JP6098469B2 - 高Al含有フェライト系ステンレス鋼板およびその製造方法ならびに高Al含有フェライト系ステンレス箔およびその製造方法 - Google Patents
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- Heat Treatment Of Sheet Steel (AREA)
Description
[1] 成分組成として、質量%で、C:0.001〜0.050%、Si:0.01〜2.0%、Mn:0.01〜1.0%、S:0.01%以下、P:0.05%以下、Cr:15.0〜30.0%、Ni:0.01〜0.60%、Al:2.5〜6.5%、N:0.001〜0.050%を含有し、さらに、Ti:0.01〜0.30%、Nb:0.01〜0.30%、Zr:0.005〜0.20%、Hf:0.005〜0.20%、REM:0.005〜0.20%のうちの1種以上を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、
鋼板圧延方向端部には、長さが20mm以上である端部割れが端部長さ1m当たり1個以下であり、鋼板表面には、圧延方向の長さが30mm以上かつ板厚深さ方向に長さが0.1mm以上である表面欠陥が5個/m2以下であることを特徴とする高Al含有フェライト系ステンレス鋼板。
[2]前記[1]において、成分組成として、更に、質量%で、MoおよびWのうち少なくとも一種を合計で0.10〜6.0%含有することを特徴とする高Al含有フェライト系ステンレス鋼板。
[3]前記[1]または[2]において、成分組成として、更に、質量%で、Ca:0.0005〜0.0200%、Mg:0.0002〜0.0200%のうち少なくとも1種を含有することを特徴とする高Al含有フェライト系ステンレス鋼板。
[4]前記[1]〜[3]のいずれか一項に記載の高Al含有フェライト系ステンレス鋼板を用いた高Al含有フェライト系ステンレス箔。
[5]前記[1]に記載の成分組成からなる鋼を、スラブもしくはインゴットに鋳造し、
スラブに鋳造した場合は、スラブの表面温度が式(1)のT1℃を下回る前に加熱炉に前記スラブを装入して加熱し、次いで熱間圧延する、インゴットに鋳造した場合は、インゴットの表面温度が式(1)のT1℃を下回る前に加熱炉に前記インゴットを装入して加熱し、次いで分塊圧延し熱間圧延することを特徴とする、鋼板圧延方向端部には、20mm以上である端部割れが端部長さ1m当たり1個以下であり、鋼板表面には、圧延方向の長さが30mm以上かつ板厚深さ方向に長さが0.1mm以上である表面欠陥が5個/m2以下である高Al含有フェライト系ステンレス鋼板の製造方法。
T1=4.5Cr%+17Al%−50 式(1)
ただし、Cr%およびAl%は、それぞれCrあるいはAlの含有量(質量%)を表す。
[6]前記[2]に記載の成分組成からなる鋼を、スラブもしくはインゴットに鋳造し、スラブに鋳造した場合は、スラブの表面温度が式(2)のT2℃を下回る前に加熱炉に前記スラブを装入して加熱し、次いで熱間圧延するインゴットに鋳造した場合は、インゴットの表面温度が式(2)のT2℃を下回る前に加熱炉に前記インゴットを装入して加熱し、次いで分塊圧延し熱間圧延することを特徴とする、鋼板圧延方向端部には、長さが20mm以上である端部割れが端部長さ1m当たり1個以下であり、鋼板表面には、圧延方向の長さが30mm以上かつ板厚深さ方向に長さが0.1mm以上である表面欠陥が5個/m2以下である高Al含有フェライト系ステンレス鋼板の製造方法。
T2=4.5Cr%+17Al%+6(Mo%+W%)−50 式(2)
ただし、Cr%、Al%、Mo%およびW%は、それぞれCr、Al、Mo、Wの含有量(質量%)を表す。
[7]前記[5]または[6]において、成分組成として、更に、質量%で、Ca:0.0005〜0.0200%、Mg:0.0002〜0.0200%のうち少なくとも1種を含有することを特徴とする高Al含有フェライト系ステンレス鋼板の製造方法。
