特許 7271789 衝撃靭性及び熱間加工性に優れた高耐食オーステナイト系ステンレス鋼

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-04-28

(45)【発行日】2023-05-11

(54)【発明の名称】衝撃靭性及び熱間加工性に優れた高耐食オーステナイト系ステンレス鋼

(51)【国際特許分類】

   C22C 38/00 20060101AFI20230501BHJP

   C22C 38/44 20060101ALI20230501BHJP

   C21D 6/00 20060101ALN20230501BHJP

【ＦＩ】

C22C38/00 302Z

C22C38/44

C21D6/00 102A

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2022514735

(86)(22)【出願日】2020-07-07

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-11-08

(86)【国際出願番号】 KR2020008864

(87)【国際公開番号】W WO2021045371

(87)【国際公開日】2021-03-11

【審査請求日】2022-03-04

(31)【優先権主張番号】10-2019-0109377

(32)【優先日】2019-09-04

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】592000691

【氏名又は名称】ポスコホールディングス インコーポレーティッド

(74)【代理人】

【識別番号】110000051

【氏名又は名称】弁理士法人共生国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】キム，ジスウ

(72)【発明者】

【氏名】ジョ，ギュジン

(72)【発明者】

【氏名】イ，マンジェ

【審査官】河野 一夫

(56)【参考文献】

【文献】特開昭６４－０４７８１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０１－１５４８４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１３３１４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／０７６２５４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００４－１５６１２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０１６１３８３４（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２２Ｃ ３８／００

Ｃ２２Ｃ ３８／４４

Ｃ２１Ｄ ６／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

重量％で、Ｃ：０．０３％以下（０を除く）、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：１．０％以下、Ｃｒ：１８～２４％、Ｎｉ：１６～２４％、Ｍｏ：５．０～７．０％、Ｃｕ：０．１～２．０％、Ｗ：１．０％以下、Ｎ：０．１８～０．３％、Ａｌ：０．０２～０．１％、Ｏ：０．０１％以下、Ｃａ：０．００２～０．０１％、Ｓ：０．００１％未満、残りのＦｅ及び不可避な不純物からなり、Ｏ／Ａｌ：０．０１～０．１２、Ｓ／Ｃａ：０．０１～０．４を満たすことを特徴とする衝撃靭性及び熱間加工性に優れた高耐食オーステナイト系ステンレス鋼。

【請求項2】

下記式（１）で表される衝撃靭性（ＣＮＶ_ＴＨ）値が８０以上であることを特徴とする請求項１に記載の衝撃靭性及び熱間加工性に優れた高耐食オーステナイト系ステンレス鋼。
（１）ＣＮＶ_ＴＨ＝３３６－１４３２×Ｃ－２２．１×Ｓｉ＋６４．１×Ｍｎ＋８．５×Ｃｒ＋０．１１×Ｎｉ－１０．１×Ｍｏ－３．３×Ｃｕ＋２２．１×Ｗ－３９２×Ｎ－２９３×（Ｔ_σ／Ｔ）
（前記式（１）において、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｗ、Ｎは、各合金元素の重量％を意味し、Ｔ_σは、熱力学的にシグマ（σ）相が完全に分解する温度を意味し、Ｔは、実際の溶体化熱処理温度を意味する）。

【請求項3】

下記式（２）で表されるＰＲＥＷ－Ｍｎ値が４０以上５０以下であることを特徴とする請求項１に記載の衝撃靭性及び熱間加工性に優れた高耐食オーステナイト系ステンレス鋼。
（２）ＰＲＥＷ－Ｍｎ＝Ｃｒ＋３．３×（Ｍｏ＋０．５×Ｗ）＋１６×Ｎ－０．５×Ｍｎ
（前記式（２）において、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎ、Ｍｎは、各合金元素の重量％を意味する）。

【請求項4】

表面から厚さ１／４～３／４深さまでの領域で５０倍の倍率で２６ｍｍ^２の面積で測定されるσ相の面積率が１．０％以下であることを特徴とする請求項１に記載の衝撃靭性及び熱間加工性に優れた高耐食オーステナイト系ステンレス鋼。

【請求項5】

臨界孔食温度が８０℃以上であることを特徴とする請求項１に記載の衝撃靭性及び熱間加工性に優れた高耐食オーステナイト系ステンレス鋼。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、衝撃靭性及び熱間加工性に優れた高耐食オーステナイト系ステンレス鋼に関する。本発明によるオーステナイト系ステンレス鋼は、脱硫設備、熱交換器、淡水設備、食・飲料設備などの産業設備用素材に適用される。

【背景技術】

【0002】

オーステナイト系ステンレス鋼は、耐食性に優れており、加工性及び溶接性に優れているため、広範囲に使用されている。１８Ｃｒ－８Ｎｉの成分に代表されるＳＴＳ３０４系ステンレス鋼にＭｏを２％添加して耐食性が向上したＳＴＳ３１６系ステンレス鋼がキッチン、家電、産業設備などの多様な分野に適用されている。

