JP7688985B2 - Ferritic stainless steel material and its manufacturing method, welded member and its manufacturing method, and vibration damping member - Google Patents
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Description
本発明は、フェライト系ステンレス鋼材及びその製造方法、溶接部材及びその製造方法、並びに制振部材に関する。 The present invention relates to ferritic stainless steel materials and their manufacturing methods, welded components and their manufacturing methods, and vibration-damping components.
電気自動車は、エンジンによる騒音・振動がなくなったため静粛性が高い。そのため、ガソリン車に対しても、電気自動車を目標とする静粛性の向上が求められている。
ガソリン車における騒音・振動は、排気管やマフラーなどの排気系部材で共振することで増幅されることが多い。したがって、排気系部材は、共振による騒音・振動の増幅を抑制するために、制振性を有する材料から形成されることが望ましい。
Electric vehicles are quieter because they do not have the noise and vibration caused by engines. Therefore, gasoline-powered vehicles are also required to be quieter to match the level of electric vehicles.
Noise and vibration in gasoline-powered vehicles are often amplified by resonance in exhaust system components such as the exhaust pipe, muffler, etc. Therefore, it is desirable for exhaust system components to be made of materials with vibration-damping properties in order to suppress the amplification of noise and vibration caused by resonance.
制振性を有する材料としてはゴムや樹脂が代表例として挙げられるが、ゴムや樹脂は、排気系部材のように高温環境(例えば、400~750℃)下で使用される場合、強度、耐食性、耐熱性などの特性が十分でないことが多い。そのため、高温環境下で使用可能な、制振性を有する金属材料が必要とされている。 Typical examples of materials with vibration-damping properties include rubber and resin, but when rubber and resin are used in high-temperature environments (e.g., 400-750°C) such as exhaust system components, they often lack sufficient properties such as strength, corrosion resistance, and heat resistance. For this reason, there is a need for metal materials with vibration-damping properties that can be used in high-temperature environments.
制振性を有する金属材料は、振動エネルギーの減衰機構から、複合型、強磁性型、転位型及び双晶型に大別される。これらは、種類ごとに長所及び短所が存在するが、高温環境下での使用には、強度及び耐熱性が良好な強磁性型が好ましい。強磁性型は、振動などの外力が加わった際に磁区が一方向に再配列し、除荷されると磁区はランダムに再配列される。このときの残留歪が振動エネルギーを吸収して振動を減衰させることができる。 Metal materials with vibration-damping properties are broadly classified into composite, ferromagnetic, dislocation, and twin crystal types based on the mechanism by which vibration energy is attenuated. Each type has its own advantages and disadvantages, but for use in high-temperature environments, the ferromagnetic type, which has good strength and heat resistance, is preferred. In the ferromagnetic type, the magnetic domains are rearranged in one direction when an external force such as vibration is applied, and when the load is removed, the magnetic domains are rearranged randomly. The residual distortion at this time absorbs vibration energy and can attenuate the vibration.
強磁性型の金属材料としては、例えば、質量%で、C:0.001~0.04%、Si:0.1~2.0%、Mn:0.1~1.0%、Ni:0.01~0.6%、Cr:10.5~20.0%、Al:0.5~5.0%、N:0.001~0.03%、Ti:0.5%以下、Cu:0.3%以下、Mo:0.3%以下を含有し、残部Fe及び不可避的不純物である化学組成を有し、マトリックスがフェライト単相であり、フェライト結晶粒の平均結晶粒径が0.3~3.0mmである金属組織を有し、残留磁束密度が45mT以下である制振性フェライト系ステンレス鋼材が提案されている(特許文献1)。 As a ferromagnetic metal material, for example, a vibration-damping ferritic stainless steel material has been proposed that contains, by mass%, C: 0.001-0.04%, Si: 0.1-2.0%, Mn: 0.1-1.0%, Ni: 0.01-0.6%, Cr: 10.5-20.0%, Al: 0.5-5.0%, N: 0.001-0.03%, Ti: 0.5% or less, Cu: 0.3% or less, Mo: 0.3% or less, with the balance being Fe and unavoidable impurities, has a metal structure in which the matrix is a single ferrite phase, the ferrite crystal grains have an average crystal grain size of 0.3-3.0 mm, and has a residual magnetic flux density of 45 mT or less (Patent Document 1).
特許文献1のフェライト系ステンレス鋼材は、フェライト結晶粒を粗大化し、その平均結晶粒径を0.3~3.0mmに制御することによって制振性を発現させている。しかしながら、このフェライト系ステンレス鋼材は、C及びNの固溶量が適切な範囲に制御されていないため、高温環境下でC及びNがCrと結合してCr炭化物やCr窒化物が析出する恐れがある。これらの析出物は、周囲のCrを奪って耐食性を低下させる鋭敏化を招く上、特にCr炭化物は粒界に優先的に析出するため、靭性も著しく低下してしまう。 The ferritic stainless steel material of Patent Document 1 exhibits vibration-damping properties by enlarging the ferrite crystal grains and controlling the average crystal grain size to 0.3 to 3.0 mm. However, in this ferritic stainless steel material, the amount of dissolved C and N is not controlled within an appropriate range, so there is a risk that C and N will combine with Cr in a high-temperature environment to precipitate Cr carbides and Cr nitrides. These precipitates not only induce sensitization that removes surrounding Cr and reduces corrosion resistance, but also significantly reduce toughness because Cr carbides in particular preferentially precipitate at grain boundaries.
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、高温環境下における靭性及び制振性に優れるフェライト系ステンレス鋼材及びその製造方法、溶接部材及びその製造方法、並びに制振部材を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and aims to provide a ferritic stainless steel material and its manufacturing method, a welded member and its manufacturing method, and a vibration-damping member that are excellent in toughness and vibration-damping properties in high-temperature environments.
本発明者らは、上記のような問題を解決すべく鋭意研究を行った結果、フェライト系ステンレス鋼材の組成、C及びNの合計固溶量、並びに平均結晶粒径を制御することで、高温環境下における靭性の低下を抑制しつつ制振性を向上させ得ることを見出した。また、本発明者らは、熱処理(再結晶処理)及びその後の冷却条件を調整することにより、C及びNの合計固溶量、並びに平均結晶粒径を制御し得ることも見出した。本発明は、これらの知見に基づいて完成するに至ったものである。 The inventors conducted extensive research to solve the above problems and discovered that by controlling the composition of the ferritic stainless steel material, the total amount of C and N in solid solution, and the average crystal grain size, it is possible to improve vibration damping while suppressing a decrease in toughness in high-temperature environments. The inventors also discovered that by adjusting the heat treatment (recrystallization treatment) and the subsequent cooling conditions, it is possible to control the total amount of C and N in solid solution, and the average crystal grain size. The present invention was completed based on these findings.
すなわち、本発明は、排気系部材に用いられるフェライト系ステンレス鋼材であって、
質量基準で、C:0.100%以下、Mn:1.00%以下、Ni:1.00%以下、P:0.100%以下、S:0.050%以下、Cr:10.50~24.00%、N:0.030%以下、Cu:1.00%以下、Mo:2.50%以下、Si:3.00%以下、Al:1.00~5.00%、Nb:0.01~0.50%、Ti:0.01~0.50%を含み、Nb及びTiの合計含有量が6(C+N)以上(C及びNは、C及びNの含有量をそれぞれ表す)且つ0.20%以上であり、残部がFe及び不純物からなる組成を有し、C及びNの合計固溶量が0.015%以下であり、
平均結晶粒径が100μm以上であるフェライト系ステンレス鋼材である。
That is, the present invention provides a ferritic stainless steel material used for exhaust system members,
The composition includes, on a mass basis, C: 0.100% or less, Mn: 1.00% or less, Ni: 1.00% or less, P: 0.100% or less, S: 0.050% or less, Cr: 10.50 to 24.00%, N: 0.030% or less, Cu: 1.00% or less, Mo: 2.50% or less, Si: 3.00% or less, Al: 1.00 to 5.00%, Nb: 0.01 to 0.50%, and Ti: 0.01 to 0.50%, the total content of Nb and Ti is 6(C+N) or more (C and N represent the contents of C and N, respectively) and 0.20% or more, and the balance is Fe and impurities, and the total solid solution amount of C and N is 0.015% or less,
The ferritic stainless steel has an average crystal grain size of 100 μm or more.
また、本発明は、排気系部材に用いられ、金属材同士が溶接された溶接部材であって、
前記金属材の少なくとも一方が、前記フェライト系ステンレス鋼材である溶接部材である。
The present invention also provides a welded member used in an exhaust system, in which metal materials are welded together, comprising:
At least one of the metal materials is a welded member that is the ferritic stainless steel material.
また、本発明は、排気系部材に用いられるフェライト系ステンレス鋼材の製造方法であって、
質量基準で、C:0.100%以下、Mn:1.00%以下、Ni:1.00%以下、P:0.100%以下、S:0.050%以下、Cr:10.50~24.00%、N:0.030%以下、Cu:1.00%以下、Mo:2.50%以下、Si:3.00%以下、Al:1.00~5.00%、Nb:0.01~0.50%、Ti:0.01~0.50%を含み、Nb及びTiの合計含有量が6(C+N)以上(C及びNは、C及びNの含有量をそれぞれ表す)且つ0.20%以上であり、残部がFe及び不純物からなる組成を有するフェライト系ステンレス鋼板を900℃以上で10分以上加熱した後、900~750℃の温度域で5分以上保持されるようにして冷却するフェライト系ステンレス鋼材の製造方法である。
The present invention also provides a method for producing a ferritic stainless steel material used for exhaust system members, comprising the steps of:
Based on mass, C: 0.100% or less, Mn: 1.00% or less, Ni: 1.00% or less, P: 0.100% or less, S: 0.050% or less, Cr: 10.50 to 24.00%, N: 0.0 30% or less, Cu: 1.00% or less, Mo: 2.50% or less, Si: 3.00% or less, Al: 1.00 to 5.00%, Nb: 0.01 to 0.50%, Ti: 0.01 to 0.50%. The method for producing a ferritic stainless steel material comprises heating a ferritic stainless steel plate having a composition in which the total content of Nb and Ti is 6(C+N) or more (C and N represent the contents of C and N, respectively) and 0.20% or more, with the balance being Fe and impurities, at 900°C or more for 10 minutes or more, and then cooling the plate while maintaining the temperature in the 900 to 750°C range for 5 minutes or more.
