JP4581630B2 - フェライト系ステンレス鋼板の製造方法およびその連続焼鈍工程における目標温度設定方法 - Google Patents

Description

本発明は、フェライト系ステンレス鋼板の製造方法に関し、特にNbを含有する場合の材質ばらつきを低減できるフェライト系ステンレス鋼板の製造方法およびその連続焼鈍工程における目標温度設定方法に関する。

フェライト系ステンレス鋼板は、需要家要求により硬さの許容範囲が狭いものがあり、連続焼鈍工程における仕上げ焼鈍の目標焼鈍温度を極力狭く制御しても、硬さの許容範囲に入らない場合があるという問題があった。特にNbを含有するフェライト系ステンレス鋼板では、硬さのバラツキが大きくなるという問題があった。
ところで、一般に、冷間圧延後に実施する連続焼鈍工程における仕上げ焼鈍においては、その品種毎に異なる目標焼鈍温度、すなわち、板温が定められており、その板温の許容範囲である板温公差が定められている。そして、連続焼鈍工程においては、この板温公差の範囲内に入り、かつ、できる限り目標板温に近づくように焼鈍温度や通板速度を制御して焼鈍が行われる。

通常、ある製品を作りこむ際、まず作りこむ製品の品種・寸法等が決定される。そして次に、図４に示すように、Ｏ／Ｃ（オンラインコンピュータ）12にオーダ投入11がなされ、上工程である製鋼工程１から仕上げの最終工程である連続焼鈍工程５までの各工程において、温度等の各工程の作り込みのための目標値とその許容範囲が製造条件として決定される。そして、最終の製品工程６での検査結果に基づき、最終的な品質許容範囲内にあるかどうかが判定され、合否が決定される。

上記の製造工程の各工程においては、それぞれの目標値と許容範囲が、その製品の最終的な品質の平均値が目標値にできるだけ近づき、かつ公差内に入るように設定されている。そして、各工程では、それぞれ個別に、その許容範囲内での作りこみを行っている。その結果、最終的に製造された製品は不可避的に品質上のバラツキを有することになる。
このような製品の品質上のバラツキは、小さいほうが良いことは言うまでもない。このバラツキを小さくし、製品の品質向上を図るには、各工程での公差を実際に許容される範囲より狭くすることで達成することが可能である。しかし、当然ながら、各工程での公差を狭めることは、各工程において、その生産能率や歩留等を悪化させる方向に働くことになる。そのため、各工程において、品質上のバラツキに対してある程度の許容範囲を設けておくことは必須である。

従来、品質上のバラツキを低減させる方法としては、特許文献１に示されるような鋼帯の板温を所定の温度範囲内に保持させる連続焼鈍炉の板温制御方法や、特許文献２に示されるような熱延コイル長手方向の結晶粒径の変化を求めて焼鈍後のコイル内材質が均一となるように焼鈍温度を決定する方法が知られている。
また、特許文献３には、フェライト系ステンレス冷延鋼板の硬さ、降伏強さ、引張強さおよび破断伸びのいずれかの目標値に応じて、必要な均熱温度を決定し、焼鈍時の温度がこの均熱温度に一致するように連続焼鈍を行うことが開示されている。
特開平8-13042号公報 特開平9-118927号公報 特開平10-273732号公報

ところが、近年、需要家の品質要求は年々厳しくなる傾向にあり、それに対応するため作りこみの条件もますます厳しくせざるを得なくなってきている。そのため、フェライト系ステンレス鋼板の製造における能率と歩留の両方の低下を招くようになっているのが現状である。
本発明は、フェライト系ステンレス鋼板の製造における能率と歩留を向上させることを可能としたフェライト系ステンレス鋼板の製造方法およびその連続焼鈍工程における目標温度設定方法を提供するものである。

本発明者らは、フェライト系ステンレス鋼板の製造における品質上のバラツキの発生要因を抑えるため、各工程での作りこみ条件の変動と最終製品の品質の関係を調査し、各工程の中でも、特に出鋼時に決定されるNb等の特定成分のばらつきと冷間圧延後に行う連続焼鈍での焼鈍温度がフェライト系ステンレス鋼板の製品品質、特に材質に大きく影響していることを見出した。

