WO2013099132A1 - フェライト系ステンレス鋼 - Google Patents

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WO2013099132A1
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weld
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corrosion resistance
ferritic stainless
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知洋 石井
石川　伸
尾形　浩行
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Ｊｆｅスチール株式会社
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    • C21D9/50—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for welded joints

Definitions

  • the present invention is used in the production of structures by welding, for example, automotive exhaust materials such as mufflers, hot water storage cans for electric water heaters, building materials such as fittings, ventilation openings, and ducts, Sensitization of welds is unlikely to occur, the temper color of the welds is excellent in corrosion resistance, and weld cracks of welded beads that have been double welded (weld cracks) It relates to ferritic stainless steel that is unlikely to occur.
  • ferritic stainless steel Compared with austenitic stainless steel, ferritic stainless steel has higher cost performance and higher thermal conductivity (corrosion resistance) and higher coefficient of thermal expansion (coefficient of thermal expansion) than austenitic stainless steel.
  • Various excellent characteristics such as small stress corrosion cracking (Stress Corrosion Cracking), applicable to a wide range of applications, such as automotive exhaust parts, roofing and building materials, kitchen materials, water storage and hot water storage tanks, etc. It has been.
  • a stainless steel plate is often cut and formed into an appropriate shape and then joined by welding.
  • weld cracks may occur at the place where the three plates are joined or at the double weld where the weld bead is welded again at the start and end of circumferential welding.
  • the shape of the welded member becomes complicated, the number of such double welds increases and the occurrence of weld cracks has become a problem.
  • Patent Document 1 discloses ferritic stainless steel having excellent corrosion resistance and weldability. This is a ferritic stainless steel that achieves both corrosion resistance and weld penetration by adding Mg and optimizing the S content. However, no mention is made of cracks and corrosion resistance of double welds. Actually, when the ferritic stainless steel disclosed in Patent Document 1 is welded, cracks may occur in the double welded portion.
  • Patent Document 2 discloses ferritic stainless steel having excellent weldability. However, this is a ferritic stainless steel with improved weld penetration and workability after welding, and does not touch on the problems of double welds such as weld cracks.
  • the present invention is less susceptible to sensitization of the weld when double welding is performed in ferritic stainless steel, and the temper color of the weld
  • An object of the present invention is to provide a ferritic stainless steel that has excellent corrosion resistance and is less susceptible to weld cracking of weld beads.
  • double welding means welding the same place twice or a plurality of times.
  • a double welded part is a process of melting and solidifying by double welding, for example, the overlapping part of the welding start and end welding beads when welding on the circumference, or the overlapping part of the welding beads when welding to the cross. It means a part that is repeated two or more times and its periphery.
  • the weld bead is formed with an oxide layer called a temper color
  • Cr deficiency occurs as in the case of sensitization and the corrosion resistance decreases, so the influence of various elements on the corrosion resistance of the temper color was evaluated.
  • Si, Al, and Ti are concentrated in a temper color, thereby forming a dense oxide film with good protective properties.
  • the oxidation amount by welding was suppressed and Cr deficiency due to oxidation was suppressed, it was found that if the contents of Si, Al, and Ti are appropriate, the corrosion resistance of the weld bead is improved.
  • the present invention has been made based on the above findings and further studies, and the gist of the present invention is as follows.
  • a ferritic stainless steel is obtained in which the welded portion is less likely to be sensitized, the temper collar of the welded portion is excellent in corrosion resistance, and the weld bead is less susceptible to weld cracking. It is done.
  • C 0.001 to 0.030%
  • C is an element inevitably contained in steel.
  • the amount of C is large, the strength is improved, and when it is small, workability is improved.
  • the content of 0.001% or more is appropriate.
  • the C content is in the range of 0.001 to 0.030%.
  • it is 0.002 to 0.018% of range. More preferably, it is in the range of 0.002 to 0.010%.
  • Si 0.03-0.80% Si is an element useful for deoxidation.
  • it is important to concentrate the temper collar formed by welding together with Al and Ti to improve the protective property of the oxide film and to improve the corrosion resistance of the welded portion. Element. The effect is obtained by adding 0.03%.
  • the Si amount is set in the range of 0.03 to 0.80%. More preferably, it is in the range of more than 0.30 to 0.80%. More preferably, it is in the range of 0.33 to 0.50%.
  • Mn 0.05 to 0.50%
  • Mn is an element inevitably contained in steel and has an effect of increasing strength. The effect is obtained with addition of 0.05% or more, but addition over 0.50% promotes the precipitation of MnS, which is a starting point of corrosion, and lowers the corrosion resistance.
  • the range is 50%. Preferably, it is 0.08 to 0.40% of range.
  • P 0.03% or less P is an element inevitably contained in the steel, and excessive inclusion reduces weldability and easily causes intergranular corrosion. Furthermore, in this invention, it discovered that the increase in P generate
  • the content of P is set to 0.03% or less. Preferably it is 0.025% or less.
