二相不銹鋼及使用二相不銹鋼的薄板材和膜片的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的目的在于，提供可達成高強度化、耐腐蝕性優(yōu)異、可得到平滑的表面狀態(tài)的二相不銹鋼與由其形成的薄板材和膜片。本發(fā)明的特征在于，具有Cr：24~26質(zhì)量%、Mo：2.5~3.5質(zhì)量%、Ni：5.5~7.5質(zhì)量%、C≤0.03質(zhì)量%、N：0.08~0.3質(zhì)量%、余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)的組成，根據(jù)需要含有Mn：2.0質(zhì)量%以下，金屬組織中存在的由來源于不可避免的雜質(zhì)Al的Al氧化物或Mn氧化物形成的夾雜物粒子的粒徑為3μm以下。
【專利說明】二相不銹鋼及使用二相不銹鋼的薄板材和膜片

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及二相不銹鋼及使用二相不銹鋼的薄板材和膜片。

【背景技術(shù)】
[0002] 在常使用流體的工業(yè)工藝中，基于在重要管理點測定的壓力進行各種工序的控 制。在這些重要管理點將由工藝流體得到的力學(xué)量轉(zhuǎn)換為壓力值，用于工序管理。測定壓 力的傳感器元件上負載的載荷不一定是恒定的，傳感器元件的原料需要優(yōu)異的機械特性。
[0003] 例如，工藝流體在流動中處于某種恒定載荷的負載狀態(tài)，但在流動開始、結(jié)束時產(chǎn) 生急劇的載荷變化。另外，根據(jù)工序，工藝流體的溫度范圍也寬，認為傳感器元件還受到由 急劇的溫度變化導(dǎo)致的熱沖擊的影響。另外，傳感器元件曝露在化學(xué)上也苛刻的環(huán)境。例 如，工藝流體大多具有腐敗性、凝固性、腐蝕性，需要在這些環(huán)境下也化學(xué)穩(wěn)定的傳感器元 件。因此，為了傳感器元件的工作長期穩(wěn)定，認為傳感器元件的原料的強度、耐腐蝕性為設(shè) 計時的重要項目。
[0004] 上述工藝流體的壓力可通過測定傳感器元件的彈性變形量而檢測。壓力檢測精度 可通過在去除載荷后將變形量復(fù)原、恢復(fù)至零點而維持。在傳感器元件中為了測定彈性變 形量而用粘接劑粘貼應(yīng)變儀。但是，由于接合狀態(tài)因粘接劑的經(jīng)時劣化而變化，所以產(chǎn)生測 定誤差。因此，為了長期得到穩(wěn)定的精度，實施將傳感器元件本身應(yīng)變儀化的方法。
[0005] 在該方法中，通過在傳感器元件的表面形成蒸鍍膜，構(gòu)筑應(yīng)變儀。由于傳感器元件 的檢測精度受形成在應(yīng)變儀上的蒸鍍膜的品質(zhì)左右，所以傳感器元件表面必須為極其平滑 的鏡面狀態(tài)。
[0006] 以往，作為具備以一面接觸測定流體的方式配置的金屬制測定膜片的壓力傳感器 的一例，提供了在膜片的另一面具備絕緣薄膜、薄膜應(yīng)變儀和電極極板薄膜與導(dǎo)線的壓力 傳感器（參照專利文獻1)。
[0007] 另外，提供了以下壓力傳感器：在筒狀剛體部的一部分具備作為應(yīng)變產(chǎn)生部的膜 片，在該膜片的一面?zhèn)染哂薪?jīng)由絕緣膜設(shè)置的薄膜電阻和形成電極極板部的電極薄膜，電 極極板部具有外部連接用粘合區(qū)和檢查用探針區(qū)（參照專利文獻2)。
[0008] 為了對金屬膜片附加應(yīng)變檢測功能，通常采用2種模式的結(jié)構(gòu)。第1種結(jié)構(gòu)為在 金屬膜片的潤濕面（wetted surface)的相反面粘接而設(shè)置應(yīng)變儀的結(jié)構(gòu)，第2種結(jié)構(gòu)為將 金屬膜片本身用作應(yīng)變元件的結(jié)構(gòu)。在任一結(jié)構(gòu)中，為了使應(yīng)變檢測精度良好，均需要使金 屬膜片的表面平滑。因此，膜片的表面經(jīng)過各種研磨工序而精加工為鏡面等平滑面。
[0009] 因此，在研究壓力傳感器的膜片原料時，重要在于，考慮使用環(huán)境而選擇可發(fā)揮耐 腐蝕性和耐壓性的材料，考慮組裝壓力傳感器時的制備上的便利而選擇有利的材料。
[0010] 現(xiàn)有技術(shù)文獻 專利文獻 專利文獻1 :日本特開2008-190866號公報 專利文獻2 :日本特開2005-249520號公報。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 發(fā)明所要解決的課題 在上述壓力傳感器用膜片中，為了得到高的應(yīng)變檢測精度，需要實施鏡面加工等平滑 加工而加工為在表面不產(chǎn)生凹凸的狀態(tài)。
[0012] 但是，通常流通的金屬原料有難以穩(wěn)定地得到傳感器元件所要求的鏡面狀態(tài)的問 題。其原因在于，若研磨組織中含有夾雜物的金屬原料，則產(chǎn)生夾雜物的凸出、脫落，得不到 平滑的鏡面狀態(tài)。
[0013] 例如，由于金屬原料所含有的夾雜物來源于在金屬原料的制備過程中不可避免地 混入的雜質(zhì)，所以夾雜物的密度、分布情況根據(jù)接受原料而不同。因此，無法穩(wěn)定地實施鏡 面加工。另外，夾雜物分布于金屬材料內(nèi)部，實際上無法在幾何學(xué)上選擇不含夾雜物的面。
