(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ：０．００５〜０．０７％、
Ｓｉ：０．１〜１．２％、
Ｍｎ：２．５〜１０％、
Ｎｉ：９〜１４％、
Ｃｒ：１９〜２４％、
Ｍｏ：１〜４％、
Ｎｂ：０〜０．４％、
Ｎ：０．２０〜０．５０％、
Ａｌ：０．０５％以下、並びに、
Ｓｅ、Ｔｅ、Ｂｉ、Ｓｎ、Ｚｎ及びＰｂからなる群から選択される１種又は２種以上を合計で式（１）を満たす含有量で含有し、
残部はＦｅ及び不純物からなり、
前記不純物のうち、Ｐ、Ｓ及びＯはそれぞれ、
Ｐ：０．０３％以下、
Ｓ：０．０１％以下、及び、
Ｏ：０．０２％以下である、オーステナイト系ステンレス鋼。
０．０３００≧（Ｓｅ＋Ｔｅ＋Ｂｉ）＋２（Ｓｎ＋Ｚｎ＋Ｐｂ）≧０．００１０  （１）
ここで、式（１）中の各元素記号は、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。
【請求項２】
請求項１に記載のオーステナイト系ステンレス鋼であってさらに、
Ｆｅの一部に代えて、質量％で、
Ｃｕ：３％以下、
Ｃｏ：３％以下、
Ｖ：０．５％以下、
Ｔｉ：０．５％以下、
Ｂ：０．０１％以下、
Ｃａ：０．０５％以下、
Ｍｇ：０．０５％以下、及び、
希土類元素：０．５％以下からなる群から選択される１種又は２種以上を含有する、オーステナイト系ステンレス鋼。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のオーステナイト系ステンレス鋼であって、常温での引張強さが６９０ＭＰａ以上である、オーステナイト系ステンレス鋼。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のオーステナイト系ステンレス鋼であって、
高圧水素ガス及び液体水素の貯蔵又は搬送用機器に使用される、オーステナイト系ステンレス鋼。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のオーステナイト系ステンレス鋼であって、
溶加材を用いずにガスタングステンアーク溶接により溶接される、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】
本発明はステンレス鋼に関し、さらに好ましくは、高圧水素ガス用機器及び液体水素貯蔵槽等の水素設備に利用されるオーステナイト系ステンレス鋼に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、化石燃料に代わるエネルギとして、水素を利用した輸送機器の実用化に向けた研究が進められている。この実用化のためには、水素を高圧で貯蔵及び輸送できる環境（以下、水素設備ともいう）の整備が必要である。水素設備はたとえば、高圧水素ガス用機器や、液体水素貯蔵槽等である。このような設備に使用される材料は、水素環境下での耐脆化特性が要求される。
【０００３】
国際公開第２００４／０８３４７６号（特許文献１）、国際公開第２００４／０８３４７７号（特許文献２）、国際公開第２００４／１１０６９５号（特許文献３）及び国際公開第２０１２／１３２９９２号（特許文献４）には、高強度化を目的としたオーステナイト系ステンレス鋼が提案されている。これらの特許文献では、ステンレス鋼のＭｎ含有量を高めることでＮの溶解度を高め、かつ、Ｖ及びＮｂを含有することにより、Ｎの固溶強化、窒化物の析出強化、及び、窒化物のピンニング硬化による結晶粒微細化による強化を行う。
【０００４】
上述の高Ｎ含有のオーステナイト系ステンレス鋼を水素設備に使用する場合、鋼材を溶接により組み立て可能であることが要求される。特許文献３、特開平５−１９２７８５号公報（特許文献５）、及び、特開２０１０−２２７９４９号公報（特許文献６）では、Ａｌ、Ｔｉ及びＮｂを含有し、溶接後熱処理を実施することにより、８００ＭＰａを超える引張強さが得られる溶加材（溶接金属）が提案されている。さらに、国際公開第２０１３／００５５７０号（特許文献７）では、溶加材のＮ含有量、及び、溶接時のシールドガス及び溶融池面積を管理して、溶接金属のＮ含有量を高めることにより、溶接後熱処理を実施することなく、高強度化できる溶接継手が提案されている。さらに、特開平９−１３７２５５号公報（特許文献８）では、オーステナイト鋼材中のＡｌ含有量に応じて酸素含有量を調整することにより、溶接施工性が改善された鋼が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００４／０８３４７６号
