JP3265022B2 - 耐食性の優れた鋼および鋼管の製造方法 - Google Patents
耐食性の優れた鋼および鋼管の製造方法Info
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Description
方法に係り、さらに詳しくは、例えば自動車や船舶等の
内燃機関の排気系統において優れた耐食性を有する鋼お
よび鋼管を製造する方法に関する。
気系統には、内面あるいは外面からの腐食を抑制するた
めに、普通鋼にアルミメッキや亜鉛メッキを施した鋼が
使用されてきた。しかし、近年では環境汚染を抑制する
目的で、排気ガスを浄化する触媒等が排気系統に装備さ
れたために、こうしたメッキ鋼材では耐食性が充分では
なくなってきた。そこで、鋼素地の耐食性向上を目的と
して、5〜10%のCrを含有させた鋼が、特開昭63
−143240号公報や特開昭63−143241号公
報で提案されている。しかし、近年の車両の使用期間お
よび保証期間の延長に伴なって、さらにCrを18%程
度まで含有させ、あるいはさらにMoを添加した高級ス
テンレス鋼が、排気系統に多く使用されている。しか
し、このような高級ステンレス鋼であっても孔食状の局
部腐食が発生する場合がある等、耐食性は必ずしも充分
ではない。また、こうした高級ステンレス鋼はCrやM
oを多量に含有するために加工性が悪く、排気系部材の
ような複雑な形状を形成するためには、製造に非常な困
難を伴い、製造工程が著しく複雑になるために、加工コ
ストも高くなるという難点がある。かつ、素材コストも
高い。
をある程度含有する鋼では環境が厳しくなると局部腐食
が発生し易く、これに対する手段として腐食に対する抵
抗を向上させるためには、さらにCrあるいはMoの含
有量を増加させるのが、極めて一般的な技術的手段であ
った。
に鑑みて、内燃機関の排気系統等の腐食環境に対する抵
抗が大きい鋼および鋼管を、低コストで製造する方法を
提供することを目的としている。
を達成すべく、排気系統をはじめとする腐食環境におい
て優れた耐食性を有する鋼および鋼管の製造方法を開発
するべく、種々の観点から検討してきた。まず、本発明
者らは排気系統の腐食環境について検討し、内燃機関排
気系統の腐食は、排気ガス中に含まれる塩化物、硫酸イ
オン等が80〜150℃に加熱された環境において起こ
ることを見出した。さらに、該腐食環境において耐食性
を向上させる手段を種々検討した結果、従来のステンレ
ス鋼とは全く逆に、Crを5.5〜9.9%に低減し、
Alを0.3〜3.0%添加した鋼が、排気系統をはじ
めとする腐食環境で非常に優れた耐食性を示すことを見
出した。さらに本発明者らはより優れた鋼にせんとして
検討を続けた結果、Crを5.5〜9.9%、Alを
0.3〜3.0%含有する鋼のCおよびNを低減すると
耐食性の改善と加工性の向上に効果があること、脱酸お
よび強化元素としてはSiおよびMnが適切であるこ
と、上記の鋼にCu,Mo,W,Sb,Niを単独ある
いは組み合わせて添加するとより優れた耐食性が得られ
ることを見出した。
製造する方法について検討を続けた結果、高Cr鋼を鋼
片から帯鋼とし最終的に再結晶焼鈍するに際し、あるい
はさらに造管するに際してプロセス条件を精密に選択す
れば、かかる目的に適した鋼あるいは鋼管が得られるこ
とを見出した。
のであり、その要旨とするところは以下の通りである。
すなわち、 (1)重量%で、Si:0.01%以上1.2%未満、
Mn:0.02〜2.0%、Cr:5.5〜9.9
%、 Al:0.3〜3.0%、を含有し、
C:0.02%以下、 P:0.03%
以下、S:0.01%以下、 N:0.
