JP2003155543A - 深絞り性に優れ面内異方性の小さいフェライト系ステンレス鋼及びその製造方法 - Google Patents
深絞り性に優れ面内異方性の小さいフェライト系ステンレス鋼及びその製造方法Info
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Abstract
イト系ステンレス鋼板を得る。 【構成】 このフェライト系ステンレス鋼板は、C:0.0
2質量%以下,Si:2.0質量%以下,Mn:3.0%以下,P:
0.050%以下,S:0.015%以下,Cr:8.0〜25.0%以下,
Al:0.10%以下,N:0.05%以下,Nb:0.05〜0.60%を
含み、(板表層のフェライト粒度番号)−(板厚中央のフ
ェライト粒度番号)≦1.5で、圧延面表層の{111}面か
らのズレが5度以内の結晶粒の{111}面積が20%以上で
ある。好ましくは、Nb/(C+N)質量比が8.0以上に調整
される。更に、Ti:0.01〜0.50%,B:0.0010〜0.0100
%,Ni:2.0%以下,Cu:3.0%以下,Mo:3.0%以下,
V:0.01〜0.30%,Zr:0.01〜0.30%の1種又は2種以
上を含むことができる。所定組成のステンレス鋼を熱間
圧延した後、圧延率30%以上で冷間圧延し、更に650〜8
50℃で中間焼鈍することにより製造される。
Description
工,ロール成形等によってリジングの発生なく目標形状
に成形加工できるフェライト系ステンレス鋼板及びその
製造方法に関する。
フェライト系ステンレス鋼は,オーステナイト系ステン
レス鋼に比較して安価な材料であり耐食性に優れている
ことから自動車用部材,厨房機器,家電機器等の広範な
分野で使用されている。しかし、フェライト系ステンレ
ス鋼は、オーステナイト系ステンレス鋼に比較して伸び
が小さいため、加工性に劣ることが多い。フェライト系
ステンレス鋼板の加工に際しては、リジングが問題にな
る。リジングの発生を抑えて加工性を改善するため、M
g添加によって鋳造組織をランダム化する方法(特開20
00−192199号公報)が知られているが、鋳造組織のラン
ダム化だけでは加工性の改善効果に限界がある。そこ
で、最近では加工技術を駆使して伸びに起因する張出し
要素を極力小さくし、絞り要素を積極的に取り入れるこ
とにより、フェライト系ステンレス鋼板の伸び不足を補
っている。
の深絞り性(r値)を向上させ、各方向(圧延方向,圧
延方向に関して45度の方法,圧延方向に直交する方
向)での面内異方性を小さくすることが重要である。深
絞り性の向上及び面内異方性の低減には、フェライトの
{111}面をランダムに圧延面に出すことが有効であ
る。しかし、深絞り性に有効な{111}面をランダムに
出すための実用的な技術が提供されていない。
題を解消すべく案出されたものであり、Fe2Nbラー
ベス相及び固溶Nbを利用してフェライト結晶粒を板厚
方向に関して整粒化することにより、フェライト{11
1}面を圧延面にランダムに出し、深絞り性の改善,面
内異方性の低減の双方を満足し、加工性に優れたフェラ
イト系ステンレス鋼板を提供することを目的とする。
その目的を達成するため、C:0.02質量%以下,S
i:2.0質量%以下,Mn:3.0質量%以下,P:
0.050質量%以下,S:0.015質量%以下,C
r:8.0〜25.0質量%以下,Al:0.10質量%
以下,N:0.05質量%以下,Nb:0.05〜0.6
0質量%,残部が実質的にFeの組成をもち、(板表層
のフェライト粒度番号)−(板厚中央のフェライト粒度番
