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JP7758973B2 - Austenitic stainless steel and method for producing austenitic stainless steel - Google Patents
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JP7758973B2 - Austenitic stainless steel and method for producing austenitic stainless steel - Google Patents

Austenitic stainless steel and method for producing austenitic stainless steel

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JP7758973B2 JP2023580150A JP2023580150A JP7758973B2 JP 7758973 B2 JP7758973 B2 JP 7758973B2 JP 2023580150 A JP2023580150 A JP 2023580150A JP 2023580150 A JP2023580150 A JP 2023580150A JP 7758973 B2 JP7758973 B2 JP 7758973B2
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Description

本発明は、オーステナイト系ステンレス鋼およびオーステナイト系ステンレス鋼の製造方法に関する。 The present invention relates to austenitic stainless steel and a method for producing austenitic stainless steel.

耐食性および強度が要求される用途に用いられるオーステナイト系ステンレス鋼として、SUS301に代表される準安定オーステナイト系ステンレス鋼が知られている。このようなオーステナイト系ステンレス鋼は、例えば自動車におけるエンジンのシリンダヘッドガスケットのようなばね製品または車載電池フレーム材のような構造部材の素材として用いられる。Metastable austenitic stainless steels, such as SUS301, are known as austenitic stainless steels used in applications requiring corrosion resistance and strength. These austenitic stainless steels are used, for example, in spring products such as cylinder head gaskets for automobile engines, or as materials for structural components such as automotive battery frames.

このようなステンレス鋼は一般的に、冷間圧延等の圧延率を大きくすることで高強度化するため、製造工程における圧延等の加工負荷が大きい傾向にある。このような負荷を低減すべく、例えば特許文献1には、Cuリッチ相からなる析出物が分散したマルテンサイト相を有するバネ材の製造法として、Cuリッチ相の析出がない複相組織を呈するバネ用鋼板に時効処理を施す方法が提案されている。 Such stainless steels are generally strengthened by increasing the reduction ratio in cold rolling, etc., which tends to result in a large processing load during the manufacturing process, such as rolling. To reduce this load, Patent Document 1, for example, proposes a method for manufacturing spring material having a martensite phase in which precipitates consisting of a Cu-rich phase are dispersed, in which spring steel sheet exhibiting a multi-phase structure without Cu-rich phase precipitation is subjected to aging treatment.

日本国特開2008-195976号公報Japanese Patent Application Publication No. 2008-195976

Cuリッチ相の析出は、ステンレス鋼の高強度化に有効である。そのため、特許文献1に記載の方法によれば、バネ用鋼板に時効処理を施してCuリッチ相を析出させることで、バネ用鋼板の製造工程における加工負荷を低減しながら、最終製品であるバネ材の高強度化を実現できる。しかしながら、時効処理工程を要することから、バネ材の生産性に課題がある。 Precipitation of Cu-rich phases is effective in increasing the strength of stainless steel. Therefore, according to the method described in Patent Document 1, by subjecting spring steel sheet to aging treatment to precipitate Cu-rich phases, it is possible to reduce the processing load in the manufacturing process of spring steel sheet while achieving high strength in the final product, spring material. However, the need for an aging treatment poses challenges in the productivity of spring material.

本発明の一態様は、製造時の加工負荷の低減と最終製品の高強度化とを両立し、かつ、生産性の高い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 is highly productive and achieves both reduced processing load during manufacturing and high strength in the final product.

また、Cuリッチ相の析出温度とCr炭化物の析出温度とが比較的近いことから、Cr炭化物の析出による耐食性低下を低減する上では過度にC量を高めることなく、Nを活用することが好ましいことに着目した。オーステナイト系ステンレス鋼中のC量を低めにすることは、目的とする加工負荷の低減にも好ましい。 In addition, because the precipitation temperature of the Cu-rich phase and the precipitation temperature of Cr carbide are relatively close, we noticed that it is preferable to utilize N without excessively increasing the C content in order to reduce the decrease in corrosion resistance caused by the precipitation of Cr carbide. Lowering the C content in austenitic stainless steel is also preferable for reducing the desired processing load.

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:0.005%以上0.03%以下、Si:0.1%以上2.0%以下、Mn:0.3%以上2.5%以下、P:0.04%以下、S:0.015%以下、Ni:3.0%以上6.0%未満、Cr:16.0%以上18.5%以下、Cu:1.5%以上4.0%以下およびN:0.08%以上0.25%以下を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなり、20体積%以上のオーステナイト相と、個数密度が1.0×10個・μm-3以上の、長径30nm以下のCuリッチ相とを含み、残部が加工誘起マルテンサイト相および不可避的形成相からなり、下記(1)式で示すMd30の値が0.0以上80.0以下である:
Md30=551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-29Ni-10.6Cu-13.7Cr-18.5Mo (1)
上記(1)式の元素記号の箇所には、上記オーステナイト系ステンレス鋼が含有している各元素の含有量(質量%)が代入され、無添加の元素については0が代入される。
In order to solve the above problems, an austenitic stainless steel according to one aspect of the present invention contains, by mass%, C: 0.005% or more and 0.03% or less, Si: 0.1% or more and 2.0% or less, Mn: 0.3% or more and 2.5% or less, P: 0.04% or less, S: 0.015% or less, Ni: 3.0% or more and less than 6.0%, Cr: 16.0% or more and 18.5% or less, Cu: 1.5% or more and 4.0% or less, and N: 0.08% or more and 0.25% or less, with the balance being Fe and unavoidable impurities, and includes 20% or more by volume of an austenite phase and a Cu-rich phase having a number density of 1.0 × 103 particles μm -3 or more and a major axis of 30 nm or less, with the balance being a deformation-induced martensite phase and an unavoidably formed phase, and the value of Md30 represented by the following formula (1) is 0.0 or more and 80.0 or less:
Md 30 =551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-29Ni-10.6Cu-13.7Cr-18.5Mo (1)
In the element symbols of the formula (1), the content (mass %) of each element contained in the austenitic stainless steel is substituted, and 0 is substituted for elements that are not added.

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の製造方法は、質量%で、C:0.005%以上0.03%以下、Si:0.1%以上2.0%以下、Mn:0.3%以上2.5%以下、P:0.04%以下、S:0.015%以下、Ni:3.0%以上6.0%未満、Cr:16.0%以上18.5%以下、Cu:1.5%以上4.0%以下およびN:0.08%以上0.25%以下を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなり、下記(1)式で示すMd30の値が0.0以上80.0以下であるオーステナイト系ステンレス鋼の製造方法であって、750℃以上980℃以下の温度により仕上焼鈍を行う仕上焼鈍工程を含み、前記仕上焼鈍工程での最高到達温度が850℃以上である場合、850℃以上で加熱する時間を30秒以内とし、前記仕上焼鈍工程において、前記仕上焼鈍後の700℃から500℃までの平均冷却速度を1℃/秒以上とする:
Md30=551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-29Ni-10.6Cu-13.7Cr-18.5Mo (1)
上記(1)式の元素記号の箇所には、上記オーステナイト系ステンレス鋼が含有している各元素の含有量(質量%)が代入され、無添加の元素については0が代入される。
In order to solve the above problems, a method for producing an austenitic stainless steel according to one aspect of the present invention comprises, in mass %, C: 0.005% or more and 0.03% or less, Si: 0.1% or more and 2.0% or less, Mn: 0.3% or more and 2.5% or less, P: 0.04% or less, S: 0.015% or less, Ni: 3.0% or more and less than 6.0%, Cr: 16.0% or more and 18.5% or less, Cu: 1.5% or more and 4.0% or less, and N: 0.08% or more and 0.25% or less, with the balance being Fe and unavoidable impurities, and Md A method for producing an austenitic stainless steel having a JIS K 30 value of 0.0 or more and 80.0 or less, the method comprising: a finish annealing step of performing finish annealing at a temperature of 750°C or more and 980°C or less; when the maximum temperature reached in the finish annealing step is 850°C or more, the heating time at 850°C or more is set to 30 seconds or less; and in the finish annealing step, the average cooling rate from 700°C to 500°C after the finish annealing is set to 1°C/second or more:
Md 30 =551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-29Ni-10.6Cu-13.7Cr-18.5Mo (1)
In the element symbols of the formula (1), the content (mass %) of each element contained in the austenitic stainless steel is substituted, and 0 is substituted for elements that are not added.

本発明の一態様によれば、製造時の加工負荷の低減と最終製品の高強度化とを両立し、かつ、生産性の高い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 is highly productive and achieves both reduced processing load during manufacturing and high strength in the final product.

一実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼のEBSD粒界マップおよびTEM撮像画像を示す図である。FIG. 1 illustrates an EBSD grain boundary map and TEM image of an austenitic stainless steel according to an embodiment. 一実施例および比較例に係るオーステナイト系ステンレス鋼の、0.2%耐力(YS18%)と参考強度(HV60%)との関係を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing the relationship between 0.2% yield strength (YS 18%) and reference strength (HV 60%) of austenitic stainless steels according to an example and a comparative example.

以下、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について詳細に説明する。以下の記載は発明の趣旨をよりよく理解させるものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。 The following provides a detailed description of an austenitic stainless steel according to one embodiment of the present invention. The following description is intended to provide a better understanding of the spirit of the invention, and does not limit the present invention unless otherwise specified.

〔組織構成〕
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は、20体積%以上のオーステナイト相を含むステンレス鋼である。本明細書では以下、「オーステナイト系ステンレス鋼」とは、特記しない限り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を示す。オーステナイト系ステンレス鋼は、例えば鋼板または鋼帯であってよい。
[Organizational structure]
An austenitic stainless steel according to one embodiment of the present invention is a stainless steel containing 20 volume % or more of an austenite phase. Hereinafter, "austenitic stainless steel" refers to an austenitic stainless steel according to one embodiment of the present invention unless otherwise specified. The austenitic stainless steel may be, for example, a steel plate or a steel strip.

オーステナイト系ステンレス鋼は、オーステナイト相の一部が加工誘起変態塑性(TRIP)現象により変態した加工誘起マルテンサイト相を含んでいる。オーステナイト系ステンレス鋼は、高強度化の観点から、加工誘起マルテンサイト相の割合が、5体積%以上であることが好ましく、10体積%以上であることがより好ましく、15体積%以上であることがより好ましく、20体積%以上であることがより好ましい。また、オーステナイト系ステンレス鋼は、加工誘起マルテンサイト相の割合が、80体積%未満であることが好ましく、75体積%以下であることがより好ましい。オーステナイト系ステンレス鋼が含むオーステナイト相の割合は、20体積%以上であれば、加工誘起マルテンサイト相の割合の増加に従って低下してよい。 Austenitic stainless steel contains a stress-induced martensite phase, which is formed when a portion of the austenite phase is transformed by the stress-induced transformation plasticity (TRIP) phenomenon. From the perspective of increasing strength, the proportion of stress-induced martensite in austenitic stainless steel is preferably 5% by volume or more, more preferably 10% by volume or more, more preferably 15% by volume or more, and even more preferably 20% by volume or more. Furthermore, the proportion of stress-induced martensite in austenitic stainless steel is preferably less than 80% by volume, more preferably 75% by volume or less. The proportion of austenite in austenitic stainless steel may decrease as the proportion of stress-induced martensite increases, as long as it is 20% by volume or more.

オーステナイト系ステンレス鋼はさらに、Cuリッチ相を含んでいる。Cuリッチ相とは、Cu(銅)を60原子%以上含む相であり、例えばε-Cu相である。オーステナイト系ステンレス鋼は少なくとも、個数密度が1.0×10個・μm-3以上の、長径30nm以下のCuリッチ相を含む。長径とは、粒子状に析出するCuリッチ相の直径のうち、最大の長さの径を意味する。なお、オーステナイト系ステンレス鋼は、長径30nm超のCuリッチ相を含んでいてもよい。Cuリッチ相は、オーステナイト相中に分散していてもよく、加工誘起マルテンサイト相中に分散していてもよく、後述する不可避的形成相中に分散していてもよい。 The austenitic stainless steel further contains a Cu-rich phase. The Cu-rich phase is a phase containing 60 atomic % or more of Cu (copper), such as an ε-Cu phase. The austenitic stainless steel at least contains a Cu-rich phase having a number density of 1.0 × 10 3 particles μm −3 or more and a major axis of 30 nm or less. The major axis refers to the longest diameter of the Cu-rich phase precipitated in the form of particles. Note that the austenitic stainless steel may contain a Cu-rich phase having a major axis of more than 30 nm. The Cu-rich phase may be dispersed in the austenite phase, in a deformation-induced martensite phase, or in an unavoidably formed phase, which will be described later.