すなわち、フェライト系ステンレス鋼板は、鋼種により、目標成分が決定され、Nbを含有するフェライト系ステンレスの成分系としては、例えばNb： 0.4〜0.6 質量％，Cr：11.0〜30.0質量％を含有し、その他の成分としては、概ねＣ≦0.03質量％，Si≦ 1.0質量％，Mn≦ 1.0質量％，Ｐ≦0.04質量％，Ｎ≦ 0.025質量％，Ni≦0.60質量％程度の範囲で、残部はFeおよび不可避的不純物である成分組成として、各鋼種，用途などに応じて目標とする成分組成が設定されている。なお、不可避的不純物としては、例えばＳ≦0.03質量％，Al≦ 0.002質量％，Ｏ≦0.01質量％，Mo≦0.02質量％程度で許容している。また、上記成分組成に加えてさらにMo≦ 3.0質量％の範囲で添加する場合もある。ここで各成分組成の目標範囲としては、例えばCrやMoは目標値を含み 0.5質量％程度の範囲で目標範囲が設定される。

このような種々のフェライト系ステンレス鋼板の鋼種毎の目標成分組成について、各種成分のばらつきが製品材質、特に硬さに及ぼす影響を検討した。その結果、上記成分のうち特にNbの影響が大きいことを知見した。
そこで、本発明者らは、フェライト系ステンレス鋼板に含有されるNbに着目し、種々検討した結果、Nb等の含有量そのものよりも、製鋼工程において分析したNbとＣ、Ｎの質量％から求められるフリーニオブ（F-Nb）の質量％と連続焼鈍における焼鈍温度が、フェライト系ステンレス鋼板の硬さに応じて強い相関があることを見出した。

そして、製鋼工程における出鋼時の成分分析結果を用いてフリーニオブの質量％を算出し、算出したフリーニオブの質量％に基づいて連続焼鈍工程における目標焼鈍温度を決定することで、フェライト系ステンレス鋼板の硬さのバラツキを低減させることができると考え本発明に至った。
すなわち、本発明は、下記の各項記載のフェライト系ステンレス鋼板の製造方法によって上記課題を解決した。
(1) 製鋼工程、熱間圧延工程、酸洗工程、冷間圧延工程を経て連続焼鈍工程に至る一連の工程で製造を行うフェライト系ステンレス鋼板の製造方法であって、
前記各工程での作り込みのための目標値とその許容範囲を、それぞれの製造条件として設定するとともに、前記連続焼鈍工程における目標焼鈍温度は、前記製鋼工程の溶鋼出鋼時に行う成分分析でのニオブ（Nb）の測定結果として、下式で算出されるフリーニオブ（F-Nb）の質量％（mass％）を用い、
前記ニオブの測定結果に基づき設定することを特徴とするフェライト系ステンレス鋼板の製造方法。
(2) 製鋼工程、熱間圧延工程、酸洗工程、冷間圧延工程を経て連続焼鈍工程に至る一連のフェライト系ステンレス鋼板の製造工程における前記連続焼鈍工程の目標焼鈍温度設定方法であって、
前記製鋼工程の溶鋼出鋼時に行う成分分析でのニオブ（Nb）の測定結果として、下式で算出されるフリーニオブ（F-Nb）の質量％（mass％）を用い、
該ニオブの測定結果に基づき、前記連続焼鈍工程における目標焼鈍温度を設定することを特徴とするフェライト系ステンレス鋼板の目標焼鈍温度設定方法。

記
F-Nb ＝ Nb − { Ｃ×（92／12）＋ Ｎ×（92／14）}
但し、Nb：溶鋼中のニオブ（Nb）の質量％（mass％）、Ｃ：溶鋼中の炭素（Ｃ）の質量％（mass％）、Ｎ：溶鋼中の窒素（Ｎ）の質量％（mass％）、である。

本発明によれば、溶鋼の成分分析結果に基づき算出したフリーニオブ（F-Nb）の質量％に基づき、連続焼鈍工程での目標焼鈍温度を決定するようにしたことで、フェライト系ステンレス鋼板の製品段階での最終的な硬さのバラツキを低減させることができるようになった。

本発明のフェライト系ステンレス鋼板の製造方法を適用した製造フロー図を図１に示す。
なお、図１は、図４で既に説明した従来の製造フロー図をベースとして記載しており、同一の要素部には同一の符号を付している。
図１に示す本発明での製造フローは、図４において既に説明したフローと基本的には変らないが、図１に示す本発明では、連続焼鈍工程５に対する目標焼鈍温度の設定に際し、あらかじめ製鋼工程１での溶鋼の成分分析結果（この成分分析結果は、成分情報としてＯ／Ｃ12に取り込んでいる。）に基づき、Ｏ／Ｃ12において目標焼鈍温度を決定し、連続焼鈍工程５に対する設定を行うようにすることを特徴とする。

