JP6434059B2

JP6434059B2 - 面シール性に優れた自動車フランジ用フェライト系ステンレス熱延鋼板および鋼帯ならびにそれらの製造方法

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Publication number: JP6434059B2
Application number: JP2016574803A
Authority: JP
Inventors: 井上　宜治; 宜治井上; 伊藤　宏治; 宏治伊藤; 岳戸村
Original assignee: Nippon Steel and Sumikin Stainless Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Stainless Steel Corp
Priority date: 2015-02-10
Filing date: 2016-02-09
Publication date: 2018-12-12
Anticipated expiration: 2036-02-09
Also published as: WO2016129580A1; JPWO2016129580A1

Description

本発明は、主として、自動車の排気系その他の配管の接合部に使用されるフランジ材料に使用される、面シール性に優れたフェライト系ステンレス熱延鋼板および鋼帯ならびにそれらの製造方法に関するものである。

フェライト系ステンレス鋼は、オーステナイト系ステンレス鋼に比べて加工性、靭性及び高温強度では劣るものの、多量のＮｉを含有していないため廉価であり、また熱膨張が小さいため、近年では、自動車排気系部品材料などに好まれて使用されている。一般には、ＳＵＨ４０９Ｌ、ＳＵＳ４２９、ＳＵＳ４３０ＬＸ、ＳＵＳ４３６Ｊ１Ｌ、ＳＵＳ４３６Ｊ１Ｌ、ＳＵＳ４４４等の鋼種が、これらの用途に適するフェライト系ステンレス鋼として用いられている。これらの材料は、パイプ等に成形されて使用されている。これらのパイプ等に加工された部品同士は、フランジによって接続する。フランジ部は、パイプに接合したフランジ部材によって構成される。フランジ部材に用いるフランジ材料（自動車フランジ材料）には、板厚が厚いこともあり、耐食性に劣る普通鋼が主に使用されてきた。近年では、最も安価なフェライト系ステンレス鋼であるＳＵＨ４０９Ｌも使われている。

しかし、車体重量の軽量化や寿命延長等のニーズから、自動車フランジ材料においても耐食性に優れた材料が要求されるところとなり、ＳＵＨ４０９Ｌ又はさらに耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼の使用が始まっている。また、排気系に使用する場合、高温での強度が高ければ、板厚を薄く設計できる効果もあり、その点でもフェライト系ステンレス鋼は普通鋼より有利である。

特許文献１にも耐食性・耐熱性に優れたフェライト系ステンレス鋼板がフランジ用に使用されていることが開示されている。

自動車フランジ材料用としては、板厚３ｍｍ以下の薄手の冷延鋼板を曲げ加工等で剛性を向上させて使用する場合もあるが、板厚５ｍｍ以上の厚手の熱延鋼板を打ち抜き加工程度でそのまま使用する場合も多い。

特に、そのまま使用する場合、フランジ面での表面粗さが粗い場合、排気ガスが漏れ出すことがある。フランジ締結部の接合面から排気ガスが漏れ出さない、いわゆるフランジ部材の面シール性が良好であることが重要な特性となる。部品加工においてフランジ部材表面を研削することにより面シール性を向上させることが通常実施されているが、加工コストが増大する要因となっていた。そのため、研削しないで使用できる面シール性に優れた自動車フランジ用フェライト系熱延鋼板が望まれていた。

特開２０１２−１４０６８８号公報

背景技術に記載のフェライト系ステンレス鋼板では、部品加工で研削により面シール性を向上させることが通常実施されているが、加工コストが増大する要因となっており、研削しないで使用できる表面粗さに優れたフェライト系熱延鋼板が望まれていた。本発明の目的は、自動車フランジなどに用いられる、表面粗さに優れたフェライト系ステンレス熱延鋼板および鋼帯並びにそれらの製造方法を提供することにある。

本発明者等は、現行フランジ材の面シール性を評価した。６ｍｍ厚の１２Ｃｒ−Ｔｉ鋼を素材として図１Ａに示すようなフランジ２とし、フランジ２を用いて図１Ｂに示すようなフランジ部１を作製し、排気ガスの代わりに空気を流して、フランジ締結部５の締結面でのガス漏れ量を評価した。その結果、図２に示すように締結部５の締結面表面粗さとガス漏れ量に相関があることが分かった。つまり、排気ガスが漏れないようにするためには、ＪＩＳＢ０６０１で規定される算術平均粗さＲａを評価指標として採用し、その値が５μｍ程度以下であれば、十分に実用に耐えることを見出した。さらに、耐食性、強度等を自動車フランジ用材料として必要な特性を満たす成分系を検討した。さらに、その表面粗さの値を製造プロセスで実現するために、熱延板の研磨−酸洗を適切に行うことにより可能であることを見出し、発明を完成させた。

