JP2020050936A - ステンレス鋼 - Google Patents
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- Heat Treatment Of Steel (AREA)
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Abstract
【課題】強度、伸び及び耐食性が要求される用途に使用される場合において、優れた強度、伸び及び耐食性を有するステンレス鋼を提供する。【解決手段】質量％で、Ｃ：０．００１〜０．１００％、Ｓｉ：０．０１〜５．００％、Ｍｎ：０．０１〜２．００％、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．０１００％以下、Ｃｒ：９．０〜３０．０％、Ｔｉ：０．０１〜１．００％、Ａｌ：０．０１０〜５．０００％、Ｎ：０．００１〜０．０５０％を含有し、残部がＦｅおよび不純物であり、かつ上記Ｓｉ量、Ｔｉ量及びＡｌ量（質量％）が、２Ａｌ＋Ｓｉ−１０Ｔｉ≧０を満たすことを特徴とするステンレス鋼を採用する。【選択図】なし
Description
本発明は、強度及び耐食性が要求される用途に使用されるステンレス鋼に関する。
強度と耐食性の要求される用途としては、例えば、建材や一般家具家電用途、燃料電池、自動車排気系部品、その他自動車用部品等が挙げられる。自動車排気系部品の例としては、例えば、自動車マフラーやエキゾーストマニホールド、センターパイプや触媒コンバーター、ＥＧＲクーラー、フレキシブルパイプ、フランジ等が挙げられる。その他自動車用部品としては、例えば、モール、燃料給油管、電池部品（ケース、セル、パック、モジュール等）、締結部品（クランプ、Ｖバンド等）等が挙げられる。
近年、ステンレス鋼の高耐食化の要求はさらに高まっている。例えば、自動車排気系部品の腐食の主な原因は、排気ガスが溶解した結露水である排ガス凝縮水による排気系部品内部からの腐食である。最近はこの内部からの腐食に対する耐食性のみならず、雨水や泥水、海風等が原因の排気系部品外側の発銹に対する耐食性も要求される。
実際、納車時や点検時に車体下側から自動車を確認した際、排気系部品外側の発銹が確認されることがある。この発銹により、使用者からクレームを受ける事例が増えている。したがって、排気系部品外側の発銹に対する対策が必要となっている。
自動車排気系部品に使用されるステンレス鋼は、主に、比較的Ｃｒ含有量が低いフェライト系ステンレス鋼である。Ｃｒ含有量が低いフェライト系ステンレス鋼は、排気系部品外側の発銹に対する耐食性は高くない。しかし、耐食性を高めるために、Ｃｒ含有量が高いフェライト系ステンレス鋼を使用することはコストアップに繋がる。そのため、Ｃｒより安価な元素でステンレス鋼の耐食性を高めるニーズがある。
さらに自動車排気系部品は常に軽量化が求められている。そのため自動車排気系部品に使用されるステンレス鋼は軽量化のために薄肉化されていく傾向にある。
ここで既存部品に使用されているステンレス鋼を薄肉化するためには、その薄い板厚でも構造体の形状を担保するほどの強度と、薄い板厚でも前述の環境で腐食による板厚貫通が発生しない耐食性の両性能が求められる。また、加工性も求められる。
特許文献１には、質量％で、Ｃ：０．０１５％以下、Ｓｉ：０．１０〜０．２５％、Ｍｎ：０．１０〜０．３０％、Ｐ：０．０４０％以下、Ｓ：０．０２０％以下、Ａｌ：０．００１〜０．２０％、Ｎ：０．０１５％以下、Ｃｒ：１５．０〜２０．０％、Ｎｉ：０．５％以下、Ｍｏ：１．０〜２．５％、Ｖ：０．２％以下、Ｔｉ：３×（Ｃ＋Ｎ）〜０．２５％、Ｎｂ：０．３〜１．０％を含有し、さらに前記Ｃ，Ｎは、Ｃ＋Ｎ：０．０２０％以下の関係を満たし、さらに前記Ｓｉ，Ｍｎは、Ｓｉ≦Ｍｎの関係を満たし、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなるフェライト系ステンレス鋼の板厚が１〜３ｍｍであり、かつ、９５０℃での０．２％耐力が１５ＭＰａ以上、常温での平均伸び値が３０％以上、平均ｒ値（平均ランクフォード値）が１．３以上であることを特徴とする、耐熱性および加工性に優れたフェライト系ステンレス鋼板が開示されている。この文献では、成分元素の最適化と製造プロセスの構築を行うことで耐熱性と加工性に優れたフェライト系ステンレス鋼板を提供するとしているが、Ａｌ、Ｓｉの添加量が低い。また耐食性に関する記載がない。
特許文献２には、Ｃ：０．０１５質量％以下，Ｓｉ：０．５質量％以下，Ｃｒ：１１．０〜２５．０質量％，Ｎ：０．０２０質量％以下，Ｔｉ：０．０５〜０．５０質量％，Ｎｂ：０．１０〜０．５０質量％，Ｂ：０．０１００質量％以下を含むフェライト系ステンレス鋼であって、一軸引張りで加工したときの破断伸びが３０％以上，ランクフォード値（ｒ値）のｒｍｉｎ値が１．３以上であることを特徴とする加工性及び耐食性に優れたディーゼル微粒子除去装置構成部品用フェライト系ステンレス鋼板が開示されている。この文献では、成分組成を細かく調整し、かつ引張り特性を限定しているので、厳しい条件の成形加工が可能で、長期にわたって耐食性を保持でき、しかも耐衝撃性にも優れたフェライト系ステンレス鋼板を提供できるとしているが、強度に関して記載されていない。
従来の技術では、強度、伸び及び耐食性が要求される用途に使用されるステンレス鋼において、これらの特性を同時に満足することは難しかった。
