JP2001262234A

JP2001262234A - 深絞り性に優れた自動車排気系用フェライト系ステンレス鋼板の製造方法

Info

Publication number: JP2001262234A
Application number: JP2000073737A
Authority: JP
Inventors: Susumu Masui; 進増井; Hiroshi Shimizu; 寛清水; Hideaki Yamashita; 英明山下
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2000-03-16
Filing date: 2000-03-16
Publication date: 2001-09-26
Anticipated expiration: 2020-03-16
Also published as: JP4374701B2

Abstract

(57)【要約】【課題】高強度で延性に優れ、かつ深絞り性に優れる
フェライト系ステンレス鋼板の製造方法を提案する。【解決手段】 Cr：11.0〜23.0％、Mo：3.0 ％以下、A
l：0.005 〜1.0 ％、を含み、かつＣ、Ｎ、Si、Mn、
Ｐ、Ｓを適正量に調整し、Ti、Ｂ、Ta、Ｖ、Zrのうちか
ら選ばれた１種または２種以上を含有し、残部Feおよび
不可避的不純物からなる組成のスラブを加熱し、熱間圧
延により熱延板としたのち、850 〜980 ℃の範囲の温度
で熱延板焼鈍を施し、ついで冷間圧延および焼鈍を施
す。さらに、Cu、Ni、Ｗ、Snのうちから選ばれた１種ま
たは２種以上、あるいはさらにCaを含有してもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フェライト系ステ
ンレス鋼板の製造方法に係り、とくに自動車排気系部品
に好適な深絞り性に優れたフェライト系ステンレス鋼板
の製造方法に関する。なお、本発明における鋼板は、鋼
板のほか鋼帯をも含むものとする。

【０００２】

【従来の技術】近年、地球環境の保全に関連し、自動車
の排気ガス規制が厳しくなり、そのため、自動車におけ
る車体重量の軽減が極めて重要な課題となってきてい
る。また、最近では、コンパクトな自動車の需要が増大
しつつあり、複雑な形状の部品が採用されるようになっ
ている。

【０００３】このような背景のもとに、例えば、マフラ
ーのエンドプレートのような部品においても、従来1.0
〜1.5mm 厚のフェライト系ステンレス鋼板が使用されて
いたが、最近では、板厚を減少し0.5 〜0.6mm 厚のフェ
ライト系ステンレス鋼薄鋼板の適用が考えられている。
また、自動車のコンパクト化に対応して、複雑な形状に
加工できるように、従来どおりの1.0 〜1.5mm 厚の鋼板
においても、加工性に優れることが要求されている。

【０００４】このようなフェライト系ステンレス鋼板の
加工性向上については、従来から各種の方法が提案され
ている。例えば、特開昭57-76127号公報には、Tiを含む
フェライト系ステンレス鋼板の製造方法が提案されてい
る。この方法は、Ｃ：0.10％以下、Cr：10〜15％、Ti：
0.6 ％以下、Ｎ：0.025 ％以下を含むフェライト単相の
ステンレス鋼帯に再結晶温度〜再結晶温度＋100 ℃の温
度範囲で連続焼鈍し、冷延、焼鈍を行うというものであ
る。しかし、特開昭57-76127号公報に記載された技術で
製造された鋼板は、面内異方性や、リジング、円筒絞り
後のイアリングにおいて優れているとしているが、自動
車排気系材料として現状の要求されている特性を十分に
満足できるというものではない。

【０００５】また、特開昭58-61258号公報には、Cr：1
1.0〜16.0％を含み、ＣとＮを所定量以下に低減し、さ
らにＣ、Ｎと結合するTiを適正量添加してマトリックス
の純化を図り、Cr、Si、Mn、Ti、Ｐ、Alのそれぞれの含
有量を、Cr、Si、Mn、Ti、Ｐ、Alの関係式で定義される
αを0.8 以下に制限した張出し性、二次加工性に優れた
フェライト系ステンレス鋼が提案されている。しかし、
特開昭58-61258号公報に記載された技術では、２回冷延
２回焼鈍を必要とし、さらに製造された鋼板は、ｒ値、
エリクセン値等は高く、加工性に優れているものの、引
張強さ等が低く、自動車排気系材料として現状の要求さ
れている特性を十分に満足しているというものではな
い。

