JP2009068104A - 打抜き加工性に優れたフェライト系ステンレス鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課 題】 かえりを発生することなく打抜き加工やせん断加工を行なうことができるフェライト系ステンレス鋼板とその製造方法を提供する。
【解決手段】 C:0.0030〜0.012質量%,Si:0.13質量%以下,Mn:0.25質量%以下,P:0.04質量%以下,S:0.005質量%以下,Al:0.06質量%以下,N:0.0030〜0.012質量%,Cr:20.5〜23.5質量%,Cu:0.3〜0.6質量%,Ni:0.5質量%以下,Nb:0.3〜0.5質量%,Ti:0.05〜0.15質量%を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる組成を有するスラブを、仕上げ温度を900℃以上かつ巻取り温度を400〜550℃として熱間圧延を行ない、得られた熱延鋼板に軟化焼鈍を施し、さらに酸洗を施し、次いで冷間圧延を行なう。
【選択図】 図1
Description
(a)切り出したフェライト系ステンレス鋼板を成形装置(たとえばプレス成形機等)へ搬送する際に、かえりが障害となってトラブルが発生する、
(b)溶接する際に、接合するフェライト系ステンレス鋼板のかえりの部位に隙間が生じて溶落ちが発生する
等の問題がある。かえりは、せん断加工のみならず、図1に示すように打抜き加工によっても発生する。そのため、かえりが発生しない打抜き加工技術やせん断加工技術の開発が求められている。
しかし従来は、打抜き加工やせん断加工におけるかえりの防止を目的とした検討は十分ではなく、鋼板の成形性を改善することによってかえりを抑制しようとする検討がなされている。
特許文献2には、フェライト系ステンレス鋼板の成分を規定することによって、フェライトの結晶粒を粗大化する技術が開示されている。この技術は、フェライトの結晶粒を粗大化して、フェライト系ステンレス鋼板の張出し成形性を改善するものである。しかし打抜き加工やせん断加工においては、大きいかえりが発生し易い。
なお以下では、打抜き加工とせん断加工を総称して、打抜き加工と記す。
(A)フェライト系ステンレス鋼板のフェライト結晶粒の粒界にNbTi複合炭窒化物が析出すれば、打抜き加工による亀裂が伝播し易くなり、かえりを防止できる、
(B)フェライト系ステンレス鋼板のフェライト結晶粒径を20μm以下(ASTM−E112準拠)にすれば、NbTi複合炭窒化物を均一に分散できる、
(C)フェライト系ステンレス鋼板の降伏比を0.65以上とすれば、打抜き加工による加工硬化を抑制して亀裂の伝播を促進し、かえりを防止できる
という知見を得た。本発明は、これらの知見に基づいてなされたものである。
また本発明は、C:0.0030〜0.012質量%,Si:0.13質量%以下,Mn:0.25質量%以下,P:0.04質量%以下,S:0.005質量%以下,Al:0.06質量%以下,N:0.0030〜0.012質量%,Cr:20.5〜23.5質量%,Cu:0.3〜0.6質量%,Ni:0.5質量%以下,Nb:0.3〜0.5質量%,Ti:0.05〜0.15質量%を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる組成を有するスラブを、仕上げ温度を900℃以上かつ巻取り温度を400〜550℃として熱間圧延を行ない、得られた熱延鋼板に軟化焼鈍を施し、さらに酸洗を施し、次いで冷間圧延を行ない、得られた冷延鋼板に再結晶焼鈍を施す打抜き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である。
C:0.0030〜0.012質量%
