JP3884899B2

JP3884899B2 - 加工性と耐食性に優れ表面疵が少ないフェライト系ステンレス鋼

Info

Publication number: JP3884899B2
Application number: JP2000197793A
Authority: JP
Inventors: 純一濱田; 義盛福田; 潮雄中田
Original assignee: Nippon Steel and Sumikin Stainless Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel and Sumikin Stainless Steel Corp
Priority date: 2000-06-30
Filing date: 2000-06-30
Publication date: 2007-02-21
Anticipated expiration: 2020-06-30
Also published as: JP2002012955A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加工性と耐食性に優れ製造時の表面疵発生が少ないフェライト系ステンレス鋼に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
フェライト系ステンレス鋼は、オーステナイト系ステンレス鋼に比べ、経済的な利点をもつことから広範囲に使用されており、高成形性、高耐食性のみならず、優れた表面品位を有することが要望されている。
【０００３】
近年の精錬技術の向上により、極低炭素・窒素化が可能になり、ＴｉやＮｂなどの安定化元素を添加して耐食性、溶接部の粒界腐食性を向上させ、オーステナイト系ステンレス鋼以上の高耐食性が得られるようになった（例えば特開昭６１−２６１４６０号公報、特開平０８−２９６０００号公報参照）。
【０００４】
ところが、既知技術では加工性すなわちｒ値を向上させたり、耐食性を向上させたりすることはできるものの、特にＴｉを添加したフェライト系ステンレス鋼の場合、製造時に表面欠陥が多数発生し、表面品位を損ねる問題点があった。これは、製鋼段階で生じるＴｉ系硬質介在物に起因するもので、熱間圧延および冷間圧延時に表層に存在する硬質介在物を起点としてヘゲ状の疵が発生するものである。
【０００５】
このヘゲ状疵が多数発生すると、表面品位の劣化をもたらすと共に、これを起点として銹が発生するため、耐食性をも低下させてしまう問題があり、製造工程に表面研削工程を追加してヘゲ状疵を除去することも可能であったが、製造コストの増加や研削目残りによる表面品位の劣化といった課題があった。
【０００６】
Ｔｉ添加フェライト系ステンレス鋼のヘゲ状疵の発生起点は、上述の通りＴｉ系硬質介在物であり、具体的にはＴｉ系酸化物（ＴｉＯ，ＴｉＯ₂，Ｔｉ₂Ｏ₃）とＴｉ系窒化物（ＴｉＮ）であるが、これらを低減するために添加Ｔｉ量を低減すると耐食性や加工性の劣化を伴うため、特性上必要であるＴｉ量を添加し、かつヘゲ状疵の原因となるＴｉ系介在物をコントロールする必要があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、既知技術の問題点を解決するために、特に耐食性についてＴｉとＣ，Ｎ，Ｓ，Ｏの析出物制御、表面疵についてＴｉ，Ａｌ酸化物制御を基本的技術思想とし、加工性と耐食性に優れ、表面欠陥が少ないＴｉ添加フェライト系ステンレス鋼を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明者らはフェライト系ステンレス鋼の加工性と耐食性の向上と共に、表面欠陥を少なくするための介在物制御に関する金属組成について組織学的見地から詳細な研究を行った。
【０００９】
本発明は、その結果に基づくものであって、以下の構成を要旨とする。即ち本発明は、質量％にて、Ｃ：０．００１〜０．０２０％、Ｓｉ：０．０１〜０．５０％、Ｍｎ：０．０１〜０．２０％、Ｐ：０．０１〜０．０５％、Ｓ：０．０００１〜０．０１００％、Ｃｒ：１０〜２２％、Ａｌ：０．０３〜０．１０％、Ｔｉ：０．０５〜０．３０％、Ｏ：０．００１０〜０．０１００％、Ｂ：０．０００５〜０．００５０％、Ｎ：０．００５〜０．０２０％、必要に応じて、Ｎｂ：０．０５〜０．５０％、Ｚｒ：０．０５〜０．５０％、Ｖ：０．０５〜０．５０％、Ｍｏ：０．３〜２．０％を添加し、残部がＦｅおよび不可避的不純物より成り、かつ下記（１）式で示される条件を満足する組成を有するものである。さらに鋼中のＴｉ酸化物を０．１％以下にすることが望ましい。
