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JP-2026077458-A - ステンレス鋼材及びその製造方法

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Abstract

【課題】高強度であり且つ熱間加工性に優れるステンレス鋼材を提供する。 【解決手段】質量基準で、Ｃ：０．００１～０．０５０％、Ｓｉ：０．０１～０．５０％、Ｍｎ：１．０～３．５％、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．０３００％以下、Ｎｉ：１．５～２．５％、Ｃｒ：１９．６～２２．５％、Ｍｏ：０．０１～１．００％、Ｃｕ：０．０１～０．５０％、Ｎ：０．０１０～０．０９０％を含み、残部がＦｅ及び不純物からなり、 式（１）：ＤＦ＝７．２（Ｃｒ＋０．８８Ｍｏ＋０．７８Ｓｉ）－８．９（Ｎｉ＋０．０３Ｍｎ＋０．７２Ｃｕ＋２２Ｃ＋２１Ｎ）－４４．９（１） で示されるＤＦが６５．０～８０．０であり、 フェライト相が６５～８０体積％、マルテンサイト相が５～３０体積％、オーステナイト相が５～２０体積％であり、 前記フェライト相のマイクロビッカース硬さが３００ＨＶ以上である、ステンレス鋼材である。 【選択図】なし

Inventors

  • 平川 直樹
  • 林 亮佑
  • 濱田 純一

Assignees

  • 日本製鉄株式会社

Dates

Publication Date
20260513
Application Date
20241025

Claims (8)