Cuリッチ相は、透過型電子顕微鏡(TEM)を用いた組織観察によって判別してよい。例えば、オーステナイト系ステンレス鋼の任意の断面を含むTEMサンプルを作製し、TEMを用いて当該断面の所定の範囲を観察することで、当該範囲内におけるCuリッチ相の断面の長径が30nm以下のCuリッチ相の個数を計測できる。また、上記個数計測に用いたTEMサンプルの厚さと、上記個数計測を行った範囲の面積とに基づいて体積を算出することで、体積あたりの個数密度を算出できる。TEMサンプルの厚さについては、例えば、TEMサンプルの厚さの実測値を用いてもよく、TEMサンプルを作製した方法に基づく厚さの推定値を用いてもよい。TEMサンプルの作製方法としては、例えば、電解研磨法が挙げられるが、これに限られない。Cu-rich phases may be identified by structural observation using a transmission electron microscope (TEM). For example, a TEM sample containing an arbitrary cross section of austenitic stainless steel is prepared, and a predetermined range of the cross section is observed using a TEM. This allows the number of Cu-rich phases within that range whose cross section has a major axis of 30 nm or less to be counted. Furthermore, the number density per volume can be calculated by calculating the volume based on the thickness of the TEM sample used for the counting and the area of the range where the counting was performed. The thickness of the TEM sample may be, for example, an actual measured value of the thickness of the TEM sample, or an estimated value based on the method used to prepare the TEM sample. Methods for preparing TEM samples include, but are not limited to, electrolytic polishing.

オーステナイト系ステンレス鋼は、析出したCuリッチ相が微細であるほど、また、多量に存在するほど高強度化される。上述のような量および大きさのCuリッチ相は、オーステナイト系ステンレス鋼の高強度化に有効である。オーステナイト系ステンレス鋼は、仕上焼鈍前の冷間圧延時等の製造途中では、Cuリッチ相を析出させず強度を低く抑えて加工負荷を低減する。そして、仕上焼鈍工程においてCuリッチ相を析出させることで、製造後のオーステナイト系ステンレス鋼について高強度化を実現する。仕上焼鈍工程等の製造工程については、後述する。 The finer the precipitated Cu-rich phase and the greater the amount present, the higher the strength of austenitic stainless steel. Cu-rich phases of the above-mentioned amounts and sizes are effective in increasing the strength of austenitic stainless steel. During the manufacturing process of austenitic stainless steel, such as cold rolling before finish annealing, the Cu-rich phase is not precipitated, keeping the strength low and reducing the processing load. Then, by precipitating the Cu-rich phase during the finish annealing process, high strength is achieved in the austenitic stainless steel after manufacturing. Manufacturing processes such as the finish annealing process are described below.

また、オーステナイト系ステンレス鋼は、オーステナイト相、加工誘起マルテンサイト相およびCuリッチ相以外の、不可避的形成相を含んでもよい。不可避的形成相は特に限定されないが、例えば、δフェライト相と、炭化物、窒化物および/または酸化物を含む相と、が挙げられる。炭化物、窒化物および/または酸化物を含む相としては、例えば、Cr、Tiおよび/またはNbの炭化物および/または窒化物を含む相、並びに、Si、Ti、Al、Mgおよび/またはCaの酸化物を含む相が挙げられる。 Austenitic stainless steel may also contain unavoidably formed phases other than the austenite phase, the deformation-induced martensite phase, and the Cu-rich phase. The unavoidably formed phases are not particularly limited, but examples include a delta-ferrite phase and a phase containing carbides, nitrides, and/or oxides. Examples of phases containing carbides, nitrides, and/or oxides include phases containing carbides and/or nitrides of Cr, Ti, and/or Nb, and phases containing oxides of Si, Ti, Al, Mg, and/or Ca.

オーステナイト系ステンレス鋼は、平均結晶粒径が10.0μm以下であることが好ましい。オーステナイト系ステンレス鋼は、結晶粒が微細になるにつれて強度が向上する。また、オーステナイト系ステンレス鋼では、強度を向上させると延性が低下することが一般的である。しかしながら、結晶粒の微細化によれば、オーステナイト系ステンレス鋼において強度の向上と延性の改善とを両立できる。 Austenitic stainless steel preferably has an average crystal grain size of 10.0 μm or less. The finer the crystal grains, the stronger the austenitic stainless steel. Furthermore, in austenitic stainless steel, improving strength generally results in a decrease in ductility. However, by reducing the crystal grain size, it is possible to achieve both improved strength and improved ductility in austenitic stainless steel.

平均結晶粒径は、EBSD(Electron Back Scattering Diffraction)法を用いて測定してよい。例えば、オーステナイト系ステンレス鋼の任意の断面について、複数の視野の結晶粒径をEBSD法によりそれぞれ算出し、当該複数の視野で算出した結晶粒径の平均値を、平均結晶粒径としてよい。また、平均結晶粒径は、EBSD法以外の方法を用いて測定してもよい。EBSD法以外の方法としては、例えば、JIS G0551に示されるような、硝酸電解処理によって粒界を現出させ、切片法等によって測定する方法であってよい。 The average grain size may be measured using the EBSD (Electron Backscattering Diffraction) method. For example, for any cross section of austenitic stainless steel, the grain size in multiple fields of view may be calculated using the EBSD method, and the average value of the grain size calculated in those multiple fields may be used as the average grain size. The average grain size may also be measured using methods other than the EBSD method. Examples of methods other than the EBSD method include a method in which grain boundaries are revealed by nitric acid electrolysis and then measured by the intercept method, as specified in JIS G0551.

〔成分組成〕
オーステナイト系ステンレス鋼は、質量%で、C:0.005%以上0.03%以下、Si:0.1%以上2.0%以下、Mn:0.3%以上2.5%未満、P:0.04%以下、S:0.015%以下、Ni:3.0%以上6.0%未満、Cr:16.0%以上18.5%以下、Cu:1.5%以上3.8%以下およびN:0.08%以上0.25%以下を含有する。オーステナイト系ステンレス鋼の残部は、Fe(鉄)および不可避的不純物からなるものであってよい。以下、オーステナイト系ステンレス鋼に含まれる各元素の含有量の意義について説明する。
[Component composition]
The austenitic stainless steel contains, by mass%, C: 0.005% to 0.03%, Si: 0.1% to 2.0%, Mn: 0.3% to less than 2.5%, P: 0.04% or less, S: 0.015% or less, Ni: 3.0% to less than 6.0%, Cr: 16.0% to 18.5%, Cu: 1.5% to 3.8%, and N: 0.08% to 0.25%. The balance of the austenitic stainless steel may consist of Fe (iron) and unavoidable impurities. The significance of the content of each element contained in the austenitic stainless steel will be explained below.

(C)
C(炭素)は、オーステナイト相を生成しやすくするオーステナイト生成元素であり、高い固溶強化作用を有し、また強度を得るためにも有効な元素である。オーステナイト系ステンレス鋼は、0.005質量%以上0.03質量%以下のCを含む。Cの含有量が0.005質量%以上であれば、十分な固溶強化作用を発揮すると共に、良好な強度を有するオーステナイト系ステンレス鋼が得られる。
(C)
Carbon (C) is an austenite-forming element that facilitates the formation of the austenite phase, has a high solid-solution strengthening effect, and is also an effective element for obtaining strength. Austenitic stainless steel contains 0.005% by mass or more and 0.03% by mass or less of C. If the C content is 0.005% by mass or more, austenitic stainless steel exhibits sufficient solid-solution strengthening and has good strength.

Cの過剰添加は、比較的低温での焼鈍によりCr炭化物が析出する原因となり、オーステナイト系ステンレス鋼の、特に溶接部の耐食性の低下を招くことから、Cの含有量は0.03質量%以下とする。Cの含有量が0.03質量%以下であれば、溶接部においても良好な耐食性を有するオーステナイト系ステンレス鋼が得られる。 Excessive addition of C causes the precipitation of Cr carbides during annealing at relatively low temperatures, resulting in a decrease in the corrosion resistance of austenitic stainless steel, particularly in welds. Therefore, the C content is set to 0.03 mass% or less. If the C content is 0.03 mass% or less, an austenitic stainless steel with good corrosion resistance can be obtained, even in welds.

(Si)
Si(ケイ素)は、脱酸剤として有効であり、また固溶強化作用を有する元素である。オーステナイト系ステンレス鋼は、0.1質量%以上2.0質量%以下のSiを含み、0.2質量%以上1.0質量%以下のSiを含むことが好ましい。Siの含有量が0.1質量%以上であれば、オーステナイト系ステンレス鋼において脱酸作用および固溶強化作用が効果的に発揮される。Siの含有量が0.2質量%以上であればより好ましい。
(Si)
Silicon (Si) is an element that is effective as a deoxidizer and also has a solid-solution strengthening effect. Austenitic stainless steel contains 0.1 mass% to 2.0 mass% Si, and preferably 0.2 mass% to 1.0 mass% Si. If the Si content is 0.1 mass% or more, the austenitic stainless steel effectively exhibits the deoxidizing effect and solid-solution strengthening effect. It is more preferable that the Si content be 0.2 mass% or more.

また、Siは、フェライト相を生成しやすくするフェライト生成元素である。δフェライト相は、熱間圧延において耳切れまたは二枚割れが発生する原因となる。δフェライト相の生成を低減する観点から、Siの含有量は2.0質量%以下とし、1.0質量%以下とすることが好ましい。 Si is also a ferrite-forming element that facilitates the formation of ferrite phase. The delta-ferrite phase causes edge breaks or splitting during hot rolling. From the perspective of reducing the formation of delta-ferrite phase, the Si content should be 2.0 mass% or less, and preferably 1.0 mass% or less.

(Mn)
Mn(マンガン)は、オーステナイト生成元素であり、またオーステナイト相を維持するために有効な元素である。また、MnはCuリッチ相の析出を促進する作用を有する元素である。オーステナイト系ステンレス鋼は、0.3質量%以上2.5質量%以下のMnを含み、0.5質量%以上2.0質量%以下のMnを含むことが好ましい。Mnの含有量が0.3質量%以上であれば、Cuリッチ相の析出量を確保しやすく、Mnの含有量が0.5質量%以上であればより好ましい。また、Mnの過剰添加はオーステナイト系ステンレス鋼の熱間加工性の低下を招いてしまう。このため、Mnの含有量は2.5質量%以下とし、2.0質量%以下とすることが好ましい。
(Mn)
Manganese (Mn) is an austenite-forming element and is effective in maintaining the austenite phase. Furthermore, Mn promotes the precipitation of a Cu-rich phase. Austenitic stainless steel contains 0.3 mass% to 2.5 mass%, preferably 0.5 mass% to 2.0 mass%. A Mn content of 0.3 mass% or more facilitates the precipitation of a Cu-rich phase, and a Mn content of 0.5 mass% or more is more preferable. Excessive addition of Mn reduces the hot workability of austenitic stainless steel. Therefore, the Mn content is set to 2.5 mass% or less, preferably 2.0 mass% or less.

(P)
P(リン)は、不可避的不純物として混入する元素であり、Pの含有量は少ないほど好ましい。製造性の観点から、オーステナイト系ステンレス鋼は、0.04質量%以下のPを含んでよい。Pの含有量が0.04質量%以下であれば、オーステナイト系ステンレス鋼において、延性等の材料特性への悪影響を低減できる。
(P)
P (phosphorus) is an element that is mixed in as an unavoidable impurity, and the lower the P content, the better. From the viewpoint of manufacturability, austenitic stainless steel may contain 0.04 mass% or less of P. If the P content is 0.04 mass% or less, adverse effects on material properties such as ductility can be reduced in austenitic stainless steel.

