JPH08199314A

JPH08199314A - フェライト系ステンレス鋼及びその製造方法

Info

Publication number: JPH08199314A
Application number: JP7032997A
Authority: JP
Inventors: Hidenori Hisama; 英典久間; Hideki Uno; 秀樹宇野
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1995-01-30
Filing date: 1995-01-30
Publication date: 1996-08-06

Abstract

(57)【要約】【目的】大気環境中においても優れた耐食性を示すと
共に、優れた加工性をも兼備した安価なフェライト系ス
テンレス鋼を提供する。【構成】Ｃ:0.020％以下，Si:0.5％以下，Mn:0.5％以
下，Cr：17〜32％，Mo:0.5〜 3.5％，Ｎ:0.020％以下，
Ｐ:0.030％以下，Ｓ：0.0020％以下，Ti：０〜0.20％，
Nb：０〜0.50％，Cu：０〜 0.8％，Ni：０〜0.20％を含
むと共に、残部が実質的にFeで、かつ式 Ti(%) ＋｛ Nb(%)／２｝≧ 10｛Ｃ(%) ＋Ｎ(%) ｝， 70｛Ｃ(%) ＋Ｎ(%) ｝＋９Si(%) ＋2.5Cu(%)＋10Nb(%)
＋28Ni(%) ≦ 8 を満たす化学成分組成を有して成る如にフェライト系ス
テンレス鋼を構成する。また、「〔４（Cr＋４Mo）＋８
×Ｚ−３｛Ti／（Cr＋Ｎ）｝＋830 〕±１5 ℃」で最終
焼鈍する。但し、Ｚ＝70（Ｃ＋Ｎ）＋９Si＋2.5Cu ＋10
Nb＋28Niであり、「Ti／（Cr＋Ｎ）≦ 10 」条件を満た
す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、加工性に優れた高耐
食フェライト系ステンレス鋼及びその製造方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来技術とその課題】近年、建築物の外装用材料とし
てのステンレス鋼の需要が急速な延び傾向を見せている
が、この“建築物の外装”という用途に対してはＳＵＳ
３０４に代表されるオ−ステナイト系ステンレス鋼が適
用される場合が多かった。しかし、オ−ステナイト系ス
テンレス鋼には発銹，孔食といった局部腐食や熱膨張に
よる材料の変形が生じやすい等の問題があり、この点か
らその使用形態や使用部位に自ずと制限があった。もっ
とも、発銹や孔食を抑えるとの観点からすれば、ＳＵＳ
３０４に比べて耐食性に優るＳＵＳ３１６やＳＵＳ３１
７等のより高級なオ−ステナイト系ステンレス鋼を使用
することも考えられるが、この場合でも前記熱膨張の問
題は改善されないばかりか、材料コストが大幅に上昇す
るという別の問題が生じた。

【０００３】これに対し、フェライト系ステンレス鋼の
場合は高価なNiを含まないのでオ−ステナイト系ステン
レス鋼と比較して安価であり、しかも耐応力腐食割れ性
に優れる等の特長を有している。そのため、最近ではフ
ェライト系ステンレス鋼のこれらの特長が再認識され、
土木建築物等の内外装材，自動車部品や温水器の素材等
を始めとした幅広い分野での需要が増えている。

【０００４】しかし、他方、フェライト系ステンレス鋼
はオ−ステナイト系ステンレス鋼と比較して耐力が高
く、常温での加工性が劣るという欠点を有していた。特
に、CrとMoを多く含む高耐食フェライト系ステンレス鋼
の場合に耐力の増加による加工性の劣化が著しかった。
しかるに、屋根に代表される建築物の外装用途において
は施工現場での曲げ加工等が必要であり、このため材料
の耐力が高いこと（加工性が劣ること）は作業性の劣化
につながってしまい、これがフェライト系ステンレス鋼
の更なる普及を阻む大きな原因となっていた。

【０００５】なお、土木建築物の外装材等が置かれる大
気環境中での腐食は水溶液中における場合とは異なって
濡れと乾きが繰り返される状態で進行し、これに海塩粒
子等の塩化物が含まれると腐食環境は一段と厳しくな
る。そのため、腐食の問題が起きないように所要量のCr
やMoの確保といった耐食性面での十分な配慮は不可欠で
あった。

