焊接部的特性优异的马氏体不锈钢及马氏体不锈钢材.pdf

1、(10)申请公布号 CN 102803538 A (43)申请公布日 2012.11.28 CN 102803538 A *CN102803538A* (21)申请号 201180013767.2 (22)申请日 2011.03.09 2010-060048 2010.03.17 JP C22C 38/00(2006.01) C22C 38/58(2006.01) (71)申请人 新日铁住金不锈钢株式会社 地址 日本东京 (72)发明人 柘植信二 梶村治彦 井上裕滋 (74)专利代理机构 永新专利商标代理有限公司 72002 代理人 周欣 (54) 发明名称 焊接部的特性优异的马氏体不锈钢及马

2、氏体 不锈钢材 (57) 摘要 本发明的马氏体不锈钢以质量 % 计含有 C ： 0.0030.03%、 Si ： 0.011.0%、 Mn ： 3.06.0%、 P ： 0.05% 以下、 S ： 0.003% 以下、 Ni ： 1.0 3.0%、 Cr ： 15.0 18.0%、 Mo ： 0 1.0%、 Cu ： 0 2.0%、 Ti ： 0 0.05%、 N ： 0.05% 以下、 Al ： 0.001 0.1%、 O ： 0.005%以下， 残余部分包含Fe和不可避免的杂 质， C 和 N 的合计量为 0.060% 以下， 且式 1 所示的 max 为 80 以上， 式 2 所示的 p

3、ot 为 60 90。 max=420C%+470N%+23Ni%+9Cu%+7Mn %-11.5Cr%-11.5Si%-52Al%+189 （式 1） 。 pot=700C%+800N%+10(Mn%+Cu%)+20Ni%- 9.3Si%-6.2Cr%-9.3Mo%-74.4Ti%-37.2 Al%+63.2（式 2） 。这里， C%、 N%、 Ni%、 Cu%、 Mn%、 Cr%、 Si%、 Al%、 Mo%、 Ti% 表示各元素的含量 ( 质 量 %)。 (30)优先权数据 (85)PCT申请进入国家阶段日 2012.09.13 (86)PCT申请的申请数据 PCT/JP2011/055

4、502 2011.03.09 (87)PCT申请的公布数据 WO2011/114963 JA 2011.09.22 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 16 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 16 页 1/1 页 2 1. 一种焊接部的特性优异的马氏体不锈钢， 其特征在于， 以质量 % 计含有 C ： 0.003 0.03%、 Si ： 0.01 1.0%、 Mn ： 3.0 6.0%、 P ： 0.05% 以下、 S ： 0.003% 以下、 Ni ： 1.0 3.0%、 Cr ： 15.0 18.0%、 Mo ： 0

5、 1.0%、 Cu ： 0 2.0%、 Ti ： 0 0.05%、 N ： 0.05% 以下、 Al ： 0.001 0.1%、 O ： 0.005% 以下， 残余部分包含 Fe 和不可避免的杂质， C 和 N 的合计量为 0.060% 以下， 且式 1 所示的 max 为 80 以上， 式 2 所示的 pot 为 60 90， max=420C%+470N%+23Ni%+9Cu%+7Mn%-11.5Cr%-11.5Si%-52A l%+189 式 1 pot=700C%+800N%+10(Mn%+Cu%)+20Ni%-9.3Si%-6.2Cr%-9.3Mo%-74 .4Ti%-37.2Al%

6、+63.2 式 2 这里， C%、 N%、 Ni%、 Cu%、 Mn%、 Cr%、 Si%、 Al%、 Mo%、 Ti% 表示各元素的含量， 其中， 含量的 单位为质量 %。 2.根据权利要求1所述的焊接部的特性优异的马氏体不锈钢， 其中， 还含有Nb， 代替所 述式 2 而用式 3 计算的 pot 为 60 90， pot=700C%+800N%+10(Mn%+Cu%)+20Ni%-9.3Si%-6.2Cr%-9.3Mo%-3. 1Nb%-74.4Ti%-37.2Al%+63.2 式 3 这里， C%、 N%、 Mn%、 Cu%、 Ni%、 Si%、 Cr%、 Mo%、 Nb%、 Ti%、