号)≦1.5にフェライト結晶粒が板厚方向に整粒化さ
れ、圧延面表層の{111}面からのズレが5度以内のフ
ェライト結晶粒の{111}面積が20%以上であること
を特徴とする。
Nb/(C+N)質量比を8.0以上に調整することが
好ましい。Nb含有量の調整により、板厚方向に関する
フェライト結晶粒の粒度分布が(板表層のフェライト粒
度番号)−(板厚中央のフェライト粒度番号)≦1.0に抑
えられ、圧延面表層の{111}面からのズレが5度以内
のフェライト結晶粒の{111}面積が25%以上とな
り、面内異方性が低減され深絞り加工性が一層改善され
たフェライト系ステンレス鋼板が得られる。
i:0.01〜0.50質量%,B:0.0010〜0.0
100質量%の1種又は2種、及び/又はNi:2.0
質量%以下,Cu:3.0質量%以下,Mo:3.0質量
%以下,V:0.01〜0.30質量%,Zr:0.01
〜0.30質量%の1種又は2種以上を含むことができ
る。このフェライト系ステンレス鋼板は、所定組成に調
整されたステンレス鋼を熱間圧延した後、圧延率30%
以上で冷間圧延し、更に650〜850℃で中間焼鈍す
ることにより製造される。
すNb添加フェライト系ステンレス鋼の成分及び状態に
ついて種々調査・研究した。常法に従って冷間圧延され
た鋼帯を観察すると、板厚中央に比較して表層部には冷
間圧延によって多量の歪が導入されている。そのため、
冷延鋼帯を中間焼鈍すると、表層部に多量のFe2Nb
が微細析出する。この状態にある冷延鋼帯を仕上げ冷間
圧延を経て仕上げ焼鈍すると、固溶Nbが多い板厚中央
では再結晶が高温側に移行し、フェライト結晶粒が粗大
に成長する。すなわち、通常の製造ラインでは、フェラ
イト結晶粒が表層で微細化され、板厚中央で粗大化され
るため、フェライト結晶粒の板厚方向粒度分布が広がる
傾向にある。
てFe2Nbのピンニング効果及び固溶Nbのドラッグ
効果を発現させて結晶粒の成長を抑制し、板厚方向に関
する混粒化を防止している。具体的には、中間焼鈍でF
e2Nbを表層部に多く析出させ、板厚中央では固溶N
b量を確保して結晶粒の成長を抑制することにより、板
厚方向の整粒化を図っている。その結果、板厚方向での
強度差がなく、最終焼鈍前の冷間圧延でも板厚方向によ
り均一に歪が導入される。また、再結晶フェライトの優
先核サイトになる粒界面積が板厚方向で均一化する傾向
のため、再結晶の優先方位である{111}面も均一化す
る。
度分布をFe2Nbラーベス相の析出及び固溶Nbで制
御でき、フェライト結晶粒を板厚方向に関して整粒化す
るときフェライト{111}面がランダムに圧延面に出
る。フェライト結晶粒の整粒化及びフェライト{111}
面のランダム発現により、深絞り性の指標であるr値が
向上し、面内異方性を表すΔrが減少する。フェライト
{111}面のランダム発現に有効なFe2Nbラーベス相
析出及び固溶Nbを確保し、面内異方性が小さく良好な
深絞り性・加工性を得るため、フェライト系ステンレス
鋼板の成分,含有量等を次のように規制した。
を低下させ、炭化物の析出によって耐食性を低下させる
ことから、C含有量は低いほど好ましい。本発明では、
加工性及び耐食性に悪影響を及ぼさない範囲としてC含
有量の上限を0.02質量%に設定した。 Si:2.0質量%以下 製鋼段階で脱酸剤として添加され、耐高温酸化性にも有
効な合金成分である。しかし、高い固溶強化能によって
フェライト系ステンレス鋼板の強度を上昇させるため、
過剰量のSiが含まれると材質が硬化して延性低下を招
くので、Si含有量の上限を2.0質量%に設定した。
過剰量のMnが含まれると溶製時にMnヒュームの発生
