JP4494653B2

JP4494653B2 - フェライト系ステンレス鋼板の製造方法

Info

Publication number: JP4494653B2
Application number: JP2001006484A
Authority: JP
Inventors: 壮郎冨田
Original assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 2001-01-15
Filing date: 2001-01-15
Publication date: 2010-06-30
Anticipated expiration: 2021-01-15
Also published as: JP2002212644A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車の排気系部材などに好適に用いられるフェライト系ステンレス鋼板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フェライト系ステンレス鋼板は、耐応力腐食割れ性などに優れた材料であり、その特性を生かして各種厨房器具および自動車部品などの分野で幅広く使用されている。フェライト系ステンレス冷間圧延鋼板は、通常、スラブを１２００℃を超える温度で加熱した後、８５０℃未満の仕上温度で熱間圧延し、９００℃以上の温度で短時間の熱延板焼鈍を行い、冷間圧延を経て１０００〜１０７０℃で仕上焼鈍を行うことによって製造されている。このようにして製造されるフェライト系ステンレス鋼板には、オーステナイト系ステンレス鋼板に比べるとプレス加工性が劣り、かつプレス加工の際にリジングと呼ばれるしわが発生しやすいという問題がある。この問題を解消するため、多数の先行技術が開示されている。
【０００３】
特開昭５４−７９１１７には、フェライト単相ステンレス鋼のスラブを熱延し、熱延直後に急冷し、４００℃以下で巻取り、この熱延板を９００℃以上に急速加熱して０〜５分の均熱後、冷却し、冷間圧延、再結晶焼鈍を行うリジングを発生しないフェライト系ステンレス鋼板の製造方法が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記先行技術には、リジングの発生は抑制できるものの、加工の厳しい用途では加工時に加工割れが発生しやすいという問題がある。たとえば、自動車の排気系部材の加工過程で頻繁に行われる張出し加工および孔拡げ加工時に板厚減少率が大きくなって加工割れが発生しやすいという問題がある。本発明者らは、この加工割れの発生原因について種々検討を重ねた結果、再結晶焼鈍後の結晶粒度が大きいこと、および日本工業規格（以降、ＪＩＳと略称する）Ｚ２２５４に規定されるｒ値の面内異方性Δｒが大きいことが関連していることを見出した。
【０００５】
本発明は、このような知見に基づいて成されたものであり、本発明の目的は、加工の厳しい用途においても加工割れを防止することが可能であり、結晶粒度およびｒ値の面内異方性Δｒが小さいフェライト系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】
本発明は、重量％で、Ｃ：０．０３％以下、Ｓｉ：１．５％以下、Ｍｎ：１．５％以下、Ｃｒ：１１〜１６％、Ｎｂ：１．０％以下を含み、残部がＦｅおよび不可避不純物から成る鋼のスラブを１１００〜１２００℃に加熱し、仕上温度：８５０〜９５０℃で熱間圧延を行い、熱間圧延後、水冷して巻取り、さらに脱スケール処理、冷間圧延を経て９８０〜１０５０℃で仕上焼鈍を行うことを特徴とするフェライト系ステンレス鋼板の製造方法である。