7、Al% 表示各元素的含量， 其中， 含 量的单位为质量 %。 3. 根据权利要求 1 或 2 所述的焊接部的特性优异的马氏体不锈钢， 其中， 还含有 V 和 W 中的任一者或两者。 4.根据权利要求13中任一项所述的焊接部的特性优异的马氏体不锈钢， 其中， 还含 有 Co。 5.根据权利要求14中任一项所述的焊接部的特性优异的马氏体不锈钢， 其中， 还含 有选自 B、 Ca、 Mg 和 REM 中的 1 种或 2 种以上。 6. 一种马氏体不锈钢材， 其特征在于， 具有权利要求 1 5 中任一项所述的组成， 并且 具有包含 5 30% 的铁素体相、 0 20% 的残余奥氏体相、 且残余部分包含

8、马氏体相的 组织。 7. 根据权利要求 6 所述的马氏体不锈钢材， 其中， 屈服强度为 400 800MPa。 权 利 要 求 书 CN 102803538 A 2 1/16 页 3 焊接部的特性优异的马氏体不锈钢及马氏体不锈钢材 技术领域 0001 本发明涉及适合用于例如建筑结构物、 船舶结构物等焊接结构物中需要焊接的部 位的马氏体不锈钢、 以及使用所述马氏体不锈钢制作且母材及焊接部的冲击特性和耐蚀性 优异、 节省 Ni 而成本低廉的马氏体不锈钢材。 0002 本申请基于 2010 年 3 月 17 日在日本提出的日本特愿 2010-60048 号主张优先权， 并在此援引其内容。 背景技术

9、0003 马氏体不锈钢通过淬火热处理即可容易地提高强度， 因而被广泛地应用于刀具、 弹簧、 制动盘等器具中。但是， 马氏体不锈钢由于韧性低且焊接性也不好， 因而没有被用于 焊接结构。 0004 另一方面， 通过在含有 13 17% 的 Cr 的钢中降低 C 含量、 添加约 3% 以上的 Ni， 开 发出了一种韧性、 焊接性和耐蚀性提高了的钢材， 其被用作水利发电用水轮机转轮和油井 用钢管 ( 例如专利文献 1 4)。 0005 但是， 即使是如此改良后的马氏体不锈钢， 回火阻力也非常大。因此， 还存在下述 问题 ： 在用于对最终产品的特性进行调质的回火热处理中， 需要长时间的处理等会损害热 处

10、理设备能力， 制造成本大。 0006 为此， 正在研究不需要用于调质的热处理的马氏体不锈钢和不需要脱氢处理的制 造条件， 公开了着眼于马氏体单相组织的上述专利文献 4、 制成以马氏体相为主体且含有铁 素体相或残余奥氏体相的复相组织的专利文献 5。 0007 如专利文献 4 所公开的那样， 多数马氏体不锈钢的 Cr 量为 11 15% 的范围， 与 SUS430 之类的铁素体不锈钢相比耐蚀性低， 有时在室内环境下也会生锈 ( 产生锈 )。因此， 为了赋予优异的耐蚀性， 需要添加 Mo 或增加 Cr 量。 0008 另外， 在上述专利文献 5 中公开了为提高耐蚀性而优选含有 15% 以上的 Cr

11、和 1% 以上的 Mo。但是， 专利文献 5 的马氏体不锈钢具有包含铁素体相的马氏体相主体的金属组 织， 热加工性不好， 存在经常使钢材的制造成品率降低的问题。 而且， 为了确保机械特性， 需 要添加与 Cr、 Mo 的增加量相应的量的奥氏体形成元素， 导致合金成本的增加。 0009 即， 作为能良好地维持母材和焊接部的特性的钢， 大量含有 Ni 的钢已被实际应 用。但是， 还没有热加工性良好、 且在母材和焊接部具有与 SUS430 同等的耐蚀性和优异的 机械特性、 节省 Ni 量而廉价的实用钢。 0010 现有技术文献 0011 专利文献 0012 专利文献 1 ： 日本特开平 6-3065

12、49 号公报 0013 专利文献 2 ： 日本特开平 6-306551 号公报 0014 专利文献 3 ： 日本特开平 2-243739 号公报 0015 专利文献 4 ： 日本特开平 2-243740 号公报 说 明 书 CN 102803538 A 3 2/16 页 4 0016 专利文献 5 ： 日本特开 2001-279392 号公报 0017 非专利文献 0018 非专利文献 1 ： Current advances in materials and processes,Vol.3(1990),1840 发明内容 0019 发明所要解决的问题 0020 鉴于这样的问题， 本发明者等的