Ｆｒｅｅ・Ｔｉ＝Ｔｉ−４Ｃ−３．４Ｎ−１．５Ｓ−２Ｏ≧０．０５…（１）
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を詳細に説明する。まず本発明の限定理由について説明する。
本発明の主要技術はＴｉ，Ａｌ介在物制御による表面疵抑制であり、Ｔｉ−Ａｌ複合添加において、ＴｉとＡｌの添加量を適正化し、表面疵の原因となる硬質Ｔｉ，Ａｌ系酸化物およびＴｉＮの生成を制御し、かつＴｉＮの晶出核となるＡｌ系酸化物を積極的に生成させることにある。
【００１１】
Ａｌは、脱酸素剤として作用するため添加される場合がある。本発明では、Ｔｉ添加フェライト系ステンレス鋼にＡｌを添加する場合に、その添加量により酸化物の組成と形態が異なることを見出した。すなわち、図１にＡｌ添加量とＴｉ系酸化物の関係を示す。Ａｌ添加量が少ない場合、硬質なＴｉ系酸化物が多量に生成し表面疵の原因となるが、０．０３％以上のＡｌ添加により、鋼中Ｔｉ系酸化物がＡｌ系に変わるため低減し、表面疵が発生しない０．１％以下まで低減する。ここで、Ｔｉ系酸化物量については、鋼塊からサンプルを採取し、ＪＩＳＧ０５５５に従いＴｉ系酸化物の面積率を測定した。
【００１２】
図２に表面疵に及ぼすＴｉ量とＡｌ量の影響を示す。これより、Ａｌ添加量が０．１０％超ではＡｌ系酸化物が凝集・合体するため、表面疵が発生する。また、Ａｌ添加量が少ない場合、凝固時に晶出するＴｉＮの晶出核が少ないため、ＴｉＮの生成量が少なく、凝固後に粗大なＴｉＮとして析出するが、適量のＡｌ添加により、凝固時に生成するＡｌ酸化物を核としてＴｉＮが微細に生成する。
【００１３】
Ｔｉ系酸化物と凝集・合体した粗大なＡｌ系酸化物は硬質であり、表面疵の発生原因となる。また、粗大に析出したＴｉＮも同様に表面疵の発生原因となる。図１と図２から、Ｔｉ，Ａｌ添加量を適正に制御することによって、酸化物および窒化物に起因した表面疵を防止できることがわかる。更に、Ｔｉが０．０５％未満ではＣ，Ｎの固定が不十分となり、製品の加工性と耐食性が劣化し、０．０５％以上でこれらの効果が生じる。従って、Ａｌの範囲は、０．０３〜０．１０％とし、Ｔｉの範囲は０．０５〜０．５０％とした。更に、経済性、表面性状の観点から、Ａｌは０．０５〜０．０７％、Ｔｉは０．１０〜０．３０％が望ましい。
【００１４】
Ｃは、加工性と耐食性を劣化させるため、その含有量は少ないほど良いが、過度の低下は精錬コストの増加に繋がるため、０．００１〜０．０２０％とした。更に、経済性と特性を考慮すると０．００２〜０．０１０％が望ましい。
【００１５】
Ｓｉは、脱酸元素であるため精錬中に添加されるが、０．５０％を超えると耐食性と加工性が劣化し、０．０１％未満では精錬コストの増加につながる。従って、Ｓｉの範囲は０．０１〜０．５０％とした。更に、材質特性を考慮すると０．１０〜０．３０％が望ましい。
【００１６】
Ｍｎは、加工性と耐食性を劣化させるため、その含有量は少ないほど良いが、過度の低下は精錬コストの増加に繋がると共に、Ｓｉ同様脱酸効果を有することから、０．０１〜０．３０％とした。更に、経済性と特性を考慮すると０．１０〜０．２０％が望ましい。
【００１７】
Ｐは、加工性と耐食性を劣化させるため、その含有量は少ないほど良いが、過度の低下は精錬コストの増加に繋がるため、０．０１〜０．０５％とした。更に、経済性と特性を考慮すると０．０２〜０．０４％望ましい。
【００１８】
Ｓは、Ｐと同様で含有量が少ないほど良いが、過度の低下は精錬コストの増加に繋がる。また、ＳはＴｉやＣととも析出物を形成し、熱間での再結晶の核として作用して加工性の向上に寄与する。従って、Ｓの範囲は０．０００１〜０．０１００％とした。更に、経済性と特性を考慮すると０．００１０〜０．０．００５０％が望ましい。
【００１９】
Ｃｒは、耐食性および耐高温酸化性の向上のために１０％以上の添加が必要であるが、２２％超の添加により靱性の劣化が生じ、製造性が劣化する。従って、Ｃｒの範囲は１０〜２２％とした。更に、耐食性と加工性の確保という観点では１６〜２０％が望ましい。
【００２０】
Ｏは、表面疵の原因である介在物を形成するため、低い方が良い。過度の脱酸は精錬コストの増加に繋がることから、０．００１０〜０．０１００％とした。更に、加工性、耐食性の観点からは０．００１０〜０．００５０％が望ましい。
【００２１】
Ｂは、結晶粒界に偏析して粒界を強化するため、高純度鋼の２次加工性を向上させる。その効果は０．０００５％から作用し、過度の添加は加工性の劣化をもたらすことから、Ｂの範囲は０．０００５〜０．００５０％とした。更に、経済性を考慮して０．０００５〜０．００２０％が望ましい。