【０００６】また、特開平8-333639号公報には、Tiを必
須添加元素として、Ｃ：0.001 〜0.030 ％、Si：1.0 ％
以下、Mn：1.0 ％以下、Cr：15.0〜22.0％、Al：0.002
〜0.150 ％、Ti：0.02〜0.70％でかつTi／（Ｃ＋Ｎ）≧
6 、Mo：0.4 〜2.0 ％、Cu：0.10〜0.60％、Ｂ：0.0003
〜0.0050％を含有するフェライト系ステンレス鋼板を熱
延後、800 〜900 ℃の温度で3 〜15時間加熱、あるいは
950 〜1050℃で30〜90秒加熱、あるいは750 〜850 ℃に
保定されたカバー内で60〜90分保持し、その後冷間圧
延、軟化焼鈍を行う加工仕上がり性の良いフェライト系
ステンレス鋼板の製造方法が提案されている。特開平8-
333639号公報に記載された技術で製造された鋼板は、深
絞りが可能で、二次加工においても割れが発生せず、加
工表面にリジングが発生しない、リジング性および二次
加工性に優れるとされている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
8-333639号公報に記載された技術で製造された鋼板は、
現状の自動車排気系材料としては、引張強さに代表され
る強度が幾分低いという問題もあり、さらに自動車排気
系部品における深絞り時に壁割れの発生がみられ、現状
の自動車排気系材料としては、深絞り性が不十分である
という問題を残していた。

【０００８】本発明は、上記した従来技術の問題を有利
に解決し、自動車排気系材料として、降伏強さＹＳ：24
0 MPa 以上、引張強さＴＳ：440 MPa 以上、伸び：28％
以上を有し、高強度で延性に優れ、かつ深絞り性に優れ
るフェライト系ステンレス鋼板の製造方法を提案するこ
とを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記した
目的を達成するため、フェライト系ステンレス鋼板の深
絞り性の改善について鋭意検討した。その結果、スラブ
組成を適正範囲内に限定し、さらに熱間圧延後の焼鈍条
件、すなわち熱延板焼鈍の温度を適正範囲内とすること
により、降伏強さ、引張強さが高いにもかかわらず、同
一伸び値で比較してｒ値が高くなることを知見した。

【００１０】本発明者らは、焼鈍温度を変化して熱延板
焼鈍を施しさらに冷間圧延−焼鈍を施した板厚：0.5mm
のフェライト系ステンレス薄鋼板について、ｒ値と引張
特性を求めた。その結果を、ｒ値と伸び値の関係で図１
に示す。○印が熱延板焼鈍温度が850 〜980 ℃、△印が
1000〜1050℃のものである。図１から、熱延板焼鈍を85
0 〜980 ℃の範囲内で行うことにより、降伏強さ、引張
強さが高く（図示しないが）、しかも同一Ｅｌを有する
△印の鋼板に比べ、ｒ値が顕著に高くなることがわか
る。また、さらにこのように降伏強さ、引張強さが高
く、ｒ値の高い鋼板は、コニカルカップ試験時の壁割れ
発生がなく、絞り抜けることも知見した。

