JP7499008B2 - 二相ステンレス鋼およびその製造方法 - Google Patents
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Description
表面から深さ方向に少なくとも50μmまでの領域において、オーステナイト相の面積率が65%以上であるオーステナイト濃化層を有し、
前記厚さ方向中心位置における平均結晶粒径dcと、前記オーステナイト濃化層における平均結晶粒径dsとが、下記(i)式を満足し、
前記厚さ方向中心位置におけるN含有量が、質量%で、0.050%以上である、
二相ステンレス鋼。
0.80≦ds/dc≦1.25 ・・・(i)
前記表面から深さ方向にtの位置におけるオーステナイト相の面積率より、前記表面から深さ方向にt/2の位置におけるオーステナイト相の面積率の方が高く、
前記表面から深さ方向にt/2の位置におけるオーステナイト相の面積率より、前記表面から深さ方向にt/10の位置におけるオーステナイト相の面積率の方が高い、
上記(1)に記載の二相ステンレス鋼。
上記(1)または(2)に記載の二相ステンレス鋼。
上記(1)から(3)までのいずれかに記載の二相ステンレス鋼。
C:0.001~0.060%、
Si:0.01~1.50%、
Mn:0.1~6.0%、
P:0.050%以下、
S:0.0050%以下、
Cr:19.0~25.0%、
Ni:1.0~6.0%、
N:0.050~0.25%、
Al:0.003~0.050%、
Ti:0~0.050%、
Nb:0~0.15%、
Mo:0~2.0%、
Cu:0~3.0%、
W:0~2.0%、
Mg:0~0.0050%、
Ca:0~0.0050%、
REM:0~0.30%、
B:0~0.0040%、
残部:Feおよび不純物である、
上記(1)から(4)までのいずれかに記載の二相ステンレス鋼。
Ti:0.01~0.050%、
Nb:0.02~0.15%、
Mo:0.05~4.0%、
Cu:0.05~4.0%、
W:0.05~4.0%、
Mg:0.0002~0.0050%、
Ca:0.0002~0.0050%、
REM:0.005~0.30%、および、
B:0.0003~0.0040%、
から選択される1種以上を含有する、
上記(5)に記載の二相ステンレス鋼。
前記表面における圧縮残留応力が400MPa以上である、
上記(1)から(6)までのいずれかに記載の二相ステンレス鋼。
(a)O2濃度を2~10体積%である雰囲気中において、1200~1300℃で5h以上加熱する工程と、
(b)ショットブラストを施す工程と、
(c)1~10%佛酸と2~20%硝酸とを含む水溶液をノズルから吹き付けることにより酸洗する工程と、を
順に施す、
二相ステンレス鋼の製造方法。
C:0.001~0.060%、
Si:0.01~1.50%、
Mn:0.1~6.0%、
P:0.050%以下、
S:0.0050%以下、
Cr:19.0~25.0%、
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Al:0.003~0.050%、
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W:0~2.0%、
Mg:0~0.0050%、
Ca:0~0.0050%、
REM:0~0.30%、
B:0~0.0040%、
残部:Feおよび不純物である、
上記(8)に記載の二相ステンレス鋼の製造方法。
Ti:0.01~0.050%、
Nb:0.02~0.15%、
Mo:0.05~4.0%、
Cu:0.05~4.0%、
W:0.05~4.0%、
Mg:0.0002~0.0050%、
Ca:0.0002~0.0050%、
REM:0.005~0.30%、および、
B:0.0003~0.0040%、
から選択される1種以上を含有する、
上記(9)に記載の二相ステンレス鋼の製造方法。