02%以下、に低減し、残部Feおよび不可避不純物か
らなる高Cr鋼片を、下記の工程で順次鋼板とすること
を特徴とする耐食性の優れた鋼の製造方法である。 鋼片を1150〜1300℃の温度に加熱した後に、
圧延完了温度が680℃以上として板厚1.6mm以上
6.0mm以下のホットストリップに熱間圧延し、帯鋼と
して巻き取る工程、 上記の熱延帯鋼を、累積圧下率が40%以上の冷間圧
延を加えて冷延帯鋼とする工程、 上記の冷延帯鋼を、760℃以上の温度に0.5min
以上保持する熱処理を施して再結晶させる工程、また、 (2)前記(1)項において、熱延帯鋼を冷間圧延する
前に、740℃以上の温度に0.5min 以上保持する熱
処理を施して再結晶させる耐食性の優れた鋼の製造方法
であり、 (3)前記(1)項または(2)項の発明が対象とする
高Cr鋼片において、付加成分としてさらに、重量%
で、Cu:0.05〜3.0%、 Mo:0.
05〜3.0%、W :0.05〜3.0%、
Sb:0.01〜0.5%、Ni:0.01〜2.0
%、の1種または2種以上を含有する鋼の製造方法であ
り、 (4)前記(1)項乃至(3)項のそれぞれの発明が対
象とする高Cr鋼片において、付加成分としてさらに、
重量%で、希土類元素:0.001〜0.1%、 C
a:0.0005〜0.03%、の1種または2種を含
有する鋼の製造方法である。
Mn:0.02〜2.0%、Cr:5.5〜9.9
%、 Al:0.3〜3.0%、を含有し、
C:0.02%以下、 P:0.03%
以下、S:0.01%以下、 N:0.
02%以下、に低減し、残部Feおよび不可避不純物か
らなる高Cr鋼片を、下記の工程で順次鋼管とすること
を特徴とする耐食性の優れた鋼管の製造方法、にある。
熱した後に、圧延完了温度が680℃以上として板厚
1.6mm以上6.0mm以下のホットストリップに熱間圧
延し、帯鋼として巻き取る工程、 上記の熱延帯鋼を、累積圧下率が40%以上の冷間圧
延を加えて冷延帯鋼とする工程、 上記の冷延帯鋼を、760℃以上の温度に0.5min
以上保持する熱処理を施して再結晶させる工程、 上記の帯鋼を所定の幅に切断した後、ロール成形によ
って連続的に円筒状に成形しながら、鋼帯両端を電気抵
抗溶接によって溶接して電縫鋼管として造管する工程。
また、 (6)前記(5)の発明におけるの工程によって再結
晶させた帯鋼の段階から電縫鋼管として造管されるまで
に鋼に付加される全歪量εを、帯鋼の板厚t(mm)、電縫
鋼管の最終外径D(mm)に対して、ε≦t/D+0.06
とする耐食性の優れた鋼管の製造方法であり、 (7)前記(5)あるいは(6)項において、熱延帯鋼
を冷間圧延する前に、740℃以上の温度に0.5min
以上保持する熱処理を施して再結晶させる、耐食性の優
れた鋼管の製造方法であり、 (8)前記(5),(6)あるいは(7)項の発明にお
いて、電縫鋼管として造管し最終外径にある鋼管を、7
60℃以上の温度に1min 以上保持する熱処理を施して
再結晶させる、耐食性の優れた鋼管の製造方法であり、 (9)前記(5),(6),(7)あるいは(8)項の
発明が対象とする、高Cr鋼片において、付加成分とし
てさらに、重量%で、Cu:0.05〜3.0%、
Mo:0.05〜3.0%、W :0.05〜
3.0%、 Sb:0.01〜0.5%、N
i:0.01〜2.0%、の1種または2種以上を含有
する耐食性の優れた鋼管の製造方法であり、 (10)前記(5),(6),(7),(8)あるいは
(9)項の発明が対象とする高Cr鋼片において、付加
成分としてさらに、重量%で、希土類元素:0.001
〜0.1%、 Ca:0.0005〜0.03%、の1
種または2種を含有する耐食性の優れた鋼管の製造方法
にある。
いて、各成分の範囲を限定した理由を述べる。 Si:Siは、Crを5.5%以上含有する鋼に脱酸剤
および強化元素としての添加が有効であるが、含有量が
0.01%未満ではその脱酸効果が充分ではなく、1.
