(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素（Ｃ）          ０．０８ｗｔ％以下、
マンガン（Ｍｎ）    ４．０〜５．０ｗｔ％以下、
ケイ素（Ｓｉ）      ０.７〜１.０ｗｔ％、
ニッケル（Ｎｉ）    ３.５〜４.５ｗｔ％、
クロム（Ｃｒ）      １６.０〜１８.０ｗｔ％、
銅（Ｃｕ）                    ３.０〜３.５０ｗｔ％、
硫黄（Ｓ）                    ０.０４５ｗｔ％以下、
燐（Ｐ）            ０.０３０ｗｔ％以下、
総不純物の含有量    ０.２ｗｔ％以下、および
鉄（Ｆｅ）          残部
からなる、低ニッケル含有オーステナイト系ステンレス鋼。
【請求項２】
炭素（Ｃ）          ０.０６ｗｔ％以下
マンガン（Ｍｎ）    ４.０〜４.５ｗｔ％
ケイ素（Ｓｉ）      ０.７〜１.０ｗｔ％
ニッケル（Ｎｉ）    ４.０〜４.２ｗｔ％
クロム（Ｃｒ）      １７〜１７.５ｗｔ％
銅（Ｃｕ）          ３.０〜３.２ｗｔ％
硫黄（Ｓ）          ０.０４５ｗｔ％以下
燐（Ｐ）            ０.０３０ｗｔ％以下
総不純物の含有量    ０.２ｗｔ％以下
鉄（Ｆｅ）          残部
からなる、請求項１に記載の低ニッケル含有オーステナイト系ステンレス鋼。
【請求項３】
Ｃ：０.０５８ｗｔ％と、Ｍｎ：４.８ｗｔ％と、Ｓｉ：０.９ｗｔ％と、Ｎｉ：４.２ｗｔ％と、Ｃｒ：１７.６ｗｔ％と、Ｃｕ：３.１ｗｔ％と、Ｓ：０.０３２ｗｔ％と、Ｐ：０.０２５ｗｔ％と、総不純物含有量：０.１５ｗｔ％及びＦｅ：残部とからなる、請求項１に記載の低ニッケル含有オーステナイト系ステンレス鋼。
【請求項４】
Ｃ：０.０５２ｗｔ％と、Ｍｎ：４.６ｗｔ％と、Ｓｉ：０.８２ｗｔ％と、Ｎｉ：４.３ｗｔ％と、Ｃｒ：１８ｗｔ％と、Ｃｕ：３.２５ｗｔ％と、Ｓ：０.０３０ｗｔ％と、Ｐ：０.０２３ｗｔ％と、総不純物含有量：０.１７ｗｔ％及びＦｅ：残部とからなる、請求項１に記載の低ニッケル含有オーステナイト系ステンレス鋼。
【請求項５】
Ｃ：０.０７２ｗｔ％と、Ｍｎ：４.５ｗｔ％と、Ｓｉ：１.０ｗｔ％と、Ｎｉ：４.０５ｗｔ％と、Ｃｒ：１７.１ｗｔ％と、Ｃｕ：３.０ｗｔ％と、Ｓ：０.０３５ｗｔ％と、Ｐ：０.０２２ｗｔ％と、総不純物含有量：０.０１６ｗｔ％及びＦｅ：残部とからなる、請求項１に記載の低ニッケル含有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、低ニッケル含有オーステナイト系ステンレス鋼とその生産方法に関する。特に、本発明は、ニッケルの含有量は少ないながらも優れた機械的特性と耐蝕性を有するオーステナイト系ステンレス鋼に関し、それに、その生産方法をも含むものである。
【背景技術】
【０００２】
最近、商業的に利用可能なステンレス鋼は、その特性や費用的側面で明確に異なるニッケルの量に差がある３００シリーズ（series）と２００シリーズがある。
【０００３】
３００シリーズはＣｒ−Ｎｉステンレス鋼で知られ、典型的な鋼種（steel grade）は１８Ｃｒ−８Ｎｉの基本構成となっているステンレス鋼３０４である。２００シリーズはＣｒ−Ｍｎステンレス鋼で知られ、典型的な鋼種は１７Ｃｒ−５Ｎｉ−７Ｍｎの基本構成となっているステンレス鋼２０１である。また、２００シリーズはニッケルの含有量が少ないステンレス鋼として知られており、ニッケルの一部はマンガンで代替される。２００シリーズは安価ではあるものの、３００シリーズに比べ耐蝕性が減少され、引長強度は向上するが、冷間加工硬化率が高くなり、鋳造の冷間加工費用増加を招く。