本発明は、これらの知見に基づいて完成に到ったものであり、本発明の課題を解決する手段、すなわち、本発明のフェライト系ステンレス鋼板は以下の通りである。

なお、本発明において、熱延鋼板とは、いわゆる「切り板」と「鋼帯」を包含した概念である。そこで、下記（４）（１１）においては、熱延鋼板のうちの鋼帯を抽出して限定することとした。
（１）質量％で、Ｃ：０．０３％以下、Ｎ：０．０３％以下、Ｓｉ：０．０１〜１．０％、Ｍｎ：０．０１〜１．０％、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｃｒ：１０．０〜２３．０％、Ａｌ：０．１０％以下を含有し、
さらに、Ｔｉ：０．５％以下およびＮｂ：０．５％以下を１種または２種含有し、かつ、（Ｔｉ＋Ｎｂ）／（Ｃ＋Ｎ）が８以上（Ｔｉ、Ｎｂ、Ｃ、Ｎはそれぞれの成分含有量（質量％））であり、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、
その表面粗さが算術平均粗さＲａを指標として、３μｍ以上５μｍ以下であり、板厚５．０〜１５．０ｍｍであることを特徴とする自動車フランジ用フェライト系ステンレス熱延鋼板。
（２）Ｔｉ含有量を０．０５％以下とすることを特徴とする本発明の自動車フランジ用フェライト系ステンレス熱延鋼板。
（３）さらに、質量％で、
Ｍｏ：１．５％以下、Ｃｕ：０．５％以下、Ｎｉ：１％以下のいずれか１種または２種以上からなる第１群、
Ｓｎ：０．００５〜０．１％からなる第２群、
Ｖ：１％以下、Ｗ：１％以下、Ｃｏ：１％以下、Ｂ：０．０００１％以上、０．００５％以下、Ｇａ：０．１０％以下、Ｚｒ：０．５０％以下、Ｔａ：０．１％以下、Ｓｂ：０．３０％以下、Ｍｇ：０．００３０％以下、Ｃａ：０．００３０％以下のいずれか１種または２種以上からなる第３群のうち、少なくともいずれかの群を含有することを特徴とする本発明の自動車フランジ用フェライト系ステンレス熱延鋼板。
（４）前記熱延鋼板が熱延鋼帯であることを特徴とする本発明の自動車フランジ用フェライト系ステンレス熱延鋼板。
（５）本発明のフェライト系ステンレス熱延鋼板から構成されるフランジ部材。
（６）質量％で、Ｃ：０．０３％以下、Ｎ：０．０３％以下、Ｓｉ：０．０１〜１．０％、Ｍｎ：０．０１〜１．０％、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｃｒ：１０．０〜２３．０％、Ａｌ：０．１０％以下を含有し、
さらに、Ｔｉ：０．５％以下およびＮｂ：０．５％以下を１種または２種含有し、かつ、（Ｔｉ＋Ｎｂ）／（Ｃ＋Ｎ）が８以上（Ｔｉ、Ｎｂ、Ｃ、Ｎはそれぞれの成分含有量（質量％））であり、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、
その表面粗さが算術平均粗さＲａを指標として、５μｍ以下であり、板厚５．０〜１５．０ｍｍである自動車フランジ用フェライト系ステンレス熱延鋼板の製造方法であって、
溶解・鋳造−熱延−焼鈍−酸洗と実施されるフェライト系ステンレス熱延鋼板の製造工程において、前記焼鈍前に研削を行い、前記研削−焼鈍−酸洗工程を１回以上繰り返すことを特徴とする自動車フランジ用フェライト系ステンレス熱延鋼板の製造方法。
（７）質量％で、Ｃ：０．０３％以下、Ｎ：０．０３％以下、Ｓｉ：０．０１〜１．０％、Ｍｎ：０．０１〜１．０％、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｃｒ：１０．０〜２３．０％、Ａｌ：０．１０％以下を含有し、
さらに、Ｔｉ：０．５％以下およびＮｂ：０．５％以下を１種または２種含有し、かつ、（Ｔｉ＋Ｎｂ）／（Ｃ＋Ｎ）が８以上（Ｔｉ、Ｎｂ、Ｃ、Ｎはそれぞれの成分含有量（質量％））であり、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、
その表面粗さが算術平均粗さＲａを指標として、５μｍ以下であり、板厚５．０〜１５．０ｍｍである自動車フランジ用フェライト系ステンレス熱延鋼板の製造方法であって、
溶解・鋳造−熱延−焼鈍−酸洗と実施されるフェライト系ステンレス鋼板の製造工程において、焼鈍後に研削を行うことを特徴とする自動車フランジ用フェライト系ステンレス熱延鋼板の製造方法。
（８）前記フェライト系ステンレス鋼板の製造工程において、酸洗または焼鈍−酸洗工程を省略し、最終工程が研削工程であることを特徴とする本発明の自動車フランジ用フェライト系ステンレス熱延鋼板の製造方法。
（９）質量％で、Ｔｉ含有量を０．０５％以下とすることを特徴とする本発明の自動車フランジ用フェライト系ステンレス熱延鋼板の製造方法。
（１０）さらに、質量％で、Ｍｏ：１．５％以下、Ｃｕ：０．５％以下、Ｎｉ：１％以下のいずれか１種または２種以上からなる第１群、Ｓｎ：０．００５〜０．１％からなる第２群、Ｖ：１％以下、Ｗ：１％以下、Ｃｏ：１％以下、Ｂ：０．０００１％以上、０．００５％以下、Ｇａ：０．１０％以下、Ｚｒ：０．５０％以下、Ｔａ：０．１％以下、Ｓｂ：０．３０％以下、Ｍｇ：０．００３０％以下、Ｃａ：０．００３０％以下のいずれか１種または２種以上からなる第３群のうち、少なくともいずれかの群を含有することを特徴とする本発明の自動車フランジ用フェライト系ステンレス熱延鋼板の製造方法。
（１１）前記熱延鋼板が熱延鋼帯であることを特徴とする本発明の自動車フランジ用フェライト系ステンレス熱延鋼板の製造方法。

