(57)【要約】【課題】強度、延性及び耐食性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼を提供する。【解決手段】重量％で、Ｃ０．００５〜０．２５％、Ｓｉ２．０％未満、Ｍｎ０．２超〜１０．０％未満、Ｐ０．０３％以下、Ｓ０．０５％以下、Ｃｒ１５．０〜３０．０％、Ｍｏ０．０５〜８．０％、Ｗ０〜８．０％以下、Ａｌ０．０３０％以下、Ｏ０．０２０％以下及びＮ０．８超〜１．３０％を含有し、残部が実質的にＦｅ及び不可避不純物よりなり、Ｎｉｅｑ≧２０、ＰＲＥ≧５、ＯＣＲＥ≧２５のステンレス鋼とする。Ｎｉｅｑ＝［Ｎｉ］＋０．４１［Ｃｒ］−０．０１［Ｃｒ］２−２［Ｓｉ］−０．４（［Ｍｏ］＋［Ｗ］）＋［Ｃｏ］＋０．６（［Ｃｕ］＋［Ｍｎ］）＋１０（［Ｃ］＋［Ｎ］）、ＰＲＥ＝｛［Ｃｒ］＋３．３（［Ｍｏ］＋０．５［Ｗ］）＋１６［Ｎ］｝／［Ｍｎ］、ＯＣＲＥ＝［Ｃｒ］＋１．５（［Ｍｏ］＋０．５［Ｗ］）＋［Ｎｉ］＋［Ｃｕ］−０．２［Ｍｎ］＋２［Ｎ］【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％で、
Ｃ  ：０．００５〜０．２５％、
Ｓｉ：２．０％未満、
Ｍｎ：０．２超〜１０．０％未満、
Ｐ  ：０．０３％以下、
Ｓ  ：０．０５％以下、
Ｃｒ：１５．０〜３０．０％、
Ｍｏ：０．０５〜８．０％、
Ｗ  ：０〜８．０％以下、
Ａｌ：０．０３０％以下、
Ｏ  ：０．０２０％以下、および、
Ｎ  ：０．８超〜１．３０％、
を含有し、残部が実質的にＦｅおよび不可避的不純物よりなり、
下式（１）で規定されるＮｉｅｑの値が２０以上、
下式（２）で規定されるＰＲＥの値が５以上、
下式（３）で規定されるＯＣＲＥの値が２５以上であることを特徴とするオーステナイト系ステンレス鋼。
Ｎｉｅｑ＝［Ｎｉ］＋０．４１［Ｃｒ］−０．０１［Ｃｒ］２−２［Ｓｉ］−０．４（［Ｍｏ］＋［Ｗ］）＋［Ｃｏ］＋０．６（［Ｃｕ］＋［Ｍｎ］）＋１０（［Ｃ］＋［Ｎ］）・・・（１）
ＰＲＥ＝｛［Ｃｒ］＋３．３（［Ｍｏ］＋０．５［Ｗ］）＋１６［Ｎ］｝／［Ｍｎ］・・・（２）
ＯＣＲＥ＝［Ｃｒ］＋１．５（［Ｍｏ］＋０．５［Ｗ］）＋［Ｎｉ］＋［Ｃｕ］−０．２［Ｍｎ］＋２［Ｎ］・・・（３）
【請求項２】
Ｎｉ：０．５超〜７．０％未満、
Ｃｕ：０．０１〜４．０％、および、
Ｃｏ：０．０１〜５．０％、
から選択される１種または２種以上をさらに含有することを特徴とする請求項１に記載のオーステナイト系ステンレス鋼。
【請求項３】
Ｔｉ：０．０１〜０．５％、
Ｎｂ：０．０１〜０．５％、
Ｖ  ：０．０１〜１．０％未満、
Ｔａ：０．０１〜０．５％、および、
Ｚｒ：０．０１〜０．５％、
から選択される１種または２種以上をさらに含有することを特徴とする請求項１または２に記載のオーステナイト系ステンレス鋼。
【請求項４】
Ｂ  ：０．０００５〜０．０１％、
Ｃａ：０．００１〜０．０１％、および、
Ｍｇ：０．００１〜０．０１％、
から選択される１種または２種以上をさらに含有することを特徴とする請求項１から３の何れかに記載のオーステナイト系ステンレス鋼。
【請求項５】
Ｔｅ：０．００５〜０．０５％、および、
Ｓｅ：０．０１〜０．２０％、
から選択される１種または２種以上をさらに含有することを特徴とする請求項１から４の何れかに記載のオーステナイト系ステンレス鋼。
【請求項６】
固溶化熱処理状態で、Ｃｒ系窒化物の最大直径は２μｍ以下であり、前記Ｃｒ系窒化物の面積率は１％以下であることを特徴とする請求項１から５の何れかに記載のオーステナイト系ステンレス鋼。
【請求項７】
固溶化熱処理状態で、１０００ＭＰａ以上の引張強さ、６５％以上の絞り、および、５０％以上の破断伸びを有することを特徴とする請求項１から６の何れかに記載のオーステナイト系ステンレス鋼。
【請求項８】
断面減少率２０〜４０％の冷間加工を加えることにより、
１６００ＭＰａ以上の引張強さ、６０％以上の絞り、および、２０％以上の破断伸びを有することを特徴とする請求項１から６の何れかに記載のオーステナイト系ステンレス鋼。
【請求項９】
断面減少率４０〜６０％の冷間加工を加えることにより、
１８００ＭＰａ以上の引張強さ、５０％以上の絞り、および、１０％以上の破断伸びを有することを特徴とする請求項１から６の何れかに記載のオーステナイト系ステンレス鋼。
【請求項１０】
断面減少率６０〜８０％の冷間加工を加えることにより、
２０００ＭＰａ以上の引張強さ、４５％以上の絞り、および、５％以上の破断伸びを有することを特徴とする請求項１から６の何れかに記載の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、オーステナイト系ステンレス鋼に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、高強度と高延性とが同時に求められる構造部材などでは、強度と延性とのバランスに比較的優れた１８Ｎｉ系などのマルエージング鋼が用いられている。また、さらに耐食性が必要とされる部位では、１７−４ＰＨ、１７−７ＰＨなどの析出硬化型ステンレス鋼や、ＳＵＳ３０１などの準安定オーステナイト系ステンレス鋼などが用いられている。
【０００３】
ところが、これらの鋼種は、例えば、海洋環境下など、塩化物を含む腐食性の高い環境下では、耐食性が不十分であることが多い。
【０００４】
一方、強度、延性および耐食性が同時に要求される用途では、Ｎｉ基合金やチタン合金などの使用が検討される場合がある。しかし、これら合金は高価なうえ、過剰品質になりやすい。そのため、低廉で信頼性の高いステンレス鋼の開発が求められており、さらなる高強度、高延性、高耐食化のニーズが増大している。
