TWI768941B - 耐疲勞特性優異的析出硬化型麻田散鐵系不銹鋼板 - Google Patents

耐疲勞特性優異的析出硬化型麻田散鐵系不銹鋼板 Download PDF

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Abstract

本發明是一種耐疲勞特性優異的析出硬化型麻田散鐵系不銹鋼板，其具有下述組成：以質量%計，含有0.080%以下的C、0.70～3.00%的Si、3.00%以下的Mn、6.00～10.00%的Ni、10.00%～17.00%的Cr、0.050%以下的P、0.003%以下的S、0.50～2.00%的Cu、0.50～3.00%的Mo、0.15～0.45%的Ti、0.070%以下的Al、0.0020%以下的Ca、0.0020%以下的Mg、0.015%以下的N及0.0070%以下的O，剩餘部分由Fe和不可避免的雜質所組成；存在於母相中的非金屬夾雜物之中，不存在等效圓直徑為10μm以上的非金屬夾雜物，或即使存在等效圓直徑為10μm以上的非金屬夾雜物，其數量密度為0.100個/mm2 以下。

Description

耐疲勞特性優異的析出硬化型麻田散鐵系不銹鋼板
本發明有關一種耐疲勞特性優異的析出硬化型麻田散鐵系不銹鋼板。
析出硬化型麻田散鐵系不銹鋼板由於時效處理前的硬度較低，因此具有優異的衝孔加工性或成形加工性，並且時效處理後能夠顯現高強度，且具有較高的熔接軟化阻抗。
因此，析出硬化型麻田散鐵系不銹鋼板是活用在時效處理前後變化的特性，大量用來作為需要熔接的鋼帶等結構用材料或各種彈簧材料。進一步，亦一併要求這些材料的耐疲勞特性優異。
作為用以提升耐疲勞特性的手段，雖然使存在於母相中的夾雜物變微細是有效的，但是析出硬化型麻田散鐵系不銹鋼板通常包含Si、Cu、Ti作為析出硬化元素，因此有下述傾向：不可避免地混入鋼中的N與Ti反應，從而容易生成粗大且有稜角的TiN的非金屬夾雜物。
又，析出硬化型麻田散鐵系不銹鋼板容易生成氧化物系非金屬夾雜物、或TiN與氧化物的複合氧氮化物的非金屬夾雜物作為脫氧產物，因此為了提升耐疲勞特性，較理想是縮小所有這些非金屬夾雜物的尺寸。
進一步，鋼中含有的Si具有提高Ti的活性度的作用，因此亦存在下述問題：難以抑制TiN或TiN與氧化物的複合氧氮化物的生成和生長。
作為用以使鋼中的TiN夾雜物微細化的手段，例如專利文獻1揭示了一種疲勞特性優異的麻時效鋼(maraging steel)，其呈現麻田散鐵組織，是藉由在熔融鋼中添加Zr來生成微細的Zr氧化物，從而TiN夾雜物以該Zr氧化物作為核心而TiN夾雜物析出微細的晶體，進一步將N固定為ZrN，藉此抑制TiN的形成。
然而，專利文獻1所記載的麻時效鋼是以使用真空電弧再熔煉(vacuum arc remelting)法進行製造作為前提，需要將N含量減少至0.0020質量%以下，當以依通常的製造步驟也就是熔融(電氣爐)、一次精煉(轉爐)、二次精煉(氬氧脫碳(AOD)或真空吹氧脫碳(VOD))及連續鑄造的順序實行的通用的大量生產方式的製造方法來製造析出硬化型麻田散鐵系鋼時，從成本限制的方面來看，這樣的低N含量難以達成，此外，熔融鋼中的Zr的添加亦存在下述問題：連續鑄造時浸漬噴嘴變得容易阻塞。又，專利文獻1所記載的麻田散鐵系鋼由於未含有能夠提高Ti的活性度的Si，因此與含有Si之麻田散鐵系鋼相比，可謂相對容易抑制TiN的生成。
又，專利文獻2揭示一種麻時效鋼的冷軋鋼帶，期藉由添加微量的Mg，縮小了殘留於鋼帶中的氧化物系非金屬夾雜物的尺寸。
然而，專利文獻2所記載的麻時效鋼的冷軋鋼帶亦是以使用真空電弧再熔煉(VAR)法或真空感應熔煉(VIM)法來進行製造作為前提，需要將N含量減少至0.0030質量%以下，存在下述問題：當以具有上述通常的製造步驟之製造方法來製造析出硬化型麻田散鐵系鋼時，從成本限制的方面來看，難以達成這樣的低N含量。又，專利文獻2所記載的麻田散鐵系鋼是以個別的方法來達成縮小氮化物系非金屬夾雜物和氧化物系非金屬夾雜物大小，關於在整體上縮小(微細化)各種非金屬夾雜物的大小這一點並未揭示。此外，由於未含有能夠提高Ti的活性度的Si，可謂相對容易抑制TiN的生成。 [先前技術文獻] (專利文獻)
專利文獻1：日本特開2019-11515號公報 專利文獻2：日本專利第4110518號公報
[發明所欲解決的問題]
