JP4721917B2 - 成形時の面内異方性が小さく耐リジング性及び耐肌荒れ性に優れた低炭素低窒素フェライト系ステンレス鋼薄板及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は成形時の面内異方性が小さく、耐リジング性及び耐肌荒れ性に優れたフェライト系ステンレス鋼薄板及びその製造方法に関するものである。
本発明によれば、成形時の面内異方性、耐リジング性及び耐肌荒れ性のいずれの特性も良好であるフェライト系ステンレス鋼を得ることができるため、材料歩留まりを高くでき、従来必要とされていた成形後の表面研磨工程を省略できるなど地球環境保全に貢献しうるものと考えられる。

なお、成形時の面内異方性については、後述するように、尺度として円筒深絞り成形したときに生じる耳、しわ、割れなどを除去するために切断される部分の重量割合（歩留まり落ちの割合）を尺度とすることとする。

フェライト系ステンレス鋼は、家電や厨房、器物など幅広い分野に使用されている。その大半は鋼板を成形加工して用いられるため、成形加工のしやすさ、歩留まり、成形後の処理の簡便さなど多くの特性が望まれている。特に器物などは、円筒深絞り成形され、端部（耳）を切断し、表面を研磨して最終製品とされている。
このような成形品の素材としてのフェライト系ステンレス鋼に求められる特性としては、図１に示すような成形時の耳の高さが小さい事が望まれる。なぜなら、耳部は切り落とされ、成形品の材料歩留まりの低下になるためである。
またその後、表面の凹凸を無くすための研磨工程がある。すなわち成形品にはリジングや肌荒れと言った材料起因の表面凹凸が生じるため、これを研磨によって解消している。研磨は、人手をかけて個別に行う場合が多く、成形品を作る過程での大きな負荷となっている。
したがって、材料に求められる特性としては、成形性、面内異方性が小さいこと、耐肌荒れ性及び耐リジング性に優れることが求められている。

これまでに材料特性の面内異方性を低減する手法としては特許文献１，２及び３が、耐リジング性を改善する手法としては特許文献４及び５が、肌荒れを防止する方法としては特許文献６及び７が知られている。
特許文献１には、熱間圧延時の粗熱延時の製造条件（温度、圧下率、摩擦係数）を規定することによりｒ値の面内異方性を低減する手法が記載されている。また特許文献２には、熱延板に冷間または温間で予備圧延を施すことでΔＥｌ（全伸びの面内異方性）を低減する手法が記載されている。特許文献３には、ｒ値の面内異方性及び０．２％耐力の面内異方度を規定して形状凍結性を向上する手法が記載されている。
特許文献４には、熱延途中に曲げ加工を施して耐リジング性を改善する手法が、また特許文献５には、熱延後の冷却、巻取り条件を規定することにより、耐リジング性を改善する手法が記載されている。
特許文献６には、熱間圧延条件及び冷間圧延条件を規定して結晶粒径を微細化して加工時の表面肌荒れを抑制する手法が、特許文献７には、成形時の肌荒れが生じないような成形方法を結晶粒径によって規定する手法が記載されている。
特開平７−３１０１２２号公報 特開２００１−１９２７３５号公報 特開２００２−３３２５４８号公報 特開昭６２−１３６５２５号公報 特開平０１−１１１８１６号公報 特開平０７−２９２４１７号公報 特開２００５−１３９５３３号公報

しかし、特許文献１及び２の手法では、ｒ値の面内異方性は低減するが、耐リジング性や耐肌荒れ性が不良である場合があり、成形後の研磨工程の負荷が軽減されていなかった。特許文献３の手法では、成形時の面内異方性は必ずしも低減できない場合があり、さらに成形加工時にリジングや肌荒れが生じる場合が認められていた。
また特許文献４及び５は、耐リジング性は改善するものの、成形時の面内異方性が大きく、また加工時に肌荒れが発生する場合があった。
また特許文献６では、加工時の表面肌荒れが低減するが、耐リジング性あるいは耐肌荒れ性が不良となる場合が認められていた。また特許文献７では、成形方法を限定した場合に肌荒れが生じないが、成形加工でリジングや肌荒れが生じる場合が散見された。
以上のように、従来の技術では、成形時の面内異方性、耐リジング性、耐肌荒れ性の全てを満足するような手法、あるいはそれらの全特性に相応するような指標さえも存在していなかった。
本発明は、成形時の面内異方性、耐リジング性、耐肌荒れ性の全てを満足するフェライト系ステンレス鋼薄板及びその製造方法を提供するものである。

本発明者は、上記の課題に対し、成形時の面内異方性、耐リジング性、耐肌荒れ性の全てを満足するための総合的な検討を行った。その結果、引張強度の異方性と円筒深絞り試験での耳高さの両指標を制御することが極めて重要であることが判明した。
また冷間圧延前に焼鈍を行ったときに、焼鈍後の冷却過程において鋼板の靭性が不足して割れが生じる場合があり、上記の成形時の面内異方性、耐リジング性、耐肌荒れ性に加えて、焼鈍時に割れが生じないような成分設計が必要であることも明らかとなった。

