JPWO2018074164A1 - フェライト系ステンレス熱延焼鈍鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
十分な耐食性を有するとともに、厚肉のフランジへの打ち抜き加工する際の割れを抑制可能なフェライト系ステンレス熱延焼鈍鋼板およびその製造方法を提供すること。質量％で、Ｃ：０．００１〜０．０２０％、Ｓｉ：０．０５〜１．００％、Ｍｎ：０．０５〜１．００％、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ａｌ：０．００１〜０．１００％、Ｃｒ：１０．０〜２４．０％、Ｎｉ：０．０１〜０．６０％、Ｔｉ：０．１０〜０．４０％、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、限界応力拡大係数ＫＩＣが２０ＭＰａ・ｍ１／２以上であることを特徴とするフェライト系ステンレス熱延焼鈍鋼板。
Description
本発明は、フランジ等への適用に好適な加工性に優れたフェライト系ステンレス熱延焼鈍鋼板およびその製造方法に関するものである。
近年、自動車における排気ガスに関する法規制の強化が進んでおり、燃費の向上が急務となっている。そこで、自動車エンジンから生じた排気ガスを再度エンジンの吸気として用いる排気ガス再循環（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ、ＥＧＲ）システムの適用が進んでいる。エンジンから生じた排気ガスは、ガス温度を下げるためのＥＧＲクーラーを通過した後に再度エンジンに供給される。排気ガスを循環させるにあたって、各排気系部品は排気ガスの漏洩を防ぐためにフランジを介して締結される。このような排気系部品に適用されるフランジは十分な剛性を有する必要がある。このことから、このような排気系部品には厚肉（例えば板厚で５ｍｍ以上）のフランジが適用されている。
従来、厚肉のフランジには普通鋼が用いられてきた。しかし、ＥＧＲシステムのような高温の排気ガスが通過する部品に適用するフランジには十分な耐食性が求められる。そのため、普通鋼に比べて耐食性に優れるステンレス鋼、特に熱膨張率が比較的小さく熱応力が発生しにくいフェライト系ステンレス鋼の適用が検討されており、厚肉のフランジに適用可能な板厚の大きい（例えば板厚で５ｍｍ以上）フェライト系ステンレス鋼板が強く求められている。
このような市場要求に対し、例えば、特許文献１には、質量％で、Ｃ：０．０１５％以下、Ｓｉ：０．０１〜０．４％、Ｍｎ：０．０１〜０．８％、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｃｒ：１４．０〜１８．０％未満、Ｎｉ：０．０５〜１％、Ｎｂ：０．３〜０．６％、Ｔｉ：０．０５％以下、Ｎ：０．０２０％以下、Ａｌ：０．１０％以下、Ｂ：０．０００２〜０．００２０％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物であり、Ｎｂ、ＣおよびＮの含有量がＮｂ／（Ｃ＋Ｎ）≧１６を満たし、０℃におけるシャルピー衝撃値が１０Ｊ／ｃｍ２以上であり、板厚が５．０〜９．０ｍｍであるフェライト系ステンレス熱延鋼板が開示されている。
しかし、本発明者らが特許文献１に記載されるフェライト系ステンレス熱延鋼板を用いてバーリング加工部を有する厚肉のフランジ形状への加工を試みたところ、上記の鋼板が十分なシャルピー衝撃値を有していたにも関わらず、バーリング加工部の特に板厚中央部に割れが生じ、所定のフランジ形状を得ることができない場合があり、厚肉のフランジに適用するには十分ではないことが明らかとなった。
本発明は、かかる課題を解決し、十分な耐食性を有するとともに、厚肉のフランジへの打ち抜き加工をする際の割れを抑制可能なフェライト系ステンレス熱延焼鈍鋼板およびその製造方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、課題を解決するために詳細な検討を行った。その結果、板厚が５．０ｍｍを超える厚肉の鋼板を、割れを発生させることなくバーリング加工部を有する厚肉のフランジへ成形する場合、その加工性は、従来用いられてきたシャルピー衝撃値では正確な評価ができないが、厚板分野の靭性評価指標である限界応力拡大係数(Threshold Stress Intensity Factor)ＫＩＣで正確に評価できることを見出した。これは、板厚が５．０ｍｍ未満の薄鋼板では、加工時の打ち抜き端面部近傍の塑性変形領域が板厚に対して大きいために、成形に伴う破壊現象を破壊力学的な取り扱いで一義的に整理できないのに対し、板厚が５．０ｍｍ以上の厚肉の鋼板では、加工時の打ち抜き端面近傍部の塑性変形領域が板厚に対して十分に小さくなる小規模降伏状態を十分に満足するために、所定の加工に伴う破壊現象を破壊力学的な定量指標である応力拡大係数で扱うことができ、特にその限界値、すなわち限界応力拡大係数ＫＩＣで正確に評価できるためと考えられる。
以上のことから、本発明者らは所定形状のフランジへ加工した場合の割れの発生有無と限界応力拡大係数ＫＩＣとの関係を詳細に調査した。その結果、限界応力拡大係数ＫＩＣを２０ＭＰａ・ｍ１／２以上にすることで、バーリング加工部を有する厚肉フランジへ加工する際のバーリング加工部での割れの発生を効果的に抑制することができ、バーリング加工部を有する厚肉のフランジへ十分に実用化できることを知見した。
そして、適切な成分のフェライト系ステンレス鋼に対して、特に３パス以上の多パスからなる仕上熱間圧延工程における最終３パスの累積圧下率（＝１００−（最終板厚／最終３パスの圧延開始前の板厚）×１００［％］）を適切に制御して得られた熱延鋼板に対して、適切な温度で熱延板焼鈍を行うことにより、限界応力拡大係数ＫＩＣが向上することを知見した。
本発明は以上の知見に基づいてなされたものであり、以下を要旨とするものである。
［１］質量％で、Ｃ：０．００１〜０．０２０％、Ｓｉ：０．０５〜１．００％、Ｍｎ：０．０５〜１．００％、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ａｌ：０．００１〜０．１００％、Ｃｒ：１０．０〜２４．０％、Ｎｉ：０．０１〜０．６０％、Ｔｉ：０．１０〜０．４０％、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、
限界応力拡大係数ＫＩＣが２０ＭＰａ・ｍ１／２以上であることを特徴とするフェライト系ステンレス熱延焼鈍鋼板。
［２］成分組成として、質量％で、さらにＣｕ：０．０１〜１．００％、Ｍｏ：０．０１〜２．００％、Ｗ：０．０１〜０．２０％、Ｃｏ：０．０１〜０．２０％のうちから選ばれる１種または２種以上を含有することを特徴とする前記［１］に記載のフェライト系ステンレス熱延焼鈍鋼板。
［３］成分組成として、質量％で、さらに、Ｖ：０．０１〜０．２０％、Ｎｂ：０．０１〜０．１０％、Ｚｒ：０．０１〜０．２０％、ＲＥＭ：０．００１〜０．１００％、Ｂ：０．０００２〜０．００２５％、Ｍｇ：０．０００５〜０．００３０％、Ｃａ：０．０００３〜０．００３０％のうちから選ばれる１種または２種以上を含有することを特徴とする前記［１］または［２］に記載のフェライト系ステンレス熱延焼鈍鋼板。
［４］前記［１］〜［３］のいずれかに記載のフェライト系ステンレス熱延焼鈍鋼板の製造方法であって、３パス以上の仕上圧延を行う熱間圧延工程で、仕上圧延の最終３パスを温度範囲８００〜１１００℃、且つ前記最終３パスの累積圧下率を２５％以上として熱延鋼板を得て、該熱延鋼板に対してさらに８００〜１１００℃で熱延板焼鈍を行うことを特徴とするフェライト系ステンレス熱延焼鈍鋼板の製造方法。
［１］質量％で、Ｃ：０．００１〜０．０２０％、Ｓｉ：０．０５〜１．００％、Ｍｎ：０．０５〜１．００％、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ａｌ：０．００１〜０．１００％、Ｃｒ：１０．０〜２４．０％、Ｎｉ：０．０１〜０．６０％、Ｔｉ：０．１０〜０．４０％、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、
