JP5021901B2 - 耐粒界腐食性に優れるオーステナイト・フェライト系ステンレス鋼 - Google Patents
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- Heat Treatment Of Sheet Steel (AREA)
Description
C(γ):オーステナイト相中のC含有量、mass%
N(γ):オーステナイト相中のN含有量、mass%
Si(γ):オーステナイト相中のSi含有量、mass%
Mn(γ):オーステナイト相中のMn含有量、mass%
Cr(γ):オーステナイト相中のCr含有量、mass%
Mo(γ):オーステナイト相中のMo含有量、mass%
Ni(γ):オーステナイト相中のNi含有量、mass%
Cu(γ):オーステナイト相中のCu含有量、mass%
なお、本明細書において、鋼の成分を示す%は、すべてmass%である。
C:0.2%以下
Cは強度を高めるために有効な元素であり、適宜添加することができる。また、オーステナイト相分率を高めるとともに、オーステナイト相中に濃化してオーステナイト相の安定度を高める。これらの効果を得るためには0.003%以上が好ましい。しかしながら、C量が0.2 %を超えると炭素を固溶させるための熱処理温度が著しく高くなり、大量生産することが困難になる。よって、C量は0.2%以下とする。耐応力腐食割れ性の点からは、好ましくは0.1%以下、さらに好ましくは0.05%以下とする。
Si:0.40%以下
Siの限定は本発明において重要な要件の一つである。Siは脱酸材として有効な元素であり、適宜添加することができる。その効果を得るためには0.01%以上が好ましい。しかしながら、Si量が0.40%を超えるとNの固溶度が低下するため鋭敏化による耐粒界腐食性の劣化が散見されるようになる。よって、Si量は0.40%以下、好ましくは0.38%以下とする。
Mn:2.0%超〜4.0%未満
2.0%超で、Nの溶解度を高め、製鋼時のN添加を容易にする。同時にMnの添加はオーステナイト相分率を高める。ただし、4.0%以上ではオーステナイト相を生成する効果が飽和する。よって、Mn量は2.0%超4.0%未満、好ましくは2.2%以上3.8%以下とする。
P:0.1%以下
Pは耐隙間部耐食性に有害な元素であり、特に0.1%を超えると影響が顕著になる。よってP量は0.1%以下、好ましくは0.05%以下とする。
S:0.03%以下
Sは熱間加工性に有害な元素であり、特に0.03%を超えると影響が顕著になる。よって、S量は0.03%以下、好ましくは0.02%以下とする。
Cr:15〜35%
Crは、ステンレス鋼に耐食性を付与する重要な成分であり、本発明においても15%未満では十分な耐食性が得られない。一方、Cr量が35%を超えると、鋼中にオーステナイト相を形成することが困難となる。よって、Cr量は15%以上35%以下、好ましくは17%以上30%以下とする。さらに好ましくは18%以上28%以下である。
Ni:1%以下
Ni量は経済的理由およびNi資源保護の理由により、1%以下に制限される。好ましくは、0.9%以下である。一方で、Ni量が0.10%以下であると、母材及び溶接部の靱性が低下する場合がある。よって溶接部を含む母材の靱性向上のためには、0.10%超で含有するのが好ましい。
N:0.05〜0.6%
Ni量が1%に制限される本発明においては、Nはオーステナイト相を形成する元素として重要である。しかし、N量が、0.05%未満では十分な量のオーステナイト相が形成されない。一方で、0.6%を超える添加は、溶接部にブローホールを発生させる。よって、N量は、0.05%以上0.6%以下、好ましくは、0.1%以上0.4%以下とする。さらに好ましくはオーステナイト相生成の観点から0.18%以上、熱間加工性向上の観点から0.34%以下である。
V:0.5%以下
Vは鋼板の組織を微細化し、強度を高めるので任意成分として適宜添加することができる。その効果を得るためには0.005%以上が好ましい。ただし、0.5%を超えると、高温の焼鈍を行ってもV析出物を減じることが困難であり、張り出し成形性が劣化する。よって添加する場合、V量は0.5%以下、好ましくは0.2%以下とする。
Al:0.1%以下
Alは強力な脱酸材であり、任意成分として適宜添加することができる。その効果を得るためには0.003%以上が好ましい。ただし、0.1%を超えると、窒化物を形成し、鋼板の疵の原因となる。よって、添加する場合、Al量は、0.1%以下、好ましくは、0.02%以下とする。
Mo:4%以下、Cu:4%以下のいずれか1種または2種
