TWI752854B - 沃斯田鐵系不鏽鋼以及彈簧 - Google Patents

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Abstract

本發明的技術課題是要提供：具有較SUS316L不鏽鋼更高位階的耐腐蝕性，較SUS329J1不鏽鋼更優異的加工性，而且耐疲勞特性良好之價格低廉的沃斯田鐵系不鏽鋼。 本發明的沃斯田鐵系不鏽鋼，以質量%計，係含有C：0.010～0.200%、Si：2.00%以下、Mn：3.00%以下、P：0.035%以下、S：0.0300%以下、Ni：6.00～14.00%、Cr：20.0～26.0%、Mo：3.00%以下、Cu：0.01～3.00%、Ti：1.000%以下、Al：0.200%以下、Ca：0.1000%以下、N：0.100～0.250%、O：0.0080%以下，其餘部分是Fe以及雜質，以下列數式(1)來表示的E值是-17.0以上，以下列數式(2)來表示的F值是0以上， E=-0.33×SFE +0.25×R　　數式(1) 數式(1)中的SFE是25.7+2Ni+410C-0.9Cr-77N-13Si-1.2Mn(各元素記號是表示各元素的含量(質量%))，R是平均結晶粒徑(μm)， F=1003O-211Al-158Ca-79Ti　　數式(2) 數式(2)中的各元素記號是表示各元素的含量(質量%)。

Description

沃斯田鐵系不鏽鋼以及彈簧
本發明係關於沃斯田鐵系不鏽鋼以及彈簧。
沃斯田鐵系不鏽鋼的其中一種之SUS316L不鏽鋼，在海水、鹽水等的腐蝕性環境下具有良好的耐腐蝕性，並且加工性也優異，因此被使用於：家庭用品、建築構件、汽車零件等的各種用途。然而，SUS316L不鏽鋼，依據其使用用途的不同，有時候其耐腐蝕性還是被嫌不足，而且因為必須含有許多種價格昂貴的元素(Mo、Ni等)，所以製品價格居高不下。
專利文獻1所揭示的沃斯田鐵系不鏽鋼，是為了要當作既可極力地減少價格昂貴元素的使用，又可提高耐腐蝕性之沃斯田鐵系不鏽鋼，乃在其表面具有三層結構，從表面往內層依序地具有：在γ相中含有Fe和Cr的氮化物之最表層；由過飽和地固溶著10質量%以上的N之S相所組成的中間層；以及碳的濃化層。然而，專利文獻1所揭示的沃斯田鐵系不鏽鋼，為了要在表面形成既定的三層結構，必須實施複雜的表面處理，因此，製造效率偏低，而且為了要實施該表面處理，又必須額外地耗費製造成本，這些都是其問題。
另外，沃斯田鐵暨肥粒鐵雙相系不鏽鋼的其中一種之SUS329J1不鏽鋼，在海水、鹽水等的腐蝕性環境下，是具有較SUS316L不鏽鋼更良好的耐腐蝕性，並且又可以減低價格昂貴元素(Ni)的含量，因此，被使用於儲水槽、化工廠等的各種用途。然而，SUS329J1不鏽鋼的加工性不及SUS316L不鏽鋼，因此，很難適用於必須實施複雜的成形加工的用途。
此外，若要將沃斯田鐵系不鏽鋼作為彈簧材使用的話，則必須提高其耐疲勞特性。尤其是在近年來隨著行動電話手機、家電製品之類的電子機器的小型化，對於設置在電子機器內之作為接點開關用的凸型金屬簧片之類的彈簧材，從長壽命化的觀點考量，更是必須提高其耐疲勞特性(專利文獻2)。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2016-188417號公報 [專利文獻2]日本特開2020-41203號公報
[發明所欲解決之問題]
本發明是為了要解決上述的這種問題而開發完成的，其目的是要提供：具有較SUS316L不鏽鋼更高位階的耐腐蝕性，較SUS329J1不鏽鋼更優異的加工性，並且耐疲勞特性良好之價格低廉的沃斯田鐵系不鏽鋼。又，本發明之另一個目的，是要提供：含有這種沃斯田鐵系不鏽鋼之彈簧。 [解決問題之技術手段]
本發明人等，首先係以SUS316L不鏽鋼的組成分作為基礎，針對於沃斯田鐵系不鏽鋼的組成分進行了檢討。如果減少Ni含量的話，肥粒鐵相(以下稱為「α相」)的穩定溫度帶將會變大，即使在常溫下也會有形成沃斯田鐵相(以下稱為「γ相」)與α相的雙相組織之情況。在γ相中有α相存在的話，將會因為兩者的強度差而導致加工性變差。因此，為了要確保α相與γ相的均衡，必須添加γ生成元素(Mn、Cu、N等)。但是，增加Mn、Cu含量的話，耐腐蝕性會變差，增加N含量的話，硬度會上昇而導致加工性變差。此外，耐疲勞特性變差的原因，是因為氧化鋁系之粗大的夾雜物即使經過輥軋後還是不易分斷開而殘留在沃斯田鐵系不鏽鋼中的原因，因此，要如何來減少這種粗大的夾雜物的生成量，就成為一個重要的因素。因而，本發明人等為了要謀求：只要低成本即可提昇加工性、耐腐蝕性以及耐疲勞特性，乃進行了沃斯田鐵系不鏽鋼之組成分的最佳化。 又，本發明人等，先製作出具有各種組成分的沃斯田鐵系不鏽鋼之後，再進行了分析後的結果，獲得了一種創見，就是發現了平均結晶粒徑(R)和疊層缺陷能(SFE)係與沃斯田鐵系不鏽鋼的加工性具有緊密的關係，而且Al、Ca、Ti和O的含量的均衡係與沃斯田鐵系不鏽鋼的耐疲勞特性具有緊密的關係。 在上述的背景下，找到了一種創見，就是藉由對於沃斯田鐵系不鏽鋼的組成分；以平均結晶粒徑(R)和疊層缺陷能(SFE)作為參數的E值；以及以Al、Ca、Ti和O的含量作為參數的F值進行控制，可以解決上述的問題，進而開發為成了本發明。