また、本発明は、排気系部材に用いられ、金属材同士が溶接された溶接部材の製造方法であって、
前記金属材の少なくとも一方が、
(i)前記フェライト系ステンレス鋼材、又は
(ii)質量基準で、C:0.100%以下、Mn:1.00%以下、Ni:1.00%以下、P:0.100%以下、S:0.050%以下、Cr:10.50~24.00%、N:0.030%以下、Cu:1.00%以下、Mo:2.50%以下、Si:3.00%以下、Al:1.00~5.00%、Nb:0.01~0.50%、Ti:0.01~0.50%を含み、Nb及びTiの合計含有量が6(C+N)以上(C及びNは、C及びNの含有量をそれぞれ表す)且つ0.20%以上であり、残部がFe及び不純物からなる組成を有するフェライト系ステンレス鋼材
であり、
前記金属材同士を溶接した後、900℃以上で5分以上加熱し、次いで900~750℃の温度域で5分以上保持されるようにして冷却する溶接部材の製造方法である。
The present invention also provides a method for manufacturing a welded component used in an exhaust system, in which metal materials are welded together, comprising the steps of:
At least one of the metal materials is
(i) the ferritic stainless steel material; or (ii) a ferritic stainless steel material having a composition comprising, on a mass basis, C: 0.100% or less, Mn: 1.00% or less, Ni: 1.00% or less, P: 0.100% or less, S: 0.050% or less, Cr: 10.50 to 24.00%, N: 0.030% or less, Cu: 1.00% or less, Mo: 2.50% or less, Si: 3.00% or less, Al: 1.00 to 5.00%, Nb: 0.01 to 0.50%, and Ti: 0.01 to 0.50%, the total content of Nb and Ti being 6(C+N) or more (C and N represent the contents of C and N, respectively) and 0.20% or more, with the balance being Fe and impurities;
This is a method for manufacturing a welded member, in which the metal materials are welded together, heated at 900° C. or higher for 5 minutes or more, and then cooled while being held in a temperature range of 900 to 750° C. for 5 minutes or more.
さらに、本発明は、排気系部材に用いられる制振部材であって、
前記フェライト系ステンレス鋼材又は前記溶接部材を含む制振部材である。
Furthermore, the present invention provides a vibration damping member for use in an exhaust system, comprising:
The vibration-damping member includes the ferritic stainless steel material or the welded member.
本発明によれば、高温環境下における靭性及び制振性に優れるフェライト系ステンレス鋼材及びその製造方法、溶接部材及びその製造方法、並びに制振部材を提供することができる。 The present invention provides a ferritic stainless steel material and its manufacturing method, a welded member and its manufacturing method, and a vibration-damping member that are excellent in toughness and vibration-damping properties in high-temperature environments.
本発明は、強度及び耐熱性が良好な強磁性型のフェライト系ステンレス鋼(以下、「ステンレス鋼」と略す)材に着目して研究を行い、以下の観点に基づいて完成されたものである。
強磁性型のステンレス鋼材の制振性は、磁区が移動した際の変形量(磁歪)の大きさによって決まる。そのため、ステンレス鋼材の組成に関し、Alを添加することよって磁歪量を大きくした。また、磁気特性を向上させる(すなわち、磁区移動を起こり易くする)ために、Siを添加した。
ステンレス鋼材における制振性の発現には、磁区が自由に移動できることが必要であるが、ステンレス鋼材中の歪(転位)、析出物及び結晶粒界は磁区の移動を妨げるため、これらを低減するための熱処理が必要となる。ステンレス鋼材の製造工程において、熱処理(焼鈍処理)は、一般に歪除去を目的としているのに対して、制振性を発現させるための熱処理は、粒界による磁区移動阻害を抑制するために結晶粒を成長させる必要がある。そのため、制振性を発現させるための熱処理は、焼鈍処理に比べて高温・長時間とする必要がある。一方で、結晶粒の過度な成長は、靭性が低下するため、振動による応力負荷や、衝撃が加わる用途に用いることが難しくなる。したがって、靭性の低下を抑制しつつ制振性を発現させることが可能な加熱条件を選択しなければならない。
The present invention was completed based on the following viewpoints through research focusing on ferromagnetic ferritic stainless steel (hereinafter abbreviated as "stainless steel") material having good strength and heat resistance.
The vibration damping properties of ferromagnetic stainless steel materials are determined by the amount of deformation (magnetostriction) that occurs when magnetic domains move. Therefore, the amount of magnetostriction is increased by adding Al to the composition of the stainless steel material. Also, Si is added to improve the magnetic properties (i.e., to make magnetic domain movement easier).
In order for the stainless steel material to exhibit vibration-damping properties, it is necessary for the magnetic domains to be able to move freely. However, since the strain (dislocation), precipitates, and grain boundaries in the stainless steel material hinder the movement of the magnetic domains, heat treatment is required to reduce these. In the manufacturing process of stainless steel material, heat treatment (annealing treatment) is generally intended to remove strain, whereas heat treatment for exhibiting vibration-damping properties requires the growth of crystal grains to suppress the inhibition of magnetic domain movement by grain boundaries. Therefore, heat treatment for exhibiting vibration-damping properties needs to be performed at a higher temperature and for a longer period of time than annealing treatment. On the other hand, excessive growth of crystal grains reduces toughness, making it difficult to use in applications where stress loads due to vibration or impacts are applied. Therefore, it is necessary to select heating conditions that can exhibit vibration-damping properties while suppressing the decrease in toughness.
また、高温環境下でステンレス鋼材が用いられる場合、ステンレス鋼中のC及びNの固溶量が多いと、Crと結合してCr炭化物及びCr窒化物が析出する。これらの析出物は周囲のCrを奪って耐食性を低下させる鋭敏化を招くだけでなく、特にCr炭化物は粒界に優先的に析出するため靭性が著しく低下する原因となる。なお、本明細書において「高温環境」とは、400~750℃の温度環境のことを主に意味する。
そこで、C及びNの固溶量を低減し、高温環境下で鋭敏化及び靭性低下を抑制するために、C及びNの含有量を極力低減するとともに、C及びNと優先的に化合物を形成するTiやNbをC及びNの数倍の量となるように添加し、Ti及びNbの炭化物及び窒化物(以下、「炭窒化物」と略すことがある)を優先的に析出させるようにした。すなわち、Ti及びNbの炭窒化物を析出させることでC及びNの固溶量を低減し、高温環境下においてCr炭化物が生成され難くした。
Furthermore, when stainless steel materials are used in high-temperature environments, if the stainless steel contains a large amount of dissolved C and N, they combine with Cr to precipitate Cr carbides and Cr nitrides. These precipitates not only cause sensitization, which reduces corrosion resistance by removing surrounding Cr, but also cause a significant decrease in toughness, as Cr carbides in particular preferentially precipitate at grain boundaries. In this specification, the term "high-temperature environment" primarily refers to a temperature environment of 400 to 750°C.
Therefore, in order to reduce the amount of dissolved C and N and suppress sensitization and a decrease in toughness in a high-temperature environment, the contents of C and N are reduced as much as possible, and Ti and Nb, which preferentially form compounds with C and N, are added in amounts several times that of C and N, so that carbides and nitrides of Ti and Nb (hereinafter sometimes abbreviated as "carbonitrides") are preferentially precipitated. That is, by precipitating Ti and Nb carbonitrides, the amount of dissolved C and N is reduced, making it difficult for Cr carbides to be generated in a high-temperature environment.
一方で、Alを含むステンレス鋼材は、Ti及びNbの炭窒化物の析出速度が遅く、熱処理後の通常の冷却条件ではC及びNの固溶量を低減させ難い。そのため、Ti及びNbの炭窒化物が十分に析出してC及びNの固溶量を低減させることが可能な冷却条件を選択しなければならない。
また、ステンレス鋼材を溶接した場合、溶接部はC及びNの固溶量が高くなり易い。そのため、この場合には、溶接後に熱処理を行い、Ti及びNbの炭窒化物が十分に析出してC及びNの固溶量を低減させることが可能な冷却条件で冷却する必要がある。
On the other hand, in stainless steel materials containing Al, the precipitation rate of carbonitrides of Ti and Nb is slow, and it is difficult to reduce the amount of solute C and N under normal cooling conditions after heat treatment. Therefore, it is necessary to select cooling conditions that allow sufficient precipitation of carbonitrides of Ti and Nb to reduce the amount of solute C and N.
Furthermore, when stainless steel materials are welded, the welded portion is likely to have a high solid solution amount of C and N. Therefore, in this case, it is necessary to perform heat treatment after welding and to cool under cooling conditions that allow sufficient precipitation of carbonitrides of Ti and Nb to reduce the solid solution amounts of C and N.
以下、上記の観点に基づいて完成された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。
The following is a detailed description of the embodiments of the present invention that have been completed based on the above-mentioned viewpoints. The present invention is not limited to the following embodiments, and it should be understood that modifications and improvements made to the following embodiments based on the ordinary knowledge of those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention are also within the scope of the present invention.
In this specification, the "%" designation for components means "% by mass" unless otherwise specified.
(1)ステンレス鋼材
本発明の実施形態に係るステンレス鋼材は、C:0.100%以下、Mn:1.00%以下、Ni:1.00%以下、P:0.100%以下、S:0.050%以下、Cr:10.50~24.00%、N:0.030%以下、Cu:1.00%以下、Mo:2.50%以下、Si:3.00%以下、Al:1.00~5.00%、Nb:0.50%以下、Ti:0.50%以下を含み、Nb及びTiの合計含有量が6(C+N)以上(C及びNは、C及びNの含有量をそれぞれ表す)であり、残部がFe及び不純物からなる組成を有する。
ここで、本明細書において「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。また、「ステンレス鋼材」とは、ステンレス鋼帯、ステンレス鋼板などの各種形状を含む概念である。
(1) Stainless Steel Material The stainless steel material according to an embodiment of the present invention contains C: 0.100% or less, Mn: 1.00% or less, Ni: 1.00% or less, P: 0.100% or less, S: 0.050% or less, Cr: 10.50 to 24.00%, N: 0.030% or less, Cu: 1.00% or less, Mo: 2.50% or less, Si: 3.00% or less, Al: 1.00 to 5.00%, Nb: 0.50% or less, Ti: 0.50% or less, with the total content of Nb and Ti being 6(C+N) or more (C and N represent the contents of C and N, respectively), and the balance being Fe and impurities.
