(57)【要約】【課題】優れた非磁性特性と共に耐食性が要求される環境にも適用可能な耐食性に優れた非磁性オーステナイト系ステンレス鋼およびその製造方法を提供する。【解決手段】本発明の一実施例による耐食性に優れた非磁性オーステナイト系ステンレス鋼は、重量％で、Ｃ：０．０５％以下、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｃｒ：１６〜２４％、Ｎｉ：１０〜１６％、Ｎ：０．２％以下、残りのＦｅおよび不可避の不純物からなり、下記式（１）を満たすことを特徴とする。（１）Ｎｉ≧−２．７−５．８＊Ｃ−１．７７＊Ｓｉ−０．０６６＊Ｍｎ＋０．８９３＊Ｃｒ＋１．０５＊Ｍｏ−０．８８＊Ｃｕ−１３．８＊Ｎ【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％で、Ｃ：０．０５％以下、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｃｒ：１６〜２４％、Ｎｉ：１０〜１６％、Ｎ：０．２％以下、残りのＦｅおよび不可避の不純物からなり、
下記式（１）を満たし、
透磁率が１．０２μ以下であることを特徴とする耐食性に優れた非磁性オーステナイト系ステンレス鋼。
（１）Ｎｉ≧−２．７−５．８＊Ｃ−１．７７＊Ｓｉ−０．０６６＊Ｍｎ＋０．８９３＊Ｃｒ＋１．０５＊Ｍｏ−０．８８＊Ｃｕ−１３．８＊Ｎ
（ここで、Ｎｉ、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｎは、各元素の含量（重量％）を意味する）
【請求項２】
重量％で、Ｃｕ：３．０％以下をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の耐食性に優れた非磁性オーステナイト系ステンレス鋼。
【請求項３】
重量％で、Ｍｏ：４．０％以下をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の耐食性に優れた非磁性オーステナイト系ステンレス鋼。
【請求項４】
重量％で、Ｂ：０．０１％未満をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の耐食性に優れた非磁性オーステナイト系ステンレス鋼。
【請求項５】
前記ステンレス鋼は、下記式（２）で表される計算δ−フェライト分率が０％以下を満たすことを特徴とする請求項１に記載の耐食性に優れた非磁性オーステナイト系ステンレス鋼。
（２）１６１＊｛［Ｃｒ＋Ｍｏ＋１．５＊Ｓｉ＋１８］／［Ｎｉ＋３０＊（Ｃ＋Ｎ）＋０．５＊（Ｃｕ＋Ｍｎ）＋３６］＋０．２６２｝−１６１
（ここで、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｃ、Ｎ、Ｃｕ、Ｍｎは、各元素の含量（重量％）を意味する）
【請求項６】
前記ステンレス鋼は、下記式（３）で表される耐孔食当量指数（ＰＲＥＮ）が２０〜３０の範囲を満たすことを特徴とする請求項１に記載の耐食性に優れた非磁性オーステナイト系ステンレス鋼。
（３）Ｃｒ＋３．３＊Ｍｏ＋３０＊Ｎ−Ｍｎ＋Ｓｉ
（ここで、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎ、Ｍｎ、Ｓｉは、各元素の含量（重量％）を意味する）
【請求項７】
前記ステンレス鋼は、下記式（４）で表されるσ相形成指数が１８〜２４の範囲を満たすことを特徴とする請求項１に記載の耐食性に優れた非磁性オーステナイト系ステンレス鋼。
（４）Ｃｒ＋Ｍｏ＋３＊Ｓｉ
（ここで、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｉは、各元素の含量（重量％）を意味する）
【請求項８】
前記ステンレス鋼は、透磁率が１．０１２μ以下であることを特徴とする請求項１に記載の耐食性に優れた非磁性オーステナイト系ステンレス鋼。
【請求項９】
