JP2012153926A

JP2012153926A - フェライト系ステンレス鋼板の製造方法

Info

Publication number: JP2012153926A
Application number: JP2011012790A
Authority: JP
Inventors: Kentaro Yoshida; 健太郎吉田; Toshiyuki Okui; 利行奥井
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2011-01-25
Filing date: 2011-01-25
Publication date: 2012-08-16

Abstract

【課題】成形性と耐ローピング性を改善するフェライト系ステンレス鋼の製造方法を提供する。
【解決手段】フェライト系ステンレス鋼板を製造するに際し、熱延板を１０００℃以上、１分間以上の熱処理でオーステナイト相に変態させた後、７００〜９５０℃、１分間以上で熱処理した鋼を、冷間圧延工程において仕上げ焼鈍前に５０〜７６％の冷間圧下率を付与し、７００〜９５０℃、１分間以上の仕上げ焼鈍を施すことにより、成形時の面内異方性が小さく、成形性と耐ローピング性に優れたフェライト系ステンレス鋼板を製造する。
【選択図】図１

Description

本発明は、フェライト系ステンレス鋼板の製造方法に関し、具体的には、オーステナイト変態を利用した成形時の面内異方性が小さく、成形性と耐ローピング性に優れたフェライト系ステンレス鋼板の製造方法に関する。

フェライト系ステンレス鋼は、単板あるいはアルミとのクラッド鋼板としてＩＨ調理器等の家電用品や厨房用品等に広く使用されている。その大半は、フェライト系ステンレス単板あるいはアルミとのクラッド鋼板を成形加工して用いられるため、成型加工のし易さ、歩留り、成形後の処理の簡便さ等の多くの特性が望まれている。特に器物等は、円筒深絞り成形され、端部（耳）を切断し、表面を研磨して最終製品とされている。

フェライト系ステンレス鋼に求められる特性としては、深絞り成形時の耳の高さが小さいことが望まれる。なぜなら、耳部は切り落とされ、成形品の歩留り低下になるからである。また、その後、表面の凹凸をなくすための研磨工程がある。すなわち成形品にはローピングや肌荒れといった材料に起因した表面凹凸が生じるため、これを研磨することにより解消している。研磨は、人手をかけて個別に行う場合が多く、成形品を作る過程で大きな負荷となっている。したがって、フェライト系ステンレス鋼板には、成形性がよく面内異方性が小さいこと、耐ローピング性および耐肌荒れ性に優れることが求められる。

特許文献１には、熱間圧延時の粗圧延時の製造条件（温度、圧下率、摩擦係数）を規定することによりフェライト系ステンレス鋼板のｒ値の面内異方性を低減する発明が開示されている。特許文献２には、熱間圧延の途中で曲げ加工を施すことによりフェライト系ステンレス鋼板の耐ローピング性を改善する発明が開示されている。さらに、特許文献３には、熱間圧延条件及び冷間圧延条件を特定して結晶粒径を微細化することにより加工時のフェライト系ステンレス鋼板の表面肌荒れを抑制する発明が開示されている。

しかし、特許文献１により開示された発明では、ｒ値の面内異方性は確かに低減されるものの、耐ローピング性や耐肌荒れ性が不芳であることがあり、成形後の研磨工程の負荷を低減することができない。また、特許文献２により開示された発明では、耐ローピング性は改善するものの、成形時の面内異方性が大きく、また加工時に肌荒れが発生することがある。

このように、従来の技術では、成形時の面内異方性、成形性および耐ローピング性の全てを満足するフェライト系ステンレス鋼板を製造することはできなかった。
なお、特許文献４には、Ｃ含有量やＮ含有量を極力低減するとともにＴｉやＮｂを添加することによって面内異方性を低減する発明が開示されているものの、この発明では、Ｃ含有量やＮ含有量を低減するために精錬時間が増加し、また高価なＴｉやＮｂを添加するため、原材料が高価となって製造コストが嵩む。

特開平７−３１０１２２号公報特開昭６２−１３６５２５号公報特開平７−２９２４１７号公報特開昭５３−４８０１８号公報

本発明の目的は、成形時の面内異方性が小さく、成形性と耐ローピング性が優れたフェライト系ステンレス鋼板を製造する方法を提供することである。

本発明は、フェライト系ステンレス鋼板を製造するに際し、熱延板を１０００℃以上に１分間以上保持する熱処理によりオーステナイト相を析出させた後に、７００℃以上９５０℃以下に１分間以上保持する熱処理を行い、この鋼を、冷間圧延工程において仕上げ焼鈍前に５０％以上７６％以下の冷間圧下率で冷間圧延した後、７００℃以上９５０℃以下に１分間以上保持する仕上げ焼鈍を行う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である。本発明によれば、成形時の面内異方性が小さく、成形性と耐ローピング性に優れたフェライト系ステンレス鋼板を製造することができる。