[8]前記[5]〜[7]のいずれかにおいて、加熱炉挿入前の前記スラブあるいは前記インゴットに対して、500℃〜T0℃の温度域を平均冷却速度:50℃/h以下で冷却することを特徴とする高Al含有フェライト系ステンレス鋼板の製造方法。
ただし、前記T0℃は、加熱炉挿入前のスラブ表面あるいはインゴット表面の最低温度である。
[9]前記[5]〜[8]のいずれかにおいて、前記熱間圧延後または前記分塊圧延後に、さらに冷間圧延を行うことを特徴とする高Al含有フェライト系ステンレス鋼板の製造方法。
C:0.001〜0.050%
C量が0.050%を超えると、スラブ靭性が低下して製造性が低下する。一方、0.001%未満にしようとすると精錬が困難になる。そのため、C量は0.001〜0.050%の範囲とする。好ましくは0.003〜0.020%の範囲である。より好ましくは0.005〜0.015%の範囲である。
Siは耐酸化性を向上させるが、その量が2.0%を超えると、スラブの靭性が低下して製造が困難になる。一方、0.01%未満にしようとすると精錬が困難になる。そのため、Si量は0.01〜2.0%の範囲とする。好ましくは0.05〜1.0%の範囲である。より好ましくは0.10〜0.20%の範囲である。
Mn量が1.0%を超えると、鋼板の耐食性が低下する。一方、0.01%未満にしようとすると精錬が困難になる。そのため、Mn量は0.01〜1.0%の範囲とする。好ましくは0.05〜0.40%の範囲である。
S量が0.01%を超えると、鋼板の耐食性が低下する。よって、S量は0.01%以下、好ましくは0.005%以下、より好ましくは0.003%以下とする。
P量が0.05%を超えると、鋼板の耐食性が低下する。よって、P量は0.05%以下、好ましくは0.03%以下とする。
Crは鋼板の耐食性および高温での強度および耐酸化性を確保する目的で15.0%以上含有する。しかし、Cr量が30.0%を超えると、金属間化合物の析出および475℃脆性が促進されるため靭性が著しく低下し、本発明の技術を用いてもスラブ割れの抑制が困難となる。よって、Cr量は15.0〜30.0%の範囲とする。好ましくは18.0〜28.0%の範囲である。より好ましくは、18.0〜25.0%の範囲である。
Niは鋼板の耐食性を向上させる効果がある。その効果は、0.01%以上の含有で得られる。しかし、オーステナイト生成元素であるため、含有量が0.60%を超えると鋼板を高温で使用した際に熱膨張率の大きいオーステナイト相が生成し熱疲労特性や形状安定性の低下につながる。したがって、Ni量は0.01〜0.60%の範囲とする。好ましくは0.05〜0.20%の範囲である。
Alは高温酸化時にAl2O3を主成分とする酸化皮膜を生成させて耐酸化性を向上させる元素である。Al量が2.5%以上でその効果が得られる。一方、Al量が6.5%を超えると、スラブの靭性が著しく低下し、本発明の方法を用いても割れを防ぐことが困難となる。このためAl量は2.5〜6.5%の範囲とする。好ましくは3.0〜6.0%の範囲である。
N量が0.050%を超えると、靱性が低下するとともに、加工性の低下により製造が困難になる。一方、0.001%未満にしようとすると精錬が困難になる。よって、N量は0.001〜0.050%の範囲とする。好ましくは0.003〜0.020%の範囲である。より好ましくは0.005〜0.015%の範囲である。
Ti:0.01〜0.30%
Tiは鋼中のCやNと結合し、スラブの靭性を向上させる効果がある。また、鋼板の耐食性や高温での耐酸化性を向上させる。これらの効果は0.01%以上の含有で得られる。しかし、0.30%を超えると、スラブの靭性を低下させる。よって、Ti量は0.01〜0.30%の範囲とする。好ましくは0.05〜0.20%の範囲である。
Nbは鋼板の高温での強度を向上させる。この効果は0.01%以上の含有で得られる。一方、Nb量が0.30%を超えると、スラブの靭性が低下してスラブ割れが助長される。また高温での耐酸化性が著しく低下する。よって、Nb量は0.01〜0.30%の範囲とする。好ましくは0.01〜0.10%の範囲である。