限界応力拡大係数ＫＩＣが２０ＭＰａ・ｍ１／２以上であることを特徴とするフェライト系ステンレス熱延焼鈍鋼板。
［２］成分組成として、質量％で、さらにＣｕ：０．０１〜１．００％、Ｍｏ：０．０１〜２．００％、Ｗ：０．０１〜０．２０％、Ｃｏ：０．０１〜０．２０％のうちから選ばれる１種または２種以上を含有することを特徴とする前記［１］に記載のフェライト系ステンレス熱延焼鈍鋼板。
［３］成分組成として、質量％で、さらに、Ｖ：０．０１〜０．２０％、Ｎｂ：０．０１〜０．１０％、Ｚｒ：０．０１〜０．２０％、ＲＥＭ：０．００１〜０．１００％、Ｂ：０．０００２〜０．００２５％、Ｍｇ：０．０００５〜０．００３０％、Ｃａ：０．０００３〜０．００３０％のうちから選ばれる１種または２種以上を含有することを特徴とする前記［１］または［２］に記載のフェライト系ステンレス熱延焼鈍鋼板。
［４］前記［１］〜［３］のいずれかに記載のフェライト系ステンレス熱延焼鈍鋼板の製造方法であって、３パス以上の仕上圧延を行う熱間圧延工程で、仕上圧延の最終３パスを温度範囲８００〜１１００℃、且つ前記最終３パスの累積圧下率を２５％以上として熱延鋼板を得て、該熱延鋼板に対してさらに８００〜１１００℃で熱延板焼鈍を行うことを特徴とするフェライト系ステンレス熱延焼鈍鋼板の製造方法。
ここで、限界応力拡大係数ＫＩＣは、板幅中央部からＡＳＴＭ Ｅ３９９に準拠したＣＴ(Compact Tension)試験片を、疲労予き裂が圧延直角方向、応力軸が圧延平行方向となるように採取し、ＡＳＴＭ Ｅ３９９に準拠して試験することにより得られる応力拡大係数のことを指す。
本発明によれば、十分な耐食性を有するとともに、厚肉のフランジへの打ち抜き加工をする際の割れを抑制可能な加工性に優れるフェライト系ステンレス熱延焼鈍鋼板が得られる。
なお、本発明における十分な耐食性とは、評価する表面を＃６００エメリーペーパーにより研磨仕上げした後に端面部をシールした鋼板にＪＩＳ Ｈ ８５０２に規定された塩水噴霧サイクル試験（塩水噴霧（５質量％ＮａＣｌ、３５℃、噴霧２ｈｒ）→乾燥（６０℃、４ｈｒ、相対湿度４０％）→湿潤（５０℃、２ｈｒ、相対湿度≧９５％））を１サイクルとする試験）を５サイクル行った場合の鋼板の評価面における発錆面積率（＝発錆面積／鋼板全面積×１００［％］）が２５％以下であることを意味する。
また、厚肉のフランジへの打ち抜き加工をする際の割れを抑制可能な加工性に優れるとは、板幅中央部から、ＡＳＴＭ Ｅ３９９に準拠したＣＴ試験片を、疲労予き裂が圧延直角方向、応力軸が圧延平行方向となるように採取し、ＡＳＴＭ Ｅ３９９に準拠して試験することにより得られる限界応力拡大係数ＫＩＣが２０ＭＰａ・ｍ１／２以上であることを指す。
本発明のフェライト系ステンレス熱延焼鈍鋼板は、質量％で、Ｃ：０．００１〜０．０２０％、Ｓｉ：０．０５〜１．００％、Ｍｎ：０．０５〜１．００％、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ａｌ：０．００１〜０．１００％、Ｃｒ：１０．０〜２４．０％、Ｎｉ：０．０１〜０．６０％、Ｔｉ：０．１０〜０．４０％、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、限界応力拡大係数ＫＩＣが２０ＭＰａ・ｍ１／２以上である。
限界応力拡大係数ＫＩＣは、板幅中央部からＡＳＴＭ Ｅ３９９に準拠したＣＴ試験片を、疲労予き裂が圧延直角方向、応力軸が圧延平行方向となるように採取し、ＡＳＴＭ Ｅ３９９に準拠して試験することにより得られる応力拡大係数のことを指す。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明者らは、板厚５．０ｍｍの各種フェライト系ステンレス鋼板を用いて、３０ｍｍφのフランジ孔部をブランクまま（打ち抜いたまま）の鋼板表面から１０ｍｍ持ち上げるバーリング加工部を有するフランジへ成形した際に割れが発生した原因について詳細に検討した。その結果、割れが発生した上記の鋼板では、打ち抜き端面の板厚中央部近傍に生じた微小亀裂がバーリング加工において著しく進展したために割れが生じていることを突き止めた。
本発明者らは、この微小亀裂の著しい進展と材料特性の関係を詳細に検討した。その結果、微小亀裂の進展は鋼板の限界応力拡大係数ＫＩＣが小さいほど生じやすい傾向があることを突き止めた。そこで、種々のフェライト系ステンレス熱延焼鈍鋼板（板厚５.０ｍｍ）を用いて該フランジへの成形を試みた結果、微小亀裂の進展による割れは、所定の測定方法で得られる限界応力拡大係数ＫＩＣが２０ＭＰａ・ｍ１／２を下回った鋼板で特に生じやすいことを知見した。
さらに、本発明者らは、該フランジへの成形時に割れが生じた鋼板の限界応力拡大係数ＫＩＣが小さい原因を明らかにするため、上記の鋼板の割れ部を詳細に調査した。その結果、割れが生じた鋼板では、打ち抜き端面の板厚中央部近傍に発生した亀裂が板厚中央部近傍の結晶粒界において著しく進展していることを突き止めた。
そして、上記の鋼板の組織をＳＥＭ(Scanning Electron Microscopy)／ＥＢＳＤ(Electron Backscatter Diffraction)法により調査および解析した結果、亀裂が著しく進展した部位の結晶粒は、それぞれが独立した結晶粒ではあるものの、隣接する結晶粒とほぼ同じ結晶方位を有する、いわゆるコロニー（類似結晶方位を有する結晶粒群）を形成していることを突き止めた。一般に、結晶粒は隣接する結晶粒と異なる結晶方位を有しており、亀裂が粒界上を進展するに際して方位の異なる粒界が亀裂進展の障害として機能する。しかし、コロニーでは隣接する結晶粒の結晶方位がほぼ等しいために、コロニー内の各結晶粒間の粒界による亀裂進展の抑制効果が小さくなることで、コロニーが形成されている鋼板では限界応力拡大係数ＫＩＣが低下し、該フランジへの成形時に割れが生じたことを突き止めた。
そこで、本発明者らは、フェライト系ステンレス熱延焼鈍鋼板において限界応力拡大係数ＫＩＣを向上させる手法について鋭意検討した。その結果、適切な成分のフェライト系ステンレス鋼に対して、特に多パスからなる仕上圧延を行う熱間圧延工程の最終３パスを８００〜１１００℃の温度範囲で、かつ最終３パスの累積圧下率（＝１００−（最終板厚／最終３パスの圧延開始前の板厚）×１００［％］）が２５％以上となるように適切に制御して得られた熱延鋼板に対して、８００〜１１００℃で熱延板焼鈍を行うことにより、コロニーが効果的に破壊され、２０ＭＰａ・ｍ１／２以上の限界応力拡大係数ＫＩＣが得られることを知見した。
なお、本発明のフェライト系ステンレス熱延焼鈍鋼板の板厚は、特に限定されないが、厚肉のフランジに適用できる板厚であることが望ましいため、５．０ｍｍ以上が好ましく、７．０ｍｍ以上がより好ましい。また、前記板厚は、特に限定されないが、１５．０ｍｍ以下が好ましく、１０．０ｍｍ以下がより好ましい。
上記手法によりコロニーの破壊が促進される理由について以下に説明する。
フェライト系ステンレス鋼の熱間圧延前のスラブの板厚中央部には、粗大かつ展伸したコロニー（類似結晶方位を有する結晶粒群）が鋳造方向に沿って連なって分布している。一方、鋼板を圧延した場合、鋼板は表層部から変形して伸長する。そのため、圧下率が小さい場合には板厚中央部の変形量が小さくなり、板厚中央部に圧延ひずみがほとんど導入されない。
そのため、従来技術による熱間圧延では、鋼板の板厚中央部の展伸粒に圧延ひずみが十分に導入されず、その後の熱延板焼鈍における再結晶サイトが不足し、熱延板焼鈍時に板厚中央付近では再結晶は生じるもののコロニーが分断されずに残存しやすく、本発明が必要とする２０ＭＰａ・ｍ１／２以上の限界応力拡大係数ＫＩＣが得られない。
