JP7038799B2 - フェライト系ステンレス熱延焼鈍鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、フランジ等への適用に好適な加工性に優れたフェライト系ステンレス熱延焼鈍鋼板およびその製造方法に関するものである。
近年、温室効果ガスであるＣＯ２排出量の削減のため、自動車における排気ガスに関する法規制の強化が進んでいる。自動車排気ガスにおけるＣＯ２排出量を削減するためには、燃費の向上が有効であるため、エンジンにおける燃焼温度の高温化に向けた検討が進んでいる。
エンジンで発生した排気ガスは排気ガス再循環（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ、ＥＧＲ）システムやマフラー等の排気系部品を介して大気に放出される。このような自動車排気系の各部品は、ガスの漏洩を防ぐためにフランジを介して締結される。排気系部品に適用されるフランジは締結部品として十分な寸法精度を有する必要がある。
従来、このような厚肉のフランジには普通鋼が用いられてきた。しかし近年、自動車のさらなる燃費改善への要求から、エンジン燃焼温度およびエンジンからの排気ガスのさらなる高温化が進んでいる。それに伴ってフランジに従来以上の高温強度と耐食性が求められるようになってきた。このような背景から、近年では普通鋼より高温強度と耐食性に優れるステンレス鋼、特に熱膨張率が比較的小さく熱応力が発生しにくい高強度フェライト系ステンレス鋼板（例えば、ＡＳＴＭ Ａ２４０／２４０Ｍ－Ｓ４０９７５（１１ｍａｓｓ％Ｃｒ－Ｔｉ－Ｎｉ鋼）の板厚の厚いもの（例えば板厚で５ｍｍ以上）の適用が進んでいる。
しかし、排気系に使用されるフランジは板厚が厚いため（５ｍｍ以上が多い）、フランジを製造する際の打ち抜き加工時に割れが生じて、フランジ部品を適正に製造できない場合があるという課題があり、打ち抜き加工性に優れた厚肉のフェライト系ステンレス鋼板が強く求められている。
このような市場要求に対し、例えば、特許文献１には、質量％で、Ｃ：０．０１５％以下、Ｓｉ：０．０１～０．４％、Ｍｎ：０．０１～０．８％、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｃｒ：１４．０～１８．０％未満、Ｎｉ：０．０５～１％、Ｎｂ：０．３～０．６％、Ｔｉ：０．０５％以下、Ｎ：０．０２０％以下、Ａｌ：０．１０％以下、Ｂ：０．０００２～０．００２０％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物であり、Ｎｂ、ＣおよびＮの含有量がＮｂ／（Ｃ＋Ｎ）≧１６を満たし、０℃におけるシャルピー衝撃値が１０Ｊ／ｃｍ２以上であり、板厚が５．０～９．０ｍｍであるフェライト系ステンレス熱延鋼板が開示されている。
本発明者らは特許文献１に開示された手法を用いて、ＡＳＴＭ Ａ２４０／２４０Ｍ－Ｓ４０９７５に準拠する鋼成分を有する板厚１０ｍｍのフェライト系ステンレス鋼板を試作し、２０ｍｍφの孔を有するフランジを、クリアランス１０％の打ち抜き加工により作製した。その結果、いずれも打ち抜きによる割れは生じなかったものの、フランジの外周寸法および／または中心の孔寸法が部品の許容公差を超える場合があり、厚肉のフランジに適用するには十分ではないことが明らかとなった。
本発明は、かかる課題を解決し、十分な耐食性を有するとともに、厚肉のフランジへの打ち抜き加工時に割れが生じることなく所定の寸法精度を得られる、優れた打ち抜き加工性を有するフェライト系ステンレス熱延焼鈍鋼板およびその製造方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記課題を解決するために詳細な検討を行った。その結果、打ち抜き加工において割れが発生することなく所定の寸法精度を得るためには、鋼板の金属組織をフェライト単相組織とし、かつその平均結晶粒径を５～２０μｍの範囲に制御すればよいことを知見した。
そして、適切な成分のフェライト系ステンレス鋼に対して熱間圧延を行い、得られた熱延鋼板に対して、フェライト単相域となる適切な条件、具体的には６００℃以上７５０℃未満で１分～２４時間保持する熱延板焼鈍を行うことにより、金属組織をフェライト単相であり、かつ平均結晶粒径が５～２０μｍの範囲に制御できることを知見した。
本発明は以上の知見に基づいてなされたものであり、以下を要旨とするものである。
［１］質量％で、Ｃ：０．００１～０．０２０％、Ｓｉ：０．０５～１．００％、Ｍｎ：０．０５～１．００％、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ａｌ：０．０１～０．１０％、Ｃｒ：１０．０～２０．０％、Ｎｉ：０．５０～２．００％、Ｔｉ：０．１０～０．４０％、Ｎ：０．００１～０．０２０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、金属組織が平均結晶粒径５～２０μｍのフェライト単相組織であるフェライト系ステンレス熱延焼鈍鋼板。
［２］質量％で、さらに、Ｃｕ：０．０１～１．００％、Ｍｏ：０．０１～２．００％、Ｗ：０．０１～０．２０％、Ｃｏ：０．０１～０．２０％のうちから選ばれる１種または２種以上を含有する前記［１］に記載のフェライト系ステンレス熱延焼鈍鋼板。
［３］質量％で、さらに、Ｖ：０．０１～０．２０％、Ｎｂ：０．０１～０．１０％、Ｚｒ：０．０１～０．２０％、ＲＥＭ：０．００１～０．１００％、Ｂ：０．０００２～０．００２５％、Ｍｇ：０．０００５～０．００３０％、Ｃａ：０．０００３～０．００３０％のうちから選ばれる１種または２種以上を含有する前記［１］または［２］に記載のフェライト系ステンレス熱延焼鈍鋼板。
［４］前記［１］～［３］のいずれかに記載のフェライト系ステンレス熱延焼鈍鋼板の製造方法であって、熱間圧延工程で得られた熱延鋼板について６００℃以上７５０℃未満で１分～２４時間保持する熱延板焼鈍を行うフェライト系ステンレス熱延焼鈍鋼板の製造方法。
［１］質量％で、Ｃ：０．００１～０．０２０％、Ｓｉ：０．０５～１．００％、Ｍｎ：０．０５～１．００％、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ａｌ：０．０１～０．１０％、Ｃｒ：１０．０～２０．０％、Ｎｉ：０．５０～２．００％、Ｔｉ：０．１０～０．４０％、Ｎ：０．００１～０．０２０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、金属組織が平均結晶粒径５～２０μｍのフェライト単相組織であるフェライト系ステンレス熱延焼鈍鋼板。
［２］質量％で、さらに、Ｃｕ：０．０１～１．００％、Ｍｏ：０．０１～２．００％、Ｗ：０．０１～０．２０％、Ｃｏ：０．０１～０．２０％のうちから選ばれる１種または２種以上を含有する前記［１］に記載のフェライト系ステンレス熱延焼鈍鋼板。
［３］質量％で、さらに、Ｖ：０．０１～０．２０％、Ｎｂ：０．０１～０．１０％、Ｚｒ：０．０１～０．２０％、ＲＥＭ：０．００１～０．１００％、Ｂ：０．０００２～０．００２５％、Ｍｇ：０．０００５～０．００３０％、Ｃａ：０．０００３～０．００３０％のうちから選ばれる１種または２種以上を含有する前記［１］または［２］に記載のフェライト系ステンレス熱延焼鈍鋼板。
