(57)【要約】【課題】  高価なＮｉを含まず、安価で熱間加工性に優れ、且つＳＵＳ３０４と同等以上の耐錆性を有するオーステナイト系ステンレス鋼を提案する。【解決手段】  質量％で、Ｃ：０．０３％〜０．１５％、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：２．００％〜７．００％、Ｎｉ：１．００％〜４．００％、Ｃｒ：１５．００％〜２０．００％、Ｃｕ：１．００％〜４．００％、Ｎ：０．０８％〜０．３０％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、下記（１）式に示す値が−０．５〜０．５であり、且つＮｉとＭｎの含有量の和とＣｕの含有量の関係が図１の式（２）〜（５）に含まれる領域を満足することを特徴とする、熱間加工性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼。Ｎｉ＋２７Ｃ＋２３Ｎ＋０．１Ｍｎ＋０．３Ｃｕ−１．２（Ｃｒ＋Ｍｏ）−０．５Ｓｉ＋１０    …  （１）、Ｃｕ≧１．００  …  （２）、Ｃｕ≦０．４（Ｎｉ＋Ｍｎ）＋０．６    …  （３）、Ｃｕ≧−０．５７（Ｎｉ＋Ｍｎ）＋３．０  …  （４）、Ｎｉ＋Ｍｎ≦９．０    …  （５）【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ：０．０３％〜０．１５％
Ｓｉ：１．００％以下
Ｍｎ：２．００％〜７．００％
Ｎｉ：１．００％〜４．００％
Ｃｒ：１５．００％〜２０．００％
Ｃｕ：１．００％〜４．００％
Ｎ：０．０８％〜０．３０％
を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、下記（１）式に示す値が−０．５〜０．５であり、且つＮｉとＭｎの含有量の和とＣｕの含有量の関係が図１の式（２）〜（５）に含まれる領域を満足することを特徴とする、熱間加工性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼。
Ｎｉ＋２７Ｃ＋２３Ｎ＋０．１Ｍｎ＋０．３Ｃｕ−１．２（Ｃｒ＋Ｍｏ）−０．５Ｓｉ＋１０    …  （１）
Ｃｕ≧１．００    …  （２）
Ｃｕ≦０．４（Ｎｉ＋Ｍｎ）＋０．６        …  （３）
Ｃｕ≧−０．５７（Ｎｉ＋Ｍｎ）＋３．０    …  （４）
Ｎｉ＋Ｍｎ≦９．０    …  （５）
【請求項２】
請求項１に加えて、
Ｐ：０．０５０％以下
Ｓ：０．０３０％以下
Ａｌ：０．１００％以下
Ｏ：０．０１０％以下
を含有させたことを特徴とする、熱間加工性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼。
【請求項３】
請求項１または２に加えて、
Ｍｏ：１．００％以下
Ｂ：０．００１％〜０．０１０％
の１種または２種以上を含有させたことを特徴とする、熱間加工性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱間加工性が良好で、かつＳＵＳ３０４と同等以上の耐錆性を有するオーステナイト系ステンレス鋼、特に熱間加工性に優れたオーステナイト系ステンレス棒鋼に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
オーステナイト系ステンレス鋼は、冷間加工性や耐錆性に優れ、様々な製品が化学プラント用のフランジや配管等の様々な用途・環境で使用されており、一般にＳＵＳ３０４に代表されるオーステナイト鋼は、Ｃｒを１８％以上、Ｎｉを８％以上含有している。しかし、近年のＮｉ高騰により、２００系ステンレス鋼に類似した化学成分を有する、省Ｎｉ型の高Ｍｎ高Ｎオーステナイト鋼が各製造メーカーより開発、推奨されている。これらは、オーステナイト形成元素であるＮｉを他のオーステナイト形成元素であるＭｎ、Ｃｕ、Ｎ等で代替するため、Ｎｉ高騰による製品価格面での不安定性は解消されるからである。しかし、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎ等を多量に含有し、Ｎｉの含有量を低減することから、加工性や耐錆性等の特性はＳＵＳ３０４に及ばないことが多い。
