JP7117369B2 - Low Ni austenitic stainless steel with excellent hot workability and resistance to hydrogen embrittlement - Google Patents
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Description
本発明は、熱間加工性および耐水素脆性に優れた低Ｎｉオーステナイト系ステンレス鋼に係り、より詳しくは、ＭｎとＮｉ含量の減少によって発生しうる熱間加工性および耐水素脆性を改善したオーステナイト系ステンレス鋼に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a low-Ni austenitic stainless steel having excellent hot workability and hydrogen embrittlement resistance. related to stainless steel.
ＳＴＳ３０４およびＳＴＳ３０１に代表される加工硬化型準安定オーステナイト系ステンレス鋼は、加工性、耐食性などに優れ、多様な用途で幅広く使用されている。しかしながら、これらの鋼種は、高いＮｉ含量によって原料費が高いという短所がある。特に、本年はＮｉ原料値の深刻な変動によって原料需給が不安定であると共に、それによる素材価格の変動が激しく、安定した供給値の確保が不可能な状況である。これより、様々な素材使用メーカーからＮｉ含量を減少させたＮｉ節減型オーステナイトステンレス鋼に対する開発が要求されている。 Work-hardening metastable austenitic stainless steels represented by STS304 and STS301 are excellent in workability and corrosion resistance, and are widely used in various applications. However, these steel grades have the disadvantage of high raw material costs due to their high Ni content. In particular, this year, raw material supply and demand is unstable due to serious fluctuations in Ni raw material prices. Accordingly, manufacturers using various materials are demanding the development of Ni-saving type austenitic stainless steel with a reduced Ni content.
従来のＮｉ節減型オーステナイト系ステンレス鋼は、基本的にＮｉを一定量以下に減少させて素材価格を低減すると同時に、Ｎｉ減少分のオーステナイト相の安定性を確保するために、５重量％以上のＭｎを添加することが一般的である。しかしながら、多量のＭｎを添加する場合、製鋼工程中に多量のＭｎフューム（ｆｕｍｅ）の発生に起因する環境的側面における改善が要求される状況である。それだけでなく、高Ｍｎの含有に起因して製鋼工程で生成する介在物（ＭｎＳ）により製造工程における生産性の低下、最終冷延素材の表面耐食性の低下および、延伸率のような機械的特性を低下させる問題点がある。 In conventional Ni-reduced austenitic stainless steels, the amount of Ni is basically reduced to a certain amount or less to reduce material costs, and at the same time, in order to ensure the stability of the austenite phase for the amount of Ni reduction, It is common to add Mn. However, when a large amount of Mn is added, there is a demand for improvement in terms of environmental aspects due to the generation of a large amount of Mn fumes during the steelmaking process. In addition, inclusions (MnS) generated in the steelmaking process due to the high Mn content decrease the productivity in the manufacturing process, decrease the surface corrosion resistance of the final cold-rolled material, and mechanical properties such as elongation. There is a problem of lowering the
このような問題を解決する方法としてＭｎの含量を減少させることが好ましいが、Ｎｉ節減型オーステナイト系ステンレス鋼においてＭｎ含量を一定量以上減少させた場合、オーステナイト相の安定性が悪くなり、鋳造時に多量のデルタフェライトが形成され、これにより熱間圧延時にスラブエッジクラックおよび表面線状傷などの品質問題を誘発させる虞がある。 As a method for solving such problems, it is preferable to reduce the Mn content. A large amount of delta ferrite is formed, which may induce quality problems such as slab edge cracks and surface streaks during hot rolling.
それに加え、高耐食の美麗な表面を要求される製品の場合、最終冷間圧延時に形成された表面性状を最終製品まで維持することが要求される。このような最終の冷延品質および表面性状を維持すると同時に、適切な焼なましにより良好な焼なまし材の物性を確保する方法として水素雰囲気の光輝焼なまし工程を行うと、Ｍｎ含量の減少に起因する水素脆性欠陥により加工性が劣位となる問題点がある。 In addition, in the case of a product that requires a beautiful surface with high corrosion resistance, it is required to maintain the surface properties formed during the final cold rolling until the final product. When the bright annealing process in a hydrogen atmosphere is performed as a method of maintaining the final cold-rolled quality and surface properties and ensuring good physical properties of the annealed material by appropriate annealing, the Mn content is reduced. There is a problem that workability is inferior due to hydrogen embrittlement defects resulting from the reduction.
本発明の目的とするところは、上記のような問題点を解決して、Ｍｎを低減しても、優れた熱間加工性および耐水素脆性を有する低Ｎｉオーステナイト系ステンレス鋼を提供することにある。
また他の目的とするところは、ＳＴＳ３０４またはＳＴＳ３０１水準の耐食性を確保することができる低Ｎｉオーステナイト系ステンレス鋼を提供することにある。
An object of the present invention is to solve the above problems and to provide a low-Ni austenitic stainless steel having excellent hot workability and hydrogen embrittlement resistance even when Mn is reduced. be.
Another object of the present invention is to provide a low-Ni austenitic stainless steel that can ensure corrosion resistance at the level of STS304 or STS301.