Moは耐食性を向上させる任意成分として適宜添加することができる。その効果を得るためには0.1%以上が好ましい。しかし、4%を超えると効果が飽和する。よって、添加する場合、Mo量は、4%以下、好ましくは、2%以下とする。
Bは熱間加工性を向上させる任意成分として適宜添加することができる。その効果を得るためには0.0003%以上が好ましい。しかし、0.01%を超えると耐食性が著しく劣化する。よって、添加する場合、B量は、0.01%以下、好ましくは0.005%以下とする。
とによって行うことができる。鋼組織および焼鈍条件とオーステナイト相中のC、N量の関係は一概にはいえないが、鋼組織中のCr、C、N量が多いときにはオーステナイト相中のC、N量が高まる場合が多く、また、鋼の成分組成が同一の場合には、焼鈍条件によって決定されたオーステナイト相分率が低いほど、オーステナイト相中のC、N量が高まる場合が多いことなど経験的に得られた知識に基づいて適量のC、Nを含有することができる。なお、オーステナイト相中のC、Nの含有量の測定は、たとえばEPMAにより行うことができる。
ないが、本発明者は以下のように考えている。すなわち、鋼片が引張り変形されると、通
常ネッキング(くびれ)が生じ、やがて破断に至るが、本発明のステンレス鋼では、オー
ステナイト相が存在するため、微小なネッキングが生じ始めると、その部位のオーステナ
イト相がマルテンサイト相に加工誘起変態し、他の部位に比べて硬くなる。そのため、それ以上のネッキングが進まなくなり、結果として鋼片全体に亘って均一に変形が進行し、
結果として高い延性を示すことになる。特にオーステナイト相中のC+N量が高い場合には
、初期ネッキング部に発生したマルテンサイト相の硬度が高く、オーステナイト相中の
C+N量が少ないステンレス銅に比べて、オーステナイト分率が同量であっても加工誘起マ
ルテンサイト相による延性向上効果が非常に有効に働くものと推定される。
ことが原因であると推定されるが、その指標として加工誘起マルテンサイト指数(Md(γ)
)を用い、これを−30〜90の範囲に調整することがさらに高い延性を得るために効果的で
ある。ここに加工誘起マルテンサイト指数(Md(γ))は、オーステナイト相中に含有され
る組成成分から下記式によって決定されるものである。
Md(γ)=551−462C(γ)-462N(γ)-9.2Si(γ)-8.1Mn(γ)-13.7Cr(γ)-18.5Mo(γ)-29Ni(γ)-29Cu(γ)
C(γ):オーステナイト相中のC含有量
N(γ):オーステナイト相中のN含有量
Si(γ):オーステナイト相中のSi含有量
Mn(γ):オーステナイト相中のMn含有量
Cr(γ):オーステナイト相中のCr含有量
Mo(γ):オーステナイト相中のMo含有量
Ni(γ):オーステナイト相中のNi含有量
Cu(γ):オーステナイト相中のCu含有量
すべて、mass%である。
相中のC+N量、さらには上記加工誘起マルテンサイト指数を適正値に調整することにより
、本発明の鋼は、基本的な性質である優れた耐粒界腐食性のほか、高い成形性(延性、深絞り性)を具備することとなる。
<組織観察>
上記冷延焼鈍板の圧延方向の断面組織を光学顕微鏡を用いて全厚×0.1mm以上の範囲に亘って観察し、オーステナイト相の面積率を測定してオーステナイト相分率とした。具体的には、試料の圧延方向断面を研磨した後、赤血塩溶液(フェリシアン化カリウム30g+水酸化カリウム30g+水60ml)あるいは王水でエッチング後、白黒写真撮影を行い、白色部(オーステナイト相とマルテンサイト相)と灰色部(フェライト相)の占める割合を画像解析により求め、白色部の分率をオーステナイト相分率とした。なお、白色部には、オーステナイト相だけでなくマルテンサイト相も含まれることがあるが、本発明のステンレス鋼板は、マルテンサイト相が微量であるため、本発明で測定した値をオーステナイト相分率として用いてもよい。また、白色部と灰色部が反転することがあるが、この場合は、オーステナイト相の析出形態から、オ−ステナイトとフェライト相を判別することができる。
<耐粒界腐食性の測定および評価>
上記により得られた冷延焼鈍板をエメリー#300番で表面を研磨した後、耐粒界腐食性の評価を行った。
<組織観察>
