JPH1171643A - 引張り延びに優れたニッケル含有率が極めて低いオーステノ・フェライト系ステンレス鋼 - Google Patents

引張り延びに優れたニッケル含有率が極めて低いオーステノ・フェライト系ステンレス鋼

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JPH1171643A
JPH1171643A JP10182308A JP18230898A JPH1171643A JP H1171643 A JPH1171643 A JP H1171643A JP 10182308 A JP10182308 A JP 10182308A JP 18230898 A JP18230898 A JP 18230898A JP H1171643 A JPH1171643 A JP H1171643A
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Jean-Michel Hauser
オゼール ジャン―ミシェル
Herve Sassoulas
サスーラ エルヴェ
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USINOR SA
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 引張り延びに優れたニッケル含有率が極めて
低いオーステノ・フェライト系ステンレス鋼。 【解決方法】 下記重量組成で炭素＜０．０４％、０．
４％＜硅素＜１．２％、２％＜マンガン＜４％、０．１
％＜ニッケル＜１％、１８％＜クロム＜２２％、０．０
５％＜銅＜４％、硫黄＜０．０３％、リン＜０．１％、
０．１％＜窒素＜０．３％、モリブデン＜３％であり、
この鋼はオーステナイトが３０％〜７０％である２相構
造を有し、Ｃｒｅｑ＝Ｃｒ％＋Ｍｏ％＋１．５Ｓｉ％、
Ｎｉｅｑ＝Ｎｉ％＋０．３３Ｃｕ％＋０．５Ｍｎ％＋３
０Ｃ％＋３０Ｎ％、Ｃｒｅｑ／Ｎｉｅｑ＝２．３〜２．
７５であり、この鋼のオーステナイトの安定性は重量組
成に基づいて定義される下記のＩＭ指数によって制御さ
れ、このＩＭは４０〜１１５でなければならない：ＩＭ
＝５５１−８０５（Ｃ＋Ｎ）％−８．５２Ｓｉ％−８．
５７Ｍｎ％−１２．５１Ｃｒ％−３６Ｎｉ％−３４．５
Ｃｕ％−１４Ｍｏ％

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は引張り延びに優れた
ニッケル含有率が極めて低いオーステノ・フェライト系
ステンレス鋼に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ステンレス鋼は熱処理後の冶金構造によ
っていくつかのグループに大別され、フェライト系、マ
ルテンサイト系、オーステナイト系、オーステノ・フェ
ライト系のステンレス鋼が知られている。オーステノ・
フェライト系群は一般にクロムとニッケル含有率の高い
鋼すなわちクロム及びニッケルの含有率がそれぞれ２０
％、４０％以上の鋼である。９５０〜１１５０℃の温度
で処理した後のこの鋼はフェライトとオーステナイトが
一般にそれぞれ３０％以上の割合で構成された構造であ
る。
【０００３】この鋼は実用上多くの利点を有し、特に、
例えば温度１０５０℃で焼きなましした時の機械特性、
特に降伏応力は同じく焼きなましした状態のフェライト
系ステンレス鋼またはオーステナイト系ステンレス鋼に
比べてはるかに高い。一方、この鋼の延性はフェライト
系鋼と同程度で、オーステナイト系鋼よりも低い。オー
ステノ・フェライト系鋼の他の利点は溶接特性にある。
このステンレス鋼の溶接操作後の溶融領域および熱の影
響を受けた領域の構造ではフェライトおよびオーステナ
