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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-04-14
(54)【発明の名称】スーパーオーステナイト系材料
(51)【国際特許分類】
C22C 38/00 20060101AFI20220407BHJP
C22C 38/58 20060101ALI20220407BHJP
C21D 8/00 20060101ALI20220407BHJP
【ＦＩ】
C22C38/00 302Z
C22C38/58
C21D8/00 D
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2021536111
(86)(22)【出願日】2019-12-19
(85)【翻訳文提出日】2021-08-16
(86)【国際出願番号】 EP2019086385
(87)【国際公開番号】W WO2020127789
(87)【国際公開日】2020-06-25
(31)【優先権主張番号】102018133255.6
(32)【優先日】2018-12-20
(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】521268451
【氏名又は名称】フェストアルピネ・ベーラー・エーデルシュタール・ゲー・エム・ベー・ハー・ウント・コー・カー・ゲー
【氏名又は名称原語表記】ＶＯＥＳＴＡＬＰＩＮＥ ＢＯＥＨＬＥＲ ＥＤＥＬＳＴＡＨＬ ＧＭＢＨ ＆ ＣＯ ＫＧ
【住所又は居所原語表記】ＭＡＲＩＡＺＥＬＬＥＲ ＳＴＲ． ２５， ８６０５ ＫＡＰＦＥＮＢＥＲＧ， ＡＵＳＴＲＩＡ
(71)【出願人】
【識別番号】521268462
【氏名又は名称】フェストアルピネ・ベーラー・ブレッヒェ・ゲー・エム・ベー・ハー・ウント・コー・カー・ゲー
【氏名又は名称原語表記】ＶＯＥＳＴＡＬＰＩＮＥ ＢＯＥＨＬＥＲ ＢＬＥＣＨＥ ＧＭＢＨ ＆ ＣＯ ＫＧ
【住所又は居所原語表記】ＢＯＥＨＬＥＲ‐ＧＡＳＳＥ １， ８６８０ ＭＵＥＲＺＺＵＳＣＨＬＡＧ， ＡＵＳＴＲＩＡ
(74)【代理人】
【識別番号】110001818
【氏名又は名称】特許業務法人Ｒ＆Ｃ
(72)【発明者】
【氏名】フルッフ，ライナー
(72)【発明者】
【氏名】ケップリンガー，アンドレアス
(72)【発明者】
【氏名】ヴィシティル，クレメンス
【テーマコード（参考）】
4K032
【Ｆターム（参考）】
4K032AA01
4K032AA02
4K032AA04
4K032AA05
4K032AA09
4K032AA10
4K032AA13
4K032AA14
4K032AA15
4K032AA16
4K032AA17
4K032AA20
4K032AA21
4K032AA22
4K032AA25
4K032AA27
4K032AA29
4K032AA31
4K032AA35
4K032AA36
4K032AA37
(57)【要約】
スーパーオーステナイト系材料であって、以下の成分（値はすべて重量％）を有する合金からなる、材料：元素 炭素（Ｃ）０．０１～０．５０；ケイ素（Ｓｉ）＜０．５；マンガン（Ｍｎ）０．１～５．０；リン（Ｐ）＜０．０５；硫黄（Ｓ）＜０．００５；鉄（Ｆｅ）残余；クロム（Ｃｒ）２３．０～３３．０；モリブデン（Ｍｏ）２．０～５．０；ニッケル（Ｎｉ）１０．０～２０．０；バナジウム（Ｖ）＜０．５；タングステン（Ｗ）＜０．５；銅（Ｃｕ）０．５０～５．０；コバルト（Ｃｏ）＜５．０；チタン（Ｔｉ）＜０．１；アルミニウム（Ａｌ）＜０．２；ニオブ（Ｎｂ）＜０．１；ホウ素（Ｂ）＜０．０１；窒素（Ｎ）０．４０～０．９０。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
以下の合金元素（値はすべて重量％）および不可避の不純物を有する合金からなるスーパーオーステナイト系材料。元素
