WO2017169011A1 - Ｔｉ含有フェライト系ステンレス鋼板および製造方法並びにフランジ - Google Patents

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光永　聖二
修久 蛭濱
靖弘 江原
一成 今川
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日新製鋼株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a thick gauge Ti-containing ferritic stainless steel sheet having excellent toughness and a method for producing the same. Moreover, it is related with the flange using the said Ti containing ferritic stainless steel plate.
  • Automotive exhaust gas flow path members are required to have characteristics such as corrosion resistance, heat resistance and strength.
  • austenitic stainless steel sheets have been frequently used as materials excellent in these characteristics.
  • ferritic steel type that has a low thermal expansion coefficient and a low raw material cost instead of an austenitic steel type.
  • An example of such an alternative material is a Ti-containing ferritic stainless steel sheet.
  • An automobile exhaust gas flow path member is generally manufactured by a process in which a cold-rolled annealed steel sheet is subjected to press processing, or various processes are performed after the cold-rolled annealed steel sheet is pipe-processed.
  • automobile exhaust gas flow path members are often formed into a complicated shape, and the cold-rolled annealed steel sheet, which is the material, requires excellent workability.
  • it is advantageous to increase the cold rolling rate.
  • it is effective to use a hot-rolled annealed steel sheet having a thickness gauge (for example, a thickness of 5.0 mm or more).
  • Patent Document 1 discloses a technique of performing rapid cooling after hot rolling and winding at a temperature of 450 ° C. or less.
  • Patent Document 2 discloses a technique in which the hot rolling finishing temperature is increased according to the composition and the water is cooled rapidly after winding.
  • Patent Document 3 discloses a method in which a coil is wound up at 570 ° C.
  • An object of the present invention is to provide a Ti-containing ferritic stainless steel thick gauge steel plate having excellent toughness and a flange using the same.
  • the toughness of the Ti-containing ferritic stainless steel thick gauge steel sheet is improved by reducing the amount of C and N dissolved in the ferrite phase matrix. It was found that the degree of is greatly influenced by the ferrite crystal grain size.
  • the present invention has been completed based on such findings.
  • K value ⁇ 0.07 ⁇ Cr-6790 ⁇ Free (C + N) ⁇ 1.44 ⁇ d + 267 (1)
  • Free (C + N) was obtained by subtracting the total content (mass%) of C and N present in the extraction residue recovered by the electrolytic extraction method from the total content (mass%) of C and N present in the steel. Value (mass%).
  • d is an average crystal grain size ( ⁇ m) determined by a cutting method using a linear test line defined in Annex C of JIS G0551: 2013 on an observation surface obtained by polishing a cross section (L cross section) parallel to the rolling direction and the plate thickness direction. ).
  • a Ti-containing ferritic stainless steel thick gauge steel plate having excellent toughness can be realized stably. Since this steel plate has particularly improved low-temperature toughness, it is possible to relax restrictions on sheet passing conditions and manufacturing conditions. Even when processing thick gauge steel plates into various parts (such as flanges in automobile exhaust gas paths), the reliability of toughness is high.
  • the C content (the total amount of C and solute C present as a compound) is limited to 0.030% or less.
  • the content is more preferably 0.020% or less, and may be controlled to 0.015% or less.
  • An excessively low C increases the load on steel making and increases the cost.
  • steel sheets with a C content of 0.003% or more are targeted.
  • Si and Mn are effective as a deoxidizer and have the effect of improving high-temperature oxidation resistance. It is more effective to secure a content of 0.02% or more for Si and 0.10% or more for Mn. When these elements are contained in a large amount, they cause the embrittlement of steel.
  • the Si content is limited to 2.0% or less, and more preferably 1.0% or less.
  • the Mn content is also limited to 2.0% or less, and more preferably 1.0% or less.
  • P and S When P and S are contained in a large amount, it causes a decrease in corrosion resistance.
  • the P content is acceptable up to 0.050% and the S content is acceptable up to 0.040%.
  • An excessively low P and low S increase the load on steel making and become uneconomical.
  • the P content may be adjusted in the range of 0.010 to 0.050%, and the S content in the range of 0.0005 to 0.040%.
  • Cr is important for ensuring corrosion resistance as stainless steel. It is also effective for improving high temperature oxidation resistance. In order to exert these effects, a Cr content of 10.0% or more is necessary. If a large amount of Cr is contained, the steel becomes hard, which may hinder the toughness improvement of the thick gauge hot-rolled annealed steel sheet. Here, steel with a Cr content of 19.0% or less is targeted.
  • N is a factor that reduces the toughness of the hot-rolled annealed steel sheet.
  • the N content (the total amount of solute N and N present as a compound) is limited to 0.030% or less.
  • the content is more preferably 0.020% or less, and may be controlled to 0.015% or less.
  • An excessively low N increases the load on steel making and increases the cost.
  • the N content may be adjusted in the range of 0.003% or more.
  • Ti combines with C and N to form Ti carbonitride, thereby suppressing grain boundary segregation of Cr carbonitride and extremely effective in maintaining high corrosion resistance and high temperature oxidation resistance of steel. It is.
  • the Ti content needs to be 0.07% or more. 0.09% or more is more effective, and more preferably 0.15% or more.
  • An excessive Ti content is not preferable because it promotes a decrease in toughness of the hot-rolled annealed steel sheet. As a result of various studies, the Ti content is limited to 0.50% or less, and it is more desirable to make it contain in the range of 0.40% or less.
  • carbonitride refers to a compound in which one or more of C and N are bonded to a metal element. In the case of Ti carbonitride, TiC, TiN and Ti (C, N) correspond to this.
