JPS644580B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は熱間加工性が優れたオーステナイトス
テンレス鋼に関し、特に継目無鋼管製造における
マンネスマン穿孔法の適用を可能ならしめるに十
分な熱間加工性を有するオーステナイトステンレ
ス鋼を提供せんとするものである。 オーステナイトステンレス鋼による継目無鋼管
は通常熱間押出法で製造される。このような継目
無鋼管の製造法としては、生産性等の面から熱間
押出法よりも所謂マンネスマン穿孔法が優れてい
るが、この種の加工法は過酷な変形様式を採るた
め、これをオーステナイトステンレス鋼に適用し
た場合管の内外面に著しい割れを生ずることが多
く、一般には適用されていない。しかし、近年サ
ワーガス油井管用或いは配管用等として、熱間押
出法では設備的制約（比較的大きな3000TONク
ラスの押出設備でも製造可能な最大外径は230φ
mm）上その製造が困難な大径管、大径長尺管の需
要が増大しつつあり、このためマンネスマン穿孔
法を利用したこれら大径管製造の必要が生じ、熱
間加工性に優れたオーステナイトステンレス鋼の
開発が望まれていたものである。 本発明はこのような事情に鑑みなされたもの
で、(1)オーステナイト生成元素等を特定の範囲に
規制することによるオーステナイト相の安定化、
(2)Ｓの極低化、(3)酸化物形成元素の規制という３
条件を組合せることにより優れた熱間加工性を付
与することに成功したものである。 一般に、オーステナイトステンレス鋼の熱間加
工性を改善するためには、Ni、Mn、Ｎ等のオー
ステナイト生成元素を増量することによりδフエ
ライトを減少させ、オーステナイト相の安定化を
図ることや、不純物元素のＳを低減し或いはＳを
固定化するために硫化物生成元素を適当量添加す
ることが有効であるとされているが、このような
点だけの改善では十分な熱間加工性は得られない
ことが判明しており、上記マンネスマン方式を安
定して適用することは困難である。このようなこ
とから本発明者等が検討したところ、オーステナ
イトステンレス鋼の熱間加工性には、Ni、Mn等
のオーステナイト生成元素やＳだけでなく、Ｏが
極めて大きな影響を与えており、特に極低Ｓ領域
で熱間加工性を大きく支配していることを見い出
したものであり、このような知見に基づいてさら
に検討を重ねた結果、(1)熱間加工性に有害な不純
物元素であるＳの含有量を0.002％以下という極
低Ｓの範囲に規制し、且つこのような極低Ｓ領域
において、(2)Ni、Mn等のオーステナイト生成元
素の量を所定の範囲に規制してオーステナイトの
安定化を図り、さらにこれに加え、(3)Al、Ti、
Si等の酸化物形成元素の量を所定の範囲に規制す
ることにより優れた熱間加工性が得られることを
見い出したものである。 すなわち本発明の基本的特徴とするところは、
Ｃ：0.2％以下、Mn：５％以下、Ｓ：0.002％以
下、Ni：５〜45％、Cr：13〜27％、Ｎ：0.05％
以下を含有し、且つSi：２％以下、Al：２％以
下、Ti：２％以下、Zr：0.2％以下、Ca：0.05％
以下、Ｂ：0.05％以下、Ce：0.05％以下、Mg：
0.05％以下及びMo：５％以下の１種又は２種以
上を含有し、残部鉄及び不可避不純物からなり、
前記各元素の含有量を下記(1)及び(2)式を満足させ
るよう調整した点にある。 Δ〔Ｏ〕＝６×％Al＋８×％Ti＋９×％Si＋120×
％Zr＋800×％Ｂ＋1000×％Ca＋1200×％Ce＋
1000×％Mg−1200×％Ｏ＝−２〜12 ……(1) Δ〔Ni〕＝％Ni＋0.5×％Mn＋30×％Ｃ＋30×％
Ｎ＋8.2−1.1×（％Cr＋％Mo＋1.5×％Si＋２×％
Al＋２×％Ti）０ ……(2) 以下本発明の成分組成の限定理由を説明する。 Ｃはオーステナイト生成元素であり、オーステ
ナイト相の不安定な成分の材料では熱間加工性を
改善する効果がある。しかし0.2％を超えるとそ
の変形抵抗を高め、また炭化物を生じさせるため
逆に熱間加工性を阻害する。このためＣは0.2％
を上限とする。 Mnもオーステナイト生成元素であり、オース
テナイト相の不安定な成分の材料では熱間加工性
を改善する効果がある。しかし、５％を超えて添
加すると、熱間加工性を阻害するものであり、こ
のためMnは５％を上限とする。 Ｓは熱間加工性に有害な不純物元素であり、少
ないほど良好な熱間加工性を示す。しかし、Ｓの
低下による熱間加工性改善効果は0.002％程度で
飽和し、それ以上Ｓを低下させてもそれに伴う顕