【００２２】
Ｎは、Ｃと同様に加工性と耐食性を劣化させるため、その含有量は少ないほど良いが、過度の低下は凝固時にＴｉＮが析出せず、ＴｉＮを核とした凝固組織の等軸晶化が生じないため、０．００５〜０．０２０％とした。更に、経済性と特性を考慮すると０．００５〜０．０１０％が望ましい。
【００２３】
Ｎｂは、Ｔｉと同様にＣ，Ｎと析出物を形成し、固溶Ｃ，Ｎを低減し、加工性と耐食性を向上させる作用が有り、０．０５〜０．５０％とした。更に、過度の添加はＮｂ析出物による表面疵が作用することから、０．０５〜０．３０％が望ましい。
【００２４】
ＺｒもＴｉ，Ｎｂと同様にＣ，Ｎと析出物を形成し、固溶Ｃ，Ｎを低減し、加工性と耐食性を向上させる作用が有るため、０．０５〜０．５０％とした。更に、経済性を考慮して０．０５〜０．１０％が望ましい。
【００２５】
ＶもＴｉ，Ｎｂ，Ｚｒと同様にＣ、Ｎと析出物を形成し、固溶Ｃ、Ｎを低減し、加工性と耐食性を向上させる作用が有るため、０．０５〜０．５０％とした。更に、経済性を考慮して０．０５〜０．１０％が望ましい。
【００２６】
Ｍｏは、耐食性を向上させる効果があるが、その効果は０．３％以上からで、２．０％を超えると加工性の低下につながる。従って、Ｍｏの範囲は０．３〜２．０％とした。更に、経済性と耐食性を考慮すると０．５〜１．０％が望ましい。
【００２７】
上記化学成分を有するフェライト系ステンレス鋼の加工性と耐食性を高めるためには、ＴｉとＣ，Ｎ，Ｓ，Ｏの組成バランスの最適化が重要である。まず、ＴｉとＣおよびＮはそれぞれＴｉＣおよびＴｉＮとして析出し、凝固組織の微細化、粒界純化による再結晶集合組織の発達をもたらし、加工性の向上に繋がる。また、Ｃｒ炭窒化物生成を抑制するため、耐食性の向上に繋がる。
【００２８】
ＴｉとＳはＴｉＳ、Ｔｉ₄Ｃ₂Ｓ₂などの硫化物を形成し、ＯとはＴｉＯ、ＴｉＯ₂などの酸化物を形成するため、ＴｉとＣ，Ｎ，Ｓ，Ｏとの結合は、鋼中に固溶するＴｉ量を減少させる。本発明では、固溶Ｔｉ（Ｆｒｅｅ・Ｔｉ）量による耐食性の劣化を系統的に評価した結果、一定以上の固溶Ｔｉ量の確保により耐食性が向上することを見出した。
図３に１６．５％Ｃｒ鋼をベースにした鋼におけるＦｒｅｅ・Ｔｉと孔食電位の関係を示す。ここで、孔食電位は、製品を用いて、ＪＩＳＧ０５７７に従い測定したＶｃ１００を示している。これより、Ｆｒｅｅ・Ｔｉが少ない場合には耐食性が劣り、その値が０．０５％以上で高耐食性を有することが分かる。
【００２９】
本発明の鋼は、通常のＡＯＤやＶＯＤなどの精錬方法によって溶製し、連続鋳造−熱間圧延−焼鈍・酸洗−冷間圧延−焼鈍・酸洗といった一般的な工程により製造すれば良い。加工性の更なる向上のためには、中間焼鈍を含む２回冷延法を採用すれば良く、場合によっては熱延板焼鈍を省略しても良い。
【００３０】
【実施例】
表１及び表２に示す成分組成のフェライト系ステンレス鋼を溶製、鋳造した。その後、１１００〜１２００℃に加熱して熱間圧延して、３．８mm厚の熱延板とした。これを、連続焼鈍−酸洗後、０．５mm厚まで冷間圧延し、更に連続焼鈍−酸洗、調質圧延を施して製品とした。
【００３１】
上記にようにして得られた０．５mm厚の製品板から、圧延方向と平行方向、４５°方向、９０°方向にＪＩＳ１３号Ｂ引張試験片を採取して、１５％歪みを付与する引張試験を行い、下記（２）式及び（３）式に示す式から平均ｒ値を算出した。
ｒ＝ｌｎ（Ｗ₀／Ｗ）／ｌｎ（ｔ₀／ｔ） ……（２）
ここで、Ｗ₀は初期板幅、Ｗは引張後の板幅、ｔ₀は初期板厚、ｔは引張後の板厚である。
平均ｒ値＝（ｒ₀＋２ｒ₄₅＋ｒ₉₀）／４ ……（３）
ここで、ｒ₀は圧延方向と平行方向のｒ値、ｒ₄₅は圧延方向と４５°方向のｒ値、ｒ₉₀は圧延方向と直角方向のｒ値である。
【００３２】
また、製品板から３０×１０mm試験片を採取し、ＪＩＳＧ０５７７に従い孔食電位（Ｖｃ１００）を測定した。
【００３３】
更に、製品板の表面疵発生状況を目視により観察し、ランク付けを行った。疵ランクＡ，Ｂまでが、表面の美観を損ねないレベルで、Ｃ，Ｄではヘゲ状の表面疵が発生したことを示している。
【００３４】
表１及び表２から明らかなように、本発明で規定する化学成分を有する鋼は、比較鋼に比べて加工性（ｒ値）が高く、耐食性（孔食電位Ｖｃ１００）が高い。更に、表面疵の発生がＢランク以上であり、加工性と耐食性に優れ表面疵が少ないことがわかる。また表２から、Ａｌ添加量が少なくＴｉ酸化物が多くなる比較例では表面疵ランクが悪く、本発明例の場合は表面疵発生が少ないことがわかる。
【００３５】
【表１】

