JP5002991B2 - 耐面歪み性及び表面性状に優れたフェライト系ステンレス冷延鋼板の製造方法及び被膜鋼板 - Google Patents
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Description
本発明は、これらの知見に立脚してなされたもので、その要旨は以下のとおりである。
1. 質量%で、
C:0.020%以下、
Si:0.5%以下、
Mn:0.3%以下、
P:0.04%以下、
S:0.010%以下、
Cr:8〜30%、
Al:1.0%以下、
Nb:0.05〜0.5%、
Ti:0.003〜0.030%、
N:0.020%以下を含有し、
かつ、Nb/Ti≧10.0、及びNb≧16(C+N)を満足し、
残部がFe及び不可避的不純物からなる組成を有し、
TiN平均径が0.1〜3.0μmであり、YRが60%以下である、
耐面歪み性及び表面性状に優れたフェライト系ステンレス冷延鋼板の製造方法であって、
前記組成になる溶鋼を溶製し、連続鋳造して鋼素材となし、これに熱間圧延、熱延板焼鈍、酸洗、冷延、仕上げ焼鈍を順次施し、
前記連続鋳造で、溶鋼過熱度を15〜60℃とし且つ1500〜1300℃間の平均冷却速度を5℃/秒以上として前記TiN平均径を0.1〜3.0μmに制御することを特徴とする耐面歪み性及び表面性状に優れたフェライト系ステンレス冷延鋼板の製造方法。
3. 前記組成に加えてさらに、質量%で、
Ni:1.0%以下、
Cu:1.0%以下、
Co:1.0%以下
のうち1種又は2種以上を含有する前項1又は2に記載の耐面歪み性及び表面性状に優れたフェライト系ステンレス冷延鋼板の製造方法。
B:0.005%以下
を含有する前項1〜3のいずれかに記載の耐面歪み性及び表面性状に優れたフェライト系ステンレス冷延鋼板の製造方法。
5. 前記組成に加えてさらに、質量%で、
Ta:0.2%以下
V:0.2%以下、
W:0.2%以下
のうち1種又は2種以上を含有する前項1〜4のいずれかに記載の耐面歪み性及び表面性状に優れたフェライト系ステンレス冷延鋼板の製造方法。
Mg:0.0005〜0.0100%
を含有する前項1〜5のいずれかに記載の耐面歪み性及び表面性状に優れたフェライト系ステンレス冷延鋼板の製造方法。
7. 前記組成に加えてさらに、質量%で、
Ca:0.05%以下
を含有する前項1〜6のいずれかに記載の耐面歪み性及び表面性状に優れたフェライト系ステンレス冷延鋼板の製造方法。
9. 前項1〜8のいずれかに記載の製造方法で得られた耐面歪み性及び表面性状に優れたフェライト系ステンレス冷延鋼板の表面に、膜厚0.5〜100μmの潤滑コート塗布膜を形成してなる被膜鋼板。
C:0.020%以下
Cは、固溶炭素として含有すると鋼が硬質化(固溶強化)する。また、熱延板や冷延板の{111}集合組織形成を阻害し、鋼板のr値向上を阻害する。特に0.020%を超えるとその悪影響が顕著になるので、0.020%以下に規制する。また、Cは固溶強化、析出強化により鋼を硬質化し、延性を低減するため、成形加工に用いる鋼板中には極力低い方が好ましい。しかし過度な低減は、精錬負荷を大きくするとともに、結晶粒の著しい粗大化を招くため、析出物制御も難しくなる。これらの観点から、その含有量は0.0005%超、0.008%以下が好ましい。
Siは、耐酸化性、耐食性の向上に有効な元素であり、大気環境での耐食性を向上させる。また、脱酸剤として鋼中の酸素除去に用いられる。しかしながら、Si含有量が多くなると固溶Siの増加に伴い鋼が硬質化し、延性も低下するので0.5%を上限とする。なお、好ましくは0.05〜0.2%である。
Mnは、耐酸化性を向上させるのに有効な元素であるが、過剰に含有されると鋼の靭性を劣化させ、溶接部の耐二次加工脆性をも劣化させるので、0.3%以下に限定する。
P:0.04%以下
Pは、固溶すると鋼を硬質化し延性を著しく低下させる。よって低い方が望ましい。また、微細な隣化物として析出し、加工性および耐食性を損ねる。特に、0.04%を超えるとその影響が顕著になるので、0.04%以下とする。なお、製鋼コスト、リサイクルや鋼の精錬負荷という観点から好適範囲は0.005〜0.025%である。
