(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024144173
(43)【公開日】2024-10-11
(54)【発明の名称】二相ステンレス鋼板
(51)【国際特許分類】
C22C 38/00 20060101AFI20241003BHJP
C22C 38/58 20060101ALI20241003BHJP
C22C 38/60 20060101ALN20241003BHJP
C21D 9/48 20060101ALN20241003BHJP
C21D 9/46 20060101ALN20241003BHJP
【FI】
C22C38/00 302H
C22C38/58
C22C38/60
C21D9/48 P
C21D9/46 Q
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2024028906
(22)【出願日】2024-02-28
(31)【優先権主張番号】P 2023056651
(32)【優先日】2023-03-30
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】503378420
【氏名又は名称】日鉄ステンレス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000338
【氏名又は名称】弁理士法人 HARAKENZO WORLD PATENT & TRADEMARK
(72)【発明者】
【氏名】西村 基
(72)【発明者】
【氏名】石丸 詠一朗
(72)【発明者】
【氏名】平川 直樹
【テーマコード(参考)】
4K037
【Fターム(参考)】
4K037EA01
4K037EA02
4K037EA04
4K037EA05
4K037EA09
4K037EA10
4K037EA12
4K037EA13
4K037EA14
4K037EA15
4K037EA16
4K037EA17
4K037EA18
4K037EA19
4K037EA20
4K037EA21
4K037EA22
4K037EA23
4K037EA25
4K037EA26
4K037EA27
4K037EA28
4K037EA29
4K037EA31
4K037EA32
4K037EA33
4K037EA35
4K037EA36
4K037EB02
4K037EB05
4K037EB06
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4K037EB09
4K037EB14
4K037FB00
4K037FF00
4K037FG00
4K037FH00
(57)【要約】
【課題】深絞り成形性に優れた二相ステンレス鋼板を提供する。
【解決手段】本開示の一態様の二相ステンレス鋼板は、圧延方向および板厚方向の両方向に平行な断面において、板厚方向におけるフェライト相-オーステナイト相の界面密度d(ただし、板厚方向におけるオーステナイト相の厚みが1μm未満の界面を除く)を複数位置で算出した場合の平均値をd
ave.としたときに、0.50個/μm≦d
ave.≦0.70個/μmを満たす。
【選択図】
図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
フェライト相およびオーステナイト相を含有する二相ステンレス鋼板であって、
前記二相ステンレス鋼板を圧延方向および板厚方向の両方向に平行な断面を観察した場合に、板厚方向に平行に引かれた仮想的な線分とフェライト相-オーステナイト相の界面(ただし、板厚方向におけるオーステナイト相の厚みが1μm未満の界面を除く)との交差回数を測定し、前記交差回数を前記線分の長さで除して得られる単位長さ当たりの界面の数を界面密度dとして、同一のサンプル中において複数の異なる位置で前記界面密度dを算出し、その平均値をdave.としたときに、0.50個/μm≦dave.≦0.70個/μmを満たす、二相ステンレス鋼板。
【請求項2】
質量%で、C:0.080%以下、Si:2.00%以下、Mn:4.00%以下、P:0.040%以下、S:0.0300%以下、Ni:1.50~8.00%、Cr:17.00~28.00%、Mo:5.00%以下、Cu:0.05~3.00%、および、N:0.080~0.320%を含有し、残部がFeおよび不純物からなる、請求項1に記載の二相ステンレス鋼板。
【請求項3】
質量%で、C:0.001~0.050%、Si:0.01%以上0.50%未満、Mn:1.0~4.5%以下、P:0.050%以下、S:0.030%以下、Ni:1.5~3.5%、Cr:19.6~24.0%、Mo:0.01~1.00%、Cu:0.01~1.20%、および、N:0.010~0.090%を含有し、残部がFeおよび不純物からなり、C+Nが0.130%未満である、請求項1に記載の二相ステンレス鋼板。
【請求項4】
質量%で、Nb:0.010~0.500%、Ti:0.010~0.500%以下、V:0.01~0.50%、W:0.05~0.50%、Co:0.01~0.30%、B:0.0002~0.0050%、Sn:0.010~0.500%、Al:0.010~0.050%、Mg:0.0002~0.0100%、Ca:0.0002~0.0100%、Ta:0.050%以下、Ga:0.050%以下、Zr:0.01~0.50%、REM:0.0002~0.0100%から選択される1種以上を更に含む、請求項3に記載の二相ステンレス鋼板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、フェライト相およびオーステナイト相を含有する二相ステンレス鋼板、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