等、製造性が低下するので、Mn含有量の上限を3.0
質量%に設定した。 P:0.050質量%以下 熱間加工性に及ぼす悪影響を抑えるためP含有量の上限
を0.050質量%に設定した。 S:0.015質量%以下 結晶粒界に偏析しやすい成分であり、粒界脆化により熱
間加工性の低下等の悪影響を及ぼすので、S含有量の上
限を0.015質量%に設定した。
量%以上のCrが必要であるが、Cr含有量の増加に応
じて靭性や加工性が低下するので、Cr含有量の上限を
25.0質量%に設定した。 Al:0.10質量%以下 製鋼段階で脱酸剤として添加される合金成分であるが、
過剰量のAlを添加すると硬質の非金属介在物Al2O3
が増加して靭性低下や表面欠陥が発生しやすくなるの
で、Al含有量の上限を0.10質量%に設定した。 N:0.05質量%以下 Cと同様に強度上昇によって加工性を低下させる作用を
呈する。また、窒化物が析出すると腐食性も低下する。
そのため、N含有量は可能な限り低くすることが必要で
あり、N含有量の上限を0.05質量%に設定した。
Fe2Nbラーベス相を析出させるために必須の合金成
分であり、固溶状態ではフェライトの再結晶を高温側に
遅滞させる作用も呈する。Fe2Nbラーベス相及び固
溶Nbの作用によって再結晶組織が制御され、フェライ
ト{111}面のランダム発現が可能となる。このような
効果は、0.05質量%以上のNb含有量で顕著になる
が、0.60質量%を超える過剰量のNb添加は熱間加
工性に悪影響を及ぼす。Nbは、鋼中のC,Nを固定し
てフェライト系ステンレス鋼板の耐食性,加工性を向上
させる作用も呈する。C,Nの固定によって形成される
炭窒化物は、フェライト{111}面の優先核形成サイト
として働く。なかでも、Nb/(C+N)の質量比を
8.0以上に設定すると、生成した炭窒化物の作用が活
用される結果としてフェライト結晶粒の板厚方向粒度分
布が更に1.0以下に抑えられ、結晶粒の{111}面積も
25%以上となって、深絞り性,面内異方性が一層改善
される。
C,Nを固定してフェライト系ステンレス鋼板の耐食性
や加工性を向上させる。このような効果は0.01質量
%以上のTiで顕著になるが、0.50質量%を超える
過剰量のTi添加ではTi系介在物に起因した表面欠陥
が発生しやすくなる。 B:0.0010〜0.0100質量% 必要に応じて添加される合金成分であり、Pの粒界偏析
を抑制して粒界強度を改善し、製品形状に加工する際の
二次加工割れに対する抵抗力を増大させる作用を呈す
る。このような効果は0.0010質量%以上のB添加
で顕著になるが、0.0100質量%を超える過剰量の
B添加は却って熱間加工性や溶接性を低下させる。
を改善し、高耐食性が要求される環境で有効な成分であ
る。しかし、Niの過剰添加は硬質化やコスト上昇を招
くので、Ni含有量の上限を2.0質量%に設定した。 Cu:3.0質量%以下 必要に応じて添加される合金成分であり、再結晶の昇温
過程でフェライトの核生成サイトとなるε−Cu相が析
出し、加工性を向上させる。しかし、3.0質量%を超
える過剰量のCuが含まれると、熱間加工性や耐食性が
低下する。
する作用を呈する。しかし、3.0質量%を超える過剰
量のMoを添加すると、高温での固溶強化や動的再結晶
が遅滞する結果として熱間加工性が低下する。 V,Zr:0.01〜0.30質量% 何れも必要に応じて添加される合金成分であり、Vは固
溶Cを炭化物として析出させることによって加工性を向
上させ、Zrは鋼中のOを酸化物として捕捉することに
より加工性や靭性を向上させる。このような効果は0.