前記ステンレス鋼の平均結晶粒度が、７０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の耐食性に優れた非磁性オーステナイト系ステンレス鋼。
【請求項１０】
重量％で、Ｃ：０．０５％以下、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｃｒ：１６〜２４％、Ｎｉ：１０〜１６％、Ｎ：０．２％以下、残りのＦｅおよび不可避の不純物からなり、下記式（４）で表されるσ相形成指数が１８〜２４の範囲を満たすスラブを熱間圧延する段階と、
前記スラブを溶体化熱処理する段階と、を含むことを特徴とする耐食性に優れた非磁性オーステナイト系ステンレス鋼の製造方法。
（４）Ｃｒ＋Ｍｏ＋３＊Ｓｉ
（ここで、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｉは、各元素の含量（重量％）を意味する）
【請求項１１】
前記スラブは、下記式（１）を満たし、
下記式（２）で表される計算δ−フェライト分率が０％以下を満たすことを特徴とする請求項１０に記載の耐食性に優れた非磁性オーステナイト系ステンレス鋼の製造方法。
（１）Ｎｉ≧−２．７−５．８＊Ｃ−１．７７＊Ｓｉ−０．０６６＊Ｍｎ＋０．８９３＊Ｃｒ＋１．０５＊Ｍｏ−０．８８＊Ｃｕ−１３．８＊Ｎ
（２）１６１＊｛［Ｃｒ＋Ｍｏ＋１．５＊Ｓｉ＋１８］／［Ｎｉ＋３０＊（Ｃ＋Ｎ）＋０．５＊（Ｃｕ＋Ｍｎ）＋３６］＋０．２６２｝−１６１
（ここで、Ｎｉ、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｎは、各元素の含量（重量％）を意味する）
【請求項１２】
前記溶体化熱処理は、
１，１００〜１，１５０℃で６０〜１２０秒間行うことを特徴とする請求項１０に記載の耐食性に優れた非磁性オーステナ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、耐食性に優れた非磁性オーステナイト系ステンレス鋼およびその製造方法に係り、より詳しくは、非磁性特性と共に耐食性が要求される環境にも適用可能な耐食性に優れた非磁性オーステナイト系ステンレス鋼およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＳＴＳ３０４に代表されるオーステナイト系ステンレス鋼は、良好な耐食性を有し、焼なまし熱処理状態で非磁性のオーステナイト組織を有して、非磁性鋼として各種機器および装置に用いられる。しかしながら、用途に応じて冷間加工を行う場合があり、ＳＴＳ３０４鋼に冷間加工を適用する場合、加工誘起マルテンサイト組織への相変態によって非磁性特性を維持しにくいため、素材への適用に制限を受けることになる。
したがって、ＳＴＳ３０４よりオーステナイト安定性がさらに高いＳＴＳ３１６Ｌ系の鋼種が非磁性用途には多く使用されている。しかしながら、ＳＴＳ３１６Ｌ系鋼種の場合には、Ｍｏの含量が高く、σ相やδ−フェライトなどの二次相が、オーステナイト基地組織内に存在する場合が多く、ＳＴＳ３１６Ｌ鋼の連続鋳造時にδ−フェライトから凝固を始めるので、連続鋳造スラブ内中心偏析領域では、高いＣｒ、Ｍｏ含量による前記二次相の分解が難しく、熱間圧延および最終熱処理後にも残留する傾向がある。
【０００３】
二次相が残留する場合、当該領域における磁性が高くなる原因として作用することになり、装置の機能に悪影響を及ぼすことになる。したがって、このような二次相の形成なしに非磁性特性を維持しうる材料が要求されている。
特許文献１には、苛酷な冷間加工後にも非磁性特性を維持し、時効処理により弾性限界応力を顕著に向上させることができる高強度の非磁性オーステナイト系ステンレス鋼が開示されている。