Sは可溶性のMnSを形成し鋼の耐食性を低下させるため低い方が好ましい。ただし、製鋼時の脱S処理にかかる経済的負荷を考慮して、その含有量は0.010%以下とする。なお、好ましくは0.002〜0.006%である。
Cr:8〜30%
Crは、耐食性の向上に有効な元素である。しかし無塗装で使用するために必要な耐食性を確保するには8%以上含有する必要がある。なお、海岸環境や溶接部も含めた耐食性を確保するためには、不動態皮膜が安定になる11%以上の含有が好ましい。一方、Crは鋼の加工性を低下させる元素であり、特に30%を超えて含有すると、その影響が顕著になるとともに他元素との複合添加によりσ相やχ相の析出で鋼が脆くなるので、30%を上限とする。自動車や内外装建材の内外面パネルとして使用する場合、加工性と耐食性の観点から15〜24%の添加が好適である。
Alは、製鋼における脱酸剤として必要であるが、過度の添加は酸化物系介在物を生成する。その結果、表面外観および耐食性の劣化を招くので1.0%以下とする。
Nb:0.05〜0.5%、かつNb≧16(C+N)
Nbは、C、NをNb系炭窒化物として析出、固定することにより耐食性及び加工性(延び、r値)を向上させる効果を有しており、所定量添加することが必要である。ただし、含有量が0.05%未満の場合、又はNb/(C+N)≧16を満たさない場合、C、Nを十分に析出物として固定できないため鋼中に固溶C、Nが残存し、加工性や耐食性の低下を招く。よって、Nbは0.05%以上かつNb/(C+N)≧16とする。一方、0.5%を超えて含有すると固溶Nb量が増加し、鋼の硬化、延性低下、靭性低下を招くため、0.5%を上限とする。なお、16≦Nb/(C+N)≦40の範囲が好適である。
Tiは本発明で最も重要な元素である。Tiは鋼中の炭素、窒素と炭窒化物を形成し、Nb同様Cr系炭窒化物形成を抑制し、耐食性及び加工性(伸び、r値)を向上させる効果を有する。しかし、本発明では、Nbを主な安定化元素として添加したNb添加フェライト系ステンレス鋼において、Tiを微量添加することにより、低YS、低YR化を達成し、耐面歪み性に優れたステンレス冷延鋼板が得られることを新たに見出した。そのメカニズムは未だ明らかではないが、TiはNbより窒化物を形成しやすいため、鋼中の窒素をTi系窒化物(TiN)として固定し、Nb炭窒化物の組成や析出形態を変化させ、これら析出物の鋼中における溶解度等に影響を与えるためと考えられる。その効果を得るには、Ti含有量は0.003%以上でかつNb/Ti≧10.0を満たす必要がある(図2)。ただし、Nb/Ti<10.0又はTiを0.030%超で添加するとTi炭窒化物の形成が促進され、固溶Nb量が増加するため十分な低YS、低YR化効果が得られない(図2)。
Nは、Cと同様に固溶による鋼板の硬質化を招き、微細析出物を形成して{111}集合組織形成を阻害し、r値向上を阻害する。また、Tiと共にTiNを形成し、冷延板特に光沢品の擦り疵の原因となり、表面性状を低下させる原因になるので、上限を0.020%とする。なお母相(マトリックス)中のNをTiNとして固定することでYSを効果的に低下させるには0.005%以上のN含有が好ましい。なお、精錬負荷も考慮し、0.005〜0.015%が好適範囲である。
Moは、ステンレス鋼の耐食性向上に有効な元素である。内外板パネル用途に使用する場合、美観上、機能上の理由から耐食性の確保が重要となる。Moは耐食性、耐錆性向上に有効な元素であるが、3.0%超添加すると鋼板が硬質化し、プレス成形等の加工が難しくなるので、上限を3.0%とした。
Ni、Cu、Coはいずれも耐食性および熱延板靭性改善に有効な元素である。しかし、それぞれ1.0%を超えると鋼が硬質化し、加工性への弊害が大きくなるので、各上限を1.0%とした。
B:0.005%以下
