JP2006104498A

JP2006104498A - 加工性および低温靭性に優れた高純度フェライト系鋼板

Info

Publication number: JP2006104498A
Application number: JP2004289482A
Authority: JP
Inventors: Tomohisa Watanabe; 知久渡邉; Seiichi Isozaki; 誠一磯崎; Wakahiro Harada; 和加大原田; Hiroki Tomimura; 宏紀冨村
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 2004-10-01
Filing date: 2004-10-01
Publication date: 2006-04-20

Abstract

【目的】合金を添加することにより、加工性，低温靭性に優れた高純度フェライト系ステンレス鋼板を提供する。
【構成】Ｃ：０．００５質量％以下，Ｓｉ：１．０質量％以下，Ｍｎ：２．０質量％以下，Ｃｒ：１１．０〜３５．０質量％，Ｎ：０．００１５質量％以下，Ｂ：０．０１００質量％以下を含み、必要に応じてさらにＡｌ：０．５質量％以下，Ｔｉ：０．０５〜０．５０質量％，Ｎｂ：０．１０〜０．５０質量％，Ｎｉ：３．０箕量％以下，Ｍｏ：３．０質量％以下，Ｃｕ：２．０質量％以下の１種以上を含み、一軸引張で加工したときの破断伸びが３０％以上、ｒｍｉｎ値が１．３以上を有することを特徴とした加工性、低温靭性に優れた高純度フェライト系ステンレス鋼板。
【選択図】図１

Description

本発明は、加工性および靭性に優れた高純度フェライト系ステンレス鋼板に関する。

フェライト系ステンレス鋼は、オーステナイト系ステンレス鋼に比較して応力腐食割れの問題もなく、高価なＮｉも含まない安価な材料であることから、各種分野で使用されている。しかしながらフェライト系ステンレス鋼は加工性や低温靭性がオーステナイト系と比較して劣ることから、これらの特性を向上させる必要がある。
これらの特性を向上させる手段としては、従来ＮｂやＴｉを適量添加するとともに結晶粒径の粗大化を防止する方法が特開２００３−２０１５４７に開示されている。
特開２００３−２０１５４７

フェライト系ステンレス鋼は耐熱・耐食・加工用合金として広く用いられている。しかし耐食性向上を目的にＣｒ量を増加させると加工性や靭性が低下してしまう。そこでＣｒ量が増加しても加工性、靭性に優れたフェライト系ステンレス鋼が望まれる。
本発明は、この問題を解消すべく案出されたものであり、Ｂの添加、鋼中Ｃ，Ｎ量の低減によって厳しい腐食環境においても長期にわたって耐食性を保持でき、さらに加工性、低温靭性にも優れた高純度フェライト系ステンレス鋼板を提供することを目的とする。

本発明の加工性および低温靭性に優れた高純度フェライト系ステンレス鋼板は、その目的を達成するため、Ｃ：０．００５質量％以下，Ｓｉ：１．０質量％以下，Ｍｎ：２．０％以下，Ｃｒ：１１．０〜３５．０質量％，Ｎ：０．０１５質量％以下，Ｂ：０．０１００質量％以下を含み、破断伸びが３０％以上、ｒｍｉｎ値が１．３以上であることを特徴とする。
さらに必要に応じて、Ａｌ：０．５質量％以下，Ｔｉ：０．０５〜０．５０質量％，Ｎｂ：０．１０〜０．５０質量％，Ｎｉ：３．０質量％以下，Ｍｏ：３．０質量％以下，Ｃｕ：２．０質量％以下から選択される１種または２種以上を含むこともできる。

本発明に係る成分範囲のフェライト系ステンレス鋼とすることにより、十分な加工性と優れた低温靭性を有することができる。
そのため、自動車排ガス経路部材，自動車の燃料タンク，給油管等の加工性と低温靭性が要求される用途に通した材料が提供される。

本発明の加工性および低温靭性に優れた高純度フェライト系ステンレス鋼は、その目的を達成するため、その化学組成がＣ：０．００５質量％以下，Ｓｉ：１．０質量％以下，Ｍｎ：２．０％以下，Ｃｒ：１１．０〜３５．０質量％，Ｎ：０．０１５質量％以下，Ｂ：０．０１００質量％以下を含み、破断伸びが３０％以上、ｒｍｉｎ値が１．３以上であることを特徴とする。
さらに必要に応じて、Ａｌ：０．５質量％以下，Ｔｉ：Ｏ．０５〜０．５０質量％，Ｎ
ｂ：０．１０〜０．５０質量％，Ｎｉ：３．０質量％以下，Ｍｏ：３．０質量％以下，Ｃｕ：２．０質量％以下から選択される１種または２種以上を含むこともできる．

本発明のフェライト系ステンレス鋼は、Ｃ：０．００５質量％以下、Ｎ：０．０１５質量％以下とすることで優れた低温靭性を有し、さらにフェライト単相を保つ範囲でＢを添加することすることで十分な加工性を得ることを特徴とするものである。
以下に本発明をさらに詳細に説明する。

