JP5168425B1 - フェライト系ステンレス鋼 - Google Patents
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- Heat Treatment Of Sheet Steel (AREA)
Abstract
【課題】表面性状に優れ、溶接部の耐食性および酸洗性に優れたフェライト系ステンレス鋼を提供する。
【解決手段】質量％で、Ｃ：０．０１０％以下、Ｓｉ：０．１５〜０．６０％、Ｍｎ：０．５％以下、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ａｌ：０．２％以下、Ｃｒ：１７．０〜１９．０％、Ｃｕ：０．３〜０．５％、Ｎｉ：０．６％以下、Ｔｉ：０．１０〜０．２０％、Ｎ：０．０１５％以下、Ｃ＋Ｎ：０．０２％以下を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、下記式（１）を満たすことを特徴とするフェライト系ステンレス鋼。
Ｔｉ％／（Ｃ％＋Ｎ％）≧８ （１）
ここで、Ｃ％、Ｎ％、Ｔｉ％は、それぞれＣ、Ｎ、Ｔｉの含有量（質量％）を表す。
【選択図】なし
【解決手段】質量％で、Ｃ：０．０１０％以下、Ｓｉ：０．１５〜０．６０％、Ｍｎ：０．５％以下、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ａｌ：０．２％以下、Ｃｒ：１７．０〜１９．０％、Ｃｕ：０．３〜０．５％、Ｎｉ：０．６％以下、Ｔｉ：０．１０〜０．２０％、Ｎ：０．０１５％以下、Ｃ＋Ｎ：０．０２％以下を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、下記式（１）を満たすことを特徴とするフェライト系ステンレス鋼。
Ｔｉ％／（Ｃ％＋Ｎ％）≧８ （１）
ここで、Ｃ％、Ｎ％、Ｔｉ％は、それぞれＣ、Ｎ、Ｔｉの含有量（質量％）を表す。
【選択図】なし
Description
本発明は、フェライト系ステンレス鋼に関し、表面性状に優れ、且つ、溶接部の耐食性および酸洗性に優れたフェライト系ステンレス鋼に関するものである。
ステンレス鋼の中では、その優れた耐食性によりオーステナイト系ステンレス鋼のＳＵＳ３０４（１８％Ｃｒ−８％Ｎｉ）（日本工業規格、ＪＩＳ Ｇ ４３０５）が広く使われている。しかし、この鋼種は、Ｎｉを多量に含むため高価である。
これに対して、特許文献１には、成分組成として、Ｃ：０．０３％以下、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：０．５％以下、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．０２％以下、Ａｌ：０．１％以下、Ｃｒ：２０．５％以上、２２．５％以下、Ｃｕ：０．３％以上、０．８％以下、Ｎｉ：１．０％以下、Ｔｉ：４×（Ｃ％＋Ｎ％）以上、０．３５％以下、Ｎｂ：０．０１％以下、Ｎ：０．０３％以下、Ｃ＋Ｎ：０．０５％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とするフェライト系ステンレス鋼板が開示されている。
このステンレス鋼板はその優れた耐食性とＮｉを使用しないことによる経済性から、建築部材、産業機械、厨房類に広く使用されている。
このステンレス鋼板はその優れた耐食性とＮｉを使用しないことによる経済性から、建築部材、産業機械、厨房類に広く使用されている。
しかし、特許文献１に開示されるフェライト系ステンレス鋼板が産業機械等に用いられる場合には、同一鋼種同士だけでなく、異鋼種、特にＳＵＳ３０４と溶接されて使用されることが多い。その場合も良好な耐食性を保つことが求められる。本鋼種は同一鋼種での溶接部は良好な耐食性を持つが、ＳＵＳ３０４とＴＩＧ溶接された場合、溶接部の耐食性が母材より低下する場合が起こるという問題がある。
溶接部の耐食性は、溶接時の熱履歴で鋼中のＣ、ＮがＣｒと結合して、クロム炭窒化物として粒界に析出することにより、粒界にクロム欠乏層が生じることにより起こる（鋭敏化）。これを防ぐために、鋼中のＣ、Ｎを低減するとともに、適量のＴｉを添加して、Ｃ、Ｎをチタン炭窒化物として固定化して、クロム炭窒化物の生成を防止する方法が取られている。この方法により、特許文献１に開示されるフェライト系ステンレス鋼板同士でのＴＩＧ溶接部は良好な耐食性を維持している。
しかし、上記鋼板のＣ含有量が０．０１％程度であるのに対して、ＳＵＳ３０４はＣ含有量が０．０４〜０．０５％と高いために、上記鋼板とＳＵＳ３０４との接合部で、鋭敏化を防止するためには、Ｔｉ添加量を０．４〜１．０％程度までに高めなければならない。
