JP2012201945A - 表面光沢性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼 - Google Patents

表面光沢性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼 Download PDF

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Abstract

【目的】
微細なカキ庇、シミ状欠陥を防止するために非金属介在物である酸化物の組成さらには硫化物の大きさを制御することにより光沢性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼を提供する
【構成】
Ｓｉ：０．２〜１．０質量％、Ｍｎ：０．３〜３．０質量％、Ｓ：０．００７質量％以下、Ｎｉ：８．０〜１５．０質量％、Ｃｒ：１５．０〜２０．０質量％、Ａｌ：０．００３質量％以下、Ca：０．００２質量％以下、Ｍｇ：０．００１質量％以下、Ｏ：０．００２〜０．０１質量％、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、Ｍｎ、Ｓｉ、Ａｌの質量比（Ｍｎ＋Ｓｉ）／Ａｌが２００以上、酸化物系非金属介在物の主な構成成分はＭｎＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯでかつＡｌ２Ｏ３：３０質量％以下、Ｃｒ２Ｏ３：５質量％以下、ＭｇＯ：１０質量％下、さらに硫化物系非金属介在物において硫化物1つの最大面積が１００μｍ２以下に規制されたことを特徴とする表面光沢性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼。
【選択図】 なし

Description

本発明は表面欠陥を低減した光沢性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼に関するものである。
ステンレス鋼は耐食性、耐久性に優れ、良好な機械的性質を有する材料である。また外観や意匠性が重視される部材として住宅機材、電機、電子機器部品などさまざまな広い分野で適用されているが、その中でもオーステナイト系ステンレス鋼は表面光沢性が重視される用途に使用されることが多い。
このような用途では冷延鋼板に対して光輝焼鈍を施した後、バフ研磨仕上げして鏡面板として使用されるが、バフ研磨仕上の際、材料によっては鋼板表面に微細なカキ庇やシミのような表面欠陥が発生することがある。このような表面欠陥が発生すると製品価値を失ってしまう。
鏡面板の製造方法として特開平４−９９２１５ではＡ１２Ｏ３系介在物の生成を抑制するため溶解原料中の全Ａｌ含有量を粗溶鋼1トンあたり０．０２０kg以下として還元精錬終了後の溶鋼中Ｓｉを０．４０％以上とする必要があるとしている。また、特開平８−１０４９１５では鋳造工程に至るまでＡｌ含有物質を無添加として溶鋼中Ａｌを０．００５０％以下に制御し、かつ還元精錬終了時のスラグや組成を１．０≦（％ＣａＯ）／（％ＳｉＯ２）≦１．５、（％Ａｌ２Ｏ３）≦１０％、（％ＭｇＯ）≦１０％とする必要があるとしている。
しかしながら特開平４−９９２１５ではカキ疵のみの防止方法であり、また、特開平８−１０４９１５では圧延方向に沿って酸化物系大型介在物が１０μｍ程度の大きさの酸化物系介在物に制御できるが、特開平８−１０４９１５に開示された技術では目視で一目で明確に判別できる比較的大きなカキ疵のみしか防止できなかった。このような地庇は需要家が求める厳しい光沢品質要求に対しては不十分であった。さらに本発明で論じているシミ状欠陥に対して防止策はなかった。
特開平４−９９２１５号公報 特開平８−１０４９１５号公報
本発明は以上のような問題を解消すべく案出されたものであり、微細なカキ庇、シミ状欠陥を防止するために非金属介在物である酸化物の組成さらには硫化物の大きさを制御することにより光沢性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼を提供することを目的とする。