本発明によると、面シール性に優れた自動車フランジ用フェライト系ステンレス鋼熱延鋼板および鋼帯が提供可能となる。

実施例で使用した模擬フランジの模式図実施例で使用した模擬フランジ部の模式図フランジ締結面の表面粗さとフランジ部ガス漏れの関係

以下、本発明の実施の形態について説明する。

＜成分＞
まず、本実施形態のステンレス熱延鋼板の鋼組成を限定した理由について説明する。なお、組成についての％の表記は、特に断りのない場合は、質量％を意味する。

Ｃ：０．０３％以下
Ｃは、成形性、耐食性、溶接性を劣化させるため、その含有量は少ないほど好ましい。したがって、上限を０．０３％とする。また、耐食性の観点を重視すると、上限を０．０１５％とすることが望ましい。但し、過度の低減は精錬コストの増加をもたらすので下限は０．００１％が好ましい。０．００２％がより好ましい。

Ｎ：０．０３％以下
Ｎは、Ｃと同様に成形性、耐食性、溶接性を劣化させるため、その含有量は少ないほど好ましい。したがって、上限を０．０３％とする。耐食性の観点を重視すると、上限を０．０２％とすることが望ましい。但し、過度の低減は精錬コストの増加に繋がるため、下限は０．００１％とする。０．００２％がより好ましい。

Ｓｉ：０．０１％〜１．０％
Ｓｉは、脱酸剤としても有用な元素であるとともに、高温強度や耐酸化性を改善させる元素である。脱酸効果は、Ｓｉ量の増加とともに向上し、その効果は０．０１％以上で発現するため、下限を０．０１％とする。しかし、Ｓｉは鋼板を硬くするため、上限を１．０％とする。好ましい上限は、０．５％である。

Ｍｎ：０．０１〜１．０％
Ｍｎは、脱酸剤として添加される元素であるとともに、中温域での高温強度上昇に寄与する元素である。０．０１％以上でその効果を発現する。一方、過度な添加は、ＭｎＳを形成して耐食性を低下させるため、上限を１．０％とする。好ましい上限は０．５％である。

Ｐ：０．０４％以下
Ｐは、固溶強化能の大きな元素であるが、耐食性に対して有害な元素であるため、可能な限り少ないほうが好ましく、上限を０．０４％とする。より優れた耐食性が必要な場合は、０．０２％以下が好ましい。しかし、過度の低減は脱りん負荷が増大し、製造コストが増加するため、その下限を０．００５％とするのが好ましい。

Ｓ：０．０１％以下
Ｓは、硫化物系介在物を形成し、鋼材の一般的な耐食性（全面腐食や孔食）を劣化させるため、その含有量の上限は少ないほうが好ましく、０．０１％とする。好ましくは上限は０．００５０％である。また、Ｓの含有量は少ないほど耐食性は良好となるが、低Ｓ化には脱硫負荷が増大し、製造コストが増大するので、その下限を０．０００１％とするのが好ましい。なお、好ましい上限は０．０００５％である。

Ｃｒ：１０．０〜２３．０％
Ｃｒは、耐食性確保のために必須な元素である。想定される環境で不動態皮膜を形成するためには、１０．０％以上必要であり、これを下限とする。一方で、２３．０％を超えると、耐食性の向上効果より、低温での加工性の低下や靭性の劣化をもたらすため、２３％を上限とする。Ｃｒが高い場合は靭性が低下するため、より好ましくは１８％を上限とする。

Ａｌ：０．１０％以下
Ａｌは脱酸元素として有用であり、その効果は、０．００５％以上で発現する。しかし、過度の添加は、常温延性の低下を招くため、その上限を０．１０％とする。Ｓｉ等他の元素で脱酸できる場合、Ａｌは含有しなくてもよい。

Ｔｉ：０．５％以下およびＮｂ：０．５％以下を１種または２種含有し、
かつ、（Ｔｉ＋Ｎｂ）／（Ｃ＋Ｎ）が８以上（Ｔｉ、Ｎｂ、Ｃ、Ｎはそれぞれの成分含有量（質量％））
本発明は自動車用フランジ材料として使用されることから、溶接は必須である。したがって、溶接部の耐食性とくに、耐粒界腐食性に優れる必要がある。そのため、溶接部の耐食性を低下させるＣｒ系炭窒化物の形成を抑制するために、Ｃ，Ｎを炭窒化物として固定できるＮｂおよびＴｉの１種または２種の添加を必須とする。その必要量は、大凡、（Ｔｉ＋Ｎｂ）／（Ｃ＋Ｎ）で評価でき、優れた耐粒界腐食性を発現するためには、この値が８以上であれば良い。しかし、過度の添加は、常温加工性を低下させるため、Ｔｉ、Ｎｂともに、その上限を０．５％とする。