Zrは鋼中のCやNと結合し、スラブの靭性を向上させる効果がある。また、高温での耐酸化性を向上させる。これらの効果は0.005%以上の添加で得られる。しかし、0.20%を超えると、スラブの靭性を低下させる。よって、Zr量は0.005〜0.20%の範囲とする。好ましくは0.02〜0.08%の範囲である。
Hfは、高温での耐酸化性を向上させる。その効果は0.005%以上の添加で得られる。しかし、0.20%を超えると、Feなどと金属間化合物をつくりスラブの靭性が低下する。よって、Hf量は0.005〜0.20%の範囲とする。好ましくは0.02〜0.10%の範囲である。
REMとは、Sc、Yおよびランタノイド系元素(La、Ce、Pr、Nd、Smなど原子番号57〜71までの元素)をいう。REMは高温で生成するAl2O3酸化皮膜の密着性を良好にするとともにその生成速度を低下させて耐酸化性を向上させる。これらの効果は、0.005%以上の添加で得られる。一方、0.20%を超えると、スラブの粒界に析出して破断の起点になる。よって、REM量は0.005〜0.20%の範囲とする。好ましくは0.03〜0.10%の範囲である。
MoおよびWは鋼板の耐食性や高温強度を向上させる効果があるため、必要に応じて添加する。このような効果は、MoおよびWを合計で0.10%以上含有させることで得られる。一方、MoおよびWを合計で6.0%を超えて含有すると、スラブの靭性が著しく低下し、本発明の方法を用いても割れを防ぐことが困難となる。よって、含有する場合は、Mo量およびW量を合計で0.10〜6.0%の範囲とする。好ましくは2.5〜5.0%の範囲である。
Ca、Mgは、鋼板の耐食性や耐酸化性を向上させる。これらの効果は、Caは0.0005%以上、Mgは0.0002%以上で得られる。しかし、これらの元素を各々0.0200%を超えて添加すると靭性の低下が起こる。よって、含有する場合は、Ca量は0.0005〜0.0200%、Mg量は0.0002〜0.0200%の範囲とする。好ましくは、それぞれ0.0010〜0.0050%の範囲である。
ステンレス鋼板の製造過程における歩留まり向上および製造効率向上のためには、熱間圧延または冷間圧延によって得られるステンレス鋼板の欠陥が少ないことが求められる。本発明の目的を達成するためには、鋼板圧延方向端部には、長さが20mm以上である端部割れが端部長さ1m当たり1個以下である必要がある。端部割れの長さは次のよう定義する。鋼板表面と裏面で、それぞれ割れ起点(これは端部にある)と割れ先端を直線で結んでその距離を測る。割れが板厚方向に貫通していない等で鋼板の表面と裏面で長さが異なることがあるが、大きい値をその割れの長さとする。長さが20mm以上の端部割れは、熱間圧延後の工程でさらに大きな割れになったり、これが起点となって板が破断する場合がある。製造工程で板が破断すると歩留まりや製造効率が著しく低下する。さらには、製造ができなくなることもある。これを防ぐため、トリミングなどによってこの割れを除去するが、割れの部分だけを除去すると製造効率が大幅に低下し、全長にわたりトリミングを行うと歩留まり低下する。
本発明では、鋼を、スラブもしくはインゴットに鋳造し、スラブに鋳造した場合は、スラブの表面温度が式(1)のT1℃もしくは式(2)のT2℃を下回る前に加熱炉に前記スラブを装入して加熱し、次いで熱間圧延する、インゴットに鋳造した場合は、インゴットの表面温度が式(1)のT1℃もしくは式(2)のT2℃を下回る前に加熱炉に前記インゴットを装入して加熱し、次いで分塊圧延する。
T1=4.5Cr%+17Al%−50 式(1)
ただし、Cr%およびAl%は、それぞれCrあるいはAlの含有量(質量%)を表す。
T2=4.5Cr%+17Al%+6(Mo%+W%)−50 式(2)
ただし、Cr%、Al%、Mo%およびW%は、それぞれCr、Al、Mo、Wの含有量(質量%)を表す。
このように、スラブもしくはインゴットの表面温度を制御してスラブもしくはインゴットを加熱炉に装入することでスラブ割れを抑制できる。以下、その抑制機構について説明する。
