JP6892011B2 - フェライト系ステンレス鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
「質量%で、C:0.02%以下、N:0.02%以下、Si:0.005〜1.0%、Ni:0.1〜1.0%、Mn:0.1〜3.0%、P:0.04%以下、S:0.0100%以下、Cr:10%以上〜18%未満を含有し、さらにTi:0.05〜0.30%、Nb:0.01〜0.50%の1種または2種を含有し、TiとNbの合計が、8(C+N)〜0.75%であり、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、γpが70%以上かつ、フェライト粒径が20μm以下、マルテンサイト生成量が70%以下となることを特徴とする靭性(−40℃でのシャルピー衝撃値が50J/cm2以上)に優れたステンレス鋼板。なお、γp(%)は下記(1)式を用いて評価する。
γp=420(%C)+470(%N)+23(%Ni)+9(%Cu)+7(%Mn)−11.5(%Cr)−11.5(%Si)−12(%Mo)−23(%V)−47(%Nb)−49(%Ti)−52(%Al)+189 (1)
なお、(%X)は、各成分Xの質量割合を示す。」
が開示されている。
また、「耐食性に優れる」とは、JIS H 8502に規定される塩水噴霧サイクル試験を3サイクル実施したときの発錆率が30%以下であることを意味する。
具体的には、板厚:5.2〜12.9mmの種々の厚肉のフェライト系ステンレス鋼板を製造し、製造した鋼板に10mmφの穴をクリアランス:12.5%で打ち抜き加工して、加工後における打ち抜き端面の割れと金属組織の関係を詳細に検討した。
その結果、打ち抜き加工性には、鋼板の結晶粒の粒径分布、具体的には粗大な結晶粒の比率が大きく影響していることが分かった。
すなわち、打ち抜き加工時に発生する割れは、粗大な結晶粒の粒界に沿って進展し易い。このため、粗大な結晶粒の比率が増加すると、たとえ鋼板の金属組織全体での平均結晶粒径が小さくとも、鋼板表面と平行方向に打ち抜き端面の割れが発生し易くなる。
特に、粒径:45μm以上の結晶粒の影響が大きく、かような粒径:45μm以上の結晶粒の面積率を20%以下に低減することで、優れた打ち抜き加工性が得られる。
・成分組成を適正に調整する、特には、Si、Mn、CrおよびNi含有量を適正な範囲に調整し、かつ、
・製造条件を適正に制御する、特には、スラブ加熱温度を1050℃以上1250℃以下にするとともに、スラブに熱間圧延を施すに際し、T1〜T2[℃]の温度域での累積圧下率を50%以上とし、かつ、巻取り温度を500℃以上とする、
ことが肝要である。
これにより、厚肉とした場合にも優れた打ち抜き加工性を示すフェライト系ステンレス鋼板が得られる。
なお、この理由について、発明者らは次のように考えている。
すなわち、フェライト系ステンレス鋼板を製造する際、通常、熱間圧延ではフェライト相に動的再結晶および静的再結晶はほとんど生じない。このため、熱間圧延時にフェライト相へ導入された加工ひずみは回復しやすい。よって、熱間圧延時にフェライト相へ導入された加工ひずみは、随時、回復し、熱間圧延後に粗大なフェライト展伸粒が残存する。
一方、上記したように成分組成および製造条件を制御すれば、熱間圧延において、被圧延材の金属組織にオーステナイト相が多く含まれたままの状態で、高い圧下率の圧延を行うこととなる。オーステナイト相はフェライト相とは異なり、熱間圧延時に動的再結晶および/または静的再結晶が生じるものである。
つまり、オーステナイト相の動的再結晶および/または静的再結晶が活発に生じるT1〜T2[℃]の温度域内の圧延パスにおいて高い圧下率の圧延を行うことにより、オーステナイト相自体の結晶粒が微細化する。また、当該温度域では、被圧延材の金属組織がフェライト相とオーステナイト相の2相組織となるため、オーステナイト相の結晶粒の微細化によって、熱間圧延時の結晶粒成長の障壁となるフェライト相とオーステナイト相との異相界面が増加し、熱間圧延後に得られる鋼板の金属組織全体が微細化する。
その結果、最終製品における金属組織が鋼板の全体にわたり微細化される、具体的には、打ち抜き加工性に悪影響をもたらす粒径:45μm以上の結晶粒の面積率が大幅に低減され、優れた打ち抜き加工性が得られるようになる。
ここで、T1[℃]およびT2[℃]はそれぞれ、次式(1)および(2)により定義される。
T1[℃]=144Ni+66Mn+885 ・・・(1)
T2[℃]=91Ni+40Mn+1083 ・・・(2)