［４］前記［１］～［３］のいずれかに記載のフェライト系ステンレス熱延焼鈍鋼板の製造方法であって、熱間圧延工程で得られた熱延鋼板について６００℃以上７５０℃未満で１分～２４時間保持する熱延板焼鈍を行うフェライト系ステンレス熱延焼鈍鋼板の製造方法。
本発明によれば、十分な耐食性を有するとともに、優れた打ち抜き加工性を有するフェライト系ステンレス熱延焼鈍鋼板が得られる。
なお、本発明における十分な耐食性とは、表面を＃６００エメリーペーパーにより研磨仕上げした後に端面部をシールした鋼板にＪＩＳ Ｈ ８５０２に規定された塩水噴霧サイクル試験（塩水噴霧（５質量％ＮａＣｌ、３５℃、噴霧２ｈｒ）→乾燥（６０℃、４ｈｒ、相対湿度４０％）→湿潤（５０℃、２ｈｒ、相対湿度≧９５％））を１サイクルとする試験）を５サイクル行った場合の鋼板表面における発錆面積率（＝発錆面積／鋼板全面積×１００［％］）が２５％以下であることを意味する。
また、打ち抜き加工性の評価としては、まず、熱延焼鈍鋼板から１００ｍｍ×１００ｍｍの試験片を採取した後、該試験片中央部にφ２０ｍｍ（公差±０．１ｍｍ）の孔が形成されるように、直径２０ｍｍの肉抜き用円柱刃を有する上金型（ポンチ）と直径２０ｍｍ以上の孔を有する下金型（ダイス）を設置したクランクプレス機によって、打ち抜き加工により５枚の試験片を作製する。なお、打ち抜き加工は上金型と下金型のクリアランスが１０％となるように、下金型側の孔直径を試験片板厚に合せて選定することにより行う。ここで、上記のクリアランス（Ｃ）［％］、ダイスの孔の直径（ダイスの内径）（Ｄｄ）［ｍｍ］及びポンチの直径（Ｄｐ）［ｍｍ］は、板厚（ｔ）［ｍｍ］も含め、以下の式（１）の関係で表される。
Ｃ＝（Ｄｄ－Ｄｐ）÷（２×ｔ）×１００・・・式（１）
本発明における優れた打ち抜き加工性とは、このようにして得られた試験片について、試験片外観の目視観察と試験片中央部の孔径をデジタルノギスにより測定した場合、割れがなく、打ち抜き加工後の孔径が５枚の試験片すべてで１９．９～２０．１ｍｍの範囲となることを意味する。
Ｃ＝（Ｄｄ－Ｄｐ）÷（２×ｔ）×１００・・・式（１）
本発明における優れた打ち抜き加工性とは、このようにして得られた試験片について、試験片外観の目視観察と試験片中央部の孔径をデジタルノギスにより測定した場合、割れがなく、打ち抜き加工後の孔径が５枚の試験片すべてで１９．９～２０．１ｍｍの範囲となることを意味する。
以下、本発明の実施形態について説明する。
本発明のフェライト系ステンレス熱延焼鈍鋼板は、質量％で、Ｃ：０．００１～０．０２０％、Ｓｉ：０．０５～１．００％、Ｍｎ：０．０５～１．００％、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ａｌ：０．０１～０．１０％、Ｃｒ：１０．０～２０．０％、Ｎｉ：０．５０～２．００％、Ｔｉ：０．１０～０．４０％、Ｎ：０．００１～０．０２０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、金属組織が平均結晶粒径で５～２０μｍのフェライト単相組織であるフェライト系ステンレス熱延焼鈍鋼板である。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明者らは、ＡＳＴＭ Ａ２４０／２４０Ｍ－Ｓ４０９７５（成分組成は、質量％で、Ｃ≦０．０３％、Ｓｉ≦１．００％、Ｍｎ≦１．００％、Ｐ≦０．０４０％、Ｓ≦０．０３０％、Ｃｒ：１０．５～１１．７％、Ｎｉ：０．５０～１．００％、Ｎ≦０．０３％、Ｔｉ：６×（Ｃ＋Ｎ）～０．７４％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる。）に準拠する板厚１０ｍｍの各種フェライト系ステンレス鋼板を用いて２０ｍｍφの孔を有するフランジを、クリアランス１０％の打ち抜き加工により作製した。その結果、いずれも打ち抜きによる割れは生じなかったものの、フランジの外周寸法および／または中心の孔寸法が部品の許容公差を超える場合があることを知見した。
さらに本発明者らは、打ち抜き加工における寸法精度が鋼板によって大きく異なった原因について詳細に検討した。その結果、打ち抜き加工に供した鋼板の平均結晶粒径が５μｍ未満であった場合には打ち抜き加工後の部品寸法が許容公差よりも小さくなること、および鋼板の平均結晶粒径が２０μｍ超であった場合には打ち抜き加工後の部品寸法が許容公差よりも大きくなる傾向にあることを知見した。このことから、本発明者らは打ち抜き加工において十分な寸法精度が安定して得られない原因は、平均結晶粒径が過度に小さい場合には、鋼板が過度に硬質であるために打ち抜き加工時のせん断面比率が小さくなること、および平均結晶粒径が過度に大きい場合には打ち抜き加工時に大きなダレあるいはバリが生じることに起因することを突き止めた。
そこで本発明者らは、金属組織が平均結晶粒径で５～２０μｍのフェライト単相組織となるフェライト系ステンレス鋼板を得る手法について、鋼成分、熱間圧延手法ならびに熱延板焼鈍手法の観点で鋭意検討した。その結果、鋼成分、特にＣｒとＮｉの含有量を適切な範囲に制御して熱間圧延工程においてオーステナイト相とフェライト相を生成させた上で熱間圧延を行った後、フェライト単相温度域の適正な温度範囲で熱延板焼鈍を行うことが有効であることを知見した。
次いで、熱延板焼鈍工程をフェライト単相温度域の適正な温度範囲、具体的には６００℃以上７５０℃未満で１分～２４時間保持することにより行う。これにより、熱間圧延後の金属組織に存在していた、フェライト相の再結晶と、マルテンサイト相のフェライト相への変態を生じさせて、フェライト単相組織を得る。この時、熱延板焼鈍温度を６００℃未満とした場合には、フェライト相の再結晶ならびにマルテンサイト相のフェライト相への変態が不十分となり、鋼板の過度な硬質化に起因した打ち抜き割れが生じやすくなる。一方、焼鈍温度が７５０℃以上になると、結晶粒が過度に粗大化して平均結晶粒径が２０μｍを上回って、打ち抜き加工時に大きなダレやバリが発生しやすくなり、打ち抜き加工時に所定の寸法精度が得られない。保持時間を１分未満とした場合、フェライト相の再結晶ならびにマルテンサイト相のフェライト相への変態が不十分となり、鋼板の過度な硬質化に起因した打ち抜き割れが生じやすくなる。保持時間が２４時間を超えると、結晶粒が過度に粗大化して平均結晶粒径が２０μｍを上回り、打ち抜き加工時に大きなダレやバリが発生しやすくなることにより、打ち抜き加工時に所定の寸法精度が得られない。そのため、本発明では６００℃以上７５０℃未満の温度範囲で１分～２４時間保持する熱延板焼鈍を行う必要がある。
このように、本発明では、金属組織がフェライト単相組織であり、該フェライト単相組織の平均結晶粒径を５～２０μｍとする。好ましくは、この平均結晶粒径は７μｍ以上であり、より好ましくは、１０μｍ以上であえる。また、好ましくは、この平均結晶粒径は１８μｍ以下であり、より好ましくは、１５μｍ以下である。