本発明は上記知見に基づくものであって、
（ａ）質量％で、
Ｃ ：０．００５〜０．０３０％、 Ｓｉ：０．０１〜２．００％、
Ｍｎ：０．０１〜３．００％、 Ｐ ：０．０４０％未満、
Ｓ ：０．０３％以下、 Ｃｒ：１２．５〜２２．０％、
Ａｌ：０．０００５〜０．２０００％、Ｎ ：０．００５〜０．０４０％、
Ｃ＋Ｎ≦０．０５０％
を含有し、残部が鉄及び不可避的不純物よりなる鋼組成を有し、下記（１）式により計算されるγｐ（％）が０〜６５％を満足し、下記（２）式におけるＨ_M値が２０〜４０を満 足し、板面において圧延方向から０°，４５°及び９０°の３方向に引張試験をした際の引張強度の最大値と最小値の差が２０ＭＰａ未満であり、かつポンチ径：Φ５０ｍｍ、ポンチ肩Ｒ：５ｍｍ、ダイス肩Ｒ：５ｍｍ、ブランク径：Φ１００ｍｍ、しわ押さえ力：１トン、摩擦係数：０．１１〜０．１３の条件で絞り比２．０の円筒深絞り成形後の耳高さが２．０ｍｍ以内であることを特徴とする成形時の面内異方性が小さく耐リジング性及び耐肌荒れ性に優れた低炭素低窒素フェライト系ステンレス鋼薄板である。
γｐ＝４２０×〔Ｃ〕＋４７０×〔Ｎ〕＋２３×〔Ｎｉ〕＋１２×〔Ｃｕ〕
＋７×〔Ｍｎ〕−１１．５×（〔Ｃｒ〕＋〔Ｓｉ〕）−５２×〔Ａｌ〕
−４９×〔Ｔｉ〕＋１８９ ・・・（１） Ｈ_M ＝１４５×〔Ｃ〕−０．１×〔Ｃｒ〕＋０．８×〔Ｍｎ〕＋１．８×〔Ｎｉ〕
＋１２０×〔Ｎ〕＋０．７×〔Ｃｕ〕＋２６．８ ・・・（２） （ここで〔 〕は質量％）

（ｂ）また、前記鋼が、さらに、質量％で、
Ｎｉ：３．０％以下、 Ｃｕ：３．０％以下
のうち１種または２種を含むことを特徴とする上記（ａ）記載の成形時の面内異方性が小さく耐リジング性及び耐肌荒れ性に優れた低炭素低窒素フェライト系ステンレス鋼薄板である。

（ｃ）また、前記鋼が、さらに、質量％で、
Ｂ ：０．０１０％以下
を含むことを特徴とする上記（ａ）または（ｂ）の成形時の面内異方性が小さく耐リジング性及び耐肌荒れ性に優れた低炭素低窒素フェライト系ステンレス鋼薄板である。

（ｄ）前記鋼が、さらに、質量％で、
Ｍｇ：０．０１０％以下
を含むことを特徴とする上記（ａ）〜（ｃ）いずれか１つに記載の成形時の面内異方性が小さく耐リジング性及び耐肌荒れ性に優れた低炭素低窒素フェライト系ステンレス鋼薄板である。

（ｅ）前記鋼が、さらに、質量％で、
Ｔｉ：０．４０％以下、 Ｎｂ：０．４０％以下
のうち１種または２種を含むことを特徴とする上記（ａ）〜（ｄ）のいずれか１つに記載の成形時の面内異方性が小さく耐リジング性及び耐肌荒れ性に優れた低炭素低窒素フェライト系ステンレス鋼薄板である。

（ｆ）前記鋼が、さらに、質量％で、
Ｍｏ：０．５０％以下
を含むことを特徴とする上記（ａ）〜（ｅ）のいずれか１つに記載の成形時の面内異方性が小さく耐リジング性及び耐肌荒れ性に優れた低炭素低窒素フェライト系ステンレス鋼薄板である。

（ｇ）上記の（ａ）〜（ｆ）のいずれか１つに記載のフェライト系ステンレス鋼薄板を製造するに際し、鋼片を、常法により熱間圧延した後、熱延板の予備焼鈍を、昇温時の５００℃〜７５０℃の温度域における平均昇温速度を０．５℃／ｓ以上で昇温した後、８００℃〜１０５０℃の温度域で１〜１２０秒間保持し、その後、３００℃以下まで０．５℃／ｓ以上の冷却速度で冷却する条件で行った後、熱延板の本焼鈍を、昇温時の５００℃〜７００℃の温度域における平均昇温速度を０．０５℃／ｓ未満で昇温した後、７００℃〜９００℃の温度域で１時間以上保持した後冷却する条件で行い、さらに常法により、酸洗、冷間圧延および冷延板最終焼鈍を施すことを特徴とする成形時の面内異方性が小さく耐リジング性及び耐肌荒れ性に優れた低炭素低窒素フェライト系ステンレス鋼薄板の製造方法である。

（ｈ）上記の（ａ）〜（ｆ）のいずれか１つに記載のフェライト系ステンレス鋼薄板を製造するに際し、鋼片を、熱間圧延工程において７００℃〜１１００℃における総圧延率が９０％以上とした圧延後に４５０℃〜７００℃で巻取り処理を実施し、得られた熱延板を７００℃〜８５０℃で３ｈ以上保持する均質化熱処理を実施し、さらに９００℃〜１１００℃で１ｓ以上保持したのちに３℃／ｓ以上の冷却速度で冷却する部分変態熱処理を実施し、さらに常法により、酸洗、冷間圧延および冷延板最終焼鈍を施すことを特徴とする成形時の面内異方性が小さく耐リジング性及び耐肌荒れ性に優れた低炭素低窒素フェライト系ステンレス鋼薄板の製造方法である。

（ｉ）上記の（ａ）〜（ｆ）のいずれか１つに記載のフェライト系ステンレス鋼薄板を製造するに際し、鋼片を熱間圧延して６００℃以上の温度で巻取り、さらに熱処理を施すことなく圧延率１０〜６０％の冷間圧延をした後に、５００℃〜７５０℃の範囲における平均昇温速度を０．５℃／ｓ以上かつ８００℃〜１０５０℃で１〜１２０ｓの保定を有する熱処理を行い、さらに常法により、酸洗、冷間圧延および冷延板最終焼鈍を施すことを特徴とする成形時の面内異方性が小さく耐リジング性及び耐肌荒れ性に優れた低炭素低窒素フェライト系ステンレス鋼薄板の製造方法である。

