JP2004204252A - 耐リジング性に優れたＴｉ含有高加工性フェライト系クロム鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】表面性状を劣化することなしに、耐リジング性を効果的に改善することができるTi含有高加工性フェライト系クロム鋼板を提供する。
【解決手段】Ｃ：0.02mass％以下、Cr：９〜35mass％、Ti：0.05〜0.5 mass％を含有するフェライト系クロム鋼中に、Al：0.006 〜0.1 mass％、 Zr：0.0025〜0.2 mass％を、〔％Zr〕／〔％Al〕≧0.5 、〔％Zr〕／〔％Ti〕≧0.05を満足する範囲において含有させ、かつ鋼板中の非金属介在物のうち板厚方向の厚みが0.1 μm 以上である非金属介在物中に、Zr酸化物およびTi酸化物を含有させる。
【選択図】 図１
【解決手段】Ｃ：0.02mass％以下、Cr：９〜35mass％、Ti：0.05〜0.5 mass％を含有するフェライト系クロム鋼中に、Al：0.006 〜0.1 mass％、 Zr：0.0025〜0.2 mass％を、〔％Zr〕／〔％Al〕≧0.5 、〔％Zr〕／〔％Ti〕≧0.05を満足する範囲において含有させ、かつ鋼板中の非金属介在物のうち板厚方向の厚みが0.1 μm 以上である非金属介在物中に、Zr酸化物およびTi酸化物を含有させる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐リジング性に優れたTi含有高加工性フェライト系クロム鋼板およびその製造方法に関し、特にフェライト系クロム鋼の製造過程で生成する非金属介在物の形態を適切に制御することによって、耐リジング性の有利な改善を図ろうとするものである。
【０００２】
【従来の技術】
フェライト系クロム鋼板は、一般に、耐応力腐食割れ性に優れるだけでなく、加工性に優れており、さらに高価なNiを添加しないため、オーステナイト系ステンレス鋼に比較して安価なことから、家電、建材、自動車排気系部材など広い用途に使用されている。しかしながら、このフェライト系クロム鋼板は、一般にプレス成形などの加工を施すと、リジングと呼ばれるうねり状の歪み模様が鋼板表面上に発生し易く、十分な製品外観が得られないという問題を残していた。
【０００３】
このため、従来から、フェライト系クロム鋼板のプレス成形性を改善する方法について、種々の提案がなされている。
例えば、凝固組織の微細化や等軸晶化を図ることによって耐リジング性を改善する方法が提案されている（例えば特許文献１、特許文献２参照）。
しかしながら、上記の方法では、結晶粒を十分に微細化できなかったり、リジング発生の主要因と考えられる柱状晶を十分に低減することができないという問題があった。
【０００４】
また、フェライト系ステンレス鋼を連続鋳造する際に、電磁撹拌条件の適正化を図ることによって耐リジング性を改善する方法が提案されている（例えば特許文献３参照）。
しかしながら、この方法による電磁撹拌で得られる等軸晶率には限界があり、等軸晶率はせいぜい50％程度であるため、耐リジング性の改善が十分ではないという問題があった。
【０００５】
さらに、Ti含有量を増加して溶鋼中にTiＮを生成させることにより等軸晶を増加せることによって耐リジング性を改善する方法が提案されている（例えば特許文献４、特許文献５参照）。
しかしながら、この方法では、鋼中のTiおよびＮの含有量と鋳造温度の適正範囲が非常に狭く制御が難しいため、等軸晶の増加とTiＮに起因した表面欠陥の防止の両立ができないという問題があった。
【０００６】
さらにまた、熱間圧延方法の改善策として、熱間圧延における粗圧延および仕上げ圧延の各圧下率を規制することによって耐リジング性を改善する方法（例えば特許文献６参照）やフェライト系ステンレス鋼の熱間圧延工程において、歪み速度を150 ｓ-1以上にすると共に、この歪み速度と摩擦係数との関係を規制することによって耐リジング性を改善する技術（例えば特許文献７参照）が提案されている。
しかしながら、これらの技術では、耐リジング性は改善されるものの、鋼板とロールとの焼き付きに起因した熱延庇が発生し、鋼板の表面性状が著しく劣化するという問題があった。
【０００７】
【特許文献１】
特開昭49−41227 号公報（特許請求の範囲）
【特許文献２】
特開平２−250925号公報（特許請求の範囲）
【特許文献３】
特開昭54−125132号公報（特許請求の範囲）
【特許文献４】
特開平９−49010 号公報（特許請求の範囲）
【特許文献５】
特開平１−118341号公報（特許請求の範囲）
【特許文献６】
特開平５−179358号公報（特許請求の範囲）
【特許文献７】
特開昭62−10217 号公報（特許請求の範囲）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述したとおり、従来の技術では、十分な耐リジング性の改善が望めず、また耐リジング性が改善されたとしても、その反面で鋼板の表面性状が著しく損なわれるという問題を残していた。
本発明は、上記の問題を有利に解決するもので、表面性状の劣化を招くことなしに耐リジング性を効果的に改善したTi含有高加工性フェライト系クロム鋼板を、その有利な製造方法と共に提案することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
さて、発明者らは、上記の目的を達成すべく鋭意研究を行った結果、耐リジング性は、フェライト系クロム鋼の製造過程で生成する非金属介在物の形態、組成に強く依存し、この非金属介在物の形態、組成を適切に制御することによって、表面性状の劣化を招くことなしに、耐リジング性を効果的に改善することができるという知見を得た。
【００１０】
すなわち、発明者らによる、新規知見は次のとおりである。