なお、T1[℃]は、オーステナイト相を十分に確保するための最低温度、T2[℃]はオーステナイト相を十分に確保するための最高温度をそれぞれ意味するものである。
また、(1)式および(2)式におけるNiおよびMnはそれぞれ、Ni含有量(質量%)およびMn含有量(質量%)である。
本発明は、上記の知見に基づき、さらに検討を加えて完成されたものである。
1.質量%で、
C:0.001〜0.020%、
Si:0.05〜1.00%、
Mn:0.05〜1.50%、
P:0.04%以下、
S:0.010%以下、
Al:0.001〜0.300%、
Cr:10.0〜13.0%、
Ni:0.65〜1.50%、
Ti:0.15〜0.35%および
N:0.001〜0.020%
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、
粒径:45μm以上の結晶粒の面積率が20%以下であり、かつ、
板厚が5.0mm以上である、フェライト系ステンレス鋼板。
Cu:0.01〜1.00%、
Mo:0.01〜1.00%、
W:0.01〜0.20%および
Co:0.01〜0.20%
の1種または2種以上を含有する、前記1に記載のフェライト系ステンレス鋼板。
V:0.01〜0.20%、
Nb:0.01〜0.10%および
Zr:0.01〜0.20%
の1種または2種以上を含有する、前記1または2に記載のフェライト系ステンレス鋼板。
B:0.0002〜0.0050%、
REM:0.001〜0.100%、
Mg:0.0005〜0.0030%、
Ca:0.0003〜0.0050%、
Sn:0.001〜0.500%および
Sb:0.001〜0.500%
の1種または2種以上を含有する、前記1〜3のいずれかに記載のフェライト系ステンレス鋼板。
以下の(a)および(b)の工程、または、以下の(a)、(b)および(c)の工程;
(a)前記1〜4のいずれかに記載の成分組成を有するスラブを、1050℃以上1250℃以下の温度域に加熱する工程:
(b)該スラブに、T1〜T2[℃]の温度域での累積圧下率が50%以上であり、かつ、巻取り温度が500℃以上である、熱間圧延を施して、熱延鋼板とする工程:
(c)該熱延鋼板に、600℃以上800℃未満の温度域で熱延板焼鈍を施す工程:
を有する、
フェライト系ステンレス鋼板の製造方法。
ここで、T1およびT2はそれぞれ、次式(1)および(2)式により定義される。
T1[℃]=144Ni+66Mn+885 ・・・(1)
T2[℃]=91Ni+40Mn+1083 ・・・(2)
なお、(1)式および(2)式におけるNiおよびMnはそれぞれ、上記スラブの成分組成におけるNi含有量(質量%)およびMn含有量(質量%)である。
まず、本発明の一実施形態に係るフェライト系ステンレス鋼板の成分組成について説明する。なお、成分組成における単位はいずれも「質量%」であるが、以下、特に断らない限り、単に「%」で示す。
加工性および耐食性の観点からは、C含有量は少ない方が好ましい。特に、C含有量が0.020%を超えると、加工性および耐食性が大きく低下する。しかし、C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。
よって、C含有量は、0.001%以上0.020%以下とする。C含有量は、好ましくは0.003%以上、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、より好ましくは0.012%以下である。
Siは、製鋼工程における脱酸元素として有用な元素である。その効果は、Si含有量が0.05%以上で得られ、Si含有量が多いほど大きくなる。しかし、Si含有量が1.00%を超えると、熱間圧延時にオーステナイト相を十分に存在させることが困難となる。その結果、最終製品における金属組織が十分に微細化されず、所望とする打ち抜き加工性が得られない。
よって、Si含有量は、0.05%以上1.00%以下とする。Si含有量は、好ましくは0.10%以上、より好ましくは0.20%以上である。また、Si含有量は、好ましくは0.60%以下、より好ましくは0.50%以下である。さらに好ましくは0.40%以下である。
Mnは、熱間圧延時におけるオーステナイト相の存在量を増加させて、打ち抜き加工性を向上させる効果がある。その効果は、Mn含有量が0.05%以上で得られる。しかし、Mn含有量が1.50%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。