【０００６】そこで、フェライト系ステンレス鋼の前記
耐食性を確保しつつその耐力を低くするには、「“耐食
性確保のために必要なCrやMo”以外の添加元素を除くと
共に不可避不純物を極力低減する方策」が有効である
が、この場合には鋼の製造コストが高くなってしまうと
いう問題があった。また、フェライト系ステンレス鋼の
耐力を低くする方策として「製造工程での最終焼鈍温度
を高くする方法」も考えられるが、その効果はそれほど
大きくない上、材料の結晶粒が粗大化して“肌荒れ”や
“加工時の割れ”等が生じやすくなったり、焼鈍後の脱
スケ−ル性の劣化や熱エネルギ−の増加等によりやはり
製造コストが高くなるという問題があった。

【０００７】そこで、本発明が目的としたのは、大気環
境中においても優れた耐食性を示すと共に、優れた加工
性をも兼備した安価なフェライト系ステンレス鋼を提供
することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記目的
を達成すべく、まずフェライト系ステンレス鋼の成分元
素と耐力との関係についてより詳細な検討を行った。勿
論、これまでにも耐力に及ぼす単独成分の影響調査は行
われてきており、一部の元素を除いては添加量と共に耐
力が向上することは知られている。しかしながら、本発
明者等が着目したのは、上述のような“単独成分個々の
影響”ではなくて“フェライト系ステンレス鋼を構成す
る全成分の耐力に対する同時的・総合的影響”である。

【０００９】そして、この検討の結果、「フェライト系
ステンレス鋼を構成する化学成分のうち耐力の向上に係
わる成分は、各々の添加量が特定範囲内であれば相互に
規則的かつ密接に係わり合いながらフェライト系ステン
レス鋼の耐力に特定の関係に従った影響を及ぼすなど、
前記各成分の含有量と耐力との間には高い相関関係があ
る」との新たな事実を見出した。つまり、フェライト系
ステンレス鋼を構成する各成分の含有量がそれぞれ特定
の範囲内にあるならば、これら各成分の含有量を基にし
た１つの数式、即ち 70｛Ｃ(%) ＋Ｎ(%) ｝＋９Si(%) ＋2.5Cu(%)＋10Nb(%)
＋28Ni(%) によってフェライト系ステンレス鋼の耐力を的確に求め
得ることが判明した（以降は成分割合を表す％は重量％
とする）。

【００１０】なお、図１はフェライト系ステンレス鋼の
0.2%耐力を“成分量から算出した計算値”と“実測値”
とで比較したグラフであるが、両者は良く一致している
ことが分かる。

【００１１】そして、上記数式の値を特定値以下にコン
トロ−ルすることによって土木建築物の外装材等に要求
される十分な加工性が確保できるまでにフェライト系ス
テンレス鋼の耐力を低減することが可能となり、この式
を基に“耐食性確保の主成分であるCrやMo”以外の他の
元素を調整することで、他の性質を損なうことなく加工
性が著しく向上させ得ることや、所望の低い耐力を達成
するための材料の最終焼鈍温度を従来より低くすること
ができ製造性の向上が図れることが分かった。

【００１２】つまり、従来は不明であった「加工性の優
れたフェライト系ステンレス鋼を製造するに当っての
“製造コストの上昇を避けるために許容できる添加元素
や不可避不純物の量及びそのバランス”」が明らかとな
り、高価な成分の多量添加や過度の生成工程を要するこ
となく大気環境中でも優れた耐食性を示し、しかも加工
性の優れたフェライト系ステンレス鋼を安価に製造する
ことが可能であることが確認されたのである。

【００１３】本発明は、上記知見事項等を基に完成され
たものであり、「高耐食フェライト系ステンレス鋼を、
Ｃ： 0.020％以下， Si： 0.5％以下， Mn： 0.5％
以下，Cr：17〜32％， Mo： 0.5〜 3.5％，Ｎ：
0.020％以下，Ｐ： 0.030％以下，Ｓ：0.0020％以
下， Ti：０〜0.20％，Nb：０〜0.50％， Cu：０〜
0.8％， Ni：０〜0.20％を含むと共に、残部が実質
的にFeで、かつ式 Ti(%) ＋｛ Nb(%)／２｝≧ 10｛Ｃ(%) ＋Ｎ(%) ｝並びに 70｛Ｃ(%) ＋Ｎ(%) ｝＋９Si(%) ＋2.5Cu(%)＋10Nb(%)
＋28Ni(%) ≦ 8 を満たす化学成分組成を有して成る如く構成することに
より、優れた加工性をも兼備せしめた点」に大きな特徴
を有し、更には「Ｘ＝４｛Cr(%) ＋４Mo(%) ｝＋８×Ｚ−３〔 Ti(%)
／｛（Cr(%) ＋Ｎ(%) ｝〕＋830 なる式で算出される値をＸとすると、前記化学成分組成
の鋼を“Ｘ±１5 （℃)"の温度範囲内で最終焼鈍するこ
とによって加工性に優れた高耐食フェライト系ステンレ
ス鋼を安定かつ安価に製造できるようにした点」をも特
徴とするものである。