In this specification, the term "impurities" refers to components that are mixed in due to various factors in raw materials such as ores and scraps, and in the manufacturing process, during the industrial production of stainless steel materials, and are acceptable within a range that does not adversely affect the present invention. For example, impurities include unavoidable impurities. Furthermore, the term "stainless steel material" is a concept that includes various shapes such as stainless steel strips and stainless steel plates.
また、本発明の実施形態に係るステンレス鋼材は、Zr:1.00%以下、Co:1.00%以下、V:1.00%以下、W:1.00%以下から選択される少なくとも1種を更に含んでもよい。
また、本発明の実施形態に係るステンレス鋼材は、REM:0.100%以下、Ca:0.100%以下から選択される少なくとも1種を更に含んでもよい。
さらに、本発明の実施形態に係るステンレス鋼材は、Sn:0.100%以下、B:0.0100%以下から選択される少なくとも1種を更に含んでもよい。
In addition, the stainless steel material according to the embodiment of the present invention may further contain at least one selected from Zr: 1.00% or less, Co: 1.00% or less, V: 1.00% or less, and W: 1.00% or less.
Furthermore, the stainless steel material according to the embodiment of the present invention may further contain at least one selected from REM: 0.100% or less and Ca: 0.100% or less.
Furthermore, the stainless steel material according to the embodiment of the present invention may further contain at least one selected from Sn: 0.100% or less and B: 0.0100% or less.
(C:0.100%以下)
Cは、ステンレス鋼材の耐粒界腐食性(鋭敏化抑制作用)や加工性などの特性に影響を与える元素である。Cの含有量が多すぎると、ステンレス鋼材の加工性及び耐粒界腐食性が低下してしまう。そのため、C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%である。一方、Cの含有量の下限値は、特に限定されないが、Cの含有量を少なくすることは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、好ましくは0.0005%、好ましくは0.001%である。
(C: 0.100% or less)
C is an element that affects the properties of stainless steel materials, such as intergranular corrosion resistance (sensitization suppression effect) and workability. If the C content is too high, the workability and intergranular corrosion resistance of the stainless steel material will decrease. Therefore, the upper limit of the C content is 0.100%, preferably 0.080%, and more preferably 0.050%. On the other hand, the lower limit of the C content is not particularly limited, but reducing the C content leads to an increase in refining costs. Therefore, the lower limit of the C content is preferably 0.0005%, and preferably 0.001%.
(Mn:1.00%以下)
Mnは、脱酸元素として有用な元素である。Mnの含有量が多すぎると、腐食起点となるMnSを生成し易くなるとともに、フェライト相を不安定化させる。そのため、Mnの含有量の上限値は、1.00%、好ましくは0.90%、より好ましくは0.80%である。一方、Mn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%である。
(Mn: 1.00% or less)
Mn is a useful element as a deoxidizing element. If the content of Mn is too high, MnS, which is the starting point of corrosion, is easily generated and the ferrite phase is destabilized. Therefore, the upper limit of the content of Mn is 1.00%, preferably 0.90%, and more preferably 0.80%. On the other hand, the lower limit of the content of Mn is not particularly limited, but is preferably 0.01%, and more preferably 0.05%.
(Ni:1.00%以下)
Niは、ステンレス鋼材の耐食性及び靭性を向上させるのに有効な元素である。Niの含有量が多すぎると、フェライト相が不安定化するとともに、製造コストも上昇する。そのため、Niの含有量の上限値は、1.00%、好ましくは0.80%、より好ましくは0.60%である。一方、Niの含有量の下限値は、特に限定されないが、上記の効果を得る観点から、好ましくは0.01%、より好ましくは0.05%である。
(Ni: 1.00% or less)
Ni is an element effective for improving the corrosion resistance and toughness of stainless steel materials. If the Ni content is too high, the ferrite phase becomes unstable and the manufacturing cost increases. Therefore, the upper limit of the Ni content is 1.00%, preferably 0.80%, and more preferably 0.60%. On the other hand, the lower limit of the Ni content is not particularly limited, but is preferably 0.01%, and more preferably 0.05%, from the viewpoint of obtaining the above-mentioned effects.
(P:0.100%以下)
Pは、ステンレス鋼材の溶接性や加工性などの特性に影響を与える元素である。Pの含有量が多すぎると、上記の特性が低下する恐れがある。そのため、P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%である。一方、Pの含有量の下限値は、特に限定されないが、Pの含有量を少なくすることは精練コストの上昇につながる。そのため、Pの含有量の下限値は、好ましくは0.001%、より好ましくは0.010%である。
(P: 0.100% or less)
P is an element that affects the properties of stainless steel materials, such as weldability and workability. If the P content is too high, the above properties may be deteriorated. Therefore, the upper limit of the P content is 0.100%, preferably 0.080%, and more preferably 0.050%. On the other hand, the lower limit of the P content is not particularly limited, but reducing the P content leads to an increase in refining costs. Therefore, the lower limit of the P content is preferably 0.001%, and more preferably 0.010%.
(S:0.050%以下)
Sは、腐食起点となるMnSを生成し、ステンレス鋼材の靭性などの特性に影響を与える元素である。Sの含有量が多すぎると、上記の特性が低下する恐れがある。そのため、Sの含有量の上限値は、0.050%、好ましくは0.040%、より好ましくは0.030%である。一方、Sの含有量の下限値は、特に限定されないが、Sの含有量を少なくすることは精練コストの上昇につながる。そのため、Sの含有量の下限値は、好ましくは0.0001%、より好ましくは0.0005%である。
(S: 0.050% or less)
S is an element that generates MnS, which is a corrosion starting point, and affects the properties of stainless steel materials, such as toughness. If the S content is too high, the above properties may be reduced. Therefore, the upper limit of the S content is 0.050%, preferably 0.040%, and more preferably 0.030%. On the other hand, the lower limit of the S content is not particularly limited, but reducing the S content leads to an increase in refining costs. Therefore, the lower limit of the S content is preferably 0.0001%, and more preferably 0.0005%.
(Cr:10.50~24.00%)
Crは、ステンレス鋼材の耐食性及び耐酸化性を向上させるのに有効な元素である。Crの含有量が多すぎると、ステンレス鋼材の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、Crの含有量の上限値は、24.00%、好ましくは23.50%、より好ましくは23.00%である。一方、Crの含有量が少なすぎると、上記の効果が十分に得られないことがある。そのため、Crの含有量の下限値は、10.50%、好ましくは10.80%、より好ましくは11.00%である。
(Cr: 10.50-24.00%)
Cr is an element effective in improving the corrosion resistance and oxidation resistance of stainless steel materials. If the Cr content is too high, the toughness of the stainless steel material decreases and the manufacturing cost increases. Therefore, the upper limit of the Cr content is 24.00%, preferably 23.50%, and more preferably 23.00%. On the other hand, if the Cr content is too low, the above effects may not be sufficiently obtained. Therefore, the lower limit of the Cr content is 10.50%, preferably 10.80%, and more preferably 11.00%.
(N:0.030%以下)
Nは、ステンレス鋼材の耐粒界腐食性(鋭敏化抑制作用)や加工性などの特性に影響を与える元素である。Nの含有量が多すぎると、ステンレス鋼材の加工性及び耐粒界腐食性が低下してしまう。そのため、Nの含有量の上限値は、0.030%、好ましくは0.028%、より好ましくは0.025%である。一方、Nの含有量の下限値は、特に限定されないが、Nの含有量を少なくすることは精練コストの上昇につながる。そのため、Nの含有量の下限値は、好ましくは0.0005%、好ましくは0.001%である。
(N: 0.030% or less)
N is an element that affects the properties of stainless steel materials, such as intergranular corrosion resistance (sensitization suppression effect) and workability. If the N content is too high, the workability and intergranular corrosion resistance of the stainless steel material will decrease. Therefore, the upper limit of the N content is 0.030%, preferably 0.028%, and more preferably 0.025%. On the other hand, the lower limit of the N content is not particularly limited, but reducing the N content leads to an increase in refining costs. Therefore, the lower limit of the N content is preferably 0.0005%, and preferably 0.001%.
(Cu:1.00%以下)
Cuは、ステンレス鋼材の耐食性を向上させるのに有効な元素である。Cuの含有量が多すぎると、フェライト相が不安定化するとともに、製造コストも上昇する。そのため、Cuの含有量の上限値は、1.00%、好ましくは0.70%、より好ましくは0.30%である。一方、Cu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%、好ましくは0.01%である。
(Cu: 1.00% or less)
Cu is an element effective for improving the corrosion resistance of stainless steel materials. If the Cu content is too high, the ferrite phase becomes unstable and the manufacturing cost increases. Therefore, the upper limit of the Cu content is 1.00%, preferably 0.70%, and more preferably 0.30%. On the other hand, the lower limit of the Cu content is not particularly limited, but is preferably 0.001%, and more preferably 0.01%.
(Mo:2.50%以下)
Moは、ステンレス鋼材の耐食性及び耐酸化性を向上させるのに有効な元素である。Moの含有量が多すぎると、ステンレス鋼材の加工性が低下するとともに、製造コストが上昇する。そのため、Moの含有量の上限値は、2.50%、好ましくは2.00%、より好ましくは1.50%である。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%、好ましくは0.005%である。
(Mo: 2.50% or less)
Mo is an element effective for improving the corrosion resistance and oxidation resistance of stainless steel materials. If the Mo content is too high, the workability of the stainless steel material decreases and the manufacturing cost increases. Therefore, the upper limit of the Mo content is 2.50%, preferably 2.00%, and more preferably 1.50%. On the other hand, the lower limit of the Mo content is not particularly limited, but is preferably 0.001%, and preferably 0.005%.
(Si:3.00%以下)
Siは、ステンレス鋼材の制振性及び耐食性を向上させるのに有効な元素である。Siの含有量が多すぎると、ステンレス鋼材の加工性及び靭性が低下する。そのため、Siの含有量の上限値は、3.00%、好ましくは2.50%、より好ましくは2.00%である。一方、Siの下限値は、特に限定されないが、ステンレス鋼材の制振性を安定して向上させる観点から、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: 3.00% or less)
Si is an element effective for improving the vibration-damping property and corrosion resistance of stainless steel materials. If the Si content is too high, the workability and toughness of the stainless steel material will decrease. Therefore, the upper limit of the Si content is 3.00%, preferably 2.50%, and more preferably 2.00%. On the other hand, the lower limit of Si is not particularly limited, but is preferably 0.01%, more preferably 0.05%, and even more preferably 0.10%, from the viewpoint of stably improving the vibration-damping property of the stainless steel material.
