JPH08199237A

JPH08199237A - 低温靭性に優れたフェライト系ステンレス熱延鋼帯の製造方法

Info

Publication number: JPH08199237A
Application number: JP2769595A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Uematsu; 美博植松; Manabu Oku; 学奥; Naoto Hiramatsu; 直人平松
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 1995-01-25
Filing date: 1995-01-25
Publication date: 1996-08-06

Abstract

(57)【要約】（修正有）【構成】質量％として、Ｃ：0.03％以下，Ｓｉ：0.80％
〜1.20％，Ｍｎ：0.60％〜1.50％，Ｃｒ：13.5％を超え
〜15.5％，Ｎｂ：0.20％〜0.80％，Ｔｉ：0.1 ％以下，
Ｃｕ：0.02％以上0.30％未満，Ｎ：0.03％以下，Ａｌ：
0.05％以下，Ｏ：0.012 ％以下，残部がＦｅおよび製造
上の不可避的な不純物からなる、フェライト系ステンレ
ス鋼において、熱延板の仕上げ板厚が4.5mm 以上9.0mm
以下になるよう８００℃以上で熱間圧延した後に、直ち
に冷却し、熱間圧延後の板厚ｔと熱間圧延時の巻取り温
度Ｔが、ｔ×Ｔ≦3600
・・・（１）の関係を満足する温度で巻き取ることを特徴とする熱延
板の低温靱性に優れたフェライト系ステンレス熱延鋼帯
の製造方法を提供する。【効果】耐熱性が重要視される部材に適している、低コ
ストフェライト系ステンレス鋼の板厚4.5mm 以上9.0mm
以下の低温靱性に優れた熱延鋼帯を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、特に各種内燃機関やガ
スタービン等の排ガス管路部材用途に好適な、低コスト
のフェライト系ステンレス鋼の低温靱性に優れた、板厚
4.5mm から9.0mm までの熱延板の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、地球環境問題に関する関心の高ま
りから、燃焼効率の良い火力発電システムや機関、さら
には排ガス規制をクリアできる自動車エンジンが求めら
れている。これらの要求を満足すべく対策を行うと、燃
焼ガスの温度が高くなり、排ガス浄化システムなどの周
辺部材の温度が高くなる。この結果、これらの部材は、
一層優れた耐熱性が要求されるようになってくる。

【０００３】オーステナイト系ステンレス鋼は、フェラ
イト系ステンレス鋼と比較して高温強度が高い。しか
し、熱膨張が大きいため、熱ひずみが大きく、加熱およ
び冷却の繰り返しを受けると熱疲労による割れを起こし
やすい。また、オーステナイト系ステンレス鋼は、Ｃ
ｒ，Ｎｉを多量に含むため、製造コストも高くなる。こ
れらの理由から、自動車の排ガス用材料や各種プラント
の耐熱部材には、フェライト系ステンレス鋼が使用され
ることが多い。

【０００４】特公昭62-206において、Ｎｂ含有のフェラ
イト系ステンレス鋼のスラブ割れを回避するため、Ｎｂ
系炭化物の生成を抑制するよう、スラブの冷却条件を厳
密にする必要があることを開示している。また、特公平
6-17516 においては、主として４７５℃脆化を回避する
ために、熱間圧延後の冷却速度および巻取り温度を厳密
に規定している。本発明者らは，特開平5-125491に開示
されるような、耐熱性に優れた低Ｃｒフェライト系ステ
ンレス鋼を開発した。

【０００５】この鋼は、11％以上17％未満のＣｒを基本
組成とし、Ｓｉ，ＭｎおよびＮｂを複合添加した極低炭
窒素のフェライト系ステンレス鋼であり、通常の熱延鋼
帯の板厚は3.0mm 〜4.5mm 程度であること、およびＣｒ
量が17％未満であることから、18％以上のＣｒを含むＮ
ｂ含有フェライト系ステンレス鋼特有のスラブや熱延板
の靱性低下に対して、以下に示すような注意を払う必要
はない。すなわち、特開平5-125491に開示した鋼は、炭
素量の上限を厳密に規定しているため、炭化物の生成が
少なく、スラブの冷却条件を規定する必要もない。ま
た、Ｃｒ，Ｍｏ，Ａｌなどの４７５℃脆化を促進する元
素を必要最小限にしているため、熱間圧延後のコイル展
開による割れの懸念は全くない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】複合サイクル火力発電
システムの排ガスダクトなどのプラント部材において
は、板厚4.5mm 以上の原板が要求される場合がある。し
かしながら、上記の特開平5-125491に開示した鋼の熱延
鋼帯は、板厚が4.5mm 以上になると、熱延鋼帯の曲げ性
および低温靱性が板厚4.5mm 未満の鋼帯よりも低いた
め、熱延後の焼鈍を行う際に焼鈍ライン前面で曲げや張
力を受けると、母材割れが懸念される。熱延板の破断が
なく、安全に製造するためには室温（20℃）でのシャル
ピー衝撃値が50（J/cm²）以上であることが目安とな
る。

