JP2017534761A - 高強度、高延性のフェライト系ステンレス鋼板及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
自動車または一般のホースなどに使われるファスナー(Fastener)は、プラスチックホースまたはパイプを締結する部分である。よって、高い強度が必要であり、ベンディングの際にクラックが発生してはならないため、延性も同時に優れていなければならない。また、室内だけでなく自動車などの室外環境で使われ、耐蝕性が要求されるので、ステンレス鋼板が素材としてその使用量が増している状況である。
ここで、A:1000℃での平衡オーステナイト分率、B:オーステナイト内に存在する平衡炭素濃度を示す。
別途に定義はしていないが、ここで使われる技術用語及び科学用語を含む全ての用語は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が一般的に理解するものと同じ意味を有する。普段使われる辞書に定義された用語は、関連技術文献と現在開示されている内容に符合する意味を有するものとして解釈され、定義されない限り理想的、または非常に公式的意味として解釈されない。
本発明によるステンレス鋼板は、重量パーセント(wt%)で、炭素(C):0.065〜0.09%、窒素(N):0.035〜0.06%、シリコーン(Si):0.6〜1.0%、マンガン(Mn):0.01〜0.70%、リン(P):0.001〜0.035%、硫黄(S):0.001〜0.005%、クロム(Cr):15.0〜17.0%、ニッケル(Ni):0.001〜0.50%、銅(Cu):0.001〜0.50%、残部鉄(Fe)及び不可避な不純物を含み、Γ=2*〔Si〕+10(〔C〕+〔N〕)値が2.2以上で、熱延焼鈍後の鋼板のTD(Transverse Direction)面の微細組織がΩ=〔未焼鈍変形組織の面積〕/〔未焼鈍変形組織の面積+回復及び再結晶組織の面積〕が0.2〜0.5であることを特徴とする。
炭素(C):0.065〜0.09%
炭素(C)はバッチ焼鈍(Batch Annealing)過程において、(Cr,Fe)23C6、(Cr,Fe)7C3の炭化物で析出され、強度を向上させることができる成分である。ただし、鋼板内に過量が添加される場合は、延伸率を低下させて製品の加工性を顕著に低下させるので、前記範囲に限定する。
窒素(N):0.035〜0.06%
窒素(N)は炭素と同様、不純物元素として存在し、炭素とともにバッチ焼鈍(Batch Annealing)過程でCr2N窒化物として析出され、強度を向上させることができる成分である。ただし、鋼板内に過量が添加される場合には、加工性を損なうだけでなく、冷延製品のストレッチャーストレーンの原因になるので、前記範囲に限定する。
ケイ素(Si)は製鋼の際に脱酸剤として添加される元素で、フェライト安定化元素である。通常、ステンレス鋼内に多量含有されると、材質の硬化を起こして延性を低下させるため、0.4%以下と管理する。しかし、本発明では自動車ファスナーの素材として使用されるためには、ケイ素を最適に使う必要がある。本発明ではケイ素の含量を増やし、高溶鋼化効果によって引張強度及び降伏強度を向上させたし、過度に添加する場合、延伸率が減少するので、前記範囲に限定する。
マンガン(Mn):0.01〜0.70%
マンガン(Mn)は、オーステナイト安定化元素であって、ローピング及びリッジングを抑制する役割をする。過度に含有される場合、溶接の際にマンガン系ガスが発生してMnS相析出の原因となり、延伸率を低下させるので、前記範囲に限定する。
リンは、酸洗浄の際に粒界腐蝕を起こしたり、熱間加工性を阻害するので、その含量を前記範囲に限定する。
硫黄(S):0.001〜0.005%
硫黄(S)は、結晶粒界に偏析されて熱間加工性を阻害するので、その含量を前記範囲に限定する。
クロム(Cr):15.0〜17.0%
クロム(Cr)は、鋼の耐蝕性を向上させるために添加する合金元素であって、クロムの臨界含量は12wt%である。ただし、炭素及び窒素が含有されたステンレス鋼は粒界腐蝕が起きることがあり、粒界腐蝕の可能性及び製造単価の増加を考慮し、その含量を前記範囲に限定する。
ニッケル(Ni)は、銅、マンガンとともにオーステナイト安定化元素であって、オーステナイト分率を増加させてローピング及びリッジングを抑制する効果があり、微量添加することで耐蝕性を向上させる役割をするが、過度に添加する場合は加工性が劣化し、製造単価が増加するので、その含量を前記範囲に限定する。
銅(Cu):0.01〜0.50%
銅(Cu)は、ニッケル、マンガンとともにオーステナイト安定化元素であって、オーステナイト分率を増加させてローピング及びリッジングを抑制する効果があり、微量添加することで耐蝕性を向上させる役割をするが、過度に添加する場合は加工性が劣化し、製造単価が増加するので、その含量を前記範囲に限定する。
