JPH03264652A - フェライト系ステンレス鋼板とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、成形性と耐食性がともに優れ、特に自動車
排ガス周ｉ２２機器や厨房機器などのプレス成形を行う
耐久消費材として用いられるフェライト系ステンレス鋼
板とその製造方法に関する。

（従来の技術） フェライト系ステンレス鋼は、オーステナイト系ステン
レス鋼に比べて応力腐食割れ感受性が小さいという材質
上の長所を有し、また高価なＮｉを含有せずに安価なこ
とから、耐久消費材用の材料として多量に用いられてい
る。その反面、フェライト系ステンレス鋼は、溶接性、
プレス成形性などが劣るので、用途が限定される場合が
ある。

プレス成形性はほとんどの用途に必要な特性でである。

前記の自動車排ガス周辺機器（いわゆるマフラー）を例
に採れば、これを構成するエンドプレート、インナープ
レート、テールパイプ等は、苛酷な腐食条件にさらされ
るだけでなく、その製作の際には優れたプレス成形性が
要求される。代表的なフェライト系ステンレス鋼である
５ＵＳ４３０は、この成形性が十分とは言えない。

これまでにもフェライト系ステンレス鋼の成形性改善を
目的として多くの研究がなされてきた。

比較的安価で、しかも成形性、耐食性がともに優れる鋼
としては、Ｃ，、Ｎを低減した高純度フェライト系ステ
ンレス鋼にＴｉ、　Ｎｂ、　Ｚｒなどの炭、窒化物生成
元素を添加したものが挙げられる。すなわち、フェライ
ト系ステンレス鋼のＣ，Ｎを減らし、なお残留するＣ、
Ｈの固定元素として、また集合組織を制御する炭窒化物
形成元素として、Ｔｉ、　Ｎｂ、Ｚｒ等を添加すること
が耐食性や成形性の改善に有効なことが知られている。

このような思想に基づ〈発明は数多くあるが、その代表
的なものを挙げれば本出願人らの特公昭６１−５１０１
２号（特開昭５６−１２３３２７号）の発明がある。

特公昭６１−５１０１２号の発明は、自動車モール材な
どのように、表面の美観が特に重要視される用途向けの
フェライトステンレス鋼の製造方法に係り、素材鋼とし
てはＮｂを含有する鋼を使用することに特徴がある。そ
こでは、Ｔｉは地価等を増加させる成分としてむしろ排
斥されている。

特開昭６２−３０８５６号公報には、ＴｉとＮｂ（Ｄ　
１種または２種を含むフェライト系ステンレス鋼が開示
されている。この鋼は主に二次加工性の向上を狙ったも
ので、Ｃ含有量は０．０３〜０．０８％とあまり低くし
ない鋼種であり、炭化物の生成が多く、耐食性、耐酸化
性はよくない。

（発明が解決しようとする課題） 本発明の課題は、自動車マフラー材のように、外観をさ
ほど重視せず、代わりに極めて高い水準の耐食性と成形
性が要求される材料として用いられるフェライト系ステ
ンレス鋼板とその製造方法を提供することにある。

本発明の具体的な目的は、高成形性の基準として、降伏
点（ＹＰ＝０．２％ＹＳ）が２６Ｋｇｆ／ｍｍ２以下、
延性（Ｅ　ｆｆｉ　）が３５％以上、深絞り性がｒ。値
で１．４以上、であり、耐食性の基準として、孔食電位
Ｖ’ｃｌＱＯｍＶ（０，０１ｍｏｌ　ＮａＣｊ２．６０
℃，Ａｒ脱気条件）が、２５０　ｍＶ以上であるフェラ
イト系ステンレス鋼板およびその製造方法を提供するこ
とにある。