よって、Mn含有量は0.05%以上1.50%以下とする。Mn含有量は、好ましくは0.20%以上、より好ましくは0.30%以上である。また、Mn含有量は、好ましくは1.20%以下、より好ましくは1.00%以下である。
Pは、鋼に不可避的に含まれる元素であり、耐食性および加工性に有害な元素である。このため、Pは、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大幅に低下する。
よって、P含有量は0.04%以下とする。P含有量は、好ましくは0.03%以下である。
なお、P含有量の下限については特に限定されるものではないが、過度の脱Pはコストの増加を招く。よって、P含有量の下限は0.005%とすることが好ましい。
Sも、Pと同様に、鋼に不可避的に含まれる元素であり、耐食性および加工性に有害な元素である。このため、Sは、可能な限り低減するのが好ましい。特に、S含有量が0.010%を超えると、耐食性が大幅に低下する。
よって、S含有量は0.010%以下とする。S含有量は、好ましくは0.008%以下、より好ましくは0.003%以下である。
なお、S含有量の下限については特に限定されるものではないが、過度の脱Sはコストの増加を招く。よって、S含有量の下限は0.0005%とすることが好ましい。
Alは、脱酸剤として有用な元素である。この効果は、Al含有量が0.001%以上で得られる。しかし、Al含有量が0.300%を超えると、熱間圧延時にオーステナイト相を十分に存在させることが困難となる。その結果、最終製品における金属組織が十分に微細化されず、所望とする打ち抜き加工性が得られない。
よって、Al含有量は0.001%以上0.300%以下とする。Al含有量は、好ましくは0.005%以上、より好ましくは0.010%以上である。また、Al含有量は、好ましくは0.100%以下、より好ましくは0.050%以下である。
Crは、耐食性を確保するための重要な元素である。Cr含有量が10.0%未満では、自動車の排気系部品のフランジに必要とされる耐食性が得られない。一方、Cr含有量が13.0%を超えると、熱間圧延時にオーステナイト相を十分に存在させることが困難となる。その結果、最終製品における金属組織が十分に微細化されず、所望とする打ち抜き加工性が得られない。
よって、Cr含有量は10.0%以上13.0%以下とする。Cr含有量は、好ましくは10.5%以上である。さらに好ましくは11.0%以上である。また、Cr含有量は、好ましくは12.5%以下、より好ましくは12.0%以下である。
Niは、オーステナイト生成元素であり、熱間圧延時におけるオーステナイト相の生成量を増加させて、最終製品における金属組織を微細にし、打ち抜き加工性を向上させる効果がある。この効果は、Ni含有量を0.65%以上にすることで得られる。しかし、Ni含有量が1.50%を超えると、フェライト結晶粒の微細化による打ち抜き加工性の改善効果が飽和する。また、固溶強化により鋼板が過度に硬質化して、加工性が低下する。さらに、応力腐食割れが発生しやすくなる懸念もある。
よって、Ni含有量は0.65%以上1.50%以下とする。Ni含有量は、好ましくは0.70%以上、より好ましくは0.75%以上である。また、Ni含有量は、好ましくは1.20%以下、より好ましくは1.00%以下である。
Tiは、CおよびNと優先的に結合して、Cr炭窒化物の析出による鋭敏化に起因した耐食性の低下を抑制する効果がある。この効果は、Ti含有量が0.15%以上で得られる。一方、Ti含有量が0.35%を超えると、粗大なTiNの生成に起因した靭性の低下が生じ、所望とする打ち抜き加工性が得られない。
よって、Ti含有量は0.15%以上0.35%以下とする。Ti含有量は、好ましくは0.20%以上である。また、Ti含有量は、好ましくは0.30%以下である。
加工性および耐食性の観点からは、N含有量は少ない方が好ましい。特に、N含有量が0.020%超えると、加工性および耐食性が大きく低下する。しかし、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。
よって、N含有量は0.001%以上0.020%以下とする。N含有量は、好ましくは0.003%以上、より好ましくは0.004%以上である。また、N含有量は、好ましくは0.015%以下、より好ましくは0.012%以下である。
Cu:0.01〜1.00%、Mo:0.01〜1.00%、W:0.01〜0.20%およびCo:0.01〜0.20%の1種または2種以上、
V:0.01〜0.20%、Nb:0.01〜0.10%およびZr:0.01〜0.20%の1種または2種以上、ならびに、
