JP4193227B2 - Ｆｅ−Ｃｒ−Ｓｉ鋼板およびその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁特性や耐食性の優れたＦｅ−Ｃｒ−Ｓｉ鋼板およびその製造方法に関するものであり、その靱性を向上することと、高靱性を活用して冷間ないし温間の圧延を容易にすることを主眼とする。
【０００２】
【従来の技術】
Ｆｅ−Ｓｉ合金は電磁特性が非常に優れることから、各種の電磁材料として使用されている。しかし、Ｓｉが３．５％以上の含有量になると鉄合金の靱性は著しく劣化し、材料としての用途が制限されるばかりでなく、圧延やプレス成型等の加工さえも困難になる弱点を持つ。
一方、Ｆｅ−Ｃｒ合金は耐食性に優れた材料として知られているが、さらに過酷な条件下で一層の耐食性や耐熱性を確保するために、種々の元素が添加されてきた。その代表例としてＭｏ，Ｃｏ，Ａｌ等があげられる。これにより、耐食性の代表的な指標である孔食電位（３．５％ＮａＣｌ水溶液、３０℃、電流密度１０μＡ／ｃｍ²)が５００ｍＶ以上となるような、極めて優れた耐食性も実現される。しかし、これらの元素はいずれも高価であり、コスト上の制約から耐食性、耐熱性をある程度犠牲にして添加量を抑えざるを得ないのが現状である。
【０００３】
それに対して、Ｓｉはこれらの元素に比べて安価であり、しかも耐食性あるいは耐熱性を改善する効果も有するため、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｓｉ合金鋼の工業的な活用が期待される。その例として、特公昭５７−２２６７号公報においてはＳｉを５ｗｔ％以内含有する耐酸化性の優れたフェライト系ステンレス鋼を開示しているものの、実際には、Ｓｉを３．５ｗｔ％以上含有すると加工性が乏しくなり、冷間ないし温間圧延が困難になるという欠点があった。
【０００４】
このような加工性を改善する観点から本発明者らは研究を進め、高純度化によって靱性を著しく改善することができるとの知見を得た（特願平９−２０７７３２号）。
一方、特開平３−５３０２５号公報では、強圧下熱間圧延ののち急冷することにより、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｓｉ合金の靱性を向上させる技術を開示している。しかし、通常とは異なる圧延プロセスが必要であり、コスト上昇要因となることから、これも万能の解決方法とは言えない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点を解決し、高い靱性を有する高耐食性のＦｅ−Ｃｒ−Ｓｉ鋼板を現状で工業的に可能な純度と通常のプロセスによって提供し、それを活用して冷間ないし温間圧延を容易にすることを課題とした。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を行った結果、高Ｓｉ含有量であっても不純物濃度を極端に低減することなしに、熱間圧延の仕上げ厚みを一定値以下にすることにより、極めて高い靭性あるいは加工性が得られる事を見いだした。さらに、Ｃｒ含有量が高ければその有利な効果がより顕著になることを見いだした。その要旨とするところは下記のとおりである。
（１）Ｃｒ：３．５〜１８．０質量％、Ｓｉ：４〜７質量％を含有し、残部は主として鉄および不可避的不純物からなる鋳片を、熱間圧延して２ｍｍ以下（ただし、２．０ｍｍは除く）の厚みまで圧延してなるＦｅ−Ｃｒ−Ｓｉ鋼板。
（２）さらに、Ｎｉ，Ｍｏ，Ｃｏ，Ａｌの元素のうち１種以上を、Ｎｉであれば０．５〜８質量％、Ｍｏであれば０．０３〜３．０質量％、Ｃｏであれば０．０３〜３．０質量％、Ａｌであれば０．５〜５．０質量％含有する前記（１）に記載のＦｅ−Ｃｒ−Ｓｉ鋼板。