フェライト相およびオーステナイト相を含有する二相ステンレス鋼板は、高耐食性および高強度を有し、成形物の軽量化に適したステンレス鋼板である。フェライト相およびオーステナイト相を含有する二相ステンレス鋼板を電池ケースなどの深絞り成形品に適用するためには、深絞り成形性の向上が必要になる。従来、フェライト相およびオーステナイト相を含有する二相ステンレス鋼板の絞り成形性を向上させる技術が検討されている。以下、フェライト相およびオーステナイト相を含有する二相ステンレス鋼板を「二相ステンレス鋼板」とも称する。
【0003】
特許文献1には、ステンレス鋼板の異方性を示すr値を、ステンレス鋼板の圧延方向と平行方向のr値をr0、圧延方向と直角方向のr値をr90、圧延方向と45°方向のr値をr45としたときに、r45<r0<r90の大小関係にすることで、角筒成形性を向上させたフェライト・オーステナイト2相ステンレス鋼板およびその製造方法が開示されている。
【0004】
特許文献2には、圧延方向に対して0°方向と90°方向の0.2%耐力の差を20MPa未満に抑えることで、深絞り成形時に発生するイヤリングの小さいプレス成形用のフェライト・オーステナイト系ステンレス鋼板およびその製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2018-127685号
【特許文献2】特開2011-208244号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
絞り成形性の指標として限界絞り比がある。限界絞り比は、割れずに絞り切れる最大のブランク直径を、深絞り成形に使用するパンチの直径で除した数値である。例えば電池ケースのような大きい絞り比を必要とする深絞り成形品に二相ステンレス鋼板を適用するには、前記限界絞り比を向上させる必要がある。特許文献1に記載の二相ステンレス鋼板は、角筒成形性を向上させたものであり、限界絞り比については記載されていない。特許文献2に記載の二相ステンレス鋼板は、イヤリングを小さくすることで歩留まり向上に寄与するものである。
【0007】
上記のような課題に鑑み、本発明では従来の二相ステンレス鋼板に比べて深絞り成形性に優れた二相ステンレス鋼板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意検討を重ねた。その結果、圧延方向および板厚方向の両方向に平行な断面におけるフェライト相-オーステナイト相の界面の密度を低下させることで、深絞り成形時に、フェライト相とオーステナイト相との間で生じる割れに起因する破断が生じる可能性を低減することができ、これにより限界絞り比の向上が可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。
【0009】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る二相ステンレス鋼は、フェライト相およびオーステナイト相を含有する二相ステンレス鋼板であって、前記二相ステンレス鋼板を圧延方向および板厚方向の両方向に平行な断面を観察した場合に、板厚方向に引かれた仮想的な線分とフェライト相-オーステナイト相の界面(ただし、板厚方向におけるオーステナイト相の厚みが1μm未満の界面を除く)との交差回数を測定し、前記交差回数を前記線分の長さで除して得られる単位長さ当たりの界面の数を界面密度dとして、同一のサンプル中において複数の異なる位置で前記界面密度dを算出し、その平均値をdave.としたときに、0.50個/μm≦dave.≦0.70個/μmを満たす。
【発明の効果】
【0010】
本発明の一態様によれば、従来二相ステンレス鋼板に比べて限界絞り比が大きく、深絞り成形性に優れた二相ステンレス鋼板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【
図1】実施例1の二相ステンレス鋼板のL断面の組織写真である。
【
図2】比較例2の二相ステンレス鋼板のL断面の組織写真である。
【
図3】実施例1の二相ステンレス鋼板を用いて深絞り成形した成形品の表面を走査型電子顕微鏡で撮像した画像である。
【
図4】比較例2の二相ステンレス鋼板を用いて深絞り成形した成形品の表面を走査型電子顕微鏡で撮像した画像である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
本発明の一態様について、詳細に説明する。本実施形態における二相ステンレス鋼板は、フェライト相およびオーステナイト相を含有するステンレス鋼板である。なお、本明細書において、各成分元素の含有量の単位である「%」は、特に言及がない限り「質量%」を意味する。また、本出願において、「A~B」は、A以上B以下であることを示している。
【0013】
(成分組成)
本実施形態における二相ステンレス鋼板は、鋼成分組成として、質量%で、C:0.080%以下、Si:2.00%以下、Mn:4.00%以下、P:0.040%以下、S:0.0300%以下、Ni:1.50~8.00%、Cr:17.00~28.00%、Mo:5.00%以下、Cu:0.05~3.00%、および、N:0.080~0.320%、を含有し、残部がFeおよび不純物からなる。これらの元素を含有させる意義および含有量について以下に詳細に説明する。
【0014】
<C:0.080%以下>
C含有量が0.080%を超えると、Cr炭化物析出により耐食性が低下する。したがってC含有量は少ない方が望ましいが、0.080%までは許容できるため、これを上限とする。耐食性改善の観点から、好ましいC含有量の上限は0.030%であり、より好ましくは、0.025%である。C含有量の下限は特に限定しないが、コストの観点から0.001%であることが好ましく、より好ましくは0.007%である。
【0015】
<Si:2.00%以下>
Siは、脱酸剤、脱硫剤として作用する。Si含有量が2.00%を超えて含有されると靭性が低下するので、Si含有量は2.00%以下とする。Si含有量の上限は、好ましくは、0.65%である。Siが脱酸剤、脱硫剤として十分に作用するには、Si含有量の下限は0.05%であることが好ましい。Si含有量のより好ましい下限は、0.30%である。