B:0.0002〜0.0050%、REM:0.001〜0.100%、Mg:0.0005〜0.0030%、Ca:0.0003〜0.0050%、Sn:0.001〜0.500%およびSb:0.001〜0.500%の1種または2種以上
を適宜含有させることができる。
Cuは、水溶液中での耐食性や、弱酸性の水滴が付着した場合の耐食性を向上させるのに有効な元素である。また、Cuは、熱間圧延時におけるオーステナイト相の存在量を増加させる効果がある。これらの効果は、Cu含有量が0.01%以上で得られ、Cu含有量が多いほど大きくなる。しかし、Cu含有量が1.00%を超えると、熱間加工性が低下して表面欠陥が発生する場合がある。また、焼鈍後の脱スケールが困難となる場合もある。
よって、Cuを含有する場合、Cu含有量は0.01%以上1.00%以下とする。Cu含有量は、好ましくは0.10%以上である。また、Cu含有量は、好ましくは0.50%以下である。
Moは、ステンレス鋼の耐食性を向上させる元素である。この効果は、Mo含有量が0.01%以上で得られ、Mo含有量が多いほど大きくなる。一方、Mo含有量が1.00%を超えると、熱間圧延時におけるオーステナイト相の存在量が減少して、十分な打ち抜き加工性が得られなくなる場合がある。
よって、Moを含有する場合、Mo含有量は0.01%以上1.00%以下とする。Mo含有量は、好ましくは0.10%以上、より好ましくは0.30%以上である。また、Mo含有量は、好ましくは0.80%以下、より好ましくは0.50%以下である。
Wは、高温での強度を向上させる効果がある。この効果は、W含有量が0.01%以上で得られる。一方、W含有量が0.20%を超えると、高温での強度が過度に上昇し、圧延荷重の増大等による熱間圧延性の低下を招く場合がある。
よって、Wを含有する場合、W含有量は0.01%以上0.20%以下とする。W含有量は、好ましくは0.05%以上である。また、W含有量は、好ましくは0.15%以下である。
Coは、高温での強度を向上させる効果がある。この効果は、Co含有量が0.01%以上で得られる。一方、Co含有量が0.20%を超えると、高温での強度が過度に上昇し、圧延荷重の増大等による熱間圧延性の低下を招く場合がある。
よって、Coを含有する場合、Co含有量は0.01%以上0.20%以下とする。
Vは、Cおよび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、加工性が大幅に低下する場合がある。
よって、Vを含有する場合、V含有量は0.01%以上0.20%以下とする。V含有量は、好ましくは0.02%以上である。また、V含有量は、好ましくは0.10%以下である。
Nbは、結晶粒を微細化させる効果がある。この効果は、Nb含有量が0.01%以上で得られる。一方、Nbは、再結晶温度を上昇させる元素である。そのため、Nb含有量が0.10%を超えると、熱延板焼鈍において十分な再結晶を生じさせるために必要な焼鈍温度が過度に高くなる。その結果、最終製品において所望とする微細な金属組織を得ることができなくなる場合がある。
よって、Nbを含有する場合、Nb含有量は0.01%以上0.10%以下とする。Nb含有量は、好ましくは0.05%以下である。
Zrは、CおよびNと結合して鋭敏化を抑制する効果がある。この効果は、Zr含有量が0.01%以上で得られる。一方、Zr含有量が0.20%を超えると、加工性が大幅に低下する場合がある。
よって、Zrを含有する場合、Zr含有量は0.01%以上0.20%以下とする。Zr含有量は、好ましくは0.10%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含有量が0.0002%以上で得られる。一方、B含有量が0.0050%を超えると、加工性が低下する場合がある。
よって、Bを含有する場合、B含有量は0.0002%以上0.0050%以下とする。B含有量は、好ましくは0.0030%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含有量が0.001%以上で得られる。一方、REM含有量が、0.100%を超えると、熱間圧延性が低下する場合がある。
よって、REMを含有する場合、REM含有量は0.001%以上0.100%以下とする。REM含有量は、好ましくは0.050%以下である。
Tiを含有するステンレス鋼では、粗大なTi炭窒化物が生成して靭性が低下する場合がある。Mgは、粗大なTi炭窒化物の生成を抑制する効果を有する。この効果は、Mg含有量が0.0005%以上で得られる。一方、Mg含有量が0.0030%を超えると、鋼の表面性状を悪化させる場合がある。
