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特開2024-130312オーステナイト系ステンレス鋼材及びその製造方法、並びに水素接触部品
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024130312
(43)【公開日】2024-09-30
(54)【発明の名称】オーステナイト系ステンレス鋼材及びその製造方法、並びに水素接触部品
(51)【国際特許分類】
C22C 38/00 20060101AFI20240920BHJP
C22C 38/58 20060101ALI20240920BHJP
C21D 9/46 20060101ALI20240920BHJP
C21D 8/00 20060101ALN20240920BHJP
【ＦＩ】
C22C38/00 302Z
C22C38/58
C21D9/46 Q
C21D8/00 E
【審査請求】未請求
【請求項の数】11
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023039967
(22)【出願日】2023-03-14
(71)【出願人】
【識別番号】503378420
【氏名又は名称】日鉄ステンレス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000523
【氏名又は名称】アクシス国際弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】関向 晃太郎
(72)【発明者】
【氏名】河野 明訓
【テーマコード（参考）】
4K032
4K037
【Ｆターム（参考）】
4K032AA01
4K032AA02
4K032AA04
4K032AA05
4K032AA08
4K032AA09
4K032AA13
4K032AA14
4K032AA15
4K032AA16
4K032AA17
4K032AA19
4K032AA20
4K032AA21
4K032AA22
4K032AA24
4K032AA25
4K032AA27
4K032AA29
4K032AA31
4K032AA32
4K032AA33
4K032AA35
4K032AA36
4K032AA37
4K032AA39
4K032AA40
4K032BA01
4K032BA02
4K032BA03
4K032CA03
4K032CG02
4K032CM01
4K037EA01
4K037EA02
4K037EA05
4K037EA06
4K037EA09
4K037EA10
4K037EA12
4K037EA13
4K037EA14
4K037EA15
4K037EA16
4K037EA17
4K037EA18
4K037EA19
4K037EA21
4K037EA23
4K037EA25
4K037EA27
4K037EA28
4K037EA29
4K037EA31
4K037EA32
4K037EA33
4K037EA35
4K037EA36
4K037EB06
4K037EB07
4K037EB08
4K037EB09
4K037FA03
4K037FG03
(57)【要約】
【課題】耐水素脆化性、耐食性及び強度に優れるオーステナイト系ステンレス鋼材を提供する。
【解決手段】質量基準で、Ｃ：０．０１０～０．２００％、Ｓｉ：２．００％以下、Ｍｎ：０．０１～６．００％、Ｐ：０．０３５％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｎｉ：６．００～１４．００％、Ｃｒ：２０．０～２６．０％、Ｍｏ：３．００％以下、Ｃｕ：０．０１～３．００％、Ａｌ：０．２００％以下、Ｎ：０．１０～０．２５％を含み、残部がＦｅ及び不純物からなり、
以下の式（１）で表されるＮｉ当量が２６．３以上、以下の式（２）で表されるδｃａｌが－２．０～５．５である、オーステナイト系ステンレス鋼材である。
Ｎｉ当量＝Ｎｉ＋１２．９３Ｃ＋１．１１Ｍｎ＋０．７２Ｃｒ－０．２７Ｓｉ＋０．５３Ｃｕ＋７．５５Ｎ ・・・（１）
δｃａｌ＝３（Ｃｒ＋Ｍｏ）＋４．５Ｓｉ－２．８Ｎｉ－１．４（Ｍｎ＋Ｃｕ）－８４（Ｃ＋Ｎ）－１９．８ ・・・（２）
式（１）及び（２）中、各元素記号は、各元素の含有量を表す。
【選択図】なし
【解決手段】質量基準で、Ｃ：０．０１０～０．２００％、Ｓｉ：２．００％以下、Ｍｎ：０．０１～６．００％、Ｐ：０．０３５％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｎｉ：６．００～１４．００％、Ｃｒ：２０．０～２６．０％、Ｍｏ：３．００％以下、Ｃｕ：０．０１～３．００％、Ａｌ：０．２００％以下、Ｎ：０．１０～０．２５％を含み、残部がＦｅ及び不純物からなり、
以下の式（１）で表されるＮｉ当量が２６．３以上、以下の式（２）で表されるδｃａｌが－２．０～５．５である、オーステナイト系ステンレス鋼材である。
Ｎｉ当量＝Ｎｉ＋１２．９３Ｃ＋１．１１Ｍｎ＋０．７２Ｃｒ－０．２７Ｓｉ＋０．５３Ｃｕ＋７．５５Ｎ ・・・（１）
δｃａｌ＝３（Ｃｒ＋Ｍｏ）＋４．５Ｓｉ－２．８Ｎｉ－１．４（Ｍｎ＋Ｃｕ）－８４（Ｃ＋Ｎ）－１９．８ ・・・（２）
式（１）及び（２）中、各元素記号は、各元素の含有量を表す。
【選択図】なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
質量基準で、Ｃ：０．０１０～０．２００％、Ｓｉ：２．００％以下、Ｍｎ：０．０１～６．００％、Ｐ：０．０３５％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｎｉ：６．００～１４．００％、Ｃｒ：２０．０～２６．０％、Ｍｏ：３．００％以下、Ｃｕ：０．０１～３．００％、Ａｌ：０．２００％以下、Ｎ：０．１０～０．２５％を含み、残部がＦｅ及び不純物からなり、
以下の式（１）で表されるＮｉ当量が２６．３以上、以下の式（２）で表されるδｃａｌが－２．０～５．５である、オーステナイト系ステンレス鋼材。
Ｎｉ当量＝Ｎｉ＋１２．９３Ｃ＋１．１１Ｍｎ＋０．７２Ｃｒ－０．２７Ｓｉ＋０．５３Ｃｕ＋７．５５Ｎ ・・・（１）
δｃａｌ＝３（Ｃｒ＋Ｍｏ）＋４．５Ｓｉ－２．８Ｎｉ－１．４（Ｍｎ＋Ｃｕ）－８４（Ｃ＋Ｎ）－１９．８ ・・・（２）
式（１）及び（２）中、各元素記号は、各元素の含有量を表す。
以下の式（１）で表されるＮｉ当量が２６．３以上、以下の式（２）で表されるδｃａｌが－２．０～５．５である、オーステナイト系ステンレス鋼材。
Ｎｉ当量＝Ｎｉ＋１２．９３Ｃ＋１．１１Ｍｎ＋０．７２Ｃｒ－０．２７Ｓｉ＋０．５３Ｃｕ＋７．５５Ｎ ・・・（１）
δｃａｌ＝３（Ｃｒ＋Ｍｏ）＋４．５Ｓｉ－２．８Ｎｉ－１．４（Ｍｎ＋Ｃｕ）－８４（Ｃ＋Ｎ）－１９．８ ・・・（２）
式（１）及び（２）中、各元素記号は、各元素の含有量を表す。
【請求項2】
質量基準で、Ｂ：０．００１０～０．０１００％、Ｃａ：０．００１～０．１００％、Ｍｇ：０．００１～０．１００％、ＲＥＭ：０．００１～０．１００％、Ｔｉ：０．００１～１．０００％、Ｎｂ：０．００１～１．０００％、Ｖ：０．００１～１．０００％、Ｚｒ：０．００１～１．０００％、Ｗ：０．００１～１．０００％、Ｃｏ：０．００１～１．０００％、Ｈｆ：０．００１～１．０００％、Ｔａ：０．００１～１．０００％、Ｓｎ：０．００１～０．１００％から選択される１種以上を更に含む、請求項１に記載のオーステナイト系ステンレス鋼材。
【請求項3】
ビッカース硬さが２００～５００ＨＶである、請求項１又は２に記載のオーステナイト系ステンレス鋼材。
【請求項4】
以下の式（３）で表される引張破断強さの耐水素脆化性評価値が９５．０％以上、以下の式（４）で表される引張破断伸びの耐水素脆化性評価値が８５．０％以上である、請求項１又は２に記載のオーステナイト系ステンレス鋼材。
引張破断強さの耐水素脆化性評価値（％）＝７０ＭＰａの水素中の引張破断強さ／０．１ＭＰａの窒素中の引張破断強さ×１００ ・・・（３）
引張破断伸びの耐水素脆化性評価値（％）＝７０ＭＰａの水素中の引張破断伸び／０．１ＭＰａの窒素中の引張破断伸び×１００ ・・・（４）
引張破断強さの耐水素脆化性評価値（％）＝７０ＭＰａの水素中の引張破断強さ／０．１ＭＰａの窒素中の引張破断強さ×１００ ・・・（３）
引張破断伸びの耐水素脆化性評価値（％）＝７０ＭＰａの水素中の引張破断伸び／０．１ＭＰａの窒素中の引張破断伸び×１００ ・・・（４）
