JP7156342B2 - 薄肉管用フェライト系ステンレス鋼板およびこれを用いてなる薄肉管 - Google Patents
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Description
本発明は、薄肉管用フェライト系ステンレス鋼板およびこれを用いてなる薄肉管に関し、特に、従来、銅管が用いられてきた用途において、銅管の代替となりうるステンレス鋼薄肉管用のフェライト系ステンレス鋼板に関する。
近年、新興国の電力インフラ需要の増大や、自動車のＥＶ化を背景に、電線、導線用の銅の需要が増加し、銅の需給がひっ迫した状態が続いている。今後も、銅需要は増加することが予想され、銅価格高騰に対応した銅の使用量削減は重要な課題となっている。
銅特有の性能として、良好な電気伝導性がある。この特性を利用した電線、導線については、銅から他の材料への置き換えは容易ではない。一方で、ガス給湯器や電気温水器などで使用されている水や熱媒を流す配管としての銅管は、他材料、特にフェライト系ステンレス鋼への置き換えが進められている。
配管に使用される金属管には、耐食性、溶接性、ろう付け性が求められる。耐食性については、銅に対して優位となる適切なフェライト系ステンレス鋼を選定すればよいため、銅からの置き換えにあたって問題とはならない。一方で、溶接性、ろう付け性は、一般にフェライト系ステンレス鋼が劣位であるため改善が必要となる。
溶接性に優れたフェライト系ステンレス鋼としては、例えば、特許文献１において、表層２０ｎｍ以内の範囲にＣａが濃化している溶接性に優れたフェライト系ステンレス鋼が開示されている。
ろう付け性に優れたフェライト系ステンレス鋼として、例えば、特許文献２において、Ａｌ、Ｔｉ含有量を厳しく制限したろう付け用フェライト系ステンレス鋼が開示されている。また、特許文献３には、表面皮膜の厚さとＣｒ、Ｓｉ、Ａｌのカチオン分率を規定したろう付け性に優れたフェライト系ステンレス鋼が開示されている。
しかしながら、これらのフェライト系ステンレス鋼を用いても、良好な溶接性とろう付け性を両立させることは困難であった。
フェライト系ステンレス鋼を用いて銅の代替を行う上で、良好な溶接性と良好なろう付け性が求められるが、上記のように従来のステンレス鋼では、溶接性とろう付け性の両立について十分ではない場合があった。
本発明は、良好な溶接性と良好なろう付け性を有し、薄肉管用として適したフェライト系ステンレス鋼板を提供することを目的とする。
フェライト系ステンレス鋼を用いて銅の代替を行う上で、良好な溶接性と良好なろう付け性が求められる。本発明では、溶接性とろう付け性の両立について鋭意検討を行った。
一般的には銅管には板厚０．８～２．０ｍｍの銅板が用いられる。この銅管と同程度の曲げ性を得るために薄肉ステンレス管には板０．６ｍｍ程度のステンレス鋼板が用いられる。しかし、板厚の薄いステンレス鋼板を用いて管の製造を行うにあたって、造管溶接において溶け落ちによる溶接不良が発生するという問題が生じた。そこで、鋭意検討の結果、ステンレス鋼中のＯ濃度が０．００５０％以下になると溶接の溶融池の対流が変化し、薄肉管における造管溶接でも溶接不良が発生しにくいことを見出した。すなわち、Ｏが０．００５０％以下であるフェライト系ステンレス鋼板を用いれば、良好な溶接性の薄肉管用ステンレス鋼板がえられることを明らかにした。
続いて、Ｎｉろうによるろう付け性を検討した。本発明では、鋼中のＯを極度に低減しているため、一般的にはＯとの化合物として鋼中に存在している元素が固溶状態で存在しやすくなっている。その中でも特に固溶Ａｌはろう付け処理の際に表面に酸化皮膜を形成しろう付け性を低下させるので、本発明においては、良好なろう付け性を得るために厳格な管理によるＡｌの低減が必要であることを見出した。鋭意検討の結果、フェライト系ステンレス鋼中のＡｌ含有量（質量％）とＯ含有量（質量％）の関係が、Ａｌ＜４．０×Ｏを満たす場合に良好なろう付け性のフェライト系ステンレス鋼板が得られることが明らかとなった。
以上の結果から、薄肉管用として好適な溶接性とろう付け性が良好なフェライト系ステンレス鋼板を発明するに至った。すなわち、本発明の要旨は以下のとおりである。
［１］質量％で、
Ｃ：０．００１～０．０１５％、
Ｓｉ：０．０１～０．８０％、
Ｍｎ：０．０１～０．４０％、
Ｐ：０．０４％以下、
Ｓ：０．０１％以下、
Ａｌ：０．００１～０．０１０％、
Ｃｒ：１８．０～２４．０％、
Ｔｉ：０．０１０％以下、
Ｎｂ：０．０５～０．４０％、
Ｎ：０．００１～０．０１５％、
Ｏ：０．００５０％以下を含有し、かつ、以下の式（１）を満たし、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成を有する、薄肉管用フェライト系ステンレス鋼板。
Ａｌ／Ｏ＜４．０ ・・・（１）
ただし、式（１）中のＡｌ、Ｏは、各元素の含有量（質量％）を示す。
［２］前記成分組成は、質量％で、さらに、
Ｎｉ：０～３．００％、
Ｍｏ：０～３．００％、
Ｃｕ：０～１．００％、
Ｗ：０～０．５０％、
Ｃｏ：０～０．５０％のうちから選ばれる１種または２種以上を含有する、［１］に記載の薄肉管用フェライト系ステンレス鋼板。
