JP2016199782A - オーステナイト系ステンレス鋼 - Google Patents
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Abstract
Description
0.0300≧(Se+Te+Bi)+2(Sn+Zn+Pb)≧0.0010 (1)
ここで、式(1)中の各元素記号は、対応する元素の含有量(質量%)が代入される。
0.0300≧(Se+Te+Bi)+2(Sn+Zn+Pb)≧0.0010 (1)
ここで、式(1)中の各元素記号は、対応する元素の含有量(質量%)が代入される。
0.0300≧(Se+Te+Bi)+2(Sn+Zn+Pb)≧0.0010 (1)
ここで、式(1)中の各元素記号は、対応する元素の含有量(質量%)が代入される。
本実施形態によるオーステナイト系ステンレス鋼の化学組成は、次の元素を含有する。
炭素(C)は、オーステナイト組織を安定化させる。C含有量が高すぎれば、溶接時の加熱により粒界に炭化物が形成され、溶接熱影響部の耐食性が低下する。したがって、C含有量は0.10%以下である。C含有量の好ましい上限は0.09%であり、さらに好ましくは0.08%である。C含有量の下限は、特に設ける必要はない。しかしながら、組織安定化の効果を得るには、C含有量は0.002%以上であるのが良い。C含有量の好ましい下限は0.005%であり、さらに好ましくは0.01%である。
シリコン(Si)は、鋼を脱酸する。Si含有量が高すぎれば、オーステナイト組織の安定性が低下し、かつ、延性が低下する。さらに、溶加材を用いない溶接の場合、溶接金属の凝固割れ感受性が高まる。したがって、Si含有量は1.2%以下である。Si含有量の好ましい上限は1.1%であり、さらに好ましくは1.0%である。Si含有量の下限は特に設ける必要はない。しかしながら、Siは鋼の耐食性を高める。したがって、その効果を得るには、Si含有量は0.05%以上であるのが良い。Si含有量の好ましい下限は0.08%であり、さらに好ましくは0.1%である。
マンガン(Mn)は、鋼を脱酸する。Mn含有量が高すぎれば、延性が低下する。したがって、Mn含有量は2.5%以下である。Mn含有量の好ましい上限は2.3%であり、さらに好ましくは2.0%未満である。Mn含有量の下限は特に設ける必要はない。しかしながら、Mnはオーステナイト組織を安定化させる。Mnはさらに、溶け込み深さを深くする。したがって、その効果を得るには、Mn含有量は0.1%以上であるのが良い。Mn含有量の好ましい下限は0.3%であり、さらに好ましくは0.5%である。
ニッケル(Ni)は、オーステナイト組織を安定化させる。Niはさらに、積層欠陥エネルギーを高め、水素環境下での脆化感受性を低下させる。Ni含有量は低すぎれば、これらの効果が得られない。一方、Ni含有量が高すぎれば、製造コストが高くなる。したがって、Ni含有量は9〜16%である。Ni含有量の好ましい下限は9.5%であり、さらに好ましくは10%である。Ni含有量の好ましい上限は15.5%であり、さらに好ましくは15%である。
クロム(Cr)は、使用環境下での鋼の耐食性を高める。Crはさらに、母材製造時や溶接中において、炭化物を生成して鋼の強度を高める。Cr含有量が低すぎれば、これらの効果が得られない。一方、Cr含有量が高すぎれば、オーステナイト組織が不安定になり、さらに、炭化物が過剰に生成して鋼が脆化する。したがって、Cr含有量は15〜19%である。Cr含有量の好ましい下限は15.5%であり、さらに好ましくは16%である。Cr含有量の好ましい上限は18.5%であり、さらに好ましくは18%である。
モリブデン(Mo)は、水素環境下での鋼の耐食性を高め、かつ、鋼の強度を高める。Mo含有量が低すぎれば、これらの効果が得られない。一方、Mo含有量が高すぎれば、製造コストが高くなり、さらに、オーステナイト組織が不安定になる。したがって、Mo含有量は1〜4%である。Mo含有量の好ましい下限は1.2%であり、さらに好ましくは1.5%である。Mo含有量の好ましい上限は3.8%であり、さらに好ましくは3.5%である。
窒素(N)は、鋼中に固溶したり、微細な窒化物を形成して、鋼の強度を高める。N含有量が高すぎれば、母材の製造時に熱間加工性が低下する。したがって、N含有量は0.12%以下である。N含有量の好ましい上限は0.10%であり、さらに好ましくは0.08%である。N含有量の下限は特に設ける必要はない。しかしながら、Nによる高強度化の効果を得るには、N含有量は0.005%以上であるのが良い。N含有量の好ましい下限は0.008%であり、さらに好ましくは0.01%である。