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、強度、伸び及び耐食性が要求される用途に使用される場合において、優れた強度、伸び及び耐食性を有するステンレス鋼を提供することを目的とする。
本発明者らは、前述の課題を解決すべく、種々のＣｒ含有量かつ種々の元素を含有した鋼板を作製し、耐食性向上効果が広く知られているＣｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃｕ以外の元素でステンレス鋼の耐食性を向上できないか検討した。その結果、特にＡｌ、Ｓｉが耐食性を向上させることを知見した。特に２Ａｌ＋Ｓｉ−１０Ｔｉ≧０を満たすことで耐食性が大きく改善することを見出した。さらにＡｌ、Ｓｉは強度も向上させ、強度向上と耐食性向上を両立する成分系が存在することを知見した。
また、調査の結果、構造部材の薄肉軽量化に寄与するためには、鋼の０．２％耐力が２５０ＭＰａ以上であり、引張強度が４００ＭＰａ以上になるとより好ましいことがわかった。
また、製造工程を最適化することで強度と耐食性を向上させつつ、伸びやｒ値も担保でき、適用可能分野を大幅に拡大できることが分かった。
上記課題を解決することを目的とした本発明の要旨は、以下のとおりである。
［１］ 質量％で、
Ｃ：０．００１〜０．１００％、
Ｓｉ：０．０１〜５．００％、
Ｍｎ：０．０１〜２．００％、
Ｐ：０．０５０％以下、
Ｓ：０．０１００％以下、
Ｃｒ：９．０〜３０．０％、
Ｔｉ：０．０１〜１．００％、
Ａｌ：０．０１０〜５．０００％、
Ｎ：０．００１〜０．０５０％を含有し、残部がＦｅおよび不純物であり、かつ上記Ｓｉ量、Ｔｉ量及びＡｌ量（質量％）が、２Ａｌ＋Ｓｉ−１０Ｔｉ≧０を満たすことを特徴とするステンレス鋼。
［２］ さらに質量％で、
Ｎｉ：０．０１〜３．００％、
Ｍｏ：０．０１〜３．００％、
Ｓｎ：０．０１〜３．００％、
Ｃｕ：０．０１〜３．００％、
Ｂ：０．０００１〜０．０１００％、
Ｎｂ：０．００１〜１．０００％、
Ｗ：０．００１〜１．０００％、
Ｖ：０．００１〜１．０００％
Ｓｂ：０．００１〜０．１００％、
Ｃｏ：０．００１〜０．５００％、
Ｃａ：０．０００１〜０．００５０％、
Ｍｇ：０．０００１〜０．００５０％、
Ｚｒ：０．０００１〜０．０３００％、
Ｇａ：０．０００１〜０．０１００％、
Ｔａ：０．００１〜０．０５０％、
ＲＥＭ：０．００１〜０．１００％
の１種または２種以上を含有することを特徴とする［１］に記載のステンレス鋼。
［３］ ０．２％耐力が２５０ＭＰａ以上、引張強度が４００ＭＰａ以上であることを特徴とする［１］または［２］に記載のステンレス鋼。
［４］ 全伸びが２７％以上、平均ｒ値が１．０以上であることを特徴とする［１］乃至［３］の何れか一項に記載のステンレス鋼。
［１］ 質量％で、
Ｃ：０．００１〜０．１００％、
Ｓｉ：０．０１〜５．００％、
Ｍｎ：０．０１〜２．００％、
Ｐ：０．０５０％以下、
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［２］ さらに質量％で、
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Ｔａ：０．００１〜０．０５０％、
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の１種または２種以上を含有することを特徴とする［１］に記載のステンレス鋼。
［３］ ０．２％耐力が２５０ＭＰａ以上、引張強度が４００ＭＰａ以上であることを特徴とする［１］または［２］に記載のステンレス鋼。
［４］ 全伸びが２７％以上、平均ｒ値が１．０以上であることを特徴とする［１］乃至［３］の何れか一項に記載のステンレス鋼。
本発明によれば、耐食性及び強度と伸びが要求される用途に使用される場合において、優れた耐食性と強度と伸びを有するステンレス鋼を提供することができる。耐食性及び強度と伸びが要求される用途としては建材や一般家具家電用途、燃料電池、自動車排気系部品、その他自動車用部品などがある。自動車排気系部品の例としては、自動車マフラーやエキゾーストマニホールド、センターパイプや触媒コンバーター、ＥＧＲクーラー、フレキシブルパイプ、フランジ、管端増肉パイプなどがある。その他自動車用部品としてはモール、燃料給油管、電池部品（ケース、セル、パック、モジュール等）、締結部品（クランプ、Ｖバンド等）などがある。本発明のステンレス鋼は、これらの用途に好適に用いることができる。
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
本発明者らは耐食性と強度の両立のために、種々の濃度のＣｒ含有量やＡｌ、Ｓｉ含有量の鋼を作製した。そして耐食性に及ぼすＡｌ及びＳｉ濃度の影響を調べた。その結果、母材のＡｌ及びＳｉ含有量を増加させることで耐食性が大幅に向上することを見出した。特に２Ａｌ＋Ｓｉ−１０Ｔｉ≧０を満たすことで耐食性が大幅に改善することを見出した。また強度に及ぼすＡｌ及びＳｉ濃度の影響を調べたところ、Ａｌ及びＳｉ濃度の増加により強度が増加することを見出した。その結果を表１Ａ〜表１Ｄに示す。ここで耐食性試験であるＪＡＳＯ−ＣＣＴ試験の判定基準は、ＪＩＳ Ｇ ０５９５に準拠する方法でレイティングナンバを判定し、「３」及び「６」を境界値とした。レイティングナンバが７〜９の鋼種は表１中に符号「◎」で、レイティングナンバが４〜６の鋼種は表１Ｃ、表１Ｄ中に符号「○」で、レイティングナンバが０〜３の鋼種は表１Ｃ、表１Ｄ中に符号「×」で示した。