【０００５】
例えば、特許文献１には、海洋環境下において優れた耐食性を有するステンレス鋼として、重量％で、Ｃｒ：１６．５２％、Ｎｉ：１４．２３％、Ｍｏ：２．２５％、Ｎ：０．５２％、Ｃ：０．００４％、Ｓｉ：０．０１％、Ｍｎ：０．０１％、Ｐ：０．００１％、Ｓ：０．００１％、Ａｌ：０．０５％、Ｏ：０．００２％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなるオーステナイト系ステンレス鋼が開示されている。
【０００６】
また例えば、特許文献２には、高強度、高耐食性を有するステンレス鋼として、重量％で、Ｃ：０．１５％以下、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：３．０〜１２．０％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｎｉ：０．５０％以下、Ｃｒ：１５．０〜２１．０％、Ｎ：０．７０〜１．５０％、Ａｌ：０．０２０％以下、および、Ｏ：０．０２０％以下を含有し、残部が実質的にＦｅからなるオーステナイト系ステンレス鋼が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−３０９８５７号公報
【特許文献２】特開２００２−２３５１５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来知られるオーステナイト系ステンレス鋼は、下記の点で改善の余地があった。
【０００９】
すなわち、特許文献１のオーステナイト系ステンレス鋼は、耐食性を向上させるため、Ｍｎをほとんど添加せず、さらにＮｉを添加している。
【００１０】
しかしながら、このような成分範囲では、延性や耐食性に有害なＣｒ系窒化物を十分に固溶させるため、例えば、１２５０℃を越えるような非常に高温での熱処理が必要となる。このような高温での固溶化熱処理は、結晶粒が粗大化したり、製造コストの増大を招いたりするので不利である。また、既存の熱処理設備上の温度制約によっては未固溶のＣｒ系窒化物が多数残存しやすくなり、十分な耐食性が得られなくなるおそれもある。
【００１１】
また、特許文献２のオーステナイト系ステンレス鋼は、Ｎを多量に含有させるとともに、Ｍｎ含有量を抑制している。そのため、耐食性が改善され、かつ、適度に高い強度を有していると言える。
【００１２】
しかしながら、より過酷な条件下で使用するためには、強度および耐食性をさらに向上させることが望まれる。
【００１３】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、強度、延性および耐食性に優れた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】
【００１４】
本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼は、重量％で、Ｃ：０．００５〜０．２５％、Ｓｉ：２．０％未満、Ｍｎ：０．２超〜１０．０％未満、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０５％以下、Ｃｒ：１５．０〜３０．０％、Ｍｏ：０．０５〜８．０％、Ｗ：０〜８．０％以下、Ａｌ：０．０３０％以下、Ｏ：０．０２０％以下、および、Ｎ：０．８超〜１．３０％を含有し、残部が実質的にＦｅおよび不可避的不純物よりなり、下式（１）で規定されるＮｉｅｑの値が２０以上、下式（２）で規定されるＰＲＥの値が５以上、下式（３）で規定されるＯＣＲＥの値が２５以上であることを要旨とする。
Ｎｉｅｑ＝［Ｎｉ］＋０．４１［Ｃｒ］−０．０１［Ｃｒ］２−２［Ｓｉ］−０．４（［Ｍｏ］＋［Ｗ］）＋［Ｃｏ］＋０．６（［Ｃｕ］＋［Ｍｎ］）＋１０（［Ｃ］＋［Ｎ］）・・・（１）
ＰＲＥ＝｛［Ｃｒ］＋３．３（［Ｍｏ］＋０．５［Ｗ］）＋１６［Ｎ］｝／［Ｍｎ］・・・（２）
ＯＣＲＥ＝［Ｃｒ］＋１．５（［Ｍｏ］＋０．５［Ｗ］）＋［Ｎｉ］＋［Ｃｕ］−０．２［Ｍｎ］＋２［Ｎ］・・・（３）
【００１５】
ここで、上記オーステナイト系ステンレス鋼は、Ｎｉ：０．５超〜７．０％未満、Ｃｕ：０．０１〜４．０％、および、Ｃｏ：０．０１〜５．０％から選択される１種または２種以上をさらに含有していても良い。
【００１６】
また、上記オーステナイト系ステンレス鋼は、Ｔｉ：０．０１〜０．５％、Ｎｂ：０．０１〜０．５％、Ｖ：０．０１〜１．０％未満、Ｔａ：０．０１〜０．５％、および、Ｚｒ：０．０１〜０．５％から選択される１種または２種以上をさらに含有していても良い。
【００１７】
また、上記オーステナイト系ステンレス鋼は、Ｂ：０．０００５〜０．０１％、Ｃａ：０．００１〜０．０１％、および、Ｍｇ：０．００１〜０．０１％から選択される１種または２種以上をさらに含有していても良い。
【００１８】
また、上記オーステナイト系ステンレス鋼は、Ｔｅ：０．００５〜０．０５％、および、Ｓｅ：０．０１〜０．２０％から選択される１種または２種以上をさらに含有していても良い。
【００１９】
また、上記オーステナイト系ステンレス鋼は、固溶化熱処理状態で、Ｃｒ系窒化物の最大直径は２μｍ以下であり、上記Ｃｒ系窒化物の面積率は１％以下であることが好ましい。
【００２０】
また、上記オーステナイト系ステンレス鋼は、固溶化熱処理状態で、１０００ＭＰａ以上の引張強さ、６５％以上の絞り、および、５０％以上の破断伸びを有していると良い。