アルミニウム(Al)は、Siと同様に鋼を脱酸する。一方、Al含有量が高すぎれば、溶接時の溶け込み深さが浅くなる。したがって、Al含有量は0.05%以下である。Al含有量の下限は特に制限されない。しかしながら、製鋼コストを考慮すれば、Al含有量の好ましい下限は0.0005%であり、さらに好ましくは0.001%である。Al含有量の好ましい上限は0.04%であり、さらに好ましくは0.03%である。
0.0300≧(Se+Te+Bi)+2(Sn+Zn+Pb)≧0.0010 (1)
特定元素群はいずれも、溶け込み深さを増大する。具体的には、Se、Te及びBiはいずれも、溶融金属の表面張力の温度依存性に影響を及ぼし、溶け込み深さを増大する。Sn、Zn及びPbはいずれも、溶融池から蒸発してアークの電流密度を増大させることにより、溶け込み深さを増大する。F1=(Se+Te+Bi)+2(Sn+Zn+Pb)と定義した場合、特定元素群から選択される1種又は2種以上の合計含有量であるF1が0.0010(%)以上であれば、溶け込み深さが十分に増大する。一方、特定元素群の含有量が高すぎれば、具体的には、F1が0.0300(%)を超えれば、溶接中に溶融金属に凝固割れが発生する。したがって、F1は0.0010〜0.0300である。F1の好ましい下限は0.0015であり、さらに好ましくは0.0020である。F1の好ましい上限は0.0250であり、さらに好ましくは0.0200である。
燐(P)は不純物である。Pは、製造時の母材の熱間加工性を低下する。Pはさらに、溶加材を使用せずに溶接する場合、溶接金属の凝固割れ感受性を増大させる。したがって、P含有量は0.03%以下である。好ましいP含有量は0.025%以下であり、さらに好ましくは0.02%以下である。P含有量はなるべく低い方が好ましい。
硫黄(S)は不純物である。Sは、製造時の母材の熱間加工性を低下する。Sはさらに、溶加材を使用せずに溶接する場合、溶接金属の凝固割れ感受性を増大させる。したがって、S含有量は0.002%以下である。好ましいS含有量は0.0015%以下であり、さらに好ましくは0.001%以下である。S含有量はなるべく低い方が好ましい。
酸素(O)は不純物である。Oは製造時の母材の熱間加工性を低下させる。Oはさらに、鋼の清浄性を低下させ、延性を低下させる。したがって、O含有量は0.02%以下である。好ましいO含有量は0.015%以下であり、さらに好ましくは0.01%以下である。O含有量の下限は特に設けなくてもよい。しかしながら、製造コストの点及びOが表面活性元素として作用し溶け込み深さを増大させる効果を少なからず有する点を考慮すれば、O含有量の好ましい下限は0.001%であり、さらに好ましくは0.002%である。
銅(Cu)は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Cuはオーステナイト組織を安定化させる。Cuが少しでも含有されれば、この効果がある程度得られる。しかしながら、Cu含有量が高すぎれば、溶加材を用いず溶接する場合、溶接金属の凝固割れ感受性が高まる。したがって、Cu含有量は3%以下である。Cu含有量の好ましい下限は0.005%であり、より好ましくは0.008%であり、さらに好ましくは0.01%である。Cu含有量の好ましい上限は2.5%であり、さらに好ましくは2.0%である。
コバルト(Co)は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、CoはCuと同様にオーステナイト組織を安定化させる。Coが少しでも含有されれば、この効果がある程度得られる。しかしながら、Co含有量が高すぎれば、溶接金属の延性が低下する。したがって、Co含有量は3%以下である。Co含有量の好ましい下限は0.005%であり、さらに好ましくは0.008%であり、さらに好ましくは0.01%である。Co含有量の好ましい上限は2.5%であり、さらに好ましくは2.0%である。
