JP7178791B2

JP7178791B2 - フェライト系ステンレス鋼管用鋼板

Info

Publication number: JP7178791B2
Application number: JP2018067593A
Authority: JP
Inventors: 寛輝堀之内; 直人小野
Original assignee: Nippon Steel Stainless Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Stainless Steel Corp
Priority date: 2018-03-30
Filing date: 2018-03-30
Publication date: 2022-11-28
Anticipated expiration: 2038-03-30
Also published as: JP2019178362A

Description

本発明は、フェライト系ステンレス鋼管用鋼板に関する。

フェライト系ステンレス鋼は熱膨張係数が小さい事から、加熱と冷却が繰り返される自動車排気系部品に使用されてきた。近年では車体の軽量化を目的として、部品の素材鋼の板厚の薄肉化が進んでいる。さらに車体自体のダウンサイジングにより、車体と共に部品の搭載スペースが小さくなり、鋼管も含めた排気系部品の加工形状が制限され、例えば鋼管では曲げ加工における曲げ半径Ｒが小さくなっている。しかし、曲げ加工においては、加工する鋼管の曲げ半径Ｒが小さくなればなるほど、そして鋼管が薄肉になるほど割れ等の不具合が発生しやすくなる。

割れを防ぐためには、曲げ加工機から適切な押し力（圧力）を鋼管に与えた状態で曲げ加工を行うことで、板厚の変動を抑えることが重要である。しかし、板厚ｔに対する鋼管外径Ｄの比（ｔ／Ｄ）が小さくなると、皺による折れが生じやすくなる。そのため、皺が生じないようにするために曲げ加工機から鋼管に与える圧力に制約がかかることとなり、板厚の変動を十分に抑制することが厳しくなる。そのため、加工する鋼管のｔ／Ｄが小さくなる程、鋼管の曲げ加工性が良好である事が求められる。

また、加工する鋼管の曲げ半径Ｒに対する外径Ｄの比（Ｒ／Ｄ）が小さくなると、曲げ加工による鋼管にかかる歪みの絶対値が大きくなる。すなわち、曲げの外径側で減肉率が増大し、割れが生じやすくなる。そのため、加工する鋼管のＲ／Ｄが小さくなる程、減肉率の増大を抑えることができる特性を持った鋼管であることが求められる。

自動車の排気系部品の一つであるエキゾーストマニホールドは燃費向上及び、性能向上を目的として、プレス部品から鋼管への切替えが進んでいる。エキゾーストマニホールドは鋼管を使用した排気管部品の中でも、特に曲げ加工が難しい形状をしており、さらに軽量化を目的として、太径、薄肉、小Ｒ曲げが必要となる。

橋本裕二、塑性加工学会春季講演会論文集、P291-292（2004）

上述したように、近年では、自動車の軽量化や小型化等の目的のため、搭載される排気系部品の加工条件として、太径、薄肉、小Ｒ曲げといった厳しい条件が求められており、素材の鋼管用鋼板に対し、このような加工条件にも耐えうる特性が要求されている。具体的には、ｔ／Ｄ≦０．０４およびＲ／Ｄ≦１．２であるような太径、薄肉、小Ｒ曲げ加工でも、減肉率を抑制できる素材が望まれている。
しかし、ｔ／Ｄ≦０．０４またはＲ／Ｄ≦１．２のどちらかのみを満たした条件であっても、非特許文献１のように鋼管を９０°まで曲げると割れが発生、もしくは割れなくても減肉率が４０％を超える、割れ一歩手前の状態となることが分かっている。
自動車の排気管部品は熱疲労等により負荷がかかる部品であるため、少しの負荷で割れが発生する部品はもちろん搭載出来ない。そのような点を踏まえると、曲げ加工後の減肉率を３０％以下に抑えられる鋼管用鋼板を使用することが好ましいが、ｔ／Ｄ≦０．０４、Ｒ／Ｄ≦１．２といった太径、薄肉、小Ｒ曲げでそれを達成できる鋼管用鋼板は未だ実現できていないのは実情である。