亦即，本發明的沃斯田鐵系不鏽鋼，以質量%計，係含有C：0.010～0.200%、Si：2.00%以下、Mn：3.00%以下、P：0.035%以下、S：0.030%以下、Ni：6.00～14.00%、Cr：20.0～26.0%、Mo：3.00%以下、Cu：0.01～3.00%、Ti：1.000%以下、Al：0.200%以下、Ca：0.1000%以下、N：0.100～0.250%、O：0.0080%以下，其餘部分是Fe以及雜質，以下列數式(1)來表示的E值是-17.0以上，以下列數式(2)來表示的F值是0以上， E=-0.33×SFE +0.25×R　　數式(1) 數式(1)中的SFE是25.7+2Ni+410C-0.9Cr-77N-13Si-1.2Mn(各元素記號是表示各元素的含量(質量%))，R是平均結晶粒徑(μm)， F=1003O-211Al-158Ca-79Ti　　數式(2) 數式(2)中的各元素記號是表示各元素的含量(質量%)。
又，本發明係含有前述沃斯田鐵系不鏽鋼之彈簧。 [發明之效果]
根據本發明，係可提供：具有較SUS316L不鏽鋼更高位階的耐腐蝕性，較SUS329J1不鏽鋼更優異的加工性，並且耐疲勞特性良好之價格低廉的沃斯田鐵系不鏽鋼。又，根據本發明，係可提供：含有這種沃斯田鐵系不鏽鋼之彈簧。
茲具體地說明本發明的實施方式如下。但是，本發明並不限定於以下的實施方式，只要是在未脫離本發明的要旨的範圍內，依據此業界之通常的知識，來對於以下的實施方式適度地加以變更、改良等等的作法，都應被視為落在本發明的範圍內。 此外，在本說明書中，關於成分所標示的「%」，如果沒有特別聲明的話，都是用來表示「質量%」之意。
本發明之實施方式的沃斯田鐵系不鏽鋼的組成分，以質量%計，是含有C：0.010～0.200%、Si：2.00%以下、Mn：3.00%以下、P：0.035%以下、S：0.0300%以下、Ni：6.00～14.00%、Cr：20.0～26.0%、Mo：3.00%以下、Cu：0.01～3.00%、Ti：1.000%以下、Al：0.200%以下、Ca：0.1000%以下、N：0.100～0.250%、以及O：0.0080%以下，其餘部分是Fe以及雜質。 在本說明書中所稱的「雜質」，係指：在以工業規模進行製造沃斯田鐵系不鏽鋼時，原本就混入在礦石、資源回收材之類的原料內，以及因為製造工序中的各種因素而混入的成分，而可以在不對於本發明造成不良影響的範圍內容許其存在的物質。 此外，在本說明書所稱的「沃斯田鐵系不鏽鋼」，係指：除了具有沃斯田鐵單一相的金屬組織的不鏽鋼之外，也包括具有由沃斯田鐵相與5體積%以下的其他相(例如：肥粒鐵相)所組成的金屬組織的不鏽鋼之意。
又，本發明之實施方式的沃斯田鐵系不鏽鋼，亦可還含有B：0.0001～0.0100%。 又，本發明之實施方式的沃斯田鐵系不鏽鋼，亦可還含有從Mg：0.0001～0.1000%、以及REM：0.0001～0.1000%之中所選出的一種以上。 此外，本發明之實施方式的沃斯田鐵系不鏽鋼，亦可還含有從Nb：0.001%～1.000%、V：0.001%～1.000%、Zr：0.001%～1.000%、W：0.001～1.000%、Co：0.001～1.000%、Hf：0.001～1.000%、Ta：0.001～1.000%、以及Sn：0.001～0.100%之中所選出的一種以上。 以下，將針對於各成分進行詳細說明。
＜C：0.010～0.200%＞ C含量太多的話，沃斯田鐵系不鏽鋼的耐腐蝕性將會變差。因此，將C含量的上限值控制在0.200%為宜，更好是在0.150%，更優是在0.100%。另一方面，C含量太少的話，將導致精煉成本的上昇。因此，將C含量的下限值控制在0.010%為宜，更好是在0.015%，更優是在0.020%。 此外，在本說明書所稱的「耐腐蝕性」，係指：在海水、鹽水等之含氯化鈉(NaCl)之具有腐蝕性的環境下的耐腐蝕性之意。
