(57)【要約】【課題】溶接部の歪時効を抑制することで加工性を向上したＣｒ含有合金を提供する。【解決手段】質量%で、C:0.0020%以上0.0120%以下、N:0.0030%以上0.0120%以下、C+N:0.0050%以上0.0200%以下、Si:0.05%以上1.0%以下、Mn:0.10%以上1.0%以下、P:0.04%以下、S:0.005%以下、Cr:9%越え12%未満、Ni:0.5%以下、Mo:0.02%以上0.2%以下、Al:0.005%以上0.05%以下、B:0.0001%以上0.0010%以下、Ti:0.20%以上0.40%以下、O:0.0030%以下、残部Feおよび不可避的不純物からなり(ただし、([%Ti]-5×[%O])×[%N]/[%Cr]≦0.000120)を除く)、【数１】2005256121.tif 000007である溶接部の耐歪時効特性に優れたＣｒ含有合金。なお、［％Ｘ］は、鋼中成分Ｘの質量％を表わす。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．００２０％以上０．０１２０％以下、Ｎ：０．００３０％以上０．０１２０％以下、Ｃ＋Ｎ：０．００５０％以上０．０２００％以下、Ｓｉ：０．０５％以上１．０％以下、Ｍｎ：０．１０％以上１．０％以下、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｃｒ：９％越え１２％未満、Ｎｉ：０．５％以下、Ｍｏ：０．０２%以上０．２％以下、Ａｌ：０．００５％以上０．０５％以下、Ｂ：０．０００１%以上０．００１０％以下、Ｔｉ：０．２０%以上０．４０％以下、Ｏ：０．００３０％以下、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり（ただし、（［％Ｔｉ］−５×［％Ｏ］）×［％Ｎ］／［％Ｃｒ］≦０．０００１２０）を除く）、
【数１】
2005256121.tif 000006
であることを特徴とする溶接部の耐歪時効特性に優れたＣｒ含有合金。
なお、［％Ｘ］は、鋼中成分Ｘの質量％を表わす。
【請求項２】
質量％でさらに、Ｖ：０．０１%以上０．３％以下、Ｗ：０．００１%以上０．１％以下、及びＣｏ：０．０１%以上０．２％以下のうちから選ばれた１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１に記載のＣｒ含有合金。
【請求項３】
質量％でさらに、Ｃｕ：０．０５％以上２．０％以下を含有することを特徴とする請求項１または２記載のＣｒ含有合金。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接部の耐歪時効特性に優れた、特に排気系や足回りなどの自動車部品として好適なＣｒ含有合金に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車部品にはＳＵＨ４０９Ｌ等Ｃｒ含有合金のパイプが多用されている。これらのパイプは、ＴＩＧ溶接、ＭＩＧ溶接、レーザー溶接、プラズマ溶接等の方法で、鋼板の端部を溶接し造管される。造管したのち、自動車のデザインに合わせて、曲げ加工、絞り加工、拡管加工などの加工が施されるが、近年はパイプ形状が複雑化していることに加えて、パイプに逐次加工などの急激な変形が施される場合があり、加工割れが生じるという問題がある。この加工においては、材料の温度が３００℃以上に達する場合があり、割れを生じるという問題があった。
【０００３】
Ｃｒ含有合金あるいはフェライト系ステンレス鋼の溶接部の加工性向上に対しては溶接部の延性、靭性向上という観点から種々の方法が提案されてきた。
【０００４】