しかし、このようにＴｉを添加すると鋼が脆くなったり、Ｔｉが窒素と結合してＴｉＮとなりこれが集合して、いわゆるチタンストリンガーの大量発生により表面性状が著しく損なわれてしまう。
このように、従来技術ではＳＵＳ３０４との異鋼種ＴＩＧ溶接部の耐食性と表面性状の両立は困難であった。また、溶接を行うと表面に酸化皮膜が生成して（溶接焼けとも呼ばれる）美観が損なわれるので、酸洗で該酸化皮膜を除去する必要がある。しかし、特許文献１に開示されたフェライト系ステンレス鋼は、その溶接部の酸化皮膜は酸洗で除去されにくいという問題があった。
本発明は、かかる事情に鑑み、表面性状に優れ、且つ、同一鋼種同士だけでなく異鋼種、特にＳＵＳ３０４と溶接されて使用される場合も、溶接部の耐食性および酸洗性に優れたフェライト系ステンレス鋼を提供することを目的とする。
発明者等は、適量のＳｉを添加すると、チタン炭窒化物の析出が凝固の初期段階で促進されて、析出物の寸法が小さくなり、チタンストリンガーの問題を解消できること、溶接時に酸化皮膜の生成が抑制されて、溶接後の酸洗で酸化皮膜が除去されやすくなることを見出した。さらに、Ｃｒ添加量を適正化することにより、ＳＵＳ３０４とのＴＩＧ溶接部に、マルテンサイト相を析出させることにより、鋭敏化を防止できることを見出した。
これにより、良好な耐食性を持ち、表面研削を行うことなく熱延焼鈍酸洗板から良好な表面品質の冷延焼鈍酸洗板を製作でき、さらにＳＵＳ３０４とのＴＩＧ溶接部の耐食性および酸洗性も良好なフェライト系ステンレス鋼が得られることを見出した。
本発明は、以上の知見に基づきなされたもので、その要旨は以下のとおりである。
［１］質量％で、Ｃ：０．０１０％以下、Ｓｉ：０．１５〜０．６０％、Ｍｎ：０．５％以下、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ａｌ：０．２％以下、Ｃｒ：１７．０〜１９．０％、Ｃｕ：０．３〜０．５％、Ｎｉ：０．６％以下、Ｔｉ：０．１０〜０．２０％、Ｎ：０．０１５％以下、Ｃ＋Ｎ：０．０２％以下を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、下記式（１）を満たすことを特徴とするフェライト系ステンレス鋼。
Ｔｉ％／（Ｃ％＋Ｎ％）≧８ （１）
ここで、Ｃ％、Ｎ％、Ｔｉ％は、それぞれＣ、Ｎ、Ｔｉの含有量（質量％）を表す。
Ｔｉ％／（Ｃ％＋Ｎ％）≧８ （１）
ここで、Ｃ％、Ｎ％、Ｔｉ％は、それぞれＣ、Ｎ、Ｔｉの含有量（質量％）を表す。
［２］前記成分組成に加えてさらに、質量％で、Ｃａ：０．０００５〜０．００２０％、Ｂ：０．０００３〜０．００２０％の中から選ばれる１種または２種を含有することを特徴とする上記［１］に記載のフェライト系ステンレス鋼。
［３］前記成分組成に加えてさらに、下記式（２）を満たすことを特徴とする上記［１］または［２］に記載のフェライト系ステンレス鋼。
Ｓｉ％／Ｔｉ％≧１．３ （２）
ここで、Ｓｉ％、Ｔｉ％は、それぞれＳｉ、Ｔｉの含有量（質量％）を表す。
Ｓｉ％／Ｔｉ％≧１．３ （２）
ここで、Ｓｉ％、Ｔｉ％は、それぞれＳｉ、Ｔｉの含有量（質量％）を表す。
［４］前記成分組成に加えてさらに、下記式（３）を満たすことを特徴とする上記［１］乃至［３］に記載のフェライト系ステンレス鋼。
Ｓｉ％／Ｃｒ％≧０．０１３ （３）
ここで、Ｓｉ％、Ｃｒ％は、それぞれＳｉ、Ｃｒの含有量（質量％）を表す。
Ｓｉ％／Ｃｒ％≧０．０１３ （３）
ここで、Ｓｉ％、Ｃｒ％は、それぞれＳｉ、Ｃｒの含有量（質量％）を表す。
本発明によれば、同一鋼種同士だけでなく異鋼種、特にＳＵＳ３０４と溶接されて使用される場合も良好な溶接部の耐食性を有するフェライト系ステンレス鋼が得られる。また、本発明のステンレス鋼板は、適量のＳｉを添加することによりチタンストリンガーの発生を防止できるので、チタンストリンガーの発生を防止するための熱延板での表面研削が不要となり、安価に製造することができる。さらに、溶接部に生成した酸化皮膜を酸洗で容易に除去して良好な外観が得られる。
以下に本発明の各構成要件の限定理由について説明する。
［成分組成］
はじめに、本発明の鋼の成分組成を規定した理由を説明する。なお、成分％は、すべて質量％を意味する。
はじめに、本発明の鋼の成分組成を規定した理由を説明する。なお、成分％は、すべて質量％を意味する。
Ｃ：０．０１０％以下、Ｎ：０．０１５％以下、Ｃ＋Ｎ：０．０２％以下