＜Si：2.00%以下＞ Si含量太多的話，沃斯田鐵系不鏽鋼的加工性將會變差。因此，將Si含量的上限值控制在2.00%為宜，更好是在1.98%，更優是在1.95%。另一方面，Si含量的下限值，雖然並未特別地限定，但是控制在0.01%為宜，更好是在0.05%，更優是在0.10%。
＜Mn：3.00%以下＞ Mn是沃斯田鐵相(γ相)的生成元素。Mn含量太多的話，沃斯田鐵系不鏽鋼的耐腐蝕性將會變差。因此，將Mn含量的上限值控制在3.00%為宜，更好是在2.95%，更優是在2.90%。另一方面，Mn含量的下限值，雖然並未特別地限定，但是控制在0.01%為宜，更好是在0.05%，更優是在0.10%。
＜P：0.035%以下＞ P含量太多的話，沃斯田鐵系不鏽鋼的加工性將會變差。因此，將P含量的上限值控制在0.035%為宜，更好是在0.034%，更優是在0.033%。另一方面，P含量的下限值，雖然並未特別地限定，但是控制在0.001%為宜，更好是在0.005%，更優是在0.010%。
＜S：0.0300%以下＞ S含量太多的話，沃斯田鐵系不鏽鋼的製造性將會變差。因此，將S含量的上限值控制在0.0300%為宜，更好是在0.0250%，更優是在0.0200%。另一方面，S含量的下限值，雖然並未特別地限定，但是控制在0.0001%為宜，更好是在0.0003%，更優是在0.0005%。
＜Ni：6.00～14.00%＞ Ni與Mn同樣都是沃斯田鐵相(γ相)的生成元素。Ni的價格昂貴所以含量太多的話，將會導致製造成本的上昇。因此，將Ni含量的上限值控制在14.00%，更好是在11.00%，更優是在10.00%。另一方面，Ni含量太少的話，沃斯田鐵系不鏽鋼的加工性將會變差。因此，將Ni含量的下限值控制在6.00%，更好是在6.20%，更優是在6.50%。
＜Cr：20.0～26.0%＞ Cr含量太多的話，將會促進金屬間化合物(σ相)的生成，因而導致沃斯田鐵系不鏽鋼的加工性變差。因此，將Cr含量的上限值控制在26.0%為宜，更好是在25.8%以下。另一方面，Cr含量太少的話，將會無法獲得充分的耐腐蝕性。因此，將Cr含量的下限值控制在20.0%為宜，更好是在20.5%。
＜Mo：3.00%以下＞ Mo是價格昂貴元素，所以Mo含量太多的話，將會導致製造成本的上昇。因此，將Mo含量的上限值控制在3.00%為宜，更好是在2.00%，更優是在1.00%。另一方面，Mo含量的下限值，雖然並未特別地限定，但是控制在0.001%為宜，更好是在0.002%，更優是在0.01%。
＜Cu：0.01～3.00%＞ Cu含量太多的話，沃斯田鐵系不鏽鋼的耐腐蝕性將會變差。因此，將Cu含量的上限值控制在3.00%為宜，更好是在2.50%。另一方面，Cu含量太少的話，沃斯田鐵系不鏽鋼的加工性將會變差。因此，將Cu含量的下限值控制在0.01%為宜，更好是在0.10%，更優是在0.15%。
＜Ti：1.000%以下＞ Ti是為了要將鋼中的C予以固定以提高耐粒界腐蝕性而添加的元素。Ti含量太多的話，沃斯田鐵系不鏽鋼的加工性將會變差，並且夾雜物的生成量將會增加，因而導致沃斯田鐵系不鏽鋼的耐疲勞特性也變差。因此，將Ti含量的上限值控制在1.000%為宜，更好是在0.800%，更優是在0.500%，特優是在0.100%，最優是在0.010%。另一方面，Ti含量的下限值，雖然並未特別地限定，但是基於想要獲得添加Ti所產生的效果之觀點考量，是控制在0.001%為宜，更好是在0.005%，更優是在0.010%。
＜Al：0.200%以下＞ Al含量太多的話，夾雜物的生成量將會增加，沃斯田鐵系不鏽鋼的耐疲勞特性將會變差。因此，將Al含量的上限值控制在0.200%為宜，更好是在0.100%，更優是在0.050%，特優是在0.020%。另一方面，Al含量的下限值，雖然並未特別地限定，但是控制在0.0001%為宜，更好是在0.0002%，更優是在0.001%。
＜Ca：0.1000%以下＞ Ca是為了要提昇熱間加工性而添加的元素。Ca含量太多的話，夾雜物的生成量會增加，沃斯田鐵系不鏽鋼的耐疲勞特性將會變差。因此，將Ca含量的上限值控制在0.1000%為宜，更好是在0.0500%，更優是在0.0100%，特優是在0.0050%。另一方面，Ca含量的下限值，雖然並未特別地限定，但基於想要獲得添加Ca所產生的效果之觀點考量，是控制在0.0001%為宜，更好是在0.0005%，更優是在0.0010%。
＜N：0.100～0.250%＞ N含量太多的話，沃斯田鐵系不鏽鋼的加工性將會變差。因此，將N含量的上限值控制在0.250%為宜，更好是在0.230%，更優是在0.220%。另一方面，N含量太少的話，無法充分地獲得沃斯田鐵系不鏽鋼的耐腐蝕性。因此，將N含量的下限值控制在0.100%為宜，更好是在0.110%。
