(57)【要約】【課題】  精錬により溶製し、その熱間加工での形状が厚肉であるMo含有18%Cr系ステンレス鋼を、延性を低下させることなくオ−ステナイト系ステンレス鋼の固溶化熱処理設備により熱処理可能とし、同時に耐食性も改善すること。【解決手段】  質量%で、C：0.0200%以下、Si：0.70〜1.00%、Mn：0.50%以下、P：0.040%以下S：0.025%以下、Cu：0.60%以下、Ni：0.60%以下、Cr：17.50〜20.00%、Mo：0.50〜1.30%、N：0.0200%以下、Nb：0.56%以下、O：0.0100%以下、拡散性水素：0.30ppm以下を含有し、かつ(C+N)/Nb：0.085以下であり、残部がFe及び不可避的不純物からなる鋼であって、高温(1010〜1150℃)に加熱し、水冷する熱処理後において高延性を確保することのできる耐食性、延性に優れたフェライト系ステンレス鋼。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、C：0.0200%以下、Si：0.70〜1.00%、Mn：0.50%以下、P：0.040%以下、S：0.025%以下、Cu：0.60%以下、Ni：0.60%以下、Cr：17.50〜20.00%、Mo：0.50〜1.30%、N：0.0200%以下、Nb：0.56%以下、O：0.0100%以下、拡散性水素：0.30ppm以下を含有し、かつ(C+N)/Nb：0.085以下であり、残部がFe及び不可避的不純物からなる鋼であって、高温(1010〜1150℃)に加熱し、水冷する熱処理後において高延性を確保することのできる耐食性、延性に優れたフェライト系ステンレス鋼。
【請求項２】
質量％で、C：0.0200%以下、Si：0.70〜1.00%、Mn：0.50%以下、P：0.040%以下、S：0.025%以下、Cu：0.60%以下、Ni：0.60%以下、Cr：17.50〜20.00%、Mo：0.50〜1.30%、N：0.0200%以下、Nb：0.56%以下、O：0.0100%以下、拡散性水素：0.30ppm以下を含有し、かつ(C+N)/Nb：0.085以下であり、残部がFeおよび不可避な不純物からなる鋼を、熱処理工程において1010〜1150℃に加熱し、水冷することを特徴とする耐食性、延性に優れたフェライト系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、例えば各種ボルト類、各種センサーなどの継手類、および家電用部品類、機械用部品類、構造用部材など、優れた耐食性、延性が要求される各種部品や構造部の素材として用いられるフェライト系ステンレス鋼に関するものであり、特に直径20mm以上の丸棒や、板厚20mm以上の圧延板、フラットバー等比較的厚肉の断面を有する場合であってもオ−ステナイト系ステンレス鋼の固溶化熱処理設備を使用して高い性能を得ることのできる高耐食フェライト系ステンレス鋼に関する。
【背景技術】
【０００２】
フェライト系ステンレス鋼は、SUS304に代表されるオーステナイト系ステンレス鋼と比較して、一般に、応力腐食割れを起こし難く、かつNiを多量に含有しないため安価であることから、自動車部品や家電用部品などの分野で幅広く使用されている。
【０００３】
このようなフェライト系ステンレス鋼において、耐食性の向上はCrおよびMoの増量による効果が大きい。しかし、CrやMoの増量は、耐食性を向上させる反面、鋼材を脆化させ、延性を低下させる。
【０００４】
そのため、フェライト系ステンレス鋼で耐食性と延性の両特性が共に優れた性能を得るためには、単にCrやMoの増量だけでは不充分であり、鋼中に固溶するCおよびN量を低減することや結晶粒の微細化によって、Cr、Mo増量による延性の低下を抑制することが行われている。
【０００５】
例えば、特許文献１においては、平均ｒ値を規定すると共に、TiまたはNbもしくはその両方をC+Nの8倍以上添加することにより、耐食性とプレス成形性を共に高めている。これは、TiやNbがCやNと容易に結合し、鋼中に固溶するC、Nを実質的に低減する作用を利用したものである。その結果、プレス成形性が高まると同時に、溶接熱影響部の粒界耐食性を高めている。
【０００６】