また、平均結晶粒径については、板幅中央部から組織観察用試験片を採取し、圧延方向断面を鏡面研磨後、ＳＥＭ／ＥＢＳＤ法を用いて全厚を含む視野で測定および解析を行い、方位差１５°以上の境界を粒界と定義しＡｒｅａ法に基づいて求めることができる。
なお、本発明のフェライト系ステンレス熱延焼鈍鋼板の板厚は特に限定されないが、厚肉のフランジに適用できる板厚であることが望ましいため、５．０ｍｍ以上とすることが好ましく、より好ましくは、８．０ｍｍ以上である。また、板厚は１５．０ｍｍ以下とすることが好ましく、より好ましくは、１３．０ｍｍ以下である。
次に、本発明のフェライト系ステンレス熱延焼鈍鋼板の成分組成について説明する。
以下、特に断らない限り、成分の含有量の単位である「％」は「質量％」を意味する。
以下、特に断らない限り、成分の含有量の単位である「％」は「質量％」を意味する。
Ｃ：０．００１～０．０２０％
Ｃを０．０２０％超えて含有すると、加工性の低下および溶接部の耐食性低下が顕著になる。Ｃ含有量が少ないほど耐食性および加工性の観点では好ましいが、Ｃ含有量を０．００１％未満にするためには精錬に時間がかかり製造上好ましくない。そのため、Ｃ含有量は０．００１～０．０２０％の範囲とする。好ましくは、Ｃ含有量は０．００３％以上であり、さらに好ましくは０．００４％以上である。また、好ましくは、Ｃ含有量は０．０１５％以下であり、さらに好ましくは、０．０１２％以下である。
Ｃを０．０２０％超えて含有すると、加工性の低下および溶接部の耐食性低下が顕著になる。Ｃ含有量が少ないほど耐食性および加工性の観点では好ましいが、Ｃ含有量を０．００１％未満にするためには精錬に時間がかかり製造上好ましくない。そのため、Ｃ含有量は０．００１～０．０２０％の範囲とする。好ましくは、Ｃ含有量は０．００３％以上であり、さらに好ましくは０．００４％以上である。また、好ましくは、Ｃ含有量は０．０１５％以下であり、さらに好ましくは、０．０１２％以下である。
Ｓｉ：０．０５～１．００％
Ｓｉは、溶接時に形成される酸化皮膜に濃縮して溶接部の耐食性を向上させる効果があるとともに、製鋼工程における脱酸元素としても有用な元素である。これらの効果は０．０５％以上のＳｉの含有により得られ、含有量が多いほどその効果は大きくなる。しかし、１．００％を超えてＳｉを含有すると、熱間圧延工程における圧延荷重の増大や顕著なスケールの生成が生じて、表面欠陥の増加や製造コストの上昇を誘引するため好ましくない。そのため、Ｓｉ含有量は０．０５～１．００％とする。好ましくは、Ｓｉ含有量は０．１０％以上であり、さらに好ましくは０．１５％以上である。また、好ましくは、Ｓｉ含有量は０．６０％以下であり、さらに好ましくは、０．４０％以下である。
Ｓｉは、溶接時に形成される酸化皮膜に濃縮して溶接部の耐食性を向上させる効果があるとともに、製鋼工程における脱酸元素としても有用な元素である。これらの効果は０．０５％以上のＳｉの含有により得られ、含有量が多いほどその効果は大きくなる。しかし、１．００％を超えてＳｉを含有すると、熱間圧延工程における圧延荷重の増大や顕著なスケールの生成が生じて、表面欠陥の増加や製造コストの上昇を誘引するため好ましくない。そのため、Ｓｉ含有量は０．０５～１．００％とする。好ましくは、Ｓｉ含有量は０．１０％以上であり、さらに好ましくは０．１５％以上である。また、好ましくは、Ｓｉ含有量は０．６０％以下であり、さらに好ましくは、０．４０％以下である。
Ｍｎ：０．０５～１．００％
Ｍｎはオーステナイト生成元素であり、熱間圧延工程における圧延加工前の加熱時に生成するオーステナイト量を増加させる効果がある。また、脱酸剤としての作用もある。その効果を得るためには０．０５％以上のＭｎの含有が必要である。しかし、Ｍｎ含有量が１．００％を超えると、腐食の起点となるＭｎＳの析出が促進され、耐食性が低下する。そのため、Ｍｎ含有量は０．０５～１．００％とする。好ましくは、Ｍｎ含有量は０．１０％以上であり、さらに好ましくは０．１５％以上である。また、好ましくは、Ｍｎ含有量は０．６０％以下であり、さらに好ましくは、０．３０％以下である。
Ｍｎはオーステナイト生成元素であり、熱間圧延工程における圧延加工前の加熱時に生成するオーステナイト量を増加させる効果がある。また、脱酸剤としての作用もある。その効果を得るためには０．０５％以上のＭｎの含有が必要である。しかし、Ｍｎ含有量が１．００％を超えると、腐食の起点となるＭｎＳの析出が促進され、耐食性が低下する。そのため、Ｍｎ含有量は０．０５～１．００％とする。好ましくは、Ｍｎ含有量は０．１０％以上であり、さらに好ましくは０．１５％以上である。また、好ましくは、Ｍｎ含有量は０．６０％以下であり、さらに好ましくは、０．３０％以下である。
Ｐ：０．０４％以下
Ｐは鋼に不可避的に含まれる元素であるが、耐食性および加工性に対して有害な元素であるので可能な限り低減することが好ましい。特に、Ｐ含有量が０．０４％を超えると固溶強化により加工性が顕著に低下する。よって、Ｐ含有量は０．０４％以下とする。好ましくは、Ｐ含有量は０．０３％以下である。
Ｐは鋼に不可避的に含まれる元素であるが、耐食性および加工性に対して有害な元素であるので可能な限り低減することが好ましい。特に、Ｐ含有量が０．０４％を超えると固溶強化により加工性が顕著に低下する。よって、Ｐ含有量は０．０４％以下とする。好ましくは、Ｐ含有量は０．０３％以下である。
Ｓ：０．０１％以下
ＳもＰと同様に鋼に不可避的に含まれる元素であるが、耐食性および加工性に対して有害な元素であるので可能な限り低減するのが好ましい。特に、Ｓ含有量が０．０１％を超えると耐食性が顕著に低下する。よって、Ｓ含有量は０．０１％以下とする。好ましくは、Ｓ含有量は０．００８％以下である。さらに好ましくは、Ｓ含有量は０．００３％以下である。
ＳもＰと同様に鋼に不可避的に含まれる元素であるが、耐食性および加工性に対して有害な元素であるので可能な限り低減するのが好ましい。特に、Ｓ含有量が０．０１％を超えると耐食性が顕著に低下する。よって、Ｓ含有量は０．０１％以下とする。好ましくは、Ｓ含有量は０．００８％以下である。さらに好ましくは、Ｓ含有量は０．００３％以下である。
Ａｌ：０．０１～０．１０％
Ａｌは有効な脱酸剤である。さらに、Ａｌは窒素との親和力がＣｒよりも強いため、溶接部に窒素が侵入した場合に、窒素をＣｒ窒化物ではなくＡｌ窒化物として析出させて、鋭敏化を抑制する効果がある。これらの効果は、Ａｌを０．０１％以上含有することで得られる。しかし、０．１０％を超えるＡｌを含有すると、溶接時の溶け込み性が低下して溶接作業性が低下するので好ましくない。そのため、Ａｌ含有量は０．０１～０．１０％の範囲とする。好ましくは、Ａｌ含有量は０．０２％以上であり、さらに好ましくは０．０３％以上である。また、好ましくは、Ａｌ含有量は０．０６％以下であり、さらに好ましくは、０．０４％以下である。
Ａｌは有効な脱酸剤である。さらに、Ａｌは窒素との親和力がＣｒよりも強いため、溶接部に窒素が侵入した場合に、窒素をＣｒ窒化物ではなくＡｌ窒化物として析出させて、鋭敏化を抑制する効果がある。これらの効果は、Ａｌを０．０１％以上含有することで得られる。しかし、０．１０％を超えるＡｌを含有すると、溶接時の溶け込み性が低下して溶接作業性が低下するので好ましくない。そのため、Ａｌ含有量は０．０１～０．１０％の範囲とする。好ましくは、Ａｌ含有量は０．０２％以上であり、さらに好ましくは０．０３％以上である。また、好ましくは、Ａｌ含有量は０．０６％以下であり、さらに好ましくは、０．０４％以下である。
