JP2011179114A

JP2011179114A - 靭性に優れた高耐食性フェライト系ステンレス熱延鋼板

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Publication number: JP2011179114A
Application number: JP2011010420A
Authority: JP
Inventors: Takashi Sagawa; 孝寒川; Shinsuke Ide; 信介井手; Yasushi Kato; 康加藤; Takumi Ugi; 工宇城
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2010-01-28
Filing date: 2011-01-21
Publication date: 2011-09-15
Anticipated expiration: 2031-01-21
Also published as: CN102725432A; WO2011093516A1; CN102725432B; TWI499465B; KR101463526B1; JP4831256B2; KR20120099521A; TW201143932A

Abstract

【課題】-50℃のシャルピー衝撃値が100J/cm²以上である靱性に優れた高耐食性フェライト系ステンレス熱延鋼板を提供する。
【解決手段】質量%で、C:0.020%以下、Si:1.0%以下、Mn:1.0%以下、P:0.06%以下、S:0.01%以下、Cr:18.0〜24.0%、Mo:0.3%以下、Nb:0.15〜0.40%、Ti:0.015%以下、N:0.020%以下、Al:0.20〜0.40%を含有し、かつ下記式(A)および(B)を満足し、残部がFeおよび不可避的不純物からなることを特徴とするフェライト系ステンレス熱延鋼板；
Ti×N≦8.0×10^-5・・・(A)
10×(C+N)≦Nb≦0.25+(C/12+N/14)×93・・・(B)
ここで、各元素記号は鋼中の成分含有量(質量%)を表す。
【選択図】図1

Description

本発明は、靭性に優れた高耐食性フェライト系ステンレス熱延鋼板に関するものである。

ステンレス鋼の中では、その優れた耐食性と靭性により、オーステナイト系ステンレス鋼のSUS304(18%Cr-8%Ni)が広く用いられている。しかし、この鋼種はNiを多量に含むために高価である。Niを多量に含まないフェライト系ステンレス鋼では、SUS304相当の優れた耐食性を有する鋼種として、Moを含有するSUS436L(18%Cr-1%Mo)がある。しかし、これもまたMoが高価な元素であるため、僅か1%の含有でも大幅なコストアップとなる。さらに、このSUS436Lは、構造部材として十分な靭性を有しているとはいえない。Moを含有しないフェライト系ステンレス鋼には、SUS430J1L(19%Cr-0.5%Cu-0.4%Nb)があるが、構造部材として十分な靭性を有しているとはいい難い。

近年、ステンレス鋼の汎用鋼種であるSUS430やSUS304相当の耐食性を有しつつ、構造部材用途にも適用可能な靭性に優れたフェライト系ステンレス鋼板が求められている。また、構造部材用途に安定的に使用されるためには鋼板の板厚は5mm以上であることが望まれている。

これに対し、フェライト系ステンレス鋼板の靭性を改善する技術として、特許文献1には、質量%でC:0.020%以下、Si:0.30〜1.00%、Mn:1.00%以下、P:0.040%以下、S:0.010%以下、Cr:20.0〜28.0%、Ni:0.6%以下、Al:0.03〜0.15%、N:0.020%以下、O:0.0020〜0.0150%、Mo:0.3〜1.5%、Nb:0.25〜0.60%、Ti:0.05%以下を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなり、かつ、25≦Cr+3.3Mo≦30および0.35≦Si+Al≦0.85を満足することを特徴とする温水器用フェライト系ステンレス鋼板が、また特許文献2には、質量%で、C:0.1%以下、N:0.003〜0.05%、Si:0.03〜1.5%、Mn:1.0%以下、P:0.04%以下、S:0.03%以下、Cr:10〜30%、Cu:2%以下、Ni:2%以下、Mo:3%以下、V:1%以下、Ti:0.02〜0.5%、O:0.001〜0.005%、Nb:0.8%以下、Al:0.001〜0.15%、Zr:0.3%以下、B:0.1%以下、Ca:0.003%以下、Mg:0.0005%未満、Ti×N:0.0005以上、残部はFe及び不可避不純物の化学組成で、鋼中にMgとAlの含有量の比が0.3〜0.5のAl及びMgを含有する介在物とTi系介在物との複合介在物が分散した加工性と靱性に優れたフェライト系ステンレス鋼板が開示されている。

