(57)【要約】【課題】高価なＮｉを極めて低い含有割合に抑制できるにも係わらず、ＳＵＳ４３０にも匹敵するような機械的性質や加工性を有すると共に、ＳＵＳ３０４よりも優れた耐応力腐食割れ性を有するオーステナイト系ステンレス鋼を提供する。【解決手段】質量％で、Ｃ：０．０６〜０．１０％、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：９．０〜１０．５％、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ｎｉ：２．０〜３．０％、Ｃｒ：１６．０超〜１８．０％、Ｍｏ：０．２０％以下、Ｃｕ：０．５〜１．５％、Ｎ：０．１４〜０．２０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなり、Ｎｉ％+２Ｃｕ％≦４．７であって、Ｍｄ30（Ｍｎ）＝５５１−４６２（[Ｃ％]＋[Ｎ％]）−９．２[Ｓｉ％]−１９．１[Ｍｎ％]−１３．７[Ｃｒ％]−２９（[Ｎｉ％]＋[Ｃｕ％]）−１８．５[Ｍｏ％]で定義されるＭｄ30（Ｍｎ）が−３５以下であることを特徴とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．０６〜０．１０％、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：９．０〜１０．５％、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ｎｉ：２．０〜３．０％、Ｃｒ：１６．０超〜１８．０％、Ｍｏ：０．２０％以下、Ｃｕ：０．５〜１．５％、Ｎ：０．１４〜０．２０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなり、
下記（１）式を満たすと共に、
下記（２）式で定義されるＭｄ30（Ｍｎ）が−３５以下である、ことを特徴とする耐応力腐食割れ性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼。
Ｎｉ％+２Ｃｕ％≦４．７  …（１）
Ｍｄ30（Ｍｎ）＝５５１−４６２（[Ｃ％]＋[Ｎ％]）−９．２[Ｓｉ％]−１９．１[Ｍｎ％]−１３．７[Ｃｒ％]−２９（[Ｎｉ％]＋[Ｃｕ％]）−１８．５[Ｍｏ％]  …（２）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加工性、耐食性及び耐応力腐食割れ性に優れた低Ｎｉ高Ｍｎ型のオーステナイト系ステンレス鋼に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＳＵＳ３０４を代表とするオーステナイト系ステンレス鋼は、加工性や耐食性に優れるため、様々な用途で幅広く利用されているが、Ｎｉを多く含むため高価であるのに加え、応力腐食割れがしばしば問題となっていた。
このため、従来より、安価で耐応力腐食割れ性に優れた高マンガン型のオーステナイト系ステンレス鋼について数々の提案がなされている。
例えば、下記の特許文献１には、上記の応力腐食割れ対策として、１．０〜３．５質量％のＣｕと複合添加された２．０〜４．０質量％のＳｉに加え、１６．０〜１８．０質量％のＣｒが添加され、ＳＵＳ４３０よりも良好な機械的性質を備えた耐応力腐食割れ性に優れた低Ｎｉオーステナイト系ステンレス鋼材が開示されている。
また、下記の特許文献２には、Ｎｉを０．０１〜１．０質量％に節減し、Ｃｒを１４〜２５質量％含む耐応力腐食割れ性に優れた高マンガン型のステンレス鋼が開示されている。
さらに、下記の特許文献３ではＣ＋Ｎ：０．１５〜０．３質量％、Ｃｕ:０．８〜４質量％、Ｍｎ:０．５〜２．５質量％、Ｃｒ:１６超〜２５質量％を含んだ良好な加工性、耐時期割れ性、耐食性及び耐応力腐食割れ性を兼ね備えたＮｉ節減型オーステナイト系ステンレス鋼が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２１９７４３号公報
【特許文献２】特開２００７−０３９７４１号公報
【特許文献３】特開２００９−０４１０７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のように、Ｎｉを節減したオーステナイト系ステンレス鋼に関しては、Ｎｉの代替元素となるＭｎ、Ｃｕ、Ｎなどのオーステナイト相安定化元素の配合割合を調節した数々の技術が開示されているが、加工性及び耐食性と耐応力腐食割れ性とを高いレベルで両立できた例はほとんどなく、耐応力腐食割れ性向上のためにオーステナイト系ステンレス鋼の特徴である優れた加工性や耐食性の何れかが犠牲になっているのが実情である。