【００１１】本発明は、上記した知見に基づき、さらに
検討を加え完成されたものである。すなわち、本発明
は、質量％で、Ｃ：0.05％以下、Ｎ：0.05％以下、Si：
0.2％未満、Mn：2.0 ％以下、Ｐ：0.05％以下、Ｓ：0.0
3％以下、Cr：11.0〜23.0％、Mo：3.0 ％以下、Al：0.0
05 〜1.0 ％、を含み、かつ、Ti：0.05〜1.0 ％、Ｂ：
0.0002〜0.005 ％、Ta：0.01〜1.0 ％、Ｖ：0.05〜1.0
％、Zr：0.01〜1.0 ％のうちから選ばれた１種または２
種以上を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる
組成のスラブを加熱し、熱間圧延により熱延板としたの
ち、該熱延板に熱延板焼鈍を施し、ついで冷間圧延およ
び焼鈍を施すフェライト系ステンレス鋼板の製造方法で
あって、前記熱延板焼鈍を850 〜980 ℃の範囲の温度で
行うことを特徴とする深絞り性に優れた自動車排気系用
フェライト系ステンレス鋼板の製造方法であり、また、
本発明では、前記組成に加えてさらに、質量％で、Cu：
1.0 ％以下、Ni：1.0 ％以下、Ｗ：1.0 ％以下、Sn：1.
0 ％以下のうちから選ばれた１種または２種以上を含有
することが好ましく、また、本発明では、前記各組成に
加えてさらに、質量％で、Ca：0.010 ％以下を含有する
ことが好ましい。

【００１２】

【発明の実施の形態】まず、本発明で使用するスラブの
組成限定理由について説明する。Ｃ：0.05％以下Ｃは、延性向上のためにはできるだけ低減するのが好ま
しい。また、フェライト系ステンレス鋼では、Ｃの固溶
限は低く、Ｃは主としてCr炭化物として粒界に析出し、
粒界腐食の原因となるためできるだけ低減するの好まし
い。0.05％を超えて過剰に含有すると、延性が低下する
うえ、発錆の原因となる脱Cr層や、粗大な析出物、介在
物が増加する。このようなことから、Ｃは0.05％以下に
限定した。なお、好ましくは0.01％以下である。

【００１３】Ｎ：0.05％以下Ｎは、Ｃと同様に、フェライト系ステンレス鋼では、Ｎ
の固溶限は低く、Ｎは主としてCr窒化物として粒界に析
出し、粒界腐食の原因となるためできるだけ低減するの
好ましい。Ｃと同様に、0.05％を超えて過剰に含有する
と、延性が低下するうえ、発錆の原因となる脱Cr層や、
粗大な析出物、介在物が増加する。このようなことか
ら、Ｎは0.05％以下に限定した。なお、好ましくは0.02
％以下である。

【００１４】Si：0.2 ％未満 Siは、脱酸剤として作用する元素であるが、多量に含有
すると延性、深絞り性が低下する。このため、Siは0.2
％未満に限定した。なお、好ましくは0.01〜0.17％であ
る。 Mn：2.0 ％以下 Mnは、脱酸剤として作用し、さらに、鋼中でＳと結合
し、熱間圧延時の割れを防止する元素であるが、過剰の
含有は硫化物を多量に形成し、冷間加工性、耐食性の低
下を招く。このため、Mnは2.0 ％以下に限定した。な
お、好ましくは0.05〜0.50％である。

【００１５】Ｐ：0.05％以下Ｐは、熱間加工性を劣化させる元素であり、できるだけ
低減するのが好ましい。0.05％までは、その悪影響が顕
著とならないため、Ｐは0.05％以下に限定した。なお、
好ましくは0.04％以下である。Ｓ：0.03％以下Ｓは、硫化物を形成し鋼の清浄度を低下させるととも
に、MnS として発錆の基点となり耐食性を低下させる元
素であり、できるだけ低減するのが好ましい。0.03％ま
では、その悪影響が顕著とならないため、Ｓは0.03％以
下に限定した。なお、好ましくは0.01％以下である。

【００１６】Cr：11.0〜23.0％ Crは、耐食性を向上させるうえで有効な元素であり、と
くに自動車排気管（マフラー）の濃縮水中での耐食性を
顕著に改善する効果を有し、本発明では少なくとも11％
の含有が必要となる。一方、23.0％を超えて含有する
と、経済的に高価となる。このため、Crは11.0〜23.0％
に限定した。

【００１７】Mo：3.0 ％以下 Moは、耐食性を向上させるうえで有効な元素であり、と
くに自動車排気管（マフラー）の濃縮水中での耐食性を
顕著に改善する効果を有する。しかし、過剰の含有は機
械的性質、とくに延性を低下させる。このため、Moは3.
0 ％以下に限定した。なお、好ましくは0.3 〜1.5 ％で
ある。