2%以上を含有するともはやその効果は飽和している上
に加工性を低下させるので、含有量範囲を0.01%以
上1.2%未満に限定する。
0.02%以上を含有させる必要があるが、2.0%を
超えて含有させてもその効果はもはや飽和しているばか
りか、過剰にMnを含有させると加工性が低下するの
で、上限含有量は2.0%とする。
5.5%以上を含有させることが必要であるが、9.9
%を超えて含有させてもいたずらにコストを増すばかり
か、加工性が低下するので、上限含有量は9.9%とす
る。
rと並んで重要な元素であって、前述の通りAlの含有
量が0.3%未満では孔食の発生を抑制する効果が充分
ではなく、一方、3.0%を超えて添加するとその効果
は飽和するのに対して加工性を低下させるものであるか
ら、Alの含有量は0.3%以上3.0%以下に限定す
る。
下させる上に、CはCrと炭化物を生成して耐食性を低
下させるので、またNは靭性を低下させるので、Cおよ
びN量な少ない方が望ましく、上限含有量はいずれも
0.02%とし、いずれも少ないほど好ましい。
せるので少ない方が望ましく、上限含有量は0.03%
とする。 S:Sも、多量に存在すると耐孔食性を低下させるので
少ない方が望ましく、上限含有量は0.01%とする。
性に優れた鋼の基本的成分であるが、本発明においては
必要に応じてさらに以下の元素の1種または2種以上を
添加して、特性を一段と向上させた鋼も対象としてい
る。 Cu:Cuは、Crを5.5%以上含有しAlを0.3
%以上含有する鋼に0.05%以上添加すると、全面腐
食に対する抵抗を向上させる効果があるが、3.0%を
超えて添加しても効果が飽和するばかりか、熱間加工性
を低下させるので、上限含有量は3.0%とする。
Alを0.3%以上含有する鋼に0.05%以上添加す
ると、孔食の発生と成長を抑制する効果があるが、3.
0%を超えて添加しても効果が飽和するばかりか加工性
を低下させるので、上限含有量は3.0%とする。
を0.3%以上含有する鋼に0.05%以上添加する
と、孔食の発生と成長を抑制する効果があるが、3.0
%を超えて添加しても効果が飽和するばかりか加工性を
低下させるので、上限含有量は3.0%とする。
Alを0.3%以上含有する鋼に0.01%以上添加す
ると、孔食および全面腐食に対する抵抗を向上させる効
果があるが、0.5%を超えて添加すると熱間加工性を
低下させるので、上限含有量は0.5%とする。
Alを0.3%以上含有する鋼に0.01%以上添加す
ると孔食を抑制する効果があるが、2.0%を超えて添
加しても効果が飽和するばかりか熱間加工性を低下さ
せ、またコストが上昇するので、上限含有量は2.0%
とする。
およびCaは、熱間加工性の向上と耐孔食性の改善に効
果のある元素であるが、添加量が希土類元素では0.0
01%未満、Caでは0.0005%未満ではその効果
が充分ではなく、希土類元素では0.1%を超えて、C
aでは0.03%を超えて添加すると、それぞれ粗大な
非金属介在物を生成して逆に熱間加工性や耐孔食性を劣
化させるので、上限含有量は希土類元素では0.1%、
Caでは0.03%とする。なお、本発明において希土
類元素とは、原子番号が57〜71番および89〜10
3番の元素およびYを指す。
いては、上記の成分の他にスクラップ等からの混入不純
物として、あるいは靭性や加工性などを調整する目的
で、Nb,V,Ti,Zr,Ta,Hf,Bなどを含有
することができ、いずれも本発明の対象とするところで
あって、目的に応じて添加することができる。
する。 鋼片加熱温度:鋼片をその中心部まで均一に加熱して、
熱間圧延における熱間加工性を確保する必要がある。し
かし、1300℃を超えて加熱すると、スラブの溶け落
ちが発生したり、酸化スケール生成による材料損失が著
しくなって、歩留が低下するため好ましくない。一方、
加熱温度が1150℃未満では、熱間圧延における変形
抵抗が大きくなりすぎる。従って、鋼片加熱温度は11
50〜1300℃とする。
スを用いることができる。後続の冷間圧延での生産性を
確保しつつ板としての特性を満足させるためには、熱間
圧延後の板厚は1.6mm以上6.0mm以下とすることが
適切である。また、後続の冷間圧延における生産性の観
点から、板の形状はホットコイルとする。
的から、熱間圧延の終了温度は680℃以上とする必要
