JP3939534B2 - ２相ステンレス鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、加工性に優れたフェライト相とオーステナイト相から成る２相ステンレス鋼板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
フェライト相とオーステナイト相から成る２相ステンレス鋼板は、耐食性に優れているとともに、高強度で耐疲労特性に優れていることから、化学プラントなど広範囲に使用されているが、延性がオーステナイト系ステンレス鋼に比べて低いため、プレス成形時に割れが発生する場合が有り、加工性の向上が要望されている。
【０００３】
２相ステンレス鋼は、フェライト相とオーステナイト相の比率が熱処理温度に依存して変化するため、その組織制御が重要である。従来技術の中で、特開平１１−５０１４３号公報には、熱間圧延の加熱時にフェライト単相域に加熱することで伸びが向上することが開示されている。
【０００４】
ところが、フェライト単相域に加熱するという従来技術は、加熱時に著しく鋼板が軟化し、製造が困難である他、冷却過程に析出するγ相比率が不安定になり、製品伸びが向上しない場合があった。よって、従来技術では加工性に優れた２相ステンレス鋼を提供することは困難であるのが実状であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、従来技術の問題点を解決するために、製造工程においては熱間圧延のスラブ加熱および熱延板焼鈍時のα、γ相比率を制御し、製品板の集合組織を制御することを基本的技術思想とし、加工性に優れたフェライト相とオーステナイト２相ステンレス鋼板を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明者らは２相ステンレス鋼板の伸び向上に関して、金属組織および集合組織学的見地から詳細な研究を行った。
【０００７】
本発明は、
（１）フェライト相とオーステナイト相からなる２相ステンレス鋼板において、板厚中心領域のフェライト相Ｘ線強度比｛１００｝／｛１１１｝が２以下であり、該２相ステンレス鋼板の化学成分が、質量％で、Ｃ≦０．０５％、Ｓｉ≦１．０％、Ｍｎ≦２．０％、Ｐ≦０．０３％、Ｓ≦０．０１％であり、Ｎｉ：５〜１０％、Ｃｒ：２０〜３０％、Ｎ：０．０５〜０．２０％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２相ステンレス鋼板。
（２）さらに２相ステンレス鋼板の化学成分が、Ｍｏ：１．０〜５．０％、Ｃｕ：０．５〜３．０％の１種または２種以上含有する（１）に記載の２相ステンレス鋼板。
（３）さらに２相ステンレス鋼板の化学成分が、Ａｌ：０．０５〜０．５％、Ｃａ：０．００１〜０．００５％、Ｍｇ：０．０００２〜０．００２％の１種または２種以上含有する（１）又は（２）に記載の２相ステンレス鋼板。
（４）さらに２相ステンレス鋼板の化学成分が、Ｖ：０．０１〜１．０％、Ｂ：０．０００５〜０．００５％、Ｔｉ：０．０１〜０．３％、Ｎｂ：０．０１〜０．３％の１種または２種以上含有する（１）〜（３）のいずれかに記載の２相ステンレス鋼板。
（５）２相ステンレス鋼スラブの加熱温度をフェライト相比率が７０％〜９５％となる温度に加熱して熱間圧延して熱延板とし、続いて前記熱延板をフェライト相比率が７０％〜９５％となる温度で熱延板焼鈍し、続いて冷間圧延し、続いて冷延板焼鈍を施すことによって板厚中心領域のフェライト相Ｘ線強度比｛１００｝／｛１１１｝を２以下にすることを特徴とする２相ステンレス鋼板の製造方法であって、該２相ステンレス鋼板の化学成分が、Ｃ≦０．０５％、Ｓｉ≦１．０％、Ｍｎ≦２．０％、Ｐ≦０．０３％、Ｓ≦０．０１％であり、Ｎｉ：５〜１０％、Ｃｒ：２０〜３０％、Ｎ：０．０５〜０．２０％、含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる２相ステンレス鋼板の製造方法。
