雙相不銹鋼及其制造方法和隔膜以及壓力傳感器和隔膜閥的制作方法

雙相不銹鋼及其制造方法和隔膜以及壓力傳感器和隔膜閥的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種雙相不銹鋼及其制造方法和隔膜以及壓力傳感器和隔膜閥。具體而言，本發明的目的在于提供能夠實現高強度化，耐蝕性優秀，且能夠獲得平滑表面狀態的金屬隔膜和具備該隔膜的壓力傳感器。本發明的隔膜的特征在于由如下雙相不銹鋼形成，該雙相不銹鋼具有Cr：24～26質量%、Mo：2.5～3.5質量%、Ni：5.5～7.5質量%、C≤0.03質量%、N：0.08～0.3質量%、剩余部分Fe以及不可避免雜質的組分，且0.2%屈服強度表現為1300MPa以上。
【專利說明】雙相不銹鋼及其制造方法和隔膜以及壓力傳感器和隔膜閥
【技術領域】
[0001]本 發明涉及雙相不銹鋼及其制造方法和使用了雙相不銹鋼的隔膜以及壓力傳感器和隔膜閥。
【背景技術】
[0002]金屬隔膜為壓力傳感器的接觸液體部分，以耐蝕性、耐壓性優秀的合金材料為素材而構成。該金屬隔膜的實用環境遍及多方面，因而需要考慮工藝流體的液性、壓力、溫度等使用環境來研究素材。
[0003]一直以來，將Co基合金、Ni基合金或者沉淀硬化型不銹鋼等適用于此種金屬隔膜的素材。
[0004]例如，已知由如下金屬材料構成的隔膜，該金屬材料通過對包括混合了 T1、Al、Nb等沉淀強化元素的Fe-Ni類合金或者Fe-N1-Co類合金的金屬材料的固溶體實施熱處理并進行經時(時効)效果處理，從而提高了強度(參照專利文獻I)。
[0005]作為壓力傳感器的金屬制隔膜的構造，已知由如下合金構成的隔膜，該合金將20~40%的Cr + Mo,20~50%的N1、25~45%的Co作為主成分，在實施20%以上的冷加工之后在400~600°C下進行了熱處理(參照專利文獻2)。
[0006]作為薄膜傳感器的制造方法，公開了在使用金屬隔膜的薄膜壓力傳感器中將金屬隔膜的沉淀強化處理與薄膜壓力傳感器的形成工序同時進行的方法(參照專利文獻3)。
[0007]作為壓力探測器的構造，已知如下壓力探測器，其中將玻璃板隔著低熔點玻璃層接合在由科瓦鐵鎳鈷合金(Kovar)材料形成的受壓用金屬隔膜的隔膜面，將應變計半導體芯片載置于該玻璃板并將玻璃板與半導體芯片陽極接合(參照專利文獻4)。
[0008]作為半導體壓力傳感器，已知如下半導體壓力傳感器，其利用含有36~40重量％的Ni且具有剩余部分Fe的組分的Fe-Ni合金構成固定頭，將外部壓力導入管設于該固定頭的中央部，安裝桿本體，且具有安裝在固定頭上的半導體壓力傳感器元件(參照專利文獻5)。
[0009]在構成這些各種現有技術的金屬隔膜的合金中添加有Cr，在合金表面形成由致密的氧化鉻層形成的鈍態膜并表現出優秀的耐蝕性。另外，有時在金屬隔膜的素材中也使用Ti合金，而在Ti合金的情況下，由于與氧的親和力高的Ti在表面形成氧化鈦層，故表現出優秀的耐蝕性。
[0010]對金屬隔膜要求的機械特性為屈服強度(耐力)的高低。適用金屬隔膜的壓力傳感器的原理是，在受到工藝流體的力時，經由添設于金屬隔膜的應變計而電氣地檢測金屬隔膜的變形量。因而，壓力測定的再現性得到保證的是金屬隔膜彈性變形的情況，若從工藝流體受到屈服強度以上的應力，則金屬隔膜塑性變形，在塑性變形之后不能夠表示恰當的壓力值。因而，為了維持高精度的壓力檢測性能，金屬隔膜的屈服強度需要比從工藝流體受到的應力聞。
[0011]為了對金屬隔膜附加應變探測功能，一般而言采用如下所述的兩個模式的構造。第一個構造是在金屬隔膜的液體接觸面的相反面粘合而設置應變計的構造，第二個構造是將金屬隔膜自身用作應變元件的構造。在任一構造中，為了使應變檢測精度良好，都需要使金屬隔膜的表面平滑。因此隔膜的表面經過各種研磨工序而被精加工為平滑面。
[0012]因而，在研究壓力傳感器用的素材時，考慮使用環境來選擇能夠發揮耐蝕性和耐壓性的材料、考慮組裝壓力傳感器時的制造上的方便來選擇有利的材料是重要的。
[0013]現有技術文獻 專利文獻
專利文獻1:日本特開2000-275128號公報；
專利文獻2:日本特開平5-013782號公報；
專利文獻3:日本特開平1-0173846號公報；
專利文獻4:日本特開昭62-291533號公報；
