焊接部的耐腐蝕性優(yōu)良的鐵素體系不銹鋼的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及不易因進行焊接時從焊接對象材料侵入至焊縫的碳和氮或者從大氣 侵入的氮而發(fā)生耐腐蝕性的降低的鐵素體系不銹鋼。
【背景技術(shù)】
[0002] 與奧氏體系不銹鋼相比，鐵素體系不銹鋼能夠以少的Ni量確保耐腐蝕性。Ni是價 格昂貴的元素，因此，與奧氏體系不銹鋼相比，鐵素體系不銹鋼能夠以低成本進行制造。另 外，與奧氏體系不銹鋼相比，鐵素體系不銹鋼具有熱導率高、熱膨脹率小、并且不易發(fā)生應 力腐蝕開裂等優(yōu)良的特性。因此，鐵素體系不銹鋼被應用于汽車排氣系統(tǒng)構(gòu)件、屋頂或門窗 等建筑材料、廚房設(shè)備或儲水罐、儲熱水罐等水管裝置用材料等廣泛的用途中。
[0003] 制作這些結(jié)構(gòu)物時，多數(shù)情況下將奧氏體系不銹鋼、特別是SUS304(18% Cr-8% Ni) (JIS G 4305)等與鐵素體系不銹鋼組合使用。作為這樣的不銹鋼的焊接方法，一般使用 TIG焊接。這種情況下，也要求對焊接部具有與母材部同樣良好的耐腐蝕性。
[0004] 針對這樣的課題，提出了如下方法：通過添加與C和N的親和力比Cr大的Ti或 Nb，將C和N以Ti或Nb的碳氮化物的形式固定，抑制Cr碳氮化物的生成而抑制敏化的發(fā) 生，確保良好的耐腐蝕性。例如，在專利文獻1中公開了通過復合添加 Ti和Nb而提高了鐵 素體系不銹鋼的耐晶界耐腐蝕性的鋼。另外，在專利文獻2中公開了通過添加 Nb而提高了 耐晶界腐蝕性的鋼。
[0005] 但是，任意一個發(fā)明都需要添加0. 3質(zhì)量％以上的Mo。Mo是使母材的耐腐蝕性提 高的元素。但是，Mo是強的鐵素體生成元素，因此，在添加有0. 3質(zhì)量％的Mo的情況下，焊 接部的鐵素體相的生成被促進，從而助長焊接部的敏化，因此不能得到充分的焊接部的耐 腐蝕性。另外，均需要添加0.1質(zhì)量％以上的Nb。但是，在對含有大量Nb的鋼進行焊接時， 固溶Nb在焊接部以粗大Nb析出物的形式生成，有時會產(chǎn)生焊接裂紋等問題?？紤]到制造 性、實用性時，通過僅添加 Nb、Ti等碳氮化物生成元素而得到焊接部的耐腐蝕性無法說是 最佳對策。
[0006] 現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0007] 專利文獻
[0008] 專利文獻1 :日本特開2007-270290號公報
[0009] 專利文獻2 :日本特開2010-202916號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 發(fā)明所要解決的問題
[0011] 因此，本發(fā)明的目的在于提供無需過度添加 Ti、Nb的、焊接部的耐腐蝕性優(yōu)良的 鐵素體系不銹鋼。
[0012] 用于解決問題的方法
[0013] 為了解決上述問題，本發(fā)明人對以往以來能夠抑制焊接部的耐腐蝕性的降低的技 術(shù)進行了深入研究。首先，發(fā)明人使用16~20質(zhì)量％ Cr鋼針對用于得到充分的焊接部的 耐腐蝕性所允許的敏化的程度系統(tǒng)地進行了考察。其結(jié)果發(fā)現(xiàn)，由敏化引起的焊接部的耐 腐蝕性的降低在由Cr碳氮化物包覆的鐵素體相的晶界包覆率（關(guān)于晶界包覆率，參考實施 例的測定方法）超過40 %時變得明顯。
[0014] 接著，本發(fā)明人對降低由Cr碳氮化物包覆的鐵素體相的晶界包覆率的方法進行 了研究。其結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過添加作為奧氏體生成元素的Mn和Cu而使奧氏體相穩(wěn)定化對于 提尚焊接部的耐腐蝕性是極其有效的。
[0015] 即發(fā)現(xiàn)，在通過添加 Mn和Cu而使奧氏體相穩(wěn)定化的情況下，能夠抑制焊接時的鐵 素體相的生成，并且，將以鐵素體相的固溶極限以上含有的C和N以固溶于固溶極限壓倒性 地大于鐵素體相的奧氏體相中的狀態(tài)進行穩(wěn)定化，由此能夠防止因生成Cr碳氮化物而引 起的敏化，焊接部的耐腐蝕性顯著提高。
[0016] 此外還發(fā)現(xiàn)，由于將C和N固溶在奧氏體相中，因此與以往的僅利用Ti、Nb等的C 和N的固定化相比，即使在更多的C和N量下也能夠防止敏化。發(fā)明人對于可得到上述效 果的鋼成分系統(tǒng)地進行了考察，發(fā)現(xiàn)上述效果在將奧氏體相穩(wěn)定化的C、N、Ni、Mn和Cu的 含量滿足下式（1)的情況下得到。
[0017] 0. 50 < 25 X C+18 X N+Ni+0. 11 X Μη+0. 46 X Cu (I)
[0018] 需要說明的是，式中的元素符號是指各元素的含量（質(zhì)量％ )。
[0019] 此外，本效果可以與作為現(xiàn)有技術(shù)的利用Ti、Nb的添加的C和N的固定化組合使 用，因此，即使不需要過度添加 Ti、Nb，也能夠得到與現(xiàn)有鋼相比格外優(yōu)良的焊接部的耐腐 蝕性。
[0020] 本發(fā)明是基于上述見解而完成的，其主旨如下所述。