［３］前記成分組成は、質量％で、さらに、
Ｖ：０～０．５０％、
Ｚｒ：０～０．５０％、
ＲＥＭ：０～０．１０％、
Ｂ：０～０．０１０％のうちから選ばれる１種または２種以上を含有する、［１］または［２］に記載の薄肉管用フェライト系ステンレス鋼板。
［４］前記［１］～［３］のいずれかに記載の薄肉管用フェライト系ステンレス鋼板を用いてなる薄肉管。
Ｃ：０．００１～０．０１５％、
Ｓｉ：０．０１～０．８０％、
Ｍｎ：０．０１～０．４０％、
Ｐ：０．０４％以下、
Ｓ：０．０１％以下、
Ａｌ：０．００１～０．０１０％、
Ｃｒ：１８．０～２４．０％、
Ｔｉ：０．０１０％以下、
Ｎｂ：０．０５～０．４０％、
Ｎ：０．００１～０．０１５％、
Ｏ：０．００５０％以下を含有し、かつ、以下の式（１）を満たし、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成を有する、薄肉管用フェライト系ステンレス鋼板。
Ａｌ／Ｏ＜４．０ ・・・（１）
ただし、式（１）中のＡｌ、Ｏは、各元素の含有量（質量％）を示す。
［２］前記成分組成は、質量％で、さらに、
Ｎｉ：０～３．００％、
Ｍｏ：０～３．００％、
Ｃｕ：０～１．００％、
Ｗ：０～０．５０％、
Ｃｏ：０～０．５０％のうちから選ばれる１種または２種以上を含有する、［１］に記載の薄肉管用フェライト系ステンレス鋼板。
［３］前記成分組成は、質量％で、さらに、
Ｖ：０～０．５０％、
Ｚｒ：０～０．５０％、
ＲＥＭ：０～０．１０％、
Ｂ：０～０．０１０％のうちから選ばれる１種または２種以上を含有する、［１］または［２］に記載の薄肉管用フェライト系ステンレス鋼板。
［４］前記［１］～［３］のいずれかに記載の薄肉管用フェライト系ステンレス鋼板を用いてなる薄肉管。
本発明によれば、良好な溶接性と良好なろう付け性を有し、薄肉管用として適したフェライト系ステンレス鋼板を提供できる。
本発明によれば、銅の配管の代替に好適なステンレス鋼薄肉管に用いるのに好適な溶接性とろう付け性の良好なフェライト系ステンレス鋼板が得られる。
以下に本発明を詳細に説明する。なお、各元素の含有量を示す％は特に断らない限り質量％を意味する。
Ｃ：０．００１～０．０１５％
Ｃは鋼に不可避的に含まれる元素である。Ｃ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。配管として適度な強度を得るためには０．００１％以上のＣの含有が適当である。一方で、０．０１５％を超えるＣの含有は、固溶炭素の増加に加えて、Ｎｂ炭窒化物の析出による析出強化により、過度の強度上昇が起こる。本発明において良好な管の加工性を得るためには過度の強度上昇は好ましくないため、０．０１５％以下のＣの含有が適当である。よって、Ｃ含有量は０．００１～０．０１５％とした。Ｃ含有量は、好ましくは０．００２％以上である。また、Ｃ含有量は、好ましくは０．０１０％以下である。
Ｃは鋼に不可避的に含まれる元素である。Ｃ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。配管として適度な強度を得るためには０．００１％以上のＣの含有が適当である。一方で、０．０１５％を超えるＣの含有は、固溶炭素の増加に加えて、Ｎｂ炭窒化物の析出による析出強化により、過度の強度上昇が起こる。本発明において良好な管の加工性を得るためには過度の強度上昇は好ましくないため、０．０１５％以下のＣの含有が適当である。よって、Ｃ含有量は０．００１～０．０１５％とした。Ｃ含有量は、好ましくは０．００２％以上である。また、Ｃ含有量は、好ましくは０．０１０％以下である。
Ｓｉ：０．０１～０．８０％
Ｓｉは脱酸に有用な元素である。本発明においては鋼中の酸素低減のための重要な元素である。その効果は０．０１％以上のＳｉの含有で得られる。一方で、過剰のＳｉの含有は、ろう付け処理中にステンレス鋼表面に酸化皮膜を形成し、ろうの広がりを阻害して、ろう付け性を低下させる。Ｓｉ含有量を０．８０％以下とすることで、ろう付け性の低下を抑制しやすくなる。よって、Ｓｉ含有量は、０．０１～０．８０％とした。Ｓｉ含有量は、好ましくは０．１０％以上である。また、Ｓｉ含有量は、好ましくは０．６０％以下である。
Ｓｉは脱酸に有用な元素である。本発明においては鋼中の酸素低減のための重要な元素である。その効果は０．０１％以上のＳｉの含有で得られる。一方で、過剰のＳｉの含有は、ろう付け処理中にステンレス鋼表面に酸化皮膜を形成し、ろうの広がりを阻害して、ろう付け性を低下させる。Ｓｉ含有量を０．８０％以下とすることで、ろう付け性の低下を抑制しやすくなる。よって、Ｓｉ含有量は、０．０１～０．８０％とした。Ｓｉ含有量は、好ましくは０．１０％以上である。また、Ｓｉ含有量は、好ましくは０．６０％以下である。
Ｍｎ：０．０１～０．４０％
Ｍｎは、鋼に不可避的に含まれる元素であり、強度を上昇させる。配管として適度な強度を得るためには、０．０１％以上のＭｎの含有が適当である。一方で、０．４０％を超える過剰なＭｎの含有は、固溶強化による過剰な強度上昇を招き、本発明の良好な管の加工性を得ることが困難となる。よって、Ｍｎ含有量は、０．０１～０．４０％とした。Ｍｎ含有量は、好ましくは０．０２％以上である。また、Ｍｎ含有量は、好ましくは０．２０％以下である。
