JPH0726149B2

JPH0726149B2 - 高耐力ステンレス形鋼の製造方法

Info

Publication number: JPH0726149B2
Application number: JP2289075A
Authority: JP
Inventors: 正道赤井; 芳彦鎌田
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1990-10-26
Filing date: 1990-10-26
Publication date: 1995-03-22
Anticipated expiration: 2010-03-22
Also published as: JPH04165014A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、建築用構造部材に使用されるオーステナイト
系ステンレス鋼製の形鋼、例えばオーステナイト系ステ
ンレス鋼製のＨ形鋼、山形鋼、溝形鋼、さらには鋼矢板
等の製造方法に関する。

（従来の技術）建築用構造部材に使用される鋼材は、建築基準法により
定められているが、その規定の中にステンレス鋼の形鋼
は含まれていない。その理由は、構造部材としてのステ
ンレス鋼の機械的特性が適当でないためではなく、構造
部材として用いるには余りに高価過ぎたためという、ス
テンレス鋼の価格に起因したものであると考えられる。

しかし、近年の急激な地価の高騰は、その上に建てられ
る建築物に要するコストを相対的に低下させ、建築構造
材料として比較的高価な材料も使用されるようになって
きた。例えば、都市中心部の建築物は、従来のコスト意
識に基づく設計とは異なり、景観あるいは機能を重んじ
る思想に基づいて設計される傾向にある。

このような傾向に沿う動きとして、通産省生活産業局の
諮問機関としての「景観材料研究会」や建設省の「総合
技術開発プロジェクト」等の活動がある。特に後者にお
いては、昭和61年４月にステンレス協会に設置された
「構造材設計施工基準作成小委員会」で２年６ヵ月にわ
たり調査および実験研究が行われ、外観品質の優れたオ
ーステナイト系ステンレス鋼を建築用構造部材として適
用しようとする試みがなされ、オーステナイト系ステン
レス鋼（JIS SUS304）を建築用構造部材として用いるに
際しての必要な機械的性質が明示された。第１表に、こ
の建築用構造部材としてのオーステナイトステンレス鋼
（第１表においては、「S1」と記す）の内容を、一般的
なオーステナイトステンレス鋼であるSUS 304（第１表
においては、「S2」と記す）と対比して示す。

なお、S1、S2の両合金の組成は、ともに、C:0.08重量％
以下、Si:1.00重量％以下、Mn:2.00重量％以下、P:0.04
5重量％以下、S:0.030重量％以下、Ni:8.00〜10.50重量
％、Cr:18.00〜20.00重量％で、同じである。

（発明が解決しようとする課題）しかし、現在製造されているオーステナイト系ステンレ
ス鋼材は、必ずしもこの機械的性質を満足することがで
きるとは限らない。

その中でも特に問題視されるのは、Ｈ形鋼を代表とする
圧延形鋼である。

一般に、オーステナイト系ステンレス鋼は耐食性の改善
を目的として溶体化処理が行われるが、圧延形鋼は、他
の板材、棒材さらには線材とは異なり、冷間での矯正工
程を経ないために降伏点が低い。したがって、前記の0.
1％耐力を保証するには、既設の設備に冷間加工設備を
新たに導入し、溶体化処理後に冷間加工を施して強度を
向上させる必要がある。

しかし、形鋼はその断面形状が複雑であることから、冷
間加工を行うことは難しく、かつその加工設備も精緻な
ものが必要となる。

したがって、形鋼に冷間加工を行うための設備導入費は
膨大なものとなり、実現性に乏しい。

すなわち、オーステナイト系ステンレス鋼の圧延形鋼を
建築用構造部材に適用するためには、冷間加工設備の新
設を必要とせず、既存の設備を用いる低コストの製造方
法により、耐力をはじめとする機械的強度を向上・確保
させることが必要である。