表１Ｃ、表１Ｄより、本発明鋼種は耐食性・強度ともに優れていることがわかる。図１に、表１Ａ〜表１Ｄ中に記載の、Ａｌ含有量の異なる３鋼種の試験結果を示す。Ａｌ含有量の高い鋼種ほどレイティングナンバが高くなることがわかる。
ＪＡＳＯ−ＣＣＴ試験後の鋼板表面を観察したところ、Ａｌ、Ｓｉ濃度が高い鋼種は孔食があまり成長しておらず、孔食進展速度が遅いことがわかった。これより母材中のＡｌ及びＳｉは孔食の成長を抑制することがわかった。特にＡｌは発生初期の孔食内部でイオンとして溶け出し表面に吸着することで孔食成長の抑制及び再不動態化を促進していると考えられる。Ｓｉは孔食内部で酸化物を形成し、孔食成長の抑制及び再不動態化を促進していると考えられる。
またＡｌ、Ｓｉ濃度が高い鋼種は強度が非常に高いことがわかる。Ａｌ、Ｓｉはともに固溶強化により鋼の強度を増加させる。特にＳｉの固溶強化能は非常に高く、鋼の強度増加に大きく寄与する。
以下に、本実施形態で規定される鋼の化学組成について、さらに詳しく説明する。なお、％は質量％を意味する。
Ｃ：０．００１〜０．１００％
Ｃは、耐粒界腐食性、加工性を低下させるため、その含有量を低く抑える必要がある。そのため、Ｃの含有量の上限を０．１００％以下とする。しかしながら、Ｃ量を過度に低めることは精練コストを上昇させるため、Ｃ量の下限を０．００１％以上とする。Ｃ量の好ましい範囲は、０．００２〜０．０１０％である。
Ｃは、耐粒界腐食性、加工性を低下させるため、その含有量を低く抑える必要がある。そのため、Ｃの含有量の上限を０．１００％以下とする。しかしながら、Ｃ量を過度に低めることは精練コストを上昇させるため、Ｃ量の下限を０．００１％以上とする。Ｃ量の好ましい範囲は、０．００２〜０．０１０％である。
Ｓｉ：０．０１〜５．００％
Ｓｉは、本実施形態における重要な元素である。Ｓｉは、表面に濃縮して腐食発生を抑制するのみならず、母材の腐食速度も低減する非常に有益な元素である。そのため、Ｓｉの含有量の下限を０．０１％以上とする。ただし、Ｓｉの過度な含有は鋼の伸び減少を引き起こし、加工性を低下させるため、Ｓｉの含有量の上限を５．００％以下とする。Ｓｉ量の好ましい範囲は、０．３０〜３．００％、より好ましい範囲は０．７０〜１．２０％である。
Ｓｉは、本実施形態における重要な元素である。Ｓｉは、表面に濃縮して腐食発生を抑制するのみならず、母材の腐食速度も低減する非常に有益な元素である。そのため、Ｓｉの含有量の下限を０．０１％以上とする。ただし、Ｓｉの過度な含有は鋼の伸び減少を引き起こし、加工性を低下させるため、Ｓｉの含有量の上限を５．００％以下とする。Ｓｉ量の好ましい範囲は、０．３０〜３．００％、より好ましい範囲は０．７０〜１．２０％である。
Ｍｎ：０．０１〜２．００％
Ｍｎは、脱酸元素として有用であるが、過剰量のＭｎを含有させると、耐食性を劣化させる。そのため、Ｍｎ量を０．０１〜２．００％とする。Ｍｎ量の好ましい範囲は、０．０５〜１．００％、より好ましい範囲は０．０２〜０．５０％である。
Ｍｎは、脱酸元素として有用であるが、過剰量のＭｎを含有させると、耐食性を劣化させる。そのため、Ｍｎ量を０．０１〜２．００％とする。Ｍｎ量の好ましい範囲は、０．０５〜１．００％、より好ましい範囲は０．０２〜０．５０％である。
Ｐ：０．０５０％以下
Ｐは、加工性・溶接性・耐食性を劣化させる元素であるため、その含有量を制限する必要がある。そのため、Ｐ量を０．０５０％以下とする。Ｐ量の好ましい範囲は、０．０３０％以下である。
Ｐは、加工性・溶接性・耐食性を劣化させる元素であるため、その含有量を制限する必要がある。そのため、Ｐ量を０．０５０％以下とする。Ｐ量の好ましい範囲は、０．０３０％以下である。
Ｓ：０．０１００％以下
Ｓは、耐食性を劣化させる元素であるため、その含有量を制限する必要がある。そのため、Ｓ量を０．０１００％以下とする。Ｓ量の好ましい範囲は、０．００７０％以下である。
Ｓは、耐食性を劣化させる元素であるため、その含有量を制限する必要がある。そのため、Ｓ量を０．０１００％以下とする。Ｓ量の好ましい範囲は、０．００７０％以下である。
Ｃｒ：９．０〜３０．０％
Ｃｒは、塩害環境での耐食性を確保するために、９．０％以上の含有が必要である。Ｃｒの含有量を増加させるほど、耐食性は向上するが、加工性、製造性を低下させる。そのため、Ｃｒ量の上限を３０．０％以下とする。Ｃｒ量の好ましい範囲は、９．５〜２５．０％、より好ましい範囲は１０．０〜１５．０％である。
Ｃｒは、塩害環境での耐食性を確保するために、９．０％以上の含有が必要である。Ｃｒの含有量を増加させるほど、耐食性は向上するが、加工性、製造性を低下させる。そのため、Ｃｒ量の上限を３０．０％以下とする。Ｃｒ量の好ましい範囲は、９．５〜２５．０％、より好ましい範囲は１０．０〜１５．０％である。
Ｔｉ：０．０１〜１．００％
Ｔｉは、ステンレス鋼の鋭敏化を防止するために、０．０１％以上含有する必要がある。含有量が０．０１％未満の場合は鋭敏化により耐食性が劣化する。ただし、多量の含有は合金コスト増加や靭性の低下、鋼中介在物増加による耐食性低下、製造性低下に繋がるため、Ｔｉ量の上限を１．００％以下とする。Ｔｉ量の好ましい範囲は、０．０３〜０．５０％、より好ましい範囲は０．１０〜０．２５％である。
