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JP7656463B2 - Austenitic stainless steel - Google Patents
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JP7656463B2 - Austenitic stainless steel - Google Patents

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Description

本発明は、耐赤スケール性に優れるオーステナイト系ステンレス鋼に関する。 The present invention relates to an austenitic stainless steel with excellent resistance to red scale.

オーステナイト系ステンレス鋼を、排ガス経路部材、ストーブの燃焼等、燃料電池用部材等の用途に用いる場合、使用時に通常300~900℃の高温まで加熱される。また上記の用途では、水蒸気が含まれる環境下で当該オーステナイト系ステンレス鋼が用いられるため、Fe系酸化物である赤スケールが表面に生成することがある。 When austenitic stainless steel is used for applications such as exhaust gas route components, stove combustion, fuel cell components, etc., it is usually heated to high temperatures of 300 to 900°C during use. Furthermore, in the above applications, the austenitic stainless steel is used in an environment that contains water vapor, which can cause red scale, an iron-based oxide, to form on the surface.

この生成した赤スケールは、場合によっては飛散することで他部品へ付着し悪影響を及ぼす可能性があることに加え、酸化による減肉で高温強度を低下させる虞がある。そのため、高温水蒸気雰囲気下において、耐赤スケール性を有するオーステナイト系ステンレス鋼が所望される。従来、高い耐赤スケール性を向上させるために様々な方法が知られている。 In some cases, this red scale may fly off and adhere to other parts, causing adverse effects, and there is also a risk of reducing high-temperature strength due to thinning caused by oxidation. Therefore, austenitic stainless steels that are resistant to red scale in high-temperature steam atmospheres are desired. Various methods have been known to improve high red scale resistance.

特許文献1には、含有するSiおよびAlの合計量を調整し、機械研磨仕上げを行うことで得られる、耐赤スケール性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼材が開示されている。 Patent Document 1 discloses an austenitic stainless steel material with excellent red scale resistance that is obtained by adjusting the total amount of Si and Al contained and performing a mechanical polishing finish.

特開2004-043903号公報JP 2004-043903 A

特許文献1に記載の技術によれば、鋼中のCr拡散が促進されることで赤スケールを防止できる。しかしながら、このような従来技術によって耐赤スケール性を改善するには、添加する元素量の増加または製造工程の追加等により製造コストが増加してしまう。 According to the technology described in Patent Document 1, red scale can be prevented by promoting Cr diffusion in the steel. However, to improve red scale resistance using such conventional technology, the amount of added elements must be increased or manufacturing processes must be added, resulting in increased manufacturing costs.

本発明の一態様は、低コストで製造可能であり、耐赤スケール性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼を実現することを目的とする。 One aspect of the present invention aims to realize an austenitic stainless steel that can be manufactured at low cost and has excellent resistance to red scale.

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るオーステナイト系ステンレス鋼は、質量%で、C:0.12%以下、Si:0.20~4.0%、Mn:0.05~2.5%、P:0.05%以下、S:0.005%以下、Ni:8.0~17.0%、Cr:15~25.0%、Cu:2.5%以下、Al:0.01~1.0%、N:0.35%以下、Mo:3.0%以下、Nb:0.8%以下およびTi:1.0%以下を含み、残部がFeおよび不可避的不純物を含み、表面に、長径が0.1~5μmの、Cr、SiおよびAlを含む酸化物が形成され、前記酸化物において、Crの濃度と、SiおよびAlの少なくとも一方の濃度と、の合計が4.0~12.0質量%である。 In order to solve the above problems, an austenitic stainless steel according to one embodiment of the present invention contains, by mass%, C: 0.12% or less, Si: 0.20 to 4.0%, Mn: 0.05 to 2.5%, P: 0.05% or less, S: 0.005% or less, Ni: 8.0 to 17.0%, Cr: 15 to 25.0%, Cu: 2.5% or less, Al: 0.01 to 1.0%, N: 0.35% or less, Mo: 3.0% or less, Nb: 0.8% or less, and Ti: 1.0% or less, with the balance being Fe and unavoidable impurities, and an oxide containing Cr, Si, and Al and having a major axis of 0.1 to 5 μm is formed on the surface, and the sum of the concentration of Cr and the concentration of at least one of Si and Al in the oxide is 4.0 to 12.0% by mass.

本発明の一態様に係るオーステナイト系ステンレス鋼は、前記酸化物において、Crの濃度と、Siの濃度と、Alの濃度と、の合計が5.0~12.0質量%であってもよい。 In one embodiment of the austenitic stainless steel of the present invention, the total concentration of Cr, Si, and Al in the oxide may be 5.0 to 12.0 mass%.

本発明の一態様に係るオーステナイト系ステンレス鋼は、質量%で、B:0.01%以下、Ca:0.0002~0.0050%、Hf:0.001~0.50%、Zr:0.01~0.50%、Sb:0.005~0.50%、Co:0.01~1.50%、W:0.01~2.0%、Ta:0.001~1.0%、Sn:0.002~0.5%、Ga:0.0002~0.30%、Mg:0.0003~0.0050%および希土類元素:0.001~0.20%のうちの1種または2種以上を更に含有していてもよい。 The austenitic stainless steel according to one embodiment of the present invention may further contain, by mass%, one or more of B: 0.01% or less, Ca: 0.0002-0.0050%, Hf: 0.001-0.50%, Zr: 0.01-0.50%, Sb: 0.005-0.50%, Co: 0.01-1.50%, W: 0.01-2.0%, Ta: 0.001-1.0%, Sn: 0.002-0.5%, Ga: 0.0002-0.30%, Mg: 0.0003-0.0050%, and rare earth elements: 0.001-0.20%.

本発明の一態様によれば、低コストで製造可能であり、耐赤スケール性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼を実現できる。 According to one aspect of the present invention, it is possible to realize an austenitic stainless steel that can be manufactured at low cost and has excellent resistance to red scale.

本発明の一実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼の製造方法の一例を示すフローチャートである。1 is a flowchart showing an example of a method for producing an austenitic stainless steel according to an embodiment of the present invention.

以下、本発明の一実施形態について説明する。なお、以下の記載は、発明の趣旨をより良く理解させるためのものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、本明細書において「A~B」は、A以上B以下であることを示している。また、本明細書において「ステンレス鋼」との用語は、具体的な形状が限定されないステンレス鋼材を意味する。このステンレス鋼材としては、例えば、鋼板、鋼管および条鋼等が挙げられる。 One embodiment of the present invention will be described below. Note that the following description is provided to allow a better understanding of the gist of the invention, and does not limit the present invention unless otherwise specified. In this specification, "A-B" indicates A or more and B or less. In this specification, the term "stainless steel" refers to a stainless steel material whose specific shape is not limited. Examples of this stainless steel material include steel plates, steel pipes, and bar steel.

<オーステナイト系ステンレス鋼の成分組成>
本発明の一実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼が含有する成分の組成は、以下のとおりである。
<Composition of austenitic stainless steel>
The composition of components contained in an austenitic stainless steel according to one embodiment of the present invention is as follows.

一実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼は、質量%で、C:0.12%以下、Si:0.20~4.0%、Mn:0.05~2.5%、P:0.05%以下、S:0.005%以下、Ni:8.0~17.0%、Cr:15~25.0%、Cu:2.5%以下、Al:0.01~1.0%、N:0.35%以下、Mo:3.0%以下、Nb:0.8%以下およびTi:1.0%以下を含む。また、当該オーステナイト系ステンレス鋼は、以下に示す各成分以外は、鉄(Fe)、または不可避的に混入する少量の不純物(不可避的不純物)からなる。 The austenitic stainless steel according to one embodiment contains, by mass%, C: 0.12% or less, Si: 0.20-4.0%, Mn: 0.05-2.5%, P: 0.05% or less, S: 0.005% or less, Ni: 8.0-17.0%, Cr: 15-25.0%, Cu: 2.5% or less, Al: 0.01-1.0%, N: 0.35% or less, Mo: 3.0% or less, Nb: 0.8% or less, and Ti: 1.0% or less. In addition to the components shown below, the austenitic stainless steel is made of iron (Fe) or small amounts of impurities that are inevitably mixed in (unavoidable impurities).