がある。
て部品や鋼管等を製作するに際して、良好な加工性を確
保するためには、冷間圧延においては累積圧下率を40
%以上とする必要がある。この累積圧下率を満足すれ
ば、冷間圧延としては通常の圧延プロセスを適用するこ
とができ、最終製品の板厚に応じた冷間圧延前板厚を選
定することが可能である。
部品や鋼管等を製作するに際して、良好な加工性を確保
するためには、冷間圧延後の鋼板を熱処理するに際し
て、760℃以上の温度に0.5min 以上保持する必要
があるが、これは保持温度が760℃未満では、再結晶
させるために非常な長時間を要することから、工業的に
は適用し難いためであり、保持時間が0.5min 未満で
は必要な加熱温度が高くなりすぎて、鋼板の酸化や表面
性状の低下を生ずるためである。上記の条件が満足され
ていれば、熱処理としては鋼板の連続熱処理設備、バッ
チ(ボックス)熱処理設備のいずれを使用してもよい。
形および電縫溶接には通常の電縫鋼管製造プロセスが適
用でき、自動車排気系用鋼管として必要な外径に応じて
所定の幅に鋼帯を切断してから、ロール成形および電縫
溶接して鋼管として造管することができる。
に加えて、さらに次の工程を付加してもよく、その理由
は以下の通りである。
て特に高い加工性が要求される場合には、冷間圧延後の
熱処理の工程において再結晶させた帯鋼の段階から、電
縫鋼管として造管されるまでに鋼に付加される全歪量ε
を極力低減することが有効である。本発明方法が対象と
するCrを低減したステンレス鋼の板厚t(mm)、電縫鋼
管の最終外径D(mm)に対して、εがt/D+0.06以
下となるように製造すれば、加工性が特に優れた鋼管が
得られる。
ば、例えば自動車排気系用や曲げ配管用の鋼管として、
特に高い加工性が要求される場合には、熱延帯鋼を冷間
圧延する前に再結晶させておくことがさらに有効であ
る。この目的のためには、保持温度は740℃以上とす
る必要があり、保持時間は0.5min 以上とする必要が
あるが、かかる熱処理を冷延前に施しておくことによっ
て、最終製品である鋼管の段階でも特に優れた加工性が
得られるのである。上記の条件が満足されていれば、熱
処理としては鋼板の連続熱処理設備、バッチ(ボック
ス)熱処理設備のいずれを使用してもよい。
非常に厳しく要求される場合には、電縫鋼管として造管
し最終外径にある鋼管を焼鈍して、最終外径としての鋼
管までに導入された歪を除去することが有効であり、か
かる目的のためには保持温度は760℃以上が必要であ
り、保持時間は1min 以上が必要である。
の製造過程において、冷延板の表面性状や鋼管としての
所定の特性を得る目的で、鋼板の脱スケール処理や酸洗
処理を施すことは、本発明方法の本質から何ら逸脱する
ものではなく、いずれも本発明が対象とする範囲に包含
されるものであって、必要に応じて、通常の脱スケール
工程や酸洗工程を付加することができる。
関の排気系統の他、塩化物や硫酸イオン等を含有する水
溶液が高温に曝されたり、加熱・冷却が繰り返される環
境等、種々の腐食環境に適用することができる。
表1に成分を示す鋼を溶製し、熱間圧延によって厚さ
4.0mmの帯鋼とした後、表2に示す条件でそれぞれ冷
間圧延、熱処理を施して鋼帯を製造した。なお、熱間圧
延に際して、鋼片加熱温度は1250℃とした。本発明
No.9および12では、表2に示す条件で冷間圧延前に
熱処理を施した。また、比較例No.18はSUS410
Lに相当する鋼である。
常温引張試験と耐食性試験を実施した。常温引張試験は
JIS Z2201に定める13B号引張試験片を使用
して、JIS Z2241に準拠して行い、加工性の指
標として延性、即ち破断伸びを調べた。耐食性試験は、
幅50mm、長さ70mmの試験片を採取して、腐食試験に
供した。腐食試験は、硫酸イオン100ppm 、塩化物イ
オン100ppm 、重炭酸イオン500ppm をアンモニウ
ム塩として添加した水溶液50cm3 に試験片を半分まで
浸漬し、試験容器ごと130℃の雰囲気に保持して試験
溶液が完全に蒸発・揮散することを1サイクルとし、2
0サイクル繰り返す試験を実施した。これは自動車排気
系の腐食条件に相当するものである。試験後の試験片に
ついて最大孔食深さを測定し、試験結果とした。最大孔
食深さが0.2mm以下のものは◎、最大孔食深さが0.
