JP2005139533A

JP2005139533A - 肌荒れの少ないフェライト系ステンレス鋼板の成形方法

Info

Publication number: JP2005139533A
Application number: JP2003379809A
Authority: JP
Inventors: Junichi Hamada; 純一濱田; Tadashi Komori; 唯志小森; Yukihiro Kure; 幸弘久禮
Original assignee: Nippon Steel and Sumikin Stainless Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Stainless Steel Corp
Priority date: 2003-11-10
Filing date: 2003-11-10
Publication date: 2005-06-02

Abstract

【課題】成形肌荒れの少ないフェライト系ステンレス鋼板の成形方法を提供する。
【解決手段】フェライト系ステンレス鋼板の成形において、成形真歪み量（ε）とフェライト系ステンレス鋼板の結晶粒径ｄ（μｍ））との関係式１式を満足するように成形真歪み速量（ε）を制御することを特徴とする冷間成形肌荒れの少ないフェライト系ステンレス鋼板の成形方法。
ε＜６／ｄ１式
ε：成形真歪み量、ｄ：結晶粒径（μｍ）
フェライト系ステンレス鋼板が、質量％にて、Ｃ：０．００１〜０．０１％、Ｓｉ：０．０１〜０．３％、Ｍｎ：０．０１〜０．３％、Ｐ：０．０１〜０．０４％、Ｓ：０．０００１〜０．０１％、Ｃｒ：１５〜２５％、Ｎ：０．００１〜０．０２％、Ｂ：０．０００３〜０．００５％、Ｔｉ：０．０５〜０．３％、Ａｌ：０．００５〜０．１％、Ｍｇ：０．０００２〜０．００５％、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、成形肌荒れの少ないフェライト系ステンレス鋼板の成形方法に関するものである。

フェライト系ステンレス鋼板は、家電製品、厨房機器、電子機器など幅広い分野で使用されている。しかしながら、オーステナイト系ステンレス鋼板に比べ、成形性に劣るため、用途が限定される場合があった。

この問題を解決するために、近年の精錬技術の向上により、極低炭素・窒素化が可能になり、更にはＴｉやＮｂなどの安定化元素を添加して成形性を向上させることができるようになった。

従来のフェライト系ステンレス鋼板の成形性向上は、深絞り性すなわちｒ値を向上させるものが主であり、熱延条件では例えば、特許文献１、特許文献２などにｒ値を向上させる技術が開示されている。これらは、熱間圧延温度などが規定されているが鋼組成のばらつきによっては十分な特性が得られないのが実状であった。また、実際の成形においては、深絞り成形性だけでは十分でなく、張り出し性が要求される場合が多い。フェライト系ステンレス鋼は、オーステナイト系ステンレス鋼に比べて伸びが低いため張り出し性が著しく劣る欠点があったが、この点についての検討は少ない。張り出し性の向上には、伸びの向上が効果的であり、例えば、特許文献３、特許文献４、特許文献５では、張り出し性を向上させるための成分系に関する技術が開示されているが、これら鋼成分だけでは、十分な伸びすなわち張り出し成形性が得られないのが実状であった。また、成形性を向上させても、成形後の表面成形肌荒れ（オレンジピールとも呼ばれる）が課題になる場合もあった。これは、表面の美観を損なうものであるが、フェライト系ステンレス鋼板で肌荒れを防止する方法は開示されていない。

特開昭６２−０７７４２３号公報特開平０７−２６８４８５号公報特開昭５８−０６１２５８号公報特開平０１−０７５６５２号公報特開平１１−３５００９０号公報

本発明の目的は、前記の問題点を解決し、成形肌荒れの少ないフェライト系ステンレス鋼板の成形方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明者らはフェライト系ステンレス鋼板の冷間成形肌荒れの少ない成形に関して、成形中の結晶粒の変形挙動および鋼組成の影響などを詳細に研究した。