炭素（Ｃ） ０．０１～０．５０
ケイ素（Ｓｉ） ＜０．５
マンガン（Ｍｎ） ０．１～５．０
リン（Ｐ） ＜０．０５
硫黄（Ｓ） ＜０．００５
鉄（Ｆｅ） 残余
クロム（Ｃｒ） ２３．０～３３．０
モリブデン（Ｍｏ） ２．０～５．０
ニッケル（Ｎｉ） １０．０～２０．０
バナジウム（Ｖ） ＜０．５
タングステン（Ｗ） ＜０．５
銅（Ｃｕ） ０．５０～５．０
コバルト（Ｃｏ） ＜５．０
チタン（Ｔｉ） ＜０．１
アルミニウム（Ａｌ） ＜０．２
ニオブ（Ｎｂ） ＜０．１
ホウ素（Ｂ） ＜０．０１
窒素（Ｎ） ０．４０～０．９０
【請求項2】
前記合金は、以下の元素および不可避の不純物（値はすべて重量％）からなる請求項１に記載のスーパーオーステナイト系材料。元素
炭素（Ｃ） ０．０１～０．３０
ケイ素（Ｓｉ） ＜０．５
マンガン（Ｍｎ） ０．５～４．０
リン（Ｐ） ＜０．０５
硫黄（Ｓ） ＜０．００５
鉄（Ｆｅ） 残余
クロム（Ｃｒ） ２４．０～３０．０
モリブデン（Ｍｏ） ３．０～５．０
ニッケル（Ｎｉ） １４．０～１９．０
バナジウム（Ｖ） ＜０．３
タングステン（Ｗ） ＜０．１
銅（Ｃｕ） ０．７５～３．５
コバルト（Ｃｏ） ＜０．５
チタン（Ｔｉ） ＜０．０５
アルミニウム（Ａｌ） ＜０．１
ニオブ（Ｎｂ） ＜０．０２５
ホウ素（Ｂ） ＜０．００５
窒素（Ｎ） ０．４０～０．７０
【請求項3】
前記合金は、以下の元素および不可避の不純物（値はすべて重量％）からなる請求項１または２に記載のスーパーオーステナイト系材料。元素
炭素（Ｃ） ０．０１～０．１０
ケイ素（Ｓｉ） ＜０．５
マンガン（Ｍｎ） １．０～４．０
リン（Ｐ） ＜０．０５
硫黄（Ｓ） ＜０．００５
鉄（Ｆｅ） 残余
クロム（Ｃｒ） ２６．０～２９．０
モリブデン（Ｍｏ） ３．５～４．５
ニッケル（Ｎｉ） １５．０～１８．０
バナジウム（Ｖ） 検出レベル未満
タングステン（Ｗ） 検出レベル未満
銅（Ｃｕ） １．０～２．０
コバルト（Ｃｏ） 検出レベル未満
チタン（Ｔｉ） 検出レベル未満
アルミニウム（Ａｌ） ＜０．１
ニオブ（Ｎｂ） 検出レベル未満
ホウ素（Ｂ） ＜０．００５
窒素（Ｎ） ０．４５～０．６０
【請求項4】
溶融金属に二次冶金加工を施し、ブロック状に鋳造し、熱間成形し、任意で冷間成形し、必要であれば、さらなる機械加工を施すことによって生産される請求項１～３の何れか一項に記載のスーパーオーステナイト系材料。
【請求項5】
降伏強度Ｒｐ０．２が５００ＭＰａを超える請求項１～４の何れか一項に記載のスーパーオーステナイト系材料。
【請求項6】
室温における長手方向の切欠き棒衝撃値Ａｖが３００Ｊを超える請求項１～５の何れか一項に記載のスーパーオーステナイト系材料。
【請求項7】
冷間変形の後、完全にオーステナイト系の、すなわち、変形によって誘導されるマルテンサイトを含まない請求項１～６の何れか一項に記載のスーパーオーステナイト系材料。
【請求項8】
マンガンの上限は３．０％、３．５％、４．０％、４．５％、または５．０％であり、下限は０．１％、０．５％、１．０％、２．０％、または２．５％である請求項１～７の何れか一項に記載のスーパーオーステナイト系材料。
【請求項9】
クロムの上限は２８％、２９％、２９．８、または３１．５％であり、下限は２３．２％、２４％、２５％、または２６％である請求項１～８の何れか一項に記載のスーパーオーステナイト系材料。
【請求項10】
モリブデンの上限は４．４、４．５、４．６、４．７、４．８、４．９、または５．０％であり、下限は２．０５％、２．１％、２．２％、２．３％、２．４％、２．５％、３．０％、３．２％、３．３％、３．４％、または３．５％である請求項１～９の何れか一項に記載のスーパーオーステナイト系材料。
【請求項11】
ニッケルの上限は１６．８％、１７％、１８％、または１９％であり、下限は１０．２％、１１％、１２％、１３％、１４％、または１５％である請求項１～１０の何れか一項に記載のスーパーオーステナイト系材料。
【請求項12】