また、特許文献２では、通常、連続鋳造―熱間圧延―焼鈍―冷間圧延―仕上げ焼鈍で作製されるフェライト系ステンレス鋼を、連続鋳造―熱間仕上げ圧延―焼鈍―酸洗で作製するものである。通常の工程において、冷間圧延以後の工程は、加工性と表面性状の改善において重要な役割を果たしている。その工程を省略するために、特許文献２においては、Ｃ＋Ｎ＋Ｏ＋Ｓを0.0100重量％以下に制限すると共に、熱間圧延条件の規定、600℃〜1000℃の焼鈍条件の規定を行い、優れた耐食性を確保しつつ、必要な加工性を付与している。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−３６３７１１号
【特許文献２】特開平７−２６８４８５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、一般的な汎用ステンレス鋼においては、SUS304に代表されるオーステナイト系ステンレス鋼が最も多く用いられている。このオーステナイト系ステンレス鋼は、鋭敏化を防止するべく、通常1010〜1150℃に加熱した後に水冷を施す熱処理を行う。その熱処理に対応した熱処理炉は、一般に広く用いられていおり、生産性の高い設備や水冷時の曲がりを低減する設備等優れたものが数多く存在する。
【０００９】
しかしながら、SUS304の標準的な熱処理である1010℃〜1150℃水冷を、一般的なMoを含有しCr量が18％程度のフェライト系ステンレス鋼に施すと、固溶Ｃ、Ｎ量が増加するため、材料の延性に悪影響を及ぼす。具体的には、板厚が数ｍｍ以下の薄板のような薄肉の断面からなる製品においては、延性低下は小さく、1000℃を超える温度から水冷しても大きな延性低下は起きないが、直径が20mm以上の丸棒や、板厚が20mm以上の圧延板、フラットバー等の場合には、このような固溶C、Nが増加する条件で熱処理を行うと、延性が大きく低下する。
【００１０】
そのため、Cr量が18％程度のMoを含有するフェライト系ステンレス鋼のうち、延性低下の懸念が予想される断面が比較的厚肉の棒鋼、圧延板、フラットバー等においては、JISG4304において、800〜1050℃急冷というように1000℃以上の温度から急冷する場合も含む条件が指定されているにもかかわらず、延性に配慮し、固溶C、N量を減らすべく700℃〜900℃で熱処理を施すことが一般的である。
【００１１】
また、前記特許文献に記載の技術についても、延性を改善するための熱処理については、特許文献１には明確な説明が全く記載されておらず、特許文献２にも、表に記載の数値や記載された説明文より、800℃程度の熱処理を推奨しているものであり、1000℃以上の温度での熱処理をした場合でも延性が低下せずに使用可能かどうかについては、全く検討されていない。
【００１２】
従って、厚肉の材料を扱う引抜や鍛造といった加工工程において、SUS304系オーステナイト系ステンレス鋼用に用いていた既存の熱処理炉を用いることができないことが多く、価格、耐食性、耐応力腐食割れ性等の特性に優れたフェライト系ステンレス鋼の利用を阻む要因の一つとなっていた。
【００１３】
本発明は、前記課題を解決することを目的として成されたものであり、前記したような比較的厚肉の断面を有する棒鋼や圧延板からなるフェライト系ステンレス鋼に対してSUS304等のオ−ステナイト系ステンレス鋼と同様の1010℃〜1150℃加熱後水冷という熱処理を施しても、従来、延性低下を懸念して行われていた熱処理条件である700〜900℃の焼鈍処理をした場合と比較して、延性が低下することなくかつ耐食性を改善可能とするものである。これにより、SUS304と同じ熱処理設備が利用可能となるため、より効率的な生産が可能となり、非常に有利なフェライト系ステンレス鋼及びその製造方法を提供することができるものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記課題を解決するために成された本発明の請求項１の発明は、質量％で、C：0.0200%以下、Si：0.70〜1.00%、Mn：0.50%以下、P：0.040%以下、S：0.025%以下、Cu：0.60%以下、Ni：0.60%以下、Cr：17.50〜20.00%、Mo：0.50〜1.30%、N：0.0200%以下、Nb：0.56%以下、O：0.0100%以下、拡散性水素：0.30ppm以下を含有し、かつ(C+N)/Nb：0.085以下であり、残部がFe及び不可避的不純物からなる鋼であって、高温(1010〜1150℃)に加熱し、水冷する熱処理後において高延性を確保することのできる耐食性、延性に優れたフェライト系ステンレス鋼である。