Ｔｉは、ステンレス鋼の鋭敏化を防止するために、０．０１％以上含有する必要がある。含有量が０．０１％未満の場合は鋭敏化により耐食性が劣化する。ただし、多量の含有は合金コスト増加や靭性の低下、鋼中介在物増加による耐食性低下、製造性低下に繋がるため、Ｔｉ量の上限を１．００％以下とする。Ｔｉ量の好ましい範囲は、０．０３〜０．５０％、より好ましい範囲は０．１０〜０．２５％である。
Ａｌ：０．０１０〜５．０００％
Ａｌは、本実施形態における重要な元素である。Ａｌは、表面に濃縮して腐食発生を抑制するのみならず、母材の腐食速度も低減する非常に有益な元素である。そのため、Ａｌの含有量の下限を０．０１０％以上とする。ただし、Ａｌの過度な含有は材料の伸び減少を引き起こし、加工性を低下させるため、Ａｌの含有量の上限を５．０００％以下とする。Ａｌ量の好ましい範囲は、０．０５０〜３．０００％、より好ましい範囲は０．８００〜２．５００％である。
Ａｌは、本実施形態における重要な元素である。Ａｌは、表面に濃縮して腐食発生を抑制するのみならず、母材の腐食速度も低減する非常に有益な元素である。そのため、Ａｌの含有量の下限を０．０１０％以上とする。ただし、Ａｌの過度な含有は材料の伸び減少を引き起こし、加工性を低下させるため、Ａｌの含有量の上限を５．０００％以下とする。Ａｌ量の好ましい範囲は、０．０５０〜３．０００％、より好ましい範囲は０．８００〜２．５００％である。
Ｎ：０．００１〜０．０５０％
Ｎは、耐孔食性に有用な元素であるが、耐粒界腐食性、加工性を低下させる。そのため、Ｎの含有量を低く抑える必要がある。そのため、Ｎ量の上限を０．０５０％以下とする。しかしながら、Ｎ量を過度に低めることは精練コストを上昇させるため、Ｎ量の下限を０．００１％以上とする。Ｎ量の好ましい範囲は、０．００２〜０．０２０％である。
Ｎは、耐孔食性に有用な元素であるが、耐粒界腐食性、加工性を低下させる。そのため、Ｎの含有量を低く抑える必要がある。そのため、Ｎ量の上限を０．０５０％以下とする。しかしながら、Ｎ量を過度に低めることは精練コストを上昇させるため、Ｎ量の下限を０．００１％以上とする。Ｎ量の好ましい範囲は、０．００２〜０．０２０％である。
２Ａｌ＋Ｓｉ−１０Ｔｉ≧０
本実施形態のステンレス鋼は、上記の化学成分の含有量を満たすとともに、上記Ｓｉ量、Ｔｉ量及びＡｌ量（質量％）が、２Ａｌ＋Ｓｉ−１０Ｔｉ≧０を満たす必要がある。（２Ａｌ＋Ｓｉ−１０Ｔｉ）が０以上になることで、耐食性が大幅に向上する。
本実施形態のステンレス鋼は、上記の化学成分の含有量を満たすとともに、上記Ｓｉ量、Ｔｉ量及びＡｌ量（質量％）が、２Ａｌ＋Ｓｉ−１０Ｔｉ≧０を満たす必要がある。（２Ａｌ＋Ｓｉ−１０Ｔｉ）が０以上になることで、耐食性が大幅に向上する。
以上が、本実施形態のステンレス鋼の基本となる化学組成であるが、本実施形態では、更に、次のような元素を必要に応じて含有させることができる。
Ｎｉ、Ｍｏ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｂ、Ｎｂ、Ｗ、Ｖ、Ｓｂ、Ｃｏ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｇａ、Ｔａ、ＲＥＭは、目的に応じて、これらの１種または２種以上が含有されていてもよい。これらの元素の下限は、０％以上、好ましくは０％超である。
Ｎｉ：０．０１〜３．００％
Ｎｉは、耐食性を向上させるため、０．０１％以上含有することができる。ただし、多量の含有は合金コスト増加に繋がるため、Ｎｉ量の上限を３．００％以下とする。Ｎｉ量の好ましい範囲は、０．０２〜１．００％である。
Ｎｉは、耐食性を向上させるため、０．０１％以上含有することができる。ただし、多量の含有は合金コスト増加に繋がるため、Ｎｉ量の上限を３．００％以下とする。Ｎｉ量の好ましい範囲は、０．０２〜１．００％である。
Ｍｏ：０．０１〜３．００％
Ｍｏは、耐食性を向上させるため、０．０１％以上含有することができる。しかし、過剰の含有は、加工性を劣化させると共に、高価であるためコストアップに繋がる。そのため、Ｍｏ量の上限を３．００％以下とする。Ｍｏ量の好ましい範囲は、０．０５〜１．００％である。
Ｍｏは、耐食性を向上させるため、０．０１％以上含有することができる。しかし、過剰の含有は、加工性を劣化させると共に、高価であるためコストアップに繋がる。そのため、Ｍｏ量の上限を３．００％以下とする。Ｍｏ量の好ましい範囲は、０．０５〜１．００％である。
Ｓｎ：０．０１〜３．０００％
Ｓｎは、耐食性を向上させるため、０．０１％以上含有することができる。しかし、過剰の含有はコスト増加に繋がる。そのため、Ｓｎ量の上限を３．００％以下とする。Ｓｎ量の好ましい範囲は、０．００５〜１．００％である。
Ｓｎは、耐食性を向上させるため、０．０１％以上含有することができる。しかし、過剰の含有はコスト増加に繋がる。そのため、Ｓｎ量の上限を３．００％以下とする。Ｓｎ量の好ましい範囲は、０．００５〜１．００％である。
Ｃｕ：０．０１〜３．００％
Ｃｕは、耐食性を向上させるため、０．０１％以上含有することができる。しかし、過剰の含有はコスト増加に繋がる。そのため、Ｃｕ量の上限を３．００％以下とする。Ｃｕ量の好ましい範囲は０．０２〜１．００％、より望ましい範囲は０．０５〜０．０９％である。