本発明による熱間加工性および耐水素脆性に優れた低Ｎｉオーステナイト系ステンレス鋼は、重量％で、Ｃ：０．０５～０．１５％、Ｓｉ：０．２～０．７％、Ｍｎ：２．０～５．０％、Ｎｉ：２．０～５．０％、Ｃｒ：１７．０～１９．０％、Ｐ：０．１％未満、Ｓ：０．０１％未満、Ｃｕ：１．０～３．０％、Ｎ：０．１５～０．３０％、残りのＦｅおよび不可避な不純物からなり、下記式（１）で表されるクラック抵抗指数（ＣＲＮ）値が０以上であり、下記式（２）で表されるＭｄ３０値が－３０～０℃の範囲を満たすことを特徴とする。
（１）ＣＲＮ＝６１５＋７７７Ｃ－２６．３Ｓｉ－１．８Ｍｎ＋４６．２Ｎｉ－５６Ｃｒ＋３３．３Ｃｕ＋７６７Ｎ
（２）Ｍｄ３０＝５５１－４６２（Ｃ＋Ｎ）－９．２Ｓｉ－８．１Ｍｎ－１３．７Ｃｒ－２９（Ｎｉ＋Ｃｕ）
The low Ni austenitic stainless steel excellent in hot workability and hydrogen embrittlement resistance according to the present invention has, in weight %, C: 0.05 to 0.15%, Si: 0.2 to 0.7%, Mn: 2.0-5.0%, Ni: 2.0-5.0%, Cr: 17.0-19.0%, P: less than 0.1%, S: less than 0.01%, Cu: 1 0 to 3.0%, N: 0.15 to 0.30%, the remaining Fe and unavoidable impurities, and the crack resistance index (CRN) value represented by the following formula (1) is 0 or more , and the M d30 value represented by the following formula (2) satisfies the range of -30 to 0°C.
(1) CRN=615+777C-26.3Si-1.8Mn+46.2Ni-56Cr+33.3Cu+767N
(2) M d30 =551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-29(Ni+Cu)
本発明によれば、下記式（３）で表される耐孔食抵抗性指数（ＰＲＥＮ）値が１８以上を満たすことが好ましい。
（３）ＰＲＥＮ＝Ｃｒ＋１６Ｎ－０．５Ｍｎ
According to the present invention, it is preferable that the pitting corrosion resistance index (PREN) value represented by the following formula (3) satisfies 18 or more.
(3) PREN=Cr+16N-0.5Mn
本発明によれば、重量％で、Ｂ：０．００１～０．００５％およびＣａ：０．００１～０．００３％のうち１種以上をさらに含むことがよい。
また、本発明の一実施例によれば、前記ステンレス鋼は、延伸率が５０％以上であることができる。
According to the present invention, it is preferable to further include one or more of B: 0.001-0.005% and Ca: 0.001-0.003% in weight %.
Also, according to an embodiment of the present invention, the stainless steel may have an elongation rate of 50% or more.
本発明によれば、本発明の熱間加工性および耐水素脆性に優れた低Ｎｉオーステナイト系ステンレス鋼は、スラブ再加熱時にデルタフェライトの生成が抑制されることによって、優れた熱間加工性の確保が可能で、その結果、熱間圧延時に表層部およびエッジ部のクラック発生と品質問題を解決することができる。
また、オーステナイト相の安定性の確保に起因した加工誘起マルテンサイトの生成を抑制して、水素雰囲気の光輝焼なまし工程を経ても、優れた耐水素脆性および加工性を確保することができる。
さらに、ＳＴＳ３０４またはＳＴＳ３０１水準の優れた耐食性を確保することができる効果を有する。
According to the present invention, the low Ni austenitic stainless steel excellent in hot workability and hydrogen embrittlement resistance of the present invention exhibits excellent hot workability by suppressing the formation of delta ferrite during slab reheating. As a result, it is possible to solve the crack generation and quality problems in the surface and edge portions during hot rolling.
In addition, it is possible to suppress the formation of deformation-induced martensite due to ensuring the stability of the austenite phase, and to ensure excellent hydrogen embrittlement resistance and workability even after the bright annealing process in a hydrogen atmosphere.
Furthermore, it has the effect of ensuring excellent corrosion resistance of the STS304 or STS301 level.
本発明の一実施例による熱間加工性および耐水素脆性に優れた低Ｎｉオーステナイト系ステンレス鋼は、重量％で、Ｃ：０．０５～０．１５％、Ｓｉ：０．２～０．７％、Ｍｎ：２．０～５．０％、Ｎｉ：２．０～５．０％、Ｃｒ：１７．０～１９．０％、Ｐ：０．１％未満、Ｓ：０．０１％未満、Ｃｕ：１．０～３．０％、Ｎ：０．１５～０．３０％、残りのＦｅおよび不可避な不純物からなり、下記式（１）で表されるクラック抵抗指数（ＣＲＮ）値が０以上であり、下記式（２）で表されるＭｄ３０値が－３０～０℃の範囲を満たす。
（１）ＣＲＮ＝６１５＋７７７Ｃ－２６．３Ｓｉ－１．８Ｍｎ＋４６．２Ｎｉ－５６Ｃｒ＋３３．３Ｃｕ＋７６７Ｎ
（２）Ｍｄ３０＝５５１－４６２（Ｃ＋Ｎ）－９．２Ｓｉ－８．１Ｍｎ－１３．７Ｃｒ－２９（Ｎｉ＋Ｃｕ）
The low Ni austenitic stainless steel excellent in hot workability and hydrogen embrittlement resistance according to one embodiment of the present invention has C: 0.05 to 0.15% and Si: 0.2 to 0.7% by weight. %, Mn: 2.0 to 5.0%, Ni: 2.0 to 5.0%, Cr: 17.0 to 19.0%, P: less than 0.1%, S: less than 0.01% , Cu: 1.0 to 3.0%, N: 0.15 to 0.30%, the remaining Fe and inevitable impurities, and the crack resistance index (CRN) value represented by the following formula (1) is 0 or more, and the M d30 value represented by the following formula (2) satisfies the range of -30 to 0°C.