  • S 0.01% or less S is an element inevitably contained in steel. However, if it exceeds 0.01%, formation of water-soluble sulfides such as CaS and MnS is promoted and corrosion resistance is lowered. Therefore, the S content is 0.01% or less. More preferably, it is 0.006% or less. More preferably, it is 0.003% or less.
  • Cr 19.0 to 28.0% Cr is the most important element for ensuring the corrosion resistance of stainless steel. If the addition is less than 19.0%, sufficient corrosion resistance cannot be obtained at the weld bead in which Cr on the surface layer decreases due to oxidation by welding or in the vicinity thereof. On the other hand, if over 28.0% is added, workability and manufacturability are reduced, so the Cr content is in the range of 19.0 to 28.0%. Preferably, it is in the range of 21.0 to 26.0%. More preferably, it is 21.0 to 24.0%.
  • Ni 0.01 to less than 0.30%
  • Ni is an element that improves the corrosion resistance of stainless steel, and is an element that suppresses the progress of corrosion in a corrosive environment where a passive film cannot be formed and active dissolution occurs. The effect can be obtained by adding 0.01% or more. However, addition of 0.30% or more causes an increase in cost because it is an expensive element in addition to lowering workability. Therefore, the Ni content is in the range of 0.01 to less than 0.30%. Preferably, it is 0.03 to 0.24% of range. More preferably, it is in the range of 0.03 to less than 0.15%.
  • Mo 0.2-3.0%
  • Mo is an element that promotes repassivation of the passive film and improves the corrosion resistance of stainless steel. The effect becomes more remarkable by containing with Cr. The effect of improving the corrosion resistance by Mo can be obtained by adding 0.2% or more. However, if it exceeds 3.0%, the strength increases, and the rolling load increases, so the productivity decreases. Therefore, the Mo content is in the range of 0.2 to 3.0%. Preferably, it is in the range of 0.6 to 2.4%. More preferably, it is in the range of 0.6 to 2.0%. More preferably, it is in the range of 0.8 to 1.3%.
  • Al more than 0.15 to 1.2%
  • Al is an element useful for deoxidation, and in the present invention, it is an element that concentrates in a temper collar formed by welding together with Si and Ti and improves the corrosion resistance of the welded portion.
  • Al which has a higher affinity with nitrogen than Cr, is an element that suppresses the sensitization of the weld bead by forming AlN and preventing the formation of Cr nitride. This effect is obtained with addition of more than 0.15%.
  • the Al content is in the range of more than 0.15 to 1.2%. Preferably, it is in the range of 0.17 to 0.8%.
  • V 0.02 to 0.50%
  • V is an element that improves the corrosion resistance and workability, and makes it difficult to cause weld cracking. Furthermore, it is an element which suppresses the sensitization of a welded part by combining with nitrogen to become VN.
  • Nb and Ti are effective in suppressing the sensitization of the welded portion
  • the present invention it is necessary to suppress the Nb content in order to prevent weld cracks in the double welded portion. is there.
  • the addition of V and Al as an alternative to Nb is effective in suppressing the sensitization of the weld.
  • the effect can be obtained by adding 0.02% or more.
  • addition exceeding 0.50% conversely decreases the workability. Therefore, the V content is in the range of 0.02 to 0.50%. Preferably, it is 0.03 to 0.40% of range.
  • Cu Less than 0.1% Cu is an inevitably contained impurity.
  • the passive maintenance current is increased to increase the passive state. It has the effect of destabilizing the film and lowering the corrosion resistance. This corrosion resistance lowering effect becomes significant when the Cu content is 0.1% or more. Therefore, the Cu amount is less than 0.1%.
  • Ti 0.05 to 0.50%
  • Ti is an element that binds preferentially to C and N and suppresses a decrease in corrosion resistance due to precipitation of Cr carbonitride.
  • it is an important element for suppressing the sensitization of the welded portion, and is also an element for concentrating the temper collar of the welded portion together with Si and Al to improve the protective property of the oxide film.
  • the effect can be obtained by adding 0.05% or more.
  • the addition exceeding 0.50% deteriorates workability and coarsens Ti carbonitride, causing surface defects. Therefore, the Ti amount is in the range of 0.05 to 0.50%.
  • it is 0.08 to 0.38% of range. More preferably, it is in the range of 0.25 to 0.35%.
  • N 0.001 to 0.030%
  • N is an element that is inevitably contained in steel like C, and has the effect of increasing the strength of the steel by solid solution strengthening. The effect is obtained at 0.001% or more.
  • Cr nitride when Cr nitride is deposited, the content of 0.030% or less is appropriate in order to reduce the corrosion resistance. Therefore, the N content is in the range of 0.001 to 0.030%. Preferably, it is 0.002 to 0.018% of range. More preferably, it is in the range of 0.007 to 0.011%.
  • Nb Less than 0.05% Nb is generally an element that preferentially binds to C and N and suppresses the deterioration of corrosion resistance due to the precipitation of Cr carbonitrides. It is an element that generates a weld crack in a double welded portion by being deposited in a film shape, and the amount added is preferably low. Weld cracks become significant when 0.05% or more is added. Therefore, the Nb amount is less than 0.05%. Preferably, it is less than 0.02%.