窒素の上限は０．６０％、０．６５％、０．７０％、０．７５％、０．８０％、０．８５％、または０．８８％であり、下限は０．４６％、０．５０％、または０．５５％である請求項１～１１の何れか一項に記載のスーパーオーステナイト系材料。
【請求項13】
コバルトの存在量は、５％未満、１％未満、０．５％未満、０．４％未満、０．３％未満、０．２％未満、０．１％未満、または検出レベル未満である請求項１～１２の何れか一項に記載のスーパーオーステナイト系材料。
【請求項14】
銅の上限は５％、４．５％、４．０％、３．５％、３．０％、２．５％、または２％であり、下限は０．６０％、０．７０％、０．８０％、０．９０％、１．０％、または１．１％である請求項１～１３の何れか一項に記載のスーパーオーステナイト系材料。
【請求項15】
タングステンの存在量は、０．５％未満、０．３％未満、０．２％未満、０．１％未満、または検出レベル未満である請求項１～１４の何れか一項に記載のスーパーオーステナイト系材料。
【請求項16】
請求項１～１５の何れか一項に記載のスーパーオーステナイト系材料を生産するための方法であって、前記合金は、以下の元素および不可避の不純物（値はすべて重量％）からなり、
溶融し、その後、二次冶金加工を施し、結果としての合金をブロック状に鋳造し、固化させ、直後に加熱し、熱間成形し、生成物に対して、特に追加の冷間成形およびそれに続く機械加工を施す、スーパーオーステナイト系材料を生産するための方法。
元素
炭素（Ｃ） ０．０１～０．５０
ケイ素（Ｓｉ） ＜０．５
マンガン（Ｍｎ） ０．１～５．０
リン（Ｐ） ＜０．０５
硫黄（Ｓ） ＜０．００５
鉄（Ｆｅ） 残余
クロム（Ｃｒ） ２３．０～３３．０
モリブデン（Ｍｏ） ２．０～５．０
ニッケル（Ｎｉ） １０．０～２０．０
バナジウム（Ｖ） ＜０．５
タングステン（Ｗ） ＜０．５
銅（Ｃｕ） ０．５０～５．０
コバルト（Ｃｏ） ＜５．０
チタン（Ｔｉ） ＜０．１
アルミニウム（Ａｌ） ＜０．２
ニオブ（Ｎｂ） ＜０．１
ホウ素（Ｂ） ＜０．０１
窒素（Ｎ） ０．４０～０．９０
【請求項17】
前記合金は、以下の元素および不可避の不純物（値はすべて重量％）からなる、請求項１８に記載のスーパーオーステナイト系材料を生産するための方法。元素
炭素（Ｃ） ０．０１～０．３０
ケイ素（Ｓｉ） ＜０．５
マンガン（Ｍｎ） ０．５～４．０
リン（Ｐ） ＜０．０５
硫黄（Ｓ） ＜０．００５
鉄（Ｆｅ） 残余
クロム（Ｃｒ） ２４．０～３０．０
モリブデン（Ｍｏ） ３．０～５．０
ニッケル（Ｎｉ） １４．０～１９．０
バナジウム（Ｖ） ＜０．３
タングステン（Ｗ） ＜０．１
銅（Ｃｕ） ０．７５～３．５
コバルト（Ｃｏ） ＜０．５
チタン（Ｔｉ） ＜０．０５
アルミニウム（Ａｌ） ＜０．１
ニオブ（Ｎｂ） ＜０．０２５
ホウ素（Ｂ） ＜０．００５
窒素（Ｎ） ０．４０～０．７０
【請求項18】
前記合金は、以下の元素および不可避の不純物（値はすべて重量％）からなる、請求項１６または１７に記載のスーパーオーステナイト系材料を生産するための方法。元素
炭素（Ｃ） ０．０１～０．１０
ケイ素（Ｓｉ） ＜０．５
マンガン（Ｍｎ） １．０～４．０
リン（Ｐ） ＜０．０５
硫黄（Ｓ） ＜０．００５
鉄（Ｆｅ） 残余
クロム（Ｃｒ） ２６．０～２９．０
モリブデン（Ｍｏ） ３．５～４．５
ニッケル（Ｎｉ） １５．０～１８．０
バナジウム（Ｖ） 検出レベル未満
タングステン（Ｗ） 検出レベル未満
銅（Ｃｕ） １．０～２．０
コバルト（Ｃｏ） 検出レベル未満
チタン（Ｔｉ） 検出レベル未満
アルミニウム（Ａｌ） ＜０．１
ニオブ（Ｎｂ） 検出レベル未満
ホウ素（Ｂ） ＜０．００５
窒素（Ｎ） ０．４５～０．６０
【請求項19】
熱間変形をいくつかのサブ工程によって行なう、請求項１６～１８の何れか一項に記載のスーパーオーステナイト系材料を生産するための方法。
【請求項20】