(炭素:C)
Cは、オーステナイト相を安定化させるオーステナイト生成元素であり、非磁性の維持に有効である。Cは、オーステナイト相の固溶強化に有効な元素でもある。しかしながら、Cを過度に含有すると、炭化物量が増加し、耐食性が低下する。そのため、一実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼では、Cの含有量は0.12質量%以下であり、好ましくは、0.005~0.08質量%である。
(Carbon: C)
C is an austenite-forming element that stabilizes the austenite phase and is effective in maintaining non-magnetic properties. C is also an element that is effective in solid solution strengthening of the austenite phase. However, if C is contained in excess, the amount of carbides increases and corrosion resistance decreases. Therefore, in the austenitic stainless steel according to one embodiment, the C content is 0.12 mass% or less, and preferably 0.005 to 0.08 mass%.

(ケイ素:Si)
Siは、耐赤スケール性の改善に有効な元素である。しかしながら、Siを過度に含有すると、靭性および加工性が低下する要因となる。そのため、一実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼では、Siの含有量は、0.20~4.0質量%であり、好ましくは、0.30~3.5質量%である。
(Silicon: Si)
Silicon is an element effective in improving red scale resistance. However, excessive silicon content can cause deterioration in toughness and workability. Therefore, in an austenitic stainless steel according to one embodiment, the silicon content is 0.20 to 4.0 mass%, and preferably 0.30 to 3.5 mass%.

(マンガン:Mn)
Mnは、オーステナイト系ステンレス鋼において、オーステナイト生成元素であり、スケールの密着性を向上させる元素である。しかしながら、Mnを過度に含有すると、腐食起点となるMnSの発生を促進する。そのため、一実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼では、Mnの含有量は、0.05~2.5質量%であり、好ましくは、0.1~2.0質量%である。
(Manganese: Mn)
Mn is an austenite-forming element in austenitic stainless steel and improves the adhesion of scale. However, excessive Mn content promotes the generation of MnS, which is a corrosion starting point. Therefore, in the austenitic stainless steel according to one embodiment, the Mn content is 0.05 to 2.5 mass%, preferably 0.1 to 2.0 mass%.

(リン:P)
Pは、過度に含有すると、加工性が低下する。そのため、一実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼では、Pの含有量は0.05質量%以下であり、好ましくは、0.01~0.04質量%である。
(Rin: P)
An excessive content of P reduces workability, so in the austenitic stainless steel according to one embodiment, the P content is 0.05 mass % or less, and preferably 0.01 to 0.04 mass %.

(硫黄:S)
Sは、過度に含有するとオーステナイト系ステンレス鋼において腐食起点の発生を促進する。そのため、一実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼では、Sの含有量は0.005質量%以下であり、好ましくは、0.0001~0.002質量%である。
(Sulfur: S)
Excessive S content promotes the formation of corrosion initiation points in austenitic stainless steel, so the S content in the austenitic stainless steel according to one embodiment is 0.005 mass% or less, and preferably 0.0001 to 0.002 mass%.

(ニッケル:Ni)
Niは、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る。しかしながら、Niを過度に含有すると、材料コストが上昇する。そのため、一実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼では、Niの含有量は8.0~17.0質量%であり、好ましくは、9.0~15.0質量%である。
(Nickel: Ni)
Ni is an element that improves the corrosion resistance of austenitic stainless steel. However, excessive Ni content increases material costs. Therefore, in the austenitic stainless steel according to one embodiment, the Ni content is 8.0 to 17.0 mass%, and preferably 9.0 to 15.0 mass%.

(クロム:Cr)
Crは、不動態被膜を形成し、耐食性を確保するために必須の元素である。また、耐赤スケール性を確保するためにも有効である。しかしながら、Crを過度に含有すると、材料コストが上昇するとともに、靭性低下の要因となる。そのため、一実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼では、Crの含有量は、15.0~25.0質量%であり、好ましくは、17.0~21.0質量%である。
(Chromium: Cr)
Cr is an essential element for forming a passive film and ensuring corrosion resistance. It is also effective for ensuring red scale resistance. However, excessive Cr content increases material costs and causes a decrease in toughness. Therefore, in an austenitic stainless steel according to one embodiment, the Cr content is 15.0 to 25.0 mass%, and preferably 17.0 to 21.0 mass%.

(銅:Cu)
Cuは、高温強度確保のために添加する元素である。しかしながら、Cuを過度に含有すると、材料コストが上昇する。そのため、一実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼では、Cuの含有量は2.5質量%以下であり、好ましくは、0.02~2.2質量%である。
(Copper: Cu)
Cu is an element added to ensure high-temperature strength. However, excessive Cu content increases material costs. Therefore, in the austenitic stainless steel according to one embodiment, the Cu content is 2.5 mass% or less, and preferably 0.02 to 2.2 mass%.

(アルミニウム:Al)
Alは、オーステナイト系ステンレス鋼の耐食性を向上させるとともに、耐赤スケール性を改善するために有効な元素である。また、Alは製鋼時の脱酸剤として有効な元素である。しかしながら、Alを過度に含有すると、表面品質が劣化する可能性があるため、一実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼では、Alの含有量は0.01~1.0質量%であり、好ましくは、0.02~0.10質量%である。
(Aluminum: Al)
Al is an element effective for improving the corrosion resistance of austenitic stainless steel and for improving red scale resistance. Furthermore, Al is an element effective as a deoxidizer during steelmaking. However, if an excessive amount of Al is contained, there is a possibility that the surface quality may deteriorate. Therefore, in an austenitic stainless steel according to one embodiment, the content of Al is 0.01 to 1.0 mass%, and preferably 0.02 to 0.10 mass%.

(窒素:N)
Nは、オーステナイト生成元素であり、非磁性の維持に有効である。しかしながら、Nは、過度に含有すると他の元素と窒化物を形成して硬質化を招く。そのため、一実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼では、Nの含有量は0.35質量%以下であり、好ましくは、0.005~0.30質量%である。
(Nitrogen: N)
N is an austenite-forming element and is effective in maintaining non-magnetic properties. However, excessive N content will form nitrides with other elements, leading to hardening. Therefore, in the austenitic stainless steel according to one embodiment, the N content is 0.35 mass% or less, and preferably 0.005 to 0.30 mass%.

(モリブデン:Mo)
Moは、高温強度および耐赤スケール性確保のために添加する元素である。しかしながら、Moを過度に含有すると硬質化し、加工性が低下するとともに材料コストが上昇する。そのため、一実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼では、Moの含有量は、3.0質量%以下であり、好ましくは、0.01~2.5質量%である。
(Molybdenum: Mo)
Mo is an element added to ensure high-temperature strength and red scale resistance. However, excessive Mo content hardens the material, reduces workability, and increases material costs. Therefore, in the austenitic stainless steel according to one embodiment, the Mo content is 3.0 mass% or less, and preferably 0.01 to 2.5 mass%.

(ニオブ:Nb)
Nbは、高温強度確保のために添加する元素である。しかしながら、Nbを過度に含有すると、加工性および靭性が劣化する可能性がある。そのため、一実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼では、Nbの含有量は、0.8質量%以下であり、好ましくは、0.01~0.5質量%である。
(Niobium: Nb)
Nb is an element added to ensure high-temperature strength. However, excessive Nb content may deteriorate workability and toughness. Therefore, in the austenitic stainless steel according to one embodiment, the Nb content is 0.8 mass% or less, and preferably 0.01 to 0.5 mass%.