Cは、後述するCrと結合して、腐食に対するステンレス鋼の鋭敏化の原因になるCr炭化物を生成させる元素である。そこでTi,Nbを添加することによってNbTi複合炭窒化物としてCを固定するとともに、NbTi複合炭窒化物を分散して析出させ、打抜き加工によるかえりを防止する。C含有量が0.0030質量%未満では、この効果が得られない。一方、0.012質量%を超えると、Cr炭化物の生成を抑制できなくなり、耐食性が劣化する。また、NbTi炭窒化物量が多くなり、フェライト粒も展伸して粗大化し易くなるので、かえりが発生し易くなる。したがって、Cは0.0030〜0.012質量%の範囲内とする。好ましくは0.004〜0.010質量%である。
Siは、固溶硬化によってフェライト系ステンレス鋼板を硬質化し、延性を劣化させる元素である。Si含有量が0.13質量%を超えると、フェライト系ステンレス鋼板の延性が著しく劣化する。したがって、Siは0.13質量%以下とする。好ましくは0.10質量%以下である。
Mnは、フェライト系ステンレス鋼板の耐食性を劣化させる元素である。Mn含有量が0.25質量%を超えると、耐食性の劣化に加えて、後述するSと結合して微細なMnSを生成し易くなる。MnSはフェライト結晶粒の粒界に析出し、熱間圧延や冷間圧延によってフェライト結晶粒を展伸させ、打抜き加工の際に高いかえりを発生させる。したがって、Mnは0.25質量%以下とする。好ましくは0.20質量%以下である。
Pは、固溶硬化によってフェライト系ステンレス鋼板を硬質化し、靭性を劣化させる元素である。P含有量が0.04質量%を超えると、フェライト系ステンレス鋼板の靭性が著しく劣化する。したがって、Pは0.04質量%以下とする。好ましくは0.03質量%以下である。
Sは、Mnあるいは後述するTiと結合してMnS,TiSを生成し、フェライト結晶粒の等軸晶化を阻害する元素である。S含有量が0.005質量%を超えると、フェライト結晶粒が著しく展伸するので、打抜き加工の際に高いかえりが発生する。したがって、Sは0.005質量%以下とする。好ましくは0.003質量%以下である。
Alは、フェライト系ステンレス鋼の溶製段階で脱酸剤として用いられる。Al含有量が0.06質量%を超えると、Nと結合してAlNを生成し易くなる。AlNは熱間圧延や冷間圧延によってフェライト結晶粒を展伸させ、打抜き加工の際に高いかえりを発生させる。したがって、Alは0.06質量%以下とする。ただし、Al含有量が0.01質量%未満では、溶製段階で脱酸の効果が得られない。そのため、Alは0.01〜0.06質量%の範囲内が好ましい。より好ましくは0.02〜0.06質量%である。0.02〜0.045質量%が一層好ましい。
Nは、NbTi複合炭窒化物を生成する。フェライト系ステンレス鋼板にNbTi複合炭窒化物を均一に分散させることによって、打抜き加工による亀裂が伝播し易くなり、かえりを防止できる、N含有量が0.0030質量%未満では、十分な量のNbTi複合炭窒化物が生成しない。一方、0.012質量%を超えると、Cr窒化物が析出して耐食性が劣化する。したがって、Nは0.0030〜0.012質量%の範囲内とする。好ましくは0.0040〜0.010質量%である。
Crは、フェライト系ステンレス鋼板の表面に不動態皮膜を形成して耐食性を向上させる元素である。Cr含有量が20.5質量%未満では、本発明の目的とする18%Cr含有ステンレス鋼よりも優れた耐食性が得られなくなる。一方、23.5質量%を超えると、CrとNbを含む硬質相が析出し易くなり、加工性が劣化するとともに、熱間圧延の後の焼鈍(以下、軟化焼鈍という)や冷間圧延の後の焼鈍(以下、再結晶焼鈍という)における再結晶が阻害され、フェライト結晶粒が圧延方向に展伸し易くなる。フェライト結晶粒が展伸すると、打抜き加工の際に高いかえりを発生し易くなる。したがって、Crは20.5〜23.5質量%の範囲内とする。好ましくは20.5〜22.5質量%である。
Cuは、Crを20.5質量%以上含有するフェライト系ステンレス鋼板の耐食性をさらに向上する作用を有する。Cu含有量が0.3質量%未満では、この効果は得られない。一方、0.6質量%を超えると、Sと結合してCuSを生成し易くなる。CuSは、熱間圧延や冷間圧延によってフェライト結晶粒を展伸させ、打抜き加工の際に高いかえりを発生させる。したがって、Cuは0.3〜0.6質量%の範囲内とする。好ましくは0.3〜0.5質量%である。より好ましくは0.3〜0.45質量%である。
