JPWO2020017123A1 - フェライト系ステンレス鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
「質量%で、C:0.030%以下、Si:2.00%以下、Mn:2.00%以下、P:0.050%以下、S:0.040%以下、Cr:10.00〜25.00%、N:0.030%以下、Ti:0.01〜0.50%、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有し、硬さが180HV以下、25℃におけるシャルピー衝撃値が20J/cm2以上に調整されている板厚5.0〜12.0mmのTi含有フェライト系ステンレス鋼熱延コイル。」
が開示されている。
ここで、せん断加工は、パンチとダイのような一対の工具を用いて、鋼板または鋼材のせん断分離面にせん断応力を主に生じさせ、これにより、鋼板または鋼材を、所定の寸法および形状に、切断または分離する加工方法である。
かようなせん断加工としては、一般的に、せん断機などによるせん断、プレス機などを用いた打ち抜きおよび穴開けなどが知られている。
また、せん断加工により形成される鋼板または鋼材のせん断分離面(せん断端面)は、図1に示すように、だれ、せん断面、破断面、ばりおよびかえりから構成されることが知られている。
また、上述したとおり、破断面は、平滑な表面と比較すると凹凸状に荒れているため、腐食が起こりやすく、耐食性が低下するおそれもある。さらに、せん断ままの鋼材をフランジ部品として締結して使用すると、繰り返し応力が付与されることで、破断面から亀裂が発生および進展し、割れが生じるおそれがある。加えて、せん断分離面(せん断端面)の切削や研削、研磨などにより、破断面を除去して平滑化すると、歩留まりの低下や、工程の追加による生産性の低下を招く。
なお、「せん断加工後のせん断分離面性状に優れる」とは、せん断加工を施した場合に形成されるせん断分離面において、次式により定義されるせん断面比率が45%以上であることを意味する。
せん断面比率(%)=[板厚方向のせん断面長さ(mm)]/([板厚方向のせん断面長さ(mm)]+[板厚方向の破断面長さ(mm)])×100
1)せん断加工後のせん断分離面性状の向上には、局所的に低変形能となる領域を極力小さくする、すなわち、変形能のバラツキの少ない均一な組織とすることが重要である。
2)ここで、変形能のバラツキは、粗大な析出物と微細な析出物が混在した組織や析出物が偏析した組織など種々の不均一な組織に起因するものと考えられるが、この変形能のバラツキは、板厚方向のビッカース硬度のバラツキと強く相関する。
3)すなわち、板厚方向のビッカース硬度のバラツキを小さくすれば、変形能のバラツキは低減され、特に、板厚方向のビッカース硬度の最大値と最小値との差をHv50以下に制御することによって、板厚が厚い場合であっても優れたせん断加工後のせん断分離面性状が得られる。
4)また、板厚方向のビッカース硬度の最大値と最小値との差を低減して、変形能のバラツキを小さくするには、成分組成および製造条件を適正に制御する、特に、熱間圧延条件を適正に制御することが重要となる。
本発明は、上記の知見に基づき、さらに検討を加えて完成されたものである。
1.質量%で、
C:0.001〜0.030%、
Si:0.10〜1.00%、
Mn:0.10〜1.00%、
P:0.050%以下、
S:0.010%以下、
Cr:10.0〜24.0%、
Ni:0.01〜1.00%、
Al:0.010〜0.100%、
N:0.001〜0.030%および
Ti:0.15〜0.40%、
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、
板厚が5.0mm以上であり、板厚方向のビッカース硬度の最大値と最小値との差がHv50以下である、フェライト系ステンレス鋼板。
Cu:0.01〜1.00%、
Mo:0.01〜1.50%および
Co:0.01〜0.50%
の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鋼板。
Nb:0.01〜0.50%、
V:0.01〜0.50%および
Zr:0.01〜0.50%
の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鋼板。
B:0.0003〜0.0050%、
Ca:0.0003〜0.0050%、
Mg:0.0005〜0.0050%、
REM:0.001〜0.050%、
Sn:0.01〜0.50%および
Sb:0.01〜0.50%
の1種または2種以上を含有する、前記1〜3のいずれかに記載のフェライト系ステンレス鋼板。
前記1〜4のいずれかに記載の成分組成を有する鋼素材に、複数段の圧延パスからなる熱間圧延を施して熱延鋼板とし、ついで、該熱延鋼板に熱延板焼鈍を施して熱延焼鈍鋼板とし、
上記熱間圧延では、
950〜1200℃の温度域において、
圧下率:15%〜50%で、かつ、該圧下率が、1つ前の圧延パスにおける圧下率との関係で下記式(1)を満足する圧延パスを、3回以上連続して行い、