本発明はこうした現状を鑑みて案出されたものであって、太径、薄肉、小Ｒでの曲げ加工が行われる鋼管に適し、曲げ加工における減肉率を低減し、加工割れを防止可能なフェライト系ステンレス鋼管用鋼板を提供する事を目的とする。

上記の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管用鋼板の加工硬化指数（ｎ値）、塑性歪み値（ｒ値）の平均値（平均ｒ値）、ｒ値の異方性に着目し、様々な検討を重ねた結果、以下の新たな知見を得た。

平均ｒ値が高い鋼板を使用した鋼管の場合、曲げ加工した際に減肉が起こり難くなる。そのため、平均ｒ値が高い程、曲げ加工時の鋼管の減肉率は小さくなり加工割れを防止できる。特に圧延方向のｒ値（ｒ_０）と圧延９０度方向のｒ値（ｒ_９０）は、鋼管の曲げ加工時の変形による周方向の流動を促進するため、減肉部に周方向から材料が流動する事により、減肉抑制に大きく寄与することが知られている。
しかし、本発明者らが様々な異方性の鋼板を使用した薄肉、太径の鋼管で小Ｒ曲げ加工を行った結果、圧延方向のｒ値（ｒ_０）と圧延９０度方向のｒ値（ｒ_９０）が圧延４５度方向の（ｒ_４５）と比較して極端に大きい（面内異方性Δrが大きい）場合、逆に減肉率が大きくなることを見出した。すなわち、減肉抑制を高めるには、単に平均ｒ値を高めるだけでは不十分で、面内異方性Δｒも合わせて適切に制御することが有効であることが分かった。そしてさらに、ｔ／Ｄ≦０．０４、Ｒ／Ｄ≦１．２といった太径、薄肉、小Ｒでの鋼管曲げ加工を行った際に、割れの発生を安定して防止できる目安となる減肉率３０％未満となる素材鋼板の異方性を調査したところ、下記(１)式で表されることを新しい知見として得た。

平均ｒ値－１．１－１．１×(Δｒ－０．３)^４≧０・・・（１）

この新しい知見により、減肉率を十分に低減させて、割れを安定して発生させずにｔ／Ｄ≦０．０４、Ｒ／Ｄ≦１．２といった太径、薄肉、小Ｒでの鋼管の曲げ加工を可能とした。

本発明は上記の知見に基づいて、完成したものであり、その発明の要旨は次の通りである。

（１）質量％にて、Ｃ：０．０２０％以下、Ｎ：０．０２０％以下、Ｓｉ：０．０３～１．２０％、Ｍｎ：０．０２～１．６１％、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．００５０％以下、Ｎｉ：０．０１０～０．１５３％、Ｃｒ：１０．０～３０．０％、Ｍｏ：０．００５～２．５０％、Ｃｕ：０．００５～２．００％、Ｎｂ：０．００１～０．８００％、Ｔｉ：０．００１～０．３００％、Ｂ：０～０．００５％、Ａｌ：０～０．３０％、Ｓｎ：０～０．１２％、Ｖ：０～１．００％、Ｃｏ：０～０．３０％、Ｗ：０～０．０５％、Ｓｂ：０～０．５０％、ＲＥＭ：０～０．２０％を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなり、破断伸び≧２８％、加工硬化指数（ｎ値）≧０．１８、平均塑性歪み比（平均ｒ値）≧１．１０、圧延方向塑性歪み比ｒ_０≧０．８０、かつ、０．４０≧平均ｒ値－１．１－１．１×（Δｒ－０．３）^４≧０．０９であることを特徴とするフェライト系ステンレス鋼管用鋼板。
（２）質量％にて、Ｂ：０．０００１～０．００５％、Ａｌ：０．０１～０．３０％、Ｓｎ：０．００１～０．５０％、Ｖ：０．０３～１．００％、Ｃｏ：０．０１～０．３０％、Ｗ：０．００５～３．００％、Ｓｂ：０．００５～０．５０％、ＲＥＭ：０．００１～０．２０％の１種または２種以上を含有することを特徴とする、上記（１）に記載のフェライト系ステンレス鋼管用鋼板。