[0021] [1] -種焊接部的耐腐蝕性優(yōu)良的鐵素體系不銹鋼，其特征在于，以質(zhì)量％計，含 有 C :0· 001 ~0· 025%、Si :0· 05 ~0· 30%、Mn :0· 35 ~2· 0%、P :0· 05% 以下、S :0· 01% 以 下、Al :0· 05 ~0· 80%、N :0· 001 ~0· 025%、Cr :16. 0 ~20. 0%、Ti :0· 12 ~0· 50%、Nb : 0. 002 ~0. 050%、Cu :0. 30 ~0. 80%、Ni :0. 05% 以上且小于 0. 50%、V :0. 01 ~0. 50%， 并且滿足下述式（1)，余量由Fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。
[0022] 0. 50 < 25 X C+18 X N+Ni+0. 11 X Μη+0. 46 X Cu (I)
[0023] 其中，式中的元素符號是指各元素的含量（質(zhì)量％ )。
[0024] [2]如[1]所述的焊接部的耐腐蝕性優(yōu)良的鐵素體系不銹鋼，其特征在于，以質(zhì) 量％計，還含有選自 Zr :0· 01 ~0· 50 %、W :0· 01 ~0· 20 %、REM :0· 001 ~0· 10 %、Co : 0· 01 ~0· 20%、B :0· 0002 ~0· 010%、Sb :0· 05 ~0· 30% 中的一種以上。
[0025] 發(fā)明效果
[0026] 根據(jù)本發(fā)明，可以得到即使在C和N從焊接對象材料侵入到母材這樣的焊接條件 下也具有優(yōu)良的耐腐蝕性的鐵素體系不銹鋼。
【具體實施方式】
[0027] 以下對本發(fā)明的各構(gòu)成要件的限定理由進行說明。
[0028] 1.關(guān)于成分組成及金屬組織
[0029] 首先，對規(guī)定本發(fā)明的鋼的成分組成的理由進行說明。需要說明的是，成分％均是 指質(zhì)量％。
[0030] C :0· 001 ~0· 025%
[0031] C是不可避免地含有的元素。C量越高則強度越提高，越少則加工性越提高。為了 得到充分的強度，需要含有0. 001 %以上。但是，含量超過0. 025%時，加工性的降低變得顯 著，而且容易因由Cr碳化物的析出引起的局部性Cr缺乏而發(fā)生耐腐蝕性的降低（敏化）。 因此，C量設(shè)定為0. 001~0. 025%的范圍。但是，雖然從耐腐蝕性和加工性的觀點考慮C量 越低越優(yōu)選，但使C量極度降低時，精煉花費時間，在制造上不優(yōu)選。因此，優(yōu)選為0. 003~ 0.018%的范圍。更優(yōu)選為0.005~0.012%的范圍。
[0032] Si :0· 05 ~0· 30%
[0033] Si對提高焊接部的耐腐蝕性有效的元素。為了得到該效果，需要含有0. 05%以 上，含量越多則其效果越大。但是，Si含量超過0.30%時，焊接部的成形性、韌性降低，因此 不優(yōu)選。因此，Si量設(shè)定為0.05~0.30 %的范圍。優(yōu)選為0.05~0.25 %的范圍。進一 步優(yōu)選為〇. 08~0. 20 %的范圍。
[0034] Mn :0.35 ~2.0%
[0035] Mn在本發(fā)明中是特別重要的元素。Mn是作為脫氧劑有效的元素，并且具有將奧氏 體相穩(wěn)定化的效果。通過含有規(guī)定量的Mn，能夠抑制焊接時的鐵素體相的生成，通過將以 鐵素體相的固溶極限以上含有的C和N以固溶于固溶極限比鐵素體相大的奧氏體相中的狀 態(tài)進行穩(wěn)定化，表現(xiàn)出防止因生成Cr碳氮化物而引起的敏化的效果，焊接部的耐腐蝕性提 高。為了得到這些效果，需要含有0.35%以上的Μη。但是，Mn含量超過2.0%時，母材過 度硬質(zhì)化，延展性降低，并且在焊接部產(chǎn)生因焊接部的硬質(zhì)化引起的韌性的降低，因此不優(yōu) 選。因此，Mn量設(shè)定為0.35~2.0 %的范圍。優(yōu)選為0.50~1.5%的范圍。進一步優(yōu)選 為0. 75~1. 25%的范圍。
[0036] P :0.05% 以下
[0037] P是在鋼中不可避免地含有的元素，過量的含有會使焊接性降低，容易產(chǎn)生晶界腐 蝕。該傾向在超過〇. 05 %的含有時變得顯著。因此，P量設(shè)定為0. 05 %以下。優(yōu)選為0. 03% 以下。
[0038] S :0.01 % 以下
[0039] S與P同樣也是在鋼中不可避免地含有的元素，超過0. 01 %的含有會使耐腐蝕性 降低。因此，S量設(shè)定為0.01 %以下。優(yōu)選為0.008 %以下。
[0040] Al :0· 05 ~0· 80%
[0041] Al與Si同樣也是使焊接部的耐腐蝕性提高的元素。Al與N的親和力比Cr與N 的親和力強，因此，在焊接部中混入有N的情況下，使N以Al氮化物的形式析出而不是以Cr 氮化物的形式析出，具有抑制敏化的效果。另外，Al也是對于煉鋼工序中的脫氧而言有用 的元素。這些效果在0.05%以上的含有時得到。但是，含有超過0.80%的Al時，鐵素體晶 粒粗大化，加工性、制造性降低。因此，Al量設(shè)定為0. 05~0. 80%的范圍。優(yōu)選為0. 10