この本発明では、熱延板が、Ｃ：０．０１％以上０．１２％以下（本明細書では特に断りがない限り化学成分に関する「％」は「質量％」を意味するものとする）、Ｎ：０．０１％以上０．１２％以下、Ｓｉ：０．６％以上２．５％以下、Ｍｎ：０．０１％以上２．０％以下、Ｃｒ：１１％以上２２％以下、Ｎｉ：０．２０％以上３．０％以下を含有し、さらに、Ｃｕ：１．０％以下、Ｎｂ、ＴｉおよびＡｌ：合計０．３％以下からなる群から選ばれた１種もしくは２種以上、残部Ｆｅおよび不純物からなる化学組成を有することが望ましい。

この本発明では、Ａ＝（Ｎｉ＋０．５Ｍｎ＋３５Ｃ＋４０Ｎ＋０．３Ｃｕ）−０．３１（Ｃｒ＋１．５Ｓｉ＋０．５Ｎｂ＋１２Ｔｉ＋６Ａｌ＋１２Ｚｒ）なる関係式で定まるＡ値が−２．７から−０．５の範囲内にあることが望ましい。

本発明により、フェライト系ステンレス鋼板の製造に際して鋳造過程において生成したコロニーを寸断することにより成形時の面内異方性が小さく、成形性と耐ローピング性に優れた冷間圧延フェライト系ステンレス鋼板を製造することができる。

表１の鋼種番号Ｉに示す鋼を各温度で熱処理した際の硬度変化を示すグラフであり、太線は１０５０℃でオーステナイト化熱処理後に所定温度で焼鈍した際の硬度を示す。

以下、本発明を、添付図面も参照しながら説明する。
上述した特許文献１〜３には、主に熱間圧延工程での改善手法によりフェライト系ステンレス鋼の成形性および耐ローピング性を改善することが開示されている。これに対し、本発明は、熱処理によりフェライト相からオーステナイト相を析出させ、その鋳造過程で生成した粗大な結晶粒からなるコロニーを再結晶させて寸断することによって、フェライト系ステンレス鋼の成形性および耐ローピング性の改善を図るとともに、望ましくは、適正な高温オーステナイト相の割合を把握するために簡便な指標を用いるものである。

本発明は、フェライト系ステンレス鋼板を製造するに際し、
工程１：熱延板を１０００℃以上に１分間以上保持する熱処理によりオーステナイト相に変態させ、７００℃以上９５０℃以下に１分間以上保持する熱処理を行い、
工程２：工程１を経た鋼を、冷間圧延工程において仕上げ焼鈍前に５０％以上７６％以下の冷間圧下率で冷間圧延し、
工程３：７００℃以上９５０℃以下に１分間以上保持する仕上げ焼鈍を行う。
を経て、フェライト系ステンレス鋼板を製造する。そこで、これらの工程を順次説明する。

［工程１：オーステナイト化熱処理工程］
フェライト系ステンレス鋼板の面内異方性は、変形の異方性、特に鋼板表面での変形に影響を及ぼす可能性があり、また、成形加工時に表面に凹凸が発生してローピングや肌荒れの発生につながる。また、円筒深絞り時に耳が発生することは、鋼板の集合組織に何らかの異方性が存在すること、すなわち類似結晶方位粒集団（コロニー）が存在することが示唆される。

したがって、鋳造過程で生成する粗大な結晶粒からなるコロニーを寸断することにより、耐ローピング性や肌荒れ性を改善できると考えられる。
フェライト系ステンレス鋼は、高温に加熱保持することにより、組織がオーステナイト相に変態する。オーステナイト相は炭素の固溶量が多いため、鋳造工程で生成したコロニーや炭化物中の炭素はこのオーステナイト相に吸収され、鋳造組織の寸断に寄与する。しかし、これを冷却した相はマルテンサイト相に変態するため、硬い相となり成形性を阻害する要因となる。

本発明者は、Ｃ：０．０６９％、Ｎ：０．０１１％、Ｓｉ：１．７８％、Ｐ：０．０２８％、Ｓ：０．００２４％、Ｍｎ：０．４８％、Ｃｒ：１６．２２％、Ｎｉ：０．９３％、Ｃｕ：０．０１％、残部Ｆｅおよび不純物からなる化学組成を有するフェライト系ステンレス鋼帯を、板厚３．６ｍｍに熱間圧延した後、真空焼鈍炉により８１０℃で均質化処理した素材を使用し、６００℃〜１１００℃の温度範囲に１分間保持して大気熱処理した際の硬度分布を調査した。