このように、従来の技術では、高耐力および降伏比上限規定型ステンレス形鋼に対す
る需要が存在しなかったため、その製造技術が確立され
ていないこと、および一般的に考えられる、通常のステンレス形鋼の製造方
法では、高耐力（0.1％耐力:24kgf/mm²以上）であっ
て、降伏比上限規定（降伏比:60％以下）型のステンレ
ス形鋼の製造は、不可能であることという問題があり、高耐力および降伏比上限規定型ステ
ンレス形鋼を製造することはできなかったのである。

ここに、本発明の目的は、オーステナイト系ステンレス
鋼が本来有する優れた耐食性を備え、しかも前記の建築
用構造部材としての強度基準（前記第１表参照）を満足
し、建築用構造部材に使用されるオーステナイト系ステ
ンレス鋼製の形鋼の製造方法を提供することにある。

（課題を解決するための手段）本発明者らは、上記の課題を解決するため、種々検討を
重ねた。

まず、オーステナイト系ステンレス鋼の耐力を向上させ
る方法として、圧延（熱間圧延）により加工歪を導入す
る技術を考えた。

しかし、通常、オーステナイト系ステンレス鋼では、圧
延のままでは結晶粒界における炭化物の生成を抑えるこ
とができず、結晶粒界におけるCr欠乏層の生成に起因す
る耐食性の低下を免れることができなくなってしまう。

一方、オーステナイト系ステンレス鋼が本来有する優れ
た耐食性を確保・保証するためには、どうしても溶体化
処理を行わなければならず、この溶体化処理を行うと、
耐力が大きく低下してしまうことになる。

さらに、前記溶体化処理の後に冷間加工を施せば耐力は
回復するものの、形鋼に対して冷間加工を行うことには
大きな問題があり現実には実施できないことは、前述の
とおりである。

そこで、本発明者らは、さらに種々検討を重ねた結果、
以下に示す結果を得た。すなわち、結晶粒界のCr欠乏層に起因する耐食性劣化を防ぐため
には、800℃以上の温度で溶体化処理を行う必要がある
こと、圧延によるL/C異方性、すなわち圧延方向および圧延
方向に対し直角方向から採取した試験片の特性値のバラ
ツキを無くすとともに、降伏比を60％以下とするために
は、900℃以上の温度で加熱し、γ結晶粒の再結晶を完
了させておく必要があること、さらには 1100℃を越えた温度で溶体化処理を行うと、0.1％耐
力:24kgf/mm²以上を満足することができなくなることである。

すなわち、本発明者らは、これらの知見から、耐食性お
よび機械的性質をともに満足させるためには、900〜110
0℃の温度範囲での溶体化処理を行うことが重要である
ことを知見した。

このような知見に基づいて、本発明者らはさらに検討を
重ねた結果、本発明を完成した。

ここに、本発明の要旨とするところは、重量％で、 C:0.06％以下、Si:1％以下、 Mn:0.3〜2.0％、P:0.04％以下、 S:0.03％以下、Cr:17.0〜20.0％、 Ni:7.0〜10.5％、N:0.06〜0.14％、さらに、必要に応じて、 Mo:0.05〜0.70％、Nb:0.005〜0.08％、 V:0.005〜0.15％、Cu:0.10〜0.50％、 Ti:0.005〜0.60％からなる群から選ばれた１種または２
種以上、残部Feおよび不可避的不純物から成る鋼組成を有する鋼片を、1000℃以上の温度域で
加熱し、仕上温度が600〜900℃となる条件で熱間加工を
施して所定の形状の形鋼に成形した後に、900〜1100℃
の温度域で溶体化処理を施すことを特徴とする高耐力ス
テンレス形鋼の製造方法である。

（作用）以下、本発明を作用効果とともに詳述する。なお、本明
細書においては、「％」は特にことわりがない限り、
「重量％」を意味するものとする。

先ず、本発明にかかる高耐力ステンレス形鋼の製造方法
において、用いる鋼片の組成を限定する理由を説明す
る。

C:0.06％以下Ｃは、オーステナイト相を安定化させる元素であるが、
鋼中に0.06％を超えて含有されると、結晶粒界への炭化
物の優先的な析出を抑制することができず、熱的履歴に
よってはCr炭化物を多量に析出して、結晶粒界の近傍に
Crの欠乏層を生じ、耐食性の低下を生じる。そこで、Ｃ
含有量は0.06％以下、好ましくは0.03％以下と限定す
る。