（ｊ）上記の（ａ）〜（ｆ）のいずれか１つに記載のフェライト系フェライト系ステンレス鋼薄板を上記（ｇ）〜（ｉ）のいずれか１つに記載の方法により製造するに際し、冷延板最終焼鈍工程において最高到達温度がＡ_c1（℃）以下で１〜１２０ｓの保定を有する熱処理を行うことを特徴とする成形時の面内異方性が小さく耐リジング性及び耐肌荒れ性に優れた低炭素低窒素フェライト系ステンレス鋼薄板の製造方法である。

これまでの材料特性の面内異方性は、前述の特許文献１〜３に記載されているようにｒ値、全伸びあるいは０．２％耐力については従来知られていたが、いずれも成形時の面内異方性、耐リジング性、肌荒れ性の全てを満足する指標にはなり得なかった。
本発明においては、引張強度の異方性を制御することが重要であることがはじめて明らかとなった。また、もう一つの特性として円筒深絞り試験での耳高さが重要であることが判明した。これらの「引張強度の異方性」と「円筒深絞り試験時の耳高さ」の両者を満足したときにはじめて成形時の面内異方性、耐リジング性、肌荒れ性の全てを満足する。

引張強度の異方性が、上記特性に影響を及ぼす原因は明確ではないが、成形加工時に表面に凹凸が発生して肌荒れやリジングが生成する過程において、変形の異方性、特に表面での変形に影響を及ぼす可能性がある。
また円筒深絞り試験時の耳高さは、通常の異方性は圧延方向からの角度が０°，４５°，９０°の３方向から計算されるものであるのに対して、０〜３６０°の全方位的な評価指標となる。加えて、円筒深絞り時に耳が発生することは、鋼板の集合組織に何らかの異方性が存在する、すなわち類似結晶方位粒集団（コロニー）が存在することを示唆しているものである。したがって類似結晶方位粒集団（コロニー）の大きさや分布状態によって決定される耐リジング性及び耐肌荒れ性と対応する一指標となるものと考えられる。

本発明によれば、成形時の面内異方性が小さく、耐リジング性及び耐肌荒れ性のいずれの特性も良好であるフェライト系ステンレス鋼を得ることができるため、成形品の歩留まりが向上し、従来必要とされていた成形後の表面研磨工程を省略できるなど、産業上の効果は極めて大きいと言える。

以下に本発明を詳細に説明する。
Ｃ：熱間圧延時にγ相を析出させるために必要な元素であるが、多量の添加は焼鈍後の冷却工程において割れが生じる場合があり、また加工性を低下させたり、Ｃｒ系炭化物の析出による鋭敏化及び靭性低下を招くことがあるため、０．０３０％を上限とする。また、下限は精錬コストの著しい増加を招かないレベルである０．００５％とした。製鋼工程における安定製造性を考慮したときに好ましい範囲は、０．００８〜０．０１５％である。

Ｓｉ：脱酸元素として活用するが、多量の添加は加工性の劣化を招くため、２．００％を上限とする。下限は精錬における負荷を考慮し、０．０１％とした。

Ｍｎ：Ｓｉ同様に多量の添加は加工性を低下させ、また耐食性を低下させる場合があるため、３．００％を上限とした。また、下限は精錬における負荷を考慮し、０．０１％とした。

Ｐ：不純物であり、強度を増加させ、また酸洗時に粒界腐食を招く場合があるため、低い方が好ましく、０．０４０％未満とした。下限は特に規定する必要はないが、Ｐの低減には製鋼段階でコストが増加するため、０．００５％とすることが好ましい。

Ｓ：不純物であり、熱間割れを招いたり、耐食性を低下させたりするため、低いほど好ましく、０．０３％を上限とする。さらに、耐食性の点からは０．０１５％以下とすることが好ましい。

Ｃｒ：耐食性を確保するために必要な元素であり、下限を１２．５％とした。多量の添加は原料コストの増加を招くばかりでなく、熱間圧延及び冷間圧延時に割れを生じやすく、製造性を低下させるため、上限を２２．０％とした。

Ａｌ：脱酸元素として用いられ、０．０００５％未満では脱酸が十分に行われないため、これを下限とした。また多量の添加は溶接性を低下させるため、上限を０．２０００％とした。溶接性低下を防止し、安定して脱酸を行うために好ましい範囲は、０．００３〜０．０８％である。

Ｎ：熱間圧延時にγ相を析出させるために必要な元素であるが、多量の添加は加工性を低下させたり、ちりめん状の表面皺を発生させることがあるため、０．０４０％を上限とする。また下限は精錬コストの著しい増加を招かないレベルである０．００５％とした。製鋼工程における安定製造性を考慮したときに好ましい範囲は０．００８〜０．０２０％である。

Ｃ＋Ｎ：ＣとＮはともにγ相生成元素であり、γ相分率やγ相の硬度（マルテンサイト変態した場合にはマルテンサイト相の硬度）に影響を与える因子である。Ｃ＋Ｎが０．０５０％超であるとγ相（マルテンサイト相）が硬質となり、焼鈍後の冷却過程で鋼板に割れが生じる場合があるため、０．０５０％を上限とする。下限は、製鋼工程におけるＣ及びＮを低減するためのコストを考慮した場合には、０．０１０％とすることが好ましい。