ここで、Ｏ／Ｃ12における目標焼鈍温度の決定方法は、これまでの実績を用いた多変量解析等により導かれた近似式を利用するようにしても良いし、また、あらかじめテーブルを設けておき、成分の変動量等に応じて選択するようにしても良い。
ここでは、前者の例を用いて実施した例を単純化して、具体的に説明する。
ところで、連続焼鈍工程における温度設定は、図５にその一例を模式的に示すように、連続焼鈍工程５での焼鈍炉炉内をゾーンに分割し、加熱、均熱、急冷、徐冷、の各処理を行う。ここで、本発明において設定する目標焼鈍温度とは、フェライト系ステンレス鋼板の板温が均熱温度となる温度を指す。そのため、均熱のために実際に設定する炉内温度は、板温が均熱温度となる条件で設定されることになり、通常、目標焼鈍温度よりも高めに設定されることになる。

次に、フェライト系ステンレス鋼板中のフリーニオブの質量％の算出方法について説明する。
製鋼工程において、溶鋼の成分分析を行うが、その分析において、各元素の成分は、他の元素との結合状態にかかわらずトータルの質量％として測定される。ところが、本願発明で着目したニオブは、炭素や窒素との化合物としても存在する。しかしながら、本発明者らは、硬さに応じて焼鈍温度と相関があるのは、フェライト系ステンレス鋼板中に単体で存在するフリーニオブの質量％のみであり、それらの化合物には依存しないことを見出した。

すなわち、本発明者らは、下記の式で求めたフリーニオブ（F-Nb）の質量％に応じて連続焼鈍工程における目標焼鈍温度を決定することで、硬さのばらつきを抑え、所望の硬さを得ることができるとの知見を得た。
F-Nb ＝ Nb − { Ｃ×（92／12）＋ Ｎ×（92／14）}
但し、Nb：溶鋼中のニオブ（Nb）の質量％（mass％）、Ｃ：溶鋼中の炭素（Ｃ）の質量％（mass％）、Ｎ：溶鋼中の窒素（Ｎ）の質量％（mass％）、である。

ここで、一例として、表１に成分組成の目標値，目標範囲を示す鋼種において、硬さ（Hv）が200〜220の範囲となる、上記のフリーニオブ（F-Nb）の質量％（横軸）と、焼鈍温度（縦軸）の関係を図２のグラフに示す。図２から、フリーニオブ（F-Nb）の質量％と、焼鈍温度に強い相関があることは明らかである。図２では、その相関を一次の直線近似で示している。

すなわち、フェライト系ステンレス鋼板の種類によって要求される硬さ（Hv）の範囲があるが、この硬さ（Hv）に応じて図２に示すグラフに相当するデータをあらかじめ収集しておき、その収集したデータに基づいて、フリーニオブ（F-Nb）の質量％と、焼鈍温度の関係を近似式に置き換えてＯ／Ｃ（オンラインコンピュータ）内に準備しておく。そして、まず、出鋼時の溶鋼成分の分析結果から上記のフリーニオブ（F-Nb）の質量％を求める計算を行う。次に、そのフリーニオブ（F-Nb）の質量％を上記近似式にあてはめ、該当する目標焼鈍温度を決定する。

なお、図２に基づいて、フリーニオブ（F-Nb）の質量％と、焼鈍温度の関係をテーブル化しておき、該テーブルから目標焼鈍温度を決定することもできる。その場合、フリーニオブ（F-Nb）の質量％を、図２に基づいて、例えば、表２に示すように３つのグループに分け、それぞれのグループに応じて目標焼鈍温度を設定するようにしてもよいことは言うまでもない。

この場合、オンラインコンピュータ上でフリーニオブ（F-Nb）の質量％に応じて適宜テーブルを選択し、該当する目標焼鈍温度を設定する。

本発明のフェライト系ステンレス鋼板の製造方法を採用し、一例として、図１に示す製造フローで、表１に成分組成の目標値を示す硬さ（Hv）が200〜220と規定されたフェライト系ステンレス鋼板の製造を行った。そして、製品段階で実際に得られた硬さ（Hv）の測定を実施した。測定を実施した結果を本発明例として図３（ａ）に示す。また、比較のため、図４に示す従来の製造フローでのフェライト系ステンレス鋼板の製造を行い、実際に得られた硬さ（Hv）の測定を実施した。その結果を従来例として図３（ｂ）に示す。

