JP5630595B2 - フェライト系ステンレス鋼 - Google Patents

Description

本発明は、表面品質、耐食性および加工性に優れ、建築物の内装および外装用の部材や家電部品の素材として好適なフェライト系ステンレス鋼に関するものである。

フェライト系ステンレス鋼は、高価なＮｉを多く含有するオーステナイト系ステンレス鋼に比べて安価なため、自動車排気系用の部材、建築物の内装および外装用の部材、厨房機器、洗濯機および電子レンジ等の家電部品用の部材などに幅広く使用されている。また、主にＴｉを含有するフェライト系ステンレス鋼は加工性が良く、主にＮｂを含有するフェライト系ステンレス鋼よりも安価なため、用途が拡大しつつある。

Ｔｉ含有のフェライト系ステンレス鋼については、例えば、特許文献１には、ＴｉおよびＭｇの量を制御して鋳造組織を改善し、成形性と耐リジング性(ridging resistance)に優れたステンレス鋼板を得る技術が開示されている。特許文献２には、酸化物系介在物の組成を制御して、ヘゲ状の表面欠陥(scab like surface defect)を低減させ、Ｎｉ、ＣｕまたはＣｏの量を制御して耐食性を向上させる技術が開示されている。この技術によって、鋼板の表面性状が良好で、耐食性や成形加工性に優れたステンレス鋼を得ることができることが開示されている。このように、オーステナイト系ステンレス鋼に比較すると、課題があるフェライト系ステンレス鋼の特性も徐々に改良が図られ、用途も益々拡大する傾向にある。

特開２００１−２９４９９１号公報 特開２０００−１７５８号公報

しかしながら、Ｔｉ含有フェライト系ステンレス鋼では、Ｔｉ系析出物、主に硬質で粗大に析出するＴｉＮに起因して鋼板表面に筋状疵(linear scratch)や白い筋模様(white sreak)が発生しやすく、製品の外観上、問題になることが多い。ところが、従来技術では、このような表面品質の問題を未だに克服できていない。

本発明は、かかる事情に鑑み、従来技術で成し得なかった、鋼板の表面品質に優れ、且つ耐食性や加工性にも優れたＴｉ含有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。

本発明者等は、前記の課題を解決するために、Ｔｉ含有フェライト系ステンレス鋼におけるＴｉ系析出物の形態と鋼板表面の筋状の疵や模様との関係を調査し、さらに成分組成とＴｉ系析出物の析出形態の関係について詳細に検討した。同時に、成分組成が耐食性や加工性に及ぼす影響も検討した。

その結果、Ｔｉおよび、Ｎの添加量の規制に加えて、ＳｉをＴｉおよびＮの添加量に対して所定の範囲で添加すると、ＴｉＮの晶出温度が高温化し、鋳造時にスラブ中で、ＴｉＮが微細に分散して存在するようになることを見出した。これにより、冷延鋼板の表面の筋状の疵や模様も低減することを確認した。また、同時にＴｉ、ＣおよびＮの他に、Ｓ、ＮｂおよびＣａ等を所定の範囲に制御することで高い耐食性や加工性を確保できることを見出した。

本発明は、以上の知見に基づいて成されたものであり、その要旨は以下の通りである。

[１] 成分組成が、質量％で、Ｃ：０．０２０％以下、Ｓｉ：０．１５％以上かつＴｉ×Ｎ×１００％以上、０．５０％以下、Ｍｎ：０．０５〜０．４０％、Ｐ：０．０２６〜０．０４０％、Ｓ：０．００６％以下、Ａｌ：０．０１〜０．１５％、Ｃｒ：１６．０〜１９．０％、Ｎｉ：０．０５〜０．５０％、Ｔｉ：１０×（Ｃ＋Ｎ）％〜０．３５％、Ｎｂ：０．０３％以下、Ｎ：０．０１５％以下、Ｃａ：０．０００３〜０．００２５％、Ｂ：０．０００１〜０．００２０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物から成ることを特徴とするフェライト系ステンレス鋼。

[２] 更に、成分組成が、質量％で、Ｃ：０．００３％以上０．０１２％以下、Ａｌ：０．０２〜０．０８％、Ｃｒ：１７．０〜１８．５％、Ｎ：０．０１０％以下、Ｂ：０．０００１〜０．００１０％を含有することを特徴とする[１]に記載のフェライト系ステンレス鋼。

