JPH0426740A

JPH0426740A - 高強度非磁性鋼

Info

Publication number: JPH0426740A
Application number: JP2130987A
Authority: JP
Inventors: Yoshimitsu Ota; 太田　好光; Seiya Wada; 和田　征也
Original assignee: Nippon Stainless Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Stainless Steel Co Ltd
Priority date: 1990-05-21
Filing date: 1990-05-21
Publication date: 1992-01-29
Anticipated expiration: 2012-03-19
Also published as: JP2591256B2

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〉この発明は、強度、熱間加工性、耐孔食性や耐硫酸性等
の耐食性並びに冷間加工後の延性が共に優れた非磁性ス
テンレス鋼に関するものである。

〈従来技術とその課題〉現在、ステンレス鋼は、良好な耐食性を有すると共にＮ
ｉ合金やＴｉ材等に比べて安価な材料であることから各
種分野にわたる広い用途を誇っているが、強度、特に比
強度の面ではＴｉ或いはＴｉ合金に一歩譲る点があり、
これを重視する分野、例えば航空機産業等への需要拡大
に大きな障害となっていた。

もっとも、これまでにも、冷間加工によりマルテンサイ
ト変態を起こさせて高強度を確保する所謂“準安定ステ
ンレス鋼（例えば５ＵＳ３０１鋼）″や、焼入れ後のマ
ルテンサイトに析出硬化を組み合わせて高強度を確保す
る所謂″ＰＨステンレス鋼”等が開発されはしたが、こ
れらは何れも磁性を有していて非磁性材料にはなり得ず
、その用途が制限されざるを得ないものであった。

なお、非磁性で高強度が達成できる材料としてオーステ
ナイト地にγ′を析出させた“インコネル７１８（商品
名）”等のＮｉ基合金が知られているが、Ｎｉをベース
とするこれら合金は高価であるため、やはり工業的に汎
用性のある材料とは言えなかった。

このような状況を背景に、最近、Ｎ（窒素）添加による
ステンレス鋼の高強度化が試みられ、例えば５ＵＳ３０
４Ｎ２等の材料が開発されたが、これらの材料には実際
に０．５％（以降、成分割合を表わす％は重量％とする
）を超えてＮを含有させたものが見当たらず、従って何
れも強度の点で不十分なものであった。これは、ステン
レス鋼中にむやみに多量のＮを添加すると窒化物を固溶
させてオーステナイト単相にするための熱処理温度が高
くなり過ぎるほか、加工性の面でも多大な不利を招き、
所望材料の工業的な生産が甚だ困難となるからであった
。

上述のように、近年における新しい材料の開発には目を
見張るものがあるが、それでも強度、熱間加工性、延性
、耐食性等の特性が一段と優れ、しかも生産性や価格面
での有利性をも兼備した金属材料に対する最近の要望に
は十分に応じられないのが現状であった。

そこで、前記状況を踏まえて本発明が目的としたのは、
例えば航空機材料等に要望される非磁性材料であって、
０．２χ耐カニ　１８０ｋｇｆ／−以上の高強度、良好
な熱間加工性、優れた冷間加工後延性。

優れた耐食性、十分な経済的有利性等を兼ね備えた金属
材料を提供することであった。

く課題を解決するための手段〉本発明者等は、上記目的を達成すべく数多くの実験を繰
り返しながら研究を重ねた結果、［基本的に強度や耐食
性に優れた非磁性材料の中でも価格の点で比較有利なス
テンレス鋼において、非磁性を維持しながらその強度を
顕著に高めるにはＮの添加が最も効果的かつ経済的であ
り、ステンレス鋼の化学組成さえ工夫・調整すれば工業
的に可能な１２５０℃以下の温度で多量のＮを固溶させ
ることができて、この化学組成の工夫・調整と高Ｎ化に
より強度、熱間加工性、冷間加工後や歪時効後の延性、
耐孔食性や耐硫酸性等の耐食性が共に優れた高強度非磁
性鋼が実現できる」との知見を得るに至った。