本発明のステンレス鋼は、その目的を達成するため、Ｓｉ：０．２〜２．０質量％、Ｍｎ：０．３〜５．０質量％、Ｓ：０．００７質量％以下、Ｎｉ：7．０〜１５．０質量％、Ｃｒ：１５．０〜２０．０質量％、Ａｌ：０．００５質量％以下、Ｃａ：０．００２質量％以下、Ｍｇ：０．００１質量％以下、Ｏ：０．００２〜０．０１質量％、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、Ｍｎ、Ｓｉ、Ａｌの質量比(Ｍｎ＋Ｓｉ)／Ａｌが２００以上であり、酸化物系非金属介在物の主な構成成分はＭｎＯ−ＳｉＯ2−Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯでかつＡｌ２Ｏ３：３０質量％以下、Ｃｒ２Ｏ３：５質量％以下、ＭｇＯ：１０質量％以下、さらに硫化物系非金属介在物において硫化物１つの最大面積が１００μｍ2以下に規制されたことを特徴とする。
本発明成分のオーステナイト系ステンレス鋼はカキ疵が防止できる酸化物系非金属組成に制御でき、かつシミ状欠陥が発生しない小さな硫化物の大きさに制御できるため極めて
表面光沢性のよい鋼板を得ることが可能となる。
本発明者は種々の板厚のステンレス鋼板に対して光輝焼鈍を行った後、バフ研磨して得た製品についてカキ疵やシミ状欠陥の原因を調査した。その結果、カキ疵は酸化物系非金属介在物中の成分としてＡｌ２Ｏ３：３０質量％、Ｃｒ２Ｏ３：５質量％、ＭｇＯ：１０質量％より高い濃度含有する酸化物であり、酸化物系非金属介在物の主な構成成分をＭｎＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯとした上でＡｌ２Ｏ３：３０質量％以下、Ｃｒ２Ｏ３：５質量％以下、ＭｇＯ：１０質量％以下とすることでカキ疲は防止できることがわかった。
シミ状欠陥を引き起こす原因はＣａＳであり、ＣａＳ１つの面積大きさが１００μｍ２よりも大きい場合、目視検査で認められるシミ状欠陥となることがわかった。シミ状欠陥が発生する原因はＣａＳが水溶性硫化物であり、使用環境化においてＣａＳが水分と反応すると鋼板表面からＣａＳが溶出するためと考えられる。ただし、この欠陥は目視で確認できるかどうかであり、その基準が大きさ１００μｍ２であることがわかった。１００μｍ２以下の大きさであれば、工業製品として品質上許容される。また、本発明で記述した用途では耐食性の面ではマイルドな環境であり、シミ状欠陥が進行して発銹状態に悪化する状況は観察されなかった。
以下、本発明のステンレス鋼板に含まれる成分、含有量について説明する。
１)Ｓｉ：０．２〜２．０質量％
Ｓｉは溶鋼の脱酸に使用される成分であり、ＳｉＯ２として酸化物系非金属介在物を構成する。
０．２質量％未満では脱酸不足となり、鋼中Ｏが０．０１質量％を超え、酸化物系非金属介在物中のＣｒ２Ｏ３濃度が5質量％よりも高い濃度になりカキ疵因の酸化物を生成させてしまう。さらに鋼中Ｏが０．０１質量％を超えると鋼中Ｓ濃度が高くなる場合が多くなり、粗大な硫化物系非金属介在物を生成させてしまう。粗大な硫化物はシミ状欠陥の原因となる。一方、２．０質量％を超える濃度では鋼板が硬くなり冷間加工で薄板を製造する際に所定板厚に圧延するのに多くのパス回数を必要とし、また板厚によっては焼鈍工程を必要とするため生産性低下、製造コストの増加を招くため上限を２．０質量％とした。
２）Ｍｎ：０．３〜５．０質量％
ＭｎはＳｉと同様に溶鋼の脱酸に使用される成分でＭｎＯとして酸化物系非金属介在物を構成する。また、Ｍｎが０．３質量％よりも低いとカキ疵を防止するための酸化物構成成分ＭｎＯが生成し難くなる。一方、Ｍｎを５．０質量％より高く含有させた場合、Ｓ濃度が高めであると粗大なＭｎＳ系硫化物が生成しやすい。この場合も上述したように曲げ割れの原因となりやすい。そのため本発明ではＭｎ含有量の上限を５．０質量％とした。
３）Ｓ：０．００７質量％以下
ＳはＣａと反応して硫化物系非金属介在物を形成する。Ｓが０．００７質量％を超えると硫化物１個あたりの面積が１００μｍ２以上の大きな硫化物が生成し、シミ状欠陥の原因となる場合がある。そのためＳ含有量の上限を０．００７質量％とした。
４)Ｎｉ：７．０〜１５．０質量％