著な効果はみられない。したがつてＳ量はその上
限を0.002％とする。 Niはオーステナイトステンレス鋼の主要成分
であり、オーステナイト相を安定化させるために
５％以上必要である。しかし、45％を超えて含有
させると却つて熱間加工性を阻害するので好まし
くない。したがつてNi量は５〜45％の範囲とす
る。 Crもオーステナイトステンレス鋼の主要成分
であり、耐熱性および耐食性のため13％以上必要
である。しかし、フエライト生成元素であるため
27％を超えて添加するとオーステナイト相が不安
定になり熱間加工性を阻害する。このためCr量
は13〜27％とする。 Ｎもオーステナイト生成元素であり、オーステ
ナイト相の不安定な成分系の材料では熱間加工性
を改善する効果がある。しかし、多量に添加する
と介在物を生成して清浄度を悪化させるものであ
り、このため0.05％以下に抑えられる。 Al、Ti、Si、Zr、Ca、Ｂ、Ce、Mgの各元素
はいずれも酸化物生成元素であり、脱酸剤として
少くとも一種以上必要である。これらの元素は熱
間加工性に有害な不純物元素である酸素を固定化
することにより、熱間加工性を改善する効果を示
す。 しかし、これらの元素もその含有量が過多にな
ると逆に熱間加工性を悪化させてしまう。Si、
Al、Tiについては、これらをあるレベルを超え
て添加するとオーステナイト鋼の変形抵抗が大き
く増加し、熱間加工性を損う。このためこれらの
元素は各々２％を上限として含有せしめられる。
またZr、Ｂはその含有量が過多になると粒界に
偏析する傾向がみられ、これにより熱間加工性が
損われる。このためこれらの元素は、Zrが0.2％、
Ｂが0.05％を各々上限として含有せしめられる。
Ca、Ceは多量に含有させるとＳと結合した残り
がフリーの状態で鋼中に存在することになり、こ
の量が過多になると熱間加工性を害する。このた
めこれらの元素は各々0.05％を上限として含有せ
しめられる。さらにMgはこれを多量に添加する
とMg−Niの低融点共晶体を形成し、熱間加工性
が劣化するものであり、このためMgは0.05％を
上限として含有せしめられる。 Moは耐食性及び耐熱性を向上させる元素であ
るが、これを多量に添加すると変形抵抗を高め、
オーステナイト相を不安定にして熱間加工性を阻
害するので、５％を上限として添加する。 なお、Ｐは通常不純物の量として許容されてい
る0.03％以下であれば何ら問題はない。 さらに本発明では以上のような各成分の規制に
加え、各合金元素相互の含有量の規制がなされ
る。すなわち、上記した極低Ｓ領域のもとで、
Al、Ti、Si、Zr、Ｂ、Ca、Ce、Mgの各酸化物
形成元素の量を鋼中酸素量Ｏとの関係で次式(1)の
条件を満すように規制するものであり、これが本
発明の大きな特徴である。 Δ〔Ｏ〕＝６×％Al＋８×％Ti＋９×％Si＋120×
％Zr＋800×％Ｂ＋1000×％Ca＋1200×％Ce＋
1000×％Mg−1200×％Ｏ＝−２〜12 ……(1) 後述する実施例の説明からも明らかになるよう
に、Δ〔Ｏ〕が−２未満では酸化物形成元素の量
が鋼中Ｏ量との関係で相対的に不足し、熱間加工
性は十分でない。逆にΔ〔Ｏ〕が12を超えても熱
間加工性は悪化する。この理由は必ずしも明確で
はないが、必要十分な酸化物形成元素の量はあく
までも酸素量Ｏとの関係で決まるものであるこ
と、及び個々の元素の含有量それ自体がその個々
の上限値を超えなくとも、酸化物形成元素どうし
の相互作用による悪影響ができる等の原因である
と考えられる。 さらに、本発明ではNi、Mn、Ｃ、Ｎのオース
テナイト生成元素の含有量について、他の元素と
の関係で次式(2)の条件を満すように規制するもの
である。 Δ〔Ni〕＝％Ni＋0.5×％Mn＋30×％Ｃ＋30×％
Ｎ＋8.2−1.1×（％Cr＋％Mo＋1.5×％Si＋２×％
Al＋２×％Ti）０ ……(2) オーステナイトステンレス鋼において、熱間加
工性に最も重大な影響を及ぼす因子はδフエライ
ト、すなわちオーステナイトの安定性である。既
に説明したようにNi、Mn、Ｃ、Ｎはオーステナ
イト生成元素であつてオーステナイトを安定化さ
せる作用を有するが、Cr、Moは、フエライト形
成元素で、むしろオーステナイトを不安定にする
作用を有する。また前記酸化物形成元素である
Tiもフエライト形成元素である。本発明者等は
オーステナイト相の安定性を上記(2)式で規定され
るΔ〔Ni〕の値により規制できることを知見した
ものである。すなわち、Δ〔Ni〕が０未満ではオ
ーステナイト相が不安定であり熱間加工性は十分
ではなくなる。 次に本発明の特徴を実施例を参照しつつ説明す