【請求項5】
０．１ＭＰａの窒素中の引張破断強さが７００ＭＰａ以上である、請求項１又は２に記載のオーステナイト系ステンレス鋼材。
【請求項6】
孔食電位が０．７０Ｖ ｖｓ．Ａｇ／ＡｇＣｌ以上である、請求項１又は２に記載のオーステナイト系ステンレス鋼材。
【請求項7】
水素と接触する環境下で用いられる、請求項１又は２に記載のオーステナイト系ステンレス鋼材。
【請求項8】
質量基準で、Ｃ：０．０１０～０．２００％、Ｓｉ：２．００％以下、Ｍｎ：０．０１～６．００％、Ｐ：０．０３５％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｎｉ：６．００～１４．００％、Ｃｒ：２０．０～２６．０％、Ｍｏ：３．００％以下、Ｃｕ：０．０１～３．００％、Ａｌ：０．２００％以下、Ｎ：０．１０～０．２５％を含み、残部がＦｅ及び不純物からなる冷延材に対し、１０～８０％の圧延率で調質圧延を行う、オーステナイト系ステンレス鋼材の製造方法。
【請求項9】
前記冷延材は、質量基準で、Ｂ：０．００１０～０．０１００％、Ｃａ：０．００１～０．１００％、Ｍｇ：０．００１～０．１００％、ＲＥＭ：０．００１～０．１００％、Ｔｉ：０．００１～１．０００％、Ｎｂ：０．００１～１．０００％、Ｖ：０．００１～１．０００％、Ｚｒ：０．００１～１．０００％、Ｗ：０．００１～１．０００％、Ｃｏ：０．００１～１．０００％、Ｈｆ：０．００１～１．０００％、Ｔａ：０．００１～１．０００％、Ｓｎ：０．００１～０．１００％から選択される１種以上を更に含む、請求項８に記載のオーステナイト系ステンレス鋼材の製造方法。
【請求項10】
請求項１又は２に記載のオーステナイト系ステンレス鋼材を含む水素接触部品。
【請求項11】
前記水素接触部品が、タンクの本体、タンクの口金、ライナー部品、配管、バルブ、又は熱交換器の構成部品である、請求項１０に記載の水素接触部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、オーステナイト系ステンレス鋼材及びその製造方法、並びに水素接触部品に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、二酸化炭素などの温室効果ガスを排出しないクリーンエネルギーとして水素エネルギーが注目されている。水素エネルギーを活用する上で、水素の製造、貯蔵、輸送などの水素関連技術の確立が求められている。
【0003】
他方、水素関連技術の確立には様々な問題がある。その一つとして、水素脆化の問題がある。水素エネルギーは、水素ガスを燃料源とするものであるため、水素と接触する各種部品（以下、「水素接触部品」という）に金属材料を用いると、水素ガスによって金属材料が脆化する、いわゆる水素脆化の問題が生じる。
【0004】
製造コスト、強度、耐食性などの観点から、水素接触部品に使用される金属材料として、オーステナイト系ステンレス鋼材がある。そこで、水素脆化を抑制すべく、耐水素脆化性を高めたオーステナイト系ステンレス鋼材の開発が進められている。
例えば、特許文献１には、表面に所定の不働態皮膜が形成された所定の組成を有するオーステナイト系ステンレス鋼材が提案されている。
例えば、特許文献１には、表面に所定の不働態皮膜が形成された所定の組成を有するオーステナイト系ステンレス鋼材が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２０２２－１８８４８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
近年、水素エネルギーの利用の拡大に伴い、水素接触部品に用いられるオーステナイト系ステンレス鋼材には、耐水素脆化性に加えて耐食性の向上が要求されてきた。しかしながら、特許文献１のオーステナイト系ステンレス鋼材は、耐食性のレベルが十分であるとはいえない。また、様々な用途を考慮すると、オーステナイト系ステンレス鋼材の強度も向上させる必要がある。
【0007】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、耐水素脆化性、耐食性及び強度に優れるオーステナイト系ステンレス鋼材及びその製造方法、並びに水素接触部品を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意研究を行った結果、以下の知見を得た。
オーステナイト系ステンレス鋼材の耐食性を向上させるためには、ＣｒやＭｏの含有量を増大させることが有効である。しかしながら、これらの元素はオーステナイト相（γ相）の安定度を低下させるため、所望の耐水素脆化性が得られない。したがって、ＣｒやＭｏの含有量を増大させるだけでは、耐食性と耐水素脆化性とを両立させることが難しい。
オーステナイト相の安定度を高めるためにはＮｉの添加が有効である。しかしながら、Ｎｉは高価な元素であるため、製造コストの上昇につながる。
安価な元素であるＮも、Ｎｉと同様にオーステナイト相の安定度を高める元素であるが、Ｎの含有量を増大させると、製造性や表面品質が低下してしまう。
本発明者らは、上記のような背景の下、組成に加えて、耐水素脆化性の指標であるＮｉ当量、及び製造性の指標であるδｃａｌを適切な範囲に制御することにより、上記の課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
オーステナイト系ステンレス鋼材の耐食性を向上させるためには、ＣｒやＭｏの含有量を増大させることが有効である。しかしながら、これらの元素はオーステナイト相（γ相）の安定度を低下させるため、所望の耐水素脆化性が得られない。したがって、ＣｒやＭｏの含有量を増大させるだけでは、耐食性と耐水素脆化性とを両立させることが難しい。
オーステナイト相の安定度を高めるためにはＮｉの添加が有効である。しかしながら、Ｎｉは高価な元素であるため、製造コストの上昇につながる。
安価な元素であるＮも、Ｎｉと同様にオーステナイト相の安定度を高める元素であるが、Ｎの含有量を増大させると、製造性や表面品質が低下してしまう。
本発明者らは、上記のような背景の下、組成に加えて、耐水素脆化性の指標であるＮｉ当量、及び製造性の指標であるδｃａｌを適切な範囲に制御することにより、上記の課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
【0009】
すなわち、本発明は、質量基準で、Ｃ：０．０１０～０．２００％、Ｓｉ：２．００％以下、Ｍｎ：０．０１～６．００％、Ｐ：０．０３５％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｎｉ：６．００～１４．００％、Ｃｒ：２０．０～２６．０％、Ｍｏ：３．００％以下、Ｃｕ：０．０１～３．００％、Ａｌ：０．２００％以下、Ｎ：０．１０～０．２５％を含み、残部がＦｅ及び不純物からなり、
以下の式（１）で表されるＮｉ当量が２６．３以上、以下の式（２）で表されるδｃａｌが－２．０～５．５である、オーステナイト系ステンレス鋼材である。
Ｎｉ当量＝Ｎｉ＋１２．９３Ｃ＋１．１１Ｍｎ＋０．７２Ｃｒ－０．２７Ｓｉ＋０．５３Ｃｕ＋７．５５Ｎ ・・・（１）
δｃａｌ＝３（Ｃｒ＋Ｍｏ）＋４．５Ｓｉ－２．８Ｎｉ－１．４（Ｍｎ＋Ｃｕ）－８４（Ｃ＋Ｎ）－１９．８ ・・・（２）
式（１）及び（２）中、各元素記号は、各元素の含有量を表す。
以下の式（１）で表されるＮｉ当量が２６．３以上、以下の式（２）で表されるδｃａｌが－２．０～５．５である、オーステナイト系ステンレス鋼材である。
Ｎｉ当量＝Ｎｉ＋１２．９３Ｃ＋１．１１Ｍｎ＋０．７２Ｃｒ－０．２７Ｓｉ＋０．５３Ｃｕ＋７．５５Ｎ ・・・（１）
δｃａｌ＝３（Ｃｒ＋Ｍｏ）＋４．５Ｓｉ－２．８Ｎｉ－１．４（Ｍｎ＋Ｃｕ）－８４（Ｃ＋Ｎ）－１９．８ ・・・（２）
式（１）及び（２）中、各元素記号は、各元素の含有量を表す。
【0010】
また、本発明は、質量基準で、Ｃ：０．０１０～０．２００％、Ｓｉ：２．００％以下、Ｍｎ：０．０１～６．００％、Ｐ：０．０３５％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｎｉ：６．００～１４．００％、Ｃｒ：２０．０～２６．０％、Ｍｏ：３．００％以下、Ｃｕ：０．０１～３．００％、Ａｌ：０．２００％以下、Ｎ：０．１０～０．２５％を含み、残部がＦｅ及び不純物からなる冷延材に対し、１０～８０％の圧延率で調質圧延を行う、オーステナイト系ステンレス鋼材の製造方法である。