(Al:1.00~5.00%)
Alは、Siと同様に、ステンレス鋼材の制振性及び耐食性を向上させるのに有効な元素である。Alの含有量が多すぎると、ステンレス鋼材の靭性が低下する。そのため、Alの含有量は、5.00%、好ましくは4.50%、より好ましくは4.00%である。一方、Alの含有量の下限値は、上記の効果を得る観点から、1.00%、好ましくは1.20%、より好ましくは1.40%である。
なお、ステンレス鋼材の制振性を安定して向上させる観点から、Al及びSiの合計含有量を1.00%以上とすることが好ましく、1.20%以上とすることがより好ましく、1.50%以上とすることが更に好ましい。
(Al: 1.00-5.00%)
Like Si, Al is an element effective in improving the vibration damping and corrosion resistance of stainless steel materials. If the Al content is too high, the toughness of the stainless steel material decreases. Therefore, the Al content is 5.00%, preferably 4.50%, and more preferably 4.00%. On the other hand, the lower limit of the Al content is 1.00%, preferably 1.20%, and more preferably 1.40%, from the viewpoint of obtaining the above-mentioned effects.
From the viewpoint of stably improving the vibration damping properties of the stainless steel material, the total content of Al and Si is preferably 1.00% or more, more preferably 1.20% or more, and even more preferably 1.50% or more.
(Nb:0.50%以下、Ti:0.50%以下を含み、Nb及びTiの合計含有量:6(C+N)以上)
Nb及びTiは、ステンレス鋼材の耐粒界腐食性(鋭敏化抑制作用)などの特性に影響を与える元素である。
Nbの含有量が多すぎると、ステンレス鋼材の加工性及び靭性が低下する。そのため、Nbの含有量の上限値は、0.50%、好ましくは0.48%、より好ましくは0.45%である。
また、Tiの含有量が多すぎると、ステンレス鋼材の加工性及び表面品質が低下する。そのため、Tiの含有量の上限値は、0.50%、好ましくは0.48%、より好ましくは0.45%である。
一方、Nb及びTiの合計含有量の下限値は、耐粒界腐食性を低下させるC及びNの含有量との関係から制御される。具体的には、Nb及びTiの合計含有量の下限値は、6(C+N)、好ましくは7(C+N)である。ここで、C及びNは、C及びNの含有量をそれぞれ表す。
(Nb: 0.50% or less, Ti: 0.50% or less, total content of Nb and Ti: 6(C+N) or more)
Nb and Ti are elements that affect the properties of stainless steel materials, such as intergranular corrosion resistance (sensitization suppression effect).
If the Nb content is too high, the workability and toughness of the stainless steel material are reduced, so the upper limit of the Nb content is 0.50%, preferably 0.48%, and more preferably 0.45%.
Moreover, if the Ti content is too high, the workability and surface quality of the stainless steel material deteriorates, so the upper limit of the Ti content is 0.50%, preferably 0.48%, and more preferably 0.45%.
On the other hand, the lower limit of the total content of Nb and Ti is controlled based on the relationship with the contents of C and N, which reduce intergranular corrosion resistance. Specifically, the lower limit of the total content of Nb and Ti is 6 (C+N), preferably 7 (C+N), where C and N represent the contents of C and N, respectively.
(Zr:1.00%以下、Co:1.00%以下、V:1.00%以下、W:1.00%以下)
Zr、Co、V及びWは、ステンレス鋼材の耐酸化性を向上させるのに有効な元素である。Zr、Co、V及びWの含有量が多すぎると、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、Co、V及びWの含有量の上限値はいずれも、1.00%、好ましくは0.80%、更に好ましくは0.60%である。一方、Zr、Co、V及びWの含有量の下限値はいずれも、特に限定されないが、好ましくは0.001%、より好ましくは0.01%である。
(Zr: 1.00% or less, Co: 1.00% or less, V: 1.00% or less, W: 1.00% or less)
Zr, Co, V and W are elements effective for improving the oxidation resistance of stainless steel materials. If the content of Zr, Co, V and W is too high, the workability and toughness of the stainless steel material will decrease, and the manufacturing cost will increase. Therefore, the upper limit of the content of Zr, Co, V and W is 1.00%, preferably 0.80%, and more preferably 0.60%. On the other hand, the lower limit of the content of Zr, Co, V and W is not particularly limited, but is preferably 0.001%, and more preferably 0.01%.
(REM:0.100%以下、Ca:0.100%以下)
REM(希土類元素)及びCaは、ステンレス鋼材の耐酸化性を向上させるのに有効な元素である。REM及びCaの含有量が多すぎると、ステンレス鋼材の製造コストの上昇につながる。そのため、REM及びCaの含有量の上限値はいずれも、0.100%、好ましくは0.080%、更に好ましくは0.050%である。一方、REM及びCaの下限値はいずれも、特に限定されないが、好ましくは0.0001%、より好ましくは0.003%である。
なお、REMは、スカンジウム(Sc)、イットリウム(Y)の2元素と、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)の総称を指す。これらは単独で用いてもよいし、混合物として用いてもよい。
(REM: 0.100% or less, Ca: 0.100% or less)
REM (rare earth elements) and Ca are elements effective for improving the oxidation resistance of stainless steel materials. If the content of REM and Ca is too high, it leads to an increase in the manufacturing cost of stainless steel materials. Therefore, the upper limit value of the content of REM and Ca is 0.100%, preferably 0.080%, and more preferably 0.050%. On the other hand, the lower limit value of REM and Ca is not particularly limited, but is preferably 0.0001%, and more preferably 0.003%.
REM is a collective term for two elements, scandium (Sc) and yttrium (Y), and 15 elements (lanthanoids) from lanthanum (La) to lutetium (Lu). These may be used alone or as a mixture.
(Sn:0.100%以下)
Snは、ステンレス鋼材の耐食性を向上させるのに有効な元素である。Snの含有量が多すぎると、Snが偏析し、製造性が低下する。そのため、Sn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%である。一方、Sn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%である。
(Sn: 0.100% or less)
Sn is an element effective for improving the corrosion resistance of stainless steel materials. If the Sn content is too high, Sn segregates and manufacturability decreases. Therefore, the upper limit of the Sn content is 0.100%, preferably 0.080%, and more preferably 0.050%. On the other hand, the lower limit of the Sn content is not particularly limited, but is preferably 0.001%, and more preferably 0.005%.
(B:0.0100%以下)
Bは、ステンレス鋼材の二次加工性を向上させるのに有効な元素である。Bの含有量が多すぎると、ステンレス鋼材の疲労強度が低下する。そのため、Bの含有量の上限値は、0.0100%、好ましくは0.0080%、より好ましくは0.0050%である。一方、B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%である。
(B: 0.0100% or less)
B is an element effective for improving the secondary workability of stainless steel materials. If the B content is too high, the fatigue strength of the stainless steel material decreases. Therefore, the upper limit of the B content is 0.0100%, preferably 0.0080%, and more preferably 0.0050%. On the other hand, the lower limit of the B content is not particularly limited, but is preferably 0.0001%, and more preferably 0.0005%.
本発明の実施形態に係るステンレス鋼材は、C及びNの合計固溶量が0.015%以下、好ましくは0.014%以下である。C及びNの合計固溶量を0.015%以下とすることにより、高温環境下において固溶したC及びNがCrと結合してCr炭化物やCr窒化物が析出することを抑制することができる。したがって、高温環境下におけるステンレス鋼材の靭性を向上させるとともに、鋭敏化を抑制することができる。
なお、C及びNの合計固溶量の下限値は、特に限定されないが、典型的に0.0001%、好ましくは0.0005%、より好ましくは0.001%である。
なお、本明細書においてC及びNの合計固溶量とは、後述の実施例に記載された方法で算出されたものを意味する。また、C及びNの固溶量を個別に算出することは難しいため、本発明では、C及びNの合計固溶量を便宜的に算出している点に留意すべきである。
In the stainless steel material according to the embodiment of the present invention, the total amount of solute C and N is 0.015% or less, preferably 0.014% or less. By making the total amount of solute C and N 0.015% or less, it is possible to suppress the precipitation of Cr carbides and Cr nitrides due to the solid solution of C and N bonding with Cr in a high-temperature environment. Therefore, it is possible to improve the toughness of the stainless steel material in a high-temperature environment and suppress sensitization.
The lower limit of the total amount of C and N in solid solution is not particularly limited, but is typically 0.0001%, preferably 0.0005%, and more preferably 0.001%.
In this specification, the total amount of dissolved C and N means the amount calculated by the method described in the Examples below. It should be noted that since it is difficult to calculate the amounts of dissolved C and N individually, the total amount of dissolved C and N is calculated for convenience in the present invention.
本発明の実施形態に係るステンレス鋼材は、平均結晶粒径が100μm以上、好ましくは120μm以上、より好ましくは150μm以上である。平均結晶粒径を100μm以上とすることにより、制振性の発現に有効な磁区の移動を妨げる結晶粒界が少なくなるため、制振性を向上させることができる。
なお、平均結晶粒径の上限値は、特に限定されないが、好ましくは500μm、より好ましくは450μm、更に好ましくは400μmである。このような上限値であれば、結晶粒の極端な粗大化によって靭性が低下することを安定して抑制することができる。
ここで、本明細書において平均結晶粒径は、後述する実施例に記載された方法で測定されたものを意味する。
The stainless steel material according to the embodiment of the present invention has an average crystal grain size of 100 μm or more, preferably 120 μm or more, and more preferably 150 μm or more. By making the average crystal grain size 100 μm or more, the crystal grain boundaries that hinder the movement of magnetic domains that are effective in expressing vibration-damping properties are reduced, thereby improving vibration-damping properties.
The upper limit of the average crystal grain size is not particularly limited, but is preferably 500 μm, more preferably 450 μm, and even more preferably 400 μm. If the upper limit is set to such a value, the deterioration of toughness due to the extreme coarsening of the crystal grains can be stably suppressed.
In this specification, the average crystal grain size refers to one measured by the method described in the Examples section below.
本発明の実施形態に係るステンレス鋼材は、損失係数ηが、好ましくは5.0×10-4以上、より好ましくは1.0×10-3以上である。このような範囲の損失係数ηとすることにより、所望の制振性を確保することができる。
なお、損失係数ηの上限値は、特に限定されないが、一般的に10.0×10-3、好ましくは5.0×10-3である。
ここで、本明細書において損失係数ηとは、後述する実施例に記載された方法で測定されたものを意味する。
The stainless steel material according to the embodiment of the present invention has a loss factor η of preferably 5.0×10 −4 or more, more preferably 1.0×10 −3 or more. By setting the loss factor η in such a range, it is possible to ensure the desired vibration damping properties.
