JP3806186B2 - 耐ローピング特性に優れたフェライト系ステンレス鋼の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フェライト系ステンレス鋼の製造プロセスにおいて、冷延時に発生する微小うねり（ロ−ピング）が小さく表面特性に優れたフェライト系ステンレス鋼薄板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フェライト系ステンレス鋼はオ−ステナイト系ステンレス鋼に比べてＮｉ含有量が少なく低価格であるため、厨房器具等をはじめ広く使用されている。この場合、表面の美麗さが必要となるため、表面特性を向上させることがフェライト系ステンレス鋼に要求される。
【０００３】
しかし、フェライト系ステンレス鋼は、製品として成形加工時にリジングと言われる表面凹凸が発生しやすいことが知られている。このリジングは加工時に発生する５〜５０μｍ高さの凹凸である。
フェライト系ステンレス鋼のリジングを改善する方法は従来より種々検討されており、例えば、鉄と鋼７６（１９９０）Ｐ．１５２０に述べられているように発生メカニズムについても検討されている。
【０００４】
これまで表面欠陥としては、上記のリジングが問題視されてきた。しかしながら、最近では製品の成形加工時ではなく、フェライト系ステンレス鋼熱延板を冷延したときに冷延板の表面に発生する微小なうねりが最終製品まで消えずに残り、近年厳しく求められている表面品位を満足することができず、製品としての価値を損なうことが問題となっている。この微小なうねりは冷延板の表面に高さ０．２μｍ〜０．５μｍ程度で圧延方向に伸びたうねりであり、このうねりは製品の成形加工時に発生するリジングと区別してロ−ピングと呼ばれている。
【０００５】
またフェライト系ステンレス鋼の代表的な鋼種であるＳＵＳ４３０鋼は、熱延後に数十時間を必要とする箱焼鈍を必要とするなど製造性の点でオ−ステナイト系ステンレス鋼の代表鋼種であるＳＵＳ３０４より劣っているのが実状である。このような観点からＳＵＳ４３０の製造プロセスを簡略化するために熱延板焼鈍の連続焼鈍化技術や熱延板焼鈍省略プロセスについても多く検討されているが、どちらの場合も通常のＳＵＳ４３０鋼の成分系よりは低Ｃ、低Ｎ化、高Ｔｉ化の高純フライト系や高Ａｌを特徴とするような成分系であって、通常の低Ｔｉ、低Ａｌを基本とする成分系では確立されていない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
これまではロ−ピングはリジングと同一現象として考えられていたが、成形加工時のリジング発生と冷間圧延時のロ−ピングの発生には必ずしも良い対応があるとも言えず、特にリジングは加工率が高くなるとその高さは大きくなるのに対し、ロ−ピング高さは冷延圧下率が高くなるほど小さくなり、リジングと発生挙動が異なるなどロ−ピングの発生メカニズムも明らかになっていないため、ロ−ピングを低減できる製造方法を確立することが必要となった。
【０００７】
ロ−ピング低減のために従来工程に新工程を付加することは、安価なフェライト系ステンレス鋼のメリットを失う可能性が大きく、最も省工程が進んだ熱延板焼鈍省略プロセスでロ−ピング発生を低減できれば、表面特性が優れたフェライト系ステンレス鋼をさらに安価に提供できることとなる。従って、本発明の目的は、工程を増加させることなく、ロ−ピングの発生が少ない表面特性に優れたフェライト系ステンレス鋼を製造する方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、フェライト系ステンレス鋼の熱延板焼鈍を省略した製造プロセスにおいてロ−ピングを低減する方法を種々検討した。その結果、成分、加熱条件、熱延条件、捲取条件の一連のプロセス条件を一貫して制御することで、熱延板焼鈍を省略したプロセスでもロ−ピングを低減できることを知見した。
【０００９】
本発明は、成分や熱延条件の単独な制御によるものではなく、以下の一連のプロセス条件を制御する構成を必要とする。