さらに、本発明は厚手の熱延鋼板であるため、靭性を重視する場合は、Ｔｉを使用しない方が良い。その場合、原料からの不純物を考慮し、Ｔｉは０．０５％以下であれば良い。

さらに、耐食性を向上させるために、以下の元素を添加しても良い。

Ｍｏ：１．５％以下
Ｍｏは、耐食性を向上させるために必要に応じて添加すれば良く、これらの効果を発揮させるため、下限を０．０１％とすることが好ましい。好ましくは０．１０％であり、さらに好ましくは０．５％である。一方、過度の添加は加工性を低下させるため、上限を１．５％とする。好ましくは１．１％である。

Ｃｕ：０．５％以下
Ｃｕは、耐食性を向上させる元素である。その効果は、０．０５％以上で発現する。好ましくは０．１％以上である。一方、過度な添加は、熱延加熱時に異常酸化を生じ表面疵の原因ともなる上、靭性も低下させるため、上限を０．５％とする。好ましい上限は０．２％である。

Ｎｉ：１％以下
Ｎｉは、孔食の進展抑制に有効な元素であり、その効果は０．０５％以上の添加で安定して発揮される。併せて、熱延板の靱性向上に有効である。したがって、下限を０．０５％とする。０．１０％以上でより効果的である。０．１５％以上がさらに有効である。また、多量の添加は、固溶強化による材質硬化を招くおそれがあるため、その上限を１．０％とする。なお、合金コストを考慮すると上限は０．３０％が望ましい。

Ｓｎ：０．００５〜０．１％
Ｓｎは、耐食性や高温強度の向上に有効な元素である。また、常温の機械的特性を大きく劣化させない効果もある。耐食性への効果は０．００５％以上で発現するため、下限は０．００５％とする。好ましくは下限を０．０１％とする。更に好ましくは０．０３％である。一方、過度に添加すると製造性や溶接性が著しく劣化するため、上限を０．１％とする。

さらに、以下の元素を添加しても良い。

Ｖ：１％以下、Ｗ：１％以下、Ｃｏ：１％以下
Ｖ、Ｗ、Ｃｏは、高温強度を向上させる元素であり、必要に応じて添加することができる。本発明では好ましくは、０．０５％以上とする。さらに好ましくは０．１％以上である。しかし、過度の添加は、常温延性の低下を招くため、１％を上限とする。好ましくは０．５％以下である。

Ｂ：０．０００１％以上、０．００５％以下
Ｂは、加工性に有害なＮの固定や、二次加工性改善に有効であり、添加しても良い。０．０００１％以上の添加でその効果を発現する。しかし、加工性を低下させるため、その上限を０．００５％とする。

さらに、Ｇａ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｓｂ、Ｍｇ、Ｃａを下記の通り添加しても良い。
Ｇａは、耐食性向上や水素脆化抑制のため、０．１％以下で添加してもよい。さらに、製造性やコストの観点ならびに、延性や靭性の観点から０．００２０％以下が好ましい。硫化物や水素化物形成の観点から下限は０．０００２％とすると好ましい。

Ｚｒ、Ｔａは、ＣやＮと結合して靭性の向上に寄与するため必要に応じて添加するのが好ましい。但し，Ｚｒは０．５０％超、Ｔａは０．１％超の添加によりコスト増になる他，製造性を著しく劣化させるため，上限をＺｒは０．５０％、Ｔａは０．１％とする。更に，精錬コストや製造性を考慮すると、０．０８％以下が望ましい。添加量を０．０１％以上とすると上記効果が顕在化するので好ましい。

Ｓｂは、耐食性と高温強度の向上に寄与するため，必要に応じて添加するのが好ましい。０．３％超の添加により鋼板製造時のスラブ割れやマフラーハンガーの低靭化が生じる場合があるため上限を０．３％とする．更に，精錬コストや製造性を考慮すると、０．１５％以下が望ましい。添加量を０．０１％以上とすると上記効果が顕在化するので好ましい。

Ｍｇは、脱酸元素として添加させる場合がある他、スラブの組織を微細化させ、成形性向上に寄与する元素である。また、Ｍｇ酸化物はＴｉ（Ｃ，Ｎ）やＮｂ（Ｃ，Ｎ）等の炭窒化物の析出サイトになり、これらを微細分散析出させる効果がある。但し、過度な添加は、溶接性や耐食性の劣化につながるため、上限を０．００３０％とした。精錬コストを考慮すると、０．００１０％以下が望ましい。この作用は０．０００２％以上で発現し、靭性向上に寄与するため下限を０．０００２％とすると好ましい。０．０００３％以上がより望ましい。