本発明は、上記知見事項等を基にしてなされたもので、［ステンレス鋼を、Ｃ：０．２％以下、　　　　Ｓｔ　：　０．１〜２％。

Ｍｎ　：　０．５％以上４％未満、　　ｓ：０．ｏｔ％
以下。

Ｃｒ：２０〜４０％、　　　　　Ｎｉ　：　５〜１５％
。

Ｍｏ　：　１．５〜５％、　　　　　Ｎ　：　０．６〜
１．５％を含有すると共に、Ｃａ　：　Ｏ，００１〜０．０２％、　　　Ｍｇ　：　
０．００１〜０．０２％のうちの１種以上をも含むか、
或いは更にＣｕ：３％以下、　　　　Ｗ：５％以下。

Ｎｂ：２％以下、　　　　Ｖ：２％以下の１種以上をも
含み、残部がＦｅ及び不可避不純物から成る成分組成に
構成することによって、非磁性で、かつ優れた強度、熱
間加工性、冷間加工後の延性、耐食性等を兼備せしめた
点」に特徴を有している。

以下、本発明に係るステンレス鋼において、各成分の含
有量割合を前記の如くに数値限定した理由をその作用と
共に説明する。

く作用〉ａ）　　Ｃ成る程度のＣはＮと共にオーステナイトの強化に寄与す
るが、その含有量が０．２％を超えると窒化物の固溶が
困難となることから、Ｃ含有量の上限を０．２％と定め
た。

ｂ）　５ｔＳｉは脱酸剤として不可欠な成分である上、オステナイ
トの強化にも寄与するが、その含有量を０．１％未満と
するには工業上その製造が困難であり、一方、２．０％
を超えて含有させると窒化物の固溶温度上昇作用が顕著
となるばかりか、フェライトを生成させる要因ともなる
ことから、Ｓｉ含有量は０．１〜２．０％と限定した。

ｃ）　ＭｎＭｎも脱酸作用を有する元素であるが、更に重要な点は
オーステナイト形成元素であることとＮの固溶度上昇に
極めて有効に働くことである。しかし、Ｍｎ含有量が０
．５％未満では前記作用に所望の効果が得られず、一方
、４％以上含有させた場合には熱間加工性が低下傾向を
見せるばかりか、冷間加工材や歪時効材の延性にも悪影
響が懸念されるようになることから、Ｍｎ含有量は０．
５％以上４％未満と限定した。

ｄ）　　ＳＳは鋼の熱間加工性を劣化させる主因であることから低
ければ低いほど好ましい不純物元素であるが、経済的な
配慮と、Ｃａ或いはＭｇの添加による固定が成る程度可
能であることから、Ｓ含有量の上限を０．０１％と定め
た。

ｅ）　ＣｒＣｒは本発明鋼の耐食性を支える主要な元素であり、か
つＮの固溶度を上げ、窒化物固溶化温度を低減させるた
めには不可欠な成分である。但し、その含有量が２０％
未満では所望の添加効果が得られず、一方、４０％を超
えて含有させると熱間加工が困難となることから、Ｃｒ
含有量は２０〜４０％と定めた。

ｆ）　Ｎｉ旧はオーステナイト形成元素として不可欠でありす、この観点から５％以上の添加が必要であるが、反面
、その含有量が１５％を超えるとＮの固溶度を低下させ
る作用が顕著化することから、Ｎｉ含有量は５〜１５％
と定めた。

ｇ）　Ｍ。

Ｍｏは、本発明鋼に係る冷間加工材及び歪時効材の延性
向上に欠かせない元素であり、しかも耐食性の向上作用
、並びにＮの固溶度を上げると共に窒化物の固溶温度を
低減させる作用を有する有用な元素でもあるが、その含
有量が１．５％未満では前記作用による所望の効果が得
られない。しかし、一方でＭｏはフェライト形成元素で
もあり、５％を超えて含有させるとオーステナイト相の
不安定化を招く懸念がでてくる。従って、Ｍｏ含有量は
１．５〜５％と定めた。