Ｃｒ：１０．０～２０．０％
Ｃｒは、ステンレス鋼の耐食性を確保するために最も重要な元素である。その含有量が１０．０％未満では、自動車排気ガス雰囲気において十分な耐食性が得られない。一方、２０．０％を超えてＣｒを含有すると、所定量のＮｉを含有させたとしても、熱間圧延工程におけるオーステナイト相の生成量が不足して、熱間圧延工程における金属組織の微細化効果が不十分となって熱延板焼鈍後の平均結晶粒径が２０μｍを上回り、打ち抜き加工時に所定の寸法精度が得られない。そのため、Ｃｒ含有量は１０．０～２０．０％の範囲とする。好ましくは、Ｃｒ含有量は１０．０～１７．０％の範囲である。より好ましくは、Ｃｒ含有量は１０．５％以上であり、さらに好ましくは１１．２％以上である。また、より好ましくは、Ｃｒ含有量は１２．０％以下であり、さらに好ましくは、１１．７％以下である。
Ｃｒは、ステンレス鋼の耐食性を確保するために最も重要な元素である。その含有量が１０．０％未満では、自動車排気ガス雰囲気において十分な耐食性が得られない。一方、２０．０％を超えてＣｒを含有すると、所定量のＮｉを含有させたとしても、熱間圧延工程におけるオーステナイト相の生成量が不足して、熱間圧延工程における金属組織の微細化効果が不十分となって熱延板焼鈍後の平均結晶粒径が２０μｍを上回り、打ち抜き加工時に所定の寸法精度が得られない。そのため、Ｃｒ含有量は１０．０～２０．０％の範囲とする。好ましくは、Ｃｒ含有量は１０．０～１７．０％の範囲である。より好ましくは、Ｃｒ含有量は１０．５％以上であり、さらに好ましくは１１．２％以上である。また、より好ましくは、Ｃｒ含有量は１２．０％以下であり、さらに好ましくは、１１．７％以下である。
Ｎｉ：０．５０～２．００％
Ｎｉはオーステナイト生成元素であり、熱間圧延工程における圧延加工前の加熱時に生成するオーステナイト量を増加させる効果がある。本発明においては、ＣｒおよびＮｉの含有量を所定量に制御することによって、熱間圧延工程における加熱時にオーステナイト相を生成させる。このオーステナイト相の生成によって、鋳造時に形成された粗大な金属組織が微細化するとともに、オーステナイト相には熱間圧延中に動的および／または静的再結晶が生じるために熱間圧延後の金属組織は一層微細化し、結果として熱延板焼鈍後の金属組織の微細化に寄与する。これらの効果は、Ｎｉを０．５０％以上含有することで得られる。一方、Ｎｉ含有量が２．００％を超えると、過剰な固溶Ｎｉによる熱延焼鈍後の鋼板の過度な硬質化に起因した打ち抜き割れが生じやすくなる。そのため、Ｎｉ含有量は０．５０～２．００％とする。好ましくは、Ｎｉ含有量は０．６０％以上であり、さらに好ましくは０．７０％以上である。さらに好ましくは０．７５％以上である。また、より好ましくは、Ｎｉ含有量は１．５０％以下であり、さらに好ましくは、１．００％以下である。
Ｎｉはオーステナイト生成元素であり、熱間圧延工程における圧延加工前の加熱時に生成するオーステナイト量を増加させる効果がある。本発明においては、ＣｒおよびＮｉの含有量を所定量に制御することによって、熱間圧延工程における加熱時にオーステナイト相を生成させる。このオーステナイト相の生成によって、鋳造時に形成された粗大な金属組織が微細化するとともに、オーステナイト相には熱間圧延中に動的および／または静的再結晶が生じるために熱間圧延後の金属組織は一層微細化し、結果として熱延板焼鈍後の金属組織の微細化に寄与する。これらの効果は、Ｎｉを０．５０％以上含有することで得られる。一方、Ｎｉ含有量が２．００％を超えると、過剰な固溶Ｎｉによる熱延焼鈍後の鋼板の過度な硬質化に起因した打ち抜き割れが生じやすくなる。そのため、Ｎｉ含有量は０．５０～２．００％とする。好ましくは、Ｎｉ含有量は０．６０％以上であり、さらに好ましくは０．７０％以上である。さらに好ましくは０．７５％以上である。また、より好ましくは、Ｎｉ含有量は１．５０％以下であり、さらに好ましくは、１．００％以下である。
Ｔｉ：０．１０～０．４０％
ＴｉはＣ、Ｎと優先的に結合して、Ｃｒ炭窒化物の析出を抑制し、再結晶温度を低下させるとともに、Ｃｒ炭窒化物の析出による鋭敏化に起因した耐食性の低下を抑制する効果がある。これらの効果を得るためには０．１０％以上のＴｉの含有が必要である。しかし、Ｔｉ含有量が０．４０％を超えると、鋳造工程において粗大なＴｉ炭窒化物が生成して鋼板の靭性が著しく低下することに加え、表面欠陥を引き起こすため製造上好ましくない。そのため、Ｔｉ含有量は０．１０～０．４０％とする。好ましくは、Ｔｉ含有量は０．１５％以上であり、さらに好ましくは０．２０％以上である。また、好ましくは、Ｔｉ含有量は０．３５％以下であり、さらに好ましくは、Ｔｉ含有量は０．３０％以下である。なお、溶接部耐食性の観点では式：Ｔｉ／（Ｃ＋Ｎ）≧８（該式中のＴｉ、ＣおよびＮは各元素の含有量（質量％）である）を満たすＴｉ含有量とすることが好ましい。
ＴｉはＣ、Ｎと優先的に結合して、Ｃｒ炭窒化物の析出を抑制し、再結晶温度を低下させるとともに、Ｃｒ炭窒化物の析出による鋭敏化に起因した耐食性の低下を抑制する効果がある。これらの効果を得るためには０．１０％以上のＴｉの含有が必要である。しかし、Ｔｉ含有量が０．４０％を超えると、鋳造工程において粗大なＴｉ炭窒化物が生成して鋼板の靭性が著しく低下することに加え、表面欠陥を引き起こすため製造上好ましくない。そのため、Ｔｉ含有量は０．１０～０．４０％とする。好ましくは、Ｔｉ含有量は０．１５％以上であり、さらに好ましくは０．２０％以上である。また、好ましくは、Ｔｉ含有量は０．３５％以下であり、さらに好ましくは、Ｔｉ含有量は０．３０％以下である。なお、溶接部耐食性の観点では式：Ｔｉ／（Ｃ＋Ｎ）≧８（該式中のＴｉ、ＣおよびＮは各元素の含有量（質量％）である）を満たすＴｉ含有量とすることが好ましい。
Ｎ：０．００１～０．０２０％
Ｎ含有量が０．０２０％を超えると、加工性の低下および溶接部の耐食性の低下が顕著になる。耐食性の観点からＮ含有量は低いほど好ましいが、Ｎ含有量を０．００１％未満にまで低減するには長時間の精錬が必要となり、製造コストの上昇および生産性の低下を招くため好ましくない。よって、Ｎ含有量は０．００１～０．０２０％の範囲とする。好ましくは、Ｎ含有量は０．００５％以上であり、さらに好ましくは０．００７％以上である。また、好ましくは、Ｎ含有量は０．０１５％以下であり、さらに好ましくは、Ｎ含有量は０．０１２％以下である。
Ｎ含有量が０．０２０％を超えると、加工性の低下および溶接部の耐食性の低下が顕著になる。耐食性の観点からＮ含有量は低いほど好ましいが、Ｎ含有量を０．００１％未満にまで低減するには長時間の精錬が必要となり、製造コストの上昇および生産性の低下を招くため好ましくない。よって、Ｎ含有量は０．００１～０．０２０％の範囲とする。好ましくは、Ｎ含有量は０．００５％以上であり、さらに好ましくは０．００７％以上である。また、好ましくは、Ｎ含有量は０．０１５％以下であり、さらに好ましくは、Ｎ含有量は０．０１２％以下である。
