(57)【要約】【課題】  熱交換器用配管に使用する優れた引張特性を有する高耐食性オーステナイト系ステンレス鋼を提供する。【解決手段】  質量％で、Ｃ：０．０２５〜０．０６０％、Ｓｉ：≦１．０％、Ｍｎ：≦２．０％、Ｐ：≦０．０３５％、Ｓ：≦０．０１０％、Ｎｉ：１１．０〜１３．５％、Ｃｒ：１６．５〜１８．０％、Ｍｏ：２．０〜３．０％、Ａｌ：≦０．０４％、Ｔｉ：５×Ｃ〜０．５０％、Ｖ：０．０５〜０．０８％、Ｎ：０．０１０〜０．０２５％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋼を熱間押出にて得ることを特徴とする引張特性に優れた高耐食性ステンレス鋼。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ：０．０２５〜０．０６０％、
Ｓｉ：≦１．０％、
Ｍｎ：≦２．０％、
Ｐ：≦０．０３５％、
Ｓ：≦０．０１０％、
Ｎｉ：１１．０〜１３．５％、
Ｃｒ：１６．５〜１８．０％、
Ｍｏ：２．０〜３．０％、
Ａｌ：≦０．０４％、
Ｔｉ：５×Ｃ〜０．５０％、
Ｖ：０．０５〜０．０８％、
Ｎ：０．０１０〜０．０２５％
を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋼を熱間押出にて得ることを特徴とする引張特性に優れた高耐食性ステンレス鋼。
【請求項２】
請求項１に記載の鋼に加えて、Ｂ：５〜２０ｐｐｍを含有する、引張特性に優れた高耐食性ステンレス鋼。
【請求項３】
請求項１または２に記載の鋼を熱間押出する際、押出後の水冷開始温度を最終の固溶化熱処理温度より４０℃以上高い温度とすることを特徴とする引張特性に優れた高耐食性ステンレス鋼の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、引張特性に優れた高耐食性オーステナイト系ステンレス鋼に関するもので、特に熱交換器用配管に使用される。
【背景技術】
【０００２】
一般に、Ｍｏ、Ｔｉ含有の高耐食性オーステナイト系ステンレス鋼は、Ｔｉの添加効果で溶接時の材料の鋭敏化（耐食性の劣化）が抑制されており、主に腐食性流体の配管に用いられている。しかしながら、Ｔｉは固溶強化元素であるＮと非常に反応し易いため、Ｎ含有量を低く抑えなければならず、この影響で材料の設計強度（耐力）が低い。特に、熱間押出法で単に製管されるこの材料の鋼管の強度は非常に低いのが実状である。
【０００３】
これまでオーステナイト系ステンレス鋼の強度を耐食性の劣化なしに向上させる方策として、主に以下の三つの方法が提案されている。第１は、再結晶温度以下で熱間加工・制御冷却後、析出時効処理する析出強化法である。例えば特開平５−２１４４３９号公報（特許文献１）には、９００〜１０００℃で５０％以上の累積圧下率で熱間加工後、８００℃以下まで５℃／ｓ以上で冷却し、７５０〜８００℃の間の温度で１〜５時間の熱処理を行い、強度及び耐食性の優れたオーステナイト系ステンレス鋼を製造する方法が提案されている。これは、歪みが残留し、かつ粒界炭化物が析出しない温度で熱間加工を行った後、粒界炭化物が析出しないように冷却、最終熱処理で粒内に微細な炭化物を析出させて耐食性を劣化させずに強度を改善する方法である。
【０００４】
第２は再結晶温度以下で熱間加工して歪みを蓄積させ、再結晶や歪みの回復を抑制して制御冷却する転位強化法である。例えば特開平５−３２０７５６号公報（特許文献２）では、１１００〜１３００℃に加熱し、８００〜１０５０℃、鍛造比１．２以上で鍛造した後、８００〜５００℃間を平均５０℃／分以上で冷却して耐海水性に優れた高強度オーステナイト系ステンレス鋼を得る方法が提案されている。すなわち、これは再結晶温度以下の鍛造で導入された加工歪みが回復するのを抑制し、炭化物および窒化物の析出を抑制できる冷却速度で冷却して、オーステナイト系ステンレス鋼の高強度を維持し、靱性及び耐海水性劣化を防止する方法である。