しかしながら、特許文献１のステンレス鋼は、Ｍｎの含量が２〜９％含まれていて、Ｍｎによる耐食性の低下が憂慮され、耐食性が必要な用途では適用が制限される。オーステナイト相の安定化のために、Ｎｉ当量式の範囲を提案して冷間加工後にも非磁性特性を維持することについても開示しているが、非磁性特性に影響を及ぼすδ−フェライトについては言及していないので、δ−フェライト形成による非磁性特性の低下を解決することが必要であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】韓国特許公開第１０−２０１５−０１２１０６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的とするところは、上記のような問題点を解決して、凝固時にδ−フェライト形成を抑制して、非磁性特性に優れた高耐食オーステナイト系ステンレス鋼を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による耐食性に優れた非磁性オーステナイト系ステンレス鋼は、重量％で、Ｃ：０．０５％以下、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｃｒ：１６〜２４％、Ｎｉ：１０〜１６％、Ｎ：０．２％以下、残りのＦｅおよび不可避の不純物からなり、下記式（１）を満たし、透磁率が１．０２μ以下であることを特徴とする。
（１）Ｎｉ≧−２．７−５．８＊Ｃ−１．７７＊Ｓｉ−０．０６６＊Ｍｎ＋０．８９３＊Ｃｒ＋１．０５＊Ｍｏ−０．８８＊Ｃｕ−１３．８＊Ｎ
ここで、Ｎｉ、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｎは、各元素の含量（重量％）を意味する。
【０００７】
前期ステンレス鋼は、重量％で、Ｃｕ：３．０％以下をさらに含むことがよい。
また、重量％で、Ｍｏ：４．０％以下をさらに含むことができる。
また、Ｂ：０．０１％未満をさらに含むことができる。
【０００８】
前期ステンレス鋼は、下記式（２）で表される計算δ−フェライト分率が０％以下を満たすことができる。
（２）１６１＊｛［Ｃｒ＋Ｍｏ＋１．５＊Ｓｉ＋１８］／［Ｎｉ＋３０＊（Ｃ＋Ｎ）＋０．５＊（Ｃｕ＋Ｍｎ）＋３６］＋０．２６２｝−１６１
ここで、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｃ、Ｎ、Ｃｕ、Ｍｎは、各元素の含量（重量％）を意味する。
また、前期ステンレス鋼は、下記式（３）で表される耐孔食当量指数（ＰＲＥＮ）が２０〜３０の範囲を満たすことがよい。
（３）Ｃｒ＋３．３＊Ｍｏ＋３０＊Ｎ−Ｍｎ＋Ｓｉ
ここで、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎ、Ｍｎ、Ｓｉは、各元素の含量（重量％）を意味する。
【０００９】
前期ステンレス鋼は、下記式（４）で表されるσ相形成指数が１８〜２４の範囲を満たすことが好ましい。
（４）Ｃｒ＋Ｍｏ＋３＊Ｓｉ
ここで、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｉは、各元素の含量（重量％）を意味する。
さらに、前記ステンレス鋼は、透磁率が１．０１２μ以下であることがよい。
また、ステンレス鋼の平均結晶粒度は、７０μｍ以下であることができる。
【００１０】
本発明による耐食性に優れた非磁性オーステナイト系ステンレス鋼の製造方法は、重量％で、Ｃ：０．０５％以下、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｃｒ：１６〜２４％、Ｎｉ：１０〜１６％、Ｎ：０．２％以下、残りのＦｅおよび不可避の不純物からなり、下記式（４）で表されるσ相形成指数が１８〜２４の範囲を満たすスラブを熱間圧延する段階と、前記スラブを溶体化熱処理する段階と、を含むことを特徴とする。
（４）Ｃｒ＋Ｍｏ＋３＊Ｓｉ
【００１１】
前記スラブは、下記式（１）を満たし、下記式（２）で表される計算δ−フェライト分率が０％以下を満たすことが好ましい。
（１）Ｎｉ≧−２．７−５．８＊Ｃ−１．７７＊Ｓｉ−０．０６６＊Ｍｎ＋０．８９３＊Ｃｒ＋１．０５＊Ｍｏ−０．８８＊Ｃｕ−１３．８＊Ｎ