本發明的目的在於提供一種耐疲勞特性優異的析出硬化型麻田散鐵系不銹鋼板，就結果而言，其在鋼中含有Si，並且在不過度限制N含量的情形下，例如即使在以依熔融(電氣爐)、一次精煉(轉爐)、二次精煉(AOD或VOD)及連續鑄造的順序實行的通用的大量生產方式進行製造的情況下，仍在整體上縮小(微細化)鋼中包含的氮化物(例如TiN)或氧化物(例如Al2 O3 、 MgO和Ti2 O3 )這樣的不同組成的非金屬夾雜物的大小，藉此能夠限制存在於母相中的較密度。 [解決問題的技術手段]
本發明人針對析出硬化型麻田散鐵系不銹鋼板中的耐疲勞特性的改善專心實行研究，結果發現存在於母相中的非金屬夾雜物之中，不存在等效圓直徑為10μm以上的非金屬夾雜物(以下有時將其稱為「特定非金屬夾雜物」)，或即使存在特定非金屬夾雜物，特定非金屬夾雜物的數量密度為0.100個/mm2 以下是極為有效的，根據所述知識見解，從而完成本發明。
亦即，本發明的要旨構成如以下所述。 (i)一種耐疲勞特性優異的析出硬化型麻田散鐵系不銹鋼板，其特徵在於，具有下述組成：以質量%計，含有0.080%以下的C、0.70～3.00%的Si、3.00%以下的Mn、6.00～10.00%的Ni、10.00%～17.00%的Cr、0.050%以下的P、0.003%以下的S、0.50～2.00%的Cu、0.50～3.00%的Mo、0.15～0.45%的Ti、0.070%以下的Al、0.0020%以下的Ca、0.0020%以下的Mg、0.015%以下的N及0.0070%以下的O，剩餘部分由Fe和不可避免的雜質所組成；存在於母相中的非金屬夾雜物之中，不存在等效圓直徑為10μm以上的非金屬夾雜物，或即使存在等效圓直徑為10μm以上的非金屬夾雜物，其數量密度為0.100個/mm2 以下。 (ii)如上述(i)所述之析出硬化型麻田散鐵系不銹鋼板，其中，將分析前述等效圓直徑為10μm以上的非金屬夾雜物中包含化合物的平均組成成分而獲得的Al2 O3 、MgO及Ti2 O3 的合計質量設為100質量%時，Al2 O3 、MgO及Ti2 O3 的質量比例(%)滿足下述所示的由式(1)～(3)求得的範圍(I)及由式(4)～(6)求得的範圍(II)之中的至少一方的範圍： ＜範圍(I)＞ [Al2 O3 ]＋[MgO]＋[Ti2 O3 ]＝100 ･･(1) [Ti2 O3 ]≧40 ･････････････････(2) [Al2 O3 ]＋[MgO]≦60 ･･･････････(3) ＜範圍(II)＞ [Al2 O3 ]＋[MgO]＋[Ti2 O3 ]＝100 ･･(4) 0≦[Ti2 O3 ]≦100 ･･････････････(5) [Al2 O3 ]／102≧[MgO]／40.3 ･････(6) 其中，[Al2 O3 ]、[MgO]及[Ti2 O3 ]皆表示質量比例(%)。 (iii)如上述(i)或(ii)所述之析出硬化型麻田散鐵系不銹鋼板，其中，存在於前述母相中的前述等效圓直徑為10μm以上的非金屬夾雜物的等效圓直徑為20μm以下。 (iV)如上述(i)、(ii)或(iii)所述之析出硬化型麻田散鐵系不銹鋼板，其中，申克(Schenk)式彎曲扭轉疲勞試驗中，當將在不斷裂的情形下重複次數達到1000萬次的應力設為疲勞極限應力時，疲勞極限應力為550MPa以上。 [發明的功效]
根據本發明，能夠提供一種耐疲勞特性優異的析出硬化型麻田散鐵系不銹鋼板，就結果而言，其在鋼中含有Si，並且在不過度限制N含量的情形下，例如即使在以依熔融(電氣爐)、一次精煉(轉爐)、二次精煉(AOD或VOD)及連續鑄造的順序實行的通用的大量生產方式進行製造的情況下，仍在整體上縮小(微細化)鋼中包含的氮化物(例如TiN)或氧化物(例如Al2 O3 、 MgO和Ti2 O3 )這樣的不同組成的非金屬夾雜物的大小，藉此能夠使母相中不存在較大尺寸的特定非金屬夾雜物，或限制非金屬夾雜物的數量密度。
以下，詳細地說明本發明的析出硬化型麻田散鐵系不銹鋼板的較佳實施形態。根據本發明的析出硬化型麻田散鐵系不銹鋼板是一種耐疲勞特性優異的析出硬化型麻田散鐵系不銹鋼板，其特徵在於，具有下述組成：以質量%計，含有0.080%以下的C、0.70～3.00%的Si、3.00%以下的Mn、6.00～10.00%的Ni、10.00%～17.00%的Cr、0.050%以下的P、0.003%以下的S、0.50～2.00%的Cu、0.50～3.00%的Mo、0.15～0.45%的Ti、0.070%以下的Al、0.0020%以下的Ca、0.0020%以下的Mg、0.015%以下的N及0.0070%以下的O，剩餘部分由Fe和不可避免的雜質所組成；存在於母相中的非金屬夾雜物之中，不存在等效圓直徑為10μm以上的非金屬夾雜物，或即使存在等效圓直徑為10μm以上的非金屬夾雜物，其數量密度為0.100個/mm2 以下。