The upper limit of the loss factor η is not particularly limited, but is generally 10.0×10 −3 , and preferably 5.0×10 −3 .
In this specification, the loss factor η means a value measured by the method described in the examples described later.
本発明の実施形態に係るステンレス鋼材は、大気雰囲気下、600℃で100時間加熱した後のシャルピー衝撃試験の吸収エネルギー(以下、「シャルピー衝撃値」という)が、10J/cm2以上、好ましくは12J/cm2以上である。このような範囲のシャルピー衝撃値とすることにより、所望の靭性を確保することができる。
なお、シャルピー衝撃値の上限値は、特に限定されないが、一般的に300J/cm2、好ましくは280J/cm2である。
ここで、本明細書においてシャルピー衝撃値とは、後述する実施例に記載された方法によって測定されたものを意味する。
The stainless steel material according to the embodiment of the present invention has an absorbed energy in a Charpy impact test after heating at 600° C. for 100 hours in an air atmosphere (hereinafter referred to as "Charpy impact value") of 10 J/cm 2 or more, preferably 12 J/cm 2 or more. By setting the Charpy impact value in this range, the desired toughness can be ensured.
The upper limit of the Charpy impact value is not particularly limited, but is generally 300 J/cm 2 , and preferably 280 J/cm 2 .
In this specification, the Charpy impact value means a value measured by the method described in the examples described later.
本発明の実施形態に係るステンレス鋼材の厚さは、特に限定されないが、好ましくは3.0mm以下、より好ましくは2.8mm以下、更に好ましくは2.5mm以下である。また、このステンレス鋼材の厚さは、好ましくは0.2mm以上、より好ましくは0.3mm以上である。 The thickness of the stainless steel material according to the embodiment of the present invention is not particularly limited, but is preferably 3.0 mm or less, more preferably 2.8 mm or less, and even more preferably 2.5 mm or less. The thickness of this stainless steel material is preferably 0.2 mm or more, and more preferably 0.3 mm or more.
(2)ステンレス鋼材の製造方法
本発明の実施形態に係るステンレス鋼材の製造方法は、上記の組成を有するステンレス鋼板を用い、当該技術分野において公知の方法に準じて行うことができる。本発明の実施形態に係るステンレス鋼材の典型的な製造方法を以下に説明する。
(2) Manufacturing method of stainless steel material The manufacturing method of the stainless steel material according to the embodiment of the present invention can be carried out in accordance with a method known in the art using a stainless steel sheet having the above-mentioned composition. A typical manufacturing method of the stainless steel material according to the embodiment of the present invention will be described below.
本発明の実施形態に係るステンレス鋼材の製造方法は、上記の組成を有するステンレス鋼板を900℃以上で10分以上加熱した後、900~750℃の温度域で5分以上保持されるようにして冷却することによって行われる。 The manufacturing method of the stainless steel material according to the embodiment of the present invention is carried out by heating a stainless steel plate having the above composition at 900°C or higher for 10 minutes or more, and then cooling it by holding it in the temperature range of 900 to 750°C for 5 minutes or more.
上記の組成を有するステンレス鋼板は、常法によって製造することができる。具体的には、まず、上記の組成を有するステンレス鋼を溶製して鍛造又は鋳造した後、熱間圧延を行って熱延板を得る。次に、熱延板に対して焼鈍、酸洗、冷間圧延を順次行って冷延板を得る。次に、冷延板に対して焼鈍及び酸洗を順次行って冷延焼鈍板を得る。なお、各工程における条件については、ステンレス鋼の組成などに応じて適宜調整すればよく、特に限定されない。このような方法で作製される熱延板、冷延板又は冷延焼鈍板をステンレス鋼板として用いることができる。その中でもステンレス鋼板は冷延焼鈍板であることが好ましい。 The stainless steel sheet having the above composition can be manufactured by a conventional method. Specifically, first, the stainless steel having the above composition is melted and forged or cast, and then hot-rolled to obtain a hot-rolled sheet. Next, the hot-rolled sheet is annealed, pickled, and cold-rolled in order to obtain a cold-rolled sheet. Next, the cold-rolled sheet is annealed and pickled in order to obtain a cold-rolled annealed sheet. The conditions in each step can be appropriately adjusted according to the composition of the stainless steel, and are not particularly limited. The hot-rolled sheet, cold-rolled sheet, or cold-rolled annealed sheet manufactured by such a method can be used as the stainless steel sheet. Among them, the stainless steel sheet is preferably a cold-rolled annealed sheet.
ステンレス鋼板は、熱処理(再結晶処理)の前に所定の部材への加工を行ってもよいし、板状又はコイル状のまま熱処理を行ってもよい。加工方法としては、金型を用いた各種プレス加工、曲げ加工などの機械加工などが挙げられる。 The stainless steel sheet may be processed into a desired component before heat treatment (recrystallization treatment), or may be heat treated while still in plate or coil form. Processing methods include various press processes using dies, mechanical processes such as bending, etc.
ステンレス鋼板の熱処理(再結晶処理)は、900℃以上、好ましくは1000℃以上で10分以上加熱することによって行われる。900℃以上で10分以上加熱することにより、平均結晶粒径が100μm以上となるように結晶粒を成長させることができる。加熱温度の上限値は、特に限定されないが、結晶粒の過度な成長は靭性が低下する恐れがあるため、好ましくは1200℃、より好ましくは1180℃である。また、加熱時間の上限値は、加熱温度によって適宜調整すればよいが、一般的に120分である。
熱処理は、例えば、加熱炉を用いて行うことができる。加熱炉の形態は、バッチ式であっても連続式であっても構わない。
また、このステンレス鋼板は、耐酸化性を有するため、熱処理の雰囲気は、大気雰囲気であっても非酸化性雰囲気(例えば、真空、水素ガスス雰囲気)などであってもよい。酸化皮膜が過度に成長することを抑制する観点からは、非酸化性雰囲気で行うことが好ましい。
The heat treatment (recrystallization treatment) of the stainless steel sheet is carried out by heating at 900°C or higher, preferably 1000°C or higher, for 10 minutes or more. By heating at 900°C or higher for 10 minutes or more, it is possible to grow the crystal grains so that the average crystal grain size is 100 μm or more. The upper limit of the heating temperature is not particularly limited, but since excessive growth of the crystal grains may reduce the toughness, it is preferably 1200°C, more preferably 1180°C. The upper limit of the heating time may be appropriately adjusted depending on the heating temperature, but is generally 120 minutes.
The heat treatment can be carried out, for example, by using a heating furnace, which may be of a batch type or a continuous type.
In addition, since this stainless steel sheet has oxidation resistance, the heat treatment atmosphere may be an air atmosphere or a non-oxidizing atmosphere (e.g., a vacuum or hydrogen gas atmosphere), etc. From the viewpoint of preventing the oxide film from growing excessively, it is preferable to perform the heat treatment in a non-oxidizing atmosphere.
熱処理(再結晶処理)後の冷却は、900~750℃の温度域で5分以上保持されるようにして冷却することによって行われる。このような条件で冷却することにより、Ti及びNbの炭窒化物を優先的に析出させることができるため、C及びNの固溶量を低減することが可能となる。この温度域よりも高い温度で保持すると、Ti及びNbの炭窒化物が析出しない。また、この温度域よりも低い温度で保持すると、Crの炭化物が析出してしまい、靭性が低下する。
900~750℃の温度域で5分以上保持するためには、例えば、900~750℃の温度域での冷却速度を30℃/分以下とすればよい。また、900~750℃の温度域の任意の一定温度で5分以上保持した後、30℃/分を超える冷却速度で750℃未満の温度域まで冷却してもよい。
Cooling after the heat treatment (recrystallization treatment) is performed by holding the temperature in the range of 900 to 750°C for 5 minutes or more. By cooling under such conditions, Ti and Nb carbonitrides can be preferentially precipitated, making it possible to reduce the amount of C and N dissolved in solid solution. If the material is held at a temperature higher than this temperature range, Ti and Nb carbonitrides will not precipitate. Also, if the material is held at a temperature lower than this temperature range, Cr carbide will precipitate, resulting in a decrease in toughness.
In order to hold the material in the temperature range of 900 to 750° C. for 5 minutes or more, for example, the cooling rate in the temperature range of 900 to 750° C. may be set to 30° C./min or less. Alternatively, the material may be held at any constant temperature in the temperature range of 900 to 750° C. for 5 minutes or more, and then cooled to a temperature range of less than 750° C. at a cooling rate exceeding 30° C./min.
(3)溶接部材
本発明の実施形態に係る溶接部材は、金属材同士が溶接されており、金属材の少なくとも一方が、上記のステンレス鋼材である。上記のステンレス鋼材は、高温環境下における靭性及び制振性に優れているため、この溶接部材も高温環境下における靭性及び制振性に優れたものとなる。
(3) Welded member In the welded member according to the embodiment of the present invention, metal materials are welded together, and at least one of the metal materials is the above-mentioned stainless steel material. Since the above-mentioned stainless steel material has excellent toughness and vibration damping properties in a high-temperature environment, the welded member also has excellent toughness and vibration damping properties in a high-temperature environment.
金属材は、他方が上記のステンレス鋼材とは異なる金属材であってもよいが、両方が上記のステンレス鋼材であることが好ましい。溶接される金属材の両方を上記のステンレス鋼材とすることにより、高温環境下における靭性及び制振性をより一層向上させることができる。
金属材同士を溶接する方法としては、特に限定されず、アーク溶接(TIG溶接など)、電子ビーム溶接、レーザー溶接、プラズマアーク溶接、スポット溶接などの当該技術分野において公知の方法を用いることができる。溶接は、溶加材を用いないことが好ましい。
The metal material may be a metal material different from the stainless steel material described above, but it is preferable that both of the metal materials be the stainless steel materials described above. By using the stainless steel materials as both of the metal materials to be welded, the toughness and vibration damping properties in a high-temperature environment can be further improved.
The method for welding the metal materials together is not particularly limited, and any method known in the art, such as arc welding (TIG welding, etc.), electron beam welding, laser welding, plasma arc welding, spot welding, etc., can be used. It is preferable that the welding does not use a filler metal.