13、发明课题在于 ： 明确热加工性和机械特性良好且 具有与 SUS430 同等的耐蚀性的廉价的马氏体不锈钢的成分体系和金属组织， 开发实用钢 材。 0021 用于解决问题的手段 0022 作为代替 Ni 的元素， 可想到 C、 N、 Mn、 Cu、 Co 等， 但在上述马氏体不锈钢中， 关于含 有大量的 Mn、 Cu、 Co 的钢的文献少。作为一个例子， 在非专利文献 1 中示出了将含有 17% 的 Cr 的高纯度不锈钢用作基础并添加了 Ni 或 Mn 的例子。但是， 并没有公开复合添加 Ni 和 Mn 的例子， 且对耐蚀性也未作考虑。 0023 另外， 由于 Mn 通常是使耐蚀性降低的元素， 因

14、此在耐蚀性比普通的不锈钢低的马 氏体不锈钢中积极地添加 Mn 的尝试的例子少。实际情况是， 对于在提高 Cr 量的同时增加 Mn量的情况下能否得到所需的耐蚀性曾持怀疑态度。 因此， 为了开发除耐蚀性外、 还能确保 优异的热加工性和机械特性的实用钢材， 从迄今为止获得的技术上的观点出发或者从经验 上看， 采用这些对合金元素进行调节方法均是不可能的。 0024 本发明者等对使用含有16%的Cr和2%的Ni的钢作为基础并含有2%以上的Mn的 钢， 详细探讨了成分元素和钢材的金属组织对上述各特性带来的影响。其结果是， 发现了 ： 通过使 Cr、 Ni、 Mn 和后述的其它元素的含量在规定的范围， 一边

15、可以抑制价格波动剧烈的 Ni 量， 一边能兼顾焊接部的韧性和耐蚀性。此外， 还发现 ： 通过将钢材的相率控制在一定的 范围内， 即使省略以往必须的淬火、 回火的热处理， 也能确保母材的机械特性。基于以上发 现完成了本发明。 0025 本发明的要件如下所示。 0026 (1) 本发明的一个方式所涉及的焊接部的特性优异的马氏体不锈钢以质量 % 计含 有 C ： 0.003 0.03%、 Si ： 0.01 1.0%、 Mn ： 3.0 6.0%、 P ： 0.05% 以下、 S ： 0.003% 以下、 Ni ： 1.0 3.0%、 Cr ： 15.0 18.0%、 Mo ： 0 1.0%、 Cu

16、 ： 0 2.0%、 Ti ： 0 0.05%、 N ： 0.05% 以下、 Al ： 0.001 0.1%、 O ： 0.005% 以下， 残余部分包含 Fe 和不可避免的杂质。C 和 N 的合 计量为 0.060% 以下， 且式 1 所示的 max 为 80 以上， 式 2 所示的 pot 为 60 90。 0027 max=420C%+470N%+23Ni%+9Cu%+7Mn%-11.5Cr%-11.5Si%-52A l%+189 式 1 0028 pot=700C%+800N%+10(Mn%+Cu%)+20Ni%-9.3Si%-6.2Cr%-9.3Mo %-74.4Ti%-37.2Al

17、%+63.2 式 2 0029 这里， C%、 N%、 Ni%、 Cu%、 Mn%、 Cr%、 Si%、 Al%、 Mo%、 Ti% 表示各元素的含量 ( 质量 %)。 0030 (2) 根据上述 (1) 所述的本发明的一个方式所涉及的焊接部的特性优异的马氏体 不锈钢还可以含有 Nb， 代替上述式 2 而用式 3 计算的 pot 可以为 60 90。 说 明 书 CN 102803538 A 4 3/16 页 5 0031 pot=700C%+800N%+10(Mn%+Cu%)+20Ni%-9.3Si%-6.2Cr%-9.3Mo %-3.1Nb%-74.4Ti%-37.2Al%+63.2 式

18、3 0032 这里， C%、 N%、 Mn%、 Cu%、 Ni%、 Si%、 Cr%、 Mo%、 Nb%、 Ti%、 Al% 表示各元素的含量 ( 质 量 %)。 0033 (3) 根据上述 (1) 或 (2) 所述的本发明的一个方式所涉及的焊接部的特性优异的 马氏体不锈钢还可以含有 V 和 W 中的任一者或两者。 0034 (4) 根据上述 (1) (3) 中任一项所述的本发明的一个方式所涉及的焊接部的特 性优异的马氏体不锈钢还可以含有 Co。 0035 (5) 根据上述 (1) (4) 中任一项所述的本发明的一个方式所涉及的焊接部的特 性优异的马氏体不锈钢还可以含有选自 B、 Ca、 Mg