  • Nb ⁇ P 0.0005 or less
  • the element symbol in the formula represents the content (% by mass) of each element.
  • a film-like Nb precipitates in the double welded portion, resulting in a weld crack.
  • the precipitation of Nb mainly depends on the product of the Nb content and the P content, and as shown in FIG. 1, Nb ⁇ P exceeds 0.0005, and weld cracking becomes significant. Therefore, Nb ⁇ P is set to 0.0005 or less.
  • the above is the basic chemical component of the present invention, and the balance consists of Fe and unavoidable impurities, but Zr, W, REM, Co, and B may be added as selective elements for the purpose of improving corrosion resistance and toughness. .
  • Zr 1.0% or less Zr combines with C and N and has an effect of suppressing sensitization. The effect can be obtained by adding 0.01% or more. However, excessive addition reduces workability and increases the cost because it is a very high element. Therefore, when adding Zr, the amount of Zr is preferably 1.0% or less. More preferably, it is 0.2% or less.
  • W 1.0% or less W, like Mo, has the effect of improving corrosion resistance.
  • the effect can be obtained by adding 0.01% or more.
  • excessive addition increases strength and decreases manufacturability. Therefore, when adding W, it is preferable to make W amount into 1.0% or less. More preferably, it is 0.5% or less.
  • REM 0.1% or less REM (rare earth element) improves oxidation resistance, suppresses formation of oxide scale, and suppresses formation of a Cr-deficient region immediately below the temper collar of the weld. The effect can be obtained by adding 0.001% or more. However, excessive addition reduces productivity, such as pickling, and increases costs. Therefore, when REM is added, the REM content is preferably 0.1% or less.
  • Co 0.3% or less
  • Co is an element that improves toughness. The effect can be obtained by adding 0.001% or more. However, excessive addition reduces manufacturability. Therefore, when adding Co, the amount of Co is preferably 0.3% or less. More preferably, it is 0.1% or less.
  • B 0.1% or less
  • B is an element that improves the secondary work brittleness. In order to obtain the effect, the content of 0.0001% or more is appropriate. However, excessive inclusion causes a decrease in ductility due to solid solution strengthening. Therefore, when it contains B, it is preferable to make B amount into 0.1% or less. More preferably, it is 0.01% or less.
  • the steel having the above composition is melted by a known method such as a converter furnace, an electric furnace, a vacuum melting furnace, etc., and continuous casting or ingot casting. (ingot casting)-Steel material (slab slab) by slabbing. This steel material is then heated to 1100-1300 ° C, hot rolled at a finishing temperature of 700 ° C-1000 ° C and a coiling temperature of 500 ° C-850 ° C, and steel with a thickness of 2.0mm-5.0mm. Finish in a strip. The hot rolled strip thus produced is annealed at a temperature of 800 ° C.
  • Cold-rolled sheet annealing is performed at a temperature of. After cold-rolled sheet annealing, pickling is performed to remove scale. Skin pass rolling may be performed on the cold-rolled steel strip from which the scale has been removed.
  • the stainless steel shown in Table 1 was melted in vacuum, heated to 1200 ° C., hot-rolled to a thickness of 4 mm, annealed in the range of 800 to 1000 ° C., and the scale was removed by pickling. Further, it was cold-rolled to a thickness of 0.8 mm, annealed in the range of 800 ° C. to 1000 ° C., pickled, and used as a test material.
  • Cross welding as shown in FIG. 2 was performed by TIG welding of the bead-on-plate on the prepared test material.
  • the welding current was 90 A and the welding speed was 60 cm / min.
  • As the shielding gas 100% Ar gas was used for both the front side (torch side) and the back side, and the flow rate was 15 L / min on the front side and 10 L / min on the back side.
  • the width of the front side weld bead was approximately 4 mm.
  • the double welded part of the produced weld bead was checked for the presence of weld cracks using an optical microscope. The results are shown in Table 2.
  • the ferritic stainless steel of the present invention is used for the production of structures by welding, for example, automotive exhaust system materials such as mufflers, canister materials for hot water storage of electric water heaters, joinery, vents, ducts, etc. Suitable for application to materials and the like.
  • automotive exhaust system materials such as mufflers, canister materials for hot water storage of electric water heaters, joinery, vents, ducts, etc. Suitable for application to materials and the like.