【００２１】
また、上記オーステナイト系ステンレス鋼は、断面減少率２０〜４０％の冷間加工を加えることにより、１６００ＭＰａ以上の引張強さ、６０％以上の絞り、および、２０％以上の破断伸びを有していると良い。
【００２２】
また、上記オーステナイト系ステンレス鋼は、断面減少率４０〜６０％の冷間加工を加えることにより、１８００ＭＰａ以上の引張強さ、５０％以上の絞り、および、１０％以上の破断伸びを有していると良い。
【００２３】
また、上記オーステナイト系ステンレス鋼は、断面減少率６０〜８０％の冷間加工を加えることにより、２０００ＭＰａ以上の引張強さ、４５％以上の絞り、および、５％以上の破断伸びを有していると良い。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼は、必須成分の含有量が特定範囲内とされており、さらに、上記式（１）〜（３）により規定されるＮｉｅｑ、ＰＲＥ、ＯＣＲＥの値が、それぞれ特定値以上である。そのため、従来に比較して、高強度、高延性および高耐食性を有する。
【００２５】
ここで、Ｎｉ、ＣｕおよびＣｏから選択される１種または２種以上をさらに特定量含有している場合には、オーステナイト相の安定性を向上させやすい。また、耐食性、靱性、衝撃特性の向上などにも有効である。
【００２６】
また、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、ＴａおよびＺｒから選択される１種または２種以上をさらに特定量含有している場合には、強度の向上、結晶粒の微細化などに有効である。
【００２７】
また、Ｂ、ＣａおよびＭｇから選択される１種または２種以上をさらに特定量含有している場合には、熱間加工性の向上などに有効である。
【００２８】
また、ＴｅおよびＳｅから選択される１種または２種以上をさらに特定量含有している場合には、被削性の向上などに有効である。
【００２９】
また、鋼の組成に応じた最適な温度にて固溶化熱処理が施され、Ｃｒ系窒化物の最大直径が２μｍ以下であり、かつ、Ｃｒ系窒化物の面積率が１％以下である場合、あるいは、特定の断面減少率で冷間加工を行った場合には、高耐食性を維持しつつ、強度、靱延性のバランスに優れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の一実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼（以下、「本ステンレス鋼」ということがある。）について詳細に説明する。本ステンレス鋼は、以下のような元素を含有し、残部が実質的にＦｅおよび不可避的不純物よりなる。
【００３１】
また、特定の式により規定されるＮｉｅｑ、ＰＲＥ、ＯＣＲＥの値が特定の値以上である。その添加元素の種類、成分範囲、限定理由ならびに各式の技術的意義などは、以下の通りである。なお、成分割合の単位は、重量％である。
【００３２】
Ｃ：０．００５〜０．２５％
Ｃは、オーステナイト生成元素であり、オーステナイト相の安定化に寄与するとともに、窒素ブローの抑制にも有効である。また、Ｃは、侵入型元素であるため、強度の向上に寄与する。その効果を得るため、Ｃ含有量の下限を０．００５％以上とする。Ｃ含有量の下限は、好ましくは０．０１％以上、より好ましくは０．０２％以上である。
【００３３】
しかし、Ｃの過剰添加は、Ｎの溶解度を低下させる傾向がある。また、Ｃｒ系炭化物の生成により、母相の固溶Ｃｒが低下し、耐食性を劣化させる傾向がある。よって、Ｃ含有量の上限を０．２５％以下とする。Ｃ含有量の上限は、好ましくは０．２０％以下、より好ましくは０．１５％以下である。
【００３４】
Ｓｉ：２．０％未満
Ｓｉは、脱酸剤として作用する。一般鋼での脱酸元素としては、Ｓｉよりも、後述するＡｌの方が有効である。しかし、高窒素鋼において、Ａｌを過剰添加すると、ＡｌＮが生成し、耐食性、靱延性の著しい低下を招く原因となる。そこで、主要な脱酸剤として、必須元素であるＭｎとともに、Ｓｉを使用することが好ましい。その効果を得るため、Ｓｉ含有量の下限は、好ましくは０．０１％以上である。
【００３５】
その一方、Ｓｉは、フェライト生成元素である。そのため、Ｓｉを過剰添加すると、オーステナイト相が不安定化し、窒素ブローを誘発するとともに、非磁性の確保が困難になる傾向がある。また、鍛造時に有害となるばかりでなく、靱延性も低下する傾向がある。
【００３６】
よって、Ｓｉ含有量の上限を２．０％未満とする。Ｓｉ含有量の上限は、好ましくは１．０％未満、より好ましくは０．５０％以下である。
【００３７】
Ｍｎ：０．２超〜１０．０％未満
Ｍｎは、オーステナイト生成元素であり、オーステナイト相の安定化に寄与する。また、Ｍｎは、Ｎの溶解度を著しく増加させるため、窒素ブローの抑制に有効である。さらに、Ｍｎは、後述するＣｒ系窒化物の固溶温度を低下させるのに有効である。他にも、Ｍｎは、脱酸、脱硫元素としても有効である。
【００３８】
その効果を得るため、Ｍｎ含有量の下限を０．２％超とする。Ｍｎ含有量の下限は、好ましくは２．０％超である。
【００３９】
その一方、Ｍｎの過剰添加は、耐食性を劣化させる傾向がある。よって、Ｍｎ含有量の上限を１０．０％未満とする。Ｍｎ含有量の上限は、好ましくは８．０％以下である。
【００４０】
Ｐ：０．０３％以下
Ｐは、鋼材の不純物元素である。しかし、Ｐの必要以上の低減は、コストの上昇を招く。その一方、Ｐの過剰添加は、熱間加工性、粒界強度、靱延性を低下させる傾向がある。よって、Ｐ含有量の上限を０．０３％以下とする。