【0003】

オーステナイト系ステンレス鋼の耐食性は、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎなどの元素を添加することにより確保できる。しかし、添加されるＣｒ、Ｍｏ、Ｎなどの元素の含量が高くなると、σ相などの金属間化合物が基地組織内に析出することになり、耐食性及び衝撃靭性を低下させ、熱間加工性も著しく低下させるという問題点がある。

【0004】

このような問題点を解決するため、特許文献１及び２は、タングステン（Ｗ）をＭｏの代わりに添加してσ相の形成を抑制する技術について開示している。しかし、高合金オーステナイト系ステンレス鋼は、一般に規格範囲内の成分を有するべきであるため、Ｍｏの代わりにＷを添加することは好ましくない。また、多量のＷを含有する場合、カイ（χ）相などのさらに他の金属間化合物を析出させるおそれがある。

【0005】

特許文献３は、下記式で表されるシグマ（σ）当量（ＳＧＲ）の値が１８以下になるように成分を調節してσ相を制御している。しかし、特許文献３は、σ相の制御に影響を与える合金元素としてＣｒ、Ｍｏ、Ｎ、ＭｎＣｕのみを制限的に考慮し、σ相などの金属間化合物が依然として基地組織内に析出する問題がある。

【0006】

ＳＧＲ＝Ｃｒ＋２Ｍｏ－４０Ｎ＋０．５Ｍｎ－２Ｃｕ

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】韓国公開特許第１０－２００１－００３８１９９号公報（公開日付：２００１年０４月０６日）

【文献】韓国公開特許第１０－１９９９－０００５９６２号公報（公開日付：２０００年０９月１５日）

【文献】米国特許出願公開第２０１５－００５０１８０号明細書（公開日付：２０１５年０２月１９日）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

上述の問題点を解決するため、本発明の目的は、耐食性と衝撃靭性に優れており、また、熱間加工性に優れた高耐食オーステナイト系ステンレス鋼を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上述の目的を達成するための手段として、本発明の一例による衝撃靭性及び熱間加工性に優れた高耐食オーステナイト系ステンレス鋼は、重量％で、Ｃ：０．０３％以下（０を除く）、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：１．０％以下、Ｃｒ：１８～２４％、Ｎｉ：１６～２４％、Ｍｏ：５．０～７．０％、Ｃｕ：０．１～２．０％、Ｗ：１．０％以下、Ｎ：０．１８～０．３％、Ａｌ：０．０２～０．１％、Ｏ：０．０１％以下、Ｃａ：０．００２～０．０１％、Ｓ：０．００１％未満、残りのＦｅ及び不可避な不純物からなり、Ｏ／Ａｌ：０．０１～０．１２、Ｓ／Ｃａ：０．０１～０．４を満たすことを特徴とする。

【0010】

本発明の各衝撃靭性及び熱間加工性に優れた高耐食オーステナイト系ステンレス鋼において、下記式（１）で表される衝撃靭性（ＣＮＶ_ＴＨ）値が８０以上であってもよい。
（１）ＣＮＶ_ＴＨ＝３３６－１４３２×Ｃ－２２．１×Ｓｉ＋６４．１×Ｍｎ＋８．５×Ｃｒ＋０．１１×Ｎｉ－１０．１×Ｍｏ－３．３×Ｃｕ＋２２．１×Ｗ－３９２×Ｎ－２９３×（Ｔ_σ／Ｔ）
前記式（１）において、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｗ、Ｎは、各合金元素の重量％を意味し、Ｔ_σは、熱力学的にシグマ（σ）相が完全に分解される温度を意味し、Ｔは、実際の溶体化熱処理温度を意味する。

【0011】

本発明の各衝撃靭性及び熱間加工性に優れた高耐食オーステナイト系ステンレス鋼において、下記式（２）で表されるＰＲＥＷ－Ｍｎ値が４０以上５０以下であってもよい。
（２）ＰＲＥＷ－Ｍｎ＝Ｃｒ＋３．３×（Ｍｏ＋０．５×Ｗ）＋１６×Ｎ－０．５×Ｍｎ
前記式（２）において、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎ、Ｍｎは、各合金元素の重量％を意味する。

【0012】

本発明の各衝撃靭性及び熱間加工性に優れた高耐食オーステナイト系ステンレス鋼において、表面から厚さ１／４～３／４深さまでの領域で５０倍の倍率で２６ｍｍ^２の面積で測定されるσ相の面積率が１．０％以下であってもよい。

【0013】

本発明の各衝撃靭性及び熱間加工性に優れた高耐食オーステナイト系ステンレス鋼において、臨界孔食温度が８０℃以上であってもよい。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、脱硫設備、熱交換器、淡水設備、食・飲料設備などの産業設備用素材に適用可能な耐食性と衝撃靭性に優れており、また、熱間加工性に優れた高耐食オーステナイト系ステンレス鋼を提供できる。