図３から明らかなように、従来例（図３（ｂ））では硬さ（Hv）が外れる場合もあったが、本発明例（図３（ａ））においては、硬さのバラツキが収斂し、硬さ（Hv）がすべての例で目標範囲である200〜220内に入っていることがわかる。すなわち、本発明によって、F-Nbの含有成分に応じて最適化した焼鈍を行うことで硬さのバラツキを大きく低減させることに成功したのである。

ところで、本実施例では、F-Nbと硬さおよび焼鈍時の目標焼鈍温度だけに着目して説明したが、品種によってはその他の成分、熱延条件および焼鈍時の速度が品質に影響することもあることから、成分はF-Nbに限定するものではなく、一般に冷延鋼板に含まれる成分系全てを対象として品質問題に直結する成分組成を選定することができる。同様に、焼鈍条件も目標焼鈍温度だけではなく焼鈍条件一般を対象とすることができ、コントロールする品質も硬さ以外に抗張力、伸びなど焼鈍によって変化する品質全てを対象とすることもできる。

本発明のフェライト系ステンレス鋼板の製造方法を適用したフェライト系ステンレス鋼板の製造フロー図である。 硬さ（Hv）が200〜220の範囲の場合を例としてフリーニオブ（F-Nb）の質量％と焼鈍温度の関係を示すグラフである。 フェライト系ステンレス鋼板の製造における本発明例での硬さ分布のばらつき（ａ）と、従来例でのばらつき（ｂ）を比較したグラフである。 従来のフェライト系ステンレス鋼板の製造フロー図である。 連続焼鈍工程において炉内を通過するフェライト系ステンレス鋼板の板温のパターンを示す模式図である。

符号の説明

１ 製鋼工程
２ 熱間圧延工程
３ 酸洗工程
４ 冷間圧延工程
５ 連続焼鈍工程
６ 製品工程
10 フェライト系ステンレス鋼板
11 オーダ投入
12 Ｏ／Ｃ（オンラインコンピュータ）

Claims (2)

1. 製鋼工程、熱間圧延工程、酸洗工程、冷間圧延工程を経て連続焼鈍工程に至る一連の工程で製造を行うフェライト系ステンレス鋼板の製造方法であって、
   前記各工程での作り込みのための目標値とその許容範囲を、それぞれの製造条件として設定するとともに、前記連続焼鈍工程における目標焼鈍温度は、前記製鋼工程の溶鋼出鋼時に行う成分分析でのニオブ（Nb）の測定結果として、下式で算出されるフリーニオブ（F-Nb）の質量％（mass％）を用い、
   該ニオブの測定結果に基づき設定することを特徴とするフェライト系ステンレス鋼板の製造方法。
   記
   F-Nb ＝ Nb − { Ｃ×（92／12）＋ Ｎ×（92／14）}
   但し、Nb：溶鋼中のニオブ（Nb）の質量％（mass％）、Ｃ：溶鋼中の炭素（Ｃ）の質量％（mass％）、Ｎ：溶鋼中の窒素（Ｎ）の質量％（mass％）、である。
2. 製鋼工程、熱間圧延工程、酸洗工程、冷間圧延工程を経て連続焼鈍工程に至る一連のフェライト系ステンレス鋼板の製造工程における前記連続焼鈍工程の目標焼鈍温度設定方法であって、
   前記製鋼工程の溶鋼出鋼時に行う成分分析でのニオブ（Nb）の測定結果として、下式で算出されるフリーニオブ（F-Nb）の質量％（mass％）を用い、
   前記ニオブの測定結果に基づき、前記連続焼鈍工程における目標焼鈍温度を設定することを特徴とするフェライト系ステンレス鋼板の目標焼鈍温度設定方法。
   記
   F-Nb ＝ Nb − { Ｃ×（92／12）＋ Ｎ×（92／14）}
   但し、Nb：溶鋼中のニオブ（Nb）の質量％（mass％）、Ｃ：溶鋼中の炭素（Ｃ）の質量％（mass％）、Ｎ：溶鋼中の窒素（Ｎ）の質量％（mass％）、である。