【０００５】
第３は、微細化強化で、微細炭化物を組織内に均一析出させることで結晶粒の均一微細化をはかり高強度化する方法である。例えば特開昭６４−３６７２５号公報（特許文献３）では、最終の熱間加工の加熱温度を高温にして微細化に寄与する元素を固溶させ、最終の圧延を７００℃以下のできるだけ低い温度で終了して急冷し、固溶化熱処理を行って、優れた耐食性と機械的性質を有するγ系ステンレス鋼管を製造する方法が提案されている。これは、Ｔｉ、Ｎｂを添加した材料を高い加熱温度で固溶させた後、熱間加工で加工歪の蓄積をはかり、最終の固溶化熱処理でＴｉ、Ｎｂ炭化物を微細析出させて微細均一な再結晶組織を有するオーステナイト鋼管を得る方法である。
【特許文献１】特開平５−２１４４３９号公報
【特許文献２】特開平５−３２０７５６号公報
【特許文献３】特開昭６４−３６７２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、熱間加工仕上鋼材の強化は主に三つの方法が提案されている。第１は、特許文献１に示すような析出強化法であり、再結晶温度以下で熱間加工・制御冷却後、析出時効処理する方法である。第２は、特許文献２のような転位強化法であり、再結晶温度以下で熱間加工後加工歪みを蓄積させて、耐食性を劣化させる粒界炭化物が析出しないように制御冷却する方法である。第３は、特許文献３のような微細化強化法で、最終の熱間加工の加熱温度を高温にして微細化に寄与する元素を固溶させ、熱間加工で加工歪の蓄積をはかり、最終の固溶化熱処理で組織を微細化させて強化する方法である。しかし、熱間押出法は基本的に材料の加工を再結晶温度以上で行うため、過去に提案されている強化方法を適用できず、材料を強化させることが困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述のような問題を解決するために発明者らは鋭意開発を進めた結果、熱間押出中の材料温度では固溶し難いＶを含むＴｉ炭窒化物（ＴｉＶＣＮ）を微細分散させることで、熱間押出中の動的再結晶の際に組織を均一微細化でき、高強度化をはかる方法を見出した。これは、Ｔｉ添加の高耐食性オーステナイト系ステンレス鋼において、Ｖを狭い範囲で制御することで、ＴｉＶ炭窒化物が均一微細分散した押出素材が調整でき、材料の再結晶温度以下で熱間加工することなく、熱間押出プロセスだけで強化を図る方法である。
【０００８】
強度をさらに高めたい場合には、冷間加工を行いＴｉＣの析出による微細化強化を組み合わせる。この場合、熱間押出後の水冷を最終の固溶化熱処理温度に対して、４０℃以上高い温度から行い、冷間加工を経て固溶化熱処理の際に過飽和分のＴｉＣを粒界やサブグレインに析出させて微細化することにある。
【０００９】
その発明の要旨とするところは、
（１）質量％で、Ｃ：０．０２５〜０．０６０％、Ｓｉ：≦１．０％、Ｍｎ：≦２．０％、Ｐ：≦０．０３５％、Ｓ：≦０．０１０％、Ｎｉ：１１．０〜１３．５％、Ｃｒ：１６．５〜１８．０％、Ｍｏ：２．０〜３．０％、Ａｌ：≦０．０４％、Ｔｉ：５×Ｃ〜０．５０％、Ｖ：０．０５〜０．０８％、Ｎ：０．０１０〜０．０２５％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋼を熱間押出にて得ることを特徴とする引張特性に優れた高耐食性ステンレス鋼。
【００１０】
