(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％で
Ｃ  ：≦０．０８％
Ｓｉ：≦０．５０％
Ｍｎ：１３〜１６％
Ｐ  ：≦０．０４０％
Ｓ  ：≦０．０３０％
Ｃｕ：０．３５〜１．００％
Ｎｉ：２．５０〜５．５０％
Ｃｒ：１７．０〜１９．０％
Ｍｏ＋Ｗ：０．５〜１．０％
Ｎ  ：０．３８〜０．６０％
Ｏ  ：≦０．０１００％
sol-Ａｌ：≦０．０５％
残部Ｆｅ及び不可避的不純物であり且つ次式
８６([重量％Ｎｉ]＋[重量％Ｃｕ])≧１３[重量％Ｃｒ]＋１９[重量％Ｍｏ]＋９[重量％Ｗ]＋２[重量％Ｍｎ]
を満足する耐食性に優れた高強度・非磁性ステンレス鋼。
【請求項２】
請求項１に記載の非磁性ステンレス鋼において、更にＢ，Ｃａ，Ｍｇ，ＲＥＭの１種又は２種以上を各単独で０．０１００％以下含有する耐食性に優れた高強度・非磁性ステンレス鋼。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のステンレス鋼を製造するに際して、加工時の最終表面温度が７００〜９００℃の温度条件で且つ減面率が１５〜７０％の加工条件の下で仕上加工を施すことを特徴とする耐食性に優れた高強度・非磁性ステンレス鋼の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は耐食性に優れた高強度・非磁性ステンレス鋼及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来、例えばドリルを用いて石油掘削を行う場合等において、地表から先端のドリルの位置等を磁気感知により特定、制御するといったことが行われている。
【０００３】
ところでこの種掘削装置においてはドリル近傍にドリルカラーと称する部品が装備されているが、このドリルカラーは、上記磁気感知によるドリルの位置等の特定、制御のために非磁性材であることが求められる。
このドリルカラーは、また非磁性であることに加えて耐食性・高強度が必要とされる。
【０００４】
従来、かかるドリルカラーを始めとする非磁性且つ耐食性・高強度が求められる用途の材料として、１３Ｃｒ−１８Ｍｎ−０．５Ｍｏ−２Ｎｉ−０．３Ｎ，１３Ｃｒ−２１Ｍｎ−０．３Ｎ，１６．５Ｃｒ−１６Ｍｎ−１Ｍｏ−１．３Ｎｉ−０．５Ｃｕ−０．４Ｎ等の高Ｍｎ系非磁性ステンレス鋼が用いられて来た。
この種非磁性ステンレス鋼において、耐食性及び強度を高める上でＮを多く含有させることが有効であるとされている。
【０００５】
ところでＭｎ，Ｃｒを多く含有する非磁性ステンレス鋼の場合、Ｍｎ，Ｃｒが溶湯段階ではＮを多く溶解させ得るものの、凝固段階ではＮの固溶度を低下せしめる性質があることから、鋼中にＮを多く含有させることが難しく、Ｎを多く含有させた場合に凝固過程で窒素ブローを生成せしめ、健全な鋼塊が得られないといった問題があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本願の発明はこのような課題を解決するためになされたものである。
而して請求項１は非磁性ステンレス鋼に係るもので、重量％でＣ：≦０．０８％，Ｓｉ：≦０．５０％，Ｍｎ：１３〜１６％，Ｐ：≦０．０４０％，Ｓ：≦０．０３０％，Ｃｕ：０．３５〜１．００％，Ｎｉ：２．５０〜５．５０％，Ｃｒ：１７．０〜１９．０％，Ｍｏ＋Ｗ：０．５〜１．０％，Ｎ：０．３８〜０．６０％，Ｏ：≦０．０１００％，sol-Ａｌ：≦０．０５％，残部Ｆｅ及び不可避的不純物であり且つ次式
８６([重量％Ｎｉ]＋[重量％Ｃｕ])≧１３[重量％Ｃｒ]＋１９[重量％Ｍｏ]＋９[重量％Ｗ]＋２[重量％Ｍｎ]
を満足する組成を有することを特徴とする。
【０００７】
請求項２の非磁性ステンレス鋼は、請求項１に記載の非磁性ステンレス鋼において、更にＢ，Ｃａ，Ｍｇ，ＲＥＭの１種又は２種以上を各単独で０．０１００％以下含有することを特徴とする。
【０００８】
請求項３は非磁性ステンレス鋼の製造方法に係るもので、請求項１又は２に記載のステンレス鋼を製造するに際して、加工時の最終表面温度が７００〜９００℃の温度条件で且つ減面率が１５〜７０％の加工条件の下で仕上加工を施すことを特徴とする。