【0011】
さらに、本発明は、前記オーステナイト系ステンレス鋼材を含む水素接触部品である。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、耐水素脆化性、耐食性及び強度に優れるオーステナイト系ステンレス鋼材及びその製造方法、並びに水素接触部品を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【0013】
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。
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。
【0014】
本発明の実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼材は、Ｃ：０．０１０～０．２００％、Ｓｉ：２．００％以下、Ｍｎ：０．０１～６．００％、Ｐ：０．０３５％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｎｉ：６．００～１４．００％、Ｃｒ：２０．０～２６．０％、Ｍｏ：３．００％以下、Ｃｕ：０．０１～３．００％、Ａｌ：０．２００％以下、Ｎ：０．１０～０．２５％を含み、残部がＦｅ及び不純物からなる。
【0015】
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。
また、本明細書において「オーステナイト系」とは、常温で金属組織が主にオーステナイト相であるものを意味する。したがって、「オーステナイト系」には、オーステナイト相以外の相（例えば、フェライト相など）が僅かに含まれるものも包含される。この場合、オーステナイト相以外の相は、一般的に５体積％以下である。
さらに、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。
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。
また、本明細書において「オーステナイト系」とは、常温で金属組織が主にオーステナイト相であるものを意味する。したがって、「オーステナイト系」には、オーステナイト相以外の相（例えば、フェライト相など）が僅かに含まれるものも包含される。この場合、オーステナイト相以外の相は、一般的に５体積％以下である。
さらに、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。
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。
【0016】
本発明の実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼材は、必要に応じて、Ｂ：０．００１０～０．０１００％、Ｃａ：０．００１～０．１００％、Ｍｇ：０．００１～０．１００％、ＲＥＭ：０．００１～０．１００％、Ｔｉ：０．００１～１．０００％、Ｎｂ：０．００１～１．０００％、Ｖ：０．００１～１．０００％、Ｚｒ：０．００１～１．０００％、Ｗ：０．００１～１．０００％、Ｃｏ：０．００１～１．０００％、Ｈｆ：０．００１～１．０００％、Ｔａ：０．００１～１．０００％、Ｓｎ：０．００１～０．１００％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。
以下、各成分について詳細に説明する。
【0017】
＜Ｃ：０．０１０～０．２００％＞
Ｃの含有量は多すぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の耐食性や加工性が低下してしまう。そのため、Ｃの含有量の上限値は、０．２００％、好ましくは０．１８０％、より好ましくは０．１６０％に制御される。一方、Ｃの含有量は少なすぎると、精練コストの上昇につながる。そのため、Ｃの含有量の下限値は、０．０１０％、好ましくは０．０１５％、より好ましくは０．０２０％に制御される。
Ｃの含有量は多すぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の耐食性や加工性が低下してしまう。そのため、Ｃの含有量の上限値は、０．２００％、好ましくは０．１８０％、より好ましくは０．１６０％に制御される。一方、Ｃの含有量は少なすぎると、精練コストの上昇につながる。そのため、Ｃの含有量の下限値は、０．０１０％、好ましくは０．０１５％、より好ましくは０．０２０％に制御される。
【0018】
＜Ｓｉ：２．００％以下＞
Ｓｉの含有量は多すぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の加工性が低下してしまう。そのため、Ｓｉの含有量の上限値は、２．００％、好ましくは１．９５％、より好ましくは１．９０％に制御される。一方、Ｓｉの含有量の下限値は、特に限定されないが、好ましくは０．０１％、より好ましくは０．０５％、更に好ましくは０．１０％である。
Ｓｉの含有量は多すぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の加工性が低下してしまう。そのため、Ｓｉの含有量の上限値は、２．００％、好ましくは１．９５％、より好ましくは１．９０％に制御される。一方、Ｓｉの含有量の下限値は、特に限定されないが、好ましくは０．０１％、より好ましくは０．０５％、更に好ましくは０．１０％である。
【0019】
＜Ｍｎ：０．０１～６．００％＞
Ｍｎは、オーステナイト相（γ相）生成元素である。オーステナイト相の安定度を高める観点から、Ｍｎの含有量の下限値は、０．０１％、好ましくは０．１０％、より好ましくは０．３０％に制御される。ただし、Ｍｎの含有量は多すぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の耐食性が低下してしまう。そのため、Ｍｎの含有量の上限値は、６．００％、好ましくは５．５０％、より好ましくは５．００％に制御される。
Ｍｎは、オーステナイト相（γ相）生成元素である。オーステナイト相の安定度を高める観点から、Ｍｎの含有量の下限値は、０．０１％、好ましくは０．１０％、より好ましくは０．３０％に制御される。ただし、Ｍｎの含有量は多すぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の耐食性が低下してしまう。そのため、Ｍｎの含有量の上限値は、６．００％、好ましくは５．５０％、より好ましくは５．００％に制御される。
【0020】
＜Ｐ：０．０３５％以下＞
Ｐの含有量は多すぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の製造性が低下してしまう。そのため、Ｐの含有量の上限値は、０．０３５％、好ましくは０．０３４％、より好ましくは０．０３３％に制御される。一方、Ｐの含有量の下限値は、特に限定されないが、好ましくは０．００１％、より好ましくは０．００５％、更に好ましくは０．０１０％である。
Ｐの含有量は多すぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の製造性が低下してしまう。そのため、Ｐの含有量の上限値は、０．０３５％、好ましくは０．０３４％、より好ましくは０．０３３％に制御される。一方、Ｐの含有量の下限値は、特に限定されないが、好ましくは０．００１％、より好ましくは０．００５％、更に好ましくは０．０１０％である。
【0021】
＜Ｓ：０．０３０％以下＞
Ｓの含有量は多すぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の製造性が低下してしまう。そのため、Ｓの含有量の上限値は、０．０３０％、好ましくは０．０２５％、より好ましくは０．０２０％に制御される。一方、Ｓの含有量の下限値は、特に限定されないが、好ましくは０．０００１％、より好ましくは０．０００３％、更に好ましくは０．０００５％である。
Ｓの含有量は多すぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の製造性が低下してしまう。そのため、Ｓの含有量の上限値は、０．０３０％、好ましくは０．０２５％、より好ましくは０．０２０％に制御される。一方、Ｓの含有量の下限値は、特に限定されないが、好ましくは０．０００１％、より好ましくは０．０００３％、更に好ましくは０．０００５％である。