（２）１６１＊｛［Ｃｒ＋Ｍｏ＋１．５＊Ｓｉ＋１８］／［Ｎｉ＋３０＊（Ｃ＋Ｎ）＋０．５＊（Ｃｕ＋Ｍｎ）＋３６］＋０．２６２｝−１６１
前記溶体化熱処理は、１，１００〜１，１５０℃で６０〜１２０秒間行うことができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、本発明の高耐食性の非磁性オーステナイト系ステンレス鋼は、各種機器または装置に使用される非磁性部品用に多様な適用が可能である。
また、δ−フェライトによる磁性を除去するために、長時間素材を熱処理する更なる工程を必要とせずに、成分により非磁性特性が決定されるので、製造工程が簡単な非磁性オーステナイト系ステンレス鋼の提供が可能である。
また、鋼板表面のオレンジピール欠陥による粗さ劣化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】Ｎｉ含量とＮｉ補正式（Ｎｉａｄｊ）の値の差異による透磁率の相関関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の一実施例による耐食性に優れた非磁性オーステナイト系ステンレス鋼は、重量％で、Ｃ：０．０５％以下、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｃｒ：１６〜２４％、Ｎｉ：１０〜１６％、Ｎ：０．２％以下、残りのＦｅおよび不可避の不純物からなり、下記式（１）を満たし、透磁率が１．０２μ以下である。
（１）Ｎｉ≧−２．７−５．８＊Ｃ−１．７７＊Ｓｉ−０．０６６＊Ｍｎ＋０．８９３＊Ｃｒ＋１．０５＊Ｍｏ−０．８８＊Ｃｕ−１３．８＊Ｎ
ここで、Ｎｉ、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｎは、各元素の含量（重量％）を意味する。
【００１５】
以下では、本発明の実施例について添付した図面を基に詳細に説明する。以下の実施例は、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に本発明の思想を十分に伝達するために提示するものである。本発明は、ここで提示した実施例のみに限定されず、他の形態に具体化されることもできる。図面は、本発明を明確にするために説明と関係ない部分の図示を省略し、理解を助けるために構成要素のサイズを多少誇張して表現することができる。
また、任意の部分が或る構成要素を「含む」というとき、これは、特に反対になる記載がない限り、他の構成要素を除くものではなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。
単数の表現は、文脈上明白に例外がない限り、複数の表現を含む。
【００１６】
以下では、鋼の微細組織内に存在するδ−フェライト含量を制御して、δ−フェライトを分解するための更なる工程を必要とせずに通常の工程で製造しても、非磁性特性を確保することができると共に、通常使用されるＳＴＳ３１６Ｌ系ステンレス鋼に比べて優れた耐食性を有する非磁性オーステナイト系ステンレス鋼について述べる。
本発明では、熱処理追加工程を経なくても、合金元素の成分系の制御だけで優れた非磁性特性を示すオーステナイト系ステンレス鋼およびその製造方法を提供することができる。
【００１７】
本発明の一実施例による耐食性に優れた非磁性オーステナイト系ステンレス鋼は、重量％で、Ｃ：０．０５％以下、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｃｒ：１６〜２４％、Ｎｉ：１０〜１６％、Ｎ：０．２％以下、残りのＦｅおよび不可避の不純物からなり、下記式（１）を満たす。
（１）Ｎｉ≧−２．７−５．８＊Ｃ−１．７７＊Ｓｉ−０．０６６＊Ｍｎ＋０．８９３＊Ｃｒ＋１．０５＊Ｍｏ−０．８８＊Ｃｕ−１３．８＊Ｎ
【００１８】
以下、本発明の実施例における合金成分の元素含量の数値限定理由について説明する。
以下では、特別な言及がない限り、単位は、重量％である。
Ｃの含量は、０．０５％以下である。