【００１０】
すなわち、本発明は、
質量％で、Ｃ：０．０２５〜０．０５５％、Ｎ：０．００１〜０．０１５％、Ｃｒ：１５．０〜１８．０％、Ｓ：０．０１０％以下、Ｐ：０．０４％以下、Ｔｉ：０．００５〜０．１０％、Ｍｎ：０．０１〜１．０％、Ｓｉ：０．０１〜１．０％、Ｎｉ：０．５％以下、Ｃｕ：０．５％以下、Ｍｏ：０．２％以下、Ａｌ：０．０１５〜０．０２５％、Ｏ：０．０１０％以下、
さらに必要に応じて、
Ｂ：０．００５％以下、Ｖ：０．０５％以下の１種以上を含有し、
残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、下式で示されるγｐが２０〜３５％であるフェライト系ステンレス鋼を、熱間圧延に際し、加熱温度を１１５０℃以上１３００℃以下にし、粗圧延において１１００℃以上での累積圧下率を４０％以上とし、引き続き仕上げ圧延を実施して捲取温度を４５０℃超６００℃以下とし、以後熱延板焼鈍を実施することなく酸洗し、冷延、最終焼鈍を実施することを特徴とする、耐ローピング特性に優れたフェライト系ステンレス鋼の製造方法である。
γｐ＝４２０×Ｃ＋４７０×Ｎ＋２３×Ｎｉ＋１２×Ｃｕ＋７×Ｍｎ−１１．５×Ｃｒ−１１．５×Ｓｉ−１１×Ｍｏ−５２×Ａｌ−４９×Ｔｉ＋１８９
【００１１】
【実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
本発明者等はフェライト系ステンレス鋼の冷延時に発生するロ−ピングの低減を目的とした実験を行い、実験結果を詳細に検討した。
その結果、熱延板焼鈍を省略してかつロ−ピングを改善するには、熱延途中のγ相の分散を促進させることが重要であることが判明した。この際のγ相は加熱時に析出させるよりも、熱延途中で析出させることで、より分散化が図れ、またγ相量を１５％以上とすることでロ−ピングが改善されることが判明した。
【００１２】
従って成分としては熱延途中でγ相が析出または増加するような成分系がよく、粗熱延中にγ相の体積分率が減少するような成分系ではロ−ピングが改善できないことが明かとなった。粗熱延中のγ量としては１５％以上で１１００℃以上での累積圧下率が４０％を超えるとロ−ピングが改善できる。また粗熱延中にγ相が１５％以下に減少するような成分系では、熱延中に再結晶が生じやすくなるが、再結晶が生じることによってロ−ピング高さが著しく減少することは認められないことも判明した。
【００１３】
上記の観点から、成分としてはγ量が粗熱延中に１５％以上となるように調整することが必要であり、このγ量としては下式で示されるγp が２０％以上あれば、粗圧延中に必要なγ量が確保できることも明かとなった。

【００１４】
またγｐに関しては、γｐが高いほどロ−ピングは改善されるがγｐが３５を超えるように成分を規定すると本発明の熱延板焼鈍省略プロセスでは、冷延時の耳割れや、また冷延性が悪化するとともに冷延後の焼鈍のみではγ相が消えずに焼鈍時の粒成長を阻害し、また強度が高くなり加工性が低下するなど表面特性以外の製造性、材質で悪影響がでるためにγｐは３５％以下とした。
【００１５】
加熱条件としては、加熱時にγ相量が最大となるように加熱温度を設定するとγ相活用の点で不利であり、粗圧延中にγ相が析出または増加するように加熱温度を設定することが重要である。γp が２０％以上でもγ相が熱延途中で減少しないようにするには、加熱時にはむしろある程度γ相が減少する温度にすることが必要であり、１１００℃以上で４０％以上の累積圧下を取ることを考慮すると加熱温度として１１５０℃以上が必要である。しかし、１３００℃を超えて加熱すると表層部が脱炭により異常粒成長をおこし疵の原因となるため、加熱温度の上限は１３００℃とした。
【００１６】
上記の観点で、成分、加熱条件を満足し、γ相と熱延条件の関係は１１００℃以上での累積圧下率を４０％以上とすることで、冷延時のロ−ピングは低減できることが判明した。１１００℃以上での圧下率を４０％以上としたのは、γ相を加工後微細に分散させるために必要であるためであり、これ以下では粒界へのγ析出が主体となるためである。また累積圧下率が４０％を確保できても、γｐが２０％未満ではγ相の分散が均一でなくなり粗大粒が熱延板に残存し、ロ−ピングを不良とする。
