特表2022-513747成形性及び高温特性に優れた低Ｃｒフェライト系ステンレス鋼及びその製造方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-02-09
(54)【発明の名称】成形性及び高温特性に優れた低Ｃｒフェライト系ステンレス鋼及びその製造方法
(51)【国際特許分類】
C22C 38/00 20060101AFI20220202BHJP
C22C 38/50 20060101ALI20220202BHJP
C21D 9/46 20060101ALI20220202BHJP
【ＦＩ】
C22C38/00 302Z
C22C38/50
C21D9/46 R
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2021532855
(86)(22)【出願日】2019-02-20
(85)【翻訳文提出日】2021-06-09
(86)【国際出願番号】 KR2019002017
(87)【国際公開番号】W WO2020122320
(87)【国際公開日】2020-06-18
(31)【優先権主張番号】10-2018-0158651
(32)【優先日】2018-12-10
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】592000691
【氏名又は名称】ポスコ
【氏名又は名称原語表記】ＰＯＳＣＯ
(74)【代理人】
【識別番号】110000051
【氏名又は名称】特許業務法人共生国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ジョン，イル チャン
(72)【発明者】
【氏名】イム，ジン ウ
(72)【発明者】
【氏名】ユ，ハン ジン
【テーマコード（参考）】
4K037
【Ｆターム（参考）】
4K037EA01
4K037EA04
4K037EA05
4K037EA12
4K037EA13
4K037EA15
4K037EA18
4K037EA20
4K037EA23
4K037EA25
4K037EA27
4K037EA28
4K037EA31
4K037EB03
4K037EB07
4K037EB08
4K037EB09
4K037FA03
4K037FB00
4K037FF03
4K037FG00
4K037FJ07
4K037FK06
4K037FL02
(57)【要約】
【課題】Ｃｒ含量の増加またはＮｂ添加なしでも高Ｃｒフェライト系ステンレス鋼に対応する高温強度及び高温耐酸化性に優れ、かつ成形性を確保した低Ｃｒフェライト系ステンレス鋼及びその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の低Ｃｒフェライト系ステンレス鋼は、重量％で、Ｃ：０．００５～０．０１５％、Ｎ：０．００５～０．０１５％、Ｓｉ：０．５～１．５％、Ｍｎ：０．１～０．５％、Ｃｒ：９～１４％、Ｔｉ：０．１～０．３％、Ｃｕ：０．３～０．８％、Ａｌ：０．０１～０．０５％、Ｓｎ：０．００５～０．１５％、残りのＦｅ及び不可避な不純物からなり、下記式（１）及び（２）を満たすことを特徴とする。
（１）Ｃｕ＋Ｓｉ＝１．３
（２）Ｓｉ＋Ｃｕ＋１０＊Ｓｎ≦３．０
ここで、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｓｎは、各元素の含量（重量％）を意味する。
【選択図】図１
【解決手段】本発明の低Ｃｒフェライト系ステンレス鋼は、重量％で、Ｃ：０．００５～０．０１５％、Ｎ：０．００５～０．０１５％、Ｓｉ：０．５～１．５％、Ｍｎ：０．１～０．５％、Ｃｒ：９～１４％、Ｔｉ：０．１～０．３％、Ｃｕ：０．３～０．８％、Ａｌ：０．０１～０．０５％、Ｓｎ：０．００５～０．１５％、残りのＦｅ及び不可避な不純物からなり、下記式（１）及び（２）を満たすことを特徴とする。
（１）Ｃｕ＋Ｓｉ＝１．３
（２）Ｓｉ＋Ｃｕ＋１０＊Ｓｎ≦３．０
ここで、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｓｎは、各元素の含量（重量％）を意味する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
重量％で、Ｃ：０．００５～０．０１５％、Ｎ：０．００５～０．０１５％、Ｓｉ：０．５～１．５％、Ｍｎ：０．１～０．５％、Ｃｒ：９～１４％、Ｔｉ：０．１～０．３％、Ｃｕ：０．３～０．８％、Ａｌ：０．０１～０．０５％、Ｓｎ：０．００５～０．１５％、残りのＦｅ及び不可避な不純物からなり、下記式（１）及び（２）を満たすことを特徴とする成形性及び高温特性に優れた低Ｃｒフェライト系ステンレス鋼。
（１）Ｃｕ＋Ｓｉ＝１．３
（２）Ｓｉ＋Ｃｕ＋１０＊Ｓｎ≦３．０
（ここで、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｓｎは、各元素の含量（重量％）を意味する）
【請求項2】
重量％で、Ｎｉ：０．３％以下、Ｐ：０．０４％以下及びＳ：０．００２％以下をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の成形性及び高温特性に優れた低Ｃｒフェライト系ステンレス鋼。
