(57)【要約】【課題】  熱間圧延時に割れを発生することなく、また、耐食性にも優れたオーステナイト系ステンレス鋼を提供することを課題とする。  【解決手段】  質量％で、Ｃ：０．０１〜０．０６％、Ｓｉ：０．２〜１．０％、Ｍｎ：０．５〜４．０％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．００３％以下、Ｎｉ：６．０〜１４．０％、Ｃｒ：１７．０〜２０．０％、Ｍｏ：０．０５〜３．０％未満、Ｃｕ：０．２〜３．５％、Ｎ：０．０８〜０．２５％、Ａｌ：０．０５％以下、Ｃａ：０．０００５〜０．００５％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物よりなるステンレス鋼を基本成分として、成分を微妙に調整することによって、気泡の生成を防止し、さらに熱間加工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が得られる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．０１〜０．０６％、Ｓｉ：０．１〜１．０％、Ｍｎ：０．５〜４．０％、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．００４％以下、Ｎｉ：６．０〜１４．０％、Ｃｒ：１７．０〜２０．０％、Ｍｏ：０．０５〜３．０％未満、Ｃｕ：０．２〜３．５％、Ｎ：０．０８〜０．２５％、残部が主としてＦｅおよび不可避的不純物よりなり、前記組成が（１）、（２）式を満足することを特徴とする熱間加工性及び耐食性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼。
１．０≦ＤＦ≦７．０・・・（１）
ここで、ＤＦ＝２．９×（０．３〔％Ｓｉ〕＋〔％Ｃｒ〕＋〔％Ｍｏ〕）−２．６×（３５〔％Ｃ〕＋０．３〔％Ｍｎ〕＋〔％Ｎｉ〕＋０．２５〔％Ｃｕ〕＋２０〔％Ｎ〕）−１８
１６．５≦ＤＦ＋２５×〔％Ｎ〕／Ｎｅｑ≦２２．３・・・（２）
ここで、Ｎｅｑ＝１０-(518/T)-1.063-h、Ｔ＝１５３７．４−１００．３〔％Ｃ〕＋２２．４１〔％Ｃ〕2−１３．５５〔％Ｓｉ〕＋０．６４〔％Ｓｉ〕2−５．８２〔％Ｍｎ〕＋０．３〔％Ｍｎ〕2−３４〔％Ｐ〕−４０〔％Ｓ〕−４．１８〔％Ｎｉ〕＋０．０１〔％Ｎｉ〕2−１．５９〔％Ｃｒ〕＋０．００７〔％Ｃｒ〕2−３〔％Ｍｏ〕−４．２〔％Ｃｕ〕−７２〔％Ｎ〕、ｈ＝０．１３〔％Ｃ〕＋０．０４８〔％Ｓｉ〕−０．０２〔％Ｍｎ〕＋０．０５９〔％Ｐ〕＋０．００７〔％Ｓ〕＋０．００７〔％Ｎｉ〕−０．０４６〔％Ｃｒ〕−０．０１１〔％Ｍｏ〕＋０．００９〔％Ｃｕ〕
【請求項２】
質量％で、Ａｌ：０．０５％以下、Ｃａ：０．０００５〜０．００５％の１種または２種を含有することを特徴とする請求項１に記載の熱間加工性及び耐食性に優れた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】
本発明は耐食性に優れ、さらに熱間加工性にも優れたオーステナイト系ステンレス鋼に関するものであり、特に耐食性や耐酸化性などについて、過酷な使用環境下でも優れた特性が得られ、建材、各種タンク、容器、化学プラント等の素材として幅広く利用される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】
ステンレス鋼の耐食性を向上させるためには一般にＣｒ，Ｍｏ，Ｎ濃度等の合金元素を添加する方法が取られている。しかしながら、Ｃｒ、Ｍｏ，Ｎ濃度が上昇すると高強度化により熱間加工性が低下して熱間圧延時に割れが発生し、割れを除去するために表面研削を行う必要があることから、生産性が低下すると共にコスト高となるという問題があった。
【０００３】
また、鋼中のＳ、Ｐは粒界に偏析して、高温での延性を低下させることが知られており、熱間加工性の改善には極低硫化の対策が取られているが、十分に満足できるものではない。
【０００４】