【0022】
＜Ｎｉ：６．００～１４．００％＞
Ｎｉは、Ｍｎと同様にオーステナイト相（γ相）生成元素である。Ｎｉは高価であるため、含有量が多すぎると、製造コストの上昇につながる。そのため、Ｎｉの含有量の上限値は、１４．００％、好ましくは１３．８０％、より好ましくは１３．６０％に制御される。一方、Ｎｉの含有量は少なすぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の耐食性が低下する。そのため、Ｎｉの含有量の下限値は、６．００％、好ましくは６．５０％、より好ましくは７．００％に制御される。
Ｎｉは、Ｍｎと同様にオーステナイト相（γ相）生成元素である。Ｎｉは高価であるため、含有量が多すぎると、製造コストの上昇につながる。そのため、Ｎｉの含有量の上限値は、１４．００％、好ましくは１３．８０％、より好ましくは１３．６０％に制御される。一方、Ｎｉの含有量は少なすぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の耐食性が低下する。そのため、Ｎｉの含有量の下限値は、６．００％、好ましくは６．５０％、より好ましくは７．００％に制御される。
【0023】
＜Ｃｒ：２０．０～２６．０％＞
Ｃｒの含有量は多すぎると、金属間化合物（σ相）の生成が促進されるため、オーステナイト系ステンレス鋼材の加工性が低下してしまう。そのため、Ｃｒの含有量の上限値は、２６．０％、好ましくは２５．８％に制御される。一方、Ｃｒの含有量は少なすぎると、耐食性が十分に得られない。そのため、Ｃｒの含有量の下限値は、２０．０％、好ましくは２０．５％に制御される。
Ｃｒの含有量は多すぎると、金属間化合物（σ相）の生成が促進されるため、オーステナイト系ステンレス鋼材の加工性が低下してしまう。そのため、Ｃｒの含有量の上限値は、２６．０％、好ましくは２５．８％に制御される。一方、Ｃｒの含有量は少なすぎると、耐食性が十分に得られない。そのため、Ｃｒの含有量の下限値は、２０．０％、好ましくは２０．５％に制御される。
【0024】
＜Ｍｏ：３．００％以下＞
Ｍｏは高価であるため、Ｍｏの含有量が多すぎると、製造コストの上昇につながる。そのため、Ｍｏの含有量の上限値は、３．００％、好ましくは２．８０％、より好ましくは２．７０％に制御される。一方、Ｍｏの含有量の下限値は、特に限定されないが、好ましくは０．００１％、より好ましくは０．００２％、更に好ましくは０．００３％である。
Ｍｏは高価であるため、Ｍｏの含有量が多すぎると、製造コストの上昇につながる。そのため、Ｍｏの含有量の上限値は、３．００％、好ましくは２．８０％、より好ましくは２．７０％に制御される。一方、Ｍｏの含有量の下限値は、特に限定されないが、好ましくは０．００１％、より好ましくは０．００２％、更に好ましくは０．００３％である。
【0025】
＜Ｃｕ：０．０１～３．００％＞
Ｃｕの含有量は多すぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の耐食性が低下してしまう。そのため、Ｃｕの含有量の上限値は、３．００％、好ましくは２．８０％、より好ましくは２．６０％に制御される。一方、Ｃｕの含有量は少なすぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の加工性が低下してしまう。そのため、Ｃｕの含有量の下限値は、０．０１％、好ましくは０．０２％に制御される。
Ｃｕの含有量は多すぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の耐食性が低下してしまう。そのため、Ｃｕの含有量の上限値は、３．００％、好ましくは２．８０％、より好ましくは２．６０％に制御される。一方、Ｃｕの含有量は少なすぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の加工性が低下してしまう。そのため、Ｃｕの含有量の下限値は、０．０１％、好ましくは０．０２％に制御される。
【0026】
＜Ａｌ：０．２００％以下＞
Ａｌの含有量は多すぎると、介在物の生成量が増加して品質を低下させてしまう。そのため、Ａｌの含有量の上限値は、０．２００％、好ましくは０．１９０％、より好ましくは０．１８０％に制御される。一方、Ａｌの含有量の下限値は、特に限定されないが、好ましくは０．０００１％、より好ましくは０．０００５％、更に好ましくは０．００１％である。
Ａｌの含有量は多すぎると、介在物の生成量が増加して品質を低下させてしまう。そのため、Ａｌの含有量の上限値は、０．２００％、好ましくは０．１９０％、より好ましくは０．１８０％に制御される。一方、Ａｌの含有量の下限値は、特に限定されないが、好ましくは０．０００１％、より好ましくは０．０００５％、更に好ましくは０．００１％である。
【0027】
＜Ｎ：０．１０～０．２５％＞
Ｎの含有量は多すぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の加工性が低下してしまう。そのため、Ｎの含有量の上限値は、０．２５％、好ましくは０．２４％、より好ましくは０．２３％に制御される。一方、Ｎの含有量は少なすぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の耐食性が十分に得られない。そのため、Ｎの含有量の下限値は、０．１０％、好ましくは０．１１％、より好ましくは０．１２％に制御される。
Ｎの含有量は多すぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の加工性が低下してしまう。そのため、Ｎの含有量の上限値は、０．２５％、好ましくは０．２４％、より好ましくは０．２３％に制御される。一方、Ｎの含有量は少なすぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の耐食性が十分に得られない。そのため、Ｎの含有量の下限値は、０．１０％、好ましくは０．１１％、より好ましくは０．１２％に制御される。
【0028】
＜Ｂ：０．００１０～０．０１００％＞
Ｂの含有量は多すぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の耐食性が低下してしまう。そのため、Ｂの含有量の上限値は、０．０１００％、好ましくは０．００６０％、より好ましくは０．００４０％に制御される。一方、Ｂの含有量は少なすぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の製造性（熱間加工性）が低下してしまう。そのため、Ｂの含有量の下限値は、０．００１０％、好ましくは０．００１５％に制御される。
Ｂの含有量は多すぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の耐食性が低下してしまう。そのため、Ｂの含有量の上限値は、０．０１００％、好ましくは０．００６０％、より好ましくは０．００４０％に制御される。一方、Ｂの含有量は少なすぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の製造性（熱間加工性）が低下してしまう。そのため、Ｂの含有量の下限値は、０．００１０％、好ましくは０．００１５％に制御される。
【0029】
＜Ｃａ：０．００１～０．１００％＞
Ｃａは、製造性（熱間加工性）を向上させるための元素である。Ｃａによる効果を得る観点から、Ｃａの含有量の下限値は、０．００１％、好ましくは０．００５％、より好ましくは０．０１０％に制御される。また、Ｃａの含有量は多すぎると、介在物の生成量が増加して品質を低下させてしまう。そのため、Ｃａの含有量の上限値は、０．１００％、好ましくは０．０８０％、より好ましくは０．０５０％に制御される。
Ｃａは、製造性（熱間加工性）を向上させるための元素である。Ｃａによる効果を得る観点から、Ｃａの含有量の下限値は、０．００１％、好ましくは０．００５％、より好ましくは０．０１０％に制御される。また、Ｃａの含有量は多すぎると、介在物の生成量が増加して品質を低下させてしまう。そのため、Ｃａの含有量の上限値は、０．１００％、好ましくは０．０８０％、より好ましくは０．０５０％に制御される。