19、 和 REM 中的 1 种或 2 种以上。 0036 (6) 本发明的一个方式所涉及的马氏体不锈钢材具有上述 (1) (5) 中任一项所 述的组成， 并且具有包含530%的铁素体相、 020%的残余奥氏体相、 且残余部分包含马 氏体相的组织。 0037 (7) 根据上述 (6) 所述的本发明的一个方式所涉及的马氏体不锈钢材的屈服强度 可以为 400 800MPa。 0038 发明的效果 0039 具有本发明的一个方式的组成的马氏体钢发挥焊接部的韧性和耐蚀性优异这样 的效果。 另外， 根据本发明的一个方式， 可提供能用于例如建筑结构物或船舶结构物等大型 的焊接结构物且成本低廉的马氏体不锈钢材。

20、而且， 即使省略长时间的淬火、 回火热处理也 能得到所需的特性， 因而能提高量产性。因此， 本发明的一个方式在产业上大有益处。 具体实施方式 0040 以下， 首先对本实施方式的马氏体不锈钢的化学组成的限定理由进行说明。 另外， 以下各成分的含量的单位为质量 %。 0041 关于 C， 为了确保钢的强度， 含有 0.003% 以上。但是， 当含有超过 0.03% 的 C 时， 强度变高而超过必要量且焊接部的耐蚀性、 韧性会劣化。因此， 将 C 含量限制在 0.003 0.03%。C 含量优选为 0.005 0.025%。 0042 关于 Si， 为了进行脱氧， 添加 0.01% 以上。但是，

21、当添加超过 1.0% 的 Si 时， 韧性会 劣化。因此， 将 Si 含量的上限限定为 1.0%。Si 含量优选为 0.2 0.5%。 0043 关于 Mn， 为了改善焊接部的韧性， 添加 3.0% 以上。但是， Mn 量的增加会使耐蚀性 劣化。在本实施方式的钢中， Mn 含量与 max、 pot 及后述的本实施方式的钢材中的铁素 体相的比例存在密切的关系， 通过控制金属组织来抑制伴随着 Mn 含量的增加而引起的耐 蚀性劣化。但是， 当含有超过 6.0% 的 Mn 时， 无法确保所需的耐蚀性。因此， 将 Mn 含量的上 限限定为 6.0%。Mn 含量优选为 3.5 5.5%。 0044 关于

22、P， 由于会使热加工性和韧性劣化， 因此将 P 含量限定在 0.05% 以下。P 含量 优选为 0.03% 以下。另外， P 是钢中不可避免含有的元素， 其含量越少越好。但是， 极度减 少会导致成本的增加， 因此通常不可避免地含有 0.005% 左右以上的 P。 0045 关于S， 由于会使热加工性、 韧性和耐蚀性劣化， 因此将S含量限定在0.003%以下。 S 含量优选为 0.001% 以下。另外， S 也是钢中不可避免含有的元素， 其含量越少越好。但 说 明 书 CN 102803538 A 5 4/16 页 6 是， 极度减少会导致成本的增加， 因此通常不可避免地含有 0.0001% 左

23、右以上的 S。 0046 Ni 使奥氏体组织稳定、 改善对各种酸的耐蚀性以及韧性。因此， 含有 1.0% 以上的 Ni。另一方面， Ni 是昂贵的合金， 从成本的观点出发， 将 Ni 含量限制在 3.0% 以下。Ni 含量 优选为 1.5 2.5%。 0047 关于 Cr， 为了确保基本的耐蚀性， 含有 15.0% 以上。另一方面， 当含有超过 18.0% 的Cr时， 会损害韧性和焊接部的耐蚀性。 因此， 将Cr的含量设为15.0%以上且18.0%以下。 Cr 含量优选为 16 17%。 0048 Mo 是对辅助性地提高不锈钢的耐蚀性非常有效的元素， 是根据需要而含有的任意 成分 ( 选择性成

24、分 )。Mo 由于是非常昂贵的元素， 因此当为提高耐蚀性而进行添加时， 从成 本的观点出发， 将Mo含量的上限设为1.0%以下。 当添加Mo时， Mo含量优选为0.10.5%。 0049 Cu 是具有辅助性地提高不锈钢对酸的耐蚀性的同时改善韧性的作用的元素， 是根 据需要而含有的任意成分 ( 选择性成分 )。当含有超过 2.0% 的 Cu 时， 会超过固溶度而析 出 Cu， 发生脆化。因此， 当含有 Cu 时， 将 Cu 含量的上限设为 2.0%。Cu 具有使奥氏体相稳 定、 改善韧性的效果。当含有 Cu 时， Cu 含量优选为 0.2 1.5%。 0050 Ti 是以极微量形成氧化物、 氮化