本発明によれば、太径、薄肉、小Ｒでの曲げ加工が行われる鋼管に適し、曲げ加工における減肉率を低減し、加工割れを防止可能なフェライト系ステンレス鋼管用鋼板を提供することが出来る。特に、本発明に係るフェライト系ステンレス鋼管用鋼板からなる鋼管によれば、ｔ／Ｄ≦０．０４といった太径・薄肉の形状であっても、十分に減肉を抑制でき、加工割れの発生を防止可能な小Ｒ曲げ加工を実施することが可能である。
また、本発明によれは、鋼板の成分組成を好適な範囲内に制御することによって、曲げ加工において、加工割れのみならず、皺をも防止することが可能となる。

実施例１～１６、比較例１～８の、Δｒ値と平均ｒ値、最大減肉率の関係を示すグラフである。本実施例の回転引き曲げ試験で用いる回転引き曲げ機の側面概略模式図である。

本実施形態のフェライト系ステンレス鋼管用鋼板（以下、単に鋼板とも称する。）の成分組成について説明する。なお、以下の説明において、特に記載が無い場合、各元素の含有量の「％」は質量％を意味する。

Ｃ、Ｎの含有量が多量であった場合、成形性や耐食性を劣化させる。そのため、含有量の上限をＣ、Ｎともに０．０２０％以下とした。好ましくは０．０１５％以下である。一方、Ｃ、Ｎ含有量を過剰に低減させることは製造コストの増大に繋がるため、好ましくは下限をＣ、Ｎともに０．００１％以上とする。更に好ましくは、０．００２％以上である。

Ｓｉは脱酸元素として知られ、耐高温酸化性を向上させるため、０．０３％以上含有させる。好ましくは０．２０％以上である。一方、Ｓｉ含有量が１．２０％を超えると曲げ加工性が著しく低下し、減肉率の増大や皺の発生を招くため、上限を１．２０％以下とした。好ましくは１．１０％以下であり、更に好ましくは１．００％以下である。

Ｍｎを多量に含有した場合、鋼板の加工硬化指数（ｎ値）を十分に確保できず、成形性を低下させるため、含有量の上限を２．００％以下とした。好ましくは１．５０％以下である。一方、精錬コストを考慮した場合、０．０２％程度のＭｎは不可避的に混入するレベルである事から、下限を０．０２％以下とした。好ましくは０．１０％以上である。

Ｐは耐食性や靭性に対して有害な元素であるため、その含有量は少ないほどよい。そのため、上限を０．０５０％以下と制限した。好ましくは、０．０２０％以下に制限する。一方、Ｐを過剰に低減させることは製造コストの増大に繋がるため、好ましくは０．００１％以上とする。更に好ましくは、０．０１０％以上である。

Ｓは耐食性を劣化させる元素であるため、その含有量は少ないほどよい。そのため、上限を０．００５０％以下と制限した。一方、Ｓを過剰に低減させることは製造コストの増大に繋がるため、好ましくは０．０００１％以上とする。更に好ましくは、０．０００５～０．００５０％である。

Ｎｉは含有させることにより、耐食性を向上させる元素である。しかし、オーステナイト相の形成による低ｒ値化や硬質化により、成形性の劣化に繋がるため、含有量の上限を２．０００％以下とした。好ましくは０．５００％以下である。また、０．０１０％程度のＮｉは不可避的に混入するレベルである事から、下限を０．０１０％以上とした。好ましくは０．１００％以上である。

Ｃｒはステンレス鋼の基本特性である耐食性を担保する元素である。自動車の排気系部品に要求される耐食性を考慮してＣｒ含有量の下限は１０．０％以上とした。好ましくは、１０．５％以上である。一方、Ｃｒを多量に含有すると、成形性を低下させる事から、上限は３０．０％以下とした。加工性と製造コストの観点から、好ましくは、２５．０％以下であり、更に好ましくは２２．０％以下である。よりさらに好ましいのは２０．０％以下である。