前記部分焼鈍(Partial Annealing)する過程は、780〜850℃の温度範囲でバッチ焼鈍によって行われることが望ましい。バッチ焼鈍温度は一部焼鈍された再結晶組織と未焼鈍変形バンドを混合させる温度であって、高すぎる温度で焼鈍する場合は未焼鈍変形組織が形成されにくくて引張強度の確保が難しいことがあり、低い温度で焼鈍する場合は再結晶組織の確保が難しくて延伸率を確保できないので、前記範囲に限定する。
また、本発明の一実施形態による高強度、高延性のフェライト系ステンレス鋼板の製造方法は、冷間圧延後の鋼板は材料の温度を基準にして800〜900℃の光輝焼鈍(BA、Bright Annealing)する工程をさらに含むことができる。光輝焼鈍を経る場合、Cr−Oxide不動態層より極表層(〜15nm)に生成されたSi−Oxide不動態層で観察されるSiの最大濃度(wt%)が20以上観察され、この場合に耐腐蝕性がけた違いに向上される。
表2での引張強度を得るための引張試験は、板面において圧延方向に対して0゜方向にJIS 13のB型引張試験片を採取し、JIS Z 2241によって引張試験を実施した。引張試験時の温度は常温であり、変形速度のクロスヘッドスピード(crosshead speed)は20mm/minで行った。
A〜Gの鋼種は、Γ≧2.2を満たすことが分かる。また、A〜Gの鋼種は0.2≦Ω≦0.5を満たすことが分かる。また、A〜Gの鋼種はξ≧780を満たすことが分かる。
H鋼種及びI鋼種は、Γの数値が1.4、1.55として本発明のΓの数値範囲を脱していることが分かる。C含量及びSi含量が同時に低くて、Cr−carbide析出物による析出強化効果が低いし、Si含有量が低くて母材(matrix)の高溶鋼化効果を下げて、冷延製品のξ数値が本発明の範囲を脱することを確認した。
L鋼種及びM鋼種は、Γの数値が1.9、2.0であって、H鋼種またはI鋼種よりは相対的に高いが、本発明のΓの数値範囲を脱していることが分かる。L鋼種及びM鋼種は、Si含有量が高くて母材(matrix)の高溶鋼化効果をもたらすことがあるが、C含量が低くてCr−carbide析出物による析出強化効果が少ないので、冷延製品のξ数値が本発明の範囲を脱することを確認した。
下記表3に前記表1の合金成分を有する成分系に対し、冷延製品の板面において、圧延方向に対して0゜、45゜、90゜方向の3方向にJIS 13のB型引張試験片を採取し、JIS Z 2241によって引張試験を実施した結果を示した。引張試験の際の温度は常温と規定し、変形速度であるクロスヘッドスピード(crosshead speed)は20mm/minで引張試験を実施した。各方向毎に得られた引張強度(TS)、El(%)値を利用してξ数値をξ0、ξ45、ξ90値で算出した値を示す。
H〜M鋼の比較例は、板面において、圧延方向に対して0゜、45゜、90゜方向の3方向でTS0、TS45、TS90値がいずれも520MPa未満で、ξ0、ξ45、ξ90値がいずれも780未満の値を有することが分かる。
図2及び図3を参照すれば、本発明では高強度を具現するために、箱焼鈍炉(Batch Annealing Furnace、BAF)で成分による適正焼鈍条件を導出し、つまり、熱延製品の完全な焼鈍回復再結晶組織が100%ではなく、変形(band)を残存させる部分焼鈍(Partial Annealing) 方法を導入し、微細組織に関する面積比(Ω)が0.2〜0.5に制御することで、熱延焼鈍製品のTD(Transverse Direction)面の微細硬度(Hv)が厚さ全範囲で160以上190未満を具現できることが分かる。図3における本発明の例として実施例Bを示し、比較例としてIを例示した。
図5は、一般430(C400ppm、実施例H)、C上向材(C800ppm、実施例K)、C上向及びSi添加材(実施例E)に対し、BAF(Batch Annealing Furnace)の焼鈍温度による熱延製品のTD(Transverse Direction)面の平均微細硬度(Hv)を示したグラフである。C含量が増加するほど、C含量の増加及びSi複合添加によって熱延製品の厚さの平均硬度値が既存の430系に対してけた違いに上昇されることが確認できる。これは前述したように、Cr−carbide析出物による析出強化効果及びSiの固溶効果で説明される。
図6は、冷延製品の表面をGDS(Glow Discharge Spectroscopy)で分析する際の極表層の元素分布を示したグラフである。図7は、複合腐蝕評価後の腐蝕発錆写真である。