本発明は、上記必須成分を含有し残部がＦｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とするフェライト系ステンレス鋼である。さらに、必要に応じて、Ｃｕ、Ｍｏ、ＷおよびＣｏのうちから選ばれる１種または２種以上、あるいは／さらに、Ｖ、Ｎｂ、Ｚｒ、ＲＥＭ、Ｂ、ＭｇおよびＣａのうちから選ばれる１種または２種以上を、下記の範囲で含有することができる。なお、下記の範囲において下限値未満で下記の元素を含有しても本発明の効果は害されないことから、下記の元素を下限値未満で含む場合、その元素は不可避的不純物とする。
Ｃｕ：０．０１～１．００％
Ｃｕは、水溶液中や弱酸性の水滴が付着した場合の母材および溶接部の耐食性を向上させるのに特に有効な元素である。この効果は０．０１％以上の含有により得られ、その効果はＣｕ含有量が多いほど高くなる。しかし、１．００％を超えてＣｕを含有すると、熱間加工性が低下して表面欠陥を誘引する場合がある。さらには焼鈍後の脱スケールが困難となる場合もある。そのため、Ｃｕを含有する場合は、Ｃｕ含有量は０．０１～１．００％の範囲とすることが好ましい。より好ましくは、Ｃｕ含有量は０．１０％以上であり、さらに好ましくは０．３０％以上である。また、より好ましくは、Ｃｕ含有量は０．６０％以下であり、さらに好ましくは、０．４５％以下である。
Ｃｕは、水溶液中や弱酸性の水滴が付着した場合の母材および溶接部の耐食性を向上させるのに特に有効な元素である。この効果は０．０１％以上の含有により得られ、その効果はＣｕ含有量が多いほど高くなる。しかし、１．００％を超えてＣｕを含有すると、熱間加工性が低下して表面欠陥を誘引する場合がある。さらには焼鈍後の脱スケールが困難となる場合もある。そのため、Ｃｕを含有する場合は、Ｃｕ含有量は０．０１～１．００％の範囲とすることが好ましい。より好ましくは、Ｃｕ含有量は０．１０％以上であり、さらに好ましくは０．３０％以上である。また、より好ましくは、Ｃｕ含有量は０．６０％以下であり、さらに好ましくは、０．４５％以下である。
Ｍｏ：０．０１～２．００％
Ｍｏは、ステンレス鋼の耐食性を顕著に向上させる元素である。この効果は０．０１％以上の含有によって得られ、その効果は含有量が多いほど向上する。しかし、Ｍｏ含有量が２．００％を超えると、熱間圧延時の圧延負荷が大きくなり製造性が低下したり、鋼板強度の過度な上昇が生じたりする場合がある。また、Ｍｏは高価な元素であることから、多量の含有は製造コストを増大させる。そのため、Ｍｏを含有する場合は、Ｍｏ含有量は０．０１～２．００％とすることが好ましい。より好ましくは、Ｍｏ含有量は０．１０％以上であり、さらに好ましくは０．３０％以上である。また、より好ましくは、Ｍｏ含有量は１．４０％以下であり、さらに好ましくは、０．９０％以下である。
Ｍｏは、ステンレス鋼の耐食性を顕著に向上させる元素である。この効果は０．０１％以上の含有によって得られ、その効果は含有量が多いほど向上する。しかし、Ｍｏ含有量が２．００％を超えると、熱間圧延時の圧延負荷が大きくなり製造性が低下したり、鋼板強度の過度な上昇が生じたりする場合がある。また、Ｍｏは高価な元素であることから、多量の含有は製造コストを増大させる。そのため、Ｍｏを含有する場合は、Ｍｏ含有量は０．０１～２．００％とすることが好ましい。より好ましくは、Ｍｏ含有量は０．１０％以上であり、さらに好ましくは０．３０％以上である。また、より好ましくは、Ｍｏ含有量は１．４０％以下であり、さらに好ましくは、０．９０％以下である。
Ｗ：０．０１～０．２０％
Ｗは、Ｍｏと同様に耐食性を向上させる効果がある。この効果は０．０１％以上のＷの含有により得られる。しかし、０．２０％を超えてＷを含有すると強度が上昇し、圧延荷重の増大等による製造性の低下を招く場合がある。そのため、Ｗを含有する場合は、Ｗ含有量は０．０１～０．２０％の範囲とすることが好ましい。さらに好ましくは、Ｗ含有量は０．０５％以上である。また、さらに好ましくは、Ｗ含有量は０．１５％以下である。
Ｗは、Ｍｏと同様に耐食性を向上させる効果がある。この効果は０．０１％以上のＷの含有により得られる。しかし、０．２０％を超えてＷを含有すると強度が上昇し、圧延荷重の増大等による製造性の低下を招く場合がある。そのため、Ｗを含有する場合は、Ｗ含有量は０．０１～０．２０％の範囲とすることが好ましい。さらに好ましくは、Ｗ含有量は０．０５％以上である。また、さらに好ましくは、Ｗ含有量は０．１５％以下である。
Ｃｏ：０．０１～０．２０％
Ｃｏは、靭性を向上させる元素である。この効果は０．０１％以上のＣｏの含有によって得られる。一方、Ｃｏ含有量が０．２０％を超えると加工性が低下する場合がある。そのため、Ｃｏを含有する場合は、Ｃｏ含有量は０．０１～０．２０％の範囲とすることが好ましい。
Ｃｏは、靭性を向上させる元素である。この効果は０．０１％以上のＣｏの含有によって得られる。一方、Ｃｏ含有量が０．２０％を超えると加工性が低下する場合がある。そのため、Ｃｏを含有する場合は、Ｃｏ含有量は０．０１～０．２０％の範囲とすることが好ましい。
Ｖ：０．０１～０．２０％
Ｖは、Ｃ、Ｎと炭窒化物を形成し、溶接時の鋭敏化を抑制して溶接部の耐食性を向上させる。この効果はＶ含有量が０．０１％以上で得られる。一方、Ｖ含有量が０．２０％を超えると加工性および靭性が顕著に低下する場合がある。そのため、Ｖ含有量は０．０１～０．２０％とすることが好ましい。さらに好ましくは、Ｖ含有量は０．０２％以上である。また、さらに好ましくは、Ｖ含有量は０．０５０％以下である。
Ｖは、Ｃ、Ｎと炭窒化物を形成し、溶接時の鋭敏化を抑制して溶接部の耐食性を向上させる。この効果はＶ含有量が０．０１％以上で得られる。一方、Ｖ含有量が０．２０％を超えると加工性および靭性が顕著に低下する場合がある。そのため、Ｖ含有量は０．０１～０．２０％とすることが好ましい。さらに好ましくは、Ｖ含有量は０．０２％以上である。また、さらに好ましくは、Ｖ含有量は０．０５０％以下である。
Ｎｂ：０．０１～０．１０％
Ｎｂは、結晶粒を微細化させるとともに、微細な炭窒化物として析出することで０．２％耐力を上昇させる効果がある。これらの効果は０．０１％以上のＮｂの含有で得られる。一方、Ｎｂは再結晶温度を上昇させる効果もあり、Ｎｂ含有量が０．１０％を超えると熱延板焼鈍にて十分な再結晶を生じさせるために必要な焼鈍温度が過度に高温となるため、熱延板焼鈍後に本発明が必要とする平均結晶粒径が５～２０μｍであるフェライト単相組織が得られなくなる場合がある。そのため、Ｎｂを含有させる場合には、Ｎｂ含有量は０．０１～０．１０％の範囲とすることが好ましい。さらに好ましくは、Ｎｂ含有量は０．０１～０．０５％である。
Ｎｂは、結晶粒を微細化させるとともに、微細な炭窒化物として析出することで０．２％耐力を上昇させる効果がある。これらの効果は０．０１％以上のＮｂの含有で得られる。一方、Ｎｂは再結晶温度を上昇させる効果もあり、Ｎｂ含有量が０．１０％を超えると熱延板焼鈍にて十分な再結晶を生じさせるために必要な焼鈍温度が過度に高温となるため、熱延板焼鈍後に本発明が必要とする平均結晶粒径が５～２０μｍであるフェライト単相組織が得られなくなる場合がある。そのため、Ｎｂを含有させる場合には、Ｎｂ含有量は０．０１～０．１０％の範囲とすることが好ましい。さらに好ましくは、Ｎｂ含有量は０．０１～０．０５％である。