【0016】
<Mn:4.00%以下>
Mnは、比較的安価な元素でありながら、ステンレス鋼板中のオーステナイト相の量を増加させ、さらに窒素の固溶度を上げることで、Cr窒化物の析出を抑制する効果がある。一方で、過剰に含有すると耐食性劣化の原因となるため、上限を4.00%とする。Mn含有量の上限は、好ましくは、3.50%である。Mn含有量の下限は、好ましくは、0.85%であり、より好ましくは、2.00%である。
【0017】
<P:0.040%以下>
Pは、ステンレス鋼板中に不可避的に含有される元素であるが、熱間加工性を劣化させるため、P含有量は0.040%以下とする。P含有量の上限は、好ましくは、0.035%である。下限は特に限定しないが、コストの観点から0.005%とすることが好ましい。
【0018】
<S:0.0300%以下>
SはPと同様にステンレス鋼板中に不可避的に含有される元素であるが、熱間加工性、靭性、耐食性を劣化させるため、S含有量の上限は0.030%とする。S含有量の上限は、好ましくは0.020%である。S含有量の下限は特に限定しないが、コストの観点から0.0001%とすることが好ましい。より好ましいS量の下限は0.0005%である。
【0019】
<Ni:1.50~8.00%>
Niは、ステンレス鋼板の耐すきま腐食性を向上させる元素である。すきま腐食は、すきま内部のpHが低下し不働態皮膜が維持できなくなることにより発生する腐食である。Niは、低pH環境でのステンレス鋼板の溶解を抑制する。Ni含有量が過少の場合、耐すきま腐食性向上効果が得られない。このため、Ni含有量は、1.50%以上とする。Ni含有量の下限は、好ましくは、2.00%である。一方で、Ni含有量が過剰であると、コストが大きくなるだけでなく、オーステナイト相過多となり熱間加工性が低下する。このため、Ni含有量は、8.00%以下である。Ni含有量の上限は、好ましくは、6.80%であり、より好ましくは、2.50%である。
【0020】
<Cr:17.00~28.00%>
Crはステンレス鋼板の耐食性を向上させる元素である。耐食性の観点から、Cr含有量の下限は17.00%である。Cr含有量の下限は、好ましくは、20.00%である。一方、Crはフェライト相を増加させる元素であり、ステンレス鋼板がCrを過剰に含有するとフェライト相が過多となり、靭性が低下する。このためCr含有量の上限は28.00%とする。Cr含有量の上限は、好ましくは、24.50%であり、より好ましくは、22.00%である。
【0021】
<Mo:5.00%以下>
MoはCrを超える高い耐食性向上効果を有するが、非常に高価な元素であり、Mo含有量が過剰であると、製造コストが増大する。また、Mo含有量が過剰であるとステンレス鋼板の硬質化を招き加工性が劣化する。このため、Mo量の上限は5.00%とする。Mo含有量の上限は、好ましくは、2.95%であり、より好ましくは、0.60%である。Moが有する耐食性向上効果は、Mo含有量が0.01%未満では、その添加効果に乏しいため、Mo含有量は、0.01%以上とすることが好ましい。Mo含有量の下限は、好ましくは、0.05%であり、より好ましくは、0.20%である。
【0022】
<Cu:0.05~3.00%>
Cuは、Niと同様に低pH環境でのステンレス鋼板の溶解を抑制する元素である。ただし、ステンレス鋼板がCuを過剰に含有する場合、熱間加工性が著しく損なわれるため、Cu含有量の上限は3.00%とする。Cu含有量の上限は、好ましくは、1.40%である。一方、低pH環境でのステンレス鋼板の溶解を抑制する効果は、Cu含有量が0.50%未満ではあまり期待できない。したがって、Cu含有量の下限を0.50%とする。Cu含有量の下限は、好ましくは、0.60%であり、より好ましくは、0.70%である。
【0023】
<N:0.080~0.320%>
Nは耐食性を著しく高め、オーステナイト相量を高める元素である。この効果を得るため、N含有量の下限は、0.080%とする。N含有量の下限は、好ましくは、0.150%であり、より好ましくは、0.155%である。一方、N含有量が0.320%を超えると鋼中に窒化物を形成して耐食性や靭性を低下させるため、N含有量の上限を0.320%とする。N含有量の上限は、好ましくは、0.200%である。
【0024】
ここで、不純物とは、本実施形態の二相ステンレス鋼板を工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップ、または、製造環境などから混入されるものであって、本実施形態の二相ステンレス鋼板に悪影響を与えない範囲で含有される不純物元素を意味する。例えば、不純物としてOを0.0070%以下含有してもよい。
【0025】
以上、本実施形態における二相ステンレス鋼板の基本成分の一例について説明したが、本実施形態における二相ステンレス鋼板は、さらに、Feの一部に代えて、以下に述べる元素を1種または2種以上含有してもよい。
【0026】
<Al:0.003~0.050%>
Alは強力な脱酸作用を持つ元素であり、必要に応じて含有される。Alによる脱酸作用を得るには、Al含有量は、0.003%以上であることが好ましい。Al含有量の下限は、より好ましくは、0.005%である。一方、AlはNとともに窒化物を形成しやすく、窒化物が形成されると靭性が大きく低下する。そのため、Al含有量の上限は0.050%であることが好ましい。Al含有量の上限は、好ましくは、0.040%である。
【0027】
<Nb:0.005~0.20%>
NbはC、Nを固定してCr炭化物析出による耐食性低下を防ぎ、耐食性を向上させる元素であることから、必要に応じて含有される。Nb含有量が0.005%以上であれば、その効果が発現するため、Nb含有量の下限は、0.005%であることが好ましい。一方、Nb含有量が0.20%を超えると、固溶強化によりα相が硬質化し加工性を低下させる場合があるため、Nb含有量の上限は、0.20%であることが好ましい。
