WO1987005336A1 - Plaques en acier inoxydable martensitique, presentant une resistance a l'oxydation, une resistance a la corrosion et une maniabilite excellentes, et procede de production - Google Patents

Description

明 細 書

発明の名称

耐酸化性、 加工性および耐食性に優れたマルテンサイ ト系 ステン レス鋼板およびその製造方法 技術分野

この発明は、 洋食器等に使用されるマルテンサイ 卜系ステン レス鋼板およびその製造方法に関するものであり、 特に短時間 の熱延板焼鈍 （軟質化焼鈍） で優れた耐酸化性、 加工性および 耐食性を得ることができるマルテンサイ ト系ステンレス鍋板、 およびその耐酸化性、 加工性および耐食性の優れたマルテンサ ィ ト系ステン レス銷扳を実際に製造する方法に関するものであ る。 背景技術

マルテンサイ 卜系ステン レス銷は比較的 度の耐食性が要求 される用途、 例えばナイフやフォーク等の洋食器などに使用さ- れており、 その成分とし Cr:11.5 〜14.0%、 C ： 最大 0.40%以 下、 Si: 1.0%以下、 Mn: 1.0%以下を含有するものが一般的であ る。 またその製造方法としては、 連続錶造スラブあるいは造瑰 -分塊圧延法によって得られたスラブを熱間圧延し、 その後 バッチ式の焼鈍によ り熱延板を軟質化し、 引続き酸洗、 冷間圧 延、 仕上焼鈍を行なう ことによって製品とされるのが通常であ る。

上述のような従来の製造方法における熱延後の軟質化のため のバッチ式焼鈍は、 一般にその処理に数十時間の長時間を要す るが、 C r系ステンレス鋼にこのような長時間にわたる熱延板焼 鈍を施せば、 熱延板表面に脱 C r層が生成し、 そのため特に C r含 有量が比較的低いマルテンサイ ト系ステンレス鋼において大き な問題となる。 すなわち、 熱延扳焼鈍により表層部に脱 C r層が 生じれば、 表面の耐酸化性が劣化するため、 熱延板焼鈍後の冷 延鋦蒂製造工程での仕上焼鈍において厚い不良なスケールが鋼 板表面に生成され、 その脱スケール性が問題となる。 また一 方、 マルテンサイ ト系ステン レス鋼は、 仕上焼鈍の後にバフ研 磨等により美麗な表面に加工して使用するのが通常であるが、 上述のような不良スケールが仕上焼鈍によつて生成されかつそ のスケールが残留していれば、 研磨作業が困難を極める問題が. ある。

上述のような脱 C r層生成の問題に対しては、 従来から熱延扳 焼鈍後の脱スケール工程において例えば酸性時間を充分に長く するなどの方法によ り表層部に充分に除去して脱 C r層を取除 き、 これによつて仕上焼鈍時の耐酸化性劣化を防止するなどの 対策が採用されているが、 このような方法を適用した場合、 酸 洗時間が長く なったり、 また薬液使用量も増大してコスト アツ ブを招き、 さらには多量の金属が溶出した酸洗廃液の処理に困 る等の新たな問題が生じる。

そこで本発明者等は熱延板焼鈍時間を短縮したり焼鈍温度を 低下させたりするこ と よって脱 層の生成自体を防止する方 法について検討し、 実験を行ったが、 単に従来の通常のマルテ ンサイ ト系ステン レス鋼について熱延板焼鈍時間を短縮したり 焼鈍温度を低下させたり した場合、 脫 C r層低減の効果は認めら れるものの、 熱延板焼鈍における軟質化が不充分となり、 冷延 製品の機械的性質、 特に加工性が著しく劣ることが判明した。

この点に関して熱延板焼鈍を短時間行なつても C r系ステンレ ス鋦に Bを添加すれば、 延性と加工性が著しく改善されること が従来報告されているが （特公昭 5 7 - 5 5 7 8 7号） 、 B添 加鋼では粒界での Bの偏析によ り耐食性が著しく低下する問題 が依然として残っていた。

したがって、 この発明は、 熱延板焼鈍における脱 C r層の生成 を防止するべく、 熱延板焼鈍を極く短時間とした場合でも熱延 板を充分に軟質化するこ とができ、 したがつて脱 C r層生成によ る問題、 すなわち代表的には、 冷延锅板の耐酸化性の問題と、 短時間の熱延板焼鈍とした場合の従来鋼における問題、 すなね ち代表的には泠延銷板の機械的性質の劣化、 特に加工性の低下 の問題を解決し得るマルテンサイ ト系ステンレス鋼を提供し、 併せて実際に短時間の熱延板焼鈍によつて優れた耐酸化性、 加 ェ性および耐食性を兼ね備えたマルテンサイ ト系ステンレス鋼 板を製造する方法を提供することを目的とするものである。 発明の開示