Ｍｎは、鋼に不可避的に含まれる元素であり、強度を上昇させる。配管として適度な強度を得るためには、０．０１％以上のＭｎの含有が適当である。一方で、０．４０％を超える過剰なＭｎの含有は、固溶強化による過剰な強度上昇を招き、本発明の良好な管の加工性を得ることが困難となる。よって、Ｍｎ含有量は、０．０１～０．４０％とした。Ｍｎ含有量は、好ましくは０．０２％以上である。また、Ｍｎ含有量は、好ましくは０．２０％以下である。
Ｐ：０．０４％以下
Ｐは、鋼に不可避的に含まれる元素であり、ステンレス鋼の耐食性を低下させる元素である。よって、Ｐの含有量は、少ないほど好ましく、０．０４％以下とした。Ｐ含有量は、好ましくは０．０３％以下である。下限については特に限定されるものではないが、過度の脱Ｐは製造コストの増加を招くので、Ｐ含有量の下限は０．０１％程度とすることが好適である。
Ｐは、鋼に不可避的に含まれる元素であり、ステンレス鋼の耐食性を低下させる元素である。よって、Ｐの含有量は、少ないほど好ましく、０．０４％以下とした。Ｐ含有量は、好ましくは０．０３％以下である。下限については特に限定されるものではないが、過度の脱Ｐは製造コストの増加を招くので、Ｐ含有量の下限は０．０１％程度とすることが好適である。
Ｓ：０．０１％以下
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ＣａＳやＭｎＳなどの水溶性硫化物の形成が促進され耐食性を低下させる。よって、Ｓ含有量は、０．０１％以下とした。下限については特に限定されるものではないが、過度の脱Ｓは製造コストの増加を招くので、Ｓ含有量の下限は０．００１％程度とすることが好適である。
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ＣａＳやＭｎＳなどの水溶性硫化物の形成が促進され耐食性を低下させる。よって、Ｓ含有量は、０．０１％以下とした。下限については特に限定されるものではないが、過度の脱Ｓは製造コストの増加を招くので、Ｓ含有量の下限は０．００１％程度とすることが好適である。
Ａｌ：０．００１～０．０１０％
Ａｌは、脱酸に有用な元素であり、本発明においては鋼中の酸素濃度を低減するための重要な元素である。その効果は、Ａｌの含有量が０．００１％以上で得られる。一方で、Ａｌの含有量が０．０１０％を超えるとろう付け処理の際に表面に酸化皮膜を形成しやすくなり、ろう付け性が低下する。よって、Ａｌ含有量は、０．００１～０．０１０％とした。Ａｌ含有量は、好ましくは０．００５％以下である。
Ａｌは、脱酸に有用な元素であり、本発明においては鋼中の酸素濃度を低減するための重要な元素である。その効果は、Ａｌの含有量が０．００１％以上で得られる。一方で、Ａｌの含有量が０．０１０％を超えるとろう付け処理の際に表面に酸化皮膜を形成しやすくなり、ろう付け性が低下する。よって、Ａｌ含有量は、０．００１～０．０１０％とした。Ａｌ含有量は、好ましくは０．００５％以下である。
Ｃｒ：１８．０～２４．０％
Ｃｒは、ステンレス鋼の耐食性を決定付ける重要な元素である。銅相当の耐食性を得るために１８．０％以上のＣｒの含有が必要である。一方で、過剰のＣｒの含有は、加工性を低下させるため、２４．０％以下のＣｒの含有が適当である。よって、Ｃｒ含有量は、１８．０～２４．０％とした。Ｃｒ含有量は、好ましくは１９．０％以上である。また、Ｃｒ含有量は、好ましくは２３．０％以下である。
Ｃｒは、ステンレス鋼の耐食性を決定付ける重要な元素である。銅相当の耐食性を得るために１８．０％以上のＣｒの含有が必要である。一方で、過剰のＣｒの含有は、加工性を低下させるため、２４．０％以下のＣｒの含有が適当である。よって、Ｃｒ含有量は、１８．０～２４．０％とした。Ｃｒ含有量は、好ましくは１９．０％以上である。また、Ｃｒ含有量は、好ましくは２３．０％以下である。
Ｔｉ：０．０１０％以下
Ｔｉは、ろう付け処理の際にステンレス鋼表面に酸化物を形成し、ろう付け性を低下させる元素である。０．０１０％を超えるＴｉの含有はろう付け性の低下が顕著となる。よって、Ｔｉ含有量は０．０１０％以下とした。Ｔｉ含有量は、好ましくは０．００８％以下である。このようにＴｉ含有量の上限を規制するためには、Ｔｉを原料として添加しないだけでは不十分で、溶解原料のＴｉ含有量を厳しく規制する必要がある。溶解原料としてスクラップを用いる場合は、Ｔｉを含有しないスクラップを用いることが好ましい。さらに、出鋼する際の炉の状態を厳しく管理する必要がある。炉内（炉壁）にＴｉ酸化物が残留していると、溶鋼の組成によっては前記Ｔｉ酸化物が還元され、溶鋼中に０．０１０％超のＴｉが不可避的に含まれてしまう場合がある。炉壁のＴｉ酸化物は、Ｔｉ含有鋼（鋼中のＴｉ含有量がおおよそ０．１％以上の鋼）を出鋼する際に生成する。そのため、本発明の成分組成を有する鋼（本発明鋼）を出鋼する際は、Ｔｉ含有鋼を出鋼したことが無い炉を使用するか、またはその直前にＴｉを含有しない鋼（鋼中のＴｉ含有量が０．１％未満の鋼）を出鋼した後に出鋼する必要がある。本発明鋼の出鋼のために毎回新しい炉を使用することは工業上現実的ではないため、本発明鋼の出鋼の直前にはＴｉ含有鋼を出鋼しないこととする。直前の出鋼がＴｉ含有鋼でなければ、鋼中に取り込まれるＴｉ量を０．０１０％以下に規制することが出来る。よって、Ｔｉを含有しない鋼を出鋼した後に、本発明鋼を出鋼することとする。好ましくは二回以上Ｔｉを含有しない鋼を出鋼した後に、本発明鋼を出鋼する。