しかし、特許文献1は、熱延板焼鈍時や冷間圧延時における鋼帯の破断防止といった製造性確保を目的とし、0℃における板厚4mmの熱延鋼板の靭性を改善する技術であり、また、Moを多量に含有するため、靱性を低下させる金属間化合物等も生成しやすい。このため、より板厚の厚い用途への適用には、靱性が不十分と考えられる。また、特許文献2においても、Ti系介在物の分散制御は困難であり、その粗大化により熱延鋼板の靭性が低下しやすく、十分な靭性が得られていない。なお、寒冷地での使用を想定した建材分野も視野に入れた場合、-50℃のシャルピー衝撃値が100J/cm²以上となる靭性が必要と考えられる。

特開2008-190035号公報特開2001-020046号公報

以上述べたように、MoやTi含有による技術ではフェライト系ステンレス熱延鋼板の靭性改善が十分には図られていない。

本発明は、-50℃のシャルピー衝撃値が100J/cm²以上となる靱性に優れた高耐食性フェライト系ステンレス熱延鋼板を提供することを目的とする。

発明者らは、前述した課題を解決するために、特許文献1や2のようにNbを含むが、高価なNiやMoは含まない、耐食性と靭性に優れたフェライト系ステンレス熱延鋼板を得る方法について鋭意検討を行った。

以下、特に言及しない限り、化学成分の%表示は、すべて質量%を意味するものとする。

まず、本発明を見出すに至った実験結果について説明する。発明者らは、フェライト系ステンレス鋼の靱性に及ぼすAlの影響を評価するため、21%Cr-0.25%Nb-低C-低N鋼でAl量を0.03〜0.50%で変化させた鋼を溶製し、板厚5ｍｍと6mmの熱延焼鈍板(熱延鋼板)を作製して、-50℃においてシャルピー衝撃試験を行った。その結果を図1に示す。Al量を0.20〜0.40%の範囲にすることにより、シャルピー衝撃値が100J/cm²以上となり、優れた靭性が得られることが分かる。この理由は、Al量を0.20%以上にすることにより鋼中のO量が低下し、介在物が減少したことなどによるものと推察される。また、Al量の0.40%を超えた範囲における靭性の低下は、固溶Alの増加に起因するものと思われる。

次に、靭性に及ぼすTi、Nの影響を評価するため、表1および2に示す21%Cr-0.25%Nb-低C-低N鋼でTi、N量を変化させた鋼を溶製し、表1の鋼を用いて板厚5mmの、また、表2の鋼を用いて板厚6mmの熱延焼鈍板を作製して、-50℃においてシャルピー衝撃試験を行った。なお、これらの実験においてシャルピー衝撃値は、シャルピー衝撃試験により得られた吸収エネルギーの値を衝撃試験片のノッチ部の断面積にて除することにより、単位面積当たりの吸収エネルギーに換算した値を示す。

その結果を表1、表2および図2に示す。TiとNの溶解度積に相当するTi(%)×N(%)(以下「溶解度積」と呼ぶ)が8.0×10^-5以下であれば、シャルピー衝撃値が安定して100J/cm²以上となり、優れた靭性が得られることが分かる。この原因を調査するため、溶解度積が8.0×10^-5以下と8.0×10^-5を超える表1の実験1-5と実験1-6の試料および表2の実験2-4と実験2-5の試料の断面組織を研磨後、王水で腐食し、走査型電子顕微鏡(SEM)およびエネルギー分散型Ｘ線分析装置(EDX)で析出物の観察、分析を行った。その結果、溶解度積が8.0×10^-5以下で高靭性の表1の実験1-5および表2の実験2-4の試料には直径が200〜300nmの微細な球状のNb炭化物が観察された。一方、溶解度積が8.0×10^-5を超える低靭性の表1の実験1-6および表2の実験2-5の試料には直径が2〜5μmの粗大な直方体状のTi窒化物が多数観察された。このことから、溶解度積が8.0×10^-5を超えた場合、溶鋼の凝固段階からTi窒化物が析出して粗大化し、切り欠き効果により靭性が低下したものと考えられる。

以上の実験結果から、Crの含有量をその耐食性と製造性の観点から18.0〜24.0%とし、上記のようにAl量とTiとNの溶解度積を制御することにより、靭性低下の要因となる溶鋼の凝固段階における粗大なAlの介在物やTi窒化物の生成を抑制し、靭性に優れた高耐食性フェライト系ステンレス熱延鋼板が得られることを見出した。本発明は、これらの知見に基づいてなされたものである。