(1)合金組成 示出本發明的析出硬化型麻田散鐵系不銹鋼板的合金組成及其作用。 本發明的析出硬化型麻田散鐵系不銹鋼板具有下述組成：以質量%計，含有0.080%以下的C、0.70～3.00%的Si、3.00%以下的Mn、6.00～10.00%的Ni、10.00%～17.00%的Cr、0.05%以下的P、0.003%以下的S、0.50～2.00%的Cu、0.50～3.00%的Mo、0.15～0.45%的Ti、0.070%以下的Al、0.0020%以下的Ca、0.0020%以下的Mg、0.015%以下的N及0.0070%以下的O，剩餘部分由Fe和不可避免的雜質所組成。再者，在以下的合金組成的各成分的說明中，將「質量%」僅表示為「%」。
＜C：0.080%以下＞ C(碳)是一種元素，其能夠有效地提升鋼的強度，並且抑制在高溫生成的δ鐵氧體相。然而，如果C含量超過0.080%，則藉由淬火所生成的麻田散鐵相的硬度上升，冷加工變形能力下降。其結果，成形加工性變得不充分，並且固溶化處理後難以利用冷卻來獲得麻田散鐵單相組織。進一步，如果C含量超過0.080%，則在退火狀態下會促進TiC的生成，使韌性下降。因此，C含量是設為0.080%以下。
＜Si：0.70～3.00%＞ Si(矽)是一種元素，其固溶強化能力較大，具有強化基質的作用。又，藉由與Ti和Ni一起複合添加，從而時效處理時發生由Si、Ti、Ni等元素所構成之金屬間化合物的微細整合析出，能夠提升鋼的強度。Si含量為0.70%以上時，會顯著地顯現這樣的作用。然而，如果Si含量超過3.00%，則會助長δ鐵氧體相的生成，強度和韌性下降。因此，Si含量是設在0.70～3.00%的範圍內。
＜Mn：3.00%以下＞ Mn(錳)是一種元素，其具有在高溫區域抑制δ鐵氧體相生成的作用。然而，如果Mn含量超過3.00%，則容易引起熔接部的韌性下降或熔接操作性的下降。因此，Mn含量是設為3.00%以下。
＜Ni：6.00～10.00%＞ Ni(鎳)是一種元素，其有助於析出硬化，能夠抑制δ鐵氧體相的生成。在本發明的析出硬化型麻田散鐵系不銹鋼板中，為了在不使時效硬化能力下降的情形下維持高強度且高韌性，需要含有6.00%以上的Ni。然而，如果Ni含量超過10.00%，則淬火後殘留沃斯田鐵相的量增加，因此無法獲得所需要的強度。因此，Ni含量是設在6.00～10.00%的範圍內。
＜Cr：10.00%～17.00%＞ 為了獲得作為不銹鋼的耐腐蝕性，需要含有10.00%以上的Cr(鉻)。然而，如果Cr含量超過17.00%，則會生成δ鐵氧體相和殘留沃斯田鐵相，成為使熔接部的強度下降的原因。因此，Cr含量是設在10.00～17.00%的範圍內。
＜P：0.050%以下＞ P(磷)是一種元素，其為雜質，製造時會助長熱加工性或凝固龜裂(solidification cracking)，此外，會硬質化而使延展性下降。從此觀點來看，P含量越低越佳，因此將其上限設為0.050%。
＜S：0.003%以下＞ S(硫)是作為MnS等非金屬夾雜物而存在於鋼中，對疲勞強度、韌性、耐腐蝕性等造成不良影響。從此觀點來看，S含量越低越佳，因此將其上限設為0.003%。
＜Cu：0.50～2.00%＞ Cu(銅)是一種元素，其對於確保在亞硫酸氣體系的腐蝕環境下的耐腐蝕性是有效的，如果Cu含量為0.50%以上，則耐腐蝕性變得顯著提升。然而，如果Cu含量超過2.00%，則熱加工性劣化，有時在所加工的素材表面發生裂縫等缺陷，並且，當進行高強度化時，觀察到韌性下降的傾向。因此，Cu含量是設在0.50～2.00%的範圍內。
＜Mo：0.50～3.00%＞ Mo(鉬)是一種元素，其具有提升強度和韌性的作用。為了顯現所述作用，Mo含量需要設為0.50%以上。然而，如果Mo含量超過3.00%，則不僅無法獲得與Mo含量的增加相應的強度和韌性的提升效果，還會助長δ鐵氧體相的生成，熔接部的強度變得容易下降。因此，Mo含量是設在0.50～3.00%的範圍內。
＜Ti：0.15～0.45%＞ Ti(鈦)是一種有助於析出硬化的元素，為了獲得高強度，需要含有0.15%以上的Ti。然而，如果含有超過0.45%的Ti，則因過度的析出硬化反應而發生韌性的下降。因此，Ti含量是設在0.15～0.45%的範圍內。
