JP2980471B2 - 高温強度および成形加工性の優れたフェライト系ステンレス鋼薄板の製造方法 - Google Patents

高温強度および成形加工性の優れたフェライト系ステンレス鋼薄板の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高温で使用される薄板
構造物用材料の製造方法に関し、特に自動車排気系材料
のように高温強度および常温の加工性の両立が必要とな
るフェライト系ステンレス鋼薄板の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】自動車の高燃費化および高出力化に伴
い、排気ガス温度は900℃にまで達しており、今後更
に上昇すると言われている。また、軽量化や触媒前の部
品の低熱量化によって、燃費向上および排ガス浄化を達
成させようとしている。このような背景から、自動車排
気系材料には、高温強度の向上や部品のコンパクト化か
ら成形性の向上も同時に求められている。従来、自動車
排気系材料には、SUS409D,SUS430J1L
やSUS436L等が多く用いられている。これらは、
Ti,MoやNbを添加することで高温強度を確保し、
加工成形性についてもTiやNbを添加し、成分的には
対応をしている。一方、製造工程条件と言えば、熱延板
焼鈍を施したり、冷間圧延での圧下率を高くすると言っ
た手法を取った例が多い。例えば、特開平3−2646
52号公報は熱延板焼鈍を施すことを条件としている。
このように、加工性を改善させるためには、熱延板を焼
鈍しさらに冷延圧下率を高めることが重要な条件として
取り上げられている。
【0003】しかし、熱延板焼鈍や冷延での高圧下は経
済的にも不利であるとともに、自動車排気系では薄板の
中でも厚物が多く、板厚にして1.0〜2.0mmがよく
使用されることを考えると冷延での高圧下率はとりにく
いのが現状である。また、高温強度確保の観点からは熱
延板焼鈍温度等を管理することが不可欠になってくる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、特に自動車
排気系材料のように高温強度および常温の加工性の両立
が必要となるフェライト系ステンレス鋼薄板を製造する
方法を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】フェライト系ステンレス
鋼の高温強度を高めるためには、NbやMoを添加する
ことが一般的である。また、加工性を改善するにもNb
やTiを添加することがよく行われる。高温強度を向上
させる場合、NbやMoの存在状態が特に問題になり、
すなわちこれらの成分を固溶させておくことが高温強化
に有効的であるということが「材料とプロセス」、VOL.
4(1991)p.1796等に示されている。したが
って、高温強度の改善のためには、冷延焼鈍板の状態で
固溶Nb量や固溶Mo量を確保するために、各熱処理工
程でのこれら元素の析出を極力抑制させるような工程条
件を設定する必要がある。一方、成形加工性を確保する
ためには有利な集合組織を得ることが必要であり、この
ために熱延板焼鈍条件や冷延圧下率等の工程条件を設定
する必要がある。
【0006】本発明においては、冷延焼鈍板状態で十分
高温強度を確保しつつ、成形加工性を同時に確保できる
製造方法を見いだした。すなわち、スラブ加熱温度を高
めにすることで、TiまたはNbを十分に固溶させ、そ
の後、熱間圧延の仕上げ温度をTiおよびNbの微細析
出の生じ易い850〜950℃にして熱間圧延し、低温
巻取りすることで析出相粗大化を阻止するのである。こ
の微細な析出相がその後の再結晶の核となるため、続い
て行う冷延圧下率を比較的低くした冷間圧延、および冷
延焼鈍温度を高くした冷延焼鈍によって成形加工性を改
善させる板面方位である{111}の発達を促進すると
ともに、高温冷延焼鈍によって高温強化元素の十分な固
溶を同時に達成するものである。
【0007】
【作用】以下、本発明における成分の限定理由を説明す
る(%は全て重量%)。 C:固溶Cは成形加工性を劣化させるとともに、Tiお
よびNbとの親和力が強く高温強度を低下させる。ま
た、オーステナイトフォーマーであるためマルテンサイ