例えば、特許文献１には、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ａｌ量を規制し、さらにＴｉ、Ｏ、Ｎ、Ｃｒ量を適正値にすることで溶接部の組織を微細化し、延性を向上させる技術が提示されている。しかし、この方法では結晶粒の微細化は図れるが、その反面、加工によって溶接部が硬質化し易く、割れが発生し易いといった問題がある。
【０００５】
また、特許文献２には、Ｍｇ系酸化物の分布状態を規定することで、溶接熱影響部の靭性低下を防止する方法が提示されている。ただし、この方法は効果がシールドガスの流量に大きく依存し、所定の酸化物の分布状態の実現が困難であり、その結果として十分な加工性が得られないという問題があった。
【特許文献１】特開平２００２−２７５５９０号公報、特許請求の範囲、［０００７］〜［００１０］など
【特許文献２】特開２００３−３２４２号公報、特許請求の範囲、［０００５］など
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の技術に共通する点として、溶接部の組織を微細化することで、加工性を向上させることを目的としている点が挙げられる。しかし、実際に行われる逐次加工に際しては、高温での急激な変形に伴う歪時効が問題となる。歪時効が起こると、溶接部が硬質化し、延性ならびに靭性の低下が起こり、加工中並びに加工後に割れが発生する。
【０００７】
本発明は、このような問題点を解消すべく提案されたものであり、溶接部の歪時効を抑制することで加工性を画期的に向上させたＣｒ含有合金を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
さて、発明者らは、溶接部の歪時効におよぼす元素の影響について綿密な調査、検査を行った。
【０００９】
その結果、Ｍｏを微量添加することで、有効にＭｏとＰ、ＢならびにＳｉとの相互作用を活用でき、溶接部の歪時効特性が飛躍的に向上するとの知見を得た。特に、Ｐ，Ｓｉ，Ｂといった半金属元素が鋼中に単独で存在すると、変形によって導入された転位とこれら元素とが結びつき、歪時効を生じ材質が劣化し易い。ＭｏはＰ，Ｓｉ，Ｂとの化学的な結合力が強く、溶接により接合部分が溶解し液体状態になった場合にＭｏ−Ｐ，Ｍｏ−Ｓｉ，Ｍｏ−Ｂの原子相関（短距離秩序）を形成することが考えられる。これらの原子相関は急冷によって固溶状態になっても結合が保たれ、加工や高温での使用によって溶接部の温度が上昇しても解けることがない。その結果、Ｐ，Ｓｉ，Ｂが転位と結びつくことができず、歪時効が抑制されるものと考えられる。
【００１０】
本発明は、上述した知見に基づき、さらに検討を重ねて完成されたものである。すなわち本発明の要旨構成は次のとおりである。
【００１１】
（１）質量％で、Ｃ：０．００２０％以上０．０１２０％以下、Ｎ：０．００３０％以上０．０１２０％以下、Ｃ＋Ｎ：０．００５０％以上０．０２００％以下、Ｓｉ：０．０５％以上１．０％以下、Ｍｎ：０．１０％以上１．０％以下、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｃｒ：９％越え１２％未満、Ｎｉ：０．５％以下、Ｍｏ：０．０２％以上０．２％以下、Ａｌ：０．００５％以上０．０５％以下、Ｂ：０．０００１％以上０．００１０％以下、Ｔｉ：０．２０％以上０．４０％以下、Ｏ：０．００３０％以下、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり（ただし、（［％Ｔｉ］−５×［％Ｏ］）×［％Ｎ］／［％Ｃｒ］≦０．０００１２０）を除く）、
【数２】
2005256121.tif 000002
【００１２】
であることを特徴とする溶接部の耐歪時効特性に優れたＣｒ含有合金。
【００１３】
なお、［％Ｘ］は、鋼中成分Ｘの質量％を表わす。
【００１４】