【００４１】
Ｓ：０．０５％以下
Ｓは、Ｐと同様に、鋼材の不純物元素である。しかし、Ｓの必要以上の低減は、コストの上昇を招く。その一方、Ｓの添加が過剰になると、ＭｎＳの生成によって耐食性が劣化する。よって、Ｓ含有量の上限を０．０５％以下とする。Ｓ含有量の上限は、好ましくは０．０１％以下である。
【００４２】
Ｃｒ：１５．０〜３０．０％
Ｃｒは、Ｎの溶解度を著しく増加させるため、窒素ブローの抑制に有効であるばかりでなく、耐食性、強度の向上に大きく寄与する重要な元素である。その効果を得るため、Ｃｒ含有量の下限を１５．０％以上とする。Ｃｒ含有量の下限は、好ましくは２１．０％超である。
【００４３】
その一方、Ｃｒは、フェライト生成元素であるため、過剰に添加すると、オーステナイト相を不安定化させ、非磁性を保てなくなる傾向がある。また、固溶化熱処理時に、未固溶のＣｒ系窒化物量を増大させ、靱延性を著しく低下させる。加えて、靱延性の劣化を招くσ相の析出を促進させる。よって、Ｃｒ含有量の上限を３０．０％以下とする。Ｃｒ含有量の上限は、好ましくは２７．０％以下である。
【００４４】
Ｍｏ：０．０５〜８．０％
Ｍｏは、Ｎの溶解度を増加させ、耐食性を著しく向上させる。また、Ｍｏは、固溶強化元素として強度を向上させるのに寄与する。その効果を得るため、Ｍｏ含有量の下限を０．０５％以上とする。Ｍｏ含有量の下限は、好ましくは０．１０％以上である。
【００４５】
その一方、Ｍｏの過剰添加は、オーステナイト相を不安定化させる。そのため、窒素ブローの誘発を招くとともに、非磁性の確保も困難になる傾向がある。また、脆化相の生成により、靱延性を低下させ、鍛造時にも有害となる傾向がある。さらに、固溶化熱処理時に、未固溶のＣｒ系窒化物量を増大させ、耐食性を著しく低下させる傾向がある。
【００４６】
よって、Ｍｏ含有量の上限を８．０％以下とする。Ｍｏ含有量の上限は、好ましくは５．０％未満、より好ましくは２．５％未満である。
【００４７】
Ｗ：０〜８．０％
Ｗは、Ｍｏと同様に、耐食性の向上に寄与するとともに、固溶強化元素として強度の向上にも寄与する。その効果を得るため、Ｍｏ含有量の下限は、好ましくは０．０５％以上である。
【００４８】
その一方、Ｗを過剰に添加すると、脆化相の生成により、靱延性が低下し、鍛造時にも有害となる傾向がある。また、固溶化熱処理時に、未固溶のＣｒ系窒化物量を増大させ、耐食性を著しく低下させる傾向がある。
【００４９】
よって、Ｗ含有量の上限を８．０％以下とする。Ｗ含有量の上限は、好ましくは１．５％以下である。
【００５０】
Ａｌ：０．０３０％以下
Ａｌは、Ｓｉ、Ｍｎと同様に、脱酸元素として非常に有効である。その一方、Ａｌを過剰に添加すると、ＡｌＮの生成が進行しやすくなり、耐食性、靱延性の著しい低下を招く。よって、Ａｌ含有量の上限を０．０３０％以下とする。Ａｌ含有量の上限は、好ましくは０．０２５％以下、より好ましくは０．０２０％以下である。
【００５１】
Ｏ：０．０２０％以下
Ｏは、鋼の清浄度を低下させ、耐食性を劣化させるため規制する。本ステンレス鋼では、Ｏ含有量の上限を０．０２０％以下とする。Ｏ含有量の上限は、好ましくは０．０１５％以下、より好ましくは０．０１０％以下である。
【００５２】
Ｎ：０．８％超〜１．３０％
Ｎは、本ステンレス鋼において、最も重量な元素の一つである。Ｎは、侵入型元素であり、強度の向上、オーステナイト相の安定化、耐食性の向上に非常に有効である。
【００５３】
その効果を得るため、Ｎ含有量の下限を０．８％超とする。その一方、Ｎの過剰添加は、窒素ブローを誘発する傾向がある。また、固溶化熱処理時に、多量の未固溶のＣｒ系窒化物や、後述するように、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖを含む場合には、多量のＴｉ、Ｎｂ、Ｖ系窒化物を鋼中に残存させる。そのため、耐食性、靱延性が著しく低下する傾向がある。また、室温における衝撃特性も低下する傾向がある。
【００５４】
よって、Ｎ含有量の上限を１．３０％以下とする。Ｎ含有量の上限は、好ましくは１．２０％以下である。
【００５５】
本ステンレス鋼は、少なくとも以上の必須成分を含有している。ここで、本ステンレス鋼は、下記の式（１）で規定されるＮｉｅｑの値が２０以上である。
【００５６】
Ｎｉｅｑ＝［Ｎｉ］＋０．４１［Ｃｒ］−０．０１［Ｃｒ］２−２［Ｓｉ］−０．４（［Ｍｏ］＋［Ｗ］）＋［Ｃｏ］＋０．６（［Ｃｕ］＋［Ｍｎ］）＋１０（［Ｃ］＋［Ｎ］）・・・（１）
但し、［Ｘ］は、元素Ｘの重量％を表す。
【００５７】
上記「Ｎｉｅｑ」は、オーステナイト相の安定性の指標となるものである。（１）式は、主要なオーステナイト生成元素とフェライト生成元素の含有量を用いて規定されている。
【００５８】
上記Ｎｉｅｑが２０以上である場合には、強度の冷間加工後においても、オーステナイト相を安定に維持することができる。
【００５９】
一方、上記Ｎｉｅｑが２０未満になると、冷間加工後に加工誘起マルテンサイト相が生成しやすくなる。加工誘起マルテンサイト相は、透磁率を上昇させ、非磁性を維持し難くさせるばかりでなく、延性−脆性遷移温度を上昇させ、靱性、特に衝撃特性を害するため、抑制する必要がある。また、加工誘起マルテンサイト相は、冷間加工後における耐応力腐食割れ特性も害する。Ｎｉｅｑの下限値は、好ましくは２２以上である。
【００６０】
また、本ステンレス鋼は、下記の式（２）で規定されるＰＲＥの値が５以上である。
【００６１】