(チタン:Ti)
Tiは、耐赤スケール性および加工性を向上させる元素である。しかしながら、Tiを過度に含有すると、加工性および表面品質が劣化する可能性がある。そのため、一実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼では、Tiの含有量は、1.0質量%以下であり、好ましくは、0.01~0.5質量%である。
(Titanium: Ti)
Ti is an element that improves red scale resistance and workability. However, if Ti is contained excessively, workability and surface quality may deteriorate. Therefore, in the austenitic stainless steel according to one embodiment, the Ti content is 1.0 mass% or less, and preferably 0.01 to 0.5 mass%.

<その他の成分>
本発明の一実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼は、質量%で、B:0.01%以下、Ca:0.0002~0.0050%、Hf:0.001~0.50%、Zr:0.01~0.50%、Sb:0.005~0.50%、Co:0.01~1.50%、W:0.01~2.0%、Ta:0.001~1.0%、Sn:0.002~0.5%、Ga:0.0002~0.30%、Mg:0.0003~0.0050%および希土類元素:0.001~0.20%のうちの1種または2種以上を更に含有していてもよい。
<Other ingredients>
An austenitic stainless steel according to one embodiment of the present invention may further contain, by mass%, one or more of B: 0.01% or less, Ca: 0.0002 to 0.0050%, Hf: 0.001 to 0.50%, Zr: 0.01 to 0.50%, Sb: 0.005 to 0.50%, Co: 0.01 to 1.50%, W: 0.01 to 2.0%, Ta: 0.001 to 1.0%, Sn: 0.002 to 0.5%, Ga: 0.0002 to 0.30%, Mg: 0.0003 to 0.0050%, and rare earth elements: 0.001 to 0.20%.

(ホウ素:B)
Bは、オーステナイト系ステンレス鋼を使用して製造された成形品の二次加工性を向上させる元素である。ただし、Bを過剰に含有させると、CrB等の化合物が形成されやすくなり、耐赤スケール性を劣化させる可能性がある。そのため、一実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼では、必要に応じて0.01質量%以下のBを添加してもよく、好ましくは0.0001~0.0030質量%のBを添加してもよい。
(Boron: B)
B is an element that improves the secondary workability of molded products manufactured using austenitic stainless steel. However, if B is contained in excess, compounds such as Cr 2 B are likely to be formed, which may deteriorate the red scale resistance. Therefore, in the austenitic stainless steel according to one embodiment, 0.01 mass % or less of B may be added as necessary, and preferably 0.0001 to 0.0030 mass % of B may be added.

(カルシウム:Ca)
Caは、耐高温酸化性を促進する元素である。しかしながら、Caの過度な添加は耐食性の低下を招く。そのため、一実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼では、必要に応じて0.0002~0.0050質量%のCaを添加してもよく、好ましくは0.0003~0.0040質量%のCaを添加してもよい。
(Calcium: Ca)
Ca is an element that promotes high-temperature oxidation resistance. However, excessive addition of Ca leads to a decrease in corrosion resistance. Therefore, in the austenitic stainless steel according to one embodiment, 0.0002 to 0.0050 mass % of Ca may be added as necessary, and preferably 0.0003 to 0.0040 mass % of Ca may be added.

(ハフニウム:Hf)
Hfは耐食性、高温強度および耐酸化性を向上する元素である。しかしながら、Hfの過度な添加は加工性および製造性の低下を招く虞がある。そのため、一実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼では、必要に応じて0.001~0.50質量%のHfを添加してもよく、好ましくは0.005~0.10質量%のHfを添加してもよい。
(Hafnium: Hf)
Hf is an element that improves corrosion resistance, high-temperature strength, and oxidation resistance. However, excessive addition of Hf may lead to deterioration of workability and manufacturability. Therefore, in the austenitic stainless steel according to one embodiment, 0.001 to 0.50 mass % of Hf may be added as necessary, and preferably 0.005 to 0.10 mass % of Hf may be added.

(ジルコニウム:Zr)
Zrは、高温強度、耐食性および耐高温酸化性を向上する元素である。しかしながら、Zrの過度な添加は加工性、製造性の低下を招く。そのため、一実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼では、必要に応じて0.01~0.50質量%のZrを添加してもよく、好ましくは0.02~0.30質量%のZrを添加してもよい。
(Zirconium: Zr)
Zr is an element that improves high-temperature strength, corrosion resistance, and high-temperature oxidation resistance. However, excessive addition of Zr leads to deterioration of workability and manufacturability. Therefore, in the austenitic stainless steel according to one embodiment, 0.01 to 0.50 mass % of Zr may be added as necessary, and preferably 0.02 to 0.30 mass % of Zr may be added.

(アンチモン:Sb)
Sbは、高温強度を向上する元素である。しかしながら、Sbの過度な添加は溶接性および靭性を低下させる。そのため、一実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼では、必要に応じて0.005~0.50質量%のSbを添加してもよく、好ましくは0.010~0.25質量%のSbを添加してもよい。
(Antimony: Sb)
Sb is an element that improves high-temperature strength. However, excessive addition of Sb reduces weldability and toughness. Therefore, in the austenitic stainless steel according to one embodiment, 0.005 to 0.50 mass % of Sb may be added as necessary, and preferably 0.010 to 0.25 mass % of Sb may be added.

(コバルト:Co)
Coは、高温強度を向上する元素である。しかしながら、Coの過剰な添加は靭性の低下による製造性の低下を招く。そのため、本発明の一実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼では、必要に応じて0.01~1.50質量%のCoを添加してもよく、好ましくは0.03~1.0質量%のCoを添加してもよい。
(Cobalt: Co)
Co is an element that improves high-temperature strength. However, excessive addition of Co leads to a decrease in toughness and therefore to a decrease in manufacturability. Therefore, in the austenitic stainless steel according to one embodiment of the present invention, 0.01 to 1.50 mass % of Co may be added as necessary, and preferably 0.03 to 1.0 mass % of Co may be added.

(タングステン:W)
Wは、高温強度確保のために添加する元素である。しかしながら、Wを過度に含有すると、材料コストが上昇する。そのため、一実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼では、必要に応じて0.01~2.0質量%のWを添加してもよく、好ましくは0.03~1.50質量%のWを添加してもよい。
(Tungsten: W)
W is an element added to ensure high-temperature strength. However, excessive W content increases material costs. Therefore, in the austenitic stainless steel according to one embodiment, 0.01 to 2.0 mass % of W may be added as necessary, and preferably 0.03 to 1.50 mass % of W may be added.

(タンタル:Ta)
Taは、高温強度を向上する元素である。しかしながら、Taの過度な添加は溶接性、靭性を低下させる。そのため、一実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼では、必要に応じて0.001~1.0質量%のTaを添加してもよく、好ましくは0.010~0.50質量%のTaを添加してもよい。
(Tantalum: Ta)
Ta is an element that improves high-temperature strength. However, excessive addition of Ta reduces weldability and toughness. Therefore, in the austenitic stainless steel according to one embodiment, 0.001 to 1.0 mass % of Ta may be added as necessary, and preferably 0.010 to 0.50 mass % of Ta may be added.

(スズ:Sn)
Snは、耐食性および高温強度を向上する元素である。しかしながら、Snの過度の添加は靭性および製造性の低下を招く虞がある。そのため、一実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼では、必要に応じて0.002~0.50質量%のSnを添加してもよく、好ましくは0.005~0.20質量%のSnを添加してもよい。
(Tin: Sn)
Sn is an element that improves corrosion resistance and high-temperature strength. However, excessive addition of Sn may lead to a decrease in toughness and manufacturability. Therefore, in the austenitic stainless steel according to one embodiment, 0.002 to 0.50 mass % of Sn may be added as necessary, and preferably 0.005 to 0.20 mass % of Sn may be added.

(ガリウム:Ga)
Gaは、耐食性および耐水素脆化特性を向上する元素である。しかしながら、Gaの過度な添加は溶接性および靭性を低下させる。そのため、一実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼では、必要に応じて0.0002~0.30質量%のGaを添加してもよく、好ましくは0.0010~0.20質量%のGaを添加してもよい。
(Gallium: Ga)
Ga is an element that improves corrosion resistance and hydrogen embrittlement resistance. However, excessive addition of Ga reduces weldability and toughness. Therefore, in the austenitic stainless steel according to one embodiment, 0.0002 to 0.30 mass % of Ga may be added as necessary, and preferably 0.0010 to 0.20 mass % of Ga may be added.