【００１８】Al：0.005 〜1.0 ％ Alは、脱酸剤として作用するとともに、Ｎと結合し、粒
界腐食の起因となり耐食性を低下させるＮを無害化する
作用を有する元素であり、少なくとも0.005 ％の含有を
必要とする。一方、1.0 ％を超えて含有すると、加工性
を阻害する。このため、Alは0.005 〜1.0 ％の範囲に限
定した。なお、好ましくは0.01〜0.10％である。

【００１９】Ti：0.05〜1.0 ％、Ｂ：0.0002〜0.005
％、Ta：0.01〜1.0 ％、Ｖ：0.05〜1.0 ％、Zr：0.01〜
1.0 ％のうちから選ばれた１種または２種以上 Ti、Ｂ、Ta、Ｖ、Zrはいずれも、Ｃ、Ｎと結合し、耐食
性を低下させるＣ、Ｎを無害化する作用を有しており、
必要に応じ選択して１種または２種以上含有できる。こ
のような効果は、Ti：0.05％以上、Ｂ：0.0002％以上、
Ta：0.01％以上、Ｖ：0.05％、Zr：0.01％以上の含有で
認められる。一方、Ti：1.0 ％、Ｂ：0.005 ％、Ta：1.
0 ％、Ｖ：1.0 ％、Zr：1.0 ％を超えて含有すると、加
工性を劣化させる。このため、含有する場合は、Ti：0.
05〜1.0 ％、Ｂ：0.0002〜0.005％、Ta：0.01〜1.0
％、Ｖ：0.05〜1.0 ％、Zr：0.01〜1.0 ％の範囲とする
のが好ましい。

【００２０】Cu：1.0 ％以下、Ni：1.0 ％以下、Ｗ：1.
0 ％以下、Sn：1.0 ％以下のうちから選ばれた１種また
は２種以上 Cu、Ni、Ｗ、Snはいずれも、耐食性を向上させる元素で
あり、必要に応じ含有するのが好ましい。Cuは、とくに
耐孔食性を改善する元素であるが、多量に含有すると、
マルテンサイトを生じ、耐食性を低下させる。このた
め、含有する場合には、Cuは1.0 ％以下に限定するのが
好ましい。なお、より好ましくは、0.1 ％以下である。

【００２１】Niは、とくに自動車排気管（マフラー）の
濃縮水中での耐食性を改善する効果を有するが、多量に
含有すると、マルテンサイトを生じ、耐食性を低下させ
る。このため、含有する場合には、Niは1.0 ％以下に限
定するのが好ましい。なお、より好ましくは、0.5 ％以
下である。Ｗは、多量に含有すると、加工性が低下する
ため、含有する場合には、1.0 ％以下に限定するのが好
ましい。

【００２２】Snは、多量に含有すると、加工性が低下す
るため、含有する場合には、1.0 ％以下に限定するのが
好ましい。 Ca：0.010 ％以下 Caは、連続鋳造時のノズル詰まりを防止し、鋼板のふく
れ欠陥の発生を防止する作用を有し、その結果耐食性を
向上させるが、多量の含有は表面品質を低下させるた
め、含有する場合には、0.010 ％以下に限定するのが好
ましい。

【００２３】残部Feおよび不可避的不純物上記した成分以外の残部はFeおよび不可避的不純物であ
る。不可避的不純物としては、Ｏ：0.01％以下が許容で
きる。上記した組成のスラブを、加熱し熱間圧延により
所定の寸法の熱延板とする。熱間圧延の加熱温度、圧延
条件は、とくに限定する必要はない。通常、公知の条件
がいずれも好適である。