本発明者等は上述の目的を達成するべく マルテンサイ ト系 ステン レス鋼の成分面から検討を加えて実験を重ねた結果、 鋦 中に A1を 0.0025〜0·30%、 Nを 0.025 〜0.060 %含有させるこ とによって、 3 0 0秒以内の短時間の熱延板焼鈍を行った場合 でも、 従来法である長時間のバッチ式焼鈍を行つた場合と同等 かまたはそれ以上の加工性を有する冷延鋦板が得られるこ とを 見出した。

またマルテンサイ 卜系ステンレス鎖の熱延板表層部には、 熱 延終了段階で通常 3〜 6 ; πι 厚程度の脱 Cr層が生成されている が、 3 0 0秒程度以下の短時間の熱延板焼鈍では焼鈍中にそれ 以上の脱 Ci "層の増加はなく、 冷延板の酎酸化性および耐食性に も優れることが判明した。

したがって、 末発明の第 1 の態様のマルテンサイ 卜系ステン レス鋼板は、 C ： 0.40%以下、 Si: 1.0%以下、 N i: 1.0%以下、 Ni:0.6%以下、 Cr: l 0〜 1 4 %、 A1 ： 0.025 〜0.30%、 N ： 0.025 〜 060 %を含有し、 残部が Feおよび不可避的不純物よ りなることを特徴とするものである。

また、 本発明の第 2の態様の製造方法は、 前記第 1 の態様の 発明で規定した成分組成の銷を素材とし、 その素材を熱間圧延 して熱延板と した後、 軟化焼鈍を旌し、 次いで酸洗、 冷間圧 延、 および仕上焼鈍を旌す一連の工程からなるマルテンサイ 卜 系ステンレス鋼板の製造方法において、 前記軟化焼鈍を 6 5 0 〜 9 0 0での温度範囲内での 3 0 0秒以内の短時間焼鈍によつ て行う ことを特徴とするものである。

これら第 1 および第 2の態様の発明において、 A1は 0.05〜 0.20%がよ り好適で、 Nは 0.03〜 0.05%がより,好適である。 図面の簡単な説明

第 1 図は、 軟質化焼鈍後の熱延板の表層部の板厚方向にお ける Cr濃度分布を、 各種の焼鈍条件の熱延板について示すダラ フである。

第 2図は、 冷延板に対する 8 0 0 °Cにおける均熱時間と酸化' 増量との関係を、 各種の熱延板軟質化焼鈍条件との関係を、 各 種の熱延板軟質化焼鈍条件について示すグラフである。

第 3図は、 仕上焼鈍後の冷延板の伸びおよび硬さと熱延板軟 質化焼鈍条件との関係を、 各種の鋼 H , E， Dおよび I 鋼につ いて示すグラフである。 発明の詳細な説明

以下、 本発明の具体的構成について詳細に説明する。

本発明においては、 前述のように A1および Nを鏑中に積極的 に含有させること等によって、 3 0 0秒以下の極く短時間の熱 延板焼鈍でも熱延板の充分な軟質化を可能とする。 すなわち、 A1は強力なフヱライ 卜相生成元素であるため、 熱延扳でのマル テンサイ 卜相減少および熱延板焼鈍におけるマルテンサイ 卜相 のフェライ ト相への分解が進み、 銷扳の軟質化を促進するこ と ができる。

さらに、 鋼中に Aiおよび Nが同時に含有されれば、 熱間圧延 時において銷板中に微細な A1N が多量に析出し、 この折出物の 周囲で高温短時間焼鈍中における鍋板の再結晶が活性化され、 再結晶、 軟質化が促進されるこ とを見出した。

ここで A1および Nの含有量がそれぞれ 0.025 %未満では、 熱 間圧延中の A1N の析出量が少なく、 A1N 析出による熱延焼鈍時 の再結晶 -軟質化促進の効果が認められず、 したがって Al、 N の下限はそれぞれ G.025 %と した。 一方 Aiの含有量 0.30 %を 超えてもそれ以上効果は増大せず、 また Nの含有量 0.06 %を