【特許文献２】国際公開第２００４／０８３４７７号
【特許文献３】国際公開第２００４／１１０６９５号
【特許文献４】国際公開第２０１２／１３２９９２号
【特許文献５】特開平５−１９２７８５号公報
【特許文献６】特開２０１０−２２７９４９号公報
【特許文献７】国際公開第２０１３／００５５７０号
【特許文献８】特開平９−１３７２５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、実際の水素設備（建造物）で鋼材を使用する場合、薄肉部材等、使用部位によっては溶加材の使用が困難な場合がある。この場合、溶加材を用いずに、ガスタングステンアーク溶接により鋼材同士を付き合わせ溶接する。突き合わせ溶接時、溶け込み深さが不十分な場合には、未溶融の突き合わせ面が欠陥として残存する。この場合、溶接継手において必要な強度が得られない。
【０００７】
未溶融の突き合わせ面を抑制するには、溶接入熱を増大させればよい。しかしながらこの場合、溶融部が大きくなり、アンダーカット及び溶け落ちが生じ、溶接継手の健全性がかえって低下する。
【０００８】
上述の特許文献１〜７では、この課題に関する開示及び示唆がない。特許文献８では、この課題に対して、ビード幅の均一性及び裏ビード形成能を改善できると記載されている。しかしながら、ＡｌはＮとの親和力が強い。そのため、Ｎを積極的に含有したステンレス鋼に、特許文献８の技術を適用しても、この課題に対する効果が得られない場合がある。
【０００９】
本発明の目的は、溶加材を用いずに溶接する場合であっても、優れた溶接施工性を有する、具体的には、深い溶け込み深さが得られる、オーステナイト系ステンレス鋼を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本実施形態によるオーステナイト系ステンレス鋼は、質量％で、Ｃ：０．００５〜０．０７％、Ｓｉ：０．１〜１．２％、Ｍｎ：２．５〜１０％、Ｎｉ：９〜１４％、Ｃｒ：１９〜２４％、Ｍｏ：１〜４％、Ｎｂ：０〜０．４％、Ｎ：０．２０〜０．５０％、Ａｌ：０．０５％以下、並びに、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｂｉ、Ｓｎ、Ｚｎ及びＰｂからなる群から選択される１種又は２種以上を合計で式（１）を満たす含有量で含有し、残部はＦｅ及び不純物からなり、不純物のうち、Ｐ、Ｓ及びＯはそれぞれ、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０１％以下、及び、Ｏ：０．０２％以下である。
０．０３００≧（Ｓｅ＋Ｔｅ＋Ｂｉ）+２（Ｓｎ＋Ｚｎ＋Ｐｂ）≧０．００１０  （１）
ここで、式（１）中の各元素記号は、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。
【発明の効果】
【００１１】
本実施形態によるオーステナイト系ステンレス鋼は、溶加材を用いずに溶接する場合に、優れた溶接施工性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、実施例における、突き合わせ溶接される前の鋼板の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明者らは、上記課題を解決するために調査及び検討を行った。その結果、本発明者らは次の知見を得た。
【００１４】
質量％で、Ｃ：０．００５〜０．０７％、Ｓｉ：０．１〜１．２％、Ｍｎ：２．５〜１０％、Ｎｉ：９〜１４％、Ｃｒ：１９〜２４％、Ｍｏ：１〜４％、Ｎｂ：０〜０．４％、Ｎ：０．２０〜０．５０％、Ａｌ：０．０５％以下を含有するオーステナイト系ステンレス鋼において、充分な溶け込み深さを得るためには、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｂｉ、Ｓｎ、Ｚｎ及びＰｂからなる群から選択される１種又は２種以上を含有させることが有効である。以下、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｂｉ、Ｓｎ、Ｚｎ及びＰｂを、「特定元素群」という。