25、物、 硫化物、 使钢凝固以及使高温加热组织的晶粒 微细化的元素， 是根据需要而添加的任意成分 ( 选择性成分 )。当含有超过 0.05% 的 Ti 时， 在生成铁素体相的同时， 还会生成 TiN 而损害钢的韧性。因此， 当含有 Ti 时， 将 Ti 含量的 上限设定为 0.05%。当含有 Ti 时， Ti 含量优选为 0.003 0.020%。 0051 关于 N， 为提高马氏体相的强度而含有 0.01% 以上。但是， 当含有超过 0.05% 的 N 时， 强度过高而会使韧性劣化。因此， 将 N 含量限制在 0.05% 以下。N 含量优选为 0.01 0.04%。 0052 Al 是用于钢的脱

26、氧的重要元素， 与 Si 共同含有以减少钢中的氧。氧量的减少是 确保韧性所必需的， 因此需要含有 0.001% 以上的 Al。另一方面， Al 是使铁素体相增加的元 素， 当过剩添加 Al 时， 会损害韧性。当 Al 超过 0.1% 时， 韧性降低显著。因此， 将 Al 含量的 上限设定为 0.1%。Al 含量优选为 0.01 0.05%。 0053 O 是构成作为非金属夹杂物的代表的氧化物、 钢中不可避免地含有的元素。因此， O含量越少越好， 但极度减少会导致成本的增加。 因此， 通常不可避免地含有0.001%左右以 上的 O。另一方面， 当含有过量的 O 时， 韧性会受到损害。而且， 当生

27、成粗大的簇状氧化物 时， 会成为表面瑕疵的原因。因此， 将 O 含量的上限设为 0.005%。 0054 C 和 N 的含量之和 (C+N) 与钢的强度存在关联性。当 C 和 N 的含量之和 (C+N) 超 过0.060%时， 强度过高， 会损害韧性。 因此， 将C和N的含量之和(C+N)的上限设为0.060%。 C 和 N 的含量之和 (C+N) 优选为 0.015 0.050%。 0055 下述式 1 所示的 max 是预测在 900 1000的温度区域生成的奥氏体相的比 例的最大值的计算式。通过使该 max 的值变大， 可提高钢的韧性。在本实施方式的情况 下， 当该 max 的值低于 8

28、0% 时， 铁素体相过多， 因铁素体带组织的残余而无法确保所需的 韧性。因此， 将 max 设定为 80% 以上。max 优选为 85% 以上。 0056 max=420C%+470N%+23Ni%+9Cu%+7Mn%-11.5Cr%-11.5Si%-52A l%+189 式 1 0057 这里， C%、 N%、 Ni%、 Cu%、 Mn%、 Cr%、 Si%、 Al% 表示各元素的含量 ( 质量 %)。 说 明 书 CN 102803538 A 6 5/16 页 7 0058 下述式 2 所示的 pot 是表示铸造状态下的马氏体相的比例的计算式， 也对应于 热加工时的奥氏体相的比例。在本实施

29、方式中， 设定 pot 的范围以确保热加工性。当 pot 变高时， 软质的铁素体相过少， 热加工时应力集中于铁素体相， 会促进开裂。pot 的 上限虽然取决于影响热加工性的 Mn 量或 S 量等， 但在本实施方式中， 当 pot 超过 90% 时， 会产生钢材的制造成品率大幅降低的问题。因此， 将 pot 的上限设定为 90%。另一方面， 当 pot 低于 60% 时， 在焊接部生成的马氏体相中 C、 N 浓化而变为硬质， 形成不均匀的组 织。而且， C、 N、 Mn 等合金元素浓化而成的马氏体相的耐蚀性会降低， 因此将 pot 的下限 设定为 60%。pot 优选为 65 85%。 0059

30、 pot=700C%+800N%+10(Mn%+Cu%)+20Ni%-9.3Si%-6.2Cr%-9.3Mo %-74.4Ti%-37.2Al%+63.2 式 2 0060 这里， C%、 N%、 Ni%、 Cu%、 Mn%、 Cr%、 Si%、 Al%、 Mo%、 Ti% 表示各元素的含量 ( 质量 %)。 0061 接着， 对本实施方式中的任意成分 ( 选择性成分 ) 的限定理由进行说明。以下说 明的元素是根据需要而添加的任意成分 ( 选择性成分 )。 0062 Nb 是对热轧组织的晶粒的微细化有效的元素。此外， Nb 还具有提高耐蚀性的作 用。Nb 所形成的氮化物、 碳化物在热加工和热处