(4)溶接部材の製造方法
本発明の実施形態に係る溶接部材の製造方法は、当該技術分野において公知の方法に準じて行うことができる。本発明の実施形態に係る溶接部材の典型的な製造方法を以下に説明する。
(4) Manufacturing Method of Welded Member A manufacturing method of a welded member according to an embodiment of the present invention can be performed in accordance with a method known in the art. A typical manufacturing method of a welded member according to an embodiment of the present invention will be described below.
本発明の実施形態に係る溶接部材の製造方法は、金属材同士を溶接した後、900℃以上で5分以上加熱し、次いで900~750℃の温度域で5分以上保持されるようにして冷却することによって行われる。
金属材は、少なくとも一方が、上記の(i)ステンレス鋼材又は上記の(ii)ステンレス鋼板である。
The manufacturing method of a welded member according to an embodiment of the present invention is performed by welding metal materials together, heating them at 900°C or higher for 5 minutes or more, and then cooling them by holding them in a temperature range of 900 to 750°C for 5 minutes or more.
At least one of the metal materials is the above-mentioned (i) stainless steel material or the above-mentioned (ii) stainless steel plate.
金属材は、他方が(i)ステンレス鋼材及び(ii)ステンレス鋼板とは異なる金属材であってもよいが、両方が(i)ステンレス鋼材又は(ii)ステンレス鋼板であることが好ましい。例えば、金属材の両方が(i)ステンレス鋼材であってもよいし、金属材の両方が(ii)ステンレス鋼板であってもよいし、金属材の一方が(i)ステンレス鋼材、金属材の他方が(ii)ステンレス鋼板であってもよい。
金属材同士を溶接する方法としては、特に限定されず、上記した方法を用いることができる。
The other of the metal materials may be a metal material different from the (i) stainless steel material and (ii) stainless steel plate, but it is preferable that both are (i) stainless steel material or (ii) stainless steel plate. For example, both of the metal materials may be (i) stainless steel material, both of the metal materials may be (ii) stainless steel plate, or one of the metal materials may be (i) stainless steel material and the other of the metal materials may be (ii) stainless steel plate.
The method for welding the metal materials together is not particularly limited, and the above-mentioned methods can be used.
(ii)ステンレス鋼板は、常法によって製造することができる。具体的には、まず、上記の組成を有するステンレス鋼を溶製して鍛造又は鋳造した後、熱間圧延を行って熱延板を得る。次に、熱延板に対して焼鈍、酸洗、冷間圧延を順次行って冷延板を得る。次に、冷延板に対して焼鈍及び酸洗を順次行って冷延焼鈍板を得る。なお、各工程における条件については、ステンレス鋼の組成などに応じて適宜調整すればよく、特に限定されない。このような方法で作製される熱延板、冷延板又は冷延焼鈍板をステンレス鋼板として用いることができる。その中でもステンレス鋼板は冷延焼鈍板であることが好ましい。 (ii) Stainless steel sheet can be manufactured by a conventional method. Specifically, first, stainless steel having the above composition is melted and forged or cast, and then hot-rolled to obtain a hot-rolled sheet. Next, the hot-rolled sheet is annealed, pickled, and cold-rolled in order to obtain a cold-rolled sheet. Next, the cold-rolled sheet is annealed and pickled in order to obtain a cold-rolled annealed sheet. The conditions in each step can be appropriately adjusted according to the composition of the stainless steel, and are not particularly limited. The hot-rolled sheet, cold-rolled sheet, or cold-rolled annealed sheet manufactured by such a method can be used as the stainless steel sheet. Among them, the stainless steel sheet is preferably a cold-rolled annealed sheet.
(ii)ステンレス鋼板は、熱処理(再結晶処理)の前に所定の部材への加工を行ってもよいし、板状又はコイル状のまま熱処理を行ってもよい。加工方法としては、金型を用いた各種プレス加工、曲げ加工などの機械加工などが挙げられる。 (ii) The stainless steel sheet may be processed into a specified component before heat treatment (recrystallization treatment), or may be heat treated while still in plate or coil form. Processing methods include various press processes using dies, mechanical processes such as bending, etc.
金属材として(ii)ステンレス鋼板を用いる場合、ステンレス鋼板中の結晶粒が小さいため、このままでは制振性が十分でない。そこで、熱処理(再結晶処理)によって結晶粒を成長させることにより、制振性を向上させる必要がある。
また、金属材同士を溶接すると、溶接部の冷却過程で十分な量のTi及びNbの炭窒化物が析出せず、C及びNの固溶量が高くなるため、高温環境での使用時にCr炭化物が析出して靭性が低下し易い。そこで、熱処理後の冷却条件を制御することにより、意図的にTi及びNbの炭窒化物を析出させ、C及びNの固溶量を低減して靭性を向上させる必要がある。
When (ii) stainless steel plate is used as the metal material, the crystal grains in the stainless steel plate are small, and therefore the vibration-damping properties are insufficient as is. Therefore, it is necessary to improve the vibration-damping properties by growing the crystal grains through a heat treatment (recrystallization treatment).
In addition, when metal materials are welded together, sufficient amounts of Ti and Nb carbonitrides do not precipitate during the cooling process of the weld, and the amount of solid solution of C and N increases, so that Cr carbides precipitate during use in a high-temperature environment, and the toughness is likely to decrease. Therefore, it is necessary to intentionally precipitate Ti and Nb carbonitrides and reduce the amount of solid solution of C and N by controlling the cooling conditions after heat treatment, thereby improving the toughness.
熱処理(再結晶処理)は、900℃以上、好ましくは1000℃以上で5分以上加熱することによって行われる。900℃以上で5分以上加熱することにより、平均結晶粒径が100μm以上となるように結晶粒を成長させることができる。加熱温度の上限値は、特に限定されないが、結晶粒の過度な成長は靭性が低下する恐れがあるため、好ましくは1200℃、より好ましくは1180℃である。
なお、金属材として(i)ステンレス鋼材を用いる場合、結晶粒が成長した状態であるため、溶接部に析出したCr炭化物を再固溶させるだけでよい。そのため、加熱時間は、(2)ステンレス鋼材の製造方法で説明した加熱時間よりも短くてよい。また、加熱時間の上限値は、加熱温度によって適宜調整すればよいが、一般的に120分である。
熱処理は、例えば、加熱炉を用いて行うことができる。加熱炉の形態は、バッチ式であっても連続式であっても構わない。
また、このステンレス鋼板は、耐酸化性を有するため、熱処理の雰囲気は、大気雰囲気であっても非酸化性雰囲気(例えば、真空、水素ガスス雰囲気)などであってもよい。酸化皮膜が過度に成長することを抑制する観点からは、非酸化性雰囲気で行うことが好ましい。
The heat treatment (recrystallization treatment) is performed by heating at 900° C. or higher, preferably 1000° C. or higher, for 5 minutes or more. By heating at 900° C. or higher for 5 minutes or more, crystal grains can be grown so that the average crystal grain size is 100 μm or more. The upper limit of the heating temperature is not particularly limited, but is preferably 1200° C., more preferably 1180° C., since excessive growth of crystal grains may reduce toughness.
In addition, when (i) stainless steel material is used as the metal material, since the crystal grains are in a grown state, it is only necessary to re-dissolve the Cr carbides precipitated in the welded portion. Therefore, the heating time may be shorter than the heating time described in (2) Stainless steel material manufacturing method. The upper limit of the heating time may be appropriately adjusted depending on the heating temperature, but is generally 120 minutes.
The heat treatment can be carried out, for example, by using a heating furnace, which may be of a batch type or a continuous type.
In addition, since this stainless steel sheet has oxidation resistance, the heat treatment atmosphere may be an air atmosphere or a non-oxidizing atmosphere (e.g., a vacuum or hydrogen gas atmosphere), etc. From the viewpoint of preventing the oxide film from growing excessively, it is preferable to perform the heat treatment in a non-oxidizing atmosphere.
熱処理(再結晶処理)後の冷却は、900~750℃の温度域で5分以上保持されるようにして冷却することによって行われる。このような条件で冷却することにより、Ti及びNbの炭窒化物を優先的に析出させることができるため、C及びNの固溶量を低減することが可能となる。この温度域よりも高い温度で保持すると、Ti及びNbの炭窒化物が析出しない。また、この温度域よりも低い温度で保持すると、Crの炭化物が析出してしまい、靭性が低下する。
900~750℃の温度域で5分以上保持するためには、例えば、900~750℃の温度域での冷却速度を30℃/分以下とすればよい。また、900~750℃の温度域の任意の一定温度で5分以上保持した後、30℃/分を超える冷却速度で750℃未満の温度域まで冷却してもよい。
Cooling after the heat treatment (recrystallization treatment) is performed by holding the temperature in the range of 900 to 750°C for 5 minutes or more. By cooling under such conditions, Ti and Nb carbonitrides can be preferentially precipitated, making it possible to reduce the amount of C and N dissolved in solid solution. If the material is held at a temperature higher than this temperature range, Ti and Nb carbonitrides will not precipitate. Also, if the material is held at a temperature lower than this temperature range, Cr carbide will precipitate, resulting in a decrease in toughness.
In order to hold the material in the temperature range of 900 to 750° C. for 5 minutes or more, for example, the cooling rate in the temperature range of 900 to 750° C. may be set to 30° C./min or less. Alternatively, the material may be held at any constant temperature in the temperature range of 900 to 750° C. for 5 minutes or more, and then cooled to a temperature range of less than 750° C. at a cooling rate exceeding 30° C./min.
(5)制振部材
本発明の実施形態に係る制振部材は、上記のステンレス鋼材及び上記の溶接部材を含む。上記のステンレス鋼材及び上記の溶接部材は、高温環境下における靭性及び制振性に優れているため、この制振部材も高温環境下における靭性及び制振性に優れたものとなる。
制振部材の例としては、特に限定されないが、高温環境下で用いられる各種部材であることが好ましい。このような部材の例としては、排気管やマフラーなどの排気系部材が挙げられる。
(5) Vibration-damping member The vibration-damping member according to the embodiment of the present invention includes the above-mentioned stainless steel material and the above-mentioned welded member. Since the above-mentioned stainless steel material and the above-mentioned welded member have excellent toughness and vibration-damping properties in a high-temperature environment, the vibration-damping member also has excellent toughness and vibration-damping properties in a high-temperature environment.
Examples of the vibration-damping member are not particularly limited, but are preferably various members used in high-temperature environments, such as exhaust system members such as exhaust pipes and mufflers.
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。 The present invention will be described in detail below with reference to examples, but the present invention should not be construed as being limited to these.