[0014] 因此，由于通常流通的金屬原料必然內(nèi)含夾雜物，所以有僅通過改善研磨條件無 法得到要求的鏡面狀態(tài)的問題。
[0015] 例如，由于夾雜物內(nèi)含于膜片，所以傳感器元件的受壓部的韌性降低。即使可以避 免夾雜物而構(gòu)筑應(yīng)變儀元件，夾雜物也存在于膜片受壓部的內(nèi)部。傳感器元件的受壓部薄 薄地制備以敏感地響應(yīng)壓力變化，厚度為數(shù)十UnT數(shù)百左右。另一方面，夾雜物的大 小為數(shù)U IiT十數(shù)ii m，大的夾雜物有時達到數(shù)十ii m。
[0016] 夾雜物為金屬間化合物、氧化物或硫化物，其大部分與母相的機械特征不同。因 此，在母相與夾雜物的界面無法保證機械上的連續(xù)性，有以夾雜物與母相的界面為起點而 破壞之虞。因此，在壁厚度薄的膜片的受壓部，夾雜物可成為致命的缺陷。
[0017] 由于內(nèi)含夾雜物的金屬材料形成電化學(xué)上不均勻的組織，所以腐蝕速度加快。夾 雜物大多具有比母相高的電位，由母相與夾雜物構(gòu)筑微電池。即，即使將高耐腐蝕性的材 料用于傳感器元件的膜片，在膜片內(nèi)含夾雜物的情況下，認為也變得易腐蝕。在該情況下， 若母相的腐蝕進展，夾雜物脫落，則微電池消除，所以腐蝕暫時停止。但是，由于夾雜物分布 于金屬材料中，所以若新夾雜物出現(xiàn)于表面，則在金屬材料表面上再次構(gòu)筑微電池，腐蝕進 展。因此，認為由于內(nèi)含夾雜物，導(dǎo)致無法令人滿意地發(fā)揮金屬原料所期待的耐腐蝕性。
[0018] 以往，根據(jù)用途提供各種金屬材料作為傳感器元件用材料。在通用傳感器元件中 實際使用奧氏體不銹鋼或析出硬化型不銹鋼。此外，在需要不銹鋼以上的耐腐蝕性的特殊 環(huán)境中，使用Co基、Ni基、Ti基的非鐵金屬材料。
[0019] 應(yīng)用多品種的合金材料的理由在于：彈性變形能力和耐腐蝕性為取決于合金體系 的材料特性，對應(yīng)于規(guī)格的材料選擇依然為重要的設(shè)計研究事項。但是，夾雜物為原料制備 工序中不可避免地混入的雜質(zhì)，在材料學(xué)上未必為對特性有效的物質(zhì)。相反可期待通過除 去夾雜物而發(fā)揮原料本來的特性。而且，在傳感器元件的工序中，與合金種無關(guān)，元件表面 的鏡面狀態(tài)左右傳感器的品質(zhì)。因此，通過由以往的原料制成不含夾雜物的新原料，可認為 容易得到良好的鏡面狀態(tài)。因此，若準備除去了夾雜物的合金，則可認為能夠?qū)?yīng)于廣泛的 規(guī)格而有效地供給高品質(zhì)的傳感器元件。
[0020] 本發(fā)明鑒于這樣的以往的實際情況而成，其目的在于，提供適用于如傳感器元件 的膜片等薄型化、用作受壓部、通過鏡面加工等平滑化從而利用的情況下的二相不銹鋼及 使用二相不銹鋼的薄板材和膜片。
[0021] 解決課題的手段 為了解決上述課題，本發(fā)明的二相不銹鋼的特征在于，具有Cr :24~26質(zhì)量％、Mo : 2. 5?3. 5質(zhì)量％、Ni :5. 5?7. 5質(zhì)量％、C彡0? 03質(zhì)量％、N :0? 08?0? 3質(zhì)量％、余量為Fe和不 可避免的雜質(zhì)的組成，根據(jù)需要含有Mn :2. 0質(zhì)量％以下，金屬組織中存在的由來源于不可 避免的雜質(zhì)Al和Mn的Al氧化物或Mn氧化物形成的夾雜物粒子的粒徑為3 ii m以下。
[0022] 在本發(fā)明中，其特征在于，所述夾雜物粒子為每Imm2 100個以下。
[0023] 在本發(fā)明中，其特征在于，0? 2%彈性極限應(yīng)力（proof stress)為600MPa以上。
[0024] 本發(fā)明所涉及的薄板材由之前的任一項所記載的二相不銹鋼形成。
[0025] 本發(fā)明所涉及的膜片由之前的任一項所記載的二相不銹鋼形成。
[0026] 發(fā)明的效果 根據(jù)本發(fā)明，可提供以下二相不銹鋼：含有規(guī)定量的Cr、Mo、Ni、C和N，在強度與耐腐蝕 性優(yōu)異的同時，可得到僅具有最大粒徑為3pm以下的夾雜物粒子的平滑的表面，所述夾雜 物為來源于不可避免的雜質(zhì)的Al氧化物和Mn氧化物的夾雜物。另外，由此可實現(xiàn)高精度 的鏡面加工，也可提高鏡面加工的效率。
[0027] 另外，由于使夾雜物粒子為每Imm2 100個以下，所以可提供不產(chǎn)生由夾雜物粒子 導(dǎo)致的強度降低、耐腐蝕性優(yōu)異的二相不銹鋼。
[0028] 此外，由于0? 2%彈性極限應(yīng)力為600MPa以上，所以可得到優(yōu)異的強度。
[0029] 若為由本發(fā)明所涉及的二相不銹鋼所得的薄板材，則即使為薄的板厚度，也難產(chǎn) 生由夾雜物引起的強度降低，可提供在耐腐蝕性優(yōu)異的同時，即使進行鏡面加工也不在表 面產(chǎn)生凹凸的表面狀態(tài)良好的薄板材。
[0030] 若為由本發(fā)明所涉及的二相不銹鋼所得的膜片，則即使為薄板狀，也難產(chǎn)生由夾 雜物引起的強度降低，可提供在耐腐蝕性優(yōu)異的同時，即使進行鏡面加工也不在表面產(chǎn)生 凹凸的表面狀態(tài)良好的膜片。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0031] [圖1]示出作為薄板材的一例的膜片的第1實施方案的示意截面圖，所述薄板材 由本發(fā)明所涉及的二相不銹鋼形成。
