專利名稱：鐵素體系不銹鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及TIG焊接部的黑點(diǎn)生成少的鐵素體系不銹鋼。本申請基于2010年8月6日在日本申請的專利申請2010 — 177998號并主張優(yōu)先權(quán)，將其內(nèi)容援引于此。
背景技術(shù)：
鐵素體系不銹鋼一般情況下不僅耐蝕性優(yōu)異，而且與奧氏體系不銹鋼相比具有熱膨脹系數(shù)小和耐應(yīng)力腐蝕裂紋性優(yōu)異等特征。因此，鐵素體系不銹鋼被廣泛用于餐具、廚房設(shè)備和以屋頂材料為首的建筑外部裝飾材料、儲水/儲熱水用材料等中。進(jìn)而，近年來，由于Ni原料的價格高漲，從而來自奧氏體系不銹鋼的替換需求也增多，其用途不斷擴(kuò)大。在這樣的不銹鋼的結(jié)構(gòu)體中，焊接施工是不可欠缺的。原先，鐵素體系不銹鋼由于其C、N固溶限度小，因此在焊接部發(fā)生敏化，有耐蝕性降低的問題。為了解決該問題，提出了通過利用C、N量的減少或者Ti或Nb等穩(wěn)定化元素的添加進(jìn)行C、N的固定等來抑制焊接金屬部的敏化的方法(例如參照專利文獻(xiàn)I)，并被廣泛實用化。此外，關(guān)于鐵素體系不銹鋼的焊接部的耐蝕性，已知在由焊接的線能量產(chǎn)生的氧化皮部中耐蝕性發(fā)生劣化，并且已知與奧氏體系不銹鋼相比，充分實施利用不活潑性氣體的保護(hù)很重要。此外，在專利文獻(xiàn)2中公開了如下技術(shù)通過以滿足式Pl = 5Ti + 20CA1 — O. 01)^1. 5 (式中的T1、Al表示鋼中的各成分的含量)的方式添加Ti和Al，使改善焊接熱影響部的耐蝕性的Al氧化皮膜在焊接時的鋼的表層部形成。此外，在專利文獻(xiàn)3中`公開了如下技術(shù)在復(fù)合添加Al和Ti的基礎(chǔ)上，添加一定量以上的Si，從而使焊接部的耐間隙腐食性提高。此外，在專利文獻(xiàn)4中公開了如下技術(shù)通過滿足4A1 + Ti彡O. 32 (式中的T1、Al表示鋼中的各成分的含量)，使焊接時的線能量降低而抑制焊接部的氧化皮的生成，使焊接部的耐蝕性提高。上述的以往技術(shù)是以改善焊接部或焊接熱影響部的耐蝕性為目的的技術(shù)。另外，作為不是焊接部而是使原材料自身的耐候性及耐間隙腐食性提高的手段，有積極地添加P、并添加適量的Ca及Al的技術(shù)(例如參照專利文獻(xiàn)5)。在專利文獻(xiàn)5中，Ca及Al為了控制鋼中的非金屬夾雜物的形狀和分布而添加。另外，專利文獻(xiàn)5的最大特征是超過O. 04%地添加P，在專利文獻(xiàn)5中對于焊接時的效果沒有任何記載?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1:日本特公昭55 — 21102號公報專利文獻(xiàn)2 :日本特開平5 - 70899號公報專利文獻(xiàn)3 :日本特開2006 - 241564號公報專利文獻(xiàn)4 :日本特開2007 - 270290號公報
專利文獻(xiàn)5 日本特開平7 - 34205號公報