【００１５】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のフェライト系ステンレス鋼に対して、オ−ステナイト系ステンレス鋼に通常行われている固溶化熱処理(1010〜1150℃加熱後水冷)と同様の条件で熱処理を行うことを特徴とする製造方法である。
上記発明は、本発明者等が熱処理温度と種々の元素の添加量が変化した場合の延性への影響について詳しく調査し、以下の知見を得ることにより完成したものである。
【００１６】
(1)製鋼時には当然の如く還元精錬が行われるが、Cr量が18％程度のフェライト系ステンレス鋼における実際の操業においては、鋼中に存在しているCr酸化物は、完全には還元されないまま残存する場合が多く、結果的にCr酸化物が分散した状態となった場合、それが脆化の原因となり、延性低下の大きな要因となる。本発明者等はこのCr酸化物の残存量に及ぼすCr以外の成分の影響について詳しく調査した結果、Siが0.70〜1.00％であって、Oを0.0100％以下に制限した場合に、Cr酸化物の鋼中分散を少なく抑えることができ、延性低下を防止できることを知見した。
【００１７】
(2)熱処理温度を高めていくと、C、Nの固溶量が増加し、ある温度を境に絞り値等の延性を示す値が大きく低下するが、この境界となる温度に及ぼす成分の影響について詳しく調査した結果、拡散性水素量の影響が非常に大きいことを知見した。
【００１８】
この拡散性水素は、製鋼時には当然の如く行われる精錬により、特に意図しなくても含有されることとなる。そして、熱間圧延等の加工後における断面寸法が大きくなるほど、鋼中に含有する水素は外部に排出されにくくなり、材料の厚みや幅や径が少なくとも20mm以上の場合において、SUS304と同様の熱処理(1010〜1150℃加熱後水冷)を施した場合、延性に対して明確に悪影響を及ぼす程度の量の拡散性水素が材料内部に残留することとなる。本発明者等はこの拡散性水素量の上限を厳しく管理し、一定量を超えて含有する場合には、脱水素処理により上限を厳しく規制することによって、前記境界温度が大きく上昇することを知見したものである。
【００１９】
特に従来のように700〜900℃に加熱し、空冷する熱処理を行う場合には、空冷途中に拡散性水素が放出する時間的余裕があるため、仮に拡散性水素を多く含む鋼を用いた場合であっても、熱処理後においては、自動的に水素が十分低減することになり、かつC、Nの固溶量も少なくなるため、延性低下の問題は、ほとんど問題とはならなかった。また、700〜900℃に加熱し、水冷する熱処理を行う場合でも前記と同様に固溶C+N量が少なくなり、その場合には拡散性水素を多く含んでいても延性低下への影響が小さいものとなるため、延性に及ぼす拡散性水素量の影響は全く問題視されていなかった。
【００２０】
また、材料の厚みや径が小さい場合、応力を受ける部位が周囲の部位に拘束され難いため、材料表面での変形による応力の緩和を得易いことに加え、材料内部から表面までの距離が短いため、拡散性水素が容易に大気中に放出されやすく、薄板においては、拡散性水素の存在による延性低下への影響はあまり問題となることはなかった。
【００２１】
しかし、本発明では、20mm以上の直径からなる棒鋼又は20mm以上の板厚を有し、18％Cr及びMoを含有するフェライト系ステンレス鋼を延性低下という問題を生じることなく、オ−ステナイト系ステンレス鋼と同じ固溶化熱処理設備で熱処理可能にすることを目的としているため、700〜900℃に加熱し、空冷した場合のように、熱処理によって自動的に水素が放出されることはあまり期待できず、かつ固溶C+N量も多くなってしまうため、そのままでは延性が大きく低下することになる。そこで、本発明では、熱間圧延後において、延性低下が懸念される程度に拡散性水素を含有している場合には、熱処理前かその直後に100〜300℃程度の温度に加熱して、拡散性水素を除去することにより、オ−ステナイト系ステンレス鋼と同じ熱処理を行った場合でも、大幅な延性向上を可能にしたものである。
【００２２】
