JP5853281B2 - 表面光沢性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼板 - Google Patents
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Description
このような用途では冷延鋼板に対して光輝焼鈍を施した後、バフ研磨仕上げして鏡面板として使用されるが、バフ研磨仕上の際、材料によっては鋼板表面に微細なカキ庇やシミのような表面欠陥が発生することがある。このような表面欠陥が発生すると製品価値を失ってしまう。
鏡面板の製造方法として特開平4−99215ではA12O3系介在物の生成を抑制するため溶解原料中の全Al含有量を粗溶鋼1トンあたり0.020kg以下として還元精錬終了後の溶鋼中Siを0.40%以上とする必要があるとしている。また、特開平8−104915では鋳造工程に至るまでAl含有物質を無添加として溶鋼中Alを0.0050%以下に制御し、かつ還元精錬終了時のスラグや組成を1.0≦(%CaO)/(%SiO2)≦1.5、(%Al2O3)≦10%、(%MgO)≦10%とする必要があるとしている。
表面光沢性のよい鋼板を得ることが可能となる。
シミ状欠陥を引き起こす原因はCaSであり、CaS1つの面積大きさが100μm2よりも大きい場合、目視検査で認められるシミ状欠陥となることがわかった。シミ状欠陥が発生する原因はCaSが水溶性硫化物であり、使用環境化においてCaSが水分と反応すると鋼板表面からCaSが溶出するためと考えられる。ただし、この欠陥は目視で確認できるかどうかであり、その基準が大きさ100μm2であることがわかった。100μm2以下の大きさであれば、工業製品として品質上許容される。また、本発明で記述した用途では耐食性の面ではマイルドな環境であり、シミ状欠陥が進行して発銹状態に悪化する状況は観察されなかった。
1)Si:0.2〜2.0質量%
Siは溶鋼の脱酸に使用される成分であり、SiO2として酸化物系非金属介在物を構成する。
0.2質量%未満では脱酸不足となり、鋼中Oが0.01質量%を超え、酸化物系非金属介在物中のCr2O3濃度が5質量%よりも高い濃度になりカキ疵因の酸化物を生成させてしまう。さらに鋼中Oが0.01質量%を超えると鋼中S濃度が高くなる場合が多くなり、粗大な硫化物系非金属介在物を生成させてしまう。粗大な硫化物はシミ状欠陥の原因となる。一方、2.0質量%を超える濃度では鋼板が硬くなり冷間加工で薄板を製造する際に所定板厚に圧延するのに多くのパス回数を必要とし、また板厚によっては焼鈍工程を必要とするため生産性低下、製造コストの増加を招くため上限を2.0質量%とした。
2)Mn:0.3〜5.0質量%
MnはSiと同様に溶鋼の脱酸に使用される成分でMnOとして酸化物系非金属介在物を構成する。また、Mnが0.3質量%よりも低いとカキ疵を防止するための酸化物構成成分MnOが生成し難くなる。一方、Mnを5.0質量%より高く含有させた場合、S濃度が高めであると粗大なMnS系硫化物が生成しやすい。この場合も上述したように曲げ割れの原因となりやすい。そのため本発明ではMn含有量の上限を5.0質量%とした。
SはCaと反応して硫化物系非金属介在物を形成する。Sが0.007質量%を超えると硫化物1個あたりの面積が100μm2以上の大きな硫化物が生成し、シミ状欠陥の原因となる場合がある。そのためS含有量の上限を0.007質量%とした。
4)Ni:7.0〜15.0質量%
Niはオーステナイト系ステンレス鋼の主要成分であり、耐食性、加工性を確保するために7.0質量%以上の濃度が必要である。しかし高価な元素であることから本発明ではNi含有量の上限を15.0質量%とした。
5)Cr:15.0〜20.0質量%
Crはステンレス鋼の主要成分であり、耐食性を確保するために15.0質量%必要であるが、20.0質量%を超える添加は材料の硬化を招き加工性が劣化することから本発明では上限を20.0質量%とした。
6)Al:0.005質量%以下
Alは酸素親和力がSi、Mnに比べて強く、含有量が0.005質量%を超えるとカキ疵の起点となるAl2O3が30質量%を超えた酸化物系非金属介在物が生成してしまう。そのため上限を0.005質量%とした。
7)Ca: 0.002質量%以下
Caは酸化物系ならびに硫化物系非金属介在物組成に大きく影響する元素である。シミ状欠陥の原因となるCaSを形成する。Caが0.002質量%を超えると大きさが100μm2以上の大きな硫化物が生成し、シミ状欠陥の原因となる場合がある。そのためCa濃度上限を0.002質量%とした。
MgはAlよりもさらに酸素親和力が強く、含有量が0.001質量%を超えるとカキ疵の原因となる酸化物系非金属介在物中に含有されるMgOが10質量%を超えてしまう。そのため上限を0.001質量%とした。
9)O:0.002〜0.01質量%