【0015】

本発明が限定する合金成分内でＰＲＥＷ－Ｍｎ値が４０以上５０以下になるように制御し、金属間化合物の形成を抑制して高耐食性を確保し、衝撃靭性（ＣＮＶ_ＴＨ）値が８０以上になるように合金成分及び熱処理条件を制御して優れた衝撃靭性を確保し、Ｏ／Ａｌ：０．０１～０．１２、Ｓ／Ｃａ：０．０１～０．４を満たすように微量元素を制御して優れた熱間加工性を確保できる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】各実施例のＰＲＥＷ－Ｍｎの変化による臨界孔食温度（ＣＰＴ）を示すグラフである。

【図2】各実施例のＳ／Ｃａ、Ｏ／Ａｌ値を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0017】

本発明の一例による衝撃靭性及び熱間加工性に優れた高耐食オーステナイト系ステンレス鋼は、重量％で、Ｃ：０．０３％以下（０を除く）、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：１．０％以下、Ｃｒ：１８～２４％、Ｎｉ：１６～２４％、Ｍｏ：５．０～７．０％、Ｃｕ：０．１～２．０％、Ｗ：１．０％以下、Ｎ：０．１８～０．３％、Ａｌ：０．０２～０．１％、Ｏ：０．０１％以下、Ｃａ：０．００２～０．０１％、Ｓ：０．００１％未満、残りのＦｅ及び不可避な不純物からなり、Ｏ／Ａｌ：０．０１～０．１２、Ｓ／Ｃａ：０．０１～０．４を満たす。

【0018】

以下、本発明の好ましい実施形態を説明する。しかし、本発明の実施形態は、様々な他の形態に変形されてもよく、本発明の技術思想が以下に説明する実施形態に限定されるものではない。また、本発明の実施形態は、当技術分野において平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。

【0019】

本出願で使用される用語は、単に特定の例示を説明するために使用されるものである。したがって、例えば、単数の表現は、文脈上明らかに単数でなければならないものではない限り、複数の表現を含む。さらに、本出願で使用される「含む」または「備える」などの用語は、明細書上に記載された特徴、段階、機能、構成要素、またはそれらを組み合わせたものが存在することを明確に指すために使用されるものであり、他の特徴や段階、機能、構成要素またはこれらを組み合わせたものの存在を予備的に排除するために使用されるものではないことに留意しなければならない。

【0020】

一方、特段の定義がない限り、本明細書で使用されるすべての用語は、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者によって一般に理解されるものと同じ意味を有するものとみなすべきである。したがって、本明細書において明確に定義しない限り、特定の用語が過度に理想的かつ形式的な意味に解釈されるべきではない。例えば、本明細書における単数の表現は、文脈上、明らかに例外がない限り、複数の表現を含む。

【0021】

また、本明細書において「約」、「実質的に」などは、言及した意味に固有の製造及び物質の許容誤差が提示されるとき、その数値、またはその数値に近い意味で使用され、本発明の理解を助けるために、正確かつ絶対的な数値が言及された開示内容を不当に利用することを防止するために使用される。

【0022】

本発明の一例による衝撃靭性及び熱間加工性に優れた高耐食オーステナイト系ステンレス鋼は、重量％で、Ｃ：０．０３％以下、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：１．０％以下、Ｃｒ：１８～２４％、Ｎｉ：１６～２４％、Ｍｏ：５～７％、Ｃｕ：０．１～ ２．０％、Ｗ：１．０％以下、Ｎ：０．１８～０．３％、Ａｌ：０．０２～０．１％、Ｏ：０．０１％以下、Ｃａ：０．００２～０．０１％、Ｓ：０．００１％未満、残りのＦｅ及び不可避な不純物を含んでもよい。

【0023】

以下、前記合金組成に対して限定した理由について具体的に説明する。下記の成分組成は、特に記載のない限り、全て重量％を意味する。

【0024】

炭素（Ｃ）：０．０３重量％以下（０を除く）
Ｃは、強力なオーステナイト相安定化元素であり、固溶強化で強度を増加させる。しかし、Ｃ含量が高すぎると、オーステナイト相境界で耐食性に有効なＣｒなどの炭化物形成元素と容易に結合して炭化物を形成し、形成された炭化物は、結晶粒界の周囲のＣｒ含量を下げて耐食性を低下させる。これによって、Ｃ含量の上限を０．０３重量％以下に制限することが好ましい。

【0025】

シリコン（Ｓｉ）：１．０重量％以下
Ｓｉは、フェライト相安定化元素であり、耐食性を向上させ、脱酸剤としての役割を果たす元素である。しかし、Ｓｉ含量が高すぎると、σ相などの金属間化合物析出を助長して衝撃靭性に関連した機械的特性及び耐食性を低下させ、熱間圧延時にクラックを誘発させうる。これによって、Ｓｉ含量の上限を１．０重量％以下に制限することが好ましい。