鋼中の非金属介在物、とりわけ溶鋼中への脱酸剤の添加によって生成する、いわゆる脱酸生成物を主体とする非金属介在物中に、Zr酸化物を好ましくは30mass％以上が含有させ、溶鋼中に微細分散して晶出させることにより、このZr含有非金属介在物がフェライトの凝固核となって、凝固組織が微細な等軸晶となり、その等軸晶率を60％以上にすることができる。その結果、凝固組織に起因したコロニーバンドを細かく分断することができる。また、微細に析出したZr含有非金属介在物のピンニング効果により、加熱時にフェライトの粒成長が抑制される。
また、非金属介在物中のA1203 濃度が30mass％を超えていると、冷間圧延によって歪が導入される際に、この非金属介在物の周りに局所的に転位が導入され易く、引き続く焼鈍において部分的に再結晶し易くなるのに対し、Zr酸化物濃度を30mass％以上として微細に析出させた場合には、冷延による転位はマトリックス全体に均一に導入され易いため、再結晶組織も均一化される。その結果、リジングの原因の一つと考えられる、同一結晶方位の集合組織を持ったコロニーの生成が効果的に抑制される。
【００１１】
本発明は、上記の知見立脚するもので、その要旨構成は次のとおりである。
１．Ｃ：0.02mass％以下、
Cr：９〜35mass％、
Ti：0.05〜0.5 mass％、
Al：0.006 〜0.1 mass％および
Zr：0.0025〜0.2 mass％
を、
〔％Zr〕／〔％Al〕≧0.5 、
〔％Zr〕／〔％Ti〕≧0.05
ここに、〔％Ｍ〕はＭ元素の含有量（mass％）を表わす
を満足する範囲において含有する組成になり、さらに鋼板中の非金属介在物のうち板厚方向の厚みが 0.1μm 以上である非金属介在物が、Zr酸化物およびTi酸化物を含有することを特徴とする耐リジング性に優れたTi含有高加工性フェライト系クロム鋼板。
【００１２】
２．Ｃ：0.02mass％以下、
Cr：９〜35mass％、
Ti：0.05〜0.5 mass％、
Al：0.006 〜0.1 mass％および
Zr：0.0025〜0.2 mass％
を、
〔％Zr〕／〔％Al〕≧0.5 、
〔％Zr〕／〔％Ti〕≧0.05
ここに、〔％Ｍ〕はＭ元素の含有量（mass％）を表わす
を満足する範囲において含有する組成になり、さらに鋼板中の非金属介在物のうち板厚方向の厚みが 0.1μm 以上である非金属介在物の組成が、平均でZr酸化物：30mass％以上および A1203：30mass％以下を含有し、残部はTi酸化物および不可避的に混入した非金属成分であることを特徴とする耐リジング性に優れたTi含有高加工性フェライト系クロム鋼板。
【００１３】
３．Ｃ：0.02mass％以下、
Cr：９〜35mass％、
Ti：0.05〜0.5 mass％、
Al：0.006 〜0.1 mass％、
Zr：0.0025〜0.2 mass％および
Ca：0.0020mass％以下
を、
〔％Zr〕／〔％Al〕≧0.5 、
〔％Zr〕／〔％Ti〕≧0.05
ここに、〔％Ｍ〕はＭ元素の含有量（mass％）を表わす
を満足する範囲において含有する組成になり、さらに鋼板中の非金属介在物のうち板厚方向の厚みが 0.1μm 以上である非金属介在物の組成が、平均でZr酸化物：30mass％以上および A1203：30mass％以下を含有し、残部はTi酸化物、CaＯおよび不可避的に混入した非金属成分であることを特徴とする耐リジング性に優れたTi含有高加工性フェライト系クロム鋼板。
【００１４】
４．板厚方向の厚みが 0.1μm 以上である非金属介在物が、鋼板の断面内に１mm2 当たり５個以上存在することを特徴とする上記１，２または３記載の耐リジング性に優れたTi含有高加工性フェライト系クロム鋼板。
【００１５】
５．Cr：９〜35mass％を含有するフェライト系クロム鋼組成の溶鋼を、Ｃ含有量が0.02mass％以下となるまで脱炭精錬した後、該溶鋼を取鍋精錬過程でSi，AlおよびTiで脱酸し、ついで取鍋内または連続鋳造におけるタンディッシュ内または鋳型内の溶鋼中にZrを添加した後、連続鋳造にてスラブとし、ついで該スラブを加熱後、熱間圧延および冷間圧延を行って鋼板とすることを特徴とする耐リジング性に優れたTi含有高加工性フェライト系クロム鋼板の製造方法。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を由来するに至った実験結果について説明する。
Ｃ：0.01mass％、Cr：11.0mass％、Si：0.3 mass％およびMn：0.3 mass％を含有し、かつTiを0.05〜0.5 mass％、Alを 0.005〜0.1 mass％、Zrを0.0001〜0.2mass％の範囲で種々に変化させた組成の溶鋼を、真空溶解炉にて溶製し、鋳造温度：1550℃で鋳込んで小型鋼塊（100 kg）とした。その際、非金属介在物の生成状態（組成、分布）を、溶製条件および冷却条件を変更することによって種々に変化させた。
ついで、1150℃に加熱後、熱間圧延により 3.5mm厚の熱延板とし、ついでこれらの熱延板に 950℃，45ｓの焼鈍処理を施したのち、冷間圧延により 0.6mm厚の冷延板とした。その後、これらの冷延板に 980℃，30秒の仕上げ焼鈍を施して製品板とした。
【００１７】
得られた製品板から、圧延方向に平行にJIS 5 号試験片を採取し、15％引張り後のリジングの発生状態を調べると共に、鋼板中の板厚方向の厚みが 0.1μm 以上の非金属介在物の個数と組成を、１μm 以上のものについてはＸ線マイクロアナライザー（EPMA）により、一方１μm 未満のものについては走査型電子顕微鏡とエネルギー分散型Ｘ線分光器（EDX)により測定した。
なお、非金属介在物として、鋼板中の板厚方向の厚みが 0.1μm 以上の非金属介在物を調査対象とした理由は、板厚方向の厚みが 0.1μm 未満のものは、等軸晶の増加ひいてはリジングの改善に対する効果が小さいからである。
【００１８】