Bは耐2次加工脆性の向上に有効な元素である。しかし0.005%超の添加は、鋼を硬質化し逆に鋼の1次加工性、2次加工性を阻害するので、上限を0.005%とした。なお、より好ましくは0.0003(この下限は効果がより明確に現れる臨界値)〜0.0010%である。
これら元素は、炭窒化物を形成し、耐食性向上に寄与するが、炭化物、窒化物をも形成し、鋼中の炭窒化物の形成に影響を与える。また、固溶元素として存在すると鋼を硬質化し加工性の低下を引き起こす。この弊害を回避するために各上限を0.2%とした。好ましくは0.01〜0.10%である。
Mgは脱酸剤や耐火物から解離して鋼中に溶存する。また、MgはMg-Alスピネルの酸化物系介在物を形成し、TiNの核生成サイトとして働きNのTiN化を助長する働きがある。またTiNがフェライトの核生成サイトとなるため、等軸晶率上昇、熱延板組織の微細化や溶接性向上に有効に働く。この作用は0.0005%以上で顕著になる。しかし、0.0100%を超えると酸化物系介在物が鋼中に多数残存し、耐食性低下を引き起こすことになる。よって、0.0005〜0.0100%とした。好ましくは0.002〜0.005%である。
Caは鋳造性を高める観点から添加されるが、添加量が多くなると特に耐食性を著しく阻害する。そこでその含有量を0.05%以下とした。
本発明では、組成全体から以上の含有成分を除いた残部は、Feおよび不可避的不純物である。
TiN平均径は例えば次のようにして求める。試験片の板面に垂直で、かつ圧延方向に平行な断面を10%AA液(10%アセチルアセトン‐1%塩化テトラメチルアンモニウム‐メタノール)で電解した後、抽出レプリカを採取し、透過型電子顕微鏡(加速電圧200kV)で0.2万〜6万倍の倍率で、視野にあるTiNを50個(あるいはこれ以上)観察する。なお、析出物は、個々にEDAXを用いて元素分析を行い、組成を調べることにより、TiN析出物であると同定できる。TiNの形状はほぼ立方体または直方体である(図1)。個々のTiNについて、直方体の各面のうちの観察面とほぼ平行となる面をなす長方形の長辺方向の切断線分を長軸とし、この長軸と直交する方向(短辺方向)の切断線分を短軸として、(長軸長さ+短軸長さ)/2を求め、これを全TiN観察個数について平均したものをTiN平均径とする。
YR(=YS/TS(×100%))≦60%
張出し成形性の低下を抑えて耐面歪み性を向上させるには、所定の強度(TS)と延性を確保し、しかも耐座屈応力を低くする、すなわちYSを低くすることが重要であり、YRは60%以下とする必要がある。なお、YRは低いほど、鋼板は成形性及び耐面歪み性に優れたものとなる。
結晶粒径は鋼材のYSと関連があることが知られている。すなわち、Hall-Petchの関係式、σy=σ0+KL−1/2(σy:降伏応力(YS),σ0:転位が粒内を運動する時の摩擦力,L:平均粒径,K:定数)に従うと、結晶粒が粗大化するに伴いYSは低下することが一般的に知られている(例えば非特許文献1)。しかしながら、粒度番号が6.0未満になると、プレス成形性等の厳しい加工によりオレンジピールと呼ばれる表面の凹凸が形成され美観を損なうと共に成形限界を低下させることになる。内外板パネルはこのような凹凸を嫌うため、厳しい加工が施された場合でも、表面凹凸が気にならない粒度番号6.0以上とした。この粒度番号はJIS G 0552に定める切断法で測定し、圧延方向(L方向)に平行な板厚断面における×100倍の観察面について5視野観察しその平均値として求める。
フェライト系ステンレス鋼板は、軟鋼板やオーステナイト系ステンレス鋼板に比べ延性が低いため、張出し成形性に劣る欠点を有している。そこでパネル等の成形を考えると、鋼板表面の摺動性を改善するために潤滑コートを塗布することが有効である。ただし、塗布膜の膜厚が0.5μm未満では十分な効果が得られず、一方、100μm超ではプレス成形時、潤滑コートの剥離が著しくなり、押し疵や粉等の原因となるので、膜厚の範囲を0.5〜100μmとした。潤滑コートの好ましい種類としては、アクリル樹脂等の高分子系樹脂やシリコン系樹脂等が挙げられる。