（２）（１）の組成に加えて、質量％でさらに、Ｖ：０．０１％以上０．３％以下、Ｗ：０．００１％以上０．１％以下、及びＣｏ：０．０１％以上０．２％以下のうちから選ばれた１種または２種以上を含有することを特徴とするＣｒ含有合金。
【００１５】
（３）（１）あるいは（２）に加えて、質量％でさらに、Ｃｕ：０．０５％以上２．０％以下を含有することを特徴とするＣｒ含有合金。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のＣｒ含有合金は溶接部の耐歪時効特性に優れており、歪時効による延性および靭性の低下が少なく、加工中ならびに加工後の割れを防止することができ、産業上格段の効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を具体的に説明する。
【００１８】
まず、本発明において鋼の成分の添加理由及び成分組成を上記の範囲に限定した理由について説明する。なお、成分に関する「％」は特に断らない限り質量％を意味するものとする。
【００１９】
Ｃ：０．００２０％以上０．０１２０％以下
Ｃは靭性を低下させるだけでなく、加工性も低下させるので、含有量は低いほうが望ましい。ただし、低すぎると結晶粒の粗大化を招き、かえって靭性を低下させるばかりでなく、過剰な低減は製鋼コストが増加する。そこで本発明では、Ｃ量はＣ：０．００２％以上０．０１２０％以下とした。好ましくは、０．００２％以上０．００８％以下とする。
【００２０】
Ｎ：０．００３０％以上０．０１２０％以下
ＮはＣと同様に靭性を低下させるだけでなく、加工性も低下させるので、含有量は低いほうが望ましい。ただし、過剰な低減は製鋼コストの増加を招くばかりでなく、結晶粒の粗大化を招き、かえって靭性を低下させる。そこで本発明では、Ｎ量はＮ：０．００３０％以上０．０１２０％以下とした。好ましくは、０．００７０％以上０．０１００％以下とする。
【００２１】
Ｃ＋Ｎ：０．００５０％以上０．０２００％以下
上記Ｃ，Ｎの添加理由及びＣ，Ｎの相互作用により、ＣとＮとの合計は、０．００５０％以上０．０２００％以下とする。好ましくは０．００８０％以上０．０１８０％以下とする。
【００２２】
Ｓｉ：０．０５％以上１．０％以下
Ｓｉは溶接部の加工性ならびに靭性を低下させるので、これらの面からは含有量を低減するほうが望ましいが、一方で耐酸化性ならびに耐食性高めるのに有効な元素である。但し、１．０％を超える添加は硬質化による伸びの低下、または加工割れが問題となるため、Ｓｉ：０．０５％以上１．０％以下とした。好ましくは、０．２０％以上０．８％以下とする。
【００２３】
Ｍｎ：０．１０％以上１．０％以下
Ｍｎは強度の向上に有効な元素であり、その効果を発揮するために０．１０％以上含有する。しかし過剰に含有させると靭性を低下させるばかりでなく、耐食性を劣化させる。したがってＭｎは１．０％以下に規定した。好ましくは０．８％以下とする。
【００２４】
Ｐ：０．０４％以下
Ｐは強度の向上に有効な元素であるが、過剰に含有させると靭性を低下させるので０．０４０％以下に限定した。なお、好ましくは０．０３０％以下とする。
【００２５】
Ｓ：０．００５％以下
ＳはＴｉ等と析出物や介在物を形成することで、加工時の破断の起点となりやすい。特に溶接によるメタルフローにより板厚中央に偏析していた析出物や介在物が表面に露出し、破断の起点となるばかりでなく、耐食性の劣化を招く。したがって、Ｓは０．００５％以下とした。好ましくは０．００４％以下とする。
【００２６】
Ｃｒ：９％越え１２％未満
Ｃｒは耐食性の向上ならびに耐酸化性の向上に不可欠な元素であり、含有量が９％以下であると十分な効果が得られない。ただし１２％以上の添加は靭性ならびに伸びの低下を招くので、Ｃｒは９％越え１２％未満とした。
【００２７】
Ｎｉ：０．５％以下