（２）前記（１）に記載の鋼に加えて、Ｂ：５〜２０ｐｐｍを含有する、引張特性に優れた高耐食性ステンレス鋼。
（３）前記（１）または（２）に記載の鋼を請求項１または２に記載の鋼を熱間押出する際、押出後の水冷開始温度を最終の固溶化熱処理温度より４０℃以上高い温度とすることを特徴とする引張特性に優れた高耐食性ステンレス鋼の製造方法にある。
【発明の効果】
【００１１】
以上述べたように、本発明は熱間押出加工のみで優れた耐食性を劣化させることなく高強度化が実現でき、その結果、鋼材使用量の削減ができる極めて優れた効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係る成分組成の限定理由を説明する。
Ｃ：０．０２５〜０．０６０％
Ｃは、オーステナイト生成元素であり、オーステナイトを維持し、強度の確保のために必要な元素であるが、０．０２５％未満ではその効果が十分でなく、また、０．０６０％を超えると未固溶のＴｉＣが増加して加工性を悪化させることから、その範囲を０．０２５〜０．０６０％とした。
【００１３】
Ｓｉ：≦１．０％
Ｓｉは、脱酸のために必要な元素である。しかし、１．０％を超えると加工性を悪化させることから、その上限を１．０％とした。
Ｍｎ：≦２．０％
Ｍｎは、Ｓｉと同様に、脱酸のために必要な元素である。しかし、２．０％を超えると加工性を悪化させることから、その上限を２．０％とした。
【００１４】
Ｐ：≦０．０３５％
Ｐは、溶接性を悪化させるために、その上限を０．０３５％とした。好ましくは０．０３０％とする。
Ｓ：≦０．０１０％
Ｓは、耐食性や加工性を悪化させるので、その上限を０．０１０％とした。
【００１５】
Ｎｉ：１１．０〜１３．５％
Ｎｉは、オーステナイト組織を得るために必要な元素である。しかし、１１．０％ではその効果が十分でなく、また、１３．０％を超えるとコスト上昇を招くことから、その範囲を１１．０〜１３．５％とした。
Ｃｒ：１６．５〜１８．０％
Ｃｒは、耐食性を得るための元素である。しかし、１６．５％未満では所望の耐食性が得られない。また、多量の添加はＮｉの更なる添加が必要となってコスト上昇を招くことから、その上限を１８．０％とした。
【００１６】
Ｍｏ：２．０〜３．０％
Ｍｏは、耐食性を著しく向上させるための元素である。しかし、２．０％未満では所望の耐食性が得られない。また、多量の添加は加工性を悪化させるとともに、さらにＮｉの添加が必要となってコスト上昇を招くことから、その上限を３．０％とした。
Ａｌ：≦０．０４％
Ａｌは、脱酸が必要な場合に添加する元素である。しかし、過剰な添加は加工性の悪化を招くため、その上限を０．０４％とした。
【００１７】
Ｔｉ：５×Ｃ〜０．５０％
Ｔｉは、Ｖを含む微細なＴｉ炭窒化物を生成させ、熱間押出材の微細化・高強度化に寄与する。また、フリーのＣを固定し鋭敏化による耐食性の劣化抑制にも寄与する元素である。したがって、その下限を５×Ｃとする。しかし、０．５０％を超えると多量のＴｉＣが生成して、加工性を悪化させることから、その上限を０．５０％とした。
【００１８】
Ｖ：０．０５〜０．０８％
Ｖは、押出後の材料の結晶粒度を微細化させて、強度を改善させるために必要な元素である。しかし、０．０５％未満ではその効果が十分でなく、また、０．０８％を超える添加は熱間押出中の微細化に有効な炭窒化物が形成されなくなるため、その範囲を０．０５〜０．０８％とした。
【００１９】
Ｎ：０．０１０〜０．０２５％
Ｎは、ＴｉＶ炭窒化物を生成させて、微細化による強度向上のために添加する。しかし、０．０１０％未満ではその効果が十分でなく、また、０．０２５％を超えると粗大な窒化物が生成し、熱間加工性が悪化することから、その範囲を０．０１０〜０．０２５％とした。好ましくは０．０１０〜０．０２０％とする。
