JPH07150301A - 耐食性と加工性に優れたフェライトステンレス鋼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 Ti添加低Crフェライトステンレス鋼の溶接部
の耐食性改善と薄鋼板としての成形性を両立できる成分
系を明らかにすること。 【構成】Ｃ：0.015 ％以下、 Ｎ: 0.010 ％以下、 Ｃ
＋Ｎ: 0.020 ％以下、Cr :10〜 14 ％、 Si: 2.0 ％
以下、 Mn : 2.0 ％以下、Ｐ: 0.04％以下、 T
i: 0.02〜0.20％、 sol.Al: 0.0020 ％未満、酸素:
0.010 ％以下、かつ重量比Ti／ (Ｃ＋Ｎ＋Ｏ) が2.0 以
上、窒素含有量の重量比率 (Ｏ／Ｎ) が0.50以上、Cu :
0〜 0.5％、 Ｖ: 0 〜 0.5％、 Ni : 0〜 0.5％、
Mo : 0〜 1.0％、さらに所望により、Ｃ含有量の0.5 倍
以上0.010 ％以下のＳを含有してもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車の排気ガス系材
料に使用され得る耐食性と加工性に優れたフェライトス
テンレス鋼に関する。

【０００２】

【従来の技術】低Ｃ、Ｎで安定化元素Ti、Nb等を含有す
る完全フェライト系のステンレス鋼は溶接部の耐粒界腐
食性と加工性に優れた鋼種である。なかでもCr量が10〜
14％で安定化元素をTiとする低Crフェライトステンレス
鋼板は、降状強度が低く成形性が比較的良好である。そ
してある程度の腐食が許容される部位の材料として、例
えば自動車排気ガス系のマフラー等に用いられている。

【０００３】安定化元素を含有するフェライトステンレ
ス鋼では、それらの安定化元素を使ってＣ、Ｎを析出物
として固定し、固溶Ｃ、Ｎを低減することにより耐粒界
腐食性と深絞り性の改善が図られている。このような目
的の鋼ではＣ＋Ｎの重量に対して10倍以上のTiまたはNb
を含有させることが一般的である。この重量比を低めに
設定した場合、鋼は軟質化し加工性は良好となる。とこ
ろが溶接部近傍の高温に加熱される部位では析出物が溶
解しやすくなり固溶Ｃ、Ｎが増大して耐粒界腐食性、加
工性が劣化することが問題である。

【０００４】このような問題を解決する一つの方法とし
て鋼を高純度化してＣ、Ｎ、Ｓ等の含有量を低減し、こ
れに応じて安定化元素の含有量を減少させる考え方があ
る。

【０００５】ところで、ステンレス鋼の高純度化に向け
た精錬技術の進歩にはめざましいものがあり、Ｃ＋Ｎの
含有量で100 ppm を下回る鋼を溶製することも可能にな
っている。このため従来の安定化元素量の設定の方法に
基づけば安定化元素量の低下がある程度可能になってい
るはずであるが、このような高純度鋼の特性に及ぼす各
種成分元素の影響についてはいまだ充分に検討されつく
していない。

【０００６】ステンレス鋼の耐食性は一般に介在物を起
点とした孔食により劣化することが知られている (「フ
ェライト系低Ｓステンレス鋼の耐食性」高純度鋼研究の
進歩P 184 、日本鉄鋼協会編等) 。たとえば自動車のモ
ール材に用いられる光沢仕上げのステンレス鋼板では大
気腐食による発銹を防止するためにＳ系介在物を低減し
た鋼種が実際に用いられている。また溶接部の靱性を高
めるためにＳを低減する方法も開示されている (特開平
３−249150) 。このような方法はステンレス鋼の耐食性
を高純度化することにより改善しようとするものであ
る。自動車排気ガス系の材料としては粒界腐食割れや穴
あき腐食を防止することが望まれる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、このような用途を対象として特に耐粒界腐食性
に重点をおいて、Ti添加低Crフェライトステンレス鋼の
溶接部の耐食性改善と薄鋼板の成形性を両立できる成分
系を明らかにすることである。さらに本発明の目的は、
Tiを含有する低Crフェライトステンレス鋼において耐食
性と加工性を兼ね備えた成分系を明らかにすることであ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】ここに、本発明者らは、
かかる目的達成のために種々検討を重ねた結果、Ｃ、Ｎ
をある程度低減した条件下で、Ti添加低Crフェライトス
テンレス鋼の溶接部の耐粒界腐食性、耐孔食性、母材の
伸び、深絞り性を高める方法について研究した結果、so
l.Al量を0.0020％未満に低減し、一方酸素量を0.010 ％
以下にするとともにＯ／Ｎの重量比率を0.50以上、Ti/
(C+N+O)≧2.0 になるように成分設計することで、上述
の目的が達せられることを新たに知見した。

