JPH02305940A - 建築建材用二相ステンレス鋼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は建築建材用として使用される強度が高くレラク
セーション（ステンレス鋼にある応力を与え、その時に
生ずる歪が一定に保たれるような条件で放置すると、時
間の経過とともに初めに与えた応力が次第に減少する現
象で、その減少の小さい程すぐれた性質と評価されてい
る。）の小さい安価なオーステナイト・フェライト系二
相ステンレス鋼に関する。

（従来の技術） 従来建築建材用には安価で強度が高い理由で、例えばＪ
ＩＳに規定されたＳＭ鋼のような普通炭素鋼が使用され
てきたが、普通炭素鋼は耐食性をもたないために無塗装
で使用される場合はもちろん、たとえ塗装して使用され
る場合でも腐食による消耗は避けられず建築構造物とし
ての寿命が短くなる原因になり、また発錆により美観も
損なわれるなどの欠点をもっている。このような現状に
おいて、将来は耐久性や美観の点でこれらの晋通炭素鋼
にかわりステンレス鋼の使用が期待されている。しかし
ながら、従来のステンレス鋼をこのような用途に使用す
る場合幾つかの問題がある。

たとえば、Ｓ　Ｕ　Ｓ　３０４やＳ　Ｕ　Ｓ　３１６な
どに代表されるオーステナイト系ステンレス鋼は、溶接
性が優れているためステンレス鋼の中でも最も適してい
るように思われるが、一般に強度（耐力）かや−低いた
めレラクセーションが大きい。その上、多量のＮｉを含
有するために高価である。また、Ｓ　Ｕ　Ｓ　４１０で
代表されるマルテンサイト系ステンレス鋼やＳ　Ｕ　Ｓ
　４３０に代表されるフェライト系ステンレス鋼はレラ
クセーションも小さく、オーステナイト系ステンレス鋼
に比べれば安価であるが、溶接性が劣る問題点がある。

またこれらのオーステナイト系と、マルテンサイト系や
フェライト系ステンレス鋼の中間的な特性をもつ鋼とし
て５ＵＳ３２９Ｊｌに代表されるオーステナイト・フェ
ライト系ステンレス鋼があるが、この鋼はオーステナイ
ト系と同等程度に溶接性が優れ、オーステナイト系ステ
ンレス鋼の欠点である粒界腐食や応力腐食割れに対する
抵抗性も強いことから化学機器などに多く使用されてい
る。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は上述したような溶接性に優れた二相ステンレス
鋼に着目し、その成分を特定することによってレラクセ
ーションが著しく小さく且つ建築建材用に一般的に要求
されるＪＩＳ　ＳＭ　４１．５０と同等あるいはそれ以
上の機械的性質すなわち、室温での耐力（ｐｓ）が４０
ｋｇ　ｆ　／　ｍａｔ以上、引張り強さくＴＳ）が６０
）ｃｇ　ｆ　／−以上、伸び（ＩＪ））が２０％以上、
０℃におけるシャルピー吸収エネルギー（ｖＥｏ）が２
．８ｋｇ−ｍ以上であって、室温におけるレラクセーシ
ョンが小さいという特性を有する建築建材用二相ステン
レス鋼を提供することを目的とするものである。

（課題を解決するための手段） 本発明は、 （ｔ）　　ｃ　：　　ｏ、ｔｏ％以下、Ｓ　ｉ：０．１
〜３．０％、Ｍｎ：０．１〜５．０％、Ｃｒ：１９．０
〜２６．０％、Ｎ　Ｉ：１．０〜６．０％、Ｎ　：　０
．０５〜０．４０％を含有し、残りが鉄および不可避的
不純物から成り、かつオーステナイト相面積率が２０〜
８０％であることを特徴とする建築建材用二相ステンレ
ス鋼、 （２）　　Ｃ：　　０．１０％以下、Ｓ　ｉ：０．１〜
ａ、ｏ％、Ｍｎ：０．１〜５．０％、Ｃｒ：１９．ｏ　
〜２８．０％、Ｎｉ：１．０〜８．０％、Ｎ　：　０．
０５〜０，４０％、およびＮｂ：０．０１〜２．０％、
Ｔ　ｉ：０．ｏｌ〜２．０％、Ｖ　：　０．０１〜２．
０％、Ｃｕ：０．１〜３．０％のうち１種あるいは２種
以上を含有し、残りが鉄および不可避的不純物から成り
、かつオーステナイト相面積率が２０〜８０％であるこ
とを特徴とする建築建材用二相ステンレス鋼、 である。