【０００３】
例えば、これら省Ｎｉ型の鋼種はＮｉの含有量の低減による延性の低下、且つＣｕ、Ｎの含有量の増加による影響から熱間加工性が悪く、熱間圧延時に有害な割れ・疵を生じやすく、製造時において歩留まりの低下や生産性の低下などが発生し、Ｎｉ節減による原料コストの低減ほど安価にならないなどの問題がある。
【０００４】
例えば、特開２００７−６３６３２号公報（特許文献１）に開示されている、Ｎｉ：２．０％〜５．０％、Ｍｎ：３．０％〜７．０％なるＮｉの含有量を低減し、Ｍｎを多く含有した省Ｎｉ型のオーステナイト系ステンレス鋼が提案されている。ここでは、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎの適当量の代替によって良好な熱間加工性を維持しつつＮｉを節減し得る範囲を求め、δフェライト量、Ｎ及びＳの含有量と熱間加工性の関係を示しているが、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｕの適当含有量のバランスが明確ではなくその効果は十分と言えるものではない。      
【０００５】
また、特開２００８−３８１９１号公報（特許文献２）に開示されているような、Ｎｉ：２．０〜５．０％、Ｍｎ：３．０〜８．０％なる高耐力、ばね性及び加工性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼が提案されているが、熱間加工性に関する記述はほとんどされておらず、依然として熱間圧延時の割れ・疵の発生という問題を解消できていない。
【特許文献１】特開２００７−６３６３２号公報
【特許文献２】特開２００８−３８１９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のような問題を解消するために、本発明者らは、高価なＮｉを含まず、安価で熱間加工性に優れ、且つＳＵＳ３０４と同等以上の耐錆性を有するオーステナイト系ステンレス鋼を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の観点から、まず、高価なＮｉを含まず、Ｎｉ＋２７Ｃ＋２３Ｎ＋０．１Ｍｎ＋０．３Ｃｕ−１．２（Ｃｒ＋Ｍｏ）−０．５Ｓｉ＋１０なる（１）式より求められる値を、−０．５〜０．５となるよう成分設計を行うことによって、オーステナイト相中のδフェライト量を制御する。またその成分設計が、ＮｉとＭｎの含有量の和とＣｕの含有量の関係を示した図１の式（２）〜（５）に含まれる領域を満足し、且つ鋼塊の加熱温度を１２５０℃以上、鍛錬比８０％以上で熱間圧延を行うことにより、良好な熱間加工性を維持しつつ、耐錆性に優れたオーステナイト鋼を製造することができる。
【０００８】
その発明の要旨とするところは、
（１）質量％で、Ｃ：０．０３％〜０．１５％、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：２．００％〜７．００％、Ｎｉ：１．００％〜４．００％、Ｃｒ：１５．００％〜２０．００％、Ｃｕ：１．００％〜４．００％、Ｎ：０．０８％〜０．３０％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、下記（１）式に示す値が−０．５〜０．５であり、且つＮｉとＭｎの含有量の和とＣｕの含有量の関係が図１の式（２）〜（５）に含まれる領域を満足することを特徴とする、熱間加工性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼。
Ｎｉ＋２７Ｃ＋２３Ｎ＋０．１Ｍｎ＋０．３Ｃｕ−１．２（Ｃｒ＋Ｍｏ）−０．５Ｓｉ＋１０    …  （１）
Ｃｕ≧１．００    …  （２）
Ｃｕ≦０．４（Ｎｉ＋Ｍｎ）＋０．６        …  （３）
Ｃｕ≧−０．５７（Ｎｉ＋Ｍｎ）＋３．０    …  （４）
Ｎｉ＋Ｍｎ≦９．０    …  （５）
（２）前記（１）に記載の、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ａｌ：０．１００％以下、Ｏ：０．０１０％以下を含有させたことを特徴とする、熱間加工性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼。