る。 オーステナイトステンレス鋼の熱間加工性改善
に関する報告は多く、この種の材料では、δフエ
ライトに関連したオーステナイト相の安定性が最
も重要であるとされている。次にＳが重要であ
り、硫化物形成元素を適当量添加しＳを固定化す
ることにより熱間加工性を改善できることが経験
的に知られており、当然Ｓ自体を低減することに
より熱間加工性を改善できることも知られてい
る。近年、精錬による脱硫技術の進歩は著しく、
実操業において、Ｓ量を0.002％以下に低減でき
る技術が確立し、これによつて極低Ｓ量による熱
間加工性の改善がある程度図られている。しかし
このようなＳ低減による熱間加工性改善の効果は
上記0.002％程度で飽和し、硫化物形成元素によ
るこれ以上の改善効果は期待できない。そして本
発明者等の検討によれば、このようなＳの極低化
とオーステナイト生成元素の増量によるオーステ
ナイト相の安定化を図つても、これらの対策だけ
では安定して割れ疵の少い歩留り良好なマンネス
マン穿孔の実施は極めて困難であることが判明し
た。そこで本発明者等は、Ｓの次に重要な不可避
不純物と考えられる酸素に注目した。一般的に酸
素も熱間加工性を阻害すると考えられているが熱
間加工性に及ぼす酸化物形成元素の影響は硫化物
形成元素ほど明確でない。この原因は、従来極低
Ｓの溶解原料の入手が難しく熱間加工性に関する
ほとんどの研究がＳを0.002％以上含有した成分
においてなされたものであり、このためＳの影響
によつてＯの影響が明瞭にならなかつたことにあ
るものと考えられる。本発明者等は0.002％以下
の極低Ｓレベルで酸化物形成元素の影響を検討し
たものであり、これによつて極低Ｓの領域では鋼
中酸素量が熱間加工性を大きく支配していること
を確認できたものである。その検討結果を第１表
及び第１図に示すが、これらから0.002％以下の
極低Ｓ領域では、Δ〔Ni〕の影響とともに酸化物
形成元素の影響が明瞭に現われ、 Δ〔Ｏ〕＝６×％Al＋８×％Ti＋９×％Si＋120×
％Zr＋800×％Ｂ＋1000×％Ca＋1200×％Ce＋
1000×％Mg−1200×％Ｏ の式で熱間加工性を評価でき、Al、Ti、Si、Zr、
Ca、Ｂ、Ce、Mgの最適添加量の範囲を求めるこ
とができることが判る。ここで、1000℃での破断
回転数（ねじり試験）が14回以上の材料ならばマ
ンネスマン穿孔が可能であることが経験上判つて
おり、第１図から、Δ〔Ｏ〕：−２〜12、Δ〔Ni〕
０、Ｓ0.002％の３条件を満足する成分であ
ればマンネスマン穿孔が可能であることが判る。
これに対し、上記３条件のいずれか１つを欠いて
もマンネスマン穿孔法の適用が困難であることが
判る。

【表】

【表】 以上述べた本発明によれば、従来のオーステナ
イトステンレス鋼では求め得ない優れた熱間加工
性を有するものであり、継目無鋼管を製造するよ
うな場合でも、材料に割れ疵等を生ずることなく
マンネスマン穿孔を行うことができ、油井管用等
の継目無鋼管の生産性を大きく向上せしめること
ができるだけでなく、特に熱間押出法での製造が
難しいとされる大径管等の製造をマンネスマン方
式により合理的に製造できるものであり、その工
業的利用価値の高い発明である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例及び比較例におけるΔ
〔Ｏ〕値と熱間加工性（破断回転数）との関係を
示すものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Ｃ：0.2％以下、Mn：５％以下、Ｓ：0.002
   ％以下、Ni：５〜45％、Cr：13〜27％、Ｎ：
   0.05％以下を含有し、且つこれにSi：２％以下、
   Al：２％以下、Ti：２％以下、Zr：0.2％以下、
   Ca：0.05％以下、Ｂ：0.05％以下、Ce：0.05％以
   下、Mg：0.05％以下及びMo：５％以下の１種又
   は２種以上を含有し、残部鉄及び不可避不純物か
   らなり、前記各元素の含有量を下記(1)及び(2)式を
   満足させるよう調整してなる熱間加工性が優れた
   オーステナイトステンレス鋼。 Δ〔Ｏ〕＝６×％Al＋８×％Ti＋９×％Si＋120×
   ％Zr＋800×％Ｂ＋1000×％Ca＋1200×％Ce＋
   1000×％Mg−1200×％Ｏ＝−２〜12 ……(1) Δ〔Ni〕＝％Ni＋0.5×％Mn＋30×％Ｃ＋30×％
   Ｎ＋8.2−1.1×（％Cr＋％Mo＋1.5×％Si＋２×％
   Al＋２×％Ti）０ ……(2)