（６）さらに２相ステンレス鋼板の化学成分が、Ｍｏ：１．０〜５．０％、Ｃｕ：０．５〜３．０％を１種または２種以上含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる（５）に記載の２相ステンレス鋼板の製造方法。
（７）さらに２相ステンレス鋼板の化学成分が、Ａｌ：０．０５〜０．５％、Ｃａ：０．００１〜０．００５％、Ｍｇ：０．０００２〜０．００２％を１種または２種以上含有する（５）又は（６）に記載の２相ステンレス鋼板の製造方法。
（８）さらに２相ステンレス鋼板の化学成分が、Ｖ：０．０１〜１．０％、Ｂ：０．０００５〜０．００５％、Ｔｉ：０．０１〜０．３％、Ｎｂ：０．０１〜０．３％を１種または２種以上含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる（５）〜（７）のいずれかに記載の２相ステンレス鋼板の製造方法。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の限定理由について説明する。
本発明では、製品板の集合組織において、板厚中心領域のＸ線積分強度比｛１００｝／｛１１１｝を２以下にすることで、伸びが向上することを見出した。２相ステンレス鋼板は、熱延時にフェライト相の圧延方位（｛１００｝＜０１１＞，｛１１１｝＜０１１＞など）が発達する。これらの圧延方位において、｛１００｝方位の結晶粒は著しく板厚方向にくびれやすいため、伸びを劣化させる。この結晶方位は熱延時に顕著に発達し、再結晶焼鈍によってもほとんど方位変化を示さないため、製品板まで残留し製品の伸び低下をもたらす。図１に１．５ｍｍ厚の製品板の板厚中心領域のＸ線積分強度比｛１００｝／｛１１１｝と伸びの関係を示す。これより、｛１００｝／｛１１１｝が２以下で伸びが２５％以上と良好になる。これは、上述した様に、板厚方向にくびれやすく、伸びの低い｛１００｝＜０１１＞方位結晶粒が低減することにより、鋼板全体の伸びが向上する。ここで、Ｘ線積分強度は、製品板の板厚中心領域について、Ｘ線反射強度を各結晶面について測定し、無方向性試料との強度比から算出したものである。また、伸びは、ＪＩＳＺ２２０１に規定された方法により、ＪＩＳ１３号Ｂ試験片を圧延方向に平行に採取して引張試験を実施して評価した。
【０００９】
２相ステンレス鋼は、フェライト相とオーステナイト相の２相の比率が熱処理温度によって変化する特徴を有する。本発明では、２相ステンレス鋼を熱間圧延する際のスラブ加熱時に、フェライト相比率を７０〜９５％にすることを特徴とする。図２にスラブ加熱時のフェライト相比率と製品の伸びの関係を示す。これより、フェライト相が７０％以上析出した場合に、伸びが２５％以上と良好になる。これは、フェライト相比率を７０％以上にすることにより、フェライト相が粗粒化し、その後の圧延時にフェライト相に歪みが導入されやすく、フェライト相の再結晶が促進するためである。フェライト相比率が７０％未満では、オーステナイト相が多く析出することによりフェライト相の再結晶が遅らされ、フェライト相の圧延方位（｛１００｝＜０１１＞，｛１１１｝＜０１１＞など）が発達する。また、スラブ加熱時にフェライト相が９５％以上になると著しく軟質化し、加熱炉内でスラブの変形が生じるため９５％を上限とした。望ましくは、スラブ加熱時のフェライト相比率は、７５〜８５％がよい。
【００１０】