その後、900℃以上の温度域において、
少なくとも1回、圧延パス間の時間を20〜100秒確保し、
また、熱間圧延終了出側温度を800〜900℃とし、
上記熱延板焼鈍では、
焼鈍温度を700〜1100℃とする、
フェライト系ステンレス鋼板の製造方法。
記
1.05≦r(n)/r(n−1)≦1.50 ・・・(1)
ここで、
r(n):当該圧延パス(n段目の圧延パス)における圧下率
r(n−1):1つ前の圧延パス(n−1段目の圧延パス)における圧下率
n:2以上、総圧延パス数以下の整数(当該圧延パスの段数)
である。
また、本発明のフェライト系ステンレス鋼板を用いて、せん断加工によりフランジやブラケットなどの自動車部品を製造する場合には、せん断分離面の切削や研削などによる平滑化を行わなくとも、せん断分離面における良好な外観や耐食性などが得られるので、歩留まりや生産性の面で極めて有利である。
まず、フェライト系ステンレス鋼板の成分組成について説明する。なお、フェライト系ステンレス鋼板の成分組成における元素の含有量の単位はいずれも「質量%」であるが、以下、特に断らない限り単に「%」で示す。
C:0.001〜0.030%
Cは過剰に含有されると、炭化物として、鋼中に不均一なサイズで不均一に局在して析出する。これにより、変形能のバラツキの大きい不均一な組織の形成を招き、ひいては、板厚方向のビッカース硬度の最大値と最小値との差が大きくなる。このため、C含有量は低い方が好ましく、C含有量は0.030%以下とする。C含有量は、好ましくは0.015%以下である。より好ましくは0.010%以下である。
しかし、過度のC含有量の低減は製鋼コストの増加を招く。よって、C含有量は0.001%以上とする。C含有量は、好ましくは0.005%以上である。
Siは、鋼溶製時に脱酸剤として作用する効果を有する元素である。この効果を得る観点から、Si含有量は0.10%以上とする。Si含有量は、好ましくは0.15%以上、より好ましくは0.20%以上である。
しかし、Si含有量が1.00%を超えると、鋼が過度に硬質化し、鋼の脆化の要因となる。よって、Si含有量は1.00%以下とする。Si含有量は、好ましくは0.50%以下、より好ましくは0.40%以下である。
Mnは、鋼中に固溶Mnとして存在し、熱間圧延時のフェライト粒の再結晶を遅延させることにより結晶粒の微細化に寄与して、均一な組織を得る効果を有する。その効果は、Mn含有量が0.10%以上で得られる。よって、Mn含有量は0.10%以上とする。Mn含有量は、好ましくは0.15%以上、より好ましくは0.20%以上である。
しかし、Mnが過剰に含有されると、MnSが多量に形成されて、MnSが、鋼中に不均一なサイズで不均一に局在して析出する。このような析出物は、再結晶の進行を阻害し、圧延方向に長い粗大展伸粒組織が板厚方向に不均一に存在することの要因となる。その結果、板厚方向のビッカース硬度の最大値と最小値との差が大きくなり、せん断加工後のせん断分離面性状を低下させる。また、過剰のMnは、耐食性にも悪影響を及ぼす。よって、Mn含有量は1.00%以下とする。Mn含有量は、好ましくは0.50%以下、より好ましくは0.40%以下である。
Pは、過剰に含有されると、粒界に偏析して靱性に悪影響を及ぼす。また、Pは、FeTiPなどを形成して、鋼中に不均一なサイズで不均一に局在して析出する。このため、Pの含有は、不均一な組織が形成される要因となり、結果として、板厚方向のビッカース硬度の最大値と最小値との差が大きくなり、せん断加工後のせん断分離面性状を低下させる。また、Pの含有は、耐食性にも悪影響を及ぼす。よって、P含有量は低い方が好ましく、P含有量は0.050%以下とする。P含有量は、好ましくは0.040%以下である。
なお、下限については特に限定されるものではないが、過度のP含有量の低減は製鋼コストの増加を招くため、P含有量の下限は0.010%とすることが好ましい。
Sは、過剰に含有されると、MnSを多量に形成し、鋼中に不均一なサイズで不均一に局在して析出する。このような析出物は、再結晶の進行を阻害し、圧延方向に長い粗大展伸粒組織が板厚方向に不均一に存在することの要因となる。その結果、板厚方向のビッカース硬度の最大値と最小値との差が大きくなり、せん断加工後のせん断分離面性状を低下させる。また、Sの含有は、耐食性にも悪影響を及ぼす。よって、S含有量は低い方が好ましく、S含有量は0.010%以下とする。S含有量は、好ましくは0.005%以下、より好ましくは0.004%以下である。
なお、下限については特に限定されるものではないが、過度のS含有量の低減は製鋼コストの増加を招くため、S含有量の下限は0.001%とすることが好ましい。
Crは、耐食性を向上させる効果を有する元素であり、フェライト系ステンレス鋼板では必須の元素である。この効果は、Cr含有量が10.0%以上で得られる。よって、Cr含有量は10.0%以上とする。Cr含有量は、好ましくは10.5%以上である。
しかし、Cr含有量が24.0%を超えると、鋼が過度に硬質化し、鋼の脆化の要因となる。よって、Cr含有量は24.0%以下とする。Cr含有量は、好ましくは18.0%以下、より好ましくは14.0%以下である。