【0028】
<Ti:0.003~0.20%>
TiはC、Nを固定してCr炭化物析出による鋭敏化を防ぎ、耐食性を向上させる元素であることから、必要に応じて含有される。Ti含有量が0.003%以上であれば、その効果が発現するため、Ti含有量の下限は、0.003%であることが好ましい。一方、Ti含有量が0.20%を超えると、フェライト相の硬質化を招き、靱性を低下させ、さらにTi系析出物により表面粗さの低下を招く場合があるため、Ti含有量の上限は、0.20%であることが好ましい。
【0029】
<Co:0.005~0.25%>
CoはCr炭化物の析出を抑制し、耐食性の低下を抑制する元素であることから、必要に応じて含有される。Co含有量が0.005%以上であれば、Coが上記効果を奏するため、Co含有量の下限は、0.005%であることが好ましい。一方、Coは稀少な元素であり高価であるため、Co含有量の上限は、0.25%であることが好ましい。
【0030】
<V:0.005~0.15%>
Vは強力な炭化物生成元素である。高温域で炭化物を形成しやすいVが含有されると、Cr炭化物の析出が抑制され、耐食性低下を抑制できる。このため、Vは必要に応じて含有される。V含有量が0.005%以上であれば、Vが上記効果を奏するため、V含有量の下限は、0.005%であることが好ましい。一方、V含有量が多いと硬質化を招くため、V含有量の上限は、0.15%であることが好ましい。
【0031】
<Sn:0.005~0.20%、Sb:0.005~0.20%>
SnおよびSbは耐食性を向上させる元素であることから、必要に応じて含有される。SnまたはSbのいずれかの含有量が0.005%以上の場合、耐食性を向上させる効果が発揮されるため、Sn、Sbのそれぞれの含有量は、好ましくは、0.005%以上である。Sn、Sbのそれぞれの含有量の下限は、より好ましくは0.030%である。一方、SnおよびSbはフェライト相の固溶強化元素でもある。このため、Sn、Sbのそれぞれの含有量の上限は、それぞれ0.20%であることが好ましい。Sn、Sbのそれぞれの含有量の上限は、より好ましくは、0.10%である。
【0032】
<Ga:0.001~0.050%>
Gaは耐食性向上に寄与する元素であることから、必要に応じて含有される。Ga含有量が0.001%以上であれば、耐食性向上効果が発現するため、Ga含有量は、0.001%以上であることが好ましい。一方、Ga含有量が0.050%超では、耐食性向上効果が飽和し、コスト増につながるのみである。そのため、Ga含有量の上限は、好ましくは、0.050%である。
【0033】
<Zr:0.005~0.50%>
Zrは耐食性向上に寄与する元素であることから、必要に応じて含有される。Zr含有量が0.005%以上であれば、耐食性向上効果が発現するため、Zr含有量の下限は、0.005%であることが好ましい。Zr含有量が0.50%超では、効果が飽和するため、Zr含有量の上限は、好ましくは、0.50%である。
【0034】
<Ta:0.005~0.100%>
Taは介在物の改質により耐食性を向上させる元素であることから、必要に応じて含有される。Ta含有量が0.005%以上であれば、上記効果が発揮されるため、Ta含有量の下限は、0.005%であることが好ましい。一方、Ta含有量が0.100%超では、常温での延性の低下や靭性の低下を招く場合がある。このため、Ta含有量の上限は、好ましくは、0.100%である。Ta含有量の上限は、より好ましくは、0.050%である。
【0035】
<B:0.0002~0.0050%>
Bは二次加工脆化や熱間加工性劣化を抑制する効果を奏する元素であることから、必要に応じて含有される。B含有量が0.0002%以上であれば、Bが上記効果を奏するため、B含有量の下限は、0.0002%であることが好ましい。一方、Bは、耐食性には影響を与えない元素であり、B含有量が0.0050%を超えると、かえって熱間加工性が劣化する場合があるので、B含有量の上限は、0.0050%とすることが好ましい。B含有量の上限は、より好ましくは、0.0020%である。
【0036】
(界面密度)
本実施形態における二相ステンレス鋼は、圧延方向および板厚方向の両方向に平行な断面において、フェライト相-オーステナイト相の界面の密度が下記に示すように所定の範囲となっていることにより、限界絞り比が大きくなっている。このことについて、以下に詳細に説明する。
【0037】
フェライト相-オーステナイト相の界面密度の算出方法は、次の通りである。作製した二相ステンレス鋼板から試験片を切り出し、二相ステンレス鋼板の圧延方向および板厚方向の両方向に平行な断面(いわゆる、L断面)を露出させた後、樹脂に埋め込み、研磨を行う。その後、任意の薬剤でエッチングし、フェライト相とオーステナイト相とを現出させる。
【0038】
次に、試験片のL断面を倍率500~1000倍で撮影することにより得られた組織写真を線分析する。具体的には、L断面の組織写真において、板厚方向に引かれた仮想的な線分と、フェライト相-オーステナイト相の界面との交差回数を測定し、当該交差回数を上記線分の長さ(μm)で除して得られる単位長さ当たりの界面の数(個)である、界面密度d(個/μm)を算出する。ただし、板厚方向におけるオーステナイト相の厚みが1μm未満の界面は、深絞り成形性への影響がほとんどないため、当該界面を除いた界面の数を用いて界面密度dを算出する。上記線分析を同一サンプル中の複数の異なる位置で行い、その平均値を界面密度dの平均値dave.として算出する。上記線分の長さは、線分析結果のばらつきが大きくならない程度の長さ以上であればよく、例えば50μm以上であればよい。
【0039】