即ち、本発明の要旨とするところは以下の通りである。
（１）フェライト系ステンレス鋼板の成形において、成形真歪み量（ε）と前記フェライト系ステンレス鋼板の結晶粒径ｄ（μｍ）との関係式（１式）を満足するように前記成形真歪み量（ε）を制御することを特徴とする冷間成形肌荒れの少ないフェライト系ステンレス鋼板の成形方法。
ｄ＜６／ε １式
ε：成形真歪み量（ε）、ｄ：結晶粒径（μｍ）
（２）（１）に記載のフェライト系ステンレス鋼板が、
質量％にて、Ｃ：０．００１〜０．０１％、Ｓｉ：０．０１〜０．３％、Ｍｎ：０．０１〜０．３％、Ｐ：０．０１〜０．０４％、Ｓ：０．０００１〜０．０１％、Ｃｒ：１５〜２５％、Ｎ：０．００１〜０．０２％、Ｂ：０．０００３〜０．００５％、Ｔｉ：０．０５〜０．３％、Ａｌ：０．００５〜０．１％、Ｍｇ：０．０００２〜０．００５％、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成形肌荒れの少ないフェライト系ステンレス鋼板の成形方法。
（３）（２）に記載のフェライト系ステンレス鋼板の成分に、更に
質量％にて、Ｎｂ：０．０１〜０．５％、Ｍｏ：０．１〜２％、Ｎｉ：０．１〜２％、Ｃｕ：０．１〜２％の１種または２種以上含有している成形肌荒れの少ないフェライト系ステンレス鋼板の成形方法。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば成形肌荒れ性に優れたフェライト系ステンレス鋼板を特別な新規設備を必要とせず、効率的に成形する方法を提供することができる。

以下に本発明の限定理由について説明する。

鋼板のプレス成形は、種々の成形様式があるが、塑性と加工，２７（１９８６）３１０，１２６１に知見されている様に成形肌荒れは成形真歪み量と素材の結晶粒径により支配され、両者が大きい程成形肌荒れが顕著になる。本願発明では、フェライト系ステンレス鋼板に対して１式で表せる結晶粒径を焼鈍温度と時間を制御して満足することで、成形肌荒れが防止できることを見出した。
ｄ＜６／ε １式
ここで、εは成形真歪み量、ｄは結晶粒径である。

図１にフェライト系ステンレス鋼の成形肌荒れに及ぼす成形真歪み量と結晶粒径の関係を示す。ここで、成形肌荒れの評価は、ＪＩＳ５号Ｂ引張試験片を採取して圧延方向に種々の真歪み量で成形を与えた後、表面に発生した成形肌荒れを２次元粗さ計で表面最大粗さを測定した。成形肌荒れは、外観上美観を損なう他、成形後に研磨工程が付与される場合、研磨工程数が増加してしまう課題が生じる。一般の市場では美観および研磨工程の増加をもたらさない成形肌荒れの程度としては、表面最大粗さが１０μｍ以下であれば問題にならないレベルであり、オーステナイト系ステンレス鋼の成形肌荒れレベルである。よって、プレス形状（成形真歪み量）に応じて１式を満足するように結晶粒径を制御することによって、成形肌荒れ性に優れたフェライト系ステンレス鋼板が得られる。

次に、オーステナイト系ステンレス鋼の組成の限定理由を述べる。

Ｃは、成形性と耐食性を劣化させるため、その含有量は少ないほど良いため、上限を０．０１％とした。但し、過度の低減は精錬コストの増加に繋がるため、下限を０．００１％とした。更に、製造コストと耐食性を考慮すると０．００２〜０．００５％が望ましい。

Ｓｉは、脱酸元素として添加される場合があるが、固溶強化元素であるため、伸びの観点からその含有量は少ないほど良いため上限を０．３％。但し、過度の低減は精錬コストの増加に繋がるため、下限を０．０１％とした。更に、製造コストと耐食性を考慮すると０．０５〜０．１５％が望ましい。

Ｍｎは、Ｓｉ同様、固溶強化元素であるため、その含有量は少ないほど良く、伸びの観点から上限を０．３％とした。但し、過度の低減は精錬コストの増加に繋がるため、下限を０．０１％とした。更に、製造コストと耐食性を考慮すると０．０１〜０．１５％が望ましい。

Ｐは、ＭｎやＳｉ同様、固溶強化元素であるため、その含有量は少ないほど良く、伸びの観点から上限を０．０４％。但し、過度の低減は精錬コストの増加に繋がるため、下限を０．０１％。更に、製造コストと耐食性を考慮すると０．０１５〜０．０２５％が望ましい。