ここにおいて、加熱時のフェライト相比率については、特定温度に加熱した鋼板を水冷又は空冷で冷却処理し、板厚中心領域部の組織を例えば蓚酸電解エッチングなどで現出させ、光学顕微鏡を介した画像解析により、フェライト相あるいはオーステナイト相の面積率を測定し、各相比率とした。下記熱延板焼鈍時のフェライト相比率についても同様である。
【００１１】
２ステンレス鋼の熱延板は、フェライト相とオーステナイト相の２相状態であるが、フェライト相は圧延集合組織が発達し、展伸した組織である。熱延板の段階で発達した圧延集合組織は、製品板の伸び低下をもたらす。よって、熱延板焼鈍以降の工程で再結晶を促進する必要があるが、これらの方位は著しく安定であるため、熱延板焼鈍時に低減することは困難である。本発明では、熱延板焼鈍時のフェライト相比率を７０〜９５％にすることにより、製品板の伸びが向上することを見出した。図３に熱延板焼鈍時のフェライト相比率と製品板の伸びの関係を示す。これより、フェライト相を７０％以上析出した場合に、伸びが２５％以上と良好になる。これは、フェライト相比率を７０％以上にすることにより、フェライト相が粗粒化するため、その後冷延した際にフェライト粒内に歪みが蓄積されやすく、冷延板焼鈍時に再結晶し難いフェライト相の圧延方位の再結晶が促されるためである。熱延板焼鈍時にフェライト相が９５％以上になると著しく軟質化し、加熱炉内で鋼板の変形が生じ、板破断などのトラブルが生じるため９５％を上限とした。望ましくは、熱延板焼鈍時のフェライト相比率は、７５〜８５％がよい。
【００１２】
以上説明した様に、本発明では、伸び２５％以上を得るためには、スラブ加熱温度および熱延板焼鈍温度をフェライト相比率が７０〜９５％になる温度とする。尚、上記鋼成分の場合、スラブ加熱温度は１１５０〜１３００℃、熱延板焼鈍温度を１１００〜１２５０℃とするのが好ましい。
【００１３】
本発明の鋼成分は、一般的な２相ステンレス鋼であればよいが、特に上記成分が好ましい。以下の鋼組成について説明する。
【００１４】
Ｃは、耐食性と加工性を劣化させ、製造性劣化させる元素であるが、過度の低減は精錬コストのアップにつながるとともにフェライト相とオーステナイト相の相バランス調整が困難になるため、０．０５％以下とした。望ましくは、０．０２％以下がよい。
【００１５】
Ｓｉは、耐酸化性を向上させ、脱酸材としても添加されるが、過度な添加は製造性を劣化させる金属間化合物の析出を促進して脆化をもたらすため１．０％以下とした。望ましくは、０．６％以下がよい。
【００１６】
Ｍｎは、脱酸元素として添加される場合が有るが、加工性や耐食性を劣化させる元素であるため、２．０％以下とした。望ましくは、０．８％以下がよい。
【００１７】
Ｐは、耐食性や加工性を劣化させるが、過度の低減は精錬コストのアップにつながるため、０．０３％以下がよい。望ましくは０．０２％以下がよい。
【００１８】
Ｓは、結晶粒界に偏析し熱間加工性を劣化させる他、耐食性の劣化させるため、０．０１％以下とした。望ましくは、０．００１％以下がよい。
【００１９】
Ｎｉは、耐酸化性を向上させる他、オーステナイト生成元素であり、５％以上必要があるが、１０％以上では相比率のコントロールが出来ない。よって、Ｎｉは５〜１０％がよく、望ましくは６〜８％がよい。
【００２０】
Ｃｒは、耐食性および耐高温酸化性の向上のために２０％以上の添加が必要であるが、３０％以上の添加により靱性の劣化が生じ、製造性が劣化する。従って、Ｃｒの範囲は２０〜３０％とした。更に、耐食性と加工性の確保という観点では２２〜２８％が望ましい。
【００２１】
Ｍｏは、耐食性を向上に寄与する元素であり、１．０％以上必要であるが５．０％を超えると原料コストのアップや製造性の劣化をもたらすため、１〜５％とした。望ましくは、２．０〜４．０％がよい。
【００２２】