本実施形態における二相ステンレス鋼は、界面密度の平均値dave.が、0.50個/μm≦dave.≦0.70個/μmを満たす。本発明者らは、界面密度の平均値dave.が0.70個/μm以下である二相ステンレス鋼板が深絞り成形性に優れることを鋭意研究により見出した。これは、界面密度の平均値dave.を0.70個/μm以下とすることで、割れの起点となる二相界面が少なくなり、深絞り成形時に割れに起因する破断が生じる可能性を低減できるためである。界面密度の平均値dave.が0.70個/μmより高い場合、割れの起点となる二相界面が多くなり、深絞り成形時に破断しやすくなる。一方、上記界面密度が低すぎる、すなわち、オーステナイト相の含有率が低すぎると、二相ステンレス鋼板の強度低下を招く。したがって、dave.は0.50個/μm以上とする。なお、オーステナイト相の割合を増加させて一定の強度を確保する観点から、dave.は0.51個/μm以上であることが好ましい。また、dave.は深絞り成形時の破断を低減させる観点から0.69個/μm以下であることが好ましい。
【0040】
(二相ステンレス鋼の製造方法)
本実施形態における二相ステンレス鋼板の製造方法について説明する。本実施形態における二相ステンレス鋼板の製造方法は、製鋼工程、熱間圧延工程、熱延板酸洗工程、および板厚減少工程を含む。熱間圧延工程および板厚減少工程以外の工程については、製造条件は特段制限されず、公知の方法を適用することができる。
【0041】
熱間圧延工程は、前述の組成を持つ鋼板を、熱間圧延にて板厚が4.0mm未満となるように圧延処理する工程である。当該工程における熱間圧延後の板厚は、3.9mm以下となることが好ましい。また、熱間圧延後の板厚の下限は特に限定されないが、例えば、熱間圧延後の板厚の下限を3.0mmとしてもよい。熱間圧延工程では、熱間圧延を施した鋼板に対して焼鈍処理を行ってもよい。
【0042】
板厚減少工程は、熱間圧延工程により板厚が4.0mm未満となった熱延板に対して、板厚が0.50mm~1.60mmになるように板厚を減少させる工程である。例えば、板厚減少工程における加工率(冷間圧延で板厚を減少させる場合には、冷間圧延率)を60%以上74%以下としてもよい。これにより、上記界面密度の平均値dave.が、0.50個/μm≦dave.≦0.70個/μmを満たす二相ステンレス鋼板を製造することができる。
【0043】
板厚を減少させる方法は典型的には冷間圧延であるが、例えば、圧縮加工により板厚を減少させてもよい。冷間圧延により板厚を減少させる場合は、冷間圧延後に焼鈍処理を施してもよい。
【0044】
板厚減少工程において、板厚が0.50mm未満になるように加工すると、加工時に局所的な板厚減少により鋼板が破断するおそれがある。そのため、板厚減少工程では、板厚が0.50mm以上になるように板厚を減少させる。
【0045】
板厚減少工程において、板厚が1.60mmより大きくなるように加工すると、鋼板の変形抵抗が高くなり、成形時の負荷が増大し、金型の破損を招くおそれがある。そのため、板厚減少工程では、板厚が1.60mm以下になるように板厚を減少させる。
【0046】
以上のように、本開示の一態様の二相ステンレス鋼板の製造方法は、フェライト相およびオーステナイト相を含有する二相ステンレス鋼板の製造方法であって、熱間圧延を行って板厚が4.0mm未満の熱延板を作製する熱間圧延工程と、板厚が4.0mm未満の前記熱延板に対して、板厚が0.50mm~1.60mmになるように板厚を減少させる板厚減少工程と、を含む。また、本開示の一態様の二相ステンレス鋼板の製造方法は、上記板厚減少工程において、冷間圧延することにより前記熱延板の板厚を減少させる構成であってもよい。
【0047】
本発明における二相ステンレス鋼板は、鋼成分組成として、C:0.001~0.050%、Si:0.01%以上0.50%未満、Mn:1.0~4.5%以下、P:0.050%以下、S:0.030%以下、Ni:1.5~3.5%、Cr:19.6~24.0%、Mo:0.01~1.00%、Cu:0.01~1.20%、および、N:0.010~0.090%を含有し、残部がFeおよび不純物からなり、C+Nが0.130%未満であってもよい。この場合、二相ステンレス鋼板は、必要に応じて、Nb:0.010~0.500%、Ti:0.010~0.500%、V:0.01~0.50%、W:0.05~0.50%、Co:0.01~0.30%、B:0.0002~0.0050%、Sn:0.010~0.500%、Al:0.010~0.050%、Mg:0.0002~0.0100%、Ca:0.0002~0.0100%、Ta:0.050%以下、Ga:0.050%以下、Zr:0.01~0.50%、REM:0.0002~0.0100%から選択される1種以上を更に含むことができる。以下、これらの元素を含有させる意義および含有量について以下に詳細に説明する。
【0048】
<C:0.001~0.050%>
Cは、オーステナイト相の安定度に大きな影響を及ぼす元素である。Cの含有量が多すぎると、延性(加工性)が低下したり、Cr炭化物の析出が促進されて粒界腐食が発生したりすることがある。そのため、Cの含有量を0.050%以下、好ましくは0.045%以下、より好ましくは0.040%以下とする。また、耐食性の観点から、Cの含有量は低い方がよいが、Cの含有量を低下しすぎるとコストの増加を招く。そのため、Cの含有量を0.001%以上、好ましくは0.002%以上、より好ましくは0.005%以上とする。
【0049】
<Si:0.01%以上0.50%未満>
Siは、脱酸元素として添加され、耐酸化性の向上にも有用な元素である。ただし、Siの含有量が多すぎると、硬質化して延性が低下する。そのため、Siの含有量を0.50%未満、好ましくは0.45%以下、より好ましくは0.40%以下とする。また、Siを過度に低減すると製錬時のコストが増加する。そのため、Siの含有量を0.01%以上、好ましくは0.02%以上、より好ましくは0.05%以上とする。
【0050】
<Mn:1.0~4.5%>
Mnは、オーステナイト相に濃化してオーステナイト相を安定化させるのに重要な役割を持つ元素である。ただし、Mnの含有量が多すぎると、延性に加え、耐食性や熱間加工性も低下する。したがって、Mnの含有量を4.5%以下、好ましくは4.0%以下、より好ましくは3.5%以下とする。また、Mnを過度に低減すると製錬時のコストが増加する。そのため、Mnの含有量を1.0%以上、好ましくは1.1%以上、より好ましくは1.2%以上とする。