Ｓは、Ｔｉ添加鋼の場合、Ｔｉ、Ｃと更にＴｉ₄Ｃ₂Ｓ₂を形成し、Ｃを固定する作用を有する。これは高温で析出する粗大析出物であるため、再結晶、粒成長挙動への影響は少ないが、多量に析出すると発銹の基点となるため耐食性が劣化する。よって、上限を０．０１％とした。但し、過度の低減は精錬コストの増加に繋がるため、下限を０．０００１％。更に、製造コストと耐食性を考慮すると０．００２〜０．００６％が望ましい。

Ｃｒは、耐食性および耐高温酸化性の向上のために１５％以上の添加が必要であるが、２５％超の添加はり靱性劣化により製造性が悪くなる他、伸びも低下する。よって、Ｃｒの範囲は１５〜２５％とした。更に、耐食性と成形性の確保という観点では１５〜１７％が望ましい。

Ｎは、Ｃと同様に成形性と耐食性を劣化させるため、その含有量は少ないほど良いため、上限を０．０２％とした。但し、過度の低下は凝固時にフェライト粒生成の核となるＴｉＮが析出せず、凝固組織が柱状晶化し、製品板成形時のリジング性が劣化する懸念がある。また、Ｎが過剰に添加された場合、固溶Ｎにより伸びの低下をもたらすことから、下限を０．００１％とした。更に、製造コストと耐食性を考慮すると０．００４〜０．０１５％が望ましい。

Ｂは、２次成形性を向上させる元素であり、特にＴｉ添加鋼への添加は有効である。Ｔｉ添加鋼はＴｉでＣを固定するため、粒界の強度が低下し、２次成形の際に粒界割れが生じやすくなるが、Ｂを０．０００３％以上添加することで防止できる。しかし、過度の添加は、伸びの低下をもたらすため、０．０００３〜０．００５％とした。更に、耐食性と精錬コストを考慮すると、０．０００５〜０．００２％が望ましい。

Ｔｉは、Ｃ，Ｎ，Ｓと結合して耐食性、耐粒界腐食性および深絞り性を向上させる。深絞り性の向上、再結晶集合組織の発達が起因しているが、Ｔｉ添加によりＴｉＣ，Ｔｉ₄Ｃ₂Ｓ₂，ＴｉＮが析出し、粒界が純化することで、再結晶焼鈍時に｛１１１｝面強度が強く発達する。これにより、深絞り性の指標であるｒ値が著しく向上する。しかしながら、固溶強化元素であるため、過度の添加は固溶Ｔｉの増加に繋がり、張り出し性の指標である伸びの低下に繋がる。よって，Ｔｉは０．０５〜０．３％とした。更に、精錬コストと溶接部の粒界腐食性を考慮すると、０．１〜０．２％以下が望ましい。

Ａｌは、脱酸元素として添加される場合があるが、過度の添加は成形性、溶接性および表面品質の劣化をもたらす。よって、Ａｌ、０．００５〜０．１％とした。更に、精錬コストを考慮する０．０１〜０．０７％が望ましい。

Ｍｇは、溶鋼中でＡｌとともにＭｇ酸化物を形成し脱酸剤として作用する他、ＴｉＮの晶出核として作用する。ＴｉＮは凝固過程においてフェライト相の凝固核となり、ＴｉＮの晶出を促進させることで、凝固時にフェライト相を微細生成させることができる。凝固組織を微細化させることにより、製品のリジングやローピングなどの粗大凝固組織に起因した表面欠陥を防止できる他、成形性の向上をもたらす。ＴｉＮの晶出核となるＭｇ酸化物の溶鋼中での積極的な形成は、Ｍｇ０．０００２％から発現する。但し、０．００５％を超えると溶接性が劣化するため、Ｍｇは０．０００２〜０．００５％とした。更に、精錬コストを考慮すると、０．０００３〜０．００２％が望ましい。

以上が基本成分であるが、必要に応じて以下の成分を含有させることができる。

Ｎｂは成形性と耐食性を向上させる元素であり、要求させる用途に応じて添加する。その添加量は０．０１％以上添加することによりその効果が発現するが、過度な添加は表面疵や光沢ムラなどの不具合をもたらしたり、延性の低下をもたらすため、０．０１〜０．５％とした。更に、製造性や延性を考慮すると０．１〜０．３％が望ましい。

Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｕは耐食性を向上させる元素であり、耐食性が要求される用途では１種または２種以上添加する。その添加量は、０．１％以上添加することによりその効果が発現するが、過度な添加は成形性、特に延性の劣化をもたらすため、０．１〜２％とした。更に、製造性や強度などを考慮すると０．５〜１．５％が望ましい。