熱間変形サブ工程同士の間に、生成物を再加熱し、最後の熱間変形工程の後、溶体化焼鈍を必要に応じて行なう、請求項１６～１９の何れか一項に記載のスーパーオーステナイト系材料を生産するための方法。
【請求項21】
最後の熱間変形工程および任意の溶体化焼鈍の後、冷間成形工程を実行することで、１０００ＭＰａを超える、特に２０００ＭＰａを超える引張強度Ｒｍが得られるようにする、請求項１６～２０の何れか一項に記載のスーパーオーステナイト系材料を生産するための方法。
【請求項22】
特に煙道ガス脱硫システムにおいて硫酸による腐蝕を被るシステムおよびシステム成分のために、特に請求項１６～２１の何れか一項に記載の方法によって生産される請求項１～１５の何れか一項に記載の材料の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、スーパーオーステナイト系材料と、それを生産するための方法と、に関する。
【背景技術】
【0002】
この種の材料は、例えば、化学工場の建設、海洋性条件下、または油田もしくはガス田技術において使用されている。
【0003】
この種の材料の要件の１つは、腐蝕、特に、塩化物濃度の高い媒材または硫酸条件における腐蝕に耐えられなければならないことである。
【0004】
この種の材料は、例えば、特許文献１（中国特許出願公開第１０７８７６５６２号明細書）、特許文献２（中国特許出願公開第１０４１９５４４６号明細書）、または特許文献３（独国特許発明第４３ ４２ １８８号明細書）から公知である。
【0005】
特許文献４（欧州特許出願公開第１ ０６９ ２０２号明細書）には、高い降伏強度、強度、および延性を有する、常磁性かつ耐蝕性のオーステナイト鋼が開示されている。このオーステナイト鋼は、特に塩化物濃度の高い媒材において耐蝕性を有するであろう。また、このオーステナイト鋼は、０．６重量％～１．４重量％の窒素および１７～２４重量％のクロムに加えて、マンガンおよび窒素を含有するであろう。
【0006】
特許文献５（国際公開第０２／０２８３７号）には、油田技術において、塩化物濃度の高い媒材中で使用する、耐蝕性の材料が開示されている。この材料は、クロム－ニッケル－モリブデン系のスーパーオーステナイトであり、窒素濃度は比較的低いが、クロム濃度およびニッケル濃度は非常に高い。
【0007】
前述のクロム－マンガン－窒素鋼と比較して、このようなクロム－ニッケル－モリブデン鋼は、通常、より優れた腐食挙動を示す。全体として、クロム－マンガン－窒素鋼は、かなり安価な合金組成物であるが、それでもなお、強度、靱性、および耐蝕性が顕著である。上述のクロム－ニッケル－モリブデン鋼は、耐蝕性がクロム－マンガン－窒素鋼よりも著しく高いものの、ニッケル含有量が非常に高いため、コストがクロム－マンガン－窒素鋼よりも著しく高くなる。
【0008】
耐蝕性を示す特性値としては、特に、いわゆるＰＲＥＮ１６値がある。また、習慣として、いわゆる耐孔食指数は、ＭＡＲＣによって定義する。スーパーオーステナイトは、ＰＲＥＮ＝％Ｃｒ＋３．３×％Ｍｏ＋１６×％Ｎとした場合、ＰＲＥＮ１６がα＞４２であると特定される。
【0009】
この種の鋼の耐孔食を記述する公知のＭＡＲＣ式は、ＭＡＲＣ＝％Ｃｒ＋３．３×％Ｍｏ＋２０×％Ｎ＋２０×％Ｃ－０．２５×％Ｎｉ－０．５×％Ｍｎである。
【0010】
潜水艦用の造船鋼として使用する、同等の鋼種も知られている。これらは、クロム－ニッケル－マンガン－窒素鋼であり、炭素を安定させるためにニオブをさらに混合しているが、これによって切欠き棒靱性が減少している。基本的に、これらの鋼は、マンガンの含有がより少なく、その結果、耐蝕性が比較的良いが、純粋な、窒素を多く混合するＣｒＭｎＮ鋼のような強度はまだ実現できていない。
【0011】
公知のスーパーオーステナイトは、耐蝕性を高めるために、通常、４％を超える濃度のモリブデンを含有する。しかしながら、モリブデンによって偏析傾向が増すことで、（特にシグマ相またはカイ相が）析出しやすくなる。その結果、実際、このような合金には均質化アニーリングが必要となり、モリブデンの含有が６％を超える場合は、偏析を減少させるための再溶融が必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0012】