(1) CRN=615+777C-26.3Si-1.8Mn+46.2Ni-56Cr+33.3Cu+767N
(2) M d30 =551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-29(Ni+Cu)
以下では、本発明の実施例を添付の図面を基に詳細に説明する。但し、以下の実施例は、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に本発明の思想を十分に伝達するために提示するものである。そのため本発明は、ここで提示した実施例のみに限定されず、他の形態に具体化されることもできる。図面は、本発明を明確にするために説明と関係ない部分の図示を省略し、理解を助けるために構成要素のサイズを多少誇張して表現することがある。 Exemplary embodiments of the invention are described in detail below with reference to the accompanying drawings. However, the following examples are presented in order to fully convey the idea of the present invention to those who have ordinary knowledge in the technical field to which the present invention belongs. Therefore, the present invention is not limited to the embodiments presented herein, but may be embodied in other forms. In the drawings, parts unrelated to the description may be omitted to clarify the present invention, and the sizes of components may be exaggerated to facilitate understanding.
上記課題を解決するために、本発明者らは、多様な合金成分に対する実験的熱間加工性の評価結果と、予測されたデルタ（δ）フェライトとの相互関係の分析をクラック抵抗指数（ＣＲＮ）で導き出し、熱間加工時に表面またはエッジ部のクラック形成を抑制させて熱間加工性を確保し、同時に、各合金成分に対するオーステナイト相の安定性の検討を通じて光輝焼なまし材に対する耐水素脆性を予測した。また、耐孔食抵抗性指数（ＰＲＥＮ）を活用して耐食性を予測することによって、熱間加工性に優れていると共に、加工性と耐食性に優れた合金成分を導き出した。 In order to solve the above problems, the present inventors conducted an analysis of the correlation between experimental hot workability evaluation results for various alloy compositions and the predicted delta (δ) ferrite crack resistance index (CRN). ) to ensure hot workability by suppressing the formation of cracks on the surface or edge during hot working. predicted. In addition, by predicting corrosion resistance using the pitting resistance index (PREN), alloy components with excellent hot workability and excellent workability and corrosion resistance were derived.
本発明の一実施例による熱間加工性および耐水素脆性に優れた低Ｎｉオーステナイト系ステンレス鋼は、重量％で、Ｃ：０．０５～０．１５％、Ｓｉ：０．２～０．７％、Ｍｎ：２．０～５．０％、Ｎｉ：２．０～５．０％、Ｃｒ：１７．０～１９．０％、Ｐ：０．１％未満、Ｓ：０．０１％未満、Ｃｕ：１．０～３．０％、Ｎ：０．１５～０．３０％、残りのＦｅおよび不可避な不純物からなる。 The low Ni austenitic stainless steel excellent in hot workability and hydrogen embrittlement resistance according to one embodiment of the present invention has C: 0.05 to 0.15% and Si: 0.2 to 0.7% by weight. %, Mn: 2.0 to 5.0%, Ni: 2.0 to 5.0%, Cr: 17.0 to 19.0%, P: less than 0.1%, S: less than 0.01% , Cu: 1.0-3.0%, N: 0.15-0.30%, and the rest of Fe and unavoidable impurities.
以下、本発明の実施例における合金成分の含量の数値限定理由について説明する。以下では、特別な言及がない限り、単位は重量％である。 Hereinafter, the reasons for limiting the numerical values of the contents of the alloy components in the examples of the present invention will be described. In the following, the unit is % by weight unless otherwise specified.
Ｃの含量は、０．０５～０．１５％である。
Ｃは、オーステナイト相の安定化に効果的な元素であるが、過剰添加時に固溶強化効果によって冷間加工性を低下させると共に、溶接部熱影響部および熱延コイリング部に潜熱に起因したＣｒ炭化物の粒界析出を誘導して軟性、靭性、耐食性などに悪影響を与える虞がある。このため、上限を０．１５％にすることがよい。なお、上記のとおり、オーステナイト相の安定化のためには０．０５％以上添加することが好ましい。
The content of C is 0.05-0.15%.
C is an element effective in stabilizing the austenite phase, but when added in excess, it reduces cold workability due to its solid-solution strengthening effect. It may induce grain boundary precipitation of carbides and adversely affect softness, toughness, corrosion resistance, and the like. Therefore, it is preferable to set the upper limit to 0.15%. In addition, as described above, it is preferable to add 0.05% or more for stabilizing the austenite phase.
Ｓｉの含量は、０．２～０．７％である。
Ｓｉは、製鋼工程中に脱散剤の役割をすると同時に、鋼の耐食性を向上させるのに効果的であり、０．２％以上の添加時にその特性が有効となる。しかしながら、Ｓｉは、フェライト相の安定化に効果的な元素であって、過剰添加時に鋳造スラブ内のデルタ（δ）フェライトの形成を助長して熱間加工性を低下させると共に、固溶強化効果による鋼材の軟性および靭性を低下させる虞がある。このために、Ｓｉ含量の上限を０．７％にすることがよい。
The Si content is 0.2-0.7%.
Si plays a role of a dedusting agent during the steelmaking process and is effective in improving the corrosion resistance of steel, and its properties become effective when added in an amount of 0.2% or more. However, Si is an element that is effective in stabilizing the ferrite phase, and when excessively added, promotes the formation of delta (δ) ferrite in the cast slab to reduce hot workability, and has a solid-solution strengthening effect. There is a risk that the softness and toughness of the steel material will be reduced due to the For this reason, it is preferable to set the upper limit of the Si content to 0.7%.
Ｍｎの含量は、２．０～５．０％である。
Ｍｎは、Ｎｉの代替として添加されるオーステナイト相の安定化元素であって、加工誘起マルテンサイトの生成を抑制して冷間圧延性を向上させるのに効果的であり、２．０％以上添加時にその特性が有効となる。しかしながら、過剰添加時にはＳ系介在物（ＭｎＳ）の増加をもたらし、鋼材の軟性、靭性および耐食性の低下を招くので、その上限を５．０％とすることがよい。
The content of Mn is 2.0-5.0%.