ＣおよびＮは溶接部の耐食性を低下させるので少ないほうが望ましく、Ｃ：０．０１０％以下、Ｎ：０．０１５％以下、Ｃ＋Ｎ：０．０２％以下とする。
ＣおよびＮは溶接部の耐食性を低下させるので少ないほうが望ましく、Ｃ：０．０１０％以下、Ｎ：０．０１５％以下、Ｃ＋Ｎ：０．０２％以下とする。
Ｓｉ：０．１５〜０．６０％
Ｓｉは、チタン炭窒化物の析出を制御し、表面性状を向上させるのに必要な元素である。しかし、０．１５％未満ではその効果は得られず、多量に添加すると加工性と冷延板焼鈍時の酸洗性を低下させるので、Ｓｉ量は０．１５〜０．６０％の範囲とする。好ましくは０．２０〜０．５０％の範囲である。さらに好ましくは０．２０〜０．４０％の範囲である。
Ｓｉは、チタン炭窒化物の析出を制御し、表面性状を向上させるのに必要な元素である。しかし、０．１５％未満ではその効果は得られず、多量に添加すると加工性と冷延板焼鈍時の酸洗性を低下させるので、Ｓｉ量は０．１５〜０．６０％の範囲とする。好ましくは０．２０〜０．５０％の範囲である。さらに好ましくは０．２０〜０．４０％の範囲である。
Ｍｎ：０．５％以下
Ｍｎは、脱酸作用があるが、鋼中で硫化物を形成し、著しく耐食性を低下させるため添加量は低い方が望ましく、製造時の経済性を考慮して０．５％以下とする。ただし、Ｍｎ量が少なすぎると介在物が増えるので、好ましくは０．１〜０．４％の範囲である。
Ｍｎは、脱酸作用があるが、鋼中で硫化物を形成し、著しく耐食性を低下させるため添加量は低い方が望ましく、製造時の経済性を考慮して０．５％以下とする。ただし、Ｍｎ量が少なすぎると介在物が増えるので、好ましくは０．１〜０．４％の範囲である。
Ｐ：０．０４％以下
Ｐは、熱間加工性の点から少ない方が望ましく、０．０４％以下とする。
Ｐは、熱間加工性の点から少ない方が望ましく、０．０４％以下とする。
Ｓ：０．０１％以下
Ｓは、熱間加工性及び耐食性の点から少ないほうが望ましく、０．０１％以下とする。好ましくは、０．００６％以下である。
Ｓは、熱間加工性及び耐食性の点から少ないほうが望ましく、０．０１％以下とする。好ましくは、０．００６％以下である。
Ａｌ：０．２％以下
Ａｌは、脱酸に有効な成分であるが、過剰添加はＡｌ系の非金属介在物の増加により表面疵を招くとともに加工性も低下させることから、０．２％以下とする。Ａｌは、溶接能率を低下させることから、好ましくは、０．０６％以下である。
Ａｌは、脱酸に有効な成分であるが、過剰添加はＡｌ系の非金属介在物の増加により表面疵を招くとともに加工性も低下させることから、０．２％以下とする。Ａｌは、溶接能率を低下させることから、好ましくは、０．０６％以下である。
Ｃｒ：１７．０〜１９．０％
Ｃｒは、耐食性改善に有効であり、良好な耐食性を得るためには１７．０％以上の添加が必要であるが、１９．０％を超えての添加はＳＵＳ３０４とのＴＩＧ溶接部でマルテンサイトが生成しなくなり耐食性低下を防止できなくなるので、Ｃｒ量は１７．０〜１９．０％の範囲とする。好ましくは１７．５〜１８．５％の範囲である。より好ましくは１８．０〜１８．５％の範囲である。
Ｃｒは、耐食性改善に有効であり、良好な耐食性を得るためには１７．０％以上の添加が必要であるが、１９．０％を超えての添加はＳＵＳ３０４とのＴＩＧ溶接部でマルテンサイトが生成しなくなり耐食性低下を防止できなくなるので、Ｃｒ量は１７．０〜１９．０％の範囲とする。好ましくは１７．５〜１８．５％の範囲である。より好ましくは１８．０〜１８．５％の範囲である。
Ｃｕ：０．３〜０．５％
Ｃｕは、耐食性を確保するために必要な元素であり、そのためには少なくとも０．３％以上添加することが必要である。しかし、０．５％を超えると熱間加工性が劣化する。従ってＣｕ量は０．３〜０．５％の範囲とする。
Ｃｕは、耐食性を確保するために必要な元素であり、そのためには少なくとも０．３％以上添加することが必要である。しかし、０．５％を超えると熱間加工性が劣化する。従ってＣｕ量は０．３〜０．５％の範囲とする。
Ｎｉ：０．６％以下
Ｎｉは、耐食性向上に有効であるが、高価な元素であることと０．６％を超えて添加すると応力腐食割れを発生する可能性があるので、０．６％以下とする。好ましくは０．４％以下である。
Ｎｉは、耐食性向上に有効であるが、高価な元素であることと０．６％を超えて添加すると応力腐食割れを発生する可能性があるので、０．６％以下とする。好ましくは０．４％以下である。
Ｔｉ：０．１０〜０．２０％、Ｔｉ％／（Ｃ％＋Ｎ％）≧８