Si:1％以下 Siは、製鋼時の脱酸剤として必要とされるが、１％を超
える含有量になると延性の劣化が顕著になる。そこで、
Siの含有量は１％以下と限定する。

Mn:0.3〜2.0％ Mnは、オーステナイト生成元素であり、かつ鋼中のＳを
MnSとして固定することにより熱間加工性を改善する。
このような効果を得るためには、0.3％以上の含有が必
要であるが、2.0％を超えて含有させても前記効果の増
大がなく、材料価格の上昇を招くだけとなる。そこで、
Mnの含有量は、0.3％以上2.0以下％と限定する。

P:0.04％以下Ｐは、不可避的不純物として鋼中に含まれる元素であ
り、少ない方が望ましい。しかし、著しい低減には相応
のコスト上昇を伴うため、Ｐの許容量の上限は、0.04％
と限定する。

S:0.03％以下Ｓは、Ｐと同様に、不可避的不純物として鋼中に含まれ
る元素であり、鋼中にあっては、結晶粒界に低融点化合
物として析出して熱間加工性を著しく低下させる。した
がって、Ｓの含有量も低いほど好ましいが、0.03％以下
であれば、熱間加工性の面では、実用上特に問題を生じ
なくなるので、許容上限値を0.03％と限定する。より望
ましくは、0.01％以下である。

Cr:17.0〜20.0％ Crは、耐食性を保証するために、必要不可欠な元素であ
る。Cr含有量が17.0％未満では十分な耐食性が得られ
ず、一方20.0％を超えて含有されると、フェライトの生
成量を抑制するためにNiの添加量を高くすることが必要
になり、製造コストを著しく高めることとなる。そこ
で、Crの含有量は、17.0％以上20.0％以下と限定する。

Ni:7.0〜10.5％ Niは、オーステナイト系ステンレス鋼を構成する基本元
素であり、かつ耐食性を向上させる元素である。このた
め、7.0％以上の含有が必要であるが、10.5％を超えて
含有させても材料価格を上昇させるだけで、耐食性の改
善効果は飽和傾向を示す。したがって、Ni含有量は、7.
0％以上10.5％以下と限定する。

N:0.06〜0.14％Ｎは、オーステナイトの安定化元素であり、高価なNiに
替わって鋼のオーステナイトバランスを保つ作用を奏す
る。すなわち、0.14％を超える含有量になると、連続鋳
造鋳片の表面割れが増加し、歩留りの低下による製造コ
ストの上昇を招き、一方0.06％未満の含有量になると、
オーステナイトバランスを適正に保つのに必要なNi量が
増えて、やはり製造コストの上昇を生じる。そこで、Ｎ
含有量は、0.06％以上0.14％以下と限定する。

さらに、高靭性あるいは高強度を達成するために、次に
述べる含有量の範囲で、Mo、Nb、Ｖ、Cu、Tiからなる群
から選ばれた１種または２種以上を含有させることがで
きる。

Mo:0.05〜0.70％ Moは、強度を高めるのに有効な元素であり、この効果を
期待する場合は、0.05％以上含有させる必要がある。し
かし、その含有量が0.70％を超えるとオーステナイトが
不安定になるため、上限は0.70％とする。そこで、Mo含
有量は、0.05％以上0.70％以下と限定する。

Nb:0.005〜0.08％ Nbは、結晶粒を微細化して強度を上昇させる元素であ
る。そのためには、0.005％以上含有させる必要がある
が、0.08％を超えて添加しても、その効果は飽和する。
したがって、Nb含有量は、0.005％以上0.08％以下と限
定する。

V:0.005〜0.15％Ｖは、Nbと同様に、強度を上昇させる元素である。その
ためには、0.005％以上の含有が必要であるが、0.15％
を超えて含有させてもその効果の増大がなく、材料価格
の上昇を招くだけである。したがって、Ｖ含有量は、0.
005％以上0.15％以下と限定する。