＜O：0.0080%以下＞ O是生成氧化鋁(Al 2O 3)系的夾雜物之主要因素。氧化鋁系的夾雜物，係硬質的夾雜物即使經過輥軋也很難被切斷，還是維持著粗大的(直徑15μm以上)夾雜物的狀態殘留下來，因此，沃斯田鐵系不鏽鋼的耐疲勞特性將會變差。換言之，O含量太多的話，這種氧化鋁系的夾雜物的生成量將會增加，而沃斯田鐵系不鏽鋼的耐疲勞特性將會變差。因此，將O含量的上限值控制在0.0080%(80ppm)為宜，更好是在0.0070%，更優是在0.0060%。另一方面，O含量的下限值，雖然並未特別地限定，但是控制在0.0010%為宜，更好是在0.0020%、更優是在0.0030%。
＜B：0.0001～0.0100%＞ B是用來提昇加工性之因應需求而添加的元素。B含量太多的話，沃斯田鐵系不鏽鋼的耐腐蝕性將會變差。因此，將B含量的上限值控制在0.0100%為宜，更好是在0.0060%，更優是在0.0040%。另一方面，B含量太少的話，沃斯田鐵系不鏽鋼的製造性將會變差。因此，將B含量的下限值控制在0.0001%為宜，更好是在0.0010%。
＜Mg：0.0001～0.1000%＞ Mg是用來提昇熱間加工性之因應需求而添加的元素。基於想要獲得添加Mg所產生的效果之觀點考量，將Mg含量的下限值控制在0.0001%為宜，更好是在0.0005%，更優是在0.0010%。此外，Mg含量太多的話，夾雜物的生成量將會增加而使得品質變差。因此，將Mg含量的上限值控制在0.1000%為宜，更好是在0.0500%，更優是在0.0100%。
＜稀土金屬(以下稱REM)：0.0001～0.1000%＞ 是用來提昇熱間加工性之因應需求而添加的元素。基於想要獲得添加REM所產生的效果之觀點考量，將REM含量的下限值控制在0.0001%為宜，更好是在0.0005%，更優是在0.0010%。此外，因為REM的價格昂貴，REM的含量太多的話，將會導致製造成本上昇。因此，將REM含量的上限值控制在0.1000%為宜，更好是在0.0500%，更優是在0.0100%。
＜Nb：0.001～1.000%＞ Nb是用來將鋼中的C予以固定來提昇耐粒界腐蝕性之因應需求而添加的元素。基於想要獲得添加Nb所產生的效果之觀點考量，將Nb含量的下限值控制在0.001%為宜，更好是在0.005%，更優是在0.010%。此外，Nb含量太多的話，沃斯田鐵系不鏽鋼的加工性將會變差。因此，將Nb含量的上限值控制在1.000%為宜，更好是在0.800%，更優是在0.500%。
＜V：0.001～1.000%＞ V是用來將鋼中的C予以固定來提昇耐粒界腐蝕性之因應需求而添加的元素。基於想要獲得添加V所產生的效果之觀點考量，將V含量的下限值控制在0.001%為宜，更好是在0.005%，更優是在0.010%。此外，V含量太多的話，沃斯田鐵系不鏽鋼的加工性將會變差。因此，將V含量的上限值控制在1.000%為宜，更好是在0.800%，更優是在0.500%。
＜Zr：0.001～1.000%＞ Zr是用來將鋼中的C予以固定來提昇耐粒界腐蝕性之因應需求而添加的元素。基於想要獲得添加Zr所產生的效果之觀點考量，將Zr含量的下限值控制在0.001%為宜，更好是在0.005%，更優是在0.010%。此外，Zr含量太多的話，沃斯田鐵系不鏽鋼的加工性將會變差。因此，將Zr含量的上限值控制在1.000%為宜，更好是在0.800%，更優是在0.500%。
＜W：0.001～1.000%＞ W是用來提昇高溫強度以及耐腐蝕性之因應需求而添加的元素。基於想要獲得添加W所產生的效果之觀點考量，將W含量的下限值控制在0.001%為宜，更好是在0.005%，更優是在0.010%。此外，W含量太多的話，沃斯田鐵系不鏽鋼的加工性將會變差，並且製造成本將會上昇。因此，將W含量的上限值控制在1.000%為宜，更好是在0.800%，更優是在0.500%。
＜Co：0.001～1.000%＞ Co是用來提昇耐腐蝕性之因應需求而添加的元素。基於想要獲得添加Co所產生的效果之觀點考量，將Co含量的下限值控制在0.001%為宜，更好是在0.005%，更優是在0.010%。此外，Co含量太多的話，沃斯田鐵系不鏽鋼的加工性將會變差，並且製造成本將會上昇。因此，將Co含量的上限值控制在1.000%為宜，更好是在0.800%，更優是在0.500%。