專利文獻5:日本 特開昭58-148437號公報。

【發明內容】

[0014]發明要解決的問題
充分含有Cr的合金中的大多數在某種程度的氧化性環境下形成致密的氧化鉻的鈍態皮膜而呈現優秀的耐蝕性。但是，在鈍態皮膜的形成不足的非氧化性環境下，或者在鈍態皮膜進一步氧化的強氧化性環境下，由于鈍態皮膜破壞，故基底露出并溶解。例如，作為非氧化性環境，有堿性水溶液中、高溫中性水溶液中。另一方面，作為強氧化性環境，有適用電化學防蝕法而產生干涉，非預期地施加陽極電位的情況。金屬隔膜有可能配置于上述任一環境，提供適合這些環境的材料是技術性問題。
[0015]一直以來作為金屬隔膜的素材而廣泛使用的Co-Ni基合金的屈服強度能夠通過加工而增加至1500~1600MPa左右，能夠實現高強度化。但是，利用其他合金，例如奧氏體(austenite)類不銹鋼、鐵素體(ferrite)類不銹鋼或者Ti合金,不能夠實現同樣的機械特性。
[0016]另外，在由沉淀硬化型合金構成的金屬隔膜的情況下，若研磨金屬隔膜的表面，則軟質的母相優先地被研磨，產生硬質相的突出、或者硬質相的脫落，存在難以獲得良好的平滑狀態的問題。因此，在金屬隔膜表面形成的應變計的圖案的組合方式產生偏差，存在壓力檢測的精度變差的問題。而且，在由沉淀硬化型合金構成的金屬隔膜的情況下，有形成因腐蝕環境下的沉淀相的脫落而引起的坑(Pit)以及以該坑為基點的破壞的可能性。
[0017]另外，構成金屬隔膜的Ti合金容易損傷，在精加工研磨后也存在由于少許接觸而損傷的問題，因而作為金屬隔膜期望開發更好的材料。
[0018]本發明鑒于此種以往的實際情況而完成，其目的在于提供能夠實現高強度化，耐蝕性優秀，能夠獲得平滑的表面狀態的雙相不銹鋼及其制造方法和使用了雙相不銹鋼的金屬隔膜和具備該隔膜的壓力傳感器。另外，本發明的目的在于提供具備所述隔膜的隔膜閥。
[0019]用于解決問題的方案
為了解決上述問題，本發明采用如下雙相不銹鋼，其具有Cr:24~26質量％、Mo:2.5~
3.5質量％、N1:5.5~7.5質量％、C ^ 0.03質量％、N:0.08~0.3質量％、剩余部分Fe以及不可避免雜質的組分，且0.2%屈服強度表現為1300MPa以上。[0020]在本發明中，還可以是通過塑形加工實施斷面收縮率(減面率)50%以上的加工，在500°C以下實施經時熱處理以使0.2%屈服強度為1300Mpa以上，在拉伸試驗中不引起在彈性變形結束之后不久斷裂的脆性破壞，并表現為斷裂伸長6%以上的權利要求1所述的雙相不銹鋼。
[0021]在本發明中，還可以是通過塑形加工實施斷面收縮率83%以上的加工，在500°C以下實施經時熱處理以使0.2%屈服強度為1500Mpa以上，在拉伸試驗中不引起在彈性變形結束之后不久斷裂的脆性破壞，并表現為斷裂伸長6%以上的前述雙相不銹鋼。
[0022]在本發明中，所述經時熱處理還可以在350~500°C下進行。
[0023]本發明涉及在0.2mol/l濃度的磷酸水溶液中過鈍態電位為1.2V (v.sRHE)以上的前述任一項所述的雙相不銹鋼。
[0024]本發明涉及由前述任一雙相不銹鋼形成的金屬隔膜。
[0025]本發明涉及具備前述隔膜的壓力傳感器。
[0026]本發明涉及具備前述隔膜的隔膜閥。
[0027]本發明所涉及的雙相不銹鋼的制造方法的特征在于對具有Cr:24~26質量％、Mo:2.5 ~3.5 質量 ％、Ni:5.5 ~7.5 質量 ％、C ^ 0.03 質量 ％、N:0.08 ~0.3 質量 ％、剩余部分Fe以及不可避免雜質的組分的雙相不銹鋼素材實施斷面收縮率50%以上的加工，并在500°C以下實施經時熱處理，從而使0.2%屈服強度為1300MPa以上。
[0028]本發明所涉及的雙相不銹鋼的制造方法的特征在于對具有Cr:24~26質量％、Mo:2.5 ~3.5 質量 ％、Ni:5.5 ~7.5 質量 ％、C ^ 0.03 質量 ％、N:0.08 ~0.3 質量 ％、剩余部分Fe以及不可避免雜質的組分的雙相不銹鋼素材實施斷面收縮率83%以上的加工，并在500°C以下實施經時熱處理，從而使0.2%屈服強度為1500MPa以上。
[0029]在本發明中，能夠在350~500°C下進行所述經時熱處理。
[0030]發明效果