【００１４】

【作用】以下、本願発明において鋼の化学成分組成ある
いはその製造条件を上記の如くに限定した理由を、その
作用と共に説明する。 A) 成分組成 (a) Ｃ，ＮＣ及びＮは、何れも含有量を減らして行くと鋼が軟質に
なって加工性が向上するだけでなく耐粒界腐食性も向上
するためできるだけ低減する方が好ましいが、鋼の製造
性や製造コストをも考慮しＣ及びＮ含有量の上限をそれ
ぞれ0.02％と定めた。

【００１５】(b) Si Siは鋼の脱酸剤として有効な成分であるが、添加量の増
加と共に鋼材が硬くなって加工性が劣化し、含有量が
0.5％を超えると所望の加工性を確保できなくなること
から、Si含有量は 0.5％以下と定めた。

【００１６】(c) Mn Mn含有量が 0.5％を超えると発銹や孔食の起点となって
耐食性の劣化を招くようになることから、Mn含有量は
0.5％以下と定めた。

【００１７】(d) Cr Crは耐食性を維持するための主成分であり、その含有量
が17％未満になると鋼に所望の耐食性を確保することが
困難となる。一方、Cr含有量が多いほど鋼の耐食性は向
上するが、32％を超えて含有させると製造性が悪くなる
と共に製造コストも高くなる。従って、Cr含有量は17〜
32％と定めたが、特に土木建築物外装としての用途に供
する場合には17.5〜32％に調整するのが好ましい。

【００１８】(e) Mo Moは、Crとの共存により鋼の耐食性を著しく向上させる
成分である。しかし、その含有量が 0.5％未満であると
耐食性の改善効果（特に腐食成長の抑制効果）が不十分
であり、一方、3.5 ％を超えて含有させると鋼の加工性
が急激に劣化する。従って、Mo含有量は 0.5〜 3.5％と
定めたが、特に土木建築物外装としての用途に供する場
合には 1.5〜 3.5％に調整するのが好ましい。

【００１９】なお、Cr及びMoについては、両者の合計含
有量を「 40 ≧ Cr(%)＋４Mo(%) ≧28 」に調整するこ
とが推奨される。即ち、Cr，Moは共に鋼の耐食性を改善
する作用を有しており、特に「 Cr(%)＋４Mo(%) ≧ 28
」の範囲で耐食性改善効果が顕著になるが、これらの
含有量が多くなると（特に「 40 ＜ Cr(%)＋４Mo(%) 」
の範囲になると）材料が硬くなると共に耐力も高くな
り、その結果加工が困難となるためである。

【００２０】(f) ＰＰは、耐食性の面からできるだけ低い方が好ましい不純
物元素であるが、鋼の製造性を勘案して含有量の上限を
0.03％と定めた。

【００２１】(f) ＳＳは、発銹や孔食の起点となりやすく、やはり耐食性の
面からできるだけ低い方が好ましい不純物元素である
が、鋼の製造性を勘案して含有量の上限を0.0020％と定
めた。

【００２２】(g) Ti Tiは、鋼の耐食性に悪影響を及ぼすＣ及びＮの固定のた
めNb含有量との兼ね合いで必要により添加される成分で
あるが、その含有量が0.20％を超えると材料に表面疵が
出やすくなって製造性が劣化することから、Ti含有量は
０〜0.20％と定めた。

【００２３】(h) Nb Nbは、Tiと同じく鋼の耐食性に悪影響を及ぼすＣ及びＮ
の固定のためTi含有量との兼ね合いで必要により添加さ
れる成分であるが、その含有量が0.50％を超えると鋼材
が硬くなって加工性が劣化することから、Nb含有量は０
〜0.50％と定めた。

【００２４】ただ、「 Ti(%)＋｛ Nb(%)／２｝」の値が
「10｛Ｃ(%) ＋Ｎ(%) ｝」の値を下回ると鋼中のＣ，Ｎ
の固定が不十分となり、所望の耐食性を確保することが
できないことから、Ti及びNbは少なくとも何れかが含有
されていなければならず、またそれらの含有量は式 Ti(%) ＋｛ Nb(%)／２｝≧ 10｛Ｃ(%) ＋Ｎ(%) ｝を満たしている必要がある。

