二相不鏽鋼以及二相不鏽鋼製鑄造品的製作方法

2023-05-04 06:27:01

專利名稱：：二相不鏽鋼以及二相不鏽鋼製鑄造品的製作方法
技術領域：
：本發明涉及具有鐵素體相和奧氏體相的二相不鏽鋼、以及使用該二相不鏽鋼製造的鑄造品。
背景技術：
：作為不鏽鋼，具有鐵素體相和奧氏體相的二相不鏽鋼被用作各種部件的材料。公知二相不鏽鋼由於奧氏體相而具有優良的耐蝕性。作為該二相不鏽鋼，在下述專利文獻1中提出了C為0.02質量％以下、Si為2.0質量X以下、Mn為2.0質量X以下、P為0.04質量。％以下、S為0.04質量％以下、Ni為37質量％、Cr為1727質量％、Mo為0.56.0質量％、Cu為15質量％、W為3質量X以下、N為0.050.3質量％、B為0.00050.0015質量％、其餘由Fe構成的大型不鏽鋼製品用材料。這裡，當在海水用大型螺旋槳等壁厚鑄造品中使用二相不鏽鋼時，由於冷卻速度慢而產生的o相或碳氮化物會對耐蝕性或韌性造成不良影響，因此通過調整各成分元素的含有量來防止該不良影響。另外，在下述專利文獻2中提出了C為0.06質量％以下、Si為1.53.5質量％以下、Mn為0.13.0質量％以下、Ni為28質量％、Cr為1828質量％、Mo為0.10.9質量％、N為0.030.2質量％、其餘由Fe構成的二相不鏽鋼，該二相不鏽鋼對海水具有耐蝕性並具有高強度。專利文獻1:日本專利文獻特許第3270498號公報；專利文獻2:日本專利文獻特開平9-302446號公報。
發明內容發明所要解決的問題但是，以往的二相不鏽鋼通過在Cr之外含有多種成分元素而形成有鐵素體相和奧氏體相，如果所有的多種成分元素不在規定範圍之內，則無法使鐵素體相和奧氏體相位於期望的範圍之內，從而必須的成分元素很多。在這樣的成分元素中，Mo是用於提高耐蝕性、特別是提高還原性環境中的耐蝕性的必須成分，在不鏽鋼中與Cr同樣是不可缺少的元素。但是，Mo被指責為一旦添加量增加就會對韌性等強度產生不良影響，並且其價格昂貴。因此，在上述專利文獻2等中，雖然試圖降低Mo的含量，但是仍需要添加少量的Mo。另外，以往如用於小型船舶的推進裝置的螺旋槳等那樣，使用不鏽鋼來鑄造具有壁厚薄的薄壁部的鑄造品。當鑄造該壁厚薄的鑄造品時，由於在鑄入時薄壁部容易被鑄造模具冷卻，因此熔液的流動性容易降低。因此，當從鑄入溫度至不鏽鋼的熔點的溫度差較小時，無法向薄壁部充分地注入熔液，從而容易產生缺損部。但是，如果通過提高鑄入溫度來擴大鑄入溫度與不鏽鋼的熔點之間的溫度差以防止缺損部的產生，則導入到鑄造模具中的熔液的溫度會相應地升高，結果會導致熱負荷增大，並且還容易產生氣體等，對製造模具造成的不良影響增大，所以並非優選。因此，本發明的目的在於提供一種二相不鏽鋼，該二相不鏽鋼不添加Mo，將成分元素的種類抑制得較少，並且可以均衡地確保足以實用的強度和耐蝕性。另外，本發明的另一目的在於提供一種二相不鏽鋼，該二相不鏽鋼可以在不提高鑄入溫度的情況下確保較寬的可以流動的溫度幅度，從而容易形成薄壁部。用於解決問題的手段為了達到上述目的，本發明第一方案的二相不鏽鋼的特徵在於，主要成分由Fe構成，含有C、Si、Mn、Ni、Cr、Cu、N、以及不可避免的雜質，具有鐵素體相和奧氏體相，並且鐵素體相面積率為20%以上、60%以下。本發明第二方案的二相不鏽鋼的特徵在於，C的含量為0.08質量％以下，Si的含量為0.5質量％以上、1.5質量％以下，Mn的含量為1.0質量%以下，Ni的含量為4.0質量％以上、8.0質量。Z以下，Cr的含量為23質量％以上、27質量％以下，Cu的含量為2.0質量％以上、6.0質量％以下，N的含量為0.05質量％以上、0.3質量％以下，其餘由Fe和不可避免的雜質構成，具有鐵素體相和奧氏體相，並且鐵素體相面積率為20%以上、60%以下。