Ｔｉは、溶接部の耐食性を確保するために必要不可欠な成分であり、０．１０％以上でかつ、Ｔｉ％／（Ｃ％＋Ｎ％）≧８の添加が必要である。しかし、０．２０％を超えて過剰に添加すると熱延板の表面性状を悪化させる。よって、Ｔｉ量は０．１０〜０．２０％の範囲とする。溶接部の耐食性を確保するためには、Ｔｉ％／（Ｃ％＋Ｎ％）≧１０が望ましい。ここで、Ｃ％、Ｎ％、Ｔｉ％は、それぞれＣ、Ｎ、Ｔｉの含有量（質量％）を表す。
Ｔｉは、溶接部の耐食性を確保するために必要不可欠な成分であり、０．１０％以上でかつ、Ｔｉ％／（Ｃ％＋Ｎ％）≧８の添加が必要である。しかし、０．２０％を超えて過剰に添加すると熱延板の表面性状を悪化させる。よって、Ｔｉ量は０．１０〜０．２０％の範囲とする。溶接部の耐食性を確保するためには、Ｔｉ％／（Ｃ％＋Ｎ％）≧１０が望ましい。ここで、Ｃ％、Ｎ％、Ｔｉ％は、それぞれＣ、Ｎ、Ｔｉの含有量（質量％）を表す。
以上が本発明の基本化学成分であるが、さらにＣａ、Ｂの１種または２種を添加することができる。
Ｃａ：０．０００５〜０．００２０％
Ｃａは、連続鋳造の際に発生しやすいＴｉ系介在物析出によるノズルの閉塞を防止するのに有効な成分である。０．０００５％未満ではその効果がなく、０．００２０％を超えると耐食性が低下するので、Ｃａ量は０．０００５〜０．００２０％の範囲とする。
Ｃａは、連続鋳造の際に発生しやすいＴｉ系介在物析出によるノズルの閉塞を防止するのに有効な成分である。０．０００５％未満ではその効果がなく、０．００２０％を超えると耐食性が低下するので、Ｃａ量は０．０００５〜０．００２０％の範囲とする。
Ｂ：０．０００３〜０．００２０％
Ｂは、低温二次加工脆化を防止するのに有効である。０．０００３％未満ではその効果がなく、０．００２０％を超えると熱間加工性が低下するので、Ｂ量は０．０００３〜０．００２０％の範囲とする。好ましくは０．０００３〜０．００１０％の範囲である。
Ｂは、低温二次加工脆化を防止するのに有効である。０．０００３％未満ではその効果がなく、０．００２０％を超えると熱間加工性が低下するので、Ｂ量は０．０００３〜０．００２０％の範囲とする。好ましくは０．０００３〜０．００１０％の範囲である。
上記以外の残部はＦｅおよび不可避的不純物である。不純物の例として、Ｃｒ鉱石からＶ、Ｃｏが混入することがあるが、混入すると鋼が硬くなり加工性が低下するので、それぞれ０．５％以下とする。
Ｓｉ％／Ｔｉ％≧１．３
Ｔｉ添加量が多い場合、大きなチタン炭窒化物が析出して表面性状が劣化しやすい。そこで、Ｔｉ添加量が多い場合は、Ｓｉ添加量を増やして、凝固の初期段階でのチタン炭窒化物の析出をさらに促進させて、大きなチタン炭窒化物の析出を防止する必要がある。このために、Ｓｉ％／Ｔｉ％≧１．３のＳｉ添加が望ましい。ここで、Ｓｉ％、Ｔｉ％は、それぞれＳｉ、Ｔｉの含有量（質量％）を表す。
Ｔｉ添加量が多い場合、大きなチタン炭窒化物が析出して表面性状が劣化しやすい。そこで、Ｔｉ添加量が多い場合は、Ｓｉ添加量を増やして、凝固の初期段階でのチタン炭窒化物の析出をさらに促進させて、大きなチタン炭窒化物の析出を防止する必要がある。このために、Ｓｉ％／Ｔｉ％≧１．３のＳｉ添加が望ましい。ここで、Ｓｉ％、Ｔｉ％は、それぞれＳｉ、Ｔｉの含有量（質量％）を表す。
Ｓｉ％／Ｃｒ％≧０．０１３
ステンレス鋼の溶接を行うと表面に酸化皮膜が生成して美観が損なわれるので、多くの用途では酸洗でこの酸化皮膜を除去しなければならない。しかし、フェライト系ステンレス鋼の中でＣｒ含有量が多いものでは、Ｃｒ酸化物が多い酸化皮膜が生成し、酸洗で除去しにくい問題がある。そこで、ＳｉはＣｒより酸化されやすいので、Ｃｒ含有量に対するＳｉ含有量の比率を上げて、Ｓｉ酸化物の生成量を増やして、Ｃｒ酸化物の生成を抑制すると、酸化皮膜は酸洗で除去しやすくなることを見出した。この効果を得るために、Ｓｉ％／Ｃｒ％≧０．０１３が望ましい。ここで、Ｓｉ％、Ｃｒ％は、それぞれＳｉ、Ｃｒの含有量（質量％）を表す。
ステンレス鋼の溶接を行うと表面に酸化皮膜が生成して美観が損なわれるので、多くの用途では酸洗でこの酸化皮膜を除去しなければならない。しかし、フェライト系ステンレス鋼の中でＣｒ含有量が多いものでは、Ｃｒ酸化物が多い酸化皮膜が生成し、酸洗で除去しにくい問題がある。そこで、ＳｉはＣｒより酸化されやすいので、Ｃｒ含有量に対するＳｉ含有量の比率を上げて、Ｓｉ酸化物の生成量を増やして、Ｃｒ酸化物の生成を抑制すると、酸化皮膜は酸洗で除去しやすくなることを見出した。この効果を得るために、Ｓｉ％／Ｃｒ％≧０．０１３が望ましい。ここで、Ｓｉ％、Ｃｒ％は、それぞれＳｉ、Ｃｒの含有量（質量％）を表す。
［製造方法］
次に本発明の溶接部の耐食性、酸洗性および表面性状に優れたフェライト系ステンレス鋼板の製造方法について説明する。
