JP2826261B2 - 加工性に優れるＦｅ−Ｃｒ合金 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、圧延やプレス成形な
どの加工に際して、割れやしわなどが発生しにくく、加
工性に優れるＦｅ−Ｃｒ合金に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】Ｆｅ−Ｃｒ合金は、耐食性に優れた材料
としてよく知られており、その代表的な合金がフェライ
ト系ステンレス鋼である。一般に、フェライト系ステン
レス鋼に代表されるＦｅ−Ｃｒ合金は、安価なことと、
種々の腐食環境で応力腐食割れを生じにくいという長所
を持っていることから、シンクを始めとする厨房用材料
や電気部品用材料などの製品として使用されることが多
い。この合金はまた、厚み５０μｍ以下といった極薄の
箔にまで冷間加工して、建築材料や自動車用触媒担体な
どとして使われることもある。このように、Ｆｅ−Ｃｒ
合金は耐食性に優れるという特性を備えているものの、
プレス成形性、延性および溶接部の靱性および耐食性な
どの諸特性については十分とはいえなかった。このた
め、シンクのプレスを行うような場合には、プレスに先
立って合金板の表面に潤滑膜を被覆したり、プレス成形
を分割して行ったのち溶接で組み立てる( 一段のプレス
で成形ができない場合) などの作業が必要であった。ま
た、冷間圧延によるＦｅ−Ｃｒ合金箔の製造に当たって
は、延性不足に起因する圧延不能を避けるには、圧延の
途中で中間焼鈍を施すことが不可欠であった。

【０００３】Ｆｅ−Ｃｒ合金が抱えている上述した欠点
のうち、とくに溶接部の延性、靱性および耐食性につい
ては、従来、ＣやＮの影響が大きいと考えられており、
それ故に近年では、主としてこのＣ，Ｎの低減に対し努
力が払われてきた。しかもこのことは、近年の高純度化
のための溶製技術の進歩によって一層助長された。例え
ば、特公昭５９−１１６５９号公報、特公昭５６−３４
６２６号公報および特公平５−３６４９２号公報などに
提案されている、極低Ｃ、Ｎのフェライト系ステンレス
鋼がそれである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Ｆｅ−
Ｃｒ合金の極低Ｃ化、極低Ｎ化は、上述した溶接部の特
性の改善には効果があったが、他方では別の問題も生じ
た。それは、Ｆｅ−Ｃｒ合金において、Ｃ，Ｎなどの不
純物を低減しても、圧延やプレス加工の場合、とくに 1
00℃以上, 例えば 200〜400 ℃の温間あるいは熱間での
圧延やプレス加工において、割れ（耳割れなど）やしわ
が生じやすくなることである。このような温度域での加
工性の劣化は、合金の製造上あるいは合金の使用上で、
支障を来すのはいうまでもない。なぜなら、合金の圧延
工程あるいは連続プレス工程においては、加工発熱によ
る加工材料の温度上昇により、合金の温度は圧延の場合
には100℃以上, ときには 300℃以上、また、連続プレ
スの場合には50℃以上、ときには 100℃以上の温度に達
するのが常だからである。

【０００５】そこで、本発明の目的は、現在の極低Ｃ、
極低Ｎ化したＦｅ−Ｃｒ合金が抱えている、上述した問
題点を克服するところにある。すなわち、本発明は、極
低Ｃ、極低ＮのＦｅ−Ｃｒ合金において、上述した圧延
やプレス成形などの加工の際に生じていた割れやしわ
を、従来より一段と軽減することのできるＦｅ−Ｃｒ合
金を提案するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】さて、上掲の目的の実現
に向け極低Ｃ、極低ＮのＦｅ−Ｃｒ合金の上記加工にお
ける割れやしわの発生原因と防止手段について詳細に研
究した。その結果、発明者らは、割れやしわの発生は固
溶状態のＣ，Ｎと加工により導入される転位との相互作
用により、変形応力が急激に上昇することに起因するら
しいこと、割れやしわの発生の防止は、Pb、Sn、Sbおよ
びAsの合計量と結晶粒度が共に一定の条件を満たす場合
に、時効指数が一定値以下となり、はじめて当初の目的
が達成できることを見いだした。