  • Al is effective as a deoxidizer. In order to obtain the effect sufficiently, it is effective to add so that the Al content is 0.010% or more. A large amount of Al content causes a decrease in toughness. Al content is limited to 0.20% or less.
  • Mo is effective in improving the corrosion resistance and can be added as necessary. In that case, it is more effective to set the Mo content to 0.01% or more. A large amount of Mo may adversely affect toughness.
  • the Mo content is in the range of 0 to 1.50%.
  • the B is effective in improving the secondary workability and can be added as necessary. In that case, it is more effective to secure a content of 0.0010% or more. However, if the B content exceeds 0.0003%, the formation of Cr 2 B may impair the uniformity of the metal structure, and the workability may be reduced.
  • the B content is in the range of 0 to 0.0003%.
  • K value The K value represented by the following formula (1) is a U-notch impact test piece (thickness direction is rolled) in a Ti gauge ferritic stainless steel thick gauge steel plate (plate thickness 5.0 to 11.0 mm) in the above chemical composition range.
  • An index that accurately estimates the Charpy impact value (J / cm 2 ) at 20 ° C. using the direction perpendicular to the plate thickness direction and the plate thickness direction from the Cr content in steel, the amount of solute C + N, and the average crystal grain size. is there.
  • K value ⁇ 0.07 ⁇ Cr-6790 ⁇ Free (C + N) ⁇ 1.44 ⁇ d + 267 (1)
  • the value of the Cr content (% by mass) in the steel is substituted for the Cr position in the formula (1).
  • Free (C + N) was obtained by subtracting the total content (mass%) of C and N present in the extraction residue recovered by the electrolytic extraction method from the total content (mass%) of C and N present in the steel. Value (mass%).
  • d is an average crystal grain size ( ⁇ m) determined by a cutting method using a linear test line defined in Annex C of JIS G0551: 2013 on an observation surface obtained by polishing a cross section (L cross section) parallel to the rolling direction and the plate thickness direction. ).
  • the toughness near room temperature of the thick gauge Ti-containing ferritic stainless steel sheet is greatly affected by the Cr content, the solute C + N amount, and the ferrite average crystal grain size. . If the Cr content, the solid solution C + N amount and the average crystal grain size are adjusted so that the chemical composition is satisfied and the K value is 150 or more, when processing a thick gauge steel plate into a steel pipe or various members, It was confirmed that the reliability relating to toughness when cold rolling was performed to obtain a thin gauge steel sheet was sufficiently ensured. Therefore, in this specification, it is required that the K value is 150 or more.
  • the amount of solid solution C + N and the average grain size of ferrite in the hot-rolled annealed steel sheet can be controlled by hot-rolling conditions described later, and a hot-rolled annealed steel sheet having a K value of 150 or more can be created.
  • Free (C + N) in the above formula (1) corresponds to a solid solution (C + N) concentration (mass%).
  • Free (C + N) can be obtained by the following method. [How to find Free (C + N)] In a non-aqueous electrolyte consisting of 10% by mass acetylacetone, 1% by mass tetramethylammonium chloride and 89% by mass methyl alcohol, a sample with a known mass collected from a steel plate was used against a saturated sweet potato reference electrode (SCE). Apply a potential of -100 mV to 400 mV to dissolve all the sample matrix (metal substrate), and then filter the liquid containing undissolved material through a membrane filter with a pore size of 0.05 ⁇ m.
  • SCE saturated sweet potato reference electrode
  • C and N in the extraction residue are analyzed by infrared absorption method-high frequency combustion method for C, and by impulse heating melting-thermal conductivity method for N, respectively, and the total of C and N present in the extraction residue Content Insol (C + N) (mass% in steel) is calculated.
  • Free (C + N) (mass%) is obtained by the following equation (2).
  • Free (C + N) Total (C + N) -Insol (C + N) (2)
  • Total (C + N) is the total amount (mass%) of C and N present in the steel
  • Insol (C + N) is the total content (mass%) of C and N present in the extraction residue.
  • Ti-containing ferritic stainless steel is one of the steel types useful for automotive exhaust gas passage member applications in terms of material characteristics such as corrosion resistance and heat resistance. An excellent workability is required for a material steel plate for processing into an automobile exhaust gas flow path member. In order to improve the Rankford value (r value), which is an index of workability, it is effective to increase the cold rolling rate. In order to obtain a high cold rolling rate, it is advantageous to employ a hot-rolled steel plate with a thick gauge.
  • Ti-containing ferritic stainless steel is a steel type that tends to cause a reduction in toughness of the steel sheet from around normal temperature to low temperature. Thick gauge steel plates are more likely to have the effect of reduced toughness.
  • toughness improvement is intended for hot rolled steel sheets having a thickness of 5.0 mm or more. It is more effective to target a hot-rolled steel sheet having a thickness of 5.5 mm or more. If the plate thickness becomes too thick, the load may be excessive in a general sheet passing line in the cold rolling process.
  • a steel plate having a thickness of 11.0 mm or less is targeted. More preferably, the plate thickness is 9.0 mm or less.
  • the above-described thick gauge Ti-containing ferritic stainless steel hot-rolled steel sheet having excellent toughness can be produced by a conventional stainless-steel hot-rolled steel sheet production facility. Below, a manufacturing method is illustrated.
  • a cast slab is manufactured by a continuous casting method.
  • An ingot may be made by the ingot-making method, and the slab may be produced by forging or split rolling.
  • the slab thickness is preferably 200 to 250 mm.