【０００７】本発明の課題は、上述のような4.5mm 以上
の板厚に特有の熱延鋼帯の曲げ性および低温靱性低下を
改善すべく熱延鋼帯の製造方法を提供し、厳しい耐熱性
が要求される部材に適用可能な低コストのフェライト系
ステンレス鋼を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、質量％
として、Ｃ：0.03％以下，Ｓｉ：0.80％〜1.20％，Ｍ
ｎ：0.60％〜1.50％，Ｃｒ：13.5％を超え〜15.5％，Ｎ
ｂ：0.20％〜0.80％，Ｔｉ：0.1 ％以下，Ｃｕ：0.02％
以上0.30％未満，Ｎ：0.03％以下，Ａｌ：0.05％以下，
Ｏ：0.012 ％以下，残部がＦｅおよび製造上の不可避的
な不純物からなるフェライト系ステンレス鋼において、
熱延板の仕上げ板厚が4.5mm 以上9.0mm 以下となるよう
８００℃以上で熱間圧延した後に、直ちに水冷し、熱間
圧延後の板厚ｔと熱間圧延時の巻取り温度Ｔが、ｔ×Ｔ≦3600 ・・・（１）の関係を満足する温度で巻き取ることを特徴とする熱延
板の低温靱性に優れたフェライト系ステンレス熱延鋼帯
の製造方法を提供する。

【０００９】

【作用】本発明者らは、低コストの14Ｃｒ−Ｓｉ−Ｍｎ
−Ｎｂフェライト系ステンレス鋼の板厚4.5mm 以上9.0m
m 以下の熱延鋼帯の低温靱性を改善すべく、熱延条件の
面からの広範な研究を行った結果、熱延鋼帯の低温靱性
を改善するためには、４７５℃脆性域を回避するのでは
なく、Ｓｉ，Ｎｂを含有するLaves 相の析出域を回避す
るような冷却条件で、熱延鋼帯を冷却することが有効で
あることを明らかにした。更に詳細に検討した結果、熱
延鋼帯の焼鈍に必要な最低限の靱性を得るためには、板
厚によって冷却条件を厳密に規定する必要があることを
明らかにした。

【００１０】図１は、14Ｃｒ− 1Ｍｎ− 1Ｓｉ− 0.5Ｎ
ｂ− 0.2Ｃｕ鋼の板厚3mm および6mm の熱延板を用い
て、20℃のシャルピー衝撃値に及ぼす時効温度および時
間の影響を検討したものである。なお、熱延板は、実験
室にて熱延後、水槽にて水冷したものを用いた。板厚3m
m 材は、７００℃時効材の衝撃値が若干低下するもの
の、時効時間が変化してもほとんど靱性に問題がないこ
とがわかる。したがって、熱間圧延後空冷を行っても十
分な靱性を有することがわかる。一方、板厚6mm 材は、
４７５℃時効材は衝撃値は低下しないが、７００℃の時
効で衝撃値が急激に低下している。

【００１１】図２は、14Ｃｒ− 1Ｍｎ− 1Ｓｉ− 0.5Ｎ
ｂ− 0.2Ｃｕ鋼を用いて、熱延仕上げ温度を８５０℃，
仕上げ板厚を6mm ，巻き取り温度を５００℃および７０
０℃の条件で熱延を行った板のシャルピー衝撃特性を示
したものである。また、７００℃で巻き取った板厚3mm
の熱延板の衝撃特性も併せて示した。図２の結果から、
板厚6mm の場合、７００℃で巻き取ってその後徐冷する
と、熱延板の靱性は低いが、急冷により７００℃付近の
温度域を短時間で通過させ、より低い温度で巻き取る
と、板厚3mm の熱延板と同程度の靱性が得られることが
わかった。