＜Al：0.070%以下＞ Al(鋁)是作脫氧劑來發揮作用，並生成MgO･Al2 O3 (尖晶石)系夾雜物。為了將存在於鋼中的非金屬夾雜物的組成範圍設在下述第1圖所示的範圍(I)和範圍(II)之中的至少一方的範圍內，需要將Al含量設為0.070%以下，較佳是設為0.040%以下，更佳是在0.020～0.025%的範圍內。
＜Ca：0.0020%以下＞ Ca(鈣)是一種有助於改善熱加工性的元素，但是如果含有超過0.0020%，則容易生成大型的CaO-SiO2 -Al2 O3 系夾雜物，如果所述夾雜物存在於鋼中，則有可能對耐疲勞特性造成不良影響，並且亦容易成為表面瑕疵的發生原因。因此，Ca含量是設為0.0020%以下。
＜Mg：0.0020%以下＞ Mg(鎂)是一種元素，除了有時添加作為脫氧元素以外，還能夠使板坯(slab)的組織微細化，有助於熱加工性、成型性提升，但是如果含有超過0.0020%，則變得容易生成MgO氧化物。所生成的MgO氧化物與MgO･Al2 O3 (尖晶石)系夾雜物同樣地會促進TiN的生成和生長，因此不佳。因此，Mg含量是設為0.0020%以下。
＜N：0.015%以下＞ N(氮)與Ti的親和力較大，作為析出硬化元素來作用的Ti成分的一部分由於TiN的生成而被消耗，並且TiN夾雜物隨著N含量的增加而變大，成為使疲勞強度或韌性下降的原因。因此，N含量越低越佳，但是過度減少會導致成本變高。因此，在本發明中，例如是設在即使在以依熔融(電氣爐)、一次精煉(轉爐)、二次精煉(AOD或VOD)及連續鑄造的順序實行的通用的大量生產方式進行製造的情況下亦容易達成之N含量的範圍內、亦即0.015%以下。
＜O：0.0070%以下＞ O(氧)是氧化物系非金屬夾雜物的構成元素，如果生成較大的氧化物系非金屬夾雜物，則會使鋼的潔淨度惡化，並且成為表面瑕疵發生的原因。因此，O含量越低越佳，具體而言是設為0.0070%以下。
＜剩餘部分：Fe和不可避免的雜質＞ 上述成分以外的剩餘部分是Fe(鐵)和不可避免的雜質。此處所說的不可避免的雜質，表示在製造步驟上可以不可避免地包含的含有等級的雜質。作為可列舉為不可避免的雜質的成分，可列舉例如：硼(B)、釩(V)、鈮(Nb)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、鎢(W)、錫(Sn)、鈷(Co)、銻(Sb)、鉭(Ta)、鎵(Ga)、鉍(Bi)、稀土金屬(REM)等。再者，這些不可避免的雜質的成分含量只要每種成分設為0.5%以下且以不可避免的雜質的成分的總量計為2.0%以下即可。
(2)存在於母相中的非金屬夾雜物 本發明的析出硬化型麻田散鐵系不銹鋼板必須在存在於母相中的非金屬夾雜物之中，不存在等效圓直徑為10μm以上的特定非金屬夾雜物，或即使存在前述特定非金屬夾雜物，前述特定非金屬夾雜物的數量密度為0.100個/mm2 以下。
本發明人針對具有上述組成的析出硬化型麻田散鐵系不銹鋼板，為了提升耐疲勞特性而實行研究，結果發現存在於母相中的非金屬夾雜物之中，如果存在大量的較大尺寸的非金屬夾雜物，則會對疲勞特性造成不良影響。而且，發現藉由母相中不存在等效圓直徑為10μm以上的特定非金屬夾雜物，或即使存在前述特定非金屬夾雜物，將前述特定非金屬夾雜物的數量密度控制為0.100個/mm2 以下，從而耐疲勞特性格外提升。再者，此處所說的「等效圓直徑」，意指換算成具有與出現於觀察面上的非金屬夾雜物的粒子的投影面積同等的面積之圓的直徑而得的值。
又，本發明者進一步詳細地研究，結果發現：對疲勞強度造成不良影響的粗大的非金屬夾雜物是由TiN和氧化物所構成之氧氮化物，其由於氧化物成為核心並促進TiN的生成，而粗大地生長；以及，作為核心的氧化物是與TiN的整合性良好的MgO氧化物或MgO･Al2 O3 (尖晶石)的複合氧化物。
進一步，發現當以質量比例計TiN的量多於氧化物的量時(參照第4圖)，以這樣的方式所生成的粗大的氧氮化物變得非常硬質，因此熱軋或冷軋時亦幾乎不會破碎，在保持粗大(例如等效圓直徑超過20μm的大小)的狀態下殘存於母相中，其結果，對疲勞特性造成不良影響。
相對於此，亦發現當以質量比例計氧化物的量多於TiN的量時(參照第5圖)，所生成的粗大的非金屬夾雜物(氧氮化物)在熱軋或冷軋時變得容易破碎，粗大的非金屬夾雜物變得不易殘存於母相中，其結果，能夠格外提升耐疲勞特性。因此，在本發明中，存在於母相中的特定非金屬夾雜物較佳是等效圓直徑為20μm以下。藉由以這樣的方式控制特定非金屬夾雜物的尺寸(等效圓直徑)，能夠更進一步提升耐疲勞特性。