したがって、以上で記述した実施形態は、すべての面において例示的なものであって、限定的ではないと理解しなければならない。本発明の範囲は、前記詳細な説明よりは後述する特許請求範囲によって示され、特許請求範囲の意味及び範囲、そしてその均等概念から導出されるすべての変更、または変更された形態が本発明の範囲に含まれるものとして解釈されなければならない。
Claims (11)
- wt%で、C:0.065〜0.09%、N:0.035〜0.06%、Si:0.6〜1.0%、Mn:0.01〜0.70%、P:0.001〜0.035%、S:0.001〜0.005%、Cr:15.0〜17.0%、Ni:0.001〜0.50%、Cu:0.001〜0.50%、残部Fe及び不可避な不純物を含み、
Γ=2*〔Si〕+10(〔C〕+〔N〕)値が2.2以上で、
熱延焼鈍後鋼板のTD(Transverse Direction)面の微細組織に関する面積比Ω=〔未焼鈍変形組織の面積〕/〔未焼鈍変形組織の面積+回復及び再結晶組織の面積〕が0.2〜0.5であることを特徴とする強度及び延性が優秀なフェライトステンレス鋼板。 - 前記熱延焼鈍後の鋼板のTD(Transverse Direction)面の硬度(Hv)が厚さ全範囲で160〜190であることを特徴とする請求項1に記載の強度及び延性が優秀なフェライトステンレス鋼板。
- 冷延焼鈍後、圧延方向に対して0゜、45゜、90゜方向の3方向に対して引張強度TS0、TS45、TS90値がいずれも520MPa以上で、圧延方向に対して0゜、45゜、90゜方向の3方向に対してξ=〔TS(MPa)〕+10〔EL(%)〕であるξ0、ξ45、ξ90値がいずれも780以上であることを特徴とする請求項1に記載の強度及び延性が優秀なフェライトステンレス鋼板。
- 光輝焼鈍後、鋼板表面に形成されたSi−Oxide不動態層に含まれたSiの最大濃度が20wt%以上であることを特徴とする請求項1に記載の強度及び延性が優秀なフェライトステンレス鋼板。
- 10*〔A(%)〕+1000*〔B(wt%)〕値が6.5以上であることを特徴とする、請求項1に記載の強度及び延性が優秀なフェライトステンレス鋼板(ここで、A:1000℃での平衡オーステナイト分率、B:オーステナイト内に存在する平衡炭素濃度)。
- wt%で、C:0.065〜0.09%、N:0.035〜0.06%、Si:0.6〜1.0%、Mn:0.01〜0.70%、P:0.001〜0.035%、S:0.001〜0.005%、Cr:15.0〜17.0%、Ni:0.001〜0.50%、Cu:0.001〜0.50%、残部Fe及び不可避な不純物を含み、
Γ=2*〔Si〕+10(〔C〕+〔N〕)値が2.2以上で、
ξ=〔TS(MPa)〕+10〔EL(%)〕値が780以上を満たし、
引張強度(TS)が520MPa以上であることを特徴とする強度及び延性が優秀なフェライトステンレス鋼板。 - 熱延焼鈍後の鋼板のTD(Transverse Direction)面の微細組織に関する面積比Ω=〔未焼鈍変形組織の面積〕/〔未焼鈍変形組織の面積+回復及び再結晶組織の面積〕が0.2〜0.5であることを特徴とする請求項6に記載の強度及び延性が優秀なフェライトステンレス鋼板。
- wt%で、C:0.065〜0.09%、N:0.035〜0.06%、Si:0.6〜1.0%、Mn:0.01〜0.70%、P:0.001〜0.035%、S:0.001〜0.005%、Cr:15.0〜17.0%、Ni:0.001〜0.50%、Cu:0.001〜0.50%、残部Fe及び不可避な不純物を含み、
2*〔Si〕+10(〔C〕+〔N〕)値が2.2以上のスラブを製造し、前記スラブを熱間圧延、熱延焼鈍、冷間圧延及び冷延焼鈍を実施するが、
前記熱延焼鈍後、鋼板のTD(Transverse Direction)面の微細組織に関する面積比(下記のΩ)の値が0.2〜0.5を満たすことを特徴とする強度及び延性が優秀なフェライトステンレス鋼板の製造方法。
(Ω=〔未焼鈍変形組織の面積〕/〔未焼鈍変形組織の面積+回復及び再結晶組織の面積〕 - 前記熱延焼鈍は、熱延鋼板を780〜850℃の温度範囲で3〜5時間バッチ焼鈍(Batch Annealing)することを特徴とする請求項8に記載の強度及び延性が優秀なフェライトステンレス鋼板の製造方法。
- 前記冷延焼鈍を経た鋼板の引張強度(TS)が520MPa以上で、ξ=〔TS(MPa)〕+10〔EL(%)〕値が780以上であることを特徴とする請求項8に記載の強度及び延性が優秀なフェライトステンレス鋼板の製造方法。
- 前記冷延焼鈍後、800〜900℃の範囲で光輝焼鈍を実施し、鋼板表面に形成されたSi−Oxide不動態層に含まれたSiの最大濃度が20wt%以上となるようにすることを特徴とする請求項8に記載の強度及び延性が優秀なフェライトステンレス鋼板の製造方法。
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