【００１５】
特定元素群が溶接施工性を高める理由として、次の事項が考えられる。特定元素群（Ｓｅ、Ｔｅ、Ｂｉ、Ｓｎ、Ｚｎ及びＰｂ）のうち、Ｓｅ、Ｔｅ及びＢｉは、表面活性元素として作用する。Ｓｅ、Ｔｅ及びＢｉは、微量に含有された場合であっても、溶融池内の内向きの対流を強くする。そのため、溶接時にアークからの熱が深さ方向に輸送されやすくなり、溶け込み深さが増大する。
【００１６】
特定元素群のうち、Ｓｎ、Ｚｎ及びＰｂは、溶接中の溶融池表面から蒸発し、アークの通電経路を形成する。そのため、アークの電流密度が高くなり、溶け込み深さが増大する。
【００１７】
特定元素群を含有して十分な溶け込み深さを得るには、特定元素群の少なくとも１種以上を適正な範囲で含有させればよい。一方、特定元素群の総含有量が高すぎれば、溶接時の溶接割れ感受性が高まり、溶接金属の延性が低下する。特定元素群の総含有量が式（１）を満たせば、溶接金属の延性を維持しつつ、十分な溶け込み深さを得ることができ、溶接施工性が高まる。
０．０３００≧（Ｓｅ＋Ｔｅ＋Ｂｉ）+２（Ｓｎ＋Ｚｎ＋Ｐｂ）≧０．００１０  （１）
ここで、式（１）中の各元素記号は、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。
【００１８】
以上の知見に基づいて完成した本実施形態のオーステナイト系ステンレス鋼は、質量％で、Ｃ：０．００５〜０．０７％、Ｓｉ：０．１〜１．２％、Ｍｎ：２．５〜１０％、Ｎｉ：９〜１４％、Ｃｒ：１９〜２４％、Ｍｏ：１〜４％、Ｎｂ：０〜０．４％、Ｎ：０．２０〜０．５０％、Ａｌ：０．０５％以下、並びに、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｂｉ、Ｓｎ、Ｚｎ及びＰｂからなる群から選択される１種又は２種以上を合計で式（１）を満たす含有量で含有し、残部はＦｅ及び不純物からなる。不純物のうち、Ｐ、Ｓ及びＯはそれぞれ、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０１％以下、及び、Ｏ：０．０２％以下である。
０．０３００≧（Ｓｅ＋Ｔｅ＋Ｂｉ）+２（Ｓｎ＋Ｚｎ＋Ｐｂ）≧０．００１０  （１）
ここで、式（１）中の各元素記号は、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。
【００１９】
本実施形態のオーステナイト系ステンレス鋼は、溶加材を用いずに溶接する場合に、優れた溶接施工性、具体的には、深い溶け込み深さが得られる。なお、本実施形態のオーステナイト系ステンレス鋼は、耐水素脆化性や強度等の必要な性能を満足する溶接金属が得られれば、溶加材を使用しても高圧水素ガス用途の機器の鋼材として使用できることは言うまでもない。
【００２０】
上記オーステナイト系ステンレス鋼はさらに、Ｆｅの一部に代えて、質量％で、Ｃｕ：３％以下、Ｃｏ：３％以下、Ｖ：０．５％以下、Ｔｉ：０．５％以下、Ｂ：０．０１％以下、Ｃａ：０．０５％以下、Ｍｇ：０．０５％以下、及び、希土類元素：０．５％以下からなる群から選択される１種又は２種以上を含有してもよい。
【００２１】
好ましくは、上記オーステナイト系ステンレス鋼では、常温での引張強さが６９０ＭＰａ以上である。
【００２２】
好ましくは、上記オーステナイト系ステンレス鋼は、高圧水素ガス及び液体水素の貯蔵又は搬送用機器に使用される。
上記オーステナイト系ステンレス鋼は、溶加材を用いずに溶接されてもよい。
【００２３】
以下、本実施形態によるオーステナイト系ステンレス鋼について詳述する。以下の説明において、各成分元素の含有量の「％」は「質量％」を意味する。
【００２４】
［化学組成］
本実施形態によるオーステナイト系ステンレス鋼の化学組成は、次の元素を含有する。
【００２５】
Ｃ：０．００５〜０．０７％