すなわち、本発明の構成は以下の通りである。

(1) 質量%で、C:0.020%以下、Si:1.0%以下、Mn:1.0%以下、P:0.06%以下、S:0.01%以下、Cr:18.0〜24.0%、Mo:0.3%以下、Nb:0.15〜0.40%、Ti:0.015%以下、N:0.020%以下、Al:0.20〜0.40%を含有し、かつ下記式(A)および(B)を満足し、残部がFeおよび不可避的不純物からなることを特徴とするフェライト系ステンレス熱延鋼板；
Ti×N≦8.0×10^-5・・・(A)
10×(C+N)≦Nb≦0.25+(C/12+N/14)×93・・・(B)
ここで、各元素記号は鋼中の成分含有量(質量%)を表す。

(2) 質量%で、C:0.015%以下、Si:0.5%以下、Mn:0.8%以下、Nb:0.15〜0.35%、Ti:0.010%以下、N:0.015%以下、Al:0.20〜0.35%であることを特徴とする(1)に記載のフェライト系ステンレス熱延鋼板。

(3) さらに、質量%で、Cu:0.3〜0.8%、Ni:1.0%以下およびCo:1.0%以下のうちから選ばれた少なくとも一種を含有することを特徴とする(1)または(2)に記載のフェライト系ステンレス熱延鋼板。

(4) さらに、質量%で、B:0.0002〜0.0020%を含有することを特徴とする(1)から(3)のいずれかに記載のフェライト系ステンレス熱延鋼板。

本発明によれば、-50℃のシャルピー衝撃値が100J/cm²以上となる靱性に優れた高耐食性フェライト系ステンレス熱延鋼板を得ることができる。

-50℃のシャルピー衝撃値に及ぼすAl量の影響を示す図。 -50℃のシャルピー衝撃値に及ぼすTi(%)×N(%)の影響を示す図。

以下、本発明を実施するための形態について、詳細に説明する。

まず、本発明のフェライト系ステンレス熱延鋼板の成分限定理由を説明する。

C:0.020%以下
Cは、Cr炭化物を形成しやすく、0.020%を超えると溶接時、熱影響部にCr炭化物を形成し、粒界腐食の原因となる。よって、Cは0.020%以下とする。好ましくは0.015%以下である。さらに高い耐食性が要求される場合には、0.010%以下とすることがより好ましい。なお、精錬コストが問題になる場合は、0.003%以上とすることが好ましい。

Si:1.0%以下
Siは、1.0%を超えると靭性を低下させる。よって、Siは1.0%以下とする。好ましくは0.5%以下、より好ましくは0.3%以下である。なお、Siは、脱酸剤として有用な元素であるので、0.05%以上とすることが好ましい。

Mn:1.0%以下
Mnは、1.0%を超えると可溶性硫化物であるMnSを形成し、耐食性を低下させる。よって、Mnは1.0%以下とする。好ましくは0.8%以下、より好ましくは0.6%以下である。

P:0.06%以下
Pは、0.06%を超えると耐食性に有害なばかりか、固溶強化により加工性を低下させる。よって、Pは0.06%以下とする。加工性および靭性を考慮すると、好ましくは0.04%以下である。

S:0.01%以下
Sは、0.01%を超えると耐食性に有害である。よって、Sは0.01%以下とする。高耐食性の観点から、好ましくは0.006%以下である。

Cr:18.0〜24.0%
Crは、表面に不動態皮膜を形成して耐食性を高める元素である。Crが18.0%未満では十分な耐食性が得られない。一方、24.0%を超えるとσ相脆化や475℃脆性が生じやすくなり、靭性が低下しやすくなる。よって、Crは18.0〜24.0%とする。高耐食性の観点から、好ましくは20.0〜24.0%である。

Mo:0.3%以下
Moは、0.3%を超えるとラーベス相などの粗大な金属間化合物を生成させ、靱性を低下させる。よって、Moは0.3%以下とする。なお、コストアップよりもより高い耐食性を望む場合は、0.1%以上とすることが好ましい。