【０００７】
本発明に従えば、従来よりもスラブ加熱温度が低温に設定され、熱間圧延の仕上温度が高温に設定され、かつ熱間圧延後の冷却が水冷によって行われるので、後述の図２および図３に示すようにｒ値の面内異方性Δｒを小さくすることが可能となる。また従来行われていた熱間圧延後の熱延板焼鈍が省略されるので、熱間圧延時の加工歪が残存した状態で冷間圧延が行われる。これによって、冷間圧延時の加工歪に熱間圧延時の加工歪が加わるので、再結晶の核となる変形帯の生成量を増大することができる。したがって、冷間圧延後の仕上焼鈍時に再結晶の核の数が増大し、再結晶粒が細粒となる。さらに、仕上焼鈍温度が従来よりも低温に設定されるので、再結晶の粒成長が抑制され、結晶粒度が小さい冷間圧延鋼板を製造することができる。したがって、張出し加工および孔拡げ加工などにおける板厚減少率が小さくなり、加工割れの発生を防止することが可能となる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明のフェライト系ステンレス冷間圧延鋼板は、自動車の排気系部材などに用いられる。自動車の排気系部材には、複雑な形状に加工するための優れた加工性、高温の排気ガスとの接触に耐えるための優れた耐酸化性および高い高温強度などの特性が要求される。本発明者らの調査によれば、フェライト系ステンレス冷間圧延鋼板が充分な加工性を備えるには、結晶粒度がＪＩＳＧ０５５２に規定される粒度番号７．０以上の細粒であり、かつＪＩＳＺ２２５４に規定されるｒ値の面内異方性Δｒが０．５以下であることが必要である。換言すれば、このような結晶粒度およびｒ値の面内異方性Δｒを有していないフェライト系ステンレス冷間圧延鋼板は、張出し加工および孔拡げ加工時の板厚減少率が大きく、加工割れが発生しやすいので、張出し加工および孔拡げ加工などが頻繁に行われる自動車の排気系部材に適用できない。ｒ値の面内異方性Δｒの定義については後述する。
【０００９】
図１は、本発明の実施の一形態であるフェライト系ステンレス冷間圧延鋼板の製造工程を簡略化して示す図である。ステップｓ１の製鋼工程では、電気炉で溶解されたフェライト系ステンレス溶銑が転炉で粗精練され、真空脱ガス設備で仕上精練され、予め定める成分を有するフェライト系ステンレス溶鋼が溶製される。フェライト系ステンレス鋼は、重量％で、Ｃ：０．０３％以下、Ｓｉ：１．５％以下、Ｍｎ：１．５％以下、Ｃｒ：１１〜１６％、Ｎｂ：１．０％以下を含み、残部がＦｅおよび不可避不純物から成る。この成分限定理由については後述する。
【００１０】
ステップｓ２では、連続鋳造が行われ、スラブが鋳造される。ステップｓ３では、スラブの疵取りが研削といしによって行われる。ステップｓ４では、スラブの熱間圧延が行われる。この熱間圧延工程では、スラブが加熱炉で加熱された後、粗圧延機で粗圧延され、さらにタンデム式熱間圧延機で仕上圧延される。熱間圧延工程における製造条件は、スラブの加熱温度：１１００〜１２００℃、仕上圧延の仕上温度：８５０〜９５０℃、仕上圧延後の冷却：水冷に設定される。
【００１１】
スラブの加熱温度の下限値が１１００℃に限定されるのは、下限値未満の加熱温度では、仕上圧延における仕上温度の下限値を確保することが困難であるからであり、さらにスラブの熱間変形抵抗が高くなり、熱間圧延の所要動力が増大するからである。仕上圧延における仕上温度の上限値が９５０℃に限定されるのは、上限値を超える仕上温度を確保することが前記スラブの加熱温度の下では実質上困難であるからである。スラブ加熱温度の上限値、仕上温度の下限値および仕上圧延後の冷却条件の限定理由については後述する。