【0051】
<P:0.050%以下>
Pは、Crなどの原料に含有される元素である。Pの含有量が多いと、成形性が低下するため、Pの含有量を0.050%以下、好ましくは0.045%以下、より好ましくは0.040%とする。一方、Pの含有量は低い方が好ましいが、Pの含有量を低減することには限界がある。Pの含有量の下限値は、一般的に0.001%、好ましくは0.002%、より好ましくは0.003%である。
【0052】
<S:0.030%以下>
Sは、様々な原料に含有される元素である。Sは、Mnと結合して介在物をつくり、発銹の起点となることがあるため、Sの含有量が低いほど耐食性が向上する。したがって、Sの含有量を0.030%以下、好ましくは0.025%以下、より好ましくは0.020%以下とする。一方、Sの含有量を低減することには限界がある。Sの含有量の下限値は、一般的に0.0001%、好ましくは0.0005%である。
【0053】
<Ni:1.5~3.5%>
Niは、オーステナイト生成元素であり、オーステナイト相の安定度を調整するために重要な元素である。また、Niは窒化物の析出を抑制し、耐食性を向上させる効果も有する。これらの効果を発揮させるために、Niの含有量を1.5%以上、好ましくは1.6%以上、より好ましくは1.7%以上、更に好ましくは1.8%以上とする。一方、Niの含有量が多すぎると、原料コストの上昇を招くほか、オーステナイト相の割合が高くなることで応力腐食割れなどの問題が生じる可能性もある。そのため、Niの含有量を3.5%以下、好ましくは3.4%以下、より好ましくは3.0%以下とする。
【0054】
<Cr:19.6~24.0%>
Crは、耐食性を確保するのに必要な元素である。この効果を発揮させるために、Crの含有量を19.6%以上、好ましくは20.0%以上、より好ましくは20.4%以上とする。一方、Crの含有量が多すぎると、熱間加工割れをもたらしたり、精錬工程のコスト増加につながったりする。そのため、Crの含有量を24.0%以下、好ましくは23.5%以下、より好ましくは23.0%以下とする。
【0055】
<Mo:0.01~1.00%>
Moは、耐食性を向上させる元素である。この効果を発揮させるために、Moの含有量を0.01%以上、好ましくは0.03%以上、より好ましくは0.05%以上とする。一方、Moの含有量が多すぎると、原料コストが上昇してしまう。そのため、Moの含有量を1.00%以下、好ましくは0.80%以下、より好ましくは0.50%以下とする。
【0056】
<Cu:0.01~1.20%>
Cuは、Mn及びNiと同様にオーステナイト生成元素であり、窒化物の析出を抑制して耐食性を向上させる効果を有する。これらの効果を発揮させるために、Cuの含有量を0.01%以上、好ましくは0.05%以上、より好ましくは0.10%以上とする。一方、Cuの含有量が多すぎると、原料コストの上昇を招くほか、熱間加工性も低下する。そのため、Cuの含有量を1.20%以下、好ましくは1.00%以下、より好ましくは0.80%以下とする。
【0057】
<N:0.010~0.090%>
Nは、Cと同様に、オーステナイト相の安定度に大きな影響を及ぼす元素である。また、Nは固溶して耐食性を高める元素でもある。これらの効果を発揮させるために、Nの含有量を0.010%以上、好ましくは0.020%以上とする。一方、Nの含有量が多すぎると、延性が低下するとともに、Cr窒化物の析出によって耐食性も低下する。そのため、Nの含有量を0.090%以下、好ましくは0.080%以下とする。
【0058】
<C+N:0.130%未満>
C及びNの合計含有量が多くなると、鋭敏化によって耐食性が低下したり、高強度化によって延性が低下したりする。そのため、C及びNの合計含有量を0.130%未満、好ましくは0.120%以下とする。なお、C及びNの合計含有量の下限値は、特に限定されないが、好ましくは0.010%、好ましくは0.020%、より好ましくは0.030%である。
【0059】
<Nb:0.010~0.500%>
Nbは、窒化物(NbN)や炭化物(NbC)を形成し、加工性を向上させる効果を有する。この効果を発揮させるために、Nbの含有量を0.010%以上、好ましくは0.015%以上、より好ましくは0.020%以上とする。一方、Nbの含有量が多すぎると、延性が低下する。そのため、Nbの含有量を0.500%以下、好ましくは0.300%以下、より好ましくは0.200%以下とする。
【0060】
<Ti:0.010~0.500%>
Tiも、Nbと同様に、窒化物(TiN)や炭化物(TiC)を形成し、加工性を向上させる効果を有する。この効果を発揮させるために、Tiの含有量を0.010%以上、好ましくは0.015%以上、より好ましくは0.020%以上とする。一方、Tiの含有量が多すぎると、延性が低下する。そのため、Nbの含有量を0.500%以下、好ましくは0.300%以下、より好ましくは0.200%以下とする。
【0061】
<V:0.01~0.50%>
Vは、窒化物を形成し、加工性を向上させる効果を有する。この効果を発揮させるために、Vの含有量を0.01%以上、好ましくは0.03%以上、より好ましくは0.05%以上とする。一方、Vの含有量が多すぎると延性及び熱間加工性が低下してしまう。そのため、Vの含有量を0.50%以下、好ましくは0.45%以下、より好ましくは0.40%以下とする。
【0062】
<W:0.05~0.50%>
Wは、耐食性を向上させるのに有効な元素である。この効果を発揮させるために、Wの含有量を0.05%以上、好ましくは0.08%以上、より好ましくは0.10%以上とする。一方、Wの含有量が多すぎると、延性が低下する。そのため、Wの含有量を0.50%以下、好ましくは0.45%以下、より好ましくは0.40%以下とする。
【0063】