【０００５】
それゆえに、本発明の主たる課題は、経済的に鋼を生産するため、Ｎｉを極めて低い含有割合に抑制できるにも係わらず、フェライト系ステンレスであるＳＵＳ４３０にも匹敵するような機械的性質や加工性を有すると共に、ＳＵＳ３０４よりも優れた耐応力腐食割れ性を有す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】
【０００６】
発明者らは、前記課題を解決するため、Ｃｒを１６質量％以上含む省Ｎｉ型のオーステナイト系ステンレス鋼について、様々な環境下で各合金元素が鋼の耐応力腐食割れ性に及ぼす影響を丹念に調査した結果、オーステナイト相を安定させる元素であるＮｉとＣｕの影響が他の元素と比べ著しく大きく、その含有量をＮｉ％＋Ｃｕ％≦４．７に制限することにより、耐応力腐食割れ性がＳＵＳ３０４より優れたものになることを見出し、以下に示す発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、
（ａ）質量％で、Ｃ：０．０６〜０．１０％、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：９．０〜１０．５％、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ｎｉ：２．０〜３．０％、Ｃｒ：１６．０超〜１８．０％、Ｍｏ：０．２０％以下、Ｃｕ：０．５〜１．５％、Ｎ：０．１４〜０．２０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなり、
（ｂ）下記（１）式を満たすと共に、
Ｎｉ％+２Ｃｕ％≦４．７  …（１）
（ｃ）下記（２）式で定義されるＭｄ30（Ｍｎ）が−３５以下である、
Ｍｄ30（Ｍｎ）＝５５１−４６２([Ｃ％]＋[Ｎ％])−９．２[Ｓｉ％]−１９．１[Ｍｎ％]−１３．７[Ｃｒ％]−２９([Ｎｉ％]＋[Ｃｕ％])−１８．５[Ｍｏ％]  …（２）
（ｄ）ことを特徴とする耐応力腐食割れ性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼、である。
ここで、本明細書全般において「Ｎｉ％」や「Ｃｕ％」のように「元素記号＋％」で表したものは「鋼中における当該元素記号で表される元素の成分組成（配合割合）を質量％で表したもの」を意味する。
【０００７】
この発明では、高価なＮｉの成分組成を２．０〜３．０質量％の範囲内に抑えているので、オーステナイト系ステンレス鋼を経済的に製造することができる。
また、Ｃｒを１６．０超〜１８．０質量％含有するので、汎用的な耐食性を維持できるのに加え、ＮｉとＣｕの成分組成に関し、Ｎｉ％＋２Ｃｕ％を４．７以下に制限しているので、耐応力腐食割れ性をＳＵＳ３０４より優れたものにすることができる。
さらに、鋼の伸びと云った加工性を示す指標や機械的性質等との間に相関があるＭｄ30（Ｍｎ）値を−３５以下にしているので、得られる鋼はＳＵＳ４３０に匹敵する加工性並びに機械的性質を有するものとなる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、経済的に鋼を生産するため、Ｎｉを３質量％以下といった極めて低い含有割合に抑制できるにも係わらず、フェライト系ステンレスであるＳＵＳ４３０にも匹敵する機械的性質や加工性を有すると共に、ＳＵＳ３０４よりも優れた耐応力腐食割れ性を有するオーステナイト系ステンレス鋼を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
まず始めに、本発明に係る「耐応力腐食割れ性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼」(以下、単に「鋼」とも称する。)を構成する各成分の限定理由について説明する。
【００１０】
１）０．０６≦Ｃ≦０．１０質量％
Ｃ（炭素）は、耐応力腐食割れ性に対して悪影響を及ぼす元素であるが、０．１０質量％以下ならば他元素と比べてその影響は無視できるほど小さい。また、このＣは、オーステナイト形成元素であり、オーステナイト組織の安定化に寄与するため、必須のものであるが、過剰に添加すると、固溶強化により鋼の硬度が増して冷間加工性を低下させる。このため、Ｃの含有率（成分組成）を０．０６〜０．１０質量％の範囲とした。
【００１１】
２）Ｓｉ≦１．０質量％