【００２５】(i) Cu Cuは、鋼の耐食性及び成形性を向上させるのに有効な元
素であるので必要により添加されるが、 0.8％を超えて
含有させると耐食性向上効果が飽和するだけでなく成形
性の劣化を招くようになることから、Cu含有量は０〜
0.8％と定めた。

【００２６】(j) Ni Niは、鋼の耐食性を向上させるのに有効な元素であるの
で必要により添加される成分であるが、添加量が増える
と共に鋼が硬くなって耐力が著しく増加し、特にその含
有量が0.20％を超えると所望の加工性を確保できなくな
る。従って、Ni含有量は０〜0.20％と定めた。

【００２７】そして、以上に示した各成分の含有量範囲
において鋼に優れた加工性を発揮させるためには、「70
｛Ｃ(%) ＋Ｎ(%) ｝＋９Si(%) ＋2.5Cu(%)＋10Nb(%) ＋
28Ni(%) 」の値を調整する必要がある。この値は、小さ
いほど鋼の耐力が低下し加工性は向上するが、この値が
小さくなるほど製造コストが上昇するため、製造コスト
の上昇を抑制して加工性の向上効果が得られる“下記式
を満足する範囲”に成分組成を調整することと定めた。
70｛Ｃ(%) ＋Ｎ(%) ｝＋９Si(%) ＋2.5Cu(%)＋10Nb(%)
＋28Ni(%) ≦ 8

【００２８】B) 製造条件本発明に係る前記成分組成の鋼では、冷間圧延後の最終
焼鈍条件は材料の性質を決定する上で非常に重要であ
り、最終焼鈍の温度が適正温度より低いと十分な耐力低
減が得られず、耐食性も劣化する。一方、最終焼鈍温度
が適正温度より高いと材料の結晶粒が粗大化して肌荒れ
や加工時の割れ等の問題を生じるだけでなく、脱スケ−
ル性の劣化や熱エネルギ−増加等による製造コストの上
昇を招く。そこで、最終焼鈍は、Ｘ＝４｛Cr(%) ＋４Mo(%) ｝＋８×Ｚ−３〔 Ti(%)／
｛（Cr(%) ＋Ｎ(%) ｝〕＋830 なる式（本発明に係る各種成分組成鋼を用い実際の適正
焼鈍温度から重回帰分析によって求めた式）で算出され
る値をＸとすると、「Ｘ±１5 （℃) 」の温度範囲内
で、材料の板厚１mm当り１分程度の条件で実施するのが
良い。

【００２９】なお、Tiは鋼のＣ及びＮの固定が主な目的
で添加されるが、Ｃ及びＮの固定に有効に作用する範囲
においては焼鈍による再結晶温度を下げる効果もある。
従って、焼鈍温度を低くして製造性を上げるため、 0.2
％以下の範囲において積極的にTiを添加するのが好まし
いと言える。また、前記Ｚ式の値は、低い方が鋼の耐力
が低下すると共に焼鈍温度を低くすることができて製造
性も向上するため、より低い方が好ましいと言える。

【００３０】

【実施例】

〔実施例１〕真空溶解炉を用いて表１に示す各成分組成
の鋼１〜18を溶製し、熱間圧延，冷間圧延の後、溶体化
処理を施して供試材とした。次に、上記各供試材を用い
て引張り試験を実施し、 0.2％耐力を測定した。この調
査結果を表１に併せて示す。

【００３１】

【表１】

【００３２】表１に示される結果から明らかなように、
本発明に係るフェライト系ステンレス鋼は耐力が低く加
工性に優れていることが分かる。また、図２は、上記各
供試材の耐力と耐食性の関係を整理して示したグラフで
ある。なお、耐食性の評価は、ＪＩＳの孔食試験法（JI
S Ｇ0577）に基づいて測定した孔食電位（ＶＣ’₁₀）に
より行った（試験溶液としては６０℃の 0.5モルNaCl水
溶液を使用）。この図２からは、本発明に係るフェライ
ト系ステンレス鋼は同様の耐食レベルを示す比較鋼と比
べて耐力は５kgf/mm²以上低く、加工しやすい軟質な鋼
であることを確認できる。

【００３３】〔実施例２〕真空溶解炉を用いて表２に示
す各成分組成の鋼19〜37を溶製し、熱間圧延，冷間圧延
の後、溶体化処理を施して供試材とした。次に、上記各
供試材を用いて引張り試験を実施し 0.2％耐力の測定を
行うと共に、６０℃の 0.5モルNaCl水溶液中で孔食電位
（ＶＣ’₁₀）を測定した。これらの調査結果を表２に示
す。