【0026】

マンガン（Ｍｎ）：１．０重量％以下
Ｍｎは、オーステナイト相安定化元素であり、Ｎ固溶度を向上させる。しかし、Ｍｎ含量が高すぎると、ＭｎＳなどの介在物を形成して耐食性を低下させうる。これによって、Ｍｎ含量の上限を１．０重量％以下に制限することが好ましい。

【0027】

クロム（Ｃｒ）：１８～２４重量％
Ｃｒは、代表的なステンレス鋼の耐食性向上元素であり、本発明では、ＰＲＥＷ－Ｍｎ値が４０以上になる高耐食性を確保するためには、Ｃｒは、１８重量％以上添加されてもよい。しかし、Ｃｒは、フェライト相安定化元素として、Ｃｒ含量が高すぎると、フェライト分率が増加して熱間加工性を低下させ、σ相の形成が助長されて機械的物性及び耐食性を低下させうる。これを考慮して、Ｃｒ含量の上限を２４重量％以下に制限することが好ましい。

【0028】

ニッケル（Ｎｉ）：１６～２４重量％
Ｎｉは、最も強力なオーステナイト相安定化元素であり、オーステナイト相を維持するため、Ｎｉは、１６重量％以上添加されてもよい。しかし、Ｎｉ含量が増加すると、原料価格が上昇するため、Ｎｉ含量の上限を２４重量％以下に制限することが好ましい。

【0029】

モリブデン（Ｍｏ）：５．０～７．０重量％
Ｍｏは、フェライト相安定化元素であり、耐食性を向上させる。本発明においてＰＲＥＷ－Ｍｎの値が４０以上になる高耐食性を確保するため、Ｍｏは、５．０重量％以上添加されてもよい。Ｍｏは、焼鈍状態では機械的性質及び耐食性の側面で有用な元素であるが、時効熱処理、熱間圧延又は溶接などの工程中にσ相を生成させる代表的な元素である。これによって、Ｍｏ含量が高すぎると、σ相の形成が助長されて機械的物性及び耐食性を低下させうるため、Ｍｏ含量の上限を７．０重量％以下に制限することが好ましい。

【0030】

銅（Ｃｕ）：０．１～２．０重量％
Ｃｕは、オーステナイト相安定化元素であり、冷間変形時にマルテンサイト相への相変態を抑制させ、硫酸雰囲気における耐食性を向上させる。このため、Ｃｕは、０．１重量％以上添加されてもよい。しかし、Ｃｕ含量が高すぎると、塩素雰囲気で孔食抵抗性を減少させ、熱間加工性を低下させる。これによって、Ｃｕ含量の上限を２．０重量％以下に制限することが好ましい。

【0031】

タングステン（Ｗ）：１．０重量％以下
Ｗは、フェライト相安定化元素であり、耐食性を向上させる。また、Ｗは、原子半径が大きいため、高温でＣｒ及びＭｏの拡散を妨げ、σ相の形成を抑制するのに効果的な元素として知られている。しかし、高合金オーステナイト系ステンレス鋼は、規格範囲内の成分を有することが好ましく、Ｗは、多量添加時にカイ（χ）相などの金属間化合物の析出を助長して耐食性及び衝撃靭性を低下させ、熱間加工性を阻害するおそれがある。これによって、Ｗ含量の上限を１．０重量％以下に制限することが好ましい。

【0032】

窒素（Ｎ）：０．１８～０．３重量％
Ｎは、オーステナイト相安定化元素であり、塩素雰囲気における耐食性を向上させる。したがって、耐食性向上の目的でＮは、０．１８重量％以上添加されてもよい。しかし、Ｎ含量が高すぎると、熱間加工性を低下させるため、Ｎ含量の上限を０．３重量％以下に制限することが好ましい。

【0033】

アルミニウム（Ａｌ）：０．０２～０．１重量％
Ａｌは、強力な脱酸剤として作用する元素であり、酸素と結合してスラグを形成することにより溶鋼中の酸素を除去して鋼の熱間加工性を向上させることができる。これを考慮して、Ａｌは、０．０２重量％以上添加されてもよい。しかし、Ａｌ含量が高すぎると、非金属介在物を形成して鋼の清浄度（ｃｌｅａｎｌｉｎｅｓｓ）を低下させ、ＡｌＮの形成による衝撃靭性の低下のような材質の劣化を誘発する。そのため、Ａｌ含量の上限を０．１重量％以下に制限することが好ましい。

【0034】

酸素（Ｏ）：０．０１重量％以下
Ｏは、結晶粒界に偏析して鋼の熱間加工性を低下させる元素である。これによって、Ｏ含量は、できるだけ下げることが好ましく、Ｏ含量の上限を０．０１重量％以下に制御する。より優れた熱間加工性を確保するため、Ｏ含量は、さらに好ましくは、０．００３５重量％以下に制御されてもよい。