【請求項3】
基地組織内の１～５００ｎｍサイズのＣｕ析出相を０．０３重量％以上含むことを特徴とする請求項１に記載の成形性及び高温特性に優れた低Ｃｒフェライト系ステンレス鋼。
【請求項4】
９００℃の高温強度が１２ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１に記載の成形性及び高温特性に優れた低Ｃｒフェライト系ステンレス鋼。
【請求項5】
延伸率が３０％以上であることを特徴とする請求項１に記載の成形性及び高温特性に優れた低Ｃｒフェライト系ステンレス鋼。
【請求項6】
下記式（３）を満たすことを特徴とする請求項１に記載の成形性及び高温特性に優れた低Ｃｒフェライト系ステンレス鋼。（３）（Ｓｉ＋５＊Ｓｎ）／Ｔｉ＝５．０
（ここで、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｔｉは、各元素の含量（重量％）を意味する）
【請求項7】
重量％で、Ｃ：０．００５～０．０１５％、Ｎ：０．００５～０．０１５％、Ｓｉ：０．５～１．５％、Ｍｎ：０．１～０．５％、Ｃｒ：９～１４％、Ｔｉ：０．１～０．３％、Ｃｕ：０．３～０．８％、Ａｌ：０．０１～０．０５％、Ｓｎ：０．００５～０．１５％、残りのＦｅ及び不可避な不純物からなり、下記式（１）及び（２）を満たすフェライト系ステンレス鋼冷延鋼板を冷延焼鈍熱処理する段階と、４５０～５５０℃の温度範囲まで急冷して５分以上維持する段階と、を含むことを特徴とする成形性及び高温特性に優れた低Ｃｒフェライト系ステンレス鋼の製造方法。
（１）Ｃｕ＋Ｓｉ＝１．３
（２）Ｓｉ＋Ｃｕ＋１０Ｓｎ≦３．０
（ここで、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｓｎは、各元素の含量（重量％）を意味する）
【請求項8】
前記冷延焼鈍鋼板は、基地組織内の１～５００ｎｍサイズのＣｕ析出相を０．０９重量％以上含むことを特徴とする請求項７に記載の成形性及び高温特性に優れた低Ｃｒフェライト系ステンレス鋼の製造方法。
【請求項9】
前記冷延焼鈍鋼板の９００℃の高温強度は、１４．５ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項７に記載の成形性及び高温特性に優れた低Ｃｒフェライト系ステンレス鋼の製造方法。
【請求項10】
前記冷延鋼板は、下記式（３）を満たすことを特徴とする請求項７に記載の成形性及び高温特性に優れた低Ｃｒフェライト系ステンレス鋼の製造方法。（３）（Ｓｉ＋５＊Ｓｎ）／Ｔｉ＝５．０
（ここで、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｔｉは、各元素の含量（重量％）を意味する）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、成形性及び高温特性に優れた低Ｃｒフェライト系ステンレス鋼びその製造方法に係り、より詳しくは、高温強度及び高温耐酸化性に優れており、かつ成形性を確保できる低Ｃｒフェライト系ステンレス鋼及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
フェライト系ステンレス鋼材は、高価な合金元素の添加が少ないにもかかわらず耐食性に優れ、オーステナイト系ステンレス鋼材に比べて価格競争力が高い。特にＣｒ含量が９～１４％の低Ｃｒフェライト系ステンレス鋼材は、原価競争力がさらに優れ、常温から８００℃の排ガス温度範囲に対応する排気系部品など（Ｍｕｆｆｌｅｒ、Ｅｘ－ｍａｎｉｆｏｌｄ、Ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ ｃｏｎｅなど）に用いられている。
しかし、高温強度と高温耐酸化性が高Ｃｒ及びＮｂ添加鋼に比べて劣位であるため用途拡大に制約があった。高温強度と高温耐酸化性を向上させるため、Ｃｒ含量を上方調整するか、またはＮｂを添加することは、製造原価を上昇させる原因となるので、低Ｃｒフェライト系ステンレス鋼にＮｂを添加せずに高温特性を向上させることができる開発研究が必要である。
しかし、高温強度と高温耐酸化性が高Ｃｒ及びＮｂ添加鋼に比べて劣位であるため用途拡大に制約があった。高温強度と高温耐酸化性を向上させるため、Ｃｒ含量を上方調整するか、またはＮｂを添加することは、製造原価を上昇させる原因となるので、低Ｃｒフェライト系ステンレス鋼にＮｂを添加せずに高温特性を向上させることができる開発研究が必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
本発明の目的とするところは、Ｃｉ、Ｓｉ、Ｓｎの含量を最適化して固溶強化及び析出強化を活用することにより、Ｃｒ含量の増加またはＮｂを添加せずに高Ｃｒフェライト系ステンレス鋼に対応する高温強度及び高温耐酸化性に優れ、かつ成形性を確保した低Ｃｒフェライト系ステンレス鋼及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0004】