[３] 更に、成分組成が、質量％で、Ｓｉ：０．１５％以上かつＴｉ×Ｎ×１００％以上、０．３６％以下を含有することを特徴とする[１]または[２]に記載のフェライト系ステンレス鋼。

[４] 更に、成分組成が、質量％で、Ｃｕ：０．０１〜０．１４％、Ｍｏ：０．０１〜０．１４％、Ｖ：０．０１〜０．２０％の中から選ばれる一種以上を含有することを特徴とする[１]乃至[３]の何れかに記載のフェライト系ステンレス鋼。

[５] 更に、成分組成が、質量％で、Ｖ：０．０１〜０．１０％を含有することを特徴とする[４]に記載のフェライト系ステンレス鋼。

本発明によれば、自動車排気系部品など、主に加工性や耐食性を要求される用途に加えて、建築物の内装または外装用の部材、厨房機器、洗濯機および電子レンジ等の家電部品用の部材の中で外観が重視される部材として幅広く利用が可能となる。また、成分組成の制御により、鋼板表面に生じる筋状疵や模様の主因となるＴｉＮが、鋼中に微細に分散するため、従来、鋼板の表層に局在するＴｉＮを除去するために実施されていた熱延板の研削等の手入れが不要となった。

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。

１．成分組成について
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、全て質量％を意味する。

Ｃ：０．０２０％以下
Ｃは耐食性を低下させるため、０．０２０％以下とする。望ましくは、０．０１２％以下である。一方、強度を確保するためには、Ｃは０．００１％以上含有することが望ましい。よって、Ｃは０．００１〜０．０２０％の範囲が好ましい。より好ましくは０．００３〜０．０１２％の範囲である。更に好ましくは０．００５〜０．０１２％の範囲である。

Ｓｉ：０．１５％以上かつＴｉ×Ｎ×１００％以上、０．５０％以下
なお、上記式中のＴｉ、Ｎはそれぞれの元素の含有量（質量％）を意味する。

Ｓｉには、ＴｉＮを微細化および分散化させる機能があり、ＴｉＮに起因する鋼板の表面疵を低減するのに有効である。その効果を得るためには、０．１５％以上かつＴｉ×Ｎ×１００％以上含有する必要がある。しかし、Ｓｉは、熱間圧延板の酸洗による脱スケール性を低下させる。特に、０．５０％を超えて含有すると、熱間圧延板の酸洗による脱スケール性が著しく悪くなり、製造を阻害する。このため、Ｓｉ量は０．１５％以上かつＴｉ×Ｎ×１００％以上、０．５０％以下の範囲とする。好ましくは、０．１５％以上かつＴｉ×Ｎ×１００％以上、０．３６％以下の範囲である。さらに好ましくは、０．１５％以上かつＴｉ×Ｎ×１００％以上、０．３０％以下の範囲である。

Ｍｎ：０．０５〜０．４０％
Ｍｎは脱酸元素として有効であり０．０５％以上含有する。しかし、０．４０％を超えて含有すると、Ｍｎは腐食の起点となるＭｎＳの析出を促進し、耐食性を低下させる。よって、Ｍｎ量は０．０５〜０．４０％の範囲とする。好ましくは０．１０〜０．３０％の範囲である。

Ｐ：０．０２６〜０．０４０％
ＰはＦｅおよび、Ｔｉと微細な析出物ＦｅＴｉＰを生成し延性の低下の原因となる。このため、Ｐ量は０．０４０％以下とする。Ｐ量は低いことが望ましいが、Ｐを低減させるためには製造コストが著しく増加するため、０．０２６％以上とする。よって、Ｐ量は０．０２６〜０．０４０％の範囲とする。

Ｓ：０．００６％以下
ＳはＣａ等と硫化物を形成し耐食性を劣化させるため、Ｓ量は０．００６％以下とする。なお、Ｃａを０．００１５％以上含有する場合は、Ｓ量は０．００４％以下とすることが好ましい。Ｃａを０．００２０％以上含有する場合には、Ｓ量は０．００２％以下とすることが好ましい。

