JP5903881B2 - 溶接部の耐食性に優れた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
0.6≦Si+Al+Ti≦1.8 ・・・(1)
なお、式中の元素記号は各元素の含有量(質量%)を表わす。
0.60≦Nb+1.3Ti+0.9V+0.2Al ・・・(2)
なお、式中の元素記号は各元素の含有量(質量%)を表わす。
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%以上の添加が必要であるが、0.030%を超えて添加す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。C量は低いほど耐食性には好ましいが、あまり低くすると精錬に時間がかかるので、好ましくは0.003〜0.018%の範囲である。
Siは本発明において重要な元素である。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。シールドガスから窒素、酸素が侵入するような溶接条件においては、AlとTiは侵入した窒素と結合しやすく析出してしまうため、テンパーカラーへの濃縮は減少する。そのため、本発明においてはテンパーカラーの保護性向上にSiが果たす役割は相対的に大きなものとなる。その効果は0.30%超の添加で得られる。しかし、Siの添加量が0.55%を超えると、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0.30%超〜0.55%の範囲とする。好ましくは、0.40%〜0.50%の範囲である。
Mnは、不可避的不純物としてステンレス鋼に混入する。しかし、Mn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、0.50%以下の含有が適当である。よって、Mn量は0.05〜0.50%の範囲とする。好ましくは、0.05%〜0.40%の範囲である。
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させる。その傾向は0.05%超の含有で顕著となる。よって、P量は0.05%以下とする。好ましくは0.03%以下である。
Sは鋼に不可避的に含まれる元素であるが、0.01%超の含有は耐食性を低下させる。よって、S量は0.01%以下とする。好ましくは0.008%以下である。
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。18%未満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。特に溶接の際、窒素の侵入によっても、SUS304等との異鋼種溶接などの場合、特に鋭敏化が起こりやすくなる。また、18.0%未満では、不動態化が不安定となり、後述するNtrと再活性化率との関係が崩れる。また、19.0%を超えて添加すると、地鉄の酸洗時の酸への溶解がわるくなり、特許文献5に開示されるような炭素鋼のラインを使用しての高速酸洗方法では、完全に除去しきれなくなり、鋼板のエッジ部等にスケール残りが生じる場合がある。よって、Cr量は18.0%〜19.0%の範囲とする。好ましくは、18.3〜19.0%の範囲である。
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0.05%以上の添加で得られる。しかし、0.50%以上の添加では、加工性を低下させることに加えて、応力腐食割れ感受性が強くなる。さらには、Niは高価な元素であるので、コストの増大を招く。よって、Ni量は0.05〜0.50%未満の範囲とする。好ましくは、0.10%〜0.30%の範囲である。
Moは、Cr含有量が18%以上の場合には、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り、積極的に添加したい元素である。しかし、Mo添加量が1.0%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。また、高価な元素でもあるので多量の添加はコストの増大を招く。
よって、Mo量は1.0%以下とする。好ましくは、0.5%以下である。
Alも本発明にとっては、重要な元素である。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、シールドガスから溶接ビードに窒素が侵入した場合に、Crと窒素が結合して析出し、鋭敏化が起こることを抑制する効果がある元素でもある。これは、Crよりも窒素との親和力が大きいAlがシールドガスから溶接ビードに侵入した窒素とAlNを形成して、Cr窒化物の形成を妨げるためと考えられる。この効果は、Alの添加量が0.10%以上で得られる。しかし、1.50%を超えると、加工性や製造性が低下する。よって、Al量は0.10%〜1.50%の範囲とする。好ましくは、0.12〜0.50%の範囲である。
Vは耐食性や加工性を向上させる元素であり、本発明では、シールドガスから溶接ビードに窒素が侵入した場合に、窒素と結合してVNとなることによって鋭敏化を抑制する元素である。その効果は、Vの添加量が0.02%以上で得られる。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量は0.02〜0.50%の範囲とする。好ましくは、0.05〜0.30%である。
Nb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。そのため、本発明では、シールドガスからの窒素侵入による鋭敏化を抑制するために重要な元素であり、その効果は0.002%以上で得られる。しかし、一方でNbの添加は焼鈍での再結晶温度を上げる効果があるので、0.050%を超えて添加すると、例えば、外観を重視しない部材に使用される、いわゆる機能品(自動車のマフラー材、排気系部材など)ではコストを低くするため炭素鋼のラインを用いて、850〜900℃程度で焼鈍を行い、特許文献5に開示されるような炭素鋼のラインを用いた高速酸洗手法が適用できなくなるという問題がある。
よって、Nb量は0.002〜0.050%の範囲とする。好ましくは、0.003〜0.010%の範囲である。
Tiも本発明には重要な元素である。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、シールドガスからの窒素侵入による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%を超えて添加すると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%の範囲とした。好ましくは、0.10〜0.35%の範囲である。
Cuは、どのCr量においても、耐食性、特に水溶液中や弱酸性の水滴が付着した場合の耐食性を高める元素である。溶接部の、耐食性、特に水溶液中や弱酸性の水滴が付着した場合の耐食性を高める元素である。これは、Cuが水溶液や弱酸性水滴中のある電気化学的電位で溶解し、Cuが地鉄に再付着し耐溶解性を抑えるものと推定される。しかし、一方、Cuを0.60%超えて添加すると、熱間加工性が低下する他、熱延時に赤スケールと呼ばれるCu起因の水あめ状酸化物が熱延スラブ上に生成し、表面欠陥の原因ともなる。よって、Cu量は0.30〜0.60%の範囲とする。好ましくは、0.30〜0.50%の範囲である。