さらに、フェライト系ステンレス鋼は熱間圧延において動的再結晶（加工変形中における再結晶を言う）がほとんど生じず、圧延による加工ひずみの回復が生じやすい傾向がある。そのため、従来技術による熱間圧延では圧延によって導入された加工ひずみの過度な回復が生じて加工ひずみを熱間圧延後まで効果的に維持することができない。その結果、再結晶サイトが不十分となり次工程の熱延板焼鈍においてコロニーが効果的に破壊されず、所定の限界応力拡大係数ＫＩＣが得られない。
そこで本発明者らは、熱間圧延工程において鋼板の全厚にわたって圧延加工ひずみを効果的にかつ十分に導入する手法について鋭意検討した。その結果、仕上熱間圧延の最終３パスを適切な温度範囲に管理したうえで大きな累積圧下率で圧延を行うことにより、圧延加工ひずみの回復を抑制しつつ、圧延加工ひずみが板厚の中央部まで十分にかつ効果的に導入され、次工程の熱延板焼鈍における再結晶サイトとなる圧延加工ひずみを十分に残した熱延板組織を得ることができ、次工程の熱延板焼鈍においてコロニーが効果的に破壊されることを知見した。
具体的には、３パス以上からなる仕上熱間圧延工程の最終３パスを８００〜１１００℃の温度範囲で、かつ最終３パスの累積圧下率（＝１００−（最終板厚／最終３パスの圧延開始前の板厚）×１００［％］）が２５％以上となるように適切に制御して熱間圧延を行うことを考案した。
また、本発明者らは、次工程の熱延板焼鈍の好適な条件についても鋭意検討した。熱延板焼鈍は熱間圧延によって形成された加工組織を再結晶させる工程である。そのため、十分な再結晶が生じる温度で焼鈍を行う必要がある。しかし、過度な高温で熱延板焼鈍を行った場合、再結晶は生じるものの再結晶粒の著しい粗大化が生じる。この著しく粗大な再結晶粒は独立した単一の結晶粒であるが、粒界長さが著しく長くなるため、コロニーが存在していた場合と同様に方位の異なる粒界による亀裂進展の抑制効果が低下し、所定の限界応力拡大係数ＫＩＣが得られなくなることを知見した。
そこで本発明者らは、再結晶粒の粒径と焼鈍温度の関係について詳細に調査した。その結果、熱延板焼鈍温度を１１００℃以下に抑えることによって、限界応力拡大係数ＫＩＣが顕著に低下するほどの粗大な再結晶粒の生成を抑制できることを見出した。
次に、本発明のフェライト系ステンレス熱延焼鈍鋼板の成分組成について説明する。
以下、特に断らない限り、成分組成を示す％は質量％を意味する。
以下、特に断らない限り、成分組成を示す％は質量％を意味する。
Ｃ：０．００１〜０．０２０％
Ｃを０．０２０％超えて含有すると、加工性の低下および溶接部の耐食性低下が顕著になる。Ｃ含有量が少ないほど耐食性および加工性の観点では好ましいが、Ｃ含有量を０．００１％未満にするためには精錬に時間がかかり製造上好ましくない。そのため、Ｃ含有量は０．００１〜０．０２０％の範囲とする。Ｃ含有量は、好ましくは０．００３％以上であり、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％以下であり、より好ましくは０．０１２％以下である。
Ｃを０．０２０％超えて含有すると、加工性の低下および溶接部の耐食性低下が顕著になる。Ｃ含有量が少ないほど耐食性および加工性の観点では好ましいが、Ｃ含有量を０．００１％未満にするためには精錬に時間がかかり製造上好ましくない。そのため、Ｃ含有量は０．００１〜０．０２０％の範囲とする。Ｃ含有量は、好ましくは０．００３％以上であり、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％以下であり、より好ましくは０．０１２％以下である。
Ｓｉ：０．０５〜１．００％
Ｓｉは溶接時に形成される酸化皮膜に濃縮して溶接部の耐食性を向上させる効果があるとともに、製鋼工程における脱酸元素としても有用な元素である。これらの効果は０．０５％以上のＳｉの含有により得られ、含有量が多いほどその効果は大きくなる。しかし、１．００％を超えてＳｉを含有すると、熱間圧延工程における圧延荷重の増大と顕著なスケールの生成、焼鈍工程においては鋼板表層でのＳｉ濃化層の形成による酸洗性の低下がそれぞれ生じ、表面欠陥の増加や製造コストの上昇を誘引するため好ましくない。そのため、Ｓｉ含有量は０．０５〜１．００％とする。Ｓｉ含有量は、好ましくは０．１０％以上である。また、Ｓｉ含有量は、好ましくは０．６０％以下であり、より好ましくは０．４０％以下である。
Ｓｉは溶接時に形成される酸化皮膜に濃縮して溶接部の耐食性を向上させる効果があるとともに、製鋼工程における脱酸元素としても有用な元素である。これらの効果は０．０５％以上のＳｉの含有により得られ、含有量が多いほどその効果は大きくなる。しかし、１．００％を超えてＳｉを含有すると、熱間圧延工程における圧延荷重の増大と顕著なスケールの生成、焼鈍工程においては鋼板表層でのＳｉ濃化層の形成による酸洗性の低下がそれぞれ生じ、表面欠陥の増加や製造コストの上昇を誘引するため好ましくない。そのため、Ｓｉ含有量は０．０５〜１．００％とする。Ｓｉ含有量は、好ましくは０．１０％以上である。また、Ｓｉ含有量は、好ましくは０．６０％以下であり、より好ましくは０．４０％以下である。
Ｍｎ：０．０５〜１．００％
Ｍｎは鋼の強度を高める効果があり、また、脱酸剤としての作用もある。その効果を得るためには０．０５％以上のＭｎの含有が必要である。しかし、Ｍｎ含有量が１．００％を超えると、腐食の起点となるＭｎＳの生成が促進され、耐食性が低下する。そのため、Ｍｎ含有量は０．０５〜１．００％とする。Ｍｎ含有量は、好ましくは０．１０％以上である。また、Ｍｎ含有量は、好ましくは０．６０％以下であり、より好ましくは０．３０％以下である。
Ｍｎは鋼の強度を高める効果があり、また、脱酸剤としての作用もある。その効果を得るためには０．０５％以上のＭｎの含有が必要である。しかし、Ｍｎ含有量が１．００％を超えると、腐食の起点となるＭｎＳの生成が促進され、耐食性が低下する。そのため、Ｍｎ含有量は０．０５〜１．００％とする。Ｍｎ含有量は、好ましくは０．１０％以上である。また、Ｍｎ含有量は、好ましくは０．６０％以下であり、より好ましくは０．３０％以下である。
Ｐ：０．０４％以下
Ｐは鋼に不可避的に含まれる元素であるが、耐食性および加工性に対して有害な元素であるので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顕著に低下する。よって、Ｐ含有量は０．０４％以下とする。好ましくは、Ｐ含有量は０．０３％以下である。
Ｐは鋼に不可避的に含まれる元素であるが、耐食性および加工性に対して有害な元素であるので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顕著に低下する。よって、Ｐ含有量は０．０４％以下とする。好ましくは、Ｐ含有量は０．０３％以下である。
Ｓ：０．０１％以下
ＳもＰと同様に鋼に不可避的に含まれる元素であるが、耐食性および加工性に対して有害な元素であるので可能な限り低減するのが好ましい。特に、Ｓ含有量が０．０１％を超えると耐食性が顕著に低下する。よって、Ｓ含有量は０．０１％以下とする。好ましくは、Ｓ含有量は０．００８％以下である。より好ましくは、Ｓ含有量は０．００３％以下である。
ＳもＰと同様に鋼に不可避的に含まれる元素であるが、耐食性および加工性に対して有害な元素であるので可能な限り低減するのが好ましい。特に、Ｓ含有量が０．０１％を超えると耐食性が顕著に低下する。よって、Ｓ含有量は０．０１％以下とする。好ましくは、Ｓ含有量は０．００８％以下である。より好ましくは、Ｓ含有量は０．００３％以下である。
Ａｌ：０．００１〜０．１００％
Ａｌは有効な脱酸剤である。さらに、Ａｌは窒素との親和力がＣｒよりも強いため、溶接部に窒素が侵入した場合に、窒素をＣｒ窒化物ではなくＡｌ窒化物として析出させて、鋭敏化を抑制する効果がある。これらの効果は、Ａｌを０．００１％以上含有することで得られる。しかし、０．１００％を超えるＡｌを含有すると、溶接時の溶け込み性が低下して溶接作業性が低下するので好ましくない。そのため、Ａｌ含有量は０．００１〜０．１００％の範囲とする。Ａｌ含有量は、好ましくは０．００５％以上であり、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０．０６０％以下であり、より好ましくは０．０４０％以下である。