2mmを超え0.4mm以下のものは○、最大孔食深さが
0.4mmを超え0.8mm以下のものは×、最大孔食深さ
が0.8mmを超えるものは××で表示することとして、
常温引張試験結果と併せて表2に示した。
づいて成分を選択し製造条件を選定した本発明例である
No.1〜12は常温での延性に優れ、かつ厳しい腐食環
境での耐食性にも優れる。これに対して、比較例である
No.13〜16および18では、常温での破断伸びが小
さく加工性が悪いか、耐食性が不充分であり、いずれも
必要特性を満足していない。また、比較例No.17は熱
延後の延性が不足するために冷間圧延で割れを発生し、
鋼とすることができなかった。
し、表4に示す条件の熱間圧延によって厚さ4.0mmの
帯鋼とした後、表2に示す条件でそれぞれ冷間圧延、熱
処理を施してから、成形および電縫溶接によって表2に
示す寸法の鋼管として造管した。なお、熱間圧延に際し
て、鋼片加熱温度は1260℃とした。本発明例No.1
9および30では、表4に示す条件で冷間圧延前に熱処
理を施し、No.28では電縫鋼管の造管後に表4に示す
条件で熱処理を施した。実施例No.29〜30では、冷
延後熱処理以降電縫鋼管の造管が完了するまでに鋼に付
与される全歪量を表4に示す値に制御した。また、比較
例のうち、No.35は、従来鋼であるSUS410Lを
適用した場合である。
て、常温引張試験および耐食性試験を実施した。常温引
張試験はJIS Z2201に定める12A号引張試験
片を使用して、JIS Z2241に準拠して行い、加
工性の指標として延性、即ち破断伸びを調べた。また、
耐食性試験は鋼管から幅15mm、長さ70mmの試験片を
採取して、腐食試験に供した。
定は、実施例1と同様の方法で行い、その結果を表4に
併せて示す。
づいて成分を選択し製造条件を選定した鋼管例であるN
o.19〜30は、常温での延性に優れ、かつ耐食性が
非常に優れる。これに対して、比較例であるNo.31〜
35では、常温での破断伸びが小さく加工性が悪いか、
高温強度が不充分であるか、あるいは耐食性が劣り、い
ずれも必要特性を満足していない。
れた鋼を製造する方法を提供するものであり、産業の発
展に貢献するところ極めて大である。
Claims (10)
- 【請求項1】 重量%で、 Si:0.01%以上1.2%未満、 Mn:0.02〜2.0%、 Cr:5.5〜9.9%、 Al:0.3〜3.0%、 を含有し、 C:0.02%以下、 P:0.03%以下、 S:0.01%以下、 N:0.02%以下、 に低減し、残部Feおよび不可避不純物からなる高Cr
鋼片を、下記の工程で順次鋼板とすることを特徴とする
耐食性の優れた鋼の製造方法。 鋼片を1150〜1300℃の温度に加熱した後に、
圧延完了温度が680℃以上で板厚1.6mm以上6.0
mm以下のホットストリップに熱間圧延し、帯鋼として巻
き取る工程、 上記の熱延帯鋼を、累積圧下率が40%以上の冷間圧
延を加えて冷延帯鋼とする工程、 上記の冷延帯鋼を、760℃以上の温度に0.5min
以上保持する熱処理を施して再結晶させる工程。 - 【請求項2】 請求項1における熱延帯鋼を、冷間圧延
する前に740℃以上の温度に0.5min 以上保持する
熱処理を施して再結晶させることを特徴とする耐食性の
優れた鋼の製造方法。 - 【請求項3】 請求項1,2における高Cr鋼片が付加