Nは、Cと同様に鋼に不可避的に含まれる元素である。Nの含有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%を超えて含有すると加工性の低下が顕著となるうえ、Cr窒化物を析出した場合には、耐食性を低下させるため、N量は0.001〜0.030%の範囲とする。Nは低いほど耐食性には好ましいが、あまり低くすると精錬に時間がかかるので、好ましくは、0.003〜0.030%の範囲である。より好ましくは、0.003〜0.015%の範囲である。
Si+Al+Ti (Ox値):0.6以上1.8以下
なお、式中の元素記号は各元素の含有量(質量%)を表す。
なお、式中の元素記号は各元素の含有量(質量%)を表す。
本発明で取り扱っている溶接ビードの鋭敏化は、シールドガスから溶接ビードに侵入する窒素が、Crと結合してCr窒化物を形成し、局所的なCr欠乏領域が生成されることが主な原因である。これを抑制するためにはCrよりもNとの親和力の大きい元素の添加が有効であると考えられる。TiやNbはC、Nの安定化元素としてよく知られているが、シールドガスから窒素侵入が起こる溶接条件における溶接ビードでは、今回新たにAlやVにC、Nの安定化効果があることが明らかとなった。Crが18%以上の場合は、図3に示したように溶接ビードの再活性化率の対数がNtr値=Nb+1.3Ti+0.9V+0.2Alに比例するように、それぞれの元素の質量%に対する効果はTi>Nb>V>Alの順に強い。Ntr値が0.60以上では溶接ビードの再活性化率は0.01%以下となりほとんど鋭敏化が起こっていない。よってNtr値は0.60以上とした。溶接ビードの析出物を、SEMを用いて観察したところ、TiやNbの炭窒化物に複合して、AlやVが存在していることが確認された。このようにTiやNbの炭窒化物を核にしてAlN、VNの析出が促進されることで、VやAlが窒素の安定化元素としての作用をより発揮できるようになったと考えられる。
SbもAlと同じく、TIG溶接のガスシールドが不十分な場合に大気中より混入するNを捕らえる効果があり、複雑な形状を持った構成体の場合には添加したほうが良い元素である。しかし、Sbを添加しすぎると、スラブ段階での非金属系介在物が生成し、表面性状が悪化する。また、熱延板の靭性をも悪化させる。よって、Sbを添加する場合は、Sb量は0.03〜0.30%の範囲とすることが好ましい。より好ましくは0.05〜0.15%の範囲である。
ZrはC、Nと結合して、鋭敏化を抑制する効果があるが、その効果は0.01%以上の添加で得られる。しかし、1.0%超え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。
WはMoと同様に耐食性を向上する効果があるが、その効果は0.01%以上の添加で得られる。しかし、0.2%超え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0.2%以下とすることが好ましい。
REM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0.0001%以上の添加で得られる。しかし、0.1%超え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は靭性を向上させる元素であり、その効果は0.001%以上の添加で得られる。しかし、0.2%超え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0.2%以下とすることが好ましい。
Bは二次加工脆性を改善する元素であり、その効果は、0.0001%以上の添加で得られる。しかし、0.1%超えの添加は、固溶強化による延性低下を引き起こす。よってBを添加する場合は、B量は0.1%以下とすることが好ましい。
Mgは主に転炉の中のレンガより混入する不純物である。Mgは多種多様の介在物の起点となり、混入する量は微量でも他の介在物の核生成サイトとなり、焼鈍などを行っても溶解しにくく、熱延板、冷延板の表面性状を劣化させる。よって、Mgを添加する場合は、Mg量は0.0005%未満とすることが好ましい。より好ましくは0.0003%以下である。
次に本発明鋼の好適製造方法について説明する。上記した好適成分組成の溶鋼を、転炉、電気炉、真空溶解炉等の公知の方法で溶製し、連続鋳造法あるいは造塊−分塊法により鋼素材(スラブ)とする。この鋼素材を、その後1100〜1250℃×1〜24時間の加熱をするか、あるいは加熱することなく直接、熱間圧延して熱延板とする。
さらに、板厚0.8mmまで冷間圧延し、弱還元性雰囲気(H2: 5vol%、N2:95vol%、露点−40℃)で900℃×1分間の焼鈍を行い、冷延焼鈍板を得た。この冷延焼鈍板を、温度50℃、15質量%硝酸および0.5質量%塩酸よりなる溶液中で電解(10A/dm2×2秒)を2回行う高速脱スケールを行い、冷延酸洗焼鈍板を得た。
なお、表1のOx値はSi+Al+Tiで、Ntr値はNb+1.3Ti+0.9V+0.2Alで、それぞれ定義される(なお、式中の元素記号は各元素の含有量(質量%)を表す)。
Claims (3)
- 質量%で、C:0.001〜0.030%、Si:0.30超〜0.55%、Mn:0.05〜0.50%、P:0.05%以下、S:0.01%以下、Cr:18.0〜19.0%、Ni:0.05〜0.50%未満、Mo:1.0%以下、Al:0.10〜1.50%、V:0.02〜0.50%、Nb:0.002〜0.050%、Ti:0.05〜0.50%、Cu:0.30〜0.60%、N:0.001〜0.030%を含有し、下記式(1)及び下記式(2)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溶接部の耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼。
0.6≦Si+Al+Ti≦1.8 ・・・(1)
0.60≦Nb+1.3Ti+0.9V+0.2Al ・・・(2)
なお、式中の元素記号は各元素の含有量(質量%)を表わす。 - 更に、質量%で、Sb:0.05〜0.30%以下を含有することを特徴とする請求項1に記載の溶接部の耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼。
- 更に、質量%で、Zr:1.0%以下、W:0.2%以下、REM:0.1%以下、Co:0.2%以下、B:0.1%以下、Mg:0.0005%未満の中から選ばれる1種以上を含有することを特徴とする請求項1または2に記載の溶接部の耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼。
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