（課題を解決するための手段） 本発明は、まず下記のフェライト系ステンレス鋼板をそ
の要旨とする。

重量％で、Ｃ：　０．０２％以下、Ｓｉ　：　０．５０
％以下、Ｍｎ　：　１．０％以下、Ｐ：０．０５％以下
、Ｓ：０．ＱＱ５％以下、Ｃｒ：１１．０〜３０．０．
０％、Ｎ　：　０．０１５％以下、Ｎｂ：０．３−０．
５％、Ｔｉ　：　０．０５〜０．２％で、残部がＦｅお
よび不可避の不純物からなり、しかも（２２２）と（２
００）のＸ線積分強度比［（２２２）　／　（２００）
　）が５以上である成形性に優れた高耐食性フェライト
系ステンレス鋼板。

上記本発明のステンレス鋼板は、さらに０．５％以下の
Ｎｉ、　０．１〜２．０％のＣｕおよび０．１〜４．０
％のＭ。

の１種以上を含有することができる。

本発明のフェライト系ステンレス鋼板は、上記の各成分
の総合的な作用によって優れた成形性と耐食性とをもつ
のであるが、その主な特徴を挙げれば下記のとおりであ
る。

■　Ｃが０．０２％以下、Ｓｉが０．５％以下、Ｎが０
．０１５％以下と低Ｃ−低Ｓｉ−低Ｎであること。

■　Ｎｂ（０，３〜０，５％）とＴｉ　（０，０５〜０
．２％）を共に含有すること。

最初にこれらの主要な特徴について説明する。

第１図は、１７％Ｃｒ　−０，３％５ｔ−Ｎｂ（Ｃ＋　
Ｎの２０倍）の基本組成の鋼において、Ｃ含有量とＮ含
有量を変えてその降伏点（ＹＰ）への影響を見たもので
ある。

試験材の作製条件は、熱延仕上温度８００’Ｃ１熱延板
焼鈍９７０℃×１分→空冷、冷延は４　、０ｍｍ厚から
０．８ｍｍ厚まで、冷延板焼鈍９７０℃×１分→空冷、
である。図示のように、Ｃ含有量が減るとＹＰが下がる
傾向にあるが、Ｎの低減によるＹＰ低下の効果は更に顕
著である。Ｎ含有量が０．０１５％以下の範囲でＹＰ≦
２８Ｋｇｆ／ｍｍ２となっている。

第２図は、１７％Ｃｒ−０，０１％Ｃ−０，０１％Ｎ　
−Ｎｂ（Ｃ十Ｎの２０倍）を基本組成としてＳｔ含有量
とＹＰとの関係を見たものである（試験材の作製条件は
前記の条件と同じ）。ここでは、Ｓｉが０．５％以下の
範囲でｙｐ≦２８Ｋｇｆ／ｍｍ”となっている。

第１図および第２図から、例えばＮ≦０．００５％、Ｓ
１≦０．２％の範囲にすれば、ＹＰ≦２６Ｋｇｆ／ｍｍ
２という低降伏点の鋼板が得られることがわかる。この
ような効果は、固溶Ｎと固溶Ｓｉの低減によるものと考
えられる。

第３図および第４図は、基本組成を１７％Ｃｒ−０゜０
１％Ｃ−０，０１％Ｎ−０，３％Ｓｉとした鋼において
、ＮｂおよびＴｉの含有量と、延性（伸び、Ｅｆｉ）お
よびｒｏ値との関係を示す図である。いずれも試験材の
作製条件は前記のとおりである。

これらの図から、Ｔｉ単独またはＮｂ単独の添加の場合
より、これらを複合添加した場合の方が、Ｅｌ。

ｒｅ値ともに大きく向上することがわかる。例えば、Ｎ
ｂ　：　０．６％単・独添加鋼やＴｉ　：　０．４％単
独添加鋼（図中のΔ印）よりも、ＴｉとＮｂの複合添加
の方がはるかにすぐれた成形性をもたらす。そしてさら
に、ＴｉよりもＮｂが多い領域（図中の罐の領域）が、
成形性の改善に望ましい領域であり、この範囲は、Ｎｂ
　：　０．３〜０．５％、Ｔｉ　：　０．０５〜０．２
％と表すことができる。なお、上記の範囲でもＴｉ＋Ｎ
ｂが０．６％以下の領域でｒ。値が最も大きくなる。