スラブを熱延加熱炉に装入する際の表面温度と冷延鋼板の表面形状との相関性を、実施例の項目にて後述する方法で調査した。その結果、表面形状に優れた高Al含有フェライト系ステンレス鋼板を得るために、スラブの表面温度が下回ってはならない温度、つまりスラブの冷却可能限界温度が存在することが明らかとなった。さらに、冷却可能限界温度と鋼成分との関係を調査した結果、以下の関係が成り立つことを見出した。
MoおよびWを含有しない場合、T1=4.5Cr%+17Al%−50
MoあるいはWを含有する場合、T2=4.5Cr%+17Al%+6(Mo%+W%)−50
ただし、T1あるいはT2は冷却可能限界温度(℃)、各元素記号はその成分元素の含有量(質量%)を表す。
前述の方法で求めた冷却可能限界温度T1℃あるいはT2℃を下回る前に加熱炉に装入して熱間圧延を実施することで、スラブ割れを防止し表面形状に優れた熱延鋼板を得ることができるが、より表面性状に優れた熱延鋼板を得るためには、鋳造後の冷却中に発生する熱応力を緩和することが好ましい。このためには加熱炉装入前のスラブあるいはインゴットに対して、500℃〜T0℃(500>T0)の温度域を平均冷却速度:50℃/h以下で冷却することが好ましい。なお、T0℃は、加熱炉装入前のスラブ表面あるいはインゴット表面の最低温度である。平均冷却速度が50℃/hを超えた場合、内部に過大な熱応力が生じで微細な割れが発生し、熱延鋼板の表面欠陥が増加する場合がある。なお、500℃を超えた温度では組織に十分な延性が存在し、熱応力が発生しても破断に至る懸念はない。従って、より表面性状に優れた熱延鋼板を得るためには、500℃〜T0℃の間の平均冷却速度を50℃/h以下とすることが好ましい。さらなる熱応力の緩和が必要な場合は、500℃〜T0℃の間の平均冷却速度を30℃/h以下とすることがより好ましい。
本発明の高Al含有フェライト系ステンレス鋼板は、通常のステンレス鋼板製造設備を用いて製造することができる。連続鋳造によって製造された鋼スラブ(インゴット)を大気中で放冷し、T1℃あるいはT2℃を下回る前に加熱炉に装入して熱間圧延(分塊圧延)して鋼板とする。より表面形状に優れた鋼板とするためには、表面温度が500℃〜T0℃の温度域を平均冷却速度50℃/h以下で冷却する。この場合、加熱炉や保温炉を用いて制御することができる。また、保温カバー等を被せてもよい。このように、スラブ(インゴット)をT1℃あるいはT2℃を下回る前に加熱炉に装入し、一般的な熱間圧延工程に供して熱延コイルとする。
表1の鋼記号A〜Pに示す化学組成の鋼を高周波真空炉で溶製し、約100mm×約100mm×約140mm高さの鋳片に鋳込んだ。凝固が完了したら鋳型から取り外し、直ちに1000℃に加熱した電気炉に装入した。鋳型から取り外した鋳片の表面温度はおよそ1000℃であった。鋼塊が電気炉に装入された後、電気炉を制御して500℃〜T℃までの冷却速度を25℃/h、45℃/h、 75℃/hの3種類で徐冷を行い、表2、3に記載した表面温度に達した時点で電気炉から取り出し、直ちに加熱炉に装入して再加熱を行った。1200℃で30分間均熱処理を行った後、熱間圧延して厚さ4mm幅140mm長さ約1800mmの熱延鋼板とした。なお、熱間圧延中に鋳片の底部と頭部は切り捨てた。
◎(優れる):長さ20mm以上の端部の割れ(耳割れ)が端部1mあたり1個以下、かつ、深さ0.1mm以上かつ圧延方向の長さ30mm以上の表面欠陥が1個/m2以下の場合
○(良好):長さ20mm以上の端部の割れ(耳割れ)が端部1mあたり1個以下、かつ、深さ0.1mm以上かつ圧延方向の長さ30mm以上の表面欠陥が5個/m2以下の場合
△(不良):長さ20mm以上の端部の割れ(耳割れ)が端部1mあたり1個超え、または、深さ0.1mm以上かつ圧延方向の長さ30mm以上の表面欠陥が5個/m2超えの場合
×(圧延中止)熱間圧延中もしくは冷間圧延中に激しい割れが生じ、圧延作業を中止したもの
なお、長さ30mm以上に伸びた表面欠陥は、長さ30mm毎に1個と数えた。
評価が、◎もしくは○であれば本発明の目的を達成し、良好な鋼板が得られるものと判断し合格とした。
以上の結果を表2、3に示す。
Claims (7)