上記冷延焼鈍板の圧延方向の断面組織を光学顕微鏡を用いて全厚×0.1mm以上の範囲に亘って観察し、オーステナイト相の面積率を測定してオーステナイト相分率とした。具体的には、試料の圧延方向断面を研磨した後、赤血塩溶液(フェリシアン化カリウム30g+水酸化カリウム30g+水60ml)あるいは王水でエッチング後、白黒写真撮影を行い、白色部(オーステナイト相とマルテンサイト相)と灰色部(フェライト相)の占める割合を画像解析により求め、白色部の分率をオーステナイト相分率とした。なお、白色部には、オーステナイト相だけでなくマルテンサイト相も含まれることがあるが、本発明のステンレス鋼板は、マルテンサイト相が微量であるため、本発明で測定した値をオーステナイト相分率として用いてもよい。また、白色部と灰色部が反転することがあるが、この場合は、オーステナイト相の析出形態から、オ−ステナイトとフェライト相を判別することができる。
<オーステナイト相中の成分分析>
上記断面を研磨した試料を用いて、EPMAによるオーステナイト相中の成分分析を行った。具体的には、C、Nはオーステナイト相中に濃化する特徴があるので、まず断面全体について、CまたはNの定性マッピングを行ってオーステナイト相を特定した上で、フェライト相に電子ビームがかからないようにオーステナイト相のほぼ中央部について、C、N、Si、Mn、Cr、Ni、CuおよびMoを定量分析した。測定領域は約1μmφの範囲で、各試料について3点以上測定し、その平均値を代表値とした。また、これらの測定値を元に、下記式で定義されるオーステナイト相の加工誘起マルテンサイト指数(Md(γ))を求めた。
C(γ):オーステナイト相中のC含有量、mass%
N(γ):オーステナイト相中のN含有量、mass%
Si(γ):オーステナイト相中のSi含有量、mass%
Mn(γ):オーステナイト相中のMn含有量、mass%
Cr(γ):オーステナイト相中のCr含有量、mass%
Mo(γ):オーステナイト相中のMo含有量、mass%
Ni(γ):オーステナイト相中のNi含有量、mass%
Cu(γ):オーステナイト相中のCu含有量、mass%
<引張試験>
冷延焼鈍板から、圧延方向に対して0°(平行)、45°および90°の各方向からJIS13号B引張試験片を採取して、引張試験を行い、破断までの全伸びを測定した。下記式を用いて平均伸び(El)を計算し全伸びとして評価した。
<限界絞り比>
冷延焼鈍板から、直径(ブランク径)を種々の大きさに変えた円形の試験片を打ち抜き、この試験片を、ポンチ径35mm、板押さえ力:1tonの条件で円筒絞り成形し、破断することなく絞れる最大のブランク径をポンチ径で割って限界絞り比(LDR)を求め、深絞り性を評価した。なお、円筒絞り成形に用いた試験片の打ち抜き径は、絞り比が0.1間隔となるよう変化させた。
Claims (6)
- mass%で、C:0.2%以下、Si:0.40%以下、Mn:2%超〜4%未満、P:0.1%以下、S:0.03%以下、
Cr:15%〜35%、Ni:0.9%以下、N:0.05%〜0.6%、V:0.5%以下、残部鉄および不可避的不純物からなるオーステナイト相とフェライト相との二相ステンレス鋼であって、前記オーステナイト相分率を体積率で10〜85%とすることを特徴とする耐粒界腐食性に優れるオーステナイト・フェライト系ステンレス鋼。 - さらに、mass%で、Alを0.1%以下含有することを特徴とする請求項1に記載の耐粒界腐食性に優れるオーステナイト・フェライト系ステンレス鋼。
- さらに、mass%で、Mo:4%以下、Cu:4%以下のいずれか1種または2種を含有することを特徴とする請求項1または2に記載の耐粒界腐食性に優れるオーステナイト・フェライト系ステンレス鋼。
- さらに、mass%で、B:0.01%以下、Ca:0.01%以下、Mg:0.01%以下、REM:0.1%以下、Ti:0.1%以下のいずれか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1〜3のいずれか1項に記載の耐粒界腐食性に優れるオーステナイト・フェライト系ステンレス鋼。
- さらに、mass%で、オーステナイト相中の(C+N)量が0.16%以上2%以下であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の耐粒界腐食性に優れるオーステナイト・フェライト系ステンレス鋼。
- さらに、オーステナイト相の成分から次式により規定されるMd(γ)が-30以上90以下であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の耐粒界腐食性に優れるオーステナイト・フェライト系ステンレス鋼。
Md(γ)=551-462C(γ)-462N(γ)-9.2Si(γ)-8.1Mn(γ)-13.7Cr(γ)-18.5Mo(γ)-29Ni(γ)-29Cu(γ)
C(γ):オーステナイト相中のC含有量、 mass%
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