Ｚｒ：０．０１～０．２０％
Ｚｒは、Ｃ、Ｎと結合して鋭敏化を抑制する効果がある。この効果は０．０１％以上のＺｒの含有により得られる。一方、０．２０％を超えてＺｒを含有すると加工性が顕著に低下する場合がある。そのため、Ｚｒを含有する場合、Ｚｒ含有量は０．０１～０．２０％の範囲とすることが好ましい。さらに好ましくは、Ｚｒ含有量は０．０１～０．１０％の範囲とする。
Ｚｒは、Ｃ、Ｎと結合して鋭敏化を抑制する効果がある。この効果は０．０１％以上のＺｒの含有により得られる。一方、０．２０％を超えてＺｒを含有すると加工性が顕著に低下する場合がある。そのため、Ｚｒを含有する場合、Ｚｒ含有量は０．０１～０．２０％の範囲とすることが好ましい。さらに好ましくは、Ｚｒ含有量は０．０１～０．１０％の範囲とする。
ＲＥＭ：０．００１～０．１００％
ＲＥＭ（Ｒａｒｅ Ｅａｒｔｈ Ｍｅｔａｌｓ：希土類金属）は、耐酸化性を向上させる効果があり、溶接部の酸化皮膜（溶接テンパーカラー）形成を抑制して酸化皮膜直下におけるＣｒ欠乏領域の形成を抑制する。この効果は、ＲＥＭを０．００１％以上含有することで得られる。一方、０．１００％を超えてＲＥＭを含有すると熱間加工性を低下させる場合がある。そのため、ＲＥＭを含有する場合、ＲＥＭ含有量は０．００１～０．１００％の範囲とすることが好ましい。より好ましくは、ＲＥＭ含有量は０．００１～０．０５０％の範囲である。
ＲＥＭ（Ｒａｒｅ Ｅａｒｔｈ Ｍｅｔａｌｓ：希土類金属）は、耐酸化性を向上させる効果があり、溶接部の酸化皮膜（溶接テンパーカラー）形成を抑制して酸化皮膜直下におけるＣｒ欠乏領域の形成を抑制する。この効果は、ＲＥＭを０．００１％以上含有することで得られる。一方、０．１００％を超えてＲＥＭを含有すると熱間加工性を低下させる場合がある。そのため、ＲＥＭを含有する場合、ＲＥＭ含有量は０．００１～０．１００％の範囲とすることが好ましい。より好ましくは、ＲＥＭ含有量は０．００１～０．０５０％の範囲である。
Ｂ：０．０００２～０．００２５％
Ｂは、深絞り成形後の耐二次加工脆性を改善するために有効な元素である。この効果はＢの含有量を０．０００２％以上にすることで得られる。一方、０．００２５％を超えてＢを含有すると加工性と靭性が低下する場合がある。そのため、Ｂを含有する場合、Ｂ含有量は０．０００２～０．００２５％の範囲とすることが好ましい。さらに好ましくは、Ｂ含有量は０．０００３％以上である。また、さらに好ましくは、Ｂ含有量は０．０００６％以下である。
Ｂは、深絞り成形後の耐二次加工脆性を改善するために有効な元素である。この効果はＢの含有量を０．０００２％以上にすることで得られる。一方、０．００２５％を超えてＢを含有すると加工性と靭性が低下する場合がある。そのため、Ｂを含有する場合、Ｂ含有量は０．０００２～０．００２５％の範囲とすることが好ましい。さらに好ましくは、Ｂ含有量は０．０００３％以上である。また、さらに好ましくは、Ｂ含有量は０．０００６％以下である。
Ｍｇ：０．０００５～０．００３０％
Ｍｇは、スラブの等軸晶率を向上させ、加工性や靭性の向上に有効な元素である。さらに、本発明のようにＴｉを含有する鋼においては、Ｔｉ炭窒化物が粗大化すると靭性が低下するが、ＭｇはＴｉ炭窒化物の粗大化を抑制する効果も有する。これらの効果は、０．０００５％以上のＭｇを含有することで得られる。一方で、Ｍｇ含有量が０．００３０％を超えると、鋼の表面性状を悪化させてしまう場合がある。したがって、Ｍｇを含有する場合、Ｍｇ含有量は０．０００５～０．００３０％の範囲とすることが好ましい。さらに好ましくは、Ｍｇ含有量は０．００１０％以上である。また、さらに好ましくは、Ｍｇ含有量は０．００２０％以下である。
Ｍｇは、スラブの等軸晶率を向上させ、加工性や靭性の向上に有効な元素である。さらに、本発明のようにＴｉを含有する鋼においては、Ｔｉ炭窒化物が粗大化すると靭性が低下するが、ＭｇはＴｉ炭窒化物の粗大化を抑制する効果も有する。これらの効果は、０．０００５％以上のＭｇを含有することで得られる。一方で、Ｍｇ含有量が０．００３０％を超えると、鋼の表面性状を悪化させてしまう場合がある。したがって、Ｍｇを含有する場合、Ｍｇ含有量は０．０００５～０．００３０％の範囲とすることが好ましい。さらに好ましくは、Ｍｇ含有量は０．００１０％以上である。また、さらに好ましくは、Ｍｇ含有量は０．００２０％以下である。
Ｃａ：０．０００３～０．００３０％
Ｃａは、連続鋳造の際に発生しやすいＴｉ系介在物の晶出によるノズルの閉塞を防止するのに有効な成分である。その効果は０．０００３％以上のＣａを含有することで得られる。しかし、０．００３０％を超えてＣａを含有すると、ＣａＳの生成により耐食性が低下する場合がある。従って、Ｃａを含有する場合、Ｃａ含有量は０．０００３～０．００３０％の範囲とすることが好ましい。より好ましくは、Ｃａ含有量は０．０００５％以上である。また、より好ましくは、Ｃａ含有量は０．００１５％以下であり、さらに好ましくは、０．００１０％以下である。
Ｃａは、連続鋳造の際に発生しやすいＴｉ系介在物の晶出によるノズルの閉塞を防止するのに有効な成分である。その効果は０．０００３％以上のＣａを含有することで得られる。しかし、０．００３０％を超えてＣａを含有すると、ＣａＳの生成により耐食性が低下する場合がある。従って、Ｃａを含有する場合、Ｃａ含有量は０．０００３～０．００３０％の範囲とすることが好ましい。より好ましくは、Ｃａ含有量は０．０００５％以上である。また、より好ましくは、Ｃａ含有量は０．００１５％以下であり、さらに好ましくは、０．００１０％以下である。
次に、本発明のフェライト系ステンレス熱延焼鈍鋼板の製造方法について説明する。
本発明のフェライト系ステンレス熱延焼鈍鋼板は、上記成分組成を有する鋼スラブを用い、常法の熱間圧延により熱延鋼板を得て、該熱延鋼板に対してさらに６００℃以上７５０℃未満で１分～２４時間保持する熱延板焼鈍を行うことによって得られる。
まずは、上記した成分組成からなる溶鋼を、転炉、電気炉、真空溶解炉等の公知の方法で溶製し、連続鋳造法あるいは造塊－分塊法により鋼素材（スラブ）とする。
このスラブを、１０５０～１２５０℃で１～２４時間加熱するか、あるいは鋳造後のスラブが上記温度範囲を下回る前に鋳造まま直接、熱間圧延に供する。本発明では熱間圧延の手法ならびに条件について特に限定すべき点はないが、巻取処理を過度に低温で行った場合、熱間圧延後の鋼板が著しく硬質化して次工程の操業が困難となる場合があるため、巻取処理は５５０℃以上で行うことが好ましい。
熱延板焼鈍：６００℃以上７５０℃未満で１分～２４時間保持
