铁素体-马氏体双相不锈钢及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及作为在寒冷地区运输煤炭或油类等的货车的车体用途材料合适的、低 温韧性优异的铁素体-马氏体双相不锈钢及其制造方法。
[0002] 此外，具有权利要求4所述的特征的本发明涉及作为通过焊接组装的结构体的结 构材料合适的、焊接热影响区的低温韧性优异的焊接结构材料用的铁素体-马氏体双相不 锈钢。
【背景技术】
[0003] 随着全球铁路铺设距离的增加，利用铁路的货物运输的运输量正在逐年增加。该 铁路货物运输中使用了铁路货车、集装箱之类的货车，作为其材料，近年来使用铁素体系的 不锈钢。
[0004] 但是，在欧亚大陆的内陆部等这样的冬季达到-30°C以下的寒冷地区，铁素体系不 锈钢由于低温韧性不足而存在不适于使用的问题。特别是，对于运输油类等液体的货车的 车体用途材料，要求具有优异的低温韧性。
[0005] 此外，铁素体系不锈钢在焊接热影响区晶粒粗大化，存在韧性进一步降低的问题。 因此，在寒冷地区，铁素体系不锈钢难以适用于通过焊接形成结构体的用途。
[0006] 作为铁路货车用的不锈钢，例如专利文献1中公开了下述不锈钢:其在焊接热影响 区形成马氏体相，提高焊接部的耐腐蚀性，进而规定FFV值，抑制了表面缺陷的产生。但是， 该不锈钢的低温韧性不足。
[0007] 作为具有优异的韧性的不锈钢板，例如专利文献2中公开了一种弯曲性优异的高 强度高韧性不锈钢板。该高强度高韧性不锈钢板中，通过使MnS系夹杂物颗粒的乳制方向的 长度为3μπι以下、且使上述MnS系夹杂物颗粒的乳制方向的长度与其直角方向的长度之比为 3.0以下，从而改善了弯曲性。但是，在专利文献2中记载的发明中，作为货车的车体用途材 料所需要的耐腐蚀性、特别是焊接部的耐腐蚀性不足，进而低温下的韧性有时也不足。
[0008] 专利文献3中公开了一种抑制了 δ铁素体的生成、韧性优异的厚壁马氏体系不锈 钢。但是，该不锈钢的强度过高，因而难以用于适用于铁路货物用的铁路货车或集装箱的压 制加工。另外，专利文献3中记载的不锈钢的低温韧性有时也不足。
[0009] 另外，作为提高了焊接热影响区的低温韧性的铁素体系不锈钢，专利文献4中公开 了一种焊接点的韧性优异的铁素体系不锈钢。该发明中，通过将微细的Mg系氧化物分散于 钢中使其析出，从而抑制了焊接热影响区的晶粒的粗大化。
[0010] 专利文献5中公开了一种焊接热影响区的韧性优异的铁素体系不锈钢。该发明中， 通过添加 Co,提高了焊接部的韧性。
[0011] 但是，在专利文献4和5中记载的发明中，对于使达到-30°C以下的寒冷地区的焊接 热影响区的韧性耐于使用来说是不足的。
[0012] 现有技术文献 [0013]专利文献
[0014] 专利文献1:日本特开2012-12702号公报 [0015] 专利文献2:日本特开平11-302791号公报 [0016] 专利文献3:日本特开昭61-136661号公报 [0017] 专利文献4:日本特开2003-3242号公报 [0018] 专利文献5:日本特开平4-224657号公报
【发明内容】
[0019] 发明要解决的课题
[0020] 如上所述，这些专利文献中公开的不锈钢的低温韧性不足，因而，作为在寒冷地区 运输油类等液体的货车的材料不合适。另外，上述专利文献中公开的不锈钢有时不具有货 车的车体用途材料所要求的耐腐蚀性及加工性。
[0021 ]此外，在焊接热影响区中低温韧性进一步降低，因而，不适合在通过焊接形成结构 体的用途中使用。
[0022] 本发明是鉴于上述情况而进行的，其目的在于提供一种铁素体-马氏体双相不锈 钢及其制造方法，该铁素体-马氏体双相不锈钢具有货车的车体用途材料所要求的耐腐蚀 性及加工性，并且低温韧性优异。
[0023] 另外，具有权利要求4中记载的特征的本发明的目的在于，提供在具有上述特性的 同时、焊接热影响区的低温韧性也优异的焊接结构材料用的铁素体-马氏体双相不锈钢及 其制造方法。
[0024]用于解决课题的方案
[0025] 本发明人为了解决上述课题，对组织或成分等对低温韧性产生的影响进行了深入 研究。
[0026]作为组织对低温韧性所产生的影响的评价方法，已知有使用显示出结晶粒径与低 温韧性的相关关系的Hall-Petch法则的方法。根据该法则，韧脆转变温度与结晶粒径的-1/ 2次方成比例地降低。即，结晶粒径越细小，则认为低温韧性越提高。根据该见解，本发明人 为了使不锈钢的结晶粒径细小，对成分和制造方法进行了研究。图1中示出本发明的成分范 围的不锈钢的马氏体相分数（以体积％表示的马氏体相的含量)与平均晶粒径的相关关系。 发现，马氏体相分数为5%~95%、平均晶粒粒径变小。由此，通过使平均结晶粒径最小化， 能够提高低温韧性。需要说明的是，平均结晶粒径的测定方法如实施例中记载的那样。