Ｔｉは、ろう付け処理の際にステンレス鋼表面に酸化物を形成し、ろう付け性を低下させる元素である。０．０１０％を超えるＴｉの含有はろう付け性の低下が顕著となる。よって、Ｔｉ含有量は０．０１０％以下とした。Ｔｉ含有量は、好ましくは０．００８％以下である。このようにＴｉ含有量の上限を規制するためには、Ｔｉを原料として添加しないだけでは不十分で、溶解原料のＴｉ含有量を厳しく規制する必要がある。溶解原料としてスクラップを用いる場合は、Ｔｉを含有しないスクラップを用いることが好ましい。さらに、出鋼する際の炉の状態を厳しく管理する必要がある。炉内（炉壁）にＴｉ酸化物が残留していると、溶鋼の組成によっては前記Ｔｉ酸化物が還元され、溶鋼中に０．０１０％超のＴｉが不可避的に含まれてしまう場合がある。炉壁のＴｉ酸化物は、Ｔｉ含有鋼（鋼中のＴｉ含有量がおおよそ０．１％以上の鋼）を出鋼する際に生成する。そのため、本発明の成分組成を有する鋼（本発明鋼）を出鋼する際は、Ｔｉ含有鋼を出鋼したことが無い炉を使用するか、またはその直前にＴｉを含有しない鋼（鋼中のＴｉ含有量が０．１％未満の鋼）を出鋼した後に出鋼する必要がある。本発明鋼の出鋼のために毎回新しい炉を使用することは工業上現実的ではないため、本発明鋼の出鋼の直前にはＴｉ含有鋼を出鋼しないこととする。直前の出鋼がＴｉ含有鋼でなければ、鋼中に取り込まれるＴｉ量を０．０１０％以下に規制することが出来る。よって、Ｔｉを含有しない鋼を出鋼した後に、本発明鋼を出鋼することとする。好ましくは二回以上Ｔｉを含有しない鋼を出鋼した後に、本発明鋼を出鋼する。
Ｎｂ：０．０５～０．４０％
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。その効果は０．０５％以上のＮｂの含有で得られる。一方で、過剰のＮｂの含有は固溶強化による強度の上昇に加えて、微細なＮｂ炭窒化物の析出による析出強化を引き起こしさらなる強度上昇を招く。０．４０％超えのＮｂの含有で強度の上昇は顕著となるため、Ｎｂの含有量は０．４０％以下が適切である。よって、Ｎｂ含有量は、０．０５～０．４０％とした。Ｎｂ含有量は、好ましくは０．１０％以上であり、より好ましくは０．１５％以上である。また、Ｎｂ含有量は、好ましくは０．３５％以下であり、より好ましくは、０．３０％以下である。
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。その効果は０．０５％以上のＮｂの含有で得られる。一方で、過剰のＮｂの含有は固溶強化による強度の上昇に加えて、微細なＮｂ炭窒化物の析出による析出強化を引き起こしさらなる強度上昇を招く。０．４０％超えのＮｂの含有で強度の上昇は顕著となるため、Ｎｂの含有量は０．４０％以下が適切である。よって、Ｎｂ含有量は、０．０５～０．４０％とした。Ｎｂ含有量は、好ましくは０．１０％以上であり、より好ましくは０．１５％以上である。また、Ｎｂ含有量は、好ましくは０．３５％以下であり、より好ましくは、０．３０％以下である。
Ｎ：０．００１～０．０１５％
Ｎは、Ｃと同様に固溶強化により鋼の強度を上昇させる効果がある。その効果はＮの含有量が０．００１％以上で得られる。一方で、０．０１５％を超えるＮの含有は、固溶窒素の増加に加えて、Ｎｂ炭窒化物の析出による析出強化により、過度の強度上昇が起こる。本発明において良好な管の加工性を得るためには過度の強度上昇は好ましくないため、０．０１５％以下のＮの含有が適当である。よって、Ｎ含有量は、０．００１～０．０１５％とした。Ｎ含有量は、好ましくは０．００２％以上である。また、Ｎ含有量は、好ましくは０．０１０％以下である。
Ｎは、Ｃと同様に固溶強化により鋼の強度を上昇させる効果がある。その効果はＮの含有量が０．００１％以上で得られる。一方で、０．０１５％を超えるＮの含有は、固溶窒素の増加に加えて、Ｎｂ炭窒化物の析出による析出強化により、過度の強度上昇が起こる。本発明において良好な管の加工性を得るためには過度の強度上昇は好ましくないため、０．０１５％以下のＮの含有が適当である。よって、Ｎ含有量は、０．００１～０．０１５％とした。Ｎ含有量は、好ましくは０．００２％以上である。また、Ｎ含有量は、好ましくは０．０１０％以下である。
Ｏ：０．００５０％以下
Ｏ（酸素）は、溶接の際の溶融池の対流方向に影響を与え、溶接溶け込み性を変化させる元素である。本発明においては、板厚０．６ｍｍ以下の造管溶接において、Ｏの含有量を０．００５０％以下とすると、溶接溶け落ちが抑制されることを見出した。これは、溶融池表面の対流方向が外向きに変化したことで深さ方向への溶け込みが抑制されたためと考えられる。よって、Ｏ含有量は、０．００５０％以下とした。Ｏ含有量は、好ましくは０．００４０％以下であり、より好ましくは０．００３０％以下である。Ｏ含有量を低減することで、造管溶接後の管内面での溶接ビードの垂れをより低減でき、良好な溶接部が得られ、より良好な溶接性が得られる。また、過剰のＯの低減は脱酸時間増加により製造が困難となるため、Ｏ含有量は０．０００５％以上が好ましい。