[0032] [圖2]示出加壓傳感器的一個實施方案的示意截面圖，所述加壓傳感器具備作 為本發(fā)明所涉及的薄板材的一例的膜片。
[0033] [圖3]示出膜片閥的一個實施方案的示意截面圖，所述膜片閥具備作為本發(fā)明 所涉及的薄板材的一例的膜片。
[0034] [圖4]示出加壓傳感器的另一個實施方案的圖，所述加壓傳感器具備作為本發(fā) 明所涉及的薄板材的一例的膜片，圖4(A)為橫截面圖，圖4(B)為平面圖。
[0035] [圖5]圖5(a)為示出作為樣品的圓棒的觀察區(qū)域的圖，圖5(b)為示出在長度方 向拉伸的夾雜物的顯微鏡照片，圖5(c)為示出相同夾雜物相對于鋁的元素測繪（element mapping)結(jié)果的圖，圖5(d)為示出相同夾雜物相對于氧的元素測繪的圖。
[0036] [圖6]示出經(jīng)鏡面加工的二相不銹鋼的圖，圖6(a)為示出由以往的二相不銹鋼 形成的鏡面的照片，圖6(b)為示出由本發(fā)明所涉及的二相不銹鋼形成的鏡面的照片。
[0037] [圖7]示出本發(fā)明所涉及的二相不銹鋼樣品的拉伸斷裂面的圖，圖7(a)為示出 以往的二相不銹鋼的斷裂面的圖，圖7(b)為示出本發(fā)明所涉及的二相不銹鋼的斷裂面的 圖。
[0038] [圖8]示出二相不銹鋼樣品的背散射電子圖像的圖，圖8(a)為示出以往的二相 不銹鋼樣品的一例的背散射電子圖像的照片，圖8(b)為示出以往的二相不銹鋼樣品的另 一例的背散射電子圖像的照片，圖8(c)為示出本發(fā)明所涉及的二相不銹鋼樣品的一例的 背散射電子圖像的照片，圖8(d)為示出本發(fā)明所涉及的二相不銹鋼樣品的另一例的背散 射電子圖像的照片。
[0039] [圖9]匯總示出本發(fā)明所涉及的二相不銹鋼樣品與以往的二相不銹鋼樣品的背 散射電子圖像與元素測繪結(jié)果的說明圖。
[0040] [圖10]示出本發(fā)明所涉及的二相不銹鋼樣品和以往的二相不銹鋼樣品的應(yīng)力 與應(yīng)變的關(guān)系的圖。
[0041] [圖11]示出本發(fā)明所涉及的二相不銹鋼樣品和以往的二相不銹鋼樣品的孔蝕 電位測定結(jié)果的圖，圖11(a)為示出在30°C、3. 5%NaCl水溶液中測定的結(jié)果的圖，圖11(b) 為示出在40°C、3. 5%NaCl水溶液中測定的結(jié)果的圖。
[0042] [圖12]為示出將二相不銹鋼樣品與Co-Ni合金樣品型鍛加工的情況下的對應(yīng)于 面積減少率的加工硬化狀態(tài)的一例的圖。
[0043] [圖13]為示出在對二相不銹鋼以83%的加工率進行型鍛加工而得的樣品與未進 行型鍛加工的樣品中350°C保持時間與硬度的變化率的關(guān)系的圖。
[0044] [圖14]為不出以最優(yōu)化條件處理的_相不鎊鋼樣品的應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系的圖。
[0045] [圖15]示出Ti合金、不銹鋼與二相不銹鋼的各自樣品的拉伸試驗結(jié)果的圖。
[0046] [圖16]示出Ti合金樣品通過拉伸試驗產(chǎn)生的斷裂面的掃描型電子顯微鏡照片 的圖，圖16(a)為倍數(shù)為1000倍的照片，圖16(b)為倍數(shù)為2000倍的照片。
[0047] [圖17]示出Ti合金樣品（ELI材料）通過拉伸試驗產(chǎn)生的斷裂面的掃描型電子 顯微鏡照片的圖，圖17(a)為倍數(shù)為1000倍的組織照片，圖17(b)為倍數(shù)為5000倍的組織 照片。
[0048] [圖18]示出不銹鋼樣品通過拉伸試驗產(chǎn)生的斷裂面的掃描型電子顯微鏡照片 的圖，圖18(a)為SUS316L樣品的倍數(shù)為1000倍的組織照片，圖18(b)為除去了夾雜物的 SUS316L*樣品的倍數(shù)為1000倍的組織照片。
[0049] [圖19]示出二相不銹鋼樣品的過拉伸試驗產(chǎn)生的斷裂面的掃描型電子顯微鏡 照片的圖，圖19(a)為SUS329J4L樣品的倍數(shù)為1000倍的組織照片，圖19(b)為除去了夾 雜物的SUS329J4L**樣品的倍數(shù)為1000倍的組織照片。
[0050] 符號說明 1…膜片，2…穹頂部，3…邊界部，4…凸緣部，5…帽構(gòu)件，6…膜片，6A…受壓部，6B…筒 部，60--凸緣部，6D…壓力室，10…壓力傳感器，11…流路，12…管道，12a…開口部，13…絕 緣層，15…電橋電路，17…電源，20…膜片閥，21…第1流路，22…第2流路，23…本體，24… 桿，25…蓋體，26…膜片，26a…壓力室，30…壓力傳感器，31…絕緣層，32…壓敏電阻膜，33、 34…配線層，35、37…端子連接層，36...膜片，36A...受壓部。

【具體實施方式】
[0051] 以下對由本發(fā)明所涉及的二相不銹鋼形成的膜片的一個實施方案和具備該膜片 的加壓傳感器的一個實施方案進行說明。