【０００４】
ニッケルは稀なものであり、世界約１５カ国においてのみ自然で存在する。従って、ニッケルを節約して鋳造生産費を減らし、商業的競争力を向上させるために、ニッケルの含有量を減らし、且つ、十分な特性を有するオーステナイト系ステンレス鋼の開発が求められる。
【０００５】
このことから、Ｃｒ−Ｍｎステンレス鋼２０１を基本とする低ニッケル含有オーステナイト系ステンレス鋼ＳＴＣ２０４Ｃｕは、耐蝕性と合金２０１の冷間加工成形性を高めるために発明者らによって開発され、インベストメント（investment）鋳造法に用いられた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、優れた機械的特性と耐蝕性を有し、且つ、経済的でありながら低ニッケル含有オーステナイト系ステンレス鋼を提供することをその目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、低ニッケル含有オーステナイト系ステンレス鋼の生産方法を提供することをもう一つの目的としている。
【０００８】
本発明の低ニッケル含有オーステナイト系ステンレス鋼（以下、ＳＴＣ２０４Ｃｕ）は、Ｃ  約０.０８ｗｔ％以下と、Ｍｎ  約４.０〜５.０ｗｔ％と、Ｓｉ  約０.７〜１.０ｗｔ％と、Ｎｉ  約３.５〜４.５ｗｔ％と、Ｃｒ  約１６.０〜１８.０ｗｔ％と、Ｃｕ  約３.０〜３.５０ｗｔ％と、Ｓ  約０.０４５ｗｔ％以下と、Ｐ  約０.０３０ｗｔ％以下と、総不純物含有量  約０.２ｗｔ％以下と、Ｆｅ  残部（残量）とからなる。
【０００９】
本発明の望ましい実施例において、ＳＴＣ２０４Ｃｕの組成比は、Ｃ  約０.０６ｗｔ％以下と、Ｍｎ  約４.０〜４.５ｗｔ％と、Ｓｉ  約０.７〜１.０ｗｔ％と、Ｎｉ  約４.０〜４.２ｗｔ％と、Ｃｒ  約１７.０〜１７.５ｗｔ％と、Ｃｕ  約３.０〜３.２ｗｔ％と、Ｓ  約０.０４５ｗｔ％以下と、Ｐ  約０.０３０ｗｔ％以下と、総不純物含有量  約０.２ｗｔ％以下と、Ｆｅ  残部（残量）とからなる。
【００１０】
本発明の一実施例によると、ステンレス鋼ＳＴＣ２０４Ｃｕの生産方法は金属原料（投入量計算）を準備する段階と、組成物を形成するために電気炉で金属原料を熔融する段階と、現場で組成物のサンプルを分析する段階と、分析結果に応じて組成比を調整する段階と、組成物の温度を調節する段階と、組成物を鋳造する段階及び組成物を熱処理する段階とを含む。
【発明の効果】
【００１１】
高価のステンレス鋼３０４は、建築用鉄物、家庭用品、調理用品及びガラス壁掛けのようなバス用品、窓とドアの取っ手、窓とドアの戸締り取っ手、チェーニング（chaining）、ファスナー（fastener）、テーブル用品の取っ手など、そして、あぶみ（stirrup）、馬はみ（bit）、拍車（spur）のような金属馬具などに使われ、一般的な作業環境（４００℃以下の作業温度、中間以下の腐蝕環境）で使われるようにＳＴＣ２０４Ｃｕと代替できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
ステンレス鋼２０１の組成比を基本とし、銅は典型的なＣｒ−Ｍｎステンレス鋼における冷間加工の問題点を避けるために添加し、更に、炭素含有水準を減少させ、耐蝕性と合金溶接性を向上させるためにケイ素、マンガン、クロム、ニッケル及び炭素の比率を調整する。