【００３６】
【表２】

【００３７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば加工性と耐食性が優れ、表面疵の少ないフェライト系ステンレス鋼板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａｌ添加量とＴｉ系酸化物量の関係を示す図である。
【図２】表面疵に及ぼすＴｉ量とＡｌ量の関係を示す図である。
【図３】Ｆｒｅｅ−Ｔｉと耐食性の関係を示す図である。

Claims

質量％にて
Ｃ：０．００１〜０．０２０％、
Ｓｉ：０．０１〜０．５０％、
Ｍｎ：０．０１〜０．２０％、
Ｐ：０．０１〜０．０５％、
Ｓ：０．０００１〜０．０１００％、
Ｃｒ：１０〜２２％、
Ａｌ：０．０３〜０．１０％、
Ｔｉ：０．０５〜０．３０％、
Ｏ：０．００１０〜０．０１００％、
Ｂ：０．０００５〜０．００５０％、
Ｎ：０．００５〜０．０２０％
含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物より成り、かつ下記（１）式で示される条件を満足する組成を有することを特徴とする加工性と耐食性に優れ表面疵が少ないフェライト系ステンレス鋼。
Ｆｒｅｅ・Ｔｉ＝Ｔｉ−４Ｃ−３．４Ｎ−１．５Ｓ−２Ｏ≧０．０５……（１）
さらに、質量％にて
Ｎｂ：０．０５〜０．５０％、
Ｚｒ：０．０５〜０．５０％、
Ｖ：０．０５〜０．５０％
の一種または二種以上含むことを特徴とする請求項１に記載の加工性と耐食性に優れ表面疵が少ないフェライト系ステンレス鋼。
さらに、質量％にて
Ｍｏ：０．３〜２．０％
を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の加工性と耐食性に優れ表面疵が少ないフェライト系ステンレス鋼。
上記請求項１乃至３の何れかに記載のフェライト系ステンレス鋼において、Ｔｉ系酸化物が０．１％以下であることを特徴とする加工性と耐食性に優れ表面疵が少ないフェライト系ステンレス鋼。