本発明の成形性及び高温特性に優れた低Ｃｒフェライト系ステンレス鋼は、重量％で、Ｃ：０．００５～０．０１５％、Ｎ：０．００５～０．０１５％、Ｓｉ：０．５～１．５％、Ｍｎ：０．１～０．５％、Ｃｒ：９～１４％、Ｔｉ：０．１～０．３％、Ｃｕ：０．３～０．８％、Ａｌ：０．０１～０．０５％、Ｓｎ：０．００５～０．１５％、残りのＦｅ及び不可避な不純物からなり、下記式（１）及び（２）を満たすことを特徴とする。
（１）Ｃｕ＋Ｓｉ＝１．３
（２）Ｓｉ＋Ｃｕ＋１０＊Ｓｎ≦３．０
ここで、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｓｎは、各元素の含量（重量％）を意味する。
（１）Ｃｕ＋Ｓｉ＝１．３
（２）Ｓｉ＋Ｃｕ＋１０＊Ｓｎ≦３．０
ここで、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｓｎは、各元素の含量（重量％）を意味する。
【0005】
上記低Ｃｒフェライト系ステンレス鋼は、重量％で、Ｎｉ：０．３％以下、Ｐ：０．０４％以下及びＳ：０．００２％以下をさらに含むことができる。
また、上記低Ｃｒフェライト系ステンレス鋼は、基地組織内の１～５００ｎｍサイズのＣｕ析出相を０．０３重量％以上含むことがよい。
さらに、上記低Ｃｒフェライト系ステンレス鋼は、９００℃の高温強度が１２ＭＰａ以上であうことが好ましい。
また、上記低Ｃｒフェライト系ステンレス鋼は、基地組織内の１～５００ｎｍサイズのＣｕ析出相を０．０３重量％以上含むことがよい。
さらに、上記低Ｃｒフェライト系ステンレス鋼は、９００℃の高温強度が１２ＭＰａ以上であうことが好ましい。
【0006】
上記低Ｃｒフェライト系ステンレス鋼の延伸率は３０％以上であることがよい。
上記低Ｃｒフェライト系ステンレス鋼は、下記式（３）を満たすことができる。
（３）（Ｓｉ＋５＊Ｓｎ）／Ｔｉ＝５．０
ここで、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｔｉは、各元素の含量（重量％）を意味する。
上記低Ｃｒフェライト系ステンレス鋼は、下記式（３）を満たすことができる。
（３）（Ｓｉ＋５＊Ｓｎ）／Ｔｉ＝５．０
ここで、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｔｉは、各元素の含量（重量％）を意味する。
【0007】
本発明の成形性及び高温特性に優れた低Ｃｒフェライト系ステンレス鋼の製造方法は、重量％で、Ｃ：０．００５～０．０１５％、Ｎ：０．００５～０．０１５％、Ｓｉ：０．５～１．５％、Ｍｎ：０．１～０．５％、Ｃｒ：９～１４％、Ｔｉ：０．１～０．３％、Ｃｕ：０．３～０．８％、Ａｌ：０．０１～０．０５％、Ｓｎ：０．００５～０．１５％、残りのＦｅ及び不可避な不純物からなり、下記式（１）及び（２）を満たすフェライト系ステンレス鋼冷延鋼板を冷延焼鈍熱処理する段階と、４５０～５５０℃の温度範囲まで急冷して５分以上維持する段階と、を含むことを特徴とする。
（１）Ｃｕ＋Ｓｉ＝１．３
（２）Ｓｉ＋Ｃｕ＋１０＊Ｓｎ≦３．０
ここで、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｓｎは、各元素の含量（重量％）を意味する。
（１）Ｃｕ＋Ｓｉ＝１．３
（２）Ｓｉ＋Ｃｕ＋１０＊Ｓｎ≦３．０
ここで、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｓｎは、各元素の含量（重量％）を意味する。
【0008】
前記冷延焼鈍鋼板は、基地組織内の１～５００ｎｍサイズのＣｕ析出相を０．０９重量％以上含むことがよい。
前記冷延焼鈍鋼板の９００℃の高温強度は、１４．５ＭＰａ以上であることが好ましい。
また、前記冷延鋼板は、下記式（３）を満たすことができる。
（３）（Ｓｉ＋５＊Ｓｎ）／Ｔｉ＝５．０
ここで、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｔｉは、各元素の含量（重量％）を意味する。
前記冷延焼鈍鋼板の９００℃の高温強度は、１４．５ＭＰａ以上であることが好ましい。
また、前記冷延鋼板は、下記式（３）を満たすことができる。
（３）（Ｓｉ＋５＊Ｓｎ）／Ｔｉ＝５．０
ここで、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｔｉは、各元素の含量（重量％）を意味する。
【発明の効果】
【0009】
本発明によると、本発明の実施例による低Ｃｒフェライト系ステンレス鋼は、Ｓｉ及びＣｕの固溶強化効果とともに微細Ｃｕ析出相を分布させて高温強度を既存鋼に対して３０％以上増加させることができ、Ｓｉ及びＳｎの表面濃化により高温耐酸化性も向上させることができる。
また、合金元素の含量の相違による成形性の劣位を防止でき、本発明による製造方法を適用する場合、高温強度特性がより優秀になる効果を有する。
また、合金元素の含量の相違による成形性の劣位を防止でき、本発明による製造方法を適用する場合、高温強度特性がより優秀になる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本発明の式（１）と式（３）による高温特性の相関関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0011】