Ｎｉはオーステナイト系ステンレス鋼の主要成分であり、耐食性、加工性を確保するために７．０質量％以上の濃度が必要である。しかし高価な元素であることから本発明ではＮｉ含有量の上限を１５．０質量％とした。
５)Ｃｒ：１５．０〜２０．０質量％
Ｃｒはステンレス鋼の主要成分であり、耐食性を確保するために１５．０質量％必要であるが、２０．０質量％を超える添加は材料の硬化を招き加工性が劣化することから本発明では上限を２０．０質量％とした。
６)Ａｌ：０．００５質量％以下
Ａｌは酸素親和力がＳｉ、Ｍｎに比べて強く、含有量が０．００５質量％を超えるとカキ疵の起点となるＡｌ２Ｏ３が３０質量％を超えた酸化物系非金属介在物が生成してしまう。そのため上限を０．００５質量％とした。
７）Ｃａ： ０．００２質量％以下
Ｃａは酸化物系ならびに硫化物系非金属介在物組成に大きく影響する元素である。シミ状欠陥の原因となるＣａＳを形成する。Ｃａが０．００２質量％を超えると大きさが１００μｍ2以上の大きな硫化物が生成し、シミ状欠陥の原因となる場合がある。そのためＣａ濃度上限を０．００２質量％とした。
８)Ｍｇ：０．００１質量％以下
ＭｇはＡｌよりもさらに酸素親和力が強く、含有量が０．００１質量％を超えるとカキ疵の原因となる酸化物系非金属介在物中に含有されるＭｇＯが10質量％を超えてしまう。そのため上限を０．００１質量％とした。
９）Ｏ：０．００２〜０．０１質量％
Ｏは酸化物系非金属介在物の構成元素であるが、Ｏが０．００２質量％よりも低くなると取鍋や連続鋳造時に使用する内張耐火物の主要酸化物であるＭｇＯが還元されやすくなり、Ｍｇ濃度上限０．００１質量％を超える場合もある。そのため下限濃度を０．００２質量％とした。一方、Ｏが０．０１質量％を超えるとカキ疵の原因となるＣｒ２Ｏ３系介在物が生成する。そのため上限濃度を０．０１質量％とした。
１０)鋼中Ｍｎ、Ｓｉ、Ａｌ含有量の質量比(Ｍｎ＋Ｓｉ)／Ａｌが２００以上
カキ疵の原因となる酸化物系非金属介在物の組成は(Ｍｎ＋Ｓｉ)／Ａｌの質量比で制御できる。(Ｍｎ＋Ｓｉ)／Ａｌが２００よりも低い値では酸化物中のＡｌ２Ｏ３濃度が高くなり、カキ疵の原因となる非金属介在物を生成させてしまう。そのため(Ｍｎ＋Ｓｉ)／Ａｌの下限を２００とした。
１１)酸化物系非金属介在物の構成成分はＭｎＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯでかつＡｌ２Ｏ３：３０質量％以下、Ｃｒ２Ｏ３：５質量％以下、ＭｇＯ：１０質量％以下
カキ疵は酸化物系非金属介在物の主な構成成分をＭｎＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯとしてかつＡｌ２Ｏ３：３０質量％以下、Ｃｒ２０３：５質量％以下、ＭｇＯ：１０質量％以下とすることで防止できる。酸化物中のＡｌ２Ｏ３、Ｃｒ２Ｏ３、ＭｇＯ濃度が上限を超えると硬質な介在物を形成し、バフ研磨の際、素材よりも介在物が硬いためカキ疵を発生させてしまう。各成分の濃度上限に制御すれば酸化物系非金属介在物が低融点化するため鋼塊を熱間加工する際、熱間加工時の温度では介在物は粘性変形し冷間加工時に極めて微細な介在物に分散するためバフ研磨時にはカキ疵は見えなくなる。
１２)硫化物系非金属介在物において硫化物1つの最大面積が１００μｍ２以下
本発明に示す鋼材において観察される硫化物系非金属介在物はＣａＳである。上述したようにこれら硫化物は水溶性であるため１００μｍ２を越える大きな硫化物であると目視で簡単に判別できるほどのシミ状欠陥になる。
硫化物系非金属介在物１個あたりの面積を１００μｍ２以下に制御すればシミ状欠陥は目視では判別できないため実質的に製品として使用できることが判った。そのためにはＳ≦０．００７質量％、Ｏ≦０．０１質量％、Ｃａ≦０．００２質量％とすればよい。
表１に示した１４チャージの各組成のオーステナイト系ステンレス鋼８０トンを電気炉→転炉→真空脱ガス(ＶＯＤ)精錬→ＣＣ工程を経てスラブとして溶製した。なお、ＶＯＤにおける還元精錬ではチャージに応じて使用するスラグの塩基度ＣａＯ／ＳｉＯ２を１．０〜２．５まで変化させるとともに脱酸剤として使用するＭｎ、Ｓｉ、Ａｌ濃度を変化させた。
Figure 2012201945
