JP4646086B2 - 高純度Fe−Cr合金の製造方法 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、脱炭焼鈍によりC含有量を0.003質量%まで低減した高純度Fe−Cr合金の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
高純度Fe−Cr合金、特に極低炭素高純度Fe−Cr合金は、耐食性,機械的特性,磁気特性に優れた材料である。高純度Fe−Cr合金は、一般的には精錬プロセス、具体的には転炉で粗脱炭した後,真空脱ガスで目標炭素濃度まで脱炭する転炉−真空脱ガスプロセスで製造されている。
精錬プロセス以外にも、Fe−Cr合金を水素雰囲気下で850〜1200℃の温度に5分〜20時間保持することによりC量を0.015質量%以下に下げる方法(特開昭49−63618号公報),Fe−Cr合金を水素雰囲気下で850〜1200℃の温度に5分〜20時間保持することによりC量及びN量を0.01質量%以下に下げる方法(特開昭50−79419号公報)等の雰囲気熱処理プロセスを利用した方法も知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
転炉−真空脱ガスプロセスでは、目標炭素濃度まで脱炭するために真空脱ガス時に長時間の脱炭処理が必要とされ、著しい作業効率の低下及び製造コストの増加を招く。
他方、従来の雰囲気熱処理プロセスではC量の低減に限度があり、特開昭49−63618号公報の方法では最低0.005質量%,特開昭50−79419号公報の方法では最低0.004質量%に低減されているに過ぎない。ところが、耐食性,機械的特性,磁気特性等の向上には、C量を少なくとも0.003質量%以下に低減する必要がある。たとえば、磁束密度B1は、C量の減少に伴って増加する傾向が示し、C量0.003質量%以下で急激に増加する(図1)。C量と磁束密度B1との関係からみると、従来の雰囲気熱処理プロセスでは十分に高純度化できないことが判る。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、熱処理雰囲気の酸素ポテンシャルをFe−Cr合金表面に脱炭反応を阻害する酸化皮膜が生成しないレベルに維持することにより、C含有量を0.003質量%以下に低減し、耐食性,機械的特性及び磁気特性に優れた高純度Fe−Cr合金を得ることを目的とする。
【0005】
本発明の製造方法は、その目的を達成するため、0.03質量%以上のCを含むFe−Cr合金板を水素雰囲気中又は水素−窒素雰囲気中で脱炭焼鈍する際、熱処理温度T(℃)を700〜1200℃の範囲に保ち、雰囲気の露点DP(℃)及び熱処理温度Tの間に次式の関係を成立させ、C量を0.003質量%以下に低減することを特徴とする。
0.0625T−86.9>DP>−0.04T−46
【0006】
また、次式の関係を満足するようにFe−Cr合金板の板厚t(mm)及び熱処理保持時間H(時)を設定することが好ましい。
96≧H≧a・t+b (9≧t≧1.55・lnT-9.79のとき)
96≧H≧a・(1.55・lnT-9.79)+b (t<1.55・lnT-9.79のとき)
a=82.92−10.9・lnT, b=157.41−23.1・lnT
【0007】
【作用】
水素雰囲気又は水素−窒素雰囲気中での脱炭は、鋼中Cと雰囲気の酸素又は水蒸気との固相/気相反応により進行することから、雰囲気の露点が高いほど促進される。したがって、脱炭高純度化のためには雰囲気の露点を制御することが重要である。
本発明者等は、この雰囲気の露点及び熱処理温度が脱炭反応に及ぼす影響を調査・研究した結果、露点DP(℃)及び熱処理温度T(℃)との間にDP>−0.04×T−46の関係が成立しているとき、図2に示すように鋼中のCが酸化領域となり脱炭反応が進行することを見出した。ところが、Crの酸化物が生成される領域では、生成したクロム酸化物により脱炭反応が妨げられる。Crの還元領域は、露点DP及び熱処理温度TがDP<0.0625T−86.9を満足する領域である。
【0008】
したがって、Fe−Cr合金を効率よく脱炭するため、露点DPと熱処理温度Tとの間にDP>−0.04T−46及びDP<0.0625T−86.9を満足させる。脱炭反応は熱処理温度Tによる影響も受け、700℃未満の熱処理温度Tでは拡散反応が遅く脱炭反応が起こりにくくなる。逆に1200℃を超える熱処理温度Tでは、高温に耐えうる熱処理炉の構築が困難になる。
【0009】
