JP3448541B2 - 延性に優れたフェライト系ステンレス鋼板 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、延性に優れたフェ
ライト系ステンレス鋼板に関する。

【０００２】

【従来の技術】フェライト系ステンレス鋼は耐食性に優
れており、多くの用途に用いられている。しかし、オー
ステナイト系ステンレス鋼の代表鋼種であるＳＵＳ３０
４に比べて延性が著しく劣っているため、成形時に割れ
が生じたり成型できないと言う問題が生じて、用途が限
定される場合があった。

【０００３】これまでに、鋼組成や製造工程を規定する
ことで延性を向上させる手法が検討されてきた。特公昭
５９−４９３０１号公報ではＡｌ量を高めた鋼が開示さ
れている。特公平７−５１７２７号公報には、熱延及び
熱延後の焼鈍条件を規定することで延性等の特性を高め
る方法が開示されている。また特開平１０−４６２９３
号公報では、鋼板の板厚中心部の成分を変化させること
で延性・加工性を確保する手法が開示されている。

【０００４】これらの方法は、いずれも圧延方向に平行
な方向（Ｌ方向）の延性を向上させる手法としては有効
な方法である。しかし圧延方向に垂直な板幅方向（Ｃ方
向）の延性は必ずしも十分とはいえなかった。成形加工
においてはＬ方向のみではなく、Ｃ方向の延性も必要で
あるため、これを改善しなければ材料としての十分な延
性を確保できているとはいえない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のようにフェライ
ト系ステンレス鋼板の延性は、圧延方向（Ｌ方向）とそ
れに垂直な板幅方向（Ｃ方向）の両者を満足する必要が
ある。本発明は、フェライト系ステンレス鋼板で介在物
を規定することで、Ｌ方向とＣ方向の両方において延性
を改善したフェライト系ステンレス鋼板を提供すること
を目的としたものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、実験室の
溶解炉を用いてフェライト系ステンレス鋼を溶製し、熱
延、（焼鈍）、冷延、焼鈍後のＬ及びＣ方向の延性に及
ぼす成分の影響を調査した。その結果、ＴｉとＭｇを含
有した鋼においてＬ及びＣ方向の延性が著しく向上する
場合が認められた。このときの延性とは、平行部５０ｍ
ｍのＪＩＳ１３号Ｂ引張試験片をＪＩＳ Ｚ ２２０１
に基づく引張試験法で試験した際の、破断伸び（成品伸
び）で評価した。この成品伸びはＣｒ量や引張試験片の
板厚によって大きく変わるため、Ｌ，Ｃ両方向の成品伸
びＥＬが下記（１）式を満足する場合に延性が良好であ
るといえる。 ＥＬ≧３７−０．３×［Ｃｒ］＋２．８×ｔ ……（１） ただし、［Ｃｒ］：Ｃｒ量（ｍａｓｓ％）、ｔ：成品板
厚（ｍｍ）である。

【０００７】さらに、介在物を電子顕微鏡及びＥＰＭＡ
で詳細に調査した結果、延性が良好な材料には、必ずＭ
ｇ系介在物及びチタン炭硫化物（Ｔｉ₄ Ｃ₂ Ｓ₂ ）が数
多く存在していた。このときの介在物は、Ｍｇ系介在物
では最大径が０．０５〜２μｍ、Ｔｉ₄ Ｃ ₂ Ｓ₂ では最
大径が０．５〜２μｍで、いずれも３個／ｍｍ² 以上の
密度で存在していた。一方、延性が不良な材料では、Ｍ
ｇ介在物及びＴｉ₄ Ｃ₂ Ｓ₂ のいずれかの密度が上記未
満であるか、あるいは密度は高いが非常に微細で、上記
のサイズ未満であった。