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Abstract

溶接部の耐食性および耐溶接割れ性に優れたフェライト系ステンレス鋼を提供する。 質量％で、Ｃ：０．００１～０．０３０％、Ｓｉ：０．０３～０．８０％、Ｍｎ：０．０５～０．５０％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｃｒ：１９．０～２８．０％、Ｎｉ：０．０１～０．３０％未満、Ｍｏ：０．２～３．０％、Ａｌ：０．１５超～１．２％、Ｖ：０．０２～０．５０％、Ｃｕ：０．１％未満、Ｔｉ：０．０５～０．５０％、Ｎ：０．００１～０．０３０％を含有し、Ｎｂ：０．０５％未満とし、下記式（１）を満たし、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とするフェライト系ステンレス鋼。 Ｎｂ×Ｐ≦０．０００５　・・（１）　なお、式中の元素記号は各元素の含有量（質量％）を表わす。

Description

フェライト系ステンレス鋼
　本発明は、溶接によって構造体の作製が行われる用途、たとえば、マフラー等の自動車排気系材料、電気温水器の貯湯用缶体材料や、建具・換気口・ダクト等の建築用材料などにおける、溶接部の鋭敏化(sensitization)が起こりにくく、かつ、溶接部のテンパーカラー(temper color)の耐食性が優れ、かつ、２重溶接を行った溶接ビード(welding bead)の溶接割れ(weld crack)が起こりにくいフェライト系ステンレス鋼(ferritic stainless steel)に関する。
　フェライト系ステンレス鋼は、オーステナイト系ステンレス鋼(austenitic stainless steel)と比較して耐食性(corrosion resistance)に対する高いコストパフォーマンスや熱伝導率(heat thermal conductivity)が良好で熱膨張係数(coefficient of thermal expansion)が小さい、応力腐食割れ(Stress Corrosion Cracking)が起こりにくいなど種々の優れた特性から、自動車排気系部材、屋根・建具などの建材、キッチンや貯水・貯湯タンクなどの水まわり用材料など幅広い用途に適用されてきた。
　これらの構造物の作製にあたっては、ステンレス鋼の鋼板を適当な形状に切断・成形したのち溶接により接合される場合が多い。しかし、フェライト系ステンレス鋼では、３枚の板が接合される個所や円周溶接の始端と終端などの溶接ビードの上を再び溶接する２重溶接部において、溶接割れが発生することがある。溶接部材の形状の複雑化にともない、こういった２重溶接部が増加し、溶接割れの発生が問題となっている。
　また、２重溶接部は平坦でなく、表面にスケールが存在する部分を再度溶接するため、溶接ビードに酸素や窒素などを取り込みやすく耐食性が低下しやすいという問題もある。しかし、従来技術には、こういった２重溶接部の問題に取り組んだ知見はあまり見られない。
　特許文献１には耐食性および溶接性に優れるフェライト系ステンレス鋼が開示されている。これは、Ｍｇの添加とＳ含有量の適正化により、耐食性と溶接の溶け込み性を両立させたフェライト系ステンレス鋼であるが、２重溶接部の割れや耐食性については全く触れられていない。実際に、特許文献１に開示されるフェライト系ステンレス鋼を溶接すると、２重溶接部で割れが発生する場合がある。
　特許文献２には溶接性に優れたフェライト系ステンレス鋼が開示されている。しかし、これは溶接の溶け込み性と溶接後の加工性が改良されたフェライト系ステンレス鋼であり、溶接割れなどの２重溶接部の問題には触れられていない。
特開平８－２４６１０５号公報 特開２００９－９１６５４号公報
　従来技術の抱える上記のような問題点に鑑み、本発明は、フェライト系ステンレス鋼の溶接において、２重溶接を行った際に、溶接部の鋭敏化が起こりにくく、かつ、溶接部のテンパーカラーの耐食性が優れ、かつ、溶接ビードの溶接割れが起こりにくいフェライト系ステンレス鋼を提供することを目的とする。
　本発明では、上記課題を解決するために、２重溶接における溶接割れにおよぼす各種元素の影響について鋭意研究を行った。なお、２重溶接とは、同じ場所を２回もしくは複数回溶接することを意味する。２重溶接部とは、たとえば円周上を溶接した時の溶接始端と終端の溶接ビードの重なり部分や十字に溶接した時の溶接ビードの重なり部分など、２重溶接によって溶融・凝固の過程が２回以上繰り返される部分およびその周辺を意味する。
　２重溶接によって溶接割れが発生した部分を切り出し、破断面をＳＥＭ(Scanning Electron Microscope)により観察した。破断面にはフィルム状のＮｂの析出(precipitation)が確認された。比較として、溶接割れが発生しなかった部分を切り出しＳＥＭによる観察を行うと、前記破断面に見られたようなフィルム状のＮｂの析出物は確認できなかった。溶接割れの発生にフィルム状のＮｂの析出が影響していると考えられる。