(マグネシウム:Mg)
Mgは、脱酸元素であることに加え、スラブの組織を微細化させ、成型性を向上する元素である。しかしながら、過度な添加は耐食性、溶接性および表面品質の低下を招く。そのため、一実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼では、必要に応じて0.0003~0.0050質量%のMgを添加してもよく、好ましくは0.0005~0.0030質量%のMgを添加してもよい。
(Magnesium: Mg)
In addition to being a deoxidizing element, Mg also refines the structure of the slab and improves formability. However, excessive addition of Mg leads to deterioration of corrosion resistance, weldability, and surface quality. Therefore, in the austenitic stainless steel according to one embodiment, 0.0003 to 0.0050 mass % of Mg may be added as necessary, and preferably 0.0005 to 0.0030 mass % of Mg may be added.

(希土類元素:REM)
REMは、スカンジウム(Sc)と、イットリウム(Y)と、ランタン(La)からルテチウム(Lu)までの15元素(ランタノイド)との総称を指す。REMは、単独の元素として添加されてもよく、または複数の元素の混合物として添加されてもよい。REMは、ステンレス鋼の清浄度を向上するとともに、耐高温酸化性も改善する元素である。しかしながら、過度な添加は合金コストを上昇させ、製造性を低下させる。そのため、一実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼では、必要に応じて0.001~0.20質量%のREMを添加してもよく、好ましくは0.005~0.10質量%のREMを添加してもよい。
(Rare earth element: REM)
REM refers to a collective term for scandium (Sc), yttrium (Y), and 15 elements (lanthanoids) from lanthanum (La) to lutetium (Lu). REM may be added as a single element or as a mixture of multiple elements. REM is an element that improves the cleanliness of stainless steel and also improves high-temperature oxidation resistance. However, excessive addition increases the alloy cost and reduces manufacturability. Therefore, in the austenitic stainless steel according to one embodiment, 0.001 to 0.20 mass % of REM may be added as necessary, and preferably 0.005 to 0.10 mass % of REM may be added.

<Cr、AlおよびSiを含有する酸化物>
本発明の一実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼は、表面において、長径が0.1~5μmの、Cr、AlおよびSiを含む酸化物が存在する。本明細書において、オーステナイト系ステンレス鋼の表面に存在するこのような酸化物を、「本発明の酸化物」と称する場合がある。
<Oxide containing Cr, Al and Si>
In an austenitic stainless steel according to one embodiment of the present invention, oxides containing Cr, Al and Si and having a major axis of 0.1 to 5 μm are present on the surface. In this specification, such oxides present on the surface of the austenitic stainless steel may be referred to as "oxides of the present invention."

酸化物の長径とは、酸化物表面上の任意の2点間の距離のうち、最大となる距離のことをいう。本発明の酸化物は、長径が0.1~5μmであれば、耐赤スケール性の改善効果を示す。本発明の酸化物の長径が0.1μm未満である場合、本発明の酸化物による耐赤スケール性の改善効果が低い。また、本発明の酸化物の長径が5μmより大きい場合、Cr貧化層が形成されやすくなると共に、オーステナイト系ステンレス鋼の表面の意匠性も低下する。Cr貧化層については後述する。 The longest diameter of an oxide refers to the longest distance between any two points on the oxide surface. The oxide of the present invention shows an improvement effect on red scale resistance if the longest diameter is 0.1 to 5 μm. If the longest diameter of the oxide of the present invention is less than 0.1 μm, the effect of the oxide of the present invention in improving red scale resistance is low. Furthermore, if the longest diameter of the oxide of the present invention is greater than 5 μm, a Cr-poor layer is more likely to form and the design of the surface of the austenitic stainless steel is also reduced. The Cr-poor layer will be described later.

一実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼は、表面に、長径が0.1~5μmの、Cr、SiおよびAlを含む酸化物が形成され、当該酸化物において、Crの濃度と、SiおよびAlの少なくとも一方の濃度と、の合計が4.0~12.0質量%である。 In one embodiment, an austenitic stainless steel has an oxide formed on the surface, the oxide having a major axis of 0.1 to 5 μm and containing Cr, Si, and Al, and the sum of the concentration of Cr and the concentration of at least one of Si and Al in the oxide is 4.0 to 12.0 mass%.

オーステナイト系ステンレス鋼の表面において、オーステナイト系ステンレス鋼の表面における本発明の酸化物は、例えば走査電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope:SEM)により検出および分析することができる。また、オーステナイト系ステンレス鋼の表面の酸化物におけるCr、AlまたはSiの含有量は、例えばエネルギー分散型元素分析装置(Energy dispersive X-ray spectroscopy:EDS)により測定することができる。 The oxide of the present invention on the surface of austenitic stainless steel can be detected and analyzed, for example, by a scanning electron microscope (SEM). The content of Cr, Al or Si in the oxide on the surface of austenitic stainless steel can be measured, for example, by an energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS).

本発明の酸化物が耐赤スケール性を改善する理由は、下記の通りと考えられる。第1に、本発明の酸化物が保護被膜として作用することが挙げられる。第2に、加熱によって本発明の酸化物が成長し、本発明の酸化物周辺の酸素分圧が低下することが挙げられる。Al、Si、Cr、Feは、この順に酸化されやすいため、FeよりもAl、SiおよびCrの方が優先的に酸化される。したがって、本発明の酸化物の成長により、Fe系酸化物である赤スケールの生成が低減され、Cr、AlおよびSiを主体とした保護性に優れる酸化物(例えば、Cr)の生成がさらに優先的となる。 The reasons why the oxide of the present invention improves red scale resistance are believed to be as follows. First, the oxide of the present invention acts as a protective coating. Second, the oxide of the present invention grows by heating, and the oxygen partial pressure around the oxide of the present invention decreases. Since Al, Si, Cr, and Fe are more likely to be oxidized in that order, Al, Si, and Cr are oxidized preferentially over Fe. Therefore, the growth of the oxide of the present invention reduces the formation of red scale, which is an Fe-based oxide, and the formation of an oxide with excellent protective properties mainly composed of Cr, Al, and Si (e.g., Cr 2 O 3 ) becomes more preferential.

ただし、オーステナイト系ステンレス鋼の表面に存在する本発明の酸化物において、Cr濃度と、Al濃度および/またはSi濃度との合計が過剰となる場合、第1に、表面上にCrが少ないCr貧化層が形成されてしまう。これは、オーステナイト系ステンレス鋼の最終焼鈍工程後に適正な条件での酸洗が施されないと、表面上に形成された酸化物と母相との界面にCr貧化層(母相側)が残存するためである。この場合、オーステナイト系ステンレス鋼の表面に、硝弗酸浸漬工程後もFe系酸化物が残存しやすくなり、耐赤スケール性が低減してしまう。また、第2に、本発明の酸化物によりオーステナイト系ステンレス鋼の溶接性が低下する虞がある。そのため、オーステナイト系ステンレス鋼の表面における本発明の酸化物の、Cr濃度と、Al濃度および/またはSi濃度との合計は、12.0質量%以下であることが好ましい。 However, if the sum of the Cr concentration and the Al concentration and/or Si concentration in the oxide of the present invention present on the surface of the austenitic stainless steel becomes excessive, firstly, a Cr-poor layer with little Cr is formed on the surface. This is because if the austenitic stainless steel is not pickled under appropriate conditions after the final annealing process, a Cr-poor layer (on the parent phase side) remains at the interface between the oxide formed on the surface and the parent phase. In this case, Fe-based oxides tend to remain on the surface of the austenitic stainless steel even after the nitric hydrofluoric acid immersion process, reducing the red scale resistance. Secondly, there is a risk that the weldability of the austenitic stainless steel will be reduced due to the oxide of the present invention. Therefore, it is preferable that the sum of the Cr concentration and the Al concentration and/or Si concentration of the oxide of the present invention on the surface of the austenitic stainless steel is 12.0 mass% or less.