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的課題在以往的鐵素體系不銹鋼中，即使將焊接部的保護(hù)條件適當(dāng)化，有時也會在焊接后的背面焊道上以點(diǎn)狀存在一般被稱為黑點(diǎn)或夾渣的黑斑。黑點(diǎn)是在TIG(Tungsten InertGas，惰性氣體保護(hù)鎢極)焊接中的焊接金屬的凝固時，與氧的親和力強(qiáng)的Al、T1、S1、Ca形成氧化物而在焊接金屬上固化而成的。焊接條件、尤其是利用不活潑性氣體的保護(hù)條件對于黑點(diǎn)的發(fā)生有很大影響，保護(hù)越不充分，黑點(diǎn)產(chǎn)生越多。另外，黑點(diǎn)自身是氧化物，因此即使黑點(diǎn)少量地以點(diǎn)狀存在，對于焊接部的耐蝕性及加工性來說也完全沒有問題。但是，如果黑點(diǎn)大量生成或者連續(xù)生成，則有時不僅損害在不對焊接部進(jìn)行研磨處理而直接使用的情況下的外觀，而且在對焊接部進(jìn)行加工時發(fā)生黑點(diǎn)部的剝離。如果發(fā)生黑點(diǎn)部的剝離，則有時產(chǎn)生加工性降低、或者在與剝離的黑點(diǎn)部的間隙中發(fā)生間隙腐食等的問題。此外，即使在焊接后不實施加工的情況下，如果黑點(diǎn)較厚地生成，則在構(gòu)造上對焊接部施加應(yīng)力的產(chǎn)品中，有時黑點(diǎn)剝離而耐蝕性降低。因此，為了使TIG焊接部的耐蝕性提高，不僅要使焊道部和焊接氧化皮部自身的耐蝕性提高，而且控制在焊接部生成的黑點(diǎn)是重要的。但是，對于在焊接時產(chǎn)生的伴有變色的氧化皮，通過強(qiáng)化焊接的保護(hù)條件的方法，基本能抑制，但對于在TIG焊接部生成的黑點(diǎn)，即使強(qiáng)化保護(hù)條件，也無法通過以往的技術(shù)來充分地抑制。本發(fā)明鑒于上述情況而作出，以提供在TIG焊接部難以生成黑點(diǎn)、焊接部的耐蝕性及加工性優(yōu)良的鐵素體系不銹鋼為課題。用于解決課題的手段

本發(fā)明人為了抑制黑點(diǎn)的生成量，如下所示反復(fù)進(jìn)行了深入研究。其結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過將Al、T1、S1、Ca量最適化，能抑制TIG焊接部的黑點(diǎn)的生成，從而想到了本發(fā)明的黑點(diǎn)生成少的鐵素體系不銹鋼。本發(fā)明的要旨如下所述。本發(fā)明的第I方式涉及鐵素體系不銹鋼，其以質(zhì)量％計含有C :0. 020%以下、N O. 025% 以下、S1:1. 0% 以下、Mn :1. 0% 以下、P :0. 035% 以下、S :0. 01% 以下、Cr :16. O 25. 0%,A1 0. 12%以下、T1:0. 05 O. 35%、Ca :0. 0015%以下，作為剩余部分，包含F(xiàn)e及不可避免的雜質(zhì)，并滿足下述式(I )。BI = 3A1 + Ti + O. 5Si + 200Ca 彡 O. 8 (I)(另外，式(I)中的Al、T1、S1、Ca為鋼中的各成分的含量[質(zhì)量％]。)在上述鐵素體系不銹鋼中，焊接部的黑點(diǎn)生成少。本發(fā)明的第2方式是，在上述第I方式涉及的鐵素體系不銹鋼中，以質(zhì)量％計還含有Nb :0. 6%以下。本發(fā)明的第3方式是，在上述第I或第2方式涉及的鐵素體系不銹鋼中，以質(zhì)量％計還含有Mo :3. 0%以下。本發(fā)明的第4方式是，在上述第I至第3的任一方式涉及的鐵素體系不銹鋼中，以質(zhì)量％計還含有選自Cu :2. 0%以下、N1:2. 0%以下中的一種或二種。
本發(fā)明的第5方式是，在上述第I至第4的任一方式涉及的鐵素體系不銹鋼中，以質(zhì)量％計還含有選自V :0. 2%以下、Zr :0. 2%以下中的一種或二種。本發(fā)明的第6方式是，在上述第I至第5的任一方式涉及的鐵素體系不銹鋼中，以質(zhì)量％計還含有B :0. 005%以下。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，能提供在TIG焊接部難以生成黑點(diǎn)、TIG焊接部的耐蝕性及加工性優(yōu)異的鐵素體系不銹鋼。