ＰＲＥ＝｛［Ｃｒ］＋３．３（［Ｍｏ］＋０．５［Ｗ］）＋１６［Ｎ］｝／［Ｍｎ］・・・（２）
但し、［Ｘ］は、元素Ｘの重量％を表す。
【００６２】
上記「ＰＲＥ」は、耐食性の指標となるものである。（２）式は、耐食性を向上させる元素としてＮ、Ｃｒ、ＭｏおよびＷを、耐食性を劣化させる元素としてＭｎを用いて規定されている。
【００６３】
上記ＰＲＥが５以上である場合には、良好な耐食性（例えば、スーパーステンレス鋼であるＳＵＳ８３６Ｌとほぼ同等かそれ以上）を得ることが可能となる。ＰＲＥの下限値は、好ましくは７以上である。
【００６４】
また、本ステンレス鋼は、下記の式（３）で規定されるＯＣＲＥの値が２５以上である。
【００６５】
ＯＣＲＥ＝［Ｃｒ］＋１．５（［Ｍｏ］＋０．５［Ｗ］）＋［Ｎｉ］＋［Ｃｕ］−０．２［Ｍｎ］＋２［Ｎ］・・・（３）
但し、［Ｘ］は、元素Ｘの重量％を表す。
【００６６】
上記「ＯＣＲＥ」は、耐応力腐食割れ特性の指標となるものである。（３）式は、耐応力腐食割れ特性を向上させる元素として、Ｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、ＮｉおよびＣｕを、耐応力腐食割れ特性を劣化させる元素として、Ｍｎを用いて規定されている。
【００６７】
上記ＯＣＲＥが２５以上である場合には、冷間加工後における引張強さが２０００ＭＰａを越えるような高強度状態であっても良好な耐応力腐食割れ特性を得ることが可能となる。ＯＣＲＥの下限値は、好ましくは２７以上である。
【００６８】
なお、上記何れの式においても、式を構成する成分がないときには、０を代入して計算する。
【００６９】
また、本ステンレス鋼は、上述した必須元素に加えて、さらに、必要に応じて、Ｎｉ、ＣｕおよびＣｏから選択される１種または２種以上の元素を含有していても良い。Ｎｉ、ＣｕおよびＣｏの成分範囲およびその限定理由などは、次の通りである。
【００７０】
Ｎｉ：０．５超〜７．０％未満
Ｎｉは、オーステナイト生成元素であり、オーステナイト相の安定化に寄与する。さらに、耐食性、靱性、衝撃特性の向上にも有効である。その効果を得るため、Ｎｉ含有量の下限を０．５％超とする。
【００７１】
その一方、Ｎｉの過剰添加は、Ｎの溶解度を著しく低下させる傾向がある。また、固溶化熱処理時に、未固溶のＣｒ系窒化物量を増大させ、耐食性および靱延性を劣化させる傾向がある。
【００７２】
よって、Ｎｉ含有量の上限を７．０％未満とする。Ｎｉ含有量の上限は、好ましくは５．０％未満、より好ましくは３．０％未満である。
【００７３】
Ｃｕ：０．０１〜４．０％
Ｃｕは、オーステナイト生成元素であり、オーステナイト相の安定化に寄与する。さらに、耐食性、靱性、衝撃特性の向上にも有効である。
【００７４】
その効果を得るため、Ｃｕ含有量の下限を０．０１％以上とする。Ｃｕ含有量の下限は、好ましくは０．０２％以上、より好ましくは０．０５％以上である。
【００７５】
その一方、Ｃｕの過剰添加は、固溶化熱処理時に、未固溶のＣｒ系窒化物量を増大させ、耐食性を劣化させる傾向がある。また、熱間加工性も低下させる傾向がある。
【００７６】
よって、Ｃｕ含有量の上限を４．０％以下とする。Ｃｕ含有量の上限は、好ましくは２．０％以下、より好ましくは１．５％以下である。
【００７７】
Ｃｏ：０．０１〜５．０％
Ｃｏは、オーステナイト生成元素であり、オーステナイト相の安定化に寄与する。その効果を得るため、Ｃｏ含有量の下限を０．０１％以上とする。Ｃｏ含有量の下限は、好ましくは０．１％以上である。
【００７８】
その一方、Ｃｏの過剰添加は、コストの上昇を招く。また、固溶化熱処理時に、未固溶のＣｒ系窒化物量を増大させ、耐食性および靱延性を著しく低下させる傾向がある。
【００７９】
よって、Ｃｏ含有量の上限を５．０％以下とする。Ｃｏ含有量の上限は、好ましくは４．０％以下、より好ましくは３．０％以下である。
【００８０】
また、本ステンレス鋼は、上述した元素に加えて、さらに、必要に応じて、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、ＴａおよびＺｒから選択される１種または２種以上の元素を含有していても良い。Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、ＴａおよびＺｒの成分範囲およびその限定理由などは、次の通りである。
【００８１】
Ｔｉ：０．０１〜０．５％
Ｔｉは、Ｃ、Ｎと結合して、強度の向上、結晶粒の微細化に寄与する。その効果を得るため、Ｔｉ含有量の下限を０．０１％以上とする。Ｔｉ含有量の下限は、好ましくは０．０２％以上である。
【００８２】
その一方、Ｔｉの過剰添加は、鋼中に多量の酸化物、窒化物を残存させ、靱延性を著しく低下させる。
【００８３】
よって、Ｔｉ含有量の上限を０．５％以下とする。Ｔｉ含有量の上限は、好ましくは０．４％以下、より好ましくは０．２％以下である。
【００８４】
Ｎｂ：０．０１〜０．５％
Ｎｂは、Ｔｉと同様に、Ｃ、Ｎと結合して、強度の向上、結晶粒の微細化に寄与する。その効果を得るため、Ｎｂ含有量の下限を０．０１％以上とする。Ｎｂ含有量の下限は、好ましくは０．０２％以上である。
【００８５】
その一方、Ｎｂの過剰添加は、鋼中に多量の酸化物、窒化物を残存させ、靱延性を著しく低下させる。
【００８６】
よって、Ｎｂ含有量の上限を０．５％以下とする。Ｎｂ含有量の上限は、好ましくは０．４％以下、より好ましくは０．２％以下である。
【００８７】
Ｖ：０．０１〜１．０％未満