(実施例1~6及び比較例1~5)
以下の手順に従ってフェライト系ステンレス鋼材を作製した。
表1に示す組成を有するステンレス鋼を溶製し、熱間圧延して厚さ3.0mmの熱延板を得た後、熱延板を1050℃で焼鈍して酸洗することによって熱延焼鈍板を得た。次に、熱延焼鈍板を冷間圧延して厚さ1.0mmの冷延板を得た後、冷延板を950~1050℃で仕上焼鈍して酸洗することによって冷延焼鈍板を得た。次に、冷延焼鈍板から幅方向50mm×圧延方向300mmの試験片を切削によって切り出した。
(Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 5)
A ferritic stainless steel material was prepared according to the following procedure.
Stainless steel having the composition shown in Table 1 was melted and hot rolled to obtain a hot rolled sheet having a thickness of 3.0 mm, which was then annealed at 1050°C and pickled to obtain a hot rolled annealed sheet. Next, the hot rolled annealed sheet was cold rolled to obtain a cold rolled sheet having a thickness of 1.0 mm, which was then finish annealed at 950 to 1050°C and pickled to obtain a cold rolled annealed sheet. Next, a test piece having a width direction of 50 mm and a rolling direction of 300 mm was cut out from the cold rolled annealed sheet by cutting.
上記の試験片をエレマ電気炉に入れ、大気雰囲気中、1100℃で所定の時間、熱処理を行った。加熱時間は表2に示す。熱処理後、冷却速度を制御して試験片を冷却した。900~750℃の温度域での冷却条件(保持時間及び冷却速度)は表2に示す。なお、試験片の冷却は、電気炉内に冷却用窒素ガスを導入することによって行った。また、比較例2の冷却は、電気炉から試験片を取り出して水冷することによって行った。 The above test pieces were placed in an EREMA electric furnace and heat-treated in air at 1100°C for a specified time. The heating time is shown in Table 2. After heat treatment, the test pieces were cooled by controlling the cooling rate. The cooling conditions (holding time and cooling rate) in the temperature range of 900 to 750°C are shown in Table 2. The test pieces were cooled by introducing nitrogen gas for cooling into the electric furnace. In Comparative Example 2, the test pieces were cooled by removing them from the electric furnace and cooling them with water.
実施例2、比較例3及び4の試験片については、次に溶接を行った。溶接は、試験片の幅方向中央部をTIGなめつけ溶接と同じようにして溶解させる(ただし、溶接は行わない)疑似溶接加工を行った。溶接条件は、溶接電流を90A、溶接速度を60cm/分、溶接電極の直径を1.6mmとした。
次に、実施例2及び比較例4の溶接試験片については、エレマ電気炉に入れ、大気雰囲気中、1050℃で5分間の熱処理を行った。熱処理後、冷却速度を制御して溶接試験片を冷却した。900~750℃の温度域での冷却条件(保持時間及び冷却速度)を表2に示す。
上記で得られた試験片及び溶接試験片について以下の評価を行った。
Next, the test pieces of Example 2 and Comparative Examples 3 and 4 were welded. The test pieces were fused in the width direction center in the same manner as TIG spot welding (but no welding was performed) by pseudo welding. The welding conditions were a welding current of 90 A, a welding speed of 60 cm/min, and a welding electrode diameter of 1.6 mm.
Next, the welded test pieces of Example 2 and Comparative Example 4 were placed in an EREMA electric furnace and heat-treated in an air atmosphere at 1050°C for 5 minutes. After the heat treatment, the welded test pieces were cooled by controlling the cooling rate. The cooling conditions (holding time and cooling rate) in the temperature range of 900 to 750°C are shown in Table 2.
The test pieces and welded test pieces obtained above were subjected to the following evaluations.
(平均結晶粒径)
上記の試験片及び溶接試験片から10mm×10mmの測定用試験片を切削によって切り出した後、板厚の圧延方向に平行且つ幅方向に直交する面が観察面となるように樹脂埋めを施した。次に、樹脂埋めを行った測定用試験片を湿式研磨によって鏡面処理した後、フッ硝酸でエッチングして現出させた金属組織を光学顕微鏡で観察した。光学顕微鏡による観察は、JIS G0551:2013に準じ、光学顕微鏡画像上の任意の位置に直線を引き、直線と結晶粒界との交点の数を計測し、平均切片長さを結晶粒径とした。結晶粒径の測定は、複数の視野で20本以上の直線で引いて計測することにより行い、それらの平均値を平均結晶粒径とした。
(Average grain size)
The above test pieces and welded test pieces were cut into 10 mm x 10 mm test pieces by cutting, and then resin-filled so that the surface parallel to the rolling direction of the plate thickness and perpendicular to the width direction was the observation surface. Next, the resin-filled test pieces were mirror-finished by wet polishing, and the metal structure revealed by etching with fluoronitric acid was observed with an optical microscope. The observation with an optical microscope was performed in accordance with JIS G0551:2013, by drawing a straight line at an arbitrary position on the optical microscope image, counting the number of intersections between the straight line and the grain boundary, and the average intercept length was taken as the grain size. The grain size was measured by drawing and measuring 20 or more straight lines in multiple fields of view, and the average value of these was taken as the average grain size.
(C及びNの合計固溶量)
まず、Ti及びNbの炭窒化物の生成量を以下の手順によって測定した。
上記の試験片及び溶接試験片についてSPEED法を用いて電解エッチングした。電解エッチングは、10%のアセチルアセトン溶液中で400mVの定電位電界が5000クーロンになるまで上記の試験片及び溶接試験片の電解を行い、電解後の溶液を格子径0.05μmのフィルターでろ過して炭窒化物を採取した。そして、質量測定によって溶解量及び採取炭窒化物量を求めた。
次に、採取した炭窒化物について、X線回折(XRD)分析を行った。XRD分析では、XRDプロファイルからTi炭窒化物及びNb炭窒化物それぞれのピーク強度の和を求めた。以下、Ti炭窒化物のピーク強度の和を「Ti炭窒化物ピーク強度」、Nb炭窒化物のピーク強度の和を「Nb炭窒化物ピーク強度」という。なお、計算に用いた各炭窒化物のピーク位置(回折角度2θ)は、以下の通りである。
Ti炭窒化物~TiC:48.838°、TiN:49.895°
Nb炭窒化物~NbC:40.557°、NbN:41.307°
次に、Ti炭窒化物及びNb炭窒化物の形成に使用されたC及びNの消費量(以下、「消費C+N量」という)を以下の式によって算出した。
消費C+N量[質量%]=採取炭窒化物量[g]×(0.21×Ti炭窒化物ピーク強度+0.12×Nb炭窒化物ピーク強度)/(Ti炭窒化物ピーク強度+Nb炭窒化物ピーク強度)/溶解量[g]
次に、C及びNの合計含有量[質量%]から消費C+N量[質量%]を引くことによってC及びNの合計固溶量[質量%]を算出した。
(Total amount of C and N in solid solution)
First, the amounts of Ti and Nb carbonitrides formed were measured by the following procedure.
The above test pieces and welded test pieces were electrolytically etched using the SPEED method. The above test pieces and welded test pieces were electrolyzed in a 10% acetylacetone solution until a constant potential electric field of 400 mV reached 5000 coulombs, and the solution after electrolysis was filtered through a filter with a lattice size of 0.05 μm to collect carbonitrides. The amount of dissolved carbonitrides and the amount of collected carbonitrides were then determined by mass measurement.
Next, the collected carbonitrides were subjected to X-ray diffraction (XRD) analysis. In the XRD analysis, the sum of the peak intensities of the Ti carbonitrides and the Nb carbonitrides was calculated from the XRD profile. Hereinafter, the sum of the peak intensities of the Ti carbonitrides is referred to as the "Ti carbonitride peak intensity", and the sum of the peak intensities of the Nb carbonitrides is referred to as the "Nb carbonitride peak intensity". The peak positions (diffraction angles 2θ) of each carbonitride used in the calculation are as follows:
Ti carbonitride ~ TiC: 48.838°, TiN: 49.895°
Nb carbonitride ~ NbC: 40.557°, NbN: 41.307°
Next, the amounts of C and N consumed in forming Ti carbonitrides and Nb carbonitrides (hereinafter referred to as "consumed C+N amount") were calculated by the following formula.
Amount of consumed C+N [mass%]=amount of collected carbonitride [g]×(0.21×peak intensity of Ti carbonitride+0.12×peak intensity of Nb carbonitride)/(peak intensity of Ti carbonitride+peak intensity of Nb carbonitride)/amount dissolved [g]
Next, the total amount of C and N in solid solution [mass %] was calculated by subtracting the consumed C+N amount [mass %] from the total content of C and N [mass %].
(制振性:損失係数η)
上記の試験片及び溶接試験片から幅方向10mm×圧延方向250mmの測定用試験片を切削によって切り出した。この測定用試験片を用い、JIS K7391:2008に規定される「中央加振法」に準じて損失係数ηを測定した。具体的には、中央部を固定した試験片をインピーダンスヘッドにより加振し、出力される力信号及び加速度振動から機械インピーダンスを導出した。そして、機械インピーダンスのピークとなる反共振周波数及びピークから振幅が3dB下がる周波数に基づいて損失係数ηを導出した。この評価において、損失係数ηが5×10-4以上の場合を制振性が良好であると判断した。
(Vibration damping: loss factor η)
From the above test pieces and welded test pieces, test pieces for measurement, each having a width direction of 10 mm and a rolling direction of 250 mm, were cut out by cutting. Using these test pieces for measurement, the loss factor η was measured in accordance with the "central vibration method" specified in JIS K7391:2008. Specifically, the test pieces with the central part fixed were vibrated by an impedance head, and the mechanical impedance was derived from the output force signal and acceleration vibration. Then, the loss factor η was derived based on the anti-resonance frequency at which the mechanical impedance peaked and the frequency at which the amplitude was 3 dB lower than the peak. In this evaluation, it was determined that the vibration damping property was good when the loss factor η was 5×10 −4 or more.