Ａｌ：０．０１〜０．１５％
Ａｌは脱酸元素として有効である。さらに、Ｔｉ含有鋼で問題となる製鋼時の鋳造ノズルの閉塞を抑制するのにも有効である。このため、Ａｌ量は０．０１％以上の含有とする。好ましくは０．０２％以上の含有である。しかし、Ａｌを０．１５％を超えて含有すると、Ａｌ_２Ｏ_３を主体とする酸化物を核として粗大なＴｉＮが形成される。従って、Ａｌ量は０．０１〜０．１５％の範囲とする。また、Ａｌの含有量が増加すると溶接部の溶込み深さ(depth of penetration)が低下し、溶接部の加工性が低下するため、Ａｌ量は０．０８％以下とするのが好ましい。よって、好ましいＡｌ量の範囲は、０．０２〜０．０８％である。

Ｃｒ：１６．０〜１９．０％
Ｃｒは耐食性の改善に有効であり、良好な耐食性を得るためには、１６．０％以上の含有が必要である。しかし、Ｃｒを１９．０％を超えて含有すると加工性が低下する。よって、Ｃｒ量は１６．０〜１９．０％の範囲とする。好ましくは１７．０〜１８．５％の範囲である。

Ｎｉ：０．０５〜０．５０％
Ｎｉは耐食性の向上に有効な元素であり、その効果を得るためには、０．０５％以上の含有が必要である。しかし、Ｎｉを０．５０％を超えて含有すると、鋼が硬化し、延性が低下する。また、Ｎｉは高価な元素である。よって、Ｎｉ量は０．０５〜０．５０％の範囲とする。好ましくは０．２０〜０．５０％の範囲である。

Ｔｉ：１０×（Ｃ＋Ｎ）％〜０．３５％
なお、Ｃ、Ｎはそれぞれの元素の含有量（質量％）を意味する。

Ｔｉは、Ｃ、Ｎを炭窒化物として固定し、耐食性や加工性を向上させるために有効な元素であり、１０×（Ｃ＋Ｎ）％以上含有することが必要である。しかし、０．３５％を超えて含有すると加工性を低下させるため、Ｔｉ量は１０×（Ｃ＋Ｎ）％〜０．３５％の範囲とする。好ましくは、０．２０〜０．３０％の範囲である。

Ｎｂ：０．０３％以下
Ｎｂは、過剰に添加すると再結晶温度が上昇し、焼鈍温度を高温にする必要がある。また、Ｎｂの過剰に添加により、鋼板の強度が増加し、加工性の低下を招く。このため、Ｎｂ量は０．０３％以下とする。好ましくは０．０１％以下である。

Ｎ：０．０１５％以下
Ｎは、Ｃと同様に、耐食性を低下させる元素である。さらに、ＮはＴｉとＴｉＮを形成し、鋼板表面の筋状の疵や模様の原因となる。このため、Ｎ量は０．０１５％以下とする。好ましくは、０．０１２％以下である。さらに好ましくは０．０１０％以下である。Ｎ量を０．００４％未満にまで低減するには精錬時間を長くする必要があり、製造コストの上昇および生産性の低下を招くため好ましくない。したがって、Ｎ量は０．００５〜０．０１２％がより好ましい。

Ｃａ：０．０００３〜０．００２５％
Ｃａは、酸化物の組成を制御し、製鋼における鋳造ノズルの閉塞を防止するのに有効である。よって、Ｃａは０．０００３％以上の含有とする。しかし、０．００２５％を超えてＣａを含有すると、硫化物を形成して発錆の起点となり、耐食性を低下させる。従って、Ｃａ量は０．０００３〜０．００２５％の範囲とする。好ましくは０．０００５〜０．００２０％の範囲である。

Ｂ：０．０００１〜０．００２０％
Ｂは、熱間加工性の向上や二次加工脆化(secondary cold-work embrittlement)を防止するのに有効である。よって、Ｂは０．０００１％以上の含有とする。しかし、Ｂを０．００２０％を超えて含有すると、熱間加工性が低下する。従って、Ｂ量は０．０００１〜０．００２０％の範囲とする。好ましくは、０．０００２〜０．００１０％の範囲である。より好ましくは、０．０００２〜０．０００５％の範囲である。