以下に、本発明鋼について詳細に説明する。

５ＵＳ３２９Ｊ１で代表される現行二相ステンレス鋼は
孔食や応力腐食割れに対する抵抗性を高めるために高価
な合金成分のＭｏを通常数％含有している。しかし、建
築材料として使用される場合には、ＣΩ−環境は少いの
で孔食や応力腐食割れに起因する損傷が起こることは少
なく、必然的に適正な鋼成分も変わってくる。このよう
な前提のもとに、各種機械的性質に与える二相ステンレ
ス鋼の相バランス支配元素としてＣｒ。

Ｎｉ　、Ｍｎ　、Ｎ、Ｓｌなど、および強化元素トして
Ｎｂ、Ｔｉ　、Ｖ、Ｃｕなどの各種元素の影響を調べた
結果、Ｃ：　０．１０％以下、Ｓ　ｉ：ｏ、１〜３．０
％、Ｍｎ：０．１〜５．０％、Ｃｒ：１９．ｏ　〜２Ｅ
ｆ、Ｏ％、Ｎｉ：１．０〜６．０％、Ｎ　：　０．０５
〜０．４０％を金白゛しあるいはサラｌ：　Ｎ　ｂ：０
．ｏｌ〜２．０％、Ｔ　ｉ：０．０１〜２．０９６、■
＝０．０１〜２．０％、Ｃｕ：０．１〜３．０％の１種
または２種以上を含む鋼により目標の特性を満足できる
ことがわかった。

このように鋼成分を限定した理由は次のとおりである。

Ｃ：Ｃｒを多量に含むステンレス鋼においてＣの含有は
クロム炭化物を生成して粒界に析出し、耐食性を低下さ
せるため、その含有量を０，１５％以下にした。

Ｓｌ　：フエライト形成元素で二相鋼におけるフェライ
ト相の量をコントロールする。そしてこの元素の添加に
より有効に強度を上げることができる。

この強化のためには少なくとも（１，１％添加しなけれ
ばその効果を発揮することができず、その含有量の増加
に強度を増大せしめるが過剰の添加は熱間加工性妻低下
させるため３％以下とする必要がある。

Ｍｎ：Ｎｉのかわりに使用する安価で有力なオーステナ
イト形成元素で、二相鋼におけるオーステナイト相の量
をコントロールし、レラクセーションを安定して小さく
する作用する役目をもつ。

そしてこの成分の添加により有効に強度を増大する。こ
の強化のためには少なくとも０．１％添加しなければそ
の効果を発揮することができない。また、Ｍｎの過剰添
加はオーステナイト相を増やしレラクセーションを窩め
るため、５％以下でなければならない。

Ｃ「：耐食性保有のためと、フェライト形成元素である
ためフェライト相の星のコントロールのために必要な元
素で、そのためには少なくとも１９．０％以上含有しな
ければならない。しかし、いたずらに多量の含をは合金
コストが高くなるだけである。したがって、その上限を
２Ｂ％にした。

Ｎ１　：二相鋼におけるオーステナイト柑形成に必要な
元素で、そのためには少なくとも１％含有しなければな
らない。しかし多量の添加は相バランスとしてオーステ
ナイト相の割合を増やし、レラクセーションを高め、そ
の上合金コストが高くなるのでその量は６％以下でなけ
ればならない。