Ｃａは、脱硫のために添加される場合があり、しかしながら、０．００３０％超の添加により粗大なＣａＳが生成し、靭性や耐食性を劣化させるため、上限を０．００３０％とした。更に，精錬コストや製造性を考慮すると、０．００２０％以下が望ましい。この効果は０．０００１％以上で発現することから下限を０．０００１％とするのが好ましい。０．０００３％以上がより望ましい。

以上説明した各元素の他にも、本発明の効果を損なわない範囲で含有させることができる。一般的な不純物元素である前述のＰ、Ｓを始め、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｓｅ、Ｈ等は可能な限り低減することが好ましい。一方、これらの元素は、本発明の課題を解決する限度において、その含有割合が制御され、必要に応じて、Ｚｎ≦１００ｐｐｍ、Ｂｉ≦１００ｐｐｍ、Ｐｂ≦１００ｐｐｍ、Ｓｅ≦１００ｐｐｍ、Ｈ≦１００ｐｐｍ、の１種以上を含有する。なお、「ｐｐｍ」は質量基準である。

＜表面粗度＞
本発明のフェライト系ステンレス熱延鋼板は、自動車フランジ用に使用されるため、表面粗さに優れている必要がある。排気系等のパイプ部材同士を接続するためにフランジが使用される。フランジ同士を合わせて接続し、フランジ部とする。フランジ部からのガス漏れを防止するためには、ガスケット等の締結材を使用する場合もあるが、ガスケットを使用しない場合も多い。ガスケットを使用しない場合、フランジ同士の面シール性が重要である。そのため、これまではフランジの面シール部を表面研削で仕上げていた。しかし、この方法では研削コストがかかる。したがって、熱延鋼板の表面ままで使用可能とするためには、熱延鋼板段階で表面を平滑にする必要がある。その指標として、ＪＩＳＢ０６０１に規定される算術的表面粗さＲａを採用し、その値が５μｍ以下であれば十分であることを見出した。そのため、熱延鋼板のＲａの上限を５μｍとする。この値は小さいほど、平滑であり、より面シール性を向上させるには、３μｍ以下が好ましい。

＜板厚＞
また、本発明の熱延鋼板は、その板厚を５ｍｍ以上１５ｍｍ以下とする。５ｍｍ未満では、薄すぎて剛性不十分で十分な面シール性を保てず、１５ｍｍを超えると、重くなりすぎ、フランジ材として不適当になるためである。面シール性の関係から、６ｍｍ以上がより好ましい。重さの関係から、１０ｍｍ以下がより好ましい。

また、熱延鋼板の表面ままでフランジとして使用する場合、締結するためにボルトを締めるトルク量が板厚により変動するため、板厚精度が重要である。その公差の範囲は１０％以下が好ましい。より好ましくは、５％以下である。

＜製造方法＞
本発明のフェライト系ステンレス鋼は、熱延鋼板であり、溶解・鋳造・熱延・焼鈍・酸洗の工程を経て製品となる。設備に特段の制限はなく、常法の製造設備を使用できる。通常、圧延方向に非常に長い、いわゆる、鋼帯の形態で製造される場合が多く、巻かれて、コイル状の形で保管・移動される。しかし、板厚が１０ｍｍ以上ある場合は、板状に圧延し、切断して、保管・移動することが多い。

熱延は、特に規定しないが、スラブ加熱温度は、１１５０℃から１２５０℃が好ましい。また、熱延仕上げ温度は、８５０℃以上が好ましい。さらには、熱延後、気水冷却等で、冷却する。合金添加量が多い場合、冷却が不十分であると熱延板の靭性のばらつきが大きくなるが、その場合、４５０℃以下まで急冷することが好ましい。これにより熱延板の靭性が安定化する。しかし、冷却終了温度を低下させるほど、コイルの巻き取りが不安定になり疵が出やすくなるため、冷却終了温度は４００℃以上４５０℃以下とすることがもっとも好ましい。

焼鈍工程では、焼鈍温度は、９００〜１１００℃が好ましい。９００℃未満では再結晶しにくく、１１００℃を超えると、結晶粒が粗大になりやすく、好ましくないためである。Ｔｉを含まない場合は、１０００℃以上が好ましい。この範囲内でＣｒ量等により微調整すると良い。また、焼鈍後の冷却速度については、４７５脆性による靭性低下を抑制するため、８００℃から４５０℃までの冷却速度が５℃／ｓｅｃ以上とする。好ましくは、１０℃／ｓｅｃ以上である。２０℃／ｓｅｃ以上では効果が飽和する。これにより、製造による靭性のばらつきを低減できる。

本発明の熱延鋼板の表面粗さを達成するためには、溶解・鋳造・熱延・焼鈍・酸洗の工程において、焼鈍前に鋼板をわずかに研削することが重要である。これにより、微細な疵等が除去され、酸洗後に平滑な表面を得ることができる。１回の鋼板の研削量は、１０μｍ以上１００μｍ以下が好ましい。１０μｍ未満だと疵が取り切れない可能性が高く、１００μｍ超であると粗さが十分に良好とならない可能性が高くなるためである。焼鈍前に研削を行い、研削後に焼鈍、酸洗を行うと、研削後よりも粗さが改善する傾向が見られるので好ましい。もちろん、本発明の表面粗度を実現できれば、研削はどの工程で行っても良い。