本発明では上記熱間圧延工程終了後に熱延板焼鈍を行う。熱延板焼鈍において、金属組織を過度に粗大化させることなく、熱間圧延工程で形成させた圧延加工組織を再結晶させるとともに、熱間圧延工程で生成したマルテンサイト相をフェライト相へと変態させる。この効果を得るためには熱延板焼鈍を６００℃以上７５０℃未満で行う必要がある。焼鈍温度が６００℃未満では再結晶が不十分となり、熱延加工組織が微細な回復粒となって金属組織が過度に微細化し、打ち抜き加工時に所定の寸法精度が得られない。また、熱延板焼鈍後の金属組織中に、加工組織やマルテンサイト相が残存して、平均結晶粒径が所定の範囲内であっても、鋼板の過度な硬質化に起因した打ち抜き割れが生じる場合がある。一方、焼鈍温度が７５０℃以上の場合、結晶粒が過度に粗大化して平均結晶粒径２０μｍを上回り、打ち抜き加工時に所定の寸法精度が得られない。保持時間を１分未満とした場合、熱延板焼鈍後の金属組織中に、加工組織やマルテンサイト相が残存して、平均結晶粒径が所定の範囲内であっても、鋼板の過度な硬質化に起因した打ち抜き割れが生じやすくなる。保持時間が２４時間を超えると、結晶粒が過度に粗大化して平均結晶粒径が２０μｍを上回り、打ち抜き加工時に所定の寸法精度が得られない。そのため、熱延板焼鈍は６００℃以上７５０℃未満の温度範囲で１分～２４時間保持することにより行う。好ましくは、熱延板焼鈍温度は６００℃以上であり、さらに好ましくは６４０℃以上である。また、好ましくは、熱延板焼鈍温度は７００℃以下である。好ましい保持時間は１時間以上であり、さらに好ましくは６時間以上である。また、好ましい保持時間は２０時間以下であり、さらに好ましくは、１２時間以下である。なお、熱延板焼鈍の手法に特に限定はなく、箱焼鈍（バッチ焼鈍）、連続焼鈍のいずれで実施してもかまわない。
本発明では上記熱間圧延工程終了後に熱延板焼鈍を行う。熱延板焼鈍において、金属組織を過度に粗大化させることなく、熱間圧延工程で形成させた圧延加工組織を再結晶させるとともに、熱間圧延工程で生成したマルテンサイト相をフェライト相へと変態させる。この効果を得るためには熱延板焼鈍を６００℃以上７５０℃未満で行う必要がある。焼鈍温度が６００℃未満では再結晶が不十分となり、熱延加工組織が微細な回復粒となって金属組織が過度に微細化し、打ち抜き加工時に所定の寸法精度が得られない。また、熱延板焼鈍後の金属組織中に、加工組織やマルテンサイト相が残存して、平均結晶粒径が所定の範囲内であっても、鋼板の過度な硬質化に起因した打ち抜き割れが生じる場合がある。一方、焼鈍温度が７５０℃以上の場合、結晶粒が過度に粗大化して平均結晶粒径２０μｍを上回り、打ち抜き加工時に所定の寸法精度が得られない。保持時間を１分未満とした場合、熱延板焼鈍後の金属組織中に、加工組織やマルテンサイト相が残存して、平均結晶粒径が所定の範囲内であっても、鋼板の過度な硬質化に起因した打ち抜き割れが生じやすくなる。保持時間が２４時間を超えると、結晶粒が過度に粗大化して平均結晶粒径が２０μｍを上回り、打ち抜き加工時に所定の寸法精度が得られない。そのため、熱延板焼鈍は６００℃以上７５０℃未満の温度範囲で１分～２４時間保持することにより行う。好ましくは、熱延板焼鈍温度は６００℃以上であり、さらに好ましくは６４０℃以上である。また、好ましくは、熱延板焼鈍温度は７００℃以下である。好ましい保持時間は１時間以上であり、さらに好ましくは６時間以上である。また、好ましい保持時間は２０時間以下であり、さらに好ましくは、１２時間以下である。なお、熱延板焼鈍の手法に特に限定はなく、箱焼鈍（バッチ焼鈍）、連続焼鈍のいずれで実施してもかまわない。
得られた熱延焼鈍鋼板には、必要に応じてショットブラストや酸洗による脱スケール処理を行ってもよい。さらに、表面性状を向上させるために、研削や研磨等を施してもよい。また、本発明が提供する熱延焼鈍鋼板はその後、冷間圧延および冷延板焼鈍を行ってもよい。
以下、本発明を実施例により詳細に説明する。
表１に示す化学組成を有するステンレス溶鋼を１００ｋｇ真空溶解炉により溶製した。これらの鋼塊を１１００℃で１時間加熱後、表２に記載の板厚（表２中、熱間圧延終了板厚参照）まで熱間圧延を行った後に６５０℃で１ｈ保持後に炉冷する巻取模擬処理を行って熱延鋼板とした。ついで、表２に記載の温度（表２中、熱延板焼鈍温度参照）で８時間保持後、徐冷する熱延板焼鈍を行い熱延焼鈍鋼板を得た。
なお、得られた各熱延焼鈍鋼板の板厚は、夫々の熱間圧延終了板厚と同じであった。
かくして得られた熱延焼鈍鋼板について、以下の評価を行った。
なお、得られた各熱延焼鈍鋼板の板厚は、夫々の熱間圧延終了板厚と同じであった。
かくして得られた熱延焼鈍鋼板について、以下の評価を行った。
（１）金属組織の評価
板幅中央部から組織観察用試験片を採取し、圧延方向断面を鏡面研磨後、ＳＥＭ／ＥＢＳＤ法を用いて全厚を含む視野で測定および解析を行い、方位差１５°以上の境界を粒界と定義しＡｒｅａ法に基づいて平均結晶粒径を求めた。平均結晶粒径５μｍ以上２０μｍ以下の場合を本発明の範囲内とし、５μｍの未満あるいは２０μｍ超の場合を本発明の範囲外とし、表２中下線を付した。
板幅中央部から組織観察用試験片を採取し、圧延方向断面を鏡面研磨後、ＳＥＭ／ＥＢＳＤ法を用いて全厚を含む視野で測定および解析を行い、方位差１５°以上の境界を粒界と定義しＡｒｅａ法に基づいて平均結晶粒径を求めた。平均結晶粒径５μｍ以上２０μｍ以下の場合を本発明の範囲内とし、５μｍの未満あるいは２０μｍ超の場合を本発明の範囲外とし、表２中下線を付した。
また、同じく板幅中央部から組織観察用試験片を採取し、圧延方向断面を鏡面研磨後、ピクリン酸－塩酸水溶液により観察用の腐食を行って金属組織を現出させた後、倍率５００倍の光学顕微鏡を用いて観察を行い、金属組織の形態からフェライト相とマルテンサイト相とを区別することにより、各鋼板の金属組織がフェライト単相組織であるか否かを判定した。具体的には、結晶粒内が一様で平坦な形態が観察され、比較的明るいコントラストを呈する領域をフェライト相と判定した。また、結晶粒内に亜粒界やブロック境界等のマルテンサイト相特有の表面形態が観察され、フェライト相に比べて暗いコントラストを呈する領域をマルテンサイト相と判定した。表中、Ｆは金属組織がフェライト単相組織であったことを表している。
（２）耐食性の評価
熱延焼鈍鋼板から、６０×１００ｍｍの試験片を採取し、表面を＃６００エメリーペーパーにより研磨仕上げした後に端面部をシールした試験片を作製し、ＪＩＳ Ｈ ８５０２に規定された塩水噴霧サイクル試験に供した。塩水噴霧サイクル試験は、塩水噴霧（５質量％ＮａＣｌ、３５℃、噴霧２ｈr）→乾燥（６０℃、４ｈr、相対湿度４０％）→湿潤（５０℃、２ｈr、相対湿度≧９５％）を１サイクルとして、５サイクル行った。塩水噴霧サイクル試験を５サイクル実施後の試験片表面を写真撮影し、画像解析により試験片表面の発錆面積を測定し、試験片全面積との比率から発錆面積率（（試験片中の発錆面積／試験片全面積）×１００［％］）を算出した。発錆面積率１０％以下を特に優れた耐食性で合格（◎）、１０％超２５％以下を合格（○）、２５％超を不合格（×）とした。
熱延焼鈍鋼板から、６０×１００ｍｍの試験片を採取し、表面を＃６００エメリーペーパーにより研磨仕上げした後に端面部をシールした試験片を作製し、ＪＩＳ Ｈ ８５０２に規定された塩水噴霧サイクル試験に供した。塩水噴霧サイクル試験は、塩水噴霧（５質量％ＮａＣｌ、３５℃、噴霧２ｈr）→乾燥（６０℃、４ｈr、相対湿度４０％）→湿潤（５０℃、２ｈr、相対湿度≧９５％）を１サイクルとして、５サイクル行った。塩水噴霧サイクル試験を５サイクル実施後の試験片表面を写真撮影し、画像解析により試験片表面の発錆面積を測定し、試験片全面積との比率から発錆面積率（（試験片中の発錆面積／試験片全面積）×１００［％］）を算出した。発錆面積率１０％以下を特に優れた耐食性で合格（◎）、１０％超２５％以下を合格（○）、２５％超を不合格（×）とした。