炭素（Ｃ）は、オーステナイト組織を安定化させる。Ｃ含有量が低すぎれば、この効果が得られない。一方、Ｃ含有量が高すぎれば、溶接時の加熱により粒界に炭化物が形成され、溶接熱影響部の耐食性が低下する。したがって、Ｃ含有量は０．００５〜０．０７％である。Ｃ含有量の好ましい下限は０．０１％であり、さらに好ましくは０．０２％である。Ｃ含有量の好ましい上限は０．０６％であり、さらに好ましくは０．０５％である。
【００２６】
Ｓｉ：０．１〜１．２％
シリコン（Ｓｉ）は、鋼を脱酸する。Ｓｉはさらに、鋼の耐食性を高める。Ｓｉ含有量が低すぎれば、この効果が得られない。一方、Ｓｉ含有量が高すぎれば、オーステナイト組織の安定性が低下し、かつ、延性が低下する。さらに、溶加材を用いない溶接の場合、溶接金属の凝固割れ感受性が高まる。したがって、Ｓｉ含有量は０．１〜１．２％である。Ｓｉ含有量の好ましい下限は０．１５％であり、さらに好ましくは０．２％である。Ｓｉ含有量の好ましい上限は１．１％であり、さらに好ましくは１．０％である。
【００２７】
Ｍｎ：２．５〜１０％
マンガン（Ｍｎ）は、鋼を脱酸するとともに、オーステナイト組織を安定化させる。Ｍｎはさらに、母材製造時や溶接中において、溶融金属中のＮの溶解度を大きくし、強度を高める。Ｍｎはさらに、アークの電流密度を高め、溶け込み深さを深くする。Ｍｎ含有量が低すぎれば、これらの効果が得られない。一方、Ｍｎ含有量が高すぎれば、延性が低下する。したがって、Ｍｎ含有量は２．５〜１０％である。Ｍｎ含有量の好ましい下限は２．８％であり、さらに好ましくは３．０％である。Ｍｎ含有量の好ましい上限は８％であり、さらに好ましくは６．５％である。
【００２８】
Ｎｉ：９〜１４％
ニッケル（Ｎｉ）は、オーステナイト組織を安定化させる。Ｎｉはさらに、積層欠陥エネルギーを高め、水素環境下での脆化感受性を低下させる。Ｎｉ含有量は低すぎれば、これらの効果が得られない。一方、Ｎｉ含有量が高すぎれば、製造コストが高くなる。Ｎｉ含有量が高すぎればさらに、母材製造時や溶接中において、溶融金属中のＮの溶解度が小さくなり、鋼の強度が低下する。したがって、Ｎｉ含有量は９〜１４％である。Ｎｉ含有量の好ましい下限は９．５％であり、さらに好ましくは１０％である。Ｎｉ含有量の好ましい上限は１３．５％であり、さらに好ましくは１３％である。
【００２９】
Ｃｒ：１９〜２４％
クロム（Ｃｒ）は、使用環境下での鋼の耐食性を高める。Ｃｒはさらに、母材製造時や溶接中において、溶融金属中のＮの溶解度を高め、かつ、炭化物を生成して鋼の強度を高める。Ｃｒ含有量が低すぎれば、これらの効果が得られない。一方、Ｃｒ含有量が高すぎれば、オーステナイト組織が不安定になり、さらに、炭化物が過剰に生成して鋼が脆化する。したがって、Ｃｒ含有量は１９〜２４％である。Ｃｒ含有量の好ましい下限は１９％であり、さらに好ましくは１９．５％であり、さらに好ましくは２０％である。Ｃｒ含有量の好ましい上限は２３．５％であり、さらに好ましくは２３％である。
【００３０】
Ｍｏ：１〜４％
モリブデン（Ｍｏ）は、水素環境下での鋼の耐食性を高め、かつ、鋼の強度を高める。Ｍｏ含有量が低すぎれば、これらの効果が得られない。一方、Ｍｏ含有量が高すぎれば、製造コストが高くなり、さらに、オーステナイト組織が不安定になる。したがって、Ｍｏ含有量は１〜４％である。Ｍｏ含有量の好ましい下限は１．２％であり、さらに好ましくは１．５％である。Ｍｏ含有量の好ましい上限は３．８％であり、さらに好ましくは３．５％である。
【００３１】
Ｎｂ：０〜０．４％
Ｎｂは任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Ｎｂは鋼中に固溶したり、炭窒化物として析出して、鋼の強度を高める。Ｎｂが少しでも含有されれば、これらの効果が得られる。しかしながら、Ｎｂ含有量が高すぎれば、溶加材を用いない溶接時に、溶接金属の凝固割れ感受性を高め、溶接金属の延性も低下する。したがって、Ｎｂ含有量は０〜０．４％である。Ｎｂ含有量の好ましい下限は０．１０％であり、さらに好ましくは０．１２％である。Ｎｂ含有量の好ましい上限は０．３８％であり、さらに好ましくは０．３５％である。
【００３２】
Ｎ：０．２０〜０．５０％