'超えれば、 N量増大によって鏍板が硬質化し、 熱間圧延中にお ける耳割れの発生および機械的性質の劣化等の問題を招く。 し たがって A1の上限は 0.30%、 Nの上限は 0-06%とした。

さらに、 短時間焼鈍による軟質化および熱間圧延時の割れの 発生防止の観点から、 最適な Al、 Nの含有量として、 A1を 0.05

〜0.20%およびノまたは Nを 0.03〜0.05%の範囲とするのが好 ましい。 Aiおよび N以外の鋼成分については、 従来の通常のマルテン サイ ト系ステンレス鋼とほぼ同様であれば良く 、 以下それらの 限定理由を記す。

Cは強度を確保するために必要な元素であるが、 0.40%を超 えれば鋼板が硬質化するから、 上限 0.40 %とした。

Siは脱酸剤として有効であるが 1.0%を超えれば靱性が劣化 するから、 上限 1-0 %と した。

Mnは強度および靱性の向上に有効であるが 1.0%を超えれば 鋼板の機械的性質が劣化するから、 上限 1.0%とした。

Niは耐食性を向上させる元素であるが、 高価な元素であり、 コス ト との兼ね会いから上限を 0.6 %とした。

Crはマルテンサイ 卜系ステン レス銷における基本元素で、 必 要な耐食性を得るために 1 0 %以上が必要であり、 またその添 · 加量の増大により耐食性は向上するが、 1 4 %を超えると、 鏺 の深絞り成型時にリ ジングと称するしわが発生しやすいので、 Cr含有量を 1 0〜 1 4 %の範囲内とした。

その他、 不可避的不純物元素と しては、 P， S , B等があ る。 これら P， Sおよび Bの含有量はステンレス鍋の耐食性の 点から、 それぞれ 0.30 %以下、 0.01%以下およ 2 ppm 未満に 低減する こ とが好ま しい。 特に Bが 2 ppm 以上含有する と、

1 0 %しゅ う酸電解ェ チ （ ASTM A 262) でディ ツチ （ ditch) 組織となり耐食性が低下する。 従って、 耐食性の確保の点から Bの含有量を 2 p p m 未潢とす ることが必要である。

本発明の第 2の態様の製造方法においては、 上述のような成 分組成の鋼素材、 すなわち連鍀スラブもしく は造瑰-分塊圧延 法によって得られたスラブに対し、 常法に従って熱間圧延し た後、 得られた熱延板を 6 5 0 〜 9 0 0 °Cの温度域において 3 0 0秒以下の短時間保持する 質化焼鈍を行う。 その後は常 法に従って酸洗、 冷間圧延および仕上焼鈍をその順に行ない、 冷延鎬板とする。

上述のように熱延板に対して短時間高温焼鈍を行なう ことに よって、 前記成分組成の鏍では、 耐酸化性および加工性の両者 が優れた冷延銷板を得ることができる。 こ こで、 軟質化のため の熱延板焼鈍条件の限定理由を説明すると、 まず、 温度条件に' ついては、 6 5 0 °C未潢の焼鈍温度では 3 0 0秒以下の短時間 焼鈍で充分な再結晶およびマルテサイ 卜相のフェライ 卜相への 分解が起こらず、 軟質化が不充分となり、 一方 9 0 0 °Cを超え る温度での焼鈍'では再結晶の効果は著しいが、 結晶粒が粗大化 して機桟的性質の劣化を招く とともに、 短時間の焼鈍でも脱 層の生成等の害を招く。 したがって熱延板軟質化焼鈍の温度《 囲は 6 5 0 〜 9 0 0での ¾囲内と した。 また上述の温度範囲 での保持時間を 3 0 0秒以内とした理由は、 上記温度 ¾囲の 3 0 0秒以内の短時間焼鈍で銅板は充分に再結晶-軟質化し、 それ以上の保持が不要となるばかりでなく、 3 0 0秒を超えて 保持すれば脱 Ci "層が生成されて冷延板の耐酸化性が劣化するか らである。 発明を実施するための最良の形態

(実旌例 1 )

第 1表に示す.化学成分を有する従来鋼と しての H〜 J鋦、 本 発明錫としての A〜 G銷を供試材と し、 各鋼の連続鍀造スラブ を常法に従って熱間圧延し、 板厚 3.5 mmの熱延板と した。 引'続 いて各鋼の熱延板に対し 6 5 0〜 9 5 0での温度範囲内におけ る 5 0 °C間隔の種々の温度で 1 0 0秒保持する熱延板軟質化焼 鈍を旌した。 また H鋼に対しては従来の方法である 8 0 0 'C X 8 の長時間バッチ焼鈍も行つた。 さらに引き続いて焼鈍後の 熱延板に対し第 2表に示す条件で 2段階酸洗を行い、 その後冷 間圧延によって 1.8 mm厚とし、 7 5 0 °C X I分の仕上焼鈍を施 した。