【０００７】この発明は、前記の新たな知見に基づいて
なされたものである。すなわち、本発明の要旨構成は次
のとおりである。 (1) Ｃ＋Ｎ：0.0050wt％以下、Pb＋Sn＋Sb＋As：0.010
wt％以下、Cr：5 〜60wt％を含有し、残部がFeおよび不
可避的不純物の組成からなり、その組織は結晶粒度番号
が5.0 以上であって、引張り予歪み 7.5％、 300℃×30
min の時効処理後の下降伏点の増加量として定義され
る、時効指数が７０ＭPa以下の特性を有することを特徴
とする加工性に優れるＦｅ−Ｃｒ合金（第１発明）。 (2) Ｃ＋Ｎ：0.0050wt％以下、Pb＋Sn＋Sb＋As：0.010
wt％以下、Cr：5 〜60wt％を含み、かつAl：0.005 〜5.
5 wt％、 Si：0.01〜5.0 wt％、Mn：0.01〜5.0 wt％、
Mo：0.03〜5.0 wt％、Cu：0.05〜5.0 wt％、 Ni：
0.03〜5.0 wt％およびCo：0.005 〜3.0 wt％のうちから
選ばれる１種または２種以上を合計で6.00wt％以下含有
し、残部がFeおよび不可避的不純物の組成からなり、そ
の組織は結晶粒度番号が５．０以上であって、引張り予
歪み 7.5％、 300℃×30min の時効処理後の下降伏点の
増加量として定義される、時効指数が７０ＭPa以下の特
性を有することを特徴とする加工性に優れるＦｅ−Ｃｒ
合金（第２発明）。 (3) Ｃ＋Ｎ：0.0050wt％以下、Pb＋Sn＋Sb＋As：0.010
wt％以下、Cr：5 〜60wt％Cr：5 〜60wt％を含み、かつ
Ti：0.002 〜0.4 wt％、 Nb：0.002 〜0.40wt％、Zr：
0.002 〜0.4 wt％、 Ｖ：0.02〜0.4 wt％およびＢ：0.
0002〜0.05wt％のうちから選ばれる１種または２種以上
を合計で0.50wt％以下含有し、残部がFeおよび不可避的
不純物の組成からなり、その組織は結晶粒度番号が５．
０以上であって、引張り予歪み 7.5％、 300℃×30min
の時効処理後の下降伏点の増加量として定義される、時
効指数が７０ＭPa以下の特性を有することを特徴とする
加工性に優れるＦｅ−Ｃｒ合金（第３発明）。 (4) Ｃ＋Ｎ：0.0050wt％以下、Pb＋Sn＋Sb＋As：0.010
wt％以下、Cr：5 〜60wt％を含み、かつAl：0.005 〜5.
5 wt％、 Si：0.01〜5.0 wt％、Mn：0.01〜5.0 wt％、
Mo：0.03〜5.0 wt％、Cu：0.05〜5.0 wt％、 Ni：
0.03〜5.0 wt％およびCo：0.005 〜3.0 wt％のうちから
選ばれる１種または２種以上を合計で6.00wt％以下含有
し、さらに、Ti：0.002 〜0.4 wt％、 Nb：0.002 〜0.
40wt％、Zr：0.002 〜0.4 wt％、 Ｖ：0.02〜0.4 wt％
およびＢ：0.0002〜0.05wt％のうちから選ばれる１種ま
たは２種以上を合計で0.50wt％以下含有し、残部がFeお
よび不可避的不純物の組成からなり、その組織は結晶粒
度番号が５．０以上であって、引張り予歪み 7.5％、 3
00℃×30min の時効処理後の下降伏点の増加量として定
義される、時効指数が７０ＭPa以下の特性を有すること
を特徴とする加工性に優れるＦｅ−Ｃｒ合金（第４発
明）。

【０００８】

【作用】以下、本発明において、鋼の成分組成を上記要
旨構成のとおりに限定した理由について説明する。 Ｃ＋Ｎ：0.0050wt％以下；ＣおよびＮは、ともに侵入型
原子として固溶状態で存在し、加工時に転位との相互作
用により変形抵抗を著しく上昇させ、また、局所的塑性
変形により加工性を劣化させるので、0.0050wt％以下に
限定する。なお、より好ましい範囲は、0.0030wt％以下
である。