次に本発明の溶接部の耐食性、酸洗性および表面性状に優れたフェライト系ステンレス鋼板の製造方法について説明する。
本発明鋼の高効率な製造方法としては、スラブに連続鋳造し、１１００〜１２５０℃に加熱して熱間圧延を行い熱延コイルとして、これを熱延板連続焼鈍・酸洗ラインで８００〜１０００℃の温度で焼鈍し酸洗を行い、次に、冷間圧延を施し冷延板として、仕上げ焼鈍と酸洗を行う方法が推奨される。詳細には以下の通りである。
まず、転炉、電気炉等と強攪拌・真空酸素脱炭処理（ＳＳ−ＶＯＤ）あるいはアルゴン・酸素脱炭処理（ＡＯＤ法）による２次精錬で上記の化学成分範囲に調整された溶鋼を溶製する。次いで、上記溶鋼から連続鋳造または造塊でスラブを溶製する。鋳造方法は、生産性、品質の面から連続鋳造が好ましい。
鋳造により得られたスラブは、必要により１１００〜１２５０℃に再加熱し、熱間圧延し、８００〜１０００℃の温度で熱延板焼鈍した後酸洗する。良好な機械的特性・加工性を得るためには、熱延板焼鈍温度は８５０〜９５０℃が好ましい。
酸洗された熱延板は冷間圧延、仕上げ焼鈍、冷却、酸洗の各工程を順次経て、冷延焼鈍板とする。
冷間圧延時の圧下率は、伸び性、曲げ性、プレス成形性等の機械的特性を確保するために５０％以上が好ましい。また、冷間圧延は１回または中間焼鈍を含む２回以上の冷間圧延としてもよい。冷間圧延、仕上げ焼鈍、酸洗の工程は繰り返し行ってもよい。
さらに、冷延板連続焼鈍ラインで冷延板焼鈍と酸洗を行う。また、必要に応じて光輝焼鈍ラインで焼鈍を行っても良い。
表１に示す発明例Ａ１〜Ａ５、および比較例Ｃ１〜Ｃ５の組成を有するフェライト系ステンレス鋼を３０ｋｇ鋼塊に溶製した後、１１５０℃の温度に加熱して熱間圧延を行って板厚４．０ｍｍの熱延板とした。次いで、９５０℃、アルゴンガス雰囲気で焼鈍した後、冷間圧延を行い、板厚０．８ｍｍの冷延板を製作した。次いで、９３０℃、アルゴンガス雰囲気で焼鈍し、フッ酸と硝酸の混合酸を使用して酸洗を行った。
以上により得られた発明例Ａ１〜Ａ５、および比較例Ｃ１〜Ｃ５に対して、６００番の研磨紙で表面を研磨し、供試材とした。
供試材に対して、ＪＩＳ Ｈ ８５０２に準じて塩水噴霧サイクル試験を行った。塩水噴霧サイクル試験は、５％ＮａＣｌ噴霧（３５℃、２ｈｒ）→乾燥（６０℃、４ｈｒ、相対湿度２０〜３０％）→湿潤（４０℃、２ｈｒ、相対湿度９５％以上）を１サイクルとして、１５サイクルを行った。
次に、Ｃ１を除く残りの供試材に対して、同材（同一鋼種）でのＴＩＧ溶接部耐食性試験を行った。この試験では、それぞれの供試材から採取した２枚の板をＴＩＧ溶接で接合し、それらの表面を６００番の研磨紙で研磨した後、上記の塩水噴霧サイクル試験を１５サイクル行い、耐食性を調べた。
次に、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３を除く残りの供試材に対して、ＳＵＳ３０４との異鋼種ＴＩＧ溶接部耐食性試験を行った。この試験では、それぞれの供試材から採取した板と０．８ｍｍ厚のＳＵＳ３０４をＴＩＧ溶接で接合し、それらの表面を６００番の研磨紙で研磨した後、上記の塩水噴霧サイクル試験を１５サイクル行い、耐食性を調べた。
以上により得られた結果を表１に示す。
以上により得られた結果を表１に示す。
なお、表１において、各試験の判定基準は以下の通りである。
（１）塩水噴霧サイクル試験結果：１５サイクル試験後の発錆面積が、２０％未満が○（合格）、２０％以上が×（不合格）と判定した。
（２）同材（同一鋼種）ＴＩＧ溶接部耐食性試験結果：同材（同一鋼種）同士でＴＩＧ突き合わせ溶接を行い、表面を６００番の研磨紙で研磨した後、塩水噴霧サイクル試験１５サイクル後の溶接部（溶接金属、および熱影響部）の発錆率が、２０％未満が○（合格）、２０％以上が×（不合格）と判定した。
（３）ＳＵＳ３０４との異鋼種ＴＩＧ溶接部耐食性試験結果：ＳＵＳ３０４とＴＩＧ突き合わせ溶接を行い、表面を６００番の研磨紙で研磨した後、塩水噴霧サイクル試験１５サイクル後の溶接部（溶接金属、および熱影響部）の発錆率が、２０％未満が○（合格）、２０％以上が×（不合格）と判定した。
（１）塩水噴霧サイクル試験結果：１５サイクル試験後の発錆面積が、２０％未満が○（合格）、２０％以上が×（不合格）と判定した。
（２）同材（同一鋼種）ＴＩＧ溶接部耐食性試験結果：同材（同一鋼種）同士でＴＩＧ突き合わせ溶接を行い、表面を６００番の研磨紙で研磨した後、塩水噴霧サイクル試験１５サイクル後の溶接部（溶接金属、および熱影響部）の発錆率が、２０％未満が○（合格）、２０％以上が×（不合格）と判定した。