自動車の給油系部材等ヘフェライト系ステンレス鋼を用いる場合、伸び、圧縮などの複雑な塑性変形を伴った加工ができ、寒冷地などで使用する際の低温執性にも優れている必要がある。
そこで、本発明者等は加工性の向上を目的に結晶粒界を強化するＢの添加に着目した。また、低温靭性の向上を目的に炭化物、窒化物の生成を抑えるため鋼中のＣ，Ｎ量の低減に着目した。
評価の指標としては板厚収縮または幅方向に反った材料流入の指標としてランクフォード値（ｒ値）に着目し、複雑な塑性変形に伴った加工に耐えうるステンレス飼を調査した。ｒ値の中でも、特に重要な因子は圧延方向（Ｌ方向）、圧延方向に対し４５ｄｅｇ．方向（Ｄ方向）ならびに圧延に対し垂直方向（Ｔ方向）での、最小のｒ値ｒｍｉｎ値である。ｒ値の測定は、ＪＩＳ２２０１に規定される１３Ｂ号試験片を用い１５％の引張歪を与えた後、圧延方向（Ｌ方向）、圧延方向に対し４５ｄｅｇ．方向（Ｄ方向）ならびに圧延に対し垂直方向くＴ方向）でのｒ値を求めた。上記３方向で求めた値の中で最も低いｒ値をｒｍｉｎとした。ｒ値は板厚及び板幅を測定し、幅収縮率の自然対数値を板厚減少率の自然対数値で除した値として算出した。

種々検討した結果、Ｂを添加すると粒界が強化されて加工性が優れること、Ｃ，Ｎを低減すると炭化物、窒化物の生成が抑制されて靭性が優れることが明らかとなった。またそのときの機械的性質は、軸引張で加工したときの破断伸びが３０％以上、ｒｍｉｎ値が１．３以上であった。

次に本発明が対象とするフェライト系ステンレス鋼の合金成分、含有量等を説明する。
なお、各元素の含有量を示す「％」は、特に示さない限り「質量％」とする。
Ｃ：０．００５％以下
Ｃは、炭化物を形成し、それが最終焼鈍での再結晶フェライトのランダム化の再結晶核として働く。しかし、一定量以上の炭化物が生成すると鋼材の靭性の低下を招くため、０．００５％以下に制限する。

Ｓｉ：１．０％以下
Ｓｉは、脱酸材として添加され、特に耐酸化性向上、清浄度の向上に有効な元素である。
また、耐候性、耐食性向上にも有効な効果が認められるが、添加量が多すぎると固溶強化により伸びや靭性が低下するため、その上限を１．０％以下とした。

Ｍｎ：２．０％以下
Ｍｎは高温度でオーステナイトを生成させる元素であり、高温熱処理後の冷却によりマルテンサイトを生成させる元素である。製鋼工程において脱酸材として用いられるが、２．０％を超えて添加すると熟間加工性に有害であるため、その上限を２．０％とした。

Ｃｒ：１１．０〜３５．０％
Ｃｒは、本発明鋼の基本的な耐食性を決定する重要な元素である．この含有量の増加に伴い耐食性は向上するが、３５．０％を超えて添加すると素材の加工性、特に延性が低下し、加工部で割れが生じやすくなるためその上限を３５．０％とした。一方、１１％未満だと十分な耐食性、耐候性が得られないため、その下隈を１１．０％とした．

Ｎ：０．０１５％以下
Ｎは、窒化物を形成し、Ｃと同様にそれが最終焼鈍での再結晶フェライトの結晶方位ランダム化の再結晶核として働く。しかし一定量以上の窒化物が生成すると鋼材の靭性の低下を招くため、本発明では０．０１５％以下に制限する。
より好ましくは０．００５％以下に制限する。

Ｂ：０．０１００％以下
Ｂは結晶粒界を強化することによって加工性を改善する作用を持つ合金成分である・
この作用を発揮させるためには０．０００５％以上添加することが好ましい。しかし、過剰に添加するとＣｒ_２Ｂを形成し、耐食性の低下を招くので、上限は０．０１００％とする。

以下の元素は請求項の中では記載していないが、含有しても差し支えない。

Ｖ，Ｚｒ：０．３０％以下
Ｖは固溶Ｃを炭化物として析出させる効果による加工性向上、Ｚｒは鋼中の酸素を酸化物として捕らえることによる加工性や靭性向上の面から有効な元素である。しかしながら、多量に添加すると製造性が低下するので、添加する場合は、それぞれ０．３０％以下の範囲にすることが好ましい。
これら以外にも、Ｃａ，Ｍｇ，Ｃｏ，ＲＥＭなどは、溶製中に原料であるスクラップ中より含まれることがあるが、特に多量に含まれる場合を除き、製品の特性には影響しない。