成分としてさらに、重量%で、 Cu:0.05〜3.0%、 Mo:0.05〜3.0%、 W :0.05〜3.0%、 Sb:0.01〜0.5%、 Ni:0.01〜2.0%、 の1種または2種以上を含有することを特徴とする耐食
性の優れた鋼の製造方法。 - 【請求項4】 請求項1,2および3における高Cr鋼
片が付加成分としてさらに、重量%で、 希土類元素:0.001〜0.1%、 Ca:0.0005〜0.03%、 の1種または2種を含有することを特徴とする耐食性の
優れた鋼の製造方法。 - 【請求項5】 重量%で、 Si:0.01%以上1.2%未満、 Mn:0.02〜2.0%、 Cr:5.5〜9.9%、 Al:0.3〜3.0%、 を含有し、 C:0.02%以下、 P:0.03%以下、 S:0.01%以下、 N:0.02%以下、 に低減し、残部Feおよび不可避不純物からなる高Cr
鋼片を、下記の工程で順次鋼管とすることを特徴とする
耐食性の優れた鋼管の製造方法。 鋼片を1150〜1300℃の温度に加熱した後に、
圧延完了温度が680℃以上で板厚1.6mm以上6.0
mm以下のホットストリップに熱間圧延し、帯鋼として巻
き取る工程、 上記の熱延帯鋼を、累積圧下率が40%以上の冷間圧
延を加えて冷延帯鋼とする工程、 上記の冷延帯鋼を、760℃以上の温度に0.5min
以上保持する熱処理を施して再結晶させる工程。 上記の帯鋼を所定の幅に切断した後、ロール成形によ
って連続的に円筒状に成形しながら、鋼帯両端を電気抵
抗溶接によって溶接して、電縫鋼管として造管する工
程。 - 【請求項6】 請求項5におけるの工程によって再結
晶させた帯鋼の段階から電縫鋼管として造管されるまで
に鋼に付加される全歪量εを、帯鋼の板厚t(mm)、電縫
鋼管の最終外径D(mm)に対して、ε≦t/D+0.06
とすることを特徴とする請求項5に記載の耐食性の優れ
た鋼管の製造方法。 - 【請求項7】 請求項5あるいは6において熱延帯鋼を
冷間圧延する前に、740℃以上の温度に0.5min 以
上保持する熱処理を施して再結晶させることを特徴とす
る耐食性の優れた鋼管の製造方法。 - 【請求項8】 請求項5,6あるいは7において電縫鋼
管として造管し最終外径にある鋼管を、760℃以上の
温度に1min 以上保持する熱処理を施して再結晶させる
ことを特徴とする耐食性の優れた鋼管の製造方法。 - 【請求項9】 請求項5,6,7あるいは8において高
Cr鋼片が付加成分としてさらに、重量%で、 Cu:0.05〜3.0%、 Mo:0.05〜3.0%、 W :0.05〜3.0%、 Sb:0.01〜0.5%、 Ni:0.01〜2.0%、 の1種または2種以上を含有することを特徴とする耐食
性の優れた鋼管の製造方法。 - 【請求項10】 請求項5,6,7,8あるいは9にお
いて、高Cr鋼片が付加成分としてさらに、重量%で、 希土類元素:0.001〜0.1%、 Ca:0.0005〜0.03%、 の1種または2種を含有することを特徴とする耐食性の
優れた鋼管の製造方法。
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JPH06212256A (ja) | 1994-08-02 |
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