JPWO2017175839A1 - オーステナイト系ステンレス鋼およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
C:0.015%以下、
Si:1.00%以下、
Mn:2.00%以下、
P:0.05%以下、
S:0.030%以下、
Cr:16.0%以上22.0%未満、
Ni:11.0〜16.0%、
Mo:2.5〜5.0%、
N:0.07%以上0.15%未満、
Nb:0.20〜0.50%、
Al:0.005〜0.040%、
Sn:0〜0.080%、
Zn:0〜0.0060%、
Pb:0〜0.030%、
残部:Feおよび不純物であり、
下記(i)式を満足する、オーステナイト系ステンレス鋼。
MoSS/Mo≧0.98 ・・・(i)
但し、式中のMoは、鋼中に含まれるMoの含有量(質量%)を表し、MoSSは鋼中に固溶しているMo含有量(質量%)を表す。
さらに下記(ii)式で定義されるR1値が下記(iii)式を満足する、上記(1)に記載のオーステナイト系ステンレス鋼。
R1=0.25Ni+0.2Cr+(Mo×(MoSS/Mo))1.45 ・・・(ii)
R1≧10.2 ・・・(iii)
但し、(ii)式中の各元素記号は、鋼中に含まれる各元素の含有量(質量%)を表し、MoSSは鋼中に固溶しているMo含有量(質量%)を表す。
Sn:0.002〜0.080%、
Zn:0.0002〜0.0060%、および
Pb:0.0005〜0.030%、
から選択される1種以上を含有し、
さらに下記(iv)式で定義されるL値が下記(v)式を満足する、上記(1)に記載のオーステナイト系ステンレス鋼。
L=7.6Sn0.18+9.5Pb0.18+12.8Zn0.2 ・・・(iv)
1.8≦L≦13.9 ・・・(v)
但し、(iv)式中の各元素記号は、鋼中に含まれる各元素の含有量(質量%)を表す。
Sn:0.002〜0.080%、
Zn:0.0002〜0.0060%、および
Pb:0.0005〜0.030%、
から選択される1種以上を含有し、
さらに下記(iv)式で定義されるL値が下記(v)式を満足する、上記(2)に記載のオーステナイト系ステンレス鋼。
L=7.6Sn0.18+9.5Pb0.18+12.8Zn0.2 ・・・(iv)
1.8≦L≦13.9 ・・・(v)
但し、(iv)式中の各元素記号は、鋼中に含まれる各元素の含有量(質量%)を表す。
さらに下記(vi)式で定義されるR2値が下記(vii)式を満足する、上記(4)に記載のオーステナイト系ステンレス鋼。
R2=R1+(L−5.1)/3 ・・・(vi)
R2≧12.0 ・・・(vii)
但し、(vi)式中のR1は上記(ii)式で定義される値であり、Lは上記(iv)式で定義される値である。
仕上げ温度が960〜1150℃の範囲となるように熱間加工を施す熱間加工工程と、
1000〜1100℃の温度範囲において3min以上加熱する仕上げ熱処理工程と、を備える、オーステナイト系ステンレス鋼の製造方法。
各元素の限定理由は下記のとおりである。なお、以下の説明において含有量についての「%」は、「質量%」を意味する。
Cは、オーステナイト相を安定化する効果を有するとともに、微細な粒内炭化物を形成して、高温強度の向上に寄与する元素である。このため、高温強度の確保という観点からは炭化物形成元素の量に見合った量のCを含有させることが、粒内炭化物の析出による強化の点から好ましい。しかしながら、Cは、耐食性、なかでも、耐ナフテン酸腐食性の確保という観点からは、Crと結合したCr炭化物の析出による鋭敏化を抑制するために、その含有量は極力低減することが望ましい。Cの含有量が過剰になり、特に0.015%を超えると、耐食性の著しい劣化をきたす。したがって、C含有量は0.015%以下とする。C含有量は0.010%以下であるのが好ましい。一方、前記した効果を得たい場合には、C含有量は0.005%以上とするのが好ましい。