Ａｌは有効な脱酸剤である。さらに、Ａｌは窒素との親和力がＣｒよりも強いため、溶接部に窒素が侵入した場合に、窒素をＣｒ窒化物ではなくＡｌ窒化物として析出させて、鋭敏化を抑制する効果がある。これらの効果は、Ａｌを０．００１％以上含有することで得られる。しかし、０．１００％を超えるＡｌを含有すると、溶接時の溶け込み性が低下して溶接作業性が低下するので好ましくない。そのため、Ａｌ含有量は０．００１〜０．１００％の範囲とする。Ａｌ含有量は、好ましくは０．００５％以上であり、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０．０６０％以下であり、より好ましくは０．０４０％以下である。
Ｃｒ：１０．０〜２４．０％
Ｃｒはステンレス鋼の耐食性を確保するために最も重要な元素である。その含有量が１０．０％未満では、自動車排気ガス雰囲気において十分な耐食性が得られない。一方、２４．０％を超えてＣｒを含有すると、σ（シグマ）相の生成により靭性が著しく低下し、本発明では、所定の限界応力拡大係数ＫＩＣを得ることができない。そのため、Ｃｒ含有量は１０．０〜２４．０％の範囲とする。Ｃｒ含有量は、好ましくは１４．０％以上であり、より好ましくは１６．０％以上であり、さらに好ましくは１７．０％以上である。また、Ｃｒ含有量は、好ましくは２１．５％以下であり、より好ましくは１９．５％以下であり、さらに好ましくは１８．５％以下である。
Ｃｒはステンレス鋼の耐食性を確保するために最も重要な元素である。その含有量が１０．０％未満では、自動車排気ガス雰囲気において十分な耐食性が得られない。一方、２４．０％を超えてＣｒを含有すると、σ（シグマ）相の生成により靭性が著しく低下し、本発明では、所定の限界応力拡大係数ＫＩＣを得ることができない。そのため、Ｃｒ含有量は１０．０〜２４．０％の範囲とする。Ｃｒ含有量は、好ましくは１４．０％以上であり、より好ましくは１６．０％以上であり、さらに好ましくは１７．０％以上である。また、Ｃｒ含有量は、好ましくは２１．５％以下であり、より好ましくは１９．５％以下であり、さらに好ましくは１８．５％以下である。
Ｎｉ：０．０１〜０．６０％
Ｎｉはステンレス鋼の耐食性を向上させる元素であり、不動態皮膜が形成されず活性溶解が生じる腐食環境において腐食の進行を抑制する元素である。また、Ｎｉは強いオーステナイト生成元素であり、溶接部でのフェライト生成を抑制し、Ｃｒ炭窒化物の析出による鋭敏化を抑制する効果がある。この効果は、Ｎｉを０．０１％以上含有することで得られ、Ｎｉの含有量が多いほど高くなる。しかし、Ｎｉ含有量が０．６０％を超えると、加工性が低下することに加えて、応力腐食割れが発生しやすくなる。さらには、Ｎｉは高価な元素であるため、Ｎｉの含有量の増大は製造コストの増大を招くため好ましくない。そのため、Ｎｉ含有量は０．０１〜０．６０％とする。Ｎｉ含有量は、好ましくは０．１０％以上である。また、Ｎｉ含有量は、好ましくは０．５０％以下であり、より好ましくは０．４０％以下である。
Ｎｉはステンレス鋼の耐食性を向上させる元素であり、不動態皮膜が形成されず活性溶解が生じる腐食環境において腐食の進行を抑制する元素である。また、Ｎｉは強いオーステナイト生成元素であり、溶接部でのフェライト生成を抑制し、Ｃｒ炭窒化物の析出による鋭敏化を抑制する効果がある。この効果は、Ｎｉを０．０１％以上含有することで得られ、Ｎｉの含有量が多いほど高くなる。しかし、Ｎｉ含有量が０．６０％を超えると、加工性が低下することに加えて、応力腐食割れが発生しやすくなる。さらには、Ｎｉは高価な元素であるため、Ｎｉの含有量の増大は製造コストの増大を招くため好ましくない。そのため、Ｎｉ含有量は０．０１〜０．６０％とする。Ｎｉ含有量は、好ましくは０．１０％以上である。また、Ｎｉ含有量は、好ましくは０．５０％以下であり、より好ましくは０．４０％以下である。
Ｔｉ：０．１０〜０．４０％
本発明においてＴｉは極めて重要な元素である。Ｔｉは、ＣおよびＮと優先的に結合して、Ｃｒ炭窒化物の析出を抑制し、再結晶温度を低下させるとともに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。これらの効果を得るためには０．１０％以上のＴｉの含有が必要である。しかし、Ｔｉ含有量が０．４０％を超えると固溶Ｔｉ量が過度に増加するために再結晶温度が逆に上昇してしまい、本発明の技術を適用することができない。また、０．４０％超のＴｉの含有は、鋳造工程において粗大なＴｉ炭窒化物が生成し、表面欠陥を引き起こすため製造上も好ましくない。そのため、Ｔｉ含有量は０．１０〜０．４０％とする。Ｔｉ含有量は、好ましくは０．１５％以上であり、より好ましくは０．２０％以上である。また、Ｔｉ含有量は、好ましくは０．３５％以下であり、より好ましくは０．３０％以下である。なお、溶接部耐食性の観点では式：Ｔｉ／（Ｃ＋Ｎ）≧８（なお、該式中、Ｔｉ、Ｃ、Ｎは各元素の含有量（質量％）である。）を満たすＴｉ含有量とすることが好ましい。
本発明においてＴｉは極めて重要な元素である。Ｔｉは、ＣおよびＮと優先的に結合して、Ｃｒ炭窒化物の析出を抑制し、再結晶温度を低下させるとともに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。これらの効果を得るためには０．１０％以上のＴｉの含有が必要である。しかし、Ｔｉ含有量が０．４０％を超えると固溶Ｔｉ量が過度に増加するために再結晶温度が逆に上昇してしまい、本発明の技術を適用することができない。また、０．４０％超のＴｉの含有は、鋳造工程において粗大なＴｉ炭窒化物が生成し、表面欠陥を引き起こすため製造上も好ましくない。そのため、Ｔｉ含有量は０．１０〜０．４０％とする。Ｔｉ含有量は、好ましくは０．１５％以上であり、より好ましくは０．２０％以上である。また、Ｔｉ含有量は、好ましくは０．３５％以下であり、より好ましくは０．３０％以下である。なお、溶接部耐食性の観点では式：Ｔｉ／（Ｃ＋Ｎ）≧８（なお、該式中、Ｔｉ、Ｃ、Ｎは各元素の含有量（質量％）である。）を満たすＴｉ含有量とすることが好ましい。
Ｎ：０．００１〜０．０２０％
Ｎ含有量が０．０２０％を超えると、加工性の低下および溶接部の耐食性の低下が顕著になる。耐食性の観点からＮ含有量は低いほど好ましいが、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ため好ましくない。よって、Ｎ含有量は０．００１〜０．０２０％の範囲とする。Ｎ含有量は、好ましくは０．００５％以上であり、より好ましくは０．００７％以上である。また、Ｎ含有量は、好ましくは０．０１５％以下であり、より好ましくは０．０１２％以下である。
Ｎ含有量が０．０２０％を超えると、加工性の低下および溶接部の耐食性の低下が顕著になる。耐食性の観点からＮ含有量は低いほど好ましいが、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ため好ましくない。よって、Ｎ含有量は０．００１〜０．０２０％の範囲とする。Ｎ含有量は、好ましくは０．００５％以上であり、より好ましくは０．００７％以上である。また、Ｎ含有量は、好ましくは０．０１５％以下であり、より好ましくは０．０１２％以下である。
本発明は、上記必須成分を含有し残部がＦｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とするフェライト系ステンレス鋼である。さらに、必要に応じて、Ｃｕ、Ｍｏ、ＷおよびＣｏのうちから選ばれる１種または２種以上、あるいは／さらに、Ｖ、Ｎｂ、Ｚｒ、ＲＥＭ、Ｂ、ＭｇおよびＣａのうちから選ばれる１種または２種以上を、下記の範囲で含有することができる。