鋼中のZrやAl, Tiがリジングに及ぼす影響について調べた結果を、鋼中〔％Zr〕／〔％Al〕、〔％Zr〕／〔％Ti〕とリジングレベルとの関係で、図１に示す。なお、リジングの評価に用いたリジングレベルＡ〜Ｅとはそれぞれ、リジング高さが、５μm 以下のものをレベルＡ、５μm 超で10μm 以下のものをレベルＢ、10μm 超で15μm 以下のものをレベルＣ、15μm 超で20μm 以下のものをレベルＤおよび20μm 超のものをレベルＥと表し、このリジングレベルでＡまたはＢであれば耐リジング性に優れるものといえる。
同図に示したとおり、〔％Zr〕／〔％Al〕≧0.5 で、かつ〔％Zr〕／〔％Ti〕≧0.05を満足する場合に優れた耐リジング性を得ることができた。特に、〔％Zr〕／〔％Al〕≧1.0 で、かつ〔％Zr〕／〔％Ti〕≧0.1 においてとりわけ良好な耐リジング性が得られている。
【００１９】
そこで、本発明では、フェライト系クロム鋼の成分につき、〔％Zr〕／〔％Al〕≧0.5 かつ〔％Zr〕／〔％Ti〕≧0.05、好ましくは〔％Zr〕／〔％Al〕≧1.0かつ〔％Zr〕／〔％Ti〕≧0.1 の範囲に制限したのである。
【００２０】
次に、非金属介在物中のZr酸化物、A1203 、Ti酸化物および他の不可避的に混入した非金属成分を分析した。ここに、不可避的に混入した非金属成分とは、CaＯ，MgＯ，SiO2などの酸化物、CaＳ，MgＳ，MnＳなどの硫化物、TiＮなどの窒化物などが含まれる。これらの不可避的に混入した非金属成分は、必ずしも全ての成分が非金属介在物中に含まれるものではない。
【００２１】
図２に、非金属介在物中のZr酸化物含有量、A1203 含有量、Ti酸化物および他の不可避的に混入した非金属成分の含有量を、非金属介在物の個数によって平均化し、この個数平均に対してリジングレベルを判定し、プロットした結果を示す。
同図に示したとおり、非金属介在物中の平均Zr酸化物濃度が30mass％以上で、かつ平均A1203 濃度が30mass％以下の範囲においてとりわけ優れた耐リジング性が得られることが判明した。
【００２２】
これより、本発明では、フェライト系クロム鋼の製造過程で生成したZr酸化物濃度および Al2O3濃度について、Zr酸化物濃度を30mass％以上、Al2O3 濃度を30mass％以下含有することに制限したのである。
なお、板厚方向の厚みが 0.1μm 以上の非金属介在物については、その全てを上記成分範囲とする必要はなく、少なくとも個数割合で70％以上の粒子の平均値が適正範囲内であれば、残りの30％はZr酸化物を含有していなくても良い。
【００２３】
さらに、板厚方向の厚みが 0.1μm 以上の非金属介在物の個数が、鋼板の断面内で５個/mm2以上となるような密度で存在させることにより、リジングレベルはいっそう改善される。というのは、かような非金属介在物は、フェライトの凝固核となるため凝固組織が微細な等軸晶となり、その等軸晶率が上昇する結果、耐リジング性も改善されるからである。
【００２４】
次に、本発明の成分組成について説明する。
本発明は、Ｃ：0.02mass％以下、Cr：９〜35mass％を含有するフェライト系クロム鋼中に、Ti：0.05mass％〜0.5 mass％、Al：0.006 〜0.1 mass％およびZr：0.0025〜0.2 mass％、さらに必要に応じてCa：0.0020mass％以下を含有させたものであれば、いわゆるフェライト系ステンレス鋼と呼ばれる鋼種全般に適用することができる。
【００２５】
以下、発明鋼板の成分組成を上記の範囲に限定した理由について説明する。
Ｃ：0.02mass％以下
Ｃは、ｒ値および伸び特性を低下させる元素であり、含有量が0.02mass％を超えるとその悪影響が顕著になるので、Ｃ量は0.02mass％以下に制限した。より好ましくは0.01mass％以下である。
【００２６】
Cr：９〜35mass％
Crは、耐食性を確保するために不可欠な元素であり、含有量が９mass％に満たないと十分な耐食性が得られず、一方35mass％を超えると冷間加工性の低下を招くので、Cr量は９〜35mass％の範囲に限定した。好ましい範囲は11〜30mass％である。
【００２７】
Ti：0.05〜0.5 mass％
Tiは、プレス成形性に有害なＣ，Ｎを析出固定し、軟質化および加工性向上に有効に寄与するので、0.05mass％以上添加する必要がある。しかしながら、0.5mass％を超えて添加してもその効果は飽和に達し、むしろ製造性の低下やコストの増加を招くので、0.5 mass％を上限して添加するものとした。
【００２８】
Al：0.006 〜0.1 mass％
TiおよびZrの歩留りの観点から、Alは 0.006mass％以上好ましくは 0.010mass％以上添加して、溶鋼を脱酸する必要がある。しかしながら、Al添加量が 0.1mass％を超えたり、Zr添加量に対して過剰に多いと前述したように非金属介在物中のAl2O3 濃度が適正範囲外の30mass％超になるだけでなく、冷延による歪が非金属介在物の周りに局所的に導入され易くなり、焼鈍後に不均一組織となり易い。よってAlは 0.006〜0.1 mass％の範囲でかつ、〔％Zr〕／〔％Al〕≧0.5 を満足する範囲で含有させるものとした。
【００２９】
Zr：0.0025〜0.2 mass％
Zr量が0.0025mass％未満、つまり〔％Zr〕／〔％Al〕＜0.5 、〔％Zr〕／〔％Ti〕＜0.05になると、非金属介在物中のZr酸化物濃度を適正範囲の30mass％以上にすることができない。また、Zr量が0.2 mass％を超えると、鋼中に巨大なZr硫酸化物が生成し、コイルの表面品質を劣化させる原因となる。また、これ以上添加しても上記の効果は飽和するだけである。それ故、Zr量は、0.0025〜0.2 mass％の範囲に限定した。
【００３０】
Ca：0.0020mass％以下
連続鋳造時のノズル詰まり防止の観点からCaを少量添加することは有利である。但し、冷延板の発錆の観点から上限を0.0020mass％とした。
【００３１】
その他の成分については、特に限定されることはないが、特に好ましい組成範囲は次のとおりである。