根據本發明，能夠提供能夠實現高強度化，耐蝕性優秀，能夠獲得平滑的表面狀態的雙相不銹鋼以及由該雙相不銹鋼形成的隔膜。本發明能夠提供具備所述隔膜的壓力傳感器。另外，本發明能夠提供具備所述隔膜的隔膜閥。
[0031]另外，根據本發明，能夠制造能夠通過經時熱處理來實現高強度化，耐蝕性優秀，能夠獲得平滑的表面狀態的雙相不銹鋼。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1是示出由本發明所涉及的雙相不銹鋼形成的隔膜的第一實施方式的概要截面圖。
[0033]圖2是示出具備本發明所涉及的隔膜的加壓傳感器的一個實施方式的概要截面圖。
[0034]圖3是示出具備本發明所涉及的隔膜的隔膜閥的一個實施方式的概要截面圖。
[0035] 圖4是示出具備本發明所涉及的隔膜的加壓傳感器的其他實施方式的概要截面圖。
[0036]圖5是在對本發明所涉及的雙相不銹鋼進行了陽極極化試驗的狀態下示出雙相不銹鋼試料的腐蝕電位和Co-Ni合金試料的腐蝕電位的電流密度依存性的圖表。[0037]圖6是示出在對雙相不銹鋼試料和Co-Ni合金試料進行了模鍛(swage)加工的情況下的與斷面收縮率對應的加工硬化狀態的一例的圖表。
[0038]圖7是在對雙相不銹鋼試料以加工率83%進行了模鍛加工的試料與未進行模鍛加工的試料中示出350°C保持時間與硬度變化率的關系的圖表。
[0039]圖8是示出在最佳化條件下進行了處理的雙相不銹鋼試料的應力與應變的關系的圖表。
[0040]圖9示出在最佳化條件下進行了處理的雙相不銹鋼試料的拉伸斷裂面，圖9 (a)是示出斷裂面整體的圖，圖9(b)是斷裂面的中央部放大圖。
[0041]圖10是示出實施例試料的陽極極化試驗結果的圖表。
[0042]圖11是示出對按照不同的斷面收縮率進行了加工的各試料在200~400°C的溫度下進行了經時熱處理的情況的維氏硬度的圖表。
[0043]圖12是示出各試料的熱處理前和熱處理后的塔菲爾圖(tafel plot)的圖表。
[0044]圖13是示出熱處理前和熱處理后的試料的陽極極化曲線的圖。
【具體實施方式】
[0045]以下說明本發明的由雙相不銹鋼形成的隔膜的一個實施方式以及具備該隔膜的加壓傳感器的一個實施方式。
[0046]本實施方式的隔膜I能夠將以下構造采用為一個方式，該構造具備如下部分而構成:部分球殼形狀(拱頂(dome)形狀)的拱頂部2，其具有中央部向上部側突出的曲率半徑；以及凸緣部(鍔部)4，其在該拱頂部2的周緣隔著邊界部3而連續地形成。該方式的隔膜I收容于省略圖示的殼體等并安裝于配管等，受到在配管內部流動的流體的壓力而變形，用于流體壓力的測量等。在圖2中示出將此種隔膜適用于壓力傳感器的示例。
[0047]另外，所述隔膜用于收容于省略圖示的殼體等并對殼體內部的流路進行開閉的隔膜閥等。在圖3中示出將隔膜適用于隔膜閥的示例。另外，通過在隔膜上隔著絕緣層而形成應變計，能夠作為壓力傳感器進行利用。在圖4中示出將隔膜適用于具備應變計的壓力傳感器的示例。
[0048]隔膜的適用例不限于這些，能夠考慮各種方式，但是在任一情況下，這些隔膜都由之后詳細說明的雙相不銹鋼形成，特征在于能夠實現高強度化，耐蝕性優秀，能夠獲得平滑的表面狀態。
[0049]作為構成隔膜I的雙相不銹鋼，能夠采用如下雙相不銹鋼，其具有:Cr:24~26質量 ％、Mo:2.5 ~3.5 質量 ％、N1:5.5 ~7.5 質量 ％、C ( 0.03 質量 ％、N:0.08 ~0.3 質量 ％、剩余部分Fe以及不可避免雜質的組分。
[0050]此外，關于在本實施方式中說明的成分含有量，只要不特別注解，則包含上限和下限。因此，Cr:24~26質量％意思是指包含24質量％以上且26質量％以下的Cr。
[0051]形成隔膜I的雙相不銹鋼呈現奧氏體相和鐵素體相的比例接近的范圍的雙相組織，具有上述組分比。但是，關于奧氏體相和鐵素體相的比例，不需要為相同比例，是雙相共存的組織即可。以下說明各成分的限定理由。
[0052]Cr(鉻):需要Cr用于形成保護免受大氣腐蝕而需要的穩定的鈍態皮膜，作為雙相不銹鋼需要20質量％以上，但是在本實施方式的隔膜6中為了實現目的而需要24~26質量％左右。