【００３４】

【表２】

【００３５】表２に示される結果から明らかなように、
本発明に係るフェライト系ステンレス鋼は高耐食性であ
ると同時に、耐力が低くて加工性にも優れていることが
分かる。また、図３は、上記各供試材の耐力と耐食性の
関係を整理して示したグラフである。なお、耐食性の評
価には、以下に示す大気環境中の耐食性評価試験法を採
用した。

【００３６】即ち、まずＪＩＳの孔食試験法（JIS Ｇ05
77）に基づき孔食電位（ＶＣ’₁₀）を求めると共に、そ
の後更にアノ−ド分極させ、孔食がある程度成長して電
流密度が２００μＡ/cm²に達したならば今度はカソ−ド
方向に２００ mＶ/minで分極させ、孔食の成長が停止す
る電位（保護電位Ｅ_prot：電流密度が０μＡ/cm²以下に
なった電位を採用）を測定した。そして、この孔食電位
と保護電位の平均電位を「孔食中間電位」とし、これに
より耐食性を評価した（試験溶液としては８０℃の 0.5
モルNaCl水溶液を使用）。

【００３７】この図３からも、本発明に係るフェライト
系ステンレス鋼は同様の耐食レベルを示す比較鋼と比べ
て耐力は大幅に低く、加工しやすい軟質な鋼であること
を確認できる。

【００３８】〔実施例３〕真空溶解炉を用いて前記表２
の鋼種20, 23, 25, 26, 27, 29, 32, 33及び37に相当す
る成分組成の鋼を溶製し、熱間圧延，冷間圧延の後、表
３に示す各種の温度で最終焼鈍を施して供試材とした。
次に、上記各供試材を用いて引張り試験を実施し 0.2％
耐力の測定を行うと共に、６０℃の 0.5モルNaCl水溶液
中で孔食電位（ＶＣ’₁₀）を測定した。また、八千代折
による曲げ加工試験も実施した。これらの調査結果を表
３に併せて示す。

【００３９】

【表３】

【００４０】表３に示される結果から明らかなように、
本発明に係るフェライト系ステンレス鋼は高耐食性であ
ると同時に、耐力が低くて加工性にも優れていることが
分かる。更に、表３に示される結果からは、Ｘ式で算出
される適正焼鈍温度の範囲から外れた材料は曲げ加工に
よって割れが生じていることも確認できる。なお、比較
鋼の中で一部割れが発生していないものもあるが、耐力
が高いため非常に加工しにくく、実用材料としては不適
である。

【００４１】

【効果の総括】以上に説明した如く、この発明によれ
ば、土木建築用外装材等に適用した場合でも優れた耐食
性を発揮することは勿論のこと、軟質化による優れた加
工性をも示す安価なフェライト系ステンレス鋼を提供す
ることが可能となるなど、産業上有用な効果がもたらさ
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】フェライト系ステンレス鋼の0.2%耐力を“成分
量から算出した計算値”と“実測値”とで比較したグラ
フである。

【図２】本発明鋼と比較鋼に関する 0.2％耐力と孔食電
位の測定値を整理して示したグラフである。

【図３】本発明鋼と比較鋼に関する 0.2％耐力と孔食中
間電位の測定値を整理して示したグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量割合にてＣ： 0.020％以下， S
i： 0.5％以下， Mn： 0.5％以下，Cr：17〜32％，
Mo： 0.5〜 3.5％，Ｎ： 0.020％以下，Ｐ：
0.030％以下，Ｓ：0.0020％以下， Ti：０〜0.20
％，Nb：０〜0.50％， Cu：０〜 0.8％， Ni：
０〜0.20％を含むと共に、残部が実質的にFeで、かつ式 Ti(%) ＋｛ Nb(%)／２｝≧ 10｛Ｃ(%) ＋Ｎ(%) ｝並びに 70｛Ｃ(%) ＋Ｎ(%) ｝＋９Si(%) ＋2.5Cu(%)＋10Nb(%)
＋28Ni(%) ≦ 8 を満たす化学成分組成を有して成ることを特徴とする、
加工性に優れた高耐食フェライト系ステンレス鋼。
【請求項２】請求項１に記載される化学成分組成の鋼
を、「下記式で算出される値（Ｘ）±１5 （℃）」の温
度範囲内で最終焼鈍することを特徴とする、加工性に優
れた高耐食フェライト系ステンレス鋼の製造方法。Ｘ＝４｛Cr(%) ＋４Mo(%) ｝＋８×Ｚ−３〔 Ti(%)／
｛（Cr(%) ＋Ｎ(%) ｝〕＋830