(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ  ：０.０３％以下
Ｓｉ：０.７５％以下
Ｍｎ：１.５％以下
Ｃｒ：２２.５〜３０.０％
Ｎｉ：２０〜３０％
Ｍｏ：４〜８％
Ｎ  ：０.０１〜０.３％
Ｃｕ：０.２〜１.０％
Ａｌ：０.３％以下
を含有し、かつＳの含有量を質量％で０.００１５％以下とすると共に、
横軸にＳ含有量を、縦軸に（Ｌａ＋Ｃｅ）／Ｓをとったとき、図１の点Ｉ，II，III，IＶおよびＶで囲われる領域内となる関係、ただし、図１において、
点Ｉの座標：  Ｓ＝０、（Ｌａ＋Ｃｅ）／Ｓ＝１０
点IIの座標：  Ｓ＝０.０００８３、（Ｌａ＋Ｃｅ）／Ｓ＝１０
点IIIの座標：  Ｓ＝０.００１５、（Ｌａ＋Ｃｅ）／Ｓ＝２０
点IＶの座標：  Ｓ＝０.００１５、（Ｌａ＋Ｃｅ）／Ｓ＝４０
点Ｖの座標：  Ｓ＝０、（Ｌａ＋Ｃｅ）／Ｓ＝４０を表す、
を満足するようにＬａとＣｅの何れか一方若しくは両方を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる熱間加工性に優れた完全オーステナイト系ステンレス鋼。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は海上、海浜地区などの過酷な腐食環境下でも使用可能な耐食性を備え、更に熱間加工性にも優れた高合金オーステナイト系ステンレス鋼に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
オーステナイト系ステンレス鋼は他のステンレス鋼に比較して加工性、溶接性に優れるため広い範囲で用いられてきている。特に、海水と接触する使用条件等、過酷な腐食環境下では、優れた耐食性が要求されるため、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ等を多量に含有し、Ｎを添加することにより耐孔食性、耐隙間腐食性を向上させた高合金オーステナイト系ステンレス鋼が使用されている。
【０００３】
従来、この種の高合金オーステナイト系ステンレス鋼としては、例えばＪＩＳＧ４３０５ではＳＵＳ３１７Ｊ４ＬとしてＣ：０．０３０％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：２．００％以下、Ｐ：０．０４５％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｎｉ：２４．００〜２６．００％、Ｃｒ：１９．００〜２４．００％、Ｍｏ：５．００〜７．００％、Ｎ：０．２５％以下の鋼が規定されている。
【０００４】
また、特公昭６３−５８２１４号公報に開示されている溶接部の耐食性に優れた完全オーステナイトステンレス鋼は、重量％で、Ｃ：０．０４％以下、Ｓｉ：１．５％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｃｒ：１８％〜２５％、Ｎｉ：２０〜３０％、Ｍｏ：４〜８％、Ｎ：０．０１〜０．３％、Ａｌ：０．０２％以下、Ｌａ＋Ｃｅ：０．０１〜０．０６％を含有し、残部鉄および不可避的不純物からなり、
かつ
0003574903.tif 000002
なる関係を満足する組成になっており、さらにＢ：０．０１％以下、Ｃｕ：０．
３〜３％を含有する組成になっている。
【０００５】
以上のような高合金オーステナイト系ステンレス鋼において、熱間加工性を改善させるために、Ｂの添加、Ｃａの添加、Ｍｇの添加、Ａｌの添加、δバランスの規制といった手段も行われている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ＳＵＳ３１７Ｊ４ＬのようにＣｒ、Ｎｉ、Ｍｏ等を大量に含有し、さらにＮを添加した高合金オーステナイト系ステンレス鋼は耐食性に優れるが、高合金のために熱間加工性に劣り、分塊工程、熱間圧延工程などで割れが生じるといった問題がある。
【０００７】