(S)
S(硫黄)は、不可避的不純物として混入する元素であり、Sの含有量は少ないほど好ましい。製造性の観点から、オーステナイト系ステンレス鋼は、0.015質量%以下のSを含んでよい。Sの含有量が0.015質量%以下であれば、オーステナイト系ステンレス鋼において、延性等の材料特性への悪影響を低減できる。
(S)
S (sulfur) is an element that is mixed in as an unavoidable impurity, and the lower the S content, the better. From the viewpoint of manufacturability, austenitic stainless steel may contain 0.015 mass% or less of S. If the S content is 0.015 mass% or less, adverse effects on material properties such as ductility can be reduced in austenitic stainless steel.

(Ni)
Ni(ニッケル)は、オーステナイト生成元素であり、またオーステナイト相を維持するために有効な元素である。オーステナイト系ステンレス鋼は、3.0質量%以上6.0質量%未満のNiを含み、3.5質量%以上5.5質量%以下のNiを含むことが好ましく、4.0質量%以上5.0質量%未満のNiを含むことがより好ましい。Niの含有量が3.0質量%以上であれば、オーステナイト相の生成および維持が良好となる。Niの含有量が4.5質量%以上であればより好ましい。
(Ni)
Ni (nickel) is an austenite-forming element and is also effective for maintaining the austenite phase. Austenitic stainless steel contains 3.0 mass% or more and less than 6.0 mass% Ni, preferably 3.5 mass% or more and less than 5.5 mass% Ni, and more preferably 4.0 mass% or more and less than 5.0 mass% Ni. If the Ni content is 3.0 mass% or more, the generation and maintenance of the austenite phase are favorable. It is more preferable that the Ni content is 4.5 mass% or more.

一方、Niは高価な元素であり、また、過剰に添加するとオーステナイト相の安定化により加工誘起マルテンサイト相の生成量を低減させる。そのため、Niの含有量は6.0質量%未満とし、5.5質量%以下とすることが好ましく、5.0質量%未満とすることがより好ましい。On the other hand, Ni is an expensive element, and if added in excess, it stabilizes the austenite phase, reducing the amount of stress-induced martensite phase that forms. Therefore, the Ni content should be less than 6.0% by mass, preferably 5.5% by mass or less, and more preferably less than 5.0% by mass.

(Cr)
Cr(クロム)は、オーステナイト系ステンレス鋼の耐食性を確保するために有効な元素である。オーステナイト系ステンレス鋼は、16.0質量%以上18.5質量%以下のCrを含み、16.5質量%以上18.0質量%以下のCrを含むことが好ましい。Crの含有量が16.0質量%以上であれば、オーステナイト系ステンレス鋼の耐食性を良好に確保できる。Crの含有量が16.5質量%以上であればより好ましい。
(Cr)
Cr (chromium) is an element effective for ensuring the corrosion resistance of austenitic stainless steel. Austenitic stainless steel contains 16.0 mass% to 18.5 mass% of Cr, and preferably 16.5 mass% to 18.0 mass% of Cr. If the Cr content is 16.0 mass% or more, the corrosion resistance of the austenitic stainless steel can be well ensured. It is more preferable if the Cr content is 16.5 mass% or more.

一方で、CrはSiと同様にフェライト生成元素でもあるため、Crを過剰添加すると、δフェライト相が過剰に生成してしまう。そのため、Crの含有量は18.5質量%以下とし、18.0質量%以下とすることが好ましい。 However, because Cr, like Si, is a ferrite-forming element, excessive Cr addition will result in excessive formation of the delta ferrite phase. Therefore, the Cr content should be 18.5% by mass or less, and preferably 18.0% by mass or less.

(Cu)
Cuは、オーステナイト生成元素であり、またオーステナイト相を維持するために有効な元素である。また、Cuリッチ相の析出によるオーステナイト系ステンレス鋼の高強度化にも有効である。Cuは、結晶粒微細化にも効果的に作用する元素である。これは、Cuリッチ相が結晶粒成長の阻害効果を示すためと考えられる。また、Cuは、固溶状態ではオーステナイト相の加工硬化を低減するため、オーステナイト系ステンレス鋼の製造工程における圧延負荷を低減できる。
(Cu)
Cu is an austenite-forming element and is effective in maintaining the austenite phase. It is also effective in increasing the strength of austenitic stainless steels by precipitation of a Cu-rich phase. Cu is also an element that effectively acts to refine crystal grains. This is thought to be because the Cu-rich phase has an inhibitory effect on grain growth. Furthermore, Cu reduces the work hardening of the austenite phase in its solid solution state, thereby reducing the rolling load in the manufacturing process of austenitic stainless steels.

オーステナイト系ステンレス鋼は、1.5質量%以上4.0質量%以下のCuを含み、2.0質量%以上3.5質量%以下のCuを含むことが好ましく、2.0質量%超3.5質量%以下のCuを含むことがより好ましい。Cuの含有量が1.5質量%以上であれば、オーステナイト相の生成および維持が良好になるとともに、Cuリッチ相の析出が良好に得られる。Cuの含有量が2.0質量%以上であればより好ましく、2.0質量%超であればさらに好ましい。 Austenitic stainless steel contains 1.5% to 4.0% by mass of Cu, preferably 2.0% to 3.5% by mass of Cu, and more preferably more than 2.0% to 3.5% by mass of Cu. A Cu content of 1.5% by mass or more improves the generation and maintenance of the austenite phase, and also improves the precipitation of a Cu-rich phase. A Cu content of 2.0% by mass or more is more preferable, and a Cu content of more than 2.0% by mass is even more preferable.

一方で、Cuを過剰添加すると、スラブが凝固する過程において当該スラブの中心にCuMn相が生成してしまい、スラブの熱間加工性が低下する。そのため、Cuの含有量は4.0質量%以下とし、3.5質量%以下とすることが好ましい。On the other hand, if excessive Cu is added, a CuMn phase will form in the center of the slab during solidification, reducing the hot workability of the slab. Therefore, the Cu content should be 4.0% by mass or less, and preferably 3.5% by mass or less.

(N)
N(窒素)は、オーステナイト生成元素であり、また固溶強化作用および耐食性向上作用を有する元素である。オーステナイト系ステンレス鋼は、溶接部の耐食性を確保するためにCの含有量を0.03質量%以下としていることから、Nの含有量を0.08質量%以上とし、0.10質量%以上であることが好ましく、0.11質量%以上であることがより好ましく、0.12質量%以上がさらに好ましい。このようなNの含有量であれば、オーステナイト系ステンレス鋼に要求される強度および耐食性の確保に有効である。
(N)
N (nitrogen) is an austenite-forming element and also has the effect of solid solution strengthening and improving corrosion resistance. Since the C content of austenitic stainless steel is set to 0.03 mass% or less to ensure the corrosion resistance of welds, the N content is set to 0.08 mass% or more, preferably 0.10 mass% or more, more preferably 0.11 mass% or more, and even more preferably 0.12 mass% or more. This N content is effective in ensuring the strength and corrosion resistance required of austenitic stainless steel.

また、Nを過度に添加すると、オーステナイト系ステンレス鋼の圧延負荷が増加する。したがって、Nの含有量は0.25質量%以下とし、0.20質量%以下とすることが好ましい。 Furthermore, excessive addition of N increases the rolling load of austenitic stainless steel. Therefore, the N content should be 0.25 mass% or less, and preferably 0.20 mass% or less.

(その他の元素)
オーステナイト系ステンレス鋼は、上述の元素に加えて、質量%で、Mo:1.0%以下、W:1.0%以下、V:0.5%以下、B:0.0001%以上0.01%以下、Co:0.8%以下、Sn:0.1%以下、Ca:0.03%以下、Mg:0.03%以下、Ti:0.5%以下、Nb:0.5%以下、Al:0.3%以下、Sb:0.5%以下、Zr:0.5%以下、Ta:0.03%以下、Hf:0.03%以下およびREM(希土類金属):0.2%以下から選択される1種以上をさらに含有してもよい。
(Other elements)
In addition to the above-mentioned elements, the austenitic stainless steel may further contain, by mass%, one or more selected from Mo: 1.0% or less, W: 1.0% or less, V: 0.5% or less, B: 0.0001% or more and 0.01% or less, Co: 0.8% or less, Sn: 0.1% or less, Ca: 0.03% or less, Mg: 0.03% or less, Ti: 0.5% or less, Nb: 0.5% or less, Al: 0.3% or less, Sb: 0.5% or less, Zr: 0.5% or less, Ta: 0.03% or less, Hf: 0.03% or less, and REM (rare earth metals): 0.2% or less.

(Mo、W、V)
Mo(モリブデン)、W(タングステン)およびV(バナジウム)は、耐食性の向上に有効な元素である。一方、Mo、WおよびVはフェライト生成元素であり、高価な元素でもあることから、過剰な添加は好ましくない。したがって、オーステナイト系ステンレス鋼は、1.0質量%以下のMo、1.0質量%以下のW、および0.5質量%以下のVから選択される1種以上を含むことが好ましい。
(Mo, W, V)
Mo (molybdenum), W (tungsten), and V (vanadium) are elements effective in improving corrosion resistance. However, because Mo, W, and V are ferrite-forming elements and expensive elements, excessive addition of these elements is undesirable. Therefore, it is preferable that austenitic stainless steel contain one or more elements selected from 1.0 mass% or less of Mo, 1.0 mass% or less of W, and 0.5 mass% or less of V.

(B)
B(ホウ素)は、熱間加工性を改善する元素であり、熱間圧延における耳切れおよび二枚割れの発生の低減に有効な元素である。オーステナイト系ステンレス鋼は、0.0001質量%以上0.01質量%以下のBを含むことが好ましい。Bの含有量が0.0001質量%以上であれば、熱間加工性の改善および熱間圧延における耳切れおよび二枚割れの発生の低減に有効である。ただし、Crが含まれるオーステナイト系ステンレス鋼へのBの過剰添加は、CrBの析出による耐食性の低下を招く。したがって、Bの含有量は0.01質量%以下であることが好ましい。
(B)
B (boron) is an element that improves hot workability and is effective in reducing the occurrence of edge breaks and lamination during hot rolling. Austenitic stainless steel preferably contains 0.0001% by mass or more and 0.01% by mass or less of B. A B content of 0.0001% by mass or more is effective in improving hot workability and reducing the occurrence of edge breaks and lamination during hot rolling. However, excessive addition of B to austenitic stainless steel containing Cr leads to a decrease in corrosion resistance due to the precipitation of Cr2B . Therefore, the B content is preferably 0.01% by mass or less.

(Co)
Co(コバルト)は、オーステナイト系ステンレス鋼の耐食性を確保するために有効な元素である。また、Cuリッチ相の粗大化を低減させて微細に維持することにも寄与する。このような効果を得るためには、Coを0.10質量%以上含有させることが好ましい。ただし、Coは高価な元素であり、コスト低減の観点から、Coの含有量は0.8質量%以下とすることが好ましい。
(Co)
Co (cobalt) is an element effective in ensuring the corrosion resistance of austenitic stainless steel. It also contributes to reducing the coarsening of the Cu-rich phase and maintaining it fine. To achieve this effect, it is preferable to contain 0.10 mass% or more of Co. However, since Co is an expensive element, from the viewpoint of cost reduction, it is preferable to limit the Co content to 0.8 mass% or less.

(Sn)
Sn(スズ)は、オーステナイト系ステンレス鋼の耐食性を確保するために有効な元素である。ただし、Snの過剰添加はオーステナイト系ステンレス鋼の熱間加工性の低下を招いてしまうことから、Snの含有量は0.1質量%以下とすることが好ましい。
(Sn)
Sn (tin) is an element effective in ensuring the corrosion resistance of austenitic stainless steel, but since excessive addition of Sn leads to a decrease in the hot workability of austenitic stainless steel, the Sn content is preferably 0.1 mass% or less.