Ｃｕ：微量の添加により耐食性を向上させるため、選択的に添加しても良い。また（１）式で定義されるγｐを調整するのに有効な元素である。ただし、多量の添加は加工性を劣化させるばかりか、耐食性をも逆に低下する場合があるので、上限を３．０％とした。安定的に優れた耐食性を得るためには、０．００１％以上の添加とすることが望ましい。

Ｎｉ：Ｃｕ同様に微量の添加により耐食性を向上させ、また靭性の向上効果も有するため、選択的に添加しても良い。また（１）式で定義されるγｐを調整するのに有効な元素である。多量の添加は加工性を劣化させるため、上限を３．０％とした。耐食性及び靭性の効果を得るためには、０．００１％以上の添加とすることが好ましい。

Ｂ：二次加工性を向上させる元素であり、選択的に添加しても良い。ただし、多量の添加は熱間割れを招くため、上限を０．０１０％とした。また二次加工性の向上効果を得るためには、０．０００１％以上の添加とすることが好ましい。

Ｍｇ：溶融凝固時の組織を微細化させる効果を持つ元素であり、選択的に添加しても良い。特に、溶接部の微細化等に効果的である。ただし、Ｍｇは歩留まりが極めて低い元素であり、多量の添加は製造性の点から困難であるため、上限を０．０１０％とした。また、上述の微細化効果を安定して発揮するためには、０．０００１％以上の添加とすることが望ましい。

Ｔｉ，Ｎｂ：成形性を向上させる元素であり、両元素のうち１種または２種を添加できる。０．４０％超では材料強度が上昇し、逆に成形性を劣化させる場合があるため、０．４０％を上限とした。Ｔｉ，Ｎｂともに０．０１％未満では成形性向上効果が小さいため、成形性向上の観点からは０．０１％以上を添加することが好ましい。

Ｍｏ：耐食性向上元素であり、選択的に添加できる。０．５０％超の添加は、加工性の劣化を招くため、０．５０％を上限とした。耐食性の向上効果が発揮されるには、０．０１％以上の添加とすることが望ましい。

γｐ（％）：γｐは下記（１）式で計算される値である。この値が０％未満であると耐リジング性あるいは耐肌荒れ性が低下するため、これを下限とした。また、６５％超であると熱間加工性が低下し、熱間圧延工程において割れが生じやすくなる。また、製品の成形性が劣化するため、６５％を上限とした。
γｐ（％）＝４２０×〔Ｃ〕＋４７０×〔Ｎ〕＋２３×〔Ｎｉ〕＋１２×〔Ｃｕ〕
＋７×〔Ｍｎ〕−１１．５×（〔Ｃｒ〕＋〔Ｓｉ〕）−５２×〔Ａｌ〕
−４９×〔Ｔｉ〕＋１８９ ・・・（１） （ここで〔 〕は質量％）

Ｈ_M：これは、焼鈍後の冷却過程において鋼板割れが生じるか否かを評価するための指標であり、下記（２）式によって計算される。この値が４０を超えると冷却時の割れが生じる場合があるため、これを上限とした。またこの値が２０未満であると十分な耐リジング性あるいは耐肌荒れ性が得られないため、２０を下限とした。
Ｈ_M ＝１４５×〔Ｃ〕−０．１×〔Ｃｒ〕＋０．８×〔Ｍｎ〕＋１．８×〔Ｎｉ〕
＋１２０×〔Ｎ〕＋０．７×〔Ｃｕ〕＋２６．８ ・・・（２） （ここで〔 〕は質量％）

絞り比２．０の円筒深絞り成形後の耳高さ：この値が小さいときに、良好な成形時の面内異方性、耐肌荒れ性及び耐リジング性が得られる。２．０ｍｍ超であると、上記のいずれかの特性が劣化する場合があるため、これを上限とした。
円筒深絞り成形の条件によって耳高さや成形限界が変わるため、成形条件は次のように定めた。ポンチ径：Φ５０ｍｍ、ポンチ肩Ｒ：５ｍｍ、ダイス肩Ｒ：５ｍｍ、ブランク径：Φ１００ｍｍ、しわ押さえ力：１トン、摩擦係数：０．１１〜０．１３である。この摩擦係数は、４０℃で動粘度１２００ｍｍ²／ｓｅｃの潤滑油を鋼板の表裏面に塗布するこ とで得られるレベルである。後述する実施例においては冷間圧延後の板厚を変化させているが、板厚によらず、耳高さが２．０ｍｍ以内であることが必要条件となる。

引張強度：本発明において明確となった指標であり、鋼板より圧延方向から０°，４５°及び９０°の３方向にＪＩＳ１３号Ｂ引張試験片を採取し、ＪＩＳ Ｚ ２２４１に準拠した引張試験を実施する。ｎ数は３として平均値を用いる。
引張強度異方性は、上記３方向の引張強度のうち、最大値と最小値の差と定義する。これを２０ＭＰａ未満とすることが、成形時の面内異方性、耐リジング性及び耐肌荒れ性の全特性を満足するための必要条件となる。

熱間圧延、焼鈍、冷間圧延については、下記の３通りのうち、いずれかの条件を満たせばよい。
〔プロセスＡ〕
熱延板予備焼鈍：熱間圧延後、熱延板本焼鈍の前に熱延板予備焼鈍を行う。この熱延板予備焼鈍では、昇温時の５００℃〜７５０℃の温度域における平均昇温速度を０．５℃／ｓ以上で昇温した後、８００℃〜１０５０℃の温度で１〜１２０秒間保持し、その後、３００℃以下まで０．５℃／ｓ以上の冷却速度で冷却する。ここでの平均昇温速度が０．５℃／ｓ未満であると引張強度異方性や耳高さが劣化し、その結果、耐リジング性が劣化したり、肌荒れが生じたり、成形時の面内異方性が大きくなる場合がある。
「昇温時の５００℃〜７５０℃の温度域における平均昇温速度」とは、昇温過程において５００℃と７５０℃の両温度の差２５０℃を５００℃から７５０℃に達するまでの時間で除して求める。なお、平均昇温速度を測定する範囲としては耐リジング性及び耐肌荒れ性に対して重要な再結晶が生じる温度として５００℃〜７５０℃とした。この温度範囲で平均昇温速度が０．５℃／ｓ未満になると、熱延板予備焼鈍に引き続いて行う熱延板本焼鈍において好ましい金属組織の形成（コロニーの分断）が不十分となる。
５００℃に達するまでの条件、すなわち熱延板予備焼鈍の開始温度及び５００℃未満の昇温速度は耐リジング性や耐肌荒れ性などに影響を及ぼさないため、特に規定する必要はない。