(3)前記(1)、(2)に記載の知見を考慮し、成分の最適化を図った上で、さらに鋼中に固溶するC、Nの低減を図るため、Nbを添加し、(C+N)/Nb＜0.085の条件を満足するようにC、N、Nb量を調整した場合には、1010℃〜1150℃にて加熱後水冷するという、オ−ステナイト系ステンレス鋼における固溶化熱処理と同じ条件で熱処理を行った場合であっても、優れた延性を付与できることが明らかとなった。
【００２３】
次に、本発明の各成分範囲の限定理由について説明する。
C：0.0200%以下
Cは、添加しなくても若干量の含有が避けられない不可避元素であるが、冷間加工性、延性及び耐食性、特に溶接熱影響部の耐食性を著しく劣化させる元素であり、本発明で最重視している特性のほとんどに対し悪影響を及ぼす元素である。特にCは、鋼中に多く含有すると熱処理後に固溶する量が増加するため、拡散性水素量を低減し、かつNb添加によりC、Nの固溶量の低減を図った場合であっても、優れた延性を確保することが困難となるので、極力低減することが不可欠であり、その上限を0.0200%とした。
【００２４】
Si：0.70〜1.00%、
Siは、ステンレス鋼の還元精錬時に還元剤として不可欠となる元素である。Si量が少ないと還元精錬を十分に行っても鋼中に延性を阻害するCr酸化物が分散し、延性が大きく低下する。そこで、脆化原因となるCr酸化物が還元精錬後に多量に分散することを防止するために、Siを0.70％以上添加することとした。しかし、添加量を増加しすぎるとCr酸化物の分散が抑制できるが、延性が低下するので、上限を1.00％とした。
【００２５】
Mn：0.50%以下
Mnは、Sと結合してMnSとなって鋼中に存在し、被削性を改善する効果を有する元素である。しかし、多大なMnSの析出は耐食性を低下させると共に延性を損なうため、耐食性、延性の両方を重視する本発明においては、その添加量を抑制する必要があり、その上限を0.50％とした。
【００２６】
P：0.040%以下
Pは、製造上少量の含有が避けられない不可避元素であるが、延性を著しく劣化する元素であるとともに、溶接割れを生じやすくする元素でもある。従って、極力低減することが望ましい。しかしながら、あまりに上限値を低く設定すると製造が難しくなり、コスト上昇の原因となるため、その点を考慮して上限を0.040％とした。
【００２７】
S：0.025%以下
Sは、Mnと結合してMnSを形成し、被削性を改善する。しかし、多大なMnSの析出は耐食性を低下させると共に延性を損なうため、その上限を0.025％とした。
【００２８】
Cu：0.60%以下
Cuは、精錬により除去が難しい元素であり、スクラップを使用して製造する場合、少量の含有が避けられない元素であるが、耐食性及び延性を向上させる元素でもある。従って、耐食性、延性の改善を図りたい場合には、必要に応じ適量添加することができる。しかしながら多量に添加してもコスト増に見合った効果が得られないため、上限を0.60%とした。
【００２９】
Ni：0.60%以下
Niは、耐食性および冷間加工性を向上させる元素であり、固溶強化にも有効である。しかし多大な添加は、経済性の面で不利であるため上限を0.60%とした。
【００３０】
Cr：17.50〜20.00%
Crは、良好な耐食性を得るために17.50%以上添加する。しかし、添加量を増加すると耐食性は向上するが延性が低下し、拡散性水素の低減等他の延性改善対策を行っても、1010〜1150℃での熱処理後に優れた延性を確保することが難しくなるので、上限を20.00%とした。
【００３１】
Mo：0.50〜1.30%
Moは、耐食性の向上と固溶強化による強度改善に効果的な元素であり、0.50%以上添加することが必要である。しかし、Moは高価な元素であり、多大な添加は、経済性の面で不利であると共に、延性低下の原因となるため、上限を1.30%とした。
【００３２】
N：0.0200%以下、
Nは、製造上不可避に含有する元素であるが、冷間加工性、延性および耐食性を大きく低下する元素である。特にその中でも溶接熱影響部の耐食性に対しては、大きな悪影響を及ぼすこととなる。従って、Cと同様に1010〜1150℃での熱処理後に優れた延性と耐食性を確保するためには、できるだけ低減する必要があり、上限を0.0200%以下とした。
【００３３】
Nb：0.56%以下(但し、(C+N)/Nbが0.085以下)