(Al、Ca、Mg、Ti)
Al(アルミニウム)、Ca(カルシウム)、Mg(マグネシウム)およびTi(チタン)は、いずれも脱酸作用を有する元素である。オーステナイト系ステンレス鋼は、脱酸剤として、0.3質量%以下のAl、0.03質量%以下のCa、0.03質量%以下のMg、および0.5質量%以下のTiから選択される1種以上を含むことが好ましい。
(Al, Ca, Mg, Ti)
Al (aluminum), Ca (calcium), Mg (magnesium), and Ti (titanium) are all elements that have a deoxidizing effect. The austenitic stainless steel preferably contains one or more deoxidizers selected from 0.3 mass% or less of Al, 0.03 mass% or less of Ca, 0.03 mass% or less of Mg, and 0.5 mass% or less of Ti.

(Nb)
Nb(ニオブ)は、オーステナイト系ステンレス鋼の鋭敏化の低減に有効な元素である。また、組織の微細化および均一化にも有効である。オーステナイト系ステンレス鋼は、0.5質量%以下のNbを含むことが好ましい。
(Nb)
Niobium (Nb) is an element effective in reducing sensitization of austenitic stainless steel. It is also effective in making the structure finer and more uniform. Austenitic stainless steel preferably contains 0.5 mass % or less of Nb.

(Sb、Zr、Ta、Hf、REM)
Sb(アンチモン)、Zr(ジルコニウム)、Ta(タンタル)、Hf(ハフニウム)およびREM(希土類金属)はいずれも、熱間加工性を改善すると共に、耐酸化性にも有効な元素である。オーステナイト系ステンレス鋼は、0.5質量%以下のSb、0.5質量%以下のZr、0.03質量%以下のTa、0.03質量%以下のHf、および0.2質量%以下のREMから選択される1種以上を含むことが好ましい。
(Sb, Zr, Ta, Hf, REM)
Sb (antimony), Zr (zirconium), Ta (tantalum), Hf (hafnium), and REMs (rare earth metals) are all elements that improve hot workability and are also effective in improving oxidation resistance. Austenitic stainless steel preferably contains one or more elements selected from 0.5 mass% or less of Sb, 0.5 mass% or less of Zr, 0.03 mass% or less of Ta, 0.03 mass% or less of Hf, and 0.2 mass% or less of REMs.

〔Md30の値〕
オーステナイト系ステンレス鋼は、下記式(1)により示すMd30の値が0.0以上80.0以下であり、20.0以上70.0以下であることが好ましい。
[ Md30 value]
The austenitic stainless steel has an Md30 value represented by the following formula (1) of 0.0 or more and 80.0 or less, and preferably 20.0 or more and 70.0 or less.

Md30=551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-29Ni-10.6Cu-13.7Cr-18.5Mo (1)
上記(1)式の元素記号の箇所には、上記オーステナイト系ステンレス鋼が含有している各元素の含有量(質量%)が代入され、無添加の元素については0が代入される。
Md 30 =551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-29Ni-10.6Cu-13.7Cr-18.5Mo (1)
In the element symbols of the formula (1), the content (mass %) of each element contained in the austenitic stainless steel is substituted, and 0 is substituted for elements that are not added.

オーステナイト系ステンレス鋼において、Md30の値は、オーステナイト相単相のオーステナイト系ステンレス鋼に対し30%の引張り歪みを与えた時に、オーステナイト系ステンレス鋼の組織の50%がマルテンサイト相に変態する温度(℃)を示す。このため、Md30の値は、オーステナイト相の安定度の指標として用いることができる。また、Md30の値は、オーステナイト系ステンレス鋼においてTRIP現象の生じやすさに影響する指標としても用いることができる。 In austenitic stainless steel, the Md30 value indicates the temperature (°C) at which 50% of the structure of austenitic stainless steel transforms to martensite when a 30% tensile strain is applied to a single-phase austenitic stainless steel. Therefore, the Md30 value can be used as an index of the stability of the austenitic phase. The Md30 value can also be used as an index that influences the likelihood of the TRIP phenomenon occurring in austenitic stainless steel.

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Md30の値は、0.0以上80.0以下であることが好ましい。Md30の値は、その値が大きいほど、オーステナイト相から加工誘起マルテンサイト相への変態が起こりやすく、軽度の冷延ひずみの付与で高強度が得られると共に、優れた延性を確保できる。また、オーステナイト系ステンレス鋼に成形加工が施される場合にも、曲げ部等の加工歪みが付与された部分は、TRIP現象によりさらに高い強度を得られやすい。 The Md30 value of an austenitic stainless steel according to one embodiment of the present invention is preferably 0.0 or more and 80.0 or less. The larger the Md30 value , the more easily the transformation from the austenite phase to the strain-induced martensite phase occurs, and high strength can be obtained by imparting slight cold-rolling strain, while excellent ductility can be ensured. Furthermore, when austenitic stainless steel is subjected to forming, portions imparted with processing strain, such as bent portions, tend to achieve even higher strength due to the TRIP phenomenon.

また、オーステナイト系ステンレス鋼の製造過程において、仕上焼鈍によって結晶粒を微細化するためには、仕上焼鈍前の圧延材における加工誘起マルテンサイト相の存在が有効に作用する。このような効果は、Md30の値が0.0以上の場合に顕著に現れる。また、Md30の値が80.0を超えると、TRIP現象が過剰に起こりやすくなり、オーステナイト系ステンレス鋼の特性が安定しにくい。 Furthermore, in the manufacturing process of austenitic stainless steel, the presence of a strain-induced martensite phase in the rolled material before finish annealing is effective in refining crystal grains by finish annealing. This effect is particularly pronounced when the Md30 value is 0.0 or greater. Furthermore, when the Md30 value exceeds 80.0, the TRIP phenomenon is likely to occur excessively, making it difficult to stabilize the properties of the austenitic stainless steel.

したがって、オーステナイト相の安定度の指標であるMd30の値が0.0以上80.0以下であれば、高強度でかつ良好な延性を備えるオーステナイト系ステンレス鋼を安定して製造できる。 Therefore, if the value of Md30, which is an index of the stability of the austenite phase, is 0.0 or more and 80.0 or less, austenitic stainless steel having high strength and good ductility can be stably produced.

なお、従来知られているMd30の成分回帰式では、NiおよびCuの係数に同じ値を用いることが一般的である。一方、本発明の一実施形態では、Md30の成分回帰式において、Niの係数よりもCuの係数を小さく設定している。従来の知見によるMd30の成分回帰式は、省Ni型ではないオーステナイト系ステンレス鋼での実績に基づくものが多い。これに対して、本発明のような省Ni型成分では、オーステナイト相の安定化に及ぼすCuの影響が、従来の知見に比べて明らかに小さいことが判明した。これは、本発明者らによる鋭意検討の結果得られた新規な知見であり、当該知見に基づいて、Md30の成分回帰式におけるCuの係数を設定している。これにより、Cuの含有量の調整が容易となり、オーステナイト系ステンレス鋼の製造自由度が大きくなる。 In conventionally known component regression equations for Md 30 , the same value is generally used for the Ni and Cu coefficients. In one embodiment of the present invention, the Cu coefficient is set smaller than the Ni coefficient in the component regression equation for Md 30. Many of the component regression equations for Md 30 based on conventional knowledge are based on the results of non-Ni-reduced austenitic stainless steels. In contrast, in Ni-reduced components such as those of the present invention, it has been found that the effect of Cu on the stabilization of the austenite phase is significantly smaller than that of conventional knowledge. This is a novel finding obtained as a result of extensive research by the present inventors, and the Cu coefficient in the component regression equation for Md 30 is set based on this finding. This facilitates adjustment of the Cu content and increases the manufacturing flexibility of austenitic stainless steels.

〔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の製造方法は、質量%で、C:0.005%以上0.03%以下、Si:0.1%以上2.0%以下、Mn:0.3%以上2.5%以下、P:0.04%以下、S:0.015%以下、Ni:3.0%以上6.0%未満、Cr:16.0%以上18.5%以下、Cu:1.5%以上4.0%以下およびN:0.08%以上0.25%以下を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなり、上記(1)式で示すMd30の値が0.0以上80.0以下であるオーステナイト系ステンレス鋼の製造方法である。また、オーステナイト系ステンレス鋼の製造方法は、仕上焼鈍工程を含む。
[Manufacturing method]
A method for producing an austenitic stainless steel according to one embodiment of the present invention is a method for producing an austenitic stainless steel containing, by mass%, C: 0.005% to 0.03%, Si: 0.1% to 2.0%, Mn: 0.3% to 2.5%, P: 0.04% or less, S: 0.015% or less, Ni: 3.0% to less than 6.0%, Cr: 16.0% to 18.5%, Cu: 1.5% to 4.0%, and N: 0.08% to 0.25% or less, with the balance being Fe and unavoidable impurities, and having an Md30 value of 0.0 to 80.0 inclusive, as shown in formula (1). The method for producing an austenitic stainless steel also includes a finish annealing step.

オーステナイト系ステンレス鋼の製造方法は、仕上焼鈍工程以外の工程については、一般的なオーステナイト系ステンレス鋼の製造工程を含んでよい。以下に、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が、これに限られるものではない。 The method for producing austenitic stainless steel may include general austenitic stainless steel production processes other than the finish annealing process. Below is an example of a method for producing austenitic stainless steel according to one embodiment of the present invention, but the method is not limited to this.

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では、例えば、成分を調整した溶鋼を連続鋳造することによってスラブを製造する。そして、連続鋳造により製造したスラブを1100℃以上1300℃以下に加熱した後、熱間圧延を施して熱延鋼帯を製造する。熱間圧延後の、ひずみの少ないオーステナイト相からのCuリッチ相の析出速度は遅い。そのため、熱間圧延後における熱延鋼帯の仕上温度および巻取温度は一般的なオーステナイト系ステンレス鋼の製造方法と同様の条件でよい。仕上焼鈍までのCuリッチ相の析出を極力減らす観点からは、熱間圧延後における熱延鋼帯の巻取温度は850℃以下が好ましく、650℃以下がさらに好ましい。In one embodiment of the present invention, a method for producing austenitic stainless steel involves, for example, continuously casting molten steel with adjusted composition to produce a slab. The slab produced by continuous casting is then heated to 1100°C or higher and 1300°C or lower, and then hot-rolled to produce a hot-rolled steel strip. The rate of precipitation of Cu-rich phase from the less-strained austenite phase after hot rolling is slow. Therefore, the finishing temperature and coiling temperature of the hot-rolled steel strip after hot rolling can be similar to those used in general austenitic stainless steel production. From the perspective of minimizing precipitation of Cu-rich phase before finish annealing, the coiling temperature of the hot-rolled steel strip after hot rolling is preferably 850°C or lower, and more preferably 650°C or lower.

熱間圧延を施した熱延鋼帯に酸洗を行ってもよい。なお、熱延鋼帯の酸洗前に焼鈍を施してもよく、焼鈍を施さずに酸洗を行ってもよい。熱延鋼帯の酸洗前に焼鈍を施す場合、焼鈍温度は900℃以上1150℃以下の範囲の温度が好ましく、Cuを完全に固溶状態とするためには、980℃以上1150℃以下の範囲の温度で行うことがより好ましいが、上述の範囲に限定されない。そして、酸洗後の熱延鋼帯に、所定の板厚になるまで冷間圧延を施して冷延鋼帯を得る。 The hot-rolled steel strip may be pickled after hot rolling. The hot-rolled steel strip may be annealed before pickling, or pickled without annealing. When annealing the hot-rolled steel strip before pickling, the annealing temperature is preferably in the range of 900°C to 1150°C. To completely dissolve Cu, the annealing temperature is preferably in the range of 980°C to 1150°C, but is not limited to the above range. The hot-rolled steel strip after pickling is then cold-rolled to the specified thickness to obtain a cold-rolled steel strip.