[0027] 马氏体相分数可以通过Cr当量（Cr+1.5 X Si)和Ni当量（30 X (C+N)+Ni+0.5 XMn) 的调整和退火温度的调整来控制。通过这些参数的调整，可得到平均结晶粒径细小的、低温 韧性优异的铁素体-马氏体双相不锈钢。
[0028] 此外，本发明人对组织或成分对焊接热影响区的低温韧性所产生的影响进行了深 入研究。
[0029] 对于焊接热影响区的低温韧性差的不锈钢，详细地观察了焊接热影响区的组织， 结果确认到结晶粒径为50μπι以上的被称为δ铁素体的粗大的晶粒，其在约1300°C以上的温 度区域生成。另一方面，在焊接热影响区的低温韧性优异的不锈钢中，未确认到粗大的S铁 素体，形成了马氏体分散的微细的组织。即，认为抑制粗大的S铁素体的生成对于焊接热影 响区的低温韧性提高是有效的。
[0030] 因此，发明人详细调查了不锈钢的添加元素对δ铁素体的生成温度所产生的影响， 可知在（III)式左边表示出δ铁素体生成温度。对于使Ti的含量为0.01%、并在本发明的成 分范围内调整了其它成分的试验材料，使该S铁素体生成温度为横轴，整理了焊接热影响区 的却贝冲击试验的吸收能量(试验温度:-50°C、试验片厚度:5mm)。结果示于图2。焊接热影 响区的吸收能量根据试验的不同其值产生大幅偏差，但随着S铁素体生成温度的上升，焊接 热影响区的吸收能量的最小值上升d铁素体生成温度为1270Γ以上，吸收能量的最小值为 10J以上，焊接热影响区的低温韧性良好。
[0031] 2600C+1700N-20Si+20Mn-40Cr+50Ni+1660>1270 (III)
[0032] 需要说明的是，式(III)中的元素符号是指各元素的含量(质量％)。
[0033] 此外，本发明中，对作为低温下的断裂起点的因素进行了研究，可知TiN等粗大的 夹杂物成为了断裂的起点。图3中示出以TiN为断裂起点的断面的示例。可以确认，以TiN为 中心形成了河流花样，发生了以TiN为断裂起点的脆性断裂。TiN的生成量及其大小可以通 过在满足本发明的成分组成等条件的范围内控制Ti的含量来调整。图4中示出Ti含量对本 发明的成分范围和马氏体相分数的范围内的低温韧性所产生的影响。图4的吸收能量的值 使用了 3次却贝试验的平均。可以确认到:Ti的含量越少，则低温韧性越提高。伴随着Ti含量 的减少，TiN的生成量减少，断裂起点减少，因而认为低温韧性提高。
[0034]另外，发明人进行焊接热影响区中的却贝冲击试验(试验温度:-50°C、试验片厚： 5mm)，可知:通过将Ti含量严格地抑制为0.02%以下，从而焊接热影响区中的断裂起点减 少，焊接热影响区的低温韧性提高。图5中示出Ti含量对焊接热影响区的吸收能量所产生的 影响。此处使用的试验材料的S铁素体生成温度在1270Γ至1290Γ的范围进行了调整。Ti含 量为0.02质量％以下时，焊接热影响区的吸收能量的最小值为10J以上，焊接热影响区的低 温韧性良好。与热乳退火板的情况相比，在焊接热影响区中粗大的TiN对于吸收能量产生了 更强的影响。认为这是由于，在焊接热影响区中与热乳退火板相比晶粒发生粗大化，因而少 量的断裂起点相对于吸收能量的降低产生更强的影响。
[0035] 根据上述见解完成了本发明。即，本发明将下述构成作为要点。
[0036] (1) -种铁素体-马氏体双相不锈钢，其特征在于，该铁素体-马氏体双相不锈钢以 质量％计含有C:0.005%~0.030%、N:0.005%~0.030%、Si :0.05%~1.00%、Mn:0.05% ~2.5%、Ρ:0·04% 以下、S:0.02% 以下、Α1:0·01% ~0· 15%、Cr:10.0% ~13.0%、Ni: 0.3%~5.0%、￥:0.005%~0.10%、他:0.05%~0.4%、11:0.1%以下，余部由卩6和不可避 免的杂质构成，满足下述不等式(I)和(II)，具有由铁素体相和马氏体相的双相构成的钢组 织，上述马氏体相的含量以体积％计为5 %~95 %。
[0037] 10.5<Cr+1.5XSi < 13.5 (I)
[0038] 1.5<30X(C+N)+Ni+0.5XMn<6.0 (II)
[0039] 此处，上述不等式（I)中的Cr和Si、以及上述不等式（II)中的C、N、Ni和Μη是指各元 素的含量(质量％)。
[0040] (2)如（1)所述的铁素体-马氏体双相不锈钢，其特征在于，该铁素体-马氏体双相 不锈钢以质量％计含有Cu:1.0%以下、Mo:1.0%以下、W: 1.0%以下和Co:0.5%以下中的1 种或2种以上。
[0041] (3)如（1)或(2)所述的铁素体-马氏体双相不锈钢，其特征在于，该铁素体-马氏体 双相不锈钢以质量％计含有Ca:0.01 %以下、B:0.01 %以下、Mg:0.01 %以下和REM:0.05% 以下中的1种或2种以上。
[0042