Ｖは、Ｔｉ、Ｎｂと同様に、Ｃ、Ｎと結合して、強度の向上、結晶粒の微細化に寄与する。その効果を得るため、Ｖ含有量の下限を０．０１％以上とする。Ｖ含有量の下限は、好ましくは０．０２％以上、より好ましくは０．０３％以上である。
【００８８】
その一方、Ｖの過剰添加は、鋼中に多量の酸化物、窒化物を残存させ、靱延性を著しく低下させる。
【００８９】
よって、Ｖ含有量の上限を１．０％未満とする。Ｖ含有量の上限は、好ましくは０．９％以下、より好ましくは０．５％以下である。
【００９０】
Ｔａ：０．０１〜０．５％
Ｔａは、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖと同様に、Ｃ、Ｎと結合して、強度の向上、結晶粒の微細化に寄与する。その効果を得るため、Ｔａ含有量の下限を０．０１％以上とする。Ｔａ含有量の下限は、好ましくは０．０２％以上である。
【００９１】
その一方、Ｔａの過剰添加は、鋼中に多量の酸化物、窒化物を残存させ、靱延性を著しく低下させる。
【００９２】
よって、Ｔａ含有量の上限を０．５％以下とする。Ｔａ含有量の上限は、好ましくは０．４％以下、より好ましくは０．２％以下である。
【００９３】
Ｚｒ：０．０１〜０．５％
Ｚｒは、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｔａと同様に、Ｃ、Ｎと結合して、強度の向上、結晶粒の微細化に寄与する。その効果を得るため、Ｚｒ含有量の下限を０．０１％以上とする。Ｚｒ含有量の下限は、好ましくは０．０２％以上である。
【００９４】
その一方、Ｚｒの過剰添加は、鋼中に多量の酸化物、窒化物を残存させ、靱延性を著しく低下させる。
【００９５】
よって、Ｚｒ含有量の上限を０．５％以下とする。Ｚｒ含有量の上限は、好ましくは０．４％以下、より好ましくは０．２％以下である。
【００９６】
また、本ステンレス鋼は、上述した元素に加えて、さらに、必要に応じて、Ｂ、ＣａおよびＭｇから選択される１種または２種以上の元素を含有していても良い。Ｂ、ＣａおよびＭｇの成分範囲およびその限定理由などは、次の通りである。
【００９７】
Ｂ：０．０００５〜０．０１％
Ｂは、強度の向上、熱間加工性の向上に有効である。その効果を得るため、Ｂ含有量の下限を０．０００５％以上とする。
【００９８】
その一方、Ｂの過剰添加は、かえって熱間加工性を害するとともに、耐食性を劣化させる傾向がある。
【００９９】
よって、Ｂ含有量の上限を０．０１％以下とする。Ｂ含有量の上限は、好ましくは０．００５％以下、より好ましくは０．００３％以下である。
【０１００】
Ｃａ：０．００１〜０．０１％
Ｃａは、熱間加工性の向上、被削性の向上に有効である。その効果を得るため、Ｃａ含有量の下限を０．００１％以上とする。
【０１０１】
その一方、Ｃａの過剰添加は、かえって熱間加工性を害する傾向がある。
【０１０２】
よって、Ｃａ含有量の上限を０．０１％以下とする。Ｃａ含有量の上限は、好ましくは０．００８％以下である。
【０１０３】
Ｍｇ：０．００１〜０．０１％
Ｍｇは、熱間加工性の向上に有効である。その効果を得るため、Ｍｇ含有量の下限を０．００１％以上とする。
【０１０４】
その一方、Ｍｇの過剰添加は、かえって、熱間加工性を害する傾向がある。
【０１０５】
よって、Ｍｇ含有量の上限を０．０１％以下とする。Ｍｇ含有量の上限は、好ましくは０．００８％以下である。
【０１０６】
また、本ステンレス鋼は、上述した元素に加えて、さらに、必要に応じて、ＴｅおよびＳｅから選択される１種または２種以上の元素を含有していても良い。ＴｅおよびＳｅの成分範囲およびその限定理由などは、次の通りである。
【０１０７】
Ｔｅ：０．００５〜０．０５％
Ｔｅは、被削性の向上に寄与する。その効果を得るため、Ｔｅ含有量の下限を０．００５％以上とする。Ｔｅ含有量の下限は、好ましくは０．０１％以上である。
【０１０８】
その一方、Ｔｅの過剰添加は、耐食性、靱延性、熱間加工性を劣化させる。よって、Ｔｅ含有量の上限を０．０５％以下とする。Ｔｅ含有量の上限は、好ましくは０．０４％以下である。
【０１０９】
Ｓｅ：０．０１〜０．２０％
Ｓｅは、被削性の向上に寄与する。その効果を得るため、Ｓｅ含有量の下限を０．０１％以上とする。
【０１１０】
その一方、Ｓｅの過剰添加は、耐食性、靱延性、熱間加工性を劣化させる。よって、Ｓｅ含有量の上限を０．２０％以下とする。Ｓｅ含有量の上限は、好ましくは０．１０％以下である。
【０１１１】
ここで、本ステンレス鋼は、固溶化熱処理状態で、Ｃｒ系窒化物の最大直径が２μｍ以下であり、Ｃｒ系窒化物の面積率が１％以下であることが好ましい。
【０１１２】
なお、上記Ｃｒ系窒化物の最大直径および面積率は、走査型電子顕微鏡の４００倍の反射電子像にて任意の１０視野を観察し、Ｃｒ系窒化物の円相当直径の最大値および面積率を画像解析することにより求まる値である。また、Ｃｒ系窒化物の面積率とは、２μｍ以下および２μｍ以上のＣｒ系窒化物を合わせたＣｒ系窒化物の総面積率である。
【０１１３】
本ステンレス鋼は、鍛造または圧延などの熱間加工時に生成したＣｒ系窒化物をオーステナイト母相中へ固溶させるため、鋼の組成に応じた熱処理温度で固溶化熱処理を行う。なお、上記固溶化熱処理の詳細については後述する。
【０１１４】
また、本ステンレス鋼は、冷間加工が行われていても良い。冷間加工を行った場合には、特に強度の向上を図ることができる。要求される強度と靱延性とのバランスなどを考慮して選択することができる。
【０１１５】
本ステンレス鋼は、固溶化熱処理状態では、１０００ＭＰａ以上の引張強さ、６５％以上の絞り、および、５０％以上の破断伸びを有していると良い。