[0052] 本實施方案的膜片1可采用以下結(jié)構(gòu)作為1個方案，所述結(jié)構(gòu)具備具有中央部向 上部側(cè)膨出的曲率半徑的部分球殼形狀（穹頂形狀）的穹頂部2,和在該穹頂部2的周緣經(jīng) 由邊界部3連續(xù)形成的凸緣部4。將該方案的膜片1容納于省略圖示的外殼等中，安裝于管 道等，受到流過管道內(nèi)部的流體的壓力而變形，用于流體壓力的測定等。在圖2中示出將這 樣的膜片應(yīng)用于壓力傳感器的實例。
[0053] 另外，將上述膜片容納于省略圖示的外殼等中，用于開閉外殼內(nèi)部的流路的膜片 閥等。在圖3中示出將膜片應(yīng)用于膜片閥的實例。另外，通過在膜片上經(jīng)由絕緣層而形成 應(yīng)變儀，可用作壓力傳感器。在圖4中示出將膜片應(yīng)用于具備應(yīng)變儀的壓力傳感器的實例。
[0054] 膜片的應(yīng)用例并不限定于它們而可考慮各種方案，但其中均具有以下特征：這些 膜片由之后詳細敘述的二相不銹鋼形成，可達成高強度化，耐腐蝕性優(yōu)異，可得到平滑的表 面狀態(tài)（鏡面）。
[0055] 作為構(gòu)成膜片1的二相不銹鋼，可采用具有Cr :24~26質(zhì)量％、Mo :2. 5~3. 5質(zhì)量％、 Ni :5. 5?7. 5質(zhì)量％、C < 0. 03質(zhì)量％、N :0. 08?0. 3質(zhì)量％、余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)的 組成的二相不銹鋼。另外，除上述組成比以外，在二相不銹鋼中，作為其它的添加元素，也可 添加 Mn :2. 0質(zhì)量％以下，此外，可含有Si彡1.0質(zhì)量％。
[0056] 需說明的是，對于在本實施方案中說明的成分含量的范圍，只要無特殊注釋，則包 含上限和下限。因此，Cr :24?26質(zhì)量％指含有24質(zhì)量％以上且26質(zhì)量％以下的Cr。
[0057] 形成膜片1的二相不銹鋼呈現(xiàn)奧氏體相與鐵素體相的比例為接近的范圍的二相 組織，具有上述組成比。但是，對于奧氏體相與鐵素體相的比例無需為相同比例，只要為二 相共存的組織即可。以下對各成分的限定理由進行說明。
[0058] Cr (鉻）：為了形成防止大氣腐蝕的保護所需要的穩(wěn)定的鈍化皮膜，需要Cr,作為 二相不銹鋼需要20質(zhì)量％以上Cr,在本實施方案的膜片1中為了達成目的而需要24~26質(zhì) 量％左右。
[0059] Mo (鑰）：Mo輔助Cr對不銹鋼賦予耐孔蝕性。通過相對于含有上述范圍的Cr的 不銹鋼含有2. 5~3. 5質(zhì)量％左右的Mo,可比僅含有Cr的情況提高對孔蝕、縫隙腐蝕的耐受 性。
[0060] N (氮）：N提高二相不銹鋼的耐孔蝕性與耐縫隙腐蝕性。另外，N有助于二相不 銹鋼的強度提高，為有效的固溶體強化元素。由于N也有助于韌性的提高，所以優(yōu)選含有 0. 08、. 3 質(zhì)量 ％。
[0061] Ni (鎳）：Ni由于促進不銹鋼的結(jié)晶構(gòu)造從體心立方（鐵素體）向面心立方（奧氏 體）變化，有助于奧氏體相的穩(wěn)定化，確保加工性，因此也需要。因此，Ni優(yōu)選含有5. 5~7. 5 質(zhì)量％。
[0062] C (碳）：為了抑制導(dǎo)致脆性的碳化物的生成，所以優(yōu)選碳為低的含量。因此，使C 含量為〇. 03質(zhì)量％以下。另外，若C以與Cr鍵合的狀態(tài)存在于組織內(nèi)，則導(dǎo)致從晶界進行 腐蝕，所以優(yōu)選C量低。
[0063] 在上述二相不銹鋼中，作為其它的添加元素，可含有Si彡1.0質(zhì)量％、Mn彡2.0質(zhì) 量％。另外，可含有其它的不可避免的雜質(zhì)0.5質(zhì)量％左右。作為不可避免的雜質(zhì)，可示例 出 P、S、A1 等。
[0064] 本實施方案中使用的二相不銹鋼使來源于作為不可避免的雜質(zhì)而含有的Al的Al 氧化物以及Mn氧化物或AlMn復(fù)合氧化物的粒子的最大粒徑均為3 ii m以下。另外，使上述 氧化物粒子的數(shù)量為每Imm2 100個以下。
[0065] 減少作為二相不銹鋼中的不可避免的雜質(zhì)的Al的方法通過在熔融液中使氧化物 粒子凝集的工序與在凝固后除去氧化物粒子的凝集部位的工序來實施。熔融液中的氧化物 粒子，由于氧化物粒子為非磁性，與母相相比為高熔點，所以無法用高頻熔融爐熔融，由于 比重比母相輕而不沉淀，所以在最表層部凝集。進而氧化物粒子的除去可通過機械地切除 凝集部位來實現(xiàn)。
[0066] 在上述組成體系的二相不銹鋼中，Al作為不可避免的雜質(zhì)而微量含有。認為其原 因在于，在制備二相不銹鋼的情況下，有為了熔融制備而使用的坩堝或輸送熔融鋼的通路 構(gòu)成構(gòu)件的耐火磚等中含有Al的情況，另外，Al有時也可用作熔融鋼制備時的脫氧劑，所 以在二相不銹鋼的制備工序中Al不可避免地混入。
[0067] 二相不銹鋼在以薄板狀使用的情況或用作線的情況下，均實施型鍛加工、乳制加 工等塑性加工。在通過這些加工使二相不銹鋼塑性變形的情況下，硬質(zhì)且脆的Al氧化物通 過塑性加工而破壞，隨著母相的拉伸而沿加工方向排列。由此，形成在加工方向伸長的缺 陷。
[0068] 因此，若將二相不銹鋼作為薄板鏡面加工，則在表面使得由來源于Al氧化物的夾 雜物形成的凹凸明顯。另外，由于Mn與Al的鍵合力高，所以有時會形成AlMn復(fù)合氧化物， 使得由來源于該AlMn復(fù)合氧化物的夾雜物形成的凹凸出現(xiàn)。另外，雖然也根據(jù)加工的狀態(tài) 而不同，但若軟質(zhì)性的夾雜物隨著母相的變形而在加工方向伸長，則認為在鏡面加工時也 可能導(dǎo)致在薄板材的表面生成凹凸。