【０００８】本発明は上記知見に基づいて完成されたも
のであり、その要旨とするところは以下の通りである。 （１） ｍａｓｓ％で、 Ｃ ：０．０００５〜０．０３％、 Ｓｉ：０．０１〜１％、 Ｍｎ：０．０１〜１％、 Ｐ ：０．０４％未満、 Ｓ ：０．０００１〜０．０１％、 Ｃｒ：１０〜２５％、 Ｔｉ：０．０１〜０．８％、 Ａｌ：０．００５〜０．１％、 Ｎ ：０．０００５〜０．０３％、 Ｍｇ：０．０００５〜０．０１％ を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物であり、か
つ、最大径が０．０５〜２μｍのＭｇ系介在物と、最大
径が０．５〜２μｍのＴｉ₄ Ｃ₂ Ｓ₂ とがいずれも３個
／ｍｍ² 以上の密度で鋼中に分散し、さらに、成品伸び
ＥＬが圧延方向とそれに垂直な板幅方向の両方において
下式を満足することを特徴とする延性に優れたフェライ
ト系ステンレス鋼板。 ＥＬ≧３７−０．３×［Ｃｒ］＋２．８×ｔ ただし、［Ｃｒ］：Ｃｒ量（ｍａｓｓ％）、ｔ：成品板
厚（ｍｍ） （２） ｍａｓｓ％で、Ｂ ：０．０００５〜０．００
５％、Ｎｂ：０．０５〜０．５％、Ｚｒ：０．０００５
〜０．５％の１種もしくは２種以上をさらに含有するこ
とを特徴とする前記（１）に記載の延性に優れたフェラ
イト系ステンレス鋼板。 （３） ｍａｓｓ％で、 Ｍｏ：０．１〜２％、 Ｎｉ：０．１〜２％、 Ｃｕ：０．１〜２％ の１種もしくは２種以上をさらに含有することを特徴と
する前記（１）または（２）に記載の延性に優れたフェ
ライト系ステンレス鋼板。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下本発明について詳細に説明す
る。なお、下記の説明における％とはすべてｍａｓｓ％
を示す。 Ｃ，Ｎ：Ｃ，Ｎを多量に添加すると延性が低下するた
め、それぞれ上限は０．０３％とした。一方、下限は精
錬段階でのコストを考慮した場合には０．０００５％で
ある。厳しい加工用途等に用いる場合には、Ｃ，Ｎ共に
０．０００５〜０．０１５％とすることが好ましい。

【００１０】Ｓｉ：Ｓｉは脱酸元素として必要である
が、多量の添加により延性が低下するため、上限は１％
とした。下限は脱酸効果を得るために０．０１％とし
た。

【００１１】Ｍｎ：Ｍｎは多量の添加により強度を上昇
させ、延性を低下させる為、上限を１％とした。下限は
コストの観点より０．０１％とした。

【００１２】Ｐ：Ｐは延性の点からは低い方が好まし
く、０．０４％未満とする必要がある。低いほど延性は
向上するので０．０２％以下にすることが好ましい。下
限は原料コストの点から０．００５％程度が望ましい。

【００１３】Ｓ：Ｓは多量に添加すると耐食性、加工性
が低下するため、上限は０．０１％とした。下限は近年
の脱硫技術で極低化が可能であるので、０．０００１％
とした。

【００１４】Ｃｒ：Ｃｒは１０％未満ではステンレス鋼
としての耐食性が不十分であり、２５％を超えると靱性
が低下する場合があるため、１０〜２５％の範囲とし
た。また、Ｃｒ量が多くなると加工性が低下するため、
加工用途としては１０〜１９％が好ましい。

【００１５】Ｔｉ：ＴｉはＴｉ₄ Ｃ₂ Ｓ₂ を析出させ、
本発明の課題である延性を向上させる重要な元素であ
る。本発明では延性向上効果があるのは０．０１％以上
であり、これを下限とした。またＴｉ量が多すぎると強
度が増加し、延性の低下を招くため、上限を０．８％と
した。延性に加えて製造性等の観点から、最も好ましい
範囲は０．０８〜０．３％である。

【００１６】Ａｌ：ＡｌはＮ等を固定して加工性を向上
する元素であるが、多量の添加は延性の低下及びコスト
の増加をもたらすため、上限は０．１％とした。一方、
Ａｌ量の低減により脱酸が困難になるため、下限は０．
００５％とした。