１１００℃以上の圧延に関しては、１パスあたりの圧下率が高いほど好ましいが、数パスに分けて実施しても効果があり、また仕上圧延に関しては高速圧延−高温仕上げが望ましい。
【００１７】
熱延後の捲取温度は６００℃以下で４５０℃より高温とする。６００℃より高温ではγ相がフェライトと炭化物に分解してしまい、ロ−ピングの改善傾向が減少する。また４５０℃以下の低温ではマルテンサイトに変態してしまい、本発明のようにγ相を微細に分散させ、かつ熱延板焼鈍を省略したプロセスを前提とした場合、冷延後の熱処理時にマルテンサイトが逆変態するまでにフェライト粒の成長を阻害し降伏点が高くなるため、著しい低温捲取はロ−ピング特性は改善するが材質を硬質にするため捲取温度の下限は４５０℃を超える温度とした。
【００１８】
そして、成分範囲について検討した結果、上記のロ−ピング低減方法は、
質量％で、
Ｃ：０．０２５〜０．０５５％、Ｎ：０．００１〜０．０１５％、Ｃｒ：１５．０〜１８．０％、Ｓ：０．０１０％以下、Ｐ：０．０４％以下、Ｔｉ：０．００５〜０．１０％、Ｍｎ：０．０１〜１．０％、Ｓｉ：０．０１〜１．０％、Ｎｉ：０．５％以下、Ｃｕ：０．５％以下、Ｍｏ：０．２％以下、Ａｌ：０．０１５〜０．０２５％、Ｏ：０．０１０％以下、
さらに必要に応じて、
Ｂ：０．００５％以下、Ｖ：０．０５％以下の１種以上を含有し、
残部がＦｅ及び不可避的不純物からなるフェライト系ステンレス鋼において成り立つことが判明した。
【００１９】
以下に成分の限定理由を述べる。
Ｃ：Ｃは耐食性の点では有害であり特に溶接部の耐食性に悪影響を与えるが、強度およびγ相量を適正に確保するためにはある程度は必要である。γ相の観点からは０．０２５％未満ではγ量が不足しフェライト粒が粗大化する、また０．０５５％を超えて添加すると加工性、延性が劣化するためにＣは０．０２５〜０．０５５％とした。
【００２０】
Ｎ：ＮはＣと同様に含有量が少ないほど耐食性、加工性が好ましいが０．００１％未満にすることは工業的には困難であり、また０．０１５％を超えて添加すると高強度となり加工性が劣化するためにＮは０．００１〜０．０１５％の範囲で添加する。
【００２１】
Ｃｒ：Ｃｒは本発明のフェライト系ステンレス鋼の主要元素であり、耐食性を確保するためには１５％以上添加する必要がある。しかし、１８％を超えて添加しても食性は向上するが、γ量を確保するためのＣ、Ｎ、Ｍｎ量が増加し加工性や靭性が化するのでＣｒの上限は１８％とした。
【００２２】
Ｓ：Ｓは延性、靭性等を劣化させ、また耐食性の観点からも有害であるため、０．０１０％以下とする。
Ｐ：Ｐは加工性や靭性また耐食性の点でも有害でありその含有量は少ないほど望ましく０．０４０％以下とする。
【００２３】
Ｔｉ：本発明においては加工性の観点からＮを固定するために必要な元素であり、０．００５％以上添加する。しかし、過剰に添加するとＮの固定効果は向上するもの価格が高くなることや、Ｔｉ自身が強力なフェライト形成元素であるためγ安定化元素を多量に添加する必要性が生じるなど上限は０．１％以下である。ロ−ピングの観点からは０．０５％以下、とすることが望ましい。
【００２４】
Ｍｎ：Ｍｎは脱酸元素として添加するが、０．０１％未満では効果が十分ではなく、１％を超えて添加してもその効果が飽和するため０．０１〜１．０％で添加する。
【００２５】
Ｓｉ：Ｓｉは脱酸剤として使用されるが０．０１％未満では十分な効果がなく、また１％を超えて添加すると脆化を著しく促進させ延性、靭性を劣化させるので０．０１〜１．０％で添加する。
【００２６】
Ｎｉ：Ｎｉはγ相安定化元素として使用できる。但し多量に添加するとγ相が著しく安定化するため、γ相がその後の熱処理中に分解できず加工性が劣化するため０．５％以下で添加する。
Ｃｕ：Ｃｕはγ相安定化元素として使用できる。但し多量に添加するとＣｕによって強度が著しく上昇するため０．５％以下で添加する。