Mn is an austenite phase stabilizing element added as a substitute for Ni, and is effective in suppressing the formation of strain-induced martensite and improving cold rolling properties. Sometimes that feature works. However, excessive addition results in an increase in S-based inclusions (MnS), resulting in deterioration of the softness, toughness and corrosion resistance of the steel material, so the upper limit is preferably 5.0%.
Ｎｉの含量は、２．０～５．０％である。
Ｎｉは、オーステナイト相の安定化元素であって、良好な熱間加工性および冷間加工性を確保するために必須の元素である。特に、一定量以上のＭｎを添加するとしても、２．０％以上のＮｉの添加は必須である。しかしながら、Ｎｉは、高価な元素であることから、多量の添加時に原料費用の上昇を招く。このため、その上限を５．０％とすることがよい。
The Ni content is 2.0-5.0%.
Ni is an element that stabilizes the austenite phase and is an essential element for ensuring good hot workability and cold workability. In particular, even if a certain amount or more of Mn is added, it is essential to add 2.0% or more of Ni. However, since Ni is an expensive element, adding a large amount of Ni causes an increase in raw material costs. Therefore, it is preferable to set the upper limit to 5.0%.
Ｃｒの含量は、１７．０～１９．０％である。
Ｃｒは、ステンレス鋼に要求される耐食性を確保するために必要な元素であると共に、マルテンサイト相の生成抑制のために効果的であり、１７．０％以上添加時にその特性が有効となる。反面、多量のＣｒを添加するとスラブ内でデルタ（δ）フェライトの形成を助長して熱間加工性の低下を招くので、その上限を１９．０％にすることがよい。
The Cr content is 17.0-19.0%.
Cr is an element necessary for securing the corrosion resistance required of stainless steel, and is effective for suppressing the formation of martensite phase. On the other hand, if a large amount of Cr is added, it promotes the formation of delta (δ) ferrite in the slab, resulting in deterioration of hot workability.
Ｐの含量は、０．１％未満である。
Ｐは、耐食性や熱間加工性を低下させるので、その上限を０．１％にすることがよい。
The content of P is less than 0.1%.
Since P degrades corrosion resistance and hot workability, the upper limit is preferably 0.1%.
Ｓの含量は、０．０１％未満である。
Ｓは、耐食性や熱間加工性を低下させるので、その上限を０．０１％にすることがよい。
The content of S is less than 0.01%.
Since S degrades corrosion resistance and hot workability, the upper limit is preferably 0.01%.
Ｃｕの含量は、１．０～３．０％である。
Ｃｕは、オーステナイト相の安定化元素であって、材料の軟質化に効果的である。このような軟質効果を発現させるためには、１．０％以上の添加が必須である。しかしながら、多量のＣｕを添加すると素材費用の上昇だけでなく、熱間脆性を誘発するので、その上限を３．０％とすることがよい。
The Cu content is 1.0-3.0%.
Cu is an element that stabilizes the austenite phase and is effective in softening the material. Addition of 1.0% or more is essential in order to develop such a softening effect. However, the addition of a large amount of Cu not only raises material costs but also induces hot shortness, so the upper limit is preferably 3.0%.
Ｎの含量は、０．１５～０．３０％である。
Ｎは、オーステナイト相の安定化および耐食性の向上に効果的な元素であって、０．１５％以上の添加時にその特性が有効である。その反面、Ｎの過剰添加時には固溶強化効果によって冷間加工性を低下させるので、その上限を０．３０％とすることがよい。
The content of N is 0.15-0.30%.
N is an element effective in stabilizing the austenite phase and improving corrosion resistance, and its properties are effective when added in an amount of 0.15% or more. On the other hand, when N is excessively added, the solid solution strengthening effect lowers the cold workability, so the upper limit is preferably 0.30%.
また、本発明の一実施例によれば、Ｂ：０．００１～０．００５％およびＣａ：０．００１～０．００３％のうち１種以上をさらに含むことができる。
Ｂは、鋳造中のクラック発生を抑制させて、良好な表面品質を確保するのに効果的な元素であって、０．００１％添加時にその特性が有効となる。その反面、Ｂを過剰添加すると焼なまし／酸洗工程中に製品の表面に窒化物（ＢＮ）を形成させて表面品質を低下させる問題を招く虞がある。このため、その上限を０．００５％とすることがよい。
Also, according to an embodiment of the present invention, at least one of B: 0.001-0.005% and Ca: 0.001-0.003% may be further included.
B is an element effective in suppressing the occurrence of cracks during casting and ensuring good surface quality, and its properties become effective when added in an amount of 0.001%. On the other hand, excessive addition of B may lead to the formation of nitride (BN) on the surface of the product during the annealing/pickling process, leading to a problem of degraded surface quality. Therefore, it is preferable to set the upper limit to 0.005%.
Ｃａは、高Ｍｎ含有時に粒界に生成されるＭｎＳ製鋼性介在物の形成を抑制させて、製品の清浄度を向上させる効果があり、０．００１％添加時にその特性が有効である。その反面、Ｃａの過剰添加時にはＣａ系介在物の形成に起因した熱間加工性の低下および製品表面品質の低下を招く虞があるので、その上限を０．００３％にすることがよい。 Ca has the effect of suppressing the formation of MnS steelmaking inclusions formed at grain boundaries when the Mn content is high, and improving the cleanliness of the product. On the other hand, excessive addition of Ca may lead to deterioration of hot workability and product surface quality due to the formation of Ca-based inclusions, so the upper limit is preferably 0.003%.