以上が本発明の基本化学成分であり、残部はＦｅ及び不可避的不純物からなるが、更に耐食性向上の観点からＣｕ、Ｍｏ、Ｖの中から選ばれる１種以上を含有することができる。

Ｃｕ：０．０１〜０．１４％、Ｍｏ：０．０１〜０．１４％の中から選ばれる一種以上
Ｃｕ、Ｍｏは耐食性の向上に有効であり、Ｃｕ、Ｍｏの含有量はそれぞれ０．０１％以上とする。しかし、Ｃｕ、Ｍｏはそれぞれ０．１４％を超えて含有すると加工性が低下する。よって、Ｃｕを含有する場合は、Ｃｕ量は０．０１〜０．１４％の範囲とするのが好ましい。Ｍｏを含有する場合は、Ｍｏ量は０．０１〜０．１４％の範囲とするのが好ましい。より好ましくは、Ｃｕ、Ｍｏのいずれも０．０２〜０．１０％の範囲である。

Ｖ：０．０１〜０．２０％
ＶはＣ、Ｎと結合して鋭敏化を抑制して耐食性を向上させる。この効果は０．０１％以上の添加で得られる。しかし、０．２０％を超えて含有すると加工性が低下するため、Ｖを含有する場合は、０．０１〜０．２０％の範囲とするのが好ましい。より好ましくは、
０．０１〜０．１０％の範囲である。さらに好ましくは、０．０１〜０．０６％の範囲である。

２．製造条件について
次に本発明鋼の好適製造方法について説明する。

まず、転炉、電気炉等と強撹拌・真空酸素脱炭処理(strong stirring vacuum Oxygen Decarburization)（ＳＳ−ＶＯＤ）、アルゴン・酸素脱炭処理(Argon Oxygen Decarburization)（ＡＯＤ）による２次精錬(secondary refining)により上記した好適成分組成の鋼を溶製し、連続鋳造法または造塊法により鋼素材（スラブ）とする。次に、１０５０〜１２００℃に加熱して熱間圧延を行い、熱延鋼板とする。次いで、８００〜１０２０℃の連続焼鈍と酸洗、あるいは箱焼鈍(box annealing, batch annealing)と酸洗を行った後に、冷間圧延、８２０〜９９０℃の仕上げ焼鈍を施し、冷延鋼板とする。

鋳造時の鋳込み温度は、ＴｉＮの微細化および分散化の観点から、溶鋼の凝固温度に対して３０〜６０℃高い温度とするのが望ましい。

冷間圧延時の圧下率は、十分な加工性を確保するため、特に引張試験における伸びを３０％以上確保するため、５０％以上の圧下率で圧延を行うことが望ましい。さらに、引張試験における伸びを３２％以上確保する場合は、圧下率は６０％以上とすることが望ましい。また、冷間圧延は１回または中間に焼鈍を含む２回以上行っても良い。

なお、仕上げ焼鈍後に、加工性が確保できる範囲で伸び率２．０％以下、望ましくは１．０％以下の範囲で、スキンパス圧延、テンションレベラーを施しても良い。

以下実施例に基づいて本発明を説明する。

表１−１、表１−２に示す成分組成のフェライト系ステンレス鋼を、鋳込み温度を凝固温度＋５０℃として鋳込んで、３０ｋｇ鋼塊とした。次いで、１１００℃の温度に加熱後、熱間圧延を行い、板厚４．０ｍｍの熱延鋼鈑とした。次いで、９５０℃で焼鈍および酸洗を施し、冷間圧延を行って板厚１．０ｍｍとした。次いで、９３０℃の仕上げ焼鈍および酸洗を行い、幅２０ｃｍ×長さ４０ｃｍの冷延鋼板を各鋼塊について各５枚製作した。

得られた冷延鋼板について、表面および裏面についての筋状の疵または模様の有無を観察し、長さ３０ｍｍ以上のものが０個の場合を◎AA（合格、非常に良好）、１〜３個の場合を○A（合格、良好）、４個以上ある場合を×C（不合格）として評価した。

耐食性は、冷延鋼鈑の表面をエメリー研磨紙（emery paper）＃６００で研磨した６０ｍｍ×８０ｍｍの試験片を各２枚作製し、ＪＩＳ（Japanese Industrial Standards） Ｚ ２３７１ （２０００）に準じた塩水噴霧試験（salt spray test）（ＳＳＴ）を行い評価した。塩水噴霧試験は、３５℃、５質量％ＮａＣｌ液を噴霧し４時間行った後、光学式顕微鏡を用いて０．５ｍｍφ以上の発錆点（rust point）を数え、各２枚の合計数で評価した。発錆点が０個の場合を◎AA（合格、非常に良好）、１〜４個の場合を○A（合格、良好）、５個以上の場合を×C（不合格）として評価した。