Nbは、CおよびNと親和力の強い元素であるため、添加すると炭窒化物を形成して固溶CおよびＮ量を低減させる効果のある元素である。そして、Nb添加による固溶C、Nの低減により、延性を高めることができる。このNb添加による効果は、添加量が少量であっても勿論得ることができるが、本発明では、前記した通りオ−ステナイト系ステンレス鋼と同一条件での熱処理を可能にすることを目的としているため、Nb添加による効果をある程度大きくしておく必要があり、 (C+N)/Nbが0.085以下となるように添加することとした。しかし、Nb添加量を多くしすぎると、固溶C、Nの低減による効果が飽和し、Nb自身の影響によって冷間加工性、熱間加工性が低下するため、上限を0.56%とした。
【００３４】
O：0.0100%以下
本発明では、1010〜1150℃という通常に比べ高温で熱処理しても優れた延性を確保可能とするため、脱酸に必要な元素であるSiを0.70%以上添加し、還元精錬を十分に行って、延性低下の原因となるCr酸化物の生成を防止することを特徴としている。Cr酸化物の生成を防止するためには、O含有率の上限を厳しく管理する必要があり、その上限を0.0100％とした。
【００３５】
拡散性水素：0.30ppm以下
拡散性水素は、本発明においては鋼中に固溶している水素のうち、材料を室温から400℃まで10℃/minの昇温速度で加熱した場合に放出される水素と定義し、延性を著しく害する原因となる成分である。そして、拡散性水素は、製鋼時に精錬を行うことによって、意図しなくても鋼中に含有されることになる。また、圧延前の加熱にCOGガスを燃料とする加熱炉を用いる場合には、ステンレス鋼中の水素濃度は、他の燃料を使用する場合と比較して高くなり、延性低下の原因となるため、注意が必要である。また、圧延後温度が高い状態の材料を、材料に散水や送風することで冷却し、積載、運搬しやすくする場合、圧延後の冷却速度が速いため、拡散性水素が放出され難くなり、延性低下の原因となるため、注意が必要である。
【００３６】
さらに、本発明では、通常では必要な延性が確保できないため実施されていない1010〜1150℃での熱処理を可能にすることを目的としているため、それを達成するためには、拡散性水素を0.30ppm以下に制限することが不可欠となる。なお、拡散性水素量は、最終的に0.30ppm以下となっていれば優れた延性を得ることができるため、もし、圧延終了後において拡散性水素濃度が0.30ppm以上であった場合には、1010℃〜1150℃の熱処理前又はその直後に、100〜300℃にて被処理物の大きさに応じ適した時間加熱保持することにより、拡散性水素濃度を0.30ppm以下に低減しておくことが必要である。これにより、1010〜1150℃という高温加熱及び急冷する熱処理を行った場合でも、優れた延性を確保することが可能になる。
【００３７】
次に、成分以外の条件の限定理由について説明する。
熱処理条件を1010℃〜1150℃としたのは、何度も強調して説明しているように、本発明が、SUS304等のオ−ステナイト系ステンレス鋼で使用する熱処理設備にて条件を変更することなく処理可能とすることを目的としており、前記条件は、その一般的な条件を示したにすぎないものである。具体的には、上記温度まで加熱し、所定の温度に到達した後、その温度で60秒以上温度を保持した後、水冷するという条件で熱処理することにより、炭窒化物の固溶が進み、通常の700〜900℃で熱処理した場合と比較して、優れた耐食性を確保することができるものである。
【００３８】
また、一般にフェライト系ステンレス鋼においては、結晶粒が粗大になると、優れた延性が得られなくなることが知られている。しかしながら、本発明で提案しているように、拡散性水素を低減し、他の成分も最適化を図った鋼では、粒度番号が１〜２程度の粗粒であっても、優れた延性を確保できる。但し、粒度が粗粒になると、塑性変形時に肌荒れが生じることがあるので、その点を考慮すると、熱処理後の結晶粒度番号を４以上とすることが望ましい。なお、結晶粒度番号を４以上の微細状態とするためには、熱処理前の材料に、十分な歪を導入し、熱処理中に再結晶が起きるようにすれば良い。具体的には、熱間圧延時に、再結晶していない十分な量の歪が残存した状態となるように圧延条件を設定してもよいし、冷間引抜等の冷間加工によって歪を付与してもよい。これにより、熱処理後における結晶粒度番号を４番以上とすることができる。
【００３９】
以上説明したように、1010〜1150℃という高温で熱処理した場合でも優れた延性が確保されるよう成分の最適化(C、N量の低減とNbの添加、拡散性水素の低減)を図っているので、高温で熱処理しても優れた延性を確保することができる。