このような高Ｍｎ低Ｎｉ含有オーステナイト系ステンレス鋼の熱間加工性は、スラブ内に分布するデルタ（δ）フェライト分率との相互関係があることが知られている。これは、高温領域でのオーステナイトとフェライトが複合的に存在するとき、圧延工程で加えられる変形量において各相の変形抵抗性が異なることにより発生する割れであって、熱間加工性を確保するためには、デルタ（δ）フェライトの生成が抑制される合金成分の設計および熱間加工条件の導き出しが必要である。しかしながら、上述した本発明の各成分の特徴を勘案するとき、ＣやＮのような固溶強化元素が多量添加されることによって、低い温度で熱間加工時に高い熱間圧延負荷によって素材の表面に多量のクラックが発生する可能性が高い。このため、操業時に操業異常の発生を誘発しない熱間圧延温度で操業することが好ましい。 It is known that the hot workability of such a high-Mn, low-Ni-containing austenitic stainless steel is correlated with the delta (δ) ferrite fraction distributed in the slab. This is because when austenite and ferrite exist in combination in the high-temperature region, the deformation resistance of each phase differs in the amount of deformation applied in the rolling process, and this cracking occurs, ensuring hot workability. For this purpose, it is necessary to design alloy components that suppress the formation of delta (δ) ferrite and derive hot working conditions. However, when considering the features of each component of the present invention described above, the addition of a large amount of solid-solution strengthening elements such as C and N causes the surface of the material to be hardened by a high hot rolling load during hot working at a low temperature. There is a high possibility that a large number of cracks will occur in the Therefore, it is preferable to operate at a hot rolling temperature that does not induce the occurrence of operational abnormalities during operation.
具体的には、熱間圧延材の表面およびエッジ品質を確認し、クラックの発生有無を熱間加工性の判断指標とし、合金成分系に対する電算モデルを活用した相分析を通じてデルタ（δ）フェライトの相分率を予測した。このような実験的熱間加工性の評価結果と予測されたデルタ（δ）フェライトとの相互関係分析を通じて式（１）で表されるクラック抵抗指数（ＣＲＮ）の範囲を導き出した。 Specifically, the surface and edge quality of the hot-rolled material are checked, the presence or absence of cracks is used as a judgment index for hot workability, and the delta (δ) ferrite content is determined through phase analysis using a computer model for the alloy composition system. The phase fraction was predicted. The range of the crack resistance index (CRN) represented by the formula (1) was derived through the correlation analysis between the experimental hot workability evaluation results and the predicted delta (δ) ferrite.
本発明の一実施例による熱間加工性および耐水素脆性に優れた低Ｎｉオーステナイト系ステンレス鋼は、下記式（１）で表されるクラック抵抗指数（ＣＲＮ）値が０以上である。
（１）ＣＲＮ＝６１５＋７７７Ｃ－２６．３Ｓｉ－１．８Ｍｎ＋４６．２Ｎｉ－５６Ｃｒ＋３３．３Ｃｕ＋７６７Ｎ
クラック抵抗指数（ＣＲＮ）が０以上の場合、熱間加工時に表面およびエッジ部にクラックが発生しない。
A low-Ni austenitic stainless steel excellent in hot workability and hydrogen embrittlement resistance according to an embodiment of the present invention has a crack resistance index (CRN) value of 0 or more, which is represented by the following formula (1).
(1) CRN=615+777C-26.3Si-1.8Mn+46.2Ni-56Cr+33.3Cu+767N
When the crack resistance index (CRN) is 0 or more, cracks do not occur on the surface and edges during hot working.
一方、上記で説明したように、美麗な表面が要求される製品の場合、冷間圧延材を光輝焼なまし（Ｂｒｉｇｈｔ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）することが一般的である。このような光輝焼なましは、ステンレス冷間圧延材を窒素（Ｎ２）や水素（Ｈ２）などを利用した還元性雰囲気（露点温度：－４０～－６０℃）下で熱処理を行い、ステンレス冷間圧延材の熱処理過程で発生する再酸化を防止することによって、表面の色および性状の変化なしに表面を明るくてかつ美麗に維持する熱処理技術である。このような光輝焼なましは、雰囲気ガスとして水素を利用した光輝焼なましが最も一般的であり、これは高い熱容量だけでなく、表面の変色を抑制することができるために最も広く使用されている。 On the other hand, as described above, in the case of a product that requires a beautiful surface, it is common to perform bright annealing on the cold-rolled material. In such bright annealing, cold-rolled stainless steel is heat treated in a reducing atmosphere (dew point temperature: -40 to -60°C) using nitrogen (N 2 ) or hydrogen (H 2 ). It is a heat treatment technology that keeps the surface bright and beautiful without changing the color and properties of the surface by preventing re-oxidation that occurs during the heat treatment process of cold-rolled stainless steel. Bright annealing using hydrogen as the atmosphere gas is the most common type of bright annealing, and is most widely used because of its high heat capacity and ability to suppress discoloration of the surface. ing.
