JP6384640B1 - フェライト系ステンレス熱延鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
[1]質量%で、C:0.001〜0.020%、Si:0.05〜1.00%、Mn:0.05〜1.00%、P:0.04%以下、S:0.01%以下、Al:0.001〜0.50%、N:0.001〜0.020%、Cr:11.0〜24.0%、Ni:0.01〜2.00%、Nb:0.12〜0.80%を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、限界応力拡大係数KICが25MPa・m1/2以上であるフェライト系ステンレス熱延鋼板。
[2]質量%で、C:0.001〜0.020%、Si:0.05〜1.00%、Mn:0.05〜1.00%、P:0.04%以下、S:0.01%以下、Al:0.001〜0.50%、N:0.001〜0.020%、Cr:13.0〜24.0%、Ni:0.01〜0.60%、Nb:0.12〜0.80%を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、限界応力拡大係数KICが25MPa・m1/2以上であるフェライト系ステンレス熱延鋼板。
[3]成分組成として、質量%で、さらに、Cu:0.01〜1.50%、Mo:0.01〜2.00%、W:0.01〜0.20%、Co:0.01〜0.20%のうちから選ばれる1種または2種以上を含有する上記[1]または[2]に記載のフェライト系ステンレス熱延鋼板。
[4]成分組成として、質量%で、さらに、Ti:0.01〜0.30%、V:0.01〜0.20%、Zr:0.01〜0.20%、REM:0.001〜0.100%、B:0.0002〜0.0025%、Mg:0.0005〜0.0030%、Ca:0.0005〜0.0030%のうちから選ばれる1種または2種以上を含有する上記[1]〜[3]のいずれかに記載のフェライト系ステンレス熱延鋼板。
[5]上記[1]〜[4]のいずれかに記載のフェライト系ステンレス熱延鋼板の製造方法であって、3パス以上の仕上圧延を行う熱間圧延工程で、仕上圧延の最終3パスを温度範囲800〜1100℃、且つ前記最終3パスの累積圧下率を25%以上とするフェライト系ステンレス熱延鋼板の製造方法。
以下、特に断らない限り、成分組成を示す%は質量%を意味する。
Cを0.020%超えて含有すると、加工性の低下および溶接部の耐食性の低下が顕著になる。C含有量が少ないほど耐食性および加工性の観点では好ましいが、C含有量を0.001%未満にするためには精錬に時間がかかり製造上好ましくない。そのため、C含有量は0.001〜0.020%の範囲とする。C含有量は、好ましくは0.003%以上であり、より好ましくは0.004%以上である。また、C含有量は、好ましくは0.015%以下であり、より好ましくは0.012%以下である。
Siは溶接時に形成される酸化皮膜に濃縮して溶接部の耐食性を向上させる効果があるとともに、製鋼工程における脱酸元素としても有用な元素である。これらの効果は0.05%以上のSiの含有により得られ、含有量が多いほどその効果は大きくなる。しかし、1.00%を超えてSiを含有すると、熱間圧延工程における圧延荷重の増大と顕著なスケールの生成、焼鈍工程においては鋼板表層でのSi濃化層の形成による酸洗性の低下がそれぞれ生じ、表面欠陥の増加や製造コストの上昇を誘引するため好ましくない。そのため、Si含有量は0.05〜1.00%とする。Si含有量は、好ましくは0.10%以上である。また、Si含有量は、好ましくは0.60%以下であり、より好ましくは0.40%以下である。
Mnは鋼の強度を高める効果があり、また、脱酸剤としての作用もある。その効果を得るためには0.05%以上のMnの含有が必要である。しかし、Mn含有量が1.00%を超えると、腐食の起点となるMnSの析出が促進され、耐食性が低下する。そのため、Mn含有量は0.05〜1.00%とする。Mn含有量は、好ましくは0.10%以上である。また、Mn含有量は、好ましくは0.50%以下であり、より好ましくは0.30%以下である。
Pは鋼に不可避的に含まれる元素であるが、耐食性および加工性に対して有害な元素であるので可能な限り低減することが好ましい。特に、P含有量が0.04%を超えると固溶強化により加工性が顕著に低下する。よって、P含有量は0.04%以下とする。好ましくは、P含有量は0.03%以下である。
SもPと同様に鋼に不可避的に含まれる元素であるが、耐食性および加工性に対して有害な元素であるので可能な限り低減するのが好ましい。特に、S含有量が0.01%を超えると耐食性が顕著に低下する。よって、S含有量は0.01%以下とする。好ましくは、S含有量は0.008%以下である。より好ましくは、S含有量は0.003%以下である。