Niは、耐食性および靱性を向上させる効果を有する元素である。この効果は、Ni含有量が0.01%以上で得られる。よって、Ni含有量は0.01%以上とする。Ni含有量は、好ましくは0.10%以上である。
しかし、Ni含有量が1.00%を超えると、伸びの低下を招く。よって、Ni含有量は1.00%以下とする。Ni含有量は、好ましくは0.90%以下である。より好ましくは0.60%以下である。
Alは、鋼の脱酸に寄与する効果を有する元素である。この効果は、Al含有量が0.010%以上で得られる。よって、Al含有量は0.010%以上とする。
しかし、Al含有量が0.100%を超えると、Alが、AlNなどのAl系析出物として、鋼中に不均一なサイズで不均一に局在して析出する。このような析出物は、鋼板内の硬度分布の不均一化を招く。また、このような析出物は、再結晶の進行を阻害し、圧延方向に長い粗大展伸粒組織が板厚方向に不均一に存在することの要因となる。その結果、板厚方向のビッカース硬度の最大値と最小値との差が大きくなり、せん断加工後のせん断分離面性状を低下させる。このため、Al含有量は0.100%以下とする。Al含有量は、好ましくは0.060%以下、より好ましくは0.050%以下である。
Nは、過剰に含有すると、窒化物として、鋼中に不均一なサイズで不均一に局在して析出する。これにより、変形能のバラツキの大きい不均一な組織の形成を招き、ひいては、板厚方向のビッカース硬度の最大値と最小値との差が大きくなる。このため、N含有量は低い方が好ましく、N含有量は0.030%以下とする。N含有量は、好ましくは0.020%以下である。より好ましくは0.010%以下である。
しかし、過度のN含有量の低減は製鋼コストの増加を招く。よって、N含有量は0.001%以上とする。N含有量は、好ましくは0.003%以上である。
Tiは、炭化物、窒化物、および、これらの複合化合物(以下、単に炭窒化物ともいう)を形成する元素であり、CやNを固定し、鋭敏化に起因する耐食性の低下を抑制する効果を有する。この効果は、Ti含有量が0.15%以上で得られる。よって、Ti含有量は0.15%以上とする。Ti含有量は、好ましくは0.20%以上である。
しかし、Ti含有量が0.40%を超えると、Tiが、炭窒化物として、鋼中に不均一なサイズで不均一に局在して析出する。このような析出物は、鋼板内の硬度分布の不均一化を招く。また、このような析出物は、再結晶の進行を阻害し、圧延方向に長い粗大展伸粒組織が板厚方向に不均一に存在することの要因となる。その結果、板厚方向のビッカース硬度の最大値と最小値との差が大きくなり、せん断加工後のせん断分離面性状を低下させる。よって、Ti含有量は0.40%以下とする。Ti含有量は、好ましくは0.35%以下、より好ましくは0.30%以下である。
Cu:0.01〜1.00%
Cuは、耐食性を向上させる効果を有する元素である。この効果を得る観点から、Cuを含有させる場合、その含有量は0.01%以上とすることが好ましい。Cu含有量は、より好ましくは0.10%以上、さらに好ましくは0.30%以上である。
しかし、Cuを過剰に含有させると、鋼の脆化を招くおそれがある。よって、Cu含有量は1.00%以下とすることが好ましい。Cu含有量は、好ましくは0.80%以下、より好ましくは0.50%以下である。
Moは、耐食性を向上させる効果を有する元素である。この効果を得る観点から、Moを含有させる場合、その含有量は0.01%以上とすることが好ましい。
しかし、Moを過剰に含有させると、鋼が硬質化して曲げ性が低下するおそれがある。よって、Mo含有量は1.50%以下とすることが好ましい。Mo含有量は、より好ましくは1.30%以下、さらに好ましくは0.80%以下である。
Coは、耐隙間腐食性を向上させる効果を有する元素である。この効果を得る観点から、Coを含有させる場合、その含有量は0.01%以上とすることが好ましい。Co含有量は、より好ましくは0.05%以上である。
しかし、Coを過剰に含有させると、鋼が硬質化して曲げ性が低下するおそれがある。よって、Co含有量は0.50%以下とすることが好ましい。Co含有量は、より好ましくは0.30%以下である。
Nbは、炭窒化物を形成する元素であり、熱間圧延時に炭窒化物として析出し、母相中の固溶Cおよび固溶Nを低減させ、加工性を向上させる効果がある。この効果を得る観点から、Nbを含有させる場合、その含有量は0.01%以上とすることが好ましい。
しかし、Nbを過剰に含有させると、Nbが、炭窒化物として、鋼中に不均一なサイズで不均一に局在して析出するようになる。このような析出物は、鋼板内の硬度分布の不均一化を招くおそれがある。また、このような析出物は、再結晶の進行を阻害し、圧延方向に長い粗大展伸粒組織が板厚方向に不均一に存在することの要因となる。その結果、板厚方向のビッカース硬度の最大値と最小値との差が大きくなり、せん断加工後のせん断分離面性状を低下させるおそれもある。よって、Nb含有量は0.50%以下とすることが好ましい。Nb含有量は、より好ましくは0.30%以下である。