Ｎ：Ｎｉと同じように二相鋼においてオーステナイト相
を増やし強度を上げる元素で、そのためには少なくとも
０．０５％含有しなければならない。

しかし多量の添加は相バランスとしてオーステナイト相
の割合を増やし、さらに気泡発生による内部欠陥生成の
原因になるため、０，４０％以下でなければならない。

これらの合金元素の他に、強化元素として、Ｎ　ｂ：０
．０１〜２．０　％、Ｔ　ｊ：Ｏ，Ｏ１〜２．０９６、
Ｖ：０．０１〜２．０％およびＣｕ：Ｏ，１〜３．０％
のうち１種または２８ｉ以上を含有させることができる
。すなわち、これらの元素を０．０１％以上含有するこ
とにより結晶粒が微細になり強度とくに降伏強度を上昇
せしめる。しかし多量の添加は靭性を著しく低下せしめ
る結果となるため、２．０％以下でなければならない。

また、本発明鋼は、このような合金成分範囲を満足する
と同時に、製品として、必ずオーステナイト相とフェラ
イト相との二相から成らなければならず、それらの存在
比率は面積百分率で２０〜８０％好ましくは３０〜７０
％である。第１図に本発明鋼すなわち建築建材用鋼の特
性の一つとして要求されるレラクセーションと、オース
テナイト相面積百分率（％）との関係を示したが、これ
によりオーステナイト相が８０％を超えるとレラクセー
ションが急激に大きくなることがわかる。また２０％を
切ると、後述する実施例からもわかるように目標とする
機械的性質が得られない。本発明はこのような比率を満
足することによって、建築建材用として必要な諸性質を
一層改善する。

以下に実施例により説明する。

実施例　１ Ｃ：　０．０１〜０，０３％、Ｓ　ｉ　：０．４〜０．
７９ｇ、Ｍｎ：１．７〜１．８％、Ｃｒ：１７．ｏ　〜
２３．０％、Ｎｉ：６％以下、ＭＯ・３％以下、Ｎ　：
　０．１２〜０．１７％を含む２０ｋｇの鋼塊を真空誘
導溶解炉により溶製し、これらの鋼塊を厚さ１３順に熱
間圧延した後、１１００℃で３０分間保定したのち水焼
入れよりなる溶体化処理を行い、材質調査を行った。Ｃ
ｒ及びＮｉの含有量とγ相の面積百分率、ＰＳ、ＴＳ、
Ｅｊ７．　　ｖＥｏの値との関係を第２図（Ａ）〜（Ｅ
）に示す。この結果がら、Ｃｒ量が１９％に満たない場
合にはγ相面債百分率は２０％に満たずまたα′フマル
ンサイトが生成してＰＳやＴＳが著しくａＪ＜ＩＪＩは
２０％に満たない。

すなわち、本発明の目標特性を満足するためにはＣ「は
１９．０％以上でなければならない。Ｎｉについては、
１％に満たない場合にはα＃目だけより成り、したがっ
てｖＥｏは極めて低い。６％を超えた場合にはγ相が多
くなり、レラクセーションを小さくできない。このよう
な理由から、Ｎｉ量−は１，０〜６．０％の範囲でなけ
ればならない。

実施例　２ 真空誘導溶解炉ニヨリ、Ｃ：　０．０１〜０．（１８％
、Ｓ　ｉ：０．５〜２．７％、Ｍｎ：０．８〜４．［ｉ
％、Ｎｉ：１．９〜４．５％、Ｃｒ：１９〜２８％、Ｎ
　：　０．０９〜０．３２％、その他に選択元素として
、Ｎｂ：０．０５〜０．１２％、Ｔｉ：０．ＬＯ〜０．
２０％、Ｖ　：　０．０５〜０．［％およびＣｕ：Ｃ１
，５〜１．５％を含む第１表に示す、ような組成の鋼塊
を作製した。これらの鋼塊を厚さ２５＋ｎｕ＋に熱間圧
延した後、１０５０〜１１５０℃で溶体化熱処理を行っ
た。これらの鋼板の引張特性値、衝撃特性値およびレラ
クセーション率を第２表に示した。レラクセーション率
は初期応力−耐力Ｘ０．８、試験温度−２０℃±０．５
℃、試験時間−１０ｈｒにて、自動制御槓桿型しラクセ
ーション試験機により、月Ｓ　Ｚ　２２７Ｂに準拠して
ｎ１定した。