【００１２】
ステップｓ５では、熱間圧延鋼板の脱スケール処理が焼鈍酸洗設備で行われる。注目すべきは、焼鈍酸洗設備のカテナリ形連続焼鈍炉が消火され、中性塩電解処理および硝弗酸溶液浸漬処理による脱スケール処理のみが行われる点である。通常実施される熱間圧延後の熱延板焼鈍が行われないので、熱間圧延時の加工歪が残存した状態で後続する冷間圧延が行われる。ステップｓ６では、冷間圧延がセンジミアミルによって行われる。冷間圧延の圧下率は、４０％以上に設定することが好ましい。これによって、熱間圧延時の加工歪に冷間圧延時の加工歪が加わるので、冷間圧延鋼板中に転位を充分に導入することが可能になり、後続する仕上焼鈍時における再結晶の核となる変形帯の生成量を増大させることができる。
【００１３】
ステップｓ７では、仕上焼鈍が焼鈍酸洗設備で行われる。仕上焼鈍条件は、均熱温度：９８０〜１０５０℃、均熱時間：０〜３分に選ばれる。均熱温度の下限値が９８０℃に限定されるのは、下限値未満の均熱温度では、冷間圧延鋼板の再結晶が充分に生じないからである。均熱温度および均熱時間の上限値が従来よりも低温の１０５０℃および３分に限定されるのは、上限値を超える均熱温度および均熱時間では、再結晶粒が粒成長して結晶粒度を粒度番号７．０以上の細粒に止めることが困難になるからである。この工程では、仕上焼鈍が変形帯の生成量の多い状態で、すなわち再結晶の核が多数形成されやすい状態で従来よりも低温で行われるので、細粒の再結晶粒が多数生成するとともに、再結晶粒の粒成長が抑制される。したがって、粒度番号が７．０以上の細粒のフェライト系ステンレス冷間圧延鋼板を製造することができる。仕上焼鈍後、引続いて脱スケール処理が行われる。
【００１４】
次にフェライト系ステンレス鋼の成分限定理由を説明する。Ｃは、鋼を強化する元素である。Ｃ含有量が０．０３％以下に限定されるのは、上限値を超えるＣ％では、張出し加工性および孔拡げ加工性が低下するからであり、さらにマルテンサイト相などの好ましくない組織が出現しやすくなるからである。望ましいＣの上限値は、０．０２％である。Ｃの下限値は、脱炭精錬時間の過度な増加を回避するため、０．００１％に限定することが好ましい。
【００１５】
Ｓｉは、耐酸化性を向上させる元素である。Ｓｉ含有量が１．５％以下に限定されるのは、上限値を超えるＳｉ％では、靭性が低下するからである。Ｓｉは、耐酸化性向上元素として、かつ脱酸剤として０．０５％以上含まれることが好ましい。Ｍｎは、Ｓｉと同様に耐酸化性を向上させる元素である。Ｍｎ含有量が１．５％以下に限定されるのは、上限値を超えるＭｎ％では、加工性が低下するからである。Ｍｎは、耐酸化性向上元素として、かつ脱酸剤として０．１０％以上含まれることが好ましい。
【００１６】
Ｃｒは、ステンレス鋼の耐食性を担う元素である。Ｃｒ含有量が１１〜１６％に限定されるのは、下限値未満のＣｒ％では、充分な耐食性を確保することができないからであり、上限値を超えるＣｒ％では加工性が低下するからである。Ｎｂは、高温強度を向上させる元素である。Ｎｂ含有量が１．０％以下に限定されるのは、上限値を超えるＮｂ％では、靭性が低下するからである。Ｎｂは、高温強度向上元素として、０．２％以上含まれることが好ましい。
【００１７】
次にスラブの加熱温度の上限値、熱間圧延の仕上温度の下限値および仕上圧延後の冷却条件の限定理由について説明する。図２は熱間圧延におけるスラブの加熱温度および仕上圧延の仕上温度と、仕上焼鈍後の冷間圧延鋼板におけるｒ値の面内異方性Δｒとの関係を示すグラフであり、図３は熱間圧延における仕上圧延後の冷却条件と、仕上焼鈍後の冷間圧延鋼板におけるｒ値の面内異方性Δｒとの関係を示すグラフである。図２および図３の冷間圧延鋼板は、前記成分範囲を満たす成分を有し、その板厚は２．０ｍｍである。