【0030】
＜Ｍｇ：０．００１～０．１００％＞
Ｍｇは、製造性（熱間加工性）を向上させるための元素である。Ｍｇによる効果を得る観点から、Ｍｇの含有量の下限値は、０．００１％、好ましくは０．００５％、より好ましくは０．０１０％に制御される。また、Ｍｇの含有量は多すぎると、介在物の生成量が増加して品質を低下させてしまう。そのため、Ｍｇの含有量の上限値は、０．１００％、好ましくは０．０８０％、より好ましくは０．０５０％に制御される。
Ｍｇは、製造性（熱間加工性）を向上させるための元素である。Ｍｇによる効果を得る観点から、Ｍｇの含有量の下限値は、０．００１％、好ましくは０．００５％、より好ましくは０．０１０％に制御される。また、Ｍｇの含有量は多すぎると、介在物の生成量が増加して品質を低下させてしまう。そのため、Ｍｇの含有量の上限値は、０．１００％、好ましくは０．０８０％、より好ましくは０．０５０％に制御される。
【0031】
＜ＲＥＭ：０．００１～０．１００％＞
ＲＥＭは、製造性（熱間加工性）を向上させるための元素である。ＲＥＭによる効果を得る観点から、ＲＥＭの含有量の下限値は、０．００１％、好ましくは０．００５％、より好ましくは０．０１０％に制御される。また、ＲＥＭは高価であるため、ＲＥＭの含有量が多すぎると、製造コストの上昇につながる。そのため、ＲＥＭの含有量の上限値は、０．１００％、好ましくは０．０８０％、より好ましくは０．０５０％に制御される。
ＲＥＭは、製造性（熱間加工性）を向上させるための元素である。ＲＥＭによる効果を得る観点から、ＲＥＭの含有量の下限値は、０．００１％、好ましくは０．００５％、より好ましくは０．０１０％に制御される。また、ＲＥＭは高価であるため、ＲＥＭの含有量が多すぎると、製造コストの上昇につながる。そのため、ＲＥＭの含有量の上限値は、０．１００％、好ましくは０．０８０％、より好ましくは０．０５０％に制御される。
【0032】
＜Ｔｉ：０．００１～１．０００％＞
Ｔｉは、鋼中のＣを固定して耐粒界腐食性を向上させるための元素である。Ｔｉによる効果を得る観点から、Ｔｉの含有量の下限値は、０．００１％、好ましくは０．００５％、より好ましくは０．０１０％に制御される。また、Ｔｉの含有量は多すぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の加工性が低下するとともに製造コストの上昇につながる。そのため、Ｔｉの含有量の上限値は、１．０００％、好ましくは０．８００％、より好ましくは０．５００％に制御される。
Ｔｉは、鋼中のＣを固定して耐粒界腐食性を向上させるための元素である。Ｔｉによる効果を得る観点から、Ｔｉの含有量の下限値は、０．００１％、好ましくは０．００５％、より好ましくは０．０１０％に制御される。また、Ｔｉの含有量は多すぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の加工性が低下するとともに製造コストの上昇につながる。そのため、Ｔｉの含有量の上限値は、１．０００％、好ましくは０．８００％、より好ましくは０．５００％に制御される。
【0033】
＜Ｎｂ：０．００１～１．０００％＞
Ｎｂは、鋼中のＣを固定して耐粒界腐食性を向上させるための元素である。Ｎｂによる効果を得る観点から、Ｎｂの含有量の下限値は、０．００１％、好ましくは０．００５％、より好ましくは０．０１０％に制御される。また、Ｎｂの含有量は多すぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の加工性が低下するとともに製造コストの上昇につながる。そのため、Ｎｂの含有量の上限値は、１．０００％、好ましくは０．８００％、より好ましくは０．５００％に制御される。
Ｎｂは、鋼中のＣを固定して耐粒界腐食性を向上させるための元素である。Ｎｂによる効果を得る観点から、Ｎｂの含有量の下限値は、０．００１％、好ましくは０．００５％、より好ましくは０．０１０％に制御される。また、Ｎｂの含有量は多すぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の加工性が低下するとともに製造コストの上昇につながる。そのため、Ｎｂの含有量の上限値は、１．０００％、好ましくは０．８００％、より好ましくは０．５００％に制御される。
【0034】
＜Ｖ：０．００１～１．０００％＞
Ｖは、耐食性を向上させるための元素である。Ｖによる効果を得る観点から、Ｖの含有量の下限値は、０．００１％、好ましくは０．００５％、より好ましくは０．０１０％に制御される。また、Ｖの含有量は多すぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の加工性及び靭性が低下するとともに製造コストの上昇につながる。そのため、Ｖの含有量の上限値は、１．０００％、好ましくは０．８００％、より好ましくは０．５００％に制御される。
Ｖは、耐食性を向上させるための元素である。Ｖによる効果を得る観点から、Ｖの含有量の下限値は、０．００１％、好ましくは０．００５％、より好ましくは０．０１０％に制御される。また、Ｖの含有量は多すぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の加工性及び靭性が低下するとともに製造コストの上昇につながる。そのため、Ｖの含有量の上限値は、１．０００％、好ましくは０．８００％、より好ましくは０．５００％に制御される。
【0035】
＜Ｚｒ：０．００１～１．０００％＞
Ｚｒは、耐食性を向上させるための元素である。Ｚｒによる効果を得る観点から、Ｚｒの含有量の下限値は、０．００１％、好ましくは０．００５％、より好ましくは０．０１０％に制御される。また、Ｚｒの含有量は多すぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の加工性及び靭性が低下するとともに製造コストの上昇につながる。そのため、Ｚｒの含有量の上限値は、１．０００％、好ましくは０．８００％、より好ましくは０．５００％に制御される。
Ｚｒは、耐食性を向上させるための元素である。Ｚｒによる効果を得る観点から、Ｚｒの含有量の下限値は、０．００１％、好ましくは０．００５％、より好ましくは０．０１０％に制御される。また、Ｚｒの含有量は多すぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の加工性及び靭性が低下するとともに製造コストの上昇につながる。そのため、Ｚｒの含有量の上限値は、１．０００％、好ましくは０．８００％、より好ましくは０．５００％に制御される。
【0036】
＜Ｗ：０．００１～１．０００％＞
Ｗは、耐食性を向上させるための元素である。Ｗによる効果を得る観点から、Ｗの含有量の下限値は、０．００１％、好ましくは０．００５％、より好ましくは０．０１０％に制御される。また、Ｗの含有量は多すぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の加工性及び靭性が低下するとともに製造コストの上昇につながる。そのため、Ｗの含有量の上限値は、１．０００％、好ましくは０．８００％、より好ましくは０．５００％に制御される。
Ｗは、耐食性を向上させるための元素である。Ｗによる効果を得る観点から、Ｗの含有量の下限値は、０．００１％、好ましくは０．００５％、より好ましくは０．０１０％に制御される。また、Ｗの含有量は多すぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の加工性及び靭性が低下するとともに製造コストの上昇につながる。そのため、Ｗの含有量の上限値は、１．０００％、好ましくは０．８００％、より好ましくは０．５００％に制御される。
【0037】
＜Ｃｏ：０．００１～１．０００％＞
Ｃｏは、耐食性を向上させるための元素である。Ｃｏによる効果を得る観点から、Ｃｏの含有量の下限値は、０．００１％、好ましくは０．００５％、より好ましくは０．０１０％に制御される。また、Ｃｏの含有量は多すぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の加工性及び靭性が低下するとともに製造コストの上昇につながる。そのため、Ｃｏの含有量の上限値は、１．０００％、好ましくは０．８００％、より好ましくは０．５００％に制御される。