Ｎｂとこれより少量のＴｉを複合添加することによりＩ
Ｅｊ２とｒ。値が改善されるメカニズムは、未だ十分に
解明できていないが、次のように推測される。

Ｅｆｆｉとｒ０値の向上は、集合組織の改善、即ち（２
２２）面と（２００）面の積分強度比〔（２２２）　／
　（２００）　）の増加と延性の向上によるものである
。これらを改善する最も有効な方法は、固溶Ｎの低減と
固溶Ｃの低減すなわちＩｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ−Ｆｒ
ｅｅ化である。

普通鋼の冷延鋼板では、Ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ　−
Ｆｒｅｅ化による集合組織の改善が報告されているが、
ステンレス鋼では、Ｃ，Ｎを固定するＣｒが多量に含ま
れていることから、Ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ−Ｆｒｅ
ｅ化ということは問題にされていなかった。しかし、Ｃ
ｒの０１Ｎとの結合力は、Ｎｂ、　Ｔｉに比べれば小さ
いことから、ステンレス鋼においてもＣｒでは固定され
ないＣ，Ｎがかなり存在するものと考えられる。

本発明鋼におけるＮｂとＴｉの複合添加は、ＣとＮを完
全に固定してマトリックスを実質的にＩｎｔｅｒｓｔｉ
ｔｉａｌ−Ｆｒｅｅの状態にするのである。

第５図は、高純度フェライト系ステンレス鋼にＴｉ（０
，１％）とＮｂ（０，４％）を複合添加した場合の作用
効果を模式的に示した図である。

まずＴｉはＮの固定に有効である。ＴｉＮは高温で析出
することがらＴｉによるＮの固定効果は大きい。

一方、ＣはＴｉ−Ｎｂ複合炭化物〔（Ｔｉ−Ｎｂ）Ｃ）
として固定される。ＴＩとＮｂを単独で添加した場合に
形成されるＴｉＣとＮｂＣは、比較的低温で生成するの
であるが、Ｔｉ−Ｎｂ複合炭化物〔（Ｔｉ−Ｎｂ）Ｃ）
は、より高温で析出する。従って、ＮｂとＴｉを複合添
加すると、熱間圧延中により多くのＣが固定される。

上記のようなＴｉとＮｂの相乗効果によって、固溶Ｃお
よび固溶Ｎが殆どなくなり、７トリツクスはＩｎｔｅｒ
ｓｔｉ　ｔｉａｌ−Ｆｒｅｅの状態になる。固溶Ｃおよ
び固溶Ｎが少なくなれば、鋼の降伏点が低くなるととも
に、マトリックスがＩｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ　−Ｆｒ
ｅｅの清浄なものであれば、冷間圧延の後の焼鈍で（２
２２）　／（２００）の強度比の高い集合組織が得られ
る。この集合組織はｒ。値の向上に極めて望ましい組織
である。

第１表は、Ｎｂを０．４％、Ｔｉを０．１％含有する鋼
とＮｂを０．６％単独含有する鋼（基本組成は１７％Ｃ
ｒ０００１％Ｃ−０．０１％Ｎ−０，３％Ｓｉ）を、熱
延仕上温度８００℃１熱延板焼鈍９７０℃ＸＩ分→空冷
、冷延は４．０ｍｍ厚から０．８ｍｍ厚まで、冷延板焼
鈍９７０℃×１分→空冷、の条件で冷延鋼板としたとき
の（２２２）と（２００）のＸ線積分強度比を対比した
ものである。Ｎｂ、　Ｔｉの複合添加材の方が、（２２
２）　／　（２００）がはるかに大きい。

第　　　１ 表 第６図は、（２２２）　／　（２００）とｒ０値との関
係を示すもので、（２２２）　／　（２００）が５以上
ならばｒ。値が１．４以上になる。ｒ０値が１．４より
も小さいと、本発明ｍ仮の主用途で要求されるプレス成
形性が確保できない。