Alは有効な脱酸剤である。さらに、AlはNとの親和力がCrよりも強いため、溶接部にNが侵入した場合に、NをCr窒化物ではなくAl窒化物として析出させて、鋭敏化を抑制する効果がある。これらの効果は、Alを0.001%以上含有することで得られる。しかし、0.50%を超えるAlを含有すると、溶接時の溶け込み性が低下して溶接作業性が低下するので好ましくない。そのため、Al含有量は0.001〜0.50%の範囲とする。Al含有量は、好ましくは0.20%以下であり、より好ましくは0.10%以下である。
N含有量が0.020%を超えると、加工性の低下および溶接部の耐食性の低下が顕著になる。耐食性の観点からN含有量は低いほど好ましいが、N含有量を0.001%未満にまで低減するには長時間の精錬が必要となり、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。よって、N含有量は0.001〜0.020%の範囲とする。N含有量は、好ましくは0.003%以上であり、より好ましくは0.005%以上である。また、N含有量は、好ましくは0.015%以下であり、より好ましくは0.012%以下である。
Crはステンレス鋼の耐食性を確保するために最も重要な元素である。その含有量が11.0%未満では、自動車排気ガス雰囲気において十分な耐食性が得られない。一方、24.0%を超えてCrを含有すると、σ(シグマ)相の生成により靭性が著しく低下し、本発明では、所定の限界応力拡大係数を得ることができない。そのため、Cr含有量は11.0〜24.0%の範囲とする。Cr含有量は、好ましくは13.0%以上であり、より好ましくは14.0%以上であり、さらに好ましくは16.0%以上であり、さらにより好ましくは17.0%以上である。また、Cr含有量は、好ましくは21.5%以下であり、より好ましくは20.0%以下であり、さらに好ましくは18.5%以下である。
Niはステンレス鋼の耐食性を向上させる元素であり、不動態皮膜が形成されず活性溶解が生じる腐食環境において腐食の進行を抑制する元素である。また、Niは強いオーステナイト生成元素であり、溶接部でのフェライト生成を抑制し、Cr炭窒化物の析出による鋭敏化を抑制する効果がある。この効果は、Niを0.01%以上含有することで得られ、Niの含有量が多いほど高くなる。しかし、Ni含有量が2.00%を超えると、加工性が低下することに加えて、応力腐食割れが発生しやすくなる。さらには、Niは高価な元素であるため、Niの含有量の増大は製造コストの増大を招くため好ましくない。そのため、Ni含有量は0.01〜2.00%とする。Ni含有量は、好ましくは0.05%以上であり、より好ましくは0.10%以上である。また、Ni含有量は、好ましくは1.00%以下であり、より好ましくは0.60%以下であり、さらに好ましくは0.50%以下であり、さらにより好ましくは0.45%以下である。
Nbは、熱間圧延工程においてCあるいはNと結合してNb炭窒化物として析出する。析出したNb炭窒化物は転位の移動をピン止めし、熱間圧延によって付与された圧延ひずみが回復によって解消されることを抑制する効果を有する。これにより、熱間圧延中の回復が遅滞し、過度の回復が生じることによる圧延ひずみ密度の低下を抑制することができる。上記の効果は0.12%以上のNbを含有した場合に得られる。ただし、Nb含有量が0.80%を超えるとLaves相の生成によってかえって靭性が低下する場合があるとともに、熱間圧延における圧延荷重が著しく上昇するために、本発明が提供する熱間圧延方法を適用することが困難となる。そのため、Nb含有量は0.12〜0.80%の範囲とする。Nb含有量は、好ましくは0.15%以上であり、より好ましくは0.20%以上である。また、Nb含有量は、好ましくは0.75%以下であり、より好ましくは0.60%以下である。
Cuは水溶液中や弱酸性の水滴が付着した場合の母材および溶接部の耐食性を向上させるのに特に有効な元素である。この効果は0.01%以上の含有により得られ、その効果はCu含有量が多いほど高くなる。しかし、1.50%を超えてCuを含有すると、熱間加工性が低下して表面欠陥を誘引する場合がある。さらには焼鈍後の脱スケールが困難となる場合もある。そのため、Cuを含有する場合は、Cu含有量は0.01〜1.50%の範囲とすることが好ましい。Cu含有量は、より好ましくは0.10%以上であり、さらに好ましくは0.30%以上である。また、Cu含有量は、より好ましくは0.60%以下であり、さらに好ましくは0.45%以下である。