[0069] 在本發(fā)明中為了使由該夾雜物形成的凹凸變少，優(yōu)選使Al氧化物等夾雜物為一 定大小以下。本實施方案中使用的二相不銹鋼中，使Al氧化物與Mn氧化物或AlMn復(fù)合氧 化物的粒子的最大粒徑均為3 ii m以下。
[0070] 需說明的是，若對二相不銹鋼所含有的Mn進行說明，則是，在二相不銹鋼中添加 有Mn的鋼種由于為了穩(wěn)定奧氏體而添加 Mn,所以可推測在上述范圍內(nèi)添加的Mn處于固溶 狀態(tài)。與之相對的是，在本實施方案中形成復(fù)合氧化物粒子的Mn可認為以在熔融液處理時 用于脫氧、脫硫而添加的Mn為主體。這些Mn可認為在添加后在最初期的階段與氧反應(yīng)，不 固溶于母相而以粒子狀地存在于材料內(nèi)，它們成為上述復(fù)合氧化物粒子的來源。
[0071] 對于上述組成比的二相不銹鋼，可由上述組成的合金熔融液熔制，由鑄片使用鍛 造或熱軋、冷軋、型鍛加工等常用方法加工為目標形狀、圓盤狀或穹頂形狀而得到膜片。
[0072] 為了達成本實施方案的目的，可使用通過冷加工（例如冷型鍛加工）而實施面積 減少率為50%以上或面積減少率為80%以上的加工，然后進行退火的材料。
[0073] 需說明的是，對于上述組成的二相不銹鋼，也可在30(T50(TC實施時效熱處理。 通過實施該時效處理，使二相不銹鋼時效硬化，可得到示出以0.2%彈性極限應(yīng)力計為 1300MPa~1700MPa的高彈性極限應(yīng)力的耐腐蝕性優(yōu)異的二相不銹鋼。需說明的是，若在通過 上述加工而加工為膜片形狀后進行時效熱處理，則可得到示出以〇. 2%彈性極限應(yīng)力計為 1300MPa~1700MPa的高彈性極限應(yīng)力的耐腐蝕性優(yōu)異的膜片。
[0074] 迄今為止二相不銹鋼的時效硬化尚未獲知，為本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象。另外，若在超 過500°C的溫度（例如650°C)下對上述組成比的二相不銹鋼進行熱處理而進行時效，則盡 管彈性極限應(yīng)力、拉伸強度提高，但得不到斷裂伸長，在拉伸試驗中在彈性變形剛結(jié)束后即 呈現(xiàn)脆性破壞。此外，在熱處理溫度低至200°C左右的情況下，時效硬化的比例低，根據(jù)面積 減少率的條件而比室溫下的硬度更低。
[0075] 因此，熱處理溫度優(yōu)選30(T50(TC的范圍，更優(yōu)選35(T500°C的范圍。通過上述時 效熱處理有效地作用，形成1500MPa以上的二相不銹鋼。
[0076] 圖2示出將由上述二相不銹鋼形成的膜片應(yīng)用于壓力傳感器的一個實施方案的 結(jié)構(gòu)。
[0077] 圖2所示的壓力傳感器10具備帽構(gòu)件5與在帽構(gòu)件5的內(nèi)部一體化的膜片6,所 述帽構(gòu)件5具備導(dǎo)入壓力測定的對象流體的導(dǎo)入通路。該膜片6包括薄壁的受壓部6A、以 包圍其外周邊緣的方式延伸設(shè)置的筒部6B與在該筒部6B的外周形成的凸緣部6C，將筒部 6B的內(nèi)部空間作為壓力室6D。
[0078] 帽構(gòu)件5為具有開口部5a的杯狀，在開口部5a的外周側(cè)具有凸緣部5b，開口部 5a的內(nèi)周與膜片6的凸緣部6C接合。帽構(gòu)件5例如由金屬或金屬與樹脂的復(fù)合材料等構(gòu) 成。在帽構(gòu)件5的內(nèi)部形成基準壓力室8使帽構(gòu)件5與膜片6隔開。在帽構(gòu)件5上形成導(dǎo) 入基準氣體的導(dǎo)入口（省略圖示），從該導(dǎo)入口導(dǎo)入基準氣體，控制基準壓力室8的內(nèi)壓。
[0079] 如圖2所示，將壓力傳感器10安裝于開口部12a的周圍，所述開口部12a在形成 測定對象物的流路11的管道12的周壁上形成，若將管道12內(nèi)的流體導(dǎo)入至膜片6的壓力 室6D，則使得受壓部6A受到流體的壓力而可變形。
[0080] 在膜片6的受壓部6A中，將基準壓力室8側(cè)加工為平滑面（例如鏡面），形成硅氧 化膜等絕緣膜13與電橋電路15。電橋電路15由省略圖示的4個應(yīng)變儀構(gòu)成，各應(yīng)變儀上 連接連接器用配線16a、16b、16c、16d等配線16。
[0081] 若將基準氣體導(dǎo)入至基準壓力室8,且對壓力室6D施加管道12的流體壓力，則膜 片6的受壓部6A變形，4個應(yīng)變儀的電阻因該變形而變化，所以可通過電橋電路15測定電 阻變化，通過演算該測定結(jié)果從而可檢測壓力室6D的壓力。但是，由于受壓部6A為薄壁， 直接受到流體的壓力，所以構(gòu)成膜片6的受壓部6A的金屬材料需要強度高、耐腐蝕性優(yōu)異。
[0082] 另外，在管道12為食品藥品領(lǐng)域等的管道的情況下，為了維持管道12的衛(wèi)生管 理，有使用非氧化性的酸性清洗液的情況。為了防止這樣的管道的腐蝕，應(yīng)用陰極防腐蝕 法，對管道12附加特定的電位從而采取防腐蝕對策的情況下，將電源17連接至壓力傳感器 10與管道12。將該電源17的接地側(cè)（陰極側(cè)）連接至管道12,將陽極側(cè)連接至壓力傳感 器10的帽構(gòu)件5,在它們之間附加電位差。