【０１１６】
また、断面減少率２０〜４０％の冷間加工を加えた場合には、１６００ＭＰａ以上の引張強さ、６０％以上の絞り、および、２０％以上の破断伸びを有していると良い。
【０１１７】
また、断面減少率４０〜６０％の冷間加工を加えた場合には、１８００ＭＰａ以上の引張強さ、５０％以上の絞り、および、１０％以上の破断伸びを有していると良い。
【０１１８】
また、断面減少率６０〜８０％の冷間加工を加えた場合には、２０００ＭＰａ以上の引張強さ、４５％以上の絞り、および、５％以上の破断伸びを有していると良い。
【０１１９】
なお、上記引張強さ、絞り、破断伸びは、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４１に準拠して測定される値である。
【０１２０】
次に、本ステンレス鋼の製造方法の一例について説明する。上記した本ステンレス鋼を得るには、例えば、以下のようにすれば良い。
【０１２１】
例えば、加圧可能な電気炉、加圧可能な高周波誘導炉などの溶解炉にて、上述した化学組成の合金を溶解し、鋼塊に鋳造する。次いで、得られた鋼塊を、熱間加工して所望形状の鋼材とする。次いで、上記熱間加工の後、固溶化熱処理を行う。これにより、Ｃｒ系窒化物を十分固溶させ、組織の均一化を図ることができる。
【０１２２】
上記固溶化熱処理としては、鋼の組成に応じた最適な温度に加熱した後、一定時間その温度に保持し、急冷する方法などを例示することができる。
【０１２３】
上記固溶化熱処理時の熱処理温度の下限は、好ましくは１０５０℃以上である。一方、上記固溶化熱処理時の熱処理温度の上限は、好ましくは１２５０℃以下、より好ましくは１２００℃以下、最も好ましくは１１５０℃以下である。
【０１２４】
熱処理温度が上記範囲内にあれば、鋼の品質確保、設備コストの増大を抑制しつつ、強度、延性および耐食性のバランスに優れた鋼種を得やすいからである。
【０１２５】
上述した鋼の組成において、上記熱処理温度が１０５０℃未満になると、直径２μｍを越えるＣｒ系窒化物を消滅させ難くなり、固溶化熱処理後に直径２μｍを越える未固溶のＣｒ系窒化物が残存しやすくなる傾向が見られる。この場合には、粗大なＣｒ系窒化物の存在により、延性、耐食性が低下しやすくなる。
【０１２６】
一方、上記熱処理温度が１２５０℃を越えると、結晶粒が粗大化しやすくなる、鋼の表面性状が劣化する、設備コストが増加するなどの傾向が見られる。
【０１２７】
したがって、上記熱処理温度の選択には、これらに留意すると良い。
【０１２８】
また、上記熱処理時間は、特に限定されることはない。素材の寸法に応じて、好ましくは、０．１〜２時間の範囲から選択すると良い。
【０１２９】
また、特に強度を重視する場合には、上記固溶化熱処理以外にも、冷間加工を行っても良い。また、さらなる硬さ向上のため、時効処理などを行っても良い。
【０１３０】
上記時効処理は、具体的には、例えば、４００〜６００℃、好ましくは、５００〜６００℃の温度で、０．１〜２時間程度行うと良い。
【０１３１】
以上、本ステンレス鋼およびその製造方法について説明した。本ステンレス鋼の用途は、特に限定されるものではなく、強度、延性および耐食性が要求される種々の用途に適用することが可能である。
【０１３２】
本ステンレス鋼は、具体的には、例えば、高強度、高耐食材として、ボルト、ナット、シリンダーライナー、シャフト、ハブ、コネクター、軸受、レース、レール、歯車、ピン、ネジ、ロール、タービンブレード、金型、ダイス、ドリル、バルブ、弁座、刃物、ノズル、ガスケット、リング、ばね、ゴルフアイアンのフェースなど、工業炉部材、化学プラント部材、薬品製造用部材、食品製造プラント部材、食品製造装置部材、石油掘削部材、石油精製プラント部材、ごみ焼却炉部材、蒸気タービン部材、ガスタービン部材、原子炉部材、航空機部材、バイオマスプラント部材などに好適である。
【０１３３】
また、本ステンレス鋼は、具体的には、例えば、耐食性が求められる海洋関連機器、海浜環境部材、海洋構造物構造部材、海水淡水化プラント用部材、海水熱交換器用部材、海底ケーブル、海底建築物の構造部材、係留ロープ、養殖用魚網、海浜地区での橋梁ワイヤー、海水用のポンプ、シャフト、ボルト・ナット・ねじ等の締結部材などに好適である。
【０１３４】
また、本ステンレス鋼のうち、オーステナイト相の安定性を十分に確保した鋼種は、具体的には、例えば、非磁性、高強度、高耐食部材として、精密電子部品用のばね、シャフト、軸受、レース、ピン、ダイス、レールなど、プリント基板製造部品用のワイヤー、メッシュ、生体インプラント電極、ＭＲＩ部品、ＭＲＩ対応可能な生体インプラント部材、薬品製造部品、ハンガー部材、リニアモーターカー部材、半導体製造装置部品、ピンセット、軸受、鋏、刃物などに有効である。
【０１３５】
また、本ステンレス鋼のうち、Ｎｉ含有量を低減させた鋼種は、具体的には、例えば、生体材・装飾品用途に適用可能であり、人体に直接触れるネックレス、ピアス、指輪などの装飾品、腕時計の裏蓋、腕時計バンド、めがねフレーム、歯間ブラシなどや、生体内にて使用される人工歯根、矯正ワイヤーなどの歯科用材料、プレート、ボルト、ナット、ばね、ネジ、ワイヤー、電極、人工骨、人工関節などのインプラント材料、注射針、ナイフ、メス、鋏、鉗子、ドリルなどの医療用器具などに好適である。
【実施例】
【０１３６】
以下、本発明を実施例を用いてより具体的に説明する。
表１、表２に示す化学成分の合金を、加圧可能な高周波誘導炉により溶解し、５０ｋｇの鋼塊に鋳造した。