Ｃは、強力なオーステナイト相の安定化元素であり、固溶強化による材料強度の増加に有効な元素である。しかしながら、含量が過多になるとフェライト−オーステナイト相の境界で耐食性に有効なＣｒのような炭化物形成元素と容易に結合して、結晶粒界の周囲のＣｒ含量を減らし、腐食抵抗性を減少させるので、Ｃの含量を０．０５％以下に制限する。耐食性を阻害する炭化物の析出の危険性を最小化するためには、Ｃの含量を０．０３％以下に制限することが好ましい。
【００１９】
Ｓｉの含量は、１．０％以下である。
フェライト相の安定化元素としても作用するＳｉは、耐食性の向上に効果的であるが、Ｓｉが多すぎる場合、σ相などの金属間化合物の析出を助長し、衝撃靭性と関連した機械的特性および耐食性を低下させるので、１．０％以下に制限する。
【００２０】
Ｍｎの含量は、０．５〜２．０％である。
Ｍｎは、Ｃ、Ｎｉのようなオーステナイト相の安定化元素であって、Ｎ固溶度を向上させることができるので、０．５％以上添加する。しかしながら、Ｍｎ含量の増加は、ＭｎＳなどの介在物の形成に関与して、耐食性が要求される場合に好ましくないので、腐食抵抗性の確保の観点からＭｎ含量を２．０％以下に制限することが好ましい。
【００２１】
Ｃｒの含量は、１６．０〜２４．０％である。
Ｃｒは、ステンレス鋼の耐食性向上元素のうち最も多く含有されて基本となる元素であり、耐食性の発現のためには、少なくとも１６％以上含まれなければならない。しかしながら、Ｃｒは、フェライト安定化元素であって、Ｃｒ含量が多くなると、フェライト分率が増加して、非磁性特性を維持しにくくなる。非磁性特性を得るためには、多量のＮｉが含有される必要があり、費用が増加する。また、σ相の形成が助長されて、機械的物性および耐食性の低下の原因になる。したがって、Ｃｒ含量は、２４％以下に制限することが好ましい。
【００２２】
Ｎｉの含量は、１０．０〜１６．０％である。
Ｎｉは、オーステナイト相安定化元素のうち最も強力な元素であって、非磁性特性を得るためには、１０％以上含有されなければならない。しかしながら、Ｎｉ含量の増加は、原料価格の上昇と直結するので、１６％以下に制限することが好ましい。
【００２３】
Ｎの含量は、０．２％以下である。
Ｎは、塩素の雰囲気における耐食性の向上だけでなく、オーステナイト相の安定化に有用な元素である。しかしながら、多量の添加時には熱間加工性を減少させ、鋼の実収率を低下させるので、０．２％以下に制限することが好ましい。
【００２４】
また、本発明の一実施例によれば、重量％で、Ｃｕ：３．０％以下をさらに含むことができる。
Ｃｕは、硫酸雰囲気における耐食性を向上させる長所があるので、選択的に添加することが可能である。しかしながら、塩素雰囲気では、孔食抵抗性を減少させ、熱間加工性を低下させる短所があるので、３．０％以下に制限することがよい。
【００２５】
また、本発明の一実施例によれば、重量％で、Ｍｏ：４．０％以下をさらに含むことができる。
Ｍｏの含量は、４．０％以下である。
Ｍｏは、耐食性の向上に有用な元素であって、耐食性の向上効果を期待することができるので、選択的に添加することができ、添加時には、２．０％以上添加することが好ましい。しかしながら、Ｍｏは、フェライト安定化元素であって、多量の添加時にはフェライト分率が増加して非磁性特性を得にくくし、また、σ相の形成が助長されて、機械的物性および耐食性の低下の原因になるので、４．０％以下に制限することがよい。
【００２６】
本発明の一実施例によれば、重量％で、Ｂ：０．０１％未満をさらに含むことができる。
Ｂの含量は、０．０１％未満である。
Ｂは、熱間加工性を改善する効果があるので、０．０１％未満の範囲で添加することができる。しかしながら、それ以上に添加した場合、低融点のボライド化合物を形成して、かえって熱間加工性が低下するので、０．０１％未満に制限することが好ましい。
【００２７】