  • the slab is placed in a heating furnace and heated to a temperature of 950 ° C. or higher.
  • the heating time time during which the material temperature is maintained at 950 ° C. or higher
  • the heating time can be set, for example, in the range of 50 to 120 minutes.
  • coarse TiC generated at the time of casting decomposes into Ti + C, and a structural state in which TiC has almost disappeared can be realized.
  • TiN is not completely decomposed even at 1150 ° C., it is not necessary to pay particular attention to complete solid solution of N.
  • the maximum material temperature can be set within a range of 1120 ° C. or less, the material temperature (extraction temperature) when taking out from the furnace needs to be adjusted to a temperature range described later.
  • Rough rolling The heated slab is taken out of the furnace at an extraction temperature of 950 to 1120 ° C. and rolled by a roughing mill. If the extraction temperature is higher than this, the average crystal grain size of the recrystallized ferrite phase tends to be coarse, and it becomes difficult to obtain a hot-rolled steel sheet having the above-mentioned K value of 150 or less.
  • Rough rolling is performed by rolling in one pass or a plurality of passes to produce an intermediate slab having a thickness of 20 to 50 mm. At that time, it is important to control the surface temperature of the intermediate slab obtained by rough rolling so as to be 700 to 850 ° C.
  • the extraction temperature and the rough rolling pass schedule are set so that at least the final pass temperature of rough rolling is in the range of 700 to 850 ° C.
  • This temperature range overlaps the temperature range where TiC reprecipitation occurs.
  • TiC is reprecipitated during rough rolling from a state in which almost no undissolved TiC remains, fine TiC is generated from many sites.
  • Ti carbonitride generated with these many TiCs or TiN already deposited as nuclei is finely dispersed.
  • the finely dispersed Ti carbonitride exhibits the effect of suppressing the coarsening of ferrite recrystallized grains by the pinning effect.
  • the total rolling rate of rough rolling is preferably 80 to 90%.
  • finish hot rolling A series of hot rolling applied to the intermediate slab before winding is herein referred to as “finish hot rolling”.
  • the finish hot rolling may be performed using a reverse rolling mill or a tandem continuous rolling mill.
  • the pass schedule is set so that the plate thickness after the final pass becomes 5.0 to 11.0 mm and the winding temperature described later can be realized.
  • the growth of recrystallized grains is suppressed by the pinning effect even during finish hot rolling.
  • the total rolling rate of finish hot rolling can be set to 65 to 85%, for example.
  • Winding The steel sheet that has been subjected to finish hot rolling is wound into a coil with a surface temperature of 650 to 800 ° C. to obtain a hot-rolled steel sheet.
  • the coil When the coil is wound at a temperature lower than 650 ° C., the high-temperature strength is increased, so that a state where the coil cannot be wound in a normal shape is likely to occur.
  • it is necessary to pass a rewinding process, leading to an increase in production cost.
  • it is wound at a temperature higher than 800 ° C. dynamic secondary recrystallization is promoted, and crystal grain coarsening tends to proceed. In this case, there is a possibility that the K value is lowered (that is, the toughness is lowered).
  • annealing By subjecting the hot-rolled steel sheet obtained as described above to annealing at 800 to 1100 ° C. (hot-rolled sheet annealing), a thick gauge Ti-containing ferritic stainless steel sheet having excellent toughness can be obtained.
  • the annealing time can be, for example, soaking 0 to 5 minutes.
  • the soaking of 0 minutes refers to the case of cooling immediately after the material temperature reaches a predetermined temperature.
  • the steel shown in Table 1 was melted to obtain a continuous cast slab having a thickness of about 200 mm. All the chemical compositions of the steel satisfy the provisions of the present invention.
  • Each continuous cast slab was placed in a heating furnace, held at the slab heating temperature shown in Table 2 for about 50 to 100 minutes according to the steel type, then taken out of the furnace, and immediately subjected to rough rolling by a roughing mill.
  • the extraction temperature was the same as the slab heating temperature.
  • Rough rolling was performed in 7 to 9 passes according to the finish target plate thickness, and an intermediate slab having a thickness of 20 to 50 mm was produced. The surface temperature of the intermediate slab was measured on the final pass exit side of the roughing mill. The temperature is displayed as “intermediate slab temperature” in Table 2.
  • the obtained intermediate slab was immediately subjected to finish hot rolling by a continuous hot rolling mill equipped with a 6-stand mill or a reversible hot rolling mill having a coiler furnace, and then wound up to obtain the plate thickness shown in Table 2.
  • a hot rolled steel sheet was obtained.
  • the winding temperature was determined by measuring the plate surface temperature immediately before the winder.
  • the obtained hot-rolled steel sheet was subjected to hot-rolled sheet annealing at a temperature shown in Table 2 for soaking 0 minutes.
  • Nos. 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, and 28, which are comparative examples, are slab heating temperatures, intermediate slab temperatures, and coiling temperatures that are significantly higher than those of the present invention.
  • the stopping effect was not obtained, the average crystal grain size was increased, and as a result, the toughness was reduced.
  • the slab heating temperature and the intermediate slab temperature satisfy the conditions of the present invention, but the coiled shape was poor because the coiling temperature was low.
  • Ti addition amount is small although C and N content in steel is high, Free (C + N) became high and toughness fell.

