JP7422218B2 - フェライト系ステンレス冷延鋼板およびフェライト系ステンレス冷延鋼板の製造方法 - Google Patents
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Description
下記式(1)で表される指標値(以下、指標値と称する)は、焼鈍によるオーステナイト相の最大生成量を表す指標である。
前記式(1)において、各元素記号は、当該元素の質量%濃度を表している。ここで、焼鈍時に生成するオーステナイト相は、冷却過程でマルテンサイト相に変態し得る。指標値を15以上かつ50以下にすることにより、焼鈍によるオーステナイト相の最大生成量を制御して、冷却過程で生成するマルテンサイト相の量を適切に管理することが容易となる。そのため、指標値を15以上かつ50以下に設定することにより、後述するマルテンサイト面積比率を1.0%以上かつ15.0%未満に管理することが容易となる。
本発明は、例えば以下に掲げる成分を含むステンレス鋼に適用されるが、本発明はこれに限定されない。本発明の一実施形態に係るステンレス鋼は、以下の成分の他に、各種の成分を含むことができる。
Cは、Crと炭化物を形成することにより、ステンレス鋼が変形するときに転位の発生源となる界面を生成させる重要な元素である。しかし、Cが過剰に添加されると、過剰のマルテンサイト相が生じやすくなり、延性が低下する。そのため、Cの含有率は、0.12%以下に設定される。また、マルテンサイト相を生成させるために、Cの含有率は、0.030%以上であることが好ましい。
Siは、溶製段階で脱酸剤としての効果を有する。しかし、Siが過剰に添加されると、ステンレス鋼が硬質化し、延性が低下する。したがって、Siの含有率は1.0%以下に設定される。
Mnは、脱酸剤としての効果を有する。しかし、Mnが過剰に添加されると、MnSの生成量が増加してステンレス鋼の耐食性が低下する。したがって、Mnの含有率は1.0%以下に設定される。
Niは、オーステナイト生成元素であり、焼鈍後のマルテンサイト面積比率および強度を制御するために有効な元素である。しかしNiが過剰に添加されると、オーステナイト相が必要以上に安定化され、ステンレス鋼の延性が低下するとともに、ステンレス鋼の原料コストが上昇する。したがって、Niの含有率は1.0%以下に設定される。
Crは、冷延鋼板の表面に不動態皮膜を形成して、耐食性を高めるために必要である。しかし、Crが過剰に添加されると、ステンレス鋼の延性が低下する。したがって、Crの含有率は12.0~18.0%に設定される。
Nは、Crと窒化物を形成することにより、ステンレス鋼が変形するときに転位の発生源となる界面を生成させる重要な元素である。しかし、Nが過剰に添加されると、過剰のマルテンサイト相が生じやすくなり、延性が低下する。そのため、Nの含有率は、0.10%以下に設定される。
Alは、脱酸に有効な元素であるとともに、プレス加工性に悪影響を及ぼすA2系介在物を低減することができる。しかし、Alが過剰に添加されると、表面欠陥が増加する。そのため、Alの含有率は0.50%以下に設定される。
Moは、耐食性の向上に有効な元素である。しかし、Moが過剰に添加されると、ステンレス鋼の原料コストが上昇する。したがって、Moの含有率は0.50%以下に設定されることが好ましい。
Cuは、耐食性の向上に有効な元素である。Cuの含有率は1.0%以下に設定されることが好ましい。
Oは、非金属介在物を生成し、衝撃値および疲れ寿命を低下させる。そのため、Oの含有率は0.01%以下に設定されることが好ましい。
Vは、硬度および強度の向上に有効な元素である。しかし、Vが過剰に添加されると、ステンレス鋼の原料コストが上昇する。したがって、Vの含有率は0.15%以下に設定されることが好ましい。
Bは、靭性改善に有効な元素である。しかし、この効果は、0.10%を超えると飽和する。したがって、Bの含有率は0.10%以下に設定されることが好ましい。