＜Hf：0.001～1.000%＞ Hf是用來將鋼中的C予以固定來提昇耐粒界腐蝕性之因應需求而添加的元素。基於想要獲得添加Hf所產生的效果之觀點考量，將Hf含量的下限值控制在0.001%為宜，更好是在0.005%，更優是在0.010%。此外，Hf含量太多的話，沃斯田鐵系不鏽鋼的加工性將會變差。因此，將Hf含量的上限值控制在1.000%為宜，更好是在0.800%，更優是在0.500%。
＜Ta：0.001～1.000%＞ Ta是用來將鋼中的C予以固定來提昇耐粒界腐蝕性之因應需求而添加的元素。基於想要獲得添加Ta所產生的效果之觀點考量，將Ta含量的下限值控制在0.001%為宜，更好是在0.005%，更優是在0.010%。此外，Ta含量太多的話，沃斯田鐵系不鏽鋼的加工性將會變差。因此，將Ta含量的上限值控制在1.000%為宜，更好是在0.800%，更優是在0.500%。
＜Sn：0.001～0.100%＞ Sn是用來提昇耐腐蝕性之因應需求而添加的元素。基於想要獲得添加Sn所產生的效果之觀點考量，將Sn含量的下限值控制在0.001%為宜，更好是在0.005%，更優是在0.010%。此外，Sn含量太多的話，沃斯田鐵系不鏽鋼的製造性將會變差。因此，將Sn含量的上限值控制在0.100%為宜，更好是在0.050%，更優是在0.010%。
本發明之實施方式的沃斯田鐵系不鏽鋼，以下列數式(1)所表示的E值是-17.0以上為宜，更好是在-10.0以上。 E=-0.33×SFE +0.25×R　　數式(1) 數式(1)中的SFE是25.7+2Ni+410C-0.9Cr-77N-13Si-1.2Mn(各元素記號是表示各元素的含量(質量%))，R是平均結晶粒徑(μm)。 藉由將E值控制在-17.0以上，可以確保40%以上的伸長率，因此，可提昇沃斯田鐵系不鏽鋼的加工性。尤其是藉由將E值控制在-10.0以上，可以確保伸長率達到能夠進行各種形狀的加工的45%以上的伸長率。 此外，E值的上限值，雖然並未特別地限定，但基於想要穩定地確保良好的加工性之觀點考量，是控制在10.0為宜，更好是在9.0，更優是在8.0。
在本說明書中所稱的「平均結晶粒徑」，係指：沃斯田鐵系不鏽鋼的金屬組織的平均結晶粒徑，係根據後述的切片法所計算出來的結晶粒徑的平均值之意。 平均結晶粒徑，係在沃斯田鐵系不鏽鋼的製造工序中，可藉由控制例如：熱軋(熱間輥軋)、冷軋(冷間輥軋)的軋縮率、退火條件(退火溫度、昇溫速度、冷卻速度、加熱時間(退火時間))等等的條件來進行控制。雖然其他的條件也是會影響，但無法一概而論，一般而言，提高軋縮率的話，平均結晶粒徑會有變小的傾向。又，提高退火溫度或延長加熱時間的話，平均結晶粒徑會有變大的傾向。此外，提高昇溫速度或提高冷卻速度的話，平均結晶粒徑會有變小的傾向。 平均結晶粒徑，雖然並未特別地限定，但是基於沃斯田鐵系不鏽鋼的加工性之觀點考量，是設定在5μm以上為宜。又，沃斯田鐵系不鏽鋼是板材的話，係將平均結晶粒徑設定在板厚度的一半以下(例如：板厚度是300μm的話，就將平均結晶粒徑設定在150μm以下)為宜。
本發明的實施方式之沃斯田鐵系不鏽鋼，以下列數式(2)來表示的F值是設定在0以上為宜，更好是在0.1以上，更優是在0.3以上。 F=1003O-211Al-158Ca-79Ti　　數式(2) 數式(2)中的各元素記號是表示各元素的含量(質量%)。 F值是表示：對於耐疲勞特性造成影響之直徑15μm以上的夾雜物之生成量的指標，藉由將F值設定在0以上，可以將直徑15μm以上的夾雜物控制在1.0個/mm 2以下。如果直徑15μm以上的夾雜物是1.0個/mm 2以下的話，夾雜物就保持在分散的狀態，因此，可以提昇耐疲勞特性。直徑15μm以上的夾雜物係設定在0個/mm 2為宜，可以設定在例如：0.01個/mm 2以上。 此外，F值的上限值，雖然並未特別地限定，但基於想要穩定地確保良好的耐疲勞特性之觀點考量，是控制在10.0為宜，更好是在8.0，更優是在6.0。 直徑15μm以上之夾雜物的個數密度(個/mm 2)，係可藉由利用FE-SEM(電解釋出型掃描電子顯微鏡)來觀察沃斯田鐵系不鏽鋼的截面而測定出來。
本發明的實施方式之沃斯田鐵系不鏽鋼，孔蝕電位是在0.70V以上為宜。如果是這種範圍之孔蝕電位的話，SUS316L不鏽鋼係可具有更高位階的耐腐蝕性。此外，孔蝕電位的上限值，並未特別地限定，是在例如：2.00V為宜，更好是在1.50V。 孔蝕電位係可利用後述的方法來進行測定。又，電位係以Ag/AgCl的電位為基準。
本發明的實施方式之沃斯田鐵系不鏽鋼，只要是具有上述特徵的話即可，並不限定其形狀。例如：沃斯田鐵系不鏽鋼係可以製作成熱軋鋼板、熱軋退火鋼板、冷軋鋼板、冷軋退火鋼板等的各種板材，但是基於製造性的觀點考量，係做成冷軋退火鋼板為佳。