Vは、炭窒化物を形成する元素であり、熱間圧延時に炭窒化物として析出し、母相中の固溶Cおよび固溶Nを低減させ、加工性を向上させる効果がある。この効果を得る観点から、Vを含有させる場合、その含有量は0.01%以上とすることが好ましい。
しかし、Vを過剰に含有させると、Vが、炭窒化物として、鋼中に不均一なサイズで不均一に局在して析出するようになる。このような析出物は、鋼板内の硬度分布の不均一化を招くおそれがある。また、このような析出物は、再結晶の進行を阻害し、圧延方向に長い粗大展伸粒組織が板厚方向に不均一に存在することの要因となる。その結果、板厚方向のビッカース硬度の最大値と最小値との差が大きくなり、せん断加工後のせん断分離面性状を低下させるおそれもある。よって、V含有量は0.50%以下とすることが好ましい。V含有量は、より好ましくは0.30%以下である。さらに好ましくは0.10%以下である。
Zrは、炭窒化物を形成する元素であり、熱間圧延時に炭窒化物として析出し、母相中の固溶Cおよび固溶Nを低減させ、加工性を向上させる効果がある。この効果を得る観点から、Zrを含有させる場合、その含有量は0.01%以上とすることが好ましい。
しかし、Zrを過剰に含有させると、Zrが、炭窒化物として、鋼中に不均一なサイズで不均一に局在して析出するようになる。このような析出物は、鋼板内の硬度分布の不均一化を招くおそれがある。また、このような析出物は、再結晶の進行を阻害し、圧延方向に長い粗大展伸粒組織が板厚方向に不均一に存在することの要因となる。その結果、板厚方向のビッカース硬度の最大値と最小値との差が大きくなり、せん断加工後のせん断分離面性状を低下させるおそれもある。よって、Zr含有量は0.50%以下とすることが好ましい。Zr含有量は、より好ましくは0.30%以下である。さらに好ましくは0.10%以下である。
Bは、低温二次加工脆化を防止するのに有効な元素である。この効果を得る観点から、Bを含有させる場合、その含有量は0.0003%以上とすることが好ましい。B含有量は、より好ましくは0.0005%以上である。
しかし、Bを過剰に含有させると、熱間加工性の低下を招くおそれがある。よって、B含有量は0.0050%以下とすることが好ましい。B含有量は、より好ましくは0.0020%以下である。
Caは、熱間加工性を向上させる効果を有する元素である。この効果を得る観点から、Caを含有させる場合、その含有量は0.0003%以上とすることが好ましい。Ca含有量は、より好ましくは0.0005%以上である。
しかし、Caを過剰に含有させると、鋼の靱性が低下して製造性が低下するおそれがある。また、CaSの析出により、耐食性が低下するおそれもある。よって、Ca含有量は0.0050%以下とすることが好ましい。Ca含有量は、より好ましくは0.0020%以下である。さらに好ましくは0.0015%以下である。
Mgは、溶鋼中でAlと同様に酸化物を形成し、脱酸剤として作用する効果を有する。この効果を得る観点から、Mgを含有させる場合、その含有量は0.0005%以上とすることが好ましい。
しかし、Mgを過剰に含有させると、鋼の靱性が低下して製造性が低下するおそれがある。よって、Mg含有量は0.0050%以下とすることが好ましい。Mg含有量は、より好ましくは0.0030%以下、さらに好ましくは0.0010%以下である。
REM(希土類金属:La、Ce、Ndなどの原子番号57〜71の元素)は、耐高温酸化性を向上させる効果を有する元素である。この効果を得る観点から、REMを含有させる場合、その含有量は0.001%以上とすることが好ましい。REM含有量は、より好ましくは0.005%以上である。
しかし、REMを過剰に含有させても、上記の効果は飽和する。また、熱間圧延の際に表面欠陥を生じさせ、製造性の低下を招くおそれもある。よって、REM含有量は0.050%以下とすることが好ましい。REM含有量は、より好ましくは0.030%以下である。
Sn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を有する元素である。この効果を得る観点から、Snを含有させる場合、その含有量は0.01%以上とすることが好ましい。Sn含有量は、より好ましくは0.03%以上である。
しかし、Snを過剰に含有させても、上記の効果は飽和する。また、加工性の低下を招くおそれがある。よって、Sn含有量は、0.50%以下とすることが好ましい。Sn含有量は、より好ましくは0.20%以下である。
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を有する元素である。この効果を得る観点から、Sbを含有させる場合、その含有量は0.01%以上とすることが好ましい。Sb含有量は、より好ましくは0.03%以上である。
しかし、Sbを過剰に含有させても、上記の効果は飽和する。また、加工性の低下を招くおそれがある。よって、Sb含有量は、0.50%以下とすることが好ましい。Sb含有量は、より好ましくは0.20%以下である。
上述したように、CやN、Mn、P、S、Al、N、Ti等の元素は、鋼中に析出物として全量または一部析出して存在するが、これらの元素が多量に含有されると、板厚方向のビッカース硬度のバラツキを招く。