ここでの保持温度が８００℃未満であると未再結晶組織が残存するために耐リジング性や耐肌荒れ性が劣化したり、成形時の特性の面内異方性が大きくなって歩留まりが低下したりする。また１０５０℃超では靭性の低下を招く場合がある。
また、保持時間についても同様に１秒未満では未再結晶残存により、耐リジング性、耐肌荒れ性、成形時の面内異方性が劣る場合がある。また１２０秒超の保持時間では、粒成長が生じて前述の特性のいずれかが低下する場合がある。

その後、３００℃以下まで０．５℃／ｓ以上の冷却速度で冷却する。この冷却停止温度が３００℃超となるような不十分な冷却であると製造性が劣化する場合があり好ましくない。また、冷却速度が０．５℃／ｓ未満では、結晶粒径が粗大化してコロニーが粗大化したり、冷却中に再結晶核の成長が生じる場合があり、耐肌荒れ性などを劣化させる場合がある。

熱延板本焼鈍：熱延板予備焼鈍の後に冷却した鋼板を用いて熱延板本焼鈍を実施する。昇温時の５００℃〜７００℃の温度域における平均昇温速度を０．０５℃／ｓ未満とする。これは昇温速度が０．０５℃／ｓ以上であると冷間圧延前に、リジングあるいは肌荒れの成因となる類似結晶方位粒集団（コロニー）の分断が不十分となる場合があるためである。

昇温後、７００℃〜９００℃の温度域で１時間以上保持する。この温度域が７００℃未満ではコロニーの分断が不十分であり、９００℃超では結晶粒の粗大化による肌荒れや残留γ相あるいはマルテンサイト相が残存して冷間圧延割れを起こす場合があり好ましくない。
また、保持時間が１時間未満であるとコロニーの分断が不十分な場合がある。保持時間の上限は特に規定するものではないが、生産性の観点からは４８時間以下とすることが好ましい。

前述のような２種類の熱処理を実施した後、冷延、焼鈍を実施して製品板を作製する。成形性、製造性の向上等を目的として冷延途中に焼鈍を実施しても良い。ステンレス特有の表面肌を得て、かつ製造コストが大幅に増加しないレベルとして、冷間圧延率は３０〜９５％とすることが好ましい。

〔プロセスＢ〕
熱間圧延工程：熱間圧延工程において１１００℃以下における総圧延率が９０％以上とする。１１００℃以下の圧延率が９０％未満であると前述のコロニーの分断が不十分となって引張強度異方性や耳高さが劣化し、その結果、耐リジング性が低下したり、成形時の面内異方性、耐肌荒れ性が劣化する場合があるためである。また圧延温度は７００℃未満では圧延キズが発生するため、これを下限とした。

巻取り温度は４５０℃〜７００℃とする。７００℃超の場合は、熱延で導入された歪が回復するため、７００℃を上限とした。また４５０℃未満であると圧延速度の低下など製造性を劣化させる場合があるためである。

均質化熱処理：熱延板には７００℃〜８５０℃で３ｈ以上保持する均質化熱処理を施す。この熱処理を施すことで、熱延板で生成するマルテンサイト相や残留γ相を分解する。７００℃未満であると分解が十分に行われず、冷間圧延時に耳割れが発生したり、製品の成形性が劣る場合や、耐リジング性及び成形時の面内異方性が劣化する場合があるためである。また８５０℃超であると結晶粒が粗大化してコロニーの粗大化による耐リジング性の低下や、耐肌荒れ性の劣化が生じる。
保持時間は３ｈ以上必要である。３ｈ未満であるとγ相あるいはマルテンサイト相の分解が不十分で耐リジング性及び製造性が劣化する場合があるためである。

部分変態熱処理：均質化熱処理後に９００〜１１００℃で１ｓ以上保持したのちに３℃／ｓ以上の速度で冷却する部分変態熱処理を実施する。９００℃未満とするとコロニーの分断に必要なマルテンサイト相あるいは残留γ相の体積率が十分に確保できずに耐リジング性あるいは面内異方性が低下する。１１００℃超とすると冷延割れが激しく生成し、製造性が低下する。
保持時間は１ｓ以上であればよく、これ未満であると耐リジング性が劣化する場合がある。保持時間の上限は特に規定するものではないが、製造性を考慮した場合、３００ｓ以内とすることが好ましい。
冷却速度は３℃／ｓ以上とする。これ未満であると耐リジング性は劣化する。冷却速度の上限は特に規定するものではないが、製造コストの大幅な増加のないレベルとして５０℃／ｓが好ましい。

前述のような２種類の熱処理を実施した後、冷延、焼鈍を実施して製品板を作製する。成形性、製造性の向上等を目的として冷延途中に焼鈍を実施しても良い。ステンレス特有の表面肌を得るために、冷間圧延率は３０〜９５％とすることが好ましい。