本発明の一実施例による成形性及び高温特性に優れた低Ｃｒフェライト系ステンレス鋼は、重量％で、Ｃ：０．００５～０．０１５％、Ｎ：０．００５～０．０１５％、Ｓｉ：０．５～１．５％、Ｍｎ：０．１～０．５％、Ｃｒ：９～１４％、Ｔｉ：０．１～０．３％、Ｃｕ：０．３～０．８％、Ａｌ：０．０１～０．０５％、Ｓｎ：０．００５～０．１５％、残りのＦｅ及び不可避な不純物からなり、下記式（１）及び（２）を満たす。
（１）Ｃｕ＋Ｓｉ＝１．３
（２）Ｓｉ＋Ｃｕ＋１０＊Ｓｎ≦３．０
ここで、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｓｎは、各元素の含量（重量％）を意味する。
（１）Ｃｕ＋Ｓｉ＝１．３
（２）Ｓｉ＋Ｃｕ＋１０＊Ｓｎ≦３．０
ここで、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｓｎは、各元素の含量（重量％）を意味する。
【0012】
以下、本発明の実施例について添付図面を参照して詳細に説明する。
以下の実施例は、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に本発明の思想を十分に伝達するために提示するものである。本発明は、ここで提示した実施例に限定されず、他の形態で具体化されてもよい。図面は、本発明を明確にするため、説明とは関係のない部分の図示を省略し、理解を助けるため、構成要素のサイズを多少誇張して表現することがある。
また、どの部分がどのような構成要素を「含む」とするとき、これは特に反対の記載のない限り、他の構成要素を除外するのではなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。
単数の表現は、文脈上明らかに例外がない限り、複数の表現を含む。
以下の実施例は、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に本発明の思想を十分に伝達するために提示するものである。本発明は、ここで提示した実施例に限定されず、他の形態で具体化されてもよい。図面は、本発明を明確にするため、説明とは関係のない部分の図示を省略し、理解を助けるため、構成要素のサイズを多少誇張して表現することがある。
また、どの部分がどのような構成要素を「含む」とするとき、これは特に反対の記載のない限り、他の構成要素を除外するのではなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。
単数の表現は、文脈上明らかに例外がない限り、複数の表現を含む。
【0013】
本発明者らは、低原価である低Ｃｒフェライト系ステンレス鋼の高温強度及び高温耐酸化性を向上させるため、様々な検討を行った結果、以下の知見を得た。
一般的に、排気系用のフェライト系ステンレス鋼には、高温強度のためにＮｂが添加されるが、Ｎｂは、相対的に原料費が高価で製造原価を上昇させる原因となるので、Ｎｂの添加は好ましい開発方向ではない。高温強度を増大させるためには、置換型固溶強化元素が効率的であることが広く知られている。特に置換型固溶強化元素を添加するとき、Ｆｅ、Ｃｒに対して重量及び原子半径において差が大きいほど、固溶強化効果は、さらに大きくなる。元素周期表においてＳｉ、Ｃｕ、Ｓｎなどの合金元素は、Ｆｅ、Ｃｒと位置がかなり離れており、重量及び原子半径において差があるため、既存のＮｂを置き換えることができると判断し、高温強度増加のために成分の最適化を行った。
一般的に、排気系用のフェライト系ステンレス鋼には、高温強度のためにＮｂが添加されるが、Ｎｂは、相対的に原料費が高価で製造原価を上昇させる原因となるので、Ｎｂの添加は好ましい開発方向ではない。高温強度を増大させるためには、置換型固溶強化元素が効率的であることが広く知られている。特に置換型固溶強化元素を添加するとき、Ｆｅ、Ｃｒに対して重量及び原子半径において差が大きいほど、固溶強化効果は、さらに大きくなる。元素周期表においてＳｉ、Ｃｕ、Ｓｎなどの合金元素は、Ｆｅ、Ｃｒと位置がかなり離れており、重量及び原子半径において差があるため、既存のＮｂを置き換えることができると判断し、高温強度増加のために成分の最適化を行った。
【0014】
一方、高温耐酸化性のためには、一般的にＣｒ含量を高めるが、Ｃｒも原料費が高価で製造原価を上昇させる原因となるので、好ましい開発の方向ではない。高温耐酸化性のためには、高温に長時間さらされる場合、特定の元素が表面に緻密に濃化されてＦｅ酸化膜の生成を抑制しなければならない。本発明では、表面に濃化されてもよい元素としてＳｉ、Ｃｕ、Ｓｎ候補を選定し、高温耐酸化性のために成分の最適化を行った。
上記事項を含めて本発明では、以下のように成分系の条件及び数式を満たさなければならない。
上記事項を含めて本発明では、以下のように成分系の条件及び数式を満たさなければならない。
【0015】