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Abstract

【課題】靭性に優れるＴｉ含有フェライト系ステンレス鋼の厚ゲージ熱延鋼板を提供する。 【解決手段】質量％で、Ｃ：０.００３～０.０３０％、Ｓｉ：２.０％以下、Ｍｎ：２.０％以下、Ｐ：０.０５０％以下、Ｓ：０.０４０％以下、Ｃｒ：１０.０～１９.０％、Ｎ：０.０３０％以下、Ｔｉ：０.０７～０.５０％、Ａｌ：０.０１０～０.２０％、Ｍｏ：０～１.５０％、Ｂ：０～０.００３０％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる化学組成を有し、次式；Ｋ値＝－０.０７×Ｃｒ－６７９０×Ｆｒｅｅ（Ｃ＋Ｎ）－１.４４×ｄ＋２６７、により定義されるＫ値が１５０以上であり、板厚が５.０～１１.０ｍｍであるＴｉ含有フェライト系ステンレス鋼板。ここで、Ｆｒｅｅ（Ｃ＋Ｎ）は固溶（Ｃ＋Ｎ）濃度（質量％）に相当し、ｄは平均結晶粒径（μｍ）である。

Description

Ｔｉ含有フェライト系ステンレス鋼板および製造方法並びにフランジ
　本発明は、靭性に優れる厚ゲージのＴｉ含有フェライト系ステンレス鋼板、およびその製造方法に関する。また、上記Ｔｉ含有フェライト系ステンレス鋼板を用いたフランジに関する。
　自動車排ガス流路部材には、耐食性、耐熱性、強度などの特性が要求される。これらの特性に優れる素材として、従来、オーステナイト系ステンレス鋼板が多用されてきた。近年、オーステナイト系鋼種に代えて、熱膨張係数が小さく原料コストも安いフェライト系鋼種を採用したいというニーズが高まっている。そのような代替材としてＴｉ含有フェライト系ステンレス鋼板が挙げられる。
　自動車排ガス流路部材は、一般に、冷延焼鈍鋼板にプレス加工を施したり、冷延焼鈍鋼板をパイプ加工した後に種々の加工を施したりする工程により製造される。近年の自動車排ガス流路部材は複雑な形状に成形される場合も多く、その素材である冷延焼鈍鋼板には優れた加工性が要求される。加工性の良い冷延焼鈍鋼板を得るためには、冷間圧延率を高めることが有利である。十分な冷間圧延率を確保するためには、厚ゲージ（例えば板厚５.０ｍｍ以上）の熱延焼鈍鋼板を使用することが有効である。また、自動車排ガス経路に用いるフランジなどでは厚ゲージ（例えば板厚５.０～１１.０ｍｍ）の鋼板に対するニーズが高い。板厚が大きいほど、靭性低下の影響は顕在化しやすくなる。
　厚ゲージの熱延焼鈍鋼板を冷延工程へと進めていく場合、鋼板の靭性が低いと、緩やかな板曲げとなるような直径の大きいルーパーを有するラインへの通板に限定したり、冷延工程での中間焼鈍回数を増やしたりする対策が必要となる。これらの対処法は生産性や製造コストの増大を伴う。また、厚ゲージの鋼板を素材としてフランジを製造する際にも、その素材には良好な靭性が要求される。
特開昭６０－２２８６１６号公報 特開昭６４－５６８２２号公報 特開２０１２－１４０６８８号公報
　一般的にＴｉ含有フェライト系ステンレス鋼の厚ゲージ鋼板では、低温靭性が低下しやすい。Ｔｉ含有フェライト系ステンレス鋼板の靭性を向上させる方法として、特許文献１には、熱間圧延後に急冷を行い、４５０℃以下の温度で巻き取る手法が開示されている。特許文献２には、熱延仕上温度を組成に応じて高くし、巻取後に急水冷する手法が開示されている。しかし、これらの対策を講じても、板厚が厚くなるとライン通板時の靭性に対する信頼性が不十分となる場合がある。特許文献３には、５７０℃以上で巻き取ってコイルとし、コイル再外周の表面温度が５５０℃である時間を５分以上確保したのちに水槽に浸漬する手法が開示されている。しかし、熱延鋼板の結晶粒径によっては、低温靭性の更なる向上が望まれる場合がある。
　本発明は、靭性に優れるＴｉ含有フェライト系ステンレス鋼の厚ゲージ鋼板、およびそれを用いたフランジを提供することを目的とする。
　発明者らの研究によれば、Ｔｉ含有フェライト系ステンレス鋼の厚ゲージ鋼板の靭性は、フェライト相のマトリックス中に固溶しているＣ量およびＮ量を低減することによって向上するが、その向上の程度はフェライト結晶粒径に大きく影響されることがわかった。本発明はこのような知見に基づいて完成したものである。
　上記目的は、以下の発明によって達成される。
　［１］質量％で、Ｃ：０.００３～０.０３０％、Ｓｉ：２.０％以下、Ｍｎ：２.０％以下、Ｐ：０.０５０％以下、Ｓ：０.０４０％以下、Ｃｒ：１０.０～１９.０％、Ｎ：０.０３０％以下、Ｔｉ：０.０７～０.５０％、Ａｌ：０.０１０～０.２０％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる化学組成を有し、下記（１）式により定義されるＫ値が１５０以上であり、板厚が５.０～１１.０ｍｍであるＴｉ含有フェライト系ステンレス鋼板。
