範囲を上げ、Nの添加量を抑制することも場合によっては望ましい。また、ろう付け加工性に問題ない場合であっても、ろうの濡れ性が更に向上することは、ろう材使用量の低減やより複雑なろう付け構造設計を可能とするため、経済性が向上すると考えられる。ろうの濡れ性の観点からは、Mn、Ni、Cuの下限範囲を上げることが望ましい。
具体的には表1に示す成分組成を有する供試材(本発明例Aから本発明例Pまで)を真空溶解炉で溶製し、1200℃に加熱後熱間圧延を行い板厚4.5mmの熱延鋼板とした。熱延鋼板を1000℃で焼鈍し、酸洗した後に板厚1.5mmまで冷間圧延し、その後、全てに表2−1に記載のNo.1の最終焼鈍条件で仕上焼鈍を行い、酸洗を行った。このようにして得られた冷延焼鈍酸洗板を供試材として、ろうの濡れ広がり性を評価した。
ろう付け加工性の評価が良好であった成分組成、及び最終焼鈍条件の供試材の、ろうの濡れ性を評価するために、供試材の表面での、NiろうまたはCuろうの濡れ拡がり性を評価した。
具体的には、まず供試材から長さ50mm、幅50mmの試験片を切出し、その試験片上にNiろうまたはCuろうを直径5mmの円状に0.1g塗布した。NiろうとしてはJIS Z 3265に規定されるNiろうであるBNi−5を、CuろうとしてはJIS Z 3262に規定されるCuろうであるBCu−1Aを用いた。ろう付け炉としては真空炉を用い、加熱時は真空引き及び窒素ガスパージにより炉内圧力が約30Paとなるように調整した。Niろうを塗布した試験片は1200℃まで加熱し、Cuろうを塗布した試験片は1150℃まで加熱し、保持時間はいずれも10分とした。冷却後、試験後のろうの面積を画像解析により求め、その面積を加熱前のろう塗布面積で割った値をろう拡がり係数とした。つまり、ろう拡がり係数は(試験後のろうの面積)/(直径5mmの円の面積)となる。Niろうの濡れ性については、ろう拡がり係数が9.0以上となるものは良好、9.5以上となるものは更に良好とした。Cuろうの濡れ性については、ろう拡がり係数が4.0以上となるものは良好、5.0以上となるものは更に良好とした。なお、本評価で用いた供試材、ろう材、真空炉、ろう付け熱処理条件を用い、上述のろう付け加工性の評価でフィレット形状も評価しているが、いずれもフィレット形状は良好であった。
結果を表3に示す。
供試材のNi含有量が質量%で1.8%超、Mn含有量が2.7%超であるB、C、LはNiろうの濡れ性が更に良好であった。
供試材のCu含有量が質量%で0.8%超、Mn含有量が2.7%以下であるA、D、E、F、G、H、I、M、OはCuろうの濡れ性が良好であった。
供試材のCu含有量が質量%で0.8%超、Mn含有量が2.7%超であるC、LはCuろうの濡れ性が更に良好であった。
Ni:1.8%超
Mn:2.7%超
Cu:0.8%超
Claims (14)
- 質量%で、
C:0.005%以上、0.050%以下、
N:0.05%以上、0.30%以下、
Si:0.1%以上、1.5%以下、
Mn:0.1%以上、7.0%以下、
P:0.005%以上、0.100%以下、
S:0.0001%以上、0.0200%以下、
Cr:18.0%以上、28.0%以下、
Cu:0.1%以上、3.0%以下、
Ni:0.1%以上、8.0%以下、
Mo:0.1%以上、5.0%以下、
Al:0.001%以上、0.050%以下、
B:0.0001%以上、0.0200%以下、
Ca:0.0001%以上、0.0100%以下、
を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなり、オーステナイト相の面積率が30%以上、70%以下であり、下記の式(I)及び式(II)を満たすことを特徴とするフェライト‐オーステナイト系二相ステンレス鋼材。
1.03≦[%Cr*F]/[%Cr]≦1.40 …式(I)
1.05≦[%Mn*A]/[%Mn]≦1.80 …式(II)
但し、式(I)及び式(II)中の[%元素記号]は鋼中の当該元素の含有量(質量%)、[%元素記号*F]はフェライト相中の当該元素の含有量(質量%)、[%元素記号*A]はオーステナイト相中の当該元素の含有量(質量%)を意味する。 - 質量%で、以下の組成の少なくとも1つを満たすことを特徴とする、請求項1に記載のフェライト‐オーステナイト系二相ステンレス鋼材。