ＭｏもＣｒ同様に耐食性を向上させる元素である。しかし過剰に含有させると成形性を低下させるおそれがある。そのため、成形性とコスト面を考慮して、Ｍｏの上限は２．５０％以下とした。好ましくは、２．２０％以下であり、さらに好ましくは２．００％以下である。一方、精錬コストを考慮した場合、０．００５％程度は不可避的に混入するレベルである事から、Ｍｏ量の下限は０．００５％以上とした。好ましくは０．０５％以上である。

Ｃｕは耐食性や高温強度を向上させ、相変態による結晶粒微細化に有効である。これらの効果は０．００５％から発現するため、Ｃｕ含有量の下限は０．００５％以上とした。好ましくは、０．０５％以上である。一方、過剰なＣｕを含有すると、硬質化し、靭性や成形性を低下させる。そのためＣｕ含有量の上限を２．００％以下とした。好ましくは、１．８０％以下であり、更に好ましくは１．５０％以下である。

ＮｂはＣ、Ｎと結合する事で、析出物を形成し、成形性を向上させる元素である。また、耐食性、特に溶接部の耐食性を向上させる。しかし、Ｎｂを過剰に含有すると成形性を低下させる事から、上限を０．８００％以下とした。好ましくは、０．７００％以下であり、更に好ましくは０．５００％以下である。一方、精錬コストを考慮した場合、０．００１％程度は不可避的に混入するレベルである事から、Ｎｂ含有量の下限を０．００１％以上とした。好ましくは、０．０５０％以上である。

ＴｉはＮｂと同様にＣ、Ｎと結合する事で、析出物を形成し、成形性を向上させる元素であり、さらに耐食性、特に溶接部の耐食性も向上させる。しかし、Ｔｉを過剰に含有すると成形性の低下や、介在物による疵の原因となるため、上限は０．３００％以下とした。好ましくは０．２００％以下である。一方、精錬コストを考慮した場合、０．００１％程度は不可避的に混入するレベルである事から、Ｔｉ含有量の下限を０．００１％以上とした。好ましくは、０．０５０％以上である。

本実施形態に係るフェライト系ステンレス鋼管用鋼板は、上述してきた元素以外（残部）は、Ｆｅ及び不純物からなる。なお、本実施形態における「不純物」とは、鋼を工業的に製造する際に鉱石やスクラップ等のような原料をはじめとして製造工程の種々の要因によって混入する成分であり、不可避的に混入する成分も含む。
また本実施形態では必要に応じて、以下の元素を含有する事ができる。これらの元素を含有させる場合の下限は０％である。

Ｂは二次加工性を向上させる元素であり、鋼管の拡管加工後の各種加工での２次加工割れを抑制する。その効果を得るためにはＢ含有量は０．０００１％以上である事が望ましい。更に好ましくは０．０００３％以上である。また、Ｂを過剰に含有した場合、成形性を低下させる事から、上限は０．００５％以下とすることが望ましい。

Ａｌは主に脱酸元素として添加される元素であり、さらに酸化スケールの剥離を抑制する効果がある。酸化スケールの剥離を抑制するためには含有量が０．０１％以上である事が望ましい。酸化スケールの剥離抑制効果を更に向上させる観点から０．０３％以上とすることが更に望ましい。また、Ａｌが過剰に含有されている場合、伸びの低下や溶接の溶け込み性に影響を与える。本実施形態では伸びの低下による加工性の劣化を防ぐため、Ａｌ含有量の上限を０．３０％以下とすることが望ましい。

Ｖは隙間腐食を抑制させる元素である。この効果を得るためには０．０３％以上含有させることが望ましい。また、更に効果を向上させる観点から０．０５％以上含有させることが更に望ましい。また、Ｖが過剰に含有されていた場合、硬質化し、成形性を劣化させる。そのため、Ｖ含有量の上限を１．００％以下とすることが望ましい。

Ｓｎは耐食性と高温強度の向上に寄与する元素である。これは０．００１％以上含有する事で、発現されるため、Ｓｎ含有量の下限を０．００１％以上とすることが望ましい。好ましくは０．００５％以上である。しかし、Ｓｎを０．５０％超含有させると、鋼板製造時にスラブ割れが生じる可能性がある。そのため、Ｓｎ含有量の上限を０．５０％以下とすることが望ましい。