　２重溶接部の溶接割れにおよぼす各種成分の影響を調査したところ、ＰおよびＮｂの含有量が少ない鋼では溶接割れが起こらないことが明らかとなった。種々のフェライト系ステンレス鋼にビードオンプレート(bead on plate)で十字溶接を行い、光学顕微鏡にて２重溶接部の溶接割れの有無を確認した。結果を図１に示す。図１中で、○が溶接割れの確認されなかったもの、×が溶接割れの確認されたものである。Ｎｂが０．０５％未満、Ｐが０．０３％以下、Ｎｂ×Ｐが０．０００５以下の範囲では、溶接割れが起こっていないことが分かる。
　Ｎｂ含有量を低減することで溶接割れの防止となることが明らかとなった。しかし、Ｎｂは溶接ビードの鋭敏化抑制に有効な元素であるため、Ｎｂ低減によって鋭敏化が起こりやすくなる懸念がある。また、２重溶接部は表面が平坦でなく、スケールが形成されていることから、溶接ビードに不純物を取り込みやすく、鋭敏化には不利な溶接条件である。そこで、溶接ビードの鋭敏化におよぼす各種元素の影響を調査した。その結果、ＮｂのほかにＶとＡｌが溶接部の鋭敏化抑制に有効であることが明らかとなった。これは、ＶとＡｌがそれぞれＶＮ、ＡｌＮを形成することでＣｒ窒化物(Cr nitride)の形成を抑制するためと考えられる。
　さらに、溶接ビードにはテンパーカラーと呼ばれる酸化皮膜(oxide layer)が形成されることで鋭敏化と同様にＣｒ欠乏がおこり耐食性が低下するため、テンパーカラーの耐食性におよぼす各種元素の影響を評価した。その結果、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉがテンパーカラーに濃縮することで、緻密な保護性のよい酸化皮膜となる。さらに、溶接による酸化量が抑えられ酸化によるＣｒ欠乏が抑制されるため、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉの含有量が適切であれば、溶接ビードの耐食性が向上することを知見した。
　本発明は、上記知見に基づき、更に検討を加えてなされたもので、本発明の要旨は以下の通りである。
　[１]　質量％で、Ｃ：０．００１～０．０３０％、Ｓｉ：０．０３～０．８０％、Ｍｎ：０．０５～０．５０％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｃｒ：１９．０～２８．０％、Ｎｉ：０．０１～０．３０％未満、Ｍｏ：０．２～３．０％、Ａｌ：０．１５超～１．２％、Ｖ：０．０２～０．５０％、Ｃｕ：０．１％未満、Ｔｉ：０．０５～０．５０％、Ｎ：０．００１～０．０３０％を含有し、Ｎｂ：０．０５％未満とし、下記式（１）を満たし、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とするフェライト系ステンレス鋼。
Ｎｂ×Ｐ≦０．０００５　　　・・・・（１）
なお、式中の元素記号は各元素の含有量（質量％）を表わす。
　[２]　更に、質量％で、Ｚｒ：１．０％以下、Ｗ：１．０％以下、ＲＥＭ：０．１％以下、Ｃｏ：０．３％以下、Ｂ：０．１％以下の中から選ばれる１種以上を含有することを特徴とする上記[１]に記載のフェライト系ステンレス鋼。
　本発明により、２重溶接を行った際に、溶接部の鋭敏化が起こりにくく、かつ、溶接部のテンパーカラーの耐食性が優れ、かつ、溶接ビードの溶接割れが起こりにくいフェライト系ステンレス鋼が得られる。
２重溶接部の溶接割れにおよぼすＮｂ含有量およびＰ含有量の影響を説明する図である。 十字溶接の模式図である。
　以下に本発明の構成要件の限定理由について説明する。
１．成分組成について
はじめに、本発明の鋼の成分組成を規定した理由を説明する。なお、成分％は、すべて質量％を意味する。
　Ｃ：０．００１～０．０３０％
Ｃは鋼に不可避的に含まれる元素である。Ｃ量が多いと強度が向上し、少ないと加工性が向上する。十分な強度を得るためには０．００１％以上の含有が適当であるが、０．０３０％を超えると加工性の低下が顕著となるうえ、Ｃｒ炭化物を析出して局所的なＣｒ欠乏による耐食性の低下を起こしやすくなる。よって、Ｃ量は０．００１～０．０３０％の範囲とする。好ましくは、０．００２～０．０１８％の範囲である。さらに好ましくは０．００２～０．０１０％の範囲である。
　Ｓｉ：０．０３～０．８０％
Ｓｉは脱酸に有用な元素であり、本発明では、溶接によって形成されるテンパーカラーにＡｌやＴｉとともに濃縮して酸化皮膜の保護性を向上させ、溶接部の耐食性を良好なものとする重要な元素である。その効果は０．０３％の添加で得られる。しかし、０．８０％を超える添加は加工性の低下が顕著となり、成型加工が困難となる。よって、Ｓｉ量は０．０３～０．８０％の範囲とする。より好ましくは０．３０超～０．８０％の範囲とする。さらに好ましくは、０．３３～０．５０％の範囲である。