Ｎｉは靭性ならびに耐食性の向上に寄与するが、０．５％以上の添加で耐酸化性の劣化を招くばかりでなく、製造コストの増加を招くので、Ｎｉ量は０．５％以下とした。好ましくは０．４％以下とする。
【００２８】
Ｍｏ：０．０２％以上０．２％以下
Ｍｏは一般に耐食性の向上に有効な元素であるが、０．０２％程度微量添加することによって、溶接における溶解、凝固プロセスにおいてＭｏとＰ、ＢあるいはＳｉといった元素と原子相関を形成し、溶接部ならびに母材の歪時効を抑制し、さらに靭性も向上する。しかし、Ｍｏを過剰に添加すると伸びが低下することに加え、かえって耐歪時効特性を低下させ、加工性の劣化や割れの原因となる。したがって、Ｍｏは０．０２％以上０．２％以下とした。好ましくは０．０５％以上０．１８％以下とする。
【００２９】
Ａｌ：０．００５％以上０．０５％以下
Ａｌは脱酸材として非常に有効な元素であり、鋼の清浄度を保つ意味でも０．００５程度の添加が望ましい。但し、０．０５％を超えて添加するとＡｌ2Ｏ3系酸化物のクラスター起因の表面欠陥が発生しやすくなるため、Ａｌは０．００５％以上０．０５％以下とした。好ましくは０．０１％以上０．０４％以下とする。
【００３０】
Ｂ：０．０００１％以上０．００１０％以下
Ｂは結晶粒同士の結合を強め、２次加工脆性を改善することが知られている。しかし０．００１０％を超える過剰な添加は伸びを低下させる。したがって、Ｂの添加量は０．０００１％以上０．００１０％以下とする。好ましくは０．０００２％以上０．０００８％以下とする。
【００３１】
Ｔｉ：０．２０％以上０．４０％以下
Ｔｉは優先的に炭窒化物を形成して固溶Ｃ，Ｎを低減させ、Ｃｒの炭窒化物の形成を抑制することで、延性、靭性、溶接性および耐食性を高める効果がある。しかしながら、含有量が０．２０％に満たないとその添加効果に乏しく、一方、０．４０％を越えての添加はかえって靭性を低下させるばかりでなく、ＴｉＮが析出し表面疵の原因となる。したがってＴｉは０．２０％以下０．４０％以上とした。好ましくは０．２１％以上０．３０％以下とする。
【００３２】
Ｏ：０．００３０％以下
Ｏは介在物あるいは固溶状態で鋼中に介在し、溶接時にＡｌあるいはＴｉ系の酸化物を生成する。Ｏ量が０．００３０％を越えると酸化物の量が増加し、加工時の割れの原因となりやすい。従って、Ｏは０．００３０％以下とした。好ましくは０．００２５％以下とする。
【００３３】
また、本発明の構成元素であるＴｉ，Ｏ，Ｎ，Ｃｒに関しては、特許文献１に規定されている関係式（［％Ｔｉ］−５×［％Ｏ］）×［％Ｎ］／［％Ｃｒ］≦０．０００１２０を満足する領域を除く。
【００３４】
上記した成分以外の残部については、Ｆｅおよび不可避的不純物である。不可避的不純物としては例えば、Ｍｇ：０．００１５％以下、Ｃａ：０．００２０％以下、等の元素が挙げられる。
【００３５】
以上、基本成分の適正範囲について説明したが、本発明では各成分が上記の組成範囲を単に満足しているだけでは不十分で、次式の関係も併せて満足する必要がある。
【数３】
2005256121.tif 000003
【００３６】
なお、［％Ｘ］は鋼中成分Ｘの質量％を示す。
【００３７】
上式（１）はＴｉによって固溶Ｃ，Ｎを優先的に固着するために必要な条件で、上式を満足させることで、加工性を向上させるだけでなく、Ｃｒ炭窒化物の析出に伴う、脱Ｃｒ層の形成を抑制し耐食性を向上させることができる。
【００３８】
また、上式（２）を満足することは耐歪時効特性を向上させるうえで非常に重要であり、溶接における溶解−凝固プロセスにおいてＭｏはＰ、Ｂ、Ｓｉとの化学的に結合し、加工時の歪時効を抑制する効果を持つ。ただし、Ｍの値が１．０×１０-2に満たないときは、その効果が得られない。
【００３９】
以上、基本成分について説明したが、本発明ではその他にも、以下の元素を適宜含有させることができる。
【００４０】