第 1 図に、 熱延板軟質化焼鈍後の各鍋板のうち、 代表的な条 伴のものについて、 銷板の板厚方向の 濃度分布を示す。 第 1 図から、 従来法である長時間 （ 8 hr) のバッチ式焼鈍を H鋼に 施した場合、 脱 Cr層の深さが鋼板表面から約 2 0 μπι に達して いたのに対し、 短時間 （ 1 0 0秒） の焼鈍を H鏑、 E鋼、 D鋼 および I 鏑に旌した場合には、 脱 Cr層の深さはわずか 6〜 7 ii m に過ず、 短時間焼鈍によって脱 C r層の生成が抑制されてい るこ とが明かである。

(実施例 2 )

これらの第 1図に示す熱延焼鈍扳に対して第 2表で示す条件 で酸洗し、 冷間圧延した後に 8 0 0 °Cで加熱する耐酸化性試験 を行い、 酸化による重量増大を調べた。 その結果を第 2図に示 す。

第 2図から、 長時間のバッチ式熱延板焼鈍を H鍋に施した場 合には酸化による重量増加が著しく、 したがって冷延板の射酸 化性が劣り、 仕上焼鈍によって粗悪なスケールが厚く生成する ことが明かであり、 一方各鋼に短時間焼鈍を行つた場合には、 酸化による重量の増加はほとんど認められず、 したがって冷延 板の耐酸化性が優れ、 仕上焼鈍によつて粗悪なスケールが生成 されないことが明らかである。

(実施例 3 )

H , E , Dおよび I の各鍋を冷間圧延後.、 8 0 0 °C X 1分の 仕上焼鈍により得られた製品冷延板の機械的性質を調べた。 そ の結果を、 第 3図に熱延板軟質化焼鈍における焼鈍温度と対応 して示す。 第 3図から、 從来鐳である H鋼および N含有量の低 い I銅に対して短時間焼鈍を行った場合には、 いずれの焼鈍温 度でも伸びが少なく 、 加工性が劣り、 従来法のバッチ式焼鈍を H銅に対して行った場合より も加工性が悪いことが明らかであ る。 これに対し、 本発明鋼である E鋼、 D鋼に対して短時間焼 鈍を旌した場合は、 特に焼鈍温度が 6 5 0〜 9 0 0 °Cの場合に 優れた加工性が得られ、 従来法の長時間焼鈍による場合と比較 しても高い加工性を有することが明らかである。

(実旌例 4 )

次に A〜 Jの各鋼による冷延板を 7 5 0 X 1 0 0秒保持 し、 これらの冷延焼鈍板の硬さ （ H v ) を測定する と と もに、 1 0 %しゅ う酸電解エッチ試験を行い耐食性を調べた。 その結 果を第 3表に示す。

第 3表からわかるよう に、 本発明鋼 A〜 G鋼は比較鋼 Ηおよ び I 錫に比べて軟質であり、 1 0 %しゅ う酸電解エツチ試験で もステップ組成となり、 良好な耐食性を示す。 一方、 元素 Bを 多量に （ 2 p pm 以上） 含む J鋇は軟質ではあるが、 ディ ツチ組 織となり耐食性に劣るこ とがわかる。

なお、 上記 1 0 %しゅう酸電解エッチ試験は、 A STM A 26 2に 準 して行つた。

その評価方法は次の通りである。

ステ ッ プ （段状組織） ： 結晶粒界にみぞのない組織 ディ ツチ （みぞ状組織） ： 完全にみぞで囲まれた結晶 粒が 1 つ以上ある組織 1 供試 の化 成分 （ w L % )

* Bi は（ppra)

第 2 表 酸洗条件

■33ム ivC

¾ f^ -½ vzfa"

, /C ΐ1¾ U2 U u nwnnU„3

¾i^(vol%) 20 12

°c) 80 22

mm (秒） 35 30

第 3表 硬さと 10%しゅう酸！^ J ツチ 結果 化 学 成 分 硬 さ 10 % し ゅ う酸

A1 N B (Hv) W^- チの Hi (wt%) (wt%) (ppm)