その後、各スラブに対して熱延→冷延→酸洗→冷延→光輝焼鈍を行い、板厚１．０ｍｍの冷延コイルとし、コイルから鋼板を採取した。その後、鋼板をバフ研磨し、鏡面仕上げにした後、カキ疵発生状況を調査した。シミ状欠陥の発生状況については試験片に対してキャス試験を実施した。キャス試験は試験条件として５％ＮａＣｌ、酢酸で調整してｐＨ＝３とし液温５０℃の液を用いて試験片に対して１６ｈ噴霧させた。噴霧試験終了後、シミ状欠陥の発生状況を調査した。
表２に各試験片の成分、酸化物系非金属介在物組成、硫化物系非金属介在物種類と面積ならびにカキ疵ならびにシミ状欠陥の発生状況を示す。なお、硫化物の面積は電子顛微鏡で硫化物を撮影し、プラニメーターで硫化物の外周をトレースして求めた。
Figure 2012201945
本発明例であるサンプルＮｏ．Ａ００１〜Ａ００７において観察される酸化物系非金属介在物はＭｎＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＭｇＯ系で酸化物中のＡｌ２Ｏ３濃度が３０質量％以下、Ｃｒ２Ｏ３濃度が５質量％以下、ＭｇＯ濃度が１０質量％以下であるので鋼板表面にはカキ疵は観察されなかった。硫化物系非金属介在物について観察されたＣａＳの最大の大きさが１００μｍ２以下であるためシミ状欠陥は観察されなかった。
一方、比較例であるサンプルＮｏ．Ｂ００１はＳｉ濃度が低いために脱酸不足となり、鋼中Ｏ濃度が０．０１０７質量％と本発明条件を外れ、さらに脱硫不足も招いてＳ＝０．００７５質量％となった。そのため酸化物系非金属介在物は硬質なＭｎＯ−Ｃｒ２Ｏ３が生成し、この介在物がカキ疵の原因となった。サンプルＮｏ．Ｂ００２はＡｌ濃度が０．００８質量％と高く、（Ｍｎ＋Ｓｉ）／Ａｌ比が２００よりも低い値となり、かつＭｇ濃度も０．００１５質量％と高かった。観察された酸化物系非金属介在物は硬質なＡｌ２Ｏ３−ＭｇＯ系介在物であり、鋼板表面にカキ疵が観察された。さらにＣａ濃度が０．００２５質量％と本発明条件を超えたため１００μｍ２を超える面積のＣａＳが生成し、シミ状欠陥も発生した。サンプルＮｏ．Ｂ００３はＡｌ濃度が０．００４質量％であったため、この場合もＡｌ２Ｏ３−ＭｇＯ系介在物が観察された。鋼板表面にはカキ疵が認められた。サンプルＮｏ．Ｂ００４はＡｌ濃度は本発明条件を満たしているものの鋼中Ｏ濃度が低く溶鋼中の酸素ポテンシャルが低いために耐火物に約４０質量％含まれるＭｇＯの還元反応（ＭｇＯ＝Ｍｇ＋Ｏ）が促進され溶鋼中にＭｇがピックアップし本発明条件を超える０．００１２質量％となったためＡｌ２Ｏ３−ＭｇＯ系介在物が生成した。サンプルＮｏ．Ｂ００５はＭｎが０．２質量％と低く、（Ｍｎ＋Ｓｉ）／Ａｌ比が２００よりも低い値となったためＡｌ２Ｏ３−ＭｇＯ系介在物が生成した。サンプルＮｏ．Ｂ００６ではＭｎ濃度が本発明条件を超えた上にＳ濃度も０．００９２質量％と高かったためにＭｎＳ系硫化物が生成し、曲げ加工割れが発生した。サンプルＮｏ．Ｂ００７はＯ濃度が０．０１１２質量％と脱酸不足になったため酸化物中のＣｒ２Ｏ３濃度が５．０質量％を超えてしまい硬質な介在物が生成した。そのためカキ疵が発生してしまった。

Claims (1)

  1. Ｓｉ：０．２〜１．０質量％、Ｍｎ：０．３〜３．０質量％、Ｓ：０．００７質量％以下、Ｎｉ：８．０〜１５．０質量％、Ｃｒ：１５．０〜２０．０質量％、Ａｌ：０．００３質量％以下、Ｃａ：０．００２質量％以下、Ｍｇ：０．００１質量％以下、Ｏ：０．００２〜０．０１質量％、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、Ｍｎ、Ｓｉ、Ａｌの質量比（Ｍｎ＋Ｓｉ）／Ａｌが２００以上、酸化物系非金属介在物の主な構成成分はＭｎＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯでかつＡｌ２Ｏ３：３０質量％以下、Ｃｒ２Ｏ３：５質量％以下、ＭｇＯ：１０質量％下、さらに硫化物系非金属介在物において硫化物1つの最大面積が１００μｍ２以下に規制されたことを特徴とする表面光沢性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼。
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