Ｗは耐食性と高温強度の向上に寄与するため、必要に応じて０．００５％以上含有させることが望ましい。ただし、３．００％を超えてＷを含有させると、鋼板製造時の靭性劣化に繋がるため、上限を３．００％以下とすることが望ましい。

Ｃｏは高温強度の向上に寄与する元素である。この効果は０．０１％以上含有することで発現するため、Ｃｏ含有量の下限を０．０１％以上とすることが望ましい。しかし、Ｃｏを０．３０％を超えて含有した場合、靭性の劣化を引き起こす可能性がある。そのため、上限を０．３０％以下とすることが望ましい。

Ｓｂは高温強度の向上に寄与する元素である。この効果はＳｂが粒界に偏析することで発現し、この現象はＳｂ量が０．００５％以上で発生する。そのため、Ｓｂ含有量の下限は０．００５％以上とすることが望ましい。しかし、Ｓｂを０．５０％超含有した場合、過度の偏析による溶接割れが生じるため、上限を０．５０％以下とすることが望ましい。

ＲＥＭ（希土類元素）は一般的な定義に従い、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）の２元素と、ランタン（Ｌａ）からルテチウム（Ｌｕ）まで１５元素（ランタノイド）の総称を指す。
ＲＥＭは耐酸化性の向上に寄与し、必要に応じて０．００１％以上含有させてもよい。しかし、ＲＥＭを０．２０％を超えて含有すると、ＲＥＭの硫化物による耐食性の低下を生じる可能性があるため、上限を０．２０％以下とすることが望ましい。なお、ＲＥＭを含有させる場合は、前述の元素群の中の単独であっても、２元素以上の混合物であってもよい。

本実施形態のフェライト系ステンレス鋼管用鋼板は、本発明の効果を損なわない範囲で上記説明した以外の元素を含有させてもよい。

次に、本実施形態に係るフェライト系ステンレス鋼管用鋼板の伸び、加工硬化指数（ｎ値）、塑性歪み比（ｒ値）について説明する。

本実施形態では、鋼管を曲げ加工した際の減肉率を小さくするために、素材となる鋼板の塑性歪み比（ｒ値）を制御することが重要である。具体的には、平均ｒ値と、圧延方向のｒ値(ｒ_０)を適正範囲に制御する。

平均ｒ値を１．１０以上とすることが、減肉率を低減し加工割れを防止するために必要であるため、これを下限とした。減肉率を安定して低減し、加工割れをより抑制するためには、平均ｒ値を１．１５以上とすることが好ましい。なお、平均ｒ値の上限は特に設けられるものではなく、一般的な製造設備、装置等で製造可能なフェライト系ステンレス鋼板の平均ｒ値を考慮して適宜決定してよいが、例えば３．００以下を上限としてもよい。
なお、平均ｒ値は、下記式（３）によって求めることができる。

平均ｒ値=(ｒ_０＋２ｒ_４５＋ｒ_９０)／４・・・（３）
但し、（３）式中のｒ_０は圧延方向のｒ値、ｒ_９０は圧延直角方向のｒ値、ｒ_４５は圧延４５度方向のｒ値を示す。

さらに、減肉率を３０％未満に低減するためには、ｒ_０を０．８０以上とする必要があるため、これを下限とした。減肉率を安定して低減し、加工割れをより抑制するためには、ｒ_０を０．９０以上とすることが好ましい。なお、ｒ_０の上限は特に設けられるものではないが、異方性Δｒが極端に大きくなることを防ぐために、ｒ_０は４．００以下を上限とすることが好ましい。さらに好ましくは、１．１０≦ｒ_０≦３．００である。

なお、平均ｒ値や圧延方向のｒ値（ｒ_０)の制御方法は特に限定しないが、鋼板の製造工程の各条件を調整することで上記範囲に制御すればよい。例えば、冷延での圧下率や、最終焼鈍温度を適正な値とすることなど、製造条件を適宜設定することによって平均ｒ値や圧延方向のｒ値を制御することが出来る。