【００１８】
ｒ値の面内異方性Δｒは次のようにして算出される。ｒ値は、ランクフォード値と呼ばれる塑性歪比であり、薄鋼板のプレス成形性に関連する特性値として用いられる。ｒ値は、ＪＩＳＺ２２５４に規定されているように、板状引張り試験片を一様変形させたときの幅方向真歪εｗと板厚方向真歪εｔとの比で表される。引張り試験片の幅、厚さおよび標点距離をそれぞれＷＯ，ｔＯおよびｄＯとし、引張り試験片にε％の伸びを与えた後の引張り試験片の幅、厚さおよび標点間の長さをＷ，ｔ，ｄとすると、ｒ値は（１）式によって求められる。伸びεは、通常１５％または２０％である。
ｒ＝εｗ／εｔ＝ｌｎ（ＷＯ／Ｗ）÷ｌｎ（ｔＯ／ｔ）
＝ｌｎ（ＷＯ／Ｗ）÷ｌｎ（Ｗ・ｄ／ＷＯ・ｄＯ） …（１）
【００１９】
このｒ値は、引張り試験片の方向、すなわち引張り試験片の長手方向と圧延方向との成す角度によって異なる値を示す。これはｒ値の面内異方性Δｒと呼ばれ、圧延方向、圧延方向に対して４５°の方向、圧延方向に対して９０°の方向のｒ値をそれぞれｒ０，ｒ４５，ｒ９０とすると、ｒ値の面内異方性Δｒ（以後、Δｒ値と呼ぶ）は、（２）式によって求められる。
Δｒ＝（ｒ０−２ｒ４５＋ｒ９０）／２ …（２）
【００２０】
図２から、スラブの加熱温度が上限値の１２００℃を超え、仕上温度が下限値の８５０℃未満である試料番号１−１のΔｒ値は、スラブの加熱温度が上限値の１２００℃以下で、仕上温度が下限値の８５０℃以上である試料番号１−２および１−３のΔｒ値よりも大きく、Δｒ値が０．５を超えていることが判る。また試料番号１−２および１−３のΔｒ値は、０．５以下であることが判る。前述のようにΔｒ値が０．５以下であることは、フェライト系ステンレス鋼板を自動車の排気系部材に適用するための必要条件であるので、試料番号１−１は自動車の排気系部材に適さない。本実施の形態で、加熱温度の上限値が１２００℃に設定され、仕上温度の下限値が８５０℃に設定されるのは、この理由によるものである。
【００２１】
図３から、スラブの加熱温度および仕上温度が同一であるとき、仕上圧延後の冷却条件が空冷である試料番号２−１のΔｒ値は、仕上圧延後の冷却条件が水冷である試料番号２−２のΔｒ値よりも大きいことが判る。したがって、仕上圧延後の冷却条件は、水冷に設定される。
【００２２】
以上述べたように、本実施の形態では、フェライト系ステンレス鋼中にＳｉ，ＭｎおよびＮｂが充分に含まれているので、耐酸化性および高温強度を向上することができる。またスラブの加熱温度、仕上圧延の仕上温度および仕上圧延後の冷却条件とΔｒ値との関係が試験製造によって定量的に予め求められ、これらの製造条件が予め求められた前記関係に基づいて設定されるので、Δｒ値が０．５以下のフェライト系ステンレス冷間圧延鋼板を確実に製造することができる。また、熱延板焼鈍が省略されるので、冷間圧延後に再結晶の核となる変形帯の生成量を増大することができ、仕上焼鈍時に細粒の再結晶粒を多数生成することができる。さらに仕上焼鈍が従来よりも低温で行われるので、再結晶粒の粒成長が抑制され、粒度番号が７．０以上の細粒のフェライト系ステンレス冷間圧延鋼板を確実に製造することができる。
【００２３】
これによって、Δｒ値が小さく、かつ結晶粒度が細粒であるフェライト系ステンレス冷間圧延鋼板を得ることができるので、張出し加工および孔拡げ加工などにおける板厚減少率が小さくなり、加工割れの発生を防止することができる。このように、本実施の形態の製造方法に従って製造されたフェライト系ステンレス冷間圧延鋼板は、ステンレス鋼としての本来の耐食性に加えて加工性、耐酸化性および高温強度を兼ね備えるので、自動車の排気系部材に好適に適用することができる。