<Co:0.01~0.30%>
Coは、高温強度を高め、熱間加工性を向上させるのに有効な元素である。これらの効果を発揮させるために、Coの含有量を0.01%以上、好ましくは0.03%以上、より好ましくは0.05%以上とする。一方、Coの含有量が多すぎると、靭性が低下する。そのため、Coの含有量を0.30%以下、好ましくは0.25%以下、より好ましくは0.20%以下とする。
【0064】
<B:0.0002~0.0050%>
Bは、粒界に偏析して熱間加工性を向上させる元素である。この効果を発揮させるために、Bの含有量を0.0002%以上、好ましくは0.0010%以上、より好ましくは0.0015%以上とする。一方、Bの含有量が多すぎると、耐食性が著しく低下する。そのため、Bの含有量を0.0050%以下、好ましくは0.0040%以下、より好ましくは0.0030%以下とする。
【0065】
<Sn:0.010~0.500%>
Snは、耐食性を向上させる元素である。この効果を発揮させるために、Snの含有量を0.010%以上、好ましくは0.020%以上、より好ましくは0.030%以上とする。一方、Snの含有量が多すぎると、熱間加工性が低下してしまう。そのため、Snの含有量を0.500%以下、好ましくは0.450%以下、より好ましくは0.400%以下とする。
【0066】
<Al:0.010~0.050%>
Alは、脱硫及び脱酸に有効な元素である。これらの効果を発揮させるために、Alの含有量を0.010%以上、好ましくは0.015%以上、より好ましくは0.020%以上とする。一方、Alの含有量が多すぎると、製造疵の増加及び原料コストの増加を招く。そのため、Alの含有量を0.050%以下、好ましくは0.045%以下、より好ましくは0.040%以下とする。
【0067】
<Mg:0.0002~0.0100%>
Mgは、脱酸だけでなく、凝固組織を微細化する効果を有する元素である。これらの効果を発揮させるためには、Mgの含有量を0.0002%以上、好ましくは0.0005%以上、より好ましくは0.0010%以上とする。一方、Mgの含有量が多すぎると、原料コストの増加につながる。そのため、Mgの含有量を0.0100%以下、好ましくは0.0095%以下、より好ましくは0.0090%以下とする。
【0068】
<Ca:0.0002~0.0100%>
Caは、脱硫及び脱酸に有効な元素である。この効果を発揮させるために、Caの含有量を0.0002%以上、好ましくは0.0005%以上、より好ましくは0.0010%以上とする。一方、Caの含有量が多すぎると、熱間加工割れが生じ易くなるとともに耐食性も低下する。そのため、Caの含有量を0.0100%以下、好ましくは0.0080%以下、より好ましくは0.0050%以下とする。
【0069】
<Ta:0.050%以下>
Taは、介在物の改質により耐食性を向上させる元素である。ただし、Taの含有量が多すぎると、常温延性の低下や靭性の低下を招く。そのため、Taの含有量は0.050%以下、好ましくは0.045%以下、より好ましくは0.040%以下とする。一方、Taの含有量の下限値は特に限定されないが、Taによる効果を発揮させるためには、好ましくは0.001%、より好ましくは0.003%である。
【0070】
<Ga:0.050%以下>
Gaは、耐食性の向上や水素脆化を抑制する元素である。ただし、Gaの含有量が多すぎると、加工性が低下する。そのため、Gaの含有量は0.050%以下、好ましくは0.040%以下、より好ましくは0.030%以下とする。一方、Gaの含有量の下限値は特に限定されないが、Gaによる効果を発揮させるためには、好ましくは0.001%、より好ましくは0.003%である。
【0071】
<Zr:0.01~0.50%>
Zrは、Nb及びTiと類似の作用があるとともに、耐酸化性を向上させる元素である。それら効果を発揮させるために、Zrの含有量を0.01%以上、好ましくは0.03%以上、より好ましくは0.05%以上とする。一方、Zrの含有量が多すぎると、延性の低下に加えて原料コストの増加を招く。そのため、Zrの含有量を0.50%以下、好ましくは0.40%以下、より好ましくは0.30%以下とする。
【0072】
<REM:0.0002~0.0100%>
REM(希土類)は、熱間加工性を向上させるのに有効な元素である。この効果を発揮させるために、REMの含有量を0.0002%以上、好ましくは0.0005%以上、より好ましくは0.0010%以上とする。一方、REMの含有量が多すぎると、製造性を損なうとともにコスト増加をもたらす。そのため、REMの含有量を0.0100%以下、好ましくは0.0090%以下、より好ましくは0.0080%以下とする。
【0073】
なお、REMは、Sc、Y及びLa~Luまでの15元素(ランタノイド)の総称である。REMとして、これらの元素を単独又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
【0074】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【実施例0075】
本発明の一実施例について以下に説明する。
【0076】
実施例1の二相ステンレス鋼板は、以下のように作製した。まず、表1に示す組成の鋼板を作製した。次に、作製した鋼板を板厚3.5mmになるように熱間圧延し、次いで焼鈍処理を施した。その後、冷間圧延により0.99mmまで圧延した後、焼鈍処理を施すことで、実施例1の二相ステンレス鋼板の冷延焼鈍板を作製した。
【0077】
実施例2~14、および比較例1~11の二相ステンレス鋼板は、組成、熱延焼鈍後の鋼板の板厚(熱延焼鈍板板厚)、および、冷延焼鈍後の鋼板の板厚(冷延焼鈍板板厚)が異なる以外は、実施例1と同様の方法で作製した。実施例1~14、および比較例1~11について、鋼板の組成を表1に、熱延焼鈍板厚および冷延焼鈍板厚を表2に記す。表2には、冷間圧延率も併せて示している。
【表1】
【表2】
(界面密度の平均値d
ave.)