オーステナイト系ステンレス鋼において、熱間加工性を改善するために、Ｂ、Ｍｇ、Ｌａ、Ｃｅの１種以上を０．０１〜０．１５％添加したものが、例えば、特許文献１によって知られている。また、熱間加工性、耐食性を改善するために、Ｚｒを２０〔％Ｓ〕以上０．４％以下添加したものが、例えば、特許文献２によって知られている。しかしながら、これらの公報に記載のオーステナイト系ステンレス鋼は、後述する窒素系気泡の生成を制御できていないので、熱間加工時の表面欠陥の防止を十分に満足するものではない。また、特殊元素を過剰に添加すると溶鋼中に大型介在物が生成するために、熱間圧延時に割れが発生する場合があることに関しては言及されていない。また、熱間加工性と耐食性を向上させたオーステナイト系ステンレス鋼として特許文献３に記載された鋼が知られている。特許文献３はＭｏまたはＣｕ添加により耐硫酸腐食性に着目しており、Ｎは０．３％以下では鋼の特性に影響を及ぼさないとしている。
【０００５】
【特許文献１】特開昭６１−０８７８５５号公報
【特許文献２】特開昭６３−３１２９５３号公報
【特許文献３】特開平１１−１０６８７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、Ｎ添加による耐孔食性向上に着目している。しかしながら、Ｎ濃度が上昇すると高強度化により熱間加工性が低下するとともに、窒素系気泡の発生が問題となる。
【０００７】
本発明は、オーステナイト系ステンレス鋼における前記問題に鑑みてなされたものであって、熱間圧延時に割れ等の表面欠陥を発生することなく、また、耐食性にも優れたオーステナイト系ステンレス鋼を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は成分の微調整により、凝固組織制御による熱間加工性の改善と耐食性の改善がなされるとともに窒素系気泡生成が防止できることを明らかにしたものである。
（１）質量％で、Ｃ：０．０１〜０．０６％、Ｓｉ：０．１〜１．０％、Ｍｎ：０．５〜４．０％、Ｐ：０．０４％、Ｓ：０．００４％以下、Ｎｉ：６．０〜１４．０％、Ｃｒ：１７．０〜２０．０％、Ｍｏ：０．０５〜３．０％未満、Ｃｕ：０．２〜３．５％、Ｎ：０．０８〜０．２５％、残部が主としてＦｅおよび不可避的不純物よりなり、前記組成が（１）、（２）式を満足することを特徴とする熱間加工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。
１．０≦ＤＦ≦７．０・・・（１）
ここで、ＤＦ＝２．９×（０．３〔％Ｓｉ〕＋〔％Ｃｒ〕＋〔％Ｍｏ〕）−２．６×（３５〔％Ｃ〕＋０．３〔％Ｍｎ〕＋〔％Ｎｉ〕＋０．２５〔％Ｃｕ〕＋２０〔％Ｎ〕）−１８
１６．５≦ＤＦ＋２５×〔％Ｎ〕／Ｎｅｑ≦２２．３・・・（２）
ここで、Ｎｅｑ＝１０-(518/T)-1.063-h、Ｔ＝１５３７．４−１００．３〔％Ｃ〕＋２２．４１〔％Ｃ〕2−１３．５５〔％Ｓｉ〕＋０．６４〔％Ｓｉ〕2−５．８２〔％Ｍｎ〕＋０．３〔％Ｍｎ〕2−３４〔％Ｐ〕−４０〔％Ｓ〕−４．１８〔％Ｎｉ〕＋０．０１〔％Ｎｉ〕2−１．５９〔％Ｃｒ〕＋０．００７〔％Ｃｒ〕2−３〔％Ｍｏ〕−４．２〔％Ｃｕ〕−７２〔％Ｎ〕、ｈ＝０．１３〔％Ｃ〕＋０．０４８〔％Ｓｉ〕−０．０２〔％Ｍｎ〕＋０．０５９〔％Ｐ〕＋０．００７〔％Ｓ〕＋０．００７〔％Ｎｉ〕−０．０４６〔％Ｃｒ〕−０．０１１〔％Ｍｏ〕＋０．００９〔％Ｃｕ〕
（２）質量％で、Ａｌ：０．０５％以下、Ｃａ：０．０００５〜０．００５％の１種または２種を含有することを特徴とする上記（１）に記載のオーステナイト系ステンレス鋼。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、成分を微妙に調整することによって、熱間加工性、及び耐食性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明に係わる成分組成（質量％）の限定理由を各元素の作用とともに説明する。
【００１１】
Ｃは強力なオーステナイト化元素であるとともに、０．０１％以上で固溶強化の作用があるが、０．０６％を超えると炭化物を生成して耐食性が劣化するので、０．０１〜０．０６％とした。好ましくは０．０１〜０．０４％である。
【００１２】
Ｓｉは０．１％以上でステンレス鋼の溶製時に脱酸剤としての作用があるが、１．０％を超えると耐食性および靭性が低下するので、０．１〜１．０％とした。好ましくは０．２〜０．６％である。