　Ｍｎ：０．０５～０．５０％
Ｍｎは鋼に不可避的に含まれる元素であり、強度を高める効果がある。その効果は０．０５％以上の添加で得られるが、０．５０％を超える添加は腐食の起点となるＭｎＳの析出を促進し、耐食性を低下させるため、Ｍｎ量は０．０５～０．５０％の範囲とする。好ましくは、０．０８～０．４０％の範囲である。
　Ｐ：０．０３％以下
Ｐは鋼に不可避的に含まれる元素であり、過剰な含有は溶接性を低下させ、粒界腐食を生じやすくする。さらに、本発明では、Ｐの増加が２重溶接部の溶接割れを発生させることを知見した。Ｐの増加によってフェライト系ステンレス鋼の凝固温度が低下することでＮｂ炭窒化物が液相から析出してフィルム状となり、凝固の過程での溶融池の流動を妨げ、結晶粒の形成を阻害するために、Ｐの含有量が多いフェライト系ステンレス鋼では溶接割れが発生しやすくなると考えられる。２重溶接において溶接割れの傾向がより顕著となるのは、溶融、凝固の過程を繰り返すことで、よりＮｂが濃縮され析出しやすくなるためと考えられる。Ｐの含有量が０．０３％を超えると溶接割れへの影響が顕著となる。よって、Ｐの含有量は０．０３％以下とする。好ましくは０．０２５％以下である。
　Ｓ：０．０１％以下
Ｓは鋼に不可避的に含まれる元素であるが、０．０１％を超えるとＣａＳやＭｎＳなどの水溶性硫化物の形成が促進され耐食性を低下させる。よって、Ｓ量は０．０１％以下とする。より好ましくは０．００６％以下である。さらに好ましくは０．００３％以下である。
　Ｃｒ：１９．０～２８．０％
Ｃｒはステンレス鋼の耐食性を確保するために最も重要な元素である。１９．０％未満の添加では、溶接による酸化で表層のＣｒが減少する溶接ビードや、その周辺において十分な耐食性が得られない。一方２８．０％を超えて添加すると、加工性、製造性が低下するため、Ｃｒ量は１９．０～２８．０％の範囲とする。好ましくは、２１．０～２６．０％の範囲である。より好ましくは２１．０～２４．０％である。
　Ｎｉ：０．０１～０．３０％未満
Ｎｉはステンレス鋼の耐食性を向上させる元素であり、不動態皮膜が形成できず活性溶解が起こる腐食環境において腐食の進行を抑制する元素である。その効果は０．０１％以上の添加で得られる。しかし、０．３０％以上の添加では、加工性を低下させることに加えて、高価な元素であるためコストの増大を招く。よって、Ｎｉ量は０．０１～０．３０％未満の範囲とする。好ましくは、０．０３～０．２４％の範囲である。さらに好ましくは０．０３～０．１５％未満の範囲である。
　Ｍｏ：０．２～３．０％
Ｍｏは不動態皮膜の再不動態化を促進し、ステンレス鋼の耐食性を向上する元素である。Ｃｒとともに含有することによってその効果はより顕著となる。Ｍｏによる耐食性向上効果は０．２％以上の添加で得られる。しかし、３．０％を超えると強度が増加し、圧延負荷が大きくなるため製造性が低下する。よって、Ｍｏ量は０．２～３．０％の範囲とする。好ましくは、０．６～２．４％の範囲である。さらに好ましくは０．６～２．０％の範囲である。さらに好ましくは、０．８～１．３％の範囲である。
　Ａｌ：０．１５超～１．２％
Ａｌは脱酸に有用な元素であり、本発明ではＳｉ、Ｔｉとともに溶接によって形成されるテンパーカラーに濃縮し、溶接部の耐食性を向上させる元素である。加えて、Ｃｒよりも窒素との親和力が大きいＡｌがＡｌＮを形成して、Ｃｒ窒化物の形成を妨げることで、溶接ビードの鋭敏化を抑制する元素でもある。この効果は、０．１５％超の添加で得られる。しかし、１．２％を超えて添加するとフェライト結晶粒が増大し、加工性や製造性が低下する。よって、Ａｌ量は０．１５超～１．２％の範囲とする。好ましくは、０．１７～０．８％の範囲である。
　Ｖ：０．０２～０．５０％
Ｖは耐食性や加工性を向上させる元素であり、溶接割れを起こしにくくする元素である。さらに、窒素と結合してＶＮとなることによって溶接部の鋭敏化を抑制する元素でもある。溶接部の鋭敏化抑制にはＮｂとＴｉの複合添加が有効であることが知られているが、本発明では、２重溶接部の溶接割れ防止のためにＮｂの含有量を抑制する必要がある。しかし、Ｔｉ単独添加では十分な鋭敏化抑制効果が得られない場合がある。そのため、Ｎｂの代替としてＶおよびＡｌの添加が溶接部の鋭敏化抑制に有効である。その効果は、０．０２％以上の添加で得られる。しかし、０．５０％を超える添加は逆に加工性を低下させる。よって、Ｖの含有量は０．０２～０．５０％の範囲とする。好ましくは、０．０３～０．４０％の範囲である。
　Ｃｕ：０．１％未満