また、特公昭６３−５８２１４号に開示されたステンレス鋼も熱間加工性が十分でなく、熱延工程において割れが発生するなどの問題がある。
【０００８】
従って本発明は、これらの課題を解決し、熱間加工性に優れた高合金オーステナイト系ステンレス鋼を得ることを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、質量％で、
Ｃ  ：０.０３％以下
Ｓｉ：０.７５％以下
Ｍｎ：１.５％以下
Ｃｒ：２２.５〜３０.０％
Ｎｉ：２０〜３０％
Ｍｏ：４〜８％
Ｎ  ：０.０１〜０.３％
Ｃｕ：０.２〜１.０％
Ａｌ：０.３％以下
を含有し、かつＳの含有量を質量％で０.００１５％以下とすると共に、
横軸にＳ含有量を、縦軸に（Ｌａ＋Ｃｅ）／Ｓをとったとき、図１の点Ｉ，II，III，IＶおよびＶで囲われる領域内となる関係、ただし、図１において、
点Ｉの座標：  Ｓ＝０、（Ｌａ＋Ｃｅ）／Ｓ＝１０
点IIの座標：  Ｓ＝０.０００８３、（Ｌａ＋Ｃｅ）／Ｓ＝１０
点IIIの座標：  Ｓ＝０.００１５、（Ｌａ＋Ｃｅ）／Ｓ＝２０
点IＶの座標：  Ｓ＝０.００１５、（Ｌａ＋Ｃｅ）／Ｓ＝４０
点Ｖの座標：  Ｓ＝０、（Ｌａ＋Ｃｅ）／Ｓ＝４０を表す、
を満足するようにＬａとＣｅの何れか一方若しくは両方を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる熱間加工性に優れた完全オーステナイト系ステンレス鋼を提供する。
【００１１】
【作用】
本発明における各成分の限定理由は以下の通りである。
【００１２】
Ｃ：Ｃは耐食性の面から低い方がよいが、製造性を考慮してＣの含有量は０．０３％以下とした。好ましくは０．０２５％以下である。
【００１３】
Ｓｉ：Ｓｉは耐応力腐食割れ性向上に有効に作用する。このためには０．１０％以上、好ましくは０．３０％以上含有させるのがよい。しかし、０．７５％を
越えて含有すると溶接性、加工性が劣化するので、Ｓｉの含有量の上限は０．７５％までとした。
【００１４】
Ｍｎ：Ｍｎは脱酸および熱間加工性の改善、あるいはオーステナイト安定元素として必要であり、少なくとも０．１０％以上含有させるが、過剰に添加すると耐食性を劣化させるので、Ｍｎの含有量の上限は１．５％とした。
【００１５】
Ｃｒ：Ｃｒはステンレス鋼の耐孔食性をはじめ、耐食性を向上させるために極めて重要な元素である。Ｃｒの含有量が２２．５％未満では耐食性が十分でなく、Ｃｒは２２．５％以上含有した方が望ましい。しかし、３０．０％を越えて含
有すると鋼の加工性を劣化させるとともに、オーステナイト組織を維持するために、Ｎｉを多量に添加することが必要となって価格の上昇を招き、また製造性を困難にする。そこで、Ｃｒの含有量は２２．５〜３０．０％の範囲とした。
【００１６】
Ｎｉ：Ｎｉは耐食性の改善、特に活性溶解を抑制するのに有効であり、組織をオーステナイト相に維持するため、最低約２０％程度必要である。しかし、Ｎｉを多量に添加すると価格の上昇を招くので、Ｎｉの含有量は２０〜３０．０％の範囲とした。
【００１７】
Ｍｏ：ＭｏはＣｒ、Ｎｉ、Ｎとともにステンレス鋼の耐食性、特に耐孔食性を向上させるのに有効な元素である。Ｍｏの含有量が４％以下では十分な耐食性が得られず、一方、８％以上になると熱間加工性を阻害する。そこで、Ｍｏの含有量は４〜８％の範囲とした。
【００１８】
Ｎ：ＮはＣｒ、Ｎｉ、Ｍｏとともにステンレス鋼の耐食性、特に耐孔食性を向上させ、また、オーステナイト相安定のために、０．０１％以上含有する必要がある。しかし、０．５％が鋼中に固溶する限度であり、また製造性を考慮すると０．３％以下であることが望ましい。そこで、Ｎの含有量は０．０１〜０．３％
の範囲とした。好ましい範囲は０．０８〜０．３％である。
【００１９】
Ａｌ：ＡｌはＬａ、Ｃｅの酸化を防ぐ目的で少なくとも０．０１％添加する。しかし、Ａｌを多量に添加するとＡｌ２Ｏ３系介在物を生成し、鋼の耐食性、加
工性を劣化させるため、Ａｌの含有量はＬａとＣｅの含有量に見合うように０．３％以下とした。