よって、Mgを含有する場合、Mg含有量は0.0005%以上0.0030%以下とする。Mg含有量は、好ましくは0.0010%以上である。また、Mg含有量は、好ましくは0.0020%以下である。
Caは、連続鋳造の際に発生しやすいTi系介在物の晶出によるノズルの閉塞を防止するのに有効な元素である。その効果は、Ca含有量が0.0003%以上で得られる。一方、Ca含有量が0.0050%を超えると、CaSの生成により耐食性が低下する場合がある。
よって、Caを含有する場合、Ca含有量は0.0003%以上0.0050%以下とする。Ca含有量は、好ましくは0.0004%以上、より好ましくは0.0005%以上である。また、Ca含有量は、好ましくは0.0040%以下、より好ましくは0.0030%以下である。
Snは、高温での強度と耐食性を向上させる効果がある。これらの効果は、Sn含有量が0.001%以上で得られる。一方、Sn含有量が0.500%を超えると、熱間加工性が低下する場合がある。
よって、Snを含有する場合、Sn含有量は0.001%以上0.500%以下とする。
Sbは、粒界に偏析し、高温での強度を上昇させる効果がある。その効果は、Sb含有量が0.001%以上で得られる。一方、Sb含有量が0.500%を超えると、溶接部割れが生じる場合がある。
よって、Sbを含有する場合、Sb含有量は0.001%以上0.500%以下とする。
本発明の一実施形態に係るフェライト系ステンレス鋼板の金属組織は、体積率で97%以上のフェライト相を有する。フェライト相は体積率で100%、すなわち、フェライト単相であってもよい。
なお、フェライト相以外の残部組織の体積率は3%以下であり、このような残部組織としては、例えば、マルテンサイト相が挙げられる。なお、析出物および介在物は、金属組織の体積率には含めない(金属組織の体積率としてはカウントしない)こととする。
また、残部組織の体積率は、100%からフェライト相の体積率を減ずることにより、求める。
上述したように、打ち抜き加工時に発生する割れは、粗大な結晶粒に沿って進展し易い。このため、粗大な結晶粒の比率が増加すると、たとえ鋼板全体に含まれる結晶粒の平均粒径が小さくとも、打ち抜き端面の割れが発生しやすくなる。
特に、粒径:45μm以上の粗大なフェライト結晶粒の面積率が20%を超えると、打ち抜き加工性が大幅に低下する。
よって、粒径:45μm以上の結晶粒の面積率は20%以下とする。好ましくは15%以下である。なお、下限については特に限定されず、0%であってもよい。
なお、粒径:45μm以上の結晶粒を対象としたのは、粒径:45μm以上の結晶粒による打ち抜き加工性への影響が特に大きいからである。また、粒径:45μm以上の結晶粒はいずれも、フェライト結晶粒である。
すなわち、鋼板の圧延方向に平行な断面(L断面)の板厚1/4位置における(板厚1/4位置を板厚方向の中心とする)圧延方向:400μm×板厚方向:800μmの領域について、EBSD(Electron Back Scattering Diffraction)法による結晶方位学的解析を行う。そして、結晶方位差:15°以上の境界を結晶粒界と定義して各結晶粒の面積をそれぞれ算出し、該面積から各結晶粒の円相当直径をそれぞれ算出する(結晶粒の面積は、[結晶粒の面積]=π×([結晶粒の円相当直径]/2)2、により表せる。)。
かくして得られた円相当直径を各結晶粒の粒径として、粒径:45μm以上の結晶粒を特定し、以下の式によって、粒径:45μm以上の結晶粒の面積率を求める。
[粒径が45μm以上の結晶粒の面積率(%)]=([粒径が45μm以上の結晶粒の総面積]÷[測定領域の面積])×100
フェライト系ステンレス鋼板の板厚は、5.0mm以上とする。好ましくは7.0mm以上である。
ただし、板厚が過度に大きくなると、熱間圧延時に板厚中央部へ付与される圧延加工ひずみ量が減少する。そのため、所定の条件で熱間圧延を行ったとしても、板厚中央部に粗大粒が残存し、最終製品において所望の金属組織が得られない場合がある。よって、フェライト系ステンレス鋼板の板厚は、15.0mm以下とすることが好ましい。より好ましくは13.0mm以下である。
まず、上記の成分組成からなる溶鋼を、転炉、電気炉および真空溶解炉等による公知の方法で溶製し、連続鋳造法または造塊−分塊法により鋼素材(以下、スラブともいう)とする。
ついで、得られたスラブを、1050〜1250℃に加熱し、熱間圧延に供する。