Ｃｕ：０．０１〜１．００％
Ｃｕは水溶液中や弱酸性の水滴が付着した場合の母材および溶接部の耐食性を向上させるのに特に有効な元素である。この効果は０．０１％以上の含有により得られ、その効果はＣｕ含有量が多いほど高くなる。しかし、１．００％を超えてＣｕを含有すると、熱間加工性が低下して表面欠陥を誘引する場合がある。さらには焼鈍後の脱スケールが困難となる場合もある。そのため、Ｃｕを含有する場合は、Ｃｕ含有量は０．０１〜１．００％の範囲とすることが好ましい。Ｃｕ含有量は、より好ましくは０．１０％以上であり、さらに好ましくは０．３０％以上である。また、Ｃｕ含有量は、より好ましくは０．６０％以下であり、さらに好ましくは０．４５％以下である。
Ｃｕは水溶液中や弱酸性の水滴が付着した場合の母材および溶接部の耐食性を向上させるのに特に有効な元素である。この効果は０．０１％以上の含有により得られ、その効果はＣｕ含有量が多いほど高くなる。しかし、１．００％を超えてＣｕを含有すると、熱間加工性が低下して表面欠陥を誘引する場合がある。さらには焼鈍後の脱スケールが困難となる場合もある。そのため、Ｃｕを含有する場合は、Ｃｕ含有量は０．０１〜１．００％の範囲とすることが好ましい。Ｃｕ含有量は、より好ましくは０．１０％以上であり、さらに好ましくは０．３０％以上である。また、Ｃｕ含有量は、より好ましくは０．６０％以下であり、さらに好ましくは０．４５％以下である。
Ｍｏ：０．０１〜２．００％
Ｍｏはステンレス鋼の耐食性を顕著に向上させる元素である。この効果は０．０１％以上の含有によって得られ、その効果は含有量が多いほど向上する。しかし、Ｍｏ含有量が２．００％を超えると、熱間圧延時の圧延負荷が大きくなり製造性が低下したり、鋼板強度の過度な上昇が生じたりする場合がある。また、Ｍｏは高価な元素であることから、多量の含有は製造コストを増大させる。そのため、Ｍｏを含有する場合は、Ｍｏ含有量は０．０１〜２．００％とすることが好ましい。Ｍｏ含有量は、より好ましくは０．１０％以上であり、さらに好ましくは０．３０％以上である。また、Ｍｏ含有量は、より好ましくは１．４０％以下であり、さらに好ましくは０．９０％以下である。
Ｍｏはステンレス鋼の耐食性を顕著に向上させる元素である。この効果は０．０１％以上の含有によって得られ、その効果は含有量が多いほど向上する。しかし、Ｍｏ含有量が２．００％を超えると、熱間圧延時の圧延負荷が大きくなり製造性が低下したり、鋼板強度の過度な上昇が生じたりする場合がある。また、Ｍｏは高価な元素であることから、多量の含有は製造コストを増大させる。そのため、Ｍｏを含有する場合は、Ｍｏ含有量は０．０１〜２．００％とすることが好ましい。Ｍｏ含有量は、より好ましくは０．１０％以上であり、さらに好ましくは０．３０％以上である。また、Ｍｏ含有量は、より好ましくは１．４０％以下であり、さらに好ましくは０．９０％以下である。
Ｗ：０．０１〜０．２０％
ＷはＭｏと同様に耐食性を向上させる効果がある。この効果は０．０１％以上のＷの含有により得られる。しかし、０．２０％を超えてＷを含有すると強度が上昇し、圧延荷重の増大等による製造性の低下を招く場合がある。そのため、Ｗを含有する場合は、Ｗ含有量は０．０１〜０．２０％の範囲とすることが好ましい。Ｗ含有量は、より好ましくは０．０５％以上である。また、Ｗ含有量は、より好ましくは０．１５％以下である。
ＷはＭｏと同様に耐食性を向上させる効果がある。この効果は０．０１％以上のＷの含有により得られる。しかし、０．２０％を超えてＷを含有すると強度が上昇し、圧延荷重の増大等による製造性の低下を招く場合がある。そのため、Ｗを含有する場合は、Ｗ含有量は０．０１〜０．２０％の範囲とすることが好ましい。Ｗ含有量は、より好ましくは０．０５％以上である。また、Ｗ含有量は、より好ましくは０．１５％以下である。
Ｃｏ：０．０１〜０．２０％
Ｃｏは靭性を向上させる元素である。この効果は０．０１％以上のＣｏの含有によって得られる。一方、Ｃｏ含有量が０．２０％を超えると加工性が低下する場合がある。そのため、Ｃｏを含有する場合は、Ｃｏ含有量は０．０１〜０．２０％の範囲とすることが好ましい。Ｃｏ含有量は、より好ましくは０．１０％以下である。
Ｃｏは靭性を向上させる元素である。この効果は０．０１％以上のＣｏの含有によって得られる。一方、Ｃｏ含有量が０．２０％を超えると加工性が低下する場合がある。そのため、Ｃｏを含有する場合は、Ｃｏ含有量は０．０１〜０．２０％の範囲とすることが好ましい。Ｃｏ含有量は、より好ましくは０．１０％以下である。
Ｖ：０．０１〜０．２０％
ＶはＣ、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％を超えると加工性および靭性が顕著に低下する場合がある。そのため、Ｖ含有量は０．０１〜０．２０％とすることが好ましい。Ｖ含有量は、より好ましくは０．０３％以上である。また、Ｖ含有量は、より好ましくは０．１０％以下であり、さらにより好ましくは０．０５％以下である。
ＶはＣ、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％を超えると加工性および靭性が顕著に低下する場合がある。そのため、Ｖ含有量は０．０１〜０．２０％とすることが好ましい。Ｖ含有量は、より好ましくは０．０３％以上である。また、Ｖ含有量は、より好ましくは０．１０％以下であり、さらにより好ましくは０．０５％以下である。
Ｎｂ：０．０１〜０．１０％
Ｎｂは結晶粒を微細化させるとともに、母相中に固溶することにより鋼板の靭性を向上させる効果がある。これらの効果は０．０１％以上のＮｂの含有で得られる。一方、Ｎｂは再結晶温度を上昇させる効果もあり、Ｎｂ含有量が０．１０％を超えると熱延板焼鈍に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温となって、焼鈍中に結晶粒径が最大で３００μｍ以上となるほどの再結晶粒の著しい粗大化が生じ、所定の限界応力拡大係数ＫＩＣを得ることができなくなる場合がある。そのため、Ｎｂを含有させる場合には、Ｎｂ含有量は０．０１〜０．１０％の範囲とすることが好ましい。Ｎｂ含有量は、より好ましくは０．０２％以上である。また、Ｎｂ含有量は、より好ましくは０．０５％以下である。
Ｎｂは結晶粒を微細化させるとともに、母相中に固溶することにより鋼板の靭性を向上させる効果がある。これらの効果は０．０１％以上のＮｂの含有で得られる。一方、Ｎｂは再結晶温度を上昇させる効果もあり、Ｎｂ含有量が０．１０％を超えると熱延板焼鈍に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温となって、焼鈍中に結晶粒径が最大で３００μｍ以上となるほどの再結晶粒の著しい粗大化が生じ、所定の限界応力拡大係数ＫＩＣを得ることができなくなる場合がある。そのため、Ｎｂを含有させる場合には、Ｎｂ含有量は０．０１〜０．１０％の範囲とすることが好ましい。Ｎｂ含有量は、より好ましくは０．０２％以上である。また、Ｎｂ含有量は、より好ましくは０．０５％以下である。
Ｚｒ：０．０１〜０．２０％
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０．０１％以上のＺｒの含有により得られる。一方、０．２０％を超えてＺｒを含有すると加工性が顕著に低下する場合がある。そのため、Ｚｒを含有する場合、Ｚｒ含有量は０．０１〜０．２０％の範囲とすることが好ましい。Ｚｒ含有量は、より好ましくは０．０２％以上である。また、Ｚｒ含有量は、より好ましくは０．１０％以下であり、さらにより好ましくは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０．０１％以上のＺｒの含有により得られる。一方、０．２０％を超えてＺｒを含有すると加工性が顕著に低下する場合がある。そのため、Ｚｒを含有する場合、Ｚｒ含有量は０．０１〜０．２０％の範囲とすることが好ましい。Ｚｒ含有量は、より好ましくは０．０２％以上である。また、Ｚｒ含有量は、より好ましくは０．１０％以下であり、さらにより好ましくは０．０５％以下である。