本発明の一実施例による成形性及び高温特性に優れた低Ｃｒフェライト系ステンレス鋼は、重量％で、Ｃ：０．００５～０．０１５％、Ｎ：０．００５～０．０１５％、Ｓｉ：０．５～１．５％、Ｍｎ：０．１～０．５％、Ｃｒ：９～１４％、Ｔｉ：０．１～０．３％、Ｃｕ：０．３～０．８％、Ａｌ：０．０１～０．０５％、Ｓｎ：０．００５～０．１５％、残りのＦｅ及び不可避な不純物からなる。
以下、本発明の実施例における合金成分元素の含量の数値限定理由について説明する。以下では、特に言及がない限り、単位は重量％である。
以下、本発明の実施例における合金成分元素の含量の数値限定理由について説明する。以下では、特に言及がない限り、単位は重量％である。
【0016】
Ｃの含量は、０．００５～０．０１５％である。
Ｃ含量が０．０１５％を超える場合、Ｃｒと結合してＣｒ２３Ｃ６析出物が生成されて基地内の局部的なＣｒの枯渇により高温耐酸化性が低下する。また、０．００５％未満でＣの含量を制御するためには、製鋼ＶＯＤ工程費が増加して好ましくない。したがって、Ｃの含量を０．００５～０．０１５％の範囲に制限する。
Ｃ含量が０．０１５％を超える場合、Ｃｒと結合してＣｒ２３Ｃ６析出物が生成されて基地内の局部的なＣｒの枯渇により高温耐酸化性が低下する。また、０．００５％未満でＣの含量を制御するためには、製鋼ＶＯＤ工程費が増加して好ましくない。したがって、Ｃの含量を０．００５～０．０１５％の範囲に制限する。
【0017】
Ｎの含量は、０．００５～０．０１５％である。
鋼中のＮは、０．０１５％を超える場合、固溶Ｎの濃度は、限界に達し、Ｃｒと結合してＣｒ２Ｎ析出物が生成されて基地内の局部的なＣｒの枯渇により高温耐酸化性が低下する。また、０．００５％未満でＮの含量を制御するためには、製鋼ＶＯＤ工程比が増加して好ましくない。したがって、Ｎの含量を０．００５～０．０１５％の範囲に制限する。
鋼中のＮは、０．０１５％を超える場合、固溶Ｎの濃度は、限界に達し、Ｃｒと結合してＣｒ２Ｎ析出物が生成されて基地内の局部的なＣｒの枯渇により高温耐酸化性が低下する。また、０．００５％未満でＮの含量を制御するためには、製鋼ＶＯＤ工程比が増加して好ましくない。したがって、Ｎの含量を０．００５～０．０１５％の範囲に制限する。
【0018】
Ｓｉの含量は、０．５～１．５％である。
Ｓｉは、高温強度増加のための固溶強化元素であるとともに、表層部にＳｉ濃化酸化膜を形成し、高温耐酸化性も増加させる。上記の二つの効果のために、少なくともＳｉ含量が０．５％以上必要とされ、１．５％を超える場合、素材の加工性が大きく劣位となるため、Ｓｉ含量を上記のとおり制限する。
Ｓｉは、高温強度増加のための固溶強化元素であるとともに、表層部にＳｉ濃化酸化膜を形成し、高温耐酸化性も増加させる。上記の二つの効果のために、少なくともＳｉ含量が０．５％以上必要とされ、１．５％を超える場合、素材の加工性が大きく劣位となるため、Ｓｉ含量を上記のとおり制限する。
【0019】
Ｍｎの含量は、０．１～０．５％である。
Ｍｎは、鋼中に不可避に含まれる不純物であり、オーステナイトを安定化させる役割を果たす。低Ｃｒフェライト系ステンレス鋼においてＭｎ含量が０．５％を超える場合、熱延または冷延後の焼鈍熱処理時にオーステナイトの逆変態が発生し、延伸率に悪影響を及ぼす。したがって、Ｍｎの含量を上記のとおり制限する。
Ｍｎは、鋼中に不可避に含まれる不純物であり、オーステナイトを安定化させる役割を果たす。低Ｃｒフェライト系ステンレス鋼においてＭｎ含量が０．５％を超える場合、熱延または冷延後の焼鈍熱処理時にオーステナイトの逆変態が発生し、延伸率に悪影響を及ぼす。したがって、Ｍｎの含量を上記のとおり制限する。
【0020】
Ｃｒの含量は、９～１４％である。
Ｃｒは、ステンレス鋼において酸化を抑制する不動態皮膜の形成のために添加される必須元素である。安定した不動態皮膜を形成するためにＣｒ含量を９％以上添加しなければならない。しかし、本発明は、Ｃｒを低減した低原価の鋼を開発することが目的であるため、上限を１４％に制限する。より好ましくは、１０．５～１２．５％の範囲である。
Ｃｒは、ステンレス鋼において酸化を抑制する不動態皮膜の形成のために添加される必須元素である。安定した不動態皮膜を形成するためにＣｒ含量を９％以上添加しなければならない。しかし、本発明は、Ｃｒを低減した低原価の鋼を開発することが目的であるため、上限を１４％に制限する。より好ましくは、１０．５～１２．５％の範囲である。
【0021】
Ｔｉの含量は、０．１～０．３％である。
Ｔｉは、溶接部の耐食性の増大のために０．１％以上添加されることが必須である。Ｔｉは、Ｃ、Ｎと結合してＴｉ（Ｃ、Ｎ）析出物を形成して固溶Ｃ、Ｎの量を下げ、Ｃｒ枯渇層の形成を抑制する役割を果たす。しかし、Ｔｉの含量が０．３％を超える場合、表層部のＴｉ成分が酸素と反応して黄色く変色する。したがって、Ｔｉ含量を上記のとおり制限する。
Ｔｉは、溶接部の耐食性の増大のために０．１％以上添加されることが必須である。Ｔｉは、Ｃ、Ｎと結合してＴｉ（Ｃ、Ｎ）析出物を形成して固溶Ｃ、Ｎの量を下げ、Ｃｒ枯渇層の形成を抑制する役割を果たす。しかし、Ｔｉの含量が０．３％を超える場合、表層部のＴｉ成分が酸素と反応して黄色く変色する。したがって、Ｔｉ含量を上記のとおり制限する。