圖1A是表示在TIG焊接時在背側(cè)生成的黑點(diǎn)的外觀的照片。圖1B是表示在TIG焊接時在背側(cè)生成的黑點(diǎn)的外觀的示意圖，是與圖1A所示的照片對應(yīng)的圖。圖2A是表示通過AES對試驗片的背側(cè)的焊道部的元素深度分布(深度方向的元素的濃度分布)進(jìn)行測定而得到的結(jié)果的圖表。圖2B是表示通過AES對試驗片的背側(cè)的黑點(diǎn)的元素深度分布(深度方向的元素的濃度分布)進(jìn)行測定 而得到的結(jié)果的圖表。圖3不表不BI值與黑點(diǎn)生成長度比的關(guān)系的圖表。圖4是表不BI值與腐蝕的關(guān)系的圖表。雙圓(◎)表不優(yōu)良的結(jié)果，圓(〇)表不良的結(jié)果，X表示不良的結(jié)果。
具體實施例方式下面對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本發(fā)明的焊接部的黑點(diǎn)生成少的鐵素體系不銹鋼滿足下述式(I)。BI = 3A1 + Ti + O. 5Si + 200Ca 彡 O. 8 (I)(另外，式(I)中的Al、T1、S1、Ca為鋼中的各成分的含量[質(zhì)量％]。)Al、T1、S1、Ca是與氧的親和力特別強(qiáng)的元素，是在TIG焊接時使黑點(diǎn)生成的元素。此外，鋼中所含的Al、T1、S1、Ca的含量越多，黑點(diǎn)越容易生成。上述式(I)中的Al、T1、S1、Ca的含量的系數(shù)是基于促進(jìn)黑點(diǎn)生成的作用的大小(強(qiáng)弱)和鋼中的含量而確定的。更詳細(xì)而言，Al如后述的實驗例所示，以最高濃度含有在黑點(diǎn)中，是促進(jìn)黑點(diǎn)生成的作用特別大的元素。因此，在上述式(I)中，將Al含量的系數(shù)設(shè)為3。此外，Ca盡管在鋼中的含量少，但在黑點(diǎn)中以高濃度含有，是促進(jìn)黑點(diǎn)生成的作用大的元素。因此，將Ca含量的系數(shù)設(shè)為200。上述BI值超過O. 8時，黑點(diǎn)的生成變得顯著。相對于此，BI值為0.8以下時，TIG焊接部的黑點(diǎn)的生成充分地減少，耐蝕性優(yōu)異。此外，BI值為O. 6以下時，能更有效地抑制黑點(diǎn)的生成，進(jìn)而，BI值為O. 4以下時，能基本抑制黑點(diǎn)的生成，能使TIG焊接部的耐蝕性
進(jìn)一步提聞。在黑點(diǎn)大量產(chǎn)生的條件下，黑點(diǎn)的厚度也增厚，因此，推定在加工時容易發(fā)生剝離，此時，認(rèn)為在鼓凸加工那樣的嚴(yán)格的加工中發(fā)生剝離，成為腐蝕的起點(diǎn)。相反，在黑點(diǎn)的產(chǎn)生率小的條件下，其厚度也減薄，因此推定黑點(diǎn)即使生成也難以剝離。因此，認(rèn)為通過抑制黑點(diǎn)的產(chǎn)生，能使焊接部的耐蝕性提高。接著，對于本發(fā)明的鐵素體系不銹鋼的成分組成進(jìn)行詳細(xì)說明。首先，對規(guī)定上述式(I)的各元素進(jìn)行說明。鋁(Al):以質(zhì)量％計O. 012%以下Al作為脫氧元素是重要的，并且還具有控制非金屬夾雜物的組成而使組織微細(xì)化的效果。但是，Al是對于黑點(diǎn)的生成最有貢獻(xiàn)的元素。并且，Al的過量添加有可能招致非金屬夾雜物的粗大化，成為產(chǎn)品的瑕疵產(chǎn)生的起點(diǎn)。因此，將Al含量的上限值設(shè)為O. 12%.