【0035】

カルシウム（Ｃａ）：０．００２～０．０１重量％
Ｃａは、脱酸剤として作用する元素であり、溶鋼中にＳと結合して安定したＣａＳ化合物を形成することにより結晶粒系にＳが偏析する傾向を抑制して鋼の熱間加工性を向上させることができる。これを考慮して、Ｃａは、０．００２重量％以上添加されてもよい。しかし、Ｃａ含量が高すぎると、非金属介在物を形成して鋼の清浄度を低下させるおそれがある。これによって、Ｃａ含量の上限を０．０１重量％以下に制限することが好ましい。鋼の清浄度を高めるため、より好ましくは、Ｃａ含量の上限を０．００４５重量％以下に制限してもよい。

【0036】

黄（Ｓ）：０．００１重量％未満
Ｓは、結晶粒界に偏析して鋼の熱間加工性を低下させる元素である。これによって、Ｓ含量の上限を０．００１重量％未満に制御することが好ましい。

【0037】

本発明の残りの成分は、鉄（Ｆｅ）である。ただし、通常の製造過程では、原料または周囲環境から意図しない不純物が不可避的に混入することがあるので、これを排除することはできない。前記不純物は、通常の製造過程の技術者であれば誰でも知ることができるため、その全ての内容を特に本明細書で言及していない。

【0038】

本発明によるオーステナイト系ステンレス鋼は、耐食性に優れており、脱硫設備、熱交換器、淡水設備、食・飲料設備などの産業設備用素材として適用可能である。以下、本発明において鋼の耐食性を確保するための技術的手段を詳細に説明する。

【0039】

一般にオーステナイト系ステンレス鋼の耐食性は、耐孔食指数（Ｐｉｔｔｉｎｇ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ Ｎｕｍｂｅｒ、ＰＲＥＮ）によって間接的に表現される。耐孔食指数（ＰＲＥＮ）は、耐食性に影響を与える元素であるＣｒ、Ｍｏ、Ｎ成分の含量を用いて下記式のように表される。下記式において、各合金元素は、当該元素の重量％を意味する。

【0040】

ＰＲＥＮ＝Ｃｒ＋３．３×Ｍｏ＋１６×Ｎ

【0041】

しかし、Ｗもオーステナイト系ステンレス鋼の耐食性を向上させる元素であり、Ｍｎは、水溶性介在物を形成して耐食性に悪影響を及ぼす元素であるため、前記ＰＲＥＮ式で耐食性を表現するには限界が存在する。これによって、本発明では、前記Ｗ及びＭｎの影響をすべて考慮して、前記ＰＲＥＮ式を下記式で表されるＰＲＥＷ－Ｍｎのように修正する。下記式において、各合金元素は、当該元素の重量％を意味する。

【0042】

ＰＲＥＷ－Ｍｎ＝Ｃｒ＋３．３×（Ｍｏ＋０．５×Ｗ）＋１６×Ｎ－０．５×Ｍｎ

【0043】

海水のような多量の塩分が含まれる環境または酸性物質が含まれる極度の腐食環境で鋼の十分な耐食性を確保するためには、前記ＰＲＥＷ－Ｍｎの値は、４０以上５０以下であってもよい。ＰＲＥＷ－Ｍｎ値が４０未満の場合、十分な耐食性を確保できないため、腐食環境で長時間耐えられず、５０を超える場合、多量のＣｒ、Ｍｏ、Ｗ含量による金属間化合物であるσ相などが基地組織内に析出され、むしろ耐食性が低下するおそれがある。ＰＲＥＷ－Ｍｎ値を４０以上５０以下に制御した結果、本発明の一例によるオーステナイト系ステンレス鋼の臨界孔食温度は、８０℃以上であってもよい。

【0044】

また、本発明によるオーステナイト系ステンレス鋼は、衝撃靭性に優れている。以下、本発明において鋼の衝撃靭性を確保するための技術的手段について、詳細に説明する。

【0045】

鋼の衝撃靭性は、金属間化合物によって決定されてもよい。金属間化合物は、主にＣｒ、Ｍｏなどを含むσ相であり、σ相は、基地組織内に析出することになり、耐食性、衝撃靭性及び熱間加工性を低下させる。Ｃｒ、Ｍｏなどの合金成分含量が高いほどσ相の形成が助長されることになるので、σ相の形成を抑制できるように適切な合金成分の制御が必要である。

【0046】

また、鋼は、高温で溶体化熱処理する場合、σ相のＣｒ、Ｍｏなどの元素が基地組織に拡散しながら、σ相が分解する。通常、３１６系Ｍｏ添加高耐食オーステナイト系ステンレス鋼の溶体化熱処理温度は、１，１００℃以上であるため、これを考慮してσ相を分解するために本発明における溶体化熱処理温度は、１，１００℃以上であってもよい。しかし、過度の高温、長時間の溶体化熱処理は、熱処理設備に影響を与えるため、溶体化熱処理温度は、１，２００℃以下に制限される。