窒素（Ｎ）は、鋼中に固溶したり、微細な窒化物を形成して、鋼の強度を高める。Ｎはさらに、オーステナイト組織を安定化させる。Ｎ含有量が低すぎれば、これらの効果が得られない。一方、Ｎ含有量が高すぎれば、母材の製造時に熱間加工性が低下し、溶接時において、溶接金属中にブローホール及びピットを形成する。したがって、Ｎ含有量は０．２０〜０．５０％である。Ｎ含有量の好ましい下限は０．２２％であり、さらに好ましくは０．２５％である。Ｎ含有量の好ましい上限は０．４８％であり、さらに好ましくは０．４５％である。
【００３３】
Ａｌ：０．０５％以下
アルミニウム（Ａｌ）はＳｉと同様に鋼を脱酸する。一方、Ａｌ含有量が高すぎれば、溶接時の溶け込み深さが浅くなる。したがって、Ａｌ含有量は０．０５％以下である。Ａｌ含有量の下限は特に制限されない。しかしながら、製鋼コストを考慮すれば、Ａｌ含有量の好ましい下限は０．０００５％以上であり、さらに好ましくは０．００１％である。Ａｌ含有量の好ましい上限は０．０４％であり、さらに好ましくは０．０３％である。
【００３４】
特定元素群（Ｓｅ、Ｔｅ、Ｂｉ、Ｓｎ、Ｚｎ及びＰｂ）：合計含有量が式（１）を満たす。
０．０３００≧（Ｓｅ＋Ｔｅ＋Ｂｉ）+２（Ｓｎ＋Ｚｎ＋Ｐｂ）≧０．００１０  （１）
特定元素群はいずれも、溶け込み深さを増大する。具体的には、Ｓｅ、Ｔｅ及びＢｉはいずれも、溶融金属の表面張力の温度依存性に影響を及ぼし、溶け込み深さを増大する。Ｓｎ、Ｚｎ及びＰｂはいずれも、溶融池から蒸発してアークの電流密度を増大させることにより、溶け込み深さを増大する。Ｆ１＝（Ｓｅ＋Ｔｅ＋Ｂｉ）+２（Ｓｎ＋Ｚｎ＋Ｐｂ）と定義した場合、特定元素群から選択される１種又は２種以上の合計含有量であるＦ１が０．００１０（％）以上であれば、溶け込み深さが十分に増大する。一方、特定元素群の含有量が高すぎれば、具体的には、Ｆ１が０．０３００（％）を超えれば、溶接中に溶融金属に凝固割れが発生する。したがって、Ｆ１は０．００１０〜０．０３００である。Ｆ１の好ましい下限は０．００１５であり、さらに好ましくは０．００２０である。Ｆ１の好ましい上限は０．０２５０であり、さらに好ましくは０．０２００である。
【００３５】
本実施形態によるオーステナイト系ステンレス鋼は、上記の元素を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなる。ここでいう「不純物」とは、鋼材を工業的に製造する際に、鉱石、スクラップ等の原料その他の要因により混入する成分を意味する。不純物のうち、Ｐ、Ｓ及びＯの含有量は、それぞれ、次のとおりである。
【００３６】
Ｐ：０．０３％以下
燐（Ｐ）は不純物である。Ｐは、製造時の母材の熱間加工性を低下する。Ｐはさらに、溶加材を使用せずに溶接する場合、溶接金属の凝固割れ感受性を増大させる。したがって、Ｐ含有量は０．０３％以下である。好ましいＰ含有量は０．０２５％以下であり、さらに好ましくは０．０２％以下である。Ｐ含有量はなるべく低い方が好ましい。
【００３７】
Ｓ：０．０１％以下
硫黄（Ｓ）は不純物である。Ｓは、製造時の母材の熱間加工性を低下する。Ｓはさらに、溶加材を使用せずに溶接する場合、溶接金属の凝固割れ感受性を増大させる。したがって、Ｓ含有量は０．０１％以下である。好ましいＳ含有量は０．００８％以下であり、さらに好ましくは０．００５％以下である。Ｓ含有量はなるべく低い方が好ましい。
【００３８】
Ｏ：０．０２％以下
酸素（Ｏ）は不純物である。Ｏは製造時の母材の熱間加工性を低下させる。Ｏはさらに、鋼の清浄性を低下させ、延性を低下させる。したがって、Ｏ含有量は０．０２％以下である。好ましいＯ含有量は０．０１５％以下であり、さらに好ましくは０．０１％以下である。Ｏ含有量の下限は特に設けなくてもよい。しかしながら、製造コストの点及びＯが表面活性元素として作用し溶け込み深さを増大させる効果を少なからず有する点を考慮すれば、Ｏ含有量の好ましい下限は０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％である。
【００３９】
本実施形態のオーステナイト系ステンレス鋼はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｖ、Ｔｉ、Ｂ、Ｃａ、Ｍｇ及び希土類元素（ＲＥＭ）からなる群から選択される１種又は２種以上を含有しても良い。