ここで、スラブ加熱温度が1050℃未満では、スラブの金属組織中に十分にオーステイト相が生成せず、その後の熱間圧延でのT1〜T2[℃]の温度域内の圧延パス時に、オーステナイト相を十分に存在させることができなくなる。そのため、所定の条件に従う熱間圧延を行ったとしても、最終製品において所望とする金属組織が得られない。
一方、スラブ加熱温度が1250℃を超えると、スラブの金属組織がδ−フェライト相を主体とした組織となり、その後の熱間圧延でのT1〜T2[℃]の温度域内の圧延パス時に、オーステナイト相を十分に生成させることができなくなる。そのため、所定の条件に従う熱間圧延を行ったとしても、最終製品において所望とする金属組織が得られない。
よって、スラブ加熱温度は1050℃以上1250℃以下とする。
なお、加熱時間は、1〜24時間とすることが好ましい。また、スラブに熱間圧延を施すに際し、鋳造後のスラブが1050℃以上1250℃の温度域にある場合には、スラブをそのまま直接圧延に供してもよい。
熱間圧延では、被圧延材の金属組織にオーステナイト相が多く含まれたままの状態で、高い圧下率の圧延を行い、オーステナイト相に動的再結晶および/または静的再結晶を生じさせることが重要である。そのため、T1〜T2[℃]の温度域での累積圧下率を50%以上とする。
すなわち、被圧延材の金属組織にオーステナイト相が多く含まれたままの状態で高い圧下率の圧延を行うことにより、動的再結晶および/または静的再結晶が生じる。その結果、最終製品における金属組織が微細化され、優れた打ち抜き加工性が得られるようになる。
ここで、T1[℃]未満では、オーステナイト相が十分には存在しない。
このため、T1[℃]未満での圧延は、最終製品における金属組織の微細化への寄与が小さい。一方、T2[℃]を超える温度域で圧延を行った場合も、やはりオーステナイト相は十分には存在しない。
よって、当該温度域での圧延も、最終製品における金属組織の微細化への寄与が小さい。そのため、T1〜T2[℃]の温度域での累積圧下率を高めることが極めて重要である。
また、T1〜T2[℃]の温度域での累積圧下率が50%未満になると、オーステナイト相の動的再結晶および/または静的再結晶による微細化効果が小さくなり、やはり最終製品における金属組織を十分に微細化させることができなくなる。
よって、T1〜T2[℃]の温度域での累積圧下率は、50%以上とする。好ましくは60%以上、より好ましくは65%以上である。上限については特に限定されるものではないが、当該温度域における累積圧下率を過度に大きくすると、圧延負荷が上昇して製造性が低下する。また、圧延後に表面肌荒れが発生するおそれもある。よって、T1〜T2の温度域での累積圧下率は、75%以下とすることが好ましい。
[T1〜T2の温度域での累積圧下率(%)]=[圧延開始温度がT1〜T2の範囲内となる圧延パスでの合計の板厚減少量(mm)]/[圧延開始温度がT1〜T2の範囲内となる最初の圧延パス開始時の板厚(mm)]×100
また、T1およびT2はそれぞれ、次式(1)および(2)式により定義される。
T1[℃]=144Ni+66Mn+885 ・・・(1)
T2[℃]=91Ni+40Mn+1083 ・・・(2)
なお、(1)式および(2)式におけるNiおよびMnはそれぞれ、上記スラブの成分組成におけるNi含有量(質量%)およびMn含有量(質量%)である。
巻取り温度が500℃未満になると、オーステナイト相がマルテンサイト相へと変態して、最終製品の金属組織がフェライト相とマルテンサイトの二相組織となる。その結果、打ち抜き加工性が劣化する。そのため、巻取り温度は500℃以上とする。なお、巻取り温度の上限については特に限定されるものではないが、800℃以下とすることが好ましい。
また、熱間圧延の総圧下率は、通常、90%超である。
さらに、熱間圧延の圧延終了温度(最終パスの圧延終了温度)は、特に限定されるものではないが、過度に低温化すると表面疵の生成を招く場合があるため、750℃以上が好ましい。
熱間圧延時に残存した圧延加工組織を十分に再結晶させる観点から、熱延板焼鈍温度は600℃以上とする。ただし、熱延板焼鈍温度が800℃以上になると、再結晶粒が粗大化し、最終製品において所望の金属組織が得られなくなる。
よって、熱延板焼鈍温度は600℃以上800℃未満の範囲とする。好ましくは、600℃以上750℃以下の範囲である。
なお、熱延板焼鈍における焼鈍時間は、特に限定されるものではないが、1分〜20時間とすることが好ましい。
なお、これらの条件については特に限定されず、常法に従えばよい。