本發明第三方案的二相不鏽鋼具有第一或第二方案所述的構成，其特徵在於，用於鑄造具有3mm以下的薄壁部的鑄造品，具有145(TC以下的熔點。本發明第四方案的二相不鏽鋼製鑄造品的特徵在於，由第一至第三方案中任一方案所述的二相不鏽鋼形成。本發明第五方案的二相不鏽鋼製鑄造品的特徵在於，為由第三方案所述的二相不鏽鋼形成的小型船舶的推進器用的螺旋槳。發明的效果根據第一或第二方案的二相不鏽鋼，主成分為Fe並含有C、Si、Mn、Ni、Cr、Cu、N、以及不可避免的雜質，通過調整各種成分元素的含量，使其具有鐵素體相和奧氏體相，並且鐵素體相面積率為20%以上、60%以下，因此可以在不添加Mo的情況下均衡地確保強度和耐蝕性。因此，可以提供一種將成分元素的種類抑制得較少、作為與水或海水接觸的螺旋槳等各種部件的材料而足以實用的、廉價的二相不鏽鋼。另外，根據第三方案的二相不鏽鋼，由於將具有1450。C以下的熔點的第一方案的二相不鏽鋼用於鑄造具有3mm以下的薄壁部的鑄造品，因此可以在不提高鑄造時的鑄入溫度的情況下容易地確保較寬的可以流動的溫度幅度。因此，可以不增加施加給鑄造模具的熱負荷，提高熔液在鑄造模具中的流動性，即使成形壁厚為3mm以下的薄壁部，在薄壁部中也不易形成缺損部。根據第四方案的二相不鏽鋼製鑄造品，由於由第一或第二方案的二相不鏽鋼形成，因此可以使用不添加Mo的材料來提供與水或海水接觸的、具有足以實用的耐蝕性和強度的鑄造品。根據第五方案的二相不鏽鋼製鑄造品，由於為小型船舶的推進器用的螺旋槳，因此雖然在較寬的範圍內具有薄壁的翼部，但是由於由第二方案的二相不鏽鋼形成，因此在鑄造時流動性良好，在翼部中不易形成缺損部，從而易於製造。另外，當使用時，在於常溫水或海水中受到與產生的推進力相對應的應力來使用的環境下，可以確保足夠的耐蝕性和強度。因此，可以提供一種容易製造、並且具有足以實用的耐蝕性和強度的螺旋槳。圖1是本發明的實施方式的螺旋槳的簡要平面圖；圖2是使用成分元素的Cr當量和Ni當量來表示簡要的相結構的狀態圖。具體實施方式下面，對本發明的實施方式進行說明。圖1示出了作為本實施方式的鑄造品的小型船舶的推進器用的螺旋、該螺旋槳10由特定的二相不鏽鋼形成，其包括中心部11，為旋轉的中心；以及翼部12，與該中心部11一體設置，為進行旋轉的薄壁部。翼部12在較寬的面積內形成為薄壁狀，最薄壁部的厚度為3mm以下，優選為2mm以下。使用用於成形中心部11的中空部和用於成形翼部12的中空部一體連通的鑄造模具來鑄造該螺旋槳10。鑄造時注入鑄造模具的熔液的成分元素經過了調整，以便可以在形成螺旋槳10的狀態下形成特定的二相不鏽鋼。例如在1550165(TC的鑄入溫度下將熔液注入鑄造模具，通過放熱來製造螺旋槳。作為構成該螺旋槳10的材料的二相不鏽鋼含有C、Si、Mn、Ni、Cr、Cu、N，其餘由Fe和不可避免的雜質構成，未添加昂貴的Mo。在本發明中，通過調整各成分元素的含有量，可以在不添加MO的情況下形成具有鐵素體相和奧氏體相的二相不鏽鋼，並且可以降低鋼的熔點。調整各成分元素的含量的理由如下。C是確保二相不鏽鋼的強度的成分，是高效的奧氏體穩定化元素。當含量過多時，會使碳化鉻析出而導致腐蝕性下降，或者使二相不鏽鋼容易變脆。如果增加C的含量，則雖然容易降低熔點，但是對強度的影響大，因此這裡優選抑制得較少，使C為0.08質量X以下。Si是二相不鏽鋼的脫氧劑，是稍強的鐵素體穩定化元素。當含量過多時，容易變脆。如果增加Si的含量，則熔點可能會降低。這裡，由於不添加作為鐵素體穩定化元素的Mo，因此優選增加具有穩定鐵素體相和降低熔點兩方面作用的Si的含量，使Si為0.5質量X以上、1.5質量％以下。Mn是二相不鏽鋼的脫氧劑，與Ni類似，有助於增加N的固溶量等，是稍弱的奧氏體穩定化元素。如果增加Mn的含量，則雖然可以降低熔點，但是當含量增多時，容易產生製造上的問題，耐孔蝕性等耐蝕性容易降低。因此，使Mn的含量為1.0質量％以下的範圍。