以下、本発明ステンレス鋼板に含まれる他の元素につい
て説明する。

Ｃは、成形性の面からも少ない方がよいが、特に耐食性
向上のために、できるだけ少なくする。

前記のとおり、本発明のステンレス鋼板は、自動車マフ
ラー材としても長期間の使用に耐えることを眼目として
いるので、Ｃの許容上限値は０．０２％とする。Ｃが０
２０２％を超えると、孔食電位ｖ′。

、。。１が２５０　ｍＶ以上にならず、先に記した本発
明の目的を達しえない。

Ｍｎは、主に鋼の脱硫と脱酸のため添加する。し１ かし、その含有量が１％を越えると耐食性が低下する。

ＰとＳは、好ましくない不純物である。これらを低減す
ると耐食性が向上する。Ｐば０．０５％以下、Ｓは０．
００５％以下としなければならない。特にＳは、０．０
０１％以下にするのが望ましい。

Ｃｒは、鋼に耐食性を付与する最も重要な元素であり、
前記のような本発明鋼の主用途を考えると、１１％以上
の含有量が必要である。１１％未満ではＣ１Ｎを低減し
ても孔食電位Ｖ　’ｃｌ＋１０＋＋＋ｖが２５０　ｍＶ
以上よいう目標を達成するのが難しい。

なお、自動車マフラー材は、内面からの凝縮水による腐
食だけでなく、路面の凍結防止のために散布される食塩
などに起因する外面からの塩害腐食にも曝される。この
ような塩害腐食の激しい部品用に用いる場合には、Ｃｒ
の含有量を１８％以上とし、かつ後述するＭｏを１．０
〜４．０％含有させるのが望ましい。

Ｃｒ含有量の上限は３０％とする。Ｃｒ含有量が３０％
を越えるとスラブ及びホットコイルの靭性が低下２ し冷延鋼板の製造が困難となる。

Ｎｉ、　ＣｕおよびＭｏは、必要に応じて添加できる成
分であり、いずれも耐食性の改善に寄与する。しかし、
Ｎｉの含有量が高すぎると鋼は硬化して成形性が低下す
るので、Ｎ１の含有量は０．５０％以下とするのがよい
。

Ｃｕは、耐食性改善のため、０．１％以上含有させるの
がよい。しかし、Ｃｕの含有量が２％を越えると鋼の加
工性が低下する。

Ｍｏも、耐食性改善のために０．１％以上含有させるの
が望ましい。しかし、４．０％以上の含有量になると、
鋼の靭性が低下し冷延鋼板の製造が困難になる。前述の
ように、塩害腐食に曝される部品用の材料では、Ｃｒを
１８％以上とし、Ｍｏを１．０〜４．０％含有させるの
が望ましい。

なお、鋼の脱酸剤としてＡ！を使用することができる。

ｌは、成形性、耐食性への影響は小さい。特に鋼中に留
める必要はないが、０．１０％以下の含有は許容できる
。

ここまでに述べた本発明のフェライト系ステンレス鋼板
は、次に述べる方法で製造することができる。すなわち
、前述の組成を持つ鋼を、仕上温度８５０’Ｃ以下の条
件で熱間圧延し、熱延板を９００〜１０５０℃で焼鈍し
、次いで総圧下率５０％以上の冷間圧延を行い、９００
〜１０５０℃で再結晶焼鈍を行うという方法である。こ
のとき、冷間圧延をロール径が１００ｍｍ以上のワーク
ロールを備えた圧延機で行うのが望ましい。以下、この
製造方法について説明する。

第７図は、１７％Ｃｒ−０，０１％Ｃ−０，０１％Ｎ−
０，３％５ｉ−０，４％Ｎｂ−０，１％Ｔｉの組成の鋼
を使用し、先に述べた条件で冷延鋼板としたものについ
て、熱延仕上温度とｒ。値との関係を示したものである
。