Tiは、ストレッチャーストレインの原因となる固溶Cまたは固溶Nと炭化物または窒化物を形成することにより、CおよびNを固定化して、ストレッチャーストレインを低減することができる。しかし、Tiは高価な元素であるので、Tiが過剰に添加されると、ステンレス鋼の原料コストが上昇する。したがって、Tiの含有率は、0.50%以下に設定されることが好ましい。
Coは、耐食性および耐熱性の向上に有効な元素である。しかし、Coが過剰に添加されると、ステンレス鋼の原料コストが上昇する。したがって、Coの含有率は0.01~0.50%に設定されることが好ましい。
Zrは、脱窒、脱酸および脱硫に有効な元素である。しかし、Zrが過剰に添加されると、ステンレス鋼の原料コストが上昇する。したがって、Zrの含有率は0.01~0.10%に設定されることが好ましい。
Nbは、Tiと同様に、ストレッチャーストレインの原因となる固溶Cまたは固溶Nと炭化物または窒化物を形成することにより、CおよびNを固定化して、ストレッチャーストレインを低減することができる。しかし、Nbは高価な元素であるので、Nbが過剰に添加されると、ステンレス鋼の原料コストが上昇する。したがって、Nbの含有率は、0.01~0.10%に設定されることが好ましい。
Mgは、溶鋼中でAlとともにMg酸化物を形成し脱酸剤として作用する。一方、過剰にMgを含有するとステンレス鋼の靱性が低下して製造性が低下する。そのため、Mgを含有する場合は、Mgの含有率は0.0005~0.0030%に設定されることが好ましく、0.0020%以下に設定されることがより好ましい。
Caは、脱ガスに有効な元素である。Caの含有率は0.0003~0.0030%に設定されることが好ましい。
Yは、熱間加工性および耐酸化性の向上に有効な元素である。しかし、これらの効果は、0.20%を超えると飽和する。したがって、Yの含有率は、0.01~0.20%に設定されることが好ましい。
Yを除く希土類金属(Rare Earth Metal:REM)、例えばScおよびLaも、Yと同様に、熱間加工性および耐酸化性の向上に有効である。しかし、これらの効果は、0.10%を超えると飽和する。したがって、Yを除くREMの含有率の合計は、0.01~0.10%に設定されることが好ましい。
Snは、耐食性の向上に有効な元素である。しかし、Snが過剰に添加されると、熱間加工性および粘り強さが低下する。したがって、Snの含有率は0.001~0.500%に設定されることが好ましい。
Sbは、圧延時における変形帯生成の促進による加工性の向上に効果的である。一方、過剰にSbを含有するとその効果は飽和し、さらに加工性が低下する。そのため、Sbを含有する場合は、Sbの含有率は0.001~0.500%に設定されることが好ましく、0.200%以下に設定されることがより好ましい。
Pbは、快削性の向上に有効な元素である。Pbの含有率は0.01~0.10%に設定されることが好ましい。
Wは、高温強さの向上に有効な元素である。しかし、Wが過剰に添加されると、ステンレス鋼の原料コストが上昇する。したがって、Wの含有率は0.01~0.50%に設定されることが好ましい。
上述した成分以外の残部は、Feおよび不可避的不純物である。不可避的不純物とは、本明細書において、製造上不可避的に混入してくる不純物を意味する。不可避的不純物の含有率は、可能な限り低いことが好ましい。
図1は、本発明の一実施形態に係るステンレス鋼の製造方法の一例を示すフローチャートである。ステンレス鋼を製造するためには、まず、溶製工程S1で、上記の成分を含有するステンレス鋼を溶製して鋼スラブを作製する。溶製工程S1では、ステンレス鋼の一般的な溶製装置および溶製条件を使用することができる。
TA=35×(Cr+1.72Mo+2.09Si+4.86Nb+8.29V+1.77Ti+21.4Al+40B-7.14C-8.0N-3.24Ni-1.89Mn-0.51Cu)+310 ・・・(2)
ただし、前記式(2)において、各元素記号は、当該元素の質量%濃度を表している。