また、本実施形態において、鋼板の伸びは、鋼管とした後の曲げ加工時における減肉率や皺の形成に影響するため、２８％以上とする。好ましくは３０％以上である。

また、鋼板のｎ値が０．１８以上であるときに鋼管の曲げ加工時の減肉率を抑制することが出来るため、鋼板のｎ値を０．１８以とする。好ましくは０．２０以上である。

また本実施形態では、鋼板の面内異方性Δｒと平均ｒ値を適切に制御することが重要である。
一般に、圧延方向のｒ値（ｒ_０）と圧延９０度方向のｒ値（ｒ_９０）は、減肉抑制に大きく寄与することが知られている。しかし、上述したように、本発明者らは、圧延方向のｒ値（ｒ_０）と圧延９０度方向のｒ値（ｒ_９０）が、圧延４５度方向のｒ値（ｒ_４５）と比較して極端に大きい（面内異方性Δｒが大きい）場合、逆に減肉率が大きくなることを見出した。すなわち、減肉率を抑制し加工割れを防止するためには、平均ｒ値を高めるだけでは不十分であり、ｒ_０、ｒ_４５およびｒ_９０のバランスを図り、Δｒの増大を防ぐことが重要である。具体的には、下記（１）式を満たすように平均ｒ値とΔｒを制御することにより、ｔ／Ｄ≦０．０４、Ｒ／Ｄ≦１．２といった太径、薄肉、小Ｒでの鋼管曲げ加工を行った際に、割れの発生を安定して防止することが出来る。
ここで、面内異方性Δｒは下記（２）式で算出するものとする。

平均ｒ値－１．１－１．１×(Δｒ－０．３)^４≧０・・・（１）
Δｒ=(ｒ_０＋ｒ_９０－２ｒ_４５)／２・・・（２）
但し、（１）、（２）式中のｒ_０は圧延方向のｒ値、ｒ_９０は圧延直角方向のｒ値、ｒ_４５は圧延４５度方向のｒ値を示す。

なお、鋼板において上記（１）式を満たすためには、鋼板の製造工程の各条件を適宜調整することで、ｒ_０、ｒ_４５およびｒ_９０、ならびに平均ｒ値を制御すればよい。各ｒ値に影響を及ぼす条件因子としては、例えば、圧延時の加熱温度や圧下率、焼鈍温度等が挙げられる。このような製造条件を適宜調整することで、（１）式を満足するような鋼板を製造することができる。
以下に、本実施形態に係る鋼板の好適な製造方法、条件について説明するが、あくまでこれは一例であって、本発明はこれに限定されるものではない。

本実施形態の鋼板を製造するにあたり、製鋼、熱間圧延、熱延板焼鈍、冷間圧延、冷延板焼鈍（仕上げ焼鈍）を順次施してよい。
製鋼後の鋼片は、所定の温度に加熱され、所定の板厚に連続圧延で熱間圧延される。このときの加熱温度は、平均ｒ値を高め、かつ面内異方性Δｒの増大を抑制し、式（１）を満足させる観点から、１１５０～１２５０℃とすることが望ましい。
熱間圧延後は熱延板焼鈍・酸洗を行ってもよく、熱延板焼鈍工程は省略してもよい。
熱間圧延後の冷間圧延は、通常のゼンジミアミル、タンデムミルのいずれで圧延してもよい。冷間圧延においては、圧下率、圧延パス回数、圧延速度、圧延温度などの条件は、本実施形態の鋼板の各構成・各条件を満たし得るように適宜選択・設定すればよい。例えば圧下率はｒ値に影響を及ぼす因子であるため、平均ｒ値および式（１）が適正範囲となるよう調整することが望ましい。
冷間圧延後は冷延板焼鈍（仕上げ焼鈍）を行ってよいが、仕上げ焼鈍の温度は、結晶粒粗大化によるｒ値増加の観点から、８５０～１０５０℃とすることが望ましい。仕上げ焼鈍は、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よいし、大気中で焼鈍しても構わない。

以上説明した製造方法により、本実施形態に係るフェライト系ステンレス鋼管用鋼板を製造することができる。

以上説明した本実施形態のフェライト系ステンレス鋼管用鋼板によれば、太径、薄肉、小Ｒでの曲げ加工が行われる鋼管に好適に採用でき、当該鋼管の曲げ加工における減肉率を低減し、加工割れを安定して防止することが出来る。