ＲＥＭ：０．００１〜０．１００％
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を０．００１％以上含有することで得られる。一方、０．１００％を超えてＲＥＭを含有すると冷延焼鈍時の酸洗性などの製造性を低下させる場合がある。そのため、ＲＥＭを含有する場合、ＲＥＭ含有量は０．００１〜０．１００％の範囲とすることが好ましい。ＲＥＭ含有量は、より好ましくは０．０１０％以上である。また、ＲＥＭ含有量は、より好ましくは０．０５０％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を０．００１％以上含有することで得られる。一方、０．１００％を超えてＲＥＭを含有すると冷延焼鈍時の酸洗性などの製造性を低下させる場合がある。そのため、ＲＥＭを含有する場合、ＲＥＭ含有量は０．００１〜０．１００％の範囲とすることが好ましい。ＲＥＭ含有量は、より好ましくは０．０１０％以上である。また、ＲＥＭ含有量は、より好ましくは０．０５０％以下である。
Ｂ：０．０００２〜０．００２５％
Ｂは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の含有量を０．０００２％以上にすることで得られる。一方、０．００２５％を超えてＢを含有すると加工性と靭性が低下する場合がある。そのため、Ｂを含有する場合、Ｂ含有量は０．０００２〜０．００２５％の範囲とすることが好ましい。Ｂ含有量は、より好ましくは０．０００３％以上である。また、Ｂ含有量は、より好ましくは０．０００６％以下である。
Ｂは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の含有量を０．０００２％以上にすることで得られる。一方、０．００２５％を超えてＢを含有すると加工性と靭性が低下する場合がある。そのため、Ｂを含有する場合、Ｂ含有量は０．０００２〜０．００２５％の範囲とすることが好ましい。Ｂ含有量は、より好ましくは０．０００３％以上である。また、Ｂ含有量は、より好ましくは０．０００６％以下である。
Ｍｇ：０．０００５〜０．００３０％
Ｍｇはスラブの等軸晶率を向上させ、加工性や靭性の向上に有効な元素である。さらに、本発明のようにＴｉを含有する鋼においては、Ｔｉ炭窒化物が粗大化すると靭性が低下するが、ＭｇはＴｉ炭窒化物の粗大化を抑制する効果も有する。これらの効果は、０．０００５％以上のＭｇを含有することで得られる。一方で、Ｍｇ含有量が０．００３０％を超えると、鋼の表面性状を悪化させてしまう場合がある。したがって、Ｍｇを含有する場合、Ｍｇ含有量は０．０００５〜０．００３０％の範囲とすることが好ましい。Ｍｇ含有量は、より好ましくは０．００１０％以上である。また、Ｍｇ含有量は、より好ましくは０．００２０％以下である。
Ｍｇはスラブの等軸晶率を向上させ、加工性や靭性の向上に有効な元素である。さらに、本発明のようにＴｉを含有する鋼においては、Ｔｉ炭窒化物が粗大化すると靭性が低下するが、ＭｇはＴｉ炭窒化物の粗大化を抑制する効果も有する。これらの効果は、０．０００５％以上のＭｇを含有することで得られる。一方で、Ｍｇ含有量が０．００３０％を超えると、鋼の表面性状を悪化させてしまう場合がある。したがって、Ｍｇを含有する場合、Ｍｇ含有量は０．０００５〜０．００３０％の範囲とすることが好ましい。Ｍｇ含有量は、より好ましくは０．００１０％以上である。また、Ｍｇ含有量は、より好ましくは０．００２０％以下である。
Ｃａ：０．０００３〜０．００３０％
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成分である。その効果は０．０００３％以上のＣａを含有することで得られる。しかし、０．００３０％を超えてＣａを含有すると、ＣａＳの生成により耐食性が低下する場合がある。従って、Ｃａを含有する場合、Ｃａ含有量は０．０００３〜０．００３０％の範囲とすることが好ましい。Ｃａ含有量は、より好ましくは０．０００５％以上である。また、Ｃａ含有量は、より好ましくは０．００１５％以下であり、さらに好ましくは０．００１０％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成分である。その効果は０．０００３％以上のＣａを含有することで得られる。しかし、０．００３０％を超えてＣａを含有すると、ＣａＳの生成により耐食性が低下する場合がある。従って、Ｃａを含有する場合、Ｃａ含有量は０．０００３〜０．００３０％の範囲とすることが好ましい。Ｃａ含有量は、より好ましくは０．０００５％以上である。また、Ｃａ含有量は、より好ましくは０．００１５％以下であり、さらに好ましくは０．００１０％以下である。
限界応力拡大係数ＫＩＣ：２０ＭＰａ・ｍ１／２以上
本発明のフェライト系ステンレス熱延焼鈍鋼板は、限界応力拡大係数ＫＩＣが２０ＭＰａ・ｍ１／２以上であることで、厚肉のフランジへの打ち抜き加工をする際の割れを抑制することができる。限界応力拡大係数ＫＩＣは、好ましくは２５ＭＰａ・ｍ１／２以上、さらに好ましくは３０ＭＰａ・ｍ１／２以上である。なお、厚肉のフランジとは、特に限定されないが、例えば板厚５.０ｍｍ以上のフランジが挙げられる。前記フランジとしては、例えば板厚５．０〜１５．０ｍｍのフランジが好ましく、板厚５．０〜１０．０ｍｍのフランジがより好ましい。
本発明のフェライト系ステンレス熱延焼鈍鋼板は、限界応力拡大係数ＫＩＣが２０ＭＰａ・ｍ１／２以上であることで、厚肉のフランジへの打ち抜き加工をする際の割れを抑制することができる。限界応力拡大係数ＫＩＣは、好ましくは２５ＭＰａ・ｍ１／２以上、さらに好ましくは３０ＭＰａ・ｍ１／２以上である。なお、厚肉のフランジとは、特に限定されないが、例えば板厚５.０ｍｍ以上のフランジが挙げられる。前記フランジとしては、例えば板厚５．０〜１５．０ｍｍのフランジが好ましく、板厚５．０〜１０．０ｍｍのフランジがより好ましい。
次に、本発明のフェライト系ステンレス熱延焼鈍鋼板の製造方法について説明する。なお、以下の説明において、特に断らない限り、温度は、鋼スラブ、熱延鋼板等の表面温度計等で測定した表面温度とする。
本発明のフェライト系ステンレス熱延焼鈍鋼板は、上記成分組成を有する鋼スラブを用い、粗圧延および３パス以上の仕上げ圧延からなる熱間圧延において、仕上圧延の最終３パスの圧延を温度範囲８００〜１１００℃、且つ最終３パスの累積圧下率２５％以上として熱延鋼板を得て、該熱延鋼板に対してさらに８００〜１１００℃で熱延板焼鈍を行うことによって得られる。
まずは、上記した成分組成からなる溶鋼を、転炉、電気炉、真空溶解炉等の公知の方法で溶製し、連続鋳造法あるいは造塊−分塊法により鋼素材（スラブ）とする。
このスラブを、１１００〜１２５０℃で１〜２４時間加熱するか、あるいは加熱することなく鋳造後１１００〜１２５０℃の温度になった段階で、熱間圧延に供する。本発明では粗圧延については特に限定すべき点はないが、仕上熱間圧延前に鋳造組織を効果的に破壊しておいた場合、その後の仕上熱間圧延における結晶粒の微細化に優位に働くため、粗圧延における累積圧下率を６５％以上とすることが好ましい。その後、仕上熱間圧延により所定板厚まで圧延するが、仕上圧延の最終３パスの圧延を８００〜１１００℃の温度範囲とし、累積圧下率を２５％以上として行う。
仕上熱間圧延の最終３パスの圧延温度範囲：８００〜１１００℃
仕上熱間圧延の最終３パスの累積圧下率：２５％以上
仕上げ圧延前の粗圧延において粗大な鋳造組織は破壊されているが、当該組織における結晶粒は著しく粗大である。熱延板焼鈍後に所定の限界応力拡大係数ＫＩＣを得るためには、仕上熱間圧延の最終３パスの圧延の温度および累積圧下率を適切に制御することによって、圧延中の過度の回復を抑制しつつ、特に板厚中央部へ圧延ひずみを効果的に付与する必要がある。