(d)N2を含む雰囲気中において、1000~1200℃で10min以内の加熱保持する工程を、さらに施す、
上記(8)から(10)までのいずれかに記載の二相ステンレス鋼の製造方法。
本発明に係る二相ステンレス鋼は、厚さ方向中心位置におけるオーステナイト相の面積率が、常温で35%以上65%未満である金属組織を有する。なお、残部はフェライト相および析出物である。オーステナイト相の面積率が35%未満であると、十分な強度が得られない。一方、オーステナイト相の面積率を65%以上とするためには、以下のような種々の問題が生じ得る。
本発明に係る二相ステンレス鋼においては、表面から深さ方向に少なくとも50μmまでの領域において、オーステナイト濃化層を有する。本発明において、「オーステナイト濃化層(γ濃化層)」とは、オーステナイト相の面積率が65%以上である領域を指す。
0.80≦ds/dc≦1.25 ・・・(i)
本発明に係る二相ステンレス鋼の寸法については特に制限は設けない。なお、本発明の二相ステンレス鋼を加工後に鋼板として用いる場合には、その板厚は1.0~20.0mmであることが好ましい。
本発明に係る二相ステンレス鋼は、厚さ方向中心位置におけるN含有量が、質量%で、0.050%以上である。上述のように、本発明においては、スケール直下にNを濃化させることでオーステナイト相の分率を増加させる。N含有量が0.050%未満では、上記の効果を得ることができない。
Cは、耐食性を劣化させるため、その含有量は少ないほど好ましく、C含有量を0.060%以下とすることが好ましい。しかし、過度な低減は精錬コストの上昇に繋がるため、C含有量を0.001%以上とすることが好ましい。製造性の点から、C含有量のより好ましい範囲は0.010~0.045%である。
Siは、強度を高める元素であり、精錬時の脱酸効果を有するため、その含有量を0.01%以上とすることが好ましい。一方、過度な含有は、製造時の割れを招くため、Si含有量を1.50%以下とすることが好ましい。製造性の点から、Si含有量は1.00%以下であることがより好ましい。
Mnは、比較的安価であるため、Niの代わりに添加される場合がある。高強度化に有効であり、脱酸効果を有するため、その含有量を0.1%以上とすることが好ましい。一方、過度の含有は耐食性の劣化を招くため、Mn含有量を6.0%以下とすることが好ましい。製造性およびコストを両立するためには、Mn含有量は0.5~5.5%であることがより好ましい。
Pは、製造性および溶接性を阻害する元素であり、その含有量は少ないほどよい。そのため、P含有量を0.050%以下とすることが好ましい。しかし、過度な低減は精錬コストの上昇に繋がるため、P含有量を0.003%以上とすることが好ましい。製造性および溶接性の点から、P含有量のより好ましい範囲は0.005~0.040%であり、さらに好ましい範囲は0.010~0.030%である。
Sは、鋼中に含まれる不可避的不純物元素であり、熱間加工性を低下させる。したがって、S含有量は低いほど好ましく、0.0050%以下とすることが好ましい。熱間加工性の点から、S含有量は低いほど好ましいが、過度な低減は原料および精錬のコストの上昇に繋がるため、S含有量を0.0001%以上とすることが好ましい。製造性の点から、S含有量のより好ましい範囲は0.0001~0.0020%であり、さらに好ましい範囲は0.0002~0.0010%である。
Crは、耐酸化性、耐食性を向上する元素である。二相ステンレス鋼として十分な耐食性を確保するために、Cr含有量を19.0%以上とすることが好ましい。しかし、過度なCrの含有は高温雰囲気に曝された際、脆化相であるσ相の生成を助長することに加え、合金コストの上昇を招くため、Cr含有量を25.0%以下とすることが好ましい。製造性の点から、Cr含有量のより好ましい範囲は20.0~24.5%である。