加工性は、圧延方向に平行なＪＩＳ１３号Ｂ試験片を各３本作製し、ＪＩＳ Ｚ ２２４１ （２０１１）に準拠した引張試験を行い、伸びの平均値で評価した。伸びの平均値が、３５％以上を◎AA（非常に良好）、３２％以上を○A（良好）、３０％以上を△B（合格）、３０％未満を×C（不合格）として評価した。

以上により得られた評価結果を表１−２に併せて示す。

本発明鋼であるＮｏ．１〜Ｎｏ．７およびＮｏ．１７〜Ｎｏ．１９は、表面品質、耐食性および加工性の何れも合格レベル以上であり良好であることがわかる。
一方、Ｓｉが０．０６％と請求の範囲より低いＮｏ．９、Ｓｉ含有量がＴｉ×Ｎ×１００％より低いＮｏ．１０、Ｎｏ．１４、Ｎｏ．１６、Ｎｏ．２４は表面品質が不合格であった。さらに、Ａｌ含有量が０．１６％と請求の範囲より高いＮｏ．１３およびＳｉ含有量が０．５１％と請求の範囲より高いＮｏ．２３も表面品質が不合格であった。

また、Ｔｉ含有量の下限Ｔｉ≧１０×（Ｃ＋Ｎ）％より、Ｔｉ／（Ｃ＋Ｎ）≧１０であるので、Ｔｉ／（Ｃ＋Ｎ）が１０未満であるＮｏ．８、Ｃａ含有量が０．００３７％と請求の範囲より高いＮｏ．１１および、Ｓ含有量が０．０１０％あるいは０．００８％と請求の範囲より高いＮｏ．１２およびＮｏ．２０は耐食性が不合格であった。
さらに、Ｎｂ含有量が０．０５％と請求の範囲より高いＮｏ．２１、Ｔｉ含有量が０．３９％あるいは０．３８％と請求の範囲より高いＮｏ．１５およびはＮｏ．２２は加工性が不合格であった。

本発明によれば、自動車排気系部品など主に加工性や耐食性を要求される用途に加えて、建築物の内装または外装用の部材、厨房機器、洗濯機および電子レンジ等の家電部品用の部材の中で外観が重視される部材用として幅広く利用が可能となる。

Claims (5)

1. 成分組成が、質量％で、Ｃ：０．０２０％以下、Ｓｉ：０．１５％以上かつＴｉ×Ｎ×１０５％以上、０．５０％以下、Ｍｎ：０．０５〜０．４０％、Ｐ：０．０２６〜０．０４０％、Ｓ：０．００６％以下、Ａｌ：０．０１〜０．１５％、Ｃｒ：１６．０〜１９．０％、Ｎｉ：０．０５〜０．５０％、Ｔｉ：１０×（Ｃ＋Ｎ）％〜０．３５％、Ｎｂ：０．０３％以下、Ｎ：０．０１５％以下、Ｃａ：０．０００３〜０．００２５％、Ｂ：０．０００１〜０．００２０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物から成ることを特徴とするフェライト系ステンレス鋼。
2. 更に、成分組成が、質量％で、Ｃ：０．００３％以上０．０１２％以下、Ａｌ：０．０２〜０．０８％、Ｃｒ：１７．０〜１８．５％、Ｎ：０．０１０％以下、Ｂ：０．０００１〜０．００１０％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。
3. 更に、成分組成が、質量％で、Ｓｉ：０．１５％以上かつＴｉ×Ｎ×１０５％以上、０．３６％以下を含有する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。
4. 更に、成分組成が、質量％で、Ｃｕ：０．０１〜０．１４％、Ｍｏ：０．０１〜０．１４％、Ｖ：０．０１〜０．２０％の中から選ばれる一種以上を含有することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のフェライト系ステンレス鋼。
5. 更に、成分組成が、質量％で、Ｖ：０．０１〜０．１０％を含有することを特徴とする請求項４に記載のフェライト系ステンレス鋼。