（３）打ち抜き加工性の評価
熱延焼鈍鋼板から１００ｍｍ×１００ｍｍの試験片を採取した後、該試験片中央部にφ２０ｍｍ（公差±０．１ｍｍ）の孔が形成されるように、直径２０ｍｍの肉抜き用円柱刃を有する上金型（ポンチ）と上金型とのクリアランスが１０％となるように適切に選定された孔を有する下金型（ダイス）を設置したクランクプレス機によって、打ち抜き加工により５枚の試験片を作製した。上記のクリアランス（Ｃ）［％］、ダイスの孔の直径（ダイスの内径）（Ｄｄ）［ｍｍ］及びポンチの直径（Ｄｐ）［ｍｍ］は、板厚（ｔ）［ｍｍ］も含め、以下の式（１）の関係で表される。
Ｃ＝（Ｄｄ－Ｄｐ）÷（２×ｔ）×１００・・・式（１）
このようにして得られた試験片について、試験片外観の目視観察と試験片中央部の孔径をデジタルノギスにより測定した。割れがなく打ち抜き加工後の孔径が５枚の試験片すべてで１９．９～２０．１ｍｍの範囲となっていた場合を合格（○）とした。いずれか１枚でも割れがあるか、孔径が１９．９ｍｍ未満あるいは２０．１ｍｍ超となっていた場合を不合格（×）とした。
熱延焼鈍鋼板から１００ｍｍ×１００ｍｍの試験片を採取した後、該試験片中央部にφ２０ｍｍ（公差±０．１ｍｍ）の孔が形成されるように、直径２０ｍｍの肉抜き用円柱刃を有する上金型（ポンチ）と上金型とのクリアランスが１０％となるように適切に選定された孔を有する下金型（ダイス）を設置したクランクプレス機によって、打ち抜き加工により５枚の試験片を作製した。上記のクリアランス（Ｃ）［％］、ダイスの孔の直径（ダイスの内径）（Ｄｄ）［ｍｍ］及びポンチの直径（Ｄｐ）［ｍｍ］は、板厚（ｔ）［ｍｍ］も含め、以下の式（１）の関係で表される。
Ｃ＝（Ｄｄ－Ｄｐ）÷（２×ｔ）×１００・・・式（１）
このようにして得られた試験片について、試験片外観の目視観察と試験片中央部の孔径をデジタルノギスにより測定した。割れがなく打ち抜き加工後の孔径が５枚の試験片すべてで１９．９～２０．１ｍｍの範囲となっていた場合を合格（○）とした。いずれか１枚でも割れがあるか、孔径が１９．９ｍｍ未満あるいは２０．１ｍｍ超となっていた場合を不合格（×）とした。
試験結果を熱延板焼鈍条件と併せて表２に示す。
鋼成分および熱延板焼鈍条件が本発明の範囲を満たすＮｏ．１～３６は、熱間圧延工程における加熱時にオーステナイト相が生成したことに加え、所定の熱延板焼鈍によって結晶粒の過度の粗大化を生じさせることなく再結晶が生じて所定の平均結晶粒径が得られた結果、所定の打ち抜き加工性が得られた。さらに得られた熱延焼鈍板の耐食性を評価した結果、発錆面積率はいずれも２５％以下であり十分な耐食性も有していることが確認された。
特に、Ｃｕを含有させた鋼Ａ１９を用いたＮｏ．１９、Ｃｕを含有させた鋼Ａ２１を用いたＮｏ．２１、Ｍｏを含有させた鋼Ａ２０を用いたＮｏ.２０、およびＭｏを含有させた鋼Ａ２２を用いたＮｏ．２２では発錆面積率が１０％以下と一層優れた耐食性が得られた。
また、Ｃｒ含有量が１９．７％と高い鋼Ａ３を用いたＮｏ．３およびＣｒ含有量が１９．６％と高い鋼Ａ１８を用いたＮｏ．１８では鋼板表面に形成される不動態皮膜が強固になった結果、発錆面積率が１０％以下と一層優れた耐食性が得られた。
Ｎｉ含有量が本発明の範囲を下回る鋼Ｂ１を用いたＮｏ．３７では、熱間圧延工程の加熱時にオーステナイト相がほとんど生成しなかった結果、金属組織の微細化効果が得られなかった結果、平均結晶粒径が本発明の範囲を上回り、所定の打ち抜き加工性が得られなかった。
Ｎｉ含有量が本発明の範囲を上回る鋼Ｂ２を用いたＮｏ．３８では、所定の平均結晶粒径は得られたものの、固溶Ｎｉ量が過剰であったために鋼板が過度に硬質化した結果、打ち抜き加工時に割れが発生して所定の形状へ加工することができなかった。
Ｃｒ含有量が本発明の範囲を下回る鋼Ｂ３を用いたＮｏ．３９では、Ｃｒ含有量が不足した結果、所定の耐食性が得られなかった。
Ｃｒ含有量が本発明の範囲を上回る鋼Ｂ４を用いたＮｏ．４０では、所定量のＮｉを含有させたにも関わらず、過剰なＣｒの含有によって熱間圧延工程の加熱時に生成するオーステナイト相が減少した。これにより、熱間圧延工程においてオーステナイト相の生成による微細化効果が十分には得られなかった。その結果、所定の平均結晶粒径が得られず、所定の打ち抜き加工性が得られなかった。
Ｔｉ含有量が本発明の範囲を下回る鋼Ｂ５を用いたＮｏ．４１では、熱延板焼鈍時にＣｒ炭窒化物が多量に析出したことによる鋭敏化が生じ、所定の耐食性を得ることができなかった。
熱延板焼鈍温度が本発明の範囲を上回るＮｏ．４３では、生成した再結晶粒の著しい粗大化が生じた結果、所定の平均結晶粒径が得られず、所定の打ち抜き加工性が得られなかった。
Ｎｏ．４４は所定の鋼成分を有する鋼Ａ１４を本発明の範囲を上回る８０６℃で焼鈍し、平均結晶粒径を本発明の範囲を上回る３４μｍまで粗大化させた例である。所定の鋼成分を有していたものの、結晶粒が過度に粗大であったために、打ち抜き加工時に著しいダレおよびバリが生じ、所定の打ち抜き加工性が得られなかった。
本発明で得られるフェライト系ステンレス熱延焼鈍鋼板は、高い加工性と耐食性が要求される用途、例えばバーリング加工部を有するフランジ等への適用に特に好適である。
Claims (4)
- 質量％で、
Ｃ：０．００１～０．０２０％、
Ｓｉ：０．０５～０．４０％、
Ｍｎ：０．０５～０．６０％、
Ｐ：０．０４％以下、
Ｓ：０．０１％以下、
Ａｌ：０．０１～０．１０％、
Ｃｒ：１１．２～２０．０％、
Ｎｉ：０．５０～０．８６％、
Ｔｉ：０．１０～０．４０％、
Ｎ：０．００１～０．０２０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、
金属組織が平均結晶粒径５～２０μｍのフェライト単相組織であるフェライト系ステンレス熱延焼鈍鋼板。 - 質量％で、さらに、
Ｃｕ：０．０１～１．００％、
Ｍｏ：０．０１～２．００％、
Ｗ：０．０１～０．２０％、
Ｃｏ：０．０１～０．２０％のうちから選ばれる１種または２種以上を含有する請求項１に記載のフェライト系ステンレス熱延焼鈍鋼板。 - 質量％で、さらに、
Ｖ：０．０１～０．２０％、
Ｎｂ：０．０１～０．１０％、
Ｚｒ：０．０１～０．２０％、
ＲＥＭ：０．００１～０．１００％、
Ｂ：０．０００２～０．００２５％、
Ｍｇ：０．０００５～０．００３０％、
Ｃａ：０．０００３～０．００３０％のうちから選ばれる１種または２種以上を含有する請求項１または２に記載のフェライト系ステンレス熱延焼鈍鋼板。 - 請求項１～３のいずれかに記載のフェライト系ステンレス熱延焼鈍鋼板の製造方法であって、
熱間圧延工程で得られた熱延鋼板について６００℃以上７５０℃未満で１分～２４時間保持する熱延板焼鈍を行うフェライト系ステンレス熱延焼鈍鋼板の製造方法。
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