[0083] 若這樣產(chǎn)生電位差，則可將管道12本身陰極防腐蝕，但膜片6根據(jù)條件而在陽極 側(cè)極化，因此形成優(yōu)先地將膜片6的薄壁的受壓部6A腐蝕的趨勢。在以上這樣的情況下膜 片6的受壓部6A也需要示出良好的耐腐蝕性。
[0084] 如以上說明的那樣需要高強度、要求在應(yīng)用陰極防腐蝕法的腐蝕環(huán)境下也優(yōu)異的 耐腐蝕性的膜片6的受壓部6A，構(gòu)成其的金屬材料優(yōu)選包括具有上述組成、實施了上述夾 雜物的除去處理的高強度且高耐腐蝕性的二相不銹鋼。另外，二相不銹鋼不同于析出強化 型合金，即使在將表面研磨成如鏡面等那樣平滑的情況下，也無部分地優(yōu)先研磨之虞，可均 勻地研磨，所以可通過研磨確實地得到鏡面等平滑面。易得到平滑面對以下情況有利：由二 相不銹鋼構(gòu)成膜片6的受壓部6A，在受壓部6A的經(jīng)研磨的一面構(gòu)成應(yīng)變儀等電路的情況； 因可正確地形成應(yīng)變儀而得到壓力檢測精度高的壓力傳感器的情況。
[0085] 另外，由于本實施方案中使用的二相不銹鋼使Al氧化物與Mn氧化物或AlMn復(fù)合 氧化物的粒子的最大粒徑均為3 y m以下，所以即使將膜片6的受壓部6A薄薄地加工為數(shù) 十UnT數(shù)百的范圍，并將表面研磨從而加工為鏡面等，在膜片6中產(chǎn)生孔洞之虞也少， 由于表面的凹凸也少，所以可得到作為膜片所需要的強度與表面狀態(tài)。此外，由于上述氧化 物粒子的數(shù)量也低至每Imm2 100個以下，所以即使將膜片6的受壓部6A如上所述地薄薄 地加工，并進行鏡面加工，在膜片6中產(chǎn)生孔洞之虞也少，由于表面的凹凸也少，所以可得 到作為膜片所需要的強度、表面狀態(tài)。
[0086] 由于上述最大粒徑小，粒子個數(shù)也少，所以即使將膜片6的受壓部6A薄薄地加工 為數(shù)十UnT數(shù)百的范圍，并將表面研磨從而加工為鏡面等，也可確保作為膜片所需要 的足夠的強度。
[0087] 另外，若為由已實施上述時效效果處理的二相不銹鋼形成、經(jīng)時效熱處理的膜片 6,則可成為使0. 2%彈性極限應(yīng)力為130(Tl700MPa的范圍的優(yōu)異強度，即使在受到來自管 道12內(nèi)的流體的高壓力的情況下，膜片6也不塑性變形，彈性變形的區(qū)域?qū)?，所以可在寬?壓力范圍內(nèi)維持高精度的壓力檢測性能。
[0088] 圖3為示出將本發(fā)明所涉及的膜片應(yīng)用于膜片閥的方案的圖，該方案的膜片閥20 具備在內(nèi)部形成有第1流路21與第2流路22的平板狀本體23、在本體23上設(shè)置的膜片 26和與上述本體23 -同夾持膜片26的蓋體25。在本體23的內(nèi)部，形成從本體23的一個 側(cè)面23a到達本體23的上面23b中央部的第1流路21與從本體23的另一個面23c到達 本體23的上面23b中央部附近的第2流路22。在本體23中一個側(cè)面23a上第1流路21 開口的部分設(shè)為流入口 27,在本體23中另一個側(cè)面23c上第2流路22開口的部分設(shè)為流 出口 28A。
[0089] 在本體23的上面中央側(cè)第1流路21連通的部分形成周肩部28,將閥座29安裝于 該周肩部28。膜片26由與之前說明的膜片1相同的二相不銹鋼形成，與上述膜片1相同地 形成包括穹頂部26A、邊界部26B與凸緣部26C的圓盤穹頂狀。
[0090] 該膜片26使穹頂部26A的膨出側(cè)為上，以與本體23的上面23b之間構(gòu)成壓力室 26a的方式夾持于本體23與蓋體25之間。
[0091] 另外，在蓋體25的上面中央部形成用以插通桿24的貫通孔25a，桿24以與膜片 26的上面中央部接觸的方式配置。
[0092] 以上構(gòu)成的膜片閥20可通過將桿24下降而將膜片26的穹頂部26A如圖3的雙 點劃線所示地向下變形從而擠壓至閥座29,由此阻斷第1流路21與第2流路22的連通，可 通過將桿24上升而將膜片26的穹頂部26A從閥座29拉開，由此將第1流路21與第2流 路22連通。
[0093] 膜片閥20可用作閥，對應(yīng)于桿24的上下移動而可切換第1流路21與第2流路22 的連通與阻斷。
[0094] 在以上構(gòu)成的膜片閥20中，由于也由上述二相不銹鋼構(gòu)成膜片26,所以具備強度 高、耐腐蝕性優(yōu)異的膜片26,由此有可提供優(yōu)異的膜片閥20的效果。
[0095] 圖4為示出將本發(fā)明所涉及的膜片應(yīng)用于壓力傳感器的方案的圖，該方案的壓力 傳感器30具備在筒部36B的一端側(cè)具有由上述二相不銹鋼形成的薄壁受壓部36A的膜片 36, 在受壓部36A的上面?zhèn)冉?jīng)由絕緣層31而由4個壓敏電阻膜32與連接至這些壓敏電阻 膜32的6條配線層構(gòu)成。在6條配線層中，將2條配線層33的一側(cè)端部連接至2個壓敏 電阻膜32,在這2條配線層33的另一側(cè)端部形成端子連接層35。另外，在剩余4條配線層 34的一側(cè)端部各自連接1個壓敏電阻膜32,在這些配線層34的另一端側(cè)形成端子連接層 37。 通過將測定器連接至這些端子連接層35、37從而可構(gòu)成具備4個壓敏電阻膜32的電 橋電路，利用該電橋電路從而可根據(jù)各壓敏電阻膜32的電阻變化算出對受壓部36A附加的 壓力。