Ｃｕは、耐食性を向上させるため、０．０１％以上含有することができる。しかし、過剰の含有はコスト増加に繋がる。そのため、Ｃｕ量の上限を３．００％以下とする。Ｃｕ量の好ましい範囲は０．０２〜１．００％、より望ましい範囲は０．０５〜０．０９％である。
Ｂ：０．０００１〜０．０１００％
Ｂは、２次加工性を向上させるのに有用な元素であり、０．０１００％以下含有することができる。Ｂ量の下限を、安定した効果が得られる０．０００１％以上とする。Ｂ量の好ましい範囲は、０．０００５〜０．００５０％である。
Ｂは、２次加工性を向上させるのに有用な元素であり、０．０１００％以下含有することができる。Ｂ量の下限を、安定した効果が得られる０．０００１％以上とする。Ｂ量の好ましい範囲は、０．０００５〜０．００５０％である。
Ｎｂ：０．００１〜１．０００％
Ｎｂは、高温強度の向上や溶接部の耐粒界腐食性の向上に有用であるが、過剰の含有は、加工性や製造性を低下させる。そのため、Ｎｂ量を０．００１〜１．０００％とする。Ｎｂ量の好ましい範囲は、０．００５〜０．５００％である。
Ｎｂは、高温強度の向上や溶接部の耐粒界腐食性の向上に有用であるが、過剰の含有は、加工性や製造性を低下させる。そのため、Ｎｂ量を０．００１〜１．０００％とする。Ｎｂ量の好ましい範囲は、０．００５〜０．５００％である。
Ｗ：０．００１〜１．０００％
Ｗは、耐食性を向上させるため、１．０００％以下含有することができる。安定した効果を得るためには、Ｗ量の下限を０．００１％以上とする。Ｗ量の好ましい範囲は、０．００５〜０．８００％である。
Ｗは、耐食性を向上させるため、１．０００％以下含有することができる。安定した効果を得るためには、Ｗ量の下限を０．００１％以上とする。Ｗ量の好ましい範囲は、０．００５〜０．８００％である。
Ｖ：０．００１〜１．０００％
Ｖは、耐食性を向上させるため、１．０００％以下含有することができる。安定した効果を得ためには、Ｖ量の下限を０．００１％以上とする。Ｖ量の好ましい範囲は、０．００５〜０．５００％である。
Ｖは、耐食性を向上させるため、１．０００％以下含有することができる。安定した効果を得ためには、Ｖ量の下限を０．００１％以上とする。Ｖ量の好ましい範囲は、０．００５〜０．５００％である。
Ｓｂ：０．００１〜０．１００％
Ｓｂは、耐全面腐食性を向上させるため、０．１００％以下含有することができる。安定した効果を得るためには、Ｓｂ量の下限を０．００１％以上とする。Ｓｂ量の好ましい範囲は、０．０１０〜０．０８０％である。
Ｓｂは、耐全面腐食性を向上させるため、０．１００％以下含有することができる。安定した効果を得るためには、Ｓｂ量の下限を０．００１％以上とする。Ｓｂ量の好ましい範囲は、０．０１０〜０．０８０％である。
Ｃｏ：０．００１〜０．５００％
Ｃｏは、二次加工性と靭性を向上させるために、０．５００％以下含有することができる。安定した効果を得るためには、Ｃｏ量の下限を０．００１％以上とする。Ｃｏ量の好ましい範囲は、０．０１０〜０．３００％である。
Ｃｏは、二次加工性と靭性を向上させるために、０．５００％以下含有することができる。安定した効果を得るためには、Ｃｏ量の下限を０．００１％以上とする。Ｃｏ量の好ましい範囲は、０．０１０〜０．３００％である。
Ｃａ：０．０００１〜０．００５０％
Ｃａは、脱硫のために含有されるが、過剰に含有すると、水溶性の介在物ＣａＳが生成して耐食性を低下させる。そのため、０．０００１〜０．００５０％の範囲でＣａを含有することができる。Ｃａ量の好ましい範囲は、０．０００５〜０．００３０％である。
Ｃａは、脱硫のために含有されるが、過剰に含有すると、水溶性の介在物ＣａＳが生成して耐食性を低下させる。そのため、０．０００１〜０．００５０％の範囲でＣａを含有することができる。Ｃａ量の好ましい範囲は、０．０００５〜０．００３０％である。
Ｍｇ：０．０００１〜０．００５０％
Ｍｇは、組織を微細化し、加工性、靭性の向上にも有用である。そのため、０．００５０％以下の範囲でＭｇを含有することができる。安定した効果を得るためには、Ｍｇ量の下限を０．０００１％以上とする。Ｍｇ量の好ましい範囲は、０．０００５〜０．００３０％である。
Ｍｇは、組織を微細化し、加工性、靭性の向上にも有用である。そのため、０．００５０％以下の範囲でＭｇを含有することができる。安定した効果を得るためには、Ｍｇ量の下限を０．０００１％以上とする。Ｍｇ量の好ましい範囲は、０．０００５〜０．００３０％である。
Ｚｒ：０．０００１〜０．０３００％
Ｚｒは、耐食性を向上させるために、０．０３００％以下含有することができる。安定した効果を得るためには、Ｚｒ量の下限を０．０００１％以上とする。Ｚｒ量の好ましい範囲は、０．００１０〜０．０１００％である。
Ｚｒは、耐食性を向上させるために、０．０３００％以下含有することができる。安定した効果を得るためには、Ｚｒ量の下限を０．０００１％以上とする。Ｚｒ量の好ましい範囲は、０．００１０〜０．０１００％である。
Ｇａ：０．０００１〜０．０１００％
Ｇａは、耐食性と耐水素脆化性を向上させるために、０．０１００％以下含有することができる。安定した効果を得るためには、Ｇａ量の下限を０．０００１％以上とする。Ｇａ量の好ましい範囲は、０．０００５〜０．００５０％である。
