WO2017056618A1 - 疲労特性に優れた高強度ステンレス鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Definitions
- Patent Document 3 in the high Si austenitic stainless steels by reducing the total amount of high melting point B 1 type inclusions consisting mainly of alumina technique for improving the corrosion resistance in a high-temperature and high-concentration nitric acid disclosed Has been.
- B 1 type inclusions consisting mainly of alumina technique for improving the corrosion resistance in a high-temperature and high-concentration nitric acid disclosed Has been.
- the reduction and recovery of Cr by Al is not performed, and an Fe—Si alloy having a low Al content of about 0.1% is added (paragraph). 0052, 0053).
- the steel targeted in Patent Document 3 is an austenite single-phase steel having a Ni content of 10% or more (paragraph 0033), and is not a steel type intended to increase strength by forming a work-induced martensite phase.
- % relating to chemical composition means “% by mass” unless otherwise specified.
- steel having the chemical composition shown in the following (A) is targeted.
- A By mass%, C: 0.010 to 0.200%, Si: 2.00% to 4.00%, Mn: 0.01 to 3.00%, Ni: 3.00% to 10% Less than 0.000%, Cr: 11.00 to 20.00%, N: 0.010 to 0.200%, Mo: 0 to 3.00%, Cu: 0 to 1.00%, Ti: 0 to 0 0.008%, Al: 0 to 0.008%, balance Fe and inevitable impurities. Steel types having this composition generate work-induced martensite during cold rolling and increase strength.
- the Si content exceeds 2.00%.
- the Si content is limited to 4.00% or less.
- the steel shown in Table 1 was melted by the VOD process. In each case, the final decarburization process in which oxygen was blown into the Cr-containing molten iron in the VOD facility was completed, and a molten steel having a C content of 0.10% or less having a Cr oxide-containing slag on the molten metal surface was obtained. The C content at this stage is almost equal to the final C content shown in Table 1.
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Abstract
Description
介在物の個数密度はL断面を鏡面研磨した観察面をSEM(走査型電子顕微鏡)により観察することによって測定することができる。介在物の種類がTiN系介在物、あるいはAl,Mgの1種以上を含有するスピネル系介在物であるかどうかの判別は、例えばSEMに付属のEDX(エネルギー分散型蛍光X線分析装置)による元素分析によって行うことができる。
EDX分析の結果、これらの非金属介在物はいずれもTiN系介在物であった。
EDX分析の結果、この非金属介在物はTiN系介在物であった。
〔圧延方向長さが40μm以上である非金属介在物の個数密度の測定方法〕