31、理的过程中生成， 抑制晶粒的生长， 具有强 化钢和钢材的作用。因此， 可以含有 0.01% 以上的 Nb。另一方面， 当添加过量的 Nb 时， 在热 轧前的加热时会作为未固溶析出物而析出， 损害韧性。 因此， 将Nb含量的上限设定为0.2%。 当含有 Nb 时， Nb 含量优选为 0.03 0.10%。 0063 下述式 3 所示的 pot 是表示含有 Nb 时的铸造状态下的马氏体相的比例的计算 式， 也对应于热加工时的奥氏体相的比例。当含有 Nb 时， 将代替上述式 2 而用加入了 Nb 项 的式 3 计算得到的 pot 设为 60 90%。当含有 Nb 时， pot 也优选为 65 85%

32、。 0064 pot=700C%+800N%+10(Mn%+Cu%)+20Ni%-9.3Si%-6.2Cr%-9.3Mo %-3.1Nb%-74.4Ti%-37.2Al%+63.2 式 3 0065 这里， C%、 N%、 Mn%、 Cu%、 Ni%、 Si%、 Cr%、 Mo%、 Nb%、 Ti%、 Al% 表示各元素的含量 ( 质 量 %)。 0066 V、 W 是为辅助性地提高二相不锈钢的耐蚀性而添加的元素。 0067 关于 V， 出于提高耐蚀性的目的， 可以含有 0.05% 以上。但是， 当含有超过 0.5% 的 V 时， 会生成粗大的 V 系碳氮化物， 韧性劣化。因此， 将 V 含量

33、的上限限定为 0.5%。当含有 V 时， V 含量优选为 0.1 0.3%。 0068 W 是与 Mo 同样地辅助性地提高不锈钢的耐蚀性的元素， 与 V 相比固溶度大。在本 实施方式中， 出于提高耐蚀性的目的， 可以在 1.0% 以下的范围内含有 W。当含有 W 时， W 的 含量优选为 0.05 0.5%。 0069 即， 可以含有上述所规定的含量的 V、 W 中的任一者或两者。 0070 Co 是对提高钢的韧性和耐蚀性有效的元素， 可选择性地进行添加。Co 的含量优选 为0.03%以上。 当含有超过1.0%的Co时， 由于Co是昂贵的元素， 因而不会发挥与成本相称 的效果。因此， 将 Co

34、 含量的上限设定为 1.0%。当含有 Co 时， Co 含量优选为 0.03 0.5%。 0071 此外， 为了实现热加工性的提高， 还可根据需要含有 B、 Ca、 Mg、 REM。 0072 这里， REM 是稀土类金属， 是选自 Sc、 Y、 La、 Ce、 Pr、 Nd、 Pm、 Sm、 Eu、 Gd、 Tb、 Dy、 Ho、 Er、 Tm、 Yb 及 Lu 中的 1 种以上。 说 明 书 CN 102803538 A 7 6/16 页 8 0073 B、 Ca、 Mg、 REM 均为改善钢的热加工性的元素， 出于此目的可以添加 1 种或 2 种以 上。当添加过量的 B、 Ca、 Mg

35、或 REM 时， 热加工性和韧性会降低， 因此将其含量的上限设定 如下。B 和 Ca 各自的含量的上限为 0.0050%。Mg 的含量的上限为 0.0030%。REM 的含量的 上限为 0.10%。B 和 Ca 各自的含量优选为 0.0005 0.0030%。Mg 的含量优选为 0.0001 0.0015%。REM 的含量优选为 0.005 0.05%。另外， REM 的含量为 La、 Ce 等镧系稀土类元 素的含量的总和。 0074 接着， 对本实施方式的马氏体不锈钢材的限定理由进行说明。 0075 本实施方式的马氏体不锈钢材具有上述本实施方式的马氏体不锈钢的组成， 且具 有满足以下要件的金

36、属组织。通过调节钢材的相率， 即可确保母材的机械特性、 强度。 0076 铁素体相为软质， 通过含有一定量的铁素体相， 不仅可以抑制过度的强度上升， 还 可以通过二相混合组织将晶粒控制得很微细。由此， 实现本实施方式的马氏体不锈钢材的 韧性的改善。因此， 铁素体相需要最低限为 5%。另一方面， 铁素体相自身由于缺乏韧性， 因 此当含有过量的铁素体相时， 会使本实施方式的马氏体不锈钢材的韧性降低。为了防止这 点， 将铁素体相的比例设为 30%。铁素体相的比例优选为 5 20%。 0077 该铁素体相率通过化学组成、 max 及 pot、 以及钢材的制造条件来实现。根据 化学组成， 通过从通常的不