Ｎ：0.02mass％以下
Ｎは、Ｃと同様、ｒ値および伸びを低下させる元素であるので、0.02mass％以下とするのが好ましい。
【００３２】
Si：1.0 mass％以下
Siは、脱酸のために有効な元素であるが、過剰の添加は冷間加工性の低下を招くので、その添加量は 1.0mass％以下とすることが好ましい。
【００３３】
Mn：1.0 mass％以下
Mnの過剰添加は冷間加工性の低下を招くので、その添加量は 1.0mass％以下、好ましくは 0.7mass％以下とするのが望ましい。
【００３４】
Mo：4.0 mass％以下
Moは、耐食性を一層向上させる元素であり、選択的に添加される。その効果は0.1 mass％以上の添加で得られるが、4.0 mass％を超えると深絞り成形性の低下が懸念されるので、Moの添加量は 4.0mass％以下、好ましくは 3.0mass％以下とすることが望ましい。
【００３５】
Cu：2.0 mass％以下
Cuは、耐食性を改善する有用元素であるが、2.0 mass％を超える多量添加は耐食性改善効果が飽和するだけでなく、加工性の低下を招く。従って、Cuは 2.0mass％以下、好ましくは 1.6mass％以下とすることが望ましい。
【００３６】
Ni：1.0 mass％以下
Niは、鋼の耐食性を向上させる有用元素であるが、1.0 mass％を超えて含有させるとオーステナイト相が発現し、フェライト系クロム鋼の長所である加工性を損なうので、Niは 1.0mass％以下に制限することが望ましい。
なお、Niは、鋼の溶製時に積極的に添加しなくても、精錬炉や取鍋の付着地金あるいは原料として使用したスクラップからの混入により 0.1mass％以下程度が不可避に含まれることもある。
【００３７】
Ｏ：0.0050mass％以下
Ｏは、伸び特性や勒性、耐食性を低下させる元素であり、0.0050mass％を超えるとその悪影響が顕著になるので、含有量は0.0050mass％以下にすることが好ましい。より好適には0.0030mass％以下である。
【００３８】
本発明において、フェライト系クロム鋼板を上記のような非金属介在物の形態、組成とするには、以下のような製造条件とすることが重要である。
まず、本発明では、脱酸に先立って脱炭を行うが、この脱炭精錬に際しては、溶鋼中のＣ含有量が0.02mass％以下になるまで脱炭する必要がある。というのは、鋼中Ｃ量が0.02mass％を超えると、前述したように、ｒ値や伸び特性の低下を招くからである。
【００３９】
ついで、脱酸を行うが、この脱酸に際しては、Al，Tiで溶鋼を脱酸したのち、Zrを取鍋内、連続鋳造タンディッシュ内または鋳型内のフェライト系クロム鋼組成の溶鋼に対して添加する順序で行うことが好ましい。
というのは、AlやTiによる脱酸に先立って、Zrを添加したり、三者を同時に添加すると、前述したように、Zr酸化物濃度が低く、A1203 濃度がやや高い介在物組成となって、十分な耐リジング性の改善効果が得られないからである。
【００４０】
その後、この溶鋼は連続鋳造によりスラブにし、常法に従って製品化される。すなわち、例えば1300〜800 ℃で熱間圧延したのち、圧下率：50〜90％程度で冷間圧延し、ついで 700〜1100℃程度の温度で仕上げ焼鈍を施せば良い。
【００４１】
【実施例】
表１に示す成分組成になるように鋼を溶製するため、上底吹き転炉を用いて１次脱炭精錬した 180 tonの溶鋼を、ＶＯＤによる脱炭、脱窒精錬後、Al，Tiにより脱酸した。その後、Zrを鍋内溶鋼中に添加した。
処理中のスラグはCaＯ−SiO2−Al203 −MgＯ系とした。この時、スラブの脱酸生成物系の非金属介在物の組成、形態を制御するために、表２に示すように、Zr添加量を調整した。
この溶鋼を、連続鋳造により 200mm厚のスラブとした。タンディッシュ内での溶鋼温度はそれぞれの鋼の液相線温度＋20〜＋60℃とした。
ついで、これらの連鋳スラブを、熱間圧延により 4.0mm厚の熱延板とした後、熱延板焼鈍を施し、酸洗後、冷間圧延により 0.5mm厚の冷延板とし、ついで950〜1000℃の仕上げ焼鈍を施した。
かくして得られた各冷延焼鈍板から、圧延方向と平行にJIS 5 号試験を採取し、15％引張り後のリジングの発生状況について調査した。
得られた結果を表２に併記する。
【００４２】
【表１】
【００４３】
【表２】
【００４４】
表２に示したとおり、発明例はいずれも、0.1 μm 以上の厚みの非金属介在物の平均値が、Zr酸化物含有量：30mass％以上、Al2O3 含有量：30mass％以下を満足しており、耐リジング性に極めて優れていた。
【００４５】
【発明の効果】
かくして、本発明によれば、表面性状の劣化を招くことなしに、耐リジング特性の優れた高加工性フェライト系クロム鋼板を安定して得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】鋼中のZrやAl, Tiがリジングに及ぼす影響を示した図である。
【図２】非金属酸化物中のZr酸化物、A1203 およびTi酸化物など他酸化物がリジングに及ぼす影響を示した図である。
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐リジング性に優れたTi含有高加工性フェライト系クロム鋼板およびその製造方法に関し、特にフェライト系クロム鋼の製造過程で生成する非金属介在物の形態を適切に制御することによって、耐リジング性の有利な改善を図ろうとするものである。
【０００２】
【従来の技術】
フェライト系クロム鋼板は、一般に、耐応力腐食割れ性に優れるだけでなく、加工性に優れており、さらに高価なNiを添加しないため、オーステナイト系ステンレス鋼に比較して安価なことから、家電、建材、自動車排気系部材など広い用途に使用されている。しかしながら、このフェライト系クロム鋼板は、一般にプレス成形などの加工を施すと、リジングと呼ばれるうねり状の歪み模様が鋼板表面上に発生し易く、十分な製品外観が得られないという問題を残していた。