Cu:0.10〜0.50％ Cuは、高温強度を向上させ、かつ耐食性を改善するのに
有効な元素であるが、そのためには0.10％以上含有させ
る必要がある。しかし、0.50％を超えると圧延の際の表
面割れが増大し、また溶接割れを助長する傾向がある。
そこで、Cu含有量は、0.10％以上0.50％以下と限定す
る。

Ti:0.005〜0.60％ Tiは、前述のＶやNbと同様に、強度を上昇させる元素で
ある。そのためには、0.005％以上の含有が必要である
が、0.60％を超えると母材の靭性を損なうこととなる。
そこで、Ti含有量は、0.005％以上0.60％以下と限定す
る。

以上の組成を有する鋼片に、本発明においては1000℃以
上の温度域への加熱を行い、仕上げ温度が600℃以上900
℃以下の熱間加工を施す。

鋼片の加熱温度を1000℃以上と限定する理由は、オース
テナイト系ステンレス鋼は、一般的に、熱間変形抵抗が
大きいため、1000℃以上の温度に加熱しておかないと、
後続する熱間加工工程での成形が難しくなるおそれがあ
るからである。また、1000℃以上でないとNb、Ｖ等の炭
窒化物の固溶が図れなくなり、これらの炭窒化物の析出
強化を利用することができなくなるからでもある。

このような観点からは、前記加熱温度の上限は特に設け
る必要はないが、γ（オーステナイト）結晶粒粗大化抑
制の観点からは、1290℃以下とすることが望ましい。

なお、本発明における熱間加工の例は熱間圧延である
が、これに限定されるものではない。

この熱間加工により導入された加工歪を利用し、熱間加
工後に実施される溶体化処理により再結晶を短時間で促
進させるために、900℃以下のオーステナイトの未再結
晶域で熱間加工を行う必要がある。仕上げ温度が低い
程、蓄積エネルギーが大きくなるため、再結晶に対する
駆動力が大きくなり、より効果的であるが、熱間加工と
して熱間圧延を行う場合を考えると、圧延機の負荷も大
きくなるから、これらを勘案して仕上げ温度を決定する
必要がある。実操業上、適正な仕上げ温度は、600〜900
℃であり、最も効果的なのは800℃前後で仕上げること
である。

このようにして、前記熱間加工により所定の形状に成形
された形鋼に対して、本発明においては、900℃以上110
0℃以下の温度域で溶体化処理を施す。

本発明において、溶体化処理の温度を、900℃以上1100
℃以下と限定する理由を説明する。

まず、得られる形鋼の耐食性を確保するという観点か
ら、結晶粒界の近傍のCr欠乏層による悪影響を取り除く
ために、溶体化処理は800℃以上の温度域で行うことが
有効である。また、降伏比を60％未満とするには、900
℃以上の温度域で行うことが有効である。さらに、0.1
％耐力:24kgf/mm²以上を満足するには、1100℃以下の温
度域で行うことが有効である。これらの要素を勘案し
て、溶体化処理温度は、900℃以上1100℃以下と限定す
る。

このようにして、本発明により、オーステナイト系ステ
ンレス鋼が本来有する優れた耐食性を備え、しかも建築
用構造部材としての強度基準を満足し、建築用構造部材
に使用されるオーステナイト系ステンレス鋼製の形鋼の
製造方法を提供することが可能となった。

さらに、本発明を実施例を参照しながら、詳述するが、
これはあくまでも本発明の例示であり、これにより本発
明が限定されるものではない。

実施例１第２表に示す組成を有する鋼片を1250℃に加熱し、790
℃の仕上げ温度で熱間圧延を終了して、Ｈ形鋼（フラン
ジ幅:300mm、フランジ厚さ:9.0mm、ウエブ高さ:150mm、
ウエブ厚さ:6.5mm）を製造した。

この試料のフランジ部およびウェブ部から試料（フラン
ジ幅:200mm、フランジ厚さ:12mm、ウエブ高さ:200mm、
ウエブ厚さ:8mm、長さ:400mm）を５組（計10本）切り出
し、これらの試料に対して800℃、900℃、950℃、1000
℃および1100℃の５水準に変化させて、溶体化処理を行
った。