一般的なオーステナイト系ステンレス鋼に比べ、本発明のようにＮｉおよびＭｎの含量が相対的に減少したステンレス鋼に対する水素雰囲気の光輝焼なまし適用には考慮すべき点がある。それは、光輝焼なまし時に水素の浸透によって最終素材が水素脆性欠陥による加工性劣位の問題点が発生する可能性が高いという点である。前記のＮｉおよびＭｎなどオーステナイト相の安定化元素が減少したステンレス鋼の場合、最終光輝焼なまし以前の冷間圧延時に応力誘起または加工誘起マルテンサイトが表層部を中心に形成され、このような表層部に形成されたマルテンサイト相は、光輝焼なまし時に熱処理によりオーステナイト相に変態される以前に不活性ガスである水素原子と接することになり、このような水素原子は、一部マルテンサイト相の内部に浸透することになる。光輝焼なましにより既存の応力誘起または加工誘起マルテンサイトがオーステナイト相に相変態することによって、内部に浸透した水素原子は、外側に排出されず、表層部で原子の状態で閉じ込められてしまう。このように表層部に浸透した水素原子は、一般的なＢＣＣおよびＢＣＴ構造であるフェライトあるいはマルテンサイト相においては、常温で一定時間が経過した後、自然的にベークアウト（ｂａｋｅ－ｏｕｔ）されて、物性に大きい影響を及ぼさない。その反面、表層部マルテンサイト相が光輝焼なましによりオーステナイト相に相変態した場合、すなわちＦＣＣの格子構造内に水素原子が存在する場合、常温で相当時間経過しても、水素原子の自然的なベークアウトが円滑でなく、水素原子が長期間素材内に存在することになる。 There are points to be considered in applying bright annealing in a hydrogen atmosphere to stainless steel having a relatively reduced Ni and Mn content as in the present invention compared to general austenitic stainless steel. That is, there is a high possibility that the final material will suffer from hydrogen embrittlement defects due to hydrogen permeation during bright annealing, resulting in poor workability. In the case of stainless steel in which the austenitic phase stabilizing elements such as Ni and Mn are reduced, stress-induced or deformation-induced martensite is formed mainly in the surface layer during cold rolling before the final bright annealing. The martensite phase formed in the surface layer comes into contact with hydrogen atoms, which are an inert gas, before being transformed into the austenite phase by heat treatment during bright annealing. It will penetrate into the interior of the phase. The bright annealing causes the existing stress-induced or strain-induced martensite to undergo a phase transformation to the austenite phase, so that the hydrogen atoms that have penetrated inside are confined in the surface layer in the atomic state without being discharged to the outside. In ferrite or martensite phases, which are general BCC and BCT structures, the hydrogen atoms that permeate the surface layer in this way are naturally baked out after a certain period of time at room temperature. , does not have a large effect on physical properties. On the other hand, when the martensite phase in the surface layer is transformed into the austenite phase by bright annealing, that is, when hydrogen atoms are present in the lattice structure of the FCC, even after a considerable period of time at room temperature, the natural The bakeout is not smooth, and the hydrogen atoms will be present in the material for a long period of time.
このような水素原子は、水素脆性を誘発させる因子と知られており、一部加工または変形により素材内に閉じ込められていた水素原子は、水素分子（ｇａｓ）の状態に変化することになり、一定の圧力に到達した場合、一定の荷重下でクラックの基点として作用して延伸率の低下を誘発する。
したがって、ＮｉおよびＭｎが相対的に低いオーステナイト系ステンレス鋼の場合、合金成分制御と共に追加の加工硬化により表面に形成されるマルテンサイト相の生成量を制御する場合のみにおいて、光輝焼なましを通じて美麗な表面品質が確保され、優れた加工性の確保が可能となる。
Such hydrogen atoms are known to induce hydrogen embrittlement, and the hydrogen atoms confined within the material due to partial processing or deformation change to the state of hydrogen molecules (gas). When a certain pressure is reached, it acts as a starting point for cracks under a certain load, inducing a reduction in elongation.
Therefore, in the case of austenitic stainless steels with relatively low Ni and Mn, only when controlling the alloy composition and controlling the amount of martensite phase formed on the surface by additional work hardening, bright annealing can be performed. Good surface quality is ensured, and excellent workability can be ensured.
このことから、本発明の一実施例による熱間加工性および耐水素脆性に優れた低Ｎｉオーステナイト系ステンレス鋼は、下記式（２）で表されるＭｄ３０値が－３０～０℃の範囲を満たすことが好ましい。
（２）Ｍｄ３０＝５５１－４６２（Ｃ＋Ｎ）－９．２Ｓｉ－８．１Ｍｎ－１３．７Ｃｒ－２９（Ｎｉ＋Ｃｕ）
From this, the low Ni austenitic stainless steel excellent in hot workability and hydrogen embrittlement resistance according to one embodiment of the present invention has an M d30 value represented by the following formula (2) in the range of -30 to 0 ° C. is preferably satisfied.
(2) M d30 =551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-29(Ni+Cu)
準安定オーステナイト系ステンレス鋼は、マルテンサイト変態開始温度（Ｍｓ）以上の温度で塑性加工によりマルテンサイト変態が発生する。このような加工によって相変態を起こす上限温度は、Ｍｄ値で示し、特に３０％変形を付与するとき、マルテンサイトへの相変態が５０％起こる温度（℃）をＭｄ３０と称する。Ｍｄ３０値が高ければ、加工誘起マルテンサイト相の生成が容易であるのに対し、Ｍｄ３０値が低ければ、加工誘起マルテンサイト相の生成が相対的に難しい鋼種と判断することができる。このことから、Ｍｄ３０値を通常の準安定オーステナイト系ステンレス鋼のオーステナイト安定化度を判断する指標として使用することができる。 Metastable austenitic stainless steel undergoes martensitic transformation due to plastic working at a temperature equal to or higher than the martensitic transformation start temperature (M s ). The upper limit temperature at which phase transformation occurs by such working is indicated by the Md value, and the temperature (° C.) at which 50% phase transformation to martensite occurs when 30% deformation is given is called Md30 . If the Md30 value is high, it is easy to form the deformation -induced martensite phase. Therefore, the Md30 value can be used as an index for judging the degree of austenite stabilization of ordinary metastable austenitic stainless steels.