【0047】

σ相の形成及び分解は、合金成分及び溶体化熱処理温度の影響を受けるので、衝撃靭性を低下させるσ相を抑制するためには、溶体化熱処理条件及び合金成分の制御が適切に伴わなければならない。本発明では、合金成分及び溶体化熱処理温度の関数である下記式で表される衝撃靭性（ＣＮＶ_ＴＨ）の値を８０以上になるようにして衝撃靭性を確保する。ＣＮＶ_ＴＨ値は、本発明による衝撃靭性の理論値に該当する。下記ＣＮＶ_ＴＨにおいて、Ｔ_σは、熱力学的にシグマ（σ）相が完全に分解される温度であり、Ｔは、実際の溶体化熱処理温度である。下記式ＣＮＶ_ＴＨにおいて、各合金元素は、当該元素の重量％を意味し、Ｔは、１，１００～１，２００℃の間の値を有する。

【0048】

ＣＮＶ_ＴＨ＝３３６－１４３２×Ｃ－２２．１×Ｓｉ＋６４．１×Ｍｎ＋８．５×Ｃｒ＋０．１１×Ｎｉ－１０．１×Ｍｏ－３．３×Ｃｕ＋２２．１×Ｗ－３９２×Ｎ－２９３×（Ｔ_σ／Ｔ）

【0049】

本発明によれば、式ＣＮＶ_ＴＨの値を８０以上になるように制御した結果、σ相を抑制できる。例えば、本発明によるオーステナイト系ステンレス鋼は、試料表面から厚さ１／４～３／４深さまでの領域で５０倍の倍率で２６ｍｍ^２の面積で測定されるσ相面積率が１．０％以下であってもよい。

【0050】

また、本発明によるオーステナイト系ステンレス鋼は、熱間加工性に優れている。以下、本発明において鋼の熱間加工性を確保するための技術的手段について、詳細に説明する。

【0051】

オーステナイト系ステンレス鋼の耐食性の確保のためには、必然的に多量のＣｒ、Ｍｏ、Ｎなどの合金元素が添加されなければならない。Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎなどの元素の含量が高くなると、結晶粒界に偏析する不純物により熱間加工時の粒界が脆化して熱間加工性が低下する。したがって、耐食性を確保するとともに熱間加工性の確保のためには、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎなどの合金元素を添加するとともに結晶粒界に偏析する不純物を最小化し、熱間加工時の粒界が脆化しないようにすることが重要である。

【0052】

オーステナイト系ステンレス鋼の結晶粒界に偏析する不純物は、代表的に酸素（Ｏ）と硫黄（Ｓ）がある。本発明では、微量元素を制御して結晶粒界に偏析する酸素、硫黄などの不純物を最小化し、優れた熱間加工性を確保する。

【0053】

鋼中の酸素の含量を下げるためには、脱酸工程が重要であり、主な脱酸剤としてＡｌが用いられてもよい。Ａｌは、酸素と結合してスラグを形成することにより、溶鋼中の酸素を除去して鋼の熱間加工性を向上させることができる。しかし、Ａｌ含量が高すぎると、非金属介在物を形成して鋼の清浄度を低下させ、ＡｌＮの形成により鋼の衝撃靭性が低下するおそれがある。これを考慮して本発明では、Ａｌ添加による酸素含量の変化をＯ／Ａｌで指数化し、Ｏ／Ａｌの値を０．０１以上０．１２以下に制御する。

【0054】

また、本発明では、鋼中の硫黄の含量を下げるため、溶鋼中の硫黄と結合して安定したＣａＳ化合物を形成するＣａを添加する。Ｃａは、ＣａＳ化合物を形成して結晶粒界に硫黄が偏析する傾向を抑制し、鋼の熱間加工性を向上させることができる。しかし、Ｃａ含量が高すぎると、非金属介在物を形成して鋼の清浄度を低下させるおそれがある。これを考慮して本発明では、Ｃａ添加による硫黄含量の変化をＳ／Ｃａで指数化し、Ｓ／Ｃａの値を０．０１以上０．４以下に制御してもよい。

【0055】

本発明は、Ｏ／Ａｌ：０．０１～０．１２、Ｓ／Ｃａ：０．０１～０．４を満たすように制御し、熱間加工時に鋼の表面やエッジ（ｅｄｇｅ）部にクラックが発生しないようにする。

【0056】

本発明によれば、ＰＲＥＷ－Ｍｎ値が４０以上５０以下になるように制御して高耐食性を確保し、衝撃靭性（ＣＮＶ_ＴＨ）値が８０以上になるように合金成分及び熱処理条件を制御して優れた衝撃靭性を確保し、Ｏ／Ａｌ：０．０１～０．１２、Ｓ／Ｃａ：０．０１～０．４を満たすように微量元素を制御して優れた熱間加工性を確保する。