Oは酸化物系非金属介在物の構成元素であるが、Oが0.002質量%よりも低くなると取鍋や連続鋳造時に使用する内張耐火物の主要酸化物であるMgOが還元されやすくなり、Mg濃度上限0.001質量%を超える場合もある。そのため下限濃度を0.002質量%とした。一方、Oが0.01質量%を超えるとカキ疵の原因となるCr2O3系介在物が生成する。そのため上限濃度を0.01質量%とした。
10)鋼中Mn、Si、Al含有量の質量比(Mn+Si)/Alが200以上
カキ疵の原因となる酸化物系非金属介在物の組成は(Mn+Si)/Alの質量比で制御できる。(Mn+Si)/Alが200よりも低い値では酸化物中のAl2O3濃度が高くなり、カキ疵の原因となる非金属介在物を生成させてしまう。そのため(Mn+Si)/Alの下限を200とした。
カキ疵は酸化物系非金属介在物の主な構成成分をMnO−SiO2−Al2O3−CaOとしてかつAl2O3:30質量%以下、Cr203:5質量%以下、MgO:10質量%以下とすることで防止できる。酸化物中のAl2O3、Cr2O3、MgO濃度が上限を超えると硬質な介在物を形成し、バフ研磨の際、素材よりも介在物が硬いためカキ疵を発生させてしまう。各成分の濃度上限に制御すれば酸化物系非金属介在物が低融点化するため鋼塊を熱間加工する際、熱間加工時の温度では介在物は粘性変形し冷間加工時に極めて微細な介在物に分散するためバフ研磨時にはカキ疵は見えなくなる。
12)硫化物系非金属介在物において硫化物1つの最大面積が100μm2以下
本発明に示す鋼材において観察される硫化物系非金属介在物はCaSである。上述したようにこれら硫化物は水溶性であるため100μm2を越える大きな硫化物であると目視で簡単に判別できるほどのシミ状欠陥になる。
硫化物系非金属介在物1個あたりの面積を100μm2以下に制御すればシミ状欠陥は目視では判別できないため実質的に製品として使用できることが判った。そのためにはS≦0.007質量%、O≦0.01質量%、Ca≦0.002質量%とすればよい。
表2に各試験片の成分、酸化物系非金属介在物組成、硫化物系非金属介在物種類と面積ならびにカキ疵ならびにシミ状欠陥の発生状況を示す。なお、硫化物の面積は電子顛微鏡で硫化物を撮影し、プラニメーターで硫化物の外周をトレースして求めた。
一方、比較例であるサンプルNo.B001はSi濃度が低いために脱酸不足となり、鋼中O濃度が0.0107質量%と本発明条件を外れ、さらに脱硫不足も招いてS=0.0075質量%となった。そのため酸化物系非金属介在物は硬質なMnO−Cr2O3が生成し、この介在物がカキ疵の原因となった。サンプルNo.B002はAl濃度が0.008質量%と高く、(Mn+Si)/Al比が200よりも低い値となり、かつMg濃度も0.0015質量%と高かった。観察された酸化物系非金属介在物は硬質なAl2O3−MgO系介在物であり、鋼板表面にカキ疵が観察された。さらにCa濃度が0.0025質量%と本発明条件を超えたため100μm2を超える面積のCaSが生成し、シミ状欠陥も発生した。サンプルNo.B003はAl濃度が0.004質量%であったため、この場合もAl2O3−MgO系介在物が観察された。鋼板表面にはカキ疵が認められた。サンプルNo.B004はAl濃度は本発明条件を満たしているものの鋼中O濃度が低く溶鋼中の酸素ポテンシャルが低いために耐火物に約40質量%含まれるMgOの還元反応(MgO=Mg+O)が促進され溶鋼中にMgがピックアップし本発明条件を超える0.0012質量%となったためAl2O3−MgO系介在物が生成した。サンプルNo.B005はMnが0.2質量%と低く、(Mn+Si)/Al比が200よりも低い値となったためAl2O3−MgO系介在物が生成した。サンプルNo.B006ではMn濃度が本発明条件を超えた上にS濃度も0.0092質量%と高かったためにMnS系硫化物が生成し、曲げ加工割れが発生した。サンプルNo.B007はO濃度が0.0112質量%と脱酸不足になったため酸化物中のCr2O3濃度が5.0質量%を超えてしまい硬質な介在物が生成した。そのためカキ疵が発生してしまった。
Claims (1)
- Si:0.2〜2.0質量%、Mn:0.3〜5.0質量%、S:0.007質量%以下、Ni:7.0〜15.0質量%、Cr:15.0〜20.0質量%、Al:0.005質量%以下、Ca:0.002質量%以下、Mg:0.001質量%以下、O:0.002〜0.01質量%、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、Mn、Si、Alの質量比(Mn+Si)/Alが200以上、酸化物系非金属介在物の主な構成成分はMnO−SiO2−Al2O3−CaOでかつAl2O3:30質量%以下、Cr2O3:5質量%以下、MgO:10質量%以下、さらに硫化物系非金属介在物においてCaS1つの最大面積が100μm2以下に規制されたことを特徴とする表面光沢性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼板。
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