以下に本発明の実施例について説明するが、実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、以下の実施例で用いた条件に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。

表１に示す化学組成を有するステンレス鋼（鋼Ｎｏ．１～２３）を溶製し、鋳片を製造した。その後、得られた鋳片を用いて、表２に示す実施例１～１６、及び比較例９～１５は、加熱温度１１５０～１２５０℃で熱間圧延を行い、厚さ５．０ｍｍの熱延鋼板を製造した。この熱延鋼板を焼鈍後、厚さ５．０ｍｍから１．２ｍｍまで冷間圧延を行い、８５０～１０５０℃での仕上げ焼鈍を施して、供試材を作成した。

一方、比較例１～８は以下の製造条件を上記の条件から変更した。
表２に示す比較例１～４は、熱延鋼板の厚さを４．０ｍｍとし、その後１．２ｍｍまで冷間圧延を行った。表２に示す比較例５～８は、加熱温度１１００℃で熱間圧延を行い、熱延鋼板を製造した。

次に、得られた供試材（ステンレス鋼板；実施例１～１６、比較例１～１５）の機械特性を下記試験方法によって評価した。

供試材から、ＪＩＳ１３Ｂ号引張試験片を採取して、ＪＩＳＺ２２４１に準拠した常温引張試験を行い、鋼板の常温伸び（Ｅｌ）および加工硬化指数（ｎ値）、塑性歪み比（ｒ値）を評価した。

加工硬化指数（ｎ値）は、均一歪みが生じている範囲の真応力－真歪み曲線の値を、下記のＳｗｉｆｔの式（式（４））に最小二乗法を用いてフィッティングさせ、鋼板のｎ値を導出した。
σ＝Ｃ（ε＋ｋ）^ｎ・・・（４）
ただし、（３）式中のσは真応力、εは真歪み、Ｃ、ｋは定数である。

塑性歪み比（ｒ値）は、供試材から圧延方向、圧延４５度方向、圧延９０度方向それぞれの方向において、ＪＩＳ１３Ｂ号引張試験片を採取し、ＪＩＳＺ２２５４に準拠した塑性ひずみ比試験を行った。試験片の幅方向歪みと板厚歪みの比は、伸びが１５％の時点で測定した。
試験結果を表２に示す。

鋼板のｎ値が大きいほど、歪み伝播性が良くなるため、局所的な変形が抑制される。鋼管の曲げ加工では減肉は局所的に起こるため、鋼板のｎ値が大きいほど鋼管の減肉抑制に寄与する。

次に、パイプ曲げ試験を行い、減肉率および皺の発生について評価した。
具体的には、表１の成分、表２の機械的特性を示す厚さ１．２ｍｍの鋼板（実施例１～１６、比較例１～１５）を、成形条件、造管後矯正量を制御し、外形Ｄ＝φ４２．７ｍｍの電縫溶接管（ｔ／Ｄ＝０．０２８）を造管した。この鋼管を図２のような回転引き曲げ機を用いて曲げ半径Ｒ=４５ｍｍで９０度曲げを行った。
バックブースター押し力Ｆは、鋼管断面に鋼管の０．２％耐力の０．４倍の押し力が作用する値とした。プレッシャーダイの移動速度は一定で、曲げ終了時のプレッシャーダイの移動量Ｌが鋼管中央部の移動量（Ｒ×π／２）の１．１８倍とした。
最大減肉率は、曲げ外側の板厚ｔ減少が最大となった位置において求め、皺の有無については、目視ならびに触感によって評価した。最大減肉率が３０％未満となったものを合格（〇）と評価した。

平均ｒ値≦３．０、伸びＥｌ≧２８％、ｎ値≧０．１８、平均ｒ値－１．１－１．１×(Δｒ－０．３)^４≧０を満たした実施例１～１０は最大減肉率３０％未満であり、割れ、皺ともになく曲げ加工を行う事ができた。また、実施例１１～１６は、皺こそ発生したものの、最大減肉率３０％未満であり、割れもおきず、比較的良好な曲げ加工を行う事ができた。
図１に、実施例１～１６、比較例１～８の、Δｒ値と平均ｒ値、最大減肉率の関係を示すグラフを示す。当該グラフからも、平均ｒ値≦３．０、平均ｒ値－１．１－１．１×(Δｒ－０．３)^４≧０を満たした実施例は最大減肉率３０％未満を達成でき、成形性に優れていることが分かる。