　Ｋ値＝－０.０７×Ｃｒ－６７９０×Ｆｒｅｅ（Ｃ＋Ｎ）－１.４４×ｄ＋２６７　……（１）
　ここで、（１）式のＣｒの箇所には鋼中Ｃｒ含有量（質量％）の値が代入される。Ｆｒｅｅ（Ｃ＋Ｎ）は、鋼中に存在するＣとＮの合計含有量（質量％）から電解抽出法で回収される抽出残渣中に存在するＣとＮの合計含有量（質量％）を差し引いた値（質量％）である。ｄは、圧延方向および板厚方向に平行な断面（Ｌ断面）を研磨した観察面について、ＪＩＳ　Ｇ０５５１：２０１３の附属書Ｃに規定される直線試験線による切断法により求まる平均結晶粒径（μｍ）である。
　［２］質量％で、さらにＭｏ：１.５０％以下を含有する化学組成を有する上記［１］に記載のＴｉ含有フェライト系ステンレス鋼板。
　［３］質量％で、さらにＢ：０.００３０％以下を含有する化学組成を有する上記［１］または［２］に記載のＴｉ含有フェライト系ステンレス鋼板。
　［４］前記化学組成を有する鋼のスラブを加熱炉で加熱したのち９５０～１１２０℃の温度で炉から出し、粗圧延機により圧延して板厚２０～５０ｍｍ、表面温度７００～８５０℃の中間スラブとし、次いで前記中間スラブに熱間圧延を施して板厚５.０～１１.０ｍｍとしたのち表面温度６５０～８００℃にて巻き取ることにより熱延鋼板を得る工程、
　前記熱延鋼板を８００～１１００℃で焼鈍する工程、
を有する上記［１］～［３］のいずれかに記載のＴｉ含有フェライト系ステンレス鋼板の製造方法。
　［５］上記［１］～［３］のいずれかに記載のＴｉ含有フェライト系ステンレス鋼板を用いたフランジ。
　［６］前記フランジが排ガス経路用フランジである上記［５］に記載のフランジ。
　［７］前記フランジが自動車排ガス経路用フランジである上記［５］に記載のフランジ。
　本発明によれば、靭性に優れたＴｉ含有フェライト系ステンレス鋼の厚ゲージ鋼板を安定して実現することができる。この鋼板は特に低温靭性が向上しているため、通板条件や製造条件の制約を緩和することも可能となる。厚ゲージ鋼板を素材として各種部品（自動車排ガス経路のフランジなど）へ加工する場合も、靭性に関する信頼性が高い。
〔化学組成〕
　本発明では、以下に示す成分元素を含有するフェライト系ステンレス鋼を対象とする。鋼板の化学組成に関する「％」は、特に断らない限り質量％を意味する。
　Ｃは、鋼を硬質化させ、熱延焼鈍鋼板の靭性を低下させる要因となる。Ｃ含有量（固溶Ｃと化合物として存在するＣのトータル量）は０.０３０％以下に制限される。０.０２０％以下とすることがより好ましく、０.０１５％以下に管理してもよい。過剰な低Ｃ化は製鋼への負荷を増大させ、コスト上昇となる。ここでは、Ｃ含有量０.００３％以上の鋼板を対象とする。
　ＳｉおよびＭｎは、脱酸剤として有効である他、耐高温酸化性を向上させる作用を有する。Ｓｉについては０.０２％以上、Ｍｎについては０.１０％以上の含有量を確保することがより効果的である。これらの元素は、多量に含有すると鋼の脆化を招く要因となる。Ｓｉ含有量は２.０％以下に制限され、１.０％以下とすることがより好ましい。Ｍｎ含有量も２.０％以下に制限され、１.０％以下とすることがより好ましい。
　ＰおよびＳは、多量に含有すると耐食性低下などの要因となる。Ｐ含有量は０.０５０％まで許容でき、Ｓ含有量は０.０４０％まで許容できる。過剰な低Ｐ化、低Ｓ化は製鋼への負荷を増大させ不経済となる。通常、Ｐ含有量は０.０１０～０.０５０％、Ｓ含有量は０.０００５～０.０４０％の範囲で調整すればよい。
　Ｃｒは、ステンレス鋼としての耐食性を確保するために重要である。耐高温酸化性の向上にも有効である。これらの作用を発揮させるために、１０.０％以上のＣｒ含有量が必要である。多量にＣｒを含有すると鋼が硬質化し、厚ゲージ熱延焼鈍鋼板の靭性改善に支障をきたす場合がある。ここではＣｒ含有量が１９.０％以下の鋼を対象とする。
　Ｎは、Ｃと同様、熱延焼鈍鋼板の靭性を低下させる要因となる。Ｎ含有量（固溶Ｎと化合物として存在するＮのトータル量）は０.０３０％以下に制限される。０.０２０％以下とすることがより好ましく、０.０１５％以下に管理してもよい。過剰な低Ｎ化は製鋼への負荷を増大させ、コスト上昇となる。通常、Ｎ含有量は０.００３％以上の範囲で調整すればよい。
　Ｔｉは、Ｃ、Ｎと結合してＴｉ炭窒化物を形成することによって、Ｃｒ炭窒化物の粒界偏析を抑制し、鋼の耐食性および耐高温酸化性を高く維持する上で極めて有効な元素である。Ｔｉ含有量は０.０７％以上とする必要がある。０.０９％以上とすることがより効果的であり、０.１５％以上とすることが更に好ましい。Ｔｉ含有量が過大になると、熱延焼鈍鋼板の靭性低下を助長するので好ましくない。種々検討の結果、Ｔｉ含有量は０.５０％以下に制限され、０.４０％以下の範囲で含有させることがより望ましい。なお、本明細書において「炭窒化物」とは、Ｃ、Ｎの１種以上が金属元素と結合した化合物をいう。Ｔｉ炭窒化物の例だと、ＴｉＣ、ＴｉＮおよびＴｉ（Ｃ，Ｎ）がこれに該当する。