表1に示す成分組成(残部はFeおよび不可避的不純物)になる鋼を用いて、真空溶解炉で100kgの鋼塊を製造し、この鋼塊から厚さ:200mmのスラブを切削加工により作製した。ついで、該スラブを表2に示す条件で1時間加熱し、ついで、11パスからなる熱間圧延を表2の条件で行い、熱延鋼板を得た。
なお、4パス目以降は、いずれの場合にもT1[℃]より低い温度となったため、4パス目以降の圧延開始温度および当該パスでの終了板厚については記載を省略している。また、板厚は、鋼板の中心位置(鋼板の圧延方向の中心でかつ、幅方向の中心となる位置)において、マイクロゲージで測定した。さらに、巻取りについては、表2に記載の巻取り温度で1時間保持後、炉冷することにより、模擬した。なお、巻取り温度での保持前に、炉内へ挿入できる大きさになるように熱間せん断を行った。
さらに、一部の熱延鋼板については、表2に示す条件で、さらに熱延板焼鈍を施した。なお、熱延板焼鈍における保持時間(焼鈍時間)はいずれも、8時間とし、保持後は炉冷を行った。
得られた鋼板の板幅中央部から、(当該鋼板の板幅中心位置が試験片の幅方向の中心位置となるように、)50mm×50mmの試験片を採取し、当該試験片に、クリアランス:12.5%で10mmφの穴の打ち抜き加工を行った。
具体的には、試験片中央部に10mmφ(公差±0.1mm)の孔が形成されるように、直径10mmの肉抜き用円柱刃を有する上金型(ポンチ)と直径10mm以上の孔を有する下金型(ダイス)を設置したクランクプレス機によって、試験片に打ち抜き加工を行った。このような試験片を、鋼板ごとに5枚作製した。ここで、打ち抜き加工は、上金型と下金型のクリアランスが12.5%となるように、下金型側の孔の直径を試験片板厚に合せて選定することにより行った。なお、クリアランス:C[%]は、下金型(ダイス)の孔の直径(内径):Dd[mm]、上金型(ポンチ)の直径:Dp[mm]および試験片の板厚t:[mm]を用いて、次式(3)の関係で表される。
C=(Dd−Dp)÷(2×t)×100・・・(3)
ついで、打ち抜いた穴の中心を通るように、圧延方向に対して45°方向および135°方向に試験片を切断して、試験片を4分割した。
そして、4分割した試験片の打ち抜き端面を全周にわたり光学顕微鏡(倍率:200倍)で観察し、5枚すべての試験片の打ち抜き端面において表面長さ:1.0mm以上の割れが確認されない場合を合格(○)、1枚でも打ち抜き端面において表面長さ:1.0mm以上の割れが確認された場合を不合格(×)と評価した。
得られた鋼板から、60×80mmの試験片を採取し、表面を#600エメリーペーパーにより研磨仕上げした後、端面部および裏面をシールし、当該試験片を、JIS H 8502に規定された塩水噴霧サイクル試験に供した。
ここで、塩水噴霧サイクル試験は、塩水噴霧(5質量%NaCl水溶液、35℃、噴霧2時間)→乾燥(60℃、4時間、相対湿度40%)→湿潤(50℃、2時間、相対湿度≧95%)を1サイクルとして、3サイクル行った。
塩水噴霧サイクル試験を3サイクル実施後、試験片の表面を撮影し、画像解析により試験片の表面の発錆面積を測定した。
そして、測定対象領域の面積に対する当該測定された発錆面積の比率(=([測定された発錆面積]/[測定対象領域の面積])×100[%])を算出して、これを発錆率とし、以下の基準で耐食性を評価した。
◎(合格、特に優れる):発錆率が10%以下
○(合格、優れる):発錆率が10%超30%以下
×(不合格):発錆率が30%超
なお、測定対象領域とは、試験片表面の外周15mmの部分を除いた領域である。また、発錆面積は、発錆部分および流れ錆部分の合計の面積とした。
No.26では、Ni含有量が適正範囲を下回る鋼B2を用いたため、粒径:45μm以上の結晶粒の面積率が20%を超え、所望の打ち抜き加工性が得られなかった。
No.27では、Cr含有量が適正範囲を上回る鋼B3を用いたため、粒径:45μm以上の結晶粒の面積率が20%を超え、所望の打ち抜き加工性が得られなかった。
No.28では、T1〜T2[℃]の温度域での累積圧下率が適正範囲を下回るため、粒径:45μm以上の結晶粒の面積率が20%を超え、所望の打ち抜き加工性が得られなかった。
NO.29では、熱延板焼鈍温度が適正範囲を上回ったため、粒径:45μm以上の結晶粒の面積率が20%を超え、所望の打ち抜き加工性が得られなかった。
No.30では、熱間圧延の巻取り温度が適正範囲を下回ったため、マルテンサイト相が多量に生成し、所望の打ち抜き加工性が得られなかった。
No.31では、Si含有量が適正範囲を上回る鋼B4を用いたため、粒径:45μm以上の結晶粒の面積率が20%を超え、所望の打ち抜き加工性が得られなかった。