仕上熱間圧延の最終３パスの累積圧下率：２５％以上
仕上げ圧延前の粗圧延において粗大な鋳造組織は破壊されているが、当該組織における結晶粒は著しく粗大である。熱延板焼鈍後に所定の限界応力拡大係数ＫＩＣを得るためには、仕上熱間圧延の最終３パスの圧延の温度および累積圧下率を適切に制御することによって、圧延中の過度の回復を抑制しつつ、特に板厚中央部へ圧延ひずみを効果的に付与する必要がある。
次工程である熱延板焼鈍において所定の金属組織を得るために十分な再結晶サイトを導入するためには、仕上熱間圧延の最終３パスの圧延温度を８００〜１１００℃の範囲とし、かつ最終３パスの累積圧下率（＝１００−（最終板厚／最終３パスの圧延開始前の板厚）×１００［％］）を２５％以上として、最終３パスによって付与される圧延ひずみが回復によって解消されることを防ぎつつ、圧延ひずみを板厚中央に効果的に付与することが必要である。
仕上熱間圧延の最終３パスの累積圧下率が２５％未満では、板厚中央への圧延ひずみが効果的に付与されないため、次工程の熱延板焼鈍でコロニーが残存してしまい、所定の限界応力拡大係数ＫＩＣを得ることができない。そのため、最終３パスの累積圧下率を２５％以上とする。好ましくは、累積圧下率は３０％以上である。さらに好ましくは、累積圧下率は３５％以上である。なお、累積圧下率の上限は特に限定されないが、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とともに、圧延後に表面肌荒れが発生する場合があるため、６０％以下とすることが好ましい。
仕上熱間圧延の最終３パスの圧延温度を８００℃未満とした場合、鋼板温度の低下に伴って圧延荷重が著しく上昇するため製造上好ましくない。また、低温での圧延により鋼板表面の肌荒れが発生して表面品質が低下する場合がある。一方、最終３パスの圧延温度が１１００℃を超えると、圧延によって付与したひずみの回復が生じて、次工程の熱延板焼鈍後における再結晶サイトが不足するため、熱延板焼鈍後にコロニーが残存してしまい、所定の限界応力拡大係数ＫＩＣを得ることができない。そのため、最終３パスの圧延温度は８００〜１１００℃の範囲とする。好ましくは、最終３パスの圧延温度は８００〜１０５０℃の範囲とする。より好ましくは、最終３パスの圧延温度は８５０〜１０００℃の範囲とする。
なお、仕上熱間圧延の最終３パスにおける特定パスで過度の圧延負荷がかかることを防ぐため、最終３パスのうち、第１パス目の圧延温度範囲を９５０〜１１００℃、この第１パスの次に行われる第２パス目の圧延温度範囲を９２５〜１０７５℃、この第２パス目の次に行われる第３パス目の圧延温度範囲を８７５〜１０５０℃とすることが好ましい。
また、本発明のフェライト系ステンレス熱延焼鈍鋼板の製造方法では、３パス以上からなる仕上熱間圧延の最終３パスにおいて温度範囲を制御したうえで大きな圧下を加えることを特徴としている。大きな圧下を加える圧延を最終の４パス以上にわたって行うと、同じ累積圧下率であっても圧下率が各パスに分散されてしまうため板厚中央へのひずみ付与が不十分になるとともに、各パス間の累積搬送時間が増加するために、各パス間を搬送している間の回復が助長され、ひずみ付与の効果が低下する。また、仕上げ圧延の圧延温度および累積圧下率の制御を最終の２パス以下とすると、２パスで累積圧下率２５％以上の大圧下を行うために圧延負荷が著しく上昇し製造性が低下する場合があるため好ましくない。よって、本発明のフェライト系ステンレス熱延鋼板の製造方法では、仕上げ圧延の最終の３パスの圧延温度および累積圧下率を制御する。
なお、本発明のフェライト系ステンレス熱延鋼板の製造方法では、仕上熱間圧延の最終の３パスの圧延温度および累積圧下率を制御することが肝要であり、３パス以上の仕上げ圧延であれば、何パスの仕上げ圧延を行ってもよいが、最大パス数が１５パスよりも多くなると、圧延ロールとの接触回数の増加による鋼板温度の低下が生じやすくなり、鋼板温度を所定温度範囲内に維持するために外部からの加熱が必要になる等の製造性の低下または製造コストの増加を招く場合があるため、最大パス数は１５パス以下とすることが好ましい。より好ましくは、最大パス数は１０パス以下である。
仕上熱間圧延後は鋼板の冷却を行い、ついで鋼板の巻取処理を行い熱延鋼帯とする。本発明において巻取温度は特に限定されないが、巻取温度を４５０℃超〜５００℃未満とした場合、４７５℃脆化に起因した脆化が生じる場合がある。そのため、巻取温度は４５０℃以下もしくは５００℃以上とすることが好ましい。
熱延板焼鈍温度：８００〜１１００℃
本発明では上記熱間圧延工程終了後に熱延板焼鈍を行う。熱延板焼鈍において、熱間圧延工程で形成させた圧延加工組織を再結晶させる。本発明では熱間圧延工程において効果的に圧延ひずみを付与し、再結晶サイトを増加させることによって熱延板焼鈍におけるコロニーの破壊を促進させる。この効果を得るためには熱延板焼鈍を８００〜１１００℃の範囲で行う必要がある。焼鈍温度が８００℃未満では再結晶が不十分となり、所定の限界応力拡大係数ＫＩＣを得ることができない。一方、焼鈍温度が１１００℃を超えると、再結晶粒は、その結晶粒径が最大で３００μｍ以上となるほどの著しい粗大化が生じ、所定の限界応力拡大係数ＫＩＣを得ることができない。そのため、熱延板焼鈍温度は８００〜１１００℃の範囲とする。かかる熱延板焼鈍がされた熱延鋼板は、上述の成分組成を有し、２０ＭＰａ・ｍ１／２以上の限界応力拡大係数ＫＩＣを有する。好ましくは、熱延板焼鈍温度は８００〜１０５０℃の範囲である。さらに好ましくは、熱延板焼鈍温度は８５０〜１０００℃の範囲である。なお、熱延板焼鈍の保持時間および手法に特に限定はなく、箱焼鈍（バッチ焼鈍）、連続焼鈍のいずれで実施してもかまわない。
本発明では上記熱間圧延工程終了後に熱延板焼鈍を行う。熱延板焼鈍において、熱間圧延工程で形成させた圧延加工組織を再結晶させる。本発明では熱間圧延工程において効果的に圧延ひずみを付与し、再結晶サイトを増加させることによって熱延板焼鈍におけるコロニーの破壊を促進させる。この効果を得るためには熱延板焼鈍を８００〜１１００℃の範囲で行う必要がある。焼鈍温度が８００℃未満では再結晶が不十分となり、所定の限界応力拡大係数ＫＩＣを得ることができない。一方、焼鈍温度が１１００℃を超えると、再結晶粒は、その結晶粒径が最大で３００μｍ以上となるほどの著しい粗大化が生じ、所定の限界応力拡大係数ＫＩＣを得ることができない。そのため、熱延板焼鈍温度は８００〜１１００℃の範囲とする。かかる熱延板焼鈍がされた熱延鋼板は、上述の成分組成を有し、２０ＭＰａ・ｍ１／２以上の限界応力拡大係数ＫＩＣを有する。好ましくは、熱延板焼鈍温度は８００〜１０５０℃の範囲である。さらに好ましくは、熱延板焼鈍温度は８５０〜１０００℃の範囲である。なお、熱延板焼鈍の保持時間および手法に特に限定はなく、箱焼鈍（バッチ焼鈍）、連続焼鈍のいずれで実施してもかまわない。
得られた熱延焼鈍鋼板には、必要に応じてショットブラストや酸洗による脱スケール処理を行ってもよい。さらに、表面性状を向上させるために、研削や研磨等を施してもよい。また、本発明が提供する熱延焼鈍鋼板はその後、冷間圧延および冷延板焼鈍を行ってもよい。
以下、本発明を実施例により詳細に説明する。
表１に示す化学組成を有するステンレス溶鋼を容量１５０ｔｏｎの転炉と強攪拌・真空酸素脱炭処理（ＳＳ−ＶＯＤ）の精錬で溶製し、連続鋳造により幅１０００ｍｍ、厚さ２００ｍｍの鋼スラブとした。Ｎｏ．３１以外は該スラブを１２００℃で１ｈ加熱後に、熱間圧延として３段のスタンドを用いたリバース式の粗圧延を行って約４０ｍｍの鋼板とし、ついで７パスからなる仕上げ圧延の最終３パス（５パス目、６パス目、７パス目）を表２に記載の条件で行い熱延鋼板とした。Ｎｏ．３１は該スラブを１３００℃で１ｈ加熱した後に熱間圧延に供した。得られた熱延鋼板について同じく表２に記載の条件で箱焼鈍による熱延板焼鈍を行い、熱延焼鈍板を得た。
得られた熱延焼鈍鋼板について、以下の評価を行った。