オーステナイト系ステンレス鋼の製造方法では、冷間圧延工程後の仕上焼鈍工程において再結晶およびCuリッチ相の析出が同時に進行する。Cuリッチ相は、加工誘起マルテンサイト相から特に析出しやすいことから、冷間圧延工程は、冷延鋼帯における加工誘起マルテンサイト相が全体の20体積%以上の割合となるような圧延率および圧延温度により行うことが好ましい。このような冷間圧延工程を行うことで、その後の仕上焼鈍工程にて鋼帯にCuリッチ相を効果的に析出させることができる。In the manufacturing method of austenitic stainless steel, recrystallization and precipitation of Cu-rich phases proceed simultaneously in the finish annealing process after the cold rolling process. Because Cu-rich phases are particularly likely to precipitate from the deformation-induced martensite phase, it is preferable to perform the cold rolling process at a rolling reduction rate and rolling temperature that results in the deformation-induced martensite phase accounting for 20% or more by volume of the cold-rolled steel strip. By performing this type of cold rolling process, Cu-rich phases can be effectively precipitated in the steel strip during the subsequent finish annealing process.

なお、オーステナイト系ステンレス鋼は、Md30の値を0.0以上80.0以下に調整する。このようなMd30の値を有するオーステナイト系ステンレス鋼は、冷延鋼帯における加工誘起マルテンサイト相の量を問わず、本発明の一実施形態において規定する量のCuリッチ相が析出する。しかしながら、必要に応じて冷間圧延工程の圧延率を高める、冷間圧延工程の温度を低く制御する等は、Cuリッチ相の析出にさらに有効である。 The austenitic stainless steel has an Md30 value adjusted to 0.0 or more and 80.0 or less. In an austenitic stainless steel having such an Md30 value, a Cu-rich phase is precipitated in the amount specified in one embodiment of the present invention, regardless of the amount of strain-induced martensite phase in the cold-rolled steel strip. However, increasing the rolling ratio in the cold-rolling step, controlling the temperature in the cold-rolling step to a low value, etc., as necessary, is more effective in precipitating the Cu-rich phase.

冷延鋼帯において、加工誘起マルテンサイト相を20体積%以上とする観点から、例えば、冷間圧延工程における圧延率は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く、60%以上であることがさらに好ましい。また、冷間圧延工程における温度は、90℃以下であることが好ましく、60℃以下であることがより好ましい。 To ensure that the strain-induced martensite phase in the cold-rolled steel strip is 20% by volume or more, the rolling ratio in the cold-rolling process is preferably 40% or more, more preferably 50% or more, and even more preferably 60% or more. Furthermore, the temperature in the cold-rolling process is preferably 90°C or less, and more preferably 60°C or less.

(仕上焼鈍工程)
冷延鋼帯には、仕上焼鈍が施される。仕上焼鈍工程は、Cuリッチ相の析出が進行する条件により実施する。Cuリッチ相はオーステナイト系ステンレス鋼の高強度化に有効である。そのため、Cuリッチ相を析出させる前の熱延鋼帯および冷延鋼帯では強度が低めとなっており、冷間圧延工程における圧延負荷を低減できる。そして、仕上焼鈍工程によりCuリッチ相が析出することで、仕上焼鈍後のオーステナイト系ステンレス鋼では高強度が得られる。
(Finishing annealing process)
The cold-rolled steel strip is subjected to finish annealing. The finish annealing process is carried out under conditions that promote the precipitation of a Cu-rich phase. The Cu-rich phase is effective in increasing the strength of austenitic stainless steel. Therefore, the strength of the hot-rolled steel strip and cold-rolled steel strip before the precipitation of the Cu-rich phase is low, which reduces the rolling load in the cold rolling process. Furthermore, the precipitation of the Cu-rich phase by the finish annealing process results in high strength of the austenitic stainless steel after finish annealing.

また、Cuリッチ相の析出は、オーステナイト相の再結晶粒の微細化にも有効である。そのため、Cuリッチ相の析出を利用して、平均結晶粒径を10.0μm以下に制御できる。 In addition, the precipitation of Cu-rich phases is also effective in refining the recrystallized grains of the austenite phase. Therefore, by utilizing the precipitation of Cu-rich phases, the average crystal grain size can be controlled to 10.0 μm or less.

このように、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によれば、製造時の加工負荷の低減と最終製品の高強度化とを高い次元で両立できる。また、従来のように、Cuリッチ相の析出に時効処理工程という追加の工程を要さないため、オーステナイト系ステンレス鋼の生産性も良好である。 As such, the manufacturing method for austenitic stainless steel according to one embodiment of the present invention can achieve both a reduction in the processing load during manufacturing and high strength in the final product at a high level. Furthermore, since an additional aging treatment step is not required to precipitate the Cu-rich phase, as was previously required, the productivity of austenitic stainless steel is also good.

仕上焼鈍工程における仕上焼鈍の温度は、オーステナイト系ステンレス鋼にCuリッチ相が効果的に析出するように、750℃以上980℃以下とし、800℃以上925℃以下とすることが好ましい。仕上焼鈍の温度が750℃未満であれば、組織の再結晶が不十分となる。また、仕上焼鈍の温度が980℃を超える場合、Cuリッチ相が溶解してしまうため、仕上焼鈍後に残存するCuリッチ相の量が不十分となる。 The temperature of the final annealing process is set to 750°C or higher and 980°C or lower, preferably 800°C or higher and 925°C or lower, so that the Cu-rich phase effectively precipitates in the austenitic stainless steel. If the final annealing temperature is below 750°C, the recrystallization of the structure will be insufficient. Furthermore, if the final annealing temperature exceeds 980°C, the Cu-rich phase will dissolve, resulting in an insufficient amount of Cu-rich phase remaining after final annealing.

また、加工誘起マルテンサイト相から析出するCuリッチ相は特に、仕上焼鈍において850℃以上の温度で長時間保持されると、オーステナイト相に溶解しやすくなる。そのため、仕上焼鈍工程の最高到達温度が850℃以上である場合、850℃以上で加熱する時間を短くすることが好ましい。具体的には、仕上焼鈍工程の最高到達温度が850℃以上である場合、850℃以上で加熱する時間を30秒以下とし、15秒以下とすることが好ましい。「850℃以上で加熱する時間」とは、仕上焼鈍工程において850℃以上となる時間が複数回に分かれる場合、当該複数回の合計時間を示す。 In addition, the Cu-rich phase that precipitates from the deformation-induced martensite phase is particularly likely to dissolve into the austenite phase when held at a temperature of 850°C or higher for a long period of time during finish annealing. Therefore, when the maximum temperature reached in the finish annealing process is 850°C or higher, it is preferable to shorten the heating time at 850°C or higher. Specifically, when the maximum temperature reached in the finish annealing process is 850°C or higher, the heating time at 850°C or higher should be 30 seconds or less, and preferably 15 seconds or less. "The heating time at 850°C or higher" refers to the total time for multiple heating periods at 850°C or higher during the finish annealing process, if the heating period is divided into multiple periods.

オーステナイト系ステンレス鋼はC量が0.03質量%以下であるため、冷却中のCr炭化物の析出は起こりにくい。そのため、仕上焼鈍後の冷却速度は、一般的なステンレス鋼の製造方法と同様であってよい。生産性の観点からすると冷却速度は速い方が好ましいとは言えるが、例えば700℃から500℃までの平均冷却速度が1℃/秒以上の、比較的遅い速度であってもよく、生産性を考慮すれば5℃/秒以上が好ましい。また、鋼板の平坦度を考慮すると冷却速度は75℃/秒未満が好ましく、50℃/秒以下がより好ましい。 Austenitic stainless steels have a carbon content of 0.03% by mass or less, making it difficult for chromium carbides to precipitate during cooling. Therefore, the cooling rate after finish annealing can be the same as that used in general stainless steel manufacturing processes. While a faster cooling rate is preferable from a productivity standpoint, a relatively slow average cooling rate of 1°C/sec or more from 700°C to 500°C is acceptable, with a cooling rate of 5°C/sec or more being preferable from a productivity standpoint. Furthermore, considering the flatness of the steel sheet, a cooling rate of less than 75°C/sec is preferable, with 50°C/sec or less being more preferable.

なお、冷間圧延工程において、必要に応じて中間焼鈍および中間圧延を行なってもよい。また、仕上焼鈍後の鋼帯についてさらに強度を高めるため、必要に応じて調質圧延を実施してもよい。中間焼鈍の温度は、圧延負荷低減を優先する場合はCuリッチ相の析出を避けるために980℃以上、1150℃以下が好ましい。析出処理を繰り返すことでの高強度化を狙う上では、中間焼鈍の温度は仕上焼鈍と同条件が好ましい。なお、中間焼鈍の温度は上述の範囲に限定されない。 In the cold rolling process, intermediate annealing and intermediate rolling may be performed as necessary. Temper rolling may also be performed as necessary to further increase the strength of the steel strip after final annealing. When prioritizing reduction of rolling load, the intermediate annealing temperature is preferably 980°C or higher and 1150°C or lower to avoid the precipitation of Cu-rich phases. In order to achieve high strength by repeating the precipitation treatment, the intermediate annealing temperature is preferably the same as that of the final annealing. The intermediate annealing temperature is not limited to the above-mentioned range.

〔強度評価〕
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、製造工程における強度を低めにして圧延負荷を低減し、かつ、製造後における高強度化を実現するものである。オーステナイト系ステンレス鋼におけるこのような特性は、例えば、0.2%耐力(YS18%、MPa)と参考強度(HV60%)との関係により表すことができる。
[Strength evaluation]
An austenitic stainless steel according to one embodiment of the present invention has a lower strength during the manufacturing process to reduce the rolling load, and yet achieves high strength after manufacturing. Such properties of austenitic stainless steel can be expressed, for example, by the relationship between 0.2% yield strength (YS 18%, MPa) and reference strength (HV 60%).

0.2%耐力(YS18%)は、オーステナイト系ステンレス鋼の強度の指標である。0.2%耐力(YS18%)は、オーステナイト系ステンレス鋼の仕上焼鈍後に、伸びが18%となる調質圧延をさらに施した場合の0.2%耐力を示すものである。0.2%耐力は、JIS Z2241に準拠する方法を用いて評価することができる。 0.2% yield strength (YS 18%) is an index of the strength of austenitic stainless steel. 0.2% yield strength (YS 18%) indicates the 0.2% yield strength when austenitic stainless steel is subjected to further temper rolling to an elongation of 18% after finish annealing. 0.2% yield strength can be evaluated using a method in accordance with JIS Z2241.

参考強度(HV60%)は、仕上焼鈍工程においてCuリッチ相を析出させる前のオーステナイト系ステンレス鋼の強度を、仮定的に示す指標である。参考強度(HV60%)は、オーステナイト系ステンレス鋼の成分組成は同じだが、製造方法を本発明の一実施形態に係る製造方法から一部変更し、熱間圧延後に1050℃での焼鈍を施し、60%の圧延率により冷間圧延を施した場合のビッカース硬さを示す。すなわち、参考強度(HV60%)は、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強度を示すものではなく、例えば評価用に作製した鋼帯の強度であってよい。ビッカース硬さは、JIS Z2244準拠のビッカース硬さ試験方法に基づいて測定できる。The reference strength (HV 60%) is a hypothetical index showing the strength of austenitic stainless steel before the precipitation of Cu-rich phases during the final annealing process. The reference strength (HV 60%) indicates the Vickers hardness of an austenitic stainless steel with the same chemical composition but manufactured using a manufacturing method partially modified from that of one embodiment of the present invention, where hot rolling is followed by annealing at 1050°C and cold rolling at a rolling reduction of 60%. In other words, the reference strength (HV 60%) does not indicate the strength of the austenitic stainless steel according to one embodiment of the present invention, but may be the strength of a steel strip prepared for evaluation, for example. Vickers hardness can be measured based on the Vickers hardness test method in accordance with JIS Z2244.