次に、作製した実施例1~14、および比較例1~11の二相ステンレス鋼板について、フェライト相-オーステナイト相の界面の界面密度の平均値d
ave.を以下のようにして算出した。作製した二相ステンレス鋼板の板厚中央(板厚の1/2)位置から試験片を切り出し、L断面を露出させた後、樹脂に埋め込み、研磨を行った。その後、L断面を相の現出に適したエッチング剤でエッチングし、フェライト相とオーステナイト相とを現出させた。
【0078】
次に、エッチングによりフェライト相とオーステナイト相とを現出させた試験片のL断面における任意の1視野(観察視野)を、光学顕微鏡(オリンパス株式会社製、型番BX53M)を用いて、倍率500倍で撮影することにより、L断面の組織写真を撮像した。
図1は、実施例1の二相ステンレス鋼板のL断面の組織写真である。
図2は、比較例2の二相ステンレス鋼板のL断面の組織写真である。次に、
図1および
図2に示すように、鋼板のL断面の組織写真を圧延方向に四等分するように板厚方向に平行に長さlの仮想的な線分Lを3本引き、それぞれの線分L
1、L
2、L
3について、フェライト相-オーステナイト相の界面との交差回数Iを測定した。
図1および
図2に示す数値は、それぞれの線分L
1、L
2、L
3における、フェライト相-オーステナイト相の界面との交差回数I
1、I
2、I
3である。次に、測定した交差回数I
1、I
2、I
3を上記線分の長さlで除することにより、単位長さ当たりの界面の数である界面密度d
1、d
2,d
3をそれぞれ算出した。なお、界面密度dは下記の式で表すことができる。
【0079】
d(個/μm)=I(個)/l(μm)
このとき、板厚方向におけるオーステナイト相の厚みが1μm未満の界面を除いた界面の数Iを用いて界面密度dを算出した。
図1および
図2に示す例では、観察視野の視野面積は9900μm
2(縦99μm×横100μm)であり、上記線分の長さは観察視野の縦の長さに等しく、99μmであった。同様の線分析を異なる3視野で行い、算出した9個(1視野あたり3本×3視野)の界面密度dの平均値d
ave.(相加平均)を算出した。算出した界面密度の平均値d
ave.を表2に示す。
【0080】
表2に示すように、熱間圧延工程の板厚が4.0mm未満となった熱延板に対して、板厚が0.50mm~1.60mmになるように板厚を減少させた実施例1~14の二相ステンレス鋼板では、界面密度の平均値dave.が0.50~0.70個/μmであった。これに対して、熱間圧延工程の板厚が4mm以上の熱延板に対して板厚が0.50mm~1.60mmになるように板厚を減少させた比較例1~11の二相ステンレス鋼板では、界面密度の平均値をdave.が0.70個/μmよりも大きかった。
【0081】
(深絞り試験)
次に、作製した実施例1~14、および比較例1~11の二相ステンレス鋼板を用いて深絞り試験を行った。深絞り試験は、パンチ径を40mm、パンチRを4mm、ダイス径を被成形材の板厚に応じて任意とし、しわ押さえ力を10kN、パンチ速度を20mm/minとして行った。潤滑油にはCastrol社製Iloform CFX300を使用し、刷毛で材料表面に塗布した。深絞り試験結果から、限界絞り比LDRを算出した。算出した限界絞り比LDRを表2に示す。表2に示すように、実施例1~14の二相ステンレス鋼板は、比較例1~11の二相ステンレス鋼板に比べて、限界絞り比LDRが5%程度高かった。
【0082】
深絞り試験後の成形品の表面を、走査型電子顕微鏡(日本電子株式会社製、型番JSM-IT510)を用いて観察した。
図3は、実施例1の二相ステンレス鋼板を用いて深絞り成形した成形品の表面を走査型電子顕微鏡で撮像した画像である。
図4は、比較例2の二相ステンレス鋼板を用いて深絞り成形した成形品の表面を走査型電子顕微鏡で撮像した画像である。
図3に示すように、実施例1の二相ステンレス鋼板を用いて成形した場合には、表面に割れは確認されなかった。これに対して、比較例2の二相ステンレス鋼板を用いて成形した場合には、
図4に示すように、圧延方向に沿った微小な割れが観察された。実施例2~14の二相ステンレス鋼板を用いた場合においても、
図3に示す実施例1の二相ステンレス鋼板を用いた場合と同様に、深絞り試験後の成形品の表面に割れが観察されなかった。これに対し、比較例1、3~11の二相ステンレス鋼板を用いた場合には、
図4に示す比較例2の二相ステンレス鋼板を用いた場合と同様に、深絞り試験後の成形品の表面に割れが観察された。