【０１３７】
次に、この鋼塊の底部より試験片（直径約１５０ｍｍ×厚み１０ｍｍ）を切り出し、窒素ブローの有無を調査した。この際、窒素ブローの有無の調査は、試験片の表面に、ブローホール状の欠陥があるか否かを目視により確認することにより行った。
【０１３８】
次に、上記鋼塊を均質加熱後、熱間鍛造することにより、直径２５ｍｍの丸棒をそれぞれ製造した。
【０１３９】
次に、得られた各丸棒に対して、１０５０〜１２５０℃の温度にて１時間保持した後、水冷する固溶化熱処理を行った。そして、走査型電子顕微鏡の４００倍の反射電子像にて任意の１０視野を観察し、Ｃｒ系窒化物の円相当直径の最大値、および、Ｃｒ系窒化物の面積率を画像解析により測定した。
【０１４０】
次に、上記固溶化熱処理材から各試験に適した試験片を採取し、以下の試験方法により、耐食性、引張特性、シャルピー衝撃特性を調査した。
【０１４１】
＜耐食性＞
耐食性は、ＪＩＳ Ｇ ０５７８（Ａ）法に準拠し、５０℃の塩化第二鉄中に２４時間浸漬した後の腐食度を測定することにより評価した。
【０１４２】
＜引張特性＞
引張特性は、ＪＩＳ Ｚ  ２２４１に準拠し、引張強さ、絞り、破断伸びを測定することにより評価した。
【０１４３】
＜シャルピー衝撃特性＞
シャルピー衝撃特性は、ＪＩＳ Ｚ  ２２４２に準拠し、２ｍｍＶノッチ試験片を用いて、シャルピー衝撃値を測定することにより評価した。
【０１４４】
また、実施例２、４、６、比較例２については、固溶化熱処理後、スエージングで加工率３０％、５０％、７０％の冷間加工を行い、これら素材から試験片を採取し、上記引張特性を調査した。
【０１４５】
また、実施例２、４、６、比較例１、６、１０については、固溶化熱処理後、スエージングで加工率７０％の冷間加工を行い、これら素材から、試験片を採取し、透磁率および応力腐食割れ特性の調査を行った。
【０１４６】
この際、上記透磁率は、ＶＳＭ（Vibrating Sample Magnetometer：振動試料型磁力計）を用い、外部磁力２０００ｅにて測定した。
【０１４７】
一方、上記応力腐食割れ特性は、直径６ｍｍ、長さ４０ｍｍ、切欠底半径０．１ｍｍ、切欠部の直径４ｍｍの環状切欠を中央部に有する試験片を採取し、４．９％ＮａＣｌと０．１Ｎ  ＨＣｌとの混合溶液を、毎時４５ｍｌにて切欠部に滴下した状態で、静曲げ強度の７割を負荷し、最長２００時間までの破断寿命を測定した。
【０１４８】
表１、２に作製したステンレス鋼の化学成分を、表３〜表５に各試験結果を示す。なお、表中における比較例７は、ＳＵＳ８３６Ｌ（スーパーステンレス鋼）、比較例８は、ＳＵＳ３０１（準安定オーステナイト系ステンレス鋼）、比較例９は、ＳＵＳ６３０（析出硬化型ステンレス鋼）、比較例１０は、１８Ｎｉ系のマルエージング鋼であり、それぞれ一般的に用いられている温度条件にて熱処理を行った。
【０１４９】
【表１】
2008127590.tif 000002
【０１５０】
【表２】
2008127590.tif 000003
【０１５１】
【表３】
2008127590.tif 000004
【０１５２】
【表４】
2008127590.tif 000005
【０１５３】
【表５】
2008127590.tif 000006
【０１５４】
表３〜表５の試験結果を相対評価すると、次のことが分かる。
【０１５５】
すなわち、比較例１（Ｃｒ過剰、Ｎ過剰、Ｎｉｅｑ＜２０）は、特に、シャルピー衝撃特性に劣る。また、非磁性も確保し難い上、応力腐食割れも生じやすい。
【０１５６】
比較例２（Ｍｎ不足、Ｎｉ過剰、Ｃｏ過剰）は、特に、耐食性、引張特性（絞り、破断伸び）に劣る。また、固溶化熱処理後に、冷間加工を行った場合、絞り、破断伸びが低く、強度−靱延性のバランスに欠ける。
【０１５７】
比較例３（Ｎ不足、Ｎｉｅｑ＜２０、ＰＲＥ＜５、ＯＣＲＥ＜２５）は、特に、耐食性、引張特性（引張強さ）に劣る。
【０１５８】
比較例４（Ｃｕ過剰）は、熱間鍛造時に割れてしまい、製造性が悪く、その後の試験ができなかった。
【０１５９】
比較例５（Ｓｉ過剰、Ｎ過剰、Ｎｉｅｑ＜２０）は、窒素ブローが発生してしまった。
【０１６０】
比較例６（Ｍｎ過剰、ＰＲＥ＜５、ＯＣＲＥ＜２５）は、特に、耐食性に劣る。また、応力腐食割れも生じやすい。
【０１６１】
比較例７（ＳＵＳ８３６Ｌ）は、特に、引張特性（引張強さ）に劣る。
【０１６２】
比較例８（ＳＵＳ３０１）は、特に、耐食性、引張特性に劣る。
【０１６３】
比較例９（ＳＵＳ６３０）は、特に、耐食性に劣る。
【０１６４】
比較例１０（１８Ｎｉ系マルエージング鋼）は、特に、耐食性に劣る。また、応力腐食割れも生じやすい。
【０１６５】
このように、本願に規定される条件を満たしていない、比較例１〜１０は、何れも、強度、延性、耐食性のうち少なくとも１つ以上が劣っていることが分かる。
【０１６６】
これらに対し、本願に規定される条件を満足する、実施例１〜１０は、強度、延性、耐食性の何れにも優れていることが分かる。また、固溶化熱処理後に冷間加工を行った場合でも、高耐食性を維持しつつ、強度−靱延性のバランスに優れていることが分かる。また、非磁性も確保しやすく、耐応力腐食割れ特性にも優れていることが分かる。
【０１６７】
以上、本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼について説明したが、本発明は、上記実施形態、実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改変が可能である。