鋼の非磁性特性を利用する各種機器または装置において、正常な装置の作動のためには、部品に適用された鋼の透磁率値が１．０２μ以下にならなければならない。これを満たすためには、鋼の凝固時に形成されるδ−フェライトの分率を制御しなければならない。
一般的に、オーステナイト系ステンレス鋼の微細組織内に存在するδ−フェライトは、体心立方形構造を有する組織の特性によって磁性を呈し、オーステナイトは、面心立方形構造であって、磁性を呈しない。したがって、δ−フェライトの分率を制御することにより、所望の大きさの磁性特性を得ることができ、一方、非磁性鋼の場合には、δ−フェライトの分率を最大限低くするか、又はなくすことが必要である。
【００２８】
オーステナイト系ステンレス鋼の微細組織内に存在するδ−フェライトの分率は、後述する式（２）に示すとおり、多様な合金元素の含量で決定される。特にオーステナイト安定化元素を添加することによって、δ−フェライト分率を減少させることができるが、Ｎｉ含量は、他の物性の低下なしに、オーステナイトを安定化させるのに役立つので、Ｎｉ含量を制御してδ−フェライトの形成を抑制することがよい。
Ｎｉ補正式（以下、Ｎｉａｄｊという）は、与えられた組成成分系でδ−フェライトが形成されないようにする最小Ｎｉ含量を意味し、下記のとおり表される。
［Ｎｉａｄｊ］＝−２．７−５．８＊Ｃ−１．７７＊Ｓｉ−０．０６６＊Ｍｎ＋０．８９３＊Ｃｒ＋１．０５＊Ｍｏ−０．８８＊Ｃｕ−１３．８＊Ｎ
【００２９】
実際鋼中に含まれたＮｉ含量がＮｉａｄｊの値より大きい場合には、δ−フェライトが形成されないので、非磁性特性を示すことになる。すなわち、非磁性特性を満たすために、鋼に含まれるＮｉの含量は、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｎ成分の含量で組み合わせられたＮｉａｄｊより大きくなければならないことを意味する。
（１）Ｎｉ≧−２．７−５．８＊Ｃ−１．７７＊Ｓｉ−０．０６６＊Ｍｎ＋０．８９３＊Ｃｒ＋１．０５＊Ｍｏ−０．８８＊Ｃｕ−１３．８＊Ｎ
【００３０】
図１は、Ｎｉ含量とＮｉａｄｊ値の差異による透磁率の相関関係を示すグラフである。図１に示したとおり、鋼に含まれたＮｉ含量とＮｉａｄｊ値の差が正数である場合に、鋼の透磁率が１．０２μ以下を満たすことが分かる。
しかしながら、Ｎｉは、価格が高い合金元素であって、多く投入されるほどコストが上昇する要因になるので、実際Ｎｉ含量とＮｉａｄｊ値の差が８％以下になるようにすることが好ましい。
【００３１】
また、本発明の一実施例によれば、耐食性に優れた非磁性オーステナイト系ステンレス鋼は、下記式（２）で表される計算δ−フェライト分率が０％以下を満たすことができる。
（２）１６１＊｛［Ｃｒ＋Ｍｏ＋１．５＊Ｓｉ＋１８］／［Ｎｉ＋３０＊（Ｃ＋Ｎ）＋０．５＊（Ｃｕ＋Ｍｎ）＋３６］＋０．２６２｝−１６１
前記式（２）は、通常の製鋼工程でオーステナイト系ステンレス鋼を生産する場合、各成分の含量を通じて鋼のδ−フェライト含量を予測しうる数式であって、式（２）を通じて計算されたδ−フェライトの分率が０％以下である場合、本発明で達成しようとする非磁性特性を満たすことができる。
【００３２】
前記式（１）および／または（２）による本発明の非磁性オーステナイト系ステンレス鋼は、透磁率１．０２μ以下を示すことができ、より好ましい１．０１２μ以下を示すことができて、完全非磁性特性の具現が可能である。
一方、鋼の耐食性の向上のためには、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｉ、Ｎなど耐食性向上合金元素を添加することが効果的である。また、Ｍｎが多量添加される場合には、鋼中ＭｎＳなどの水溶性介在物を形成して耐食性を低下させることになって、Ｍｎ含量を制御することが必要である。
一般的に、オーステナイトステンレス鋼の耐食性を示す指標としてＣｒ、Ｍｏ、Ｎ含量の組合せで計算される耐孔食当量指数を適用することになる。しかしながら、前述したように、ＭｎおよびＳｉ含量も、鋼の耐食性に大きい影響を及ぼすので、このような元素をも考慮した新しい耐孔食当量指数が必要である。