研削する設備は特に定めないが、通常、使用されるものは使用可能である、一般的には研削ベルトが用いられる。その研削の番手は、製造後の状況を見て、適宜選択可能であるが、＃８０以上が好ましい。＃８０未満であると粗すぎて、表面の粗さを達成できない可能性が高いからである。また、細かくなると研削に時間が掛かり過ぎることから、＃６００以下が好ましい。

粗さが十分に達成されない場合は、これら研削−熱処理―酸洗は繰り返しても良い。この場合、２回目以降の焼鈍温度は１回目より低いことが望ましい。

また、本発明の粗さが実現できていれば、研削まま製品としても問題ない。さらには、酸洗工程を省略して研削工程を最終工程としても問題ない。つまり、本発明の粗さが実現できていれば、研削工程は、製造工程中のどこに何回おいても問題はない。

本発明のフェライト系ステンレス熱延鋼板は、自動車フランジ用のフェライト系ステンレス鋼板として、特に好適に用いることができる。

本発明のフェライト系ステンレス熱延鋼板から構成されるフランジ部材は、自動車フランジ用として特に好適に用いることができる。自動車の排気系部材であるパイプに本発明のフランジ部材を接合してフランジとする。これにより、面シール性に優れたフランジを構成することができる。

以下、実施例により本発明の効果を説明するが、本発明は、以下の実施例で用いた条件に限定されるものではない。

本実施例では、表１−１、表１−２の成分の鋼を溶製してインゴットを鋳造し、１１５０〜１２５０℃に加熱後、仕上げ温度を８５０〜９５０℃の範囲内として、板厚約６ｍｍまで熱間圧延し、熱延鋼板（熱延鋼帯）とした。熱延鋼板は気水冷却により、４００〜４５０℃まで冷却した。その後、コイル（鋼帯）を分割し、研削ベルトを用いて、１つは両面約３０μｍ程度研削し、そのコイルをＡとし、研削しないコイルをＢとした。その後、１０００〜１１００℃で焼鈍し、常温まで冷却した。この時、８００〜４５０℃の範囲の平均冷却速度を１０℃／ｓ以上とした。続いて、熱延焼鈍板（熱延鋼板）を酸洗した。なお、表１のＮｂ、Ｔｉ含有量について、含有量が０．０１％未満のものは、当該元素を積極的に添加しておらず不可避的不純物を意味している。本発明範囲から外れる数値にアンダーラインを付している。下記表２−１、表２−２、表３も同様である。

このようにして得られた、熱延焼鈍板に対して、０℃でシャルピー衝撃試験をＪＩＳＺ２２４２に準拠して行った。尚、本実施例における試験片は、２ｍｍＶノッチを持つ熱延焼鈍板の板厚ままのサブサイズ試験片であり、吸収エネルギーを断面積（単位ｃｍ²）で割ることにより、各実施例における熱延焼鈍板の靭性を比較し評価した。なお、靭性の評価基準は、０℃での衝撃値で、１０Ｊ／ｃｍ²以上を良好（Ａ）とし、それ以外を「Ｘ」とした。

また、耐食性評価して、塩水噴霧試験（ＳＳＴ）を行い、４ｈで発銹なきことを合格（Ａ）とし、それ以外を「Ｘ」とした。

さらには、表面粗さを測定した。ＪＩＳＢ０６０１に規定される算術的表面粗さＲａを指標とした。鋼板からランダムに１０か所を選び、粗さＲａを測定し、その平均値を指標とした。

この製品板（熱延鋼板）から、図１Ａに示すフランジ２として８０ｍｍ角の板を採取し、φ５ｍｍのボルト穴６を４個とφ４０ｍｍの穴７を開け、φ４０ｍｍ、１００ｍｍ長さのフェライト系ステンレス鋼パイプ３をＴＩＧ溶接によりフランジ２に溶接し、さらに、Ｍ５のボルト４を用いて、図１Ｂに示すようなフランジ部１を組み立てた。空気流８を流量５０Ｌ／ｍｉｎで流し、フランジ同士の締結部５に液状のリーク検出液をかけて、リーク有無を確認した。リークがない場合は面シール性良好（Ａ）とし、それ以外を「Ｘ」とした。その結果、粗さＲａが５μｍ以下であるとリークがなくなることが明らかとなり、粗さＲａが５μｍ以下を合格とした。

表２−１、表２−２に結果のまとめを示す。本発明を適用した成分組成の鋼の熱延焼鈍板（熱延鋼板）の粗さおよび面シール性は良好であった。また、靭性および耐食性も良好であった。一方、本発明から外れる比較例では、粗さおよび面シール性が良好でないか、シャルピー衝撃値または、耐食性が不合格であった。これにより、比較例におけるフェライト系ステンレス鋼板が自動車フランジ用途として劣ることが分かる。