バナジウム(V)は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Vは、鋼中に固溶したり、炭窒化物として析出して、鋼の強度を高める。Vが少しでも含有されれば、この効果がある程度得られる。しかしながら、V含有量が高すぎれば、炭窒化物が多量に析出し、延性が低下する。したがって、V含有量は0.5%以下である。V含有量の好ましい下限は0.001%であり、より好ましくは0.005%であり、さらに好ましくは0.01%である。V含有量の好ましい上限は0.45%であり、さらに好ましくは0.40%である。
ニオブ(Nb)は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Nbは、Vと同様に、鋼中に固溶したり、炭窒化物として析出して、鋼の強度を高める。Nbが少しでも含有されれば、この効果がある程度得られる。しかしながら、Nb含有量が高すぎれば、溶加材を用いない溶接時に、溶接金属の凝固割れ感受性を高め、溶接金属の延性も低下する。したがって、Nb含有量は0.5%以下である。Nb含有量の好ましい下限は0.001%であり、より好ましくは0.005%であり、さらに好ましくは0.01%である。Nb含有量の好ましい上限は0.45%であり、さらに好ましくは0.40%である。
チタン(Ti)は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、TiはV、Nbと同様に、鋼中に固溶したり、炭窒化物として析出して、鋼の強度を高める。Tiが少しでも含有されれば、この効果がある程度得られる。しかしながら、Ti含有量が高すぎれば、炭窒化物が多量に析出し、延性が低下する。したがって、Ti含有量は0.5%以下である。Ti含有量の好ましい下限は0.001%であり、さらに好ましくは0.003%であり、さらに好ましくは0.005%である。Ti含有量の好ましい上限は0.45%であり、さらに好ましくは0.40%である。
ボロン(B)は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Bは粒界に偏析して粒界固着力を高め、鋼の強度を高める。Bはさらに、水素環境下での鋼の脆化を抑制する。Bが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、B含有量が高すぎれば、溶加材を使用せずに溶接するとき、溶接金属の凝固割れ感受性が高まる。したがって、B含有量は0.01%以下である。B含有量の好ましい下限は0.0001%であり、より好ましくは0.0002%であり、さらに好ましくは0.0005%である。B含有量の好ましい上限は0.008%であり、さらに好ましくは0.005%である。
カルシウム(Ca)は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Caは鋼の熱間加工性を高める。Caが少しでも含有されれば、この効果がある程度得られる。しかしながら、Ca含有量が高すぎれば、CaがOと結合して鋼の清浄性が低下し、熱間加工性がかえって低下する。したがって、Ca含有量は0.05%以下である。Ca含有量の好ましい下限は0.0001%であり、より好ましくは0.0005%であり、さらに好ましくは0.001%である。Ca含有量の好ましい上限は0.03%であり、さらに好ましくは0.01%である。
マグネシウム(Mg)は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、MgはCaと同様に、鋼の熱間加工性を高める。Mgが少しでも含有されれば、この効果がある程度得られる。しかしながら、Mg含有量が高すぎれば、MgがOと結合して、鋼の清浄性が低下し、かえって鋼の熱間加工性が低下する。したがって、Mg含有量は0.05%以下である。Mg含有量の好ましい下限は0.0001%であり、より好ましくは0.0005%であり、さらに好ましくは0.001%である。Mg含有量の好ましい上限は0.03%であり、さらに好ましくは0.01%である。