水素雰囲気の光輝焼なましを実施するとき、オーステナイト安定化度を示すＭｄ３０と冷間圧延時に導入されるマルテンサイト相の生成量との相互関係および表層部に導入されるマルテンサイト相の生成量に起因した光輝焼なまし時に水素脆性発生の有無に対する実験的評価結果を図１に示した。
図１は、Ｍｄ３０によるマルテンサイトのＸＲＤピーク強度（ｐｅａｋ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）の変化と水素脆性発生の有無を示すグラフであって、黒丸表示は、水素脆性が発生しないことを示し、×表示は、水素脆性が発生したことを示す。Ｍｄ３０値が増加するにつれて、オーステナイトの相安定性の低下に起因した表層部マルテンサイト相のピーク強度が増加し、このようなピーク強度が一定の数値以上に増加した場合、水素雰囲気における光輝焼なまし時に水素脆性が発生することを確認することができる。この結果に基づいて、Ｍｄ３０値を０℃以下に維持することが、水素脆性を抑制させるために好ましいことが確認される。
When performing bright annealing in a hydrogen atmosphere, the relationship between Md30 , which indicates the degree of austenite stabilization, and the amount of martensite phase introduced during cold rolling, and the formation of the martensite phase introduced into the surface layer FIG. 1 shows the results of an experimental evaluation of whether or not hydrogen embrittlement occurs during bright annealing due to the amount.
FIG. 1 is a graph showing the change in the XRD peak intensity of martensite by M d30 and the presence or absence of hydrogen embrittlement. Indicates that brittleness has occurred. As the Md30 value increases, the peak intensity of the surface martensite phase increases due to the decrease in phase stability of austenite. It can be confirmed that hydrogen embrittlement occurs during annealing. Based on this result, it is confirmed that maintaining the Md30 value at 0° C. or lower is preferable for suppressing hydrogen embrittlement.
また、本発明のように、既存ＳＴＳ３０４およびＳＴＳ３０１に比べてＭｎおよびＮｉの含量の減少によるオーステナイトの相安定性の改善のための多量のＣ、Ｎ添加が不可避な状況では、Ｍｄ３０値は減少させることができるが、素材自体の加工硬化能が増加して、所望の延伸率の確保が困難になる。特に、一般的な３００系ステンレス鋼の用途の場合、約５０％以上の延伸率の確保が必須である点を考慮すると、Ｍｄ３０値の下限に対する制御が必要である。
図２は、Ｍｄ３０による延伸率の変化を示すグラフであって、黒四角表示は、５０％以上の延伸率を示し、×表示は、５０％未満の延伸率を示す。
図２に示したとおり、前記合金成分の範囲で５０％以上の延伸率の確保のためには、Ｍｄ３０値を－３０℃以上に制御することが好ましいことが確認される。
In addition, as in the present invention, the Md30 value is reduced in a situation where a large amount of C and N is unavoidably added to improve the phase stability of austenite due to the reduction in the content of Mn and Ni compared to the existing STS304 and STS301. However, the work hardening ability of the material itself increases, making it difficult to secure a desired elongation ratio. In particular, it is necessary to control the lower limit of the Md30 value, considering that it is essential to ensure an elongation ratio of about 50% or more for the general use of 300 series stainless steel.
FIG. 2 is a graph showing the change in draw ratio according to M d30 , where black squares indicate draw ratios of 50% or more, and x indicates draw ratios of less than 50%.
As shown in FIG. 2, it is confirmed that it is preferable to control the Md30 value to −30° C. or higher in order to ensure the elongation ratio of 50% or higher within the range of the alloy composition.
また、既存ＳＴＳ３０４またはＳＴＳ３０１と類似した耐食性を確保することが要求される場合には、合金成分に対する耐孔食抵抗性指数（ＰＲＥＮ）値を一定の水準以上に維持する必要がある。
これにより、本発明の一実施例によれば、下記式（３）で表される耐孔食抵抗性指数（ＰＲＥＮ）値が１８以上を満たすことが好ましい。
（３）ＰＲＥＮ＝Ｃｒ＋１６Ｎ－０．５Ｍｎ
In addition, when it is required to ensure corrosion resistance similar to existing STS304 or STS301, it is necessary to maintain the pitting corrosion resistance index (PREN) value for the alloy composition above a certain level.
Therefore, according to an embodiment of the present invention, it is preferable that the pitting corrosion resistance index (PREN) value represented by the following formula (3) is 18 or more.
(3) PREN=Cr+16N-0.5Mn
以下、本発明の好ましい実施例を通じてより詳細に説明する。
実施例
下記表１に示した多様な合金成分組成の範囲について、２００ｔのスラブを製造し、１，２３０℃で２時間再加熱後、３ｔの力で熱間圧延した。そして、その熱間圧延材の表面およびエッジ品質を確認し、クラックの発生有無を通じて熱間加工性の判断指標とした。また、合金成分組成に対する相分析を通じてデルタ（δ）フェライトの相分率を予測した。前記実験的熱間加工性の評価結果と予測されたデルタ（δ）フェライトの相互関係分析を行い、導き出された前記式（１）よりクラック抵抗指数（ＣＲＮ）を算出して、表２に示した。延伸率は、日本工業規格ＪＩＳ Ｚ ２２４１に規定されている金属材料の引張試験方法によってＪＩＳ Ｚ ２２０１に規定されている５号試験片を利用して測定した。
Hereinafter, the preferred embodiments of the present invention will be described in more detail.
Example
For various alloy composition ranges shown in Table 1 below, 200t slabs were produced, reheated at 1,230°C for 2 hours, and then hot rolled with a force of 3t. Then, the surface and edge quality of the hot-rolled material were checked, and the presence or absence of cracks was used as a judgment index for hot workability. In addition, the phase fraction of delta (δ) ferrite was predicted through phase analysis of the alloy composition. A correlation analysis was performed between the evaluation results of the experimental hot workability and the predicted delta (δ) ferrite, and the crack resistance index (CRN) was calculated from the derived formula (1), and shown in Table 2. rice field. The elongation rate was measured using a No. 5 test piece specified in JIS Z 2201 according to the tensile test method for metal materials specified in Japanese Industrial Standards JIS Z 2241.