【0022】
Ｃｕの含量は、０．３～０．８％である。
Ｃｕは、固溶強化元素であって、Ｎｂに代って高温強度に寄与する元素である。また、Ｃｕは、適切な熱処理により微細析出物を生成させると、析出強化の効果により、さらに高温強度の増大を期待できる。したがって、０．５％以上添加する。しかし、Ｃｕを添加しすぎた場合、高温熱間加工性が阻害される虞があるので、その量を０．８％以下に制限する。
Ｃｕは、固溶強化元素であって、Ｎｂに代って高温強度に寄与する元素である。また、Ｃｕは、適切な熱処理により微細析出物を生成させると、析出強化の効果により、さらに高温強度の増大を期待できる。したがって、０．５％以上添加する。しかし、Ｃｕを添加しすぎた場合、高温熱間加工性が阻害される虞があるので、その量を０．８％以下に制限する。
【0023】
Ａｌの含量は、０．０１～０．０５％である。
Ａｌは、製鋼操業中に脱酸のために添加される元素である。Ａｌ含量が０．０５％を超える場合には、表層部のＡｌが酸素と反応して不均一な酸化層を形成し、高温耐酸化性に悪影響を及ぼす。したがって、Ａｌ含量を上記のとおり制限する。
Ａｌは、製鋼操業中に脱酸のために添加される元素である。Ａｌ含量が０．０５％を超える場合には、表層部のＡｌが酸素と反応して不均一な酸化層を形成し、高温耐酸化性に悪影響を及ぼす。したがって、Ａｌ含量を上記のとおり制限する。
【0024】
Ｓｎの含量は、０．００５～０．１５％である。
Ｓｎは、高温強度増加のための固溶強化元素であるとともに、表層部にＳｎ濃化酸化膜を形成し、高温耐酸化性を増加させる。上記の二つの効果のために少なくともＳｎの含量が０．００５％以上添加されなければならない。しかし、０．１５％を超える場合、熱間圧延時にＳｎが結晶粒界面に偏析されて結晶粒間の結合力を弱め、表層部に微細クラックを誘発させる。したがって、Ｓｎ含量の上限を０．１５％以下に制限する。
Ｓｎは、高温強度増加のための固溶強化元素であるとともに、表層部にＳｎ濃化酸化膜を形成し、高温耐酸化性を増加させる。上記の二つの効果のために少なくともＳｎの含量が０．００５％以上添加されなければならない。しかし、０．１５％を超える場合、熱間圧延時にＳｎが結晶粒界面に偏析されて結晶粒間の結合力を弱め、表層部に微細クラックを誘発させる。したがって、Ｓｎ含量の上限を０．１５％以下に制限する。
【0025】
また、本発明の一実施例によれば、Ｎｉ：０．３％以下、Ｐ：０．０４％以下及びＳ：０．００２％以下をさらに含んでもよい。
Ｎｉの含量は、０．３％以下である。Ｎｉは、鋼中に不可避に含まれる不純物で、０．０１％以上含まれてもよく、オーステナイトを安定化させる役割を果たす。低Ｃｒフェライト系ステンレス鋼においてＮｉ含量が０．３％を超える場合、熱延または冷延後の焼鈍熱処理時にオーステナイトの逆変態が発生して延伸率に悪影響を及ぼす。したがって、Ｎｉの含量を上記のとおり制限する。
Ｐの含量は、０．０４％以下である。Ｐは、鋼中に含まれる不可避な不純物であり、酸洗時に粒界腐食を起こしたり、熱間加工性を阻害させるため、その含量を０．０４％以下に調節する。
Ｓの含量は、０．００２％以下である。Ｓは、鋼中に含まれる不可避な不純物であり、結晶粒界に偏析されて熱間加工性を阻害するので、その含量を０．００２％以下に制限する。
Ｎｉの含量は、０．３％以下である。Ｎｉは、鋼中に不可避に含まれる不純物で、０．０１％以上含まれてもよく、オーステナイトを安定化させる役割を果たす。低Ｃｒフェライト系ステンレス鋼においてＮｉ含量が０．３％を超える場合、熱延または冷延後の焼鈍熱処理時にオーステナイトの逆変態が発生して延伸率に悪影響を及ぼす。したがって、Ｎｉの含量を上記のとおり制限する。
Ｐの含量は、０．０４％以下である。Ｐは、鋼中に含まれる不可避な不純物であり、酸洗時に粒界腐食を起こしたり、熱間加工性を阻害させるため、その含量を０．０４％以下に調節する。
Ｓの含量は、０．００２％以下である。Ｓは、鋼中に含まれる不可避な不純物であり、結晶粒界に偏析されて熱間加工性を阻害するので、その含量を０．００２％以下に制限する。
【0026】
上記の合金元素を除いたフェライト系ステンレス鋼の残りは、Ｆｅ及びその他の不可避な不純物からなる。
【0027】
一方、本発明の一実施例による成形性及び高温特性に優れた低Ｃｒフェライト系ステンレス鋼は、下記式（１）～（３）を満たすことができる。
（１）Ｃｕ＋Ｓｉ＝１．３
高温強度は、通常、固溶強化と析出強化によって影響を受ける。Ｃｕ、Ｓｉは、代表的な固溶強化元素であるので、高温強度の増加のために添加することが好ましい。ＣｕがＣｕ析出相として析出すると、析出強化効果により高温強度がより効果的に増加することになる。また、Ｓｉの含量が増加する場合、Ｃｕは、固溶限界度が低くなるため、Ｃｕ析出相の析出がより容易になる。これにより、基地組織内の１～５００ｎｍサイズのＣｕ析出相は０．０３重量％以上の析出が可能となる。したがって、Ｃｕ＋Ｓｉ含量を１．３％以上の範囲で制御することがよい。
上記固溶強化及び析出強化の効果により、本発明による低Ｃｒフェライト系ステンレス鋼は、９００℃における高温強度が１２ＭＰａ以上を示すことができる。