又，在本發明中，較佳是：將分析母相中的特定非金屬夾雜物中包含的化合物的平均組成成分而獲得的Al2 O3 、MgO及Ti2 O3 的合計質量設為100質量%時，藉由以提高不易成為粗大的特定非金屬夾雜物的核心之氧化物也就是Ti2 O3 或Al2 O3 的存在比例的方式來進行控制，從而限制非金屬夾雜物中包含的TiN、MgO及MgO･Al2 O3 (尖晶石)的存在比例，更具體而言，Al2 O3 、 MgO和Ti2 O3 的質量比例(%)滿足下述所示的由式(1)～(3)求得的範圍(I)及由式(4)～(6)求得的範圍(II)之中的至少一方的範圍。藉此，所生成的粗大的特定非金屬夾雜物由於熱軋或冷軋時變得容易破碎，因此粗大(例如等效圓直徑超過20μm的大小)的特定非金屬夾雜物變得不易殘存於作為最終產品的析出硬化型麻田散鐵系不銹鋼板的母相中，其結果，能夠格外提升耐疲勞特性。
＜範圍(I)＞ [Al2 O3 ]＋[MgO]＋[Ti2 O3 ]＝100　・・(1) [Ti2 O3 ]≧40　・・・・・・・・・・・・・・・・・(2) [Al2 O3 ]＋[MgO]≦60　・・・・・・・・・・・(3) ＜範圍(II)＞ [Al2 O3 ]＋[MgO]＋[Ti2 O3 ]＝100　・・(4) 0≦[Ti2 O3 ]≦100　・・・・・・・・・・・・・・(5) [Al2 O3 ]／102≧[MgO]／40.3　・・・・・(6) 其中，[Al2 O3 ]、[MgO]及[Ti2 O3 ]皆表示質量比例(%)。
第1圖表示本發明的析出硬化型麻田散鐵系不銹鋼板的存在於母相中的構成非金屬夾雜物的Al2 O3 -MgO-Ti2 O3 的三元系狀態圖，關於範圍(I)和範圍(II)，是以各自不同方向的陰影像表示。
如此一來，在本發明中，藉由滿足上述範圍(I)及範圍(II)之中的至少一方的範圍，能夠提升耐疲勞特性，並且，藉由滿足上述範圍(I)及範圍(II)雙方的範圍，能夠進一步提升耐疲勞特性。
為了製造滿足上述範圍(I)及範圍(II)的至少一方的析出硬化型麻田散鐵系不銹鋼板，例如只要控制熔融鋼中、較佳是二次精煉步驟中的熔融鋼中的Al、Ti、O、及爐渣組成即可。
(3)耐疲勞特性 本發明的析出硬化型麻田散鐵系不銹鋼板較佳是：在申克式彎曲扭轉疲勞試驗中，當將在不斷裂的情形下重複次數達到1000萬次的應力設為疲勞極限應力時，疲勞極限應力為550MPa以上；更佳是超過600MPa。第2圖是以存在於母相中的特定非金屬夾雜物的數量密度(個/mm2 )作為橫軸並以疲勞極限應力(MPa)作為縱軸來繪製本發明例和比較例的數據。由第2圖可知，藉由特定非金屬夾雜物的數量密度為0.100個/mm2 以下，從而疲勞極限應力為550MPa以上而較高，獲得良好的耐疲勞特性。又，第3圖是取滿足範圍(I)的情況、滿足範圍(II)的情況、滿足範圍(I)和範圍(II)雙方的情況、以及滿足範圍(I)、範圍(II)以外的範圍的情況作為橫軸並以疲勞極限應力(MPa)作為縱軸來繪圖時的圖。由第3圖可知，在滿足範圍(I)的情況下和在滿足範圍(II)的情況下，疲勞極限應力在550～600MPa的範圍，在滿足範圍(I)和範圍(II)雙方的情況下，疲勞極限應力超過600MPa，獲得優異的耐疲勞特性。再者，析出硬化型麻田散鐵系不銹鋼板的疲勞極限應力是以下述方式定義。首先，對於由板厚為2.7～3.2mm的不銹鋼板所切出的試驗片，使用申克式彎曲扭轉疲勞試驗機(容量為39N･m)，以試驗波形為正弦波形、試驗速度為60Hz、試驗環境為室溫、在大氣中、應力比：R＝－1(交變)的條件實施循環疲勞試驗，測定在1000萬(107 )次時樣品不會斷裂的最大應力，將此測得的應力定義為疲勞極限應力(MPa)。
(4)根據本發明的一實施例的析出硬化型麻田散鐵系不銹鋼板的製造方法 繼而，在下文說明本發明的析出硬化型麻田散鐵系不銹鋼板的較佳製造方法。
能夠利用一般的不銹鋼的熔煉設備來製造本發明的析出硬化型麻田散鐵系不銹鋼板。本發明的析出硬化型麻田散鐵系不銹鋼板的製造方法，可代表性地列舉下述情況：依熔融步驟(電氣爐)、一次精煉步驟(轉爐)、二次精煉步驟(AOD(Argon Oxygen Decarburization)或VOD(Vacuum Oxygen Decarburization))及鑄造步驟(連續鑄造或錠塊鑄造(Ingot Casting))的順序實行。以下，說明下述情況：以電氣爐熔融不銹鋼製鋼用原料後，以轉爐進行一次精煉，繼而，根據VOD法實行二次精煉後，實行連續鑄造。