なお、オーステナイト系ステンレス鋼の表面において、本発明の酸化物のCr濃度と、Al濃度および/またはSi濃度との合計が4.0質量%未満である場合、本発明の酸化物による耐赤スケール性の改善効果が十分ではない。したがって、オーステナイト系ステンレス鋼の表面において、本発明の酸化物のCr濃度と、Al濃度および/またはSi濃度との合計を4.0~12.0質量%の範囲内に制御することが好ましい。 If the sum of the Cr concentration, Al concentration and/or Si concentration of the oxide of the present invention on the surface of austenitic stainless steel is less than 4.0 mass%, the effect of the oxide of the present invention in improving red scale resistance is not sufficient. Therefore, it is preferable to control the sum of the Cr concentration, Al concentration and/or Si concentration of the oxide of the present invention on the surface of austenitic stainless steel to within the range of 4.0 to 12.0 mass%.

また、オーステナイト系ステンレス鋼の表面において、Cr濃度と、Al濃度と、Si濃度との合計が5.0~12.0質量%であることがより好ましい。 Moreover, it is more preferable that the total of the Cr concentration, Al concentration, and Si concentration on the surface of the austenitic stainless steel is 5.0 to 12.0 mass%.

従来は、耐赤スケール性の改善には、CrおよびSiの添加量の増加または製造工程の増加(表面研磨、予備酸化等)により対策することが一般的であり、製造コストの増加が問題となっていた。本発明者らは、オーステナイト系ステンレス鋼の表面における、Cr、AlおよびSiを含む酸化物に着目した。そして、オーステナイト系ステンレス鋼の表面において、このような酸化物に含まれるCr、AlおよびSiの濃度を所定の範囲に制御することにより、優れた耐赤スケール性を有するオーステナイト系ステンレス鋼を実現することができるという知見を得るに至った。 Conventionally, the general approach to improving red scale resistance was to increase the amount of Cr and Si added or to increase the number of manufacturing steps (surface polishing, pre-oxidation, etc.), which resulted in increased manufacturing costs. The inventors focused on oxides containing Cr, Al and Si on the surface of austenitic stainless steel. They then discovered that by controlling the concentrations of Cr, Al and Si contained in such oxides on the surface of austenitic stainless steel within a specified range, it is possible to realize an austenitic stainless steel with excellent red scale resistance.

本発明者らは、例えば、以下の製造方法により、表面において本発明の酸化物のCr濃度と、Al濃度および/またはSi濃度との合計が4.0~12.0質量%となり、耐赤スケール性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼を得ることができることを見出した。 The inventors have found that, for example, by using the following manufacturing method, the total of the Cr concentration, Al concentration and/or Si concentration of the oxide of the present invention on the surface is 4.0 to 12.0 mass %, and an austenitic stainless steel with excellent red scale resistance can be obtained.

<オーステナイト系ステンレス鋼の製造方法>
本発明の一実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼は、例えば、オーステナイト系ステンレス鋼帯として得られる。図1は、一実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼の製造方法の一例を示すフローチャートである。図1に示すように、本実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼帯の製造方法は、前処理工程S1、熱間圧延工程S2、焼鈍工程S3、酸洗工程S4、冷間圧延工程S5、最終焼鈍工程S6、硫酸浸漬工程S7、硝酸電解工程S8および硝弗酸浸漬工程S9を含む。
<Method of manufacturing austenitic stainless steel>
The austenitic stainless steel according to one embodiment of the present invention is obtained, for example, as an austenitic stainless steel strip. Fig. 1 is a flow chart showing an example of a method for producing an austenitic stainless steel according to one embodiment. As shown in Fig. 1, the method for producing an austenitic stainless steel strip according to this embodiment includes a pretreatment step S1, a hot rolling step S2, an annealing step S3, a pickling step S4, a cold rolling step S5, a final annealing step S6, a sulfuric acid immersion step S7, a nitric acid electrolysis step S8, and a nitric hydrofluoric acid immersion step S9.

前処理工程S1では、まず、真空またはアルゴン雰囲気の溶解炉を用いて、本発明の範囲内となるように組成を調整した鋼を溶製し、当該鋼を鋳造して、スラブ(鋼塊)を製造する。その後、当該スラブから熱間圧延用のスラブ片を切り出す。そして、当該スラブ片を大気雰囲気中で1100~1300℃の温度域まで加熱する。当該スラブ片を加熱して保持する時間は、限定されない。なお、工業的に前処理工程を行う場合、上記鋳造は連続鋳造であってよい。 In the pretreatment step S1, first, a melting furnace in a vacuum or argon atmosphere is used to melt steel whose composition is adjusted to fall within the range of the present invention, and the steel is cast to produce a slab (steel ingot). After that, a slab piece for hot rolling is cut out from the slab. The slab piece is then heated to a temperature range of 1100 to 1300°C in an air atmosphere. The time for which the slab piece is heated and held at this temperature is not limited. When the pretreatment step is carried out industrially, the casting may be continuous casting.

熱間圧延工程S2は、前処理工程S1において得られたスラブを熱間圧延することにより、所定の厚みの熱延鋼帯を製造する工程である。 The hot rolling process S2 is a process in which the slab obtained in the pretreatment process S1 is hot rolled to produce a hot-rolled steel strip of a specified thickness.

焼鈍工程S3は、熱間圧延工程S2で得られた熱延鋼帯を加熱することによって、鋼帯の軟質化を図る工程である。焼鈍工程S3は、必要に応じて実施される工程であり、実施されなくてもよい。 The annealing step S3 is a step in which the hot-rolled steel strip obtained in the hot rolling step S2 is heated to soften the steel strip. The annealing step S3 is a step that is performed as necessary, but does not have to be performed.

酸洗工程S4は、塩酸または硝酸と弗酸との混合液等の酸洗液を用いて、鋼帯表面に付着したスケールを洗い落とす工程である。 The pickling process S4 is a process in which scale adhering to the steel strip surface is washed off using a pickling solution such as hydrochloric acid or a mixture of nitric acid and hydrofluoric acid.

冷間圧延工程S5は、酸洗工程S4においてスケール除去された鋼帯を、さらに薄く圧延する工程である。 The cold rolling process S5 is a process in which the steel strip that has been descaled in the pickling process S4 is rolled even thinner.

最終焼鈍工程S6は、冷間圧延工程S5において圧延された鋼帯を加熱することにより、ひずみを除去し、鋼帯を軟質化させる工程である。最終焼鈍工程S6における焼鈍は、合金成分に応じて1000~1100℃の温度で行われる。 The final annealing step S6 is a step in which the steel strip rolled in the cold rolling step S5 is heated to remove distortion and soften the steel strip. The annealing in the final annealing step S6 is performed at a temperature of 1000 to 1100°C depending on the alloy composition.

硫酸浸漬工程S7、硝酸電解工程S8および硝弗酸浸漬工程S9は、製造されるオーステナイト系ステンレス鋼の表面において、本発明の酸化物を残存させるための工程である。すなわち、硫酸浸漬工程S7、硝酸電解工程S8および硝弗酸浸漬工程S9は、表面酸化物残存工程ということもできる。 The sulfuric acid immersion step S7, the nitric acid electrolysis step S8, and the nitric hydrofluoric acid immersion step S9 are steps for leaving the oxide of the present invention on the surface of the austenitic stainless steel being manufactured. In other words, the sulfuric acid immersion step S7, the nitric acid electrolysis step S8, and the nitric hydrofluoric acid immersion step S9 can also be called surface oxide remaining steps.