すなわち、上記の元素が多量に含有されていると、溶鋼、スラブ鋳造凝固、スラブ再加熱および熱間圧延の各工程において、固溶、析出、析出物の粗大化、析出物の溶解、および再析出などを経ることによって、上記の元素が、析出物として、鋼中に不均一なサイズで不均一に局在して析出するようになる。このような析出物は、鋼板内の硬度分布の不均一化を招くおそれがある。また、このような析出物は、再結晶の進行を阻害し、圧延方向に長い粗大展伸粒組織が板厚方向に不均一に存在することの要因となる。
特に、熱延板焼鈍前の熱延鋼板において鋼中に存在する析出物は、熱延板焼鈍前の歪の量および歪の分布、ならびに、熱延板焼鈍の焼鈍温度などの製造条件との組み合わせにより、回復、再結晶および粒成長を遅延させる。このため、特に板厚の厚い鋼板では、均一な整粒組織を得ることが困難となり、組織の不均一に起因した変形能のバラツキ、ひいては、板厚方向のビッカース硬度のバラツキを招く。
なお、下限については特に限定されず、板厚方向のビッカース硬度の最大値と最小値との差は0であってもよい。
すなわち、せん断加工では、一般的に、ポンチの下降にともない、ポンチが鋼板に食い込み、大きなせん断歪を受けた光沢のあるきれいな部分であるせん断面が形成され、ついで、亀裂を生じて破断した凹凸状に荒れている部分である破断面が形成される。
ここで、板厚の厚い被加工材において板厚方向に局所的に変形能が低い箇所があると、通常はせん断面が形成されるような加工の初期において、せん断歪に起因してボイドやクラックが発生する。そして、このようなボイドやクラックが連結して亀裂となり、その後、複数の亀裂が会合して、より早期に被加工材が破断分離する。
その結果、せん断加工時のせん断分離面において、板厚方向における破断面の比率が高くなって、良好なせん断分離面性状が得られなくなる。
また、変形能は材料の延性と正の相関があり、延性は強度と相反する。このため、高強度化すると、変形能は低下する。一方、強度は硬度と正の相関を有するため、延性の低い部分、すなわち変形能が低い部分は、硬度が高くなる。したがって、変形能のバラツキは、ビッカース硬度のバラツキと強い正の相関を有するようになる。
以上のことから、変形能のバラツキ、ひいては、板厚方向のビッカース硬度のバラツキが、特に板厚の厚い鋼板におけるせん断分離面性状に大きく影響を与えることになる、と発明者らは考えている。
特に、板厚が5.0mm以上のいわゆる厚物の鋼板の場合、板厚の薄い鋼板と比較すると、圧延における合計の圧下率が低いので、加工度が低い。また、板厚が厚いと、鋼板表面から板厚中心までの板厚方向における熱加工履歴に違いが生じ易い、すなわち、板厚方向における圧延時の歪の付与、ならびに、回復および再結晶挙動の違いの影響が、板厚が薄い場合よりも顕著となる。
このため、かような板厚が5.0mm以上の厚物の鋼板では、板厚方向に均一微細な組織を確保することが困難であり、結果的に、変形能のバラツキが大きくなる傾向にある。
すなわち、熱間圧延では、
・まず、950〜1200℃の温度域において、圧下率:15%〜50%で、かつ、該圧下率が、1つ前の圧延パスにおける圧下率との関係で所定の条件を満足する圧延パスを、3回以上連続して行うことにより、歪を鋼板の板厚方向全体に効果的に付与し、再結晶、または、一部の再結晶を促進させて結晶粒を微細化する、
・ついで、900℃以上の温度域において、少なくとも1回、圧延パス間の時間を20〜100秒確保することにより、上記の連続圧延パスのロールバイト内で生じた板厚方向における不均一な歪分布を、回復および再結晶により解消し、板厚方向における歪分布を均一化する、
・ついで、熱間圧延終了出側温度を800〜900℃に設定する、
ことが重要である。
なお、試験力は0.09807N(10gf)、試験力の保持時間は10秒である。
フェライト系ステンレス鋼板の板厚は5.0mm以上とする。好ましくは7.0mm以上である。なお、板厚の上限については特に限定されるものではないが、通常、15.0mm程度である。
ここで、熱延焼鈍鋼板とは、熱間圧延後に得られた熱延鋼板に、熱延板焼鈍を施して得た鋼板であり、熱間圧延後に冷間圧延を行って得られる冷延鋼板や冷延鋼板にさらに冷延板焼鈍を施して得たいわゆる冷延焼鈍鋼板などは含まれない。なお、熱延焼鈍鋼板には、熱延焼鈍ままの鋼板の他に、熱延焼鈍ままの鋼板に酸洗を施して得た鋼板(熱延焼鈍酸洗鋼板)や熱延焼鈍板を研磨した鋼板なども含まれる。
この鋼素材を、1050〜1250℃で1〜24時間加熱するか、または加熱することなく鋳造まま直接、以下の条件の熱間圧延に供する。
最終製品となる鋼板において、変形能のバラツキを低減するには、まず、歪を鋼板の板厚方向全体に効果的に付与し、再結晶、または、一部の再結晶を促進させて結晶粒を微細化することが重要となる。
そのため、950〜1200℃の温度域において、圧下率:15%〜50%で、かつ、該圧下率が、1つ前の圧延パスにおける圧下率との関係で下記式(1)を満足する圧延パスを、3回以上連続して行うものとする。上記の条件を満足する連続圧延パス(以下、単に連続圧延パスともいう)回数は、好ましくは4回以上である。上限については特に限定されるものではないが、5回程度である。