【００１３】
実施例による、本発明の低ニッケル含有オーステナイト系ステンレス鋼ＳＴＣ２０４Ｃｕは、Ｃ  約０.０８ｗｔ％以下と、Ｍｎ  約４.０〜５.０ｗｔ％と、Ｓｉ  約０.７〜１.０ｗｔ％と、Ｎｉ  約３.５〜４.５ｗｔ％と、Ｃｒ  約１６.０〜１８.０ｗｔ％と、Ｃｕ  約３.０〜３.５０ｗｔ％と、Ｓ  約０.０４５ｗｔ％以下と、Ｐ  約０.０３０ｗｔ％以下と、総不純物含有量  約０.２ｗｔ％以下と、Ｆｅ  残部（残量）とからなる。
【００１４】
本発明の望ましい実施例において、ＳＴＣ２０４Ｃｕの組成比は、Ｃ  約０.０６ｗｔ％以下と、Ｍｎ  約４.０〜４.５ｗｔ％と、Ｓｉ  約０.７〜１.０ｗｔ％と、Ｎｉ  約４.０〜４.２ｗｔ％と、Ｃｒ  約１７〜１７.５ｗｔ％と、Ｃｕ  約３.０〜３.２ｗｔ％と、Ｓ  約０.０４５ｗｔ％以下と、Ｐ  約０.０３０ｗｔ％以下と、総不純物含有量  約０.２ｗｔ％以下と、Ｆｅ  残部（残量）とからなる。
【００１５】
本発明のＳＴＣ２０４Ｃｕとステンレス鋼２０１及び３０４の組成比は表１に示される。
【００１６】
【表１】
0004834029.tif 000002
【００１７】
決められた金属原料を提供する段階において、低炭素含有量を有するステンレス鋼４３０片の使用は、本発明の目的を達成するために有効である。一方、例えば、より高い純鉄を比率の調整のために添加する必要があるが、この時、費用は増加される。原材料の量は、本発明の低ニッケル含有オーステナイト系ステンレス鋼の組成比を基本にして計算できる。
【００１８】
一実施例によれば、電気炉で熔融時、投入物はステンレス鋼４３０片と、ニッケル及び電解マンガンの適切な順で供給され、投入物が溶解された後、クロム鉄と銅が電気炉に供給される。溶解された鋼鉄は撹拌後に脱酸処理され、構成比と温度は注入する間に調節される。
【００１９】
本発明の実施例によれば、熔融の間のスラグ除去（またはノロかき）と脱酸は、鋳造に必要な溶解された鋼鉄と独特な耐蝕性を得るために重要である。脱酸と鋳造温度は鋳造の形状と大きさを基にして決定される。脱酸と静置（standing）は高温で実行される反面、鋳造は低温で実行される。
【００２０】
本発明の実施例によれば、鋳造の熱処理工程は優れた特性のために重要であり、特に溶解処理後のテンパーリング（tempering）は、機械的特性の安定と優れた耐蝕性を得るために重要である。高温テンパーリングの温度範囲は約５００〜６５０℃である。一つ以上の実施例によれば、テンパーリング温度が高ければ高いほど延性（伸び）は良くなり、優れた機械的特性が保有できる反面、耐蝕性はある程度（例えば、耐久性時間は９６℃の５％塩水噴霧テストボックス内で３７時間に減少される）減少される。熱処理の工程条件は加工品の望ましい特性に応じて適切に決定されるべきである。
【実施例】
【００２１】
実施例１
金属原材料は表２に示されたサンプル００１−１の組成比となっている。望ましい比率の原材料は、ステンレス鋼４３０片と、ニッケル及び電解マンガンの順で溶解炉内に投入する。投入物が溶解された後、クロム鉄と銅を追加する。溶解された鋼鉄は１８０〜２２０ＫＷ電源で撹拌され、溶解完了後、スラグ除去剤で覆われる。溶解炉の温度が１６２０℃まで上昇するとスラグは除去される。サンプルの分析は現場で行われ、その後、溶解物は再びスラグ除去剤で覆われる。温度が約１６８０℃から１７００℃に到達すると、溶解物は高温でスラグ除去と脱酸された後、全体的にスラグ除去される。組成比の調整が不要な場合は、溶解物がスラグ除去剤で覆われた後、温度を調節するために電源を遮断し、組成比の調整が必要な場合は、適当な合金剤を溶解炉に追加し、溶解物がスラグ除去剤で覆われた後、温度を調節するために電源を遮断した。