Moはステンレス鋼の耐食性を顕著に向上させる元素である。この効果は0.01%以上の含有によって得られ、その効果は含有量が多いほど向上する。しかし、Mo含有量が2.00%を超えると、熱間圧延時の圧延負荷が大きくなり製造性が低下したり、鋼板強度の過度な上昇が生じたりする場合がある。また、Moは高価な元素であることから、多量の含有は製造コストを増大させる。そのため、Moを含有する場合は、Mo含有量は0.01〜2.00%とすることが好ましい。Mo含有量は、より好ましくは0.10%以上である。また、Mo含有量は、より好ましくは1.40%以下である。ただし、Ti含有鋼においてMoは靭性を低下させる効果も有するため、Tiを0.15%以上含有している場合にはMo含有量は0.30〜1.40%以下にすることが好ましい。Tiを0.15%以上含有している場合、Mo含有量は0.40%以上がより好ましい。また、Tiを0.15%以上含有している場合、Mo含有量は0.90%以下がより好ましい。
WはMoと同様に耐食性を向上させる効果がある。この効果は0.01%以上のWの含有により得られる。しかし、0.20%を超えてWを含有すると強度が上昇し、圧延荷重の増大等による製造性の低下を招く場合がある。そのため、Wを含有する場合は、W含有量は0.01〜0.20%の範囲とすることが好ましい。W含有量は、より好ましくは0.05%以上である。また、W含有量は、より好ましくは0.15%以下である。
Coは靭性を向上させる元素である。この効果は0.01%以上のCoの含有によって得られる。一方、Co含有量が0.20%を超えると加工性が低下する場合がある。そのため、Coを含有する場合は、Co含有量は0.01〜0.20%の範囲とすることが好ましい。
Tiは、CおよびNとの親和力がCrよりも高い元素であり、炭化物あるいは窒化物として析出し、Cr炭窒化物の析出による鋭敏化を抑制する効果がある。この効果を得るためには、0.01%以上のTiを含有する必要がある。しかし、Ti含有量が0.30%を超えると、TiNの過剰な析出により良好な表面性状を得ることができない場合がある。そのため、Tiを含有する場合は、Ti含有量は0.01〜0.30%の範囲とすることが好ましい。Ti含有量は、より好ましくは0.03%以上であり、さらに好ましくは0.10%以上である。また、Ti含有量は、より好ましくは0.20%以下であり、さらに好ましくは0.15%以下である。
Vは、C、Nと炭窒化物を形成し、溶接時の鋭敏化を抑制して溶接部の耐食性を向上させる。この効果はV含有量が0.01%以上で得られる。一方、V含有量が0.20%を超えると加工性および靭性が顕著に低下する場合がある。そのため、V含有量は0.01〜0.20%とすることが好ましい。V含有量は、より好ましくは0.05%以上である。また、V含有量は、より好ましくは0.15%以下である。
Zrは、C、Nと結合して鋭敏化を抑制する効果がある。この効果は0.01%以上のZrの含有により得られる。一方、0.20%を超えてZrを含有すると加工性が顕著に低下する場合がある。そのため、Zrを含有する場合、Zr含有量は0.01〜0.20%の範囲とすることが好ましい。Zr含有量は、より好ましくは0.10%以下である。
REM(Rare Earth Metals:希土類金属)は耐酸化性を向上させる効果があり、溶接部の酸化皮膜(溶接テンパーカラー)形成を抑制して酸化皮膜直下におけるCr欠乏領域の形成を抑制する。この効果は、REMを0.001%以上含有することで得られる。一方、0.100%を超えてREMを含有すると冷延焼鈍時の酸洗性などの製造性を低下させる場合がある。そのため、REMを含有する場合、REM含有量は0.001〜0.100%の範囲とすることが好ましい。REM含有量は、より好ましくは0.050%以下である。
Bは深絞り成形後の耐二次加工脆性を改善するために有効な元素である。この効果はBの含有量を0.0002%以上にすることで得られる。一方、0.0025%を超えてBを含有すると加工性と靭性が低下する場合がある。そのため、Bを含有する場合、B含有量は0.0002〜0.0025%の範囲とすることが好ましい。B含有量は、より好ましくは0.0003%以上である。また、B含有量は、より好ましくは0.0006%以下である。
Mgはスラブの等軸晶率を向上させ、加工性や靭性の向上に有効な元素である。この効果は、0.0005%以上のMgを含有することで得られる。一方で、Mg含有量が0.0030%を超えると、鋼の表面性状を悪化させてしまう場合がある。したがって、Mgを含有する場合、Mg含有量は0.0005〜0.0030%の範囲とすることが好ましい。Mg含有量は、より好ましくは0.0010%以上である。また、Mg含有量は、より好ましくは0.0020%以下である。