本発明者らは、製造時の加工負荷の低減と最終製品の高強度化とを両立するオーステナイト系ステンレス鋼は、0.2%耐力(YS18%)と、参考強度(HV60%)との関係が下記式(2)を満たすことを見出した。 The inventors have discovered that for austenitic stainless steels that combine reduced processing load during manufacturing with high strength in the final product, the relationship between 0.2% yield strength (YS 18%) and reference strength (HV 60%) satisfies the following formula (2):

YS18%≧3.75HV60%-575 (2)
本発明の一実施形態に係る製造方法によれば、上記式(2)を満たし、製造時の加工負荷の低減と最終製品の高強度化とが両立したオーステナイト系ステンレス鋼を製造できる。
YS18%≧3.75HV60%-575 (2)
According to a manufacturing method according to one embodiment of the present invention, it is possible to manufacture an austenitic stainless steel that satisfies the above formula (2) and achieves both a reduction in the processing load during manufacturing and high strength in the final product.

〔好適な用途〕
オーステナイト系ステンレス鋼は、非常に高い強度および耐食性を有する。したがって、オーステナイト系ステンレス鋼は、例えば、シリンダヘッドガスケット、ぜんまいばね、電子機器部品用ばね、電車車両部材、車載電池フレーム材、構造材およびメタルパッキン等の、高い強度および耐食性が要求されるばね製品の素材として好適である。特に、オーステナイト系ステンレス鋼は、溶接された場合でも、溶接部の耐食性(溶接性)に優れる。そのため、電車車両部材または溶接利用のため製造する車載電池フレーム材のような、溶接構造が比較的多くなる用途であっても、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あれば好適に利用できる。
[Suitable uses]
Austenitic stainless steel has extremely high strength and corrosion resistance. Therefore, austenitic stainless steel is suitable as a material for spring products that require high strength and corrosion resistance, such as cylinder head gaskets, spiral springs, springs for electronic components, electric train car components, on-board battery frame materials, structural materials, and metal packing. In particular, austenitic stainless steel has excellent corrosion resistance (weldability) at welded joints, even when welded. Therefore, the austenitic stainless steel according to one embodiment of the present invention can be suitably used even in applications where a relatively large number of welded structures are used, such as electric train car components or on-board battery frame materials manufactured for welding.

〔まとめ〕
本発明の態様1に係るオーステナイト系ステンレス鋼は、質量%で、C:0.005%以上0.03%以下、Si:0.1%以上2.0%以下、Mn:0.3%以上2.5%以下、P:0.04%以下、S:0.015%以下、Ni:3.0%以上6.0%未満、Cr:16.0%以上18.5%以下、Cu:1.5%以上4.0%以下およびN:0.08%以上0.25%以下を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなり、20体積%以上のオーステナイト相と、個数密度が1.0×10個・μm-3以上の、長径30nm以下のCuリッチ相とを含み、残部が加工誘起マルテンサイト相および不可避的形成相からなり、下記(1)式で示すMd30の値が0.0以上80.0以下である:
Md30=551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-29Ni-10.6Cu-13.7Cr-18.5Mo (1)
上記(1)式の元素記号の箇所には、上記オーステナイト系ステンレス鋼が含有している各元素の含有量(質量%)が代入され、無添加の元素については0が代入される。
〔summary〕
An austenitic stainless steel according to a first aspect of the present invention contains, by mass%, C: 0.005% or more and 0.03% or less, Si: 0.1% or more and 2.0% or less, Mn: 0.3% or more and 2.5% or less, P: 0.04% or less, S: 0.015% or less, Ni: 3.0% or more and less than 6.0%, Cr: 16.0% or more and 18.5% or less, Cu: 1.5% or more and 4.0% or less, and N: 0.08% or more and 0.25% or less, with the balance being Fe and inevitable impurities. The stainless steel includes 20% or more by volume of an austenite phase and a Cu-rich phase having a number density of 1.0 × 10 μm or more and a major axis of 30 nm or less, with the balance being a deformation-induced martensite phase and an inevitable formed phase, and the value of Md30 represented by the following formula (1) is 0.0 or more and 80.0 or less:
Md 30 =551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-29Ni-10.6Cu-13.7Cr-18.5Mo (1)
In the element symbols of the formula (1), the content (mass %) of each element contained in the austenitic stainless steel is substituted, and 0 is substituted for elements that are not added.

本発明の態様2に係るオーステナイト系ステンレス鋼は、上記態様1において、質量%で、Mo:1.0%以下、W:1.0%以下、V:0.5%以下、B:0.0001%以上0.01%以下、Co:0.8%以下、Sn:0.1%以下、Ca:0.03%以下、Mg:0.03%以下、Ti:0.5%以下、Nb:0.5%以下、Al:0.3%以下、Sb:0.5%以下、Zr:0.5%以下、Ta:0.03%以下、Hf:0.03%以下おおよびREM(希土類金属):0.2%以下から選択される1種以上をさらに含有していてもよい。 The austenitic stainless steel according to aspect 2 of the present invention may further contain, in mass %, one or more selected from Mo: 1.0% or less, W: 1.0% or less, V: 0.5% or less, B: 0.0001% or more and 0.01% or less, Co: 0.8% or less, Sn: 0.1% or less, Ca: 0.03% or less, Mg: 0.03% or less, Ti: 0.5% or less, Nb: 0.5% or less, Al: 0.3% or less, Sb: 0.5% or less, Zr: 0.5% or less, Ta: 0.03% or less, Hf: 0.03% or less, and REM (rare earth metals): 0.2% or less.

本発明の態様3に係るオーステナイト系ステンレス鋼は、上記態様1または2において、平均結晶粒径が10.0μm以下であってもよい。 The austenitic stainless steel according to aspect 3 of the present invention may have an average grain size of 10.0 μm or less in aspect 1 or 2 above.

本発明の態様4に係るオーステナイト系ステンレス鋼の製造方法は、質量%で、C:0.005%以上0.03%以下、Si:0.1%以上2.0%以下、Mn:0.3%以上2.5%以下、P:0.04%以下、S:0.015%以下、Ni:3.0%以上6.0%未満、Cr:16.0%以上18.5%以下、Cu:1.5%以上4.0%以下およびN:0.08%以上0.25%以下を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなり、下記(1)式で示すMd30の値が0.0以上80.0以下であるオーステナイト系ステンレス鋼の製造方法であって、750℃以上980℃以下の温度により仕上焼鈍を行う仕上焼鈍工程を含み、前記仕上焼鈍工程での最高到達温度が850℃以上である場合、850℃以上で加熱する時間を30秒以内とし、前記仕上焼鈍工程において、前記仕上焼鈍後の700℃から500℃までの平均冷却速度を1℃/秒以上とする:
Md30=551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-29Ni-10.6Cu-13.7Cr-18.5Mo (1)
上記(1)式の元素記号の箇所には、上記オーステナイト系ステンレス鋼が含有している各元素の含有量(質量%)が代入され、無添加の元素については0が代入される。
A method for producing an austenitic stainless steel according to a fourth aspect of the present invention comprises, by mass%, C: 0.005% or more and 0.03% or less, Si: 0.1% or more and 2.0% or less, Mn: 0.3% or more and 2.5% or less, P: 0.04% or less, S: 0.015% or less, Ni: 3.0% or more and less than 6.0%, Cr: 16.0% or more and 18.5% or less, Cu: 1.5% or more and 4.0% or less, and N: 0.08% or more and 0.25% or less, with the balance being Fe and unavoidable impurities, and Md A method for producing an austenitic stainless steel having a JIS K 30 value of 0.0 or more and 80.0 or less, the method comprising: a finish annealing step of performing finish annealing at a temperature of 750°C or more and 980°C or less; when the maximum temperature reached in the finish annealing step is 850°C or more, the heating time at 850°C or more is set to 30 seconds or less; and in the finish annealing step, the average cooling rate from 700°C to 500°C after the finish annealing is set to 1°C/second or more:
Md 30 =551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-29Ni-10.6Cu-13.7Cr-18.5Mo (1)
In the element symbols of the formula (1), the content (mass %) of each element contained in the austenitic stainless steel is substituted, and 0 is substituted for elements that are not added.

本発明は上述した各実施形態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り、異なる実施形態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。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope of the claims. Embodiments obtained by appropriately combining the technical means disclosed in different embodiments are also included in the technical scope of the present invention.

本発明の発明例および比較例に係るオーステナイト系ステンレス鋼について評価した結果について、以下に説明する。 The results of evaluating the austenitic stainless steels according to the invention examples and comparative examples of the present invention are described below.

〔評価の条件〕
<成分組成>
本発明の一実施例に係るオーステナイト系ステンレス鋼(発明鋼A1~A15)および比較例に係るオーステナイト系ステンレス鋼(比較鋼B1~B5)の成分組成(質量%)およびMd30の値を、下記表1に示す。Md30の値は、上記式(1)により算出した。なお、下記表1において下線が付されている値は、本発明の規定範囲外であることを示す。下記表2についても同様である。
[Evaluation conditions]
<Component composition>
The chemical compositions (mass%) and Md30 values of austenitic stainless steels according to examples of the present invention (invention steels A1 to A15) and austenitic stainless steels according to comparative examples (comparison steels B1 to B5) are shown in Table 1 below. The Md30 values were calculated using formula (1) above. Note that underlined values in Table 1 below indicate values that are outside the range specified in the present invention. The same applies to Table 2 below.

<製造方法>
本発明の各実施例および比較例に係るオーステナイト系ステンレス鋼は、次に示す方法により製造した。表1に示す成分組成を有するオーステナイト系ステンレス鋼を溶製し、本発明の一実施例に係る製造方法(発明例C1~C8)または比較例に係る製造方法(比較例D1、D2)により、熱間圧延から仕上焼鈍までを行って、冷延焼鈍材を得た。各製造方法の条件について、下記表2に示す。
<Manufacturing method>
The austenitic stainless steels according to the examples and comparative examples of the present invention were produced by the following methods. Austenitic stainless steels having the chemical compositions shown in Table 1 were melted and then subjected to processes from hot rolling to finish annealing by a production method according to an example of the present invention (Invention Examples C1 to C8) or a production method according to a comparative example (Comparative Examples D1 and D2), to obtain cold-rolled and annealed materials. The conditions for each production method are shown in Table 2 below.

仕上焼鈍工程では、仕上焼鈍温度が850℃以上となる場合には、850℃以上となる時間について、表2に示す通りに調整した。なお、発明例C3では、仕上焼鈍の温度が850℃に達した時点で温度が低下し始めるように加熱を調整したが、便宜上、表2では850℃以上となる時間を「1秒」として記載している。 In the final annealing process, when the final annealing temperature was 850°C or higher, the time for which the temperature was maintained at 850°C or higher was adjusted as shown in Table 2. In invention example C3, the heating was adjusted so that the temperature began to decrease once the final annealing temperature reached 850°C, but for convenience, the time for which the temperature was maintained at 850°C or higher is listed in Table 2 as "1 second."

<評価方法>
本発明の各実施例および比較例に係るオーステナイト系ステンレス鋼の各種指標について、以下に示す通り評価を実施した。
<Evaluation method>
The austenitic stainless steels according to the examples of the present invention and the comparative examples were evaluated for various indices as shown below.

(Cuリッチ相の個数密度)
各条件により製造した冷延焼鈍材から、電解研磨法にてTEMサンプルを作製した。TEMサンプルにおける、冷延焼鈍材の圧延方向に平行な面について、400nm×400nmの範囲を3視野観察した。TEM画像のコントラストからCuリッチ相を判別し、Cuリッチ相の個数を計測した。TEMサンプルの厚さを150nmとみなし、単位体積あたりの個数密度を求めた。Cuリッチ相が粗大化すると、コントラストではなく明瞭な形状で観察されるようになった。長径が30nmを超えるCuリッチ相は、計測から除外した。
(Number density of Cu-rich phase)
TEM samples were prepared by electropolishing from the cold-rolled annealed materials produced under each condition. Three 400 nm × 400 nm areas were observed on the surface of the TEM sample parallel to the rolling direction of the cold-rolled annealed material. The Cu-rich phase was identified from the contrast of the TEM image, and the number of Cu-rich phases was counted. The thickness of the TEM sample was considered to be 150 nm, and the number density per unit volume was calculated. When the Cu-rich phase coarsened, it was observed as a clear shape rather than a contrast. Cu-rich phases with a major axis exceeding 30 nm were excluded from the measurement.