ｈ）　ＮＮはオーステナイト形成と強化のために不可欠な成分で
あるが、その含有量が０．５％未満であると所望の高強
度化（０，２χ耐カニ　１８０ｋｇｆ／−以上）が達成
できず、一方、１．５％を超えて含有させた場合には本
発明で規定する化学組成鋼においても窒化物が完全に固
溶されないで、機械的性質（伸び、冷延性、冷間加工性
等）の点で不利となるばかりか、熱間加工も困難になる
。従って、Ｎ含有量は０．５〜１．５％と定めた。

なお、本発明鋼を製造するに当っての窒化物を固溶させ
るための固溶化温度Ｔ（’Ｃ）は、Ｔｒ（’Ｃ）≦Ｔ（
’Ｃ）≦　１２００℃の範囲とするのが良い。ここで、
Ｔ　ｒ　（’Ｃ）は計算式％式％）で定まる値であって、固溶化温度がこの値よりも低いと
窒化物の十分な固溶が望めず、一方、固溶化温度を１２
００℃よりも高くすることは設備やエネルギー消費の点
で工業上好ましくない。

また、高濃度でＮを含有させる手段として“高圧溶解法
”が効果的であることは言うまでもない。

ｉ）　Ｃａ、及びＭｇＣａ及びＭｇは鋼の熱間加工性を劣化させるＳの弊害を
低減するために不可欠な成分であるので、何れか１種又
は２種の添加がなされるが、その含有量が各々０．ｏｏ
ｉ％未満では熱間加工性改善効果が十分でなく、一方、
各々０．０２％を超えて含有させると逆に熱間加工性の
低下を招くようになることから、それぞれの含有量を０
．００１〜０．０２％と限定した。

ｊ）　Ｃｕ、及びＷこれらの元素にはステンレス鋼の耐食性を向上させる作
用があるため必要により何れか１種又は２種の添加がな
されるが、その含有量限定理由を各々の元素が有するそ
の他の作用と共に詳述する。

ＣｕＣｕはオーステナイト形成元素であり、Ｎｉのような大
幅な窒素固溶度の低下を示さないことからオ一ステナイ
ト相確保のためにも有効な成分であるが、３％を超えて
含有させると熱間加工性の低下を招くようになることか
ら、Ｃｏ含有量は３％以下と定めた。

Ｗは窒化物固溶温度に余り影響を与えない成分であるが
、一方ではフェライト形成元素でもあることから、Ｗ含
有量は５％以下と定めた。

ｋ）　Ｎｂ、及び■ これらは何れもＮ溶解度を高める作用があるため必要に
より１種又は２種の添加がなされるが、固溶不可能な窒
化物も形成しやすく、また多量に添加するとフェライト
を生じるようになることから、■及びＮｂの含有量は何
れも２％以下と定めた。

次に、本発明の効果を実施例によって更に具体的に説明
する。

〈実施例〉まず、第１表に示した成分組成の各鋼を溶製し、これら
について０．２χ耐力、窒化物固溶温度（窒化物をオー
ステナイト中に固溶させるために必要な最低温度）、透
磁率、熱間加工性、“７０％冷延材”と“この冷延材を
６００℃に４分間加熱後空冷した歪時効材”の２０℃で
の伸び及び耐孔食性、並びに耐硫酸性を調査した。

なお、０．２χ耐力は、熱間加工材を窒化物固溶温度以
上で焼鈍し、７０％の冷間加工を加えた後、６００℃に
４分間保持してから空冷すると言う条件の熱処理を施し
た試験片にて測定した。

また、透磁率は低透磁率針によって測定した。

熱間加工性は、鋳塊より８１１φの試験片を作成し、１
２５０℃に２０秒保持してから冷却速度：１０℃／秒で
　１０５０℃まで冷却し、１０５０℃に到達した瞬間に
歪速度（１）　：１．７ｓ−’で引張試験を実施して判
定した。