イトの多相構造が高度に保持され（これに対してオース
テナイト系鋼では溶接部分が主としてオーステナイト系
のままである）、溶接部分の機械特性すなわち使用中に
溶接物に要求される耐機械応力特性が向上する。
【０００４】さらに、微細なオーステナイトを含むある
種のオーステノ・フェライト鋼は高温でゆっくりと成形
した時に超塑性とよばれる高い塑性を示す。しかし、こ
のオーステノ・フェライト系鋼には高コストであるとい
う欠点もある。高コストの原因としては組成中のニッケ
ル含有率が高いこと、製造が困難でり、特にクロム含有
率の高さに起因して脆いσ相が形成されるという製造上
の問題があること、鉄含有率の高いフェライトとクロム
含有率の高いフェライトとの分離によって熱間圧延後の
冷却中に鋼が脆化するなどが挙げられる。さらに、室温
での引張り伸びで測定したその延性は３５％以下で、絞
り加工、鍛造または他の方法での成形が困難であり、３
００℃よりも高い温度で数時間を越える時間、鋼を使用
した場合には脆化が起こる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、組成
中のニッケル含有率が低く、一般的性質が向上すると共
にオーステノ・フェライト系の有利な特性も有するオー
ステノ・フェライト系鋼を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の対象は下記重量
組成を特徴とする引張り延びに優れたニッケル含有率が
極めて低いオーステノ・フェライト系ステンレス鋼にあ
る： 炭素＜０．０４％ ０．４％＜硅素＜１．２％ ２％＜マンガン＜４％ ０．１％＜ニッケル＜１％ １８％＜クロム＜２２％ ０．０５％＜銅＜４％ 硫黄＜０．０３％ リン＜０．１％ ０．１％＜窒素＜０．３％ モリブデン＜３％ ただし、この鋼はオーステナイトが３０％〜７０％であ
る２相構造を有し、 Ｃｒｅｑ＝Ｃｒ％＋Ｍｏ％＋１．５Ｓｉ％ Ｎｉｅｑ＝Ｎｉ％＋０．３３Ｃｕ％＋０．５Ｍｎ％＋３
０Ｃ％＋３０Ｎ％ Ｃｒｅｑ／Ｎｉｅｑ＝２．３〜２．７５であり、この鋼
のオーステナイトの安定性は重量組成に基づいて定義さ
れる下記のＩＭ指数によって制御され、このＩＭは４０
〜１１５でなければならない： ＩＭ＝５５１−８０５（Ｃ＋Ｎ）％−８．５２Ｓｉ％−
８．５７Ｍｎ％−１２．５１Ｃｒ％−３６Ｎｉ％−３
４．５Ｃｕ％−１４Ｍｏ％
【０００７】本発明の他の特徴は下記の点にある： １） 組成が下記の関係を満足する： Ｃｒｅｑ／Ｎｉｅｑ＝２．４〜２．６５ ２） 硫黄含有率が０．００１５％以下である。 ３） 鋼は重量組成中に０．０１０％〜０．０３０％の
アルミニウムを含む。 ４） 鋼は重量組成中に０．０００５％〜０．００２０
％のカルシウムを含む。 ５） 鋼は重量組成中に０．０００５％〜０．００３０
％のホウ素を含む。 ６） 炭素含有率が０．０３％以下である。 ７） 窒素含有率が０．１２％〜０．２％である。 ８） クロム含有率が１９〜２１％である。 ９） 硅素含有率が０．５〜１％である。 10） 銅含有率が３％以下である。 11） リン含有率が０．０４％以下である。
【０００８】本発明のオーステノ・フェライト系鋼は合
金元素含有率が低く、特にニッケル含有率は１％以下、
クロム含有率が２２％以下である。ニッケル含有率を低
げることは経済的理由および環境保護上の理由で要求さ
れており、クロム含有率含有率を低げることで鋼の精練
が容易になり、鋼の製造及び使用中の高温での脆化を防
止できる。本発明は研究によって、オーステノ・フェラ
イト系鋼の特定の組成範囲が高い降伏応力および引張り
伸びを向上させるということを見い出したものである。
この鋼は鋳造製品、鍛造製品、熱間圧延シート、冷間圧
延シート、棒、管またはワイヤの形に加工することがで