【００１７】Ｍｇ：Ｍｇは介在物を形成して、本発明の
課題である延性を向上させる重要な元素である。Ｔｉ₄
Ｃ₂ Ｓ₂ と共に析出（晶出）して延性を向上させる効果
を発揮する下限は０．０００５％であり、これを下限と
した。また多量に添加してもその効果は飽和するため、
０．０１％を上限とした。

【００１８】Ｂ，Ｎｂ，Ｚｒ：これらは加工性を向上す
る元素であり、必要に応じてＢ，Ｎｂ，Ｚｒのうち１種
又は２種以上を組み合わせて添加する。Ｂ：０．０００
５％、Ｎｂ：０．０５％、Ｚｒ：０．０００５％以上添
加することで効果が現れる。しかし、Ｂ：０．００５
％、Ｎｂ：０．５％、Ｚｒ：０．５％より多くてもその
効果は飽和する。

【００１９】Ｍｏ，Ｎｉ，Ｃｕ：これらは耐食性を向上
する元素であり、耐食性が問題となる用途ではＭｏ，Ｎ
ｉ，Ｃｕのうち１種又は２種以上を組み合わせて必要に
応じて添加する。それぞれ０．１％以上添加することに
より効果が現れる。しかし、加工性を考慮すると上限は
いずれも２％である。

【００２０】さらに本発明では、Ｍｇ系介在物の最大径
は０．０５〜２μｍのサイズが必要である。Ｔｉ₄ Ｃ₂
Ｓ₂ は０．５〜２μｍである。分布密度はいずれも３個
／ｍｍ² 以上が必要となる。これより少ないと延性向上
効果が発揮されない。延性向上効果をさらに向上させる
には３０個／ｍｍ² 以上とすることが好ましい。密度の
上限は、強度上昇が著しくない範囲で１００００個／ｍ
ｍ² が望ましい。これらの介在物のサイズの調査は、鋼
塊及び鋼板の任意の断面において介在物の抽出レプリカ
あるいは薄膜を作成し、電子顕微鏡で調査する方法がよ
い。分布は、前述のごとく電子顕微鏡、あるいはＥＰＭ
Ａを用いて調査する方法がよい。

【００２１】Ｍｇは脱酸材としても用いられる元素であ
り、長時間溶鋼中に存在すると粗大化して浮上すること
があるため、Ｍｇ介在物を上記のようなサイズ及び分布
で存在させるには、Ｍｇを添加後１２０ｍｉｎ以内に鋳
造させる必要がある。他の成分元素を添加した最後にＭ
ｇを添加する方法が好ましい。またＴｉ₄ Ｃ₂ Ｓ₂ を上
記のようなサイズ及び分布密度で存在させるには、鋳造
スラブを緩冷却するか、あるいは熱延前の加熱温度を低
温化（約１１６０℃以下）にする方法が有効である。こ
の方法を採れば、Ｍｇ介在物自身もＴｉ₄ Ｃ₂Ｓ₂ の析
出核として作用するため、上記のサイズ及び密度が得ら
れる。

【００２２】Ｍｇ系介在物とは、Ｍｇを含有する介在物
を示す。酸化物（ＭｇＯ，ＭｇＡｌ ₂ ０₄ 等）や硫化物
（ＭｇＳ）等、いずれの組成でも良い。ＥＤＳで解析し
た際にＭｇのピークが認められる介在物を指す。Ｔｉ₄
Ｃ₂ Ｓ₂ はＥＤＳ並びに反射電子像から同定できる。な
お、発明者らが調査した限りにおいては、Ｍｇ介在物を
覆うようにＴｉ₄ Ｃ ₂ Ｓ₂ が析出する箇所は観察されて
いない。両析出物が接触して観察される場合も僅かに認
められたが、基本的にはＭｇ介在物とＴｉ₄ Ｃ₂ Ｓ₂ は
独立に存在する。したがって、それぞれ単独に個数やサ
イズを計測すべきである。