耐孔食性の評価は、０．５ｍｏｌのＮａＣ１水溶液（７
０℃）中での孔食電位を測定して行った。

そして、耐硫酸性の評価は沸騰５％硫酸水溶液中での腐
食減量を調べて行った。

これらの結果を第２表に示す。なお、熱間加工性につい
ては ○・・・断面収縮率＝８０％以上 △・・・断面収縮率：５０％以上８０％未満。

×・・・断面収縮率：５０％未満で表示した。

第２表に示される結果からも明らかなように、本発明に
係るステンレス鋼は何れも非磁性であって窒化物固溶温
度も低く　、０．２χ耐カニ　１８０ｋｇｆ／−以上と
言う優れた強度、良好な熱間加工性、冷間加工後及び歪
時効後における優れた延性に加え、非常に優れた耐食性
を兼備していることが確認できる。

く効果の総括〉以上に説明した如く、本発明によれば、強度加工性並び
に耐食性の優れた非磁性ステンレス鋼を容易かつ安価に
提供することが可能となるなど、産業上極めて有用な効
果がもたらされる。

出願人　日本ステンレス株式会社

Claims

【特許請求の範囲】

（１）重量割合にてＣ：０．２％以下，Ｓｉ：０．１〜２％，Ｍｎ：０．５％以上４％未満，Ｓ：０．０１％以下，Ｃ
ｒ：２０〜４０％，Ｎｉ：５〜１５％，Ｍｏ：１．５〜５％，Ｎ：０．６〜１．５％，を含有す
ると共に、Ｃａ：０．００１〜０．０２％，Ｍｇ：０．００１〜０
．０２％のうちの１種以上をも含み、残部がＦｅ及び不
可避的不純物から成ることを特徴とする、高強度非磁性
鋼。
（２）重量割合にてＣ：０．２％以下，Ｓｉ：０．１〜２％，Ｍｎ：０．５％以上４％未満，Ｓ：０．０１％以下，Ｃ
ｒ：２０〜４０％，Ｎｉ：５〜１５％，Ｍｏ：１．５〜５％，Ｎ：０．６〜１．５％。を含有すると共に、Ｃａ：０．００１〜０．０２％，Ｍｇ：０．００１〜０
．０２％のうちの１種以上、並びにＣｕ：３％以下，Ｗ：５％以下のうちの１種以上をも含み、残部がＦｅ及び不可避的不
純物から成ることを特徴とする、高強度非磁性鋼。
（３）重量割合にてＣ：０．２％以下，Ｓｉ：０．１〜２％，Ｍｎ：０．５％以上４％未満，Ｓ：０．０１％以下，Ｃ
ｒ：２０〜４０％，Ｎｉ：５〜１５％，Ｍｏ：１．５〜５％，Ｎ：０．６〜１．５％，を含有す
ると共に、Ｃａ：０．００１〜０．０２％，Ｍｇ：０．００１〜０
．０２％のうちの１種以上、並びにＮｂ：２％以下，Ｖ：２％以下のうちの１種以上をも含み、残部がＦｅ及び不可避的不
純物から成ることを特徴とする、高強度非磁性鋼。
（４）重量割合にてＣ：０．２％以下，Ｓｉ：０．１〜２％，Ｍｎ：０．５％以上４％未満，Ｓ：０．０１％以下，Ｃ
ｒ：２０〜４０％，Ｎｉ：５〜１５％，Ｍｏ：１．５〜５％，Ｎ：０．６〜１．５％，を含有す
ると共に、Ｃａ：０．００１〜０．０２％，Ｍｇ：０．００１〜０
．０２％のうちの１種以上と、Ｃｕ：３％以下，Ｗ：５％以下のうちの１種以上、並びにＮｂ：２％以下，Ｖ：２％以下のうちの１種以上をも含み、残部がＦｅ及び不可避的不
純物から成ることを特徴とする、高強度非磁性鋼。