[0053]Mo (鑰):Mo輔助Cr對不銹鋼付與耐孔蝕性。通過使含有上述范圍的Cr的不銹鋼含有2.5~3.5質量％左右的Mo，能夠使對孔蝕、間隙腐蝕的耐性與僅僅含有Cr的情況相比提聞。
[0054]N(氮):N提高雙相不銹鋼的耐孔蝕性和耐間隙腐蝕性。另外，N有助于雙相不銹鋼的強度提高，是有效的固溶體強化元素。N還有助于韌性的提高，因而理想的是含有0.08~
0.3質量％。
[0055]Ni (鎳):Ni促進不銹鋼的結晶構造從體心立方(鐵素體)變化到面心立方(奧氏體)且有助于奧氏體相的穩定化，對于確保加工性也是必要的。因此，Ni理想的是含有
5.5~7.5質量％。
[0056]C(碳):為了抑制成為脆性的原因的碳化物生成，碳理想的是較低含有量。因此，使C含有量為0.03質量％以下。另外，由于若C在與Cr結合的狀態下存在于組織內則成為從晶界開始腐蝕的原因，故理想的是C量較低。
[0057]若為所述組分比的雙相不銹鋼，則在0.2mol/l濃度的磷酸水溶液中過鈍態電位示為1.2V(v.sRHE)以上。因此，與以往已知的Co-Ni基合金相比，過鈍態電位變高，具有在非氧化性的酸性溶液中與Co-Ni基合金相比難以產生均勻腐蝕的特征。
[0058]關于上述組分 比的雙相不銹鋼，能夠從上述組分的合金熔液熔制，并從鑄片使用鍛造、熱軋、冷軋、模鍛加工等通常方法加工為目的形狀、圓盤狀、拱頂形狀，以獲得隔膜。
[0059]為了實現本實施方式的目的，通過冷加工(例如冷模鍛加工)實施如下加工，該加工為斷面收縮率50%以上，較為理想的是57.8%以上，更為理想的是62%以上，最為理想的是斷面收縮率83%以上，其后，在300~500°C的溫度下實施熱處理并使其經時硬化。通過上述斷面收縮率50%以上且在300~500°C的溫度下實施熱處理并利用經時熱處理使雙相不銹鋼硬化，能夠獲得表現出0.2%屈服強度為1300MPa~1700MPa的高屈服強度的耐蝕性優秀的雙相不銹鋼。此外，若通過上述加工而加工為隔膜形狀并進行經時熱處理，則能夠獲得表現出0.2%屈服強度為1300MPa~1700MPa的高屈服強度的耐蝕性優秀的隔膜。
[0060]一直以來，雙相不銹鋼的經時硬化不為人所知，是本發明人此次發現的現象。另外，若對上述組分比的雙相不銹鋼在超過500°C (例如650°C)下進行熱處理并經時，則雖然屈服強度、拉伸強度提高，但是不能夠獲得斷裂伸長，在拉伸試驗中，在彈性變形結束之后不久呈現脆性破壞。而且，在熱處理溫度為200°C左右的較低的情況下，經時硬化的比例較低，取決于斷面收縮率的條件，會與室溫下的硬度相比降低。
[0061]因此，熱處理溫度理想的是300~500°C的范圍，更為理想的是350~500°C的范圍。通過上述經時熱處理有效地作用而成為1500MPa以上的雙相不銹鋼。
[0062]圖2示出將由上述雙相不銹鋼形成的隔膜適用于壓力傳感器的一個實施方式的構造。
[0063]圖2所示的壓力傳感器10具備帽部件5和隔膜6，帽部件5具備將壓力測定的對象流體導入的導入通路，隔膜6 —體化于帽部件5內部。該隔膜6包括薄壁的受壓部6A、以包括其外周緣的方式延伸設置的筒部6B和在該筒部6B外周形成的凸緣部6C，筒部6B的內部空間作為壓力室6D。
[0064]帽部件5為具有開口部5a的杯狀，在開口部5a的外周側具有凸邊部5b，開口部5a的內周與隔膜6的凸緣部6C接合。帽部件5例如由金屬或金屬和樹脂的復合材料等構成。在帽部件5的內部以由帽部件5和隔膜6分隔的方式形成有基準壓力室8。在帽部件5形成有將基準氣體導入的導入口(省略圖示)，從該導入口導入基準氣體，以控制基準壓力室8的內壓。
[0065]如圖 2所示，壓力傳感器10安裝于開口部12a周圍，開口部12a在配管12的周壁形成，配管12形成測定對象物體的流路11，若配管12內的流體被導入隔膜6的壓力室6D，則受壓部6A受到流體的壓力并能夠變形。
[0066]在隔膜6的受壓部6A處，基準壓力室8側被加工為平滑面(例如鏡面)，并形成有硅氧化膜等絕緣膜13和電橋電路15。電橋電路15由省略圖示的四個應變計構成，在各應變計連接有連接器用配線16a、16b、16c、16d等配線16。
[0067]若對基準壓力室8導入基準氣體并對壓力室6D施加配管12的流體壓力，則隔膜6的受壓部6A變形，由于該變形導致四個應變計的電阻變化，故能夠利用電橋電路15測量電阻變化，通過對該測量結果進行運算，能夠探測壓力室6D的壓力。但是，由于受壓部6A為薄壁的，且直接受到流體的壓力，故需要構成隔膜6的受壓部6A的金屬材料強度高，耐蝕性優秀。