37、锈钢材的制造条件的范围中选定制造条件， 即可实现上述范围 的铁素体相。例如轧制条件， 热轧的加热温度只要从 1150 1250中选定即可。热轧的终 轧温度只要从 950 700中选定即可。另外， 当根据需要而进行热处理时， 淬火热处理温 度只要从 850 950中选定即可。回火热处理温度只要从 550 750中选定即可。另 外， 淬火热处理温度的均热时间优选为 5 分钟至 30 分钟左右。另外， 回火热处理温度的均 热时间优选为 10 分钟至 1 小时左右。 0078 另外， 残余奥氏体相通过高温下存在的奥氏体相未发生相变而残余来生成。该残 余奥氏体相为软质， 提高钢材的韧性。另一方面， 当残

38、余奥氏体相过剩残余时， 会使钢材的 屈服强度降低， 损害本实施方式的马氏体不锈钢材的强度特性。 因此， 将残余奥氏体相的比 例的上限设定为 20%。 0079 为了控制残余奥氏体相的量， 需要控制下述式 4 所示的 Ms 值 ( )。关于化学成 分， 使式 4 达到 200以上。当式 4 的值低于 200 时， 残余奥氏体相率会超过本实施方式中 规定的上限值的 20%。另外， 由于残余奥氏体相率可以为 0%， 因此无需设定式 4 所示的 Ms 值 ( ) 的上限。在本实施方式的组成范围内， 可在允许的范围内将 Ms 值设定得较高。另 外， 残余奥氏体相的比例可通过 X 射线测定来求得。残余奥氏

39、体相的量优选为 3 15%。 0080 Ms=1305-41.7(Cr%+Mo%+Cu%)-61Ni%-33Mn%-27.8Si%-1667(C%+N%) 式 4 0081 这里， Cr%、 Mo%、 Cu%、 Ni%、 Mn%、 Si%、 C%、 N% 表示各元素的含量 ( 质量 %)。 0082 另外， 铁素体相和残余奥氏体相以外的残余部分为马氏体相， 3 相的比例的总和为 100%。 0083 本实施方式的马氏体不锈钢材的屈服强度优选为 400 800MPa。 0084 本实施方式涉及以马氏体相组织为主体的马氏体不锈钢及钢材， 具有高强度和优 异的韧性。因此， 当屈服强度低于 400MP

40、a 时， 在作为本实施方式的目的的高强度的结构部 件中的应用价值不足。另一方面， 当具有超过 800MPa 的屈服强度时， 即使适当地控制金属 说 明 书 CN 102803538 A 8 7/16 页 9 组织， 也无法确保所需的焊接部韧性。 因此， 本实施方式的马氏体不锈钢材的屈服强度优选 为 400 800MPa。 0085 实施例 0086 以下对实施例进行说明。 0087 表 1 表 4 所示为测试钢的化学组成和接头特性的评价结果。这些钢通过以下 的方法来制造。在实验室通过真空熔炼来制造 50kg 的钢锭， 将该钢锭进行锻造， 得到厚 60mm 宽 110mm 长 150mm 的轧制

41、试验片。然后， 将轧制试验片进行热轧， 使厚度为 12mm。 0088 表 1 表 3 的化学组成是通过从该热轧钢板采集试验片并进行分析后得到的结 果。 0089 另外， 表 1 表 3 所述的成分以外 ( 残余部分 ) 是 Fe 和不可避免的杂质元素。另 外， 在表 1 表 3 所示的成分中， 未记载含量的成分的含量为杂质水平。另外， 表中的 REM 是指镧系稀土类元素， REM 的含量表示各元素的合计。而且， 钢编号 A U 是本发明例， V AG 是比较例。 0090 用于评价接头特性的焊接如下来实施。 0091 将钢板的宽度中央部沿轧制长度方向切断， 以形成 V 型坡口的方式对端面进行

42、切 削加工。接着， 使用 SUS329J3L 用的埋弧焊接用焊接棒和焊剂， 在 3.5kJ/mm 的热输入条件 下通过双道焊接来制作接头。在该焊接部， 在从焊接金属和热影响部的边界向热影响部侧 偏离 1mm 的位置， 采集形成了 2mm 的 V 型坡口的夏比试验片。在 -20下各实施两次的试 验。将得到的冲击值的平均值作为冲击值 1 示于表 4 中。 0092 耐蚀性的评价如下来实施。 0093 制作包含焊接金属和热影响部的点蚀电位测定试样。 接着， 将银氯化银电极(SSE) 作为参比电极， 在 30的 3.5%NaCl 中按照 JISG0577 求出点蚀电位 Vc 100。将其结果示于 表