No.32では、Mn含有量が適正範囲を上回る鋼B5を用いたため、腐食の起点となるMnSが過剰に析出した結果、所定の耐食性が得られなかった。
Claims (8)
- 質量%で、
C:0.001〜0.020%、
Si:0.05〜1.00%、
Mn:0.05〜0.76%、
P:0.04%以下、
S:0.010%以下、
Al:0.001〜0.300%、
Cr:10.0〜13.0%、
Ni:0.65〜1.50%、
Ti:0.15〜0.35%および
N:0.001〜0.020%
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、
粒径:45μm以上の結晶粒の面積率が20%以下であり、
フェライト相の体積率が97%以上であり、該フェライト相以外の残部組織の体積率が3%以下であり、かつ、
板厚が5.0mm以上である、フェライト系ステンレス鋼板。 - 前記成分組成が、さらに、質量%で、
Cu:0.01〜1.00%、
Mo:0.01〜1.00%、
W:0.01〜0.20%および
Co:0.01〜0.20%
の1種または2種以上を含有する、請求項1に記載のフェライト系ステンレス鋼板。 - 前記成分組成が、さらに、質量%で、
V:0.01〜0.20%、
Nb:0.01〜0.10%および
Zr:0.01〜0.20%
の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鋼板。 - 前記成分組成が、さらに、質量%で、
B:0.0002〜0.0050%、
REM:0.001〜0.100%、
Mg:0.0005〜0.0030%、
Ca:0.0003〜0.0050%、
Sn:0.001〜0.500%および
Sb:0.001〜0.500%
の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鋼板。 - 粒径:45μm以上の結晶粒の面積率が20%以下であり、
フェライト相の体積率が97%以上であり、該フェライト相以外の残部組織の体積率が3%以下であり、かつ、
板厚が5.0mm以上である、フェライト系ステンレス鋼板を製造するための方法であって、
以下の(a)および(b)の工程、または、以下の(a)、(b)および(c)の工程;
(a)質量%で、
C:0.001〜0.020%、
Si:0.05〜1.00%、
Mn:0.05〜1.50%、
P:0.04%以下、
S:0.010%以下、
Al:0.001〜0.300%、
Cr:10.0〜13.0%、
Ni:0.65〜1.50%、
Ti:0.15〜0.35%および
N:0.001〜0.020%
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するスラブを、1050℃以上1250℃以下の温度域に加熱する工程:
(b)該スラブに、T1〜T2[℃]の温度域での累積圧下率が50%以上であり、かつ、巻取り温度が500℃以上である、熱間圧延を施して、熱延鋼板とする工程:
(c)該熱延鋼板に、600℃以上800℃未満の温度域で熱延板焼鈍を施す工程:
を有する、
フェライト系ステンレス鋼板の製造方法。
ここで、T1およびT2はそれぞれ、次式(1)および(2)式により定義される。
T1[℃]=144Ni+66Mn+885 ・・・(1)
T2[℃]=91Ni+40Mn+1083 ・・・(2)
なお、(1)式および(2)式におけるNiおよびMnはそれぞれ、上記スラブの成分組成におけるNi含有量(質量%)およびMn含有量(質量%)である。 - 前記スラブの成分組成が、さらに、質量%で、
Cu:0.01〜1.00%、
Mo:0.01〜1.00%、
W:0.01〜0.20%および
Co:0.01〜0.20%
の1種または2種以上を含有する、請求項5に記載のフェライト系ステンレス鋼板の製造方法。 - 前記スラブの成分組成が、さらに、質量%で、
V:0.01〜0.20%、
Nb:0.01〜0.10%および
Zr:0.01〜0.20%
の1種または2種以上を含有する、請求項5または6に記載のフェライト系ステンレス鋼板の製造方法。 - 前記スラブの成分組成が、さらに、質量%で、
B:0.0002〜0.0050%、
REM:0.001〜0.100%、
Mg:0.0005〜0.0030%、
Ca:0.0003〜0.0050%、
Sn:0.001〜0.500%および
Sb:0.001〜0.500%
の1種または2種以上を含有する、請求項5〜7のいずれかに記載のフェライト系ステンレス鋼板の製造方法。
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