[0068]另外，在配管12為食品醫藥品領域等的配管的情況下，為了配管12的衛生管理維持，有時使用非氧化性的酸性洗凈液。在為了防止此種配管的腐蝕而適用陰極防蝕法，對配管12附加特定的電位以采取防蝕對策時，電源17連接于壓力傳感器10和配管12。該電源17的接地側(陰極側)連接于配管12，陽極側連接于壓力傳感器10的帽部件5，在它們之間附加電位差。
[0069]若如此產生電位差，則雖然能夠對配管12自身進行陰極防蝕，但是取決于條件，隔膜6被向陽極側極化，其結果，成為隔膜6的薄壁受壓部6A優先地被腐蝕的傾向。在如上情況下，隔膜6的受壓部6A也需要表現出良好的耐蝕性。
[0070]隔膜6的受壓部6A如以上所說明的那樣期望高強度，且在適用陰極防蝕法的腐蝕環境下也要求優秀的耐蝕性，構成該受壓部6A的金屬材料理想的是由具有上述組分且實施了上述經時熱處理的高強度且高耐蝕性的雙相不銹鋼形成。若為由上述雙相不銹鋼形成的進行了經時熱處理的隔膜6，則能夠實現0.2%屈服強度為1300~1700MPa范圍的優秀強度，在從配管12內的流體受到較高壓力的情況下隔膜6也不會塑性變形，且彈性變形的區域較大，因而能夠在較大壓力范圍內維持高精度的壓力檢測性能。
[0071]另外，雙相不銹鋼與沉淀硬化型的合金不同，即使在將表面像鏡面等那樣平滑地研磨的情況下，也不會有局部地被優先研磨的風險，能夠均勻地研磨，因而通過研磨能夠可靠地獲得鏡面等平滑面。因為能夠容易地獲得平滑面，所以在由雙相不銹鋼構成隔膜6的受壓部6A并且在受壓部6A的研磨的一面構成應變計等電路的情況下，能夠正確地形成應變計，因而對于獲得壓力檢測精度高的壓力傳感器的情況是有利的。
[0072]而且，若為前述雙相不銹鋼，則在0.2mol/l濃度的磷酸水溶液中，過鈍態電位為
1.2V以上，因而即使在如圖2所示地采用施加電位差的陰極防蝕法的情況下，使隔膜6優先腐蝕的風險也較小，能夠提供具備耐蝕性高的隔膜6的壓力傳感器10。
[0073]圖3是示出將本發明所涉及的隔膜適用于隔膜閥的方式的圖，該方式的隔膜閥20具備在內部形成有第一流路21和第二流路22的平板狀的本體23、在本體23上設置的隔膜26、以及與所述本體23 —同夾緊隔膜26的蓋體25。在本體23內部形成有第一流路21和第二流路22，第一流路21從本體23的一個側面23a達到本體23的上表面23b的中央部，第二流路22從本體23的另一個面23c達到本體23的上表面23b的中央部附近。設第一流路21在本體23中在一個側面23a開口的部分為流入口 27，設第二流路22在本體23中在另一個側面23c開口的部分為流出口 28。
[0074]在本體23的上表面中央側處第一流路21連通的部分形成有周圍階梯部28，在該周圍階梯部28安裝有臺座29。隔膜26由與之前說明的隔膜I同等的雙相不銹鋼形成，與前述隔膜I同樣地形成為包括拱頂部26A、邊界部26B、以及凸緣部26C的圓盤拱頂狀。
[0075]該隔膜26以使拱頂部26A的突出側為上并在與本體23的上表面23b之間構成壓力室26a的方式被夾持在本體23與蓋體25之間。
[0076]另外，在蓋體25的上表面中央部形成有用于將桿24貫通插入的貫通孔25a，桿24以接觸隔膜26的上表面中央部的方式配置。
[0077]以上構成的隔膜閥20能夠通過使桿24下降以使隔膜26的拱頂部26A如圖3的雙點劃線所示地朝下變形并抵按在閥座29上，來隔斷第一流路21與第二流路22的連通，并且通過使桿24上升以將隔膜26的拱頂部26A從閥座29拉離，來使第一流路21與第二流路22連通。
[0078]隔膜閥20能夠用作能夠根據桿24的上下移動而切換第一流路21與第二流路22的連通和隔斷的閥。
[0079]在以上構成的隔膜閥20中，同樣由于由上述雙相不銹鋼構成隔膜26，故具備強度高且耐蝕性優秀的隔膜26，從而具有能夠提供優秀的隔膜閥20的效果。