Nb:0.15〜0.40%
Nbは、0.15%以上含有されるとCやNを固定して鋭敏化を抑制する効果を有する。一方、0.40%を超えるとラーベス相などの粗大な金属間化合物を生成させ、靱性を低下させる。よって、Nbは0.15〜0.40%とする。靭性を考慮すると、好ましくは0.15〜0.35%、より好ましくは0.15〜0.30%である。

Ti:0.015%以下
Tiは、粗大な窒化物を形成し、靱性を低下させる。よって、Tiは0.015%以下とする。好ましくは0.010%以下である。さらに高い靭性が要求される場合は、0.005%以下とすることがより好ましい。

N:0.020%以下
Nは、0.020%を超えると窒化物を形成し、靱性を低下させる。特に、Tiが共存する場合は、溶鋼の凝固段階から粗大なTi窒化物が生成し、その切り欠き効果により著しく靭性を低下させる。よって、Ｎは0.020%以下とする。好ましくは0.015%以下である。さらに高い耐食性が要求される場合には、0.010%以下とすることがより好ましい。

Al:0.20〜0.40%
Alは、本発明で重要な元素であり、靭性を向上させる効果を有する。本発明の目的とする靭性に対して、0.20%未満ではその効果が不十分である。また、0.40%を超えた場合、熱間加工性が低下する。よって、Alは0.20〜0.40%とする。好ましくは0.20〜0.35%である。さらに高い靭性が要求される場合には、0.20〜0.30%とすることがより好ましい。

Ti×N≦8.0×10^-5
上述のとおり、フェライト系ステンレス熱延鋼板の靭性低下の要因となる粗大なTi窒化物は、溶鋼の凝固段階から生成する。このTi窒化物の生成を抑制するためには、溶解度積Ti×Nを8.0×10^-5以下に限定する必要がある。好ましくは5.0×10^-5以下である。ここで、Ti、Nはそれぞれの成分の含有量(質量%)を表している。

10×(C+N)≦Nb≦0.25+(C/12+N/14)×93
Nbは、耐食性に有害なCやNをNb炭化物やNb窒化物、これらが複合した析出物として固定して無害化し、耐食性を向上させる効果を有する。しかし、Nb量が(C+N)量の10倍を下回ると、Nb炭化物やNb窒化物、これらが複合した析出物の析出が不十分となり、Cr炭化物、Cr窒化物、これらが複合した析出物が析出し、耐食性が低下する。よって、Nbは10×(C+N)%以上に限定する。好ましくは12×(C+N)%以上である。一方、[0.25+(C/12+N/14)×93]%を超えるNbの含有は、固溶Nbが増加し、靭性が低下する。よって、Nbは[0.25+(C/12+N/14)×93]%以下に限定する。ここで、C、N、Nbはそれぞれの成分の含有量(質量%)を表している。

上記した化学成分以外の残部は、Feおよび不可避的不純物である。なお、不可避的不純物としては、例えば、Mg:0.0020%以下、Ca:0.0020%以下、V:0.10%以下が許容できるが、これらに限られない。

なお、C:0.015%以下、Si:0.5%以下、Mn:0.8%以下、Nb:0.15〜0.35%、Ti:0.010%以下、N:0.015%以下、Al:0.20〜0.35%にすると、-50℃のシャルピー衝撃値が150J/cm²以上となりより優れた靭性が得られるとともに、より優れた耐食性が得られる。

本発明のフェライト系ステンレス熱延鋼板は、上記の必須元素で目的とする特性が得られるが、所望の特性に応じて以下の元素を含有させることができる。

Cu:0.3〜0.8%
Cuは、耐食性を向上させるために有用な元素であり、特に隙間腐食を低減させる上で有効な元素である。この効果が発揮されるためには0.3%以上が必要である。一方、0.8%を超えると熱間加工性が低下する。よって、Cuは0.3〜0.8%とする。好ましくは0.3〜0.5%である。

Ni:1.0%以下
Niは、隙間腐食を低減させる効果を有する。また、Cuを含有させる場合は熱間加工性の低下を防ぐ効果もある。こうした効果を得るにはNiは0.05%以上にすることが好ましい。しかし、1.0%を超えるとコストアップを招くとともに、その効果は飽和し、かえって熱間加工性を低下させる。よって、Niは1.0%以下とする。好ましくは0.05〜0.4%である。

