JP5072154B2 - 曲げ加工性に優れた高純度Ｆｅ−Ｃｒ合金 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、耐食性に優れたＦｅ−Ｃｒ合金に、さらに曲げ加工性をも高めた高純度Ｆｅ−Ｃｒ合金に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般にＦｅ−Ｃｒ合金は耐食性を必要とする箇所に使用されている。Ｃｒ含有量の増加とともに耐食性は良くなっていくが、加工性は逆に低下してしまう。高Ｃｒ合金になるほど、Ｃ，Ｎは素材の靭性に悪影響を及ぼしている。加えてＯ，Ｓ，Ｐも悪影響を及ぼしている。特にＣｒ含有量が３０質量％以上となる高合金鋼においてその傾向は顕著である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
そのため、Ｃｒ含有量が多いＦｅ−Ｃｒ合金を耐食性が重視される建築用外装材等に曲げ加工を施して使用しようとする場合、加工時に割れが発生する問題がある。加工性改善のための各種の試みが提案されている。その一つとして、上記Ｃ，Ｎ等の不純物の影響を考え、それらの含有量を少なくすることが提案されている。真空誘導溶解炉を使用し、溶解前に原料や使用るつぼに付着・吸着されている水分等を極力気化除去するとともに、溶解中にあっても雰囲気からのＮ，Ｏのピックアップを極力抑え、適正な脱酸と高塩基度フラックスを使用しての脱硫を施してＣ，Ｎ，Ｏ，Ｓ，Ｐ含有量を極力低下させた材料を製造している。このような高純度合金でも、十分な曲げ加工性が得られない場合がある。
【０００４】
曲げ加工性に及ぼす因子として、成分・組成の他に組織あるいは非金属介在物の形態等が挙げられているが、曲げ加工性に及ぼす不純物含有量と非金属介在物の形態の関係については明らかでない。
そこで、本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、高純度のＦｅ−Ｃｒ合金において不純物含有量と非金属介在物の形態の関係を明らかにし、曲げ加工性に優れたＦｅ−Ｃｒ合金を提供すること目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の曲げ加工性に優れた高純度Ｆｅ−Ｃｒ合金は、その目的を達成するため、Ｃｒを２９．８〜９０質量％含有し、Ｃ含有量，Ｎ含有量，Ｏ含有量，Ｓ含有量およびＰ含有量の合計量が０．０２０質量％以下で残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる組成を有し、かつ酸化物系介在物中のＡｌ₂Ｏ₃の割合が６０質量％以上であることを特徴とする。
【０００６】
【作用】
本発明者等は、Ｆｅ−Ｃｒ合金の曲げ加工性に及ぼす不純物成分Ｃ，Ｎ，Ｓ,Ｐ，Ｏならびに非金属介在物の影響について鋭意検討した。その結果、まず、Ｃ，Ｎ，Ｓ，Ｐ，Ｏ含有量の合計が０．０２０質量％を超えると、材料自体の延性、靭性が低下し、加工性を低下させることがわかった。
さらに、Ｃ，Ｎ，Ｓ，Ｐ，Ｏ含有量を少なくし高純度にして延性、靭性を改善しても、非金属介在物の形態によって加工性が大きく変化することがわかった。特に、Ｃｒ含有量が３０質量％を超えるようになると材料自体の靭性が低くなるために、この傾向は顕著である。
従って、Ｃ，Ｎ，Ｓ，Ｐ，Ｏ含有量を少なくするとともに、異質物である非金属介在物の形態を無害化する必要があることがわかった。
【０００７】
高純度Ｆｅ−Ｃｒ合金中の介在物としては、Ａｌ₂Ｏ₃やＳｉＯ₂，ＭｇＯなどの酸化物系介在物が多く、それらが曲げ加工性に影響を及ぼしている。
具体的には、Ｃ，Ｎ，Ｓ，Ｐ，Ｏ含有量が少ない高純度Ｆｅ−Ｃｒ合金を、曲げ稜線が圧延方向に平行になるように曲げ試験を実施した際、Ａｌ₂Ｏ₃含有量が６０質量％よりも少ない酸化物系介在物の場合、曲げ加工時に介在物を起点として亀裂が発生することがわかった。Ａｌ₂Ｏ₃含有量が６０質量％よりも少ない酸化物系介在物は、熱延時に長く展伸するＪＩＳＧ０５５５で規定されるＡ系介在物形態であり、曲げ稜線上にこのような形態の介在物が存在すれば、そこを起点として亀裂が入ることがわかった。
【０００８】
一方、介在物を、Ａｌ₂Ｏ₃を６０質量％以上含有するアルミナ系やＭｇＯを含むスピネル系のようなＪＩＳＧ０５５５で規定されるＣ系介在物形態にすれば、曲げ加工時に亀裂の起点にならず、加工割れが発生し難いことを突き止めた。
なお、酸化物系介在物中のＡｌ₂Ｏ₃含有量は、酸性溶液やヨウ素アルコールあるいは非水溶媒系溶液を用いてメタルを溶解し酸化物系介在物を抽出した後、湿式分析法を用いて求めればよい。
【０００９】
本発明をもう一度整理する。
Ｃｒ含有量：８〜９０質量％
Ｃｒ含有量が８質量％に満たないと耐食性の点で劣り、９０質量％を超えると耐食性の向上効果は飽和し、逆に延性、靭性が低下して加工性が悪くなる。
【００１０】