A鋼 0.040 0.035 <2 136 ステップ

B鋼 0.070 0.040 <2 126 ステッブ 本

cm 0.17 0.032 <2 128 ステップ

D鏑 0.25 0.038 <2 136 ステップ 明

E鋼 0.10 0.027 ぐ 2 135 ステップ 鋼

F鋼 0.12 0.040 く 1 126 ステップ

G鋼 0.14 0.055 <2 134 ステッブ

H鋼 0.002 0.035 く 1 149 ステッブ 比

較 I銷 0.10 0.013 <2 145 ステップ 鋼

J鋼 0.12 0.012 5 125 ティツチ 産業上の利用可能性

以上から明らかなよう に、 本発明の第 1 の態様のマルテン サイ ト系ステン レス鋼板は、 適切な量の A iおよび Νを含有させ るこ とによって、 極く短時間の熱延板軟質化焼鈍によっても充 分に再結晶、 軟質化することが可能となり、 その結果冷延板の 加工性と耐食性を充分に確保することが可能となると同時に、 熱延板軟質化焼鈍の短時間化を通じてその焼鈍時における脱 層の生成を抑制して冷延板の耐酸化性を著しく向上させるこ と が可能となる。

また、 本発明の第 2の態様の製造方法によれば、 3 0 0秒以 内の極く短時間の熱延板軟質化焼鈍を施して、 加工性、 耐酸化 性および耐食性が同時に優れたマルテンサイ 卜系ステンレス鑷 の冷延銷板を実際に製造するこ とができる。

従って、 本発明のステンレス銷板は、 洋食器、 家庭用品、 医 療器具等広範囲において有用であり、 しかもその製造に要する 時間の短縮化が図れるため、 製造コス トの低減にとつて有利で める。

Claims

請求の範囲

( 1 ) C : 0.40% ( 重量％、 以下同じ） 以下、 Si : 1.0 % 以下、 Mn: 1.0 %以下、 Ni : 0.6 %以下、 Cr: 1 0〜： 1 4 %、 Al: 0.025〜0.30%、 N : 0.025〜0.060 %を含有し、 残部が Feお よび不可避適不純物よ りなる こ とを特徴とする耐酸化性、 加工 性および耐食性に優れたマルテンサイ 卜系ステン レス鋼板。

( 2 ) 前記 A1含有量が 0.05〜 20%である請求の範囲 （ 1 ) の耐酸化性、 加工性および耐食性に優れたマルテ ンサイ ト系ス テン レス鋼板。

( 3 ) 前記 N含有量が 0.03〜 0.05%である請求の箱囲 （ 1 ) の耐酸化性、 加工性および耐食性に優れたマルテンサイ ト系ス テン レス銹板。

( 4 ) 前記 A1含有量が 0.05〜0.20%であり、 前記 N含有量が 0.03〜0.05%でぁる請求の¾囲 （ 1 ) の耐酸化性、 加工性およ び耐食性に優れたマルテ ンサイ ト系ステン レス鋼板。

( 5 ) C ： 0.40%以下、 Si : 1.0 %以下、 Mn: 1.0 %以下、 Ni： 0.6 %以下、 Cr: 1 0〜 1 4 %、 A 1： 0.025〜 0.30%、 N ： 0.025 〜0.060 %を含有し、 残部が Feおよび不可避適不純物よ り なる鋼素材を熱間圧延して熱延板と した後、 軟化焼鈍を旄 し、 次いで酸洗、 冷間圧延および仕上焼鈍を旌す一連の工程か らなるマルテンサイ 卜系ステンレス銅板の製造方法において、 前記軟化焼鈍を 6 5 0〜 9 0 0 °Cの温度範囲内での 3 0 0秒以 内の短時間加熱によって行う ことを特徴とする耐酸化性、 加工 性および耐食性に優れたマルテンサイ 卜系ステン レス鍋板の製 造方法。

( 6 ) 前記 A1含有量が 0.05〜0.20%である請求の範囲 （ 5 ) の耐酸化性、 加工性および耐食性に優れたマルテンサイ 卜系ス テン レス鋼板の製造方法。

( 7 ) 前記 N含有量が 0.03〜 05%である請求の範囲 （ 5 ) の耐酸化性、 加工性および耐食性に優れたマルテ ンサイ 卜系ス テン レス錫板の製造方法。

( 8 ) 前記 A1含有量が Q.Q5〜0.2Q%であり、 前記 N含有量が 0.03〜 0.05%でぁる請求の《囲 （ 5 ) の耐酸化性、 加工性お よび耐食性に優れたマルテンサイ ト系ステン レス鏍板の製造方 法。