記
1.05≦r(n)/r(n−1)≦1.50 ・・・(1)
ここで、
r(n):当該圧延パス(n段目の圧延パス)における圧下率
r(n−1):1つ前の圧延パス(n−1段目の圧延パス)における圧下率
n:2以上、総圧延パス数以下の整数(当該圧延パスの段数)
である。
すなわち、圧下率が15%に満たないと、加工度が小さいため、回復および再結晶が不十分となって、再結晶による結晶粒の均一微細化が困難となる。一方、圧下率が50%を超えると、圧延機に過大な負荷がかかることになり、装置破損、材料の反り、板厚変動などの形状不良の原因となる。
このため、当該圧延パスにおける圧下率を15%〜50%とした。好ましくは20〜35%である。
なお、ここでいう当該圧延パスにおける圧下率とは、([当該圧延パス開始時の被圧延材の板厚(mm)]−[当該圧延パス終了時の被圧延材の板厚(mm)])/[当該圧延パス開始時の被圧延材の板厚(mm)])×100として求めたものである。
すなわち、r(n)/r(n−1)が1.05に満たないと、圧延歪を鋼板の板厚方向全体に効果的に付与することが困難であり、再結晶による結晶粒の均一微細化が困難となる。
熱間圧延では、加熱炉から被圧延材を取り出した後の温度降下、特には、圧延中の温度降下により、後段側の圧延パスほど鋼板の変形抵抗が高くなる。よって、変形抵抗の高い被圧延材に、効果的に歪を導入するには、n−1段目の圧延パスの圧下率に対するn段目の圧延パスの圧下率の比の値を1.05以上として、後段側の圧延パスをより高い圧下率にする必要がある。
しかし、n−1段目の圧延パスの圧下率に対するn段目の圧延パスの圧下率の比の値が1.50を超えると、圧延機に過大な負荷がかかることになり、装置破損、材料の反り、板厚変動などの形状不良の原因となる。
このため、当該圧延パスにおいて、圧下率が、1つ前の圧延パスにおける圧下率との関係で上掲式(1)を満足することとした。好ましくはr(n)/r(n−1)が1.10以上、1.40以下である。
すなわち、連続圧延パス温度域が950℃より低いと、回復および再結晶が不十分となり、再結晶による結晶粒の均一微細化が困難となる。そのため、熱間圧延後に得られる熱延鋼板の組織が、粗大展伸粒組織となる。一方、連続圧延パス温度域が1200℃を超えると、再結晶および粒成長の過度の進行を招き、結晶粒が粗大粒化する。その結果、熱間圧延後に得られる熱延鋼板の組織を均一微細な組織とすることができず、やはり、粗大展伸粒組織となる。
このため、連続圧延パス温度域は950〜1200℃とした。好ましくは1000〜1150℃である。
2段目の圧延パス(n=2)では、r(n)/r(n−1)=1.29
3段目の圧延パス(n=3)では、r(n)/r(n−1)=1.06
4段目の圧延パス(n=4)では、r(n)/r(n−1)=1.05
5段目の圧延パス(n=5)では、r(n)/r(n−1)=1.10
6段目の圧延パス(n=6)では、r(n)/r(n−1)=0.91
となるので、2〜5段目の圧延パスにおいて、上掲式(1)を満足する圧延パスを4回連続して行ったことになる。
このように、上記の条件を満足する圧延パスを、3回以上連続して行えば、950〜1200℃の温度域で行う圧延パスに、上記の条件を満足しない圧延パスが含まれていてもよい。
なお、通常、総圧延パス数は10〜14程度であり、このうち、粗圧延の圧延パス数(総数)は5〜7程度であり、仕上げ圧延の圧延パス数(総数)は5〜7程度である。
上記の連続圧延パスを行ったのち、900℃以上の温度域において、少なくとも1回、圧延パス間の時間を20〜100秒確保することにより、上記の連続圧延パスの圧延加工中のロールバイト内で生じた板厚方向における不均一な歪分布を、回復および再結晶により解消し、板厚方向における歪分布を均一化することが必要である。
すなわち、上記の連続圧延パス後に得られる鋼板では、上記の連続圧延パスの圧延加工中のロールバイト内で板厚方向における不均一な歪分布が生じており、歪分布が板厚方向に完全には均一になっているとは言えない。すなわち、上記の連続圧延パス後に得られる鋼板では、歪量の多い領域と歪量の少ない領域とが混在している状態にある。
そのため、上記の連続圧延パスを行ったのち、900℃以上の温度域において、少なくとも1回、圧延パス間の時間を20〜100秒確保することにより、上記の連続圧延パスで生じた不均一な歪分布を、回復および再結晶により解消し、板厚方向における歪分布を均一化することが必要となる。
これにより、この後の圧延パスにおいても、鋼板の板厚方向により均一に歪みが導入され易くなり、最終的に、均一な歪分布を有する熱延鋼板が得られる。
このため、900℃以上の温度域において、少なくとも1回、圧延パス間の時間を20〜100秒確保することとする。圧延パス間の時間確保回数の上限については特に限定されるものではないが、2回程度である。