〔プロセスＣ〕
熱間圧延：熱間圧延後に６００℃以上の温度で巻取る。本プロセスでは巻取り温度を制御することが重要なポイントであり、巻取り温度が６００℃未満であると良好な耐リジング性、耐肌荒れ性が得られない場合があり、また冷間圧延時の耳割れが発生しやすい。巻取温度の上限は特に規定する必要はないが、熱間圧延時に圧延疵を発生することなく製造できる上限温度は９００℃であるため、これを上限とすることが好ましい。

冷間圧延：熱間圧延材に熱処理を施すことなく圧延率１０〜６０％の冷間圧延を行う。冷間圧延率が１０％未満であると十分な耐肌荒れ性や耐リジング性が得られない場合がある。また６０％超の冷間圧延を行うと、端部から割れが生じて材料の歩留まりを落とす。

冷間圧延後の熱処理：５００℃〜７５０℃の範囲における平均昇温速度を０．５℃／ｓ以上かつ８００℃〜１０５０℃で１〜１２０ｓの保定を有する熱処理を行う。ここでの平均昇温速度が０．５℃／ｓ未満であると良好な成形時の面内異方性や耐リジング性、耐肌荒れ性を得ることが出来ない場合がある。
保持温度は８００℃未満であると耐リジング性が劣り、また１０５０℃超では靭性の低下及び耐肌荒れ性の低下を招く場合がある。保持時間についても同様に１秒未満や１２０秒超では面内異方性が不十分となる。

前述のような熱処理を実施した後、冷延、焼鈍を実施して製品板を作製する。２回目の冷間圧延は、圧延率が低いと耐リジング性が劣化し、圧延率が高すぎると冷間圧延時の耳割れが発生するため、２５〜９０％とすることが好ましい

〔冷延板最終焼鈍工程〕
上記のプロセスＡ〜Ｃのうち、いずれか１つを実施したあとの最終焼鈍工程では最高到達温度がＡ_c1（℃）以下で１〜１２０ｓの保定を有する熱処理を行う。Ａ_c1は、フェライト組織の材料温度を上昇させたときに高温でγ相への変態が開始する温度であり、成分によって決まるものである。計算式はステンレス鋼便覧に記載されている下記（３）式を用いると良い。
Ａ_c1（℃）＝３５×（〔Ｃｒ〕＋１．７２×〔Ｍｏ〕＋２．０９〔Ｓｉ〕
＋４．８６×〔Ｎｂ〕＋１．７７×〔Ｔｉ〕＋２１．４×〔Ａｌ〕
＋４０×〔Ｂ〕−７．１４×〔Ｃ〕−８×〔Ｎ〕−３．２８×〔Ｎｉ〕
−１６．８９×〔Ｍｎ〕−０．５１×〔Ｃｕ〕）＋３１０ ・・・（３）

最終の焼鈍後に形状矯正を目的としてスキンパス圧延を実施しても良い。そのときの伸び率は、材料が硬化して成形性を劣化させないレベルとして０．３〜３．０％が好ましい。

「耐リジング性」について詳細に記述する。リジングとは、鋼板を成形加工したときに生じる圧延方向に連なった凹凸を示す。引張試験片の外観を図２に示す。リジングは、引張試験によりある歪を与えた後、試験平行部の長手方向中央位置において図３に示すような引張方向に連なった凹凸として認められる。
耐リジング性の測定方法は、次に述べるとおりである。圧延方向から０°方向にＪＩＳ５号引張試験片を採取し、歪が１６％の引張を行う。表面粗度計において引張試験片表面の平行部の長手方向中央位置において、半径５μｍの触針を接触させて、引張方向と垂直方向に０．６０ｍｍ／ｓの速度で、カットオフ波長０．０８ｍｍとして１０ｍｍ走査させてうねりチャートを得る。チャートの一例を図４に示す。リジング高さはうねりの最も大きい谷部を形成する山を直線で結び、この直線を深さ方向に平行移動して谷部底に合せた直線(点線)との距離として求める。

次に「耐肌荒れ性」について記述する。肌荒れは、引張試験によりある歪を与えた後、試験平行部の表面において図５に示すような凹凸として認められる。圧延方向と平行に引張った場合にのみ現れるリジングとは異なり、いずれの方向に引張っても生じるものである。圧延方向から０°，４５°及び９０°の３方向にＪＩＳ５号引張試験片を採取し、１６％引張った後に試験片表面の長手方向中央位置を引張り方向と９０°方向に上記同様の表面粗度計を用いてのＲｚを測定する。３方向の内で最もＲｚ値が大きい値を耐肌荒れ性の指標として用いることとする。Ｒｚの測定法は、ＪＩＳ Ｂ ０６０１に準じた。

次に「成形時の面内異方性」について記述する。円筒深絞り成形加工したサンプルは、方向によっては耳が生じたり、端面のしわ（リジング起因である場合もある）や割れが発生したりするために、ある高さで切断して円筒カップ形状の製品とされる。すなわち、端部を切り取る分だけ材料歩留まりとしては低下し、製品のカップの高さが低くなる。本発明においては、円筒深絞り成形をしたときに全周囲方向において切断されるべき欠陥（耳、しわ、割れなど）がどれだけ少ないかを成形時の面内異方性の指標とする。成形時の面内異方性の尺度としては円筒深絞り成形したときに切断される部分の重量割合（歩留まり落ちの割合）であらわすこととする。

成形時の面内異方性が小さいことは、上で例示した円筒深絞りのみならず、プレス成形全般において望ましい特性である。例えば、フランジを残存させる角筒深絞りにおいては、異方性が大きい場合、残存するフランジの大小の差が部位により大きく、所望の形状が得難くなり、これを回避するために素材のブランクを大きく取る必要があって、結果として素材の歩留りが低下することになる。実際のプレス成形では種々の形状に加工が行われるが、本願では簡便で代表的な成形であるフランジを残さず絞り抜いた円筒深絞りにおいて発現する成形時の面内異方性をもって材料特性を評価する。