［Ｃ］＋［Ｎ］＋［Ｏ］＋［Ｓ］＋［Ｐ］≦０．０２０質量％
Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｓ、Ｐ含有量の合計が０．０２０質量％を超えると、素材そのものの延性，靭性が低下して加工性が悪くなる。特にＣｒ含有量が３０質量％以上のものにあってはその傾向が強くなる。具体的には上記不純物含有量が多くなると、冷間圧延の際、板切れや端部われが発生し易くなり、製造性が著しく低下し、製品の歩留まりを著しく低下させるので、上記不純物含有量は合計で０．０２０質量％以下にする。なお、［Ｘ］はＸ成分の
含有量を示す。
【００１１】
酸化物系介在物中のＡｌ ₂ Ｏ ₃ の割合：６０質量％以上
酸化物系介在物中のＡｌ₂Ｏ₃の割合が６０質量％よりも少ないと、Ａ系介在物になり易く、曲げ稜線に沿って介在物が存在すると曲げ加工の際、介在物が割れの起点になり易い。
【００１２】
上記のような不純物含有量の少ないＦｅ−Ｃｒ合金は、真空誘導溶解炉を用いて塩基性耐火材製のるつぼに原料を装入し、１０^-3〜１０^-4Ｔｏｒｒ程度の真空下で原料が溶解しない温度まで加熱・保持して原料やるつぼに付着・吸着されている水分等を気化除去した後、大気からのＯ，Ｎのピックアップを防止するために溶解炉内を速やかに高純度乾燥Ａｒガス雰囲気に変え、このＡｒガス雰囲気下で溶解，脱酸することで製造できる。
脱酸精錬の際、Ａｌを主成分とする脱酸剤を用いれば、Ａｌ₂Ｏ₃を６０質量％以上含有するアルミナ系やスピネル系の介在物とすることができる。
【００１３】
【実施例】
１００ｋｇＶＩＭを用いて、８０ｋｇのＦｅ−Ｃｒ合金を溶解、鋳造した。るつぼには、ＣａＯクリンカーを予め焼成した９５質量％の純度のＣａＯるつぼを使用した。溶解原料には９９％の電解Ｆｅ、電解Ｃｒを用いた。１×１０^-4Ｔｏｒｒの真空度で原料およびるつぼを十分にベーキングし、原料、るつぼの付着水等を十分に気化除去した後、溶解タンク内にＡｒガスを導入した。Ａｒ気圧は１気圧とし、Ａｒガスは流し続けた。ＡｒガスからのＯ，Ｎのピックアップを極力抑えるために、用いるＡｒガスは、Ｎ₂含有量：０．０００５体積％以下で、露点：−５０℃の高純度乾燥Ａｒガスとした。
【００１４】
Ａｒガス雰囲気中で原料を溶解し目標温度に達した後、脱酸剤としてＡｌを添加し、ＣａＯとＳｉＯ₂の質量比（ＣａＯ／ＳｉＯ₂）を２．５とした高塩基度フラックスを添加して脱酸精錬を行った。その後、Ａｒガス雰囲気下で鋳型に注入し、鋳塊を得た。
比較例として、１０^-3Ｔｏｒｒの真空下で原料を溶解鋳造した（試験Ｎｏ．６，９）。その他の精錬条件は本発明例と同条件とした。試験Ｎｏ．７，８，１０の比較例では、ＣａＯるつぼを用いてＡｒ雰囲気で溶解し、脱酸剤はＳｉとＭｎを用いた。その他の溶解、精錬、鋳造の条件は本発明例と同条件とした。
本発明条件および比較例条件で得られた合金鋳塊の化学成分および酸化物介在物組成を表１に示す。なお、酸化物系介在物中のＡｌ₂Ｏ₃含有量はメチルアルコールに１０質量％のアセチルアセトンと１質量％のテトラメチルアンモニウムクロライドを加えた非水溶媒系溶液を用いてメタルを電解溶解し酸化物系介在物を抽出した後、湿式分析法を用いて求めた。
【００１５】
これら鋳塊に対して熱間圧延、冷間圧延を実施し、板厚０．５ｍｍの冷延板製品を作製した。この製品に対して、曲げ稜線が圧延方向に平行な密着曲げ試験を実施した。
その結果を表１に併せて示す。
本発明成分範囲および酸化物系介在物の範囲の試験Ｎｏ．１〜５では、酸化物系介在物に起因する割れは発生しなかった。
一方、［Ｃ］＋［Ｎ］＋［Ｏ］＋［Ｓ］＋［Ｐ］＞０．０２０質量％となった比較例Ｎｏ．６および９では素材の延性、靭性が不足したため冷間加工時に割れが発生して製品化できなかった。
また、［Ｃ］＋［Ｎ］＋［Ｏ］＋［Ｓ］＋［Ｐ］は０．０２０質量％以下であるものの、酸化物系介在物中のＡｌ₂Ｏ₃含有量が６０質量％に満たない比較例Ｎｏ．７，８，１０では、酸化物系介在物を起点とした割れが発生していた。
【００１６】

【００１７】
【発明の効果】
以上に説明したように、高純度のＦｅ−Ｃｒ合金において不純物であるＣ，Ｎ，Ｏ，Ｓ，Ｐの含有量を極力低減し、しかも介在する酸化物系介在物の組成をＡｌ₂Ｏ₃含有量が６０質量％以上のものとすることにより、製品中の酸化物系介在物を圧延方向に平行に伸延させた形態とし、曲げ加工時の割れ発生がなくなり、曲げ加工性を著しく向上させることができた。

Claims (1)

1. Ｃｒを２９．８〜９０質量％含有し、Ｃ含有量，Ｎ含有量，Ｏ含有量，Ｓ含有量およびＰ含有量の合計量が０．０２０質量％以下で残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる組成を有し、かつ酸化物系介在物中のＡｌ₂Ｏ₃の割合が６０質量％以上であることを特徴とする曲げ加工性に優れた高純度Ｆｅ−Ｃｒ合金。