(靭性)
上記の試験片及び溶接試験片から幅50mm×長さ100mmの測定用試験片を長手方向が圧延方向と垂直となるよう切削によって切り出した。
次に、測定用試験片を、エレマ電気炉を用い、大気雰囲気中、600℃で100時間加熱した。
次に、熱処理後の測定用試験片について、長手方向の中心部にVノッチ(ノッチ角度45°、ノッチ深さ2mm、ノッチ底半径0.25mm)を切削によって施した。なお、溶接を行った試験片については、Vノッチが溶接部となるようにした。この測定用試験片を用いてJIS Z2242:2018に準じ、試験温度25℃にてシャルピー衝撃試験を行った。測定は、3つの測定用試験片で行い、その平均値を測定結果とした。この評価において、単位面積当たりのシャルピー衝撃の吸収エネルギー(シャルピー衝撃値)が10J/cm2以上の場合を靭性が良好であると判断した。
上記の各評価結果を表2に示す。
(Toughness)
Test pieces having a width of 50 mm and a length of 100 mm were cut out from the above test pieces and welded test pieces by cutting so that the longitudinal direction was perpendicular to the rolling direction.
Next, the test piece for measurement was heated in an EREMA electric furnace in an air atmosphere at 600° C. for 100 hours.
Next, a V-notch (notch angle 45°, notch depth 2 mm, notch bottom radius 0.25 mm) was cut in the longitudinal center of the heat-treated test specimen. For the welded test specimen, the V-notch was made to be the welded part. Using this test specimen, a Charpy impact test was performed at a test temperature of 25°C in accordance with JIS Z2242:2018. The measurement was performed on three test specimens, and the average value was taken as the measurement result. In this evaluation, the toughness was determined to be good when the Charpy impact absorption energy per unit area (Charpy impact value) was 10 J/cm2 or more .
The results of the above evaluations are shown in Table 2.
表2に示されるように、組成、C及びNの合計固溶量及び平均結晶粒径が所定の範囲を満たす実施例1~6は、シャルピー衝撃値が10J/cm2以上、損失係数ηが5×10-4以上であり、高温環境下における靭性及び制振性に優れることが確認された。
これに対して、比較例1は、加熱時間が短すぎたため、結晶粒が十分に成長せず、平均結晶粒径が小さくなった。そのため、損失係数ηが低く、制振性が十分でなかった。また、比較例1はシャルピー衝撃値も低く、靭性も十分でなかった。
比較例2は、900~750℃の温度域での保持時間が短すぎたため、Ti及びNbの炭窒化物を十分に析出させることができず、C及びNの合計固溶量が多くなった。その結果、シャルピー衝撃値が低く、靭性が十分でなかった。
比較例3は、溶接後に熱処理を行わなかったため、溶接部にCr炭化物が生成し、C及びNの合計固溶量が多くなった。その結果、シャルピー衝撃値が低く、靭性が十分でなかった。
比較例4は、溶接後に熱処理を行ったものの、その後の冷却において900~750℃の温度域での保持時間が短すぎたため、Ti及びNbの炭窒化物を十分に析出させることができず、C及びNの合計固溶量が多くなった。その結果、シャルピー衝撃値が低く、靭性が十分でなかった。
比較例5は、Alの含有量が少なすぎたため、損失係数ηが低く、制振性が十分でなかった。
As shown in Table 2, Examples 1 to 6, in which the composition, the total amount of solid solution of C and N, and the average crystal grain size satisfy the predetermined ranges, have a Charpy impact value of 10 J/cm2 or more and a loss factor η of 5 × 10-4 or more, and are confirmed to have excellent toughness and vibration damping properties in high-temperature environments.
In contrast, in Comparative Example 1, the heating time was too short, so the crystal grains did not grow sufficiently, resulting in a small average crystal grain size. As a result, the loss factor η was low and the vibration damping properties were insufficient. In addition, Comparative Example 1 also had a low Charpy impact value and insufficient toughness.
In Comparative Example 2, the holding time in the temperature range of 900 to 750°C was too short, so that carbonitrides of Ti and Nb could not be sufficiently precipitated, and the total amount of solid solution of C and N increased. As a result, the Charpy impact value was low and the toughness was insufficient.
In Comparative Example 3, since no heat treatment was performed after welding, Cr carbides were formed in the welded part, and the total amount of dissolved C and N was large. As a result, the Charpy impact value was low and the toughness was insufficient.
In Comparative Example 4, although heat treatment was performed after welding, the holding time in the temperature range of 900 to 750°C during subsequent cooling was too short, so that carbonitrides of Ti and Nb could not be sufficiently precipitated, resulting in a large total amount of solid solution of C and N. As a result, the Charpy impact value was low and the toughness was insufficient.
In Comparative Example 5, the Al content was too low, so the loss factor η was low and the vibration damping properties were insufficient.
以上の結果からわかるように、本発明によれば、高温環境下における靭性及び制振性に優れるフェライト系ステンレス鋼材及びその製造方法、溶接部材及びその製造方法、並びに制振部材を提供することができる。 As can be seen from the above results, the present invention can provide a ferritic stainless steel material and its manufacturing method, a welded member and its manufacturing method, and a vibration-damping member that are excellent in toughness and vibration-damping properties in high-temperature environments.
Claims (16)
質量基準で、C:0.100%以下、Mn:1.00%以下、Ni:1.00%以下、P:0.100%以下、S:0.050%以下、Cr:10.50~24.00%、N:0.030%以下、Cu:1.00%以下、Mo:2.50%以下、Si:3.00%以下、Al:1.00~5.00%、Nb:0.01~0.50%、Ti:0.01~0.50%を含み、Nb及びTiの合計含有量が6(C+N)以上(C及びNは、C及びNの含有量をそれぞれ表す)且つ0.20%以上であり、残部がFe及び不純物からなる組成を有し、C及びNの合計固溶量が0.015%以下であり、
平均結晶粒径が100μm以上であるフェライト系ステンレス鋼材。 A ferritic stainless steel material used for exhaust system members,
The composition includes, on a mass basis, C: 0.100% or less, Mn: 1.00% or less, Ni: 1.00% or less, P: 0.100% or less, S: 0.050% or less, Cr: 10.50 to 24.00%, N: 0.030% or less, Cu: 1.00% or less, Mo: 2.50% or less, Si: 3.00% or less, Al: 1.00 to 5.00%, Nb: 0.01 to 0.50%, and Ti: 0.01 to 0.50%, the total content of Nb and Ti is 6(C+N) or more (C and N represent the contents of C and N, respectively) and 0.20% or more, and the balance is Fe and impurities, and the total solid solution amount of C and N is 0.015% or less,
A ferritic stainless steel material having an average crystal grain size of 100 μm or more.
前記金属材の少なくとも一方が、請求項1~4のいずれか一項に記載のフェライト系ステンレス鋼材である溶接部材。 A welded member used in an exhaust system, in which metal materials are welded together,
A welded member, wherein at least one of the metal materials is the ferritic stainless steel material according to any one of claims 1 to 4.
質量基準で、C:0.100%以下、Mn:1.00%以下、Ni:1.00%以下、P:0.100%以下、S:0.050%以下、Cr:10.50~24.00%、N:0.030%以下、Cu:1.00%以下、Mo:2.50%以下、Si:3.00%以下、Al:1.00~5.00%、Nb:0.01~0.50%、Ti:0.01~0.50%を含み、Nb及びTiの合計含有量が6(C+N)以上(C及びNは、C及びNの含有量をそれぞれ表す)且つ0.20%以上であり、残部がFe及び不純物からなる組成を有するフェライト系ステンレス鋼板を900℃以上で10分以上加熱した後、900~750℃の温度域で5分以上保持されるようにして冷却するフェライト系ステンレス鋼材の製造方法。 A method for producing a ferritic stainless steel material used for exhaust system members, comprising the steps of:
By mass, C: 0.100% or less, Mn: 1.00% or less, Ni: 1.00% or less, P: 0.100% or less, S: 0.050% or less, Cr: 10.50 to 24.00%, N: 0.030% or less, Cu: 1.00% or less, Mo: 2.50% or less, Si: 3.00% or less, Al: 1.00 to 5.00%, Nb: 0.01 to 0.50%, Ti: 0.01 to 0.50% The present invention relates to a method for producing a ferritic stainless steel material, comprising heating a ferritic stainless steel plate having a composition in which the total content of Nb and Ti is 6(C+N) or more (C and N represent the content of C and N, respectively) and 0.20% or more, with the balance being Fe and impurities, at 900°C or more for 10 minutes or more, and then cooling the plate while maintaining the temperature in the 900-750°C range for 5 minutes or more.
前記金属材の少なくとも一方が、
(i)請求項1~4のいずれか一項に記載のフェライト系ステンレス鋼材、又は
(ii)質量基準で、C:0.100%以下、Mn:1.00%以下、Ni:1.00%以下、P:0.100%以下、S:0.050%以下、Cr:10.50~24.00%、N:0.030%以下、Cu:1.00%以下、Mo:2.50%以下、Si:3.00%以下、Al:1.00~5.00%、Nb:0.01~0.50%、Ti:0.01~0.50%を含み、Nb及びTiの合計含有量が6(C+N)以上(C及びNは、C及びNの含有量をそれぞれ表す)且つ0.20%以上であり、残部がFe及び不純物からなる組成を有するフェライト系ステンレス鋼板
であり、
前記金属材同士を溶接した後、900℃以上で5分以上加熱し、次いで900~750℃の温度域で5分以上保持されるようにして冷却する溶接部材の製造方法。 A method for manufacturing a welded component used in an exhaust system, in which metal materials are welded together, comprising the steps of:
At least one of the metal materials is
(i) A ferritic stainless steel material according to any one of claims 1 to 4; or (ii) a ferritic stainless steel plate having a composition, on a mass basis, containing C: 0.100% or less, Mn: 1.00% or less, Ni: 1.00% or less, P: 0.100% or less, S: 0.050% or less, Cr: 10.50 to 24.00%, N: 0.030% or less, Cu: 1.00% or less, Mo: 2.50% or less, Si: 3.00% or less, Al: 1.00 to 5.00%, Nb: 0.01 to 0.50%, and Ti: 0.01 to 0.50%, the total content of Nb and Ti being 6(C+N) or more (C and N represent the contents of C and N, respectively) and 0.20% or more, with the balance being Fe and impurities;
A method for manufacturing a welded member, comprising: welding the metal materials together; heating the materials at 900°C or higher for 5 minutes or more; and then cooling the materials by holding the materials in a temperature range of 900 to 750°C for 5 minutes or more.
請求項1~4のいずれか一項に記載のフェライト系ステンレス鋼材又は請求項5に記載の溶接部材を含む制振部材。 A vibration-damping member for use in an exhaust system,
A vibration-damping member comprising the ferritic stainless steel material according to any one of claims 1 to 4 or the welded member according to claim 5.
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