Caは、製錬ならびに連続鋳造時に生成する介在物を微細化する効果があり、特に連続鋳造におけるノズルの閉塞を防止するのに有効な成分である。その効果は0.0005%以上のCaを含有することで得られる。しかし、0.0030%を超えてCaを含有すると、CaSの生成により耐食性が低下する場合がある。従って、Caを含有する場合、Ca含有量は0.0005〜0.0030%の範囲とすることが好ましい。Ca含有量は、より好ましくは0.0015%以下であり、さらに好ましくは0.0010%以下である。
本発明のフェライト系ステンレス熱延鋼板は、限界応力拡大係数KICが25MPa・m1/2以上であることで、厚肉のフランジへの打ち抜き加工をクランププレスで行う際の割れを抑制することができる。限界応力拡大係数KICは、好ましくは30MPa・m1/2以上であり、より好ましくは35MPa・m1/2以上であり、さらに好ましくは40MPa・m1/2以上である。なお、厚肉のフランジとは、特に限定されないが、例えば板厚5.0mm以上のフランジが挙げられる。前記フランジとしては、例えば板厚5.0〜15.0mmのフランジが好ましく、板厚5.0〜10.0mmのフランジがより好ましい。
仕上熱間圧延の最終3パスの累積圧下率:25%以上
熱間圧延後に所定の限界応力拡大係数を得るためには、仕上熱間圧延の最終3パスの圧延の温度および累積圧下率を適切に制御することによって、圧延中の過度の回復を抑制しつつ、板厚中央部へも圧延ひずみを効果的に付与する必要がある。
板幅中央部から、ASTM E399に準拠したCT試験片を、疲労予き裂が圧延直角方向、応力軸が圧延平行方向となるように採取した。該試験片について、ASTM E399に準拠して限界応力拡大係数KICを求めた。臨界応力拡大係数が25MPa・m1/2以上を合格、25MPa・m1/2未満を不合格とした。
得られた熱延鋼板から、60×100mmの試験片を採取し、評価する表面を#600エメリーペーパーにより研磨仕上げした後に端面部をシールした試験片を作製し、JIS H 8502に規定された塩水噴霧サイクル試験に供した。塩水噴霧サイクル試験は、塩水噴霧(5質量%NaCl、35℃、噴霧2hr)→乾燥(60℃、4hr、相対湿度40%)→湿潤(50℃、2hr、相対湿度≧95%)を1サイクルとして、5サイクル行った。塩水噴霧サイクル試験を5サイクル実施後の試験片の評価面を写真撮影し、画像解析により試験片の評価面の発銹面積を測定し、試験片全面積との比率から発銹率((試験片中の発銹面積/試験片全面積)×100[%])を算出した。発銹率10%以下を特に優れた耐食性で合格(◎)、10%超25%以下を合格(○)、25%超を不合格(×)とした。
Claims (5)
- 質量%で、
C:0.001〜0.020%、
Si:0.05〜1.00%、
Mn:0.05〜1.00%、
P:0.04%以下、
S:0.01%以下、
Al:0.001〜0.50%、
N:0.001〜0.020%、
Cr:11.0〜24.0%、
Ni:0.01〜2.00%、
Nb:0.12〜0.80%
を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、
限界応力拡大係数KICが25MPa・m1/2以上であるフェライト系ステンレス熱延鋼板。 - 質量%で、
C:0.001〜0.020%、
Si:0.05〜1.00%、
Mn:0.05〜1.00%、
P:0.04%以下、
S:0.01%以下、
Al:0.001〜0.50%、
N:0.001〜0.020%、
Cr:13.0〜24.0%、
Ni:0.01〜0.60%、
Nb:0.12〜0.80%
を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、
限界応力拡大係数KICが25MPa・m1/2以上であるフェライト系ステンレス熱延鋼板。 - 成分組成として、質量%で、さらに、
Cu:0.01〜1.50%、
Mo:0.01〜2.00%、
W:0.01〜0.20%、
Co:0.01〜0.20%
のうちから選ばれる1種または2種以上を含有する請求項1または2に記載のフェライト系ステンレス熱延鋼板。 - 成分組成として、質量%で、さらに、
Ti:0.01〜0.30%、
V:0.01〜0.20%、
Zr:0.01〜0.20%、
REM:0.001〜0.100%、
B:0.0002〜0.0025%、
Mg:0.0005〜0.0030%、
Ca:0.0005〜0.0030%
のうちから選ばれる1種または2種以上を含有する請求項1〜3のいずれかに記載のフェライト系ステンレス熱延鋼板。 - 請求項1〜4のいずれかに記載のフェライト系ステンレス熱延鋼板の製造方法であって、3パス以上の仕上圧延を行う熱間圧延工程で、仕上圧延の最終3パスを温度範囲800〜1100℃、且つ前記最終3パスの累積圧下率を25%以上とするフェライト系ステンレス熱延鋼板の製造方法。
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