【０００９】さらに一定量のＳを添加することもこの目
的のためには有効である。

【００１０】すなわち、Ｃ:0.015％以下、Ｎ:0.010％以
下、Ｃ＋Ｎ: 0.020 ％以下、酸素：0.010 ％以下の高清
浄鋼において酸素含有量と窒素含有量との比を0.50以上
とすることによって、耐食性と加工性との併存を図るこ
とができることを知り、本発明を完成した。

【００１１】かくして、本発明は、広義には、重量％
で、Ｃ：0.015 ％以下、 Ｎ: 0.010 ％以下、 Ｃ＋
Ｎ: 0.020 ％以下、Cr : 10 〜 14 ％、 Si: 2.0 ％以
下、 Mn : 2.0 ％以下、Ｐ: 0.04％以下、 Ti:
0.02〜 0.20 ％、 sol.Al: 0.0020 ％未満、酸素: 0.01
0 ％以下、かつ重量比Ti／ (Ｃ＋Ｎ＋Ｏ) が2.0 以上、
窒素含有量の重量比率 (Ｏ／Ｎ) が0.50以上、Cu : 0〜
0.5％、 Ｖ: 0 〜 0.5％、 Ni : 0〜 0.5％、Mo :
0〜 1.0％、残部がFeおよび不可避的不純物より成る鋼
組成を有する、耐食性と加工性に優れた低Crフェライト
ステンレス鋼である。

【００１２】本発明の変更例によれば、前記鋼組成は、
さらにＣ含有量の0.5 倍以上0.010％以下のＳを含有す
るものであってもよい。ここに、本発明の具体的態様を
例示すれば、次の通りである。

【００１３】(1) Ｃ≦0.015 ％、Ｎ≦0.010 ％、Ｃ＋Ｎ
≦0.020 ％、10≦Cr≦14％、Si、Mn≦2.0 ％、Ｐ≦0.04
％、0.02％≦Ti≦0.20％を含有し、かつ重量比Ti／ (Ｃ
＋Ｎ＋Ｏ) が2.0 以上で、さらにAl含有量がsol.Alにて
0.002 ％未満、およびＯ≦0.010 ％で、酸素含有量と窒
素含有量の重量比率 (Ｏ／Ｎ) が0.50以上であり、残部
がFeおよび不可避的不純物よりなる耐食性と加工性に優
れた低Crフェライトステンレス鋼。

【００１４】(2) 上記(1) 記載のフェライトステンレス
鋼がさらにＣ含有量の0.5 倍以上0.010 ％以下のＳを含
有することを特徴とし、残部がFeおよび不可避的不純物
よりなる耐食性と加工性に優れた低Crフェライトステン
レス鋼。

【００１５】(3) 上記(1) または(2) 記載のフェライト
ステンレス鋼がさらにCu、Ｖ、Ni≦0.5 ％、Mo≦１％の
うちの１種または２種以上を含有することを特徴とする
耐食性と加工性に優れた低Crフェライトステンレス鋼。

【００１６】

【作用】このように、本発明によれば、一定のTi、Ｃ、
Ｎ含有量の条件下でAl量を低く抑制することが低Crフェ
ライトステンレス鋼の耐粒界腐食性と加工性の同時的改
善に有効である。その理由は、まだ確証されてはいない
が、脱酸生成物がTi酸化物となり、また脱酸時の酸化物
量が増大し、これを核としてTi窒化物、Ti炭化物が析出
し、析出物の粒子径の増大によってより安定な析出物、
すなわちTi(O, N,C) となり、このため溶接時に溶接部
における炭窒化物の溶解が抑制されることに起因してい
ることが推測される。次に、本発明において鋼組成を上
述のように限定した理由についてその作用とともに述べ
る。