- 成分組成として、質量%で、C:0.001〜0.050%、Si:0.01〜2.0%、Mn:0.01〜1.0%、S:0.01%以下、P:0.05%以下、Cr:15.0〜30.0%、Ni:0.01〜0.60%、Al:2.5〜6.5%、N:0.001〜0.050%を含有し、さらに、Ti:0.01〜0.30%、Nb:0.01〜0.30%、Zr:0.005〜0.20%、Hf:0.005〜0.20%、REM:0.005〜0.20%のうちの1種以上を含有し、更に、Ca:0.0005〜0.0200%、Mg:0.0002〜0.0200%のうち少なくとも1種を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、
鋼板圧延方向端部には、長さが20mm以上である端部割れが端部長さ1m当たり1個以下であり、鋼板表面には、圧延方向の長さが30mm以上かつ板厚深さ方向に長さが0.1mm以上である表面欠陥が5個/m 2 以下であることを特徴とする高Al含有フェライト系ステンレス鋼板。 - 請求項1に記載の高Al含有フェライト系ステンレス鋼板を用いた高Al含有フェライト系ステンレス箔。
- 請求項1に記載の成分組成からなる鋼を、スラブもしくはインゴットに鋳造し、
スラブに鋳造した場合は、スラブの表面温度が式(1)のT1℃を下回る前に加熱炉に前記スラブを装入して加熱し、次いで熱間圧延する、
インゴットに鋳造した場合は、インゴットの表面温度が式(1)のT1℃を下回る前に加熱炉に前記インゴットを装入して加熱し、次いで分塊圧延し熱間圧延する
ことを特徴とする、
鋼板圧延方向端部には、20mm以上である端部割れが端部長さ1m当たり1個以下であり、鋼板表面には、圧延方向の長さが30mm以上かつ板厚深さ方向に長さが0.1mm以上である表面欠陥が5個/m2以下である高Al含有フェライト系ステンレス鋼板の製造方法。
T1=4.5Cr%+17Al%−50 式(1)
ただし、Cr%およびAl%は、それぞれCrあるいはAlの含有量(質量%)を表す。 - 成分組成として、質量%で、C:0.001〜0.050%、Si:0.01〜2.0%、Mn:0.01〜1.0%、S:0.01%以下、P:0.05%以下、Cr:15.0〜30.0%、Ni:0.01〜0.60%、Al:2.5〜6.5%、N:0.001〜0.050%を含有し、さらに、Ti:0.01〜0.30%、Nb:0.01〜0.30%、Zr:0.005〜0.20%、Hf:0.005〜0.20%、REM:0.005〜0.20%のうちの1種以上を含有し、更に、MoおよびWのうち少なくとも一種を合計で0.10〜6.0%含有してなる鋼を、スラブもしくはインゴットに鋳造し、
スラブに鋳造した場合は、スラブの表面温度が式(2)のT2℃を下回る前に加熱炉に前記スラブを装入して加熱し、次いで熱間圧延する
インゴットに鋳造した場合は、インゴットの表面温度が式(2)のT2℃を下回る前に加熱炉に前記インゴットを装入して加熱し、次いで分塊圧延し熱間圧延する
ことを特徴とする、
鋼板圧延方向端部には、長さが20mm以上である端部割れが端部長さ1m当たり1個以下であり、鋼板表面には、圧延方向の長さが30mm以上かつ板厚深さ方向に長さが0.1mm以上である表面欠陥が5個/m2以下である高Al含有フェライト系ステンレス鋼板の製造方法。
T2=4.5Cr%+17Al%+6(Mo%+W%)−50 式(2)
ただし、Cr%、Al%、Mo%およびW%は、それぞれCr、Al、Mo、Wの含有量(質量%)を表す。 - 加熱炉挿入前の前記スラブあるいは前記インゴットに対して、500℃〜T0℃の温度域を平均冷却速度:50℃/h以下で冷却することを特徴とする請求項3または4に記載の高Al含有フェライト系ステンレス鋼板の製造方法。
ただし、前記T0℃は、加熱炉挿入前のスラブ表面あるいはインゴット表面の最低温度である。 - 前記熱間圧延後または前記分塊圧延後に、さらに冷間圧延を行うことを特徴とする請求項3〜5のいずれか一項に記載の高Al含有フェライト系ステンレス鋼板の製造方法。
- 請求項1に記載の高Al含有フェライト系ステンレス鋼板に、冷間圧延を行うことを特徴とする高Al含有フェライト系ステンレス箔の製造方法。
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