本実施例では、まず、表１−１の鋼Ｎｏ．３および鋼Ｎｏ．１０に示す成分組成の鋼を溶製してスラブに鋳造した。このスラブを１２００℃に加熱後、仕上げ温度を８５０〜９５０℃の範囲内として、板厚８ｍｍまで熱間圧延し、熱延鋼板とした。なお、熱延鋼板は気水冷却により、３８０〜５６０℃まで冷却した後、コイル状に巻き取った。表３に示すようにいくつかの冷却条件で熱延コイル（熱延鋼帯）を製造した。

その後、熱延コイルを分割し、研削ベルトを用いて、表３の「研削量」に示すように、研削する厚みを変えて熱延コイル両面を研削した。この時、研削量に応じて、＃８０〜＃６００を適宜選択した。
その後、熱延コイルを１０００〜１１００℃で焼鈍し、常温まで冷却した。この時、８００〜４５０℃の範囲の平均冷却速度を１０℃／ｓ以上とした。続いて、熱延焼鈍板を酸洗し、製品板とした。

一部の実施例については、この後、繰り返して、研削、焼鈍、酸洗を行い、製品板とした。なお、焼鈍温度は、１回目より０℃から２０℃低下させた。研削量は１回目と変更しなかった。繰り返しの回数を表３の「研磨−焼鈍−酸洗プロセス（回）」に示す。

さらに、別の一部の実施例については、酸洗工程省略または焼鈍−酸洗工程省略し、最終工程の研削工程とした。

このようにして得られた、熱延焼鈍板に対して、０℃でシャルピー衝撃試験をＪＩＳＺ２２４２に準拠して行った。尚、本実施例における試験片は、熱延焼鈍板の板厚ままのサブサイズ試験片であり、吸収エネルギーを断面積（単位ｃｍ²）で割ることにより、各実施例における熱延焼鈍板の靭性を比較し評価した。なお、靭性の評価基準は、０℃での衝撃値で、１０Ｊ／ｃｍ²以上を良好（Ａ）とし、７Ｊ／ｃｍ²以上１０Ｊ／ｃｍ²未満を「Ｂ」とし、それ以外を「Ｘ」とした。

また、耐食性評価して、塩水噴霧試験（ＳＳＴ）を行い、４ｈで発銹なきことを自動車フランジ用として合格（Ａ）とし、それ以外を「Ｘ」とした。

実施例１と同様の面シール性評価試験を行い、リークがない場合は面シール性良好（Ａ）とし、それ以外を「Ｘ」とした。さらには、表面粗さを測定した。ＪＩＳＢ０６０１に規定される算術的表面粗さＲａを指標とした。測定方法は実施例１と同様である。また、実施例１と同様にＲａが５μｍ以下を合格とした。

表３から明らかなように、本発明を適用した成分組成の鋼の熱延焼鈍板の粗さおよび面シール性は良好であった。また、靭性も良好であった。一方、本発明から外れる比較例では、粗さおよび面シール性が良好でなかった。よって、比較例におけるフェライト系ステンレス鋼板が自動車フランジ用途として劣ることが分かる。

なお、比較例３−１および１０−１は、冷却速度が低すぎるため、コイル巻き取りが不安定となり、疵が増えたことにより、熱延板の表面粗さは大きかったが、発明例３−２、３−３および１０−２により、研削−焼鈍―酸洗を繰り返すことにより表面粗さが小さくなり、良好となることが示された。

以上の説明から明らかなように、本発明のステンレス熱延鋼板および鋼帯によれば、その優れた表面平滑性により、表面研削なしに表面ままで自動車フランジ材料として使用できる。そのため、材料歩留まりが良い等、部品製造性に優れる。つまり、本発明を適用した材料を、特に自動車、二輪車の排気系フランジ部材に適用することにより、寿命の長い部品を低コストで製造することができ、社会的寄与度を高めることができる。