本発明の一実施形態において、ステンレス鋼からマルテンサイト相を除いた残部は、主にフェライト相で構成される。マルテンサイト面積比率が高い程、降伏伸びが減少し、ストレッチャーストレインが低減する。しかし、マルテンサイト面積比率が過剰に高いと、ステンレス鋼の延性が低下し、プレス成形が難しくなる。したがって、本実施形態におけるステンレス鋼のマルテンサイト面積比率は、1.0%以上かつ15.0%未満である。
・測定面:L断面(熱間圧延および冷間圧延の圧延方向に平行かつ圧延幅方向に垂直な平面で切断した断面)
・測定倍率:250~800倍
・測定面積:100μm~300μm角
・測定ピッチ(step size):0.3μm~0.8μm
そして、取得したEBSDパターンを、OIM解析ソフトによりIQ(Image Quality)画像化する。ここで、IQ画像は鮮明度を表す画像解析である。マルテンサイト相はフェライト相に比べて内部組織が複雑であり、鮮明度が低いので、IQ画像では暗く映る。一方、フェライト相は、マルテンサイト相に比べて内部組織が単純であり、鮮明度が高いので、IQ画像では明るく映る。IQ画像を二値化し、マルテンサイト相の面積をステンレス鋼全体の面積で除することにより、マルテンサイト面積比率を算出することができる。
ステンレス鋼の降伏伸びおよび破断伸びは、例えばJIS Z 2241に規定される引張試験により、測定することができる。このとき、引張試験片は、例えばJISZ2201においてJIS13Bとして規定される形状のものを使用することができる。本実施形態におけるステンレス鋼の降伏伸びは2.0%以下であり、かつ破断伸びは22.0%以上である。
本発明の一態様に係るフェライト系ステンレス鋼は、質量%で、C:0.12%以下、Si:1.0%以下、Mn:1.0%以下、Ni:1.0%以下、Cr:12.0~18.0%、N:0.10%以下、Al:0.50%以下で残部がFeおよび不可避的不純物からなり、圧延方向に平行かつ圧延幅方向に垂直な平面で切断した断面におけるマルテンサイト相の面積比率が1.0%以上かつ15.0%未満であり、前記フェライト系ステンレス鋼からマルテンサイト相を除いた残部は、主にフェライト相で構成され、降伏伸びが2.0%以下であり、かつ破断伸びが22.0%以上である。
(指標値)=420C-11.5Si+7Mn+23Ni-11.5Cr-12Mo+9Cu-49Ti-52Al+470N+189 ・・・(1)
前記式(1)において、各元素記号は、当該元素の質量%濃度を表している。
(指標値)=420C-11.5Si+7Mn+23Ni-11.5Cr-12Mo+9Cu-49Ti-52Al+470N+189 ・・・(2)
前記式(2)において、各元素記号は、当該元素の質量%濃度を表している、鋼スラブを熱間圧延して熱延鋼板を作製する熱間圧延工程と、前記熱間圧延工程の後の前記熱延鋼板を冷間圧延して冷延鋼板を作製する冷間圧延工程と、前記冷間圧延工程の後の前記冷延鋼板を焼鈍する焼鈍工程とを含み、前記焼鈍工程において、前記鋼スラブの下記式(3)で表されるTAについて、
TA=35×(Cr+1.72Mo+2.09Si+4.86Nb+8.29V+1.77Ti+21.4Al+40B-7.14C-8.0N-3.24Ni-1.89Mn-0.51Cu)+310 ・・・(3)
前記式(3)において、各元素記号は、当該元素の質量%濃度を表しており、前記鋼スラブの前記TAが921未満の場合には、最高焼鈍温度(℃)を0.65×TA+291以上かつ1.10×TA-48以下とし、前記鋼スラブの前記TAが921以上の場合には、最高焼鈍温度(℃)を、0.65×TA+291以上かつ1050℃以下とし、冷却速度を5.0℃/s以上として焼鈍する。
S2 熱間圧延工程
S3 軟質化工程
S4 冷間圧延工程
S5 焼鈍工程
Claims (9)
- フェライト系ステンレス冷延鋼板であって、
質量%で、C:0.12%以下、Si:1.0%以下、Mn:1.0%以下、Ni:1.0%以下、Cr:12.0~18.0%、N:0.10%以下、Al:0.50%以下、Mo:0.5%以下、Cu:1.0%以下、O:0.01%以下、V:0.15%以下、B:0.10%以下、Ti:0.50%以下、Nb:0.003~0.10%で残部がFeおよび不可避的不純物からなり、