その結果、熱処理温度が７００℃〜９５０℃の温度範囲においては歪が除去されることによる軟化が起こり、１０００℃以上の温度範囲においては相変態を示す硬化が見られた。

この硬度の高いマルテンサイト相は加工性が悪いため、フェライト相への変態を促し加工性を改善する必要がある。オーステナイト変態温度以下で熱処理を行うことにより硬化相は消失し、マルテンサイト相に固溶していた炭素は炭化物としてフェライト粒界に再析出する。そのため加工性は向上する。この現象は、例えば１０５０℃で相変態させた場合、７００℃以上９５０℃以下の温度範囲で熱処理を施せば硬度低下が見られ、フェライト相の析出を促すことができる。

そこで、工程１では、１０００℃以上でオーステナイト化熱処理した後、７００℃以上９５０℃以下で熱処理するとよい。さらに望ましくは、１０５０℃以上１１５０℃以下でオーステナイト化熱処理を行い、７５０℃以上９００℃以下で熱処理を行うことである。

１０００℃以上でのオーステナイト化熱処理、７００℃以上９５０℃以下での熱処理の保持時間は、いずれも、１分間以上とする。これらの熱処理の時間が１分間未満であると、変態と拡散が追いつかず、本発明の効果を得られない。一方、保持時間が長すぎると、再結晶粒が粗大化して成形性が低下し、連続ラインでの操業を考慮した場合には生産能率の低下につながるので、保持時間は５分間以下であることが望ましい。

これらの熱処理の前には、７５０℃以上８５０℃以下に３時間以上１２時間以下保持する均質化熱処理を施すことが望ましい。この均質化熱処理を施せば、熱間圧延により生成したマルテンサイト相を再結晶することができ、成形性の改善の効果が期待できる。均質化熱処理の温度がこれよりも低いか、あるいは均質化熱処理の時間がこれよりも短いと、十分な再結晶は期待できない。一方、均質化熱処理の温度がこれよりも高いとオーステナイト相への炭素の固溶量が増え硬い組織となるために連続ラインで通板した場合に板切れ等の障害が引き起こされる可能性がある。また均質化熱処理の時間がこれよりも長いと、再結晶粒の粗大化につながり、成形性の低下につながる。

熱延板には、ＪＩＳＧ４３０５に規定されたフェライト系ステンレス鋼板が用いられる。このフェライト系ステンレス鋼板としては、例えば、ＳＵＳ４０５、４１０、４２９、４３０、４３４、４３６、４４４等が例示される。ＳＵＳ４４７Ｊ１、ＳＸＭ２７は高Ｃｒ鋼であって加工用途には用いられない。

熱延板の化学組成は、一例として、Ｃ：０．０１％以上０．１２％以下、Ｎ：０．０１％以上０．１２％以下、Ｓｉ：０．０１％以上２．５％以下、Ｍｎ：０．０１％以上２．０％以下、Ｃｒ：１１％以上２２％以下、Ｎｉ：０．２０％以上３．０％以下を含有し、さらに、Ｃｕ：１．０％以下、Ｍｏ：３．０％以下、Ｎｂ、Ｔｉ、ＡｌおよびＺｒ：合計０．３％以下からなる群から選ばれた１種もしくは２種以上、Ａ＝（Ｎｉ＋０．５Ｍｎ＋３５Ｃ＋４０Ｎ＋０．３Ｃｕ）−０．３１（Ｃｒ＋１．５Ｓｉ＋０．５Ｎｂ＋１２Ｔｉ＋６Ａｌ＋１２Ｚｒ）なる関係式で定まるＡ値が−２．７から−０．５の範囲内にあり、残部Ｆｅおよび不純物である。この理由を説明する。

（Ｃ：０．０１％以上０．１２％以下、Ｎ：０．０１％以上０．１２％以下）
Ｃ、Ｎは、いずれも、オーステナイト相を析出させるために重要な元素であり、それぞれ０．０１％以上含有する。しかし、多量に含有すると、成形性の阻害要因となるため、それぞれ０．１２％以下とする。

（Ｓｉ：０．０１％以上２．５％以下）
Ｓｉは、オーステナイト相の形成に寄与するが、多量に含有すると成形性の悪化につながるため、上限を２．５％とすることが好ましい。また、Ｓｉ含有量の下限は精錬における負荷を考慮し、０．０１％とすることが好ましい。