為了脫氧，優(yōu)選含有O. 01%以上的Al。Al含量更優(yōu)選為O. 03% O. 10%。鈦(Ti):以質(zhì)量％計O. 05% O. 35%Ti在將C、N固定、抑制焊接部的晶界腐蝕而使加工性提高的方面是非常重要的元素。但是，Ti的過量添加不僅會使黑點(diǎn)生成，而且成為制造時的表面瑕疵的原因。因此，將Ti含量的范圍設(shè)為O. 05% O. 35%。更優(yōu)選為O. 07% O. 20%。硅(Si):以質(zhì)量％計1.0%以下Si作為脫氧元素是重要的元素，對于耐蝕性、耐氧化性的提高也有效。但是，Si的過量添加不僅促進(jìn)黑點(diǎn)的生成，而且使加工性、制造性降低。因此，將Si的含量的上限值設(shè)為1.0%。為了進(jìn)行脫氧，優(yōu)選含有O. 01%以上的Si。Si含量更優(yōu)選為O. 05% O. 55%。鈣(Ca):以質(zhì)量％計O. 0015%以下Ca作為脫氧元素是 非常重要的，作為非金屬夾雜物而在鋼中微量地含有。但是，Ca非常容易被氧化，因此，成為在焊接時使黑點(diǎn)生成的一大要因。此外，Ca使水溶性夾雜物生成，有時使耐蝕性降低。因此，Ca的含量優(yōu)選極低，將Ca的含量的上限值設(shè)為O. 0015%。更優(yōu)選Ca的含量為O. 0012%以下。接著，對構(gòu)成本發(fā)明的鐵素體系不銹鋼的其他元素進(jìn)行說明。碳(C):以質(zhì)量％計O. 020%以下C為了使耐晶界腐蝕性及加工性降低，需要減少其含量。因此，將C含量的上限值設(shè)為O. 020%。但是，若使C含量過度減少，則精煉成本惡化，C含量更優(yōu)選為O. 002% O. 015%。氮(N):以質(zhì)量％計O. 025%以下N與C同樣使耐晶界腐蝕性、加工性降低，因此需要減少其含量。因此，將N含量的上限設(shè)為O. 025%.但是，若使N含量過度減少，則精煉成本惡化，因此，更優(yōu)選為O. 002% O. 015%。猛(Mn):以質(zhì)量％計1. 0%以下Mn是作為脫氧元素重要的元素，但是過量地添加，則容易生成成為腐蝕的起點(diǎn)的MnS，并且使鐵素體組織不穩(wěn)定化。因此，將Mn含量設(shè)為1.0%以下。為了脫氧，優(yōu)選含有O. 01%以上的Mn。更優(yōu)選為O. 05% O. 5%。進(jìn)一步優(yōu)選為O. 05% O. 3%。磷(P):以質(zhì)量％計O. 035%以下P不僅使焊接性、加工性降低，而且容易產(chǎn)生晶界腐蝕，因此需要抑制地較低。因此，將P含量設(shè)為O. 035 %以下。更優(yōu)選為O. 001 % O. 02 %。硫(S):以質(zhì)量％計O. 01%以下S使CaS和MnS等成為腐蝕的起點(diǎn)的水溶性夾雜物生成，因此需要減少。因此，S含量設(shè)為O. 01%以下。但是，過度的減少招致成本的惡化。因此，S含量更優(yōu)選為O. 0001% O. 005%。鉻(Cr):以質(zhì)量％計16. O 25. 0%Cr是在確保不銹鋼的耐蝕性的方面最重要的元素，為了使鐵素體組織穩(wěn)定化，需要含有16. 0%以上。但是，Cr使加工性、制造性降低，因此將上限設(shè)為25. 0%。Cr的含量優(yōu)選為16. 5% 23. 0%，更優(yōu)選為18. 0% 22. 5%。鈮(Nb):以質(zhì)量％計O. 6%以下Nb在其特性上可單獨(dú)添加或與Ti復(fù)合添加。使Nb與Ti 一起含有的情況下，優(yōu)選滿足(Ti +Nb) / (C + N)彡6 (式中的T1、Nb、C、N為鋼中的各成分的含量[質(zhì)量％]。)