JP7483049B2 - 二相ステンレス鋼板および二相ステンレス熱延板、ならびに二相ステンレス鋼板の製造方法 - Google Patents
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Description
[1]本発明の一態様に係る二相ステンレス鋼板は、オーステナイト相とフェライト相を含有する二相ステンレス鋼板であって、質量%で、C:0.080%以下、Si:1.00%以下、Mn:4.00%以下、P:0.040%以下、S:0.0300%以下、Ni:1.50~8.00%、Cr:18.00~28.00%、Mo:5.00%以下、Cu:0.05~1.50%、および、N:0.080~0.320%、を含有し、残部がFeおよび不純物からなり、圧延面における圧延方向に垂直な方向であって板厚方向に平行な方向である圧延垂直方向の断面の板厚中心部において、前記圧延垂直方向に<111>方向が配向したフェライト相の集合組織の面積率S<111>に対する、前記圧延垂直方向に<001>方向が配向したフェライト相の集合組織の面積率S<001>の比である面積比S<001>/S<111>が、0.90~1.10である。
[2]上記[1]に記載の二相ステンレス鋼板は、圧延方向の表面うねり高さが0.3μm以下であってもよい。
[3]上記[1]または[2]に記載の二相ステンレス鋼板は、質量%で、C:0.030%以下、Si:0.75%以下、Mn:2.00~4.00%、P:0.040%以下、S:0.0200%以下、Ni:1.50~2.50%、
Cr:18.00~21.50%、Mo:0.60%以下、Cu:0.50~1.50%、および、N:0.150~0.200%、を含有し、残部がFeおよび不純物からなっていてもよい。
[4]上記[1]~[3]のいずれかに記載の二相ステンレス鋼板は、Feの一部に変えて、質量%で、Al:0.003~0.050%、O:0.0070%以下、Nb:0.005~0.20%、Ti:0.005~0.20%、Co:0.005~0.25%、V:0.005~0.15%、Sn:0.005~0.20%、Sb:0.005~0.20%、Ga:0.001~0.050%、Zr:0.005~0.50%、Ta:0.005~0.100%、および、B:0.0002~0.0050%、からなる群から選択される1種以上を含有していてもよい。
[6]上記[5]に記載の二相ステンレス熱延板は、Feの一部に変えて、質量%で、Al:0.003~0.050%、O:0.0070%以下、Nb:0.005~0.20%、Ti:0.005~0.20%、Co:0.005~0.25%、V:0.005~0.15%、Sn:0.005~0.20%、Sb:0.005~0.20%、Ga:0.001~0.050%、Zr:0.005~0.50%、Ta:0.005~0.100%、および、B:0.0002~0.0050%、からなる群から選択される1種以上を含有していてもよい。
[8]上記[7]に記載の二相ステンレス鋼板の製造方法では、前記ステンレス素材が、Feの一部に変えて、質量%で、Al:0.003~0.050%、O:0.0070%以下、Nb:0.005~0.20%、Ti:0.005~0.20%、Co:0.005~0.25%、V:0.005~0.15%、Sn:0.005~0.20%、Sb:0.005~0.20%、Ga:0.001~0.050%、Zr:0.005~0.50%、Ta:0.005~0.100%、および、B:0.0002~0.0050%、からなる群から選択される1種以上を含有していていもよい。
本実施形態に係る二相ステンレス鋼板は、オーステナイト相とフェライト相を含有する二相ステンレス鋼板であって、質量%で、C:0.080%以下、Si:1.00%以下、Mn:4.00%以下、P:0.040%以下、S:0.0300%以下、Ni:1.50~8.00%、Cr:18.00~28.00%、Mo:5.00%以下、Cu:0.05~1.50%、および、N:0.080~0.320%、を含有し、残部がFeおよび不純物からなり、圧延面における圧延方向に垂直な方向であって板厚方向に平行な方向である圧延垂直方向(TD)の断面の板厚中心部において、圧延垂直方向に<111>方向が配向したフェライト相の集合組織の面積率S<111>に対する、圧延垂直方向に<001>方向が配向したフェライト相の集合組織の面積率S<001>の比である面積比S<001>/S<111>が、0.90~1.10である。以下に、本実施形態に係る二相ステンレス鋼板について詳細に説明する。
まず、本実施形態に係る二相ステンレス鋼板の化学成分について説明する。なお、成分を示す%は質量%を意味する。