　Ａｌは、脱酸剤として有効である。その作用を十分に得るために、０.０１０％以上のＡｌ含有量となるように添加することが効果的である。多量のＡｌ含有は靭性低下の要因となる。Ａｌ含有量は０.２０％以下に制限される。
　Ｍｏは、耐食性の向上に有効であり、必要に応じて添加することができる。その場合、０.０１％以上のＭｏ含有量とすることがより効果的である。多量のＭｏ含有は靭性に悪影響を及ぼす場合がある。Ｍｏ含有量は０～１.５０％の範囲とする。
　Ｂは、２次加工性向上に有効であり、必要に応じて添加することができる。その場合、０.００１０％以上の含有量を確保することがより効果的である。ただし、Ｂ含有量が０.００３０％を超えるとＣｒ２Ｂの生成により金属組織の均一性が損なわれ、加工性が低下する場合がある。Ｂ含有量は０～０.００３０％の範囲とする。
〔Ｋ値〕
　下記（１）式で表されるＫ値は、上記化学組成範囲のＴｉ含有フェライト系ステンレス鋼の厚ゲージ鋼板（板厚５.０～１１.０ｍｍ）におけるＵノッチ衝撃試験片（衝撃方向が圧延方向と板厚方向に垂直な方向）を用いた２０℃でのシャルピー衝撃値（Ｊ／ｃｍ２）を、鋼中Ｃｒ含有量、固溶Ｃ＋Ｎ量、平均結晶粒径から精度良く推定する指標である。
　Ｋ値＝－０.０７×Ｃｒ－６７９０×Ｆｒｅｅ（Ｃ＋Ｎ）－１.４４×ｄ＋２６７　……（１）
　ここで、（１）式のＣｒの箇所には鋼中Ｃｒ含有量（質量％）の値が代入される。Ｆｒｅｅ（Ｃ＋Ｎ）は、鋼中に存在するＣとＮの合計含有量（質量％）から電解抽出法で回収される抽出残渣中に存在するＣとＮの合計含有量（質量％）を差し引いた値（質量％）である。ｄは、圧延方向および板厚方向に平行な断面（Ｌ断面）を研磨した観察面について、ＪＩＳ　Ｇ０５５１：２０１３の附属書Ｃに規定される直線試験線による切断法により求まる平均結晶粒径（μｍ）である。
　発明者らの詳細な検討によれば、厚ゲージＴｉ含有フェライト系ステンレス鋼板の常温付近の靭性は、Ｃｒ含有量、固溶Ｃ＋Ｎ量、およびフェライト平均結晶粒径の影響を大きく受けることがわかった。上記化学組成を満たし、かつＫ値が１５０以上となるようにＣｒ含有量、固溶Ｃ＋Ｎ量および平均結晶粒径が調整されていれば、厚ゲージ鋼板を鋼管や各種部材に加工する際や、冷間圧延を施して薄ゲージ鋼板を得る際の靭性に関する信頼性が十分に確保されることが確認された。従って本明細書では上記Ｋ値が１５０以上であることを要件とする。熱延焼鈍鋼板における固溶Ｃ＋Ｎ量とフェライト平均結晶粒径は、後述の熱延条件によってコントロールすることができ、Ｋ値が１５０以上の熱延焼鈍鋼板を作り分けることができる。
　上記（１）式のＦｒｅｅ（Ｃ＋Ｎ）は、固溶（Ｃ＋Ｎ）濃度（質量％）に相当するものである。以下の方法でＦｒｅｅ（Ｃ＋Ｎ）を求めることができる。
〔Ｆｒｅｅ（Ｃ＋Ｎ）の求め方〕
　１０質量％のアセチルアセトン、１質量％のテトラメチルアンモニウムクロライド、８９質量％のメチルアルコールからなる非水系電解液中で、鋼板から採取した質量既知のサンプルに、飽和甘汞基準電極（ＳＣＥ）に対して－１００ｍＶ～４００ｍＶの電位を付与し、サンプルのマトリックス（金属素地）を全部溶解させたのち、未溶解物を含む液を孔径０.０５μｍのメンブレンフィルターにてろ過し、フィルターに残った固形分を抽出残渣として回収する。抽出残渣中のＣおよびＮを、Ｃについては赤外線吸収式－高周波燃焼法にて、Ｎについてはインパルス加熱融解－熱伝導度法にてそれぞれ分析し、抽出残渣中に存在するＣとＮの合計含有量Ｉｎｓｏｌ（Ｃ＋Ｎ）（鋼中に占める質量％）を算出する。Ｆｒｅｅ（Ｃ＋Ｎ）（質量％）は下記（２）式によって求まる。
　Ｆｒｅｅ（Ｃ＋Ｎ）＝Ｔｏｔａｌ（Ｃ＋Ｎ）－Ｉｎｓｏｌ（Ｃ＋Ｎ）　……（２）
　ここで、Ｔｏｔａｌ（Ｃ＋Ｎ）は鋼中に存在するＣとＮの合計量（質量％）、Ｉｎｓｏｌ（Ｃ＋Ｎ）は抽出残渣中に存在するＣとＮの合計含有量（質量％）である。
〔板厚〕
　Ｔｉ含有フェライト系ステンレス鋼は、耐食性、耐熱性等の材料特性面において、自動車排ガス流路部材用途に有用な鋼種の一つである。自動車排ガス流路部材に加工するための素材鋼板には優れた加工性が要求される。その加工性の指標となるランクフォード値（ｒ値）を向上させるためには、冷間圧延率を増大させることが効果的である。高い冷間圧延率を稼ぐためには、厚ゲージの熱延鋼板を採用することが有利となる。一方、Ｔｉ含有フェライト系ステンレス鋼は常温付近から低温側で鋼板の靭性低下を生じやすい鋼種である。厚ゲージの鋼板では靭性低下の影響がより顕在化しやすい。