【特許文献1】中国特許出願公開第１０７８７６５６２号明細書
【特許文献2】中国特許出願公開第１０４１９５４４６号明細書
【特許文献3】独国特許発明第４３ ４２ １８８号明細書
【特許文献4】欧州特許出願公開第１ ０６９ ２０２号明細書
【特許文献5】国際公開第０２／０２８３７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0013】
本発明の目的は、スーパーオーステナイト系の、高強度を有する強靱な材料であって、比較的簡便かつ安価な方法で生産でき、腐蝕性の、硫酸環境に特に好適な材料を生産することである。
【0014】
前記目的は、請求項１の特徴を有する材料によって達成される。有利な改変を、従属請求項に開示する。
【0015】
本発明の他の目的は、前記材料を生産するための方法を創出することである。
【0016】
前記目的は、請求項１８の特徴によって達成される。有利な改変を、前記請求項の従属請求項に開示する。
【課題を解決するための手段】
【0017】
以下の記載における％値は、すべてｗｔ％（重量パーセント）の値である。
【0018】
本発明によると、前記材料は、造船、化学工場の建設、またはこれらの組み合わせにおける使用を意図し、この場合、特に航洋船の煙道ガス脱硫システムにおける使用を意図する。さらに、前記材料は、特に硫酸または酸性ガスによる腐蝕が予測される他のあらゆる分野において使用することができる。なお、前記材料は、任意の冷間成形の後であっても、完全にオーステナイト系の構造を有する。ひずみ硬化後の降伏強度Ｒｐ０．２は、１０００ＭＰａを超えるであろう。
【0019】
本発明に係る合金は、特に以下の元素（値はすべて重量％）を含む。
【0020】
【表1】
【0021】
このような合金は、様々な公知の鋼種のプラスの特性を、相乗的かつ驚くべきやり方で組み合わせている。
【0022】
基本的に、本発明に係る鋼は、無析出状態で存在すべきである。これは、物質が析出すると、靱性および耐蝕性にマイナスの効果があるからである。本発明に係る合金では、炭素含有量は、特に０．５０％に限定されている。それと同時に、銅が意図的に合金に添加されている。
【0023】
本発明に係る合金では、まったく驚くべきことに、非常に高い窒素値が得られるが、これは、強度の点において極めて有効である。これらの窒素値は、驚くべきことに、技術文献において実現可能であるとして示される値よりも高い。経験的な方法では、本発明に係る合金における高濃度の窒素は、ＰＥＳＲを行わなければ、合金に添加することはまったくできなかった（図４を参照のこと）。
【0024】
それぞれの元素について、適宜に他の合金成分とともに、以下に詳細に記載する。合金の組成に関する表示はすべて重量パーセント（ｗｔ％）で表す。個々の合金元素の上限および下限は、請求項の範囲内で、互いに自由に組み合わせることができる。
【0025】
炭素は、本発明に係る合金鋼に、最高で０．５０％の濃度まで存在させることができる。炭素は、オーステナイトの生成を促進し、高い機械的特性値を得るために有益な効果がある。カーバイドの析出を避ける観点から、炭素含有量は、０．０１～０．２５％、好ましくは０．０１～０．１０％に設定すべきである。
【0026】
ケイ素は、最高で０．５％の濃度まで含まれ、主に鋼の脱酸素に役立つ。示されている上限によって、金属間相の形成を確実に避けることができる。また、ケイ素はフェライトの生成を促進するので、この観点からも、上限は安全な範囲（safety range）となるように選択してある。具体的には、ケイ素は、０．１～０．４％の濃度で含めることができる。
【0027】