Niは、フェライト系ステンレス鋼板の耐食性をさらに向上する作用を有する。しかしNi含有量が0.5質量%を超えると、フェライト系ステンレス鋼板が硬質化して延性の劣化を招く。したがって、Niは0.5質量%以下とする。ただし、フェライト系ステンレス鋼板の耐食性を向上する効果を得るためには、Niを0.1質量%以上含有させて、0.1〜0.5質量%とすることが好ましい。より好ましくは0.1〜0.4質量%である。
Nbは、フェライト系ステンレス鋼板にNbTi複合炭窒化物を生成させ、打抜き加工の際に亀裂を伝播し易くしてかえりを防止する作用を有する。Nb含有量が0.3質量%未満では、Cr炭窒化物が多量に析出して、フェライト系ステンレス鋼板の耐食性の劣化を招く。一方、0.5質量%を超えると、CrとNbを含有する硬質相が生成して、加工性が劣化するとともに、NbTi複合炭窒化物が生じ難くなるので、打抜き加工の際に高いかえりが発生する。したがって、Nbは0.3〜0.5質量%の範囲内とする。好ましくは0.3〜0.45質量%である。
Tiは、フェライト系ステンレス鋼板にNbTi複合炭窒化物を生成させ、打抜き加工の際に亀裂を伝播し易くしてかえりを防止する作用を有する。Ti含有量が0.3質量%未満では、NbTi複合炭窒化物は生成されず、Ti炭窒化物やNb炭窒化物がフェライト結晶粒内に析出する。そのため、打抜き加工の際に高いかえりが発生する。一方、0.15質量%を超えると、TiSが多量に析出するので、フェライト粒の等軸化が阻害されて、打抜き加工の際に高いかえりが発生する。したがって、Tiは0.05〜0.15質量%の範囲内とする。好ましくは0.05〜0.12質量%である。
B:0.001質量%以下
Bは、ごく微量の添加であれば、再結晶核となり結晶粒を微細化する効果がある。しかしB含有量が0.001質量%を超えると、フェライト系ステンレス鋼板が硬質化して、加工性の低下や表面欠陥の発生を引き起こす。したがって、Bは0.001質量%以下が好ましい。ただし、フェライト系ステンレス鋼板の結晶粒を微細化する効果を得るためには、Bを0.0001質量%以上含有させて、0.0001〜0.001質量%とすることが一層好ましい。
Moは、不動態皮膜を強化し、腐食が発生した後の再不動態化を促進して、フェライト系ステンレス鋼板の耐食性を向上させる元素である。しかしMo含有量が0.1質量%を超えると、固溶強化によってプレス加工等の加工性が低下する。したがって、Moは0.1質量%以下が好ましい。ただし、再不動態化を促進する効果を得るためには、Moを0.01質量%以上含有させて、0.01〜0.1質量%とすることが一層好ましい。
Vは、フェライト系ステンレス鋼板の耐食性を向上させる元素である。しかしV含有量が0.05質量%を超えると、フェライト系ステンレス鋼板が硬質化して、加工性の低下を引き起こす。したがって、Vは0.05質量%以下が好ましい。ただし、フェライト系ステンレス鋼板の耐食性を向上する効果を得るためには、Vを0.01質量%以上含有させて、0.01〜0.05質量%とすることが一層好ましい。
Caは、フェライト系ステンレス鋼板の製造工程にて溶鋼が製鋼設備(たとえばノズル等)に付着するのを防止する作用を有する元素である。しかしCa含有量が0.01質量%を超えると、鋼中でCaO,CaS等として析出する。これらの介在物は、水に容易に溶解して局所的なpHを上昇させるので、腐食の起点となる。したがって、Caは0.01質量%以下が好ましい。ただし、製鋼設備に付着するのを防止する効果を得るためには、Caを0.001質量%以上含有させて、0.001〜0.01質量%とすることが一層好ましい。
次に、本発明のフェライト系ステンレス鋼板の組織を説明する。
フェライト結晶粒の粒径:20μm以下