（Ｍｎ：０．０１％以上２．０％以下）
Ｍｎは、Ｓｉと同様に多量に含有すると成形性を低下させるため、２．０％以下とする。また、下限、は精錬における負荷を考慮し、０．０１％とする。

（Ｃｒ：１１％以上２２％以下）
Ｃｒは、耐食性を確保するために必要な元素であり、下限を１１％とする。望ましくは１４％以上である。しかし、多量に含有すると原料コストの増加を招くばかりでなく、熱間圧延及び冷間圧延時に割れを生じやすくなって製造性を低下させるため、上限を２２％とする。

（Ｎｉ：０．２０％以上３．０％以下）
Ｎｉは、０．２０％以上含有することにより耐食性や靱性の向上を期待できる他、オーステナイト相の形成に有利である。望ましくは０．６％以上である。靱性は、Ｎｉの含有量が多くなるにともなって改善の程度が増すものの、３．０％を超えて含有してもその効果は飽和状態となり、また多量に含有するとコスト高となることから、上限を３．０％とする。

（Ｃｕ：１．０％以下、Ｍｏ：３．０％以下、Ｎｂ、Ｔｉ、ＡｌおよびＺｒ：合計０．３％以下からなる群から選ばれた１種もしくは２種以上）
Ｃｕ：１．０％以下、Ｍｏ：３．０％以下、または、Ｎｂ、Ｔｉ、ＡｌおよびＺｒ：合計０．３％以下を含有することにより、成形性が向上する。

Ｃｕは、成形性を向上させるために選択的に含有してもよい。ただし、多量に含有すると逆に耐食性および成形性を低下させる場合があるので、上限を１．０％とする。成形性の向上効果を確実に得るためには、Ｃｕ含有量は０．０１％以上であることが望ましい。

Ｍｏは、成形性を向上させるために選択的に含有してもよい。ただし、多量に含有すると逆に耐食性および成形性を低下させる場合があるので、上限を３．０％とする。成形性の向上効果を確実に得るためには、Ｍｏ含有量は０．１％以上であることが望ましい。

Ｎｂ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｚｒ：これらの元素は、フェライト系ステンレス鋼の成形性を改善する効果を有するので選択的に含有してもよい。ただし、これらの元素は合計含有量で０．３％を越えると、窒化物等の介在物が散在するようになってしまい、成形性はかえって劣化するとともに、高価であるためにコストが嵩む。したがって、これらの元素の上限は、合計で０．３％とする。成形性の向上効果を確実に得るためには、これらの元素の合計含有量は０．０１％以上であることが望ましい。

（Ａ値：−２．７以上−０．５以下）
本発明は高温でのオーステナイト相析出を利用するため、化学成分の含有量バランスをコントロールすることが重要である。高温でのオーステナイト相の生成傾向の指標であるＡ値（Ｎｉ＋０．５Ｍｎ＋３５Ｃ＋４０Ｎ＋０．３Ｃｕ）−０．３１（Ｃｒ＋１．５Ｓｉ＋０．５Ｎｂ＋１２Ｔｉ＋６Ａｌなる関係式で定まるＡ値）が−２．７未満では、高温においてオーステナイト相の析出が減少し鋳造組織を寸断する効果が抑制される。一方、Ａ値が−０．５を越えると、高温においてオーステナイト相の析出が過多となりすぎ、成形性の阻害要因となる。したがって、Ａ値は−２．７以上−０．５以下とする。

上記以外は、Ｆｅおよび不純物である。不純物としては、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．００５％以下である。
［工程２：冷間圧延］
工程２では、工程１を経た鋼を、冷間圧延工程において仕上げ焼鈍前に５０％以上７６％以下の冷間圧下率で冷間圧延する。

成形性や耐ローピング性の向上を図るためには、結晶粒を微細化することが有効である。結晶粒の微細化のため、冷間圧延時に高圧下率を付与することが有効である。冷間圧延において歪みが導入されることにより、粗大結晶粒の微細化が進む。さらには、冷間圧延を施せば、ｒ値向上に有効な（１１１）集合組織が発達する。しかし、過大に歪みを付与すると、ｒ値には有害な（１００）集合組織が再結晶によって形成される。このため、冷間圧延では適切な圧下率を付与する必要がある。

圧下率５０％未満では、冷間圧延による歪みが少量しか導入しないために、耐ローピング性の改善効果は得られない。一方、圧下率が７６％を超える場合にも、熱処理を施すことにより（１００）集合組織が形成されるために成形性や耐ローピング性の低下につながる。このため、冷間圧延の圧下率は、５０％以上７６％以下である。