Ｃｕは不可避的に含まれる不純物であるが、本発明のＣｒ含有量、Ｍｏ含有量を有する耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼では不動態維持電流を増加させて不動態皮膜を不安定とし、耐食性を低下させる作用がある。この耐食性低下作用はＣｕ量が０．１％以上で顕著となる。そのため、Ｃｕ量は０．１％未満とする。
　Ｔｉ：０．０５～０．５０％
ＴｉはＣ、Ｎと優先的に結合してＣｒ炭窒化物の析出による耐食性の低下を抑制する元素である。本発明では、溶接部の鋭敏化を抑制するために重要な元素であり、さらに溶接部のテンパーカラーにＳｉ、Ａｌとともに複合的に濃縮し、酸化皮膜の保護性を向上させる元素でもある。その効果は、０．０５％以上の添加で得られる。しかし、０．５０％を超える添加は加工性が低下するとともに、Ｔｉ炭窒化物が粗大化し、表面欠陥を引き起こす。よって、Ｔｉ量は０．０５～０．５０％の範囲とする。好ましくは、０．０８～０．３８％の範囲である。さらに好ましくは、０．２５～０．３５％の範囲である。
　Ｎ：０．００１～０．０３０％
Ｎは、Ｃと同様に鋼に不可避的に含まれる元素であり、固溶強化により鋼の強度を上昇させる効果がある。その効果は０．００１％以上で得られる。しかし、Ｃｒ窒化物を析出した場合には、耐食性を低下させるため、０．０３０％以下の含有が適当である。よって、Ｎ量は０．００１～０．０３０％の範囲とする。好ましくは、０．００２～０．０１８％の範囲である。さらに好ましくは、０．００７～０．０１１％の範囲である。
　Ｎｂ：０．０５％未満
Ｎｂは、一般的には、Ｃ、Ｎと優先的に結合してＣｒ炭窒化物の析出による耐食性の低下を抑制する元素とされているが、２重溶接部にフィルム状に析出することで、２重溶接部の溶接割れを発生させる元素であり、その添加量は低い方が好ましい。溶接割れは０．０５％以上の添加で顕著となる。よって、Ｎｂ量は０．０５％未満とする。好ましくは、０．０２％未満である。
　Ｎｂ×Ｐ：０．０００５以下
なお、式中の元素記号は各元素の含有量（質量％）を表わす。
２重溶接部にはフィルム状のＮｂが析出することで溶接割れが発生する。Ｎｂの析出はおもにＮｂの含有量とＰの含有量の積に依存しており、図１に示したようにＮｂ×Ｐが０．０００５超で溶接割れが顕著となる。よって、Ｎｂ×Ｐは０．０００５以下とする。
　以上が本発明の基本化学成分であり、残部はＦｅ及び不可避的不純物からなるが、更に、耐食性、靭性を向上する目的でＺｒ、Ｗ、ＲＥＭ、Ｃｏ、Ｂを選択元素として添加してもよい。
　Ｚｒ：１．０％以下
ＺｒはＣ、Ｎと結合して、鋭敏化を抑制する効果がある。その効果は０．０１％以上の添加で得られる。しかし、過剰の添加は加工性を低下させるうえ、非常に高い元素であるためコストの増大を招く。よって、Ｚｒを添加する場合は、Ｚｒ量は１．０％以下とすることが好ましい。さらに好ましくは０．２％以下である。
　Ｗ：１．０％以下
ＷはＭｏと同様に耐食性を向上する効果がある。その効果は０．０１％以上の添加で得られる。しかし、過剰の添加は強度を上昇させ、製造性を低下させる。よって、Ｗを添加する場合は、Ｗ量は１．０％以下とすることが好ましい。さらに好ましくは０．５％以下である。
　ＲＥＭ：０．１％以下
ＲＥＭ（希土類元素）は耐酸化性を向上して、酸化スケールの形成を抑制し、溶接部のテンパーカラー直下のＣｒ欠乏領域の形成を抑制する。その効果は０．００１％以上の添加で得られる。しかし、過剰の添加は酸洗性などの製造性を低下させるうえ、コストの増大を招く。よって、ＲＥＭを添加する場合は、ＲＥＭ量は０．１％以下とすることが好ましい。
　Ｃｏ：０．３％以下
Ｃｏは靭性を向上させる元素である。その効果は０．００１％以上の添加で得られる。しかし、過剰の添加は製造性を低下させる。よって、Ｃｏを添加する場合は、Ｃｏ量は０．３％以下とすることが好ましい。さらに好ましくは０．１％以下である。
　Ｂ：０．１％以下
Ｂは二次加工脆性を改善する元素であり、その効果を得るためには、０．０００１％以上の含有が適当である。しかし、過剰の含有は、固溶強化による延性低下を引き起こす。よって、Ｂを含有する場合は、Ｂ量は０．１％以下とすることが好ましい。さらに好ましくは０．０１％以下である。
　２．製造条件について
次に本発明鋼の好適製造方法について説明する。上記した成分組成の鋼を、転炉(converter furnace)、電気炉(electric furnace)、真空溶解炉(vacuum melting furnace)等の公知の方法で溶製し、連続鋳造法(continuous casting)あるいは造塊(ingot casting)－分塊法(slabbing)により鋼素材（スラブ slab）とする。この鋼素材を、その後１１００～１３００℃に加熱後、仕上温度を７００℃～１０００℃、巻取温度を５００℃～８５０℃として熱間圧延を行い、板厚２．０ｍｍ～５．０ｍｍの鋼帯に仕上げる。こうして作製した熱間圧延鋼帯(hot rolled strip)を８００℃～１２００℃の温度で焼鈍(anneal)し酸洗(acid picking)を行い、次に、冷間圧延を行い、７００℃～１０００℃の温度で冷延板焼鈍を行う。冷延板焼鈍後には酸洗を行い、スケールを除去する。スケールを除去した冷間圧延鋼帯にはスキンパス圧延を行ってもよい。