比較例２は、熱間圧延時に表面とエッジ部にクラックが発生し、クラック抵抗指数（ＣＲＮ）が－０．４７を示した。比較例１、３、４は、熱間圧延時に表面とエッジ部にクラックが発生しないので、デルタ（δ）フェライト相分率によって導き出されたクラック抵抗指数（ＣＲＮ）が０以上となり、熱間加工性が良好になりうる指標であることが確認された。 In Comparative Example 2, cracks were generated on the surface and edge portions during hot rolling, and the crack resistance index (CRN) was -0.47. In Comparative Examples 1, 3, and 4, cracks do not occur on the surface and edge portions during hot rolling, so the crack resistance index (CRN) derived from the delta (δ) ferrite phase fraction is 0 or more, and hot working is possible. It was confirmed that it is an indicator that the property can be improved.
表１、２および図１に示したとおり、比較例１、２の場合、成分系から計算されるＭｄ３０値が０℃を超過し、冷間圧延材の表層部マルテンサイト相のピーク強度（ｐｅａｋ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）が増加して水素脆化が発生することが分かり、これを図１に×で表示した。一方、比較例３、４の場合、Ｍｄ３０値が０℃以下を満たして水素脆化は発生しないが、Ｍｄ３０値が－３０℃未満となり、延伸率が５０％未満と測定された。これからＭｄ３０値の範囲は、－３０～０℃の範囲を満たす場合、耐水素脆性および５０％以上の延伸率による加工性条件を得ることができることが分かった。 As shown in Tables 1 and 2 and FIG. 1, in the case of Comparative Examples 1 and 2, the M d30 value calculated from the composition system exceeded 0 ° C., and the peak strength of the martensite phase in the surface layer of the cold-rolled material ( It was found that hydrogen embrittlement occurred due to an increase in peak intensity, which is indicated by x in FIG. On the other hand, in Comparative Examples 3 and 4, the Md30 value was 0° C. or less and hydrogen embrittlement did not occur, but the Md30 value was less than −30° C. and the elongation rate was less than 50%. From this, it was found that when the M d30 value satisfies the range of −30 to 0° C., hydrogen embrittlement resistance and workability conditions due to an elongation ratio of 50% or more can be obtained.
一方、本発明による成分系範囲で前記式（３）による耐孔食抵抗指数（ＰＲＥＮ）値が１８以上を満たして、ＳＴＳ３０４水準の優れた耐食性をも確保することができることが分かった。 On the other hand, it was found that the pitting corrosion resistance index (PREN) value according to the formula (3) is 18 or more in the range of the composition system according to the present invention, and excellent corrosion resistance of the STS304 level can be secured.
以上、本発明の例示的な実施例を説明したが、本発明は、これに限定されず、当該技術分野における通常の知識を有する者であれば、次に記載する特許請求の範囲の概念とその範囲を逸脱しない範囲内で多様な変更および変形が可能であることを理解することができる。 Although exemplary embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and those of ordinary skill in the art will appreciate the concept of the following claims. It can be understood that various modifications and variations are possible without departing from its scope.
本発明の実施例による低Ｎｉオーステナイト系ステンレス鋼は、Ｍｎを低減しても、優れた耐食性と加工性を確保することができて、家電製品など多様な用途に適用することができる。 The low-Ni austenitic stainless steel according to the embodiment of the present invention can ensure excellent corrosion resistance and workability even when Mn is reduced, and can be applied to various uses such as home appliances.
Claims (2)
下記式（１）で表されるクラック抵抗指数（ＣＲＮ）値が０以上であり、 下記式（２）で表されるＭｄ３０値が－３０～０℃の範囲を満たし、
下記式（３）で表される耐孔食抵抗性指数（ＰＲＥＮ）値が１８以上を満た
し、
延伸率が５０％以上であることを特徴とする熱間加工性および耐水素脆性に優れた低Ｎｉオーステナイト系ステンレス鋼。
（１）ＣＲＮ＝６１５＋７７７Ｃ－２６．３Ｓｉ－１．８Ｍｎ＋４６．２Ｎｉ－５６Ｃｒ＋３３．３Ｃｕ＋７６７Ｎ
（２）Ｍｄ３０＝５５１－４６２（Ｃ＋Ｎ）－９．２Ｓｉ－８．１Ｍｎ－１３．７Ｃｒ－２９（Ｎｉ＋Ｃｕ）
（３）ＰＲＥＮ＝Ｃｒ＋１６Ｎ－０．５Ｍｎ
ここで、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｎは、各元素の含量（重量％）を意味する。 % by weight, C: 0.05 to 0.15%, Si: 0.2 to 0.7%, Mn: 2. 95-3.94 %, Ni: 3.31-3.48 %, Cr : 17.0-19.0 %, P: less than 0.1%, S: less than 0.01%, Cu: 1.0 ~3.0%, N: 0.15-0.30%, the rest consisting of Fe and unavoidable impurities,
The crack resistance index (CRN) value represented by the following formula (1) is 0 or more, and the M d30 value represented by the following formula (2) satisfies the range of -30 to 0 ° C.,
The pitting corrosion resistance index (PREN) value represented by the following formula (3) satisfies 18 or more,
A low Ni austenitic stainless steel excellent in hot workability and resistance to hydrogen embrittlement, characterized by having an elongation of 50% or more.
(1) CRN=615+777C-26.3Si-1.8Mn+46.2Ni-56Cr+33.3Cu+767N
(2) M d30 =551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-29(Ni+Cu)
(3) PREN=Cr+16N-0.5Mn
Here, C, Si, Mn, Ni, Cr, Cu, and N mean the content (% by weight) of each element.
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