（３）前記（１）または（２）に記載の、Ｍｏ：１．００％以下、Ｂ：０．００１％〜０．０１０％の１種または２種以上を含有させたことを特徴とする、熱間加工性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼にある。
【発明の効果】
【０００９】
以上のように、（１）式に示す値が−０．５〜０．５となるよう成分設計を行うことによって、鋼塊状態の鋳込み方向に対し垂直である鋼塊中心切断面の、中周部におけるδフェライト量が１．０％〜４．０％に制御され、オーステナイト相中に存在するこの少量のδフェライト量が熱間加工性を向上させる。またその成分設計が、ＮｉとＭｎの含有量の和とＣｕの含有量の関係を示した図１の式（２）〜（５）に含まれる領域を満足し、且つ鋼塊の加熱温度を１２５０℃以上とすることにより、Ｃｕが熱間加工性に悪影響を与えることなく、良好な熱間圧延製造を行うことができる。また、Ｃｕを含有することにより耐錆性に優れ、鍛錬比を８０％以上とすることで、製品状態での中周部のδフェライト量を０．１２％とした、ＳＵＳ３０４に類似した用途に使用可能である安価なステンレス鋼を供給できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明についての成分組成の限定理由について説明する。
Ｃ：０．０３％〜０．１５％
Ｃは、オーステナイト相を安定化させる元素である。しかし、０．０３％未満ではその効果が十分でなく、また、その含有量が高すぎると耐錆性を劣化させることから、その上限を０．１５％とした。
【００１１】
Ｓｉ：１．００％以下
Ｓｉは、脱酸元素として有効な元素である。しかし、δフェライトの発生を抑制し、オーステナイト相を得るためには、１．００％以下とする必要があり、また、１．０％を超える添加は熱間加工性を害することから、その上限を１．００％とした。
【００１２】
Ｍｎ：２．００％〜７．００％
Ｍｎは、オーステナイト相を安定化させる元素である。しかし、２．００％未満ではその効果が十分でなく、また、７．００％以上となると耐錆性を劣化させることから、その範囲を２．００〜７．００％とした。
【００１３】
Ｎｉ：１．００％〜４．００％
Ｎｉは、高価な金属であるため、原料のコストを抑えるため、なるべくその使用量を抑制する必要があるが、マルテンサイト変態を抑制し、オーステナイト相を安定化させるための重要な元素である。そのため、本発明では、Ｎｉの含有量の上限を４．００％とすることによって、原料のコストを大幅に低減すると共に、ステンレス鋼としての耐錆性を保持することができる。しかし、良好な熱間加工性や冷間加工性を得るためには必要な元素であり、１．００％以上は添加する必要がある。
【００１４】
Ｃｒ：１５．００％〜２０．００％
Ｃｒは、強力なフェライト形成元素であると同時に保護性の酸化皮膜を生成し、耐錆性を付与する基本元素である。しかし、１５．０％未満では耐錆性が不十分である。また、過剰となるとδフェライト相が生成し熱間加工性が悪化することから、δフェライト相を抑制するために、その上限を２０．００％とした。
【００１５】
Ｃｕ：１．００％〜４．００％
Ｃｕは、オーステナイト相を安定化と耐錆性を改善する元素である。しかし、１．０％未満ではその効果が十分でなく、４．０％を超えると熱間加工性が悪化することから、その上限を４．０％とした。
【００１６】
Ｎ：０．０８〜０．３０％
Ｎは、オーステナイト相の安定化と耐錆性を改善する元素である。しかし、０．０８％未満ではその効果が十分でなく、０．３０％を超えると熱間加工性が悪化することから、その上限を０．３０％とした。好ましくは０．０８％〜０．２５％とする。
【００１７】
Ｐ：０．０５０％以下
Ｐは、熱間加工性には有害な元素であり、特に０．０５０％を超えると悪影響が顕著となるので、その上限を０．０５０％以下とした。
Ｓ：０．０３０％以下
Ｓは、熱間加工性、耐錆性に有害な元素であり、特に、０．０３０％を超えると悪影響が顕著となるので、その上限を０．０３０％以下とした。好ましくは０．０１０％以下とする。
【００１８】
Ａｌ：０．１００％以下
Ａｌは、脱酸、脱窒元素であり、熱間加工性を改善する元素である。しかし、０．１００％を超えると二次酸化の危険性が増すため、その上限を０．１００％以下とした。