Cr:24.0%未満、
Ni:4.0%未満、
Mo:1.0%未満 - 質量%で、
Si:0.2%以上、
Mn:4.0%未満、
Cu:1.5%未満、
Al:0.005%以上、
を満たすことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のフェライト‐オーステナイト系二相ステンレス鋼材。 - 質量%で、
Mn:2.7%超、
Ni:1.8%超、
Cu:0.8%超、
を満たすことを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載のフェライト‐オーステナイト系二相ステンレス鋼材。 - 質量%で、
Si:0.2%以上、1.5%以下、
Mn:2.7%超、4.0%未満、
Cr:18.0%以上、24.0%未満、
Cu:0.8%超、1.5%未満、
Ni:1.8%超、4.0%未満、
Mo:0.2%以上、1.0%未満、
Al:0.005%以上、0.050%以下、
を満たすことを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載のフェライト‐オーステナイト系二相ステンレス鋼材。 - 質量%で、更に
V:0.001%以上、0.5%以下、
Ti:0.001%以上、0.5%以下、
Nb:0.001%以上、0.5%以下、
Zr:0.001%以上、0.5%以下、
Hf:0.001%以上、0.5%以下、
W:0.1%以上、3.0%以下、
Sn:0.01%以上、1.0%以下、
Co:0.01%以上、1.0%以下、
Sb:0.005%以上、0.3%以下、
Ta:0.001%以上、1.0%以下、
Ga:0.0002%以上、0.3%以下、
Mg:0.0002%以上、0.01%以下、
Bi:0.001%以上、1.0%以下、
REM:0.001%以上、0.2%以下、
の1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載のフェライト‐オーステナイト系二相ステンレス鋼材。 - 車両に積載され、使用時の素材温度が400℃以下である流路部品用及びそれに接合する部品用に使用される請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載のフェライト‐オーステナイト系二相ステンレス鋼材。
- ろう付け加工を有する部品用に使用される請求項1から請求項7までのいずれか一項に記載のフェライト‐オーステナイト系二相ステンレス鋼材。
- 前記鋼材は鋼板または鋼管である、請求項1から請求項8までのいずれか一項に記載のフェライト‐オーステナイト系二相ステンレス鋼材。
- 請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載のフェライト‐オーステナイト系二相ステンレス鋼材を素材として含む車両部品。
- 請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載のフェライト‐オーステナイト系二相ステンレス鋼材を素材として含む熱交換器。
- 請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載のフェライト‐オーステナイト系二相ステンレス鋼材を素材として含む配管。
- 請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載のフェライト‐オーステナイト系二相ステンレス鋼材を素材として含む流路用構造体。
- 請求項1から請求項9までのいずれか一項に記載のフェライト‐オーステナイト系二相ステンレス鋼材の製造方法であって、最終焼鈍を、1200℃以下の範囲で行い、昇温過程における500℃以上、900℃以下の範囲の時間Tu(秒)が5秒以上、100秒以下であり、900℃以上の時間Th(秒)が30秒以上であり、冷却過程における900℃以下、500℃以上の範囲の時間Td(秒)が1秒以上、400秒以下であり、且つ、下記の式(III)を満たすことを特徴とするフェライト‐オーステナイト系二相ステンレス鋼材の製造方法。
0.20≦(Tu+Td)/Th≦10.00 …式(III)
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