【０００９】Cr： 5〜60 wt ％；Crは、耐食性を向上さ
せる元素であり、5 wt％未満の含有量では耐食性の向上
に寄与しない。一方、60wt％を超えると鋼材の製造性と
くに圧延性が劣化するので、 5〜60wt％の範囲に限定す
る。なお、耐食性および製造性の観点からは 7〜58wt％
とするのがより好ましい。

【００１０】Pb＋Sn＋Sb＋As：0.010 wt％以下；Pb、S
n、SbおよびAsは、いずれも結晶粒界に偏析しやすく、
これが粒界のＣ，Ｎを結晶粒内に追い出して、ひずみ時
効硬化の原因となるＣ，Ｎを増加させるので、これらの
合計量は0.010 wt％以下に制限する必要がある。なお、
より好ましい範囲は、0.008 wt％以下である。

【００１１】以上の基本成分のほかさらに、耐食性およ
び耐酸化性の一層の改善のためにAl、Si、Mn、Mo、Cu、
NiおよびCoのうちから選ばれる１種または２種以上を、
また、加工性の一層の改善のためにTi、Nb、Zr、Ｖおよ
びＢのうちから選ばれる１種または２種以上を含有させ
ることができる。以下に、これらの成分を添加する理由
を限定理由とともに説明する。

【００１２】Al：0.005 〜5.5 wt％、Si：0.01〜5.0 wt
％、Mn：0.01〜5.0 wt％、Mo：0.03〜5.0 wt％、Cu：0.
05〜5.0 wt％、Ni：0.03〜5.0 wt％およびCo：0.005 〜
3.0wt％のうちから選ばれる１種または２種以上を合計
で6.00wt％以下；Al、Si、Mn、Mo、Cu、NiおよびCoの各
元素は、いずれも加工性を損なうことなく耐酸化性およ
び耐食性を向上させる作用がある。これらの添加の効果
は、それぞれ、0.005 wt％以上、0.01wt％以上、0.01wt
％以上、0.03wt％以上、0.05wt％以上、0.03wt％以上お
よび 0.005wt％以上であらわれる。しかしながら、それ
ぞれAl 5.5wt％、Si 5.0wt％、Mn 5.0wt％、Mo 5.0wt
％、Cu 5.0wt％、Ni 5.0wt％およびCo 3.0wt％を、ま
た、これら元素の合計量で6.00wt％を超えても効果が飽
和するばかりでなく、いたずらにコストの上昇を招くの
で、これらの値を上限とする。

【００１３】Ti：0.002 〜0.4 wt％、Nb：0.002 〜0.4
wt％、Zr：0.002 〜0.4 wt％、Ｖ：0.02〜0.4 wt％およ
びＢ：0.0002〜0.05wt％のうちから選ばれる１種または
２種以上を合計で0.50wt％以下；Ti、Nb、Zr、Ｖおよび
Ｂの各元素は、いずれも炭窒化物形成元素であり、加工
性の改善に効果がある。これらの添加効果は、それぞれ
0.002wt％以上、 0.002wt％以上、 0.002wt％以上、
0.02 wt％以上および 0.0002 wt％以上であらわれる。
しかしながら、それぞれTi 0.4wt％、Nb 0.4wt％、Zr
0.4wt％、Ｖ 0.4wt％およびＢ 0.05 wt％を、またこれ
ら元素の合計量で0.50wt％を超えても効果が飽和するば
かりでなく、いたずらにコストの上昇を招くので、これ
らの値を上限とする。

【００１４】なお、Ca, Mg, REM, Bi, Se, Te およびBe
などの元素については、とくに定めないが、それぞれ0.
1 wt％以下の含有範囲であれば、加工性に対して特に悪
影響を及ぼさないので添加してもよい。

【００１５】次に、本発明の特徴の一つである、結晶粒
度番号および時効指数について説明する。 結晶粒度番号：5.0 以上；圧延やプレス加工などで発生
する割れやしわは、結晶粒が細かくなるほど、粒内に固
溶しているＣやＮが減少するため、抑制される。その効
果は、粒度番号にして5.0 未満では得られないので、5.
0 以上に限定する。