Ｃｕは、耐食性の向上に寄与する元素であり、０．５％以上の添加が必要であるが、３．０％を超えて添加すると熱間加工性が劣化するため、３．０％以下とした。望ましくは、０．８〜２．０％以下がよい。
【００２３】
Ｎは、耐食性を向上させる元素であり、フェライト相率のコントロールから決定されるが、過度の添加は熱間加工性を劣化させるため、０．０５〜０．２０％とした。望ましくは、０．０８〜０．１２％がよい。
【００２４】
Ａｌは、脱酸元素であり、耐酸化性や加工性向上のために添加される場合があり、その効果は０．０５％以上で得られるが、０．５％超では窒化物析出により熱間延性が低下する。従って、Ａｌの範囲は０．０５〜０．５％とした。更に、製造性を考慮すると０．０７〜０．２％が望ましい。
【００２５】
Ｃａは、０．００１％以上の添加により、Ｓと結合して熱間延性を向上させるが、０．００５％超ではその効果が飽和するとともに、耐食性が劣化する。従って、０．００１〜０．００５％とした。更に、製造性やコストを考慮すると０．００２〜０．００４％が望ましい。
【００２６】
Ｍｇは、０．０００２％以上の添加により、脱酸元素として作用するが、０．００２％超では脱酸効果が飽和するため、０．０００２〜０．００２％とした。精錬コストや耐食性を考慮すると０．０００５〜０．００１％以下が望ましい。
【００２７】
Ｖは、０．０１％以上の添加により窒化物を生成し、加工性を向上させるが、１．０％超では熱間加工性の低下をもたらすために、０．０１〜１．０％とした。更に、製造性を考慮すると、０．１〜０．５％が望ましい。
【００２８】
Ｂは、オーステナイト／フェライト変態を促進し軟質化するため、熱間加工性を向上させる元素であり、０．０００５％以上の添加により効果が生じるが、０．００５％超の添加では逆に加工性や耐食性を劣化させるため、０．０００５〜０．００５％とした。更に、コストや耐食性を考慮すると、０．０００７〜０．００２％が望ましい。
【００２９】
Ｔｉは、０．０１％以上の添加により窒化物ＴｉＮや炭化物ＴｉＣを形成し、加工性を向上させるが、０．３％超では逆に延性が低下するため、０．０１〜０．３％とした。更に、製造コストや鋳造性などを考慮すると、０．０５〜０．１％以下が望ましい。
【００３０】
Ｎｂは、Ｔｉと同様に０．０１％以上の添加により窒化物ＮｂＮや炭化物ＮｂＣを形成し、加工性を向上させるが、０．３％超では逆に延性が低下するため、０．０１〜０．３％とした。更に、製造コストや鋳造性などを考慮すると、０．０５〜０．１％以下が望ましい。
【００３１】
【実施例】
表１〜表４示す成分組成の２相ステンレス鋼を溶製し、２５０ｍｍ厚のスラブに鋳造した。その後、スラブを熱間圧延して５．０ｍｍ厚熱延板とし、続いて熱延板を焼鈍し、続いて１．５ｍｍ板厚に冷間圧延し、冷延板を１０８０℃で焼鈍して板厚１．５ｍｍの製品板を得た。伸びは、ＪＩＳＺ２２０１に規定された方法により、ＪＩＳ１３号Ｂ試験片を圧延方向に平行に採取して引張試験を実施して評価した。
【００３２】
【表１】
【表２】
【表３】
【表４】
試験結果を表１〜表４に示すように、板厚中心領域のフェライト相Ｘ線強度比｛１００｝／｛１１１｝が２以下の２相ステンレス鋼板は伸びが２５％以上と良好である。
【００３７】
また、本発明による成分、スラブ加熱温度、熱延板焼鈍温度によって製造された２相ステンレス鋼板は従来材よりも伸びが向上している。よって、本発明により、加工性に優れた２相ステンレス鋼板の製造が可能である。
【００３８】
尚、本発明の効果は、冷間圧延−焼鈍を２回繰り返す２回冷延法においても有効である。また、研磨仕上げなどの各種表面仕上材に対しても有効である。