Ｏ（酸素）は、溶接の際の溶融池の対流方向に影響を与え、溶接溶け込み性を変化させる元素である。本発明においては、板厚０．６ｍｍ以下の造管溶接において、Ｏの含有量を０．００５０％以下とすると、溶接溶け落ちが抑制されることを見出した。これは、溶融池表面の対流方向が外向きに変化したことで深さ方向への溶け込みが抑制されたためと考えられる。よって、Ｏ含有量は、０．００５０％以下とした。Ｏ含有量は、好ましくは０．００４０％以下であり、より好ましくは０．００３０％以下である。Ｏ含有量を低減することで、造管溶接後の管内面での溶接ビードの垂れをより低減でき、良好な溶接部が得られ、より良好な溶接性が得られる。また、過剰のＯの低減は脱酸時間増加により製造が困難となるため、Ｏ含有量は０．０００５％以上が好ましい。
Ａｌ／Ｏ＜４．０ ・・・（１）
本発明においては薄肉配管の造管溶接性を確保するため、Ｏを極度に低減している。そのため、鋼中のＡｌの存在状態としては、一般的なステンレス鋼と比較して酸化物のＡｌが少なく、固溶Ａｌが多くなっている。固溶Ａｌはろう付け処理の際に表面に酸化皮膜を形成し、ろう付け性を低下させるため、通常であればろう付けに影響を与えない含有量までＡｌを低減してもろう付け性が不適である場合があった。検討の結果、Ｏの含有量（質量％）に対するＡｌの含有量（質量％）の比が４．０未満、すなわちＡｌ／Ｏ＜４．０の場合に良好なろう付け性が得られることを見出した。よって、Ａｌ／Ｏ＜４．０とした。より好ましくは、Ａｌ／Ｏ＜３．０である。
なお、上記式（１）および不等式中のＡｌ、Ｏは、それぞれＡｌの含有量（質量％）、Ｏの含有量（質量％）を示す。
本発明においては薄肉配管の造管溶接性を確保するため、Ｏを極度に低減している。そのため、鋼中のＡｌの存在状態としては、一般的なステンレス鋼と比較して酸化物のＡｌが少なく、固溶Ａｌが多くなっている。固溶Ａｌはろう付け処理の際に表面に酸化皮膜を形成し、ろう付け性を低下させるため、通常であればろう付けに影響を与えない含有量までＡｌを低減してもろう付け性が不適である場合があった。検討の結果、Ｏの含有量（質量％）に対するＡｌの含有量（質量％）の比が４．０未満、すなわちＡｌ／Ｏ＜４．０の場合に良好なろう付け性が得られることを見出した。よって、Ａｌ／Ｏ＜４．０とした。より好ましくは、Ａｌ／Ｏ＜３．０である。
なお、上記式（１）および不等式中のＡｌ、Ｏは、それぞれＡｌの含有量（質量％）、Ｏの含有量（質量％）を示す。
本発明の薄肉管用フェライト系ステンレス鋼板（以下、単に、本発明のフェライト系ステンレス鋼板ともいう。）は、上記成分を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成を有することが好ましい。
本発明のフェライト系ステンレス鋼板は、上記成分に加えて、さらに、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｗ、Ｃｏのうちから選ばれる１種または２種以上を、それぞれ下記の範囲で含有することができる。
Ｎｉ：０～３．００％
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。しかし、３．００％超のＮｉの含有では、応力腐食割れが発生するため配管には適さない。よって、Ｎｉを含有する場合、Ｎｉ含有量は０～３．００％とした。Ｎｉ含有量は、好ましくは、０．１０％以上である。また、Ｎｉ含有量は、好ましくは２．００％以下である。
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。しかし、３．００％超のＮｉの含有では、応力腐食割れが発生するため配管には適さない。よって、Ｎｉを含有する場合、Ｎｉ含有量は０～３．００％とした。Ｎｉ含有量は、好ましくは、０．１０％以上である。また、Ｎｉ含有量は、好ましくは２．００％以下である。
Ｍｏ：０～３．００％
Ｍｏ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る。しかし、Ｍｏの含有量が３．００％を超えると強度が増加し、加工性が低下する。よって、Ｍｏを含有する場合、Ｍｏ含有量は０～３．００％とした。Ｍｏ含有量は、好ましくは０．１０％以上である。また、Ｍｏ含有量は、好ましくは２．００％以下である。
Ｍｏ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る。しかし、Ｍｏの含有量が３．００％を超えると強度が増加し、加工性が低下する。よって、Ｍｏを含有する場合、Ｍｏ含有量は０～３．００％とした。Ｍｏ含有量は、好ましくは０．１０％以上である。また、Ｍｏ含有量は、好ましくは２．００％以下である。
Ｃｕ：０～１．００％