【００２０】
Ｃｕ：Ｃｕは高Ｃｒ高Ｎｉ高Ｍｏ鋼において耐酸性を向上させるのに有効な元素である。特にＣｕを０．２％以上含有することによりその効果は顕著となる。ただし、１．０％を越えて含有すると熱間加工性に有害となる。そこで、高い耐酸──要求される場合は、０．２〜１．０％のＣｕを含有させることとした。好
ましくは０．３〜１．０％、更に好ましくは０．４〜１．０％を含有させる。
【００２１】
Ｓ：高合金オーステナイト系ステンレス鋼の熱間加工性はＳの粒界偏析によって低下させられる。Ｓは熱間加工性および耐食性に有害であるため、その含有量は低いほどよく、０．００１５％を越えて含有すると特に熱間加工性を劣化させるので、Ｓの含有量は０．００１５％以下とした。
【００２２】
Ｌａ＋Ｃｅ：本発明鋼において、Ｌａ＋Ｃｅは耐食性と熱間加工性の改善、および硫化物生成の低減を目的に添加される。本発明者らは、種々の実験および詳細な検討を行ってきた結果、上記のようにＳの含有量を０．００１５％以下に抑えると共に、Ｓの含有量に応じて一定の範囲量にある（Ｌａ＋Ｃｅ）の１種または２種を含有せしめることによって、鋼の熱間加工性および耐食性を著しく向上できることを見出した。これらの点について以下試験例に基いて説明する。
【００２３】
本発明者らは、表１に示す種々の化学成分値（質量％）の試材鋼について先ず熱間引張試験を行い、各試材の熱間加工性を調査した。各試材は３０ｋｇ高周波真空溶解炉にて溶製して鋳造し、鋼塊から試験片を切出して熱間引張試験を行った。
【００２４】
【表１】
0003574903.tif 000003
【００２５】
熱間引張試験は、柱状晶の成長方向と垂直に荷重を負荷するようにして、平行部１０ｍｍφの試験片を、９００℃，９５０℃、１０００℃、１０５０℃、１１００℃、１１５０℃、１２００℃、１２５０℃の各温度においてひずみ速度１０／ｓｅｃで熱間引張試験し、引張破断させた。そのさい熱延前における加熱を考慮して、１２３０℃で５分間加熱保持した後、５０℃／ｓｅｃの冷却速度で各試験温度まで冷却し、５分間保持の後、破断させ破断面の断面収縮率を求めた。一般に断面収縮率が６０％以上であれば、熱間圧延時に特に問題のない熱間加工性を有していると考えられることから、前記９００〜１２５０℃の温度範囲における断面収縮率の極小値を熱間加工性の指標として用いいた。その結果を表１に示すと共に、図１にまとめて表示した。
【００２６】
以上の実験の結果、Ｓの含有量を質量％で０．００１５％以下に規制するとともに、（Ｌａ＋Ｃｅ）／Ｓの値を以下のように調整すると、断面収縮率が６０％以上の値を示すという知見が得られた。
Ｓ＜０．０００５％のとき
５≦（Ｌａ＋Ｃｅ）／Ｓ≦２００
０．０００５％≦Ｓ≦０．００１５％のとき
１．５×１０４Ｓ−２．５≦（Ｌａ＋Ｃｅ）／Ｓ≦２００
【００２７】
次に、表１の各３０ｋｇ鋼塊から熱間圧延用試片を切出し、熱間圧延を行ったあと、冷間圧延および焼鈍を施して板厚１．０ｍｍの冷延焼鈍板を作製し、耐食性を調べた。耐食性の評価は次の耐酸性試験と耐孔食性試験で行った。
【００２８】
耐酸性試験：８０℃に維持した５０％硫酸溶液中に２４時間浸漬後の腐食減量（ｇ／ｍ２・ｈ）を測定した。
耐孔食性試験：８０℃に維持した６％塩化第二鉄＋Ｎ／２０塩酸の溶液中に２４時間浸漬後の腐食減量（ｇ／ｍ２・ｈ）を測定した。
【００２９】
【表２】
0003574903.tif 000004
【００３０】
これらの耐食性の試験結果を表２に示したが、耐酸性について見ると、前記のＳと（Ｌａ＋Ｃｅ）の関係を満足したうえ、Ｃｕを適量含有したものは、耐酸性試験で腐食減量が２．０（ｇ／ｍ２・ｈ）以下となっており、耐酸性に著しく優れることがわかる。また、耐孔食性について見ると、腐食減量が０．２（ｇ／ｍ２・ｈ）以下の著しく耐孔食性に優れるものは、Ｓと（Ｌａ＋Ｃｅ）の関係を満足したうえ、Ｃｕを適量含有したものであるが、これを整理すると、図１の斜線域内のものであることが明らかとなった。
【００３１】