。Nb與Ti同樣，是將C、N固定、抑制焊接部的晶界腐蝕而使加工性提高的元素。但是，Nb的過量添加使加工性降低，因此，優(yōu)選將Nb的含量的上限設(shè)為O. 6%。此外，通過含有Nb，使上述特性提高，因此優(yōu)選含有O. 05%以上的Nb。Nb的含量優(yōu)選為O. 15% O. 55%。鑰(Mo):以質(zhì)量％計3. 0%以下Mo是對于鈍態(tài)皮膜的修補(bǔ)具有效果、對于提高耐蝕性非常有效的元素。此外，Mo通過與Cr 一起含有而具有有效地使耐點(diǎn)蝕性提高的效果。此外，Mo通過與Ni —起含有而具有改善耐流銹性的效果。但是，使Mo增加時，加工性降低，成本提高。因此，優(yōu)選將Mo的含量的上限設(shè)為3. O %。此外，為了通過含有Mo而使上述特性提高，優(yōu)選含有O. 30%以上的Mo。Mo的含量優(yōu)選為O. 60 % 2. 5 %，更優(yōu)選為O. 9 % 2. O %。鎳(Ni):以質(zhì)量％計2. 0%以下Ni具有使活性 溶解速度抑制的效果，并且氫過電壓小，因此再鈍態(tài)化特性優(yōu)異。但是，Ni的過量添加使加工性降低，使鐵素體組織變得不穩(wěn)定。因此，優(yōu)選將Ni的含量的上限設(shè)為2.0%。此外，為了通過含有Ni而使上述特性提高，優(yōu)選含有O. 05%以上的Ni。Ni的含量優(yōu)選為O. 1% 1. 2%，更優(yōu)選為O. 20Z0 1. 1%。銅(Cu):以質(zhì)量％計2. 0%以下Cu與Ni同樣具有不僅使活性溶解速度降低、而且促進(jìn)再鈍態(tài)化的效果。但是，Cu的過量添加使加工性降低。因此，在添加Cu時，優(yōu)選將上限設(shè)為2.0%。為了通過含有Cu而使上述特性提高，Cu優(yōu)選含有O. 05%以上。Cu的含量優(yōu)選為O. 2% 1. 5%，更優(yōu)選為O. 25% 1. 1%。釩(V)和/或鋯(Zr):以質(zhì)量％計O. 2%以下V及Zr改善耐候性和耐間隙腐蝕性。此外,抑制Cr、Mo的使用而添加V時，也能確保優(yōu)異的加工性。但是，V和/或Zr的過度的添加使加工性降低，而且耐蝕性的提高效果也飽和，因此，優(yōu)選將含有V和/或Zr時的含量的上限設(shè)為O. 2%。此外，為了通過含有V和/或Zr而使上述特性提高，V和/或Zr優(yōu)選含有O. 03%以上。此外，V和/或Zr的含量更優(yōu)選為O. 05% O. 1%。硼(B):以質(zhì)量％計O. 005%以下B是對于二次加工脆性的改善有效的晶界強(qiáng)化元素，但是，過度的添加使鐵素體固溶強(qiáng)化而成為延性降低的原因。因此，添加B時，優(yōu)選將下限設(shè)為O. 0001%、將上限設(shè)為O. 005 %，更優(yōu)選設(shè)為 O. 0002 % O. 0020 %。實施例通過以下所示的方法制造由具有表I所示的化學(xué)成分(組成)的鐵素體系不銹鋼形成的試驗片。首先，將表I所示的化學(xué)成分(組成)的鑄鋼通過真空熔解進(jìn)行熔煉而制造40mm厚的鋼錠，將其通過熱軋而軋制成5mm厚。然后，基于各種再結(jié)晶行為，在溫度800 1000°C下進(jìn)行I分鐘的熱處理，將氧化皮研磨除去，進(jìn)而，通過冷軋制造厚度為O. 8mm的鋼板。然后，作為最終退火，基于各種再結(jié)晶行為，在溫度800 1000°C下進(jìn)行I分鐘的熱處理，將表面的氧化皮酸洗除去而作為供試材料，使用其制造No.1 28的試驗片。另外，在表I所示的化學(xué)成分(組成)中，各元素的含量以質(zhì)量％表示，剩余部分為鐵及不可避免的雜質(zhì)。下劃線表示本發(fā)明的范圍 外的數(shù)值。