01質量%以上のV,Zrで顕著になるが、0.30質
量%を超える過剰量のV,Zrを添加すると製造性が低
下する。
央のフェライト粒度番号)≦1.5 深絞り性の向上及び面内異方性の低減には、フェライト
結晶粒の板厚方向に沿った粒度変動を小さくすることが
有効である。本発明では、フェライト結晶粒の板厚方向
粒度分布をJIS G0552で規定されるフェライト粒度番号
で1.5以内に収めることによって、深絞り性の向上及
び面内異方性の低減を図っている。フェライト粒度番号
の差1.5以下の整粒化は、前掲の成分調整に加えて圧
延率30%以上の冷間圧延及び650〜850℃の中間
焼鈍により達成される。 ズレが5度以内の結晶粒の{111}面積が20%以上 圧延集合組織と深絞り性との関係でみると、圧延面表層
にフェライト{111}面を多く形成させるほど深絞り性
が向上する。面方位が近似の結晶面を考慮に入れた本発
明者等による調査・研究結果から、圧延面表層の{111}
面からのズレが5度以内にある結晶粒の{111}面積で
深絞り性が評価され、{111}面積20%以上で良好な
深絞り性が発現することを見出した。
と、Fe2Nb析出のドライビングフォースとして有効
な加工歪みが冷延鋼帯に導入される。この冷延鋼帯を中
間焼鈍すると、フェライト{111}面の優先核形成サイ
トとして働くFe2Nbの析出が加工歪みによって促進
される。適正量のFe2Nbを析出させる上で、冷間圧
延時の圧延率を30%以上,中間焼鈍時の焼鈍温度を6
50〜850℃に設定する。圧下率が30%に満たない
冷間圧延では、鋼帯に導入される加工歪みが少なく、F
e2Nbの析出に時間を要し、析出サイト数も減少す
る。650℃未満の焼鈍温度ではFe2Nbの析出に長
時間を要し、850℃を超える焼鈍温度では析出物の粗
大成長やNbの再固溶によってFe2Nbの析出量が少
なくなる。
を真空溶解炉で溶製した後、鋳造工程を経て板厚4mm
の熱延鋼帯を製造した。各熱延鋼帯を酸洗した後、冷間
圧延→中間焼鈍→最終冷延→仕上げ焼鈍(1050℃×
60秒)の工程を経て板厚板厚0.6mmの冷延焼鈍材
を製造した。冷間圧延時の圧延率,中間焼鈍時の焼鈍温
度を表2に示す。
イト粒度番号,結晶粒の{111}面積,深絞り性,面内
異方性を次のように調査した。 フェライト粒度番号の測定 冷延焼鈍材から切り出された試験片を倍率100倍の視
野で観察し、1視野の切片長さを900μmとする30
視野における結晶粒の平均切片長さιを切片法で求め、
得られた平均切片長さιを式n=10−log(100ι)2に代
入してJIS粒度番号nを算出した。表層のフェライト粒
度番号は、最表層から板厚方向に5μmの位置で最表層
に平行線を描いた切片から求めたJIS粒度番号nを使用
した。板厚中央のフェライト粒度番号には、板厚中心位
置のJIS粒度番号nを使用した。
以内の結晶粒の{111}面積 冷延焼鈍材から切り出された試験片をリン酸・硫酸の混
酸に浸漬して片面研磨した後、圧延方向400μm×長
手方向800μmの領域を測定範囲とし、EBSP(El
ectron Back Scattering Pattern)による面方位解析で
フェライト結晶粒の{111}面積を測定した。 深絞り性及び面内異方性 冷延焼鈍材から圧延方向(L方向),圧延方向に関して
45度の方向(D方向),圧延方向に直交する方向(T
方向)に沿ってJIS 13B号試験片を切り出し、各試験片
に15%の引張り歪を与えた後、L方向,D方向,T方
向の歪比rL,rD,rT値を求め、r=(rL+2rD+
rT)/4として平均r値を算出した。平均r値で深絞
り性を、Δr(=rmax−rmin)で面内異方性を評価し
た。
に従った試験番号1〜3,6,7,10〜12は、何れ