きる。以下、図面を参照して本発明を説明するが、本発
明が下記実施例に限定されるものではない。
【０００９】
【実施例】〔表１〕に示す組成の鋼を用いて各種の鋳造
品を作製した：
【００１０】
【表１】
【００１１】〔表２〕はＩＭ指数とＣｒｅｑ/Ｎｉｅｑ
比についての鋼の特徴を示したものである。
【００１２】
【表２】
【００１３】短い製造ライン（gamme courte d'elabora
tion）では鋼を１２００℃で鍛造し、その後、１２４０
℃の高温で二次加工して例えば厚さ２．２ｍｍの熱間圧
延ストリップを製造する。このストリップを１０５０℃
で処理した後、水で急冷される。いわゆる長い製造ライ
ン（gamme longue d'elaboration）では、短い製造ライ
ンでの製造が終了した後、熱間圧延されたストリップを
冷間圧延し、再び１０４０℃分で１分間処理した後、水
で急冷する。ここに示した鋼は鋼Ｄを除いて全てフェラ
イトとオーステナイトとで構成される。Ｄはオーステナ
イトの冷却中に生成するマルテンサイトをさらに含む。
これらの鋼の構造には炭化物や窒化物は含まれない。３
種類の鋼Ｂ、Ｃ、Ｆは長い製造ラインで製造した場合の
破断点伸びが４０％以上であり、降伏応力は４５０ＭＰ
ａ以上であり、引張り強度は７００ＭＰａ以上であるこ
とが観察されている。鋼Ｃは高い降伏応力と、特に高い
伸びを有する。
【００１４】図１に示すように、下記： ＩＭ＝５５１−８０５（Ｃ＋Ｎ）％−８．５２Ｓｉ％−
８．５７Ｍｎ％−１２．５１Ｃｒ％−３６．０２Ｎｉ％
−３４．５２Ｃｕ％−１３．９６Ｍｏ％ のオーステナイト安定性指数を用いることによって、こ
のＩＭ指数が４０〜１１５である時に、本発明のオース
テノ・フェライト系鋼組成は破断点伸びが最大値となる
ことが観察されており、このことから、本発明鋼の伸び
３５％以上が定義される。〔表３〕は本発明で得られる
鋼板の特徴を示す。この表は、４種類の鋼について二次
加工の各種段階すなわち熱間圧延後の状態、短い製造ラ
インの後、長い製造ラインの後でのオーステナイト含有
率を示している。
【００１５】
【表３】
【００１６】これらのオーステナイト含有率はオーステ
ノ・フェライト系鋼において望ましい３０％〜７０％の
範囲に含まれる。各鋼は本発明において推奨されるＣｒ
ｅｑ／Ｎｉｅｑ比を有する。〔表４〕は本発明の鋼Ｂと
Ｃ（長い製造ラインおよび短い製造ラインの両方）、本
発明の鋼ＥおよびＦ（長い製造ライン）の機械特性を示
し、本発明に含まれない鋼ＡおよびＤの特性と比較し
た。
【００１７】
【表４】
【００１８】鋼Ｂ、Ｃ、ＦのＩＭ指数はそれぞれ７８、
８１および６８すなわち４０〜１１５の範囲内にる。こ
れらは鋼は本発明に含まれない鋼Ａ、Ｄと比較してたと
きに特に優れた伸びを有することが分かる。〔表５〕は
１０４０℃で過硬化させた鋼の引張り作用下で生じるひ
ずみ硬化マルテンサイト（martensite ecrouissage）の
形成度を示している。
【００１９】
【表５】
【００２０】鋼ＢおよびＣの場合、初めのオーステナイ
トの１２％および５２％が引張り時にマルテンサイトに
変化して優れた延性が得られている。これに対して鋼Ａ
ではオーステナイトが引張り時にマルテンサイトに変化
せず、鋼Ｄではオーステナイト変態の比率が過度すなわ
ち７４％と高く、延性が不十分になる。〔表６〕〔表
７〕は各種の鋼の高温引張り特性を示している。機械特
性は、焼きなまし後の精練鋼で測定した。精練は鋼を１
２００℃で鍛造して行った。その後、１１００℃の温度
で３０分間焼きなました。引張り試験用の試験片は、直
径８ｍｍの円形断面を有する長さ５ｍｍの試験片であ
る。それを１２００℃〜１２８０℃で５分間予備加熱し
た後、２℃／秒の速度で試験温度まで冷却し、この温度
