WO2020095437A1 - フェライト系ステンレス鋼板 - Google Patents
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Abstract
Description
一方、フェライト系ステンレス鋼はNiを含有しない、もしくは含有量が極めて少ないため、コストパフォーマンスに優れる材料として、ここ近年で需要が増加している。しかしながら、フェライト系ステンレス鋼を成形用途として使用する場合、問題となるのが成形限界と、成形後に表面凹凸が形成されることによる表面特性の劣化である。
オーステナイト系ステンレス鋼の場合、加工硬化特性に優れており細粒組織が比較的作りやすいため結晶粒度番号が約10程度の鋼板が製造されている。このため成形加工後の表面凹凸(肌荒れ)は小さく、ほとんど問題とならない。一方、フェライト系ステンレス鋼の結晶粒度はSUS430で9程度、SUS430LXで7程度とオーステナイト系ステンレス鋼に比べて小さい。ここで粒度番号が小さい、ということは結晶粒径が大きいことを示している。
フェライト系ステンレス鋼が粗粒になりやすい一因としては、フェライト系ステンレス鋼では再結晶粒径が大きくなりやすく、特にSUS430LXのように、C,Nを低減させて加工性、成形性の向上を図った高純度フェライト系ステンレス鋼では粒成長しやすいため、オーステナイト系ステンレス鋼に比べ結晶粒度が大きくなる傾向にある。
[1]質量%にて、Cr:11.0%以上25.0%以下、C:0.001%以上0.010%以下、Si:0.01%以上1.0%以下、Mn:0.01%以上1.0%以下、P:0.10%以下、S:0.01%以下、N:0.002%以上0.020%以下を含み、さらにTi:1.0%以下、およびNb:1.0%以下のうち、いずれか一方又は両方を含み、かつ残部がFeおよび不純物からなり、結晶粒度番号が9.0超のフェライト単相組織よりなり、板厚1/2位置と板厚1/10位置の圧延面に平行な面における結晶方位のランダム強度比が、I{554}<225>≧7.0、I{411}<148>≧0.9、I{211}<011>≧1.0であることを特徴とするフェライト系ステンレス鋼板。
なお、I{hkl}<uvw>は{hkl}<uvw>方位のランダム強度比を示す。
[2]質量%にて、更に、B:0.0001%以上0.0025%以下、Sn:0.005%以上0.50%以下、Ni:1.0%以下、Cu:1.0%以下、Mo:2.0%以下、Al:1.0%以下、W:1.0%以下、Co:0.50%以下、V:0.50%以下、Zr:0.50%以下、Ca:0.0050%以下、Mg:0.0050%以下、Y:0.10%以下、Hf:0.20%以下、REM:0.10%以下、Sb:0.50%以下の1種または2種以上含有していることを特徴とする上記[1]に記載のフェライト系ステンレス鋼板。
本実施形態に係るフェライト系ステンレス鋼板は、質量%にて、Cr:11.0%以上25.0%以下、C:0.001%以上0.010%以下、Si:0.01%以上1.0%以下、Mn:0.01%以上1.0%以下、P:0.10%以下、S:0.01%以下、N:0.002%以上0.020%以下を含み、さらにTi:1.0%以下、およびNb:1.0%以下のうち、いずれか一方又は両方を含み、かつ残部がFeおよび不純物からなり、結晶粒度番号が9.0超のフェライト単相組織よりなり、板厚1/2位置と板厚1/10位置の圧延面に平行な面における結晶方位のランダム強度比が、I{554}<225>≧7.0、I{411}<148>≧0.9、I{211}<011>≧1.0である。
以下、各要件について詳しく説明する。
成形性の点からMn含有量が低い方が好ましいが、過度の低下は原料コストの増加を招くため0.01%以上を下限とする。製造性の観点から望ましい範囲は0.05%以上、0.40%以下であり、さらに望ましくは0.05%以上、0.30%以下である。
Tiは、C,Nと結合し、TiC、TiN等の析出物としてC,Nを固定する(高純度化)ことによって成形性(r値)及び製品伸びの向上をもたらす。これらの効果を得るために下限は0.01%以上とすることが好ましい。一方、過度な添加は合金コストの上昇や再結晶温度上昇に伴う製造性の低下を招くため、上限は1.0%以下とする。成形性及び製造性の点から、好ましい範囲は0.05%以上、0.50%以下である。更に、Tiの上記効果を積極的に活用する好適な範囲は0.10%以上、0.30%以下である。
本実施形態のフェライト系ステンレス鋼鈑は、結晶粒度番号が9.0超のフェライト単相組織からなる。
結晶粒度番号は9.0超とする。成形後の表面凹凸は結晶粒度番号が大きいほど、すなわちフェライト結晶粒の粒径が小さいほど生じにくいため、これを下限とする。表面凹凸をさらに抑制するためには9.5超が好ましく、更に望ましくは10.0超である。
結晶粒度番号は、JIS G 0551(2013)の線分法で求めることができる。なお、粒度番号:9は、結晶粒内を横切る1結晶粒あたりの平均線分長が14.1μmであることに相当し、粒度番号:10は、結晶粒内を横切る1結晶粒あたりの平均線分長が10.0μmであることに相当する。結晶粒度の測定では、試験片の断面の光学顕微鏡組織写真より、1試料につき横切る結晶粒の数を500以上とする。エッチング液は王水または逆王水がよいが、結晶粒界が判断できるのであれば他の溶液でも構わない。また隣接する結晶粒の方位関係によっては粒界が鮮明に見えない場合があるため、濃くエッチングするのが好ましい。また結晶粒界の測定に当たって双晶粒界は測定しないこととする。
I{554}<225>≧7.0
I{411}<148>≧0.9
I{211}<011>≧1.0
なお、I{hkl}<uvw>は{hkl}<uvw>方位のランダム強度比を示す。