　種々検討の結果、冷延鋼板のｒ値を向上させるためには板厚５.０ｍｍ以上の熱延鋼板を適用することが極めて有効である。そこで、本発明では板厚５.０ｍｍ以上の熱延鋼板を対象として、靭性改善を図ることとした。板厚５.５ｍｍ以上の熱延鋼板を対象とすることが、より効果的である。板厚があまり厚くなると、冷延工程での一般的な通板ラインでは負荷が過大となる場合がある。ここでは板厚１１.０ｍｍ以下の鋼板を対象とする。板厚９.０ｍｍ以下とすることがより好ましい。
〔製造方法〕
　靭性に優れる上記の厚ゲージＴｉ含有フェライト系ステンレス熱延鋼板は、従来一般的なステンレス熱延鋼板製造設備にて製造することができる。以下に、製造方法を例示する。
〔溶製〕
　連続鋳造法によって鋳造スラブを製造する。造塊法によって鋳塊を作り、鍛造あるいは分塊圧延にてスラブを製造してもよい。スラブ厚さは２００～２５０ｍｍとすることが好ましい。
〔スラブ加熱〕
　上記スラブを加熱炉に入れ、９５０℃以上の温度に加熱する。加熱時間（材料温度が９５０℃以上に保持される時間）は例えば５０～１２０分の範囲で設定することができる。９５０℃以上の温度に加熱することにより、鋳造時に生成した粗大なＴｉＣがＴｉ＋Ｃに分解し、ＴｉＣがほぼ消失した組織状態を実現できる。ＴｉＮについては１１５０℃でもまだ完全には分解しないが、Ｎの完全固溶化には特にこだわる必要はない。材料の最高到達温度は１１２０℃以下の範囲で設定できるが、炉から出す際の材料温度（抽出温度）は後述の温度範囲に調整する必要がある。
〔粗圧延〕
　加熱後のスラブを抽出温度９５０～１１２０℃にて炉から出し、粗圧延機により圧延する。抽出温度がこれより高いと、再結晶フェライト相の平均結晶粒径が粗大化しやすく、上述のＫ値が１５０以下である熱延鋼板を得ることが難しくなる。粗圧延は１パスまたは複数パスの圧延にて行い、板厚２０～５０ｍｍの中間スラブを製造する。その際、粗圧延によって得られる中間スラブの表面温度が７００～８５０℃となるようにコントロールすることが重要である。すなわち、少なくとも粗圧延の最終パス温度が７００～８５０℃の範囲となるように抽出温度および粗圧延パススケジュールを設定する。この温度範囲はＴｉＣの再析出が生じる温度域に重なる。未固溶のＴｉＣがほとんど残存していない状態から、粗圧延中にＴｉＣを再析出させると、多くのサイトから微細なＴｉＣが発生する。中間スラブ中には、これら数多くのＴｉＣあるいは既に析出しているＴｉＮを核として生成したＴｉ炭窒化物が微細分散した状態となる。微細分散したＴｉ炭窒化物は、ピン止め効果によってフェライト再結晶粒の粗大化を抑制する作用を発揮する。中間スラブの表面温度が８５０℃を超えるような高温で粗圧延を行うと、ＴｉＣが活発に再析出する温度より高温での粗圧延となるので、前記ピン止め効果が十分に発揮されず、粗大結晶粒が生成し、結晶粒微細化効果が不十分となる。一方、中間スラブの表面温度が７００℃を下回ると、後述の仕上熱間圧延での変形抵抗が増大したり、巻取温度が低くなりすぎたりする要因となる。粗圧延の合計圧延率は８０～９０％とすることが好ましい。
〔仕上熱間圧延〕
　上記中間スラブに対して巻取までの間に施す一連の熱間圧延を、ここでは「仕上熱間圧延」と呼ぶ。仕上熱間圧延は、リバース式圧延機を用いて行ってもよいし、タンデム式の連続圧延機を用いて行ってもよい。最終パス後の板厚が５.０～１１.０ｍｍとなり、かつ後述の巻取温度が実現できるようにパススケジュールを設定する。仕上熱間圧延中にもピン止め効果によって再結晶粒の成長が抑制される。仕上熱間圧延の合計圧延率は例えば６５～８５％とすることができる。
〔巻取〕
　仕上熱間圧延を終えた鋼板は、表面温度が６５０～８００℃である状態でコイル状に巻き取り、熱延鋼板とする。６５０℃より低温で巻き取ると、高温強度が上昇するため、正常な形でコイル状に巻き取れない状態が生じやすい。このような巻取異常が発生すると、巻きなおし工程を通板する必要があるため生産コスト上昇につながる。８００℃より高温で巻き取ると動的な２次再結晶化が促進され、結晶粒粗大化が進行しやすい。この場合、Ｋ値の低下（すなわち靭性低下）につながる恐れがある。巻取後は、そのまま大気中で放冷すればよい。水冷等の冷却処理を行わなくても、上記のピン止め効果によってもたらされる効果は維持される。低温靭性改善は結晶粒微細化によるところが大きい。また、固溶Ｃ、Ｎの低減によるマトリックスの軟質化も低温靭性改善に寄与していると考えられる。
〔焼鈍〕
　上記のようにして得られた熱延鋼板に、８００～１１００℃での焼鈍（熱延板焼鈍）を施すことによって、靭性に優れた厚ゲージのＴｉ含有フェライト系ステンレス鋼板を得ることができる。焼鈍時間は例えば均熱０～５分とすることができる。ここで、均熱０分とは材料温度が所定の温度に到達したのち直ちに冷却する場合をいう。