Ｍｏ：Ｍｏはフェライト相安定化元素として使用できる。但し、多量に添加すると強度が上昇し、加工性が劣化するため０．２％以下で使用する。
【００２７】
Ａｌ：Ａｌは脱酸元素として使用され、またＮの固定にも使用できる０．０１５％以上とすることが必要である。またＡｌは強力なフェライト安定化元素であり、多量に含有させるとγ量を減少させるため０．０２５％以下とした。
Ｏ：Ｏは熱延板の靭性を劣化させたり鋳造時のノズル詰まりやキズ発生また熱延板の靭性劣化の原因となるため、本発明においては０．０１％以下、とした。
【００２８】
本発明では必要に応じてＢ、Ｖの１種以上を含有させることができる。
Ｂ：ＢはＮを固定するため、加工性を改善することができる。しかし過剰に添加してもその効果は飽和するため、０．００５％以下とした。
Ｖ：ＶはＣやＮを固定し、加工性を改善できるため選択元素として０．０５％以下で添加できる。
【００２９】
【実施例】
表１に示す成分のフェライト系ステンレス鋼をラボの真空溶解で溶製し、厚み１００ｍｍの５０ｋｇ鋼塊を製造した。この後、表２に示す条件で加熱後、粗圧延を５パスで２０ｍｍまで実施し、仕上熱延を２０ｍｍから５〜３ｍｍまで６パスで実施し、そのまま熱延板を７５０〜３５０℃の炉に挿入し１時間保持後炉冷して捲取をシミュレ−トした。表中の捲取温度はこのシミュレ−トの保持温度である。この後、硫酸で酸洗後、厚み２．０〜０．４ｍｍまで冷間圧延率を変えて冷延し、ロ−ピング高さを評価した。
【００３０】
ロ−ピングは、上記熱延板を酸洗後、０．４ｍｍまで冷延を行い、冷延方向に対して直角方向に１０ｍｍ長さについて粗度計で測定し、うねり高さの最大値を持ってロ−ピング高さとした。この測定を３箇所実施し、その平均値でロ−ピングを評価した。評価は、３箇所のロ−ピング最大高さの平均が０．１５μｍ未満をＡランク、０．１５μｍ以上０．２５μｍ未満をＢランク、０．２５μｍ以上〜０．３５μｍ未満をＣランク、０．３５μｍ以上をＤランクとして評価した。表面品位の点からはＡ，Ｂランクであれば問題となることはない。
表２に示すように、本発明材はいずれもロ−ピング高さが０．２５μｍ未満と小さく、優れた表面特性を示した。
【００３１】
【表１】

【００３２】
【表２】

【００３３】
【発明の効果】
上記のように、本発明はフェライト系ステンレス鋼の表面特性の問題点である冷延時のロ−ピングを熱延板焼鈍省略プロセスにて低減でき、低コストで表面特性の改善に寄与する。

Claims (2)

1. 質量％で、
   Ｃ ：０．０２５〜０．０５５％、
   Ｎ ：０．００１〜０．０１５％、
   Ｃｒ：１５．０〜１８．０％、
   Ｓ ：０．０１０％以下、
   Ｐ ：０．０４％以下、
   Ｔｉ：０．００５〜０．１０％、
   Ｍｎ：０．０１〜１．０％、
   Ｓｉ：０．０１〜１．０％、
   Ｎｉ：０．５％以下、
   Ｃｕ：０．５％以下、
   Ｍｏ：０．２％以下、
   Ａｌ：０．０１５〜０．０２５％、
   Ｏ ：０．０１０％以下
   を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、下式で示されるγｐが２０〜３５％であるフェライト系ステンレス鋼を、熱間圧延に際し、加熱温度を１１５０℃以上１３００℃以下にし、粗圧延において１１００℃以上での累積圧下率を４０％以上とし、引き続き仕上げ圧延を実施して捲取温度を４５０℃超６００℃以下とし、以後熱延板焼鈍を実施することなく酸洗し、冷延、最終焼鈍を実施することを特徴とする、耐ローピング特性に優れたフェライト系ステンレス鋼の製造方法。
   γｐ ＝４２０×Ｃ＋４７０×Ｎ＋２３×Ｎｉ＋１２×Ｃｕ＋７×Ｍｎ−１１．５×Ｃｒ−１１．５×Ｓｉ−１１×Ｍｏ−５２×Ａｌ−４９×Ｔｉ＋１８９
2. さらに、質量％で、
   Ｂ ：０．００５％以下、
   Ｖ ：０．０５％以下
   の１種以上を含有することを特徴とする、請求項１記載の耐ローピング特性に優れたフェライト系ステンレス鋼の製造方法。