一方、{411}<148>方位は冷間圧延率を高めると生成する(例えば非特許文献2)が、成形性には好ましくない方位である。また{211}<011>方位は圧延で形成される方位である(非特許文献3)が、再結晶時には蚕食される方位であるために再結晶完了後にはほとんど残存しない。したがって従来、成形性を確保するには{554}<225>方位の集積度(ランダム強度比)を上げて{411}<148>方位や{211}<011>方位の集積度を下げることが有効と考えられ、制御されてきた。
すなわち本実施形態では、{554}<225>方位は鋼板を種々の形状に成形することを考慮し、ランダム強度比を7.0以上とする。上記のとおり、{554}<225>方位のランダム強度比は高い方が成形限界を高めるには好ましいため、8.0以上であることが望ましい。
{411}<148>方位は、表面凹凸の抑制に重要な方位であり、ランダム強度比を0.9以上とする。好ましくは1.0以上である。常法でフェライト系ステンレス鋼板を製造した場合には0.7未満となるのが一般的である。そのため、本実施形態では、{411}<148>方位を高めるために、後述するような製造方法の制御が必要となる。
{211}<011>方位の集積度は1.0以上とする。上記のとおり{211}<011>方位は再結晶の完了後には残存しにくく、この方位も、常法でフェライト系ステンレス鋼板を製造した場合には0.8以下となるのが一般的である。そのため{411}<148>方位の制御と同様に、製造条件の工夫が必要となる。
板厚の1/2位置と板厚の1/10位置において、鋼板の圧延面に平行な面についてX線回折を実施する。1/2位置は鋼材の平均的な集合組織を示すことが多く、成形性の指標となりうる。また成形後の表面凹凸(肌荒れ)は表面で発生するため、表面近傍の結晶方位分布が重要となるので1/10位置も測定する。
得られたデータより3次元方位解析を実施する。解析手法としては広く知られている「Bunge」の手法を用いることができる。結晶方位分布図より、該当方位におけるランダム強度比を読み取る。EBSDによる局所的な方位解析を用いることも可能であるが、その際は結晶粒数が1000以上となるような領域を調査し、集合組織の平均的な情報が得られるように注意が必要となる。
鋼材の成形の際は各結晶粒がそれぞれの結晶方位に対応した変形をする。そのときに活動するすべり系は結晶方位ごとに異なると考えられる。一般的にr値が高い方位とr値が低い方位は活動するすべり系(方向)が異なる。そのため、r値が高い方位である結晶粒と、r値が低い方位である結晶粒同士が鋼材表面で隣接した場合は、一方の結晶粒のすべりによって生じる表面変化(凹または凸)が、隣接する結晶粒の異なる表面変化(凸または凹)で打ち消し合い、結果、表面凹凸が抑制されると考えている。但し、鋼材表面において隣接する結晶粒方位の組み合わせは膨大にあるため、この機構の解明には更なる検討が必要である。
本実施形態において重要な結晶粒径と結晶方位(集合組織)の両者を上記のとおりに満足するために制御すべきポイントは、熱間圧延後の熱処理条件、冷間圧延率、冷延後の熱処理条件であり、それ以外の工程、条件については特に制限はない。
また、本実施形態の冷間圧延の他の圧延条件は適宜選択・設定してよい。
なお、下記にて示す表中の下線が、本実施形態の範囲から外れているものを示す。
またステンレス鋼板No.1~No.28の板厚中心(1/2t位置)及び1/10t位置のそれぞれの集合組織を上述した手法であるX線回折により測定し、{554}<225>方位、{411}<148>方位、{211}<011>方位のランダム強度比I{554}<225>、I{411}<148>、I{211}<011>を求めた。
表3に、ステンレス鋼板No.1~No.28の上記の特性評価の結果を示す。なお、本発明例のステンレス鋼板は全てフェライト単相(オーステナイト相やマルテンサイト組織を含まない)だった。
なお、Raが2.0μm超の比較例の場合は、表面凹凸が顕著であり、最終的には研磨によって当該凹凸を除去することとなるため、製造コストの面でも評価が劣ることとなる。
Claims (2)
- 質量%にて、
Cr:11.0%以上25.0%以下、
C:0.001%以上0.010%以下、
Si:0.01%以上1.0%以下、
Mn:0.01%以上1.0%以下、
P:0.10%以下、
S:0.01%以下、
N:0.002%以上0.020%以下を含み、
さらにTi:1.0%以下、およびNb:1.0%以下のうち、いずれか一方又は両方を含み、かつ残部がFeおよび不純物からなり、
結晶粒度番号が9.0超のフェライト単相組織よりなり、板厚1/2位置と板厚1/10位置の圧延面に平行な面における結晶方位のランダム強度比が、
I{554}<225>≧7.0、
I{411}<148>≧0.9、
I{211}<011>≧1.0
であることを特徴とするフェライト系ステンレス鋼板。
なお、I{hkl}<uvw>は{hkl}<uvw>方位のランダム強度比を示す。 - 質量%にて、更に、B:0.0001%以上0.0025%以下、Sn:0.005%以上0.50%以下、Ni:1.0%以下、Cu:1.0%以下、Mo:2.0%以下、Al:1.0%以下、W:1.0%以下、Co:0.50%以下、V:0.50%以下、Zr:0.50%以下、Ca:0.0050%以下、Mg:0.0050%以下、Y:0.10%以下、Hf:0.20%以下、REM:0.10%以下、Sb:0.50%以下の1種または2種以上含有してい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鋼板。
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