硫酸浸漬工程S7は、最終焼鈍工程S6で得られた鋼帯を硫酸水溶液中に浸漬する工程である。硫酸浸漬工程S7における硫酸水溶液の硫酸濃度は、50g/L以上であることが好ましく、60g/L以上であることがより好ましく、70g/L以上であることがより好ましい。硫酸浸漬工程S7における硫酸水溶液の液温は、40℃以上であることが好ましく、50℃以上であることがより好ましい。硫酸浸漬工程S7における硫酸水溶液への鋼帯の浸漬時間は20~50秒であることが好ましく、25~35秒であることがより好ましい。 The sulfuric acid immersion step S7 is a step in which the steel strip obtained in the final annealing step S6 is immersed in an aqueous sulfuric acid solution. The sulfuric acid concentration of the aqueous sulfuric acid solution in the sulfuric acid immersion step S7 is preferably 50 g/L or more, more preferably 60 g/L or more, and even more preferably 70 g/L or more. The liquid temperature of the aqueous sulfuric acid solution in the sulfuric acid immersion step S7 is preferably 40°C or more, and even more preferably 50°C or more. The immersion time of the steel strip in the aqueous sulfuric acid solution in the sulfuric acid immersion step S7 is preferably 20 to 50 seconds, and even more preferably 25 to 35 seconds.

硝酸電解工程S8は、硫酸浸漬工程S7後の鋼帯を、硝酸水溶液中で電解処理する工程である。硝酸電解工程S8における硝酸水溶液の硝酸濃度は、130g/L以上であることが好ましく、150g/L以上であることがより好ましい。硝酸電解工程S8における硝酸水溶液の液温は、40~60℃であることが好ましい。硝酸電解工程S8における電流密度は、50mA/cm以上であることが好ましく、70mA/cm以上であることがより好ましい。硝酸電解工程S8における電解時間は、60秒以上であることが好ましい。硝酸電解工程S8における、硝酸濃度、電流密度、および電解時間の上限は特に限定されるものではないが、硝酸濃度は250g/L以下、電流密度は150mA/cm以下、電解時間は180秒以下が好ましい。 The nitric acid electrolysis step S8 is a step in which the steel strip after the sulfuric acid immersion step S7 is electrolytically treated in an aqueous nitric acid solution. The nitric acid concentration of the aqueous nitric acid solution in the nitric acid electrolysis step S8 is preferably 130 g/L or more, more preferably 150 g/L or more. The liquid temperature of the aqueous nitric acid solution in the nitric acid electrolysis step S8 is preferably 40 to 60°C. The current density in the nitric acid electrolysis step S8 is preferably 50 mA/ cm2 or more, more preferably 70 mA/ cm2 or more. The electrolysis time in the nitric acid electrolysis step S8 is preferably 60 seconds or more. The upper limits of the nitric acid concentration, current density, and electrolysis time in the nitric acid electrolysis step S8 are not particularly limited, but it is preferable that the nitric acid concentration is 250 g/L or less, the current density is 150 mA/cm2 or less , and the electrolysis time is 180 seconds or less.

硝弗酸浸漬工程S9は、硝酸電解工程S8後の鋼帯を硝酸水溶液と弗酸水溶液との混合液である硝弗酸水溶液に浸漬する工程である。硝弗酸浸漬工程S9における硝弗酸水溶液の、硝酸濃度は130~150g/Lであることが好ましく、弗酸濃度は10~15g/Lであることが好ましい。硝弗酸浸漬工程S9における硝弗酸水溶液の液温は、40~60℃であることが好ましい。硝弗酸浸漬工程S9における硝弗酸水溶液への鋼帯の浸漬時間は、オーステナイト系ステンレス鋼の成分組成によるが、40~60秒であることが好ましい。 The nitric hydrofluoric acid immersion step S9 is a step in which the steel strip after the nitric acid electrolysis step S8 is immersed in a nitric hydrofluoric acid aqueous solution, which is a mixture of an aqueous nitric acid solution and an aqueous hydrofluoric acid solution. The nitric acid concentration of the nitric hydrofluoric acid aqueous solution in the nitric hydrofluoric acid immersion step S9 is preferably 130 to 150 g/L, and the hydrofluoric acid concentration is preferably 10 to 15 g/L. The liquid temperature of the nitric hydrofluoric acid aqueous solution in the nitric hydrofluoric acid immersion step S9 is preferably 40 to 60°C. The immersion time of the steel strip in the nitric hydrofluoric acid aqueous solution in the nitric hydrofluoric acid immersion step S9 depends on the component composition of the austenitic stainless steel, but is preferably 40 to 60 seconds.

本発明者らは、上記の製造方法により、オーステナイト系ステンレス鋼の表面において、長径が0.1~5μmであり、Cr、SiおよびAlを含む本発明の酸化物を残存させることができることを見出した。 The inventors have found that the above manufacturing method makes it possible to leave the oxide of the present invention, which has a major axis of 0.1 to 5 μm and contains Cr, Si, and Al, on the surface of austenitic stainless steel.

また、本発明の一実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼は、表面に形成される本発明の酸化物に含まれるCrの濃度と、SiおよびAlの少なくとも一方の濃度と、の合計が4.0~12.0質量%となっている。これにより、一実施形態に係るオーステナイト系ステンレスは、耐赤スケール性向上のために表面研磨等の処理を施す必要がないため、低コストで製造することができる。 In addition, the austenitic stainless steel according to one embodiment of the present invention has a total concentration of Cr and at least one of Si and Al contained in the oxide of the present invention formed on the surface of 4.0 to 12.0 mass %. As a result, the austenitic stainless steel according to one embodiment does not require treatment such as surface polishing to improve red scale resistance, and can be manufactured at low cost.

本発明の一実施例について以下に説明する。オーステナイト系ステンレス鋼の発明例または比較例として、No.1~56の鋼材を以下のようにして作製した。まず、下記の表1に示す成分を原料とし、上述した製造方法の最終焼鈍工程S6までを下記の条件で行った;
・前処理工程S1における溶解炉の雰囲気:真空
・前処理工程S1において製造されるスラブ片の質量:30kg
・前処理工程S1におけるスラブ片の加熱温度:1230℃
・前処理工程S1におけるスラブ片の加熱時間:2時間
・熱間圧延工程S2後の板厚:5mm
・焼鈍工程S3:実施せず
・酸洗工程S4で用いた酸洗液:硝弗酸水溶液(3%弗酸、10%硝酸)
・酸洗工程S4における酸洗液の液温:60℃
・冷間圧延工程S5後の板厚:2mm
・最終焼鈍工程S6における焼鈍温度:1000~1100℃(合金組成に応じて変更)。
An embodiment of the present invention will be described below. As inventive or comparative examples of austenitic stainless steel, steel materials No. 1 to 56 were produced as follows. First, the components shown in Table 1 below were used as raw materials, and the above-mentioned manufacturing method was carried out up to the final annealing step S6 under the following conditions:
Atmosphere of melting furnace in pretreatment step S1: vacuum Mass of slab piece produced in pretreatment step S1: 30 kg
Heating temperature of slab piece in pretreatment step S1: 1230° C.
Heating time of the slab in the pretreatment process S1: 2 hours Plate thickness after the hot rolling process S2: 5 mm
Annealing step S3: Not performed Pickling solution used in pickling step S4: Nitric hydrofluoric acid aqueous solution (3% hydrofluoric acid, 10% nitric acid)
Temperature of pickling solution in pickling process S4: 60° C.
・ Sheet thickness after cold rolling process S5: 2 mm
Annealing temperature in the final annealing step S6: 1000 to 1100° C. (varies depending on the alloy composition).

本実施例では、表1に示される組成は、質量%で示されている。また、表1に示す各成分以外の残部は、Feまたは不可避的に混入する少量の不純物である。また、表1中の下線は、本発明の比較例に係る各ステンレス鋼に含まれる各成分の範囲が、本発明の範囲外であることを示している。 In this embodiment, the composition shown in Table 1 is shown in mass %. The remainder other than each component shown in Table 1 is Fe or a small amount of impurities that are inevitably mixed in. The underlines in Table 1 indicate that the range of each component contained in each stainless steel according to the comparative example of the present invention is outside the range of the present invention.