Ｃｏは、耐食性を向上させるための元素である。Ｃｏによる効果を得る観点から、Ｃｏの含有量の下限値は、０．００１％、好ましくは０．００５％、より好ましくは０．０１０％に制御される。また、Ｃｏの含有量は多すぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の加工性及び靭性が低下するとともに製造コストの上昇につながる。そのため、Ｃｏの含有量の上限値は、１．０００％、好ましくは０．８００％、より好ましくは０．５００％に制御される。
【0038】
＜Ｈｆ：０．００１～１．０００％＞
Ｈｆは、耐食性を向上させるための元素である。Ｈｆによる効果を得る観点から、Ｈｆの含有量の下限値は、０．００１％、好ましくは０．００５％、より好ましくは０．０１０％に制御される。また、Ｈｆの含有量は多すぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の加工性及び靭性が低下するとともに製造コストの上昇につながる。そのため、Ｈｆの含有量の上限値は、１．０００％、好ましくは０．８００％、より好ましくは０．５００％に制御される。
Ｈｆは、耐食性を向上させるための元素である。Ｈｆによる効果を得る観点から、Ｈｆの含有量の下限値は、０．００１％、好ましくは０．００５％、より好ましくは０．０１０％に制御される。また、Ｈｆの含有量は多すぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の加工性及び靭性が低下するとともに製造コストの上昇につながる。そのため、Ｈｆの含有量の上限値は、１．０００％、好ましくは０．８００％、より好ましくは０．５００％に制御される。
【0039】
＜Ｔａ：０．００１～１．０００％＞
Ｔａは、耐食性を向上させるための元素である。Ｔａによる効果を得る観点から、Ｔａの含有量の下限値は、０．００１％、好ましくは０．００５％、より好ましくは０．０１０％に制御される。また、Ｔａの含有量は多すぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の加工性及び靭性が低下するとともに製造コストの上昇につながる。そのため、Ｔａの含有量の上限値は、１．０００％、好ましくは０．８００％、より好ましくは０．５００％に制御される。
Ｔａは、耐食性を向上させるための元素である。Ｔａによる効果を得る観点から、Ｔａの含有量の下限値は、０．００１％、好ましくは０．００５％、より好ましくは０．０１０％に制御される。また、Ｔａの含有量は多すぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の加工性及び靭性が低下するとともに製造コストの上昇につながる。そのため、Ｔａの含有量の上限値は、１．０００％、好ましくは０．８００％、より好ましくは０．５００％に制御される。
【0040】
＜Ｓｎ：０．００１～０．１００％＞
Ｓｎは、耐食性を向上させるための元素である。Ｓｎによる効果を得る観点から、Ｓｎの含有量の下限値は、０．００１％、好ましくは０．００５％、より好ましくは０．０１０％に制御される。また、Ｓｎの含有量は多すぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の製造性が低下してしまう。そのため、Ｓｎの含有量の上限値は、０．１００％、好ましくは０．０５０％、より好ましくは０．０３０％に制御される。
Ｓｎは、耐食性を向上させるための元素である。Ｓｎによる効果を得る観点から、Ｓｎの含有量の下限値は、０．００１％、好ましくは０．００５％、より好ましくは０．０１０％に制御される。また、Ｓｎの含有量は多すぎると、オーステナイト系ステンレス鋼材の製造性が低下してしまう。そのため、Ｓｎの含有量の上限値は、０．１００％、好ましくは０．０５０％、より好ましくは０．０３０％に制御される。
【0041】
本発明の実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼材は、以下の式（１）で表されるＮｉ当量が２６．３以上である。
Ｎｉ当量＝Ｎｉ＋１２．９３Ｃ＋１．１１Ｍｎ＋０．７２Ｃｒ－０．２７Ｓｉ＋０．５３Ｃｕ＋７．５５Ｎ ・・・（１）
式（１）中、各元素記号は、各元素の含有量を表す。
ここで、Ｎｉ当量は、耐水素脆化性の指標である。Ｎｉ当量を２６．３以上に制御することにより、耐水素脆化性を確保することができる。Ｎｉ当量は、耐水素脆化性を安定して確保する観点から、２７．４以上であることが好ましく、２８．５であることがより好ましい。一方、Ｎｉ当量の上限値は、特に限定されないが、例えば４５．０である。
Ｎｉ当量＝Ｎｉ＋１２．９３Ｃ＋１．１１Ｍｎ＋０．７２Ｃｒ－０．２７Ｓｉ＋０．５３Ｃｕ＋７．５５Ｎ ・・・（１）
式（１）中、各元素記号は、各元素の含有量を表す。
ここで、Ｎｉ当量は、耐水素脆化性の指標である。Ｎｉ当量を２６．３以上に制御することにより、耐水素脆化性を確保することができる。Ｎｉ当量は、耐水素脆化性を安定して確保する観点から、２７．４以上であることが好ましく、２８．５であることがより好ましい。一方、Ｎｉ当量の上限値は、特に限定されないが、例えば４５．０である。
【0042】
本発明の実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼材は、以下の式（２）で表されるδｃａｌが－２．０～５．５である。
δｃａｌ＝３（Ｃｒ＋Ｍｏ）＋４．５Ｓｉ－２．８Ｎｉ－１．４（Ｍｎ＋Ｃｕ）－８４（Ｃ＋Ｎ）－１９．８ ・・・（２）
式（２）中、各元素記号は、各元素の含有量を表す。
ここで、δｃａｌは、製造性の指標である。Ｎなどの含有量を増大させると、製造性が低下し易いが、δｃａｌを－２．０～５．５の範囲に制御することにより、製造性を確保することができる。δｃａｌは、製造性を安定して確保する観点から、－１．８～５．３であることが好ましく、－１．５～５．０であることがより好ましい。
δｃａｌ＝３（Ｃｒ＋Ｍｏ）＋４．５Ｓｉ－２．８Ｎｉ－１．４（Ｍｎ＋Ｃｕ）－８４（Ｃ＋Ｎ）－１９．８ ・・・（２）
式（２）中、各元素記号は、各元素の含有量を表す。
ここで、δｃａｌは、製造性の指標である。Ｎなどの含有量を増大させると、製造性が低下し易いが、δｃａｌを－２．０～５．５の範囲に制御することにより、製造性を確保することができる。δｃａｌは、製造性を安定して確保する観点から、－１．８～５．３であることが好ましく、－１．５～５．０であることがより好ましい。
【0043】
本発明の実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼材は、ビッカース硬さが２００～５００ＨＶであることが好ましく、２２０～４９０ＨＶであることがより好ましく、２３０～４８０ＨＶであることが更に好ましい。このような範囲にビッカース硬さを制御することにより、各種用途に用いる場合の強度を確保することができる。
ここで、ビッカース硬さは、ＪＩＳ Ｚ２２４４：２０２０に準拠して測定することができる。この評価において、荷重は１ｋｇとする。
ここで、ビッカース硬さは、ＪＩＳ Ｚ２２４４：２０２０に準拠して測定することができる。この評価において、荷重は１ｋｇとする。
【0044】
本発明の実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼材は、以下の式（３）で表される引張破断強さの耐水素脆化性評価値が９５．０％以上であることが好ましい。
引張破断強さの耐水素脆化性評価値（％）＝７０ＭＰａの水素中の引張破断強さ／０．１ＭＰａの窒素中の引張破断強さ×１００ ・・・（３）
このような範囲の引張破断強さの耐水素脆化性評価値であれば耐水素脆化性に優れると評価できる。引張破断強さの耐水素脆化性評価値は、９５．５％以上であることがより好ましく、９６．０％以上であることが更に好ましい。
ここで、７０ＭＰａの水素中の引張破断強さは、オーステナイト系ステンレス鋼材の試験片を－４０℃、７０ＭＰａの水素中において、歪速度１０-5／ｓの低歪速度引張試験（以下、「ＳＳＲＴ試験」という）を行うことによって測定することができる。同様に、０．１ＭＰａの窒素中の引張破断強さは、当該試験片を－４０℃、０．１ＭＰａの窒素中において、歪速度１０-5／ｓのＳＳＲＴ試験を行うことによって測定することができる。
引張破断強さの耐水素脆化性評価値（％）＝７０ＭＰａの水素中の引張破断強さ／０．１ＭＰａの窒素中の引張破断強さ×１００ ・・・（３）