すなわち、圧延パス間の時間が20秒より短いと、上記した回復および再結晶が不十分となって、上記の連続圧延パスにより生じた板厚方向における不均一な歪分布を解消することができない。一方、圧延パス間の時間が100秒を超えると、生産性の低下を招く。
このため、圧延パス間の時間を20〜100秒とした。
また、熱延板焼鈍後に得られる鋼板において、板厚方向の硬度のバラツキを少なくするには、熱間圧延終了出側温度を適切に制御する必要がある。
ここで、熱間圧延終了出側温度が900℃を超えると、圧延時の被圧延材の強度(以下、高温強度ともいう)が過度に低下する、すなわち、圧延時の変形抵抗が過度に低下する。ここで、高温強度が低下して被圧延材が過度に軟質化すると、圧延ロールと接触する被圧延材の表面直下においてせん断変形が生じ易くなり、圧延時にせん断歪が被圧延材の板厚方向の表層部(表面近傍)に多く導入されて、板厚中心部では歪の導入が少なくなる。その結果、板厚方向に不均一な歪分布が生じることになる。また、高温で圧延が終了するため、全圧延パス終了後に、短時間で再結晶や粒成長が過度に進行するおそれがある。そのため、結晶粒の粗大かつ不均一な混粒組織が形成され、硬度のバラツキが生じる。
この点、熱間圧延終了出側温度を900℃以下にすると、圧延材の表面直下におけるせん断変形が生じ難くなり、板厚方向に均一に歪を蓄積することが可能となって、熱間圧延の次工程となる熱延板焼鈍後に均一な再結晶組織が得られるようになる。
しかし、熱間圧延終了出側温度が800℃未満になると、圧延荷重が著しく上昇するため製造上好ましくない。また、鋼板表面に肌荒れが発生して、表面品質が低下する場合がある。
そのため、熱間圧延終了出側温度は800〜900℃の範囲とする。好ましくは、熱間圧延終了出側温度は820〜900℃の範囲である。より好ましくは、熱間圧延終了出側温度は820〜880℃の範囲である。
例えば、上記した連続圧延パス以外の圧延パスにおける1回あたりの圧下率は、粗圧延における圧延パスでは5〜30%、仕上げ圧延における圧延パスでは10〜40%とすればよい。
また、熱間圧延における総圧下率は、80〜98%とすることが好ましい。
さらに、熱間圧延後の冷却条件についても特に限定されず、例えば、熱延鋼板を、水冷、汽水冷却または放冷し、ついで、巻取を行う。なお、巻取温度についても特に限定されないが、巻取温度を450℃超500℃未満とした場合、475℃脆化に起因した脆化が生じるおそれがある。そのため、巻取温度は450℃以下、または、500℃以上750℃以下とすることが好ましい。
上記の熱間圧延により得られた熱延鋼板に熱延板焼鈍を施して熱延焼鈍鋼板とする。熱延板焼鈍では、熱間圧延時に形成された均一な圧延加工組織を十分に再結晶させ、板厚方向における硬度のバラツキを低減する。そのためには、熱延板焼鈍温度を700〜1100℃の範囲とする必要がある。
ここで、熱延板焼鈍温度が700℃未満になると、再結晶が不十分となり、回復した展伸粒、再結晶粒、粒成長した再結晶粒などが混在した不均一な混粒組織となり、所定の板厚方向のビッカース硬度の最大値と最小値との差とすることが困難となる。
一方、熱延板焼鈍温度が1100℃を超えると、再結晶粒が過度に成長し、著しく粗大な結晶粒組織となって、靱性が低下する。また、析出物の再溶解量および再析出量が増加し、これらの析出物が、鋼中に不均一なサイズで不均一に局在して析出し、板厚方向の硬度のバラツキを招くおそれがある。
そのため、熱延板焼鈍温度は700〜1100℃の範囲とする。好ましくは、熱延板焼鈍温度は750〜1000℃の範囲である。
また、上記の熱延焼鈍鋼板に、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。
なお、表2中の「連続圧延パス回数」は、950〜1200℃の温度域において、圧下率:15%〜50%で、かつ、該圧下率が、1つ前の圧延パスにおける圧下率との関係で上掲式(1)を満足する圧延パスを、連続して行った回数である。
また、表2中の「連続圧延パス温度域」は、上記した連続圧延パス回数に含まれる、圧延パスの温度範囲である。
さらに、表2に示す以外のパス間時間は、いずれも15秒以下とした。
加えて、No.1、2、4、5、8〜13、15、16、19〜22、24〜26の熱間圧延における総圧延パス数は14、
No.3、7の熱間圧延における総圧延パス数は11、
No.6、14、17、18の熱間圧延における総圧延パス数は13、
No.23の熱間圧延における総圧延パス数は10である。
ついで、上記のようにして得た熱延鋼板に、表2に示す条件で熱延板焼鈍を施し、表3に示す板厚の熱延焼鈍鋼板を得た。
すなわち、上記の熱延焼鈍鋼板から板厚×幅35mm(圧延方向に平行)×長さ140mm(圧延方向に直角)の試験片を採取し、当該試験片に、株式会社アマダ製の油圧剪断機:H−1213を用いて、せん断分離面が圧延方向に平行な断面(L断面)となるように、せん断加工を施して、上記の試験片を板厚×幅35mm(圧延方向に平行)×長さ70mm(圧延方向に直角)の試験片に2分割した。
また、せん断加工におけるクリアランスは、試験片の板厚に応じて変化させた。
すなわち、
板厚:5.0〜6.0mmの場合のクリアランスは0.8mm、