  1. 質量基準で、Ｃ：０．００１～０．０５０％、Ｓｉ：０．０１～０．５０％、Ｍｎ：１．０～３．５％、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．０３００％以下、Ｎｉ：１．５～２．５％、Ｃｒ：１９．６～２２．５％、Ｍｏ：０．０１～１．００％、Ｃｕ：０．０１～０．５０％、Ｎ：０．０１０～０．０９０％を含み、残部がＦｅ及び不純物からなり、 下記式（１）： ＤＦ＝７．２（Ｃｒ＋０．８８Ｍｏ＋０．７８Ｓｉ）－８．９（Ｎｉ＋０．０３Ｍｎ＋０．７２Ｃｕ＋２２Ｃ＋２１Ｎ）－４４．９ ・・・ （１） （式中、元素記号は各元素の含有量（質量％）を表す）で示されるＤＦの値が６５．０～８０．０であり、 下記式（２）： Ｍｄ＝５５１－４６２（Ｃ＋Ｎ）－９．２Ｓｉ－８．１Ｍｎ－２９（Ｎｉ＋Ｃｕ）－１３．７Ｃｒ－１８．５Ｍｏ ・・・ （２） （式中、元素記号は各元素の含有量（質量％）を表す）で示されるＭｄの値が１００．０～１５０．０℃であり、 フェライト相が６５～８０体積％、マルテンサイト相が５～３０体積％、オーステナイト相が５～２０体積％であり、 前記フェライト相のマイクロビッカース硬さが３００ＨＶ以上である、ステンレス鋼材。
  2. 質量基準で、Ｎｂ：０．０１０～０．５００％、Ｔｉ：０．０１～０．５０％、Ｖ：０．０１～０．５０％、Ｗ：０．０５～０．５０％、Ｃｏ：０．０１～０．３０％、Ｂ：０．０００２～０．００５０％、Ｓｎ：０．０１０～０．５００％、Ａｌ：０．０１０～０．０５０％、Ｍｇ：０．０００２～０．０１００％、Ｃａ：０．０００２～０．０１００％、Ｔａ：０．０５０％以下、Ｇａ：０．０５０％以下、Ｚｒ：０．０１～０．５０％、ＲＥＭ：０．０００２～０．０１００％から選択される１種以上を更に含む、請求項１に記載のステンレス鋼材。
  3. 前記ステンレス鋼材のビッカース硬さが３５０～４５０ＨＶである、請求項１又は２に記載のステンレス鋼材。
  4. 破断絞り値が９０％以上である、請求項１又は２に記載のステンレス鋼材。
  5. 前記ステンレス鋼材の厚さが０．２～５．０ｍｍである、請求項１又は２に記載のステンレス鋼材。
  6. 質量基準で、Ｃ：０．００１～０．０５０％、Ｓｉ：０．０１～０．５０％、Ｍｎ：１．０～３．５％、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．０３００％以下、Ｎｉ：１．５～２．５％、Ｃｒ：１９．６～２２．５％、Ｍｏ：０．０１～１．００％、Ｃｕ：０．０１～０．５０％、Ｎ：０．０１０～０．０９０％を含み、残部がＦｅ及び不純物からなり、 下記式（１）： ＤＦ＝７．２（Ｃｒ＋０．８８Ｍｏ＋０．７８Ｓｉ）－８．９（Ｎｉ＋０．０３Ｍｎ＋０．７２Ｃｕ＋２２Ｃ＋２１Ｎ）－４４．９ ・・・ （１） （式中、元素記号は各元素の含有量（質量％）を表す）で示されるＤＦの値が６５．０～８０．０であり、 下記式（２）： Ｍｄ＝５５１－４６２（Ｃ＋Ｎ）－９．２Ｓｉ－８．１Ｍｎ－２９（Ｎｉ＋Ｃｕ）－１３．７Ｃｒ－１８．５Ｍｏ ・・・ （２） （式中、元素記号は各元素の含有量（質量％）を表す）で示されるＭｄの値が１００．０～１５０．０℃である圧延材を４０～８０％の圧延率で調質圧延した後、下記の式（３）で表されるＬＭＰが１２０００～１７０００となる条件で加熱する時効処理を行う、ステンレス鋼材の製造方法。 ＬＭＰ＝（ｔ＋２７３）×（Ｃ＋ｌｏｇ ｔｒ） （３） 式中、ｔは加熱温度（℃）、Ｃは材料定数、ｔｒは前記加熱温度での保持時間（ｈ）である。
  7. 前記圧延材は、質量基準で、Ｎｂ：０．０１０～０．５００％、Ｔｉ：０．０１～０．５０％、Ｖ：０．０１～０．５０％、Ｗ：０．０５～０．５０％、Ｃｏ：０．０１～０．３０％、Ｂ：０．０００２～０．００５０％、Ｓｎ：０．０１０～０．５００％、Ａｌ：０．０１０～０．０５０％、Ｍｇ：０．０００２～０．０１００％、Ｃａ：０．０００２～０．０１００％、Ｔａ：０．０５０％以下、Ｇａ：０．０５０％以下、Ｚｒ：０．０１～０．５０％、ＲＥＭ：０．０００２～０．０１００％から選択される１種以上を更に含む、請求項６に記載のステンレス鋼材の製造方法。
  8. 前記時効処理における前記加熱温度が３５０～５００℃である、請求項６又は７に記載のステンレス鋼材の製造方法。