表１に示す成分・組成をもつフェライト系ステンレス鋼を溶製し、熱間圧延，焼鈍，冷間圧延を経て板厚１．０ｍｍのステンレス冷延鋼板を作製した。表１の下線を付した成分は、特許請求の範囲と異なるものである。

材料の特性評価としてｒ値、破斬伸びはＪｌＳ２２０１に規定される１３Ｂ号試験片を用いて評価を行った。
ｒ値の測定は、試験片に１５％の引張歪を与えた後、圧延方向（Ｌ方向）、圧延方向に対し４５ｄｅｇ．方向（Ｄ方向）ならびに圧延に対し垂直方向くＴ方向）でのｒ値を求めた。上記３方向で求めた値の中で最も低いｒ値をｒｍｉｎとした。ｒ値は板厚及び板幅を測定し、幅収縮率の自然対数値を板厚減少率の自然対数値で除した値として算出した。
破断伸びは引張試験において試験片を破断させた後、突合せ伸びを測定して伸び率を算出した。また鋼の加工性は深絞り試験にて評価を行った。

深絞り試験に供した試験片には、初期ブランク径がφ７６ｍｍのものを用いた。これを絞り比が３．１まで３段階に分けてエリクセン試験機にて深絞り試験を行った。その後絞り加工品表面への割れの有無によって加工性を評価した。さらに鋼の靭性は板厚３．Ｏｍｍの熱延板を用いてシャルピー衝撃試験にて評価した。
シャルピー衝撃試験に供した試験片には、ＪＩＳＸ２２０２準拠の２ｍｍＶノッチシャルピー衝撃試験片を用いた。試験片の採取は圧延方向であるＬ方向とした。シャルピー衝撃試験は、ＪＩＳＢ７７２２に準拠する東京衡機製３００Ｊシャルピー試験機を用いてＪＩＳＺ２２４２に準じて行った。試験温度を−７５℃から２５℃の範囲で変化させ、ＤＢＴＴ（延性脆性遷移温度）を調査した。

表２にｒｍｉｎ値および破断伸び測定結果を示す。表中、本発明鋼は全てｒｍｉｎ値１．３以上、破断伸び３０％以上を満足していた。しかしＣ、Ｍｎ量が多い比較鋼ＦやＮ、Ｎｂ量が多い比較鋼Ｇ、またＣ、Ｓｉ、Ｃｒが多い比較鋼ＨおよびＳｉ、Ｎｉ、Ｎｂが多い比較鋼Iはｒｍｉｎ値が１．３より低かった。また、比較鋼の破断伸びの値は全て３０％以下であった。

表３に深絞り試験結果を示す。表中、Ｂを添加した本発明鋼Ａ〜Ｅは３段絞り加工によって絞り比が３．１まで絞っても表面への割れは確認されなかった。それに対し、Ｃ、Ｍｎ量が多い比較鋼ＦやＮ、Ｎｂ量が多い比較鋼は割れを生じた．また、Ｃ、Ｓｉ、Ｃｒが多い比較鋼Ｈも割れを生じた。さらにＳｉ、Ｎｉ、Ｎｂが多い比較鋼ｌも割れを生じた。

図１にシャルピー衝撃試験結果を示す。図中Ｃ、Ｍｎ量が多い比較鋼ＦやＮ、Ｎｂ量が多い比較鋼Ｇ、およぴＣ、Ｓｉ、Ｃｒともに多い比較鋼Ｈに対し、Ｃ、Ｎｉを低減した本発明鋼Ｅは低温靭性に優れた。以上の結果よりフェライト系ステンレス鋼中のＣ、Ｎ量の低減は靭性の改善に対して有効であることが判明した。

厳しい腐食環境においても長期にわたって耐食性を保持でき、さらに加工性、低温靭性にも優れた高純度フェライト系ステンレス鋼板を提供することを目的とする。

シャルピー衝撃試験結果である。

Claims

Ｃ：０．００５質量％以下，Ｓｉ：１．０質量％以下，Ｍｎ：２．０％以下，Ｃｒ：１１．０〜３５．０質量％，Ｎ：０．０１５質量％以下，Ｂ：０．０１００質量％以下，残部が実質的にＦｅの組成をもち、一軸引張で加工したときの破斬伸びが３０％以上、ｒｍｉｎ値が１．３以上を有することを特徴とする、加工性および低温靭性に優れた高純度フェライト系ステンレス鋼板。
さらにＡｌ：０．５質量％以下，Ｔｉ：０．０５〜０．５０質量％，Ｎｂ：０．１０〜０．５０質量％の１種あるいは２種以上を含むものである請求項１に記載の加工性および低温靭性に優れた高純度フェライト系ステンレス鋼板。
さらにＮｉ：３．０質量％以下，Ｍｏ：３．０質量％以下Ｃｕ：２．０質量％以下の１種以上を含むものである請求項１または２に記載の加工性および低温靭性に優れた高純度フェライト系ステンレス鋼板。