【0057】

以下、実施例を通じて本発明をより具体的に説明する。ただし、下記の実施例は、本発明を例示してより詳細に説明するためのものであり、本発明の権利範囲を限定するためのものではないことに留意する必要がある。本発明の権利範囲は、特許請求の範囲に記載された事項とこれから合理的に類推される事項によって決定されるものであるからである。

【0058】

［実施例］
下記表１に記載の化学組成を有する鋼を真空誘導溶解炉で溶解した後、熱間圧延を行った後、溶体化熱処理を１，１００～１，２００℃区間で行い、厚さ５ｍｍの熱間圧延板材を製造した。

【0059】

【表1】

【0060】

表２には、各実施例の成分によるＰＲＥＷ－Ｍｎ値と臨界孔食温度（ＣＰＴ）、Ｔ_σ、Ｔ、Ｏ／Ａｌ、Ｓ／Ｃａ、表面クラック、σ相面積率、衝撃靭性（ＣＮＶ_ＴＨ、ＣＮＶ_ＥＸ）値をそれぞれ示した。

【0061】

表２のＰＲＥＷ－Ｍｎ値は、以下の式に表１の各合金元素の含量（重量％）を代入して導出したものである。

【0062】

ＰＲＥＷ－Ｍｎ＝Ｃｒ＋３．３×（Ｍｏ＋０．５×Ｗ）＋１６×Ｎ－０．５×Ｍｎ

【0063】

表２の臨界孔食温度（ＣＰＴ）は、ＡＳＴＭ Ｇ１５０法による表面部ＣＰＴを測定し、温度が高いほど耐食性に優れていることを意味する。オーステナイト系ステンレス鋼の中で耐食性に最も優れたスーパーオーステナイト系ステンレス鋼について、前記方法で臨界孔食温度を測定してみると、８０℃以上の値が得られることに基づいて、本発明では、臨界孔食温度が８０℃以上であれば、十分な耐食性を確保したものと判断した。

【0064】

表２のＴ_σは、熱力学的にシグマ（σ）相が完全に分解される温度であり、Ｔは、各実施例の実際の溶体化熱処理温度である。

【0065】

表２のＯ／Ａｌ、Ｓ／Ｃａは、表１の各合金元素の含量（重量％）を代入して導出したものである。

【0066】

表２の表面クラックは、長さ５ｍｍ以上のクラックが１５０ｍｍ×２５０ｍｍ面積の表面に５個未満の頻度で観察される場合には「Ｇｏｏｄ」、５個以上の頻度で観察される場合には「Ｂａｄ」で示した。

【0067】

表２のσ相面積率は、最終焼鈍熱処理後の鋼の断面を１μｍサイズのダイヤモンドペーストで鏡面研磨を行った後、ＮａＯＨ溶液でエッチングしてσ相と基地組織が区分されるように試片を準備した後、前記のように準備された試片を表面から厚さ１／４～３／４深さまでの領域で５０倍の倍率で２６ｍｍ^２の面積で１０個の視野を連続的に測定して計算した。

【0068】

表２のＣＮＶ_ＴＨ値は、本発明による衝撃靭性の理論値であり、下記式に各合金成分の重量％数値及びＴ_σ、Ｔ値を代入してＣＮＶ_ＴＨ値を導出した。導出されたＣＮＶ_ＴＨ値は、有効数字２桁まで示した。

【0069】

ＣＮＶ_ＴＨ＝３３６－１４３２×Ｃ－２２．１×Ｓｉ＋６４．１×Ｍｎ＋８．５×Ｃｒ＋０．１１×Ｎｉ－１０．１×Ｍｏ－３．３×Ｃｕ＋２２．１×Ｗ－３９２×Ｎ－２９３×（Ｔ_σ／Ｔ）

【0070】

表２のＣＮＶ_ＥＸ値は、シャルピーノッチ衝撃靭性結果の実験値であり、試片の厚さが４ｍｍとなるように加工した後、常温２５℃でノッチ衝撃靭性を測定した。

【0071】

表２のＣＮＶ_ＴＨ値とＣＮＶ_ＥＸ値とを比較すると、衝撃靭性の実験値と理論値が偏差なしにほぼ類似しており、本発明で提案したＣＮＶ_ＴＨの式で実際の衝撃靭性の値を大きな誤差なしに正確に導出できることが分かる。