[0080]圖4是示出將本發明所涉及的隔膜適用于壓力傳感器的方式的圖，該方式的壓力傳感器30具備隔膜36，隔膜36在筒部36B的一端側具有薄壁的受壓部36A，該受壓部36A由上述雙相不銹鋼形成，壓力傳感器30是在受壓部36A的上表面側隔著絕緣層31由四個壓敏電阻膜32和連接于這些壓敏電阻膜32的六條配線層構成的。在六條配線層之中，兩個配線層33的一側端部連接于兩個壓敏電阻膜32，在這兩個配線層33的另一側端部形成有端子連接層35。另外，在剩下的四條配線層34的一側端部分別連接有一個壓敏電阻膜32，在這兩個配線層34的另一端側形成有端子連接層37。通過將測定器連接于這些端子連接層35、37，能夠構成具備四個壓敏電阻膜32的電橋電路，能夠利用該電橋電路根據各壓敏電阻膜32的電阻變化來計算附加于受壓部36A的壓力。
[0081]在以上說明的構成的壓力傳感器30中，也與上述實施方式的壓力傳感器10同樣，由于具備由上述雙相不銹鋼形成的隔膜36，故受壓部36A的強度高，能夠耐受較高的壓力，另外，即使對配管等采用陰極防蝕法，也能夠實現耐蝕性優秀的隔膜36，具有能夠提供測量精度高且耐蝕性優秀的隔膜閥30的效果。
[0082]如以上所說明的，在上述實施方式中，說明了將由上述雙相不銹鋼形成的隔膜適用于在圖1~圖4中示出具體構造的各隔膜的示例，但是本發明當然不是僅僅適用于圖1~圖4所示的各構成的隔膜的技術，而是能夠普遍廣泛地適用于多種多樣用途的隔膜。
[0083]另外，在圖1~圖4所示的實施方式中，為了使附圖易于觀察，對隔膜各部分的比例尺、形狀適當進行調整而繪出，所以本發明所涉及的隔膜當然不受圖示形狀的限制。
[0084] 【實施例】作為試料I合金，準備了具有N1:31%(質量％，以下相同)、Cr:19%, Mo:10.1%、Nb:
1.5%、Fe:2.l%、T1:0.8%、剩余部分Co的組分的SPR0N510 (注冊商標:精工電子有限公司)用于構成隔膜的材料的對比。
[0085]另外，作為試料2準備JIS規定SUS316L的合金，作為試料3準備JIS規定SUS329J4L 的合金。SUS316L 為以 C:0.08% 以下、S1:1.0% 以下、Mn:2.0% 以下、P:0.045%以下、S:0.03%以下、Ni:11%, Cr:18%、Mo:2.5%表示的組分比的奧氏體類不銹鋼，作為試料 2 合金。SUS329J4L 為以 C:0.03% 以下、S1:1.0% 以下、Mn:1.5% 以下、P:0.04% 以下、S:
0.03%以下、N1:6%、Cr:25%、Mo:3%、N:0.1%表示的組分比的雙相不銹鋼，作為試料3合金。
[0086]作為試料I合金，使用為均質化熱處理完成的材料，且在1070°C下保持2小時之后爐冷的合金。試料2合金為均質化熱處理完成的材料，是在1070°C下通過水冷獲得的合金。試料3合金為均質加熱處理完成的材料，是在1080°C下通過水冷獲得的合金，如之后詳細說明的，是利用冷模鍛加工按照后述斷面收縮率加工的試料。
[0087]使用各試料I~3合金在磷酸水溶液中進行了陽極極化試驗。極化試驗的條件如下。
[0088]電解液:1%磷酸水溶液0.2mol/l)，在一次測定中使用200ml，對極:Pt、參照極:可逆氫電極(RHE),恒電位儀(potentiostat)/恒電流儀(galvanostat):EG&G普林斯頓應用研究(PRINCETON APPLIED RESEARCH)型號263A，脫氣:利用N2氣體鼓泡15分鐘，試驗方法:在-0.4V(v.s RHE)下保持15秒，以0.333 mV/s掃掠至2.0V(v.s RHE)。將以上說明的陽極極化試驗結果示于圖5。
[0089]從圖5的低電位側看陽極極化試驗的結果，可知磷酸溶液中的試料I合金的腐蝕電位(電流密度為OmA/cm2時的電位)與試料2合金、試料3合金相比較高。即，在單純的浸潰狀態下，試料I~3合金的耐蝕性均為良好的。
[0090]但是，若進一步提高電位，則在試料I合金中，產生電流密度急劇增加的過鈍態腐蝕。該電流密度的急劇增加是在電極表面處致密的鈍態皮膜破壞而造成的。將此時的電位稱為過鈍態電位，此值越高則過鈍態腐蝕越難以產生，表示對耐蝕性有幫助的鈍態皮膜得到維持。
[0091]試料I合金的過鈍態電位與試料2合金、試料3合金的值相比較低。即，試料I合金雖然在電位低的狀態下表現出優秀的耐蝕性，但是在電位高的狀態下示為容易產生過鈍態腐蝕，腐蝕劇烈地進行，且呈現全面腐蝕。在圖5所示的結果中能夠理解，試料I合金的過鈍態電位為約1.2V (v.s RHE)左右，與此相對，試料3合金的過鈍態電位比1.2V (v.sRHE)高，為約1.4V(v.s RHE)左右。在此，試料I合金的電流密度的增加狀態直線性地急劇上升，與此相對，試料3合金的電流密度的增加狀態不是單調的，而是一部分上升之后，在