鋼板の圧延方向および板厚方向に平行な断面(L断面)を鏡面研磨した観察面についてSEM観察を行い、圧延方向長さが100μm以上、板厚方向長さが板厚全長である測定領域を無作為に定め、その測定領域内に全体または一部分が存在する全ての「圧延方向長さが40μm以上である非金属介在物」のうち、その介在物の全体が前記測定領域内に存在する介在物、およびその介在物の一部分が前記測定領域の外にはみ出しているが圧延方向長さの1/2以上の部分が測定領域内に存在する介在物の数をカウントする。この操作を1または重複しない2以上の測定領域について、測定領域の総面積が10mm2以上となるまで行い、各測定領域でのカウント数の総和を測定領域の総面積で除した値を、「圧延方向長さが40μm以上である非金属介在物の個数密度(個/mm2)」とする。
円相当径は、観察面に現れている介在物粒子の投影面積と等しい面積を持つ円の直径に換算した粒子径である。個々の介在物粒子の円相当径は、例えば介在物を撮影したSEM画像をコンピュータで画像処理することにより算出することができる。熱延鋼板における上記介在物の個数密度は以下のようにして求めることができる。
鋼板の圧延方向および板厚方向に平行な断面(L断面)を鏡面研磨した観察面についてSEM観察を行い、無作為に選択した視野内に矩形の測定領域を定め、視野内に観察される、TiN系介在物またはAl,Mgの1種以上を含有するスピネル系介在物であって、かつ円相当径が6.0μm以上である全ての介在物粒子のうち、その粒子の全体が前記測定領域内に存在する粒子、およびその粒子の一部分が前記測定領域の外にはみ出しているが粒子面積の1/2以上の部分が測定領域内に存在する粒子の数をカウントする。この操作を重複しない複数の視野について、測定領域の総面積が200mm2以上となるまで行い、各視野でのカウント数の総和を測定領域の総面積で除した値を、「円相当径が6.0μm以上であるTiN系介在物とAl,Mgの1種以上を含有するスピネル系介在物のトータル個数密度(個/mm2)」とする。
前記の工程で得られた溶鋼を鋳造して鋳片を得る工程、
前記鋳片に、少なくとも熱間圧延を含む熱間加工を施し、熱延鋼板を得る工程、
前記熱延鋼板に、焼鈍および冷間圧延を1回以上行って板厚20~500μmの冷延鋼板とする工程、
を有するステンレス鋼板の製造方法が提供される。
溶鋼中のTi含有量が0.006質量%以下、Al含有量が0.006質量%以下となるように、使用する溶鋼収容容器、副原料および造滓剤を選定することがより好ましい。
前記Fe-Si合金としては、Al含有量が0.05質量%以下、Ti含有量が0.05質量%以下であるものを使用することが望ましい。
なお、スピネル系介在物形成元素であるMgについては、鋼中の含有量を特に規定していないが、上述のようにTi、Alの含有量を低減するために有効な溶鋼収容容器、副原料および造滓剤の選定によって、問題ないレベルに低減できることが確認されている。その場合、鋼中のトータルMg含有量は0.002質量%以下となる。
以下、化学組成に関する「%」は特に断らない限り「質量%」を意味する。
本発明では、下記(A)に示す化学組成の鋼を対象とする。
(A)質量%で、C:0.010~0.200%、Si:2.00%超え4.00%以下、Mn:0.01~3.00%、Ni:3.00%以上10.00%未満、Cr:11.00~20.00%、N:0.010~0.200%、Mo:0~3.00%、Cu:0~1.00%、Ti:0~0.008%、Al:0~0.008%、残部Feおよび不可避的不純物。
この組成を有する鋼種は、冷間圧延時に加工誘起マルテンサイトを生成して強度が上昇する。かつ、その後の時効処理によりC、N等の溶質原子が主としてマルテンサイト相中でコットレル雰囲気を形成して転位を固着し、強度を向上させる作用が生じる(ひずみ時効)。さらに、鋼中に多量に存在するSiがマルテンサイト相や残留オーステナイト相の固溶強化をもたらし、強度向上に寄与する。
Md30=551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-29(Ni+Cu)-18.5Mo …(1)
ここで、(1)式の元素記号の箇所には質量%で表される当該元素の含有量の値が代入される。
鋼中に存在する非金属介在物は、大きく分けて融点が低く軟質なタイプと融点が高く硬質なタイプに分類される。本発明対象鋼の場合、前者の軟質なタイプは主としてCaO-SiO2系のものである。この軟質タイプの介在物は熱間圧延温度で液体であるため熱間圧延時に圧延方向に伸ばされ、その後の冷間圧延ではそれが潰されてさらに細かく分散する。この種の軟質介在物は薄板材の耐疲労特性にほとんど悪影響を及ぼさない。
上述の硬質非金属介在物の粒度分布が適正化されたステンレス鋼板は、一般的なステンレス鋼の溶製設備を利用して製造することができる。代表的にはVODプロセスおよびAODプロセスが挙げられる。いずれにおいても、まず、含Cr溶鉄に酸素を吹き込む脱炭過程を終えた、Cr酸化物含有スラグを湯面上に有するC含有量0.20%以下の溶鋼を製造する。この段階までは、使用する溶鋼収容容器として、付着物などからTiやAlがほとんどあるいは全く混入しない容器を選定することを除き、常法に従って製鋼過程を進めることができる。
Si(in metal)+2O(in metal)=SiO2(in slag) …(2)