フェライト系ステンレス鋼板のフェライト結晶粒の大きさは、打抜き加工によるかえりの高さに多大な影響を及ぼす。粒径が20μmを超えると、各フェライト結晶粒の変形が大きくなり、打抜き加工の際に高いかえりが発生し易くなる。したがって、フェライト結晶粒の粒径は20μm以下とする。なおフェライト結晶粒径は、ASTM−E112に準拠して求めたASTM公称粒径を指す。
打抜き加工の亀裂は、フェライト結晶粒の粒界に存在する析出物とフェライト結晶粒との界面から発生し、粒界に沿って伝播する。そこでフェライト結晶粒の粒界にNbTi複合炭窒化物を析出させ、それを起点として多数の亀裂を発生させ、さらにその亀裂を合体させることによって、容易に切断できるようにする。その結果、打抜き加工の際のかえりを防止できる。NbTi複合炭窒化物に含まれるNb含有量とTi含有量の比[Nb]/[Ti]が1未満では、打抜き時にフェライト粒界とNbTi複合炭窒化物との間の密着力が高くなり、亀裂発生が起き難くなり、かえりが高くなる。一方、10を超えると、NbTi複合炭窒化物が微細化して、やはりフェライト粒界との間に亀裂が発生し難くなる。したがって、NbTi複合炭窒化物に含まれるNb含有量とTi含有量の比[Nb]/[Ti]は1〜10の範囲内とする。
降伏比:0.65以上
フェライト系ステンレス鋼板の降伏比が0.65未満では、打抜き加工によって加工硬化し易く、各フェライト結晶粒の変形が大きくなり、打抜き加工の際に高いかえりが発生し易くなる。本発明のフェライト系ステンレス鋼板は、降伏比が0.65以上である。
所定の成分を有するフェライト系ステンレス鋼の溶鋼を溶製し、さらにスラブとした後、1000℃以上に加熱して熱間圧延(仕上げ温度:900℃以上,巻取り温度:400〜550℃)を行ない、熱延鋼板とする。
スラブの加熱温度:1000℃以上
スラブを加熱することによって炭化物や窒化物を一旦溶解させ、仕上げ温度と巻取り温度を規定することによって、フェライト結晶粒の粒界にNbTi複合炭窒化物を析出させる。そのため、熱間圧延に先立つスラブの加熱温度は1000℃以上とすることが好ましい。なお上限値を1250℃として、加熱温度を1000〜1250℃の範囲内とすることが、一層好ましい。その理由は、加熱温度が1250℃を超えると、スラブが変形して熱間圧延が困難になるからである。さらに好ましくは1050〜1200℃である。
仕上げ温度が900℃未満では、熱間圧延中に再結晶が妨げられるので、熱間圧延によってフェライト結晶粒が圧延方向に展伸する。そのため、フェライト系ステンレス鋼板の打抜き加工の際に高いかえりが発生し易くなる。したがって、熱間圧延の仕上げ温度は900℃以上とする。なお上限値を1050℃として、仕上げ温度を900〜1050℃の範囲内とすることが好ましい。その理由は、仕上げ温度が1050℃を超えると、スラブが圧延ロールに焼付き易くなるからである。より好ましくは920〜1000℃である。
熱延鋼板の巻取り温度は、フェライト結晶粒の粒界にNbTi複合炭窒化物を析出させるために重要な役割を担う。巻取り温度が400℃未満では、NbTi複合炭窒化物は析出しない。一方、550℃を超えると、NbとCrを含有する硬質相が析出して、靭性が著しく劣化する。したがって、熱延鋼板の巻取り温度は400〜550℃の範囲内とする。好ましくは430〜530℃である。巻取り温度がこの範囲内であれば、NbTi複合炭窒化物が冷延鋼板のフェライト結晶粒の粒界に析出する。
次いで、冷間圧延を行ない、冷延鋼板とする。得られた冷延鋼板に再結晶焼鈍を施して、フェライト系ステンレス鋼板とする。この冷間圧延や再結晶焼鈍は、特に条件を限定せず、従来から知られている方法で操業する。再結晶焼鈍の温度は900〜1100℃の範囲内、保持時間は30〜500秒の範囲内が好ましい。保持時間は30〜180秒が一層好ましい。
このようにして製造したフェライト系ステンレス鋼板の厚さ方向中央部から薄膜をツインジェット法で作製し、透過型電子顕微鏡で粒界に析出したNbTi複合炭窒化物のNb含有量[Nb]とTi含有量[Ti]を測定し、[Nb]/[Ti]値を算出した。フェライト粒径は、圧延方向に平行な板厚断面を研磨し、組織を現出させて、光学顕微鏡で観察した。次に、実際の長さが500μmの長さの線分を写真上の縦と横に5本ずつひき、写真上の結晶粒界と線分との交点の数を数えた。線分の総長を、この交点の数で除し、これに1.13を乗じることで、ASTM公称粒径を求めた。その結果を表2に示す。なお、粒径の測定は、任意の1個の視野で行なった。