【００３３】
本発明の一実施例によれば、耐食性に優れた非磁性オーステナイト系ステンレス鋼は、下記式（３）で表される耐孔食当量指数（ＰＲＥＮ）値が２０〜３０の範囲を満たすことができる。
（３）Ｃｒ＋３．３＊Ｍｏ＋３０＊Ｎ−Ｍｎ＋Ｓｉ
【００３４】
本発明者らは、式（３）で表される、ＭｎとＳｉ含量を含む耐孔食当量指数が鋼の耐食性をよく反映していることが分かり、式（３）の範囲が２０〜３０である場合、通常のＳＴＳ３１６Ｌ対比で同等以上の耐食性を有することを確認した。
しかしながら、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｉの含量が増加する場合、費用が増加すると共に、σ相の形成が助長されて脆性を誘発し、ＣｒおよびＭｏ枯渇領域を形成して、かえって耐食性に悪影響を及ぼすことになる。したがって、所望の耐食性を得ながらも、σ相の形成は最小化できる適正Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｉ含量の範囲の設定が必要である。
【００３５】
本発明の一実施例によれば、耐食性に優れた非磁性オーステナイト系ステンレス鋼は、下記式（４）で表されるσ相形成指数が１８〜２４の範囲を満たすことができる。
（４）Ｃｒ＋Ｍｏ＋３＊Ｓｉ
【００３６】
σ相形成指数が１８未満である場合には、その分、Ｃｒ、Ｍｏ含量も少なくなり、鋼の耐食性を確保することが難しくなるため、σ相形成指数を１８以上に制限することがよい。
一方、σ相形成指数を２４以下に制限することによって、σ相分率を１．０％未満、より好ましくは０．８％以下に制御することができる。σ相形成指数が２４を超過する場合には、過度なσ相形成による耐食性の低下および脆性の材質低下問題が発生する虞がある。低いσ相分率を確保することによって、非磁性特性をもさらに向上させることができる。
一方、前記σ相形成の制御は、本発明のように合金成分の組成を制御してσ相の形成を抑制することができるが、形成されたσ相は、溶体化熱処理条件を制御して分解させることもできる。σ相の分解のためには、高温で長時間焼なましすることが有効であるが、このような場合、結晶粒度が過度に成長して、表面にオレンジピール欠陥を誘発する可能性も高くなる。ここで、オレンジピール欠陥とは、粗大な結晶粒度によって鋼を成形するときに表面に粗度の不均一が発生して美麗な表面を害する欠陥を意味する。
【００３７】
本発明の一実施例によれば、耐食性に優れた非磁性オーステナイト系ステンレス鋼の平均結晶粒度は、７０μｍ以下でありうる。
一般的な３００系オーステナイト系ステンレス鋼の場合、約１，１００℃で６０〜１００秒間溶体化熱処理を行う。成形時にオレンジピール欠陥の発生率を低減するためには、ステンレス鋼の平均結晶粒度を７０μｍ以下にしなければならない。このために、本発明の耐食性に優れた非磁性オーステナイト系ステンレス鋼は、熱間圧延材を１，１００〜１，１５０℃で６０〜１２０秒間溶体化熱処理することによって、平均結晶粒度を７０μｍ以下に制御することができる。
【００３８】
以下、本発明の好ましい実施例を通じてより詳細に説明する。
実施例
表１に記載した合金組成を有する鋼を真空誘導溶解炉で溶解した後、熱間圧延を行い、溶体化熱処理を行うことによって、厚み６ｍｍの熱間圧延板材を製造した。
【００３９】
【表１】
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【００４０】
表１に記載したＳ１〜Ｓ１７鋼種のうち、一部に対しては、溶体化熱処理条件を変化させて結晶粒度を異なるようにし、各結晶粒度を有する鋼を成形したとき、オレンジピール欠陥の発生率を調査して、下記の表２に示した。
【００４１】
【表２】
2021504587.tif 000004
【００４２】
表２に記載したとおり、比較例１５および１６に使用されたＳ５鋼種は、本発明の成分系を全部満たしているが、溶体化熱処理温度が１，１５０℃を超過した１，１８０℃で１２０秒以上行われて、平均結晶粒度が７０μｍを超過し、成形後にオレンジピール欠陥も１５％以上発生した。