Siは、オーステナイト系ステンレス鋼の溶製時に脱酸作用を有し、また、耐酸化性および耐水蒸気酸化性等を高めるのに有効な元素である。しかしながら、Siはフェライト相を安定化させる元素であるため、その含有量が過剰になり、特に、1.00%を超えると、オーステナイト相の安定性を低下させる。したがって、Si含有量は1.00%以下とする。Si含有量は0.80%以下であるのが好ましく、0.65%以下であるのがより好ましい。一方、前記した効果を得たい場合には、Si含有量は0.02%以上とするのが好ましく、0.10%以上とするのがより好ましい。
Mnは、オーステナイト相を安定化させる元素であるとともに、Sによる熱間加工脆性の抑制の他、溶製時の脱酸に有効な元素である。しかしながら、その含有量が2.00%を超えると、σ相等の金属間化合物相の析出を助長し、高温環境下にて使用した場合には、高温における組織安定性の劣化に起因した靱性および延性の低下を招く。したがって、Mn含有量は2.00%以下とする。Mn含有量は1.50%以下であるのが好ましい。一方、前記した効果を得たい場合には、Mn含有量は0.02%以上とするのが好ましく、0.10%以上とするのがより好ましい。
Pは、粒界腐食を促進し、かつ粒界強度の低下をもたらすため、耐ナフテン酸腐食性を劣化させる。したがって、P含有量は0.05%以下とする。P含有量は0.035%以下であるのが好ましい。
Sも、Pと同様に、粒界腐食を促進し、かつ粒界強度の低下をもたらすため、耐ナフテン酸腐食性を劣化させる。したがって、S含有量は0.030%以下とする。S含有量は0.025%以下であるのが好ましい。
Crは、高温での耐酸化性および耐食性の確保のために必須の元素であり、その効果を得るためには、16.0%以上含有させる必要がある。しかしながら、その含有量が過剰になり、特に、22.0%以上の場合、高温でのオーステナイト相の安定性を低下させて、クリープ強度の低下を招く。したがって、Crの含有量は16.0%以上22.0%未満とする。Cr含有量は17.0%以上であるのが好ましい。また、Cr含有量は21.0%以下であるのが好ましく、20.0%以下であるのがより好ましい。
Niは、安定なオーステナイト組織を確保するために必須の元素であり、長時間使用時の組織安定性を確保して、所望のクリープ強度を得るために必須の元素である。その効果を十分に得るためには、前記したCr含有量とのバランスが重要であり、本発明におけるCr含有量の下限値を考慮すると、Ni含有量は11.0%以上とする必要がある。一方、高価な元素であるNiを、16.0%を超えて含有させるとコストの増加を招く。したがって、Niの含有量は11.0〜16.0%とする。Ni含有量は11.8%以上であるのが好ましく、14.3%以下であるのが好ましい。
Moは、マトリックスに固溶して高温強度の向上、なかでも高温でのクリープ強度の向上に寄与する元素である。また、Moは、Cr炭化物の粒界析出を抑制する作用も有する。さらに、Moは使用環境中のSと結合して硫化物皮膜を形成し、耐ナフテン酸腐食性の向上に寄与する。それらの効果を得るためには、Moを2.5%以上含有させる必要がある。しかしながら、Moの含有量が多くなるとオーステナイト相の安定性が低下するため却ってクリープ強度を低下させる。特に、Mo含有量が5.0%を超えると、クリープ強度の低下が著しくなる。したがって、Mo含有量は2.5〜5.0%とする。Mo含有量は2.8%以上であるのが好ましく、4.5%以下であるのが好ましい。
MoSS/Mo≧0.98 ・・・(i)
但し、式中の各元素記号は、鋼中に含まれる各元素の含有量(質量%)を表し、MoSSは鋼中に固溶しているMo含有量(質量%)を表す。
R1=0.25Ni+0.2Cr+(Mo×(MoSS/Mo))1.45 ・・・(ii)
R1≧10.2 ・・・(iii)
但し、(ii)式中の各元素記号は、鋼中に含まれる各元素の含有量(質量%)を表し、MoSSは鋼中に固溶しているMo含有量(質量%)を表す。