C含有量が0.080%を超えると、Cr炭化物析出により耐食性が低下する。したがってC含有量は少ない方が望ましく、0.080%以下までは許容できる。そのため、C含有量は、0.080%以下とする。耐食性改善の観点から、C含有量は、好ましくは0.030%以下であり、より好ましくは、0.025%以下である。C含有量の下限は特に限定しないが、コストの観点から、C含有量は0.001%以上であることが好ましく、より好ましくは0.007%以上である。
Siは、脱酸剤、脱硫剤として作用する。Si含有量が1.00%を超えると靭性が低下するので、Si含有量は1.00%以下とする。Si含有量は、好ましくは、0.65%以下である。Siが脱酸剤、脱硫剤として十分に作用するには、Si含有量は0.05%以上であることが好ましい。Si含有量は、より好ましくは0.30%以上である。
Mnは、比較的安価な元素でありながら、ステンレス鋼板中のオーステナイト相の量を増加させ、さらに窒素の固溶度を上げることで、Cr窒化物の析出を抑制する効果がある。一方で、過剰に含有すると耐食性劣化の原因となる。そのため、Mn含有量は、4.00%以下とする。Mn含有量は、好ましくは、2.50%以下である。Mn含有量は、好ましくは、0.74%以上であり、より好ましくは、0.85%以上であり、より一層好ましくは、2.00%以上である。
Pは、ステンレス鋼板中に不可避的に含有される元素であるが、熱間加工性を劣化させるため、P含有量は0.040%以下とする。P含有量は、好ましくは、0.035%以下である。P含有量の下限は特に限定しないが、コストの観点から、P含有量は0.005%以上とすることが好ましい。
SはPと同様にステンレス鋼板中に不可避的に含有される元素であるが、熱間加工性、靭性、耐食性を劣化させる。そのため、S含有量は0.0300%以下とする。S含有量は、好ましくは0.0200%以下である。S含有量の下限は特に限定しないが、コストの観点から、S含有量は0.0001%以上とすることが好ましい。S含有量は、より好ましくは0.0005%以上である。
Niは、本発明においてはステンレス鋼板の意匠性を向上させる元素である。Ni含有量が過少の場合、熱延板におけるオーステナイト相中の固溶Niが低減し軟質化するため、後述の熱延板におけるオーステナイト相のビッカース硬さとフェライト相のビッカース硬さとの差分が50HV以上を満足しない。従って、Ni含有量が過少の場合、本発明においては、冷間加工後の鋼板において、後述の「圧延面における圧延方向に垂直な方向であって板厚方向に平行な方向である圧延垂直方向の断面の板厚中心部における、前記圧延垂直方向に<111>方向が配向したフェライト相の集合組織の面積率S<111>に対する、前記圧延垂直方向に<001>方向が配向したフェライト相の集合組織の面積率S<001>の比である面積比S<001>/S<111>が、0.90~1.10」を充足しない。すなわち、Ni含有量が過少の場合、圧延方向の表面うねり高さが0.3μm以下とならないため、表面うねり高さが小さく制御された意匠性向上の効果が得られない。このため、Ni含有量は、1.50%以上である。Ni含有量は、好ましくは、2.00%以上である。一方で、Ni含有量が過剰であると、コストが大きくなるだけでなく、オーステナイト相が過多となり熱間加工性が低下する。このため、Ni含有量は、8.00%以下である。Ni含有量は、好ましくは、6.90%以下であり、より好ましくは、6.80%以下であり、より一層好ましくは、2.50%以下である。
Crはステンレス鋼板の耐食性を向上させる元素である。耐食性の観点から、Cr含有量は18.00%以上である。Cr含有量は、好ましくは、20.50%以上であり、さらに好ましくは21.00%以上である。一方、Crはフェライト相を増加させる元素でもあり、ステンレス鋼板がCrを過剰に含有するとフェライト相が過多となり、靭性が劣化する。このためCr含有量は28.00%以下とする。Cr含有量は、好ましくは、24.50%以下であり、より好ましくは、21.50%以下である。
MoはCrを超える高い耐食性向上効果を有するが、非常に高価な元素であり、Mo含有量が過剰であると、製造コストが増大する。また、Mo含有量が過剰であるとステンレス鋼板の硬質化を招き加工性が劣化する。このため、Mo含有量は5.00%以下とする。Mo含有量は、好ましくは、3.00%以下であり、より好ましくは、2.95%以下であり、より一層好ましくは、0.60%以下である。Moが有する耐食性向上効果は、Mo含有量が0.01%未満では、その添加効果に乏しいため、Mo含有量は、例えば、0.01%以上とする。Mo含有量は、好ましくは、0.05%以上が好ましく、より好ましくは0.20%以上である。
