(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：0.015質量％以下、Si：0.3質量％以下、Mn：0.10〜0.40質量％、Ｐ：0.04質量％以下、Ｓ：0.008質量％以下、Al：0.08質量％以下、Ｎ：0.015質量％以下、Cr：20.5〜23.5質量％、Cu：0.3〜0.7質量％、Ni：0.5質量％以下、Nb：0.25〜0.55質量％を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる組成と、粒径が１μｍ以下のCuＳおよび／またはMnＳの粒子10個以下からなる凝集体をフェライト結晶粒の粒界に形成し、かつフェライト結晶粒のアスペクト比が２以下である組織と、を有することを特徴とするフェライト系ステンレス鋼板。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、優れた耐食性を有するフェライト系ステンレス鋼板に関し、特にプレス成形の際の伸びフランジ加工性に優れたフェライト系ステンレス鋼板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フェライト系ステンレス鋼板は、耐食性に優れており、建築材料，輸送機器，家庭電化製品，厨房機器等の様々な用途に使用されている。従来からフェライト系ステンレス鋼板は、特有の表面光沢が重要視される用途に使用されており、様々な形状に成形する際の特性を向上する技術の開発は十分に進展していない。
しかし、近年、フェライト系ステンレス鋼板をプレス成形して、複雑な形状の部材を製造する必要性が高まっている。そのため、フェライト系ステンレス鋼板のプレス成形性を向上させる技術が検討されている。
【０００３】
たとえば特許文献１には、Ｃ，Ｎを低減するとともにCrを８〜50質量％含有し、圧下率を高めて冷間圧延を行なうことによって面内異方性を軽減したフェライト系ステンレス鋼板が開示されている。この技術では、フェライト系ステンレス鋼板のスプリングバック量を減少させて形状凍結性を向上できるが、伸びフランジ加工性の大幅な向上は期待できない。
【０００４】
なお、伸びフランジ加工は、プレス成形によって生じる打抜き部をフランジとして伸ばす過酷な加工法である。
特許文献２には、Ｃ，Ｎを低減するとともにCrを10〜35質量％含有し、微細なNb炭窒化物を分布させることによって再結晶を促進させたフェライト系ステンレス鋼板が開示されている。この技術では、フェライト系ステンレス鋼板の張出し性と深絞り性の改善は可能であるが、伸びフランジ加工性の大幅な向上は期待できない。
【０００５】
特許文献３には、Ｃ，Ｎを低減するとともにCrを８〜35質量％含有するフェライト系ステンレス鋼板が開示されている。この技術は、フェライト系ステンレス鋼板の厚さと使用する温度とを規定することによって耐水蒸気酸化性を向上させるものである。しかし伸びフランジ加工を行なうと、フェライト系ステンレス鋼板に割れが生じる。
伸びフランジ加工による割れは、MnＳが起点になる。したがってMnＳの析出を抑制すれば割れの発生頻度を下げることができ、フェライト系ステンレス鋼板の伸びフランジ加工性が向上する可能性がある。ただしMnＳの低減はそれを起点とする割れを防止する技術であり、伸びフランジ加工性を阻害するその他の要因に対する研究は未だ十分になされていない。
【特許文献１】特開2003-160846号公報
【特許文献２】特開平9-263903号公報
【特許文献３】特開2003-328088号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、優れた耐食性を有し、かつ優れた伸びフランジ加工性を有するフェライト系ステンレス鋼板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
発明者らは、フェライト系ステンレス鋼板の伸びフランジ加工を行なって割れを発生させ、その割れを調査研究した。その結果、
(a)割れの起点はフェライト結晶粒の粒界に析出したMnＳであり、その他にCuＳが析出している、
(b)割れの起点ではCuＳとMnＳが集団を形成しており、その集団の中にCuＳおよび／またはMnＳが10個以上凝集している、
(c)凝集したCuＳ，MnＳの粒径はいずれも１μｍ以下である、