（１）Ｃｕ＋Ｓｉ＝１．３
高温強度は、通常、固溶強化と析出強化によって影響を受ける。Ｃｕ、Ｓｉは、代表的な固溶強化元素であるので、高温強度の増加のために添加することが好ましい。ＣｕがＣｕ析出相として析出すると、析出強化効果により高温強度がより効果的に増加することになる。また、Ｓｉの含量が増加する場合、Ｃｕは、固溶限界度が低くなるため、Ｃｕ析出相の析出がより容易になる。これにより、基地組織内の１～５００ｎｍサイズのＣｕ析出相は０．０３重量％以上の析出が可能となる。したがって、Ｃｕ＋Ｓｉ含量を１．３％以上の範囲で制御することがよい。
上記固溶強化及び析出強化の効果により、本発明による低Ｃｒフェライト系ステンレス鋼は、９００℃における高温強度が１２ＭＰａ以上を示すことができる。
【0028】
（２）Ｓｉ＋Ｃｕ＋１０＊Ｓｎ＝３．０
Ｓｉ、Ｃｕ、Ｓｎ合金元素は、それぞれ高温強度や高温耐酸化性を助勢する影響を及ぼすが、素材をあまりにも硬質化させると延伸率が劣位となり、成形性が低下する。本発明では、Ｓｉ、Ｃｕを添加し、高温強度を向上させるとともに、式（３）を同時に満たす場合、延伸率３０％以上を確保して成形性の劣位を防止することができる。したがって、素材加工性を確保するために、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｓｎの含量の関係を上記の範囲に制御する。
Ｓｉ、Ｃｕ、Ｓｎ合金元素は、それぞれ高温強度や高温耐酸化性を助勢する影響を及ぼすが、素材をあまりにも硬質化させると延伸率が劣位となり、成形性が低下する。本発明では、Ｓｉ、Ｃｕを添加し、高温強度を向上させるとともに、式（３）を同時に満たす場合、延伸率３０％以上を確保して成形性の劣位を防止することができる。したがって、素材加工性を確保するために、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｓｎの含量の関係を上記の範囲に制御する。
【0029】
（３）（Ｓｉ＋５＊Ｓｎ）／Ｔｉ＝５．０
高温酸化において、低Ｃｒフェライト系ステンレス鋼でＳｉ、Ｓｎが添加される場合には、Ｓｉ、Ｓｎの均一な酸化皮膜が先に形成されて異常酸化を抑制させる。しかし、Ｔｉ添加の場合には、Ｔｉ酸化皮膜が不均一に形成され、Ｔｉ酸化皮膜そのものが黄色を示すため、高温変色が現れる。したがって、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｔｉの含量を上記の範囲に制御し、高温耐酸化性を向上させることが好ましい。
高温酸化において、低Ｃｒフェライト系ステンレス鋼でＳｉ、Ｓｎが添加される場合には、Ｓｉ、Ｓｎの均一な酸化皮膜が先に形成されて異常酸化を抑制させる。しかし、Ｔｉ添加の場合には、Ｔｉ酸化皮膜が不均一に形成され、Ｔｉ酸化皮膜そのものが黄色を示すため、高温変色が現れる。したがって、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｔｉの含量を上記の範囲に制御し、高温耐酸化性を向上させることが好ましい。
【0030】
次に、本発明の一実施例による成形性及び高温特性に優れた低Ｃｒフェライト系ステンレス鋼の製造方法について説明する。
本発明の成形性及び高温特性に優れた低Ｃｒフェライト系ステンレス鋼の製造方法は、通常の製造工程を経て冷延鋼板に製造でき、上記の合金成分の組成を含み、式（１）～（３）を満たすフェライト系ステンレス鋼の冷延鋼板を冷延焼鈍熱処理する段階と、４５０～５５０℃の温度範囲まで急冷して５分以上維持する段階と、を含む。
本発明の成形性及び高温特性に優れた低Ｃｒフェライト系ステンレス鋼の製造方法は、通常の製造工程を経て冷延鋼板に製造でき、上記の合金成分の組成を含み、式（１）～（３）を満たすフェライト系ステンレス鋼の冷延鋼板を冷延焼鈍熱処理する段階と、４５０～５５０℃の温度範囲まで急冷して５分以上維持する段階と、を含む。
【0031】
例えば、上記の合金成分の組成を含むスラブを熱間圧延し、熱間圧延された熱延鋼板を焼鈍熱処理し、冷間圧延して冷延鋼板に製造できる。
冷延鋼板は、冷延焼鈍工程において通常の再結晶熱処理以後、４５０～５５０℃の温度範囲まで急冷し、５分以上保つことができる。上記冷却及び維持により同じ成分系においてＣｕ析出相の析出を増加させることができ、高温強度をさらに向上させることができる。
これによる冷延焼鈍鋼板は、基地組織内の１～５００ｎｍサイズのＣｕ析出相を０．０９重量％以上含んでもよく、９００℃の高温強度は、１４．５ＭＰａ以上であってもよい。
冷延鋼板は、冷延焼鈍工程において通常の再結晶熱処理以後、４５０～５５０℃の温度範囲まで急冷し、５分以上保つことができる。上記冷却及び維持により同じ成分系においてＣｕ析出相の析出を増加させることができ、高温強度をさらに向上させることができる。
これによる冷延焼鈍鋼板は、基地組織内の１～５００ｎｍサイズのＣｕ析出相を０．０９重量％以上含んでもよく、９００℃の高温強度は、１４．５ＭＰａ以上であってもよい。
【0032】
以下、本発明の好適な実施例について、より詳細に説明する。
実施例