この平衡定数Kは下記(3)式のように表される。
K=A(SiO2)/A(Si)/A(O)2 …(3)
ここで、A(X)は成分Xの活量である。(3)式からわかるように、溶鋼中のSi活量(すなわちSi濃度)が高いほど溶鋼中の酸素活量(すなわち酸素濃度)は低い状態で平衡する。そのため、多量のSi源を添加する本発明対象の溶鋼では、低Si含有鋼(例えばSUS304などの一般的な鋼)の場合よりも溶鋼中の酸素濃度が低くなる。
一方、スラグ中のAl酸化物と溶鋼中の酸素との間にも下記(4)式に基づく化学平衡が成立する。
2Al(in metal)+3O(in metal)=Al2O3(in slag) …(4)
この化学平衡により、溶鋼中の酸素濃度が低い場合には溶鋼中のAl濃度が高くなることによって平衡が保たれる。この関係はTiやMgについても同様に当てはまる。すなわち、溶鋼中の酸素濃度が低いと溶鋼中のAl濃度、Ti濃度およびMg濃度が高くなる。
溶鋼中のTi含有量が0.006質量%以下、Al含有量が0.006質量%以下となるようにすることがより好ましい。
得られた鋳片に対して少なくとも熱間圧延を含む熱間加工を施し、熱延鋼板を得る。造塊法の場合は、分塊圧延や熱間鍛造を経た後、熱間圧延を施す。熱間圧延の加熱温度は1100~1250℃、熱延鋼板の板厚は例えば2.5~6.0mmとすればよい。このようにして、圧延方向および板厚方向に平行な断面(L断面)において、円相当径が6.0μm以上であるTiN系介在物とAl,Mgの1種以上を含有するスピネル系介在物のトータル個数密度が0.05個/mm2以下であるステンレス鋼熱延鋼板が得られる。
本発明例では、耐疲労特性の低下要因となる圧延方向長さ40μm以上の硬質非金属介在物の数が、従来例と比べ大幅に減少していた。
Claims (9)
- 質量%で、C:0.010~0.200%、Si:2.00%超え4.00%以下、Mn:0.01~3.00%、Ni:3.00%以上10.00%未満、Cr:11.00~20.00%、N:0.010~0.200%、Mo:0~3.00%、Cu:0~1.00%、Ti:0~0.008%、Al:0~0.008%、残部Feおよび不可避的不純物からなる化学組成を有し、圧延方向および板厚方向に平行な断面(L断面)において、圧延方向の粒子間距離20μm以下、かつ板厚方向の粒子間距離10μm以下で連なっている一群の非金属介在物粒子は1つの非金属介在物であるとみなすとき、圧延方向長さが40μm以上である非金属介在物の個数密度がL断面内で3.0個/mm2以下である、板厚20~500μmのステンレス鋼板。
- 前記の圧延方向長さが40μm以上である非金属介在物は、(i)TiN系介在物粒子、(ii)Al,Mgの1種以上を含有するスピネル系介在物粒子、のうち上記(i)、(ii)の1種または2種を含むものである、請求項1に記載のステンレス鋼板。
- 圧延方向の引張強さが2000N/mm2以上である請求項1または2に記載のステンレス鋼板。
- マトリックス(金属素地)が加工誘起マルテンサイト相とオーステナイト相の混合組織である請求項1または2に記載のステンレス鋼板。
- 含Cr溶鉄に酸素を吹き込む脱炭過程を終えた、Cr酸化物含有スラグを湯面上に有するC含有量0.20%以下の溶鋼に、副原料および造滓剤を投入して成分調整を行うに際し、溶鋼中のTi含有量が0.008質量%以下、Al含有量が0.008質量%以下となるように、使用する溶鋼収容容器、副原料および造滓剤を選定し、副原料として少なくともFe-Si合金を溶鋼中に溶解させて脱酸、スラグ中Crの溶鋼中への還元回収、および鋼中Si含有量の調整を行うとともに、Ca含有造滓剤を投入してスラグ塩基度(CaO/SiO2質量比)を1.3~1.5に調整し、下記(A)に示す化学組成の溶鋼を得る工程、
前記の工程で得られた溶鋼を鋳造して鋳片を得る工程、
前記鋳片に、少なくとも熱間圧延を含む熱間加工を施し、熱延鋼板を得る工程、
前記熱延鋼板に、焼鈍および冷間圧延を1回以上行って板厚20~500μmの冷延鋼板とする工程、
を有するステンレス鋼板の製造方法。
(A)質量%で、C:0.010~0.200%、Si:2.00%超え4.00%以下、Mn:0.01~3.00%、Ni:3.00%以上10.00%未満、Cr:11.00~20.00%、N:0.010~0.200%、Mo:0~3.00%、Cu:0~1.00%、Ti:0~0.008%、Al:0~0.008%、残部Feおよび不可避的不純物。 - 溶鋼収容容器として、容器の内面を構成する耐火物がまだ溶鋼の収容に使用されていないもの(新鍋)を使用する、請求項5に記載のステンレス鋼板の製造方法。
- 前記Fe-Si合金として、Al含有量が0.05質量%以下、Ti含有量が0.05質量%以下であるものを使用する、請求項5に記載のステンレス鋼板の製造方法。
- 前記冷延鋼板に、時効処理を施す工程、
をさらに有する請求項5に記載のステンレス鋼板の製造方法。 - マトリックス(金属素地)が加工誘起マルテンサイト相とオーステナイト相の混合組織であり、圧延方向の引張強さが2000N/mm2以上である鋼板を得る請求項8に記載のステンレス鋼板の製造方法。
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