【００１７】Ｃ、Ｎ：Ｃ、Ｎは加工性および耐食性を
高めるためにそれぞれ0.015 ％以下、0.010 ％以下かつ
Ｃ＋Ｎ：0.02％以下とする。好ましくはＣ:0.010％以
下、Ｎ:0.008％以下、そしてＣ＋Ｎ:0.015％以下であ
る。

【００１８】Cr：Crはステンレス鋼の耐食性を担う主
要元素であり、10％以上の含有が必要である。一方加工
性の上からは少ない方が好ましく、この理由から14％以
下と限定した。

【００１９】Si、Mn：Si、Mnは鋼の脱酸にかかる基本
元素であり添加が必要であるが過剰な添加は加工性をそ
こなう場合があるのでそれぞれ２％以下に限定した。

【００２０】Ｐ：Ｐは耐食性に有害な元素であり、0.
04％以下、好ましくは0.025 ％以下に制限する。

【００２１】Ｓ：Ｓは一般に耐食性を劣化させる元素
であると考えられており、通常0.003 ％以下に制限され
ているが、本発明では耐粒界腐食性および加工性を高め
るために必要に応じ積極的に添加してもよい。本発明に
あってＳを積極的に添加する場合の添加されたＳ元素の
役割は充分には解明されていないが、以下のように推定
される。

【００２２】すなわち、Ｓ元素はＣとTiとともに安定な
Ti炭硫化物 [Ti (Ｃ、Ｓ)]を形成し固溶Ｃ量を低下させ
る。このため溶接に際して溶接部での鋭敏化が防止され
る。また析出物の粒子径が大きくなり析出密度が低下す
るため再結晶しやすい鋼質となり、深絞り性、伸び等の
加工性が向上すると考えられる。

【００２３】本発明にあっては、後述する実施例に示す
ようにＣの含有量に対して0.5 倍以上のＳ添加が加工
性、耐食性の改善効果を示した。しかし全Ｓ含有量が0.
010 ％を越えて含有させると単独の硫化物TiＳが析出す
るようになり耐孔食性を損なうようになるため、Ｓ添加
量は、Ｃ含有量の0.5 倍以上、好ましくは１倍以上かつ
全含有量が0.010 ％以下と規定した。

【００２４】Ti：Tiは加工性と耐食性を高めるために
添加される。耐粒界腐食性を損なう主要な元素は固溶
Ｃ、Ｎであり、少ない量のTiにより固溶Ｃ、Ｎ量を低下
させることが必要である。従来鋼ではTiに対する (Ｃ＋
Ｎ) の量比を10以上とすることが一般的である。本発明
では脱酸生成物をTiＯとし、このTiＯを核としてＮ、Ｃ
の析出を図るため、Tiに関する重要な析出物はTi (Ｏ、
Ｎ、Ｃ) である。またＳを添加する場合は鋼中のＣをTi
(Ｃ、Ｓ) として固定する。このＣの固定のためには、
Ti／ (Ｃ＋Ｎ＋Ｏ) が2.0 以上、Tiが0.02％以上、好ま
しくは0.05％以上、Ｃ／Ｓが0.5 以上、好ましくは１以
上必要である。

【００２５】一方、Tiを0.2 ％を越えて含有させると逆
に鋼を硬質化させ、本発明が目的とする高い加工性を得
ることができなくなる。よってTiの含有量は0.02％以上
0.2 ％以下、Ti／ (Ｃ＋Ｎ＋Ｏ) を2.0 以上に限定し
た。

【００２６】Al、酸素：Alは鋼の脱酸能力が非常に大
きい元素であり、少量の含有により酸素量が低下し脱酸
生成物がAl酸化物となる。Al量を低下させると酸化物量
が増大し、Ti酸化物に形態が変化し、窒化物析出の核と
なると考えられる。

【００２７】本発明ではAl量を0.002 ％未満に低下させ
酸素含有量がＮ含有量の0.5 倍以上とすることで溶接部
の耐粒界腐食性が良好となることが明らかとなった。た
だし酸素量が0.010 ％を越えると耐孔食性が劣化するよ
うになる。このためAl量をsol.Alにて0.0020％未満、酸
素含有量を、Ｏ／Ｎで0.5 以上、好ましくは１以上とし
たうえで、0.010 ％以下、好ましくは0.008 ％以下に限
定した。図１は本発明において限定するＮ量と酸素量と
の関係を示すグラフである。