【０００３】
このため、従来から、フェライト系クロム鋼板のプレス成形性を改善する方法について、種々の提案がなされている。
例えば、凝固組織の微細化や等軸晶化を図ることによって耐リジング性を改善する方法が提案されている（例えば特許文献１、特許文献２参照）。
しかしながら、上記の方法では、結晶粒を十分に微細化できなかったり、リジング発生の主要因と考えられる柱状晶を十分に低減することができないという問題があった。
【０００４】
また、フェライト系ステンレス鋼を連続鋳造する際に、電磁撹拌条件の適正化を図ることによって耐リジング性を改善する方法が提案されている（例えば特許文献３参照）。
しかしながら、この方法による電磁撹拌で得られる等軸晶率には限界があり、等軸晶率はせいぜい50％程度であるため、耐リジング性の改善が十分ではないという問題があった。
【０００５】
さらに、Ti含有量を増加して溶鋼中にTiＮを生成させることにより等軸晶を増加せることによって耐リジング性を改善する方法が提案されている（例えば特許文献４、特許文献５参照）。
しかしながら、この方法では、鋼中のTiおよびＮの含有量と鋳造温度の適正範囲が非常に狭く制御が難しいため、等軸晶の増加とTiＮに起因した表面欠陥の防止の両立ができないという問題があった。
【０００６】
さらにまた、熱間圧延方法の改善策として、熱間圧延における粗圧延および仕上げ圧延の各圧下率を規制することによって耐リジング性を改善する方法（例えば特許文献６参照）やフェライト系ステンレス鋼の熱間圧延工程において、歪み速度を150 ｓ-1以上にすると共に、この歪み速度と摩擦係数との関係を規制することによって耐リジング性を改善する技術（例えば特許文献７参照）が提案されている。
しかしながら、これらの技術では、耐リジング性は改善されるものの、鋼板とロールとの焼き付きに起因した熱延庇が発生し、鋼板の表面性状が著しく劣化するという問題があった。
【０００７】
【特許文献１】
特開昭49−41227 号公報（特許請求の範囲）
【特許文献２】
特開平２−250925号公報（特許請求の範囲）
【特許文献３】
特開昭54−125132号公報（特許請求の範囲）
【特許文献４】
特開平９−49010 号公報（特許請求の範囲）
【特許文献５】
特開平１−118341号公報（特許請求の範囲）
【特許文献６】
特開平５−179358号公報（特許請求の範囲）
【特許文献７】
特開昭62−10217 号公報（特許請求の範囲）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述したとおり、従来の技術では、十分な耐リジング性の改善が望めず、また耐リジング性が改善されたとしても、その反面で鋼板の表面性状が著しく損なわれるという問題を残していた。
本発明は、上記の問題を有利に解決するもので、表面性状の劣化を招くことなしに耐リジング性を効果的に改善したTi含有高加工性フェライト系クロム鋼板を、その有利な製造方法と共に提案することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
さて、発明者らは、上記の目的を達成すべく鋭意研究を行った結果、耐リジング性は、フェライト系クロム鋼の製造過程で生成する非金属介在物の形態、組成に強く依存し、この非金属介在物の形態、組成を適切に制御することによって、表面性状の劣化を招くことなしに、耐リジング性を効果的に改善することができるという知見を得た。
【００１０】
すなわち、発明者らによる、新規知見は次のとおりである。
鋼中の非金属介在物、とりわけ溶鋼中への脱酸剤の添加によって生成する、いわゆる脱酸生成物を主体とする非金属介在物中に、Zr酸化物を好ましくは30mass％以上が含有させ、溶鋼中に微細分散して晶出させることにより、このZr含有非金属介在物がフェライトの凝固核となって、凝固組織が微細な等軸晶となり、その等軸晶率を60％以上にすることができる。その結果、凝固組織に起因したコロニーバンドを細かく分断することができる。また、微細に析出したZr含有非金属介在物のピンニング効果により、加熱時にフェライトの粒成長が抑制される。
また、非金属介在物中のA1203 濃度が30mass％を超えていると、冷間圧延によって歪が導入される際に、この非金属介在物の周りに局所的に転位が導入され易く、引き続く焼鈍において部分的に再結晶し易くなるのに対し、Zr酸化物濃度を30mass％以上として微細に析出させた場合には、冷延による転位はマトリックス全体に均一に導入され易いため、再結晶組織も均一化される。その結果、リジングの原因の一つと考えられる、同一結晶方位の集合組織を持ったコロニーの生成が効果的に抑制される。
【００１１】
本発明は、上記の知見立脚するもので、その要旨構成は次のとおりである。
１．Ｃ：0.02mass％以下、
Cr：９〜35mass％、
Ti：0.05〜0.5 mass％、
Al：0.006 〜0.1 mass％および
Zr：0.0025〜0.2 mass％
を、
〔％Zr〕／〔％Al〕≧0.5 、
〔％Zr〕／〔％Ti〕≧0.05
ここに、〔％Ｍ〕はＭ元素の含有量（mass％）を表わす
を満足する範囲において含有する組成になり、さらに鋼板中の非金属介在物のうち板厚方向の厚みが 0.1μm 以上である非金属介在物が、Zr酸化物およびTi酸化物を含有することを特徴とする耐リジング性に優れたTi含有高加工性フェライト系クロム鋼板。
【００１２】
２．Ｃ：0.02mass％以下、
Cr：９〜35mass％、
Ti：0.05〜0.5 mass％、
Al：0.006 〜0.1 mass％および
Zr：0.0025〜0.2 mass％
を、
〔％Zr〕／〔％Al〕≧0.5 、
〔％Zr〕／〔％Ti〕≧0.05
ここに、〔％Ｍ〕はＭ元素の含有量（mass％）を表わす