次に、リジングや肌荒れが、円筒深絞り成形したときにどのように認められるかを示す。図６に、一般的なフェライト系ステンレス鋼を円筒深絞り試験によりカップを作製したときの外観を示す。カップの縦壁部に肌荒れが生成するとともに圧延方向と平行に引張られた箇所にリジングが生成し、端部には耳や皺が発生する。

「焼鈍後の冷却過程における鋼板の割れ」について記述する。鋼板の割れは鋼板表面及び端部において生じる。実機の連続焼鈍ラインのように焼鈍、冷却、デスケーリングと続けて行う場合に、鋼板が曲げ加工を受けて割れが生じる。鋼板の割れは、脆性割れであり、靭性不足に起因すると考えられるため、耐割れ性の評価としてはシャルピー衝撃試験値を用いる。シャルピー試験片は圧延方向から９０°方向を長手方向として、ＪＩＳ Ｚ ２２０２に準拠したＶノッチのサブサイズ試験片を採取し、試験は２５℃においてＪＩＳ Ｚ ２２４２に準拠して実施する。試験によって得られた吸収エネルギー（Ｊ）を断面積で徐した値で評価する。
以下に実施例を示す。

表１に示す成分の各鋼を溶製し、熱間圧延を実施した。得られた熱延板について数水準の条件によって予備焼鈍及び本焼鈍を実施した。焼鈍後、表２に示す条件で冷間圧延を行い、計算されるＡ_c1より１０〜３０℃低い温度で６０ｓの保定を有する熱処理を行った。得られた鋼板より、上述の方法にしたがって引張強度異方性及び円筒深絞り試験後の耳高さを測定した。また耐リジング性、耐肌荒れ性、成形時の面内異方性を評価した。耐リジング性はリジング高さが５μｍ以下である場合に合格とした。耐肌荒れ性はＲｚが５μｍ以下である場合に合格とした。成形時の面内異方性は材料歩留まりが９０％以上である場合に合格とした。また焼鈍後の割れ性の評価としてシャルピー衝撃試験を行い、吸収エネルギーが１５（Ｊ／ｃｍ²）以上であるときに合格とした。

表２に製造条件及び各種評価結果を示す。本発明法によると成形時の面内異方性が小さく、耐リジング性及び耐肌荒れ性が優れる鋼板を割れなく、製造することができる。

表１に示す成分の各鋼を溶製し、種々の条件で熱間圧延を実施した。得られた熱延板について数水準の条件によって均質化熱処理及び部分変態熱処理を実施した。焼鈍後、表３に示す条件で冷間圧延を行い、計算されるＡ_c1より１０〜３０℃低い温度で６０ｓの保定を有する熱処理を行った。得られた鋼板より、前項と同様に、引張強度異方性、円筒深絞り成形試験後の耳高さを測定した。耐リジング性、耐肌荒れ性及び成形時の面内異方性の評価基準は前項と同じである。加えて焼鈍後の割れ性、冷延時の耳割れ発生有無を調査した。

表３に製造条件及び各種評価結果を示す。本発明法によると成形時の面内異方性が小さく、耐リジング性及び耐肌荒れ性が優れる鋼板を、焼鈍後の割れ及び冷延時の耳割れなく製造することができる。

表１に示す成分の各鋼を溶製し、種々の条件で熱間圧延を実施した。得られた熱延板を熱処理することなく、酸洗し、１回目の冷間圧延を実施した。冷間圧延後、種々の条件で熱処理を実施し、酸洗後、２回目の冷間圧延を行い、計算されるＡ_c1より１０〜３０℃低い温度で６０ｓの保定を有する熱処理を行った。得られた鋼板より、前項と同様に、引張強度異方性、円筒深絞り成形試験後の耳高さを測定した。耐リジング性、耐肌荒れ性及び面内異方性の評価基準は前項と同じである。加えて焼鈍後の割れ発生有無、冷延時の耳割れ発生有無を調査した。

表４に製造条件及び各種評価結果を示す。本発明法によると成形時の面内異方性が小さく、耐リジング性及び耐肌荒れ性が優れる鋼板を、焼鈍後の割れ及び冷延時の耳割れなく製造することができる。

円筒深絞り成形をしたときの耳の発生を示す図である。 引張試験片の外観を示す図である。 引張試験時のリジングの発生状況を示す図である。 チャートよりリジング高さを求める方法を示した図である。 引張試験時の肌荒れの発生状況を示す図である。 円筒深絞り成形をしたときの肌荒れ、リジング、しわの発生を示す模式図 である。

Claims (10)