在熔融步驟中，以電氣爐熔融作為不銹鋼製鋼用的原料的廢鋼或合金，來生成不銹鋼鐵水，將所生成的不銹鋼鐵水注入作為精煉爐的轉爐。
在一次精煉步驟中，實行粗脫碳處理，藉此生成不銹鋼熔融鋼及包含碳氧化物和雜質之爐渣，該粗脫碳處理是藉由對轉爐內的不銹鋼鐵水吹入氧氣來去除所含有的碳。一次精煉步驟中所生成的不銹鋼熔融鋼是出鋼至熔融鋼鍋，來移至二次精煉步驟，此時去除爐渣。
在二次精煉步驟中，將不銹鋼熔融鋼與熔融鋼鍋一起裝入作為真空精煉爐的真空脫氣裝置(VOD)，精加工脫碳處理。然後，藉由對不銹鋼熔融鋼進行精加工脫碳處理，來生成純不銹鋼熔融鋼。尤其，真空脫氣裝置(VOD)是藉由氧氣吹煉來實行脫碳、脫氮至規定濃度為止。此時的熔融鋼溶有大量的吹入的氧氣，因此是以Al、Ti、Si等易氧化元素濃度在實行脫氧後成為規定濃度的方式調整原料並加以投入。夾雜物中的氧化物組成是根據熔融鋼中的Al、Ti、Si、Mg、Ca、O的濃度及爐渣組成來決定。
此時，Mg不可避免地從耐火物中混入，因此現實上難以將Mg濃度設為0。因此，為了將非金屬夾雜物中包含的氧化物的組成控制為滿足上述範圍(I)和(II)的至少一方的範圍，需要控制Al、Ti、O、及爐渣組成。一般而言，熔融鋼中的O濃度會隨著熔融鋼中的Al濃度的上升而下降。又，熔融鋼中的Al濃度的上升會促進耐火物中的MgO的還原，因此熔融鋼中的Mg濃度亦變高。
如果像這樣熔融鋼中的Al和Mg濃度較高，O濃度較低，則難以控制為滿足上述範圍(I)和(II)的至少一方的範圍。因此，根據熔融鋼中的Al濃度來調整CaO的投入量，藉此控制O濃度。爐渣中存在有CaO或Al2 O3 ，但是爐渣中的CaO相對於Al2 O3 的比值(CaO/Al2 O3 )越低，Al2 O3 的活性度越高，熔融鋼中的O濃度越高。實行了各種研究，結果得知下述是有效的：當熔融鋼中的Al濃度為0.020～0.040質量%時，將CaO/Al2 O3 比控制在1.0～2.0的範圍內，並且，當熔融鋼中的Al濃度超過0.040質量%且0.070質量%以下時，相較於熔融鋼中的Al濃度為0.020～0.040質量%而較低的情況，將CaO/Al2 O3 比控制在更狹窄的範圍、較佳是1.0～1.5的範圍內。
鑄造步驟只要根據常規方法來實行連續鑄造即可。例如，能夠從真空脫氣裝置(VOD)中取出熔融鋼鍋，安裝在連續鑄造裝置(CC)，將熔融鋼鍋的不銹鋼熔融鋼注入連續鑄造裝置，進一步藉由連續鑄造裝置所具備的鑄模來製造(鑄造)例如平板狀的不銹鋼片。但是，為了抑制N濃度的上升，較理想是以極力避免熔融鋼與大氣接觸的方式進行。具體而言，較佳是：使用氬(Ar)氣或粉末，來將鋼液分配器(TD)內的熔融鋼密封，抑制N濃度的上升。
然後，對於所獲得的平板狀的不銹鋼片，實施包含熱軋之熱加工，而獲得熱軋鋼板。熱軋的加熱溫度只要設為1100～1250℃即可，熱延鋼板的板厚只要設為例如3.0～7.0mm即可。繼而，對此熱延鋼板實施退火酸洗、冷軋、時效處理，藉此能夠獲得一種耐疲勞特性優異的析出硬化型麻田散鐵系不銹鋼板。包含中間退火步驟在內，冷軋的步驟可實行複數次。各熱處理的步驟後，根據需要而實施酸洗處理。熱處理溫度能夠設為例如900～1100℃、30～150秒，時效處理例如能夠設為400～600℃、10～80分鐘。
以上說明了本發明的實施形態，但是本發明不限定於上述實施形態，而是包含本發明的概念及申請專利範圍中包含的所有態樣，並在本發明的範圍內能夠改變成各種態樣。 [實施例]
繼而，說明本發明例及比較例，以進一步明確本發明的效果，但是本發明不限定於這些實施例。
＜樣品No.1～19(本發明例)及樣品No.20～24(比較例)＞ 首先，以電氣爐熔融不銹鋼製鋼用原料(熔融步驟)。在熔融步驟中，以電氣爐熔融作為不銹鋼製鋼用的原料的廢鋼或合金，來生成不銹鋼鐵水，將所生成的不銹鋼鐵水注入作為精煉爐的轉爐，實行一次精煉(一次精煉步驟)。在一次精煉步驟中，實行粗脫碳處理，藉此生成不銹鋼熔融鋼及包含碳氧化物和雜質之爐渣，該粗脫碳處理是藉由對轉爐內的不銹鋼鐵水吹入氧氣來去除所含有的碳。繼而，實行二次精煉，該二次精煉是藉由真空脫氣裝置(VOD)來對去除爐渣後的不銹鋼熔融鋼實施精加工脫碳處理(二次精煉步驟)。在二次精煉步驟中，VOD是藉由氧氣吹煉來實行脫碳、脫氮至規定濃度為止。此時的熔融鋼溶有大量的吹入的氧氣，因此是以Al、Ti、Si等易氧化元素濃度在實行脫氧後成為規定濃度的方式調整原料並加以投入。繼而，對將成分調整成表1所示的化學組成後的熔融鋼進行連續鑄造，藉此獲得平板狀的不銹鋼片。然後，對於所獲得的不銹鋼片，以1100～1250℃的溫度實施熱軋，繼而，實施900～1100℃、30～150秒的退火後，實施酸洗和冷軋，然後，實施400～600℃、10～80分鐘的時效處理，藉此製作板厚為1.0～3.5mm的析出硬化型麻田散鐵系不銹鋼板(測試板)。