マンガンは、０．１～５％の濃度で存在する。先行技術による材料と比較して、これは極めて低い値である。今日までは、窒素溶解度を高めるためには、１９％を超える、好ましくは２０％を超えるマンガン濃度が必要であると考えられてきた。しかしながら、本願の合金では、驚くべきことに、マンガン濃度が本発明のように非常に低くても、専門家の間で一般に広く実現可能と考えられているレベルを超える窒素溶解度を実現できることがわかった。加えて、今日までは、耐蝕性を高めると、マンガン濃度はひどく高くなってしまうと考えられてきた。しかしながら、本発明によると、未解明の相乗効果により、本願の合金においては、そのようなマンガン濃度は明らかに不要であることがわかった。マンガンの下限は、０．１、０．５、１．０、２．０、または２．５％から選択することできる。マンガンの上限は、３．０、３．５、４．０、４．５、または５．０％から選択することできる。
【0028】
クロムは、耐蝕性をより高めるために、１７％以上の濃度が必要であることがわかっている。本発明によると、クロムは、少なくとも２３％、多くとも３３％の濃度で存在する。今日までは、クロムの濃度が２３％よりも高いと、透磁率に不利な効果をもたらすと考えられてきた。というのも、クロムは、フェライトを安定化させる元素の１つだからである。対照的に、本発明に係る合金では、２３％を超える非常に高いクロム濃度であっても、本願の合金の透磁率には悪影響を及ぼさず、その代わりに、知られているように、孔食および応力割れ腐蝕に対する耐性に、最も適切なように影響を与えることが明らかになった。クロムの下限は、２３、２４、２５、または２６％から選択することができる。クロムの上限は、２８、２９、３０、３１、または３２％から選択することができる。
【0029】
モリブデンは、耐蝕性一般および特に耐孔食性に大いに寄与する元素であり、その効果は、ニッケルによって強化される。本発明では、２．０～５．０％のモリブデンを添加する。Ｍｏ濃度が５％を超えると、特に６％を超えると、強力な偏析挙動が生じることで、シグマ相が析出しやすくなり、その結果、耐蝕性が減少してしまうことがわかった。モリブデンの下限は、２．０、２．２、２．３、２．４、２．５、３．０、３．２、３．３、３．４、または３．５％から選択することができる。モリブデンの上限は、４．４、４．５、４．６、４．７、４．８、４．９、または５．０％から選択することができる。
【0030】
本発明によると、タングステンは、０．５％未満の濃度で存在し、耐蝕性の向上に寄与する。タングステンの上限は、０．５、０．４、０．３、０．２、０．１％または検出レベル未満（すなわち、合金に対する意図的な添加はなし）から選択することができる。
【0031】
本発明によると、ニッケルは、１０～２０％の濃度で存在し、塩化物を含有する媒材において高い応力割れ耐蝕性を発揮する。ニッケルの下限は、１０、１１、１２、１３、１４、または１５％から選択することができる。ニッケルの上限は、１７、１８、または１９％から選択することができる。
【0032】
０．５％を超えるＣｕを合金に添加するとオーステナイト系ステンレス鋼製品の硫酸に対する耐性が向上することが一般に知られている。それと同時に、主に窒素を多く含む合金の鋼では、Ｃｕによって、望まないＣｒ２Ｎが析出しやすくなることで腐蝕特性が大幅に低減してしまうことも、文献には言及されている。本発明によると、Ｃｕ濃度は０．５％を超え、好ましくは１．０％を超え、Ｎ濃度は、０．４０％を超えるにもかかわらず、Ｃｒ２Ｎのない構造物を生産することができる。しかしながら、この効果は一定量後に飽和状態になる。本発明によると、銅の上限は、５％未満、好ましくは３％未満または２．５％未満、特に２％未満となるように選択した。銅の下限は、０．６、０．７、０．８、０．１、１、または１．１％から選択することができる。具体的な適用分野の１つは、特に、例えば航洋船における煙道ガス洗浄である。前記濃度であれば、一方では、硫酸および酸性ガス腐蝕に対する耐性を高めることができ、他方では、合金全体として、上述したように窒化クロムの析出を防止することができる。