（３）ＳＵＳ３０４との異鋼種ＴＩＧ溶接部耐食性試験結果：ＳＵＳ３０４とＴＩＧ突き合わせ溶接を行い、表面を６００番の研磨紙で研磨した後、塩水噴霧サイクル試験１５サイクル後の溶接部（溶接金属、および熱影響部）の発錆率が、２０％未満が○（合格）、２０％以上が×（不合格）と判定した。
なお、（２）および（３）のＴＩＧ溶接は、表面、裏面ともにシールドガスとしてＡｒガスを流し、溶加材は使用せず、裏ビードの幅が板厚程度になるように行った。これらの溶接条件は、溶接速度：６００ｍｍ／ｍｉｎ、溶接電圧：１０〜１２Ｖ、溶接電流：７０〜１１０Ａ、シールドガス量：表１０リットル／ｍｉｎ、裏５リットル／ｍｉｎである。
塩水噴霧サイクル試験においては、Ｃｒ含有量が１６．５％と低い比較例Ｃ１は発錆面積が大きく耐食性が劣っていた。同材（同一鋼種）ＴＩＧ溶接部耐食性試験においては、Ｔｉ含有量が０．０７％と少ないＣ２、Ｔｉ％／（Ｃ％＋Ｎ％）が６．２と低いＣ３は、発錆面積が大きく耐食性が劣っていた。ＳＵＳ３０４との異鋼種ＴＩＧ溶接部耐食性試験においては、Ｃｒ添加量が１９．４％と高い比較例Ｃ４、および特許文献１に開示されるフェライト系ステンレス鋼板の比較例Ｃ５は、発錆面積が大きく耐食性が劣っていた。
以上より、本発明例では、母材の耐食性、同材（同一鋼種）ＴＩＧ溶接部耐食性、ＳＵＳ３０４との異鋼種ＴＩＧ溶接部耐食性のいずれの特性にも優れることが明らかとなった。
表２に示す発明例Ｂ１〜Ｂ６、および比較例Ｄ１〜Ｄ４（Ｄ４は特許文献１に開示されるフェライト系ステンレス鋼）の組成を有するフェライト系ステンレス鋼を１５０ｔｏｎＶＯＤで溶製した後、連続鋳造でスラブに鋳造した。これを、１１５０℃の温度に加熱して熱間圧延を行って板厚４．０ｍｍの熱延コイルとした。
次いで、９５０℃の燃焼ガス雰囲気中で焼鈍した後、硫酸を用いて酸洗し、続いて、フッ酸と硝酸の混合酸を使用して酸洗を行って熱延焼鈍酸洗コイルとした。次いで、冷間圧延で板厚０．８ｍｍとし、９３０℃の燃焼ガス雰囲気中で焼鈍した後、中性塩電解を行い、続いて、フッ酸と硝酸の混合酸を使用した酸洗を行い、冷延焼鈍酸洗コイルとした。得られた冷延焼鈍酸洗板の表面性状の判定を目視で行った。
さらに、得られた冷延焼鈍酸洗板に対して、６００番の研磨紙で表面を研磨し、供試材とした。実施例１と同様にＪＩＳ Ｈ ８５０２に準じた塩水噴霧サイクル試験、同材（同一鋼種）ＴＩＧ溶接部耐食性試験およびＳＵＳ３０４との異鋼種ＴＩＧ溶接部耐食性試験を行った。
以上により得られた結果を表２に示す。
なお、表２において、各試験の判定基準は以下の通りである。
（１）塩水噴霧サイクル試験結果：１５サイクル試験後の発錆面積が、２０％未満が○（合格）、２０％以上が×（不合格）と判定した。
（２）同材（同一鋼種）ＴＩＧ溶接部耐食性試験結果：同材（同一鋼種）同士でＴＩＧ突き合わせ溶接を行い、表面を６００番の研磨紙で研磨した後、塩水噴霧サイクル試験１５サイクル後の溶接部（溶接金属、および熱影響部）の発錆率が、２０％未満が○（合格）、２０％以上が×（不合格）と判定した。
（３）ＳＵＳ３０４との異鋼種ＴＩＧ溶接部耐食性試験結果：ＳＵＳ３０４とＴＩＧ突き合わせ溶接を行い、表面を６００番の研磨紙で研磨した後、塩水噴霧サイクル試験１５サイクル後の溶接部（溶接金属、および熱影響部）の発錆率が、２０％未満が○（合格）、２０％以上が×（不合格）と判定した。
（４）冷延焼鈍酸洗板の表面性状：表面欠陥（線ヘゲやチタンストリンガーによる、形状異常や白筋模様状色異常）がある部分の長さ（１ｍ未満は１ｍに換算）の板全長に対する割合で判断し、欠陥率が、１０％未満が○（合格）、１０％以上が×（不合格）と判定した。
（１）塩水噴霧サイクル試験結果：１５サイクル試験後の発錆面積が、２０％未満が○（合格）、２０％以上が×（不合格）と判定した。
（２）同材（同一鋼種）ＴＩＧ溶接部耐食性試験結果：同材（同一鋼種）同士でＴＩＧ突き合わせ溶接を行い、表面を６００番の研磨紙で研磨した後、塩水噴霧サイクル試験１５サイクル後の溶接部（溶接金属、および熱影響部）の発錆率が、２０％未満が○（合格）、２０％以上が×（不合格）と判定した。
（３）ＳＵＳ３０４との異鋼種ＴＩＧ溶接部耐食性試験結果：ＳＵＳ３０４とＴＩＧ突き合わせ溶接を行い、表面を６００番の研磨紙で研磨した後、塩水噴霧サイクル試験１５サイクル後の溶接部（溶接金属、および熱影響部）の発錆率が、２０％未満が○（合格）、２０％以上が×（不合格）と判定した。