Ｃｕは、腐食の発生後に腐食個所に析出し、腐食の進展を抑制する元素である。一方で、１．００％を超えるＣｕの含有は金属Ｃｕの介在物が鋼中に生成し、腐食起点となって発銹性を低下させる。よって、Ｃｕを含有する場合、Ｃｕ含有量は０～１．００％とした。Ｃｕ含有量は、好ましくは０．１０％以上である。また、Ｃｕ含有量は、好ましくは０．８０％以下である。
Ｃｕは、腐食の発生後に腐食個所に析出し、腐食の進展を抑制する元素である。一方で、１．００％を超えるＣｕの含有は金属Ｃｕの介在物が鋼中に生成し、腐食起点となって発銹性を低下させる。よって、Ｃｕを含有する場合、Ｃｕ含有量は０～１．００％とした。Ｃｕ含有量は、好ましくは０．１０％以上である。また、Ｃｕ含有量は、好ましくは０．８０％以下である。
Ｗ：０～０．５０％
Ｗは、Ｍｏと同様に耐食性を向上する効果がある。しかし、０．５０％を超える過剰のＷの含有は強度を上昇させ、加工性を低下させる。よって、Ｗを含有する場合、Ｗ含有量は０～０．５０％とした。Ｗ含有量は、好ましくは０．１０％以上である。また、Ｗ含有量は、好ましくは０．４０％以下である。
Ｗは、Ｍｏと同様に耐食性を向上する効果がある。しかし、０．５０％を超える過剰のＷの含有は強度を上昇させ、加工性を低下させる。よって、Ｗを含有する場合、Ｗ含有量は０～０．５０％とした。Ｗ含有量は、好ましくは０．１０％以上である。また、Ｗ含有量は、好ましくは０．４０％以下である。
Ｃｏ：０～０．５０％
Ｃｏは、靭性を向上させる元素である。しかし、０．５０％を超えてＣｏを含有させると加工性が低下する。よって、Ｃｏを含有する場合、Ｃｏ含有量は０～０．５０％とした。Ｃｏ含有量は、好ましくは０．０１％以上である。また、Ｃｏ含有量は、好ましくは０．２０％以下である。
Ｃｏは、靭性を向上させる元素である。しかし、０．５０％を超えてＣｏを含有させると加工性が低下する。よって、Ｃｏを含有する場合、Ｃｏ含有量は０～０．５０％とした。Ｃｏ含有量は、好ましくは０．０１％以上である。また、Ｃｏ含有量は、好ましくは０．２０％以下である。
本発明のフェライト系ステンレス鋼板は、上記成分に加えて、さらに、Ｖ、Ｚｒ、ＲＥＭ、Ｂのうちから選ばれる１種または２種以上を、それぞれ下記の範囲で含有することができる。
Ｖ：０～０．５０％
Ｖは、ＶＮを形成することでＣｒ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。しかし、０．５０％を超える過剰なＶの含有は、加工性が低下する。よって、Ｖを含有する場合、Ｖ含有量は０～０．５０％とした。Ｖ含有量は、好ましくは０．０１％以上である。また、Ｖ含有量は、好ましくは０．３０％以下である。
Ｖは、ＶＮを形成することでＣｒ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。しかし、０．５０％を超える過剰なＶの含有は、加工性が低下する。よって、Ｖを含有する場合、Ｖ含有量は０～０．５０％とした。Ｖ含有量は、好ましくは０．０１％以上である。また、Ｖ含有量は、好ましくは０．３０％以下である。
Ｚｒ：０～０．５０％
Ｚｒは、Ｃ、Ｎと結合して、鋭敏化を抑制する効果がある。しかし、０．５０％を超える過剰のＺｒの含有は加工性を低下させるうえ、非常に高価な元素であるためコストの増大を招く。よって、Ｚｒを含有する場合、Ｚｒ含有量は０～０．５０％とした。Ｚｒ含有量は、好ましくは０．１０％以上である。また、Ｚｒ含有量は０．３０％以下である。
Ｚｒは、Ｃ、Ｎと結合して、鋭敏化を抑制する効果がある。しかし、０．５０％を超える過剰のＺｒの含有は加工性を低下させるうえ、非常に高価な元素であるためコストの増大を招く。よって、Ｚｒを含有する場合、Ｚｒ含有量は０～０．５０％とした。Ｚｒ含有量は、好ましくは０．１０％以上である。また、Ｚｒ含有量は０．３０％以下である。
ＲＥＭ：０～０．１０％
ＲＥＭ（希土類金属：Ｒａｒｅ Ｅａｒｔｈ Ｍｅｔａｌｓ）は耐酸化性を向上する元素である。しかし、０．１０％を超える過剰のＲＥＭの含有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を含有する場合、ＲＥＭ含有量は０～０．１０％とした。ＲＥＭ含有量は、好ましくは０．０１％以上である。また、ＲＥＭ含有量は、好ましくは０．０２％以下である。
ＲＥＭ（希土類金属：Ｒａｒｅ Ｅａｒｔｈ Ｍｅｔａｌｓ）は耐酸化性を向上する元素である。しかし、０．１０％を超える過剰のＲＥＭの含有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を含有する場合、ＲＥＭ含有量は０～０．１０％とした。ＲＥＭ含有量は、好ましくは０．０１％以上である。また、ＲＥＭ含有量は、好ましくは０．０２％以下である。
Ｂ：０～０．０１０％
Ｂは二次加工脆性を改善する元素である。しかし、０．０１０％を超える過剰のＢの含有は、固溶強化による加工性低下を引き起こす。よって、Ｂを含有する場合、Ｂ含有量は０～０．０１０％とした。Ｂ含有量は、好ましくは０．００１％以上である。また、Ｂ含有量は、好ましくは０．００８％以下である。
Ｂは二次加工脆性を改善する元素である。しかし、０．０１０％を超える過剰のＢの含有は、固溶強化による加工性低下を引き起こす。よって、Ｂを含有する場合、Ｂ含有量は０～０．０１０％とした。Ｂ含有量は、好ましくは０．００１％以上である。また、Ｂ含有量は、好ましくは０．００８％以下である。