【００２４】
（実施例）
本発明の製造条件を全て満たす実施例１〜６のフェライト系ステンレス冷間圧延鋼板と、本発明の製造条件から少なくとも１つの条件が外れた比較例１〜７のフェライト系ステンレス冷間圧延鋼板とを製造し、Δｒ値、粒度番号およびプレス加工性の評価を行って比較した。実施例１〜６および比較例１〜７の化学成分は、全てＣ：０．０１２％、Ｓｉ：１．０％、Ｍｎ：１．２％、Ｃｒ：１５．５％、Ｎｂ：０．４％であり、冷間圧延後の板厚は全て２．０ｍｍであった。Δｒ値は、前記３方向のｒ値の測定を行い、（２）式に代入して算出した。フェライト結晶粒の粒度番号の測定は、ＪＩＳＧ０５５２の規定に従って行った。プレス加工性は、張出し加工および孔拡げ加工を含むプレス加工を行い、加工割れの有無によって評価した。実施例１〜６および比較例１〜７の製造条件、Δｒ値、粒度番号およびプレス加工性を表１に示す。表１のプレス加工性欄の○印は加工割れの発生が全く認められないことを表す記号であり、×印は加工割れが発生したことを表す記号である。
【００２５】
【表１】

【００２６】
表１から、実施例１〜６はいずれもΔｒ値が０．５よりも小さく、粒度番号が７．０よりも大きく、プレス加工で加工割れが全く発生していないことが判る。これに対して、比較例１〜７はいずれもΔｒ値が０．５よりも大きく、粒度番号が７．０よりも小さく、プレス加工で加工割れが発生していることが判る。したがって、従来の製造条件に比べて、スラブの加熱温度を低目の１１００〜１２００℃に設定し、仕上圧延の仕上温度を高目の８５０〜９５０℃に設定し、仕上圧延後の冷却を水冷で行い、熱延板焼鈍を省略し、仕上焼鈍温度を低目の９８０〜１０５０℃に設定することによって、Δｒ値および結晶粒度が小さく、かつプレス加工性の良好なフェライト系ステンレス冷間圧延鋼板を製造できることが確認された。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、従来よりもスラブ加熱温度が低温に設定され、熱間圧延の仕上温度が高温に設定され、かつ熱間圧延後の冷却が水冷によって行われるので、ｒ値の面内異方性Δｒを小さくすることが可能となる。また従来行われていた熱間圧延後の熱延板焼鈍が省略され、冷間圧延後の仕上焼鈍の焼鈍温度が従来よりも低温に設定されるので、結晶粒度が小さい冷間圧延鋼板を製造することができる。したがって、張出し加工および孔拡げ加工などにおける板厚減少率が小さくなり、加工割れの発生を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態であるフェライト系ステンレス冷間圧延鋼板の製造工程を簡略化して示す図である。
【図２】熱間圧延におけるスラブの加熱温度および仕上圧延の仕上温度と、仕上焼鈍後の冷間圧延鋼板におけるｒ値の面内異方性Δｒとの関係を示すグラフである。
【図３】熱間圧延における仕上圧延後の冷却条件と、仕上焼鈍後の冷間圧延鋼板におけるｒ値の面内異方性Δｒとの関係を示すグラフである。

Claims

重量％で、Ｃ：０．０３％以下、Ｓｉ：１．５％以下、Ｍｎ：１．５％以下、Ｃｒ：１１〜１６％、Ｎｂ：１．０％以下を含み、残部がＦｅおよび不可避不純物から成る鋼のスラブを１１００〜１２００℃に加熱し、仕上温度：８５０〜９５０℃で熱間圧延を行い、熱間圧延後、水冷して巻取り、さらに脱スケール処理、冷間圧延を経て９８０〜１０５０℃で仕上焼鈍を行うことを特徴とするフェライト系ステンレス鋼板の製造方法。