を満足する範囲において含有する組成になり、さらに鋼板中の非金属介在物のうち板厚方向の厚みが 0.1μm 以上である非金属介在物の組成が、平均でZr酸化物：30mass％以上および A1203：30mass％以下を含有し、残部はTi酸化物および不可避的に混入した非金属成分であることを特徴とする耐リジング性に優れたTi含有高加工性フェライト系クロム鋼板。
【００１３】
３．Ｃ：0.02mass％以下、
Cr：９〜35mass％、
Ti：0.05〜0.5 mass％、
Al：0.006 〜0.1 mass％、
Zr：0.0025〜0.2 mass％および
Ca：0.0020mass％以下
を、
〔％Zr〕／〔％Al〕≧0.5 、
〔％Zr〕／〔％Ti〕≧0.05
ここに、〔％Ｍ〕はＭ元素の含有量（mass％）を表わす
を満足する範囲において含有する組成になり、さらに鋼板中の非金属介在物のうち板厚方向の厚みが 0.1μm 以上である非金属介在物の組成が、平均でZr酸化物：30mass％以上および A1203：30mass％以下を含有し、残部はTi酸化物、CaＯおよび不可避的に混入した非金属成分であることを特徴とする耐リジング性に優れたTi含有高加工性フェライト系クロム鋼板。
【００１４】
４．板厚方向の厚みが 0.1μm 以上である非金属介在物が、鋼板の断面内に１mm2 当たり５個以上存在することを特徴とする上記１，２または３記載の耐リジング性に優れたTi含有高加工性フェライト系クロム鋼板。
【００１５】
５．Cr：９〜35mass％を含有するフェライト系クロム鋼組成の溶鋼を、Ｃ含有量が0.02mass％以下となるまで脱炭精錬した後、該溶鋼を取鍋精錬過程でSi，AlおよびTiで脱酸し、ついで取鍋内または連続鋳造におけるタンディッシュ内または鋳型内の溶鋼中にZrを添加した後、連続鋳造にてスラブとし、ついで該スラブを加熱後、熱間圧延および冷間圧延を行って鋼板とすることを特徴とする耐リジング性に優れたTi含有高加工性フェライト系クロム鋼板の製造方法。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を由来するに至った実験結果について説明する。
Ｃ：0.01mass％、Cr：11.0mass％、Si：0.3 mass％およびMn：0.3 mass％を含有し、かつTiを0.05〜0.5 mass％、Alを 0.005〜0.1 mass％、Zrを0.0001〜0.2mass％の範囲で種々に変化させた組成の溶鋼を、真空溶解炉にて溶製し、鋳造温度：1550℃で鋳込んで小型鋼塊（100 kg）とした。その際、非金属介在物の生成状態（組成、分布）を、溶製条件および冷却条件を変更することによって種々に変化させた。
ついで、1150℃に加熱後、熱間圧延により 3.5mm厚の熱延板とし、ついでこれらの熱延板に 950℃，45ｓの焼鈍処理を施したのち、冷間圧延により 0.6mm厚の冷延板とした。その後、これらの冷延板に 980℃，30秒の仕上げ焼鈍を施して製品板とした。
【００１７】
得られた製品板から、圧延方向に平行にJIS 5 号試験片を採取し、15％引張り後のリジングの発生状態を調べると共に、鋼板中の板厚方向の厚みが 0.1μm 以上の非金属介在物の個数と組成を、１μm 以上のものについてはＸ線マイクロアナライザー（EPMA）により、一方１μm 未満のものについては走査型電子顕微鏡とエネルギー分散型Ｘ線分光器（EDX)により測定した。
なお、非金属介在物として、鋼板中の板厚方向の厚みが 0.1μm 以上の非金属介在物を調査対象とした理由は、板厚方向の厚みが 0.1μm 未満のものは、等軸晶の増加ひいてはリジングの改善に対する効果が小さいからである。
【００１８】
鋼中のZrやAl, Tiがリジングに及ぼす影響について調べた結果を、鋼中〔％Zr〕／〔％Al〕、〔％Zr〕／〔％Ti〕とリジングレベルとの関係で、図１に示す。なお、リジングの評価に用いたリジングレベルＡ〜Ｅとはそれぞれ、リジング高さが、５μm 以下のものをレベルＡ、５μm 超で10μm 以下のものをレベルＢ、10μm 超で15μm 以下のものをレベルＣ、15μm 超で20μm 以下のものをレベルＤおよび20μm 超のものをレベルＥと表し、このリジングレベルでＡまたはＢであれば耐リジング性に優れるものといえる。
同図に示したとおり、〔％Zr〕／〔％Al〕≧0.5 で、かつ〔％Zr〕／〔％Ti〕≧0.05を満足する場合に優れた耐リジング性を得ることができた。特に、〔％Zr〕／〔％Al〕≧1.0 で、かつ〔％Zr〕／〔％Ti〕≧0.1 においてとりわけ良好な耐リジング性が得られている。
【００１９】
そこで、本発明では、フェライト系クロム鋼の成分につき、〔％Zr〕／〔％Al〕≧0.5 かつ〔％Zr〕／〔％Ti〕≧0.05、好ましくは〔％Zr〕／〔％Al〕≧1.0かつ〔％Zr〕／〔％Ti〕≧0.1 の範囲に制限したのである。
【００２０】
次に、非金属介在物中のZr酸化物、A1203 、Ti酸化物および他の不可避的に混入した非金属成分を分析した。ここに、不可避的に混入した非金属成分とは、CaＯ，MgＯ，SiO2などの酸化物、CaＳ，MgＳ，MnＳなどの硫化物、TiＮなどの窒化物などが含まれる。これらの不可避的に混入した非金属成分は、必ずしも全ての成分が非金属介在物中に含まれるものではない。
【００２１】
図２に、非金属介在物中のZr酸化物含有量、A1203 含有量、Ti酸化物および他の不可避的に混入した非金属成分の含有量を、非金属介在物の個数によって平均化し、この個数平均に対してリジングレベルを判定し、プロットした結果を示す。
同図に示したとおり、非金属介在物中の平均Zr酸化物濃度が30mass％以上で、かつ平均A1203 濃度が30mass％以下の範囲においてとりわけ優れた耐リジング性が得られることが判明した。
【００２２】
これより、本発明では、フェライト系クロム鋼の製造過程で生成したZr酸化物濃度および Al2O3濃度について、Zr酸化物濃度を30mass％以上、Al2O3 濃度を30mass％以下含有することに制限したのである。