(結晶粒径)
平均結晶粒径は、EBSD法を用いて評価した。各条件により製造した冷延焼鈍材の、圧延方向に平行かつ圧延面に垂直な断面に対して機械研磨後に電解研磨を施した。その後、倍率2000倍の視野で、当該断面における40μm×40μmの範囲について、ステップ間隔0.2μmでEBSD分析を行った。Σ3対応粒界を満たす方位関係における方位差について、方位差1°以下の焼鈍双晶は除いて、方位差2°以上の境界を粒界とみなし、個々の結晶粒の面積をS(μm)、当該結晶粒と同じ面積を有する円の直径をD(μm)とし下記式(3)により結晶粒径を算出した。これを5視野について行い、当該5視野で得られた結晶粒径の平均を、平均結晶粒径として算出した。
(crystal grain size)
The average grain size was evaluated using the EBSD method. The cross section of the cold-rolled annealed material produced under each condition, parallel to the rolling direction and perpendicular to the rolling surface, was mechanically polished and then electropolished. Then, EBSD analysis was performed at a magnification of 2000 times over a 40 μm × 40 μm area in the cross section at a step interval of 0.2 μm. Regarding the misorientation in the orientation relationship satisfying the Σ3 correspondence grain boundary, annealing twins with a misorientation of 1° or less were excluded, and boundaries with a misorientation of 2° or more were considered as grain boundaries. The area of each grain was defined as S (μm 2 ), and the diameter of a circle having the same area as the grain was defined as D (μm). The grain size was calculated using the following formula (3). This was performed for five fields of view, and the average of the grain sizes obtained in the five fields of view was calculated as the average grain size.

結晶粒径={Σ(D×S)}/40×40 (3)
(マルテンサイト相の量)
マルテンサイト相の量(体積%)は、板厚が1.5mm以上の場合はそのまま、1.5mm未満の場合は合計で1.5mm以上となるように冷間圧延後の材料または調質圧延後の材料を重ねた。これらの材料について、フェライトスコープ(Fischer製FMP30、電磁誘導法)により計測し、測定値を0.7475で除した値をマルテンサイト相の量とした。オーステナイト相の量(体積%)は、オーステナイト系ステンレス鋼のマトリクス全体を100体積%として、そこからマルテンサイト相の量を差し引いた値とみなした。オーステナイト系ステンレス鋼における、Cuリッチ相および不可避的形成相の量は、割合が小さく正確な計測が困難であるため、外数として計算してよい。
Crystal grain size = {Σ(D×S)}/40×40 (3)
(amount of martensite phase)
The amount of martensite phase (volume %) was measured as is when the plate thickness was 1.5 mm or more, and when it was less than 1.5 mm, the cold-rolled material or the temper-rolled material was layered so that the total thickness was 1.5 mm or more. These materials were measured using a ferrite scope (Fischer FMP30, electromagnetic induction method), and the measured value was divided by 0.7475 to obtain the amount of martensite phase. The amount of austenite phase (volume %) was considered to be the value obtained by subtracting the amount of martensite phase from the entire austenitic stainless steel matrix, which was set to 100 volume %. The amounts of Cu-rich phase and unavoidably formed phases in austenitic stainless steel may be calculated as external quantities because their proportions are small and accurate measurement is difficult.

(引張特性)
引張特性の指標として、伸びが18%となる調質圧延を施した場合の0.2%耐力(YS18%)を評価した。0.2%耐力(YS18%)は、JIS13号B試験片を作製し、JIS Z2241に準じた引張試験により測定した。0.2%耐力(YS18%)は、クロスヘッド速度3mm/minにより測定した。
(Tensile properties)
As an index of tensile properties, the 0.2% yield strength (YS18%) was evaluated when temper rolling was performed to obtain an elongation of 18%. The 0.2% yield strength (YS18%) was measured by preparing a JIS No. 13B test piece and conducting a tensile test in accordance with JIS Z2241. The 0.2% yield strength (YS18%) was measured at a crosshead speed of 3 mm/min.

(強度)
本発明の一実施例および比較例の各条件において製造条件を一部変更し、熱延鋼帯に対する焼鈍を1050℃にて実施し、圧延率を60%として冷間圧延を施した60%圧延材のビッカース硬さを、参考強度(HV60%)として測定した。ビッカース硬さは、60%圧延材の表面についてビッカース硬さ試験機によってビッカース硬さ試験(JIS Z2244)を行い測定した。ビッカース硬さ試験における測定時の荷重は10kgとした。
(strength)
In each example and comparative example, the manufacturing conditions were partially changed, and the hot-rolled steel strip was annealed at 1050°C. The rolling reduction ratio was 60%, and the resulting cold-rolled material was subjected to Vickers hardness measurement as a reference strength (HV60%). The Vickers hardness was measured by subjecting the surface of the 60% rolled material to a Vickers hardness test (JIS Z2244) using a Vickers hardness tester. The load during the Vickers hardness test was 10 kg.

(溶接部の耐食性)
板厚1.5mmの冷延焼鈍材に対して、電極径1.6mm、溶接速度70cm/分、溶接電流90Aにて、Arガスシールを施した条件でTIGなめ付け溶接を施した。溶接部を含む10mm×10mmの範囲を評価面とし、皮膜影響を除去するために#600研磨を施した上で、電気化学的な再活性化率を指標として、評価面の耐食性を評価した。
(Corrosion resistance of welded parts)
TIG fillet welding was performed on a 1.5 mm thick cold-rolled annealed material under Ar gas sealing conditions with an electrode diameter of 1.6 mm, a welding speed of 70 cm/min, and a welding current of 90 A. The evaluation surface was a 10 mm x 10 mm area including the weld, and was polished with #600 to remove any coating effects. The corrosion resistance of the evaluation surface was evaluated using the electrochemical reactivation rate as an index.

再活性化率は、JIS G0580に準じて測定した。具体的には、液温30℃の0.5mol/L硫酸、0.01mol/Lチオシアン酸カリウム水溶液中で、自然電位から0.3V(vsSCE)まで、掃引速度100mV/minで分極させた(以下、「往路」)。0.3V(vsSCE)に到達後、往路とは逆方向に電位を掃引し、熱延材の再活性化後に、再びアノード電流が0となる電位で掃引を終了した(以下、「復路」)。The reactivation rate was measured in accordance with JIS G0580. Specifically, the specimen was polarized in a 30°C aqueous solution of 0.5 mol/L sulfuric acid and 0.01 mol/L potassium thiocyanate from the natural potential to 0.3 V (vs. SCE) at a sweep rate of 100 mV/min (hereinafter referred to as the "forward run"). After reaching 0.3 V (vs. SCE), the potential was swept in the opposite direction to the forward run. After reactivation of the hot-rolled specimen, the sweep was terminated at a potential where the anodic current again became zero (hereinafter referred to as the "return run").

往路の最大電流密度iaと、復路の最大電流密度irとの比(ir/ia)を、再活性化率として算出した。このような評価方法は、耐食性を評価するための方法である鋭敏化判定方法としては厳しいものであるため、再活性化率が例えば1.5%程度であっても実環境では問題ないと考えられる。しかしながら、本発明の一実施例に係る冷延焼鈍材は微細な結晶粒を有し得るため、耐食性の評価が困難であることを考慮し、再活性化率1%以下であれば、好ましい耐食性を有しているといえる。したがって、溶接部の耐食性について、再活性化率1%以下の場合を「O」(良好)、1%を超えた場合を「×」(不良)と評価した。The ratio of the maximum current density (ia) in the forward pass to the maximum current density (ir) in the return pass was calculated as the reactivation rate (ir/ia). Because this evaluation method is strict as a sensitization assessment method for evaluating corrosion resistance, a reactivation rate of, for example, 1.5% is considered acceptable in practical environments. However, considering that the cold-rolled annealed material according to one embodiment of the present invention may have fine crystal grains, making it difficult to evaluate corrosion resistance, a reactivation rate of 1% or less can be considered to have favorable corrosion resistance. Therefore, for the corrosion resistance of the weld, a reactivation rate of 1% or less was evaluated as "O" (good), and a reactivation rate of more than 1% was evaluated as "X" (poor).

〔結果〕
発明鋼A2について、表2に示す各条件により得られた冷延焼鈍材のCuリッチ相析出量および結晶粒径を下記表3に示す。また、各条件における0.2%耐力(YS18%)、並びに、冷間圧延後(仕上焼鈍前)および仕上焼鈍後に伸びが18%となる調質圧延を施した後のマルテンサイト相の量についても下記表3に示す。
〔result〕
For invention steel A2, the amount of Cu-rich phase precipitation and the grain size of the cold-rolled and annealed material obtained under each of the conditions shown in Table 2 are shown in Table 3 below. Table 3 also shows the 0.2% yield strength (YS 18%) under each condition, and the amount of martensite phase after cold rolling (before finish annealing) and after temper rolling to give an elongation of 18% after finish annealing.

なお、下記表3において下線は、Cuリッチ相の析出量が本発明の規定範囲外であることを示す。 In Table 3 below, underlines indicate that the amount of Cu-rich phase precipitation is outside the specified range of this invention.

発明鋼A2について、発明例C1~C8の各条件により製造した冷延焼鈍材は、Cuリッチ相の析出量が本発明の規定範囲内であり、10.0μm以下の微細な平均結晶粒径を示した。一方、比較例D1、D2の各条件により製造した冷延焼鈍材は、いずれもCuリッチ相の析出が見られなかった。 For the invention steel A2, the cold-rolled and annealed materials produced under the conditions of invention examples C1 to C8 had a Cu-rich phase precipitation amount within the range specified by the present invention and exhibited a fine average crystal grain size of 10.0 μm or less. On the other hand, the cold-rolled and annealed materials produced under the conditions of comparison examples D1 and D2 did not exhibit any Cu-rich phase precipitation.

発明鋼A2について、発明例C2の条件により製造した冷延焼鈍材について、図1左側にEBSD粒界マップを、図1右側にTEM撮像画像をそれぞれ示す。図1右側のTEM撮像画像に示すように、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において、Cuリッチ相(図1において「Cu」として図示)の析出が観察された。For the cold-rolled and annealed steel A2 manufactured under the conditions of Example C2, the left side of Figure 1 shows an EBSD grain boundary map, and the right side of Figure 1 shows a TEM image. As shown in the TEM image on the right side of Figure 1, precipitation of a Cu-rich phase (shown as "Cu" in Figure 1) was observed in the austenitic stainless steel according to one embodiment of the present invention.

また、発明鋼A2の参考強度(HV60%)は445であったことから、0.2%耐力(YS18%)は上記式(2)に基づいて、1094MPa以上であることが好ましい。発明例C1~C8の各条件により製造した発明鋼A2の冷延焼鈍材は、いずれも0.2%耐力(YS18%)が1094MPa以上であった。一方、比較例D1、D2の各条件により製造した冷延焼鈍材は、いずれも0.2%耐力(YS18%)が1094MPaよりも低かった。このように、比較例D1、D2の各条件ではCuリッチ相が析出しないため、仕上焼鈍前の加工性と、仕上焼鈍後の高強度とのバランスが良好なオーステナイト系ステンレス鋼を得ることは困難であることが示された。 Furthermore, since the reference strength (HV60%) of the invention steel A2 was 445, the 0.2% yield strength (YS18%) is preferably 1094 MPa or more based on the above formula (2). The cold-rolled and annealed steels of the invention steel A2 manufactured under the conditions of invention examples C1 to C8 all had a 0.2% yield strength (YS18%) of 1094 MPa or more. On the other hand, the cold-rolled and annealed steels manufactured under the conditions of comparative examples D1 and D2 all had a 0.2% yield strength (YS18%) lower than 1094 MPa. Thus, because the Cu-rich phase does not precipitate under the conditions of comparative examples D1 and D2, it was demonstrated that it is difficult to obtain an austenitic stainless steel that has a good balance between workability before final annealing and high strength after final annealing.