ト生成を抑制させる観点からも低く抑える必要があり、
含有量を0.02%以下とした。 N:C同様、固溶Nは成形加工性を劣化させるととも
に、TiおよびNbとの親和力が強く高温強度を低下さ
せる。また、オーステナイトフォーマーであるためマル
テンサイト生成を抑制させる観点からも低く抑える必要
があり、含有量を0.02%以下とした。 Cr:ステンレスの基本性能である耐食性を確保すると
ともに、自動車の排気ガス温度の高温化に対応可能耐酸
化性を確保するために11%以上とし、21%を越える
添加は耐食性および耐酸化性のさらなる改善効果が小さ
くなるため上限を21%とした。 Ti:Tiを0.05%以上含有することによりC,N
を固着し、熱延時に微細析出を生ぜしめる。これにより
その後の冷延再結晶時に板面方位{111}の発達に寄
与せしめ、成形加工性を向上させる。一方、0.5%を
越える添加は、高温強度を低下させるため、0.05〜
0.5%の範囲とした。また、CおよびNを固着するた
めにNbと併せてC/12+N/14≦Ti/48+N
b/93を満たすこととした。 Nb:Nbを0.1%以上含有することによりC,Nを
固着し、熱延時に微細析出を生ぜしめる。これによりそ
の後の冷延再結晶時に板面方位{111}の発達に寄与
せしめ、成形加工性を向上させる。一方1.0%を越え
る添加は高温強化に大きく寄与するものの、熱延板靭性
等を劣化させるため、0.1〜1.0%の範囲とした。
また、CおよびNを固着するためにTiと併せてC/1
2+N/14≦Ti/48+Nb/93を満たすことと
した。 Mo:高温強度を高める場合に添加する元素であるが靭
性や溶接性を劣化させるため、0.1〜2.0%の範囲
とした。
【0008】上記成分範囲での特許請求項にある添加組
み合わせを満たすフェライト系ステンレス鋼薄板の高温
強度および成形加工性を両立させるための製造工程につ
いて説明する。 スラブ加熱温度:TiやNbを十分に固溶させ、熱延時
に微細析出させるとともに、冷延焼鈍板での高温強化元
素の固溶量を確保するため1220℃以上としスラブダ
レ防止の観点から1250℃以下とした。尚、ここでは
抽出時のスラブの表面温度をスラブ加熱温度とした。
【0009】熱延仕上げ温度:スラブ加熱段階で十分固
溶したTiまたはNbを、高温強度を劣化させない程度
でかつ再結晶核となるような微細析出を生じさせるため
に、微細析出しかつ析出TiおよびNb量の比較的少な
い温度域として850〜950℃とした。 巻取り温度:熱延仕上げまでに析出した微細析出を粗大
化させないため低温巻取りとし、550℃以下とした。 熱延板焼鈍:熱延時に析出した微細析出物の析出形態を
保持するため、また、経済性からも熱延板焼鈍は行なわ
ない。 冷延:成形性即ち高r値確保のため100mm以上の径を
有するロールにて、剪断歪成分を多く含む圧下を行うた
め、圧下率を50〜70%の比較的低い範囲とした。5
0%よりも低い圧下率では、冷延板の全厚に亘って均一
な歪が入らずに焼鈍時に均一な再結晶組織が得られな
い。また、70%を越える圧下率では、冷延時の負荷荷
重が大きくなるばかりか、再結晶時の板面方位が{11
1}にそろい難くなる。 冷延板焼鈍温度:再結晶の核が存在し、比較的低圧下率
である剪断的圧延により全厚に亘り均一に歪が入った状
態で板面方位を{111}に発達させるとともに高温強
化元素を十分固溶させるため焼鈍温度は高くすることが
望ましいが高過ぎると粒が粗大化し延性が低下するた
め、再結晶温度+50℃〜再結晶温度+150℃とし
た。
【0010】
【実施例】表1に4種類の供試鋼の化学組成と再結晶温
度を示す。供試鋼A〜Dは、真空溶製した後、4〜6分
間注入して15kgのスラブとなし表2に示すような製造
工程で、C9以外は冷延のロール径は約200mmを使用
し、C9については約50mm径のロールを用いて1.5
mm厚さの薄板を製造した。表2には、各鋼種・各鋼塊の
製造工程およびその時の10%でのr値の平均(圧延方
向に対しての0゜,90゜および45゜方向のr値の平
均)、常温圧延および高温強度として900℃における
引張り強さを示す。
【0011】
【表1】
【0012】
【表2】
【0013】各4鋼種において、本発明の製造条件を満