なお、板厚方向の厚みが 0.1μm 以上の非金属介在物については、その全てを上記成分範囲とする必要はなく、少なくとも個数割合で70％以上の粒子の平均値が適正範囲内であれば、残りの30％はZr酸化物を含有していなくても良い。
【００２３】
さらに、板厚方向の厚みが 0.1μm 以上の非金属介在物の個数が、鋼板の断面内で５個/mm2以上となるような密度で存在させることにより、リジングレベルはいっそう改善される。というのは、かような非金属介在物は、フェライトの凝固核となるため凝固組織が微細な等軸晶となり、その等軸晶率が上昇する結果、耐リジング性も改善されるからである。
【００２４】
次に、本発明の成分組成について説明する。
本発明は、Ｃ：0.02mass％以下、Cr：９〜35mass％を含有するフェライト系クロム鋼中に、Ti：0.05mass％〜0.5 mass％、Al：0.006 〜0.1 mass％およびZr：0.0025〜0.2 mass％、さらに必要に応じてCa：0.0020mass％以下を含有させたものであれば、いわゆるフェライト系ステンレス鋼と呼ばれる鋼種全般に適用することができる。
【００２５】
以下、発明鋼板の成分組成を上記の範囲に限定した理由について説明する。
Ｃ：0.02mass％以下
Ｃは、ｒ値および伸び特性を低下させる元素であり、含有量が0.02mass％を超えるとその悪影響が顕著になるので、Ｃ量は0.02mass％以下に制限した。より好ましくは0.01mass％以下である。
【００２６】
Cr：９〜35mass％
Crは、耐食性を確保するために不可欠な元素であり、含有量が９mass％に満たないと十分な耐食性が得られず、一方35mass％を超えると冷間加工性の低下を招くので、Cr量は９〜35mass％の範囲に限定した。好ましい範囲は11〜30mass％である。
【００２７】
Ti：0.05〜0.5 mass％
Tiは、プレス成形性に有害なＣ，Ｎを析出固定し、軟質化および加工性向上に有効に寄与するので、0.05mass％以上添加する必要がある。しかしながら、0.5mass％を超えて添加してもその効果は飽和に達し、むしろ製造性の低下やコストの増加を招くので、0.5 mass％を上限して添加するものとした。
【００２８】
Al：0.006 〜0.1 mass％
TiおよびZrの歩留りの観点から、Alは 0.006mass％以上好ましくは 0.010mass％以上添加して、溶鋼を脱酸する必要がある。しかしながら、Al添加量が 0.1mass％を超えたり、Zr添加量に対して過剰に多いと前述したように非金属介在物中のAl2O3 濃度が適正範囲外の30mass％超になるだけでなく、冷延による歪が非金属介在物の周りに局所的に導入され易くなり、焼鈍後に不均一組織となり易い。よってAlは 0.006〜0.1 mass％の範囲でかつ、〔％Zr〕／〔％Al〕≧0.5 を満足する範囲で含有させるものとした。
【００２９】
Zr：0.0025〜0.2 mass％
Zr量が0.0025mass％未満、つまり〔％Zr〕／〔％Al〕＜0.5 、〔％Zr〕／〔％Ti〕＜0.05になると、非金属介在物中のZr酸化物濃度を適正範囲の30mass％以上にすることができない。また、Zr量が0.2 mass％を超えると、鋼中に巨大なZr硫酸化物が生成し、コイルの表面品質を劣化させる原因となる。また、これ以上添加しても上記の効果は飽和するだけである。それ故、Zr量は、0.0025〜0.2 mass％の範囲に限定した。
【００３０】
Ca：0.0020mass％以下
連続鋳造時のノズル詰まり防止の観点からCaを少量添加することは有利である。但し、冷延板の発錆の観点から上限を0.0020mass％とした。
【００３１】
その他の成分については、特に限定されることはないが、特に好ましい組成範囲は次のとおりである。
Ｎ：0.02mass％以下
Ｎは、Ｃと同様、ｒ値および伸びを低下させる元素であるので、0.02mass％以下とするのが好ましい。
【００３２】
Si：1.0 mass％以下
Siは、脱酸のために有効な元素であるが、過剰の添加は冷間加工性の低下を招くので、その添加量は 1.0mass％以下とすることが好ましい。
【００３３】
Mn：1.0 mass％以下
Mnの過剰添加は冷間加工性の低下を招くので、その添加量は 1.0mass％以下、好ましくは 0.7mass％以下とするのが望ましい。
【００３４】
Mo：4.0 mass％以下
Moは、耐食性を一層向上させる元素であり、選択的に添加される。その効果は0.1 mass％以上の添加で得られるが、4.0 mass％を超えると深絞り成形性の低下が懸念されるので、Moの添加量は 4.0mass％以下、好ましくは 3.0mass％以下とすることが望ましい。
【００３５】
Cu：2.0 mass％以下
Cuは、耐食性を改善する有用元素であるが、2.0 mass％を超える多量添加は耐食性改善効果が飽和するだけでなく、加工性の低下を招く。従って、Cuは 2.0mass％以下、好ましくは 1.6mass％以下とすることが望ましい。
【００３６】
Ni：1.0 mass％以下
Niは、鋼の耐食性を向上させる有用元素であるが、1.0 mass％を超えて含有させるとオーステナイト相が発現し、フェライト系クロム鋼の長所である加工性を損なうので、Niは 1.0mass％以下に制限することが望ましい。
なお、Niは、鋼の溶製時に積極的に添加しなくても、精錬炉や取鍋の付着地金あるいは原料として使用したスクラップからの混入により 0.1mass％以下程度が不可避に含まれることもある。
【００３７】
Ｏ：0.0050mass％以下
Ｏは、伸び特性や勒性、耐食性を低下させる元素であり、0.0050mass％を超えるとその悪影響が顕著になるので、含有量は0.0050mass％以下にすることが好ましい。より好適には0.0030mass％以下である。
【００３８】
本発明において、フェライト系クロム鋼板を上記のような非金属介在物の形態、組成とするには、以下のような製造条件とすることが重要である。