本発明のフェライト系ステンレス鋼板の製造方法は常法に従えばよいが、以下に好適な製造方法の一例を示す。
本発明のフェライト系ステンレス鋼の製造方法は、基本的に通常のフェライト系ステンレス鋼の製造方法であれば好適に用いることができ、特に限定されるものではない。例えば、転炉または電気炉等公知の溶解炉で鋼を溶製し、あるいはさらに取鍋精錬または真空精錬等の二次精錬を経て上述した本発明の成分組成を有する鋼とし、連続鋳造法あるいは造塊－分塊圧延法で鋼片（鋼スラブ）とする。このとき、スクラップを使用する場合はＴｉを含有しないものを選ぶことが好ましい。さらに、精錬を行う炉は新しく炉壁を張り替えたもの、または一回以上Ｔｉを含有しない鋼（Ｔｉ含有量：０．１％未満）を出鋼した後の炉を使用する。さらに、Ｏ含有量を本発明の範囲に規制するために、ＶＯＤ法あるいはＡＯＤ法により二次精錬を行うことが好ましい。
次に、上述した本発明の成分組成を有する鋼スラブを、熱間圧延して熱延板とし、該熱延板に必要に応じて熱延板焼鈍、酸洗を施す。その後、該熱延板に冷間圧延を施しフェライト系ステンレス鋼冷延板とする。一例として、上記成分組成のステンレス鋼スラブを１１００～１３００℃に加熱後、板厚２．０～１０．０ｍｍになるように熱間圧延を施す。こうして作製した熱間圧延鋼帯（熱延板）を９００～１１００℃の温度で熱延板焼鈍し酸洗を行い、スケールを除去する。その後、板厚０．１～０．６ｍｍになるように冷間圧延を行い、９００～１１００℃の温度で冷延板焼鈍を行う。冷延板焼鈍後には酸洗を行い、スケールを除去する。これら製造工程の中間、および、最後にはショットブラストやベンディングによる脱スケール処理、グラインダや研磨ベルトによる研削・研磨処理、スキンパス圧延を行ってもよい。また、冷延板焼鈍を光輝焼鈍とすることもできる。光輝焼鈍とした場合は酸洗を省略することができる。
本発明のフェライト系ステンレス鋼板は、良好な溶接性と良好なろう付け性を有し、特に薄肉管用として適する。本発明のフェライト系ステンレス鋼板の板厚は、０．６ｍｍ以下が好ましく、０．５ｍｍ以下がより好ましい。また、本発明のフェライト系ステンレス鋼板の板厚は、０．１ｍｍ以上が好ましく、０．２ｍｍ以上がより好ましい。本発明のフェライト系ステンレス鋼板によれば、板厚０．６ｍｍ以下の造管溶接においても溶け落ちによる溶接不良が抑制され良好な溶接性が得られる。
また、本発明のフェライト系ステンレス鋼板の引張強さ（ＴＳ）は、３６０ＭＰａ以上であることが好ましい。また、ＴＳは、７２０ＭＰａ以下であることが好ましい。伸び（Ｅｌ）は２０％以上であることが好ましい。なお、引張強度、伸びは、ＪＩＳ Ｚ ２２４１に準拠して測定できる。
本発明のフェライト系ステンレス鋼板は、適宜、造管、溶接、ろう付け等の加工が施されて薄肉管とされる。本発明のフェライト系ステンレス鋼板を用いてなる薄肉管の肉厚は、一例として、０．６ｍｍ以下である。本発明の薄肉管は、銅管が用いられてきた用途において銅管の代替として好適に用いられ得る。
以下、実施例に基づいて本発明をさらに詳細に説明する。
表１に示す成分組成のステンレス鋼を実験室において真空溶製し、分解圧延によって板厚３０ｍｍのシートバーとした。作製したシートバーを１２００℃に加熱したのち、熱間圧延によって板厚３．０ｍｍの熱延板とした。熱延板は１０５０℃の温度で、均熱時間６０ｓの条件で熱延板焼鈍した。その後、冷間圧延により板厚０．５ｍｍの冷延板とし、焼鈍温度１０００℃の温度で、均熱時間６０ｓの条件で冷延板焼鈍した後、中性塩電解、硝弗酸浸漬によりスケールを除去し供試材とした。
（溶接性評価）
供試材から長さ８００ｍｍ、直径２２ｍｍのパイプを造管した。造管溶接はＴＩＧ溶接で行った。溶接条件は、溶接速度８００ｍｍ／ｍｉｎ、溶接電流８０Ａとし、パイプ内面、外面のいずれもＡｒガスでシールドした。なお、後掲の表１に示すＮｏ．２１では、Ｏ（酸素）含有量が本発明の範囲外であったため、溶け落ちが発生し、造管できなかった（溶接性評価結果：×）。Ｎｏ．２１以外の鋼種については、いずれも造管が可能であり、良好な溶接性が得られた。さらに、Ｎｏ．２１以外の鋼種について、造管溶接後の溶接ビード断面を観察したところ、Ｎｏ．４、１９の鋼種では、パイプ内面方向に０．０５ｍｍ以上の溶接ビードの垂れ量が観察された（溶接性評価結果：〇）。なお、前記溶接ビードの垂れ量は、図１に示すように、溶接ビード断面の内面側端部を結んだ直線（直線Ｌ）からのパイプ内面方向への溶接ビードの垂れの最大長さである。Ｎｏ．４、１９以外の鋼種については、パイプ内面方向に０．０５ｍｍ以上の溶接ビードの垂れ量が観察されず、溶接ビードの垂れがより低減されたより良好な溶接部が得られた（溶接性評価結果：◎）。この溶接性評価において、溶接性評価結果×を不合格とし、溶接性評価結果〇を合格（溶接性に優れる）、◎を合格（溶接性に特に優れる）と評価した。