【０００９】
【作用及び発明の効果】
非磁性ステンレス鋼において、耐食性確保のためにＣｒ，Ｍｎを一定量以上含有させることは必須である。
一方でこれらＣｒ，Ｍｎを多く含有させると、上記のように凝固時に窒素ブローを生成し易くなる。
ここにおいて本発明は凝固時の窒素ブローを抑制するため、Ｎｉ，Ｃｕを所定量鋼中に添加するようになしたものである。
【００１０】
本発明者は、Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｍｎの添加による窒素ブローの生成作用を、Ｎｉ，Ｃｕの添加により抑制でき且つそれらＣｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｍｎの添加量と、Ｎｉ，Ｃｕの添加量との間に適正な関係があることを見出し、本発明を完成させた。
【００１１】
即ち本発明においては、耐食性確保の点からＣｒ，(Ｍｏ＋Ｗ)，Ｍｎを所定量以上含有させたときには、それら成分の添加量に見合った量でＮｉ，Ｃｕを添加するようになしたもので、それらの添加量の関係は次式で表される。
８６([重量％Ｎｉ]＋[重量％Ｃｕ])≧１３[重量％Ｃｒ]＋１９[重量％Ｍｏ]＋９[重量％Ｗ]＋２[重量％Ｍｎ]
【００１２】
ここで右辺の成分Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｍｎは凝固の際にＮの固溶度の低いδフェライト相を析出させ易い成分で、各係数はその寄与度を示している。
また一方左辺の成分Ｎｉ，Ｃｕは凝固の際にＮの固溶度の高いオーステナイト相を析出させ易い成分で、各係数はその寄与度を示している。
【００１３】
本発明によれば、上記のように鋼中にＣｒ，（Ｍｏ＋Ｗ），Ｍｎを含有させる一方で、これに見合った量でＮｉ，Ｃｕを含有させることにより、鋼中にＮを一定量以上多く含有させることが可能となる。即ち凝固時において窒素ブローを抑制して、健全な鋼塊，製品を得られるようになる。
而してＮを一定量以上多く含有させ得ることから、非磁性ステンレス鋼の耐食性，強度を従来に増して高めることができる。
【００１４】
本発明においては、必要に応じてＢ，Ｃａ，Ｍｇ，ＲＥＭの１種又は２種以上を上記所定の範囲で含有させることができる（請求項２）。
これにより熱間加工性を向上させることができる。
【００１５】
請求項３の非磁性ステンレス鋼の製造方法は、ステンレス鋼を製造するに際して、加工時の最終表面温度が７００〜９００℃の温度条件で且つ減面率が１５〜７０％の加工条件の下で仕上加工を施すものである。
この製造方法は、非磁性ステンレス鋼に歪を残留させた状態で使用するようになしたもので、この製造方法によれば非磁性ステンレス鋼に高強度を付与することができる。
【００１６】
尚この発明において温度条件の上限を９００℃と規定しているのは、これよりも高い温度であると非磁性ステンレス鋼に対して歪を良好に付与することができないからであり、また下限値を７００℃と規定しているのは、これより低い温度の下では粒界に炭化物が析出し易くなり、それによって耐食性や靭性が劣化してしまうことによる。
【００１７】
一方減面率の上限値を７０％と規定しているのは、これより高い加工度では加工が難しく、また下限値を１５％と規定しているのは、これより低い加工度の下ではステンレス鋼に対して良好に歪を付与できないことによる。
【００１８】
次に本発明における各化学成分の限定理由を詳述する。
Ｃ：≦０．０８％
ＣはＣｒを含む炭化物として析出し、耐食性等の特性を劣化させるため低い方が望ましいが、必要以上の規制は著しいコストの上昇となるため、上限値を０．０８％とする。
Ｃの望ましい含有量は０．０５％以下である。
【００１９】
Ｓｉ：≦０．５０％
Ｓｉは脱酸剤として有効であるが、０．５０％より多く含有させるとＮの溶解度，固溶度を低める外、金属間化合物の析出を助長する。そこで本発明では上限値を０．５０％とする。
Ｓｉの望ましい含有量は０．３５％以下である。
【００２０】
Ｍｎ：１３〜１６％