【００２２】
電源が遮断される間、スラグが除去されるまで、３回又は４回にかけてスラグを除去する。溶解された鋼鉄は望ましい鋳造温度に到達次第、鋳造する。
【００２３】
残存する鋳型が除去された後、鋳物は熱処理される。鋳物の機械的強度と耐蝕性測定値は表３と表４に示され、本発明による低ニッケル含有ステンレス鋼からなる鋳物は、ステンレス鋼３０４に比べ機械的強度の向上、対応耐蝕性の向上、ニッケル含量の減少及び生産費用を低減する。
【００２４】
実施例２〜６
ステンレス鋼は実施例１と同様の方式で生産されるが、例外的に表２に示された組成物（００２−１、００３−１、００１−２、００３−２）をもって、他の熱処理条件下で生産された。サンプル００１−１（実施例１）、００２−１（実施例２）、００３−１（実施例３）の熱処理工程は、溶解処理後、５７０℃下でテンパーリング処理される反面、サンプル００１−２と００２−２及び００３−２（実施例４−６）の熱処理工程は、溶解処理後、６２０℃下でテンパーリング処理される。
【００２５】
表２に示された化学分析は高速度のスペクトラム分析器（フランスで製造されたHILGGER ANALYTICAL）を用いた測定値である。
【００２６】
【表２】
0004834029.tif 000003
【００２７】
（１）機械的特性
実施例１の記述とおり、同じ炉で溶解と、鋳造及び熱処理された全てのサンプルは引張り試験機（ＴＦ−２１２Ｂ 引張−圧縮測定機械、Tuo Feng Instrument Co., Ltd., Shanghai, China）と硬度測定器（ＴＨ３１０硬度測定器、Beijing, China）で測定された。完成された結果は表３に示される。
【００２８】
【表３】
0004834029.tif 000004
【００２９】
（２）耐蝕性
３セットの鋳物に対して同一の腐蝕測定法を使用して耐蝕性を実験した。熱処理された状態と３セットの鋳物の六つのサンプルの組成比は表２に示しており、ここで、化学的組成は高速度のスペクトラム分析器（HILGGER ANALTYICAL, フランス）で測定された。塩水噴霧テストは、９６℃下の５％塩水噴霧で４８時間実行され、その耐蝕性の結果値は本発明の六つのサンプルとステンレス鋼３０４とを比較する。その結果は表４に示される。
【００３０】
【表４】
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【００３１】
本発明のステンレス鋼サンプルは、９６℃の５％塩水噴霧テストボックスで４８時間維持された後、腐蝕されなかったことが結果から分かり、本発明の合金と合金３０４とは類似した腐蝕抵抗力を有する。
【００３２】
（３）経済的分析
ニッケルはとても高くて稀な金属である。本発明のニッケルの含有量が少ないステンレス鋼ＳＴＣ２０４Ｃｕのニッケル含有量は合金３０４の半分ぐらいであって、ＳＴＣ２０４Ｃｕの材料費は合金３０４（合金３０４費用の約７０ｗｔ％）より少なく、その鋳造費用は合金３０４の約８０％である。尚、ＳＴＣ２０４Ｃｕ合金は現在装備の変更なしに多量で生産することができる。
【００３３】
例えば、１５０ｔ／ａテーブル用品の取っ手の生産において、一般的なステンレス鋼３０４を本発明のニッケルの含有量が少ないステンレス鋼ＳＴＣ２０４Ｃｕと代替すると、１５％の生産費用を減らすことができ、つまり、一年に約ＪＰＹ１，６６５，０００を節約することができる。