表１に示す成分組成のフェライト系ステンレス鋼を溶製、鋳造した。その後、熱間圧延して、３．８ｍｍ厚の熱延板とした。その後、熱延板連続焼鈍を施し、酸洗した後、０．５ｍｍ厚まで冷間圧延し、連続焼鈍−酸洗、調質圧延を施して製品とした。各実施例毎の結晶粒径は、主に連続焼鈍温度と加熱時間で制御した。

上記のようにして得られた０．５ｍｍ厚の製品板から、試験片を採取し、ｒ値、伸びを測定した。ここで、ｒ値の評価は、製品板からＪＩＳ１３号Ｂ引張試験片を採取して圧延方向、圧延方向と４５°方向、圧延方向と９０°方向に１５％歪みを付与した後に２式および３式に示す式から平均ｒ値を算出した。
ｒ＝ｌｎ（Ｗ₀／Ｗ）／ｌｎ（ｔ₀／ｔ）２式
ここで、Ｗ₀は初期板幅、Ｗは引張後の板幅、ｔ₀は初期板厚、ｔは引張後の板厚である。
平均ｒ値＝（ｒ₀＋２ｒ₄₅＋ｒ₉₀）／４３式
ここで、ｒ₀は圧延方向のｒ値、ｒ₄₅は圧延方向と４５°方向のｒ値、ｒ₉₀は圧延方向と直角方向のｒ値である。ｒ値は平均ｒ値で２．５以上あれば、厳しい深絞り成形も可能なレベルである。また、伸びの測定は、製品板からＪＩＳ１３号Ｂ引張試験片を採取して圧延方向に引張試験を行い、破断伸びを測定した。伸びは、３５％以上あれば、厳しい深絞り成形も可能なレベルである。各実施例毎に表１に示す成形真歪みを与えた。そのときの成形肌荒れは、先述した手法により評価し、表１に表面粗さとして示した。

表１から明らかなように、本発明で規定する化学成分を有する鋼であって、１式を満足する本発明例は、比較鋼に比べて、成形肌荒れも問題無いことがわかる。

尚、スラブ厚さ、熱延板厚などは適宜設計すれば良い。また、冷間圧延においては、圧下率、ロール粗度、圧延油、圧延パス数、圧延速度などは適宜選択すれば良い。更に、冷間圧延の途中に中間焼鈍を入れる２回冷延法を採用しても構わず、中間焼鈍と最終焼鈍は、必要であれば水素ガスあるいは窒素ガスなどの無酸化雰囲気で焼鈍する光輝焼鈍でも大気中で焼鈍してその後酸洗しても構わない。

成形真歪み量、結晶粒径と成形後の表面粗さの関係を示す図である。

Claims

フェライト系ステンレス鋼板の成形において、成形真歪み量（ε）と前記フェライト系ステンレス鋼板の結晶粒径ｄ（μｍ）との関係式（１式）を満足するように前記成形真歪み量（ε）を制御することを特徴とする肌荒れの少ないフェライト系ステンレス鋼板の成形方法。
ｄ＜６／ε １式
ε：成形真歪み量（ε）、ｄ：結晶粒径（μｍ）
請求項１に記載のフェライト系ステンレス鋼板が、
質量％にて、Ｃ：０．００１〜０．０１％、Ｓｉ：０．０１〜０．３％、Ｍｎ：０．０１〜０．３％、Ｐ：０．０１〜０．０４％、Ｓ：０．０００１〜０．０１％、Ｃｒ：１５〜２５％、Ｎ：０．００１〜０．０２％、Ｂ：０．０００３〜０．００５％、Ｔｉ：０．０５〜０．３％、Ａｌ：０．００５〜０．１％、Ｍｇ：０．０００２〜０．００５％、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成形肌荒れの少ないフェライト系ステンレス鋼板の成形方法。
請求項２に記載のフェライト系ステンレス鋼板の成分に、更に
質量％にて、Ｎｂ：０．０１〜０．５％、Ｍｏ：０．１〜２％、Ｎｉ：０．１〜２％、Ｃｕ：０．１〜２％の１種または２種以上含有していることを特徴とする成形肌荒れの少ないフェライト系ステンレス鋼板の成形方法。