本發明的實施方式之沃斯田鐵系不鏽鋼，除了熔製成具有上述組成分的不鏽鋼的作法以外，係可採用該技術領域的公知方法來進行製造。具體而言，如果沃斯田鐵系不鏽鋼是冷軋退火鋼板的話，係可採用下列的工序來進行製造。首先，熔製出具有上述組成分的不鏽鋼且進行鍛造或鑄造之後，實施熱軋來製成熱軋鋼板。其次，對於熱軋鋼板適度地實施退火、酸洗、冷軋來製成冷軋鋼板。其次，對於冷軋鋼板適度地實施退火及酸洗來製成冷軋退火鋼板。 此外，針對於各工序中的條件，只要配合不鏽鋼的組成分來做適度地調整即可，並未特別地限定。
具有上述特徵之本發明的實施方式之沃斯田鐵系不鏽鋼，係具有較SUS329J1不鏽鋼更良好的加工性，並且在海水、鹽水等之含氯化鈉(NaCl)之具有腐蝕性的環境下的耐腐蝕性，較SUS316L不鏽鋼更高，因此，可以用來作為能夠在更嚴酷的腐蝕環境下使用的各種構件的素材。例如：本發明的實施方式之沃斯田鐵系不鏽鋼，很適合使用在：家庭用品、建築構件(構造構件)、汽車零件、電子零件、儲水槽、化工廠等。尤其是本發明的實施方式之沃斯田鐵系不鏽鋼，也可以提昇耐疲勞特性，因此，特別適合作為發條彈簧、電子機器零件用彈簧等的彈簧材來使用。 此外，這種沃斯田鐵系不鏽鋼可以減少價格昂貴的Mo、Ni之類的元素含量，因而可以抑制製造成本。
本發明的實施方式之彈簧，係含有上述的沃斯田鐵系不鏽鋼。本發明的實施方式之彈簧，因為含有上述的沃斯田鐵系不鏽鋼，因此具有良好的加工性以及耐腐蝕性，並且又可以提昇耐疲勞特性。因此，可以提昇彈簧的壽命。至於彈簧的種類，並未特別地限定，是做成板彈簧為佳。 [實施例]
以下將舉出實施例來詳細地說明本發明的內容，但是本發明並不是被解釋為限定在這些實施例。
首先，利用真空熔解爐來熔製出具有表1所示的組成分之不鏽鋼30 kg，並且鍛造成厚度為30 mm的鋼板之後，以1230℃的溫度進行加熱兩個小時，然後實施熱軋而製成厚度為4 mm的熱軋鋼板。其次，將熱軋鋼板實施退火後，進行酸洗而製成熱軋退火鋼板，然後將熱軋退火鋼進行冷軋而做成厚度為0.3 mm或1.0 mm的冷軋鋼板。其次，將冷軋鋼板進行退火之後，藉由進行水冷、酸洗而製成冷軋退火鋼板。此外，鋼No. K是相當於SUS329J1不鏽鋼的鋼種，鋼No. Ｍ是相當於含有較多Ni及Mo之SUS316L不鏽鋼的鋼種。
Figure 02_image001
針對以上述工序來製得的冷軋退火鋼板進行下列項目的評比。
＜平均結晶粒徑＞ 金屬組織的結晶粒徑，係使用經過冷軋、退火、水冷以及酸洗而製得之厚度為0.3 mm的冷軋退火鋼板來進行評比。具體而言，先從冷軋退火鋼板之寬度方向中央部裁切出15 mm×20 mm的試驗片，再以700℃的溫度實施30分鐘增強感受性的熱處理，將冷軋退火鋼板之與輥軋方向(L方向)平行的板厚方向的截面進行鏡面研磨，並且利用草酸實施電解蝕刻之後，利用光學顯微鏡觀察該蝕刻面來進行測定。利用光學顯微鏡進行觀察時，係針對於蝕刻面內之五個約240μm×320μm的視野進行觀察，並且以切片法計算出結晶粒的個數，然後求出平均結晶粒徑。在各觀察視野中，劃出長度為320μm的直線，並且求出被這個直線劃過之結晶粒的個數，將「直線的長度(320μm)/結晶粒的個數」的數值，當作在該觀察視野中的結晶粒徑，將五個觀察視野的結晶粒徑之平均值當作平均結晶粒徑。此外，將位於直線的端部的結晶粒視為1/2個。
＜肥粒鐵相的比率＞ 肥粒鐵相的比率，係使用經過冷軋、退火、水冷以及酸洗而製得之厚度為0.3 mm的冷軋退火鋼板來進行評比。先從冷軋退火鋼板之寬度方向中央部裁切出五個50 mm×50 mm的試驗片，將裁切出來之五個試驗片重疊在一起之後，使用肥粒鐵測定儀(Fischer公司製之型號FMP30的FERITESCPOE(商標名))，來測定了肥粒鐵相(α相)的量。測定時，是隨機選定試驗片的表面上的三個地方進行測定，將其平均值作為測定結果。
＜直徑15μm以上的夾雜物的個數密度＞ 直徑15μm以上之夾雜物的個數密度，係使用經過冷軋、退火、水冷以及酸洗而製得之厚度為1.0 mm的冷軋退火鋼板來進行評比。具體而言，先從冷軋退火鋼板之寬度方向中央部裁切出15 mm×30 mm的試驗片，將其埋入樹脂中且將冷軋退火鋼板之與輥軋方向垂直的板厚度方向的截面(C截面)露出在外面，並且對於C截面實施了鏡面研磨。其次，使用日立高科技株式會社製之型號SU5000的 FE-SEM(電解釋出型掃描電子顯微鏡)，以200倍的倍率觀察上述試驗片的C截面的中央部，合計60個視野觀察(觀察面積：約18.4 mm 2)，並且計數了直徑15μm以上之夾雜物的個數。將夾雜物的長徑的長度a與短徑的長度b的乘積值(a×b)之平方根的值為15μm以上的夾雜物，視為直徑15μm以上的夾雜物。將所計數得到之夾雜物的個數除以觀察面積，即可計算出直徑15μm以上之夾雜物的個數密度(個/mm 2)。