まず、本発明では、脱酸に先立って脱炭を行うが、この脱炭精錬に際しては、溶鋼中のＣ含有量が0.02mass％以下になるまで脱炭する必要がある。というのは、鋼中Ｃ量が0.02mass％を超えると、前述したように、ｒ値や伸び特性の低下を招くからである。
【００３９】
ついで、脱酸を行うが、この脱酸に際しては、Al，Tiで溶鋼を脱酸したのち、Zrを取鍋内、連続鋳造タンディッシュ内または鋳型内のフェライト系クロム鋼組成の溶鋼に対して添加する順序で行うことが好ましい。
というのは、AlやTiによる脱酸に先立って、Zrを添加したり、三者を同時に添加すると、前述したように、Zr酸化物濃度が低く、A1203 濃度がやや高い介在物組成となって、十分な耐リジング性の改善効果が得られないからである。
【００４０】
その後、この溶鋼は連続鋳造によりスラブにし、常法に従って製品化される。すなわち、例えば1300〜800 ℃で熱間圧延したのち、圧下率：50〜90％程度で冷間圧延し、ついで 700〜1100℃程度の温度で仕上げ焼鈍を施せば良い。
【００４１】
【実施例】
表１に示す成分組成になるように鋼を溶製するため、上底吹き転炉を用いて１次脱炭精錬した 180 tonの溶鋼を、ＶＯＤによる脱炭、脱窒精錬後、Al，Tiにより脱酸した。その後、Zrを鍋内溶鋼中に添加した。
処理中のスラグはCaＯ−SiO2−Al203 −MgＯ系とした。この時、スラブの脱酸生成物系の非金属介在物の組成、形態を制御するために、表２に示すように、Zr添加量を調整した。
この溶鋼を、連続鋳造により 200mm厚のスラブとした。タンディッシュ内での溶鋼温度はそれぞれの鋼の液相線温度＋20〜＋60℃とした。
ついで、これらの連鋳スラブを、熱間圧延により 4.0mm厚の熱延板とした後、熱延板焼鈍を施し、酸洗後、冷間圧延により 0.5mm厚の冷延板とし、ついで950〜1000℃の仕上げ焼鈍を施した。
かくして得られた各冷延焼鈍板から、圧延方向と平行にJIS 5 号試験を採取し、15％引張り後のリジングの発生状況について調査した。
得られた結果を表２に併記する。
【００４２】
【表１】
【表２】
表２に示したとおり、発明例はいずれも、0.1 μm 以上の厚みの非金属介在物の平均値が、Zr酸化物含有量：30mass％以上、Al2O3 含有量：30mass％以下を満足しており、耐リジング性に極めて優れていた。
【００４５】
【発明の効果】
かくして、本発明によれば、表面性状の劣化を招くことなしに、耐リジング特性の優れた高加工性フェライト系クロム鋼板を安定して得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】鋼中のZrやAl, Tiがリジングに及ぼす影響を示した図である。
【図２】非金属酸化物中のZr酸化物、A1203 およびTi酸化物など他酸化物がリジングに及ぼす影響を示した図である。
Claims (5)
- Ｃ：0.02mass％以下、
Cr：９〜35mass％、
Ti：0.05〜0.5 mass％、
Al：0.006 〜0.1 mass％および
Zr：0.0025〜0.2 mass％
を、
〔％Zr〕／〔％Al〕≧0.5 、
〔％Zr〕／〔％Ti〕≧0.05
ここに、〔％Ｍ〕はＭ元素の含有量（mass％）を表わす
を満足する範囲において含有する組成になり、さらに鋼板中の非金属介在物のうち板厚方向の厚みが 0.1μm 以上である非金属介在物が、Zr酸化物およびTi酸化物を含有することを特徴とする耐リジング性に優れたTi含有高加工性フェライト系クロム鋼板。 - Ｃ：0.02mass％以下、
Cr：９〜35mass％、
Ti：0.05〜0.5 mass％、
Al：0.006 〜0.1 mass％および
Zr：0.0025〜0.2 mass％
を、
〔％Zr〕／〔％Al〕≧0.5 、
〔％Zr〕／〔％Ti〕≧0.05
ここに、〔％Ｍ〕はＭ元素の含有量（mass％）を表わす
を満足する範囲において含有する組成になり、さらに鋼板中の非金属介在物のうち板厚方向の厚みが 0.1μm 以上である非金属介在物の組成が、平均でZr酸化物：30mass％以上および A1203：30mass％以下を含有し、残部はTi酸化物および不可避的に混入した非金属成分であることを特徴とする耐リジング性に優れたTi含有高加工性フェライト系クロム鋼板。 - Ｃ：0.02mass％以下、
Cr：９〜35mass％、
Ti：0.05〜0.5 mass％、
Al：0.006 〜0.1 mass％、
Zr：0.0025〜0.2 mass％および
Ca：0.0020mass％以下
を、
〔％Zr〕／〔％Al〕≧0.5 、
〔％Zr〕／〔％Ti〕≧0.05
ここに、〔％Ｍ〕はＭ元素の含有量（mass％）を表わす
を満足する範囲において含有する組成になり、さらに鋼板中の非金属介在物のうち板厚方向の厚みが 0.1μm 以上である非金属介在物の組成が、平均でZr酸化物：30mass％以上および A1203：30mass％以下を含有し、残部はTi酸化物、CaＯおよび不可避的に混入した非金属成分であることを特徴とする耐リジング性に優れたTi含有高加工性フェライト系クロム鋼板。 - 板厚方向の厚みが 0.1μm 以上である非金属介在物が、鋼板の断面内に１mm2 当たり５個以上存在することを特徴とする請求項１，２または３記載の耐リジング性に優れたTi含有高加工性フェライト系クロム鋼板。
- Cr：９〜35mass％を含有するフェライト系クロム鋼組成の溶鋼を、Ｃ含有量が0.02mass％以下となるまで脱炭精錬した後、該溶鋼を取鍋精錬過程でSi，AlおよびTiで脱酸し、ついで取鍋内または連続鋳造におけるタンディッシュ内または鋳型内の溶鋼中にZrを添加した後、連続鋳造にてスラブとし、ついで該スラブを加熱後、熱間圧延および冷間圧延を行って鋼板とすることを特徴とする耐リジング性に優れたTi含有高加工性フェライト系クロム鋼板の製造方法。
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