（４）冷延焼鈍酸洗板の表面性状：表面欠陥（線ヘゲやチタンストリンガーによる、形状異常や白筋模様状色異常）がある部分の長さ（１ｍ未満は１ｍに換算）の板全長に対する割合で判断し、欠陥率が、１０％未満が○（合格）、１０％以上が×（不合格）と判定した。
なお、（２）および（３）のＴＩＧ溶接は、表面、裏面ともシールドガスとしてＡｒガスを流し、溶加材は使用せず、裏ビードの幅が板厚程度になるように行った。それらの溶接条件は、溶接速度：６００ｍｍ／ｍｉｎ、溶接電圧：１０〜１２Ｖ、溶接電流：７０〜１１０Ａ、シールドガス量：表１０リットル／ｍｉｎ、裏５リットル／ｍｉｎである。
表面性状の判定においては、Ｓｉ添加量が０．０７％と低い比較例Ｄ１、Ｔｉ添加量が０．２８％と高い比較例Ｄ２および０．２９％と高い比較例Ｄ４、Ｃｕ添加量が０．５５％と高い比較例Ｄ３はいずれも冷延焼鈍酸洗板の表面性状が劣っていた。一方、発明例であるＢ１〜Ｂ６はいずれも表面性状が優れていた。塩水噴霧サイクル試験、同材（同一鋼種）ＴＩＧ溶接部耐食性試験、およびＳＵＳ３０４との異鋼種ＴＩＧ溶接部耐食性試験に関しては、発明例であるＢ１〜Ｂ６はいずれの試験においても良好な耐食性を示した。
表３に示す発明例Ｅ１〜Ｅ１０およびＧ１〜Ｇ６の組成を有するフェライト系ステンレス鋼を１５０ｔｏｎＶＯＤで溶製した後、連続鋳造でスラブに鋳造した。なお、Ｅ３、Ｅ６のＢ量、Ｃａ量、Ｅ９、Ｇ４のＢ量およびＧ６のＣａ量はいずれも不可避的不純物レベルの含有量である。上記各スラブを、１１５０℃の温度に加熱して熱間圧延を行って板厚４．０ｍｍの熱延コイルとした。
次いで、９５０℃の燃焼ガス雰囲気中で焼鈍した後、硫酸を用いて酸洗し、続いて、フッ酸と硝酸の混合酸を使用して酸洗を行って熱延焼鈍酸洗コイルとした。次いで、冷間圧延で板厚１．２ｍｍとし、９３０℃の燃焼ガス雰囲気中で焼鈍した後、中性塩電解を行い、続いて、フッ酸と硝酸の混合酸を使用した酸洗を行い、冷延焼鈍酸洗コイルとした。
この段階で、得られた冷延焼鈍酸洗板の表面性状の判定を目視で行った。冷間圧延により板厚を薄くしていくと表面のチタンストリンガーが伸ばされて周囲と同化して目立たなくなる。実施例２では冷間圧延で板厚を０．８ｍｍとしたが、実施例３ではそれより厚い１．２ｍｍとしたので、チタンストリンガーの存在を検出しやすい条件である。さらに、得られた冷延焼鈍酸洗板に対して、６００番の研磨紙で表面を研磨し、供試材とした。実施例１、２と同様にＪＩＳ Ｈ ８５０２に準じた塩水噴霧サイクル試験、同材ＴＩＧ溶接部耐食性試験、ＳＵＳ３０４との異鋼種ＴＩＧ溶接部耐食性試験と新たにＴＩＧ溶接部酸洗性試験を行った。
以上により得られた結果を表３に示す。
以上により得られた結果を表３に示す。
なお、表３において、各試験の判定基準は以下の通りである。
（１）塩水噴霧サイクル試験結果：１５サイクル試験後の発錆面積が、２０％未満が○（合格）、２０％以上が×（不合格）と判定した。
（２）同材（同一鋼種）ＴＩＧ溶接部耐食性試験結果：同材（同一鋼種）同士でＴＩＧ突き合わせ溶接を行い、表面を６００番の研磨紙で研磨した後、塩水噴霧サイクル試験１５サイクル後の溶接部（溶接金属、および熱影響部）の発錆率が、２０％未満が○（合格）、２０％以上が×（不合格）と判定した。
（３）ＳＵＳ３０４との異鋼種ＴＩＧ溶接部耐食性試験結果：ＳＵＳ３０４との異鋼種ＴＩＧ突き合わせ溶接を行い、表面を６００番の研磨紙で研磨した後、塩水噴霧サイクル試験１５サイクル後の溶接部（溶接金属、および熱影響部）の発錆率が、２０％未満を○（合格）、２０％以上を×（不合格）と判定した。
（４）冷延焼鈍酸洗板の表面性状：表面欠陥（線ヘゲやチタンストリンガーによる、形状異常や白筋模様状色異常）がある部分の長さ（１ｍ未満は１ｍに換算）の板全長に対する割合で判断し、欠陥率が、３％未満が◎（合格、特に優れている）、３％以上１０％未満が○（合格）、１０％以上が×（不合格）と判定した。
（５）ＴＩＧ溶接部酸洗性試験：同材（同一鋼種）同士でＴＩＧ突合せ溶接を行い、２０℃のフッ酸と硝酸の混合酸液（フッ酸５％、硝酸３５％）に浸漬した。１０分ごとに酸液から引き上げてナイロンブラシで溶接表側（直接溶接アークを当てた面）の酸化皮膜を擦り酸化皮膜の除去具合を観察した。浸漬時間合計が３０分以下で酸化皮膜が除去できたものを◎（特に優れている）、３０分超え１２０分以下で除去できたものを○（合格）、１２０分超えの浸漬でも酸化皮膜が残っていたものを×（不合格）と判定した。
（１）塩水噴霧サイクル試験結果：１５サイクル試験後の発錆面積が、２０％未満が○（合格）、２０％以上が×（不合格）と判定した。