1. 質量％で、
   Ｃ ：０．００５〜０．０３０％
   Ｓｉ：０．０１〜２．００％
   Ｍｎ：０．０１〜３．００％
   Ｐ ：０．０４０％未満
   Ｓ ：０．０３％以下
   Ｃｒ：１２．５〜２２．０％
   Ａｌ：０．０００５〜０．２０００％
   Ｎ ：０．００５〜０．０４０％
   Ｃ＋Ｎ≦０．０５０％
   を含有し、残部が鉄及び不可避的不純物よりなる鋼組成を有し、下記（１）式により計算されるγｐ（％）が０〜６５％を満足し、下記（２）式におけるＨ_M値が２０〜４０を満 足し、板面において圧延方向から０°，４５°及び９０°の３方向に引張試験をした際の引張強度の最大値と最小値の差が２０ＭＰａ未満であり、かつポンチ径：Φ５０ｍｍ、ポンチ肩Ｒ：５ｍｍ、ダイス肩Ｒ：５ｍｍ、ブランク径：Φ１００ｍｍ、しわ押さえ力：１トン、摩擦係数：０．１１〜０．１３の条件で絞り比２．０の円筒深絞り成形後の耳高さが２．０ｍｍ以内であることを特徴とする成形時の面内異方性が小さく耐リジング性及び耐肌荒れ性に優れた低炭素低窒素フェライト系ステンレス鋼薄板。
   γｐ＝４２０×〔Ｃ〕＋４７０×〔Ｎ〕＋２３×〔Ｎｉ〕＋１２×〔Ｃｕ〕
   ＋７×〔Ｍｎ〕−１１．５×（〔Ｃｒ〕＋〔Ｓｉ〕）−５２×〔Ａｌ〕
   −４９×〔Ｔｉ〕＋１８９ ・・・（１） Ｈ_M ＝１４５×〔Ｃ〕−０．１×〔Ｃｒ〕＋０．８×〔Ｍｎ〕＋１．８×〔Ｎｉ〕
   ＋１２０×〔Ｎ〕＋０．７×〔Ｃｕ〕＋２６．８ ・・・（２） （ここで〔 〕は質量％）
2. 前記鋼が、さらに、質量％で、
   Ｎｉ：３．０％以下、
   Ｃｕ：３．０％以下
   のうち１種または２種を含むことを特徴とする、請求項１記載の成形時の面内異方性が小さく耐リジング性及び耐肌荒れ性に優れた低炭素低窒素フェライト系ステンレス鋼薄板。
3. 前記鋼が、さらに、質量％で、
   Ｂ ：０．０１０％以下
   を含むことを特徴とする、請求項１または２記載の成形時の面内異方性が小さく耐リジング性及び耐肌荒れ性に優れた低炭素低窒素フェライト系ステンレス鋼薄板。
4. 前記鋼が、さらに、質量％で、
   Ｍｇ：０．０１０％以下
   を含むことを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の成形時の面内異方性が小さく耐リジング性及び耐肌荒れ性に優れた低炭素低窒素フェライト系ステンレス鋼薄板。
5. 前記鋼が、さらに、質量％で、
   Ｔｉ：０．４０％以下、
   Ｎｂ：０．４０％以下
   のうち１種または２種を含むことを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の成形時の面内異方性が小さく耐リジング性及び耐肌荒れ性に優れた低炭素低窒素フェライト系ステンレス鋼薄板。
6. 前記鋼が、さらに、質量％で、
   Ｍｏ：０．５０％以下
   を含むことを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の成形時の面内異方性が小さく耐リジング性及び耐肌荒れ性に優れた低炭素低窒素フェライト系ステンレス鋼薄板。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載のフェライト系ステンレス鋼薄板を製造するに際し、鋼片を、常法により熱間圧延した後、熱延板の予備焼鈍を、昇温時の５００℃〜７５０℃の温度域における平均昇温速度を０．５℃／ｓ以上で昇温した後、８００℃〜１０５０℃の温度域で１〜１２０秒間保持し、その後、３００℃以下まで０．５℃／ｓ以上の冷却速度で冷却する条件で行った後、熱延板の本焼鈍を、昇温時の５００℃〜７００℃の温度域における平均昇温速度を０．０５℃／ｓ未満で昇温した後、７００℃〜９００℃の温度域で１時間以上保持した後冷却する条件で行い、さらに常法により、酸洗、冷間圧延および冷延板最終焼鈍を施すことを特徴とする成形時の面内異方性が小さく耐リジング性及び耐肌荒れ性に優れた低炭素低窒素フェライト系ステンレス鋼薄板の製造方法。
8. 請求項１から６のいずれか１項に記載のフェライト系ステンレス鋼薄板を製造するに際し、鋼片を、熱間圧延工程において７００℃〜１１００℃における総圧延率が９０％以上とした圧延後に４５０℃〜７００℃で巻取り処理を実施し、得られた熱延板を７００℃〜８５０℃で３ｈ以上保持する均質化熱処理を実施し、さらに９００℃〜１１００℃で１ｓ以上保持したのちに３℃／ｓ以上の冷却速度で冷却する部分変態熱処理を実施し、さらに常法により、酸洗、冷間圧延および冷延板最終焼鈍を施すことを特徴とする成形時の面内異方性が小さく耐リジング性及び耐肌荒れ性に優れた低炭素低窒素フェライト系ステンレス鋼薄板の製造方法。
9. 請求項１から６のいずれか１項に記載のフェライト系ステンレス鋼薄板を製造するに際し、鋼片を熱間圧延して６００℃以上の温度で巻取り、さらに熱処理を施すことなく圧延率１０〜６０％の冷間圧延をした後に、５００℃〜７５０℃の範囲における平均昇温速度を０．５℃／ｓ以上かつ８００℃〜１０５０℃で１〜１２０ｓの保定を有する熱処理を行い、さらに常法により、酸洗、冷間圧延および冷延板最終焼鈍を施すことを特徴とする成形時の面内異方性が小さく耐リジング性及び耐肌荒れ性に優れた低炭素低窒素フェライト系ステンレス鋼薄板の製造方法。
10. 請求項１から６のいずれか１項に記載のフェライト系ステンレス鋼薄板を請求項７乃至９のいずれか１項に記載の方法により製造するに際し、冷延板最終焼鈍工程において最高到達温度がＡ_c1（℃）以下で１〜１２０ｓの保定を有する熱処理を行うことを特徴とする成形時の面内異方性が小さく耐リジング性及び耐肌荒れ性に優れた低炭素低窒素フェライト系ステンレス鋼薄板の製造方法。
    
    

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