【００２０】
Ｂ：５〜２０ｐｐｍ
Ｂは、固溶化熱処理中に粒界に微細析出してピンニング粒子として微細化に寄与する元素である。そのためには、５ｐｐｍ以上必要である。しかし、２０ｐｐｍを超えると熱間加工性を悪化させるため、その上限を２０ｐｐｍとした。
【００２１】
押出後水冷開始温度：最終の固溶化熱処理温度＋４０℃以上
最終の固溶化熱処理中にＴｉＣを析出させてさらなる微細化強化をはかるため、押出後の水冷開始温度を固溶化熱処理温度よりも高くして、析出元素を固溶化させる。固溶化熱処理温度に対して４０℃以上高い場合に冷間加工材の微細化強化が認められたので、＋４０℃に規定した。
【実施例】
【００２２】
以下、本発明について実施例によって具体的に説明する。
表１に示す成分組成の鋼を１ｔの真空誘導溶解炉でインゴットを製造し、１２８０℃加熱でφ１４０の丸棒に鍛造した。その後、皮むき・穴あけを経て押出用のビレットに調整し、誘導加熱炉で１２１０℃に加熱後、外径３８．０ｍｍ、肉厚５．０ｍｍの寸法に熱間押出した（押出比３３）。押出後速やかに水冷開始温度１０５０〜１１００℃から水冷した。熱間仕上管の評価には、押出・水冷後の鋼管を１０５０℃、１０分水冷による固溶化熱処理した鋼管を用いた。
【００２３】
冷間仕上管の評価には、押出水冷後の鋼管を冷間圧延機で外径２１．３ｍｍ、肉厚２．０ｍｍまで圧延し（減面率７７％）、脱脂後、最終固溶化熱処理（１０５０℃、１０分水冷）した鋼管を用いた。評価は、結晶粒度測定（ＪＩＳＧ  ０５５１）と引張試験（ＪＩＳ  Ｚ  ２２０１  １２号試験片）で行った。判定は熱間仕上鋼管で０．２％耐力が３００ＭＰａ以上の材料を良好とした。その結果を表１に示す。また冷間仕上鋼管は３５０ＭＰａ以上のものを良好とした。その結果を表２に示す。
【００２４】
【表１】
2010202966.tif 000002
表１に、熱間仕上材の場合の本発明例をＮｏ．１〜８に、また、比較例をＮｏ．９〜１２に示す。
【００２５】
表１に示すように、熱間仕上材の場合の比較例Ｎｏ．９はＣ含有量が低いために、結晶粒度番号が小さく、耐力強度が劣る。比較例Ｎｏ．１０はＶ含有量が低いために、結晶粒度番号が小さく、耐力強度が劣る。比較例Ｎｏ．１１はＮ含有量が低いために、結晶粒度番号が小さく、耐力強度が劣る。比較例Ｎｏ．１２はＶ含有量が低いために、結晶粒度番号が小さく、耐力強度が劣る。これに対して１、本発明例であるＮｏ．１〜８はいずれも本発明の条件を満たしていることから、その特性の優れていることが分かる。
【００２６】
【表２】
2010202966.tif 000003
表２に、冷間仕上材の場合の本発明例をＮｏ．１〜５に、また、比較例をＮｏ．６〜８に示す。
【００２７】
比較例Ｎｏ．６は水冷開始温度が低いために、結晶粒度番号が小さく、耐力強度が低い。比較例Ｎｏ．７は水冷開始温度が低いために、結晶粒度番号が小さく、耐力強度が低い。比較例Ｎｏ．８は水冷開始温度が低いために、結晶粒度番号が小さく、耐力強度が低い。これに対して、本発明例であるＮｏ．１〜５はいずれも本発明の条件を満たしていることから、その特性の優れていることが分かる。
【００２８】
以上のように、Ｔｉ添加の高耐食性オーステナイト系ステンレス鋼において、Ｖを制御することで、微細分散したＴｉＶ炭窒化物が形成し、材料の再結晶温度以下で熱間加工することなく、熱間押出プロセスだけで高強度化が図れる。本発明は、余分な熱間加工工程を経ることなく耐食性の優れた高強度鋼管が提供でき、鋼材使用量の削減による工業的な効果は大きいものと見込まれる。
特許出願人  山陽特殊製鋼株式会社
代理人    弁理士    椎  名    彊