2.0E-03左右具有較小的峰然后穩定直到1.9V左右的狀況，試料合金3的腐蝕舉動不是一口氣達到全面腐蝕，而是在一部分變為穩定狀態之后再次開始腐蝕，因而能夠看作與試料I的合金相比，試料3的合金的耐蝕性明顯優秀。在該領域中產生上述較小的峰之后穩定化意味著在原本產生的一次鈍態膜腐蝕并破壞之后，在合金表面處Cr的價數變化從而生成更厚的二次鈍 態膜(Cr的氧化皮膜)。而且，能夠推定該二次鈍態膜有效并發揮防蝕功能。
[0092]根據圖5所示的結果，能夠解釋為由雙相不銹鋼形成的試料3合金即使在與試料I合金相比電位較高的情況下耐蝕性也優秀，難以產生全面腐蝕。[0093]圖6是示出試料1、2、3合金的模鍛加工引起的硬度(Hv)(維氏硬度試驗、負載:300gf、試驗時間:15seC)的變化的圖表。伴隨模鍛加工的進行，試料1、2、3合金中的任一者均加工硬化。示出為了進行比較而準備的試料I合金和試料2合金的硬度。試料3合金的加工硬化的程度雖不及試料I合金，但是與若斷面收縮率變為60%以上則表現出飽和傾向的試料2合金不同，是單調增加的。試料I合金在斷面收縮率80%的情況下表現為約500Hv左右，試料3合金在斷面收縮率80%的情況下表現為約400Hv左右。
[0094]圖7示出350°C下的經時時間與硬度變化率的關系。經時硬化在圖中以符號□示出的斷面收縮率(加工率)83%的試料中是顯著的，增加率在經時時間為2h(120分鐘)的情況下變得最大。除了沉淀硬化型的鋼種之外，不銹鋼被認為尤其在雙相類不銹鋼中不經時硬化(以《不銹鋼便覽》為代表，公開于多個文獻中)，但是在本實施例中首次確認了為雙相不銹鋼的試料3合金的經時硬化現象。
[0095]此外，還可知未實施加工的斷面收縮率(加工率)0%的試料的硬度變化率較小。
[0096]圖8是示出從作為在最佳化條件(斷面收縮率83%、350°C、2小時經時)下實施了經時熱處理的最佳化材料的試料合金的拉伸試驗(應變速度:1.SXKr4Sl獲得的應力與應變的關系的線圖。在圖中以虛線示出將隔膜用的C0-Ni基合金的現有材料(SPR0N510:注冊商標:精工電子有限公司)作為參考而獲得的作為最高目標的邊界條件的屈服強度1500MPa。在Red .83% (斷面收縮率83%)的加工半成品材料(加工i i材)(未進行熱處理的試料)中，即使最大強度也未達到最高目標1500MPa。
[0097]但是通過在最佳化條件下實施經時熱處理，成為充分超過作為最高目標的邊界的1500MPa的值。最佳化(斷面收縮率83%、350°C、兩小時經時)后的0.2%屈服強度為1640MPa。
[0098]從圖8所示的試驗結果清楚的是，斷面收縮率0%的未加工的試料合金、按照斷面收縮率57.8%、83%進行模鍛加工且未進行經時熱處理的試料合金均呈現在彈性變形結束之后不久斷裂的脆性破壞，但是按照斷面收縮率83%進行模鍛加工并進行經時熱處理的試料表現出超過1600MPa的屈服強度。另外，按照斷面收縮率83%進行模鍛加工并進行經時熱處理的合金試料不僅屈服強度高，而且表現出非脆性的特性，因而以下進行說明。
[0099]圖9是金屬組織照片，其示出在圖8所示的最佳化條件下進行了經時熱處理的試料的斷裂面。圖9(a)所示的SEM照片(掃描型電子顯微鏡照片)示出最佳化處理材料的拉伸斷裂面整體，圖9(b)所示的SEM照片示出該拉伸斷裂面中央部的部分放大。
[0100]如圖9所示，在拉伸斷裂面，與多個空洞一起還觀察到光滑的斷裂面。進行了上述最佳化條件下的經時熱處理的試料可認為是由于硬度增加故在難以塑性變形的粒中呈現劈開破壞。在這些金屬組織照片中，在破壞面能夠確認到韌窩(dimple)的存在，而在破壞面存在韌窩意味著產生了延性破壞。另外，在圖9(b)所示的破壞面的中央部放大照片中除了韌窩之外還能夠確認光滑面的存在，因而還存在晶內破壞的部分。像這樣韌窩的部分與光滑的面共存于斷裂面的情況為不同破壞形態局部地共存的情況，意味著為屈服強度高且表現出延性，且為非脆性破壞性的斷裂面。