熱延仕上温度が８５０℃以下である場合にｒ０値は１．
４以上になる。これは、熱延での累積歪により、熱延板
焼鈍時に結晶粒の微細化ができるからである。

第８図は、上記と同じ組成の鋼を熱延板焼鈍温度だけを
、８００．９００．９５０．１０００．１０５０．１１
００℃（いずれも１分保持後空冷）と変化させて、ｒ０
値との関係を調べた結果である。この焼鈍温度が９００
〜１０５０℃であれば、ｒｏ値は１．４以上になる。

冷間圧延の総圧下率は、５０％未満では集合組織の発達
が不十分で、ｒ０値が低下するので５０％以上の総圧下
率が必要である。

再結晶焼鈍温度が９００℃よりも低い場合は、再結晶が
不十分でｒ。（ｌｌ！が低下する。１０５０℃より高温
では結晶粒が粗大化し、成形後に肌荒れを生じやすい。

従って、再結晶焼鈍の温度は９００〜１０５０℃が適当
である。

本発明のフェライト系ステンレス鋼板は、前述のように
、自動車のマフラー材などを主な用途とする。これらに
使用させる冷延鋼板は、板厚が０．６〜１．２　ｍｍと
比較的厚いものであり、しかも、外観はさほど問題にさ
れない反面、多量に使用されるために、できるだけ安価
であることが要求される。このような厚物を製造する場
合には、小径のワークロールを備えたゼンジミア圧延機
よりも、径が１００　ｍｍ以上のワークロールを持つ普
通鋼圧延用のタンデムミル、レバースミルなどを使用す
５ るのが有利である。大径ロールで圧延した方が圧延の効
果としての圧延歪は板厚中心部まで浸透しやすく、前記
の望ましい集合組織が板厚中心まで均一に得られる。ま
た、ゼンジミア圧延機のようなステンレス鋼専用の特殊
なミルを設置しなくても優れた材質のフェライト系ステ
ンレス鋼板が製造できるという、経済的な利点も大きい
。

〔実施例〕

第１表に示す組成の鋼を真空溶解炉（２５ｋｇ）で溶製
し、３０ｍｍ厚に鍛造したのち、熱間圧延した。

熱間圧延は１２００℃×１時間の加熱後、４ｍｍ厚まで
６パスで熱延し、仕上温度を変化させた。熱延板焼鈍は
、第３表に示す温度で１分間加熱して空冷して行い、次
いで０　、８ｍｍ厚まで冷間圧延し、その後、再結晶焼
鈍（第３表に示す温度で１分間加熱の後、空冷）を行っ
た。

冷間圧延は、直径５００ｍｍのワークロールを備えた二
段圧延機で行った。総圧下率は、（４，０ｍｍ−０，８
ｍｍ）／４．０ｍｍ　＝０．８０、即ち８０％である。

得られた冷延焼鈍板から、圧延方向にＪＩＳ５号６ 試験片を採取し、引張試験を行った。結果を第３表に示
す。

第３表に見られるように、適切な組成を有する鋼から本
発明に定める条件で製造した鋼板（本発明例と表示した
もの）は全て、 ■　降伏点（０，２％ＹＳ）が２６　Ｋｇｆ／ｍｍ２以
下、■　伸び（Ｅりが３５％以上、 ■　ｒ０値が１．４以上、 であり、成形性は極めて良好である。

本発明鋼板の代表例として第２表のＮｏ、　４．１０．
１４および２０（第３表の製造条件による）を用いて、
孔食電位および自動車マフラーを想定したマフラー模擬
凝縮水半浸漬試験を行った。その結果を第４表に示す。

第４表に示すとおり、本発明の鋼板は、孔食電位Ｖ’ｅ
ｌ。ＯｍＶが全て２５０　ｍＶ以上という目標値を上回
っている。また、マフラーの凝縮水を想定した環境での
腐食もごく僅かである。