Ni是提高機械性質、成形性等並有助於維持耐蝕性的成分，是奧氏體穩定化元素。雖然Ni對熔點的影響會根據含量的範圍而不同，但是其影響較小。這裡，由於不添加作為鐵素體穩定化元素的Mo，因此優選將對熔點的影響小的奧氏體穩定化元素Ni的含量抑制得較小，使其為4.0質量%以上、8.0質量％以下的範圍。Cr是提高二相不鏽鋼的耐蝕性的主要成分，是鐵素體穩定化元素。Cr的含量越大，由於鈍化膜的穩定性的增強等，耐蝕性越強。雖然Cr對熔點的影響會根據含量的範圍而不同，但是其影響非常小。由於不添加作為鐵素體穩定化元素並有助於提高耐蝕性的Mo，因此優選多添加有助於鐵素體相的穩定化和提高耐蝕性的Cr，但是如果過量會有損於機械性質、成形性等。因此，使Cr為23質量X以上、27質量％以下的範圍。Cu是有助於提高二相不鏽鋼的耐蝕性的成分。如果增加Cu的含量，則熔點可能會降低。由於不添加有助於提高耐蝕性的Mo，因此在本發明中優選多添加Cu，但是如果過量會容易變脆。因此，使Cu為2.0質量％以上、6.0質量％以下的範圍。N是可以通過微小的含量而提高二相不鏽鋼的強度的成分，是較強的奧氏體穩定化元素。N的含量對熔點的影響較小。由於當過量添加時會使氮化物析出，因此使N為0.05質量X以上、0.3質量％以下的範圍。並且，除了上述成分元素之外，在該二相不鏽鋼中，其餘成分由Fe和不可避免的雜質構成。作為不可避免的雜質而含有P、S等，另外，有時也會與使用材料一起而例如含有0.3質量X以下的Mo。在本發明中，雖然也可以進一步除去作為不可避免的雜質而含有的Mo，但由於含量小，因此也可以不除去而直接使用。在本發明的二相不鏽鋼中，通過在上述範圍內調整以上成分元素的含量，首先調整鐵素體相和奧氏體相的比例，使鐵素體相面積率為20%以上、60%以下。由此，可以均衡地確保鋼的耐蝕性和強度。這裡，作為耐蝕性，特別提高了耐孔蝕性。雖然該鐵素體面積率根據冷卻速度等各種條件而改變，但是可以分類為鐵素體穩定化元素和奧氏體穩定化元素，例如使用以下的式(1)、(2)等計算出Cr當量、Ni當量，並作為指標加以利用。數1Cr當量一XCr+XMo+1.5XXSi+0.5XXNb…(1)Ni當量二XNi+30XXC+0.5XXMn+30XXN…(2)(在各式中，％成分元素為通過質量百分比表示的該成分元素的含有率。在式(1)中，XNb的項是在含有時被加入的項。)使用該Cr當量和Ni當量時的簡要的相結構如圖2的狀態圖所示。在本發明中，將Cr當量和Ni當量調整為S區域，以使鐵素體相面積率為20%以上、60。％以下。上述調整的原因在於當該鐵素體面積率過小時，強度容易不足，而當過大時，耐蝕性容易不足。另外，在本實施方式的二相不鏽鋼中，通過如上所述調整鐵素體相和奧氏體相的比率並調整上述成分元素的含量，將熔點調整為145(TC以下，特別優選調整為143(TC以下。優選該熔點越低越好，其原因在於當過高時，如果鑄造時不提高熔液的溫度，熔液的流動性容易變得不足，從而容8易導致薄壁部分的成形變得困難。根據該二相不鏽鋼，分別以特定的含量含有C、Si、Mn、Ni、Cr、Cu、N,其餘由Fe和不可避免的雜質構成，具有鐵素體相和奧氏體相，並且鐵素體相面積率為20%以上、60%以下，因此可以在不添加Mo的情況下均衡地確保強度和耐蝕性。因此，可以提供一種將成分元素的種類抑制得較少、能夠製造廉價並足以實用的與水或海水接觸的螺旋槳10的二相不鏽鋼。另外，由於該二相不鏽鋼具有145(TC以下的熔點，因此可以在不提高鑄造時的鑄入溫度的情況下容易地確保較寬的可以流動的溫度幅度。因此，可以不增加施加給鑄造模具的熱負荷，提高熔液在鑄造模具中的流動性，從而使得即使螺旋槳10的翼部12具有3mm以下壁厚的部分，在翼部12中也不易形成缺損部。並且，根據由上述二相不鏽鋼形成的螺旋槳10，當製造時，成分元素的種類少，可以以低成本進行製造，並且材料的流動性優良，難以在翼部12形成缺損部，因此容易製造。