【００１２】したがって、本成分系の材料を製造する場
合、板厚が薄いものは熱延後の冷却条件を考慮する必要
はないが、板厚が厚くなると冷却条件によっては熱延板
の靱性が著しく低くなることが明らかになった。なお、
同一熱延条件で板厚により衝撃値が異なる理由について
は、必ずしも明らかではないが、シャルピー試験におい
て、板の表層付近は中央付近よりも塑性変形量が多いた
め、薄板材は厚板材よりも塑性変形量の割合が高くなる
ことに起因するものと考えられる。この結果、厚板材の
方が衝撃値に及ぼす脆化因子の影響を大きく受けるもの
と推察される。

【００１３】図３は、14Ｃｒ− 1Ｍｎ− 1Ｓｉ− 0.5Ｎ
ｂ− 0.2Ｃｕ鋼を用い、熱延終了後、種々の温度まで急
水冷して巻き取り、その後に空冷した材料の巻き取り温
度と熱延仕上げ板厚の関係を示す。図３の結果から、仕
上げ熱延後に高温で巻き取りを行うと、シャルピー衝撃
値が50J/cm²以下の低い靱性を示す領域が存在すること
がわかる。さらに、この低靱性の領域は、巻き取り温度
の他に、板厚にも強く依存することが明らかになった。

【００１４】この原因については、図１の４７５℃時効
の結果からも明らかなように、４７５℃脆性によるもの
ではない。したがって、本成分系の靱性低下機構は、一
般に18％以上の高Ｃｒフェライト系ステンレス鋼で知ら
れているものとは異なると考えられる。

【００１５】図１〜図３で得られた時効材および熱延板
を用い、電解抽出（10％アセチルアセトン＋１％テトラ
メチルアンモニウムクロライド＋メチルアルコール）を
行なって残渣量を測定し、抽出残渣をＸ線にて同定した
結果、大部分がLaves 相であった。また、残渣量が多い
ほど衝撃値が劣ることが明らかになった。さらに、化学
分析により、このLaves 相はＮｂおよびＳｉを多量に含
んでいることを確認した。

【００１６】以上の結果から、14Ｃｒ− 1Ｍｎ− 1Ｓｉ
− 0.5Ｎｂを基本成分とする本願成分系は、４７５℃脆
性は懸念する必要はないものの、Laves 相の生成には十
分な注意を要すること、熱延板の靱性低下を防止するた
めには熱延仕上げの板厚によって急冷する温度域が異な
ることが明らかになった。また、靱性の低下量はLaves
相の生成量に依存しており、熱延後の生成を低減するこ
とにより、良好なシャルピー衝撃値を得られることが明
らかとなった。

【００１７】以下に、本発明鋼における各成分の作用と
それらの含有量の限定理由を個別に概説する。

【００１８】ＣとＮ：一般的には高温強度を高めるため
には重要な元素であるが、反面、含有量が多くなると、
耐酸化性，加工性，ならびに靱性の低下をきたす。ま
た、ＣとＮはＮｂとの化合物をつくり、フェライト相中
の有効Ｎｂ量を減少せしめる。また、この炭窒化物は、
連続鋳造中には、粒界に粗大に析出し、スラブの靱性を
著しく低下させる可能性がある。このような理由からそ
れぞれ0.03％以下とする。

【００１９】Ｓｉ：耐高温酸化性を改善するために不可
欠な元素である。本発明鋼のような比較的Ｃｒ量が少な
い鋼であっても優れた耐高温酸化性を付与するのに非常
に有効である。しかし、過剰に添加すると硬質になり、
加工性および靱性の劣化をもたらすので0.80％〜1.20％
の範囲とする。

【００２０】Ｍｎ：本発明鋼の重要な元素である。本発
明鋼のようにＳｉを添加することによって、酸化増量は
抑制するのに加え、Ｍｎを添加すると表層酸化物の密着
性を著しく改善する。しかし、過剰に添加すると、オー
ステナイト相の析出などによってかえって異常酸化を誘
発する。したがって、その範囲を0.60％〜1.50％とす
る。

【００２１】Ｃｒ：耐高温酸化性を付与するためには非
常に有効な元素であり、耐高温酸化性を維持するために
は11％以上，好ましくは13.5％を超える量の添加を必要
とする。一方、過剰に添加すると鋼の脆化を招き、ま
た、硬質となって加工性を劣化させる他、原料価格が高
くなる。したがって、Ｃｒの範囲は、13.5％を超え〜1
5.5％とする。