43、4 中。 0094 当冲击值 1 为 35J/cm2( 27J) 以上时， 判断为良好。另外， 当点蚀电位 Vc 100 为 SUS430 钢的母材的平均点蚀电位水平即 0.10V 以上时， 判断为耐蚀性良好。 0095 其结果是， 可知具有本实施方式的组成的钢的冲击值 1 和耐蚀性均优异。与此相 对， 具有本实施方式的范围外的组成的比较例的冲击值 1 和耐蚀性均较差， 本实施方式的 钢的优势明显。 0096 另外， 表5表8所示为本实施例的钢材的制造条件、 热加工性、 金属组织、 钢材的 母材特性。 0097 对厚 60mm 宽 110mm 长 150mm 的轧制试验片在规定的热轧加热温度下

44、进行加 热， 然后通过多次的压下， 轧制成厚度为12mm。 将最终压下时的温度作为终轧温度记载于表 5、 表 6 中。测定在通过该热轧而获得的钢板的边缘部产生的边缘断裂的大小， 当最大的边 缘断裂为 5mm 以下时评价为良 (good)， 当最大的边缘断裂超过 5mm 时评价为差 (bad)， 并示 于表 5、 表 6 的项目 “热加工性” 中。 0098 对得到的钢板、 或进行了淬火热处理和回火热处理中的任一者或两者的热处理后 得到的钢板， 通过以下的方法对金属组织进行了调查。对板厚剖面进行蚀刻， 使金属组织 (显微组织)露出。 通过光学显微镜观察金属组织， 通过图像解析来求出铁素体相的面积

45、比 率。另外， 制作以板厚的 1/4 部分为测定面的 3mm23mm23mm 尺寸的试样， 通过 X 射线衍 说 明 书 CN 102803538 A 9 8/16 页 10 射法进行残余奥氏体相率的定量。将这些结果示于表 7、 表 8 的项目 “金属组织” 中。 0099 接着， 通过以下方法来实施抗拉试验和冲击试验。 0100 采集与轧制方向呈直角、 平行部是直径为10mm的圆形、 长度为60mm的圆棒抗拉试 验片。使用该试验片进行抗拉试验， 测定 0.2% 屈服强度。 0101 制作形成有 2mm 的 V 坡口的 JIS4 号全尺寸夏比试验片。使用该试验片在 -60下 各进行两次的试验，

46、 测定冲击值。将得到的冲击值的平均值作为冲击值 2 示出。 0102 当屈服强度为 400MPa 以上时， 屈服强度比奥氏体不锈钢还高， 判断为良好。当冲 击值为 35J/cm2( 27J) 以上时， 判断为良好。其结果是， 可知在相当于本实施方式的实施 例中， 热加工性、 母材强度、 韧性均良好。另外， 由实施例 34 实施例 37 的结果可知， 在不 进行淬火、 回火热处理的情况下也能确保母材的强度和韧性。另一方面， 在比较例中， 不是 热加工性不足， 就是母材屈服强度、 冲击值 2 均未显示出所需的值。由比较例 39、 比较例 40 的结果可知， 即使是满足本实施方式的化学组成的要件的钢

47、， 当制造条件不合适、 金属组织 不满足本实施方式的要件时， 也不会显示出所需的特性。 0103 由以上的实施例、 比较例表明， 根据本实施方式， 可得到焊接部的特性优异的马氏 体不锈钢， 而且通过满足金属组织所涉及的要件， 还可得到母材和焊接部的特性优异的马 氏体不锈钢材。 说 明 书 CN 102803538 A 10 9/16 页 11 0104 说 明 书 CN 102803538 A 11 10/16 页 12 0105 说 明 书 CN 102803538 A 12 11/16 页 13 0106 0107 表 4 说 明 书 CN 102803538 A 13 12/16 页 14 0108 0109 表 5 说 明 书 CN 102803538 A 14 13/16 页 15 0110 0111 表 6 说 明 书 CN 102803538 A 15 14/16 页 16 0112 0113 表 7 说 明 书 CN 102803538 A 16 15/16 页 17 0114 0115 表 8 说 明 书 CN 102803538 A 17 16/16 页 18 0116 0117 产业上的可利用性 0118 根据本发明的一个方式， 可提供焊接部的特性良好且 Ni 含量少而经济的马氏体 不锈钢材。因此， 可提供能适用于大型结构物的廉价的高强度钢材。另外， 由于