【００１６】時効指数：７０ＭPa以下；図１は、Ｃ：0.
0008％, Ｎ：0.0013％, Pb＋Sn＋Sb＋As：0.005 ％, C
r：17.8および51.2％よりなる化学組成を有するFe−Cr
合金を、圧延温度 430℃で、厚み0.4mm から0.1 mmまで
温間圧延したときの、耳割れ発生率と時効指数との関係
を示したグラフである。図１から判るように、割れやし
わは、下記に定義される時効指数が７０ＭPaを超える
と、発生しやすくなる。したがって、割れやしわの発生
を抑制するためには、時効指数を７０ＭPa以下にする必
要がある。なお、より好ましくは５０ＭPa以下である。
ここで、時効指数は、引張り予歪み 7.5％、300 ℃×30
min の時効処理後の下降伏点の増加量で定義される。す
なわち、時効指数＝（引張り予歪み 7.5％を与えたの
ち、いったん除荷して、300 ℃×30分の熱処理を施した
試験片の下降伏点）−（予歪み 7.5％施したときの変形
応力)

【００１７】次に、本発明合金を製造するための製造方
法について説明する。本発明合金は、精錬−鋳造−熱間
圧延の後、必要に応じ冷間圧延、焼鈍および調質圧延を
適宜採用して製造される。精錬手段としては、転炉また
は電気炉で溶解したのち、真空脱ガス装置で処理するの
が適している。鋳造は連続鋳造法の採用が経済的にも優
れている。鋳造された素材は、熱間圧延により、板、管
などに圧延される。このときの、熱間圧延の加熱温度は
1050〜1250℃が好ましく、仕上げ温度は製造性の上から
800〜950℃が好ましい。また、巻き取りを行う場合
は、脱スケール性の上から 750℃以下が好ましい。得ら
れた熱延材に対して、後工程における加工性を改善する
ために、必要に応じて、700 ℃以上の熱延材焼鈍を行う
ことができる。このようにして得られた熱延材は、脱ス
ケール処理を行って、そのまま製品とすることも、冷間
圧延用の素材とすることもできる。このようにして得ら
れた熱延材をさらに冷間圧延する場合には、冷延圧下率
は30％以上、とくに50〜95％が好適である。また、冷延
材のさらなる加工性の付与のために、 600℃以上、とく
に 700〜1000℃の再結晶処理を行うことができる。また
さらに、形状矯正を目的とした、 0.3〜５％の調質圧延
も可能である。

【００１８】

【実施例】表１に示す化学組成のＦｅ−Ｃｒ合金を、真
空脱ガス装置で精錬し、成分調整した後、連続鋳造によ
り200 mm厚の鋳片とした。得られた鋳片を1200℃に加
熱、均熱後、熱間圧延（仕上げ温度：850 ℃、巻き取り
温度：600 ℃）を施して4.0mm厚とし、酸洗により脱ス
ケールを行った。さらに、冷間圧延により 1.0mm厚の板
としたのち、800 〜900 ℃の焼鈍を施して供試材とし
た。

【００１９】

【表１】

【００２０】このようにして得られた供試材について、
結晶粒度番号および時効指数を測定するとともに耳割れ
発生率を調査した。ここで耳割れ発生率は、上記の冷延
・焼鈍板を 200〜400 ℃に加熱し、0.3 mm厚まで圧延を
行ったのち、コイルを長手方向に10ｍづつに区分し、圧
延材の幅方向長さ３mm以上の割れが１個以上存在する区
分の割合で求めた。

【００２１】その試験結果を、表１に併記した。この表
１に示す試験結果から明らかなように、本発明例につい
てはいずれも、時効指数が７０ＭPa以下であるととも
に、耳割れ発生率が10％未満であり、優れた加工性を有
していることが確かめられた。これに対して、時効指数
が７０ＭPa以上である比較例の場合、高い耳割れ発生率
を示した。

【００２２】

【発明の効果】上述したように、本発明によれば、Ｆｅ
−Ｃｒ合金の圧延加工あるいはプレス加工において、加
工性とくに高温における加工性が著しく改善されるの
で、高温域における圧延あるいはプレス時に発生してい
た、割れやしわを抑制することができる。このため、従
来、加工が困難であった極薄板材や難加工部品への適用
が可能となる。なお、本発明によって製造した合金に対
しては、従来適用されていたあらゆる表面仕上げ法や表
面処理法が、問題なく適用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】温間圧延時の耳割れ発生率と時効指数との関係
を示したグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 冨樫 房夫 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎 製鉄株式会社技術研究本部内 (72)発明者 安彦 兼次 宮城県仙台市泉区高森６丁目27−９ (56)参考文献 特開 平６−158234（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−311340（ＪＰ，Ａ) 特公 平５−36492（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C22C 38/00 - 38/60 C22C 27/06 C22C 30/00