さらに、第１表のＮｏ、　９．１１．１８．１９．２０
および２１（いずれも第３表の製造条件による）を選ん
で、塩水噴霧試験を行った。その試験条件および試験結
果を第５表に示す。

第５表に示すように、Ｃｒ量が１８％未満のＮｏ、　９
および１１には錆の発生が見られるが、Ｃｒ含有量が１
８％以上でＭｏを１．０％以上含むＮｏ、　１８〜２１
には錆の発生がない。この結果から、塩害腐食のおそれ
がある部品用にはＣｒ含有量が１８％以上でＭｏを含有
する鋼種を選ぶべきであると言える。

（以下、余白） （発明の効果） 本発明は、比較的安価なフェライト系ステンレス鋼板で
あって、成形性および耐食性に優れた鋼板、およびその
製造方法を提供する。本発明のフェライト系ステンレス
鋼板は、自動車排ガス周辺機器をはじめとして、厳しい
プレス成形を行って使用される耐食性材料として実用価
値はきわめて高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は、Ｃｒフェライト系ステンレス冷延鋼板のＣお
よびＮ含有量と降伏点（ＹＰ）との関係を示す図である
。 第２図は、同じ（Ｓｉ含有量とＹＰとの関係を示す図で
ある。 第３図は、フェライト系ステンレス冷延鋼板のＮｂおよ
びＴｉの含有量と延性（伸び、Ｅｊ２）　との関係を示
す図である。 第４図は、同じ＜ＮｂおよびＴｉの含有量とｒ０値との
関係を示す図である。 第５図は、高純度フェライト系ステンレス鋼に１ Ｔｉ（０，１％）とＮｂ（０，４％）を複合添加した場
合の作用効果を模式的に示した図である。 第６図は、フェライト系ステンレス鋼板の集合組織のＸ
線積分強度比（２２２）　／　（２００）とｒ。値との
関係を示す図である。 第７図は、フェライト系ステンレス鋼冷延鋼板の熱延仕
上温度とｒ。値との関係を示す図である。 第８図は、同じく熱延板焼鈍温度とｒ。値との関係を示
す図である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％で、Ｃ：０．０２％以下、Ｓｉ：０．５０
   ％以下、Ｍｎ：１．０％以下、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ
   ：０．００５％以下、Ｃｒ：１１．０〜３０．０％、Ｎ
   ：０．０１５％以下、Ｎｂ：０．３〜０．５％、Ｔｉ：
   ０．０５〜０．２％で、残部がＦｅおよび不可避の不純
   物からなり、しかも（２２２）と（２００）のＸ線積分
   強度比〔（２２２）／（２００）〕が５以上である成形
   性に優れた高耐食性フェライト系ステンレス鋼板。
2. （２）請求項（１）に記載の成分の外に、更に重量％で
   、Ｎｉ：０．５％以下、Ｃｕ：０．１〜２．０％および
   Ｍｏ：０．１〜４．０％の１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。
3. （３）重量％で、Ｃ：０．０２％以下、Ｓｉ：０．５０
   ％以下、Ｍｎ：１．０％以下、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ
   ：０．００５％以下、Ｃｒ：１１．０〜３０．０％、Ｎ
   ：０．０１５％以下、Ｎｂ：０．３〜０．５％、Ｔｉ：
   ０．０５〜０．２％で、残部がＦｅおよび不可避の不純
   物からなるか、または更にＮｉ：０．５０％以下、Ｃｕ
   ：０．１〜２．０％およびＭｏ：０．１〜４．０％の１
   種以上を含有する鋼を、仕上温度８５０℃以下で熱間圧
   延し、９００〜１０５０℃で焼鈍し、次いで総圧下率５
   ０％以上の冷間圧延を行い、９００〜１０５０℃で再結
   晶焼鈍を行う請求項（１）または（２）のフェライト系
   ステンレス鋼板の製造方法。
4. （４）冷間圧延をロール径が１００ｍｍ以上のワークロ
   ールを備えた圧延機で行う請求項（３）のフェライト系
   ステンレス鋼板の製造方法。