このような範囲の引張破断強さの耐水素脆化性評価値であれば耐水素脆化性に優れると評価できる。引張破断強さの耐水素脆化性評価値は、９５．５％以上であることがより好ましく、９６．０％以上であることが更に好ましい。
ここで、７０ＭＰａの水素中の引張破断強さは、オーステナイト系ステンレス鋼材の試験片を－４０℃、７０ＭＰａの水素中において、歪速度１０-5／ｓの低歪速度引張試験（以下、「ＳＳＲＴ試験」という）を行うことによって測定することができる。同様に、０．１ＭＰａの窒素中の引張破断強さは、当該試験片を－４０℃、０．１ＭＰａの窒素中において、歪速度１０-5／ｓのＳＳＲＴ試験を行うことによって測定することができる。
【0045】
本発明の実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼材は、以下の式（４）で表される引張破断伸びの耐水素脆化性評価値が８５．０％以上であることが好ましい。
引張破断伸びの耐水素脆化性評価値（％）＝７０ＭＰａの水素中の引張破断伸び／０．１ＭＰａの窒素中の引張破断伸び×１００ ・・・（４）
このような範囲の引張破断伸びの耐水素脆化性評価値であれば耐水素脆化性に優れると評価できる。引張破断伸びの耐水素脆化性評価値は、８５．５％以上であることがより好ましく、８６．０％以上であることが更に好ましい。
ここで、７０ＭＰａの水素中の引張破断伸び及び０．１ＭＰａの窒素中の引張破断伸びは、上記と同様のＳＳＲＴ試験を行うことによって測定することができる。
引張破断伸びの耐水素脆化性評価値（％）＝７０ＭＰａの水素中の引張破断伸び／０．１ＭＰａの窒素中の引張破断伸び×１００ ・・・（４）
このような範囲の引張破断伸びの耐水素脆化性評価値であれば耐水素脆化性に優れると評価できる。引張破断伸びの耐水素脆化性評価値は、８５．５％以上であることがより好ましく、８６．０％以上であることが更に好ましい。
ここで、７０ＭＰａの水素中の引張破断伸び及び０．１ＭＰａの窒素中の引張破断伸びは、上記と同様のＳＳＲＴ試験を行うことによって測定することができる。
【0046】
本発明の実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼材は、０．１ＭＰａの窒素中の引張破断強さが７００ＭＰａ以上であることが好ましく、７３０ＭＰａ以上であることがより好ましく７５０ＭＰａ以上であることが更に好ましい。このような範囲に０．１ＭＰａの窒素中の引張破断強さを制御することにより、各種用途に用いる場合の強度を確保することができる。なお、０．１ＭＰａの窒素中の引張破断強さの上限値は、特に限定されないが、例えば２０００ＭＰａである。
【0047】
本発明の実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼材は、孔食電位が０．７０Ｖ ｖｓ．Ａｇ／ＡｇＣｌ以上であることが好ましく、０．８０Ｖ ｖｓ．Ａｇ／ＡｇＣｌ以上であることがより好ましく、０．８５Ｖ ｖｓ．Ａｇ／ＡｇＣｌ以上であることが更に好ましい。このような範囲の孔食電位であれば耐食性に優れていると評価できる。なお、孔食電位の上限値は、特に限定されないが、例えば２．００Ｖ ｖｓ．Ａｇ／ＡｇＣｌである。
ここで、孔食電位は、ＪＩＳ Ｇ０５７７：２０１４に準拠して測定することができる。具体的には、以下のようにして求めることができる。まず、オーステナイト系ステンレス鋼材から測定用試験片を作製する。次に、Ａｒ脱気を十分に行った３．５％のＮａＣｌ溶液（温度３０℃）中に測定用試験片を浸漬し、自然電位から２０ｍＶ／分で動電位アノード分極を行い、孔食電位を測定する。孔食電位は、電流が１００μＡ／ｃｍ2流れたときの電位とする。この測定は試験数を５とし、それらの平均値を孔食電位の結果とする。
ここで、孔食電位は、ＪＩＳ Ｇ０５７７：２０１４に準拠して測定することができる。具体的には、以下のようにして求めることができる。まず、オーステナイト系ステンレス鋼材から測定用試験片を作製する。次に、Ａｒ脱気を十分に行った３．５％のＮａＣｌ溶液（温度３０℃）中に測定用試験片を浸漬し、自然電位から２０ｍＶ／分で動電位アノード分極を行い、孔食電位を測定する。孔食電位は、電流が１００μＡ／ｃｍ2流れたときの電位とする。この測定は試験数を５とし、それらの平均値を孔食電位の結果とする。
【0048】
本発明の実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼材は、特に限定されないが、冷延材を対象とする。冷延材の厚さは、典型的に３．０ｍｍ以下である。
【0049】
本発明の実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼材は、耐水素脆化性、耐食性及び強度に優れているため、当該特性が要求される各種用途で用いることができる。特に、本発明の実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼材は、水素と接触する環境下で用いるのに適している。特に、水素ガス環境中、液体水素環境中などで用いるのに好適である。
【0050】
本発明の実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼材の製造方法は、上記の特徴を有するオーステナイト系ステンレス鋼材を製造可能な方法であれば特に限定されない。以下、本発明の実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼材の製造方法の一例について説明する。
【0051】
本発明の実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼材の製造方法は、上記の組成を有する冷延材に対し、１０～８０％の圧延率で調質圧延を行うことによって製造することができる。
調質圧延の圧延率が１０％未満であると、所望の強度が得られない。また、調質圧延の圧延率が８０％を超えると、耐水素脆化性が低下してしまう。調質圧延の圧延率は、強度及び耐水素脆化性を安定して向上させる観点から、１５～７５％であることが好ましい。
調質圧延の圧延率が１０％未満であると、所望の強度が得られない。また、調質圧延の圧延率が８０％を超えると、耐水素脆化性が低下してしまう。調質圧延の圧延率は、強度及び耐水素脆化性を安定して向上させる観点から、１５～７５％であることが好ましい。
【0052】
調質圧延に用いられる冷延材としては、特に限定されず、公知の方法に準じて製造することができる。冷延材には、焼鈍や酸洗などが行われていてもよい。
【0053】
本発明の実施形態に係る水素接触部品は、オーステナイト系ステンレス鋼材を含む。
本発明の実施形態に係る水素接触部品において、オーステナイト系ステンレス鋼材は、適切な形状に加工されていてよく、溶接などが行われていてもよい。
また、本発明の実施形態に係る水素接触部品は、オーステナイト系ステンレス鋼材に加えて、オーステナイト系ステンレス鋼材以外の部材を含むことができる。
水素接触部品としては、特に限定されないが、タンクの本体、タンクの口金、ライナー部品、配管、バルブ、又は熱交換器の構成部品などの各種部品が挙げられる。
本発明の実施形態に係る水素接触部品において、オーステナイト系ステンレス鋼材は、適切な形状に加工されていてよく、溶接などが行われていてもよい。
また、本発明の実施形態に係る水素接触部品は、オーステナイト系ステンレス鋼材に加えて、オーステナイト系ステンレス鋼材以外の部材を含むことができる。
水素接触部品としては、特に限定されないが、タンクの本体、タンクの口金、ライナー部品、配管、バルブ、又は熱交換器の構成部品などの各種部品が挙げられる。
【実施例0054】
以下に、実施例を挙げて本発明の内容を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定して解釈されるものではない。
【0055】
表１に示す組成（残部はＦｅ及び不純物である）を有するステンレス鋼３０ｋｇを真空溶解で溶製し、厚さ３０ｍｍの板に鍛造した後、１２３０℃で２時間加熱し、厚さ４ｍｍに熱間圧延して熱延板を得た。次に、熱延板を焼鈍して酸洗することによって熱延焼鈍板を得た。次に、熱延焼鈍板を厚さ２．０ｍｍに冷間圧延して冷延板を得た。次に、冷延板を焼鈍して酸洗することによって冷延焼鈍板を得た。
【0056】
【表1】
【0057】