Cuは、Niと同様に低pH環境でのステンレス鋼板の溶解を抑制する元素である。ただし、ステンレス鋼板がCuを過剰に含有する場合、熱間加工性が著しく損なわれるため、Cu含有量は1.50%以下とする。Cu含有量は、好ましくは、1.40%以下である。一方、上記効果は、Cu含有量が0.05%未満では得られない。したがって、Cu含有量は、0.05%以上とする。Cu含有量は、好ましくは、0.60%以上であり、より好ましくは0.70%以上である。
Nは耐食性を著しく高め、オーステナイト相量を高める元素である。この効果を得るためには、N含有量は、0.080%以上である。N含有量は、好ましくは、0.150%以上であり、より好ましくは、0.155%以上である。一方、N含有量が0.320%を超えると鋼中に窒化物を形成して耐食性や靭性を低下させるため、N含有量は0.320%以下とする。N含有量は、好ましくは、0.200%以下である。
Alは強力な脱酸作用を持つ元素である。Alによる脱酸作用には、Al含有量は、0.003%以上であることが好ましい。Al含有量は、より好ましくは、0.005%以上である。一方、AlはNとともに窒化物を形成しやすく、窒化物が形成されると靭性が大きく低下する。そのため、Al含有量は0.050%以下であることが好ましい。Al含有量は、より好ましくは、0.040%以下である。
Oは、鋼中に過剰に存在すると酸化物を生成し、靭性を低下させる。このため、O含有量は、0.0070%以下であることが好ましい。O含有量は、より好ましくは、0.0050%以下である。O含有量の下限は特に限定しないが、コストの観点から、O含有量は0.0005%以上とすることが好ましい。O含有量は、0.001%以上であってもよい。
NbはC、Nを固定してCr炭化物析出による耐食性低下を防ぎ、耐食性を向上させる元素である。Nb含有量が0.005%以上であれば、その効果が発現するため、Nb含有量は、0.005%以上であることが好ましい。Nb含有量は、0.01%以上であってもよい。一方、Nb含有量が0.20%を超えると、固溶強化によりα相が硬質化し加工性を低下させる場合があるため、Nb含有量は、0.20%以下であることが好ましい。Nb含有量は、0.18%以下であってもよい。
TiはC、Nを固定してCr炭化物析出による鋭敏化を防ぎ、耐食性を向上させる元素である。Ti含有量が0.005%以上であれば、その効果が発現するため、Ti含有量は、0.005%以上であることが好ましい。Ti含有量は、0.01%以上であってもよい。一方、Ti含有量が0.20%を超えると、フェライト相の硬質化を招き、靱性を低下させ、さらにTi系析出物により表面粗さの低下を招く場合がある。そのため、Ti含有量は、0.20%以下であることが好ましい。Ti含有量は、0.18%以下であってもよい
CoはCr炭化物の析出を抑制し、耐食性の低下を抑制する。Co含有量が0.005%以上であれば、Coが上記効果を奏するため、Co含有量は、0.005%以上であることが好ましい。Co含有量は、0.01%以上であってもよい。一方、Coは稀少な元素であり高価であるため、Co含有量は、0.25%以下であることが好ましい。Co含有量は、0.20%以下であってもよい。
Vは強力な炭化物生成元素である。このため、高温域で炭化物を形成しやすいVが含有されると、Cr炭化物の析出が抑制され、耐食性低下を抑制できる。V含有量が0.005%以上であれば、Vが上記効果を奏するため、V含有量は、0.005%以上であることが好ましい。V含有量は、0.01%以上であってもよい一方、V含有量が多いと硬質化を招くため、V含有量は、0.15%以下であることが好ましい。V含有量は0.12%以下であってもよい。
SnおよびSbは耐食性を向上させる元素であるが、フェライト相の固溶強化元素でもある。このため、Sn、Sbのそれぞれの含有量は、それぞれ0.20%以下であることが好ましい。Sn、Sbのそれぞれの含有量は、より好ましくは0.10%以下である。SnまたはSbのいずれかの含有量が0.005%以上の場合、耐食性を向上させる効果が発揮されるため、Sn、Sbのそれぞれの含有量は、好ましくは、0.005%以上である。Sn、Sbのそれぞれの含有量は、より好ましくは0.030%以上である。
Gaは耐食性向上に寄与する元素である。Ga含有量が0.001%以上であれば、耐食性向上効果が発現するため、Ga含有量は、0.001%以上であることが好ましい。Ga含有量は、0.005%以上であってもよい。一方、Ga含有量が0.050%超では、耐食性向上効果が飽和し、コスト増につながるのみである。そのため、Ga含有量は、好ましくは、0.050%以下である。Ga含有量は、0.040%以下であってもよい。