【００２２】Ｎｂ：高温強度を維持せしめるのに有効に
作用するので本発明鋼の重要な元素である。高温強度を
維持するためには少なくとも0.20％以上添加する必要が
ある。一方、Ｎｂを過剰に添加するとスラブの靱性低下
が顕著になる。十分な高温強度を維持し、かつ、スラブ
の靱性低下にあまり影響を及ぼさないようにＮｂの上限
を0.80％とする。

【００２３】Ｃｕ：低温靱性と加工性の両方を向上させ
るのに有効な元素であり、その効果は0.02％の添加で顕
著となる。しかしながら、Ｃｕを過剰に添加すると、加
工性に支障をきたす。したがって、Ｃｕの含有範囲は、
質量％で0.02％以上0.30％未満とする。

【００２４】Ａｌ：製鋼工程において酸素吹錬により脱
炭を行なうが、その際、鋼中に残存した酸素は溶接性を
劣化させる。このため、一般に、Ａｌは脱酸材として必
要不可欠な元素である。本発明鋼は、Ｓｉを含有してい
るため、Ａｌによる脱酸は必ずしも必要でない。しか
し、製鋼工程においてＡｌが過剰に混入すると、溶接時
にＡｌ系の酸化物が多量に生成し、逆に溶接性を低下さ
せる。そこで、溶接性に悪影響を及ぼさぬように、Ａｌ
の含有量の範囲は、質量％で0.05％以下とした。

【００２５】Ｔｉ：鋼板のｒ値を向上させ、深絞り性に
有効な元素であることが知られている。しかし、Ｔｉを
添加すると、ＴｉＮを生成しやすく、鋼板におけるヘゲ
疵の発生による歩留低下、また、溶接性を低下させる。
そこで、Ｔｉの含有量の範囲は、質量％で0.10％以下と
した。さらに、厳しい加工が施される場合には、ＴｉＮ
の生成を防止するために、0.05％以下とするのが好まし
い。

【００２６】Ｏ：上述のように、溶接性に悪影響を及ぼ
すため、Ｏの含有量はできる限り低くすることが望まし
いが、Ｏの含有量を低くするほど製造コストが増えてし
まう。一方、本願発明鋼では、Ａｌの添加によって脱酸
を行う場合も考慮して、Ａｌの含有量は、十分な溶接性
を有する範囲に定めている。そこで、Ｏの含有量の範囲
は質量％で0.012 ％以下とした。

【００２７】熱延仕上げ温度は、低すぎると熱延時に導
入される加工ひずみが回復しないため、これを生成核と
してLaves 相が多量に生成する可能性がある。したがっ
て、熱延仕上げ温度は，８００℃以上とした。なお、熱
延後の冷却速度は、とくに規定していないが、靱性に悪
影響を及ぼすLaves 相の生成量を左右する因子である。
つまり、熱延後の冷却速度が遅すぎるとLaves 相の生成
温度域に加熱される時間が長くなり、Laves 相が多量に
成長する可能性がある。これらの析出量を抑制するた
め、熱延後の冷却速度は30℃／秒以上とするのが好まし
い。

【００２８】巻き取り温度は、本発明において最も重要
な因子の一つである。８００℃以上で熱延を終了した
後、急冷してできるだけ低い温度で巻き取ることがLave
s 相の生成を抑制するうえで望ましいが、図３で示した
ように、板厚によって巻き取り温度の許容範囲（上限温
度）が変化する。すなわち、図３において、20℃の衝撃
値が50J/cm²となる水冷開始の上限温度Ｔ（℃）は，熱
延仕上げ板厚ｔ(mm)の逆数に比例し、ｔ×Ｔ≦3600 ・・・（１）の関係を満足するようにすればよい。（１）式にしたが
って冷却速度をコントロールすれば、効率的な操業が可
能となる。Laves 相の生成量は、0.5mass ％以下とする
のが好ましい。

【００２９】なお、本発明で規定した熱延後の鋼帯の冷
却方法は、熱延仕上げ板厚および巻取り温度を規定する
ことにより達成可能であるが、熱延後直ちに高温で巻取
った後に水槽等でコイル全体を急冷しても、なんら問題
はない。また、本発明では板厚4.5mm 以上9.0mm 以下の
熱延鋼帯のみを規定しているが、板厚4.5mm 未満の熱延
鋼帯についても、本発明方法を適用することにより、熱
延板の低温靱性を改善することが可能である。