Niは、耐食性を向上させ、二相ステンレス鋼ではオーステナイト相を安定化させる。耐食性向上のために、Ni含有量を1.0%以上とすることが好ましい。一方、Niは合金コストが高価であるため、その含有量を6.0%以下とすることが好ましい。製造性の点から、Ni含有量の好ましい範囲は1.5~5.5%である。
Nは、上述のように、本発明においては不可欠の元素である。加えて、Nは耐食性を向上させる元素であり、またNiと同様にオーステナイトを安定化させるため、Niの代替として用いることができる。N含有量が少ない場合には十分な耐食性が得られない場合がある。N含有量が多い方が耐食性には効果的であるが、溶製時に窒素ガス化して気泡を生成する場合があるため、N含有量を0.25%以下とすることが好ましい。製造性の観点から、N含有量のより好ましい範囲は0.10~0.20%である。
Alは、脱酸元素として用いられる。脱酸元素として0.003%以上含有すれば効果があるため、Al含有量を0.003%以上とすることが好ましい。一方、過度の含有は硬質化を招くため、Al含有量を0.050%以下とすることが好ましい。製造性の観点から、Al含有量のより好ましい範囲は0.005~0.030%である。
Tiは、C、Nと結合し、溶接部耐食性の向上および高強度化に寄与する元素であるため、必要に応じて含有させてもよい。一方、過度の含有は耐食性の低下および合金コスト増を招くため、Ti含有量を0.050%以下とすることが好ましい。なお、上記の効果を得たい場合には、Ti含有量を0.01%以上とすることが好ましい。
Nbは、C、Nと結合し、溶接部耐食性の向上および高強度化に寄与する元素であるため、必要に応じて含有させてもよい。一方、過度の含有は耐食性の低下および合金コスト増を招くため、Nb含有量を0.15%以下とすることが好ましい。なお、上記の効果を得たい場合には、Nb含有量を0.02%以上とすることが好ましい。
Cu:0~3.0%
W:0~2.0%
Mo、CuおよびWは、耐食性の向上に寄与する元素であるため、必要に応じて含有させてもよい。一方、過度の含有はコスト増加および熱間加工性の低下を招く。そのため、Mo含有量を2.0%以下、Cu含有量を3.0%以下、W含有量を2.0%以下とすることが好ましい。なお、上記の効果を得たい場合には、これらの元素から選択される1種以上の含有量を0.05%以上とすることが好ましい。
Ca:0~0.0050%
REM:0~0.30%
B:0~0.0040%
Mg、Ca、REMおよびBは、熱間加工性を向上させる元素であるため、必要に応じて含有させてもよい。一方、過度の含有は製造性を阻害することに繋がる。そのため、Mg含有量を0.0050%以下、Ca含有量を0.0050%以下、REM含有量を0.30%以下、B含有量を0.0040%以下とすることが好ましい。なお、上記の効果を得たい場合には、上記効果を発揮するため、Mg:0.0002%以上、Ca:0.0002%以上、REM:0.005%以上、B:0.0003%以上から選択される1種以上を含有することが好ましい。
本発明の二相ステンレス鋼でγ濃化層を形成するための製造方法について説明する。γ濃化層の主因と考える窒素の濃化は、一般的な窒素吸収、窒化で呼称される外部雰囲気からの窒素の吸収に起因するものではない。本発明におけるγ濃化層は、一定濃度以上の窒素を含有する二相ステンレス鋼において、緻密なスケールを形成し、その内部で材料に元から含有されていた窒素がほとんど外部に抜けることなく、内部に拡散および濃化することにより形成される。発明者らはこの現象を発見したのである。
O2濃度を2~10体積%である雰囲気中において、1200~1300℃で5h以上加熱する。加熱後には、熱間圧延を実施してもよい。
加熱時における雰囲気中のO2濃度を2~10体積%とする。O2濃度が2体積%未満では、スケールの成長が十分ではなく、スケール直下におけるNの濃化も不十分となる。一方、O2濃度が10体積%を超える場合も、γ濃化層が得られない場合がある。γ濃化層は、緻密なスケールの形成により初めて得られるのである。このため、雰囲気中のO2濃度は10%以下とする。O2濃度8%以下であるのが好ましく、5%以下であるのがより好ましい。