Zrは耐食性向上に寄与する元素である。Zr含有量が0.005%以上であれば、耐食性向上効果が発現するため、Zr含有量は、0.005%以上であることが好ましい。Zr含有量は、0.01%以上であってもよい。一方、Zr含有量が0.50%超では、効果が飽和する。そnため、Zr含有量は、好ましくは、0.50%以下である。Zr含有量は、0.40%以下であってもよい。
Taは介在物の改質により耐食性を向上させる元素である。Ta含有量が0.005%以上であれば、上記効果が発揮される。そのため、Ta含有量は、0.005%以上であることが好ましい。Ta含有量は、0.01%以上であってもよい。一方、Ta含有量が0.100%超では、常温での延性の低下や靭性の低下を招く場合がある。このため、Ta含有量は、好ましくは、0.100%以下である。Ta含有量は、より好ましくは、0.050%以下である。
Bは二次加工脆化や熱間加工性劣化を抑制する効果を奏する元素である。また、Bは、耐食性には影響を与えない元素である。B含有量が0.0002%以上であれば、Bが上記効果を奏するため、B含有量は、0.0002%以上であることが好ましい。B含有量は、0.0005%以上であってもよい。一方、B含有量が0.0050%を超えると、かえって熱間加工性が劣化する場合があるので、B含有量は、0.0050%以下とすることが好ましい。B含有量は、より好ましくは0.0022%以下、より一層好ましくは0.0020%以下である。
本実施形態に係る二相ステンレス鋼板は、圧延垂直方向の断面の板厚中心部において、圧延垂直方向に<111>方向が配向したフェライト相の集合組織の面積率S<111>に対する、圧延垂直方向に<001>方向が配向したフェライト相の集合組織の面積率S<001>の比である面積比S<001>/S<111>が、0.90~1.10である。
一般に、オーステナイト相の粒径は数μm程度であり、フェライト相の粒径は10μm程度である。そのため、1000倍の観察倍率で取得されたSEM像には、上記面積比S<001>/S<111>を集合組織のランダム化の程度の目安とすることができる程度に十分な結晶粒が写し出されていると言える。
本実施形態に係る二相ステンレス鋼板の板厚は、例えば、0.30mm以上2.00mm以下である。二相ステンレス鋼板の板厚は、0.50mm以上、または0.80mm以上であってもよい。また、二相ステンレス鋼板の板厚は、1.80mm以下、または1.50mm以下であってもよい。このような範囲であれば、筋模様の抑制効果がより顕著に得られ、美麗な外観の二相ステンレス鋼板を得ることができる。
続いて、本実施形態に係る二相ステンレス鋼板の製造方法の一例を説明する。
本工程では、上述した化学成分を有するステンレス素材に熱間圧延を施し、680℃以上の温度で巻き取る。熱間圧延に供するステンレス素材としては、例えば、連続鋳造により得られたステンレス鋼片等を用いればよい。
本工程では、熱間圧延工程後のステンレス素材を500℃以上600℃未満の温度で、1時間以上保持する熱処理を行う。
本工程では、上記熱処理工程後のステンレス素材(本実施形態に係る熱延板)に冷間圧延を施す。冷間圧延条件は、特段制限されず、公知の条件でよい。例えば、冷間圧延は1パスであってもよいし、複数パスであってもよい。累積冷間圧下率は、30~80%とすることができ、冷間圧延温度は、例えば、室温以上200℃以下とすることができる。
また、製造したステンレス鋼板の圧延方向に引張応力を加え、16%のひずみを付与した後のステンレス鋼板について、鋼板の中央位置において、圧延方向の表面うねり高さRを測定した。
表2に評価結果を示す。なお、表2中、Rε=0は、ひずみを付与していないステンレス鋼板の圧延方向の表面うねり高さを示し、Rε=16は、圧延方向に引張応力を加え、16%のひずみを付与した後のステンレス鋼板の圧延方向の表面うねり高さを示す。また、表2中の下線を引いた値は、本発明の範囲外であることを示す。
また、No.1の例及びNo.2の例では、熱延板のΔHVが65以上であり、外観評価の結果は極めて良好(A)であった。これは、熱延板のΔHVが大きかったため、冷延時に軟質相の粒径が細分化され、これにより結晶方位の変形能の差がより出にくくなったためであると考えられる。
Claims (9)
- オーステナイト相とフェライト相を含有する二相ステンレス鋼板であって、
質量%で、
C:0.080%以下、
Si:1.00%以下、
Mn:4.00%以下、
P:0.040%以下、