（３）前記（１）または（２）に記載のＦｅ−Ｃｒ−Ｓｉ鋼の熱延板を、焼鈍することなく冷間ないし温間で圧延することを特徴とするＦｅ−Ｃｒ−Ｓｉ鋼板の製造方法。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、発明を知見するに至った実験結果について説明する。
実験用の小型真空溶解炉にて、Ｆｅ−１８ｗｔ％Ｃｒ−５ｗｔ％合金を１０ｋｇ溶製した。ここで、脱酸はＡｌで行い、又Ｃ，Ｎ量を調節するためにＦｅ−５ｗｔ％Ｃ母合金および窒化鉄を添加し、不純物としてはＣ：２６ｐｐｍ，Ｍｎ：０．０１％，Ｐ：８ｐｐｍ，Ｓ：５ｐｐｍ，Ｎ：７５ｐｐｍ，Ｏ：１７ｐｐｍ，Ａｌ：３０ｐｐｍであった。これらの鋼塊のスケールを除去した後、１１００℃に加熱して板厚５．０，４．０，２．０，１．５ｍｍに圧延した。この鋼板から、板厚１．０ｍｍ，幅１０ｍｍ，長さ５５ｍｍ，切り欠き２ｍｍＶノッチのシャルピー試験片を圧延方向と平行に採取し、各温度で衝撃値を測定して、脆性破面率が５０％になる温度すなわち延性−脆性遷移温度を靱性の指標として求めた。
【０００８】
各仕上げ厚みによるシャルピー遷移温度は次のとおりである。

このように熱間圧延の仕上げ厚みを３ｍｍ以下にすることによって高い靱性を得ることができることが明らかになった。
また、熱間圧延の仕上げ厚みを２ｍｍ以下にしたものは、その後、冷間圧延を行うことも可能である。
【０００９】
この発明は、上記の実験事実に基づいたものであり、成分系、純度のみならず熱延の仕上げ厚みが重要な役割を担う。以下、これらの限定理由について説明する。
【００１０】
まず、Ｃｒは耐食性を向上させる基本的な合金元素であり、高い耐食性を得ようとする場合には最低限３．５ｗｔ％添加することが好ましい。しかも、高Ｓｉ含有量で高靱性を得るのに極めて有効であり、そのためにも３．５ｗｔ％以上が好ましい。一方、３０ｗｔ％を超えるとこれらの効果が飽和するとともに、かえって加工性を損ねる上にコスト上昇を招く。従って、Ｃｒの含有量は３０ｗｔ％以下、さらに、耐食性と靱性の格段の向上を図るには３．５ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下と規定する。好ましくは１０ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下である。
【００１１】
次に、ＳｉはＣｒとともに耐食性および耐熱性を向上するほか、磁気特性を改善する元素である。３．５ｗｔ％未満では極めて優れた耐食性および磁気特性は得られない。一方、１０ｗｔ％越えると高い靱性が確保できないので、Ｓｉの含有量は３．５〜１０ｗｔ％と規定する。好ましくは、３．５〜８、より好ましくは４〜７ｗｔ％がよい。
【００１２】
このほかに、Ｎｉ，Ｍｏ，Ｃｏ，Ａｌなどの耐食性ないし磁気特性向上のための元素を含有することも、加工性を妨げるものではない。ただし、過剰に含有するとコスト上昇の問題があるほか、特性向上も飽和するので、各々１０ｗｔ％以下とする。好ましくはそれぞれ０．５〜５．０、０．０３〜３．０、０．０３〜３．０、０．５〜５．０ｗｔ％とする。
鋼材の不純物量はＣおよびＮの合計で１５０ｐｐｍ以下、Ｃ，Ｎ，Ｏ，Ｓ，Ｐの合計で５００ｐｐｍ以下とするのが好ましい。またＭｎ２００ｐｐｍ以下が好ましい。
【００１３】
また、熱間圧延の仕上げ厚みを３ｍｍ以下とすることにより急激に靱性を改善することができる。これは熱間加工する際に導入された転位が、熱延厚みを薄くすることで板厚の急激な下降により緩和することなく残存し、微細なサブグレインを形成するためと考える。これらは、熱間圧延の仕上げ厚み１．５ｍｍの試料の薄膜／透過電子顕微鏡観察により確認した。従って、仕上げ厚みを３ｍｍ以下と規定した。この値は圧下率８５％以上に相当する。