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｃ＋Ｎ：0.0050wt％以下、 Pb＋Sn＋Sb＋As：0.010 wt％以下、 Cr：5 〜60wt％を含有し、残部がFeおよび不可避的不純
   物の組成からなり、その組織は結晶粒度番号が 5.0以上
   であって、下記に定義される時効指数が70ＭPa以下の特
   性を有することを特徴とする加工性に優れるＦｅ−Ｃｒ
   合金。 記 時効指数：引張り予歪み 7.5％、 300℃×30min の時効
   処理後の下降伏点の増加量
2. 【請求項２】Ｃ＋Ｎ：0.0050wt％以下、 Pb＋Sn＋Sb＋As：0.010 wt％以下、 Cr：5 〜60wt％を含み、かつAl：0.005 〜5.5 wt％、
   Si：0.01〜5.0 wt％、 Mn：0.01〜5.0 wt％、 Mo：0.03〜5.0 wt％、 Cu：0.05〜5.0 wt％、 Ni：0.03〜5.0 wt％およびCo：
   0.005 〜3.0 wt％のうちから選ばれる１種または２種以
   上を合計で6.0 wt％以下含有し、残部がFeおよび不可避
   的不純物の組成からなり、その組織は結晶粒度番号が
   5.0以上であって、下記に定義される時効指数が70ＭPa
   以下の特性を有することを特徴とする加工性に優れるＦ
   ｅ−Ｃｒ合金。 記 時効指数：引張り予歪み 7.5％、 300℃×30min の時効
   処理後の下降伏点の増加量
3. 【請求項３】Ｃ＋Ｎ：0.0050wt％以下、 Pb＋Sn＋Sb＋As：0.010 wt％以下、 Cr：5 〜60wt％を含み、かつTi：0.002 〜0.4 wt％、
   Nb：0.002 〜0.4 wt％、 Zr：0.002 〜0.4 wt％、 Ｖ：0.02〜0.4 wt％および
   Ｂ：0.0002〜0.05wt％のうちから選ばれる１種または２
   種以上を合計で0.50wt％以下含有し、残部がFeおよび不
   可避的不純物の組成からなり、その組織は結晶粒度番号
   が 5.0以上であって、下記に定義される時効指数が70Ｍ
   Pa以下の特性を有することを特徴とする加工性に優れる
   Ｆｅ−Ｃｒ合金。 記 時効指数：引張り予歪み 7.5％、 300℃×30min の時効
   処理後の下降伏点の増加量
4. 【請求項４】Ｃ＋Ｎ：0.0050wt％以下、 Pb＋Sn＋Sb＋As：0.010 wt％以下、 Cr：5 〜60wt％を含み、かつAl：0.005 〜5.5 wt％、
   Si：0.01〜5.0 wt％、 Mn：0.01〜5.0 wt％、 Mo：0.03〜5.0 wt％、 Cu：0.05〜5.0 wt％、 Ni：0.03〜5.0 wt％およびCo：
   0.005 〜3.0 wt％のうちから選ばれる１種または２種以
   上を合計で6.00wt％以下含有し、さらに、 Ti：0.002 〜0.4 wt％、 Nb：0.002 〜0.4 wt％、 Zr：0.002 〜0.4 wt％、 Ｖ：0.02〜0.4 wt％および
   Ｂ：0.0002〜0.05wt％のうちから選ばれる１種または２
   種以上を合計で0.50wt％以下含有し、残部がFeおよび不
   可避的不純物の組成からなり、その組織は結晶粒度番号
   が 5.0以上であって、下記に定義される時効指数が70Ｍ
   Pa以下の特性を有することを特徴とする加工性に優れる
   Ｆｅ−Ｃｒ合金。 記 時効指数：引張り予歪み 7.5％、 300℃×30min の時効
   処理後の下降伏点の増加量