Nは、オーステナイト相を安定化させる元素であり、マトリックスに固溶するとともに粒内に微細な炭窒化物として析出し、クリープ強度を向上させるのに有効な元素である。これらの効果を十分に得るためには、N含有量を0.07%以上とする必要がある。しかしながら、0.15%以上の過剰なNを含有した場合、粒界にCr窒化物が形成されるため鋭敏化により耐ナフテン酸腐食性が劣化する。したがって、Nの含有量は0.07〜0.15%未満とする。N含有量は0.09%以上であるのが好ましく、0.14%以下であるのが好ましい。
Nbは、C固定化元素である。NbとCとが結合した炭化物が粒内に析出することによって、粒界でのCr炭化物の析出が抑止されて鋭敏化が抑制され、高い耐食性を確保できるようになる。さらに、粒内に微細析出したNb炭化物は、クリープ強度の向上にも寄与する。優れた耐ナフテン酸腐食性を確保するためには、Nb含有量は0.20%以上とする。
Alは、脱酸剤として添加される元素であり、0.005%以上含有させる必要がある。しかし、0.040%を超えて含有されると、金属間化合物の析出が促進され、長時間使用される間に靭性および耐ポリチオン酸SCC性が劣化する。したがって、Al含有量は0.005〜0.040%とする。Al含有量は0.008%以上であるのが好ましく、0.035%以下であるのが好ましい。
Zn:0〜0.0060%
Pb:0〜0.030%
Sn、ZnおよびPbは、通常、鋼質に悪影響を与える元素として不純物元素として扱われるが、これらの元素はSとの親和性が高い元素であり、耐ナフテン酸腐食性の向上に有効な元素であるため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、これらの元素を過剰に含有させると、粒界腐食を促進し、かつ粒界強度の低下をもたらすため、却って耐ナフテン酸腐食性を劣化させる。
L=7.6Sn0.18+9.5Pb0.18+12.8Zn0.2 ・・・(iv)
1.8≦L≦13.9 ・・・(v)
但し、(iv)式中の各元素記号は、鋼中に含まれる各元素の含有量(質量%)を表す。
R2=R1+(L−5.1)/3 ・・・(vi)
R2≧12.0 ・・・(vii)
但し、(vi)式中のR1は上記(ii)式で定義される値であり、Lは上記(iv)式で定義される値である。
結晶粒度番号:7.0以上
本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼の金属組織については特に制限は設けない。しかし、結晶粒が粗大であると、溶接施工時のHAZ割れ感受性が増大するため、ASTM E112で規定される鋼内部における平均結晶粒度番号は7.0以上であることが好ましい。なお、結晶粒度番号の上限については特に制限は設けないが、結晶粒が細かすぎるとクリープ強度が低下するため、鋼内部における結晶粒度番号は9.5以下であることが好ましい。
本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼の製造条件について特に制限はないが、例えば、以下に示す方法を用いることにより製造することができる。
R1=0.25Ni+0.2Cr+(Mo×(MoSS/Mo))1.45 ・・・(ii)
L=7.6Sn0.18+9.5Pb0.18+12.8Zn0.2 ・・・(iv)
R2=R1+(L−5.1)/3 ・・・(vi)
Claims (17)
- 化学組成が、質量%で、
C:0.015%以下、
Si:1.00%以下、
Mn:2.00%以下、
P:0.05%以下、
S:0.030%以下、
Cr:16.0%以上22.0%未満、
Ni:11.0〜16.0%、
Mo:2.5〜5.0%、
N:0.07%以上0.15%未満、
Nb:0.20〜0.50%、
Al:0.005〜0.040%、
Sn:0〜0.080%、
Zn:0〜0.0060%、
Pb:0〜0.030%、
残部:Feおよび不純物であり、
下記(i)式を満足する、オーステナイト系ステンレス鋼。
MoSS/Mo≧0.98 ・・・(i)
但し、式中のMoは、鋼中に含まれるMoの含有量(質量%)を表し、MoSSは鋼中に固溶しているMo含有量(質量%)を表す。 - 前記化学組成が、
