铁素体系不锈钢的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及即便在氧或氮从大气中浸入焊缝(weld bead)以及氮或碳从焊接对象 材浸入焊缝的焊接条件下也不易发生耐腐蚀性下降的铁素体系不锈钢。
【背景技术】
[0002] 铁素体系不锈钢与奥氏体系不锈钢相比能够以较少的Ni量确保耐腐蚀性。由于 Ni为高价的元素，所以铁素体系不锈钢与奥氏体系不锈钢相比能够以低成本制造。另外，铁 素体系不锈钢与奥氏体系不锈钢相比还具有热传导率高、热膨胀率小以及不易发生应力腐 蚀开裂（stress corrosion cracking)等优异的特性。因此，铁素体系不锈钢一直应用在 汽车排气系统部件、屋顶、门窗等建筑材料以及厨房、水?热水储存罐等储水用材料等的广 泛的用途中。
[0003] 上述材料大多情况下是将对不锈钢板进行剪切、压制加工等而加工成的部件通过 焊接组装制作的。焊接方法经常采用TIG焊接（tungsten inert gas welding)。焊接时， 对焊接部也与母材部同样地要求具有良好的耐腐蚀性。
[0004] 但是，将奥氏体系不锈钢，特别是SUS304 (18 % Cr - 8 % Ni) (JIS (Japanese Industrial Standards) G 4305)等钢种与铁素体系不锈钢进行TIG焊接时，有时因被称为 敏化（sensitization)的现象，导致焊接部的耐腐蚀性与母材相比下降。敏化是指由于焊 接时的热处理使得钢中的Cr与C、N结合成碳化铬（0 2不6等）或者氮化铬（Cr 2N等）而在 晶粒间界析出，在焊接部的晶粒间界附近生成Cr浓度比母材低的Cr缺乏层（Cr cbpletion layer)，导致在晶粒间界的耐腐蚀性下降的现象。将奥氏体系不锈钢，例如SUS304等C和 N含量比铁素体系不锈钢高的钢与铁素体系不锈钢进行焊接时，有时发生敏化。
[0005] 进行TIG焊接时，通常使用氩气等非活性气体作为保护气体而抑制来自大气的 氧、氮侵入恪融池 （weld metal pool)(焊接时金属恪融状态的部分）。但是，近年来随着焊 接部件的结构复杂化，在焊接时无法进行充分的气体保护，在大气中的氧、氮混入熔融池这 样的不完善的条件下的焊接逐渐在增多。从大气侵入熔融池的氮助长焊接部的敏化，导致 耐腐蚀性下降。
[0006] 另外，氧在焊接部生成被称为回火色（temper color)的Cr系的氧化被膜，因它的 生长导致焊接部的Cr浓度下降，耐腐蚀性下降。因此，要求应用在这样的用途的铁素体系 不锈钢的钢成分是即便在利用保护气体无法抑制来自大气的氮或氧的侵入的情况下也能 够确保焊接部的耐腐蚀性。
[0007] 另一方面，近年来除以往的No. 2B光泽度、BA光泽度等的光泽件以外，对用于不重 视外观的部件（汽车的排气系统部件、各种电气制品和机械的内部部件等）的所谓的功能 件（functional products)的需求逐渐增加。为了抑制制造成本，功能件在使用碳钢的退 火生产线，在850~900°C左右进行退火后，采用例如专利文献1公开的高速酸洗方法制造。 因此，不仅为了制造 No. 2B光泽件、BA光泽件，还为了能制造功能件，要求具有用碳钢的退 火生产线能够退火的再结晶温度且能够进行高速酸洗的钢成分。
[0008] 针对这样的课题，公开有通过添加与碳、氮的亲和力比Cr大的Ti、Nb，抑制碳氮化 铬的生成从而抑制敏化发生的方法。例如，专利文献2中公开了通过复合添加 Ti和Nb而 提高铁素体系不锈钢的耐晶界腐蚀性（interglanular corrosion resistance)的钢。但 是，专利文献2中公开的铁素体系不锈钢需要添加1. 5%以上的Mo。Mo是提高母材的耐腐 蚀性的元素，但也是强的铁素体生成元素，因此添加1. 5%的Mo时，在焊接部生成铁素体相 而发生敏化，有时无法得到充分的焊接部的耐腐蚀性。
[0009] 另外，作为焊接部的耐腐蚀性优异的铁素体系不锈钢，例如，专利文献3中公开了 焊接部的耐腐蚀性优异的铁素体系不锈钢，专利文献4中公开了与奥氏体系不锈钢的焊接 部的耐腐蚀性优异的铁素体系不锈钢。这些公开例均需要添加0. 1 %以上的Nb，再结晶温 度高。因此，存在无法使用通常的碳钢的退火生产线以低成本制造功能件这样的问题。
[0010] 现有技术文献
[0011] 专利文献
[0012] 专利文献1 :日本特许第2842787号公报（日本特开平8 - 10823号公报）
[0013] 专利文献2 :日本特开昭51 - 88413号公报
[0014] 专利文献3 :日本特开2007 - 270290号公报
[0015] 专利文献4 :日本特开2010 - 202916号公报