［工程３：仕上焼鈍］
工程３では、７００℃以上９５０℃以下に１分間以上保持する仕上げ焼鈍を行うことにより、フェライト系ステンレス鋼板を製造する。

仕上温度が７００℃未満あるいは仕上焼鈍時間が１分間未満であると、加工歪が残存することにより成形性の低下につながる。また、仕上焼鈍温度が９５０℃以上では、（１００）集合組織が形成され、フェライト系ステンレス鋼の成形性および耐ローピング性の改善を図ることができなくなる。

このようにして、本発明により、成形時の面内異方性が小さく、成形性と耐ローピング性が優れたフェライト系ステンレス鋼板を製造することができる。

本発明を、実施例を参照しながら、より具体的に説明する。
表１の鋼種番号Ｉに示す鋼組成（表記以外の残部はＦｅおよび不純物）のフェライト系ステンレス鋼帯を板厚３．６ｍｍに熱間圧延した熱延板を、真空焼鈍炉において８１０℃で３時間均質化処理した鋼板を素材として使用した。

この素材から得た鋼板を１０５０℃に１分間保持するオーステナイト化熱処理を施した後、８７０℃で１分間保持する焼鈍を行った。その後、圧下率２０．３〜７４．９％の冷間圧延を施し、８７０℃で１分間保持する焼鈍を行った後、引き続いて総圧下率が８３．８％となる冷間圧延と８７０℃で１分間保持する仕上焼鈍を行った。このようにして製作した供試材の成形性、異方性および耐ローピング性を下記方法により評価した。

さらに、比較のため、１０５０℃のオーステナイト化熱処理を施さず、均質化処理後に７５０℃に１分間保持する焼鈍を行い、総圧下率が８３．８％となるような１〜２回冷間圧延と８７０℃で１分間保持する仕上焼鈍を施した供試材を作製した。

さらなる比較のため、表１の鋼種番号ＩＩ〜ＶＩに示す鋼組成のフェライト系ステンレス鋼帯を板厚４．５ｍｍに熱間圧延した素材を、真空焼鈍炉において８３０℃で１２時間保持する均質化処理を行った鋼板を使用して、圧下率３４．９％の冷間圧延を施し、８５０℃で５分間保持する焼鈍を行った後、引き続いて、総圧下率が８２．２％となる冷間圧延と８３０℃に２分間保持する仕上焼鈍を行って製作した供試材の成形性、異方性および耐ローピング性を下記方法により評価した。

（成形性）
ＪＩＳ１３Ｂ号試験片を用い、１０％引張歪みを与えた後、ｒ_０、ｒ_４５およびｒ_９０を求めた。それぞれ、圧延方向、圧延方向に４５°方向および圧延方向に９０°方向のｒ値を示す。上記方法で求めたｒ値から、

で算出し、１．４以上を合格とした。

（異方性）
上記で測定したｒ値から、ΔｒをΔｒ＝（ｒ_０−２ｒ_４５＋ｒ_９０）／２で算出し、０．８以下を合格とした。

（耐ローピング性）
圧延方向から採取したＪＩＳ５号試験片を用い、２０％引張歪みを与えて判定した。耐ローピング性の評価としては、表面の凹凸および肌荒れ具合から３段階評価とした。表面の凹凸はＲｍａｘ１０μｍ以下を○、１０μｍ超２０μｍ以下を△、２０μｍ超を×とし、○を合格とした。

表２に、製造条件（鋼種、製造方法）と成形性の評価結果をまとめて示す。
本発明で規定するオーステナイト化熱処理を施し、仕上げ圧下率が５０．２％〜７５．１％の範囲で圧延した供試材については全ての評価基準を満足しており、成形時の面内異方性が小さく、成形性と耐ローピング性が優れたフェライト系ステンレス鋼板を得られたことがわかった。

これに対し、オーステナイト化熱処理を施さなかった供試材は、一部で異方性を満足する条件があったが、成形性および耐ローピング性を満足するものはなかった。
鋼種番号ＩＩ〜ＶＩを用いたものは、鋼種番号Ｉのオーステナイト化熱処理を施さなかった場合と比較すると、成形性や耐ローピング性は改善するものの、異方性を含めた全ての評価基準を満足するものはなかった。

Claims

フェライト系ステンレス鋼板を製造するに際し、熱延板を１０００℃以上に１分間以上保持する熱処理によりオーステナイト相に変態させた後に、７００℃以上９５０℃以下に１分間以上保持する熱処理を行い、当該鋼を、冷間圧延工程において仕上げ焼鈍前に５０％以上７６％以下の冷間圧下率で冷間圧延した後、７００℃℃以上９５０℃以下に１分間以上保持する仕上げ焼鈍を行う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。