さらに下記(ii)式で定義されるR1値が下記(iii)式を満足する、請求項1に記載のオーステナイト系ステンレス鋼。
R1=0.25Ni+0.2Cr+(Mo×(MoSS/Mo))1.45 ・・・(ii)
R1≧10.2 ・・・(iii)
但し、(ii)式中の各元素記号は、鋼中に含まれる各元素の含有量(質量%)を表し、MoSSは鋼中に固溶しているMo含有量(質量%)を表す。 - 前記化学組成が、質量%で、
Sn:0.002〜0.080%、
Zn:0.0002〜0.0060%、および
Pb:0.0005〜0.030%、
から選択される1種以上を含有し、
さらに下記(iv)式で定義されるL値が下記(v)式を満足する、請求項1に記載のオーステナイト系ステンレス鋼。
L=7.6Sn0.18+9.5Pb0.18+12.8Zn0.2 ・・・(iv)
1.8≦L≦13.9 ・・・(v)
但し、(iv)式中の各元素記号は、鋼中に含まれる各元素の含有量(質量%)を表す。 - 前記化学組成が、質量%で、
Sn:0.002〜0.080%、
Zn:0.0002〜0.0060%、および
Pb:0.0005〜0.030%、
から選択される1種以上を含有し、
さらに下記(iv)式で定義されるL値が下記(v)式を満足する、請求項2に記載のオーステナイト系ステンレス鋼。
L=7.6Sn0.18+9.5Pb0.18+12.8Zn0.2 ・・・(iv)
1.8≦L≦13.9 ・・・(v)
但し、(iv)式中の各元素記号は、鋼中に含まれる各元素の含有量(質量%)を表す。 - 前記化学組成が、
さらに下記(vi)式で定義されるR2値が下記(vii)式を満足する、請求項4に記載のオーステナイト系ステンレス鋼。
R2=R1+(L−5.1)/3 ・・・(vi)
R2≧12.0 ・・・(vii)
但し、(vi)式中のR1は上記(ii)式で定義される値であり、Lは上記(iv)式で定義される値である。 - 鋼内部における結晶粒度番号が7.0以上である金属組織を有する、請求項1から請求項5までのいずれかに記載のオーステナイト系ステンレス鋼。
- 請求項1から請求項6までのいずれかに記載のオーステナイト系ステンレス鋼を用いたオーステナイト系ステンレス鋼材。
- 請求項1から請求項6までのいずれかに記載のオーステナイト系ステンレス鋼を用いたオーステナイト系ステンレス鋼管。
- 請求項1から請求項6までのいずれかに記載のオーステナイト系ステンレス鋼を用いたオーステナイト系ステンレス鋼板。
- 請求項1から請求項6までのいずれかに記載のオーステナイト系ステンレス鋼を用いたオーステナイト系ステンレス棒鋼。
- 請求項1から請求項6までのいずれかに記載のオーステナイト系ステンレス鋼を用いたオーステナイト系ステンレス線材。
- 請求項1から請求項6までのいずれかに記載のオーステナイト系ステンレス鋼を用いたオーステナイト系ステンレス鍛鋼。
- 請求項1から請求項6までのいずれかに記載のオーステナイト系ステンレス鋼を用いたオーステナイト系ステンレスバルブ。
- 請求項1から請求項6までのいずれかに記載のオーステナイト系ステンレス鋼を用いたオーステナイト系ステンレス継手。
- 請求項1から請求項6までのいずれかに記載のオーステナイト系ステンレス鋼を用いたオーステナイト系ステンレス溶材。
- 請求項1から請求項5までのいずれかに記載の化学組成を有する鋼を、1260℃を超えて1370℃以下の温度域で8h以上加熱する熱処理工程と、
仕上げ温度が960〜1150℃の範囲となるように熱間加工を施す熱間加工工程と、
1000〜1100℃の温度範囲において3min以上加熱する仕上げ熱処理工程と、を備える、オーステナイト系ステンレス鋼の製造方法。 - 断面減少率が30%以上となる条件で冷間加工を施す冷間加工工程をさらに備える、請求項16に記載のオーステナイト系ステンレス鋼の製造方法。
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