【００３０】以上のような製造方法によって作製した、
本発明のフェライト系ステンレス熱延鋼帯は、熱延板の
低温靱性に優れる。しかも18％以上のＣｒを含有するフ
ェライト系ステンレス鋼よりも低コストに製造できる。

【００３１】

【実施例】本発明の熱延鋼帯の低温靱性を実施例を用い
て説明する。

【００３２】表１に供試材の化学成分値を示した。

【００３３】

【表１】

【００３４】表中のＡからＣまでの鋼は、本発明の範囲
に含まれるものである。いずれの鋼も真空溶解炉にて溶
製し、熱延により種々の板厚の熱延鋼帯とし、熱延後の
冷却条件を種々変化させた。熱間圧延方法を表２に示
す。得られた熱延板を用い、熱延板の低温靱性および曲
げ性の検討を行った。表２にその試験結果をあわせて示
す。

【００３５】

【表２】

【００３６】まず、低温靱性は、20℃のシャルピー衝撃
試験値で評価した。すなわち、「JIS Z 2202」に準拠し
た板厚3.0mm から9.0mm のＶノッチ試験片を作製して、
「JIS Z 2242」に規定される金属材料試験方法（シャル
ピー衝撃試験）を行い、衝撃値を求めた。

【００３７】また、熱延板の曲げ性は、曲げ試験で評価
した。すなわち、「JIS Z 2204の１号」に準拠した金属
材料曲げ試験片を作製して、「JIS Z 2248」に規定する
押し曲げ法による曲げ角度を測定した。

【００３８】表２に見られるように、本発明による方法
で熱間圧延した材料は、いずれも20℃におけるシャルピ
ー衝撃値が50J/cm²以上の値を示す。また、熱延板の曲
げ性も良好で、いずれも180゜曲げで割れを生じていな
い。

【００３９】これに対して、比較例9,10および13は、巻
き取り温度を板厚によって規制せず、本願発明範囲より
も高い温度で巻き取りを行っているため、シャルピー衝
撃値が低くなっている。特に比較例9 および13は、熱延
板の曲げ性にも劣っている。

【００４０】また、比較例11は、板厚が本発明の請求範
囲から外れているため、本発明方法の熱延を行っても衝
撃値および曲げ性は劣っている。さらに、比較例12は、
巻き取り温度は本発明方法に含まれるものの、熱延仕上
げ温度が低いためLaves 相の生成量が本発明の請求範囲
から外れ、衝撃値が劣る。

【００４１】

【発明の効果】本発明によれば、耐熱性が重要視される
部材に適している、低コストフェライト系ステンレス鋼
の板厚4.5mm 以上9.0mm 以下の、低温靱性に優れた熱延
鋼帯を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】20℃のシャルピー衝撃試験値と時効時間の関係
を示すグラフである。

【図２】シャルピー衝撃特性に及ぼす巻き取り温度の影
響を示すグラフである。

【図３】20℃のシャルピー衝撃値に及ぼす熱延後の巻き
取り温度と熱延仕上げ板厚の関係を示すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】質量％として、Ｃ：0.03％以下，Ｓｉ：
0.80％〜1.20％，Ｍｎ：0.60％〜1.50％，Ｃｒ：13.5％
を超え〜15.5％，Ｎｂ：0.20％〜0.80％，Ｔｉ：0.1 ％
以下（無添加を含む），Ｃｕ：0.02％以上0.30％未満，
Ｎ：0.03％以下，Ａｌ：0.05％以下（無添加を含
む），Ｏ：0.012 ％以下，残部がＦｅおよび製造上の
不可避的な不純物からなるフェライト系ステンレス鋼に
おいて、熱延板の仕上げ板厚が4.5mm 以上9.0mm 以下に
なるよう800 ℃以上で熱間圧延した後に、直ちに水冷
し、熱間圧延後の板厚ｔと熱間圧延時の巻取り温度Ｔ
が、ｔ×Ｔ≦3600 ・・・（１）の関係を満足する温度で巻取ることを特徴とする熱延板
の低温靱性に優れたフェライト系ステンレス熱延鋼帯の
製造方法。