　以下、実施例に基づいて本発明を説明する。
表１に示すステンレス鋼を真空溶製し、１２００℃に加熱したのち、板厚４ｍｍまで熱間圧延し、８００～１０００℃の範囲で焼鈍し、酸洗によりスケールを除去した。さらに、板厚０．８ｍｍまで冷間圧延し、８００℃～１０００℃の範囲で焼鈍し、酸洗を行い、供試材とした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　作製した供試材にビードオンプレートのＴＩＧ溶接で図２に示すような十字溶接を行った。溶接電流は９０Ａ、溶接速度は６０ｃｍ／ｍｉｎとした。シールドガスは、表側（トーチ側）、裏側ともに１００％のＡｒガスを使用し、流量は表側が１５Ｌ／ｍｉｎ、裏側が１０Ｌ／ｍｉｎとした。表側の溶接ビードの幅はおよそ４ｍｍであった。
作製した溶接ビードの２重溶接部を光学顕微鏡を用いて溶接割れの有無を確認した。結果を表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　発明例であるＮｏ．１～Ｎｏ．１５、Ｎｏ．２２、Ｎｏ．２３には溶接割れは発生しなかったが、比較例であるＮｏ．１６、Ｎｏ．１８～Ｎｏ．２１のうち、ＮｂおよびＮｂ×Ｐが発明の範囲から外れるＮｏ．１６、Ｐが発明の範囲から外れるＮｏ．２０、Ｎｂ×Ｐが発明の範囲から外れるＮｏ．２１では溶接割れが確認された。これらの溶接割れ部分を切り出しＳＥＭにて破断面を観察したところ、いずれのサンプルにおいてもフィルム状のＮｂの析出が確認された。
　溶接割れの確認されたＮｏ．１６、Ｎｏ．２０、Ｎｏ．２１を除いて、作製した溶接ビードの２重溶接部を含む２０ｍｍ角の試験片を採取し、１０ｍｍ角の測定面を残してシール材で被覆し、溶接によるテンパーカラーを付けたまま３０℃の３．５質量％ＮａＣｌ溶液中で孔食電位を測定した。試験片の研磨や不動態化処理は行わなかった。それ以外の測定方法はＪＩＳ　Ｇ　０５７７（２００５）に準拠した。測定した孔食電位Ｖ’ｃ１００を表２に示す。発明例であるＮｏ．１～Ｎｏ．１５、Ｎｏ．２２、Ｎｏ．２３では、いずれもＶ’ｃ１００が０ｍＶｖｓ　ＳＣＥ以上となったのに対し、比較例であるＮｏ．１８～Ｎｏ．１９では、いずれもＶ’ｃ１００が０ｍＶ　ｖｓ　ＳＣＥ未満となっており、発明例の耐食性が優れていることが確認された。
また、表１のＮｏ．１～Ｎｏ．２３について、２重溶接部の溶接ビードを含む４０×４０ｍｍの試験片を採取し、表側を試験面としてＪＩＳ　Ｈ　８５０２（１９９９）の中性塩水噴霧サイクル試験(neutral salt spray cyclic corrosion test)を実施した。サイクル数は３サイクルとした。試験後、溶接ビードの腐食の有無を目視により確認した。結果を表２に示す。発明例であるＮｏ．１～Ｎｏ．１５、Ｎｏ．２２、Ｎｏ．２３では、いずれも腐食が確認されなかったのに対して、比較例であるＮｏ．１６、Ｎｏ．１８～Ｎｏ．２１ではいずれも腐食が確認された。発明例の溶接ビードの耐食性が優れていることが確認された。
　本発明のフェライト系ステンレス鋼は、溶接によって構造体の作製が行われる用途、たとえば、マフラー等の自動車排気系材料、電気温水器の貯湯用缶体材料や建具・換気口・ダクト等の建築用材料などへの適用に好適である。
 

Claims (2)

  1. 　質量％で、Ｃ：０．００１～０．０３０％、Ｓｉ：０．０３～０．８０％、Ｍｎ：０．０５～０．５０％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｃｒ：１９．０～２８．０％、Ｎｉ：０．０１～０．３０％未満、Ｍｏ：０．２～３．０％、Ａｌ：０．１５超～１．２％、Ｖ：０．０２～０．５０％、Ｃｕ：０．１％未満、Ｔｉ：０．０５～０．５０％、Ｎ：０．００１～０．０３０％を含有し、Ｎｂ：０．０５％未満とし、下記式（１）を満たし、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とするフェライト系ステンレス鋼。
    Ｎｂ×Ｐ≦０．０００５　　　・・（１）
    　なお、式中の元素記号は各元素の含有量（質量％）を表わす。
  2. 　更に、質量％で、Ｚｒ：１．０％以下、Ｗ：１．０％以下、ＲＥＭ：０．１％以下、Ｃｏ：０．３％以下、Ｂ：０．１％以下の中から選ばれる１種以上を含有する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系ステンレス鋼。
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