Ｓｉ（ケイ素）は、一般に耐応力腐食割れ性の向上に有効な元素とされているが、高Ｍｎ型オーステナイト系ステンレス鋼の耐応力腐食割れ性には大きな影響を及ぼさない。また、製鋼時において脱酸剤としての効果を奏する元素であるが、鋼の軟質性(加工性)を維持するためには、その含有率がある程度低い方が好ましい。このため上記のように１．０質量％以下（より好ましくは０．６質量％以下）に制限した。
【００１２】
３）９．０≦Ｍｎ≦１０．５質量％
Ｍｎ（マンガン）は、耐応力腐食割れ性に悪影響を与えるが、その効果は５質量％ほどで飽和し、それ以上含有させても悪影響を及ぼさなくなる。また、このＭｎは、オーステナイト形成元素であると共に、Ｎの固溶量を高めるため、鋼の軟質化には好ましい元素である。しかしながら、このＭｎの含有量が高すぎると製造性や鋼の耐食性を低下させる恐れがある。このため、Ｍｎの含有率を９．０〜１０．５質量％の範囲とした。
【００１３】
４）Ｐ≦０．０５０質量％
Ｐ（リン）は、耐応力腐食割れ性には悪影響を与える元素であるが、０．０５０質量％以下ならば、他元素と比べてその影響は無視できるほど小さい。また、このＰは、鋼の耐食性および熱間加工性を劣化させる元素であることから、その上限を０．０５０質量％とした。
【００１４】
５）Ｓ≦０．０１０質量％
Ｓ（硫黄）は、耐応力腐食割れ性に影響を及ぼさない。しかしながら、このＳは、介在物を増加させると共に、鋼の耐発銹性を低下させる要因となる元素である。また、Ｓの含有率の増加と共に鋼の熱間加工性および耐食性を低下させることから、このＳの含有率を０．０１０質量％以下に制限した。
【００１５】
６）２．０≦Ｎｉ≦３．０質量％
Ｎｉ（ニッケル）は、オーステナイト組織の安定化や良好な熱間加工性、冷間加工性および耐食性等に寄与する元素であるが，高Ｍｎ型のオーステナイト系ステンレス鋼においては、耐応力腐食性に対して非常に大きな悪影響を及ぼす元素である。したがって、オーステナイト組織の安定化や良好な加工性、耐食性を得るために、Ｎｉの含有率を２．０〜３．０質量％の範囲とする一方で、耐応力腐食割れ性に関しては、上記（１）式、すなわち、Ｎｉ％＋２Ｃｕ％≦４．７で規制することとした。
【００１６】
７)１６．０＜Ｃｒ≦１８．０質量％
Ｃｒ(クロム)は、鋼の耐食性を高めるのにもっとも有効な元素のひとつであり、十分な耐食性を得るためには１６．０質量％超のＣｒ含有量が必要である。しかし、鋼にクロムが多量に含有されると、凝固時および高温域において、多くのδフェライトが生成され、鋼の硬さが増加してオーステナイト単相を維持できなくなる。よって、Ｃｒ含有率の上限を１８．０質量％とした。
【００１７】
８）Ｍｏ≦０．２０質量％
Ｍｏ（モリブデン）は、鋼の耐食性を向上させることができる元素であるが、Ｍｏの含有によって凝固時および高温域において、多くのδフェライトが生成され、鋼の熱間加工性を低下させる虞がある。したがって、鋼の熱間加工性の低下を抑えつつ鋼の耐食性を向上させることができるようにするため、Ｍｏ含有量の上限を０．２０質量％とした。
【００１８】
９）０．５≦Ｃｕ≦１．５％
Ｃｕ（銅）は、Ｎｉと同様、鋼の軟質化および耐食性の向上に寄与する元素であるが、高Ｍｎ型のオーステナイト系ステンレス鋼においては、耐応力腐食性に非常に大きな悪影響を及ぼす元素である。したがって、鋼の軟質化および耐食性の向上のために、Ｃｕの含有率を０．５〜１．５質量％の範囲とした。一方、耐応力腐食割れ性に関しては、上記（１）式、すなわち、Ｎｉ％＋２Ｃｕ％≦４．７で規制することとした。
【００１９】
１０）０．１４≦Ｎ≦０．２０質量％
Ｎ（窒素）は、Ｃと同様にオーステナイト形成元素であり、オーステナイト組織の安定化に寄与すると共に、耐食性に対しても有効に作用する。しかしながら、炭素と同様に固溶強化能が大きいことから、鋼に多量に含まれると固溶強化により鋼の硬さが増す。このため、Ｎの含有率を０．１４〜０．２０質量％の範囲とした。
【００２０】
１１）Ｍｄ30（Ｍｎ）≦−３５
Ｍｄ30（Ｍｎ）値は、オーステナイト系ステンレス鋼を加工した際に生じる加工誘起マルテンサイト(α’)変態のし易さを表す指標で、上記（２）式、すなわち、
Ｍｄ30（Ｍｎ）＝５５１−４６２（[Ｃ％]＋[Ｎ％]）−９．２[Ｓｉ％]−１９．１[Ｍｎ％]−１３．７[Ｃｒ％]−２９（[Ｎｉ％]＋[Ｃｕ％]）−１８．５[Ｍｏ％]  に従って求められる。
この値が大きいほど、加工誘起マルテンサイト(α’)変態が生じ易い。つまり、Ｍｄ30（Ｍｎ）値が大きいと、圧延時に多量の加工誘起マルテンサイト(α’)相が生じ、調質圧延板の加工性が低下すると共に、圧延後のコイル形態における時期割れ懸念が高まるため、Ｍｄ30（Ｍｎ）≦−３５とした。