Ｇａは、耐食性と耐水素脆化性を向上させるために、０．０１００％以下含有することができる。安定した効果を得るためには、Ｇａ量の下限を０．０００１％以上とする。Ｇａ量の好ましい範囲は、０．０００５〜０．００５０％である。
Ｔａ：０．００１〜０．０５０％
Ｔａは、耐食性を向上させるために、０．０５０％以下含有することができる。安定した効果を得るためには、Ｔａ量の下限を０．００１％以上とする。Ｔａ量の好ましい範囲は、０．００５〜０．０３０％である。
Ｔａは、耐食性を向上させるために、０．０５０％以下含有することができる。安定した効果を得るためには、Ｔａ量の下限を０．００１％以上とする。Ｔａ量の好ましい範囲は、０．００５〜０．０３０％である。
ＲＥＭ：０．００１〜０．１００％
ＲＥＭは、脱酸効果等を有するので、精練で有用な元素であるため、０．１００％以下含有することができる。安定した効果を得るためには、ＲＥＭ量の下限を０．００１％以上とする。ＲＥＭ量の好ましい範囲は、０．００３〜０．０５０％である。
ここで、ＲＥＭ（希土類元素）は、一般的な定義に従い、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、これら希土類元素から選択される１種以上であり、ＲＥＭの量とは、希土類元素の合計量である。
ＲＥＭは、脱酸効果等を有するので、精練で有用な元素であるため、０．１００％以下含有することができる。安定した効果を得るためには、ＲＥＭ量の下限を０．００１％以上とする。ＲＥＭ量の好ましい範囲は、０．００３〜０．０５０％である。
ここで、ＲＥＭ（希土類元素）は、一般的な定義に従い、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、これら希土類元素から選択される１種以上であり、ＲＥＭの量とは、希土類元素の合計量である。
本実施形態のステンレス鋼は、上述してきた元素以外は、Ｆｅ及び不純物（不可避的不純物を含む）からなるが、以上説明した各元素の他にも、本発明の効果を損なわない範囲で含有させることが出来る。
また、ステンレス鋼の製造では、スクラップ原料を使用することが多い。このため、ステンレス鋼には、種々の不純物元素が不可避的に混入する。不純物元素の含有量を一義的に定めることは困難である。したがって、本発明における不純物とは、本発明の作用効果を阻害しない量で含有される元素を意味する。
また、ステンレス鋼の製造では、スクラップ原料を使用することが多い。このため、ステンレス鋼には、種々の不純物元素が不可避的に混入する。不純物元素の含有量を一義的に定めることは困難である。したがって、本発明における不純物とは、本発明の作用効果を阻害しない量で含有される元素を意味する。
また、本実施形態のステンレス鋼は、０．２％耐力が２５０ＭＰａ以上、引張強度が４００ＭＰａ以上であることが好ましい。これにより、本実施形態のステンレス鋼を構造部材に適用する際に、構造部材の薄肉軽量化を図ることができるようになる。
また、本実施形態のステンレス鋼は、全伸びが２７％以上、平均ｒ値が１．０以上であることが好ましい。これにより、自動車部品等のような複雑な形状を持つ部品に加工する際にも、割れや破断がなく加工することができるようになる。
また、０．２％耐力、引張強度及び全伸びは、本実施形態のステンレス鋼からなる鋼板からＪＩＳ Ｚ ２２４１の附属書Ｂに記載の１３Ｂ号の引張試験片を作製し、ＪＩＳ Ｚ ２２４１に準拠して引張試験を行うことにより測定する。
更に、ｒ値（ランクフォード値）の測定は以下のように行う。本実施形態のステンレス鋼からなる鋼板からＪＩＳ Ｚ ２２４１の附属書Ｂに記載の１３Ｂ号の引張試験片を作製し、試験片の寸法や標点距離などを測定しておき、その後、引張試験によって１４．４％の歪を付与した後の試験片寸法や標点距離などを測定し、両測定結果からｒ値を算出する。
本実施形態のステンレス鋼の製造方法では、基本的にはステンレス鋼からなる鋼板を製造する一般的な方法が適用される。例えば、転炉または電気炉で上記の化学組成を有する溶鋼とし、ＡＯＤ炉やＶＯＤ炉等で精錬される。その後、連続鋳造法または造塊法で鋼片とし、次いで、熱間圧延−熱延板の焼鈍−酸洗−冷間圧延−仕上げ焼鈍−酸洗の工程を経て、本実施形態のステンレス鋼が製造される。必要に応じて、熱延板の焼鈍を省略してもよいし、冷間圧延−仕上げ焼鈍−酸洗を繰り返し行ってもよい。各工程の間に表面研削を行ってもよい。
本実施形態のステンレス鋼及びその製造方法を説明したが、本実施形態のステンレス鋼は、熱延鋼板に限らず、冷延鋼板であってもよく、鋼棒線材であってもよく、厚鋼板であってもよい。
実施例に基づいて、本発明をより詳細に説明する。
表１Ａ及び表１Ｂに示す組成の鋼を溶製してスラブを鋳造し、スラブの加熱温度を１１００〜１２５０℃の範囲として熱間圧延を行い、板厚４ｍｍまで熱間圧延を施した。熱延の終了温度を測温した。なお、スラブ加熱温度は加熱炉出側におけるスラブの表面温度とし、熱延終了温度は熱間圧延の最終圧延ロールを通過直後の鋼板の表面温度とした。次いで、ショット・酸洗を施した。その後、板厚１．２ｍｍまで冷間圧延を施し、８８０℃で１分間焼鈍を行い、次いで酸洗を施した。
（耐食性）
作製した鋼板から、幅が７５ｍｍ、長さが１５０ｍｍである試験片を切り出し、ＪＡＳＯ−ＣＣＴ試験用試験片とした。ＪＡＳＯ−ＣＣＴ試験は、ＪＡＳＯ Ｍ ６１０−９２に準拠して１２ｃｙ行った。