【0033】
コバルトは、特にニッケルの代わりとして、最高で５％の濃度まで存在させることができる。コバルトの上限は、５、３、１、０．５、０．４、０．３、０．２、０．１％、または検出レベル未満（すなわち、合金に対する意図的な添加はなし）から選択することができる。
【0034】
窒素は、高強度を担保するために、０．４０～０．９０％の濃度で含まれる。また、窒素は、耐蝕性に寄与し、オーステナイトの生成を強力に促進する。このため、０．４０％を超える濃度が有益である。窒素を含有する析出物、特に窒化クロムを避けるために、窒素の上限は０．９０％に設定されており、公知の合金とは対照的に、マンガン含有量は非常に少ないにもかかわらず、合金中の窒素濃度をこのように高めることができることがわかった。一方における高い窒素溶解度と、より高い窒素濃度、特に０．９０％を超える窒素濃度に起因する不利な点と、のため、ＰＥＳＲ経路の一部として圧力誘起によって窒素含有量が増加するのは、実は問題外である。また、前記経路は、本発明において、クロムおよび窒素によって補償される低いモリブデン含有量のおかげで、不要である。炭素に対する窒素の比率が１５を超える場合、特に有利である。窒素の下限は、０．４０または０．４５％から選択することができる。窒素の上限は、０．９０、０．８０、０．７０、０．６５、または０．６０％から選択することができる。
【0035】
一般的な先行技術（V.G.GavriljukおよびH.Berns;「High Nitrogen Steels」、p.264、1999）によると、本願のように大気圧で溶融したＣｒＮｉＭｎ（Ｍｏ）系オーステナイト鋼では、窒素濃度は０．２～０．５％となる。クロム－マンガン－モリブデン系オーステナイトのみ、窒素濃度は０．５～１％となる。
【0036】
本発明によると、あらゆる予想に反して、窒素濃度を高めるためには通常必要とされる、圧力誘起による窒素含有量の増加を必要とすることなく、窒素濃度を高めることができる。
【0037】
その結果、本発明に係る方法は、安価でもある。これは、圧力誘起によって窒素含有量を増加させるという高価な操作が必要でないからである。これによって、さらに、それに続く再溶融プロセスも省くことが可能となる。
【0038】
さらに、ホウ素、アルミニウム、および硫黄を追加の合金成分として含有することができるが、これは任意である。本願の合金鋼は、合金成分としてバナジウムおよびチタンを必ずしも含有しない。これらの元素は確かに窒素溶解度に関してプラスの働きをするものの、本発明における高い窒素溶解度は、それらがなくても実現することができる。
【0039】
本発明に係る合金には、ニオブを含有させるべきではない。これは、ニオブが靱性を減少させるからであり、これまで、炭素を結合させるためだけに使われてきたからである。本発明に係る合金では、炭素を結合させる必要はない。最高で０．１％の濃度のニオブは許容可能ではあるが、不可避の不純物の濃度を上回るべきではない。
【図面の簡単な説明】
【0040】
本発明を、以下の図面に基づき、例を用いて説明する。
【0041】
【図1】合金元素を示す表である。
【図2】生産経路およびその代替経路の非常に模式的な描写を示した図である。
【図3】本発明の概念の範囲内の３つの異なる合金と、主流の合金の理論上の窒素溶解度と比較した、前記合金の窒素含有量の実測値と、を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【0042】
各成分を大気条件下で溶融し、その後、二次冶金加工を施す。その後、ブロックを鋳造し、直後に熱間鍛造する。本発明を説明する文脈において、「直後に」は、エレクトロスラグ再溶融（ＥＳＲ）や加圧式エレクトロスラグ再溶融（ＰＥＳＲ）などの追加の再溶融プロセスが行なわれないことを意味する。
【0043】
本発明によると、以下の関係が成り立つと、有利である。
ＭＡＲＣｏｐｔ：４０＜％Ｃｒ＋３．３×％Ｍｏ＋２０×％Ｃ＋２０×％Ｎ－０．５×％Ｍｎ