Co:1.0%以下
Coは、靭性の改善に寄与する元素である。こうした効果を得るにはCoは0.05%以上にすることが好ましい。しかし、1.0%を超えると延性を低下させる。よって、Coは1.0%以下とする。

B:0.0002〜0.0020%
Bは、深絞り加工時の耐二次加工脆性を改善するために有効な元素である。その効果は、0.0002%未満では得られない。一方、0.0020%を超えると熱間加工性と深絞り性を低下させる。よって、Bは0.0002〜0.0020%とする。

次に、本発明のフェライト系ステンレス熱延鋼板の製造方法について説明する。

本発明のフェライト系ステンレス熱延鋼板を効率的に製造する方法は、スラブに連続鋳造し、1100〜1300℃の範囲に加熱して、熱間圧延を行い、熱延コイルとする。熱間圧延におけるコイル巻取温度は、650℃を超えると巻取り後に炭化物や金属間化合物が析出して靭性が低下するので、650℃以下とすることが好ましく、より高い靭性が要求される場合は、450℃以下とすることがより好ましい。得られた熱延鋼板は、連続焼鈍により900〜1150℃の範囲で焼鈍され、ついで酸洗ラインで酸洗される。この熱延焼鈍板は、そのまま製品とすることができる。また、冷間圧延用の素材として用い、冷間圧延−仕上焼鈍を施して冷延焼鈍板として製品とすることも可能である。

表3、4に示す化学成分のフェライト系ステンレス鋼を溶製し、連続鋳造法で250mm厚のスラブとした。これらのスラブを1200℃に加熱後、35mm厚まで粗圧延し、仕上圧延を1050℃で開始、900℃で終了して、500℃でコイル状に巻取って冷却し、板厚5mmおよび／または6mmの熱延鋼板とした。得られた熱延鋼板を1050℃以上で80秒(最高温度:1100℃)保持した後、放冷する焼鈍を施し、熱延焼鈍板(熱延鋼板)とした。

そして、JIS Z 2202に準拠して、熱延焼鈍板から4号試験片(ただし、板厚5mmの場合は幅は5mm、板厚6mmの場合は幅は6mmとした)を各5本ずつ採取(圧延方向が採取方向、衝撃方向は圧延幅方向）し、試験温度-50℃の条件でシャルピー衝撃試験を実施し、シャルピー衝撃値を測定した。5本の試験片のシャルピー衝撃値を平均してシャルピー衝撃値とした。

また、熱延焼鈍板から採取した試料に対して、JIS G 0577に準拠して、30℃の3.5%NaCl溶液中で孔食電位を測定し、180mV vs SCE以上であれば耐食性に優れるとした。

結果を表3、4に示す。本発明の成分条件を満たす鋼から製造された熱延鋼板は、いずれも-50℃のシャルピー衝撃値が100J/cm²以上で、孔食電位が180mV vs SCE以上であり、靭性に優れた高耐食性フェライト系ステンレス熱延鋼板であることがわかる。

本発明が提供するフェライト系ステンレス熱延鋼板は、耐食性および靭性に優れているので、トラックの荷台やグレーチングや各種床材、金具といった土木、建築用の構造部材の素材として有望である。

Claims

質量%で、C:0.020%以下、Si:1.0%以下、Mn:1.0%以下、P:0.06%以下、S:0.01%以下、Cr:18.0〜24.0%、Mo:0.3%以下、Nb:0.15〜0.40%、Ti:0.015%以下、N:0.020%以下、Al:0.20〜0.40%を含有し、かつ下記式(A)および(B)を満足し、残部がFeおよび不可避的不純物からなることを特徴とするフェライト系ステンレス熱延鋼板；
Ti×N≦8.0×10^-5・・・(A)
10×(C+N)≦Nb≦0.25+(C/12+N/14)×93・・・(B)
ここで、各元素記号は鋼中の成分含有量(質量%)を表す。
質量%で、C:0.015%以下、Si:0.5%以下、Mn:0.8%以下、Nb:0.15〜0.35%、Ti:0.010%以下、N:0.015%以下、Al:0.20〜0.35%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熱延鋼板。
さらに、質量%で、Cu:0.3〜0.8%、Ni:1.0%以下およびCo:1.0%以下のうちから選ばれた少なくとも一種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熱延鋼板。
さらに、質量%で、B:0.0002〜0.0020%を含有することを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のフェライト系ステンレス熱延鋼板。