【００４０】
Ｃｕ：０〜３％
銅（Ｃｕ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Ｃｕはオーステナイト組織を安定化させる。Ｃｕが少しでも含有されれば、この効果がある程度得られる。しかしながら、Ｃｕ含有量が高すぎれば、溶加材を用いず溶接する場合、溶接金属の凝固割れ感受性が高まる。したがって、Ｃｕ含有量は０〜３％である。Ｃｕ含有量の好ましい下限は０．００５％であり、さらに好ましくは０．００８％であり、さらに好ましくは０．０１％である。Ｃｕ含有量の好ましい上限は２．５％であり、さらに好ましくは２．０％である。
【００４１】
Ｃｏ：０〜３％
コバルト（Ｃｏ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、ＣｏはＣｕと同様にオーステナイト組織を安定化させる。Ｃｏが少しでも含有されれば、この効果がある程度得られる。しかしながら、Ｃｏ含有量が高すぎれば、溶接金属の延性が低下する。したがって、Ｃｏ含有量は０〜３％である。Ｃｏ含有量の好ましい下限は０．００５％であり、さらに好ましくは０．００８％であり、さらに好ましくは０．０１％である。Ｃｏ含有量の好ましい上限は２．５％であり、さらに好ましくは２．０％である。
【００４２】
Ｖ：０〜０．５％
バナジウム（Ｖ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Ｖは、Ｎｂと同様に、鋼中に固溶したり、炭窒化物として析出して、鋼の強度を高める。Ｖが少しでも含有されれば、この効果がある程度得られる。しかしながら、Ｖ含有量が高すぎれば、炭窒化物が多量に析出し、延性が低下する。したがって、Ｖ含有量は０〜０．５％である。Ｖ含有量の好ましい下限は０．００１％であり、さらに好ましくは０．００５％であり、さらに好ましくは０．０１％である。Ｖ含有量の好ましい上限は０．４５％であり、さらに好ましくは０．４０％である。
【００４３】
Ｔｉ：０〜０．５％
チタン（Ｔｉ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、ＴｉはＶ、Ｎｂと同様に、鋼中に固溶したり、炭窒化物として析出して、鋼の強度を高める。Ｔｉが少しでも含有されれば、この効果がある程度得られる。しかしながら、Ｔｉ含有量が高すぎれば、炭窒化物が多量に析出し、延性が低下する。したがって、Ｔｉ含有量は０〜０．５％である。Ｔｉ含有量の好ましい下限は０．００１％であり、さらに好ましくは０．００３％であり、さらに好ましくは０．００５％である。Ｔｉ含有量の好ましい上限は０．４５％以下であり、さらに好ましくは０．４０％以下である。
【００４４】
Ｂ：０〜０．０１％
ボロン（Ｂ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Ｂは粒界に偏析して粒界固着力を高め、鋼の強度を高める。Ｂはさらに、水素環境下での鋼の脆化を抑制する。Ｂが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｂ含有量が高すぎれば、溶加材を使用せずに溶接するとき、溶接金属の凝固割れ感受性が高まる。したがって、Ｂ含有量は０〜０．０１％である。Ｂ含有量の好ましい下限は０．０００１％であり、さらに好ましくは０．０００２％であり、さらに好ましくは０．０００５％である。Ｂ含有量の好ましい上限は０．００８％であり、さらに好ましくは０．００５％である。
【００４５】
Ｃａ：０〜０．０５％
カルシウム（Ｃａ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Ｃａは鋼の熱間加工性を高める。Ｃａが少しでも含有されれば、この効果がある程度得られる。しかしながら、Ｃａ含有量が高すぎれば、ＣａがＯと結合して鋼の清浄度が低下し、熱間加工性がかえって低下する。したがって、Ｃａ含有量は０〜０．０５％である。Ｃａ含有量の好ましい下限は０．０００１％であり、さらに好ましくは０．０００５％であり、さらに好ましくは０．００１％である。Ｃａ含有量の好ましい上限は０．０３％以下であり、さらに好ましくは０．０１％である。