Fe−Cr合金の脱炭反応は,鋼中Cの拡散によっても影響を受ける。鋼中Cの拡散は,熱処理温度Tが高く板厚t(mm)が薄いほど促進される。初期C含有量が0.030質量%のFe−13%Cr合金を水素雰囲気中で熱処理した後にC含有量が0.003質量%以下になる板厚t及び熱処理保持時間H(時間)の範囲を調査した。その結果、図3に見られるように熱処理温度Tが高いほど、C含有量が0.003質量%以下になる板厚t及び熱処理保持時間Hの範囲が広がっていた。薄い板厚tほどC含有量の低減に有利に働くが、板厚tがある値を下回るとC含有量が0.003質量%を下回る熱処理温度Tはほとんど変化しなくなるので、この部分については直線で近似した。
【0010】
図3の関係は、回帰計算によって図4に示すように一般化される。熱処理保持時間Hは、長時間になると生産性,経済性を低下させることから上限を96時間に設定した。板厚tは、Fe−Cr合金の巻出し及び脱炭された高純度Fe−Cr合金の巻取りを考慮し、上限を9mmに設定した。この条件下でC含有量:0.003質量%以下を満足する熱処理保持時間Hは、図4の斜線領域、すなわち
96≧H≧a・t+b (9≧t≧1.55・lnT-9.79のとき)
96≧H≧a・(1.55・lnT-9.79)+b (t<1.55・lnT-9.79のとき)
a=82.92−10.9・lnT, b=157.41−23.1・lnT
【0011】
本発明に従って脱炭焼鈍されるFe−Cr合金は、Cr:8.0〜30.0質量%及びC:0.10質量%以下を含むFe−Cr合金である。8.0質量%以下のCr含有量では必要とする耐食性が得られず、逆に30.0質量%を超えるCr含有量では靭性及び製造性が低下する。また、C含有量が0.10質量%を超えると、Cを0.003質量%以下に低減するための熱処理時間が長くなり、生産性が低下する。
【0012】
【実施例】
Cr:13.12質量%,C:0.030質量%,Si:0.38質量%,Mn:0.38質量%,P:0.028質量%,S:0.01質量%を含むFe−Cr合金30kgを真空溶解し、鍛造,熱延,熱延板焼鈍,表面研削,冷延,仕上げ焼鈍,酸洗の工程を経て各種板厚のFe−Cr合金板を製造した。
【0013】
得られた各Fe−Cr合金板を水素雰囲気中で熱処理し、熱処理されたFe−Cr合金板のC含有量を分析した。熱処理雰囲気とC含有量との関係を示す表1にみられるように、本発明で規定する条件を満足する雰囲気熱処理が施された試験番号1〜16は、何れもC量が0.003質量%以下に低減されていた。これに対し、熱処理温度T及び露点DPが本発明で規定した範囲を外れる試験番号17〜20では、C含有量が全く低減しなかった。板厚tに対して熱処理保持時間Hが短すぎる試験番号21〜25では、脱炭後のC含有量が0.003質量%を上回っていた。また、熱処理温度Tが低すぎる試験番号26や露点DPが低すぎる試験番号27では、C含有量がほとんど低減していなかった。
【0014】
【0015】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明においては、Fe−Cr合金を雰囲気熱処理で脱炭するとき、雰囲気の熱処理温度及び露点を管理することにより、0.003質量%以下の極低炭素レベルまでの脱炭を可能にしている。このようにして得られる高純度Fe−Cr合金は、優れた耐食性,機械的特性及び磁気特性を活用し、建築用,自動車用,高耐食用,高加工用,高磁気特性用,電磁用等、種々の分野で使用される。また、精錬プロセスのように長時間の処理を必要としないため、生産性にも優れている。
【図面の簡単な説明】
【図1】 Fe−Cr合金の磁束密度B1に及ぼすC含有量の影響を表したグラフ
【図2】 Fe−Cr合金の脱炭焼鈍が可能な熱処理温度及び熱処理雰囲気の露点の範囲を示すグラフ
【図3】 種種の熱処理温度において焼鈍後にFe−Cr合金のC含有量を0.003質量%以下にすることが可能な板厚及び熱処理保持時間の範囲を示したグラフ
【図4】 Fe−Cr合金のC含有量を0.003質量%以下にすることが可能な板厚及び熱処理保持時間の範囲を示したグラフ
Claims (1)
- C:0.03〜0.10質量%、Cr:8.0〜30.0質量%を含むFe−Cr合金板を水素雰囲気中又は水素−窒素雰囲気中で脱炭焼鈍する際、熱処理温度T(℃)を700〜1200℃の範囲に保ち、雰囲気の露点DP(℃)及び熱処理温度Tの間に(1)式の関係を成立させるとともに、さらに板厚t(mm)及び熱処理保持時間H(時)が(2)式もしくは(2)´および(3)を満足する条件下でC量を0.003質量%以下に低減することを特徴とする高純度Fe−Cr合金の製造方法。
0.0625T−86.9>DP>−0.04T−46 (1)
96≧H≧a・t+b (9≧t≧1.55・lnT−9.79のとき) (2)
96≧H≧a・(1.55・lnT−9.79)+b (t<1.55・lnT−9.79のとき) (2)′
a=82.92−10.9・lnT,b=157.41−23.1・lnT (3)
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