【００２４】熱延板はついで、熱延板焼鈍を施される。
本発明では熱延板焼鈍を、850 〜980 ℃の温度範囲で行
う。熱延板焼鈍の温度が850 ℃未満では、再結晶が不十
分であり、熱延組織が残存する。このため、板厚方向に
（110 ）方位ベクトルの向いた結晶粒の比率が高くな
り、冷延板焼鈍後の組織に悪影響を及ぼす。ここで、板
厚方向に（110 ）方位ベクトルの向いた結晶粒の比率が
高くなると、一般に深絞り性が低下する。一方、980 ℃
を超えると、再結晶粒が粗大化し、その後の冷間圧延、
冷延板焼鈍時の再結晶粒核生成サイトが少なくなり、深
絞り性に有利な均一微細な再結晶組織が得られない。こ
のため、熱延板焼鈍における焼鈍温度は850 〜980 ℃の
温度範囲とした。なお、好ましくは、900 ℃超え960 ℃
以下である。

【００２５】熱延板焼鈍は、連続焼鈍、箱焼鈍いずれで
もよいが、連続焼鈍とするほうが、熱エネルギーの節約
や、生産性の向上など利点が多い。熱延板焼鈍における
上記した焼鈍温度での保持時間は、連続焼鈍では、0.5
〜10min 、箱焼鈍では300 〜1200min とするのが好まし
い。保持時間が短いと再結晶が完了せず、一方、長すぎ
ると粒成長が著しくなる。なお、より好ましくは、連続
焼鈍では１〜６min 、箱焼鈍では400 〜900 min であ
る。

【００２６】熱延板焼鈍後、熱延板はさらに冷間圧延を
施され冷延板とされ、ついで冷延板焼鈍を施され、製品
板となる。なお、冷間圧延の間に、必要に応じ中間焼鈍
を施してもよいのは言うまでもないが、本発明では、中
間焼鈍を必要とせずに、容易に冷間圧延を行うことがで
きる。冷間圧延は、とくに限定する必要はなく、通常の
条件でよく、所定の板厚の鋼板とすることができれば問
題はない。

【００２７】冷間圧延後、さらに仕上げ焼鈍として、冷
延板焼鈍を行う。冷延板焼鈍は、再結晶温度以上の温度
で行うのが好ましい。冷延板焼鈍を経た鋼板は製品板と
される。上記したスラブ組成と製造工程により、自動車
排気系材料として、降伏強さＹＳ：240 MPa 以上、引張
強さＴＳ：440 MPa 以上、伸び：28％以上を有し、高強
度で延性に優れ、かつ深絞り性に優れるフェライト系ス
テンレス鋼板が安価に製造できる。

【００２８】

【実施例】表１に示す組成のスラブ（200 mm厚）を表２
に示す製造条件で、熱間圧延、熱延板焼鈍、冷間圧延、
冷延板焼鈍を施し、表２に示す板厚の製品板とした。な
お、冷間圧延における中間焼鈍は行わなかった。これら
製品板について、引張試験、コニカルカップ試験を実施
し、引張特性、ｒ値、コニカルカップ試験時の壁割れ発
生の有無について求めた。（１）引張特性各製品板の圧延方向（Ｌ方向）、圧延方向に対し45°方
向（Ｄ方向）、圧延方向に対し90°方向（Ｃ方向）か
ら、JIS 13B 号試験片を採取し、引張試験を実施し、降
伏強さYS、引張強さTS、伸びElを測定した。（２）ｒ値各製品板の圧延方向（Ｌ方向）、圧延方向に対し45°方
向（Ｄ方向）、圧延方向に対し90°方向（Ｃ方向）か
ら、JIS 13B 号試験片を採取した。これら試験片に15％
の単軸引張予歪を付与した時の各試験片の幅歪と板厚歪
を求め、幅歪と板厚歪の比、ｒ＝ln（ｗ／ｗ₀）／ln（ｔ／ｔ₀）（ここで、ｗ₀、ｔ₀は試験前の試験片の幅および板厚
であり、ｗ、ｔは試験後の試験片の幅および板厚であ
る。）から各方向のｒ値を求め、次式ｒ_mean＝（ｒ_L＋2 ｒ_D＋ｒ_c）／４により平均ｒ値ｒ_meanを求めた。ここで、ｒ_Lは、圧延
方向（Ｌ方向）のｒ値であり、ｒ_Dは、圧延方向（Ｌ方
向）に対し45°方向（Ｄ方向）のｒ値であり、ｒ _cは、
圧延方向（Ｌ方向）に対し90°方向（Ｃ方向）のｒ値で
ある。（３）コニカルカップ試験コニカルカップ試験は、JIS Z 2249の規定に準拠して、
各製品板から所定の寸法の試験片を採取して、板厚毎に
決められている所定のダイスと球頭ポンチを用いて深絞
りし、カップ状に成形した。カップ状に成形した試験片
の壁に生じる割れの有無を観察した。