[0096] 在以上說明的構(gòu)成的壓力傳感器30中，與上述實施方案的壓力傳感器10同樣，由 于也具備由上述夾雜物粒子小且夾雜物粒子數(shù)少的二相不銹鋼形成的膜片36,所以可制成 受壓部36A的強度高、可耐受高的壓力，而且即使對管道等采用陰極防腐蝕法耐腐蝕性也 優(yōu)異的膜片36,有可提供測定精度高且耐腐蝕性優(yōu)異的膜片閥20的效果。
[0097] 如以上說明那樣，在上述實施方案中對將上述二相不銹鋼形成的膜片應(yīng)用于圖1~ 圖4所示具體結(jié)構(gòu)的各膜片的實例進行了說明，但本發(fā)明并非僅應(yīng)用于圖1~圖4所示的各 構(gòu)成的膜片的技術(shù)，當然可普遍且廣泛地應(yīng)用于各式各樣的用途的膜片。
[0098]另外，在如上所述地使夾雜物粒子的最大粒徑變小、同時使夾雜物粒子的個數(shù)變 少的二相不銹鋼當然可普遍且廣泛地應(yīng)用于薄板材，也可應(yīng)用于細線等。
[0099] 另外，由于在圖1~圖4所示的實施方案中為了便于查看附圖對膜片各部的比例 尺、形狀適宜調(diào)整，進行描繪，所以本發(fā)明所涉及的膜片當然并不限定于圖示的形狀。
[0100] 以往，在極其有限的領(lǐng)域內(nèi)使用除去或極度減少夾雜物的原料。例如，在要求極其 清潔的工序環(huán)境的半導(dǎo)體制備工序中，將由金屬管道產(chǎn)生的污染物質(zhì)作為問題。因此，開發(fā) 了以不銹鋼為中心除去夾雜物的方法，作為管道設(shè)備用原料。另外，齒科用矯正線等醫(yī)療用 線需要使線直徑變細，但夾雜物存在的原料注定有線直徑越小而越易斷線的問題。因此，即 使在生物體用Ti合金中也使用ELI材料。由于這樣高清潔度化原料的用途有限，所以沒有 將這些合金作為傳感器元件用原料進行研究的進程，傳感器元件用原料的開發(fā)的動向多數(shù) 僅著眼于耐腐蝕性、強度的提高。因此，通過如本實施方案那樣將除去夾雜物粒子的二相不 銹鋼作為傳感器元件用原料，可解決上述課題，可提供高精度、高耐腐蝕性且耐久性優(yōu)異的 傳感器。 實施例
[0101] 作為二相不銹鋼材，將以 C :0? 021%、Si :0? 42%、Mn :0? 74%、P :0? 031%、S :0? 001%、 Ni :6. 65%、Cr :25. 47%、Mo :3. 08%、N :0. 14%、余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)表示的組成比的 二相不銹鋼用作樣品1合金。
[0102] 作為二相不銹鋼材，將以 C :0? 019%、Si :0? 55%、Mn :0? 68%、P :0? 035%、S :0? 002%、 Ni :6. 45%、Cr :24. 44%、Mo :3. 25%、N :0. 12%、余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)表示的組成比的 二相不銹鋼用作樣品2合金。
[0103] 將這些作為市售流通材料的樣品1合金與樣品2合金分別熔融，利用氧化物粒子 具有的特征--高熔點、非磁性和輕的比重，分別熔融，除去漂浮于熔融液表層部的異物， 由此制備作為減少夾雜物的材料的樣品3合金與樣品4合金。
[0104] 對于這些樣品1、2、3、4合金實施面積減少率為80%的加工，于1080°C進行退火，將 經(jīng)水冷的材料分別作為試驗片制備用原料。另外，為了調(diào)查夾雜物對原料的影響，實施夾雜 物的形態(tài)與種類的調(diào)查、基于拉伸試驗的機械特性的評價、電化學(xué)耐腐蝕性的評價。
[0105] 在夾雜物的調(diào)查中，用600號的砂紙進行研磨后，用膠態(tài)氧化硅進行研磨，精加工 為鏡面后，制成經(jīng)超聲清洗的試驗片。在夾雜物的形態(tài)調(diào)查中使用SEM (掃描型電子顯微 鏡），結(jié)合使用背散射電子圖像觀察與元素測繪，從而進行。由于背散射電子圖像有原子序 數(shù)依賴性，所以可得到組成的相對信息。
[0106] 因此，若二相不銹鋼中的夾雜物為氧化物等非金屬夾雜物，則比周圍的組成暗地 顯示；若為O相（FeCr化合物相）等金屬間化合物，則明亮地顯示。但是，由于在背散射電 子圖像中也有角度依賴性，對樣品的凹凸等也提供信息，所以有將表面的輕微的瑕疵或附 著物誤認為夾雜物的可能性。因此，除基于背散射電子圖像的夾雜物的探索以外，通過元素 測繪調(diào)查夾雜物的組成。
[0107] 在拉伸試驗中將完成冷加工的圓棒切削成桿狀試驗片，于1080 C保持后，提供試 驗片。拉伸試驗以（2. OE-3 S_〇的應(yīng)變速度實施。另外，用SEM觀察斷裂面。
[0108] 為了評價耐腐蝕性而測定孔蝕電位。孔蝕電位在用惰性氣體充分脫氣的30°C、 40°C的3. 5% NaCl水溶液中測定。此時，對電極采用Pt電極，參比電極采用飽和NaClAg/ AgCl 電極，電位掃描（potential-sweep)速度設(shè)為 20mv/min。
[0109] 圖5(a)示出樣品1合金的完成冷加工的圓棒（￠14)。該圓棒的長度方向為用箭 頭表示的方向，將在圖5(a)中用灰色表示的縱截面的一部分進行SEM觀察的結(jié)果示出于圖 5(b)中。映像為如黑色的凸起或孔的部分為夾雜物。