溶体化熱処理温度が変化するにつれて鋼の結晶粒度が変化するが、熱処理温度および時間が増加するほど平均結晶粒度が増加することが分かり、平均結晶粒度が７０μｍ以上になったとき、オレンジピール欠陥の発生率が１５％以上であって、他の熱処理条件に比べて大幅上昇することが分かった。
また、前記表１に記載されたＳ１〜Ｓ１７鋼種に対して、式（１）〜（４）による計算値、透磁率およびσ相分率を測定して、下記の表３に示した。
【００４３】
【表３】
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【００４４】
表３に記載したとおり、式（１）で表されるＮｉ−Ｎｉａｄｊ値が正数である場合、透磁率は、１．０２μ以下、特に本発明例は、１．０１２μ以下を満たすことが分かり、式（２）による計算δ−フェライト分率が０％以下である場合、実測δ−フェライト分率が０％で示されることが分かった。また、σ相形成指数が２４以上である場合、σ相分率が０．８％以上であって、１．０％に近く示されて、他の鋼種に比べてσ相分率が大幅に増加することが分かった。
比較例１３は、Ｃｒ含量が不足したＳ１鋼種に起因してＰＲＥＮ（式（３））値が低く、耐食性要求条件を充足せず、σ相形成指数（式（４））も、１８に達しなかった。
【００４５】
比較例１４は、Ｃｒを過多に含有しているＳ４鋼種に起因して式（１）、（２）を満たさず、σ相分率が高くて、透磁率が１．０４２μと測定され、本発明が目的とする非磁性特性を満足しなかった。σ相形成指数も、２４を超過して、σ相分率が１．０％に近く示された。これは、Ｃｒ含量の増加によってσ相形成が助長されて、Ｃｒ枯渇領域を形成したことが分かった。
比較例１７は、Ｍｏを過多に含有しているＳ８鋼種に起因して式（１）、（２）を満たさず、σ相分率が高くて、透磁率が１．０２６μと測定されて、本発明が目的とする非磁性特性を満足せず、σ相形成指数も、２４を超過して、σ相分率が１．０％に近く示された。これは、Ｍｏ含量の増加によってσ相形成が助長されて、Ｍｏ枯渇領域を形成したことが分かった。これを通じてＭｏをさらに添加するとき、４．０％以下で添加しなければならないことを確認することができた。
比較例１８は、Ｎを過多に含有しているＳ９鋼種に起因してＰＲＥＮ値が高くて、耐食性要求条件を充足しなかった。
【００４６】
比較例１９は、Ｍｎを過多に含有しているＳ１４鋼種に起因してＰＲＥＮ値が低くて、耐食性要求条件を充足せず、これは、Ｍｎ含量の増加による介在物の形成によって腐食抵抗性が確保されないことが分かった。
比較例２０は、Ｓｉを過多に含有しているＳ１７鋼種に起因してσ相形成指数が２４を超過し、磁性を呈する二次相であるσ相によって式（１）および（２）を満たすにも関わらず、透磁率が１．０２８μと高く示された。これは、Ｓｉが耐食性の向上に効果的であるが、多すぎる場合、σ相などの金属間化合物の析出を助長して、耐食性および非磁性特性を低下させるので、１．０％以下で添加されることを確認することができた。
【００４７】
以上、本発明の例示的な実施例を説明したが、本発明は、これに限定されず、当該技術分野における通常の知識を有する者であれば、次に記載する特許請求の範囲の概念と範囲を逸脱しない範囲内で多様な変更および変形が可能であることを理解することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明によるオーステナイト系ステンレス鋼は、各種電子機器および装置の非磁性部品への適用が可能であり、長時間の熱処理など更なる工程なしに非磁性特性を確保することができる。
【図１】
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【国際調査報告】
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