Description

本発明は、ステンレス鋼材及びその製造方法に関する。 ＳＵＳ３０１やＳＵＳ３０４などの準安定オーステナイト系ステンレス鋼材は、調質圧延などの各種処理を施すことにて高強度化させることができるため、高強度部材やばね材などに活用されている。しかしながら、準安定オーステナイト系ステンレス鋼材は、Ｎｉを多量に含むためコスト高である。 そこで、準安定オーステナイト系ステンレス鋼材の代わりとして用いることが可能な、フェライト相及びオーステナイト相を含む二相ステンレス鋼材に対するニーズがある。 二相ステンレス鋼材を高強度化する方法として、特許文献１には、９５０～１１５０℃の温度範囲で第１の熱処理を施した後に、二相ステンレス鋼を少なくとも１０％の圧延率で変形させて成形性を維持したままで少なくとも１０００ＭＰａの高レベル引張強度を得て、前記変形後に第２の熱処理を１００℃～４２０℃の温度範囲内で１秒～２０分の間行い、降伏強度をさらに向上させることを特徴とする二相ステンレス鋼材の生産方法が提案されている。 特許第６２３５７２１号公報 以下、本発明の実施形態について具体的に説明する。本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、以下の実施形態に対し変更、改良などが適宜加えられたものも本発明の範囲に入ることが理解されるべきである。 なお、本明細書において成分に関する「％」表示は、特に断らない限り「質量％」を意味する。 本発明の実施形態に係るステンレス鋼材は、Ｃ：０．００１～０．０５０％、Ｓｉ：０．０１～０．５０％、Ｍｎ：１．０～３．５％、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．０３００％以下、Ｎｉ：１．５～２．５％、Ｃｒ：１９．６～２２．５％、Ｍｏ：０．０１～１．００％、Ｃｕ：０．０１～０．５０％、Ｎ：０．０１０～０．０９０％を含み、残部がＦｅ及び不純物からなる組成を有する。 ここで、本明細書において「ステンレス鋼材」とは、ステンレス鋼から形成された材料のことを意味し、その材形は特に限定されない。材形の例としては、板状（帯状を含む）、棒状、管状などが挙げられる。また、断面形状がＴ形、Ｉ形などの各種形鋼であってもよい。これらの中でも、本発明の実施形態に係るステンレス鋼材は、板状（帯状を含む）であることが好ましい。 また、本明細書において「不純物」とは、ステンレス鋼材を工業的に製造する際に、鉱石、スクラップなどの原料、製造工程の種々の要因によって混入する成分であって、本発明に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。例えば、不純物には、不可避的不純物も含まれる。不純物としては、例えばＯが挙げられる。Ｏの含有量は、例えば０．０００１～０．００７０％である。 なお、各元素の含有量に関して、「ｘｘ％以下」を含むとは、ｘｘ％以下であるが、０％超（特に、不純物レベル超）の量を含むことを意味する。 本発明の実施形態に係るステンレス鋼材は、必要に応じて、Ｎｂ：０．０１０～０．５００％、Ｔｉ：０．０１～０．５０％、Ｖ：０．０１～０．５０％、Ｗ：０．０５～０．５０％、Ｃｏ：０．０１～０．３０％、Ｂ：０．０００２～０．００５０％、Ｓｎ：０．０１０～０．５００％、Ａｌ：０．０１０～０．０５０％、Ｍｇ：０．０００２～０．０１００％、Ｃａ：０．０００２～０．０１００％、Ｔａ：０．０５０％以下、Ｇａ：０．０５０％以下、Ｚｒ：０．０１～０．５０％、ＲＥＭ：０．０００２～０．０１００％から選択される１種以上を更に含むことができる。 以下、各成分について詳細に説明する。 ＜Ｃ：０．００１～０．０５０％＞ Ｃは、オーステナイト相の安定度に大きな影響を及ぼす元素である。Ｃの含有量が多すぎると、延性（加工性）が低下したり、Ｃｒ炭化物の析出が促進されて粒界腐食が発生したりすることがある。