本発明の製造対象である前記鋼板は、製鋼工程で本発明の組成要件を満たすように溶製・鋳造した鋼素材を、熱間圧延工程、熱延板焼鈍工程(例えば箱焼鈍)、酸洗工程で順次処理して熱延板となし、これをさらに冷延工程、仕上げ焼鈍工程(例えば連続焼鈍)で順次処理して冷延焼鈍板となすという方法で製造するのが好適である。
・JIS13号B試験片を用い、L方向(圧延方向)、D方向(圧延方向に対して45°の方向)、C方向(圧延方向に対して90°の方向)のYS、TS、El(伸び)を測定し、YR(=YS/TS(×100%))を計算した。
・冷延焼鈍板から採取した試験片の板面に垂直でかつ圧延方向に平行な断面を10%AA液で電解した後、抽出レプリカを採取し、透過型電子顕微鏡(加速電圧200kV)により、0.5万倍で観察し、50〜60個のTiNについて平均径を測定した。平均径の定義は前述のとおりである。
これらの調査の結果を表2に示す。
さらに、溶接部の粒成長抑制効果を検証する目的で、板No.12と15の冷延焼鈍板についてTIG溶接を行い、溶接部の組織とTiN粒子径の関係を調べた。その結果、本発明例(No.12;TiN平均径≦3.0μm)では、溶接部の光学顕微鏡観察組織が比較例(No.15;TiN平均径>3.0μm)に比べて明らかに微細であった。
Claims (9)
- 質量%で、
C:0.020%以下、
Si:0.5%以下、
Mn:0.3%以下、
P:0.04%以下、
S:0.010%以下、
Cr:8〜30%、
Al:1.0%以下、
Nb:0.05〜0.5%、
Ti:0.003〜0.030%、
N:0.020%以下を含有し、
かつ、Nb/Ti≧10.0、及びNb≧16(C+N)を満足し、
残部がFe及び不可避的不純物からなる組成を有し、
TiN平均径が0.1〜3.0μmであり、YRが60%以下である、
耐面歪み性及び表面性状に優れたフェライト系ステンレス冷延鋼板の製造方法であって、
前記組成になる溶鋼を溶製し、連続鋳造して鋼素材となし、これに熱間圧延、熱延板焼鈍、酸洗、冷延、仕上げ焼鈍を順次施し、
前記連続鋳造で、溶鋼過熱度を15〜60℃とし且つ1500〜1300℃間の平均冷却速度を5℃/秒以上として前記TiN平均径を0.1〜3.0μmに制御することを特徴とする耐面歪み性及び表面性状に優れたフェライト系ステンレス冷延鋼板の製造方法。 - 前記組成に加えてさらに、質量%で、Mo:3.0%以下を含有する請求項1に記載の耐面歪み性及び表面性状に優れたフェライト系ステンレス冷延鋼板の製造方法。
- 前記組成に加えてさらに、質量%で、
Ni:1.0%以下、
Cu:1.0%以下、
Co:1.0%以下
のうち1種又は2種以上を含有する請求項1又は2に記載の耐面歪み性及び表面性状に優れたフェライト系ステンレス冷延鋼板の製造方法。 - 前記組成に加えてさらに、質量%で、
B:0.005%以下
を含有する請求項1〜3のいずれかに記載の耐面歪み性及び表面性状に優れたフェライト系ステンレス冷延鋼板の製造方法。 - 前記組成に加えてさらに、質量%で、
Ta:0.2%以下
V:0.2%以下、
W:0.2%以下
のうち1種又は2種以上を含有する請求項1〜4のいずれかに記載の耐面歪み性及び表面性状に優れたフェライト系ステンレス冷延鋼板の製造方法。 - 前記組成に加えてさらに、質量%で、
Mg:0.0005〜0.0100%
を含有する請求項1〜5のいずれかに記載の耐面歪み性及び表面性状に優れたフェライト系ステンレス冷延鋼板の製造方法。 - 前記組成に加えてさらに、質量%で、
Ca:0.05%以下
を含有する請求項1〜6のいずれかに記載の耐面歪み性及び表面性状に優れたフェライト系ステンレス冷延鋼板の製造方法。 - 結晶粒の粒度番号が6.0以上である請求項1〜7のいずれかに記載の耐面歪み性及び表面性状に優れたフェライト系ステンレス冷延鋼板の製造方法。
- 請求項1〜8のいずれかに記載の製造方法で製造した耐面歪み性及び表面性状に優れたフェライト系ステンレス冷延鋼板の表面に、膜厚0.5〜100μmの潤滑コート塗布膜を形成してなる被膜鋼板。
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