たすA4,B5,B6,C7,C8およびD6は、各鋼
種内で比較すると平均r値、常温延性および900℃の
引張り強度がすべて高く、高温強度および成形加工性に
優れていることが判る。スラブ加熱温度が1220℃よ
り低いB2,C1およびD1は高温強度が低い傾向にあ
る。熱延仕上げ温度が850℃より低いB3,C2およ
びD2や巻取り温度が550℃より高いA1,B4,C
3およびD3にいても高温強度が低めであることが判
る。これは、高温強化因子である固溶MoおよびNb量
が十分確保できていないためであると考えられる。ま
た、最終焼鈍温度が再結晶温度の+50℃よりも低いA
2では、平均r値および常温延性が低い。一方、最終焼
鈍温度が再結晶温度の+150℃よりも高いB1,C6
およびD5は平均r値や高温強度は高いものの粒径粗大
化により常温延性が低下してしまう。冷延の圧下率の低
いC5およびD5は均一に再結晶が起こらないため低r
値で低延性になる。また、高圧下率であるA3,C4お
よびD4では常温延性が低下傾向にある。以上のよう
に、本発明の条件を満たすA4,B6,C7,C8およ
びD6が高温強度および成形加工性に優れている。
【0014】また、C9として、冷延のロール径を50
mmとし、製造条件をC8とほぼ同様にして1.5mm厚の
薄板を製造した時の材質特性を示す。高温強度に大きな
差異はないが、小径冷延を行ったC9は大径冷延を行っ
たC8に比べ特に平均r値が小さい値を取ることが判
る。したがって、成形加工性の観点から大径冷延が有利
であることが判る。
【0015】
【発明の効果】本発明は、高温強度および成形加工性を
同時に満たすフェライト系ステンレス薄板の製造方法を
提供するもので、例えば自動車排気系材料として要求さ
れる排ガスの高温化とエンジンのコンパクト化を同時に
満たすことが可能となるものである。
フロントページの続き (72)発明者 小川 政道 山口県光市大字島田3434番地 新日本製 鐵株式会社光製鐵所内 (56)参考文献 特開 平3−264652(JP,A) 特開 昭61−163216(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C21D 9/46,8/02 C22C 38/00 - 38/18

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で C:0.02%以下 N:0.02%以下 Cr:11〜21% を含有し、さらに、 Ti:0.05〜0.5% Nb:0.1〜1.0% の少なくとも1種を含み、かつC/12+N/14≦T
    i/48+Nb/93を満たすフェライト系ステンレス
    鋼スラブを1220〜1250℃の温度範囲に加熱し、
    次いで850〜950℃の熱延仕上げ温度で熱間圧延
    し、引続き550℃以下の温度で巻取り、熱延板焼鈍を
    することなく、100mm以上のロール径を有する圧延ロ
    ールにて圧下率50〜70%の冷間圧延を行い、しかる
    後、再結晶温度+50℃〜再結晶温度+150℃の温度
    範囲で冷延板焼鈍を施すことを特徴とする高温強度およ
    び成形加工性に優れたフェライト系ステンレス鋼薄板の
    製造方法。
  2. 【請求項2】 重量%で C:0.02%以下 N:0.02%以下 Cr:11〜21% Mo:0.1〜2.0% を含有し、さらに、 Ti:0.05〜0.5% Nb:0.1〜1.0% の少なくとも1種を含み、かつC/12+N/14≦T
    i/48+Nb/93を満たすフェライト系ステンレス
    鋼スラブを1220〜1250℃の温度範囲に加熱し、
    次いで850〜950℃の熱延仕上げ温度で熱間圧延
    し、引続き550℃以下の温度で巻取り、熱延板焼鈍を
    することなく、100mm以上のロール径を有する圧延ロ
    ールにて圧下率50〜70%の冷間圧延を行い、しかる
    後、再結晶温度+50℃〜再結晶温度+150℃の温度
    範囲で冷延板焼鈍を施すことを特徴とする高温強度およ
    び成形加工性に優れたフェライト系ステンレス鋼薄板の
    製造方法。
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