另外，當使用時，在於常溫水或海水中受到與產生的推進力相對應的應力來使用的環境下，可以確保足夠的耐蝕性和強度。實施例下面，對本發明的實施例進行說明。形成含有表1所示的成分、其餘由Fe和不可避免的雜質構成的不鏽鋼，通過測量或模擬求出作為其熔點的液相線溫度、以及鐵素體相相)和奧氏體相(Y相)的面積率。結果如表l所示。200710145367.2說明書第8/9頁表1tableseeoriginaldocumentpage10注l)各元素的單位為質量％。注2)比較例1和實施例6為測量值。強度試驗使用通過上述比較例1和實施例6得到的試驗片進行了拉伸試驗和衝擊試驗。使用形成為相同形狀的試驗片，在遵照JISZ2371金屬材料拉伸試驗方法的相同條件下進行了拉伸試驗。另外，使用形成為相同形狀的試驗片，在遵照JISZ2371金屬材料衝擊試驗方法的相同條件下進行了衝擊試驗。結果如表2所示。表2tableseeoriginaldocumentpage10根據表2的結果可知，與含有Mo的比較例1的二相不鏽鋼相比，可以確認實施例6的二相不鏽鋼的拉伸試驗和衝擊試驗的結果與其相同或更加優良。鑄造試驗通過上述比較例1和實施例6的成分比的材料，使用鑄造模具製造了圖1所示的小型船舶用螺旋槳。該螺旋槳10的翼部12的最薄壁部的厚度為1.6mm。結果，在實施例6中可以進行良好的鑄造，與此相對，在比較例1中，由於熔點高，因此當使用與實施例1相同溫度的熔液時，溫度範圍窄，在翼部12中容易產生鑄造缺損。因此，與比較例1的材料相比，可以確認實施例6的材料容易鑄造薄壁產品。耐蝕性試驗接著，對在鑄造試驗中由比較例1和實施例6的材料製造的螺旋槳10進行了耐蝕性試驗。在耐蝕性試驗中，在遵照JISZ2371鹽水噴霧試驗方法的相同條件下，噴射35°C、5重量％的食鹽水並放置4日，通過目視來確認是否生鏽。結果，實施例6的螺旋槳10和比較例1的螺旋槳10的表面均未生鏽。從而，可以確認實施例6的材料具有與比較例1的材料相同的耐蝕性。權利要求1.一種二相不鏽鋼，其特徵在於，主要成分由Fe構成，含有C、Si、Mn、Ni、Cr、Cu、N、以及不可避免的雜質，具有鐵素體相和奧氏體相，並且鐵素體相面積率為20％以上、60％以下。2.—種二相不鏽鋼，其特徵在於，C的含量為0.08質量％以下，Si的含量為0.5質量％以上、1.5質量％以下，Mn的含量為1.0質量％以下，Ni的含量為4.0質量％以上、8.0質量％以下，Cr的含量為23質量％以上、27質量％以下，Cu的含量為2.0質量％以上、6.0質量％以下，N的含量為0.05質量％以上、0.3質量％以下，其餘由Fe和不可避免的雜質構成，具有鐵素體相和奧氏體相，並且鐵素體相面積率為20%以上、60%以下。3.如權利要求1或2所述的二相不鏽鋼，其特徵在於，用於鑄造具有3mm以下的薄壁部的鑄造品，具有145(TC以下的熔點。4，一種二相不鏽鋼製鑄造品，其特徵在於，由權利要求1至3中任一項所述的二相不鏽鋼形成。5.—種二相不鏽鋼製鑄造品，其特徵在於，為由權利要求3所述的二相不鏽鋼形成的小型船舶的推進器用的螺旋槳。全文摘要本發明提供一種二相不鏽鋼，該二相不鏽鋼不添加Mo，價格低廉，並且可以均衡地確保足以實用的強度和耐蝕性。其中，C的含量為0.08％以下，Si的含量為0.5～1.5％，Mn的含量為1.0％以下，Ni的含量為4.0～8.0％，Cr的含量為23～27％，Cu的含量為2.0～6.0％，N的含量為0.05～0.3％，其餘成分由Fe和不可避免的雜質構成，具有鐵素體相和奧氏體相，鐵素體相面積率為20％～60％。文檔編號B63H1/14GK101230435SQ20071014536公開日2008年7月30日申請日期2007年9月11日優先權日2007年1月23日發明者鈴木孝信申請人:山葉發動機株式會社