供試材から長さ８００ｍｍ、直径２２ｍｍのパイプを造管した。造管溶接はＴＩＧ溶接で行った。溶接条件は、溶接速度８００ｍｍ／ｍｉｎ、溶接電流８０Ａとし、パイプ内面、外面のいずれもＡｒガスでシールドした。なお、後掲の表１に示すＮｏ．２１では、Ｏ（酸素）含有量が本発明の範囲外であったため、溶け落ちが発生し、造管できなかった（溶接性評価結果：×）。Ｎｏ．２１以外の鋼種については、いずれも造管が可能であり、良好な溶接性が得られた。さらに、Ｎｏ．２１以外の鋼種について、造管溶接後の溶接ビード断面を観察したところ、Ｎｏ．４、１９の鋼種では、パイプ内面方向に０．０５ｍｍ以上の溶接ビードの垂れ量が観察された（溶接性評価結果：〇）。なお、前記溶接ビードの垂れ量は、図１に示すように、溶接ビード断面の内面側端部を結んだ直線（直線Ｌ）からのパイプ内面方向への溶接ビードの垂れの最大長さである。Ｎｏ．４、１９以外の鋼種については、パイプ内面方向に０．０５ｍｍ以上の溶接ビードの垂れ量が観察されず、溶接ビードの垂れがより低減されたより良好な溶接部が得られた（溶接性評価結果：◎）。この溶接性評価において、溶接性評価結果×を不合格とし、溶接性評価結果〇を合格（溶接性に優れる）、◎を合格（溶接性に特に優れる）と評価した。
（ろう付け性評価）
供試材から５０×５０ｍｍの試験片を採取し、ＪＩＳ Ｚ ３１９１に準拠したろうのぬれ広がり試験を行った。試験片を水平に置き、試験片の表面中央部にＮｉろうＢＮｉ－１（ＪＩＳ Ｚ ３２６５）を０．１ｇ設置し、真空炉でろう付け熱処理を行った。前記真空炉の真空度は１０－２Ｐａ、加熱温度は１１００℃、均熱時間は１０ｍｉｎとした。ろうのろう付け後の直径ｄｂとろう付け前の直径ｄ０を測定し、その比（ｄｂ／ｄ０）×１００をろう広がり率（％）とした。ろう広がり率が１３０％以上を良好なろう付け性を有する（ろう付け性評価合格）と判断し、それ以外をろう付け性評価不合格と判断した。
供試材から５０×５０ｍｍの試験片を採取し、ＪＩＳ Ｚ ３１９１に準拠したろうのぬれ広がり試験を行った。試験片を水平に置き、試験片の表面中央部にＮｉろうＢＮｉ－１（ＪＩＳ Ｚ ３２６５）を０．１ｇ設置し、真空炉でろう付け熱処理を行った。前記真空炉の真空度は１０－２Ｐａ、加熱温度は１１００℃、均熱時間は１０ｍｉｎとした。ろうのろう付け後の直径ｄｂとろう付け前の直径ｄ０を測定し、その比（ｄｂ／ｄ０）×１００をろう広がり率（％）とした。ろう広がり率が１３０％以上を良好なろう付け性を有する（ろう付け性評価合格）と判断し、それ以外をろう付け性評価不合格と判断した。
上述したように、Ｏ（酸素）含有量が本発明の範囲から外れるＮｏ．２１では、溶け落ちが発生し、造管できなかった（溶接性評価結果：×）。また、Ａｌ含有量が本発明の範囲から外れるＮｏ．１９、Ｔｉ含有量が本発明の範囲から外れるＮｏ．２０、Ａｌ／Ｏ＜４．０を満たさないＮｏ．２２、Ｎｏ．２３では、ろう広がり率が１３０％未満となり、良好なろう付け性が得られなかった。
以上の結果から、本発明によれば、良好な溶接性と良好なろう付け性を両立し、薄肉管用として適したフェライト系ステンレス鋼板が得られることが確認された。本発明のフェライト系ステンレス鋼板は、良好な溶接性と良好なろう付け性を有し、銅の配管の代替に好適なステンレス鋼薄肉管に用いるのに好適である。
本発明によれば、銅配管の代替として、ガス給湯器、電気温水器、エアコンなどの銅配管が用いられる用途に用いることができる薄肉管用のフェライト系ステンレス鋼板が得られる。
Claims (4)
- 質量％で、
Ｃ：０．００１～０．０１５％、
Ｓｉ：０．０１～０．８０％、
Ｍｎ：０．０１～０．４０％、
Ｐ：０．０４％以下、
Ｓ：０．０１％以下、
Ａｌ：０．００１～０．０１０％、
Ｃｒ：１８．０～２４．０％、
Ｔｉ：０．０１０％以下、
Ｎｂ：０．０５～０．４０％、
Ｎ：０．００１～０．０１５％、
Ｏ：０．００５０％以下を含有し、かつ、以下の式（１）を満たし、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成を有する、薄肉管用フェライト系ステンレス鋼板。
Ａｌ／Ｏ＜４．０ ・・・（１）
ただし、式（１）中のＡｌ、Ｏは、各元素の含有量（質量％）を示す。 - 前記成分組成は、質量％で、さらに、
Ｎｉ：０～３．００％、
Ｍｏ：０～３．００％、
Ｃｕ：０～１．００％、
Ｗ：０～０．５０％、
Ｃｏ：０～０．５０％のうちから選ばれる１種または２種以上を含有する、請求項１に記載の薄肉管用フェライト系ステンレス鋼板。 - 前記成分組成は、質量％で、さらに、
Ｖ：０～０．５０％、
Ｚｒ：０～０．５０％、
ＲＥＭ：０～０．１０％、
Ｂ：０～０．０１０％のうちから選ばれる１種または２種以上を含有する、請求項１または２に記載の薄肉管用フェライト系ステンレス鋼板。 - 請求項１～３のいずれかに記載の薄肉管用フェライト系ステンレス鋼板を用いてなる薄肉管。
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| JP2007270290A (ja) | 2006-03-31 | 2007-10-18 | Jfe Steel Kk | 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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