【0072】

【表2】

【0073】

以下、表１及び表２を参照し、各発明例及び比較例を比較評価する。

【0074】

発明例１～８は、本発明が限定する合金成分の範囲を満たした。また、発明例１～８は、ＰＲＥＷ－Ｍｎ値が４０以上５０以下となり、臨界孔食温度が８０℃を超えて高耐食性を確保できた。発明例１～８は、σ面積率が１．０％以下、ＣＮＶ_ＴＨ値が８０以上となるように合金成分及び熱処理条件を制御し、衝撃靭性（ＣＮＶ_ＥＸ）値が８０Ｊ以上の優れた衝撃靭性を確保できた。発明例１～８は、Ｏ／Ａｌ：０．０１～０．１２、Ｓ／Ｃａ：０．０１～０．４を満たすように微量元素を制御し、熱間加工時に表面クラックが発生しない優れた熱間加工性を確保できた。

【0075】

一方、比較例１、２は、Ｓｉ含量が本発明で限定するＳｉ含量の上限である１．０重量％を超えた。その結果、σ相などの金属間化合物の析出が助長され、σ面積率が１．０％を超え、衝撃靭性値が約３２Ｊで発明例に対して劣っていた。

【0076】

比較例３は、Ｃｒ、Ｍｏ含量が本発明で限定するＣｒ、Ｍｏ含量の下限に達せず、ＰＲＥＷ－Ｍｎ値が４０未満であり、臨界孔食温度が８０℃に達しなかったため、十分な耐食性を確保できなかった。

【0077】

比較例４は、Ｃｒ、Ｍｏ含量が本発明で限定するＣｒ、Ｍｏ含量の上限を超え、ＰＲＥＷ－Ｍｎ値が５０を超えて過剰なＣｒ、Ｍｏ含量による金属間化合物であるσ相などが基地組織内に析出し、むしろ耐食性が低下した。表２を参照すると、σ面積率が１．０％を超え、その結果、耐食性が低下し、衝撃靭性値が３５Ｊで発明例に対して劣っていた。

【0078】

比較例５、６は、Ａｌ、Ｃａ含量が本発明で限定するＡｌ、Ｃａ含量の下限に達せず、酸素と硫黄の含量が相対的に高く、本発明で限定するＯ／Ａｌ、Ｓ／Ｃａ値の上限を超え、その結果、熱間加工時に表面クラックが発生し、熱間加工性が発明例に対して劣っていた。

【0079】

比較例７において、Ａｌ、Ｃａ含量は、本発明で限定するＡｌ、Ｃａ含量の範囲内である。しかし、比較例７は、本発明で規定するＯ／Ａｌ、Ｓ／Ｃａ値の上限を超え、その結果、熱間加工時に表面クラックが発生し、熱間加工性が発明例に対して劣っていた。

【0080】

また、前記結果は、本発明の図１及び図２から可視的に確認できる。図１は、各実施例のＰＲＥＷ－Ｍｎの変化による臨界孔食温度（ＣＰＴ）を示すグラフである。図２は、各実施例のＳ／Ｃａ、Ｏ／Ａｌ値を示すグラフである。各図面において網掛けされた領域領域は、本発明が目的とする範囲領域に該当する。

【0081】

図１を参照すると、ＰＲＥＷ－Ｍｎ値が本発明の目的とする４０以上５０以下に該当しない場合、臨界孔食温度（ＣＰＴ）が８０℃に達しない場合、又は臨界孔食温度（ＣＰＴ）が１００℃を超える場合（比較例４）でも過剰なＣｒ、Ｍｏ含量による金属間化合物であるσ相などが基地組織内に析出し、むしろ耐食性が低下した。

【0082】

図２を参照すると、Ｓ／Ｃａ、Ｏ／Ａｌ値が本発明が目的とする範囲から外れた場合（比較例５、６、７）は、熱間加工時に表面クラックが発生したことが確認できる。特に、比較例７の場合、本発明が限定するＡｌ、Ｃａ含量範囲内であるか、または図２に示されるように、比較例７のＯ／Ａｌ、Ｓ／Ｃａ値が本発明以外の範囲で、熱間加工時に表面クラックが発生した。

【0083】

上述の実施例の結果から、本発明が限定する合金成分内でＰＲＥＷ－Ｍｎ値が４０以上５０以下になるように制御して高耐食性を確保し、衝撃靭性（ＣＮＶ_ＴＨ）値が８０以上になるように合金成分及び熱処理条件を制御して優れた衝撃靭性を確保し、Ｏ／Ａｌ：０．０１～０．１２、Ｓ／Ｃａ：０．０１～０．４を満たすように微量元素を制御し、優れた熱間加工性を確保したことが分かる。

【0084】

以上、本発明の例示的な実施例を説明したが、本発明はこれに限定されず、当該技術分野において通常の知識を有する者であれば、以下に記載する特許請求の範囲の概念と範囲から逸脱しない範囲内で、様々な変更及び変形が可能である。

【産業上の利用可能性】

【0085】

本発明によるオーステナイト系ステンレス鋼は、脱硫設備、熱交換器、淡水設備、食・飲料設備などの様々な産業設備用素材に好適である。

【図1】

【図2】