＜加工性＞ 加工性，係使用經過冷軋、退火、水冷以及酸洗而製得之厚度為0.3 mm的冷軋退火鋼板來進行評比。加工性的評比，係依據日本工業規格JIS Z2241：2011所規定之拉伸試驗方法來進行的。具體而言，係從冷軋退火鋼板之寬度方向中央部裁切出13B號試驗片，再以拉伸速度為20 mm/分鐘的條件來進行拉伸試驗，並且測定了伸長率(%)。在這種評比中，係將可以達到能夠加工成各種形狀之40%的伸長率的試驗片視為合格(A)，將該伸長率低於40%的試驗片視為不合格(B)。
＜耐腐蝕性＞ 耐腐蝕性，係使用經過冷軋、退火、水冷以及酸洗而製得之厚度為1.0 mm的冷軋退火鋼板來進行評比。耐腐蝕性的評比，係依據日本工業規格JIS G0577：2014所規定之方法來進行的。先從冷軋退火鋼板的寬度方向中央部裁切出15 mm×20 mm的試驗片之後，進行了粗細度為#600之濕式研磨。其次，將這個試驗片的電極面(露出部分)設定為10 mm×10 mm，並且將電極面以外的部分利用矽膠予以覆蓋來保持絕緣，而做成孔蝕電位測定用試驗片。其次，將孔蝕電位測定用試驗片浸泡在充分地進行了Ar脫氣後之溫度30℃之3.5%濃度的NaCl溶液中，從自然電位起以20 mV/分鐘的速度實施了動電位陽極分極，來進行測定了孔蝕電位。孔蝕電位，係採用電流以100 μA/cm 2流動時的電位。在這種評比中，是將孔蝕電位為0.7V vs Ag/AgCl(以下，全部都是以Ag/AgCl的電位為基準)以上的試驗片視為合格(A)，將孔蝕電位低於0.7V的試驗片視為不合格(B)。
＜耐疲勞特性＞ 耐疲勞特性，係使用經過冷軋、退火、水冷以及酸洗而製得之厚度為1.0 mm的冷軋退火鋼板來進行評比。具體而言，係從冷軋退火鋼板之寬度方向中央部裁切出寬度30 mm且長度90 mm的試驗片，這個試驗片在其寬度方向的兩端具有曲率半徑R=4.25 mm的圓弧部，圓弧部之最小板寬度是20 mm。此外，選定鋼板的輥軋方向作為試驗片的長度方向。其次，再以最大應力為650 MPa、反覆速度為1500 cpm、完整的雙向擺動、試驗停止次數為1×10 7次循環之條件來進行平面撓曲疲勞試驗。在這種評比中，將耐久次數達到1×10 7次的試驗片視為合格(A)，將耐久次數低於1×10 7次的試驗片視為不合格(B)。
將上述各種的評比結果標示在表2。
Figure 02_image003
如表1以及2所示，實施例1～10之冷軋退火鋼板(沃斯田鐵系不鏽鋼)皆符合既定的組成分、E值以及F值，因此，在加工性、耐腐蝕性以及疲勞強度之所有的結果皆為良好。 另一方面，比較例1之冷軋退火鋼板(沃斯田鐵系不鏽鋼)，E值落在範圍外，因此，加工性不足。 比較例2之冷軋退火鋼板(沃斯田鐵暨肥粒鐵雙相系不鏽鋼；SUS329J1不鏽鋼)，因為Ni含量太少而形成α相與γ相之雙相組織，加工性不足。此外，這種冷軋退火鋼板的F值也落在既定的範圍外，因此，耐疲勞特性也不足。 比較例3之冷軋退火鋼板(沃斯田鐵系不鏽鋼)，因為N含量太少，所以耐腐蝕性不足。此外，這種冷軋退火鋼板的F值也落在既定的範圍外，因此，耐疲勞特性也不足。 比較例4之冷軋退火鋼板(沃斯田鐵系不鏽鋼；SUS316L不鏽鋼)的耐腐蝕性不足，此外，因為Ni及Mo的含量太多而導致製造成本也上揚。 比較例5之冷軋退火鋼板(沃斯田鐵系不鏽鋼)，因為Cr含量太少而導致耐腐蝕性不足。 比較例6之冷軋退火鋼板(沃斯田鐵系不鏽鋼)，因為Cr含量太少且O含量太多而導致耐腐蝕性不足。 比較例7～9之冷軋鋼板(沃斯田鐵系不鏽鋼)，因為F值落在既定的範圍外，所以耐疲勞特性不足。
茲由以上的結果可知，根據本發明，係可提供：具有較SUS316L不鏽鋼更高位階的耐腐蝕性，且較SUS329J1不鏽鋼更優異的加工性之價格低廉的沃斯田鐵系不鏽鋼。

Claims (19)

  1. 一種沃斯田鐵系不鏽鋼，以質量%計，係含有C：0.010~0.200%、Si：2.00%以下、Mn：3.00%以下、P：0.035%以下、S：0.0300%以下、Ni：6.00~14.00%、Cr：20.0~26.0%、Mo：3.00%以下、Cu：0.01~3.00%、Ti：1.000%以下、Al：0.200%以下、Ca：0.1000%以下、N：0.100~0.250%、O：0.0080%以下，其餘部分是Fe以及雜質，以下列數式(1)來表示的E值是-17.0以上，以下列數式(2)來表示的F值是0以上，E=-0.33×SFE+0.25×R 數式(1)數式(1)中的SFE是25.7+2Ni+410C-0.9Cr-77N-13Si-1.2Mn(各元素記號是表示各元素的含量(質量%))，R是平均結晶粒徑(μm)，F=1003O-211Al-158Ca-79Ti 數式(2)數式(2)中的各元素記號是表示各元素的含量(質量%)。