【００１３】
Ｍｎは脱酸剤であるとともに、０．５％以上で熱間加工性を向上させる作用があり、また、ＳをＭｎＳとして固定してＦｅＳの生成による赤熱脆性の発生を防止する作用があるが、４．０％を超えると溶製中で耐火物溶損を増大させることや耐食性が劣化するので０．５〜４．０％以下とした。好ましくは０．５〜２．０％である。
【００１４】
Ｐは製鋼工程では不純物であるが、０．０４％以上熱間加工性を害するので０．０４％以下とした。好ましくは０．０３％以下である。
【００１５】
Ｓは０．００４％を超えると熱間加工性が低下して熱間圧延時に割れが発生し易くなり、また、耐食性が劣化するので、０．００４％以下とした。好ましくは０．００３％以下である。
【００１６】
Ｎｉはオーステナイト系ステンレス鋼の基本元素であり、６．０％以上で安定なオーステナイト相を形成し、鋼の耐食性および靭性を向上させる作用があるが、１４．０％を超えるとその作用が飽和するため６．０〜１４．０％以下とした。好ましくは７．０〜１２．０％である。
【００１７】
Ｃｒはオーステナイト系ステンレス鋼の基本元素であり、１７．０％以上で耐食性および耐酸化性を向上させる作用があるが、２０．０％を超えると加工性が低下するので、１７．０〜２０．０％とした。好ましくは１７．０〜１９．０％である。
【００１８】
Ｍｏは０．０５％以上で耐食性向上の作用があるとともに、固溶強化の作用があるが、高価なものともなり、しかも３．０％を超えると熱間加工性が悪化するので、０．０５〜３．０％未満とした。好ましくは０．２〜２．８％である。
【００１９】
Ｃｕはオーステナイト安定化元素であり、０．２％以上で耐食性を改善する作用が得られるが、３．５％を超えると熱間加工性を害するので０．２〜３．５％とした。好ましくは０．３〜２．５％である。
【００２０】
Ｎは０．０８％でオーステナイトの安定化及び強度向上の作用が得られるが、０．２５％を超えると強度アップにより熱間加工時に割れが発生するので、０．０８〜０．２５％とした。好ましくは０．１〜０．２％である。また、Ｎが高いと気泡が発生し易くなるが、気泡の生成は窒素濃度のみでなく他の元素の影響を大きく受けるため、後述するように（２）式を満足して窒素気泡の生成を防止することが必須である。
【００２１】
Ａｌは強力な脱酸剤であるが、０．０５％を超えると酸化物系介在物がＡｌ2Ｏ3系になってしまい、熱間加工性が劣化する場合があり、さらに鋳造時のノズル閉塞を発生し易くなるので、０．０５％以下が好ましい。０．００２％未満では脱酸の効果がないので、下限を０．００２％とすると好ましい。より好ましくは０．００３〜０．０４％である。
【００２２】
Ｃａは強力な脱酸脱硫剤であり、酸化物組成制御およびＣａＳ生成によるＳの粒界偏析による熱間加工性改善のためには０．０００５％以上が好ましい。また、過剰に添加すると溶鋼中に大型介在物が生成するために、熱間圧延時に割れが発生するために０．００５％以下が好ましい。より好ましくは０．００１〜０．００４％である。
【００２３】
図１は（１）式に示すＤＦの値と１０００℃における破断絞り値の関係を示す。ＤＦの値が１．０未満の場合、及び７．０を超える場合には破断絞り値が６０％未満になると熱間圧延時に割れが発生する。
【００２４】
また、ＤＦの値はオーステナイトの安定度を示す指標であり、ＤＦの値が小さいほど、オーステナイトの安定度が増大する。ＤＦの値が１．０未満の場合には初晶γ凝固になり、鋼中のＳ、Ｐ，Ｏの偏析が初晶δ凝固に比べて増大するため、熱間加工性が劣化する。また、ＤＦの値が７．０を越える場合には初晶δ凝固であるが、凝固後に多量のδ−フェライト相が残存するため、γ相に比べて変形抵抗の小さいδ−フェライト相に起因する割れが発生するようになる。従って、ＤＦの値は１．０〜７．０の範囲であることが必要である。好ましくは３．０  〜５．０である。
【００２５】
図２は（２）式に示すＤＦ＋２５×〔％Ｎ〕／Ｎｅｑの値と気泡の発生および冷延板の耐食性の関係を示す。ＤＦ＋２５×〔％Ｎ〕／Ｎｅｑの値が２２．３を越えると窒素系の気泡が鋳片の表面に発生する。気泡が生成した場合には、その周囲が緩冷却になるため、凝固組織が粗大になる。その結果、凝固後に残存するδ−フェライト相が粗大になるため、δ−フェライト相に起因する熱間加工割れが発生するようになる。