そのため、Ｃの含有量を０．０５０％以下、好ましくは０．０４５％以下、より好ましくは０．０４０％以下とする。また、耐食性の観点から、Ｃの含有量は低い方がよいが、Ｃの含有量を低下させすぎるとコストの増加を招く。そのため、Ｃの含有量を０．００１％以上、好ましくは０．００２％以上、より好ましくは０．００５％以上とする。 ＜Ｓｉ：０．０１～０．５０％＞ Ｓｉは、脱酸元素として添加され、耐酸化性の向上にも有用な元素である。ただし、Ｓｉの含有量が多すぎると、硬質化して延性が低下する。そのため、Ｓｉの含有量を０．５０％以下、好ましくは０．４５％以下、より好ましくは０．４０％以下とする。また、Ｓｉの含有量を過度に低減すると製錬時のコストが増加する。そのため、Ｓｉの含有量を０．０１％以上、好ましくは０．０２％以上、より好ましくは０．０５％以上とする。 ＜Ｍｎ：１．０～３．５％＞ Ｍｎは、オーステナイト相に濃化してオーステナイト相を安定化させるのに重要な役割を持つ元素である。ただし、Ｍｎの含有量が多すぎると、延性に加え、耐食性や熱間加工性も低下する。したがって、Ｍｎの含有量を３．５％以下、好ましくは３．３％以下、より好ましくは３．０％以下とする。また、Ｍｎの含有量を過度に低減すると製錬時のコストが増加する。そのため、Ｍｎの含有量を１．０％以上、好ましくは１．１％以上、より好ましくは１．２％以上とする。 ＜Ｐ：０．０５０％以下＞ Ｐは、Ｃｒなどの原料に含有される元素である。Ｐの含有量が多いと、成形性が低下するため、Ｐの含有量を０．０５０％以下、好ましくは０．０４５％以下、より好ましくは０．０４０％以下とする。一方、Ｐの含有量は低い方が好ましいが、Ｐの含有量を低減することには限界がある。Ｐの含有量の下限値は、一般的に０．００１％、好ましくは０．００２％、より好ましくは０．００３％である。 ＜Ｓ：０．０３００％以下＞ Ｓは、様々な原料に含有される元素である。Ｓは、Ｍｎと結合して介在物をつくり、発銹の起点となることがあるため、Ｓの含有量が低いほど耐食性が向上する。したがって、Ｓの含有量を０．０３００％以下、好ましくは０．０２５０％以下、より好ましくは０．０２００％以下とする。一方、Ｓの含有量を低減することには限界がある。Ｓの含有量の下限値は、一般的に０．０００１％、好ましくは０．０００５％である。 ＜Ｎｉ：１．５～２．５％＞ Ｎｉは、オーステナイト生成元素であり、オーステナイト相の安定度を調整するために重要な元素である。また、Ｎｉは窒化物の析出を抑制し、耐食性を向上させる効果も有する。これらの効果を発揮させるために、Ｎｉの含有量を１．５％以上、好ましくは１．６％以上、より好ましくは１．７％以上、更に好ましくは１．８％以上とする。一方、Ｎｉの含有量が多すぎると、原料コストの上昇を招くほか、オーステナイト相の割合が高くなることで応力腐食割れなどの問題が生じる可能性もある。そのため、Ｎｉの含有量を２．５％以下、好ましくは２．４％以下、より好ましくは２．３％以下とする。 ＜Ｃｒ：１９．６～２２．５％＞ Ｃｒは、耐食性を確保するのに必要な元素である。この効果を発揮させるために、Ｃｒの含有量を１９．６％以上、好ましくは１９．８％以上、より好ましくは２０．０％以上とする。一方、Ｃｒの含有量が多すぎると、熱間加工割れをもたらしたり、精錬工程のコスト増加につながったりする。そのため、Ｃｒの含有量を２２．５％以下、好ましくは２２．３％以下、より好ましくは２２．０％以下とする。 ＜Ｍｏ：０．０１～１．００％＞ Ｍｏは、耐食性を向上させる元素である。この効果を発揮させるために、Ｍｏの含有量を０．０１％以上、好ましくは０．０３％以上、より好ましくは０．０５％以上とする。一方、Ｍｏの含有量が多すぎると、原料コストが上昇してしまう。そのため、Ｍｏの含有量を１．００％以下、好ましくは０．８０％以下、より好ましくは０．