板厚:6.0mm超〜7.5mmの場合のクリアランスは1.0mm、
板厚:7.5mm超〜8.5mmの場合のクリアランスは1.2mm、
板厚:8.5mm超〜10.0mmの場合のクリアランスは1.4mm、
板厚:10.0mm超〜11.5mmの場合のクリアランスは1.6mm、
板厚:11.5mm超〜15.0mmの場合のクリアランスは2.0mm
とした。
ついで、この切り出した試験片を、マイクロカッターで半分割して、板厚×幅17.5mm(圧延方向に平行)×長さ20mm(圧延方向に直角)の試験片(幅17.5mmの一辺がせん断分離面となっている)の試験片とし、この試験片を用いて、せん断分離面の観察を行った。
せん断分離面の観察は、観察面が圧延方向と直角の断面(C断面)となるように(換言すれば、図1のようにせん断分離面を端部とする断面を圧延方向から観察するために)試験片を樹脂埋め、研磨し、エッチングなしで、光学顕微鏡により、せん断分離面を端部とする断面を倍率:25倍で観察し、板厚方向におけるせん断面長さおよび破断面長さの測定を行った。
なお、上記の測定では、圧延方向からせん断分離面を端部とする断面を観察し、
図1に示すように、
だれを、せん断加工時の工具の食込みの際に圧下されて、被加工材の表面が湾曲している領域と、
せん断面を、せん断分離面(断面の端部)が板厚方向に略平行となる領域と、
破断面を、せん断面の下方で、かつ、せん断分離面(断面の端部)が、せん断面を通る板厚方向に略平行な直線から外れて、被加工材側(圧延方向に直角な方向)に湾曲した領域と、
かえりを、板厚方向に下向きに突出した鋭利な形状の領域と、
それぞれ判断し、だれおよびかえり除いて、板厚方向におけるせん断面長さおよび破断面長さを測定した。
そして、次式によりせん断面比率を求め、以下の評価基準により、せん断加工後のせん断分離面性状を評価した。評価結果を表3に併記する。
せん断面比率(%)=[板厚方向のせん断面長さ(mm)]/([板厚方向のせん断面長さ(mm)]+[板厚方向の破断面長さ(mm)])×100
・評価基準
合格(○):せん断面比率が45%以上
不合格(×):せん断面比率が45%未満
一方、比較例ではいずれも、十分なせん断加工後のせん断分離面性状が得られなかった。
Claims (5)
- 質量%で、
C:0.001〜0.030%、
Si:0.10〜1.00%、
Mn:0.10〜1.00%、
P:0.050%以下、
S:0.010%以下、
Cr:10.0〜24.0%、
Ni:0.01〜1.00%、
Al:0.010〜0.100%、
N:0.001〜0.030%および
Ti:0.15〜0.40%、
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、
板厚が5.0mm以上であり、板厚方向のビッカース硬度の最大値と最小値との差がHv50以下である、フェライト系ステンレス鋼板。 - 前記成分組成が、さらに、質量%で、
Cu:0.01〜1.00%、
Mo:0.01〜1.50%および
Co:0.01〜0.50%
の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鋼板。 - 前記成分組成が、さらに、質量%で、
Nb:0.01〜0.50%、
V:0.01〜0.50%および
Zr:0.01〜0.50%
の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鋼板。 - 前記成分組成が、さらに、質量%で、
B:0.0003〜0.0050%、
Ca:0.0003〜0.0050%、
Mg:0.0005〜0.0050%、
REM:0.001〜0.050%、
Sn:0.01〜0.50%および
Sb:0.01〜0.50%
の1種または2種以上を含有する、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鋼板。 - 請求項1〜4のいずれかに記載のフェライト系ステンレス鋼板の製造方法であって、
請求項1〜4のいずれかに記載の成分組成を有する鋼素材に、複数段の圧延パスからなる熱間圧延を施して熱延鋼板とし、ついで、該熱延鋼板に熱延板焼鈍を施して熱延焼鈍鋼板とし、
上記熱間圧延では、
950〜1200℃の温度域において、
圧下率:15%〜50%で、かつ、該圧下率が、1つ前の圧延パスにおける圧下率との関係で下記式(1)を満足する圧延パスを、3回以上連続して行い、
その後、900℃以上の温度域において、
少なくとも1回、圧延パス間の時間を20〜100秒確保し、
また、熱間圧延終了出側温度を800〜900℃とし、
上記熱延板焼鈍では、
焼鈍温度を700〜1100℃とする、
フェライト系ステンレス鋼板の製造方法。
記
1.05≦r(n)/r(n−1)≦1.50 ・・・(1)
ここで、
r(n):当該圧延パス(n段目の圧延パス)における圧下率
r(n−1):1つ前の圧延パス(n−1段目の圧延パス)における圧下率
n:2以上、総圧延パス数以下の整数(当該圧延パスの段数)
である。
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