上記で得られた冷延焼鈍板に対して、表２に示す圧延率で調質圧延を行ってオーステナイト系ステンレス鋼板を得た。
上記で得られたオーステナイト系ステンレス鋼板に対して以下の評価を行った。
上記で得られたオーステナイト系ステンレス鋼板に対して以下の評価を行った。
【0058】
＜製造性の評価＞
製造性は、オーステナイト系ステンレス鋼板の製造段階において、熱延板の最大耳切れ長さの測定、及び熱延焼鈍板の表面における酸化スケールの観察を行うことによって評価した。熱延板の最大耳切れ長さは、熱延板の耳切れ長さを測定し、その最大値を最大耳切れ長さとした。また、熱延焼鈍板の表面における酸化スケールは、熱延焼鈍板の表面を厚さ方向に２０μｍ削った後に、その表面における黒色の酸化スケールの有無を評価した。この評価において、最大耳切れ長さが３ｍｍ以下であり且つ酸化スケールが観察されなかったものを合格（〇）とし、最大耳切れ長さが３ｍｍ超過及び／又は酸化スケールが観察されたものを不合格（×）とした。
製造性は、オーステナイト系ステンレス鋼板の製造段階において、熱延板の最大耳切れ長さの測定、及び熱延焼鈍板の表面における酸化スケールの観察を行うことによって評価した。熱延板の最大耳切れ長さは、熱延板の耳切れ長さを測定し、その最大値を最大耳切れ長さとした。また、熱延焼鈍板の表面における酸化スケールは、熱延焼鈍板の表面を厚さ方向に２０μｍ削った後に、その表面における黒色の酸化スケールの有無を評価した。この評価において、最大耳切れ長さが３ｍｍ以下であり且つ酸化スケールが観察されなかったものを合格（〇）とし、最大耳切れ長さが３ｍｍ超過及び／又は酸化スケールが観察されたものを不合格（×）とした。
【0059】
＜ビッカース硬さ（強度の評価）＞
オーステナイト系ステンレス鋼板から試験片を採取し、断面の樹脂埋め込み試料を作製した。この試料を用い、厚さ方向中央付近で荷重１ｋｇ（９．８Ｎ）とし、ＪＩＳ Ｚ ２２４４：２０２０に準拠してビッカース硬さ試験を行った。測定は試験数７で行い、最大値及び最小値を除く５つの試験結果の平均値をビッカース硬さの結果とした。この評価において、ビッカース硬さが２００～５００ＨＶであれば強度が良好であると判断できる。
オーステナイト系ステンレス鋼板から試験片を採取し、断面の樹脂埋め込み試料を作製した。この試料を用い、厚さ方向中央付近で荷重１ｋｇ（９．８Ｎ）とし、ＪＩＳ Ｚ ２２４４：２０２０に準拠してビッカース硬さ試験を行った。測定は試験数７で行い、最大値及び最小値を除く５つの試験結果の平均値をビッカース硬さの結果とした。この評価において、ビッカース硬さが２００～５００ＨＶであれば強度が良好であると判断できる。
【0060】
＜引張破断強さ及び引張破断伸びの耐水素脆化性評価値（耐水素脆化性の評価）＞
オーステナイト系ステンレス鋼板から平行部４ｍｍ幅×２０ｍｍ長さの引張試験片を採取した。この引張試験片を－４０℃、７０ＭＰａ水素中及び０．１ＭＰａ窒素中において、歪速度１０-5／ｓのＳＳＲＴ試験を行い、引張破断強さ及び引張破断伸びを測定した。測定された７０ＭＰａの水素中の引張破断強さ及び０．１ＭＰａの窒素中の引張破断強さを用い、上記の式（３）に基づいて引張破断強さの耐水素脆化性評価値（％）を算出した。また、測定された７０ＭＰａの水素中の引張破断伸び及び０．１ＭＰａの窒素中の引張破断伸びを用い、上記の式（４）に基づいて引張破断伸びの耐水素脆化性評価値（％）を算出した。この評価において、引張破断強さの耐水素脆化性評価値が９５．０％以上、引張破断伸びの耐水素脆化性評価値が８５．０％以上であれば、耐水素脆化性が良好であると判断できる。
また、上記のＳＳＲＴ試験で得られた０．１ＭＰａの窒素中の引張破断強さは、オーステナイト系ステンレス鋼板の強度の指標にもなる。０．１ＭＰａの窒素中の引張破断強さが７００ＭＰａ以上であれば強度が良好であると判断できる。
オーステナイト系ステンレス鋼板から平行部４ｍｍ幅×２０ｍｍ長さの引張試験片を採取した。この引張試験片を－４０℃、７０ＭＰａ水素中及び０．１ＭＰａ窒素中において、歪速度１０-5／ｓのＳＳＲＴ試験を行い、引張破断強さ及び引張破断伸びを測定した。測定された７０ＭＰａの水素中の引張破断強さ及び０．１ＭＰａの窒素中の引張破断強さを用い、上記の式（３）に基づいて引張破断強さの耐水素脆化性評価値（％）を算出した。また、測定された７０ＭＰａの水素中の引張破断伸び及び０．１ＭＰａの窒素中の引張破断伸びを用い、上記の式（４）に基づいて引張破断伸びの耐水素脆化性評価値（％）を算出した。この評価において、引張破断強さの耐水素脆化性評価値が９５．０％以上、引張破断伸びの耐水素脆化性評価値が８５．０％以上であれば、耐水素脆化性が良好であると判断できる。
また、上記のＳＳＲＴ試験で得られた０．１ＭＰａの窒素中の引張破断強さは、オーステナイト系ステンレス鋼板の強度の指標にもなる。０．１ＭＰａの窒素中の引張破断強さが７００ＭＰａ以上であれば強度が良好であると判断できる。
【0061】
＜孔食電位（耐食性の評価）＞
ＪＩＳ Ｇ０５７７：２０１４に準拠し、孔食電位を測定した。まず、オーステナイト系ステンレス鋼板の幅方向中央部から１５ｍｍ×２０ｍｍの試験片を切り出した後、＃６００の湿式研磨を行った。次に、この試験片の電極面（露出部分）が１０ｍｍ×１０ｍｍとなるように、電極面以外の部分をシリコーン樹脂で絶縁被覆して測定用試験片を得た。次に、Ａｒ脱気を十分に行った３．５％のＮａＣｌ溶液（温度３０℃）中に測定用試験片を浸漬し、自然電位から２０ｍＶ／分で動電位アノード分極を行い、孔食電位を測定した。孔食電位は、電流が１００μＡ／ｃｍ2流れたときの電位とした。この測定は試験数を５とし、それらの平均値を孔食電位の結果とした。この評価において、孔食電位が０．７０Ｖ ｖｓ．Ａｇ／ＡｇＣｌ以上であれば耐食性が良好であると判断できる。
ＪＩＳ Ｇ０５７７：２０１４に準拠し、孔食電位を測定した。まず、オーステナイト系ステンレス鋼板の幅方向中央部から１５ｍｍ×２０ｍｍの試験片を切り出した後、＃６００の湿式研磨を行った。次に、この試験片の電極面（露出部分）が１０ｍｍ×１０ｍｍとなるように、電極面以外の部分をシリコーン樹脂で絶縁被覆して測定用試験片を得た。次に、Ａｒ脱気を十分に行った３．５％のＮａＣｌ溶液（温度３０℃）中に測定用試験片を浸漬し、自然電位から２０ｍＶ／分で動電位アノード分極を行い、孔食電位を測定した。孔食電位は、電流が１００μＡ／ｃｍ2流れたときの電位とした。この測定は試験数を５とし、それらの平均値を孔食電位の結果とした。この評価において、孔食電位が０．７０Ｖ ｖｓ．Ａｇ／ＡｇＣｌ以上であれば耐食性が良好であると判断できる。
【0062】
上記の各評価結果を表２に示す。
【0063】
【表2】
【0064】
表２に示されるように、実施例１～７のオーステナイト系ステンレス鋼板は、所定の組成、Ｎｉ当量及びδｃａｌを満たしているため、製造性が良好であり、耐水素脆化性、耐食性及び強度が優れていた。
これに対して、比較例１のオーステナイト系ステンレス鋼板は、Ｎｉ当量及びδｃａｌが所定の範囲外であったため、製造性及び耐水素脆化性が十分でなかった。
比較例２のオーステナイト系ステンレス鋼板は、Ｎｉ当量が所定の範囲外であったため、耐水素脆化性が十分でなかった。
比較例３～５のオーステナイト系ステンレス鋼板は、δｃａｌが所定の範囲外であったため、製造性が十分でなかった。また、比較例５のオーステナイト系ステンレス鋼板は、Ｃｒの含有量が多すぎたため、耐水素脆化性も十分でなかった。
比較例６のオーステナイト系ステンレス鋼板は、Ｃｒ及びＮの含有量が少なすぎたため、耐食性が十分でなかった。
これに対して、比較例１のオーステナイト系ステンレス鋼板は、Ｎｉ当量及びδｃａｌが所定の範囲外であったため、製造性及び耐水素脆化性が十分でなかった。
比較例２のオーステナイト系ステンレス鋼板は、Ｎｉ当量が所定の範囲外であったため、耐水素脆化性が十分でなかった。
比較例３～５のオーステナイト系ステンレス鋼板は、δｃａｌが所定の範囲外であったため、製造性が十分でなかった。また、比較例５のオーステナイト系ステンレス鋼板は、Ｃｒの含有量が多すぎたため、耐水素脆化性も十分でなかった。
比較例６のオーステナイト系ステンレス鋼板は、Ｃｒ及びＮの含有量が少なすぎたため、耐食性が十分でなかった。
【0065】
以上の結果からわかるように、本発明によれば、耐水素脆化性、耐食性及び強度に優れるオーステナイト系ステンレス鋼材及びその製造方法、並びに水素接触部品を提供することができる。