圧延方向に平行かつ圧延幅方向に垂直な平面で切断した断面におけるマルテンサイト相の面積比率が1.0%以上かつ15.0%未満であり、前記フェライト系ステンレス冷延鋼板からマルテンサイト相を除いた残部は、フェライト相、ならびに、炭化物、窒化物、および前記不可避的不純物により生じる、析出物または介在物で構成され、
降伏伸びが2.0%以下であり、かつ破断伸びが22.0%以上である、フェライト系ステンレス冷延鋼板。 - 下記式(1)で表され、焼鈍によるオーステナイト相の最大生成量を表す下記指標値が15以上かつ50以下であり、
(指標値)=420C-11.5Si+7Mn+23Ni-11.5Cr-12Mo+9Cu-49Ti-52Al+470N+189 ・・・(1)
前記式(1)において、各元素記号は、当該元素の質量%濃度を表している、請求項1に記載のフェライト系ステンレス冷延鋼板。 - 質量%で、Co:0.01~0.50%、Zr:0.01~0.10%、Mg:0.0005~0.0030%、Ca:0.0003~0.0030%、Y:0.01~0.20%、Yを除く希土類金属:合計で0.01~0.10%、Sn:0.001~0.500%、Sb:0.001~0.500%、Pb:0.01~0.10%、W:0.01~0.50%のうちから選択される1種または2種以上を更に含有する、請求項1または2に記載のフェライト系ステンレス冷延鋼板。
- Cの含有率は、0.030%以上である、請求項1から3のいずれか1項に記載のフェライト系ステンレス冷延鋼板。
- 質量%で、C:0.12%以下、Si:1.0%以下、Mn:1.0%以下、Ni:1.0%以下、Cr:12.0~18.0%、N:0.10%以下、Al:0.50%以下で残部がFeおよび不可避的不純物からなる鋼スラブであって、
下記式(2)で表される指標値が15以上かつ50以下であり、
(指標値)=420C-11.5Si+7Mn+23Ni-11.5Cr-12Mo+9Cu-49Ti-52Al+470N+189 ・・・(2)
前記式(2)において、各元素記号は、当該元素の質量%濃度を表している、鋼スラブを熱間圧延して熱延鋼板を作製する熱間圧延工程と、
前記熱間圧延工程の後の前記熱延鋼板を冷間圧延して冷延鋼板を作製する冷間圧延工程と、
前記冷間圧延工程の後の前記冷延鋼板を焼鈍する焼鈍工程とを含み、
前記焼鈍工程において、
前記鋼スラブの下記式(3)で表されるTAについて、
TA=35×(Cr+1.72Mo+2.09Si+4.86Nb+8.29V+1.77Ti+21.4Al+40B-7.14C-8.0N-3.24Ni-1.89Mn-0.51Cu)+310 ・・・(3)
前記式(3)において、各元素記号は、当該元素の質量%濃度を表しており、
前記鋼スラブの前記TAが921未満の場合には、最高焼鈍温度(℃)を0.65×TA+291以上かつ1.10×TA-48以下とし、
前記鋼スラブの前記TAが921以上の場合には、最高焼鈍温度(℃)を、0.65×TA+291以上かつ1050℃以下とし、
冷却速度を5.0℃/s以上として焼鈍する、
圧延方向に平行かつ圧延幅方向に垂直な平面で切断した断面におけるマルテンサイト相の面積比率が1.0%以上かつ15.0%未満であり、降伏伸びが2.0%以下であり、かつ破断伸びが22.0%以上である、フェライト系ステンレス冷延鋼板の製造方法。 - 前記熱間圧延工程の後かつ前記冷間圧延工程の前の熱延鋼板を500℃以上かつ1100℃以下で熱処理して軟質化させる軟質化工程を更に含む、請求項5に記載のフェライト系ステンレス冷延鋼板の製造方法。
- 前記焼鈍工程における昇温速度が10℃/s以上である、請求項5または6に記載のフェライト系ステンレス冷延鋼板の製造方法。
- 前記焼鈍工程における最高焼鈍温度での均熱時間が5秒以上である、請求項5から7のいずれか1項に記載のフェライト系ステンレス冷延鋼板の製造方法。
- 前記焼鈍工程の後に調質圧延を行うことなく製造されている、請求項5から8のいずれか1項に記載のフェライト系ステンレス冷延鋼板の製造方法。
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