Ｍｎは非磁性確保，溶湯中のＮ溶解度確保のために１３％以上含有させる。
但し１６％より多量の添加は熱間加工性，耐食性を劣化させ、また凝固時の窒素ブローを促進するので、上限値を１６％とする。
Ｍｎの望ましい含有量は１５％未満である。
【００２１】
Ｐ：≦０．０４０％
Ｐは粒界に偏析して特性を劣化させる。従って低ければ低いほど望ましいが、製造コストとの兼ね合いで上限値を０．０４０％とする。
【００２２】
Ｓ：≦０．０３０％
Ｓは熱間加工性，耐食性に悪影響を及ぼすため、低ければ低いほど望ましい。
本発明では製造コストとの兼ね合いでＳの上限値を０．０３０％とする。
【００２３】
Ｃｕ：０．３５〜１．００％
Ｎｉ：２．５０〜５．５０％
Ｃｕ，Ｎｉは耐食性，強度の向上に有効なＮを安定して添加するため有効であり、また凝固時にＮの固溶度が大きいオーステナイト相量を高め、窒素ブローを抑制する。
また単体でも耐食性の向上に有効であり、本発明ではＣｕ，Ｎｉをそれぞれ０．３５％以上，２．５０％以上含有させる。
但しそれぞれ１．００％，５．５０％を超えて過剰に含有させると溶湯中のＮ溶解度を低め、またコストを上昇せしめるのでそれぞれ上限値を１．００％，５．５０％とする。
ここでＮｉの望ましい含有量は５％未満である。
【００２４】
Ｃｒ：１７．０〜１９．０％
Ｍｏ＋Ｗ：０．５〜１．０％
これらの元素は耐食性確保のため必須であり、そのため本発明ではＣｒを１７．０％以上、またＭｏ＋Ｗを０．５％以上含有させる。
但しこれらの元素は凝固時の窒素ブローを促進し、相安定性を低め、またコスト上昇を招くため、Ｃｒについては１９．０％を、またＭｏ＋Ｗについては１．０％をそれぞれ上限値とし、それより多くの過剰添加は抑制する。
【００２５】
Ｎ：０．３８〜０．６０％
Ｎは上記のように非磁性ステンレス鋼の強度，耐食性を高め、また非磁性を確保するのに非常に有効な元素であり、０．３８％以上含有させる。
但しＮを０．６０％を超えて多く含有させると窒素ブローを発生し易くなり、健全な製品を得ることができなくなるため０．６０％を上限値として含有量を規制する。
【００２６】
Ｏ：≦０．０１００％
Ｏは鋼の清浄度を低くする。また熱間加工性，耐食性，靭性等を劣化させるため０．０１００％以下に規制する。
【００２７】
sol-Ａｌ：≦０．０５％
sol-Ａｌは鋼の清浄度を低くする。また熱間加工性，耐食性，靭性等を劣化させるため０．０５％以下に規制する。
【００２８】
Ｂ，Ｃａ，Ｍｇ，ＲＥＭの１種又は二種以上：≦０．０１００％
これら元素は熱間加工性の向上に有効であるが、０．０１００％より多く添加すると鋼の清浄度を低下させるため、上限値を０．０１００％としてそれ以下に規制する。
【００２９】
８６([重量％Ｎｉ]＋[重量％Ｃｕ])≧１３[重量％Ｃｒ]＋１９[重量％Ｍｏ]＋９[重量％Ｗ]＋２[重量％Ｍｎ]
凝固時の窒素ブローを抑制するため、左辺の数値が右辺の数値と同等以上となるようにＮｉ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｍｎの各含有量を規制するものである。
【００３０】
【実施例】
次に本発明の実施例を以下に詳述する。
表１に示す化学組成の実施例１，２，３，１３，１４及び比較例５の非磁性ステンレス鋼をＡＯＤにて３．６ｔ鋼塊作製し、その後１１００℃で３００ｍｍ角の寸法に熱間鍛造した。
次いで一旦冷却した後再び８５０〜１１００℃に加熱し、８５０〜９００℃の温度で加工開始して、最終表面温度が表１に示す温度となるような温度条件で且つ同表に示す加工率（減面率）で最終加工を行った。
その際の製造性及び得られた加工材の耐食性，強度特性，磁性等の諸特性を測定したところ表２に示す通りであった。
【００３１】
一方、表１の他の各実施例については５０ｋｇ鋼塊作製して、これを５０ｍｍ角の大きさに１１００℃で熱間鍛造し、その後一旦冷却した上で再び加熱して８５０〜９００℃の温度で加工開始し、最終表面温度が表１に示す温度となるような温度条件で且つ同表に示す加工率で最終加工を行った。
その際の製造性及び得られた加工材の各種特性を測定したところ表２に示す通りであった。