[0110] 將該樣品1合金的用鋁進行元素測繪的結(jié)果示出于圖5(c)中，將用氧進行測繪的 結(jié)果示出于圖5(d)中。根據(jù)該結(jié)果，可知圖5(b)所示的夾雜物為Al氧化物。
[0111] 接著，將經(jīng)鏡面加工的樣品1合金與樣品3合金的體視顯微鏡觀察照片示出于圖 6中。圖6(a)示出樣品1合金的照片，圖6(b)示出樣品3合金的照片，在樣品1合金中可 看到大量的白點，可知夾雜物多，可知在樣品3合金中夾雜物減少。
[0112] 在圖6(a)的視野中觀察到的無數(shù)白色的點為來源于夾雜物的缺陷，判斷為夾雜 物和其脫落痕跡或通過加工形成的空隙。缺陷的分布無規(guī)則性，同樣地在視野的所有區(qū)域 可觀察到。另一方面，如圖6(b)所示，在示出除去夾雜物的二相不銹鋼樣品的觀察照片的 圖6(b)中未觀察到缺陷。即，確認以圖6(a)表示的缺陷的形成來源于夾雜物。
[0113] 圖7為樣品1合金與樣品3合金的拉伸試驗后的斷裂面觀察照片。需說明的是， 對于通過該拉伸試驗得到的應(yīng)力應(yīng)變曲線，以圖10為基礎(chǔ)在后敘述。將得到圖10所示的 結(jié)果的各樣品的斷裂面示出于圖7中。
[0114] 在圖7(a)所示的樣品中與除去夾雜物的材料相同地以包圍斷裂面中心的方式觀 察剪切唇。由此判斷破壞起點為樣品中央。在圖7(a)所示的樣品中，在斷裂面中央觀察到 無數(shù)空隙。在觀察中在多個空隙的底部觀察到氧化鋁的粒子。
[0115] 另一方面，雖然在圖7(b)所示的樣品中觀察到空隙，但其數(shù)量與圖7(a)所示的樣 品相比極少。表明在延性材料中夾雜物使軟質(zhì)的基質(zhì)被拉伸而形成空隙。進而，由于截面 面積因空隙的形成而減少，形成應(yīng)力集中部位，所以認為發(fā)生典型的延性破壞。即，認為圖 7(a)所示的樣品由于形成來源于材料中的夾雜物的空隙而破壞。在圖7(b)所示的樣品中， 由于未形成空隙，所以認為可發(fā)揮原料具有的本來的機械特性。
[0116] 因此，為了更詳細地進行調(diào)查，將樣品1~4合金的背散射電子圖像與進行元素測 繪（0、A1、Mn)的結(jié)果匯總示出于圖8與圖9中。
[0117] 圖8示出二相不銹鋼的背散射電子圖像。背散射電子圖像有原子序數(shù)依賴性，可 得到組成的相對信息。即，原子序數(shù)越小的元素，觀察到越黑。圖8的照片中的箭頭表示圓 棒的長度方向。確認樣品1合金和樣品2合金中的夾雜物與圓棒的長度方向平行地散布。 另外，在樣品3合金和樣品4合金中與長度方向平行地散布的夾雜物的觀察例減少，與樣品 1、2合金相比明顯變小。
[0118] 圖9為匯總排列夾雜物的元素分析調(diào)查結(jié)果的圖。夾雜物在背散射電子圖像中作 為黑色的點被觀察到。與作為二相不銹鋼母相的主要組成的Fe、Cr、Ni、Mo相比，可知夾雜 物由輕元素構(gòu)成。根據(jù)元素測繪的結(jié)果，判斷夾雜物為Al或Mn的氧化物。
[0119] 以下的表1匯總原料中的夾雜物評價結(jié)果。樣品1合金的夾雜物減少化處理材料 為樣品3合金（A'），同樣樣品2合金⑶的處理材料為樣品4合金（B'）。樣品3、4合金 中的夾雜物與樣品1、2合金相比較小，每單位面積的個數(shù)少。另外，就夾雜物的構(gòu)成元素而 言，樣品1合金與樣品3合金以及樣品2合金與樣品4合金一致，在夾雜物減少處理前后根 據(jù)夾雜物的種類表明維持了原料的對應(yīng)關(guān)系。
[0120] 因此，認為在本實施例中進行的夾雜物減少處理技術(shù)具有以下特征：并非選擇性 地除去夾雜物，而是使夾雜物大小為3 m以下、優(yōu)選2. 5 m以下、更優(yōu)選2. 3 m以下的技 術(shù)。
[0121] [表 1]

【權(quán)利要求】
1. 一種二相不銹鋼，其特征在于，具有Cr :24?26質(zhì)量％、Mo :2. 5?3. 5質(zhì)量％、Ni : 5. 5~7. 5質(zhì)量％、C < 0. 03質(zhì)量％、N :0. 08~0. 3質(zhì)量％、余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)的組成， 根據(jù)需要含有Mn :2. 0質(zhì)量％以下，金屬組織中存在的包括來源于不可避免的雜質(zhì)A1的A1 氧化物或Mn氧化物的夾雜物粒子的粒徑為3 ii m以下。
2. 權(quán)利要求1的二相不銹鋼，其特征在于，所述夾雜物粒子為每1mm2 100個以下。
3. 權(quán)利要求1的二相不銹鋼，其特征在于，0. 2%彈性極限應(yīng)力為600MPa以上。
4. 權(quán)利要求2的二相不銹鋼，其特征在于，0. 2%彈性極限應(yīng)力為600MPa以上。
5. -種薄板材，所述薄板材由權(quán)利要求1~4中任一項的二相不銹鋼形成。
6. -種膜片，所述膜片由權(quán)利要求1~4中任一項的二相不銹鋼形成。
【文檔編號】H01L29/84GK104451414SQ201410473875
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月19日
【發(fā)明者】大友拓磨 申請人:精工電子有限公司