【００２１】
以上のような各元素で構成された本発明に係る鋼は、一般的なステンレス鋼製造工程により製造される。すなわち、溶解、鋳造、熱間圧延および冷間圧延を経た後、溶体化熱処理が行われる。そして、各種素材として要求される特性を得るため、冷間加工(調質圧延)が施され、所望の硬さに調質される。
【実施例】
【００２２】
以下に、本発明に係る実施例として、鋼試料の製造方法、試験の方法および結果について説明する。なお、本発明は当該実施例に限定されるものではない。
【００２３】
１）鋼試料の作製
下表１に示す化学組成を有するステンレス鋼を溶製し、熱間圧延にて板厚３．０ｍｍの熱延板を作製した。続いて、この熱延板を板厚１．０ｍｍまで冷間圧延し、２分間１１００℃で仕上焼鈍した後、硝弗酸に浸漬してスケールを除去して、本発明鋼及び比較鋼である冷延焼鈍酸洗板を得た。そして、得られた本発明鋼及び比較鋼を下記の特性評価試験に供した。
【００２４】
【表１】
2016169421.tif 000002
【００２５】
２）試験の方法とその結果
（１）応力腐食割れ試験１
前述の工程で作製した発明鋼及び比較鋼となる冷延焼鈍酸洗板の中心部より厚さ１．０ｍｍ，幅１５ｍｍ，長さ７５ｍｍの試験片を採取し、ＪＩＳ  Ｇ  ０５７６に準拠してＵベンド試験片を作製した。
続いて、このＵベンド試験片の頂点部分に５μｌ×６滴の試験溶液を滴下し、恒温・恒湿槽の中に入れ、温度４０℃，相対湿度３０％の条件で４週間保持した。なお、試験溶液として、人工海水（八洲薬品(株)製の金属腐食試験用アクアマリン）を用いた。
そして、上記の保持の後、走査型電子顕微鏡を用いて割れの有無を観察した。得られた結果を表２に示す。なお、表２では、上記の観察の結果、割れが発生していたものは×印で、又、割れが生じなかったものは○印で表示している。
【００２６】
（２）応力腐食割れ試験２
ＪＩＳ  Ｇ  ０５７６の（Ａ）法ｂに準拠して、沸騰４２％塩化マグネシウム溶液中に、上記「（１）応力腐食割れ試験１」と同じ方法で採取したＵベンド試験片を２４時間浸漬させて、耐応力腐食割れ性の評価を実施した。得られた結果を表２に示す。なお、表２では、上記の浸漬の結果、２４時間以内に割れが発生したものは×印で、又、割れが生じなかったものは○印で表示している。
【００２７】
（３）ビッカース硬さ
前述の工程で作製した発明鋼及び比較鋼となる冷延焼鈍酸洗板から、厚さ１．０×３０×３０ｍｍのＪＩＳ１３Ｂ号試験片を切り出し、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４４に準拠してビッカース硬さ試験を行い、硬さを評価した。得られた結果を表２に示す。
【００２８】
【表２】
2016169421.tif 000003
【００２９】
上記の２種類の応力腐食割れ試験は、応力腐食割れ試験１が、孔食を起点として割れに至るケースについて検証する試験であり、応力腐食割れ試験２は、極めて過酷な腐食環境であることから、孔食等を経由せず、試験片表面の変形部分から直接割れが発生するケースについて検証する試験と考えられている。
表２から明らかなように、本発明鋼は応力腐食割れ試験２のような厳しい高温・高濃度の塩化物溶液中においても割れが全く発生しておらず、極めて優れた耐応力腐食割れ性を有することが分かる。
これに対し、比較鋼の鋼Ｎｏ．３では、各成分が本発明成分の範囲内であるが、Ｎｉ＋２Ｃｕ≦４．７を満たさないため、応力腐食割れ試験１及び２の全ての条件で応力腐食割れが発生している。また、比較鋼の鋼Ｎｏ．４のようにＣやＭｎの含有量が小さくても同様の結果である。比較鋼の鋼Ｎｏ．５は、Ｃｕ含有量が高く、耐応力腐食割れ性に劣っている。そして、比較鋼の鋼Ｎｏ．６（ＳＵＳ３０４）は、Ｎｉ含有量が高く、応力腐食割れ試験１では割れが生じなかったが、より過酷な腐食条件の応力腐食割れ試験２では割れが生じた。
【００３０】
なお、機械的性質に関し、本発明鋼の硬さは、ＳＵＳ３０４に相当する鋼Ｎｏ．６と比べて大き過ぎることはなく、他の比較鋼とも同等である。
【００３１】
以上より、本実施例のオーステナイト系ステンレス鋼(本発明鋼)によれば、経済的に鋼を生産するため、Ｎｉを３質量％以下といった極めて低い含有割合に抑制できるにも係わらず、上述のようにＭｄ30Ｍｎ値を−３５以下に設定しているため、フェライト系ステンレスであるＳＵＳ４３０にも匹敵する機械的性質や加工性を有すると共に、上記の試験結果が示すように、ＳＵＳ３０４よりも優れた耐応力腐食割れ性を有するオーステナイト系ステンレス鋼を提供することができる。