【００３２】
【表１】
0003911868.tif 000002
【００３３】
尚、表中の各試験及び評価は以下のようにして行った。
＜製造性＞
鋼塊時点での窒素ブローの有無を調べた。ここで大型鋼塊については引け巣の有無にて判断し、また小型鋼塊についてはγ線照射により観察を行った。
【００３４】
＜塩水噴霧試験＞
３５℃で５％ＮａＣｌ水溶液中に試験片を９６時間浸漬した。
その結果腐食が無かったものについてはＡを、また僅かに腐食があったものについてはＢを、若干腐食があったものについてはＣを、更にほぼ全面腐食していたものをＤとした。
【００３５】
＜引張試験＞
ＪＩＳ４号試験片（φ１０ｍｍ）を用い、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４１に準拠して試験を行った。
【００３６】
＜衝撃試験＞
ＪＩＳ４号２ｍｍＶノッチ試験片を用い、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４２に準拠して試験を行った。
【００３７】
＜腐食曲げ＞
ＪＩＳ  Ｇ  ０５７５に準拠し、硫酸・硫酸銅腐食液の中に２０ｍｍ×７０ｍｍ×５ｍｍｔの板状の試験片を浸漬させて曲げ試験を行った。但し曲げ角度は１５０度とした。
この結果、割れの認められなかったものについては○、割れが発生したものについてはその程度に応じて△，×として評価した。
【００３８】
＜透磁率＞
外部磁界を２００Ｏｅとし、ＶＳＭ法に従って透磁率測定を行った。
これらの結果が表２に示してある。
【００３９】
【表２】
0003911868.tif 000003
【００４０】
同表の結果に見られるように、Ｎを本発明の範囲内で含ませる一方でＣｕ，Ｎｉを添加していない比較例１のもの、また同じくＮを含ませる一方でＣｕ，Ｎｉの添加量が本発明の範囲を外れて少ない比較例２，３のものについては窒素ブローが発生し、製造性の悪いものであった。
【００４１】
また比較例４のものは、本発明で規定する条件式は満たしているもののＮの量が本発明の範囲を外れて少なく、このため塩水噴霧試験及び腐食曲げ試験の結果が悪く、また強度の点でも不十分なものであった。
【００４２】
一方実施例１３，１４のものは、化学組成としては実施例１のものと同様で、化学成分的に本発明の範囲内に属するものであるが、加工条件が請求項３で規定する加工条件から外れている。
【００４３】
詳しくは、実施例１３の場合には最終表面温度が請求項３で規定する７００℃より低い６２０℃であり、また実施例１４のものは、加工温度的には請求項３の条件を満たすものの、加工率が請求項３で規定する下限値１５％より低い５％であり、この結果、実施例１３のものは比較例のものに比べて特性的に良好であるものの、実施例１〜実施例１２のものに対して腐食曲げの試験結果が若干劣ったものとなっている。
また実施例１４のものについては加工率が低く、最終的に残留する歪が少ないことから、実施例１〜実施例１２のものに比べて強度的に若干低いものとなっている。
【００４４】
次に比較例５のものは、Ｎの量が少なくまたＣｕ，Ｎｉ，Ｃｒの含有量が本発明の範囲を外れており、尚且つ請求項１で規定する条件式も満たしていない。
このため耐塩水噴霧，耐腐食曲げの各特性で劣っており、また強度的にも十分な値が得られていない。
【００４５】
これに対して、化学成分及び加工条件ともに本発明で規定する範囲内に属する実施例１〜実施例１２のものについては製造性も良好で、また耐食性，強度ともに、何れも比較例のものに比べて良好な結果が得られている。
【００４６】
以上本発明の実施例を詳述したがこれはあくまで一例示である。
例えば本発明は上記ドリルカラー用材料として好適なものであるが、耐食性，高強度，非磁性を要求されるリテナーリング，超電導磁石を使用した粒子加速器，核融合炉部材，リニアモーターカー部材，磁気を嫌う船舶部材等、他の用途の材料としても用いることが可能であるなど、本発明はその主旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた態様で実施可能である。