JP6022097B1 - Ti含有フェライト系ステンレス鋼板および製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
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、すなわち、結晶粒内を横切る試験線の1結晶粒当たりの平均線分長により求まる平均結晶粒径(μm)である。
前記熱延鋼板を800〜1100℃で焼鈍する工程、
を有する製造方法によって得ることができる。
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。
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。
〔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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
Claims (4)
- 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。 - 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。
- 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または2に記載のTi含有フェライト系ステンレス鋼板。
- 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。
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