  2. 如請求項1所述之沃斯田鐵系不鏽鋼，其中，直徑15μm以上的夾雜物是1.0個/mm2以下。
  3. 如請求項1或請求項2所述之沃斯田鐵系不鏽鋼，其中，以質量%計，還含有B：0.0001~0.0100%。
  4. 如請求項1或請求項2所述之沃斯田鐵系不鏽鋼，其中，以質量%計，還含有從Mg：0.0001~ 0.1000%、以及稀土金屬(REM)：0.0001~0.1000%之中所選出的一種以上。
  5. 如請求項3所述之沃斯田鐵系不鏽鋼，其中，以質量%計，還含有從Mg：0.0001~0.1000%、以及稀土金屬(REM)：0.0001~0.1000%之中所選出的一種以上。
  6. 如請求項1或請求項2所述之沃斯田鐵系不鏽鋼，其中，以質量%計，還含有從Nb：0.001~1.000%、V：0.001~1.000%、Zr：0.001~1.000%、W：0.001~1.000%、Co：0.001~1.000%、Hf：0.001~1.000%、Ta：0.001~1.000%、以及Sn：0.001~0.100%之中所選出的一種以上。
  7. 如請求項3所述之沃斯田鐵系不鏽鋼，其中，以質量%計，還含有從Nb：0.001~1.000%、V：0.001~1.000%、Zr：0.001~1.000%、W：0.001~1.000%、Co：0.001~1.000%、Hf：0.001~1.000%、Ta：0.001~1.000%、以及Sn：0.001~0.100%之中所選出的一種以上。
  8. 如請求項4所述之沃斯田鐵系不鏽鋼，其中，以質量%計，還含有從Nb：0.001~1.000%、V：0.001~1.000%、Zr：0.001~1.000%、W：0.001~1.000%、Co：0.001~1.000%、Hf：0.001~1.000%、Ta：0.001~1.000%、以及Sn：0.001~0.100%之中所選出的一種以上。
  9. 如請求項5所述之沃斯田鐵系不鏽鋼，其中，以質量%計，還含有從Nb：0.001~1.000%、V：0.001~1.000%、Zr：0.001~1.000%、W：0.001~1.000%、Co：0.001~1.000%、Hf：0.001~1.000%、Ta：0.001~1.000%、以及Sn：0.001~0.100%之中所選出的一種以上。
  10. 如請求項1或2所述之沃斯田鐵系不鏽鋼，其中，以質量%計，含有Al：0.020%以下、Ca：0.0001~0.0050%、以及Ti：0.001~0.010%。
  11. 如請求項3所述之沃斯田鐵系不鏽鋼，其中，以質量%計，含有Al：0.020%以下、Ca：0.0001~0.0050%、以及Ti：0.001~0.010%。
  12. 如請求項4所述之沃斯田鐵系不鏽鋼，其中，以質量%計，含有Al：0.020%以下、Ca：0.0001~0.0050%、以及Ti：0.001~0.010%。
  13. 如請求項5所述之沃斯田鐵系不鏽鋼，其中，以質量%計，含有Al：0.020%以下、Ca：0.0001~0.0050%、以及Ti：0.001~0.010%。
  14. 如請求項6所述之沃斯田鐵系不鏽鋼，其中，以質量%計，含有Al：0.020%以下、Ca：0.0001~0.0050%、以及Ti：0.001~0.010%。
  15. 如請求項7所述之沃斯田鐵系不鏽鋼，其中，以質量%計，含有Al：0.020%以下、Ca：0.0001~0.0050%、以及Ti：0.001~0.010%。
  16. 如請求項8所述之沃斯田鐵系不鏽鋼，其中，以質量%計，含有Al：0.020%以下、Ca：0.0001~0.0050%、以及Ti：0.001~0.010%。
  17. 如請求項9所述之沃斯田鐵系不鏽鋼，其中，以質量%計，含有Al：0.020%以下、Ca：0.0001~0.0050%、以及Ti：0.001~0.010%。
  18. 如請求項1或請求項2所述之沃斯田鐵系不鏽鋼，其中，孔蝕電位是0.70V以上。
  19. 一種彈簧，其係含有請求項1至請求項18之任一項所述之沃斯田鐵系不鏽鋼。
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