[評估方法] 使用上述各測試板，來實施下述所示的評估。各評估的條件如下所述。
[1]非金屬夾雜物的評估 從所獲得的各測試板的板寬中央部採取40mm方形的觀察用小片，以#120～#1000號的金剛砂研磨紙來研磨所採取的小片的表面後，使用金剛石研磨膏(diamond paste)來實行拋光研磨，而進行鏡面拋光。對於鏡面拋光後的小片的表面，使用能量分散型X射線分析裝置(EDX)，以100倍的倍率在具有1000mm2 的視野面積之視野區域(約32mm×約32mm的正方形區域)觀察任意400～500處。觀察對象設為等效圓直徑為10μm以上的特定非金屬夾雜物，以EDX對所觀察的夾雜物的整體進行。夾雜物一體化者是視為1個，未一體化但鄰近的情況、鄰近的夾雜物之間的最短距離比鄰近的夾雜物的等效圓直徑較小者更短的情況是定義為同一夾雜物，鄰近的夾雜物之間的最短距離比鄰近的夾雜物的等效圓直徑較小者更長的情況則定義為不同夾雜物。再者，分析值是根據ZAF法實行校正。特定非金屬夾雜物的數量密度(個/mm2 )是以相對於視野面積(1000mm2 )的特定非金屬夾雜物的個數來計算。特定非金屬夾雜物的組成是實行以下計算，並求得將Al2 O3 、MgO及Ti2 O3 的合計質量設為100質量%時的質量比例(質量%)。首先，根據理論化學計量比，由EDX分析的N濃度求得特定非金屬夾雜物中的TiN量。具體而言，根據「N濃度(分析值)×Ti原子量／N原子量」，計算作為TiN存在(消耗)的Ti濃度為Ti＊ 。繼而，由Ti濃度(分析值)減去Ti＊ 的數值，計算作為Ti氧化物存在的Ti濃度為TiOX 濃度。繼而，由藉由EDX分析所求得的Al濃度及Mg濃度和TiOX 濃度的數值，換算為Al2 O3 、MgO及Ti2 O3 。最後，求得將Al2 O3 、MgO及Ti2 O3 的合計質量設為100質量%時的質量比例(質量%)。表2中示出特定非金屬夾雜物的數量密度(個/mm2 )、等效圓直徑超過20μm的特定非金屬夾雜物的有無、特定非金屬夾雜物中的Al2 O3 、MgO及Ti2 O3 的質量比例、以及第1圖所示的範圍。又，第1圖的Al2 O3 -MgO-Ti2 O3 的三元系狀態圖中繪製了樣品No.1～24中的特定非金屬夾雜物中的Al2 O3 、MgO及Ti2 O3 的質量比例。
[2]耐疲勞特性的評估 從各測試板切出將軋延方向設為長度方向的規定尺寸的疲勞試驗片，以#600號的金剛砂研磨紙來對表面和端面實施乾式研磨。繼而，實施480℃、1小時的熱處理，然後，進行氣冷至常溫。疲勞試驗是以申克式彎曲扭轉疲勞試驗機來實施。試驗結束是設為斷裂或重複次數達到1000萬次時，並將在沒有斷裂的情形下重複次數達到1000萬次時的應力設為疲勞極限應力(MPa)。再者，試驗環境是設為室溫、大氣中。耐疲勞特性將疲勞極限應力超過600MPa的情況設為優異而評估為「◎」，將疲勞極限應力為550MPa以上且600MPa以下的情況設為良好而評估為「○」，而且將疲勞極限應力小於550MPa的情況設為差而評估為「×」。將評估結果示於表2。又，關於No.1～24，將繪製的相對於存在於母相中的特定非金屬夾雜物的數量密度之疲勞極限應力而得的圖示於第2圖。進一步，將繪製No.1～24的疲勞極限應力而得的圖示於第3圖。
[表1]
Figure 02_image001
[表2]
Figure 02_image003
根據表1和表2以及第1～3圖所示的結果，作為本發明例的樣品No.1～19的化學組成和特定非金屬夾雜物的數量密度皆在適當範圍內，因此疲勞極限應力為550MPa以上，耐疲勞特性為良好以上，尤其是樣品No.15不存在特定非金屬夾雜物，並且樣品No.9～14的特定非金屬夾雜物中的Al2 O3 、MgO及Ti2 O3 的質量比例滿足範圍(I)和(II)雙方，因此疲勞極限應力皆超過600MPa，耐疲勞特性優異。另一方面，作為比較例的樣品No.20～24的特定非金屬夾雜物的數量密度皆在適當範圍外，因此疲勞極限應力小於550MPa，耐疲勞特性較差。