（２）同材（同一鋼種）ＴＩＧ溶接部耐食性試験結果：同材（同一鋼種）同士でＴＩＧ突き合わせ溶接を行い、表面を６００番の研磨紙で研磨した後、塩水噴霧サイクル試験１５サイクル後の溶接部（溶接金属、および熱影響部）の発錆率が、２０％未満が○（合格）、２０％以上が×（不合格）と判定した。
（３）ＳＵＳ３０４との異鋼種ＴＩＧ溶接部耐食性試験結果：ＳＵＳ３０４との異鋼種ＴＩＧ突き合わせ溶接を行い、表面を６００番の研磨紙で研磨した後、塩水噴霧サイクル試験１５サイクル後の溶接部（溶接金属、および熱影響部）の発錆率が、２０％未満を○（合格）、２０％以上を×（不合格）と判定した。
（４）冷延焼鈍酸洗板の表面性状：表面欠陥（線ヘゲやチタンストリンガーによる、形状異常や白筋模様状色異常）がある部分の長さ（１ｍ未満は１ｍに換算）の板全長に対する割合で判断し、欠陥率が、３％未満が◎（合格、特に優れている）、３％以上１０％未満が○（合格）、１０％以上が×（不合格）と判定した。
（５）ＴＩＧ溶接部酸洗性試験：同材（同一鋼種）同士でＴＩＧ突合せ溶接を行い、２０℃のフッ酸と硝酸の混合酸液（フッ酸５％、硝酸３５％）に浸漬した。１０分ごとに酸液から引き上げてナイロンブラシで溶接表側（直接溶接アークを当てた面）の酸化皮膜を擦り酸化皮膜の除去具合を観察した。浸漬時間合計が３０分以下で酸化皮膜が除去できたものを◎（特に優れている）、３０分超え１２０分以下で除去できたものを○（合格）、１２０分超えの浸漬でも酸化皮膜が残っていたものを×（不合格）と判定した。
なお、（２）、（３）および（５）のＴＩＧ溶接は、表面、裏面ともにシールドガスとしてＡｒガスを流し、溶加材は使用せず、裏ビードの幅が板厚程度になるように行った。これらの溶接条件は、溶接速度：６００ｍｍ／ｍｉｎ、溶接電圧：１０〜１２Ｖ、溶接電流：８０〜１２０Ａ、シールドガス量：表１０リットル／ｍｉｎ、裏５リットル／ｍｉｎである。
表面性状の判定においては、Ｓｉ％／Ｔｉ％≧１．３である、Ｅ１〜Ｅ１０は表面欠陥率が３％未満で特に優れていた。Ｓｉ％／Ｔｉ％＜１．３である、Ｇ１〜Ｇ６は表面欠陥率が３％以上１０％未満の合格であった。このように、Ｓｉ％／Ｔｉ％≧１．３は表面性状の向上に有効である。
ＴＩＧ溶接部酸洗性の判定においては、Ｓｉ％／Ｃｒ％≧０．０１３のＥ２、Ｅ４〜Ｅ１０およびＧ１、Ｇ２は酸洗時間が３０分以下で特に優れていた。Ｓｉ％／Ｃｒ％＜０．０１３のＥ１、Ｅ３、およびＧ３〜Ｇ６は酸洗時間が３０分超え１２０分以下の合格であった。このように、Ｓｉ％／Ｃｒ％≧０．０１３はＴＩＧ溶接部の表面坂皮膜の酸洗性の向上に有効である。
Ｅ１〜Ｅ１０およびＧ１〜Ｇ６は、塩水噴霧試験、同材（同一鋼種）ＴＩＧ溶接部耐食性試験、およびＳＵＳ３０４との異鋼種ＴＩＧ溶接部耐食性試験において良好な耐食性を示した。
器物、厨房機器、建築内外装材、建築金具、エレベーター・エスカレーター内装材、家電、自動車部品等を中心に、耐食性が要求される部材として好適である。
Claims (4)
- 質量％で、Ｃ：０．０１０％以下、Ｓｉ：０．１５〜０．６０％、Ｍｎ：０．５％以下、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ａｌ：０．２％以下、Ｃｒ：１７．０〜１９．０％、Ｃｕ：０．３〜０．５％、Ｎｉ：０．６％以下、Ｔｉ：０．１０〜０．２０％、Ｎ：０．０１５％以下、Ｃ＋Ｎ：０．０２％以下を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、下記式（１）を満たすことを特徴とするフェライト系ステンレス鋼。
Ｔｉ％／（Ｃ％＋Ｎ％）≧８ （１）
ここで、Ｃ％、Ｎ％、Ｔｉ％は、それぞれＣ、Ｎ、Ｔｉの含有量（質量％）を表す。 - 前記成分組成に加えてさらに、質量％で、Ｃａ：０．０００５〜０．００２０％、Ｂ：０．０００３〜０．００２０％の中から選ばれる１種または２種を含有することを特徴とする請求項１に記載のフェライト系ステンレス鋼。
- 前記成分組成に加えてさらに、下記式（２）を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載のフェライト系ステンレス鋼。
Ｓｉ％／Ｔｉ％≧１．３ （２）
ここで、Ｓｉ％、Ｔｉ％は、それぞれＳｉ、Ｔｉの含有量（質量％）を表す。 - 前記成分組成に加えてさらに、下記式（３）を満たすことを特徴とする請求項１乃至３に記載のフェライト系ステンレス鋼。
Ｓｉ％／Ｃｒ％≧０．０１３ （３）
ここで、Ｓｉ％、Ｃｒ％は、それぞれＳｉ、Ｃｒの含有量（質量％）を表す。
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