で引張試験を行った。引張試験は７３ｍｍ／秒の引張速
度で行った。
【００２１】
【表６】
【００２２】
【表７】
【００２３】高温延性は一般に低いが、組成中に１５×
１０−４％の硫黄を含む鋼については改良が見られる。
鋼を熱間圧延するには４５％を越える断面の直径減少率
が必要であると考えられる。組成中にホウ素を含む鋼Ｃ
（低Ｓ）および鋼Ｃ（低Ｓ；Ｂ）は、１２００℃で再加
熱した場合にこの特徴を示す。高温延性特性は本発明の
非常に低い硫黄含有率の存在下で達成される。３５×１
０−４％の硫黄を含有する鋼Ｃは十分な高温延性を示さ
ない。炭素含有率は０．０４％を越えてはならない。さ
もないと熱処理後の冷却時にフェライト／オーステナイ
ト境界面で炭化クロムが析出し、耐食性が損なわれる。
炭素含有率を０．０３％未満にすることで最も低い冷却
速度においてこの析出を防ぐことが可能になる。硅素含
有率はスラブまたはブルームを再加熱する際の過度の酸
化を防ぐために０．４％以上でなければならない。高温
加工時の金属間脆化析出物またはシグマ相が生じるのを
防ぐために、硅素含有率は１．２％に制限される。硅素
含有率は０．５〜１％であるのが好ましい。
【００２４】マンガン含有率は、製造が困難になるのを
避けるために、４％を越えてはならない。しかし、凝固
中の窒素溶解度限界を越えずに０．１％以上の窒素を導
入して鋼をオーステナイトにするためには、最低でも２
％のマンガンを含有することが必要である。ニッケル含
有率は経済的な理由および塩素媒体中での応力腐食を抑
えるために、意図的に１％に制限される。さらに、材料
からのニッケルの放出、特に河川や海への放出と皮膚と
の接触時の放出を減らす方針が国際的に打ち出されてい
る。モリブデンは腐食耐性を向上させるために任意せい
ぶんとして添加できる。その効果は約３％を越えるとほ
とんど増加せず、モリブデンはシグマ相の形成によって
脆性を増加させるので、添加には制限が必要である。
【００２５】銅の添加はオーステナイト含有率を増加さ
せる上で効果的である。４％以上では熱間圧延による欠
陥が見られるようになり、これは銅を豊富に含む凝固偏
析によるものである。銅の添加はさらに４００℃〜６０
０℃の熱処理によってフェライト相を硬化させ、使用時
には殺菌効果を示す。硫黄含有率は、高温割れを起こさ
ずに鋼を溶接可能にするために、０．０３０％に制限さ
れなければならない。０．００１５％未満の硫黄含有率
では高温延性および熱間圧延の品質が大幅に向上する。
この低い硫黄含有率はＣａ、ＡｌおよびＳの含有率範囲
を達成するためにカルシウムおよびアルミニウムを制御
下に使用することで達成される。５〜３０×１０−４％
のホウ素含有率も高温延性を向上させる。リン含有率
は、溶接時の高温割れを防ぐために、０．１％以下、好
ましくは０．０４％以下にする。
【００２６】窒素含有率は鋼製造中の鋼に対する溶解性
のために０．３％に制限される。マンガン含有率が３％
以下の場合、窒素含有率は０．２％以下にするのが好ま
しい。オーステナイトの量を３０％以上にするには、最
低０．１％の窒素が必要である。クロム含有率は、高温
加工中のシグマ相およびフェライト―フェライト分離に
起因する脆化を防ぐために十分低い値にする。本発明の
クロム含有率は超塑性成形に用いられる通常のオーステ
ノ・フェライトグレードとは異なり、７００℃〜１００
０℃という中程度の温度でシグマ脆化相を生成させるこ
となく超塑性物の成形を可能にする。優れた機械的特性
すなわち製造された鋼および溶接部における弾性限界
（降伏応力）を４００ＭＰａ以上にするためには３０〜
７０％のオーステナイト含有率が必要である（オーステ
ナイト含有率を２０％以上にして溶接部を硬質且つ強靱
にしなければならない）。これを達成するためにはＣｒ