【００２６】
また、ＤＦ＋２５×〔％Ｎ〕／Ｎｅｑの値が１６．５未満では耐食性が劣化してしまう。従って、ＤＦ＋２５×〔％Ｎ〕／Ｎｅｑの値は１６．５〜２２．３の範囲にあることが必要である。
【実施例】
【００２７】
表１、表２に示す化学成分の供試材を真空溶解しφ１７０ｍｍ×２５０ｍｍの５０ｋｇ鋼塊を製造した。得られた鋳塊は１２００℃で１時間大気加熱により均質化処理を行った。
【００２８】
【表１】
2005133145.tif 000003
【００２９】
【表２】
2005133145.tif 000004
【００３０】
まず、鋳塊は横断面のカラーチェックにより気泡の生成有無を確認した。本発明鋼では気泡の生成は認められなかった。
【００３１】
上記鋳塊から、試験片（φ８ｍｍ×１１０ｍｍ）を切り出し、サーモレスター試験によって熱間加工性を評価した。評価は１０００℃における破断絞り値で行い、その時の絞り値が６０％以上であれば熱間加工性を良好と判断し○を付し、６０％未満であれば熱間加工性を不良と判断し×を付した。本発明鋼の熱間加工性は全て○であった。
【００３２】
上記供試材の鋳塊を２０ｍｍ厚まで熱間鍛造した後、熱延、冷延して、２．５ｍｍ厚の冷延焼鈍板とした。
【００３３】
上記冷延板から試験片を切り出し、塩水噴霧試験（ＮａＣｌ５％，５０℃，  １６時間噴霧→８時間休霧）を行い、耐食性を評価した。評価は○：全く腐食せず、△：腐食が小、×：腐食が大の３段階で評価した。本発明鋼の耐食性評価は全て○であった。
【００３４】
これらの試験結果をまとめて表１、表２に示す。本発明鋼によるオーステナイト系ステンレス鋼では窒素気泡の生成がなく、破断絞り値は６０％以上であり、塩水噴霧試験では腐食しなかった。
【００３５】
これに比べて比較鋼２５は、Ｃが高目外れのため、炭化物生成により耐食性が劣化した。比較鋼２６は、Ｓｉが高目外れのため、熱間加工性および耐食性が悪い結果となった。比較鋼２７は、Ｍｎが高目外れのため、耐食性が悪い結果となった。比較鋼２８は、Ｐが高目外れのため、熱間加工性が悪い結果となった。比較鋼２９は、Ｓが高目外れのため、熱間加工性及び耐食性が悪い結果となった。比較鋼３０は、Ｎｉが低目外れのため、耐食性が悪い結果となった。比較鋼３１は、Ｃｒが低目外れのため、耐食性が悪い結果となった。比較鋼３２は、Ｃｒが高目外れのため、熱間加工性が悪い結果となった。比較鋼３３は、Ｍｏが高目外れのため、熱間加工性が悪い結果となった。
【００３６】
比較鋼３４は、Ｃｕが高目外れのため、熱間加工性が悪い結果となった。比較鋼３５は、Ｎが低目外れのため、耐食性が悪い結果となった。比較鋼３６は、Ｎが高目外れのため、気泡が発生し、熱間加工性が悪い結果となった。比較鋼３７は、Ａｌが高目外れのため、熱間加工性が悪い結果となった。比較鋼３８は、Ｃａが高目外れのため、熱間加工性が悪い結果となった。比較鋼３９は、Ｃａが高目外れのため、熱間加工性および耐食性が悪い結果となった。比較鋼４０は、ＤＦの値が低目外れのため、熱間加工性が悪い結果となった。比較鋼４１は、ＤＦの値が高目外れのため、熱間加工性が悪い結果となった。
【００３７】
比較鋼４２は、ＤＦ＋２５×〔％Ｎ〕／Ｎｅｑの値が低目外れのため、耐食性が悪い結果となった。比較鋼４３は、ＤＦが低目外れ、ＤＦ＋２５×〔％Ｎ〕／Ｎｅｑの値が高目外れのため、気泡が発生し、熱間加工性も悪い結果となった。比較鋼４４は、ＤＦ＋２５×〔％Ｎ〕／Ｎｅｑの値が高目外れのため、気泡が発生し、熱間加工性も悪い結果となった。比較鋼４５は、ＤＦが高目外れ、ＤＦ＋２５×〔％Ｎ〕／Ｎｅｑの値が高目外れのため、気泡が発生し、熱間加工性も悪い結果となった。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】ＤＦの値と１０００℃における破断絞り値の関係を示す図である。
【図２】ＤＦ＋２５×〔％Ｎ〕／Ｎｅｑの値と気泡の発生および冷延板の耐食性の関係を示す図である。
【図１】
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【図２】
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