【実施例】
【００４０】
次に本発明鋼の特徴を比較例、従来例と比較して実施例により説明する。表１は、実施例として使用した供試鋼の化学成分を示すものである。なお、拡散性水素量は、熱処理前後で差異が生じるが、表１に示した拡散性水素量は、後述の表２に記載の条件による熱処理を行った後、引張試験等の評価用試験片作製を行う際に、同時に分析用試験片を準備して、測定した結果である。
【００４１】
【表１】
2006241532.tif 000002
【００４２】
表１に示した供試材のうち、A〜K鋼は、本発明で指定した成分の条件を満足する鋼であり、L〜S鋼は、一部の成分が、発明の範囲外となっている鋼である。
【００４３】
表１に示した供試材は、電気炉にて溶解し、AODにて精錬後、圧延してφ24の丸棒を製造することにより準備した。なお、圧延後の材料冷却は、強制空冷である。この準備をする際、一部の供試材については、圧延の最終パスの条件を調整して未再結晶の歪の影響が残存した状態となるようにし、粒度が微細になるよう配慮した。逆に他の一部の供試材については、最終熱処理の前に1150℃で加熱保持して結晶粒が意図的に粗大になるような処理を行った。これは粒度の変化による延性への影響を正確に把握するためである。この丸棒について、表２に示すように熱処理を行った後、延性と耐食性について後述の評価を行った。なお、表２に示す各供試材のうち、熱処理時の冷却条件が水冷のものについては、冷却途中に拡散性水素が放出される時間的余裕がないため、表２に示す熱処理前に200℃に２時間加熱する水素放出処理を行った。但し、一部の試験片については、拡散性水素の存在の影響を明確に把握するために、意図的に水素放出処理を行わずに、表２の熱処理を行い、後述の評価を行った。また、熱処理時の冷却条件が空冷のものについては、冷却時に水素が放出される時間的余裕があるため、前記した水素放出処理は行わずに実験を行った。
【００４４】
次に評価方法について説明する。
既に説明したように、優れた延性が確保できるかどうかは、還元精錬が十分に行われ、Cr酸化物の生成を防止することができたか否かが大きな問題となる。そこで、Cr酸化物の生成の有無を確認するために、圧延後の丸棒を適当な長さに切断して、走査型電子顕微鏡で観察し、必要に応じ成分分析を行うことによって鋼中にCr酸化物が存在していないかを調査した。
【００４５】
また、耐食性については、５％NaCl水溶液(35℃)を用いて96時間の塩水噴霧試験(JISC0023に準拠)を行い、試験直後の錆び発生の面積率が1.5％以下のものを◎、1.5％超〜２％以下のものを○、２％を超えるものを×として評価した。
【００４６】
延性については、平行部径φ8のJIS14A号試験片を作製し、引張試験により得られた伸びと絞りにより評価した。なお、引張試験片は、クーラントにより材料を冷却しながら機械加工により作製した。これにより試験片は平行部径φ8mmであるが、減径加工による拡散性水素の放出の影響を抑制している。そして加工後の拡散性水素の放出による影響がないよう、加工後7日以内に引張試験を行った。
【００４７】
試験結果から優れた延性が確保されていると判断するためには、従来のように、700〜900℃にて熱処理した場合に得られる伸び、絞りと同等かそれ以上であることが必要であり、具体的には、伸び率で30％以上、絞り率で70％以上であることが要求される。また、引張試験終了後、試験片のチャック部を切断、研摩して光学顕微鏡により結晶粒度番号を測定した。結果を表２に示す。
【００４８】
【表２】
2006241532.tif 000003
【００４９】
本実施例では、前記したように一部の供試材の準備の際には、圧延後に歪の影響が残存するように最終圧延パスの条件を調整しているので、それらの供試材については、結晶粒度番号は全て5番以上となっていた。一方、意図的に結晶粒が粗大となるよう処理をしたものは、粒度が１〜２となり、他の供試材に比較して明確に粗大となっていた。しかし、粒度が微細であるか粗大であるかに関係なく、本発明の条件を満足しない実施例については、優れた特性を得られないことが判明した。以下、その点について説明する。
【００５０】