【００２３】また、上記のフェライト系ステンレス鋼の
製造方法は、通常、鋼塊を熱延、焼鈍、冷延、焼鈍する
が、熱延板の焼鈍を省略しても、冷延途中に焼鈍を行っ
ても、また熱延を省略しても良い。

【００２４】前述のごとく、成品伸びＥＬはＣｒ量およ
び成品板厚によって大きく変わるため、 ＥＬ≧３７−０．３×［Ｃｒ］＋２．８×ｔ ただし、［Ｃｒ］：Ｃｒ量（ｍａｓｓ％）、ｔ：成品板
厚（ｍｍ）を満足する場合に延性が良好としている。ま
た成品伸びの評価は、平行部５０ｍｍのＪＩＳ１３号Ｂ
引張試験片をＪＩＳ Ｚ ２２０１に基づく引張試験法
で試験した際の破断伸び（成品伸び）で行うのが良い。

【００２５】

【実施例】以下に本発明を実施例に基づき、さらに説明
する。表１に示すフェライト系ステンレス鋼を溶製し、
熱延後、冷延、焼鈍等により０．４〜１ｍｍの鋼板を作
成した後、平行部５０ｍｍのＪＩＳ１３号Ｂ引張試験片
を採取し、引張試験に供した。鋼板の板厚中心部近傍の
介在物を電子顕微鏡により調査し、０．０５〜２μｍの
サイズのＭｇ系介在物及び０．５〜２μｍのサイズのＴ
ｉ₄ Ｃ₂ Ｓ₂ の密度を測定した。なお、構成成分及び製
造条件によって密度を変化させた。各種評価結果を表２
に示す。本発明鋼は比較鋼に比べて延性が優れているこ
とが分かる。

【００２６】

【表１】

【００２７】

【表２】

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、鋼成分及び介在物を規
定することにより、圧延方向とそれに垂直な板幅方向の
いずれの延性にも優れたフェライト系ステンレス鋼板を
提供できる。したがって、本発明はフェライト系ステン
レス鋼板の加工性を大幅に改善するものであり、その産
業上の価値は極めて高い。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 阿部 雅之 北九州市戸畑区飛幡町１−１ 新日本製 鐵株式会社 八幡製鐵所内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C22C 38/00 - 38/60

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ｍａｓｓ％で、 Ｃ ：０．０００５〜０．０３％、 Ｓｉ：０．０１〜１％、 Ｍｎ：０．０１〜１％、 Ｐ ：０．０４％未満、 Ｓ ：０．０００１〜０．０１％、 Ｃｒ：１０〜２５％、 Ｔｉ：０．０１〜０．８％、 Ａｌ：０．００５〜０．１％、 Ｎ ：０．０００５〜０．０３％、 Ｍｇ：０．０００５〜０．０１％ を含有し、かつ、最大径が０．０５〜２μｍのＭｇ系介
   在物と、最大径が０．５〜２μｍのＴｉ₄ Ｃ₂ Ｓ₂ とが
   いずれも３個／ｍｍ² 以上の密度で鋼中に分散し、さら
   に、成品伸びＥＬが圧延方向とそれに垂直な板幅方向の
   両方において下式を満足することを特徴とする延性に優
   れたフェライト系ステンレス鋼板。 ＥＬ≧３７−０．３×［Ｃｒ］＋２．８×ｔ ただし、［Ｃｒ］：Ｃｒ量（ｍａｓｓ％）、ｔ：成品板
   厚（ｍｍ）
2. 【請求項２】 ｍａｓｓ％で、 Ｂ ：０．０００５〜０．００５％、 Ｎｂ：０．０５〜０．５％、 Ｚｒ：０．０００５〜０．５％ の１種もしくは２種以上をさらに含有することを特徴と
   する請求項１に記載の延性に優れたフェライト系ステン
   レス鋼板。
3. 【請求項３】 ｍａｓｓ％で、 Ｍｏ：０．１〜２％、 Ｎｉ：０．１〜２％、 Ｃｕ：０．１〜２％ の１種もしくは２種以上をさらに含有することを特徴と
   する請求項１または２に記載の延性に優れたフェライト
   系ステンレス鋼板。