ここで、図１の斜線域の範囲は、横軸にＳ含有量を、縦軸に（Ｌａ＋Ｃｅ）／Ｓをとったとき、点Ｉ，  ＩＩ，  ＩＩＩ，  ＩＶおよびＶで囲われる領域であり、各点の座標は次のとおりである。
点Ｉの座標：  Ｓ＝０、（Ｌａ＋Ｃｅ）／Ｓ＝１０
点ＩＩの座標：  Ｓ＝０．０００８３、（Ｌａ＋Ｃｅ）／Ｓ＝１０
点ＩＩＩの座標：Ｓ＝０．００１５、（Ｌａ＋Ｃｅ）／Ｓ＝２０
点ＩＶの座標：Ｓ＝０．００１５、（Ｌａ＋Ｃｅ）／Ｓ＝４０
点Ｖの座標：  Ｓ＝０、（Ｌａ＋Ｃｅ）／Ｓ＝４０
【００３２】
図１において、直線Ｉ−ＩＩより上方で耐孔食性に優れる理由としては、Ｓと結合しやすい（Ｌａ＋Ｃｅ）の添加によって、腐食の起点となり耐孔食性に悪影響するＭｎＳ等の非金属介在物の生成を抑制するからであろうと考えられる。また直線  ＩＶ−Ｖより下方で耐孔食性に優れる理由としては、この直線より上方では（Ｌａ＋Ｃｅ）を含む耐孔食性を劣化させる非金属介在物が多くなるのに対し、この直線より下方では少なくなるからであろうと考えられる。
【００３３】
【実施例】
表３に示す化学成分（質量％）を有する１〜１５の試材鋼を、熱間圧延、冷間圧延、焼鈍を行って板厚１.０ｍｍの冷延焼鈍鋼板を製造した。各鋼について、熱間圧延での耳切れ発生の有無を調べて熱間加工性を評価するとともに、冷延焼鈍鋼板での耐食性を評価した。耐食性の評価は、前記同様の条件での耐酸性試験と耐孔食性試験によって行った。また８０℃の２０％ＮａＣｌ溶液における孔食電位（Ｖｃ’）も併せて測定し、孔食の発生を調べた。これらの結果を表４に示した。
【００３４】
【表３】
0003574903.tif 000005
【００３５】
【表４】
0003574903.tif 000006
【００３６】
表４に示すように、鋼１〜１０はいずれも熱間圧延時において耳切れが発生せず、熱間加工性に優れているという結果が得られた。また孔食電位の測定においても孔食の発生がみられず、耐孔食性に優れていることが分かる。更に、耐酸性試験においても、腐食度（単位面積当たりの腐食減量）が５（g/m2・h）以下となり、本発明鋼は耐酸性にも優れている。なお０.２〜１.０％のＣｕを含有する鋼３〜１０の腐食度は２（g/m2・h）以下となり、不純物としてしかＣｕを含有していない鋼１、２の腐食度が２超〜５（g/m2・h）となったのに比べて、より耐酸性に優れているといった結果が得られた。
【００３７】
また耐孔食性試験（浸漬試験）において、鋼１、３、５、６、７および１０は腐食度が０.２（g/m2・h）以下であり、特に耐孔食性に優れている。これらは、いずれも図１の斜線域内の関係を満足している。
【００３８】
これに対して、Ｓの含有量が０．００１８％で本発明鋼の範囲外である比較鋼１１は、耐孔食性、耐酸性は良好であるものの熱延時に耳切れを生じ、熱間加工性に劣った。
【００３９】
（Ｌａ＋Ｃｅ）／Ｓの値が２７６．３で本発明鋼の範囲外である比較鋼１２は介在物の生成量が多く熱間加工性に劣った。
【００４０】
（Ｌａ＋Ｃｅ）／Ｓの値が９．２で本発明の範囲外である比較鋼１３は（Ｌａ＋Ｃｅ）によるＳの固定が十分でなく熱延時に耳切れを生じ、熱間加工性に劣った。
【００４１】
Ｃｒの含有量が１８．５０％で本発明の範囲外である比較鋼１４は、熱間加工性は良好であるものの耐孔食性、耐酸性に劣った。
【００４２】
Ｍｏの含有量が３．４３％で本発明の範囲外である比較鋼１５は、熱間加工性は良好であるものの、耐食性に劣った。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、海上、海浜地区などの過酷な腐食環境下で優れた耐食性を有し、さらに熱間加工性にも優れた高合金オーステナイト系ステンレス鋼を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実験に用いた各試材の断面収縮率を、Ｓ量と（Ｌａ＋Ｃｅ）／Ｓ値の関係を示すグラフにおいて表した図面である。
【図１】
0003574903.tif 000007