なお、溶体化処理は、前記処理温度に0.4時間保持した
後、急冷することにより実施した。

そして、これらの試料について、0.1％耐力を測定し
た。

結果を第１図にグラフで示す。

第１図から明らかなように、建築用構造部材として必要
とされる、0.1％耐力:24kgf/mm²以上を得るためには、
溶体化処理温度は1100℃以下であることが必要であるこ
とがわかる。

実施例２第３表に示す組成を有するオーステナイトステンレス鋼
を用いて、Ｈ形鋼を製造した。第３表中の鋼種Ａないし
鋼種Ｈが本発明で定める範囲を満足する鋼片であり、鋼
種Ｉないし鋼種ＮがNi含有量およびＮ含有量が本発明の
範囲から外れる比較鋼である。

なお、Ｈ形鋼の圧延は、既設のユニバーサル圧延機を用
いて行った。

また、第４表の一部に、本実施例における製造条件を示
す。試験番号１ないし試験番号８が本発明にかかる方法
を示す例であり、試験番号９ないし試験番号18は、素材
の組成または製造条件が本発明の範囲を外れる比較例で
ある。

このようにして製造したＨ形鋼から試験片を切り出し、
0.1％耐力（kgf/mm²）、TS（kgf/mm²）、YR（％）、EL
（％）を測定するとともに、粒界腐食試験（硫酸−硫酸
銅腐食試験、JIS G 0575、72時間）を行い、耐食性を評
価した。

結果を第４表に併せて示す。

第４表から明らかなように、本発明にかかる試料は、機
械的性質および耐食性とも充分であり、所望の性能を有
する高耐力オーステナイトステンレス形鋼を得ることが
できた。

一方、SUS 304の成分規格は充分満足しているものの本
発明の範囲を外れている試験番号９ないし試験番号14
は、所望の性能を満足することができない結果となっ
た。

すなわち、試験番号９ないし試験番号14は、用いた鋼片
のＮ含有量が本発明の範囲の下限を下回るため、Ni含有
量が増加してしまい、好ましくない。

また、試験番号15ないし試験番号18は、溶体化処理温度
が本発明の範囲の上限を上回るため、0.1％耐力が24kgf
/mm²未満である。

以上の結果からも、本発明の効果が明らかである。

（発明の効果）以上詳述したように、本発明により、オーステナイト系
ステンレス鋼が本来有する優れた耐食性を備え、しかも
建築用構造部材としての強度基準、すなわち、「0.1％
耐力:24kgf/mm²以上、引張強さ:53kgf/mm²以上、降伏
比:60％以下、伸び:35％以上」を満足し、建築構造部材
に使用することができるオーステナイト系ステンレス鋼
製の形鋼、例えばＨ形鋼、山形鋼、溝形鋼、さらには鋼
矢板等を提供することが可能となった。

かかる効果を有する本発明の意義は極めて著しい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例における溶体化温度と0.1％
耐力との関係を示すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、 C:0.06％以下、Si:1％以下、 Mn:0.3〜2.0％、P:0.04％以下、 S:0.03％以下、Cr:17.0〜20.0％、 Ni:7.0〜10.5％、N:0.06〜0.14％、残部Feおよび不可避的不純物から成る鋼組成を有する鋼片を、1000℃以上の温度域で
加熱し、仕上温度が600〜900℃となる条件で熱間加工を
施して所定の形状の形鋼に成形した後に、900〜1100℃
の温度域で溶体化処理を施すことを特徴とする高耐力ス
テンレス形鋼の製造方法。
【請求項２】さらに、前記鋼片が、重量％で、 Mo:0.05〜0.70％、Nb:0.005〜0.08％、 V:0.005〜0.15％、Cu:0.10〜0.50％および Ti:0.005〜0.60％からなる群から選ばれた１種または２種以上の元素を有
することを特徴とする請求項１記載の高耐力ステンレス
形鋼の製造方法。