(d)圧延方向に展伸したフェライト結晶粒のアスペクト比が２を超えると、圧延方向に割れが発生し易くなる
という知見を得た。なおアスペクト比は、フェライト結晶粒の長径を短径で除した値である。
【０００８】
そこで、伸びフランジ加工による割れとCuＳとの関係について詳細に調査したところ、CuＳがMnＳに付着するように析出してMnＳの周囲に歪みを生じさせ、その歪みが割れの伝播の媒体となり、伸びフランジ加工性の劣化を招くことが分かった。
本発明は、これらの知見に基づいてなされたものである。
すなわち本発明は、Ｃ：0.015質量％以下，Si：0.3質量％以下，Mn：0.10〜0.40質量％，Ｐ：0.04質量％以下，Ｓ：0.008質量％以下，Al：0.08質量％以下，Ｎ：0.015質量％以下，Cr：20.5〜23.5質量％，Cu：0.3〜0.7質量％，Ni：0.5質量％以下，Nb：0.25〜0.55質量％を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる組成と、粒径が１μｍ以下のCuＳおよび／またはMnＳの粒子10個以下からなる凝集体をフェライト結晶粒の粒界に形成し、かつフェライト結晶粒のアスペクト比が２以下である組織と、を有するフェライト系ステンレス鋼板である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、優れた耐食性を有し、かつ優れた伸びフランジ加工性を有するフェライト系ステンレス鋼板を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
まず、本発明のフェライト系ステンレス鋼板の成分の限定理由を説明する。
Ｃ：0.015質量％以下
Ｃは、フェライト系ステンレス鋼板の強度を高める作用を有する元素である。しかしＣは、後述するCrと結合することによってCr炭化物を析出して固溶Crを減少させ、フェライト系ステンレス鋼板の耐食性を劣化させる。Ｃ含有量が0.015質量％を超えると、Cr炭化物が析出して十分な固溶Crを維持できないので、フェライト系ステンレス鋼板の耐食性が劣化するとともに、析出したCr炭化物が起点となって割れを発生させる惧れがある。したがって、Ｃは0.015質量％以下とする。
【００１２】
Si：0.3質量％以下
Siは、フェライト系ステンレス鋼の溶製段階で脱酸剤として用いられる。しかし固溶強化によってフェライト系ステンレス鋼板を硬質化する作用を有する。Si含有量が0.3質量％を超えると、フェライト系ステンレス鋼板が著しく硬質化して延性の低下を招く。したがって、Siは0.3質量％以下とする。
【００１３】
Mn：0.10〜0.40質量％
Mnは、フェライト系ステンレス鋼の溶製段階で脱酸剤として用いられる。Mn含有量が0.10質量％未満では、MnＳが減少し、後述するCuＳが増加するので、割れの伝播が促進されて伸びフランジ加工性が劣化する。一方、0.40質量％を超えると、MnＳの析出が促進されて、割れの起点の発生が助長されるので、伸びフランジ加工性が劣化する。したがって、Mnは0.10〜0.40質量％の範囲内とする。
【００１４】
Ｐ：0.04質量％以下
Ｐは、フェライト結晶粒の粒界に偏析して脆性破壊を誘起する。Ｐ含有量が0.04質量％を超えると、粒界における偏析の問題に加えて、固溶強化によってフェライト系ステンレス鋼板が硬質化する。したがって、Ｐは0.04質量％以下とする。
Ｓ：0.008質量％以下
Ｓは、Mn，Cuと結合してMnＳ，CuＳを析出させる元素である。MnＳとCuＳの凝集体は伸びフランジ加工による割れの起点や亀裂伝播の原因となる。Ｓ含有量が0.008質量％を超えると、MnＳとCuＳの凝集体が多量に析出して、フェライト系ステンレス鋼板の伸びフランジ加工性の劣化を招く。したがって、Ｓは0.008質量％以下とする。
【００１５】
Al：0.08質量％以下
Alは、フェライト系ステンレス鋼の溶製段階で脱酸剤として用いられる。Al含有量が0.08質量％を超えると、後述するＮと結合してAlＮを析出する。このAlＮは、熱間圧延の後の焼鈍（以下、熱延板焼鈍という）や冷間圧延の後の焼鈍（以下、冷延板焼鈍という）におけるフェライト結晶粒の再結晶を阻害する。そのためフェライト結晶粒が圧延方向に展伸して、割れが発生し易くなる。したがって、Alは0.08質量％以下とする。好ましくは0.05質量％以下である。ただし、Al含有量が0.02質量％未満では、脱酸効果が得られない。したがって、同じ脱酸剤のSiの含有量が0.15質量％以下のときは、Alは0.02〜0.08質量％の範囲内が好ましい。