[0101]圖10是由雙相不銹鋼形成的之前的試料3合金的未加工材料(Red.0%)的陽極極化曲線、該試料3合金的83%加工材料(Red.83%)的陽極極化曲線、以及實施了最佳熱處理的試料3合金(最佳熱處理材料)的陽極極化曲線。與加工歷史無關，在低電位側的腐蝕電位以及鈍態區域中未確認到大的差異。即，可以認為，對于磷酸水溶液的浸潰，與加工的有無無關，任一種試料都在低電位側示出相同程度的腐蝕度。
[0102]另一方面，在高電位側，雖然與未加工材料相比，在加工材料的過鈍態電位中沒有差異，但是過鈍態電流由于進行加工而變高。這可以認為是通過加工，高密度的錯位被導入材料內而引起的現象。還應注意的是，未觀察到如在大多數不銹鋼中被報告的熱處理后的耐蝕性惡化。這可以認為是因為由于對耐蝕性造成影響的碳幾乎未添加于試料3合金，故不形成碳化Cr，未發生晶界附近處的Cr缺乏。
[0103]圖11示出將試料3合金按照各斷面收縮率(50%、62%、83%)加工之后，在200~400°C的溫度下實施了經時熱處理的試料的維氏硬度(Hv)(維氏硬度試驗，負載:300gf，試驗時間:15seC)。將熱處理前的硬度在橫軸標記為R.T.(室溫)并描圖以用于參考。任一斷面收縮率的試料合金都確認到硬度伴隨熱處理溫度的增加而增加。
[0104]在以下的表1中，示出在使用試料3合金實施了斷面收縮率57.8%和83%的冷模鍛加工之后，在3500C、5000C >650°C的各溫度下進行了經時熱處理的試料的拉伸特性。在表1中同時記載了各處理中的熱處理溫度、保持時間(h)、0.2%屈服強度(MPa)、拉伸強度(MPa)、斷裂伸長(%)的值。
[0105][表 I]
【權利要求】
1.一種雙相不銹鋼，其具有Cr:24~26質量％、Mo:2.5~3.5質量％、N1:5.5~7.5質量％、C^0.03質量％、N:0.08~0.3質量％、剩余部分Fe以及不可避免雜質的組分，且0.2%屈服強度表現為1300MPa以上。
2.根據權利要求1所述的雙相不銹鋼，其通過塑形加工實施斷面收縮率50%以上的加工，在500°C以下實施經時熱處理以使0.2%屈服強度為1300MPa以上，在拉伸試驗中不引起在彈性變形結束之后不久斷裂的脆性破壞，并表現為斷裂伸長6%以上。
3.根據權利要求1所述的雙相不銹鋼，其通過塑形加工實施斷面收縮率83%以上的加工，在500°C以下實施經時熱處理以使0.2%屈服強度為1500MPa以上，在拉伸試驗中不引起在彈性變形結束之后不久斷裂的脆性破壞，并表現為斷裂伸長6%以上。
4.根據權利要求2或3所述的雙相不銹鋼，其特征在于，所述經時熱處理在350~500°C下進行。
5.根據權利要求1~4中的任一項所述的雙相不銹鋼，其中，在0.2mol/l濃度的磷酸水溶液中，過鈍態電位為1.2V(v.sRHE)以上。
6.一種隔膜，其由權利要求1~5中的任一項所述的雙相不銹鋼形成。
7.一種壓力傳感器，其具備權利要求6所述的隔膜。
8.一種隔膜閥，其具備權利要求6所述的隔膜。
9.一種雙相不銹鋼的制造方法，其特征在于，對具有Cr:24~26質量％、Mo:2.5~3.5質量％、N1:5.5~7.5質量％、C≤0.03質量％、N:0.08~0.3質量％、剩余部分Fe以及不可避免雜質的組分的雙相不銹鋼素材實施斷面收縮率50%以上的加工，并在500°C以下實施經時熱處理，從而使0.2%屈服強度為1300MPa以上。
10.一種雙相不銹鋼的制造方法，其特征在于，對具有Cr:24~26質量％、Mo:2.5~3.5質量％、N1:5.5~7.5質量％、C ≤0.03質量％、N:0.08~0.3質量％、剩余部分Fe以及不可避免雜質的組分的雙相不銹鋼素材實施斷面收縮率83%以上的加工，并在500°C以下實施經時熱處理，從而使0.2%屈服強度為1500MPa以上。
11.根據權利要求8或9所述的雙相不銹鋼的制造方法，其特征在于，在350~500°C下進行所述經時熱處理。
【文檔編號】C22C38/44GK103966522SQ201410033414
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年1月24日 優先權日:2013年1月25日
【發明者】大友拓磨, 內藤慶大, 菅原量, 小林智生 申請人:精工電子有限公司