作為參考，針對作為本發明例的樣品No.1～19及作為比較例的樣品No.20～24，標繪在第1圖的Al2 O3 -MgO-Ti2 O3 的三元系狀態圖中。
第4圖是存在於作為比較例的樣品No.23的不銹鋼板中的10μm以上的尺寸的非金屬夾雜物的反射電子組成圖像，第4圖中看起來像黑色的部分是MgO或MgO･Al2 O3 (尖晶石)系的氧化物組成A的部分，看起來像灰色的部分是TiN。又，第5圖是存在於作為本發明例的樣品No.11的不銹鋼板中的10μm以上的尺寸的非金屬夾雜物的反射電子組成圖像，第5圖中看起來像黑色的部分是Ti2 O3 或Al2 O3 的氧化物組成B的部分，看起來像灰色的部分是TiN。
在第4圖所示的比較例(樣品No.23)的情況下，TiN(第4圖的灰色部分)生長於MgO或MgO･Al2 O3 (尖晶石)系的氧化物組成A(第4圖的黑色部分)的周圍，生成了粗大的非金屬夾雜物。另一方面，可知在第5圖所示的本發明例(樣品No.11)的情況下，在Ti2 O3 或Al2 O3 的氧化物組成B(第5圖的黑色部分)的周圍生成的TiN(第5圖的灰色部分)的量較少。
無
第1圖是根據本發明的析出硬化型麻田散鐵系不銹鋼板的存在於母相中的構成非金屬夾雜物的Al2 O3 -MgO-Ti2 O3 的三元系狀態圖。 第2圖是以存在於母相中的特定非金屬夾雜物的數量密度(個/mm2 )作為橫軸並以疲勞極限應力(MPa)作為縱軸來針對表1所示的樣品No.1～24繪圖時的圖。 第3圖是以表1所示的樣品No.1～24作為橫軸並以疲勞極限應力(MPa)作為縱軸來繪圖時的圖。 第4圖是存在於作為比較例的樣品No.23的不銹鋼板中的10μm以上的尺寸的特定非金屬夾雜物的反射電子組成圖像。 第5圖是存在於作為本發明例的樣品No.11的不銹鋼板中的10μm以上的尺寸的特定非金屬夾雜物的反射電子組成圖像。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

Claims (5)

  1. 一種耐疲勞特性優異的析出硬化型麻田散鐵系不銹鋼板，其特徵在於，具有下述組成：以質量%計，含有0.080%以下的C、0.70~3.00%的Si、3.00%以下的Mn、6.00~10.00%的Ni、10.00%~17.00%的Cr、0.050%以下的P、0.003%以下的S、0.50~2.00%的Cu、0.50~3.00%的Mo、0.15~0.45%的Ti、0.070%以下的Al、0.0020%以下的Ca、0.0020%以下的Mg、0.015%以下的N及0.0070%以下的O，剩餘部分由Fe和不可避免的雜質所組成；存在於母相中的非金屬夾雜物之中，不存在等效圓直徑為10μm以上的非金屬夾雜物，或即使存在等效圓直徑為10μm以上的非金屬夾雜物，其數量密度為0.100個/mm2以下。
  2. 如請求項1所述之析出硬化型麻田散鐵系不銹鋼板，其中，將分析前述等效圓直徑為10μm以上的非金屬夾雜物中包含化合物的平均組成成分而獲得的Al2O3、MgO及Ti2O3的合計質量設為100質量%時，Al2O3、MgO及Ti2O3的質量比例(%)滿足下述所示的由式(1)~(3)求得的範圍(I)及由式(4)~(6)求得的範圍(II)之中的至少一方的範圍：<範圍(I)>[Al2O3]+[MgO]+[Ti2O3]=100．．(1) [Ti2O3]≧40．．．．．．．．．．．．．．．．．(2) [Al2O3]+[MgO]≦60．．．．．．．．．．．(3)<範圍(II)>[Al2O3]+[MgO]+[Ti2O3]=100．．(4) 0≦[Ti2O3]≦100．．．．．．．．．．．．．．(5) [Al2O3]/102≧[MgO]/40.3．．．．．(6)其中，[Al2O3]、[MgO]及[Ti2O3]皆表示質量比例(%)。
  3. 如請求項1或2所述之析出硬化型麻田散鐵系不銹鋼板，其中，存在於前述母相中的前述等效圓直徑為10μm以上的非金屬夾雜物的等效圓直徑為20μm以下。
  4. 如請求項1或2所述之析出硬化型麻田散鐵系不銹鋼板，其中，申克式彎曲扭轉疲勞試驗中，當將在不斷裂的情形下重複次數達到1000萬次的應力設為疲勞極限應力時，疲勞極限應力為550MPa以上。
  5. 如請求項3所述之析出硬化型麻田散鐵系不銹鋼板，其中，申克式彎曲扭轉疲勞試驗中，當將在不斷裂的情形下重複次數達到1000萬次的應力設為疲勞極限應力時，疲勞極限應力為550MPa以上。
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