作製した鋼板から、幅が７５ｍｍ、長さが１５０ｍｍである試験片を切り出し、ＪＡＳＯ−ＣＣＴ試験用試験片とした。ＪＡＳＯ−ＣＣＴ試験は、ＪＡＳＯ Ｍ ６１０−９２に準拠して１２ｃｙ行った。
ＪＡＳＯ−ＣＣＴ試験の判定基準として、ＪＩＳ Ｇ ０５９５に準拠する方法でレイティングナンバを判定し、「３」及び「６」を境界値とした。レイティングナンバが７〜９の鋼種は表１中に符号「◎」で、レイティングナンバが４〜６の鋼種は表１中に符号「○」で、レイティングナンバが０〜３の鋼種は表１中に符号「×」で示した。◎または○を合格とした。
（強度及び全伸び）
また、作製した鋼板からＪＩＳ Ｚ ２２４１の附属書Ｂに記載の１３Ｂ号の引張試験片を作製し、ＪＩＳ Ｚ ２２４１に準拠して引張試験を行った。判定基準として、強度に関しては、０．２％耐力が２５０ＭＰａ以上、引張強度が４００ＭＰａ以上を共に満たす鋼種を表１に符号「○」、どちらか一方または両方を満たさない鋼種を表１に符号「×」で示した。○を合格とした。全伸びに関しては、判定基準として、全伸びが２７％以上の鋼種を表１に符号「○」、全伸びが２７％未満の鋼種を表１に符号「×」で示した。
また、作製した鋼板からＪＩＳ Ｚ ２２４１の附属書Ｂに記載の１３Ｂ号の引張試験片を作製し、ＪＩＳ Ｚ ２２４１に準拠して引張試験を行った。判定基準として、強度に関しては、０．２％耐力が２５０ＭＰａ以上、引張強度が４００ＭＰａ以上を共に満たす鋼種を表１に符号「○」、どちらか一方または両方を満たさない鋼種を表１に符号「×」で示した。○を合格とした。全伸びに関しては、判定基準として、全伸びが２７％以上の鋼種を表１に符号「○」、全伸びが２７％未満の鋼種を表１に符号「×」で示した。
（ｒ値）
ｒ値測定は以下のように行った。作製した鋼板からＪＩＳ Ｚ ２２４１の附属書Ｂに記載の１３Ｂ号の引張試験片を作製し、試験片の寸法や標点距離などを測定した。その後引張試験によって１４．４％の歪を付与した後の試験片寸法や標点距離などを測定し、両測定結果からｒ値を算出した。判定基準として、平均ｒ値が１．０以上の鋼種を表１に符号「○」、平均ｒ値が１．０未満の鋼種を表１に符号「×」で示した。
ｒ値測定は以下のように行った。作製した鋼板からＪＩＳ Ｚ ２２４１の附属書Ｂに記載の１３Ｂ号の引張試験片を作製し、試験片の寸法や標点距離などを測定した。その後引張試験によって１４．４％の歪を付与した後の試験片寸法や標点距離などを測定し、両測定結果からｒ値を算出した。判定基準として、平均ｒ値が１．０以上の鋼種を表１に符号「○」、平均ｒ値が１．０未満の鋼種を表１に符号「×」で示した。
表１Ａ〜表１Ｄに結果を示す。表１Ａ〜表１Ｄに示すように、本発明例の場合、レイティングナンバが４〜９となり、◎または○の評価となることがわかった。◎の評価となる鋼種は、Ｔｉ含有量が０．２５％以下のものであった。これはＴｉ系介在物が腐食起点となりうるため、Ｔｉ含有量の低い鋼種ほど腐食起点が少なくなり、さらにＪＡＳＯ−ＣＣＴ試験後の外観が改善するためである。一方、本発明から鋼成分が外れる場合、レイティングナンバが０〜３となり、×の評価となることがわかった。
本発明例は、耐食性、強度及び靱性が優れており、また、伸び及びｒ値も良好であった。
一方、比較例は、成分範囲外または２Ａｌ＋Ｓｉ−１０Ｔｉ≧０の範囲外となることで、耐食性、強度、伸びのいずれかが満足できない結果になった。
一方、比較例は、成分範囲外または２Ａｌ＋Ｓｉ−１０Ｔｉ≧０の範囲外となることで、耐食性、強度、伸びのいずれかが満足できない結果になった。
比較例Ｂ１は、Ｃ量が過剰であり、耐食性が低下し、全伸びも低下した。
比較例Ｂ２は、Ｓｉ量が少なく、鋼表面でのＳｉ濃縮量が少なくなって耐食性が低下し、また、強度も低下した。
比較例Ｂ３は、Ｓｉ量が過剰であり、全伸びが低下した。
比較例Ｂ４は、Ｍｎ量が過剰であり、耐食性が低下した。
比較例Ｂ５は、Ｐ量が過剰であり、耐食性が低下した。
比較例Ｂ６は、Ｓ量が過剰であり、耐食性が低下した。
比較例Ｂ７は、Ｃｒ量が過剰であり、全伸びが低下した。
比較例Ｂ８は、Ｔｉ量が０％であり、耐食性が低下した。
比較例Ｂ９は、Ａｌ量が少なく、鋼表面でのＡｌ濃縮量が少なくなって耐食性が低下した。
比較例Ｂ１０は、Ａｌ量が過剰であり、全伸びが低下した。
比較例Ｂ１１は、Ｎ量が過剰であり、耐食性が低下した。
比較例Ｂ１２〜Ｂ１４は、２Ａｌ＋Ｓｉ−１０Ｔｉ≧０を満足せず、耐食性が低下した。
比較例Ｂ２は、Ｓｉ量が少なく、鋼表面でのＳｉ濃縮量が少なくなって耐食性が低下し、また、強度も低下した。
比較例Ｂ３は、Ｓｉ量が過剰であり、全伸びが低下した。
比較例Ｂ４は、Ｍｎ量が過剰であり、耐食性が低下した。
比較例Ｂ５は、Ｐ量が過剰であり、耐食性が低下した。
比較例Ｂ６は、Ｓ量が過剰であり、耐食性が低下した。
比較例Ｂ７は、Ｃｒ量が過剰であり、全伸びが低下した。
比較例Ｂ８は、Ｔｉ量が０％であり、耐食性が低下した。
比較例Ｂ９は、Ａｌ量が少なく、鋼表面でのＡｌ濃縮量が少なくなって耐食性が低下した。
比較例Ｂ１０は、Ａｌ量が過剰であり、全伸びが低下した。
比較例Ｂ１１は、Ｎ量が過剰であり、耐食性が低下した。
比較例Ｂ１２〜Ｂ１４は、２Ａｌ＋Ｓｉ−１０Ｔｉ≧０を満足せず、耐食性が低下した。
上記課題を解決することを目的とした本発明の要旨は、以下のとおりである。
［１］ 質量％で、
Ｃ：０．００１〜０．１００％、
Ｓｉ：０．０１〜５．００％、
Ｍｎ：０．０１〜２．００％、
Ｐ：０．０５０％以下、