【００４６】
Ｍｇ：０〜０．０５％
マグネシウム（Ｍｇ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、ＭｇはＣａと同様に、鋼の熱間加工性を高める。Ｍｇが少しでも含有されれば、この効果がある程度得られる。しかしながら、Ｍｇ含有量が高すぎれば、ＭｇがＯと結合して、鋼の清浄性が低下し、かえって鋼の熱間加工性が低下する。したがって、Ｍｇ含有量は０〜０．０５％である。Ｍｇ含有量の好ましい下限は０．０００１％であり、さらに好ましくは０．０００５％であり、さらに好ましくは０．００１％である。Ｍｇ含有量の好ましい上限は０．０３％であり、さらに好ましくは０．０１％である。
【００４７】
希土類元素（ＲＥＭ）：０〜０．５％
希土類元素（ＲＥＭ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、ＲＥＭはＳとの親和力が強く、鋼の熱間加工性を高める。ＲＥＭが少しでも含有されれば、この効果がある程度得られる。しかしながら、ＲＥＭ含有量が高すぎれば、ＲＥＭがＯと結合して、鋼の清浄性が低下し、かえって鋼の熱間加工性が低下する。したがって、ＲＥＭ含有量は０〜０．５％である。ＲＥＭ含有量の好ましい下限は０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００５％である。ＲＥＭ含有量の好ましい上限は０．３％であり、さらに好ましくは０．１％である。
【００４８】
本明細書でいう「ＲＥＭ」は、Ｓｃ、Ｙ及びランタノイドの合計１７元素の総称であり、ＲＥＭ含有量は、ＲＥＭのうちの１種又は２種以上の元素の合計含有量を意味する。ＲＥＭは一般的にミッシュメタルに含有される。そのため、例えば、ミッシュメタルを溶鋼に添加して、鋼中のＲＥＭの含有量が上記の範囲となるようしてもよい。
【００４９】
［製造方法］
本実施形態によるオーステナイト系ステンレス鋼の製造方法の一例を説明する。上述の化学組成を有する溶鋼を製造する。たとえば、電気炉やＡＯＤ（Ａｒｇｏｎ Ｏｘｙｇｅｎ Ｄｅｃａｒｂｕｒｉｚａｔｉｏｎ）炉、ＶＯＤ（Ｖａｃｕｕｍ Ｏｘｙｇｅｎ Ｄｅｃａｒｂｕｒｉｚａｔｉｏｎ）炉を用いて、上記溶鋼を製造する。
【００５０】
製造された溶鋼から造塊法によりインゴットを製造する。インゴットを熱間加工（熱間鍛造、熱間圧延等）してスラブやブルーム、ビレット等の鋼素材を製造する。製造された溶鋼から連続鋳造法によりスラブやブルーム、ビレット等の鋼素材を製造してもよい。
【００５１】
製造された鋼素材を熱間加工して、オーステナイト系ステンレス鋼材を製造する。たとえば、鋼素材を熱間圧延して鋼板や棒鋼、線材を製造する。また、熱間押出や熱間穿孔圧延等によりオーステナイト系ステンレス鋼管を製造する。上記のとおり、熱間加工の具体的な方法は特に限定されず、最終製品の形状に応じた熱間加工を実施すればよい。
【００５２】
熱間加工後のオーステナイト系ステンレス鋼材に対して、冷間加工を実施してもよい。オーステナイト系ステンレス鋼材が鋼管である場合、冷間加工はたとえば、冷間抽伸である。オーステナイト系ステンレス鋼材が鋼板である場合、冷間圧延等である。
【００５３】
熱間加工後、又は冷間加工後に熱処理（溶体化処理）を実施してもよい。熱処理は複数回実施してもよい。
【００５４】
以上の製造方法で製造されたオーステナイト系ステンレス鋼は、６９０ＭＰａ以上の引張強さを有する。さらに、このオーステナイト系ステンレス鋼は、優れた溶接施工性を示す。具体的には、溶加材を使用せずに溶接したとき、十分な溶け込み深さを得ることができる。
【実施例】
【００５５】
表１Ａ及び表１Ｂに示す鋼種Ａ〜Ｊの化学組成を有する溶鋼を製造した。
【００５６】
【表１Ａ】
0006627373.tif 000002
【００５７】
【表１Ｂ】
0006627373.tif 000003
【００５８】
溶鋼を鋳造してインゴットを製造した。インゴットに対して、熱間鍛造、熱間圧延、熱処理及び機械加工を実施して、板厚２ｍｍ、幅５０ｍｍ、長さ１００ｍｍの鋼板を製造した。
【００５９】