次に、鋼帯の表面に本発明の酸化物を残存させるため、下記の条件で、硫酸浸漬工程S7、硝酸電解工程S8および硝弗酸浸漬工程S9を行った;
・硫酸浸漬工程S7における硫酸濃度:80g/L
・硫酸浸漬工程S7における硫酸の液温:60℃
・硝酸電解工程S8における硝酸濃度:200g/L
・硝酸電解工程S8における硝酸の液温:40~60℃
・硝酸電解工程S8における電流密度:80mA/cm
・硝弗酸浸漬工程S9において用いた硝弗酸水溶液:硝酸130~150g/L、弗酸10~15g/L
・硝弗酸浸漬工程S9における硝弗酸の液温:40~60℃。
Next, in order to leave the oxide of the present invention on the surface of the steel strip, a sulfuric acid immersion step S7, a nitric acid electrolysis step S8, and a nitric hydrofluoric acid immersion step S9 were carried out under the following conditions:
Sulfuric acid concentration in sulfuric acid immersion step S7: 80 g/L
Sulfuric acid temperature in sulfuric acid immersion step S7: 60° C.
Nitric acid concentration in nitric acid electrolysis step S8: 200 g / L
Nitric acid liquid temperature in nitric acid electrolysis step S8: 40 to 60° C.
Current density in nitric acid electrolysis step S8: 80 mA / cm 2
Nitric acid/hydrofluoric acid aqueous solution used in nitric acid/hydrofluoric acid immersion step S9: nitric acid 130-150 g/L, hydrofluoric acid 10-15 g/L
Nitric hydrofluoric acid liquid temperature in the nitric hydrofluoric acid immersion step S9: 40 to 60°C.

なお、硫酸浸漬工程S7における硫酸への浸漬時間は30秒とした。また、硝酸電解工程S8における電解時間は60秒とした。また、硝弗酸浸漬工程S9における硝弗酸水溶液への浸漬時間は60秒とした。また、各鋼材での硝弗酸浸漬工程S9における弗酸濃度(g/L)について、表2に示した。 The immersion time in sulfuric acid in the sulfuric acid immersion step S7 was 30 seconds. The electrolysis time in the nitric acid electrolysis step S8 was 60 seconds. The immersion time in the nitric hydrofluoric acid aqueous solution in the nitric hydrofluoric acid immersion step S9 was 60 seconds. The hydrofluoric acid concentration (g/L) in the nitric hydrofluoric acid immersion step S9 for each steel material is shown in Table 2.

Figure 0007656463000001
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鋼材No.1~56について、以下に示す方法により、鋼材表面における酸化物に含まれるCr、AlおよびSiの濃度測定、酸化増量の評価および溶接性の評価を行った。 For steel materials No. 1 to 56, the concentrations of Cr, Al, and Si contained in the oxides on the steel surface were measured, and the oxidation weight gain and weldability were evaluated using the methods described below.

<酸化物の濃度測定>
各鋼材表面のCr、Si、Al系酸化物の分析は以下の通り実施した。走査電子顕微鏡(SEM)SU5000((株)日立ハイテクノロジーズ製)を用い、倍率1万倍にて鋼材表面に分散している酸化物の分析を行った。また、酸化物の組成について、電子顕微鏡用エネルギー分散型元素分析装置(Energy dispersive X-ray spectroscopy:EDS)(株式会社堀場製作所製)を用い、加速電圧15kV、分析時間60秒、ビーム径0.2μmで元素分析を行った。
<Oxide concentration measurement>
The analysis of Cr, Si, and Al-based oxides on the surface of each steel material was carried out as follows. Using a scanning electron microscope (SEM) SU5000 (manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation), the oxides dispersed on the steel surface were analyzed at a magnification of 10,000 times. In addition, elemental analysis of the composition of the oxides was carried out using an energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) for electron microscopes (manufactured by Horiba, Ltd.) at an acceleration voltage of 15 kV, an analysis time of 60 seconds, and a beam diameter of 0.2 μm.

分析を行った範囲は6μm×4μm=24μmとし、測定した酸化物の大きさは長径が0.1~5μmの範囲内とした。各鋼材表面において、このような大きさの酸化物が10個以上、24μmの範囲内に存在する範囲を分析範囲とした。分析範囲内の、長径が0.1~5μmの酸化物が含まれる箇所をランダムに5箇所選定し、EDSによって、分析対象元素をFe、Ni、Cr、Si、AlおよびOとして、スポット分析を行った。各鋼材についての分析結果は、5箇所のスポット分析の平均値とした。 The area analyzed was 6 μm × 4 μm = 24 μm2, and the size of the oxides measured was in the range of 0.1 to 5 μm in major axis. The analysis range was the area on the surface of each steel material where 10 or more oxides of this size were present within a range of 24 μm2. Five locations within the analysis range that contained oxides with major axes of 0.1 to 5 μm were randomly selected, and spot analysis was performed by EDS with the analysis target elements being Fe, Ni, Cr, Si, Al, and O. The analysis result for each steel material was the average value of the five spot analyses.

分析結果について、鋼材の表面の酸化物におけるCr、SiおよびAlの各元素の濃度と、「Cr+Si」、「Cr+Al」および「Cr+Si+Al」の濃度の結果を、それぞれ表2に示す。「Cr+Si」は、Crの濃度とSiの濃度の合計を示し、「Cr+Al」は、Crの濃度とAlの濃度の合計を示す。「Cr+Si+Al」は、Crの濃度とSiの濃度とAlの濃度との合計を示す。 The analysis results, including the concentrations of Cr, Si, and Al in the oxides on the surface of the steel material, and the concentrations of "Cr+Si", "Cr+Al", and "Cr+Si+Al", are shown in Table 2. "Cr+Si" indicates the sum of the Cr concentration and the Si concentration, while "Cr+Al" indicates the sum of the Cr concentration and the Al concentration. "Cr+Si+Al" indicates the sum of the Cr concentration, the Si concentration, and the Al concentration.

「Cr+Si+Al」の濃度が5.0~12.0質量%を満たしていれば○(良好)、満たしていなければ×(不良)と評価した。なお、「Cr+Si+Al」の結果が良好と評価された鋼材はいずれも、「Cr+Si」および「Cr+Al」の少なくともいずれかの結果について、4.0~12.0質量%を満たしていた。 If the "Cr+Si+Al" concentration was within the range of 5.0 to 12.0 mass%, it was rated as "○" (good); if it was not within the range, it was rated as "×" (bad). All steel products that were rated as having a good result for "Cr+Si+Al" also met the range of 4.0 to 12.0 mass% for at least one of the results for "Cr+Si" and "Cr+Al".

<酸化増量の評価>
各鋼材の耐赤スケール性について、JIS Z2281に従い、酸化試験後の酸化増量により評価した。各鋼材から20mm×25mmの試験片を切り出し、試験片の端面のみ#600の研磨材により乾式研磨を行った。この試験片を、20%水蒸気を含む窒素雰囲気下にて、800℃で100時間連続加熱後に酸化増量(mg/cm)を測定した。
<Evaluation of oxidation gain>
The red scale resistance of each steel material was evaluated based on the oxidation mass gain after oxidation testing in accordance with JIS Z2281. A test piece measuring 20 mm x 25 mm was cut from each steel material, and only the end face of the test piece was dry polished with a #600 abrasive. The test piece was continuously heated at 800°C for 100 hours in a nitrogen atmosphere containing 20% water vapor, after which the oxidation mass gain (mg/ cm2 ) was measured.

酸化試験は各鋼材について2回行い、平均の酸化増量を算出した。算出した酸化増量を表2に示す。耐赤スケール性について、酸化増量が0.3mg/cm未満を○(良好)、0.3mg/cm以上を×(不良)と評価した。 The oxidation test was performed twice for each steel material, and the average oxidation weight gain was calculated. The calculated oxidation weight gains are shown in Table 2. Regarding red scale resistance, an oxidation weight gain of less than 0.3 mg/ cm2 was evaluated as ○ (good), and an oxidation weight gain of 0.3 mg/cm2 or more was evaluated as × (poor).