【００２８】Cu、Ｖ、Ni、Mo：これらの元素はフェラ
イトステンレス鋼の耐食性を付加的に高めるために必要
に応じて少なくとも１種添加されるものである。Cu、
Ｖ、Niについては0.5 ％、Moについては１％を越えて含
有させると添加量に応じた耐食性改善の度合いが低下す
ることに加えて、加工性の低下、コスト上昇を招くた
め、Cu、Ｖ、Niは、それぞれ、0.5 ％以下、Moは１％以
下とした。次に、実施例によって本発明の作用について
その効果とともに詳述する。

【００２９】

【実施例】本例では、表１に示す鋼組成を有するTi、
Ｃ、Ｎ、Al、酸素含有量の異なる鋼を真空溶製し、鍛造
後、1150℃に均熱して40mmから4.5 mm厚まで７パスで熱
間圧延を行った。熱間圧延後の冷却途中に徐冷炉に挿入
し、−50℃／ｈで冷却して巻取り相当処理とした。

【００３０】一部の熱延板には880 ℃×５分の焼鈍を加
えた後、スケールを除去し、1.2 mmまでの冷間圧延、88
0 ℃×２分の仕上げ焼鈍を実施し、冷延鋼板を作成し
た。これらの鋼板について耐食性と加工性を調査した。

【００３１】加工性の調査はJIS 13Ｂ号Ｂ形状の引張試
験片で実施した。伸びは圧延方向に対して90度の方向の
値を用い、深絞り性の指標であるｒ値については0 、4
5、90度方向の値の平均値 [(ｒ₀＋２ｒ₄₅＋ｒ₉₀)/４]
を用い評価した。耐食性については粒界腐食および孔食
試験をおこなった。

【００３２】すなわち、仕上げ焼鈍、酸洗後の鋼板にビ
ード幅が約４mmのTIG なめつけ溶接を実施し試験片を採
取した。試験片は湿式で#320エメリー紙を使い研磨し1.
0 mm厚として試験に供した。

【００３３】粒界腐食についてはJIS −Ｇ−0575に規定
されたストラウス試験の温度を60℃に変更して実施し
た。腐食減量および曲げ割れ観察により耐粒界腐食性を
評価した。

【００３４】孔食試験は50℃５％NaCl溶液への浸漬−引
上げ繰り返し (30分−30分のサイクル)50 時間により実
施し、脱スケール後に最大孔食深さを光学顕微鏡により
測定し耐孔食性の評価とした。

【００３５】熱延鋼板の巻取り温度、熱延板焼鈍、仕上
げ焼鈍条件、冷延鋼板の伸び、ｒ値、耐粒界腐食性、耐
孔食性を表２にまとめて示す。表２より明らかなように
本発明法による低Crフェライトステンレス鋼の成分系は
耐食性と加工性に優れることがわかる。

【００３６】

【表１】

【００３７】

【表２】

【００３８】

【発明の効果】本発明により耐食性と加工性を兼ね備え
た低Crフェライトステンレス鋼を得ることが可能とな
り、産業上の有益性は極めて高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかるＯとＮの含有量の範囲を示す図
である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％で、 Ｃ：0.015 ％以下、 Ｎ: 0.010 ％以下、 Ｃ＋Ｎ: 0.
   020 ％以下、 Cr : 10 〜 14 ％、 Si: 2.0 ％以下、 Mn : 2.0
   ％以下、 Ｐ: 0.04％以下、 Ti: 0.02〜 0.20 ％、 sol.Al:
   0.0020 ％未満、 酸素: 0.010 ％以下、 かつ重量比Ti／ (Ｃ＋Ｎ＋Ｏ) が2.0 以上、 窒素含有量の重量比率 (Ｏ／Ｎ) が0.50以上、 Cu : 0 〜 0.5％、 Ｖ: 0 〜 0.5％、 Ni : 0
   〜 0.5％、 Mo : 0 〜 1.0％、 残部がFeおよび不可避的不純物より成る鋼組成を有す
   る、耐食性と加工性に優れた低Crフェライトステンレス
   鋼。
2. 【請求項２】 前記鋼組成が、さらにＣ含有量の0.5 倍
   以上0.010 ％以下のＳを含有する、請求項１記載の低Cr
   フェライトステンレス鋼。