加熱温度は1200~1300℃とする。加熱温度が1200℃未満では、スケールの成長が十分ではなく、スケール直下におけるNの濃化も不十分となり、γ濃化層が得られない。一方、1300℃を超えると、局所的に深いスケールが形成される異常な酸化が起こる可能性が高まることに加えて、生成スケールが多くなり、材料ロスにより歩留りが低下し、製造コストが嵩む問題がある。加熱温度は1210℃以上であるのが好ましく、1290℃以下であるのが好ましく、1280℃以下であるのがより好ましい。
加熱時の保持時間は5h以上とする。保持時間が5h未満では、スケールの成長が十分ではなく、スケール直下におけるNの濃化も不十分となり、γ濃化層が得られない。一方、30hを超えて加熱しても効果は飽和し、コストが嵩むばかりであるため、製造性の観点から保持時間は30h以下とすることが好ましい。
最終的なγ濃化層の厚さは、熱処理または大きな寸法の変化を伴う熱間圧延後の脱スケール方法に依存する。そして、50μm以上の厚さを残存させることで優れた効果を発現する。
スケールを除去し、必要に応じて冷間圧延を施した後に、N2を含む雰囲気中において、1000~1200℃で1~10min加熱保持してもよい。
加熱保持雰囲気については、N2を含む雰囲気であれば特に制限はない。効率的にN2を吸収させるためには、例えば、75%H2および25%N2からなる雰囲気とすることができる。
加熱温度は1000~1200℃とする。加熱温度が1000℃未満では、十分な量のN2を吸収させることが困難であり、残留応力の増加も不十分となる。一方、1200℃を超えると、窒化物の形成により、充分なN2を固溶させることができず、γ濃化層の厚さを効率的に増加できない。
加熱時の保持時間は10min以内とする。ただし、保持時間が1min未満では、γ濃化層の厚さの増加が不明瞭となり、十分な効果を確認できないため、1分以上が望ましい。一方、10minを超えて加熱しても効果は飽和傾向を示し、コストが嵩むばかりであるため、製造性の観点から保持時間は10min以下とすることが好ましい。ただし、特に厚いγ濃化層が必要となる場合、鋼帯を連続熱処理炉で複数回通板する、または、鋼板をバッジ炉で長時間保持する等により、増厚は可能である。
Claims (11)
- 厚さ方向中心位置におけるオーステナイト相の面積率が35%以上65%未満である金属組織を有する熱間圧延された二相ステンレス鋼であって、
表面から深さ方向に少なくとも50μmまでの領域において、オーステナイト相の面積率が65%以上であるオーステナイト濃化層を有し、
前記厚さ方向中心位置における平均結晶粒径dcと、前記オーステナイト濃化層における平均結晶粒径dsとが、下記(i)式を満足し、
前記厚さ方向中心位置におけるN含有量が、質量%で、0.050%以上である、
二相ステンレス鋼。
0.80≦ds/dc≦1.25 ・・・(i) - 前記オーステナイト濃化層の厚さをtとした時に、
前記表面から深さ方向にtの位置におけるオーステナイト相の面積率より、前記表面から深さ方向にt/2の位置におけるオーステナイト相の面積率の方が高く、
前記表面から深さ方向にt/2の位置におけるオーステナイト相の面積率より、前記表面から深さ方向にt/10の位置におけるオーステナイト相の面積率の方が高い、
請求項1に記載の二相ステンレス鋼。 - 前記表面から深さ方向にt/10の位置におけるオーステナイト相の面積率が90%以上である、
請求項1または請求項2に記載の二相ステンレス鋼。 - 前記厚さ方向中心位置におけるN含有量より、前記表面から深さ方向にt/10の位置におけるN含有量の方が高い、
請求項1から請求項3までのいずれかに記載の二相ステンレス鋼。 - 前記厚さ方向中心位置における化学組成が、質量%で、