ＭＡＲＣｏｐｔ：４０＜％Ｃｒ＋３．３×％Ｍｏ＋２０×％Ｃ＋２０×％Ｎ－０．５×％Ｍｎ
【0044】
前記ＭＡＲＣ式は、最適化された結果、通常のニッケル除去は、本発明に係るシステムには適用されず、４０という制限が必要である、という点が見出された。
【0045】
その後、必要に応じて、冷間成形工程を行なう。冷間成形工程では、ひずみ硬化が起こる。続いて、機械加工、特に旋削、圧延、または研削を行なう。
【0046】
図２に、本発明に係る合金組成物を生産するための実施可能な加工経路の例を示す。以下に、実施可能な経路の１つを例として説明する。真空誘導溶解ユニット（ＶＩＤ）において、溶融金属を溶融すると同時に二次冶金加工を施す。その後、溶融金属を複数の鋳塊鋳型に流し込み、鋳塊鋳型内で固化させてブロック状にする。その後、これらのブロックを、複数の工程で熱間成形する。例えば、ブロックを回転鍛造機で前鍛造し、マルチライン圧延機で最終寸法に加工するか、または、二段圧延スタンドで薄板状に圧延する。要件によっては、さらに加熱処理工程を実行することもできる。
【0047】
強度をさらに増大させるために、さらに冷間成形工程を実行することもできる。
【0048】
本発明に係るスーパーオーステナイト系材料は、上述の（特に図２に示す）生産経路によってのみ生産することができるものではなく、本発明に係る合金の有利な特性は、粉末冶金法を用いた生産経路によっても実現することができる。
【0049】
図３に、本発明に係る合金組成物の３つの異なる変形例を、それぞれの窒素測定値とともに示す。前記変形例は、本発明に係る合金に関連して、本発明に係る方法によって生産されたものである。これらの非常に高い窒素濃度は、右側の各欄に示す、「On restricting aspects in the production of non-magnetic Cr-Mn-N-alloy steels」（Saller,2005）のStein,Satir,KowandarおよびMedovarによる窒素溶解度とは対照的である。Medovarは、温度ごとの欄を示す。しかしながら、前記高い窒素値が、理論的に予測される値をはるかに上回ることは明らかである。
【0050】
これは大変驚くべきことである。というのも、本発明に係る合金の場合、実は、窒素溶解度が高くなる見込みを妥当なものとするような経路が取られていないからである。特に、窒素溶解度に対して非常にプラスとなる影響があるマンガン含有量が、対応する公知の合金と比較して、大幅に少ないからである。
【0051】
したがって、本発明には、以下の利点がある。すなわち、耐蝕性が高く、ニッケル含有量の低い、オーステナイト系の、高強度の材料を生産でき、前記材料は、同時に、高い強度と常磁性の挙動とを示す。冷間成形の後であっても、完全にオーステナイト系の構造が存在し、これによって、安価なＣｒＭｎＮ鋼がもつプラスの特性を、ＣｒＮｉＭｏ鋼がもつ腐蝕関連の顕著な特性とうまく組み合わせることが可能となった。
【0052】
本発明の特別な特徴の１つは、以下のとおりである。すなわち、窒素含有量が高いため、他のスーパーオーステナイトよりもひずみ硬化率が高く、２０００ＭＰａという引張強度（Ｒｍ）が実現できるようになっている。よって、最後の生産工程として、冷間圧延または他の変形率の高い冷間成形プロセスによって高いひずみ硬化を実現することが可能となっている。
【産業上の利用可能性】
【0053】
本発明に係る材料の典型的な適用分野は、造船、化学工場の建設、またはこれらの組み合わせであり、この場合、特に航洋船の煙道ガス脱硫システムであるが、硫酸による腐蝕が特に予測される他のあらゆる分野においても適用される。
【0054】
特に、非常に高い強度を必要とする用途においては、上述したように、冷間変形によって強度をより一層高めることができる。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【国際調査報告】