【发明内容】
[0016] 如果根据现有的技术思想通过单纯地增加 Ti、Nb抑制敏化的发生，则TiN夹杂 物引起的表面缺陷增加，固溶的Nb在焊接部以粗大Nb析出物的形式析出，产生焊接裂纹 (weld crack)等的问题。
[0017] 因此，本发明的目的在于提供一种铁素体系不锈钢，其在铁素体系不锈钢的焊接 中由于焊接部件的形状等而导致无法进行充分的气体保护进而氧侵入熔融池在焊接部产 生回火色（氧化被膜）的焊接条件、氮侵入而发生敏化这样的焊接条件、氮从焊接对象材侵 入焊缝的焊接条件下，也具有优异的耐腐蚀性。
[0018] 本发明人等为了解决上述课题，针对各种添加元素对TIG焊接中的氧侵入导致的 回火色的生成与耐腐蚀性的关系以及氮侵入导致的敏化的发生与耐腐蚀性的关系的影响， 使用以18. 0~19. 0质量％ Cr - 0. 15质量％ Mn - 0. 1质量％ Ni - 0. 35质量％ Cu为基 础成分且使Si、Al、Ti、Nb和V在宽范围变化的钢进行了深入研宄。
[0019] 其结果发现氧侵入导致的回火色的生成引起的耐腐蚀性的变化与各种添加元素 的关系可以由Si+1. 5A1+1. 2Ti (以下记为化值。应予说明，式中的元素符号表示各元素的 含量（质量％))归纳，通过使Ox值为0.40以上，能够提高耐腐蚀性。这是由于如果以O x 值为0. 40以上的方式复合添加 Si、Al和Ti，则回火色不是以现有钢中生成的Cr系氧化物 为主体的氧化被膜，而是Al、Si和Ti浓化而成的致密且具有保护性的氧化被膜，进而抑制 回火色生长导致的母材Cr浓度的下降。但是，还明确了如果以O x值超过2. 4的方式复合 添加 Si、Al和Ti，则氧化被膜的结晶性升高，抑制离子等的透过的效果下降，耐腐蚀性再次 下降。
[0020] 另外，使用Ox值为0.65~0.70的钢对氮侵入导致的敏化举动与各种添加 元素的关系进行分析的结果发现JIS G0580(1986)中定义的再活化率（reactivation rate)(是表示敏化的程度的指标，0.01 %以下表示几乎没有发生敏化）可以由 I. 2Nb+l. 7Ti+V+2. 2A1 (以下记为Nt^I，应予说明，式中的元素符号表示各元素的含量（质 量％ ))归纳，Ntr值为0.60以上时再活化率变成0.01%以下。即，通过使Ntr值为0.60以 上，即便在来自大气的氮侵入或者与氮含量大的奥氏体系不锈钢的焊接中氮侵入焊接部导 致通常的铁素体系不锈钢在焊接部发生敏化的焊接条件下，也能获得良好的耐腐蚀性。
[0021] 应予说明，推测求出上述的OdP M直的各元素的系数与该元素和氧或氮的亲和 力成比例。
[0022] 本发明是基于上述观点而进行的，其要点如下。
[0023] [1]一种铁素体系不锈钢，其特征在于，以质量％计，含有(：：0.001~0.030%、51 : 0· 05 ~0· 30%、Mn :0· 05 ~0· 50%、P :0· 05% 以下、S :0· 01% 以下、Cr :18. 0 ~19. 0%、 Ni :大于等于 0.05%且低于 0.50%、Cu :0.30 ~0.60%、N :0.001 ~0.030%、Al :0· 10 ~ I. 50%、Ti :0· 05 ~0· 50%、Nb :0· 002 ~0· 05%、V :0· 01 ~0· 50%，且满足下述式⑴和 (2)，剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成。
[0024] 0· 40 彡 Si+1. 5A1+1. 2Ti 彡 2. 4 · · · · (1)
[0025] 0· 60 彡 I. 2Nb+l. 7Ti+V+2. 2A1 · · · · (2)
[0026] 应予说明，式中的元素符号表示各元素的含有率（质量％ )。
[0027] [2]根据上述[1]所述的铁素体系不锈钢，其特征在于，进一步地以质量％计含有 选自 Zr :0· 01 ~0· 50%、W :0· 01 ~0· 20%、REM :0· 001 ~0· 10%、C〇 :0· 01 ~0· 20%、B : 0· 0002 ~0· 010%、M〇 :0· 01 ~L 0% 中的 1 种以上。
[0028] [3]根据上述[1]或[2]所述的铁素体系不锈钢，其特征在于，进一步地以质量％ 计含有 Sb :0. 05 ~0. 30%。
[0029] 根据本发明，即便在氧或氮从大气侵入焊缝以及氮或碳从焊接对象材侵入焊缝的 焊接条件下，也能得到具有优异的耐腐蚀性的铁素体系不锈钢。
【具体实施方式】
[0030] 以下对本发明的各构成要素的限定理由进行说明。
[0031] 1.关于成分组成
[0032] 首先，对规定本发明的钢的成分组成