次に、発明鋼A1~A15または比較鋼B1~B5から、発明例C2に示す製造条件により製造した冷延焼鈍材の、仕上焼鈍後のCuリッチ相析出量および結晶粒径を下記表4に示す。また、これらの各条件における0.2%耐力(YS18%)、参考強度(HV60%)および溶接部の耐食性についても、下記表4に示す。Next, the amount of Cu-rich phase precipitation and grain size after final annealing for cold-rolled and annealed materials manufactured from invention steels A1 to A15 or comparative steels B1 to B5 under the manufacturing conditions shown in invention example C2 are shown in Table 4 below. Table 4 also shows the 0.2% yield strength (YS 18%), reference strength (HV 60%), and corrosion resistance of welds under each of these conditions.

なお、下記表4において下線が付されている部分は、Cuリッチ相の析出量が本発明の規定範囲外、0.2%耐力(YS18%)が上記式(2)を満たさない値であること、または溶接部の耐食性が不良であることを示す。 In addition, the underlined parts in Table 4 below indicate that the amount of Cu-rich phase precipitation is outside the specified range of this invention, the 0.2% yield strength (YS 18%) is a value that does not satisfy the above formula (2), or the corrosion resistance of the weld is poor.

発明鋼A1~A15の冷延焼鈍材は、Cuリッチ相の析出量が本発明の規定範囲内であり、10.0μm以下の微細な平均結晶粒径を示した。また、0.2%耐力(YS18%)について、いずれも上記式(2)を満たす良好な値を示した。 The cold-rolled and annealed steels A1 to A15 of the invention exhibited Cu-rich phase precipitation within the range specified by the present invention and a fine average grain size of 10.0 μm or less. Furthermore, all of them exhibited good 0.2% yield strength (YS 18%) values that satisfied the above formula (2).

一方、比較鋼B1の冷延焼鈍材は、溶接部の耐食性が不良であった。比較鋼B2~B5の冷延焼鈍材は、0.2%耐力(YS18%)が上記式(2)を満たさず、仕上焼鈍前の加工性と、仕上焼鈍後の高強度とのバランスが良好なオーステナイト系ステンレス鋼が得られなかった。On the other hand, the cold-rolled and annealed comparative steel B1 had poor corrosion resistance at the weld. The cold-rolled and annealed comparative steels B2 to B5 did not satisfy the above formula (2) in terms of 0.2% yield strength (YS 18%), and it was not possible to obtain austenitic stainless steels with a good balance between workability before final annealing and high strength after final annealing.

図2に、表4の各条件における、0.2%耐力(YS18%)と参考強度(HV60%)との関係をプロットした図を示す。図2では、本発明の一実施例を白抜きの丸により、比較例を黒塗りの矢頭によりそれぞれ示す。図2に示すグラフにおいて、左上にプロットされるほど、仕上焼鈍前の加工性と、仕上焼鈍後の高強度とのバランスが良好である。 Figure 2 shows a plot of the relationship between 0.2% yield strength (YS 18%) and reference strength (HV 60%) for each condition in Table 4. In Figure 2, an example of the present invention is indicated by a white circle, and a comparative example is indicated by a black arrowhead. In the graph shown in Figure 2, the plotted value toward the top left indicates a better balance between workability before finish annealing and high strength after finish annealing.

なお、上述の結果は何れも、仕上焼鈍後の冷却速度が25℃/秒の条件により得られた冷延焼鈍材の結果である。ここで、発明鋼A1、A2、A5を用い、表2に示す発明例C2の条件において、仕上焼鈍後の、700℃から500℃までの冷却速度を0.3~100℃/秒の範囲内で変更して、冷延焼鈍材を製造した。得られた冷延焼鈍材のCuリッチ相の析出量を、下記表5に示す。 All of the above results are for cold-rolled and annealed materials obtained under conditions where the cooling rate after final annealing was 25°C/sec. Here, using invention steels A1, A2, and A5, cold-rolled and annealed materials were produced under the conditions of invention example C2 shown in Table 2, with the cooling rate from 700°C to 500°C after final annealing varied within the range of 0.3 to 100°C/sec. The amount of Cu-rich phase precipitation in the obtained cold-rolled and annealed materials is shown in Table 5 below.

冷却速度が5℃/秒以上では、冷延焼鈍材におけるCu析出量に変化はなかった。冷却速度が十分に速いと、冷却中のCuリッチ相の粗大化と、それに伴うCuリッチ相の消失は起こらないといえる。冷却速度が2℃/秒になると僅かながらCu析出量が減少した。これは冷却中にCuリッチ相の粗大化と、それに伴うCuリッチ相の消失が起こったためと考えられる。これは、一般にオストワルト成長と呼ばれる現象である。冷却速度が1℃/秒未満の場合は冷却中のCuリッチ相の粗大化と、それに伴うCuリッチ相の消失がより進み、析出量が1.0×10個・μm-3未満となった。 When the cooling rate was 5°C/s or more, there was no change in the amount of Cu precipitation in the cold-rolled annealed material. It can be said that if the cooling rate was sufficiently fast, coarsening of the Cu-rich phase during cooling and the accompanying disappearance of the Cu-rich phase did not occur. When the cooling rate was 2°C/s, the amount of Cu precipitation decreased slightly. This is thought to be due to coarsening of the Cu-rich phase during cooling and the accompanying disappearance of the Cu-rich phase. This is a phenomenon generally known as Ostwald ripening. When the cooling rate was less than 1°C/s, coarsening of the Cu-rich phase during cooling and the accompanying disappearance of the Cu-rich phase progressed further, and the amount of precipitation was less than 1.0 × 10 3 μm 3 .

表4および図2に示すように、本発明の一実施形態に係る組成を有するオーステナイト系ステンレス鋼を用いて、本発明の一実施形態に係る製造方法により製造した冷延焼鈍材は、製造時の加工負荷の低減および製品の高強度化を両立することが示された。また、このような冷延焼鈍材は、溶接部の耐食性も優れており、溶接が多く施される用途にも好適であることが示された。 As shown in Table 4 and Figure 2, cold-rolled annealed material produced by a manufacturing method according to one embodiment of the present invention using an austenitic stainless steel having a composition according to one embodiment of the present invention was shown to achieve both a reduction in the processing load during manufacturing and high product strength. Furthermore, such cold-rolled annealed material also exhibited excellent corrosion resistance in welds, making it suitable for applications where frequent welding is performed.

Claims (4)

質量%で、C:0.005%以上0.03%以下、Si:0.1%以上2.0%以下、Mn:0.3%以上2.5%以下、P:0.04%以下、S:0.015%以下、Ni:3.0%以上6.0%未満、Cr:16.0%以上18.5%以下、Cu:2.0%以上4.0%以下およびN:0.08%以上0.25%以下を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなり、
20体積%以上のオーステナイト相と、個数密度が1.0×10個・μm-3以上の、長径30nm以下のCuリッチ相とを含み、残部が加工誘起マルテンサイト相および不可避的形成相からなり、
下記(1)式で示すMd30の値が0.0以上80.0以下である、オーステナイト系ステンレス鋼:
Md30=551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-29Ni-10.6Cu-13.7Cr-18.5Mo (1)
上記(1)式の元素記号の箇所には、上記オーステナイト系ステンレス鋼が含有している各元素の含有量(質量%)が代入され、無添加の元素については0が代入される。
The steel sheet contains, in mass%, C: 0.005% or more and 0.03% or less, Si: 0.1% or more and 2.0% or less, Mn: 0.3% or more and 2.5% or less, P: 0.04% or less, S: 0.015% or less, Ni: 3.0% or more and less than 6.0%, Cr: 16.0% or more and 18.5% or less, Cu: 2.0 % or more and 4.0% or less, and N: 0.08% or more and 0.25% or less, with the balance being Fe and unavoidable impurities,
The alloy comprises an austenite phase of 20 volume % or more, a Cu-rich phase having a number density of 1.0 × 10 3 particles μm −3 or more and a major axis of 30 nm or less, and the remainder being a deformation-induced martensite phase and an unavoidably formed phase,
An austenitic stainless steel having an Md30 value represented by the following formula (1) of 0.0 or more and 80.0 or less:
Md 30 =551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-29Ni-10.6Cu-13.7Cr-18.5Mo (1)
In the element symbols of the formula (1), the content (mass %) of each element contained in the austenitic stainless steel is substituted, and 0 is substituted for elements that are not added.
質量%で、Mo:1.0%以下、W:1.0%以下、V:0.5%以下、B:0.0001%以上0.01%以下、Co:0.8%以下、Sn:0.1%以下、Ca:0.03%以下、Mg:0.03%以下、Ti:0.5%以下、Nb:0.5%以下、Al:0.3%以下、Sb:0.5%以下、Zr:0.5%以下、Ta:0.03%以下、Hf:0.03%以下およびREM(希土類金属):0.2%以下から選択される1種以上をさらに含有する、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 of claim 1 further contains, by mass%, one or more selected from Mo: 1.0% or less, W: 1.0% or less, V: 0.5% or less, B: 0.0001% or more but 0.01% or less, Co: 0.8% or less, Sn: 0.1% or less, Ca: 0.03% or less, Mg: 0.03% or less, Ti: 0.5% or less, Nb: 0.5% or less, Al: 0.3% or less, Sb: 0.5% or less, Zr: 0.5% or less, Ta: 0.03% or less, Hf: 0.03% or less, and REM (rare earth metals): 0.2% or less. 平均結晶粒径が10.0μm以下である、請求項1または2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 or 2, having an average grain size of 10.0 μm or less. 質量%で、C:0.005%以上0.03%以下、Si:0.1%以上2.0%以下、Mn:0.3%以上2.5%以下、P:0.04%以下、S:0.015%以下、Ni:3.0%以上6.0%未満、Cr:16.0%以上18.5%以下、Cu:2.0%以上4.0%以下およびN:0.08%以上0.25%以下を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなり、下記(1)式で示すMd30の値が0.0以上80.0以下であるオーステナイト系ステンレス鋼の製造方法であって、
750℃以上980℃以下の温度により仕上焼鈍を行う仕上焼鈍工程を含み、
前記仕上焼鈍工程での最高到達温度が850℃以上である場合、850℃以上で加熱する時間を30秒以内とし、
前記仕上焼鈍工程において、前記仕上焼鈍後の700℃から500℃までの平均冷却速度を1℃/秒以上とする、オーステナイト系ステンレス鋼の製造方法:
Md30=551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-29Ni-10.6Cu-13.7Cr-18.5Mo (1)
上記(1)式の元素記号の箇所には、上記オーステナイト系ステンレス鋼が含有している各元素の含有量(質量%)が代入され、無添加の元素については0が代入される。
A method for producing an austenitic stainless steel containing, by mass%, C: 0.005% or more and 0.03% or less, Si: 0.1% or more and 2.0% or less, Mn: 0.3% or more and 2.5% or less, P: 0.04% or less, S: 0.015% or less, Ni: 3.0% or more and less than 6.0%, Cr: 16.0% or more and 18.5% or less, Cu: 2.0 % or more and 4.0% or less, and N: 0.08% or more and 0.25% or less, with the balance being Fe and unavoidable impurities, and having a value of Md30 represented by the following formula (1) of 0.0 or more and 80.0 or less,
A final annealing step of performing final annealing at a temperature of 750°C or higher and 980°C or lower,
When the maximum temperature reached in the finish annealing step is 850 ° C or higher, the heating time at 850 ° C or higher is set to 30 seconds or less,
A method for producing an austenitic stainless steel, wherein in the finish annealing step, the average cooling rate from 700°C to 500°C after the finish annealing is 1°C/second or more:
Md 30 =551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-29Ni-10.6Cu-13.7Cr-18.5Mo (1)
In the element symbols of the formula (1), the content (mass %) of each element contained in the austenitic stainless steel is substituted, and 0 is substituted for elements that are not added.
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