　表１に示す鋼を溶製し、厚さ約２００ｍｍの連続鋳造スラブを得た。鋼の化学組成はいずれも本発明の規定を満たしている。各連続鋳造スラブを加熱炉に入れて、鋼種に応じて表２に記載のスラブ加熱温度で約５０～１００分間保持したのち炉から出し、直ちに粗圧延機による粗圧延を行った。抽出温度はスラブ加熱温度と同じとした。粗圧延は仕上目標板厚に応じて７～９パスで行い、厚さ２０～５０ｍｍの中間スラブを作製した。粗圧延機の最終パス出側で中間スラブの表面温度を測定した。その温度を表２中に「中間スラブ温度」として表示してある。得られた中間スラブについて、直ちに６スタンドのミルを備える連続熱間圧延機あるいはコイラーファーネスを有する可逆式熱間圧延機により仕上熱間圧延を施し、その後、巻き取って表２に示す板厚の熱延鋼板を得た。巻取温度は巻取機直前の板表面温度を測定することにより求めた。得られた熱延鋼板に表２に示す温度で均熱０分の熱延板焼鈍を施した。
　各熱延焼鈍鋼板からサンプルを採取し、上述の方法で、Ｆｒｅｅ（Ｃ＋Ｎ）、平均結晶粒径ｄを求め、（１）式によりＫ値を求めた。また、各熱延鋼板からＵノッチ衝撃試験片を作製し、ＪＩＳ　Ｚ２２４２：２００５に従い２０℃でのシャルピー衝撃試験を行った。ハンマーによる衝撃付与方向（すなわちＵノッチの深さ方向）は、圧延方向と板厚方向に垂直な方向（すなわち熱延焼鈍鋼帯の板幅方向）とした。これらの結果を表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　本発明に従ってＫ値が１５０以上となる条件で製造した熱延鋼板（本発明例）は、いずれも２０℃のＵノッチ衝撃試験片による衝撃値が１５０Ｊ／ｃｍ２以上となり、良好な靭性を有している。
　比較例であるＮｏ.２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８はスラブ加熱温度、中間スラブ温度、巻取温度が本発明例から高めに外れていたためＴｉＣ等による析出物のピン止め効果が得られず、平均結晶粒径が大きくなり、その結果、靭性が低下した。Ｎｏ.２９ではスラブ加熱温度、中間スラブ温度は本発明の条件を満たすが、巻取温度が低いために巻き取ったコイルの形状が悪くなった。また、鋼中のＣ、Ｎ含有量が高い割りにＴｉ添加量が少ないので、Ｆｒｅｅ（Ｃ＋Ｎ）が高くなり、靭性が低下した。

Claims (7)

  1. 　質量％で、Ｃ：０.００３～０.０３０％、Ｓｉ：２.０％以下、Ｍｎ：２.０％以下、Ｐ：０.０５０％以下、Ｓ：０.０４０％以下、Ｃｒ：１０.０～１９.０％、Ｎ：０.０３０％以下、Ｔｉ：０.０７～０.５０％、Ａｌ：０.０１０～０.２０％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる化学組成を有し、下記（１）式により定義されるＫ値が１５０以上であり、板厚が５.０～１１.０ｍｍであるＴｉ含有フェライト系ステンレス鋼板。
    　Ｋ値＝－０.０７×Ｃｒ－６７９０×Ｆｒｅｅ（Ｃ＋Ｎ）－１.４４×ｄ＋２６７　……（１）
    　ここで、（１）式のＣｒの箇所には鋼中Ｃｒ含有量（質量％）の値が代入される。Ｆｒｅｅ（Ｃ＋Ｎ）は、鋼中に存在するＣとＮの合計含有量（質量％）から電解抽出法で回収される抽出残渣中に存在するＣとＮの合計含有量（質量％）を差し引いた値（質量％）である。ｄは、圧延方向および板厚方向に平行な断面（Ｌ断面）を研磨した観察面について、ＪＩＳ　Ｇ０５５１：２０１３の附属書Ｃに規定される直線試験線による切断法により求まる平均結晶粒径（μｍ）である。
  2. 　質量％で、さらにＭｏ：１.５０％以下を含有する化学組成を有する請求項１に記載のＴｉ含有フェライト系ステンレス鋼板。
  3. 　質量％で、さらにＢ：０.００３０％以下を含有する化学組成を有する請求項１に記載のＴｉ含有フェライト系ステンレス鋼板。
  4. 　前記化学組成を有する鋼のスラブを加熱炉で加熱したのち９５０～１１２０℃の温度で炉から出し、粗圧延機により圧延して板厚２０～５０ｍｍ、表面温度７００～８５０℃の中間スラブとし、次いで前記中間スラブに熱間圧延を施して板厚５.０～１１.０ｍｍとしたのち表面温度６５０～８００℃にて巻き取ることにより熱延鋼板を得る工程、
    　前記熱延鋼板を８００～１１００℃で焼鈍する工程、
    を有する請求項１～３のいずれか１項に記載のＴｉ含有フェライト系ステンレス鋼板の製造方法。
  5. 　請求項１～３のいずれか１項に記載のＴｉ含有フェライト系ステンレス鋼板を用いたフランジ。
  6. 　前記フランジが排ガス経路用フランジである請求項５に記載のフランジ。
  7. 　前記フランジが自動車排ガス経路用フランジである請求項５に記載のフランジ。
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