Ｖ：０．０１％以上０．３％以下、Ｗ：０．００１％以上０．１％以下、Ｃｏ：０．０１％以上０．２％以下
Ｖ、ＷおよびＣｏはいずれも溶接による熱影響部の割れ感受性を改善するのに有効な元素であるが、それぞれの含有量が下限に満たないとその添加効果が得られず、一方、上限を超えての添加は母材および溶接部の靭性を低下するので、上記の範囲に規定する。好ましくはＶ：０．０２％以上０．２５％以下、Ｗ：０．００１％以上０．０８％以下、Ｃｏ：０．０１％以上０．１５％以下とする。
【００４１】
Ｃｕ：０．０５％以上２．０％以下
Ｃｕは耐食性を向上させる元素であり、より高耐食を志向する場合には必要に応じて０．０５％以上添加することが望ましい。しかし、２．０％を超えて添加すると、熱間加工性が劣化し溶接部靭性が劣化する。したがって、Ｃｕの添加量は０．０５％以上２．０％以下とする。好ましくは０．１％以上１．５％以下とする。
【００４２】
次に、本発明鋼の好適な製造方法について説明する。
【００４３】
上記した成分組成の溶鋼を、転炉、電気炉、真空熔解炉等の公知の方法で溶製し、連続鋳造法あるいは造塊−分塊法によりスラブとする。このスラブをその後加熱するか、あるいは加熱することなく直接、熱間圧延して熱延鋼帯とする。熱延鋼帯には、通常は連続焼鈍炉あるいは箱型炉による焼鈍が施されるが、用途によっては鋼帯焼鈍を省略してもよい。ついで、酸洗後、冷間圧延により冷延鋼帯とし、再結晶焼鈍、酸洗を施して製品とする。なお、鋼組成を本発明の成分組成に調製することは、式（１），（２）の範囲内に調製することを含めて、常套的な手段を用いて当業者が容易に行なうことができる。
【００４４】
＜実施例＞
以下、実施例に基づいて、本発明をさらに詳しく説明する。
【００４５】
表１に示す成分の鋼を真空溶解炉で溶製し、小型鋼塊（５０ｋｇ）とした。Ｎｏ．Ａ〜Ｈが本発明鋼、Ｎｏ．Ｉ〜Ｏが比較鋼である。これら小型鋼塊から１７５ｍｍ厚の試験片を切り出し、１１００℃で加熱後に熱間圧延し、３．５ｍｍ厚の熱延板とした。ついで、これら熱延板に箱型焼鈍に相当する７００〜８００℃で８ｈの焼鈍を施し、酸洗したのち冷間圧延し１．５ｍｍ厚の冷延板とした。さらに、７５０〜８８０℃で４０ｓの仕上げ焼鈍を施し、冷延焼鈍板とした。
【００４６】
溶接は上記冷延焼鈍板の表面を＃５００のエメリー研磨後、圧延方向と平行にＴＩＧ溶接を行った。ＴＩＧ溶接は電流１４０〜１５０Ａ、電圧１０Ｖ、溶接速度０．０１ｍ／ｓ、ガスシールドは９９．９９％のＡｒを用い、鋼板の表ビード側が２０ｌ／ｍｉｎ、裏ビード側が１０ｌ／ｍｉｎの流量で行った。
【００４７】
溶接部の歪時効の程度を測定するために、溶接ビードと平行にＪＩＳ１３号Ｂ試験片を採取し、１０％の予歪を与えたときの応力σと、３００℃で３０分の熱処理を施した後、再度引っ張り行った際の０．２％ＹＳとの差（（３）式）で評価した。
【００４８】
Ｓ値＝０．２％ＹＳ−σ・・・（３）
Ｓ値が小さい程、耐歪時効の程度が小さいこととなり、耐歪時効特性が優れているといえる。
【００４９】
また、溶接部の靭性を評価するために、溶接ままの板からＶノッチがビード中心に位置するようにシャルピー試験片を採取し、室温で各鋼について５本ずつ試験を行い、衝撃吸収エネルギーの平均値を求めた。さらに、１０％の予歪を与えた後、３００℃で３０分の熱処理を施した後、Ｖノッチがビード中心に位置するようにシャルピー試験片を採取し、３００℃に加熱してシャルピー試験を行った。試験は各鋼について５本ずつ行い、衝撃吸収エネルギーの平均値を求めた。これら平均値の差ΔＥを求めて表１に示す。
【００５０】
本発明鋼（Ｎｏ．Ａ〜Ｈ）は、比較例（Ｎｏ．Ｉ〜Ｏ）に比べて歪時効による硬質化と靭性の低下が少なく、優れた耐歪時効特性を有していることがわかる。
【表１】
2005256121.tif 000004
【００５１】
【表２】
2005256121.tif 000005