希土類元素(REM)は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、REMはSとの親和力が強く、鋼の熱間加工性を高める。REMが少しでも含有されれば、この効果がある程度得られる。しかしながら、REM含有量が高すぎれば、REMがOと結合して、鋼の清浄性が低下し、かえって鋼の熱間加工性が低下する。したがって、REM含有量は0.5%以下である。REM含有量の好ましい下限は0.001%であり、より好ましくは0.002%であり、さらに好ましくは0.005%である。REM含有量の好ましい上限は0.3%であり、さらに好ましくは0.1%である。なお、「REM」とは、Sc、Y及びランタノイドの合計17元素の総称であり、REMの含有量はREMのうちの1種又は2種以上の元素の合計含有量を指す。また、REMについては一般的にミッシュメタルに含有される。このため、たとえば、ミッシュメタルの形で添加して、REMの量が上記の範囲となるように含有させてもよい。
本実施形態によるオーステナイト系ステンレス鋼の製造方法の一例を説明する。上述の化学組成を有する溶鋼を製造する。たとえば、電気炉やAOD(Argon Oxygen Decarburization)炉、VOD(Vacuum Oxygen Decarburization)炉を用いて、上記溶鋼を製造する。
製造された溶接継手の溶接部を目視により観察した。溶接継手の裏面を観察して、裏ビードが形成されていなかった場合、十分な溶け込み深さが得られなかったと判断し、「不可」と判定した。裏ビードが観察されたものの、裏ビード幅が1mm未満の場合、「良」と判定した。裏ビード幅が1mm以上のものを「優」と判定した。「良」及び「優」の場合、十分な溶け込み深さが得られたと判定した。
溶接施工性試験で「良」又は「優」と判定された溶接継手に対して、引張試験を実施した。具体的には、溶接金属を平行部の中央に有する板状引張試験片を作製した。試験片に対して、常温で引張試験を実施した。引張強さTS(MPa)が母材の必要強度である480MPa以上であった場合、「良」と判定し、520MPaを超えた場合、「優」と判定した。引張強さTSが480MPa未満の場合、「不可」と判定した。
引張試験で「良」又は「優」と判定された溶接継手に対して、高圧水素環境下における耐脆化特性を評価するため、低歪速度引張試験(SSRT)を実施した。具体的には、溶接金属を平行部の中央に有する段付板状低歪速度引張試験片を採取した。試験片に対して、大気中及び85MPaの高圧水素環境下における低歪速度引張試験を実施した。なお、歪速度は3×10-5/sとした。低歪速度引張試験において、高圧水素環境下での破断絞りの、大気中での破断絞りに対する比が90%以上となるものを「合格」とし、95%以上となるものを「合格(優)」とした。
試験結果を表2に示す。
Claims (5)
- 質量%で、
C:0.10%以下、
Si:1.2%以下、
Mn:2.5%以下、
Ni:9〜16%、
Cr:15〜19%、
Mo:1〜4%、
N:0.12%以下、
Al:0.05%以下、並びに、
Se、Te、Bi、Sn、Zn及びPbからなる群から選択される1種又は2種以上を合計で式(1)を満たす含有量で含有し、
残部はFe及び不純物からなり、
前記不純物のうち、P、S及びOはそれぞれ、
P:0.03%以下、
S:0.002%以下、及び、
O:0.02%以下である、オーステナイト系ステンレス鋼。
0.0300≧(Se+Te+Bi)+2(Sn+Zn+Pb)≧0.0010 (1)
ここで、式(1)中の各元素記号は、対応する元素の含有量が代入される。 - 請求項1に記載のオーステナイト系ステンレス鋼であって、
Feの一部に代えて、質量%で、
Cu:3%以下、
Co:3%以下、
V:0.5%以下、
Nb:0.5%以下、
Ti:0.5%以下、
B:0.01%以下、
Ca:0.05%以下、
Mg:0.05%以下、及び、
希土類元素:0.5%以下からなる群から選択される1種又は2種以上を含有する、オーステナイト系ステンレス鋼。 - 請求項1又は請求項2に記載のオーステナイト系ステンレス鋼であって、
常温での引張強さが480MPa以上である、オーステナイト系ステンレス鋼。 - 請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のオーステナイト系ステンレス鋼であって、
高圧水素ガス及び液体水素の貯蔵又は搬送用機器に使用される、オーステナイト系ステンレス鋼。 - 請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載のオーステナイト系ステンレス鋼であって、
溶加材を用いずに溶接される、オーステナイト系ステンレス鋼。
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