表２に示した比較例のうち、試験No.27〜32は、本発明と同様に1010℃に加熱し水冷する熱処理を行った実施例であるが、一部の成分が本発明の範囲外となっている比較例である。このうち、No.27は、あらかじめ脱水素処理を行うことなく、1010℃加熱、水冷の熱処理を行ったため、拡散性水素量が0.91ppmと多く、その結果絞りが大きく低下したものであり、試験No.28〜30は、Nb含有率に比較してC、Nの合計含有率が高く、Nb添加による固溶C、N量の低減が不十分となったため、No.27と同様に延性が低下したものであり、試験No.31、32は、Si含有率が低く、還元精錬が不十分となったため、Cr系酸化物の生成を抑制することができず、延性が低下したものである。試験No.32の引張試験後の試験片の引張方向断面において、試験片破面からおよそ5mm離れた部位のCr酸化物の様子を図１に示す。図中左右が引張の方向であり、Cr酸化物が破砕し、そのワレが母相に伝播している様子が判る。
【００５１】
また、試験No.25、26は、試験No.27と同様に脱水素処理を行わずに評価した比較例であるが、No.27と比較してさらに熱処理温度を高くした場合の影響を調べたものである。この結果より、熱処理温度が1100℃、1150℃と高くした場合には、C、Nの固溶量が増加するため、耐食性は改善されるが、絞りが熱処理温度1100℃では35％、1150℃ではわずか3％となり、熱処理温度の上昇とともに大きく低下していくことがわかる。
【００５２】
さらに、試験No.33〜35は、成分については本発明の条件を満足しているが、熱処理条件が本発明の条件の範囲外である比較例である。このうち、試験No.33、35は、熱処理温度が低いため、C、Nの固溶が不十分となり、本発明に比べ耐食性が低下したものであり、試験No.34は、冷却条件を水冷ではなく空冷としたため、冷却途中に一旦固溶したCr炭化物が再度析出し、耐食性が低下したものである。なお、熱処理後の冷却条件を空冷としたNo.34、35は、熱処理前においては、拡散性水素量が0.55ppm(No.34、35とも同じ供試材を使用)と多く含有していたが、熱処理前に脱水素処理を行っていないにもかかわらず、熱処理後においては、表２に示す通り十分に低い値に低下していた。これは、空冷であるため、冷却途中の100〜300℃の温度域(拡散性水素が放出されやすい温度域)を通過する際に水素が放出されたためと判断することができる。そのため、延性については優れた特性を得ることができるが、耐食性については、本発明に比べ劣るとともに、この場合にはオ−ステナイト系ステンレス鋼に用いている熱処理設備がそのまま使用できないという欠点を有している。
【００５３】
それに対し、試験No.１〜24の試験片については、前記した本発明の条件を満足する成分の鋼となっており、Cr酸化物が生成しないようSi量を最適化し、C、Nの固溶量が増加して延性が低下しないようC、N量に応じた量のNbを添加するとともに、拡散性水素量を必要に応じて脱水素処理を施す等の方法によって十分に低減しているので、オ−ステナイト系ステンレス鋼と同様の熱処理を行った場合であっても優れた延性を確保できた。また、従来の18%Crステンレス鋼に施す熱処理に比べ高温で熱処理するため、C、Nがより十分に固溶されるため、耐食性については、従来鋼に比べ改善することができた。なお、本発明は、前記した通り、Cr及びMoの増量により耐食性の改善を図った鋼であるが、本発明によりさらに耐食性を改善できるため、Niを多量に含有しない鋼としては、最高レベルの耐食性を安価な鋼で達成することができる。
【００５４】
以上説明したように、本発明によって、Mo含有18%Cr系ステンレス鋼を精錬にて溶製し、その熱間加工での形状が厚肉であっても、延性を劣化させることなく、オ−ステナイト系ステンレス鋼と同じ熱処理設備を用いて固溶化熱処理することにより製造が可能となるので、より効率的な生産が可能になるとともに、従来のMo含有18%Cr系ステンレス鋼に比べ耐食性を大きく改善することができる。従って、高価なNiを使用することなく耐食性、延性の優れたステンレス鋼の提供が可能となり、関連する産業に与える効果は非常に大きいものである。  
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】還元精錬が不十分であった引張試験片のCr酸化物の様子を示す図。
【図１】
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