權(quán)利要求
1.一種鐵素體系不銹鋼，其以質(zhì)量％計含有C :0. 020%以下、N :0. 025%以下、Si 1.0% 以下、Mn 1. 0% 以下、P 0. 035% 以下、S 0. 01% 以下、Cr 16. O 25. 0%,A1 :0. 12%以下、T1:0. 05 O. 35%、Ca :0. 0015%以下，剩余部分包含F(xiàn)e及不可避免的雜質(zhì)，并滿足下述式(1)，BI = 3A1 + Ti + O. 5Si + 200Ca 彡 O. 8 (I) 另外，式(I)中的Al、T1、S1、Ca為鋼中的各成分的以質(zhì)量％計的含量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵素體系不銹鋼，其以質(zhì)量％計還含有Nb:0. 6%以下。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵素體系不銹鋼，其以質(zhì)量％計還含有Mo:3. 0%以下。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鐵素體系不銹鋼，其以質(zhì)量％計還含有Mo:3.0%以下。
5.根據(jù)權(quán)利要求廣4中任一項所述的鐵素體系不銹鋼，其以質(zhì)量％計還含有選自Cu2.0%以下、N1:2. O %以下中的一種或二種。
6.根據(jù)權(quán)利要求廣4中任一項所述的鐵素體系不銹鋼，其以質(zhì)量％計還含有選自VO.2%以下、Zr :0. 2%以下中的一種或二種。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鐵素體系不銹鋼，其以質(zhì)量％計還含有選自V:0. 2%以下、Zr :0. 2%以下中的一種或二種。
8.根據(jù)權(quán)利要求廣4中任一項所述的鐵素體系不銹鋼，其以質(zhì)量％計還含有B:O.005% 以下。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鐵素體系不銹鋼，其以質(zhì)量％計還含有B:0. 005%以下。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鐵素體系不銹鋼，其以質(zhì)量％計還含有B:0. 005%以下。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鐵素體系不銹鋼，其以質(zhì)量％計還含有B:0. 005%以下。
全文摘要
本發(fā)明的焊接部的黑點(diǎn)生成少的鐵素體系不銹鋼以質(zhì)量％計含有C0.020％以下、N0.025％以下、Si1.0％以下、Mn1.0％以下、P0.035％以下、S0.01％以下、Cr16.0～25.0％、Al0.12％以下、Ti0.05～0.35％、Ca0.0015％以下，剩余部分包含F(xiàn)e及不可避免的雜質(zhì)，并滿足下述式(1)。BI＝3Al＋Ti＋0.5Si＋200Ca≤0.8…(1)(另外，式(1)中的Al、Ti、Si、Ca為鋼中的各成分的含量［質(zhì)量％］)。
文檔編號C22C38/28GK103052731SQ20118003823
公開日2013年4月17日 申請日期2011年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月6日
發(fā)明者松橋透, 中田潮雄 申請人:新日鐵住金不銹鋼株式會社