<溶接性の評価>
各鋼材の溶接性を、アークストライク溶接後の割れ総長さにより評価した。評価に用いる試験片は、板厚2mmの各鋼材から50mm角に切り出して得た。アークストライク溶接について、TIG溶接機にて電流120Aで3秒、シールドガスはArを10mL/分、φ2.4mmの電極で突き出し長さ5mmとし、アーク長1mmで溶接を行った。各鋼材の溶接高温割れ感受性について、試験片の割れ有無および割れ総長さ(mm)で評価した。表2には、割れ総長さの測定結果を溶接性の評価結果として示している。溶接性について、割れ総長さが5mm未満を○(良好)、5mm以上を×(不良)と評価した。
<Weldability evaluation>
The weldability of each steel material was evaluated based on the total crack length after arc strike welding. The test pieces used for the evaluation were obtained by cutting out 50 mm squares from each steel material with a plate thickness of 2 mm. Arc strike welding was performed with a TIG welding machine at a current of 120 A for 3 seconds, a shielding gas of Ar at 10 mL/min, an electrode with a diameter of 2.4 mm with a protrusion length of 5 mm, and an arc length of 1 mm. The welding hot cracking susceptibility of each steel material was evaluated based on the presence or absence of cracks in the test pieces and the total crack length (mm). Table 2 shows the measurement results of the total crack length as the evaluation result of weldability. Regarding weldability, a total crack length of less than 5 mm was evaluated as ○ (good), and a total crack length of 5 mm or more was evaluated as × (bad).

<結果>
表2に、総合評価として、各鋼材について表面における本発明の酸化物の元素濃度、酸化増量および溶接性の全てが良好と評価された場合を○(良好)、少なくとも何れか1つが不良と評価された場合を×(不良)とした結果を示した。
<Results>
Table 2 shows the overall evaluation results, in which the element concentration of the oxide of the present invention on the surface, the oxidation weight gain, and the weldability of each steel material were all evaluated as good (◯) and the results were shown as bad (×) when at least one of them was evaluated as bad.

表2に示すように、本発明の組成を有する鋼種A1~A9を用いて、硝弗酸浸漬工程S9における弗酸濃度を10~15g/Lの範囲内として作製した鋼材はいずれも、表面における本発明の酸化物の規定元素濃度が4.0~12.0質量%であった。規定元素濃度とは、Cr濃度と、Al濃度および/またはSi濃度との合計を示す。また、これらの発明例に係る鋼材は、いずれも良好な耐赤スケール性および溶接性を有していた。 As shown in Table 2, all of the steel materials produced using steel types A1 to A9 having the composition of the present invention and with a hydrofluoric acid concentration in the nitric hydrofluoric acid immersion step S9 in the range of 10 to 15 g/L had a specified element concentration of the oxide of the present invention on the surface of 4.0 to 12.0 mass%. The specified element concentration refers to the sum of the Cr concentration and the Al concentration and/or Si concentration. Furthermore, all of the steel materials according to these invention examples had good red scale resistance and weldability.

一方、鋼種A1~A9を用いているが、硝弗酸浸漬工程S9における弗酸濃度を5g/Lまたは7.5g/Lとして作製した鋼材は、いずれも表面における本発明の酸化物の規定元素濃度が12.0質量%を超えていた。これらの比較例に係る鋼材は、酸化増量および溶接性が不良と評価されるものであった。 On the other hand, in the steel materials made using steel types A1 to A9 and with a hydrofluoric acid concentration of 5 g/L or 7.5 g/L in the nitric hydrofluoric acid immersion step S9, the specified element concentration of the oxide of the present invention on the surface exceeded 12.0 mass%. The steel materials according to these comparative examples were evaluated as having poor oxidation weight gain and weldability.

また、本発明の組成から外れた組成を有する鋼種B1~B5を用いて作製した鋼材はいずれも、酸化増量および溶接性の少なくとも何れか一方が不良と評価されるものであった。 In addition, all of the steel materials produced using steel types B1 to B5, which have compositions that deviate from the composition of the present invention, were evaluated as poor in at least one of the oxidation weight gain and weldability.

〔付記事項〕
本発明は上述した各実施形態または実施例に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。異なる実施形態および実施例にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
[Additional Notes]
The present invention is not limited to the above-described embodiments or examples, and various modifications are possible within the scope of the claims. Embodiments obtained by appropriately combining the technical means disclosed in the different embodiments and examples are also included in the technical scope of the present invention.

Claims (2)

質量%で、C:0.12%以下、Si:0.20~4.0%、Mn:0.05~2.5%、P:0.05%以下、S:0.005%以下、Ni:8.0~17.0%、Cr:15~25.0%、Cu:2.5%以下、Al:0.01~1.0%、N:0.35%以下、Mo:3.0%以下、Nb:0.8%以下およびTi:1.0%以下を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなるオーステナイト系ステンレス鋼であって
表面に、長径が0.1~5μmの、Cr、SiおよびAlを含む酸化物が形成され、
前記酸化物において、Crの濃度と、SiおよびAlの少なくとも一方の濃度と、の合計が4.0~12.0質量%であり、
前記酸化物において、Crの濃度と、Siの濃度と、Alの濃度と、の合計が5.0~12.0質量%であり、
JIS Z2281に従って、当該オーステナイト系ステンレス鋼から20mm×25mmの試験片を切り出し、前記試験片の端面のみ#600の研磨材により乾式研磨を行った前記試験片を、20%水蒸気を含む窒素雰囲気下にて、800℃で100時間連続加熱後に測定した酸化増量が0.3mg/cm未満である、オーステナイト系ステンレス鋼。
An austenitic stainless steel containing, by mass%, C: 0.12% or less, Si: 0.20 to 4.0%, Mn: 0.05 to 2.5%, P: 0.05% or less, S: 0.005% or less, Ni: 8.0 to 17.0%, Cr: 15 to 25.0%, Cu: 2.5% or less, Al: 0.01 to 1.0%, N: 0.35% or less, Mo: 3.0% or less, Nb: 0.8% or less, and Ti: 1.0% or less, with the balance being Fe and unavoidable impurities,
An oxide containing Cr, Si and Al and having a major axis of 0.1 to 5 μm is formed on the surface,
In the oxide, the total of the concentration of Cr and the concentration of at least one of Si and Al is 4.0 to 12.0 mass %,
In the oxide, the total of a Cr concentration, a Si concentration, and an Al concentration is 5.0 to 12.0 mass %,
A test piece measuring 20 mm x 25 mm is cut out from the austenitic stainless steel in accordance with JIS Z2281, and only the end faces of the test piece are dry-polished with a #600 abrasive. The test piece is continuously heated at 800°C for 100 hours in a nitrogen atmosphere containing 20% water vapor, and the oxidation mass gain measured is less than 0.3 mg/ cm2 .
質量%で、B:0.01%以下、Ca:0.0002~0.0050%、Hf:0.001~0.50%、Zr:0.01~0.50%、Sb:0.005~0.50%、Co:0.01~1.50%、W:0.01~2.0%、Ta:0.001~1.0%、Sn:0.002~0.5%、Ga:0.0002~0.30%、Mg:0.0003~0.0050%および希土類元素:0.001~0.20%のうちの1種または2種以上を更に含有する、請求項1に記載のオーステナイト系ステンレス鋼。 The austenitic stainless steel according to claim 1, further containing, by mass%, one or more of B: 0.01% or less, Ca: 0.0002-0.0050%, Hf: 0.001-0.50%, Zr: 0.01-0.50%, Sb: 0.005-0.50%, Co: 0.01-1.50%, W: 0.01-2.0%, Ta: 0.001-1.0%, Sn: 0.002-0.5%, Ga: 0.0002-0.30%, Mg: 0.0003-0.0050%, and rare earth elements: 0.001-0.20%.
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