Ｏ：０．０１０％以下
Ｏは、その含有量を低くするほどよいが、０．０１０％を超えると熱間加工性が劣化することから、その上限を０．０１０％とした。
【００１９】
Ｍｏ：１．００％以下
Ｍｏは、Ｃｒの酸化保護皮膜を強固にし、耐錆性を著しく改善する効果がある。しかし、１．００％を超えるとδフェライト相が生成し、熱間加工性が悪化することから、δフェライト相を抑制するために１．００％以下とした。
【００２０】
Ｂ：０．００１％〜０．０１０％
Ｂは、熱間加工性を改善する元素である。しかし、０．００１％未満ではその効果は十分でなく、０．０１０％を超えると熱間加工性、耐錆性を悪化させるので、その上限を０．０１０％とした。
【００２１】
Ｎｉ＋２７Ｃ＋２３Ｎ＋０．１Ｍｎ＋０．３Ｃｕ−１．２（Ｃｒ＋Ｍｏ）−０．５Ｓｉ＋１０    …  （１）
上記（１）式の値が−０．５〜０．５となるように成分設計を行うことによって、鋼塊状態の鋳込み方向に対し垂直である鋼塊中心切断面の、中周部におけるδフェライト量が１．０％〜４．０％に制御される。（１）式の値が−０．５未満ではδフェライト量が４．０％を超え、０．５％を超えるとδフェライト量が１．０％未満となり、共に熱間加工性が悪化することから、（１）式の値を−０．５〜０．５とした。
【００２２】
図１は、ＮｉとＭｎの含有量の和とＣｕの含有量の関係を示す図である。すなわち、図１の式（２）〜（５）に含まれる領域を満足することにより良好な熱間加工性を有するオーステナイト鋼が得られることを示すために図式化した図である。式（２）によって示された線は、Ｃｕの下限添加量である。
【００２３】
図１に示す式（３）によって示される線は、製品状態でのδフェライト量が０．１２％以下を満足するための、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕの最低限必要とされる含有量を示している。式（３）に示すよりも各元素の含有量が低い場合は、製品状態でのδフェライト量が安定して０．１２％以下を満足できない。
【００２４】
また、図１に示す式（４）によって示される線は、ＮｉとＭｎの含有量の和に対するＣｕの固溶可能である含有量を示している。オーステナイト相中にＣｕが完全に固溶されていない場合、Ｃｕは熱間加工性を悪化させる。良好な熱間加工性を有するために、Ｃｕの含有量を式（３）より低くする必要がある。
【００２５】
さらに、図１に示す式（５）によって示される線は、ＮｉとＭｎの含有量の和についての上限である。Ｎｉ＋Ｍｎが９を超えると、鋼塊状態でのδフェライト量が１．０％未満となる恐れがあり、良好な熱間加工性が得られなくなるため、Ｎｉ＋Ｍｎ≦９という式（５）より低い含有量とする必要がある。以上より、式（２）〜（５）で囲まれる図１に示す領域を満足することにより、良好な熱間加工性を有するオーステナイト鋼の成分設計が終了する。
【００２６】
鋼塊の加熱温度を１２５０℃以上として熱間圧延を行うことにより、Ｃｕの固溶量を増加させ、且つ、１．０％〜４．０％存在するδフェライトが熱間加工性を改善し、良好な熱間加工性を得ることが可能となる。
【００２７】
（１）式の値を−０．５〜０．５とし、図１の式（２）〜（５）に含まれる領域を満足するように成分設計を行い、鋼塊の加熱温度を１２５０℃以上として熱間圧延を行った後に、８０％以上の鍛錬比で熱間圧延を行うことにより、鋼中のδフェライト量が減少し、製品状態での中周部のδフェライト量を０．１２％以下とすることができる。これによってオーステナイト系ステンレス鋼の特徴である非磁性を確保することが可能となる。
【実施例】
【００２８】
以下、本発明について実施例によって具体的に説明する。
（実施例１）
表１に示す成分組成の鋼を真空誘導溶解炉にて溶製して１００ｋｇの鋼塊とし、鋼塊状  態のδフェライト量を測定した。また、鋼塊に熱処理（１０５０℃で３時間保持し、その後水冷）を施し、熱間加工性試験を実施した。その結果を表２に示す。その試験方法を以下に示す。δフェライト量については、真空誘導溶解炉にて１００ｋｇの鋼塊を溶製後、鋳込み方向に対し垂直である鋼塊中心切断面の、中周部におけるδフェライト量をフェライトスコープにて測定し、５点平均値を用いた。
【００２９】