【００１４】
しかしながら、これらの効果は焼きなまし焼鈍を行うと失われる。これは、加工により形成した微細なサブグレインが再結晶により緩和してしまうためと考える。そのため、高靱性を確保するには熱延および冷延後の焼きなまし焼鈍は避けた方がよい。したがってＦｅ−Ｃｒ−Ｓｉ鋼の熱延板は、焼鈍することなく冷間ないし温間で圧延してＦｅ−Ｃｒ−Ｓｉ鋼板を製造することが好ましい。ここで温間とは５０〜３５０℃の範囲をいう。
【００１５】
【実施例】
実験用の小型真空溶解炉にて、表１に示す合金を１０ｋｇずつ溶製した。ここで、脱酸はＡｌで行い、またＣ，Ｎ量を調節するためにＦｅ−５ｗｔ％Ｃ母合金および窒化鉄を添加し、不純物としてはＣ：１０〜３０ｐｐｍ，Ｍｎ：０．０１％，Ｐ：８〜１０ｐｐｍ，Ｓ：５〜１０ｐｐｍ，Ｎ：５０〜９０ｐｐｍ，Ａｌ：３０ｐｐｍ，Ｏ：１０〜３０ｐｐｍであった。これらの鋼塊を４０×６０×１００ｍｍに切り出し、Ａｒ中で１１００℃に加熱して３０分保持したのち、６０ｍｍを２０ｍｍにつぶす形に粗熱延し、さらに１１００℃に再加熱して１５分保持してから、板厚４．０，３．０，２．０，１．５ｍｍまでに圧延した。
この鋼板から、板厚１．０ｍｍ，幅１０ｍｍ，長さ５５ｍｍ，切り欠き２ｍｍＶノッチのシャルピー試験片を圧延方向と平行に採取し、２５℃おきの温度でシャルピー衝撃値を測定して、脆性破面率が５０％になる温度すなわち延性一脆性遷移温度を靱性の指標として求めた。
【００１６】
次に、さきの各仕上げ厚みの熱延板の表面をショットで手入れしてから０．３５ｍｍまで冷間圧延を行った。ただし、遷移温度が室温を超える場合は、３００℃に加熱して温間圧延とした。この時の圧延後の板の割れの有無を顕微鏡で観察し、冷間ないし、温間圧延性の指標とした。
表１に各鋼種の仕上げ熱延厚み、遷移温度、冷延性を同時に示す。
【００１７】
鋼種Ｂは熱延の仕上げ厚みが４．０ｍｍと本発明の規定を満足しないため靭性が劣化している。また、鋼種Ｃにおいて、Ｃｒを１８ｗｔ％程度含有する場合でも、熱延の仕上げ厚みを３ｍｍ以下としたものは靭性が大きく異なり、本発明の規定を満足する圧延を行えば靭性が飛躍的に改善されることが明らかである。また、本発明の規定を満足する鋼種は冷間圧延が可能になっている。
【００１８】
鋼種Ｃは高いＳｉ含有量であるが、Ｃｒを約１８ｗｔ％含有し、熱延の仕上げ厚みを２ｍｍとすることで遷移温度５０℃を確保している。さらに、鋼種Ｄ〜Ｆはさらに鋼耐食性を得るためにＮｉ，Ｍｏ，Ａｌ，Ｃｏといった元素をそれぞれ添加したものであるが、いずれも２ｍｍの熱延を施すことにより靱性の劣化は認められない。鋼種Ｇ、ＨはＳｉ量が過剰であり、靱性が劣化している。
【００１９】
【表１】

【００２０】
【発明の効果】
本発明により従来特殊な設備でしか製造できなかった高Ｓｉ含有量の鋼板を、通常のプロセスにおいて圧延、製造できる。

Claims (3)

1. Ｃｒ：３．５〜１８．０質量％、Ｓｉ：４〜７質量％を含有し、残部は鉄および不可避的不純物からなる鋳片を、熱間圧延して２ｍｍ以下（ただし、２．０ｍｍを除く）の厚みまで圧延してなるＦｅ−Ｃｒ−Ｓｉ鋼板。
2. さらに、Ｎｉ，Ｍｏ，Ｃｏ，Ａｌの元素のうち１種以上を、Ｎｉであれば０．５〜８質量％、Ｍｏであれば０．０３〜３．０質量％、Ｃｏであれば０．０３〜３．０質量％、Ａｌであれば０．５〜５．０質量％含有する請求項１に記載のＦｅ−Ｃｒ−Ｓｉ鋼板。
3. 請求項１または２に記載のＦｅ−Ｃｒ−Ｓｉ鋼の熱延板を、焼鈍することなく冷間ないし温間で圧延することを特徴とするＦｅ−Ｃｒ−Ｓｉ鋼板の製造方法。