各試験番号の２枚の鋼板の開先形状は、図１に示すＩ形とした。図１中の数値は寸法（括弧は内は単位）を示す。ガスタングステンアーク溶接方法により、溶加材を用いず、入熱５ｋＪ/ｃｍとして、図１の鋼板同士に対して突き合わせ溶接を実施し、表２に示す試験番号１〜１０の溶接継手を製造した。いずれの試験番号においても、溶接時の条件は同じとした。
【００６０】
［溶接施工性試験］
製造された溶接継手の溶接部を目視により観察した。溶接継手の裏面を観察して、裏ビードが形成されていなかった場合、十分な溶け込み深さが得られなかったと判断し、「不可」と判定した。裏ビードが観察されたものの、裏ビード幅が１ｍｍ未満の場合、「良」と判定した。裏ビードが１ｍｍ以上のものを「優」と判定した。「良」及び「優」の場合、十分な溶け込み深さが得られたと判定した。さらに、溶け込み深さが「良」及び「優」の溶接継手において、溶接部の欠陥の有無を目視により観察した。割れや溶け落ちなどの溶接欠陥が観察されなかった場合、「優」と判断した。溶接欠陥が観察された場合、「不可」と判断した。
【００６１】
［引張試験］
溶接施工性試験で「良」又は「優」と判定された溶接継手に対して、引張試験を実施した。具体的には、溶接金属を平行部の中央に有する板状引張試験片を作製した。試験片に対して、常温で引張試験を実施した。引張強さＴＳ（ＭＰａ）が母材の必要強度である６９０ＭＰａ以上であった場合、「良」と判定し、８００ＭＰａを超えた場合、「優」と判定した。引張強さＴＳが６９０ＭＰａ未満の場合、「不可」と判定した。
【００６２】
さらに、各試験番号の母材に対しても、板状引張試験片を作製し、溶接継手での引張試験と同じ条件で引張試験を実施した。その結果、各試験番号の母材はいずれも、引張強さが６９０ＭＰａ以上であった。
【００６３】
［低歪速度引張試験（ＳＳＲＴ）］
引張試験で「良」又は「優」と判定された溶接継手に対して、高圧水素環境下における耐脆化特性を評価するため、低歪速度引張試験（ＳＳＲＴ）を実施した。具体的には、溶接金属を平行部の中央に有する段付板状低歪速度引張試験片を採取した。試験片に対して、大気中及び４５ＭＰａの高圧水素環境下における低歪速度引張試験を実施した。なお、歪速度は３×１０-5／ｓとした。低歪速度引張試験において、高圧水素環境下での破断絞りの、大気中での破断絞りに対する比が９０％以上となるものを「合格」とした。
【００６４】
［試験結果］
試験結果を表２に示す。
【００６５】
【表２】
0006627373.tif 000004
【００６６】
表２中の「−」は、試験を実施しなかったことを示す。表２を参照して、試験番号１〜６は、化学組成が適正であり、かつ、Ｆ１が式（１）を満たした。そのため、充分な溶け込み深さが得られる優れた溶接施工性を有し、さらに、溶接継手の引張強さも、母材の必要強度である６９０ＭＰａ以上であった。さらに、優れた耐水素脆化感受性を示した。
【００６７】
一方、試験番号７では、Ｆ１が式（１）の上限を超えた。そのため、溶け込み深さは十分に得られたものの、溶接ビード中央部に凝固割れと考えられる溶接割れが発生した。
【００６８】
試験番号８及び９では、Ｆ１が式（１）の下限未満であった。そのため、溶け込み深さが充分でなく裏ビードが形成されなかった。つまり、試験番号８及び９では、溶接施工性が低かった。
【００６９】
試験番号１０では、Ｎ含有量が低すぎた。そのため、張り強さが必要引張強さである６９０ＭＰａを下回った。
【００７０】
以上、本発明の実施の形態を説明した。しかしながら、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。したがって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変更して実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本実施形態のオーステナイト系ステンレス鋼は、溶加材を用いずに溶接する場合に、優れた溶接施工性、具体的には、深い溶け込み深さが得られる。したがって、高圧水素ガスの貯蔵や運搬等、高圧水素ガス用途の機器用の鋼材として特に好適である。
【図１】
0006627373.tif 000005