ｅｑ／Ｎｉｅｇ比を２．３〜２．７５、好ましくは２．
４〜２．６５にする。３５％以上の引張り伸びはＩＭ指
数が４０〜１１５である場合に達成され、本発明の鋼は
これらの条件下で優れた絞り加工(emboutissage)特性を
示す。
【００２７】本発明の鋼は成形後に溶接によって連結さ
れる部品、例えば火薬、推進剤、その他の反応性火工
品、特に自動車用エアバック装置などに使用される火薬
を収容する容器などの、成形のために高い延性を有し、
しかもベース金属および溶接部が用途において要求され
る高い弾性限界が要求される用途で利用される。本発明
鋼は圧延シートを溶接して管を製造するのに利用でき
る。この管は自動車に固定または組み込まれる機械構造
物の製造に用いられる。この管はハイドロホームとよば
れる高圧成形法で成形することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 伸び特性のＩＭ指数に対する依存性を示すグ
ラフ。

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 下記重量組成を特徴とする引張り延びに
    優れたニッケル含有率が極めて低いオーステノ・フェラ
    イト系ステンレス鋼： 炭素＜０．０４％ ０．４％＜硅素＜１．２％ ２％＜マンガン＜４％ ０．１％＜ニッケル＜１％ １８％＜クロム＜２２％ ０．０５％＜銅＜４％ 硫黄＜０．０３％ リン＜０．１％ ０．１％＜窒素＜０．３％ モリブデン＜３％ ただし、 この鋼はオーステナイトが３０％〜７０％である２相構
    造を有し、 Ｃｒｅｑ＝Ｃｒ％＋Ｍｏ％＋１．５Ｓｉ％ Ｎｉｅｑ＝Ｎｉ％＋０．３３Ｃｕ％＋０．５Ｍｎ％＋３
    ０Ｃ％＋３０Ｎ％ Ｃｒｅｑ／Ｎｉｅｑ＝２．３〜２．７５であり、 この鋼のオーステナイトの安定性は重量組成に基づいて
    定義される下記のＩＭ指数によって制御され、このＩＭ
    は４０〜１１５でなければならない： ＩＭ＝５５１−８０５（Ｃ＋Ｎ）％−８．５２Ｓｉ％−
    ８．５７Ｍｎ％−１２．５１Ｃｒ％−３６Ｎｉ％−３
    ４．５Ｃｕ％−１４Ｍｏ％
  2. 【請求項２】 組成が下記の関係を満足する請求項１に
    記載の鋼： Ｃｒｅｑ／Ｎｉｅｑ＝２．４〜２．６５。
  3. 【請求項３】 硫黄含有率が０．００１５％以下である
    請求項１または２に記載の鋼。
  4. 【請求項４】 重量組成中に０．０１０％〜０．０３０
    ％のアルミニウムをさらに含む請求項１〜３のいずれか
    一項に記載の鋼。
  5. 【請求項５】 重量組成中に０．０００５％〜０．００
    ２０％のカルシウムをさらに含む請求項１〜４のいずれ
    か一項に記載の鋼。
  6. 【請求項６】 さらにその重量組成中に０．０００５％
    〜０．００３０％のホウ素を含む請求項１〜５に記載の
    鋼。
  7. 【請求項７】 炭素含有率が０．０３％以下である請求
    項１〜６のいずれか一項に記載の鋼。
  8. 【請求項８】 窒素含有率が０．１２％〜０．２％であ
    る請求項１〜７のいずれか一項に記載の鋼。
  9. 【請求項９】 クロム含有率が１９〜２１％である請求
    項１〜８のいずれか一項に記載の鋼。
  10. 【請求項１０】 硅素含有率が０．５〜１％である請求
    項１〜９のいずれか一項に記載の鋼。
  11. 【請求項１１】 銅含有率が３％以下である請求項１〜
    １０のいずれか一項に記載の鋼。
  12. 【請求項１２】 リン含有率が０．０４％以下である請
    求項１〜１１のいずれか一項に記載の鋼。
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