【００２９】これらの結果を表２に示す。

【００３０】

【表１】

【００３１】

【表２】

【００３２】

【表３】

【００３３】

【表４】

【００３４】

【表５】

【００３５】

【表６】

【００３６】本発明例では、ＹＳ：240 MPa 以上、Ｔ
Ｓ：440 MPa 以上でかつ、Ｅｌ：28％以上と高強度でか
つ延性に優れ、さらに、ｒ_meanも1.20以上である。また
さらに、コニカルカップ試験における壁割れの発生もな
く絞り抜け、優れた深絞り性を有する鋼板となってい
る。一方、本発明の範囲を外れた比較例では、強度が低
いか、伸びが低いか、ｒ値が低いため、コニカルカップ
試験では、完全に絞り抜ける前に壁割れの発生が見られ
た。

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば、高強度で延性に優れ、
かつ深絞り性に優れるフェライト系ステンレス鋼板を、
安価に製造でき、産業上格段の効果を奏する。また、本
発明になる鋼板は、自動車排気系材料に限定されず、家
電製品用、建築材料等の用途に利用でき、フェライト系
ステンレス鋼板の用途拡大という効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】鋼板の平均ｒ値と伸びＥｌとの関係を示すグラ
フである。

フロントページの続き (72)発明者山下英明千葉県千葉市中央区川崎町１番地川崎製鉄株式会社千葉製鉄所内Ｆターム(参考） 4K037 EA01 EA02 EA04 EA05 EA09 EA12 EA13 EA15 EA17 EA18 EA20 EA23 EA25 EA27 EA29 EA31 EA32 EA33 EA35 EB08 FF03 FG00 FH00 HA04 HA06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】質量％で、Ｃ：0.05％以下、Ｎ：0.05％以下、 Si：0.2 ％未満、 Mn：2.0 ％以下、Ｐ：0.05％以下、Ｓ：0.03％以下、 Cr：11.0〜23.0％、 Mo：3.0 ％以下、 Al：0.005 〜1.0 ％、を含み、かつ、 Ti：0.05〜1.0 ％、Ｂ：0.0002〜0.005 ％、Ta：0.01〜
1.0 ％、Ｖ：0.05〜1.0 ％、Zr：0.01〜1.0 ％のうちか
ら選ばれた１種または２種以上を含有し、残部Feおよび
不可避的不純物からなる組成のスラブを加熱し、熱間圧
延により熱延板としたのち、該熱延板に熱延板焼鈍を施
し、ついで冷間圧延および焼鈍を施すフェライト系ステ
ンレス鋼板の製造方法であって、前記熱延板焼鈍を850
〜980 ℃の範囲の温度で行うことを特徴とする深絞り性
に優れた自動車排気系用フェライト系ステンレス鋼板の
製造方法。
【請求項２】前記組成に加えてさらに、質量％で、C
u：1.0 ％以下、Ni：1.0 ％以下、Ｗ：1.0 ％以下、S
n：1.0 ％以下のうちから選ばれた１種または２種以上
を含有することを特徴とする請求項１に記載の自動車排
気系用フェライト系ステンレス鋼板の製造方法。
【請求項３】前記組成に加えてさらに、質量％で、C
a：0.010 ％以下を含有することを特徴とする請求項１
または２に記載の自動車排気系用フェライト系ステンレ
ス鋼板の製造方法。