ステンレス鋼ｌａｂ ｓｃａｌｅ溶解及びＩｎｇｏｔ生産設備を活用し、以下の表１に記載した合金成分系で２０ｍｍのバーサンプルを製造した。その後、１，２００℃で再加熱して６ｍｍの熱間圧延後、１，１００℃で熱延焼鈍を行い、２．０ｍｍで冷間圧延後、１，１００℃で焼鈍熱処理した。一部の発明に対してのみ熱処理後、５００℃まで急冷して７分ほど維持した後、空冷して冷延焼鈍鋼板を製造し、残りの発明例及び比較例は、焼鈍熱処理後に空冷した。
実施例
ステンレス鋼ｌａｂ ｓｃａｌｅ溶解及びＩｎｇｏｔ生産設備を活用し、以下の表１に記載した合金成分系で２０ｍｍのバーサンプルを製造した。その後、１，２００℃で再加熱して６ｍｍの熱間圧延後、１，１００℃で熱延焼鈍を行い、２．０ｍｍで冷間圧延後、１，１００℃で焼鈍熱処理した。一部の発明に対してのみ熱処理後、５００℃まで急冷して７分ほど維持した後、空冷して冷延焼鈍鋼板を製造し、残りの発明例及び比較例は、焼鈍熱処理後に空冷した。
【0033】
【表1】
【0034】
各冷延焼鈍鋼板に対してＣｕ析出相の分率を測定し、５００℃で１時間経過後に変色が発生するかどうかを確認した。また、９００℃の高温強度及び常温における延伸率を測定し、表２に示した。
【0035】
【表2】
【0036】
比較例１～４は、Ｃｕの含量が０．３％に満たないため、式（１）の値が１．３未満であり、これによって微細Ｃｕ析出相の量が低くなった。固溶強化及び析出強化の効果に乏しく、高温強度が１２ＭＰａ未満で低くなることが確認できた。
比較例１～３は、Ｓｉ及びＳｎの含量がＴｉの含量に比べて少ないので、式（３）を満たすことができず、表層のＳｉ及びＳｎ濃化酸化皮膜が十分に形成されず、高温変色が発生した。比較例４は、Ｃｕの含量が低いだけで、Ｓｉの含量が高く式（３）を満たすので、変色は発生せず、式（３）による高温耐酸化性の確保を確認できた。
比較例５及び６は、Ｓｎの含量が高いので、式（２）の値が３．０を超えており、これによって延伸率が他の比較例に対して５．０％近く減少することが確認できた。
比較例１～３は、Ｓｉ及びＳｎの含量がＴｉの含量に比べて少ないので、式（３）を満たすことができず、表層のＳｉ及びＳｎ濃化酸化皮膜が十分に形成されず、高温変色が発生した。比較例４は、Ｃｕの含量が低いだけで、Ｓｉの含量が高く式（３）を満たすので、変色は発生せず、式（３）による高温耐酸化性の確保を確認できた。
比較例５及び６は、Ｓｎの含量が高いので、式（２）の値が３．０を超えており、これによって延伸率が他の比較例に対して５．０％近く減少することが確認できた。
【0037】
発明例１は、本発明の成分系の組成と式（１）及び（２）を満たす。高温における変色は発生したが、式（１）を満たしてＣｕ析出物が０．０５重量％析出され、高温強度が１２ＭＰａ以上を示した。また、式（２）を満たして高温強度を確保するとともに、延伸率が３３．３％測定されて成形性も優れていることが確認できた。
発明例２～４は、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｓｎの含量を最適化して式（１）～（３）をすべて満たし、これによって高温強度１３．５ＭＰａ以上及び延伸率３０．８％以上を示し、高温変色も発生しなかった。
発明例５～７は、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｓｎの含量を最適化して式（１）～（３）をすべて満たすだけではなく、本発明による熱処理後の冷却スケジュールを適用したことを示す。延伸率は、３０．３％以上を確保し、熱処理後の急冷及び維持時間を満たした結果、微細Ｃｕ析出相が０．０９重量％以上観察され、高温強度は、１４．６ＭＰａ以上でさらに高かった。特に、発明例５及び６は、１５ＭＰａ以上の高温強度を示した。
発明例２～４は、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｓｎの含量を最適化して式（１）～（３）をすべて満たし、これによって高温強度１３．５ＭＰａ以上及び延伸率３０．８％以上を示し、高温変色も発生しなかった。
発明例５～７は、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｓｎの含量を最適化して式（１）～（３）をすべて満たすだけではなく、本発明による熱処理後の冷却スケジュールを適用したことを示す。延伸率は、３０．３％以上を確保し、熱処理後の急冷及び維持時間を満たした結果、微細Ｃｕ析出相が０．０９重量％以上観察され、高温強度は、１４．６ＭＰａ以上でさらに高かった。特に、発明例５及び６は、１５ＭＰａ以上の高温強度を示した。
【0038】
【0039】
以上、本発明の例示的な実施例を説明したが、本発明は、これに限定されず、当該技術分野における通常の知識を有する者であれば、以下に記載する請求範囲の概念と範囲を逸脱しない範囲内で、様々な変更及び変形が可能であることを理解できるだろう。
【産業上の利用可能性】
【0040】
本発明によるフェライト系ステンレス鋼は、Ｃｒ含量の増加及びＮｂ添加なしで既存の鋼種の高温特性を３０％以上増大させることができるため、原料費の削減が可能である。
【図1】
【国際調査報告】