【００３９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば加工性特に伸びが高い２相ステンレス鋼板を特別な新規設備を必要とせずに提供することができる。そして、プレス成型時の割れなどが防止でき、加工時にも特別な手段を用いることなく良好なプレス成形性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】製品板の｛１００｝／｛１１１｝強度比と伸びの関係を示す図である。
【図２】スラブ加熱時のフェライト相比率と製品伸びの関係を示す図である。
【図３】熱延板焼鈍時のフェライト相比率と製品伸びの関係を示す図である。
Claims (8)
- フェライト相とオーステナイト相からなる２相ステンレス鋼板（以下単に２相ステンレス鋼板という）において、板厚中心領域のフェライト相Ｘ線強度比｛１００｝／｛１１１｝が２以下であり、
該２相ステンレス鋼板の化学成分が、
質量％で、
Ｃ≦０．０５％、
Ｓｉ≦１．０％、
Ｍｎ≦２．０％、
Ｐ≦０．０３％、
Ｓ≦０．０１％であり、
Ｎｉ：５〜１０％、
Ｃｒ：２０〜３０％、
Ｎ：０．０５〜０．２０％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２相ステンレス鋼板。 - さらに２相ステンレス鋼板の化学成分が、
Ｍｏ：１．０〜５．０％、
Ｃｕ：０．５〜３．０％の１種または２種以上含有することを特徴とする請求項１に記載の２相ステンレス鋼板。 - さらに２相ステンレス鋼板の化学成分が、
Ａｌ：０．０５〜０．５％、
Ｃａ：０．００１〜０．００５％、
Ｍｇ：０．０００２〜０．００２％の１種または２種以上含有することを特徴とする請求項１又は２に記載の２相ステンレス鋼板。 - さらに２相ステンレス鋼板の化学成分が、
Ｖ：０．０１〜１．０％、
Ｂ：０．０００５〜０．００５％、
Ｔｉ：０．０１〜０．３％、
Ｎｂ：０．０１〜０．３％の１種または２種以上含有することを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の２相ステンレス鋼板。 - ２相ステンレス鋼スラブの加熱温度をフェライト相比率が７０％〜９５％となる温度に加熱して熱間圧延して熱延板とし、続いて前記熱延板をフェライト相比率が７０％〜９５％となる温度で熱延板焼鈍し、続いて冷間圧延し、続いて冷延板焼鈍を施すことによって、板厚中心領域のフェライト相Ｘ線強度比｛１００｝／｛１１１｝を２以下にすることを特徴とする２相ステンレス鋼板の製造方法であって、
該２相ステンレス鋼板の化学成分が、
質量％にて、
Ｃ≦０．０５％、
Ｓｉ≦１．０％、
Ｍｎ≦２．０％、
Ｐ≦０．０３％、
Ｓ≦０．０１％であり、
Ｎｉ：５〜１０％、
Ｃｒ：２０〜３０％、
Ｎ：０．０５〜０．２０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる２相ステンレス鋼板の製造方法。 - さらに２相ステンレス鋼板の化学成分が、
Ｍｏ：１．０〜５．０％、
Ｃｕ：０．５〜３．０％を１種または２種以上含有することを特徴とする請求項５に記載の２相ステンレス鋼板の製造方法。 - さらに２相ステンレス鋼板の化学成分が、
Ａｌ：０．０５〜０．５％、
Ｃａ：０．００１〜０．００５％、
Ｍｇ：０．０００２〜０．００２％を１種または２種以上含有することを特徴とする請求項５又は６に記載の２相ステンレス鋼板の製造方法。 - さらに２相ステンレス鋼板の化学成分が、
Ｖ：０．０１〜１．０％、
Ｂ：０．０００５〜０．００５％、
Ｔｉ：０．０１〜０．３％、
Ｎｂ：０．０１〜０．３％を１種または２種以上含有することを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載の２相ステンレス鋼板の製造方法。
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