（１）限界応力拡大係数ＫＩＣの評価
板幅中央部から、ＡＳＴＭ Ｅ３９９に準拠したＣＴ試験片を、疲労予き裂が圧延直角方向、応力軸が圧延平行方向となるように採取した。該試験片について、ＡＳＴＭ Ｅ３９９に準拠して限界応力拡大係数ＫＩＣを求めた。限界応力拡大係数ＫＩＣが２０ＭＰａ・ｍ１／２以上を合格、２０ＭＰａ・ｍ１／２未満を不合格とした。
板幅中央部から、ＡＳＴＭ Ｅ３９９に準拠したＣＴ試験片を、疲労予き裂が圧延直角方向、応力軸が圧延平行方向となるように採取した。該試験片について、ＡＳＴＭ Ｅ３９９に準拠して限界応力拡大係数ＫＩＣを求めた。限界応力拡大係数ＫＩＣが２０ＭＰａ・ｍ１／２以上を合格、２０ＭＰａ・ｍ１／２未満を不合格とした。
（２）耐食性の評価
熱延焼鈍鋼板から、６０×１００ｍｍの試験片を採取し、評価する表面を＃６００エメリーペーパーにより研磨仕上げした後に端面部をシールした試験片を作製し、ＪＩＳ Ｈ ８５０２に規定された塩水噴霧サイクル試験に供した。塩水噴霧サイクル試験は、塩水噴霧（５質量％ＮａＣｌ、３５℃、噴霧２ｈr）→乾燥（６０℃、４ｈr、相対湿度４０％）→湿潤（５０℃、２ｈr、相対湿度≧９５％）を１サイクルとして、５サイクル行った。塩水噴霧サイクル試験を５サイクル実施後の試験片の評価面を写真撮影し、画像解析により試験片の評価面の発錆面積を測定し、試験片全面積との比率から発錆率（（試験片中の発錆面積／試験片全面積）×１００ ［％］）を算出した。発錆率１０％以下を特に優れた耐食性で合格（◎）、１０％超２５％以下を合格（○）、２５％超を不合格（×）とした。
熱延焼鈍鋼板から、６０×１００ｍｍの試験片を採取し、評価する表面を＃６００エメリーペーパーにより研磨仕上げした後に端面部をシールした試験片を作製し、ＪＩＳ Ｈ ８５０２に規定された塩水噴霧サイクル試験に供した。塩水噴霧サイクル試験は、塩水噴霧（５質量％ＮａＣｌ、３５℃、噴霧２ｈr）→乾燥（６０℃、４ｈr、相対湿度４０％）→湿潤（５０℃、２ｈr、相対湿度≧９５％）を１サイクルとして、５サイクル行った。塩水噴霧サイクル試験を５サイクル実施後の試験片の評価面を写真撮影し、画像解析により試験片の評価面の発錆面積を測定し、試験片全面積との比率から発錆率（（試験片中の発錆面積／試験片全面積）×１００ ［％］）を算出した。発錆率１０％以下を特に優れた耐食性で合格（◎）、１０％超２５％以下を合格（○）、２５％超を不合格（×）とした。
試験結果を熱間圧延および熱延板焼鈍条件と併せて表２に示す。
鋼成分、熱間圧延条件および熱延板焼鈍条件が本発明の範囲を満たすＮｏ．１〜２６は、所定の熱間圧延および熱延板焼鈍によってコロニーが効果的に破壊された結果、所定の限界応力拡大係数ＫＩＣが得られていた。さらに得られた熱延焼鈍板の耐食性を評価した結果、いずれも発錆率は２５％であり十分な耐食性も有していることが確認された。
特に、Ｍｏを含有させた鋼Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｊを用いたＮｏ．５〜７とＮｏ．１０、およびＣｕを含有させた鋼ＨとＩを用いたＮｏ．８および９では発錆率が１０％以下（◎）と一層優れた耐食性が得られた。
最終３パスの圧延温度が本発明の範囲を上回るＮｏ．２７では、所定の累積圧下率で圧延したものの、圧延温度が過度に高温であったために加工ひずみの回復が生じて再結晶サイトが不十分となったために熱延板焼鈍後にもコロニーが残存し、所定の限界応力拡大係数ＫＩＣが得られなかった。
最終３パスの累積圧下率が本発明の範囲を下回るＮｏ．２８では、板厚中央部への圧延加工ひずみの導入が不十分であったために、熱延板焼鈍後にも板厚中央部にコロニーが残存した結果、所定の限界応力拡大係数ＫＩＣが得られなかった。
熱延板焼鈍温度が本発明の範囲を上回るＮｏ．２９では、生成した再結晶粒の著しい粗大化が生じた結果、所定の限界応力拡大係数ＫＩＣが得られなかった。
熱延板焼鈍温度が本発明の範囲を下回るＮｏ．３０では、再結晶が不十分であったためにコロニーが破壊されずに残存した結果、所定の限界応力拡大係数ＫＩＣが得られなかった。
Ｎｏ．３１はスラブを１３００℃で１ｈ加熱した後に熱間圧延に供し、仕上げ熱間圧延の最終３パスの圧延温度範囲をいずれも１１００℃超えとした例である。Ｎｏ．３１では、最終３パスの圧延実施中に過度の加工ひずみの回復が生じて再結晶サイトが不十分となったために熱延板焼鈍後にもコロニーが残存し、所定の限界応力拡大係数ＫＩＣが得られなかった。
最終３パスの圧延温度範囲が３パスともに本発明の範囲を下回るＮｏ．３２では、圧延荷重が著しく上昇し、最終３パス目の圧延実施時に荷重が装置許容範囲を超過したために圧延を完了することができず、所定の評価を行うことができなかった。
Ｔｉ含有量が本発明の範囲を上回る鋼Ｖを用いたＮｏ．３３では、過剰なＴｉ含有によって再結晶温度が上昇し、所定の熱延板焼鈍を行っても十分な再結晶が生じずにコロニーが残存した結果、所定の限界応力拡大係数ＫＩＣが得られなかった。一方、Ｔｉ含有量が本発明の範囲を下回る鋼Ｗを用いたＮｏ．３４では、熱延板焼鈍時にＣｒ炭窒化物が多量に析出したことによる鋭敏化が生じ、所定の耐食性を得ることができなかった。また、Ｔｉ含有量が本発明の範囲を下回り、かつＮｂ含有量が本発明の範囲を上回る鋼Ｚを用いたＮｏ．３５では、Ｎｂ含有量が過剰であったために、熱延板焼鈍において十分な再結晶組織を得るために過度の高温焼鈍が必要となった結果、熱延板焼鈍によって生成した再結晶粒の著しい粗大化に起因した著しい靭性低下が生じたために所定の限界応力拡大係数ＫＩＣが得られなかった。さらにＴｉ含有量が不十分であったために、熱延板焼鈍時にＣｒ炭窒化物が多量に析出したことによる鋭敏化が生じ、所定の耐食性を得ることもできなかった。
本発明で得られるフェライト系ステンレス熱延焼鈍鋼板は、高い加工性と耐食性が要求される用途、例えばバーリング加工部を有するフランジ等への適用に特に好適である。
Claims (4)
- 質量％で、
Ｃ：０．００１〜０．０２０％、
Ｓｉ：０．０５〜１．００％、
Ｍｎ：０．０５〜１．００％、
Ｐ：０．０４％以下、
Ｓ：０．０１％以下、
Ａｌ：０．００１〜０．１００％、
Ｃｒ：１０．０〜２４．０％、
Ｎｉ：０．０１〜０．６０％、
Ｔｉ：０．１０〜０．４０％、
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、
限界応力拡大係数ＫＩＣが２０ＭＰａ・ｍ１／２以上であることを特徴とするフェライト系ステンレス熱延焼鈍鋼板。 - 成分組成として、質量％で、さらに
Ｃｕ：０．０１〜１．００％、
Ｍｏ：０．０１〜２．００％、
Ｗ：０．０１〜０．２０％、
Ｃｏ：０．０１〜０．２０％のうちから選ばれる１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１に記載のフェライト系ステンレス熱延焼鈍鋼板。 - 成分組成として、質量％で、さらに、
Ｖ：０．０１〜０．２０％、
Ｎｂ：０．０１〜０．１０％、
Ｚｒ：０．０１〜０．２０％、
ＲＥＭ：０．００１〜０．１００％、
Ｂ：０．０００２〜０．００２５％、
Ｍｇ：０．０００５〜０．００３０％、
Ｃａ：０．０００３〜０．００３０％のうちから選ばれる１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１または２に記載のフェライト系ステンレス熱延焼鈍鋼板。 - 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熱延焼鈍鋼板の製造方法であって、
３パス以上の仕上圧延を行う熱間圧延工程で、仕上圧延の最終３パスを温度範囲８００〜１１００℃、且つ前記最終３パスの累積圧下率を２５％以上として熱延鋼板を得て、
該熱延鋼板に対してさらに８００〜１１００℃で熱延板焼鈍を行うことを特徴とするフェライト系ステンレス熱延焼鈍鋼板の製造方法。
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