第１表および第２表において、鋼Ｎ０９１〜Ｉ８の鋼は
本発明鋼であるが、Ｎｏ、　１９はＳ　Ｕ　Ｓ　３０４
　、Ｎｏ、２０はＳ　Ｕ　Ｓ　４１０　、Ｎｏ、２１は
５Ｍ４０の代表例を比較鋼として示している。

Ｎ０１１〜１８の本発明鋼はオーステナイト相とフェラ
イト相より成る二相組織てそれらのオーステナイト相の
占める面積百分率は３０〜７０％の範囲に入っていた。

これらの本発明鋼の機械的性質は目標とするＰＳ４０ｋ
ｇｆ／−以上、ＴＳ８０ｋｇｆ／−以上、Ｅｊ７２０％
以上、ｖＥｏ　２．８ｋｇ　ｆ　−ｍ以上を十分に満足
し、特にＰＳとＴＳの強度は比較鋼の５ＵＳ３０４，５
ＵＳ４１０および５Ｍ４０よりはるかに高い。また本発
明鋼の常温におけるレラクセーションはＳＭ鋼に近くき
わめて小さく建築構造物用として適している。

なお、本発明鋼は、ステンレス鋼の溶製法としてよく知
られた、転炉や電気炉と真空脱炭精錬などとの組合せで
溶製され、連続鋳造、または造塊と分塊圧延によりスラ
ブにされる。このスラブは一旦室温にまで冷却されるか
あるいは必ずしも室温にまで冷却されることなく加熱炉
に装入して加熱した後１２００〜６００℃の温度範囲で
厚板に圧延される。圧延後の冷却は自然放冷でもよいし
水冷などの強制冷却でもよい。続いて必要に応じ９５０
〜１２００℃の温度範囲で溶体化熱処理が行われる。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明は成分を特定することによ
り、５Ｍ４１．５０クラスと同等或はそれ以上の特性を
もち、しかもレラクセーションが小さいことから建築建
材用に適した二相ステンレス鋼を安価に製造できるので
、工業的価値は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図はオーステナイト柑面積率（％）とレラクセーシ
ョン率の関係、第２図（Ａ）〜（Ｅ）は実施例１におけ
る材質調査結果を示すもので、（Ａ）は耐力（ＳＰ）、
（Ｂ）は引張り強さくＴＳ）、　（Ｃ）は破断伸び（Ｅ
ｌ）　’）、　（Ｄ）はシャルピー吸収エネルギー（ｖ
Ｅｏ）、（Ｅ）はオーステナイト相面積分率（Ｆγ）を
Ｎｉ−Ｃｒ含有量との関係で示した。 復代理人　弁理士　田村弘明 オーステナイト相面積分率（％） 第２図 （Ｃ） ＩＶ／　　（％） 第２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｃ：０．１０％以下、Ｓｉ：０．１〜３．０％、
   Ｍｎ：０．１〜５．０％、Ｃｒ：１９．０〜２６．０％
   、Ｎｉ：１．０〜６．０％、Ｎ：０．０５〜０．４０％
   を含有し、残りが鉄および不可避的不純物から成り、か
   つオーステナイト相面積率が２０〜８０％であることを
   特徴とする建築建材用二相ステンレス鋼。
2. （２）Ｃ：０．１０％以下、Ｓｉ：０．１〜３．０％、
   Ｍｎ：０．１〜５．０％、Ｃｒ：１９．０〜２６．０％
   、Ｎｉ：１．０〜６．０％、Ｎ：０．０５〜０．４０％
   、およびＮｂ：０．０１〜２．０％、Ｔｉ：０．０１〜
   ２．０％、Ｖ：０．０１〜２．０％、Ｃｕ：０．１〜３
   ．０％のうち１種あるいは２種以上を含有し、残りが鉄
   および不可避的不純物から成り、かつオーステナイト相
   面積率が２０〜８０％であることを特徴とする建築建材
   用二相ステンレス鋼。