C:0.001~0.060%、
Si:0.01~1.50%、
Mn:0.1~6.0%、
P:0.050%以下、
S:0.0050%以下、
Cr:19.0~25.0%、
Ni:1.0~6.0%、
N:0.050~0.25%、
Al:0.003~0.050%、
Ti:0~0.050%、
Nb:0~0.15%、
Mo:0~2.0%、
Cu:0~3.0%、
W:0~2.0%、
Mg:0~0.0050%、
Ca:0~0.0050%、
REM:0~0.30%、
B:0~0.0040%、
残部:Feおよび不純物である、
請求項1から請求項4までのいずれかに記載の二相ステンレス鋼。 - 前記厚さ方向中心位置における化学組成が、質量%で、
Ti:0.01~0.050%、
Nb:0.02~0.15%、
Mo:0.05~4.0%、
Cu:0.05~4.0%、
W:0.05~4.0%、
Mg:0.0002~0.0050%、
Ca:0.0002~0.0050%、
REM:0.005~0.30%、および、
B:0.0003~0.0040%、
から選択される1種以上を含有する、
請求項5に記載の二相ステンレス鋼。 - 冷間圧延された請求項1から請求項6までのいずれかに記載の二相ステンレス鋼であって、
前記厚さ方向中心位置におけるN含有量に対して、前記表面から深さ方向にt/10の位置におけるN含有量が3.0倍以上であり、
前記表面における圧縮残留応力が400MPa以上である、
二相ステンレス鋼。 - 請求項1~4までのいずれかに記載の熱間圧延された二相ステンレス鋼を製造する方法であって、
厚さ方向中心位置におけるオーステナイト相の面積率が35%以上65%未満である金属組織を有し、前記厚さ方向中心位置におけるN含有量が、質量%で、0.050%以上である二相ステンレス鋼に対して、
(a)O2濃度を2~10体積%である雰囲気中において、1200~1300℃で5h以上加熱し、熱間圧延を施す工程と、
(b)ショットブラストを施す工程と、
(c)1~10%佛酸と2~20%硝酸とを含む水溶液をノズルから吹き付けることにより酸洗する工程と、を
順に施す、
二相ステンレス鋼の製造方法。 - 前記厚さ方向中心位置における化学組成が、質量%で、
C:0.001~0.060%、
Si:0.01~1.50%、
Mn:0.1~6.0%、
P:0.050%以下、
S:0.0050%以下、
Cr:19.0~25.0%、
Ni:1.0~6.0%、
N:0.050~0.25%、
Al:0.003~0.050%、
Ti:0~0.050%、
Nb:0~0.15%、
Mo:0~2.0%、
Cu:0~3.0%、
W:0~2.0%、
Mg:0~0.0050%、
Ca:0~0.0050%、
REM:0~0.30%、
B:0~0.0040%、
残部:Feおよび不純物である、
請求項8に記載の二相ステンレス鋼の製造方法。 - 前記厚さ方向中心位置における化学組成が、質量%で、
Ti:0.01~0.050%、
Nb:0.02~0.15%、
Mo:0.05~4.0%、
Cu:0.05~4.0%、
W:0.05~4.0%、
Mg:0.0002~0.0050%、
Ca:0.0002~0.0050%、
REM:0.005~0.30%、および、
B:0.0003~0.0040%、
から選択される1種以上を含有する、
請求項9に記載の二相ステンレス鋼の製造方法。 - 請求項8から請求項10までのいずれかに記載の二相ステンレス鋼の製造方法において、
前記(c)の工程の後に、前記二相ステンレス鋼に対して、冷間圧延を施し、
(d)N2を含む雰囲気中において、1000~1200℃で10min以内の加熱保持する工程を、さらに施して、請求項7に記載の冷間圧延された二相ステンレス鋼を製造する、
二相ステンレス鋼の製造方法。
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