S:0.0300%以下、
Ni:1.50~8.00%、
Cr:18.00~28.00%、
Mo:5.00%以下、
Cu:0.05~1.50%、および、
N:0.080~0.320%、
を含有し、残部がFeおよび不純物からなり、
圧延面における圧延方向に垂直な方向であって板厚方向に平行な方向である圧延垂直方向の断面の板厚中心部において、前記圧延垂直方向に<111>方向が配向したフェライト相の集合組織の面積率S<111>に対する、前記圧延垂直方向に<001>方向が配向したフェライト相の集合組織の面積率S<001>の比である面積比S<001>/S<111>が、0.90~1.10である、二相ステンレス鋼板。 - 圧延方向の表面うねり高さが0.3μm以下である、請求項1に記載の二相ステンレス鋼板。
- 質量%で、
C:0.030%以下、
Si:0.75%以下、
Mn:2.00~4.00%、
P:0.040%以下、
S:0.0200%以下、
Ni:1.50~2.50%、
Cr:18.00~21.50%、
Mo:0.60%以下、
Cu:0.50~1.50%、および、
N:0.150~0.200%、
を含有し、残部がFeおよび不純物からなる、請求項1または2に記載の二相ステンレス鋼板。 - Feの一部に変えて、質量%で、
Al:0.003~0.050%、
O:0.0070%以下、
Nb:0.005~0.20%、
Ti:0.005~0.20%、
Co:0.005~0.25%、
V:0.005~0.15%、
Sn:0.005~0.20%、
Sb:0.005~0.20%、
Ga:0.001~0.050%、
Zr:0.005~0.50%、
Ta:0.005~0.100%、および、
B:0.0002~0.0050%、
からなる群から選択される1種以上を含有する、請求項1~3のいずれか1項に記載の二相ステンレス鋼板。 - オーステナイト相とフェライト相を含有する二相ステンレス熱延板であって、
質量%で、
C:0.080%以下、
Si:1.00%以下、
Mn:4.00%以下、
P:0.040%以下、
S:0.0300%以下、
Ni:1.50~8.00%、
Cr:18.00~28.00%、
Mo:5.00%以下、
Cu:0.05~1.50%、および、
N:0.080~0.320%、
を含有し、残部がFeおよび不純物からなり、
前記オーステナイト相のビッカース硬さと前記フェライト相のビッカース硬さとの差分が50HV以上、75HV以下である、二相ステンレス熱延板。 - 質量%で、
Ni:2.00~8.00%、を含有する、請求項5に記載の二相ステンレス熱延板。 - Feの一部に変えて、質量%で、
Al:0.003~0.050%、
O:0.0070%以下、
Nb:0.005~0.20%、
Ti:0.005~0.20%、
Co:0.005~0.25%、
V:0.005~0.15%、
Sn:0.005~0.20%、
Sb:0.005~0.20%、
Ga:0.001~0.050%、
Zr:0.005~0.50%、
Ta:0.005~0.100%、および、
B:0.0002~0.0050%、
からなる群から選択される1種以上を含有する、請求項5または6に記載の二相ステンレス熱延板。 - 質量%で、
C:0.080%以下、
Si:1.00%以下、
Mn:4.00%以下、
P:0.040%以下、
S:0.0300%以下、
Ni:1.50~6.80%、
Cr:18.00~28.00%、
Mo:5.00%以下、
Cu:0.05~1.50%、および
N:0.080~0.320%、
を含有し、残部がFeおよび不純物からなるステンレス素材に熱間圧延を施し、680℃以上の温度で巻き取る熱間圧延工程と、
前記熱間圧延工程後の前記ステンレス素材を500℃以上600℃未満の温度で、1時間以上保持する熱処理を行う熱処理工程と、
前記熱処理工程後の前記ステンレス素材に対し、冷間圧延を施す冷間圧延工程と、を有する、二相ステンレス鋼板の製造方法。 - Feの一部に変えて、質量%で、
Al:0.003~0.050%、
O:0.0070%以下、
Nb:0.005~0.20%、
Ti:0.005~0.20%、
Co:0.005~0.25%、
V:0.005~0.15%、
Sn:0.005~0.20%、
Sb:0.005~0.20%、
Ga:0.001~0.050%、
Zr:0.005~0.50%、
Ta:0.005~0.100%、および、
B:0.0002~0.0050%、
からなる群から選択される1種以上を含有する、請求項8に記載の二相ステンレス鋼板の製造方法。
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