Ｓ：０．０１００％以下、
Ｃｒ：９．０〜１５．０％、
Ｔｉ：０．０１〜１．００％、
Ａｌ：０．８００〜５．０００％、
Ｎ：０．００１〜０．０５０％を含有し、
更に、
Ｍｏ：０．０１〜３．００％、
Ｓｎ：０．０１〜３．００％、
Ｃｕ：０．０１〜３．００％、
Ｂ：０．０００１〜０．０１００％、
Ｎｂ：０．００１〜１．０００％、
Ｗ：０．００１〜１．０００％、
Ｖ：０．００１〜１．０００％、
Ｓｂ：０．００１〜０．１００％、
Ｃｏ：０．００１〜０．５００％、
Ｃａ：０．０００１〜０．００５０％、
Ｍｇ：０．０００１〜０．００５０％、
Ｚｒ：０．０００１〜０．０３００％、
Ｇａ：０．０００１〜０．０１００％、
Ｔａ：０．００１〜０．０５０％、
ＲＥＭ：０．００１〜０．１００％
の１種または２種以上を含有し、
残部がＦｅおよび不純物であり、かつ上記Ｓｉ量、Ｔｉ量及びＡｌ量（質量％）が、２Ａｌ＋Ｓｉ−１０Ｔｉ≧０を満たすことを特徴とするステンレス鋼。
［２］ さらに質量％で、
Ｎｉ：０．０１〜３．００％、を含有することを特徴とする［１］に記載のステンレス鋼。
［３］ ０．２％耐力が２５０ＭＰａ以上、引張強度が４００ＭＰａ以上であることを特徴とする［１］または［２］に記載のステンレス鋼。
［４］ 全伸びが２７％以上、平均ｒ値が１．０以上であることを特徴とする［１］乃至［３］の何れか一項に記載のステンレス鋼。
［１］ 質量％で、
Ｃ：０．００１〜０．１００％、
Ｓｉ：０．０１〜５．００％、
Ｍｎ：０．０１〜２．００％、
Ｐ：０．０５０％以下、
Ｓ：０．０１００％以下、
Ｃｒ：９．０〜１５．０％、
Ｔｉ：０．０１〜１．００％、
Ａｌ：０．８００〜５．０００％、
Ｎ：０．００１〜０．０５０％を含有し、
更に、
Ｍｏ：０．０１〜３．００％、
Ｓｎ：０．０１〜３．００％、
Ｃｕ：０．０１〜３．００％、
Ｂ：０．０００１〜０．０１００％、
Ｎｂ：０．００１〜１．０００％、
Ｗ：０．００１〜１．０００％、
Ｖ：０．００１〜１．０００％、
Ｓｂ：０．００１〜０．１００％、
Ｃｏ：０．００１〜０．５００％、
Ｃａ：０．０００１〜０．００５０％、
Ｍｇ：０．０００１〜０．００５０％、
Ｚｒ：０．０００１〜０．０３００％、
Ｇａ：０．０００１〜０．０１００％、
Ｔａ：０．００１〜０．０５０％、
ＲＥＭ：０．００１〜０．１００％
の１種または２種以上を含有し、
残部がＦｅおよび不純物であり、かつ上記Ｓｉ量、Ｔｉ量及びＡｌ量（質量％）が、２Ａｌ＋Ｓｉ−１０Ｔｉ≧０を満たすことを特徴とするステンレス鋼。
［２］ さらに質量％で、
Ｎｉ：０．０１〜３．００％、を含有することを特徴とする［１］に記載のステンレス鋼。
［３］ ０．２％耐力が２５０ＭＰａ以上、引張強度が４００ＭＰａ以上であることを特徴とする［１］または［２］に記載のステンレス鋼。
［４］ 全伸びが２７％以上、平均ｒ値が１．０以上であることを特徴とする［１］乃至［３］の何れか一項に記載のステンレス鋼。
本発明例は、耐食性、強度及び靱性が優れており、また、伸び及びｒ値も良好であった。なお、Ａ１、Ａ２、Ａ４、Ａ８、Ａ１０〜Ａ１５、Ａ１７、Ａ１９、Ａ２０、Ａ２２、Ａ２３、Ａ２５、Ａ２８〜Ａ３０、Ａ３２〜Ａ３５、Ａ３７、Ａ３９、Ａ４１、Ａ４３〜Ａ４６、Ａ４８〜Ａ５０は参考例とする。
一方、比較例は、成分範囲外または２Ａｌ＋Ｓｉ−１０Ｔｉ≧０の範囲外となることで、耐食性、強度、伸びのいずれかが満足できない結果になった。
一方、比較例は、成分範囲外または２Ａｌ＋Ｓｉ−１０Ｔｉ≧０の範囲外となることで、耐食性、強度、伸びのいずれかが満足できない結果になった。
Claims (4)
- 質量％で、
Ｃ：０．００１〜０．１００％、
Ｓｉ：０．０１〜５．００％、
Ｍｎ：０．０１〜２．００％、
Ｐ：０．０５０％以下、
Ｓ：０．０１００％以下、
Ｃｒ：９．０〜３０．０％、
Ｔｉ：０．０１〜１．００％、
Ａｌ：０．０１０〜５．０００％、
Ｎ：０．００１〜０．０５０％を含有し、残部がＦｅおよび不純物であり、かつ上記Ｓｉ量、Ｔｉ量及びＡｌ量（質量％）が、２Ａｌ＋Ｓｉ−１０Ｔｉ≧０を満たすことを特徴とするステンレス鋼。 - さらに質量％で、
Ｎｉ：０．０１〜３．００％、
Ｍｏ：０．０１〜３．００％、
Ｓｎ：０．０１〜３．００％、
Ｃｕ：０．０１〜３．００％、
Ｂ：０．０００１〜０．０１００％、
Ｎｂ：０．００１〜１．０００％、
Ｗ：０．００１〜１．０００％、
Ｖ：０．００１〜１．０００％
Ｓｂ：０．００１〜０．１００％、
Ｃｏ：０．００１〜０．５００％、
Ｃａ：０．０００１〜０．００５０％、
Ｍｇ：０．０００１〜０．００５０％、
Ｚｒ：０．０００１〜０．０３００％、
Ｇａ：０．０００１〜０．０１００％、
Ｔａ：０．００１〜０．０５０％、
ＲＥＭ：０．００１〜０．１００％
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に記載のステンレス鋼。 - ０．２％耐力が２５０ＭＰａ以上、引張強度が４００ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のステンレス鋼。
- 全伸びが２７％以上、平均ｒ値が１．０以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載のステンレス鋼。
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