また、熱間加工性の調査としては、径６ｍｍで長さ１００ｍｍの棒状試験片を作製し、熱処理（１０５０℃で３時間保持し、その後水冷）を施し試験片を供した後、高温高速引張試験を行い、破断した試験片の絞り値を求めることにより、熱間での材料の加工特性を評価した。すなわち、熱間加工性に優れる材料は、ある試験温度での絞り値は１００％に近づくことになる。その試験条件は、１０秒で試験片を各試験温度まで加熱し、各試験温度で３０秒間保持後、各試験温度にて５０ｍｍ毎秒で引張りを行い、その評価方法としては、高温高速引張試験から得られた試験温度１０００℃〜１２５０℃での絞り値を、ＳＵＳ３０４の絞り値を基準として比較評価を行った。その結果を表２に示す熱間加工性として、◎：優れる（絞り値で５％以上の向上）、○：ほぼ同等（絞り値で５％低下の低下〜５％未満の向上）、△：少し劣る（絞り値で５％を超え１０％以下の低下）、×：劣る（絞りで１０％を超える低下）で評価した。
【００３０】
【表１】
2010138419.tif 000003
【００３１】
【表２】
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表１、表２に示すように、Ｎｏ．１〜１３は本発明例であり、Ｎｏ．１４〜２１は比較例である。
【００３２】
比較例Ｎｏ．１４〜Ｎｏ．１６、Ｎｏ．１９は（１）式、図１ともに満足していないため、δフェライト量が１．０％〜４．０％を満足せず、熱間加工性が劣る。比較例Ｎｏ．１７、Ｎｏ．１８、Ｎｏ．２０、Ｎｏ．２１は（１）式もしくは図１を満足していないため、δフェライト量が１．０％〜４．０％を満足した比較例Ｎｏ．１７、Ｎｏ．２０は熱間加工性が少し劣り、δフェライト量を満足しなかった比較例Ｎｏ．１８、Ｎｏ．２１は熱間加工性が劣る結果となった。
【００３３】
（実施例２）
実施例１にて、熱処理を施していない鋼塊を１２５０℃に加熱し、鍛錬比８０％以上で鍛伸後、固溶化熱処理（１０５０℃で２０分保持し、その後水冷）を施し、各種試料を作製した。その各種試料のδフェライト量測定、耐錆性試験を実施した。その結果を表３に示す。その試験方法を以下に示す。δフェライト量は、鍛錬比８０％以上で鍛伸後、固溶化熱処理（１０５０℃で２０分保持し，その後水冷）を行った後、切断面の中周部のδフェライト量をフェライトスコープにて測定し、５点平均値を用いた。
【００３４】
耐錆性試験としては、鍛錬比８０％以上で鍛伸後、固溶化熱処理（１０５０℃で２０分保持し，その後水冷）を行った後、径１２ｍｍで長さ２１ｍｍの棒状試験片を作製し、表面を＃６００にて湿式研磨後、試験片を供した。その試験条件は、ＪＩＳ  Ｚ  ２３７１に規定される中性塩水噴霧試験を、試験条件として塩酸０．１ｍｏｌ／ｌの水溶液を用い、試験時間を９６時間で行った。評価方法としては、試験が終了した試験片の外観より、発錆の有無を確認した。その結果を表３に示す耐錆性として、○：発錆なし、△：少し発錆有り（面積で１０ｍｍ2 未満）、×：広く発錆（面積で１０ｍｍ2 以上）で評価した。      
【００３５】
【表３】
2010138419.tif 000005
表３に示すように、Ｎｏ．１〜１３は本発明例であり、Ｎｏ．１４〜２１は比較例である。
【００３６】
比較例Ｎｏ．１４〜Ｎｏ．１６、Ｎｏ．１９は（１）式、図１ともに満足していないため、製品状態のδフェライト量が０．１２％以上となった。比較例Ｎｏ．１５はＮｉの含有量が低く、局部的に発錆が見られた。比較例Ｎｏ．１６はＭｎの含有量が高く、耐錆性が劣る。比較例Ｎｏ．１８、比較例Ｎｏ．２０は共にＣの含有量が高く、また、比較例Ｎｏ．２０はＮｉの含有量が低いため、耐錆性が劣る結果となった。
【００３７】
以上のように、高価なＮｉを含有することなく、（１）式に示す値が−０．５〜０．５であり、且つＮｉとＭｎの含有量の和とＣｕの含有量の関係が図１の式（２）〜（５）に含まれる領域を満足することによって、熱間加工性が良好で、かつＳＵＳ３０４と同等以上の耐錆性を有するオーステナイト系ステンレス鋼を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】ＮｉとＭｎの含有量の和とＣｕの含有量の関係を示す図である。
【図１】
2010138419.tif 000006