さらに、フェライト系ステンレス鋼板から打抜き試験片(100mm×100mm)を切り出して、図1に示すようなポンチ1,板押さえ2,ダイ4を有する打抜き装置を用いて打抜き加工を行なった。図1(a)は打抜き前を示す断面図、図1(b)は打抜き後を示す断面図である。打抜き加工にて打抜き試験片3の中央に直径10mmの円形孔5を打抜いた後、かえりの高さを測定した。その結果を表2に示す。
No.6〜10は、Nb含有量を変化させた例である。本発明の範囲を満足するNo.7〜9ではかえりの高さが50μm以下であった。Nb含有量が本発明の範囲より低いNo.6では、[Nb]/[Ti]値が低い上に、フェライト結晶粒の粒径が大きく、降伏比が小さい。そのため、100μmを超えるかえりが発生した。Nb含有量が本発明の範囲より高いNo.10では、フェライト結晶粒が展伸し、100μmを超えるかえりが発生した。
2 板押さえ
3 打抜き試験片
4 ダイ
5 円形孔
6 鋼
t 打抜き試験片の厚さ
h かえりの高さ
Claims (7)
- C:0.0030〜0.012質量%、Si:0.13質量%以下、Mn:0.25質量%以下、P:0.04質量%以下、S:0.005質量%以下、Al:0.06質量%以下、N:0.0030〜0.012質量%、Cr:20.5〜23.5質量%、Cu:0.3〜0.6質量%、Ni:0.5質量%以下、Nb:0.3〜0.5質量%、Ti:0.05〜0.15質量%を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる組成と、フェライト結晶粒径が20μm以下であり、フェライト結晶粒界のNbTi複合炭窒化物に含まれるNb含有量とTi含有量の比[Nb]/[Ti]が1〜10の範囲内である組織を有することを特徴とするフェライト系ステンレス鋼板。
- 前記組成において、Nb:0.3〜0.5質量%、Ti:0.05〜0.15質量%であることを特徴とする請求項1に記載のフェライト系ステンレス鋼板。
- 前記組成に加えて、B:0.001質量%以下、Mo:0.1質量%以下、V:0.05質量%以下、Ca:0.01質量%以下を含有することを特徴とする請求項1または2に記載のフェライト系ステンレス鋼板。
- C:0.0030〜0.012質量%、Si:0.13質量%以下、Mn:0.25質量%以下、P:0.04質量%以下、S:0.005質量%以下、Al:0.06質量%以下、N:0.0030〜0.012質量%、Cr:20.5〜23.5質量%、Cu:0.3〜0.6質量%、Ni:0.5質量%以下、Nb:0.3〜0.5質量%、Ti:0.05〜0.15質量%を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる組成を有するスラブを、仕上げ温度を900℃以上かつ巻取り温度を400〜550℃として熱間圧延を行ない、得られた熱延鋼板に軟化焼鈍を施し、さらに酸洗を施し、次いで冷間圧延を行ない、得られた冷延鋼板に再結晶焼鈍を施すことを特徴とするフェライト系ステンレス鋼板の製造方法。
- 前記スラブの前記組成において、Nb:0.3〜0.5質量%、Ti:0.05〜0.15質量%であることを特徴とする請求項4に記載のフェライト系ステンレス鋼板の製造方法。
- 前記スラブが前記組成に加えて、B:0.001質量%以下、Mo:0.1質量%以下、V:0.05質量%以下、Ca:0.01質量%以下を含有することを特徴とする請求項4または5に記載のフェライト系ステンレス鋼板の製造方法。
- 前記熱間圧延に先立つスラブの加熱温度が1000℃以上であることを特徴とする請求項4〜6のいずれか一項に記載のフェライト系ステンレス鋼板の製造方法。
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