５０％以下とする。 ＜Ｃｕ：０．０１～０．５０％＞ Ｃｕは、Ｍｎ及びＮｉと同様にオーステナイト生成元素であり、窒化物の析出を抑制して耐食性を向上させる効果を有する。これらの効果を発揮させるために、Ｃｕの含有量を０．０１％以上、好ましくは０．０５％以上、より好ましくは０．１０％以上とする。一方、Ｃｕの含有量が多すぎると、原料コストの上昇を招くほか、熱間加工性も低下する。そのため、Ｃｕの含有量を０．５０％以下、好ましくは０．４５％以下、より好ましくは０．４０％以下とする。 ＜Ｎ：０．０１０～０．０９０％＞ Ｎは、Ｃと同様に、オーステナイト相の安定度に大きな影響を及ぼす元素である。また、Ｎは固溶して耐食性を高める元素でもある。これらの効果を発揮させるために、Ｎの含有量を０．０１０％以上、好ましくは０．０２０％以上とする。一方、Ｎの含有量が多すぎると、熱間加工性が低下するとともに、Ｃｒ窒化物の析出によって耐食性も低下する。そのため、Ｎの含有量を０．０９０％以下、好ましくは０．０８５％以下、より好ましくは０．０８０％以下とする。 ＜Ｎｂ：０．０１０～０．５００％＞ Ｎｂは、窒化物（ＮｂＮ）や炭化物（ＮｂＣ）を形成し、加工性を向上させる効果を有する。この効果を発揮させるために、Ｎｂの含有量を０．０１０％以上、好ましくは０．０１３％以上、より好ましくは０．０１５％以上とする。一方、Ｎｂの含有量が多すぎると、延性が低下する。そのため、Ｎｂの含有量を０．５００％以下、好ましくは０．３００％以下、より好ましくは０．２００％以下とする。 ＜Ｔｉ：０．０１～０．５０％＞ Ｔｉも、Ｎｂと同様に、窒化物（ＴｉＮ）や炭化物（ＴｉＣ）を形成し、加工性を向上させる効果を有する。この効果を発揮させるために、Ｔｉの含有量を０．０１％以上、好ましくは０．０２％以上、より好ましくは０．０３％以上とする。一方、Ｔｉの含有量が多すぎると、延性が低下する。そのため、Ｔｉの含有量を０．５０％以下、好ましくは０．３０％以下、より好ましくは０．２０％以下とする。 ＜Ｖ：０．０１～０．５０％＞ Ｖは、窒化物を形成し、加工性を向上させる効果を有する。この効果を発揮させるために、Ｖの含有量を０．０１％以上、好ましくは０．０３％以上、より好ましくは０．０５％以上とする。一方、Ｖの含有量が多すぎると延性及び熱間加工性が低下してしまう。そのため、Ｖの含有量を０．５０％以下、好ましくは０．４５％以下、より好ましくは０．４０％以下とする。 ＜Ｗ：０．０５～０．５０％＞ Ｗは、耐食性を向上させるのに有効な元素である。この効果を発揮させるために、Ｗの含有量を０．０５％以上、好ましくは０．０８％以上、より好ましくは０．１０％以上とする。一方、Ｗの含有量が多すぎると、延性が低下する。そのため、Ｗの含有量を０．５０％以下、好ましくは０．４５％以下、より好ましくは０．４０％以下とする。 ＜Ｃｏ：０．０１～０．３０％＞ Ｃｏは、高温強度を高め、熱間加工性を向上させるのに有効な元素である。これらの効果を発揮させるために、Ｃｏの含有量を０．０１％以上、好ましくは０．０２％以上とする。一方、Ｃｏの含有量が多すぎると、靭性が低下する。そのため、Ｃｏの含有量を０．３０％以下、好ましくは０．２５％以下、より好ましくは０．２０％以下とする。 ＜Ｂ：０．０００２～０．００５０％＞ Ｂは、粒界に偏析して熱間加工性を向上させる元素である。この効果を発揮させるために、Ｂの含有量を０．０００２％以上、好ましくは０．００１０％以上、より好ましくは０．００１５％以上とする。一方、Ｂの含有量が多すぎると、耐食性が著しく低下する。そのため、Ｂの含有量を０．００５０％以下、好ましくは０．００４５％以下、より好ましくは０．００４０％以下とする。 ＜Ｓｎ：０．０１０～０．５００％＞ Ｓｎは、耐食性を向上させる元素である。この効果を発揮させるために、Ｓｎの含有量を０．０１０％以上、好ましくは０．０２０％以上、より好ましくは０．