平均ｒ値≦３．０、および平均ｒ値－１．１－１．１×(Δｒ－０．３)^４≧０を満たさなかった比較例１～２の最大減肉率は３０％以上であった。この様な最大減肉率では割れ等の不具合が発生する可能性が有る。さらに、曲げの内径側で皺が発生した。皺が発生すると、金型に負荷がかかり、金型寿命を縮める可能性がある。

ｒ_０≧０．８、および平均ｒ値－１．１－１．１×(Δｒ－０．３)^４≧０を満たさなかった比較例３～４の最大減肉率は３０％以上だった。この様な最大減肉率では割れ等の不具合が発生する可能性が有る。さらに、曲げの内径側で皺が発生した。皺が発生すると、金型に負荷がかかり、金型寿命を縮める可能性がある。

平均ｒ値－１．１－１．１×(Δｒ－０．３)^４≧０を満たさなかった比較例５～８の最大減肉率は３０％以上だった。この様な最大減肉率では割れ等の不具合が発生する可能性が有る。

本発明の成分範囲外の鋼Ｎｏ．１１～１７を使用した比較例９～１５では、最大減肉率が３０％を超えた。
また、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ａｌが範囲を外れた比較例１３～１７は鋼板の伸びＥｌが２８％未満となった。

本発明は、自動車排気系部品等の曲げ加工が厳しく、かつ高温酸化や熱疲労が厳しい用途に使用されるフェライト系ステンレス鋼管用鋼板に関するものであり、ｔ／Ｄ≦０．０４、Ｒ／Ｄ≦１．２の太径、薄肉、小Ｒ曲げにおける割れや皺を防止するものである。
以上に述べたように、本発明は自動車排気系に要求されている厳しい鋼管の曲げ条件において、割れのない、もしくは減肉率が小さい、成形性に優れたフェライト系ステンレス鋼溶接管を提供する事ができるようになり、その産業的価値は大きい。

Claims

質量％にて、
Ｃ：０．０２０％以下、
Ｎ：０．０２０％以下、
Ｓｉ：０．０３～１．２０％、
Ｍｎ：０．０２～１．６１％、
Ｐ：０．０５０％以下、
Ｓ：０．００５０％以下、
Ｎｉ：０．０１０～０．１５３％、
Ｃｒ：１０．０～３０．０％、
Ｍｏ：０．００５～２．５０％、
Ｃｕ：０．００５～２．００％、
Ｎｂ：０．００１～０．８００％、
Ｔｉ：０．００１～０．３００％、
Ｂ：０～０．００５％、
Ａｌ：０～０．３０％、
Ｓｎ：０～０．１２％、
Ｖ：０～１．００％、
Ｃｏ：０～０．３０％、
Ｗ：０～０．０５％、
Ｓｂ：０～０．５０％、
ＲＥＭ：０～０．２０％
を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなり、
破断伸び≧２８％、
加工硬化指数（ｎ値）≧０．１８、
平均塑性歪み比（平均ｒ値）≧１．１０、
圧延方向塑性歪み比ｒ０≧０．８０、
かつ、０．４０≧平均ｒ値－１．１－１．１×（面内異方性Δｒ－０．３）^４≧０．０９であることを特徴とするフェライト系ステンレス鋼管用鋼板。
質量％にて、
Ｂ：０．０００１～０．００５％、
Ａｌ：０．０１～０．３０％、
Ｓｎ：０．００１～０．５０％、
Ｖ：０．０３～１．００％、
Ｃｏ：０．０１～０．３０％、
Ｗ：０．００５～３．００％、
Ｓｂ：０．００５～０．５０％、
ＲＥＭ：０．００１～０．２０％の１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１に記載のフェライト系ステンレス鋼管用鋼板。