即ち、本発明は産業上、非常に有益である。

１フランジ部
２フランジ
３パイプ
４ボルト
５締結部
６ボルト穴
７穴
８空気流

Claims

質量％で、
Ｃ：０．０３％以下、
Ｎ：０．０３％以下、
Ｓｉ：０．０１〜１．０％、
Ｍｎ：０．０１〜１．０％、
Ｐ：０．０４％以下、
Ｓ：０．０１％以下、
Ｃｒ：１０．０〜２３．０％、
Ａｌ：０．１０％以下を含有し、
さらに、
Ｔｉ：０．５％以下および
Ｎｂ：０．５％以下を１種または２種含有し、
かつ、（Ｔｉ＋Ｎｂ）／（Ｃ＋Ｎ）が８以上（Ｔｉ、Ｎｂ、Ｃ、Ｎはそれぞれの成分含有量（質量％））であり、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、
その表面粗さが算術平均粗さＲａを指標として、３μｍ以上５μｍ以下であり、板厚５．０〜１５．０ｍｍであることを特徴とする自動車フランジ用フェライト系ステンレス熱延鋼板。
質量％で、
Ｔｉ含有量を０．０５％以下とすることを特徴とする請求項１記載の自動車フランジ用フェライト系ステンレス熱延鋼板。
さらに、質量％で、
Ｍｏ：１．５％以下、Ｃｕ：０．５％以下、Ｎｉ：１％以下のいずれか１種または２種以上からなる第１群、
Ｓｎ：０．００５〜０．１％からなる第２群、
Ｖ：１％以下、Ｗ：１％以下、Ｃｏ：１％以下、Ｂ：０．０００１％以上、０．００５％以下、Ｇａ：０．１０％以下、Ｚｒ：０．５０％以下、Ｔａ：０．１％以下、Ｓｂ：０．３０％以下、Ｍｇ：０．００３０％以下、Ｃａ：０．００３０％以下のいずれか１種または２種以上からなる第３群のうち、少なくともいずれかの群を含有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の自動車フランジ用フェライト系ステンレス熱延鋼板。
前記熱延鋼板が熱延鋼帯であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の自動車フランジ用フェライト系ステンレス熱延鋼板。
前記請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のフェライト系ステンレス熱延鋼板から構成されるフランジ部材。
質量％で、
Ｃ：０．０３％以下、
Ｎ：０．０３％以下、
Ｓｉ：０．０１〜１．０％、
Ｍｎ：０．０１〜１．０％、
Ｐ：０．０４％以下、
Ｓ：０．０１％以下、
Ｃｒ：１０．０〜２３．０％、
Ａｌ：０．１０％以下を含有し、
さらに、
Ｔｉ：０．５％以下および
Ｎｂ：０．５％以下を１種または２種含有し、
かつ、（Ｔｉ＋Ｎｂ）／（Ｃ＋Ｎ）が８以上（Ｔｉ、Ｎｂ、Ｃ、Ｎはそれぞれの成分含有量（質量％））であり、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、
その表面粗さが算術平均粗さＲａを指標として、５μｍ以下であり、板厚５．０〜１５．０ｍｍである自動車フランジ用フェライト系ステンレス熱延鋼板の製造方法であって、
溶解・鋳造−熱延−焼鈍−酸洗と実施されるフェライト系ステンレス熱延鋼板の製造工程において、前記焼鈍前に研削を行い、前記研削−焼鈍−酸洗工程を１回以上繰り返すことを特徴とする自動車フランジ用フェライト系ステンレス熱延鋼板の製造方法。
質量％で、
Ｃ：０．０３％以下、
Ｎ：０．０３％以下、
Ｓｉ：０．０１〜１．０％、
Ｍｎ：０．０１〜１．０％、
Ｐ：０．０４％以下、
Ｓ：０．０１％以下、
Ｃｒ：１０．０〜２３．０％、
Ａｌ：０．１０％以下を含有し、
さらに、
Ｔｉ：０．５％以下および
Ｎｂ：０．５％以下を１種または２種含有し、
かつ、（Ｔｉ＋Ｎｂ）／（Ｃ＋Ｎ）が８以上（Ｔｉ、Ｎｂ、Ｃ、Ｎはそれぞれの成分含有量（質量％））であり、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、
その表面粗さが算術平均粗さＲａを指標として、５μｍ以下であり、板厚５．０〜１５．０ｍｍである自動車フランジ用フェライト系ステンレス熱延鋼板の製造方法であって、
溶解・鋳造−熱延−焼鈍−酸洗と実施されるフェライト系ステンレス鋼板の製造工程において、焼鈍後に研削を行うことを特徴とする自動車フランジ用フェライト系ステンレス熱延鋼板の製造方法。
前記フェライト系ステンレス鋼板の製造工程において、酸洗または焼鈍−酸洗工程を省略し、最終工程が研削工程であることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の自動車フランジ用フェライト系ステンレス熱延鋼板の製造方法。
質量％で、
Ｔｉ含有量を０．０５％以下とすることを特徴とする請求項６〜請求項８のいずれか１項に記載の自動車フランジ用フェライト系ステンレス熱延鋼板の製造方法。
さらに、質量％で、
Ｍｏ：１．５％以下、Ｃｕ：０．５％以下、Ｎｉ：１％以下のいずれか１種または２種以上からなる第１群、
Ｓｎ：０．００５〜０．１％からなる第２群、
Ｖ：１％以下、Ｗ：１％以下、Ｃｏ：１％以下、Ｂ：０．０００１％以上、０．００５％以下、Ｇａ：０．１０％以下、Ｚｒ：０．５０％以下、Ｔａ：０．１％以下、Ｓｂ：０．３０％以下、Ｍｇ：０．００３０％以下、Ｃａ：０．００３０％以下のいずれか１種または２種以上からなる第３群のうち、少なくともいずれかの群を含有することを特徴とする請求項６〜請求項９のいずれか１項に記載の自動車フランジ用フェライト系ステンレス熱延鋼板の製造方法。
前記熱延鋼板が熱延鋼帯であることを特徴とする請求項６〜請求項１０のいずれか１項に記載の自動車フランジ用フェライト系ステンレス熱延鋼板の製造方法。