も平均r値が1.80以上と高く深絞り性に優れ、Δr
が0.60以下と面内異方性が小さいことが判る。成分・
組成的には本発明で規定した条件を満足する鋼種であっ
ても、中間焼鈍前の冷間圧延時における圧延率が不足
し、或いは中間焼鈍温度が適正でない試験番号4,5,
8,9では、平均r値が小さく、Δrが大きくなってい
た。平均r値が低下し、Δrが増大した原因を追求した
ところ、フェライト粒度番号の板厚方向粒度分布が広が
り、或いは更に{111}面積が小さくなっていることが
判った。他方、Nb含有量が不足する鋼種FやNb/
(C+N)の質量比が小さな鋼種Gでは、(板表層のフ
ェライト粒度番号)−(板厚中央のフェライト粒度番号)
≦1.5を満足するものの、{111}面積が12%,14
%と少なく、深絞り性,面内異方性に大きな改善が見ら
れなかった。多量のNbを含む鋼種Hでも、{111}面
積が11%と少ないためΔr=0.93と面内異方性に
劣っていた。
イト系ステンレス鋼板では、中間焼鈍時に析出するFe
2Nbラーベス相及び固溶Nbを適正管理することによ
り、フェライト結晶粒を板厚方向に沿って整粒化すると
共に、圧延面表層にフェライト{111}面をランダム発
現させている。フェライト結晶粒の整粒化及びフェライ
ト{111}面のランダム発現により、深絞り性が大きく
改善され、面内異方性も小さくなる。このようにして深
絞り性・加工性が改善されたフェライト系ステンレス鋼
板は、オーステナイト系ステンレス鋼でしか成形できな
かった用途分野においても容易に絞り加工できるため、
シンク,ガスコンロバーナ部材,電磁調理具等の各種厨
房機器、ポンプ容器等の家電機器部材、有機EL封止缶
部材等の電子部品、燃料タンク,給油管等の自動車用部
品、モータケース,カバー,センサ,インジェクタ,サ
ーモスタットバルブ,ベアリングシール材,フランジ等
の産業機器部品等として広範な分野で使用される。
Claims (5)
- 【請求項1】 C:0.02質量%以下,Si:2.0質
量%以下,Mn:3.0質量%以下,P:0.050質量
%以下,S:0.015質量%以下,Cr:8.0〜2
5.0質量%以下,Al:0.10質量%以下,N:0.
05質量%以下,Nb:0.05〜0.60質量%,残部
が実質的にFeの組成をもち、(板表層のフェライト粒
度番号)−(板厚中央のフェライト粒度番号)≦1.5にフ
ェライト結晶粒が板厚方向に整粒化され、圧延面表層の
{111}面からのズレが5度以内のフェライト結晶粒の
{111}面積が20%以上であることを特徴とする深絞
り性に優れ面内異方性の小さいフェライト系ステンレス
鋼板。 - 【請求項2】 Nb/(C+N)の質量比が8.0以
上、(板表層のフェライト粒度番号)−(板厚中央のフェ
ライト粒度番号)≦1.0で、圧延面表層の{111}面か
らのズレが5度以内の結晶粒の{111}面積が25%以
上である請求項1記載のフェライト系ステンレス鋼板。 - 【請求項3】 更にTi:0.01〜0.50質量%,
B:0.0010〜0.0100質量%の1種又は2種を
含む請求項1記載のフェライト系ステンレス鋼板。 - 【請求項4】 更にNi:2.0質量%以下,Cu:3.
0質量%以下,Mo:3.0質量%以下,V:0.01〜
0.30質量%,Zr:0.01〜0.30質量%の1種
又は2種以上を含む請求項1又は3記載のフェライト系
ステンレス鋼板。 - 【請求項5】 請求項1〜4何れかに記載の組成をもつ
ステンレス鋼を熱間圧延した後、圧延率30%以上で冷
間圧延し、更に650〜850℃で中間焼鈍することを
特徴とする深絞り性・加工性に優れたフェライト系ステ
ンレス鋼板の製造方法。
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