【００１６】
Ｎ：0.015質量％以下
Ｎは、後述するCrと結合することによってCr窒化物を析出して固溶Crを減少させ、フェライト系ステンレス鋼板の耐食性を劣化させる。Ｎ含有量が0.015質量％を超えると、Cr窒化物が析出して十分な固溶Crを維持できないので、フェライト系ステンレス鋼板の耐食性が劣化するとともに、析出したCr窒化物が起点となって割れを発生させる惧れがある。したがって、Ｎは0.015質量％以下とする。
【００１７】
Cr：20.5〜23.5質量％
Crは、フェライト系ステンレス鋼板の表面に不動態皮膜を形成して耐食性を高める元素である。一般的なフェライト系ステンレス鋼（たとえばSUS430等）はCrを18質量％程度含有するが、本発明はSUS430を凌ぐ耐食性を有するフェライト系ステンレス鋼板の伸びフランジ加工性の向上を課題としており、Cr含有量が20.5質量％以下では、十分な耐食性が得られない。一方、23.5質量％を超えると、熱延板焼鈍や冷延板焼鈍における再結晶が阻害され、粗大なフェライト結晶粒が圧延方向に展伸し易くなる。またNbとCrを含有する析出相が生じて、硬質化して伸びフランジ加工が難しくなる。したがって、Crは20.5〜23.5質量％の範囲内とする。
【００１８】
Cu：0.3〜0.7質量％
Cuは、アノード反応による地鉄の溶解を低減する作用を有する。Cu含有量が0.3質量％未満では、この効果は得られない。一方、0.7質量％を超えると、MnＳの周囲にCuＳが析出し易くなり、伸びフランジ加工の際にCuＳとMnＳの凝集体を起点として割れが発生する。また、Cuが析出して硬質低延性化してしまう。したがって、Cuは0.3〜0.7質量％の範囲内とする。
【００１９】
Ni：0.5質量％以下
Niは、耐食性を向上する作用を有する。しかしNi含有量が0.5質量％を超えると、フェライト系ステンレス鋼板が硬質化して延性が損なわれる。したがって、Niは0.5質量％以下とする。
Nb：0.25〜0.55質量％
Nbは、Ｃ，Ｎと結合してNb炭化物やNb窒化物を形成することによってＣ，Ｎを固定し、Cr炭窒化物による鋭敏化を防止する作用を有する。Nb含有量が0.25質量％未満では、この効果は得られない。一方、0.55質量％を超えると、熱延板焼鈍や冷延板焼鈍における再結晶を阻害する。またCrとNbを含有する相が析出して、硬質低延性化して伸びフランジ加工が難しくなる。したがって、Nbは0.25〜0.55質量％の範囲内とする。
【００２０】
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。不可避的不純物は可能な限り低減することが好ましい。たとえば、Ｂ：0.001％質量以下，Mo：0.1質量％以下，Ｖ：0.05質量％以下，Mg：0.01質量％以下，Ca：0.01質量％以下が許容できる。ただし不可避的不純物は、これらの元素に限定するものではない。
次に、本発明の高耐食性フェライト系ステンレス鋼板の組織を説明する。
【００２１】
フェライト結晶粒の粒界に形成される凝集体の構成：粒径が１μｍ以下のCuＳおよび／またはMnＳの粒子が10個以下
CuＳ，MnＳは、Feとの密着性が低いので、その粒径が１μｍを超えると、伸びフランジ加工によって容易に割れが発生する。したがって本発明では、凝集体を構成するCuＳ，MnＳの粒径を１μｍ以下として割れの発生と伝播を抑制する。また、粒界に凝集するCuＳ，MnＳの粒子が10個を超えると、Feとの密着性が低いために、伸びフランジ加工によって粒子の間で割れが発生し易くなる。したがって、凝集体を構成するCuＳ，MnＳの粒子は10個以下とする。なお粒子の粒径と個数は、ステンレス鋼板の表面から0.4mm研削し、その面（すなわち厚さ方向中央の面）から抽出レプリカ法で薄膜を作製し、透過型電子顕微鏡でCuＳ，MnＳの粒径と凝集している個数を測定する。
【００２２】
フェライト結晶粒のアスペクト比：２以下
アスペクト比はフェライト結晶粒の長径を短径で除した値である。フェライト系ステンレス鋼板では、熱間圧延や冷間圧延によってフェライト結晶粒が圧延方向に長くなる。そのため、フェライト結晶粒の長径は圧延方向の粒径，短径は厚さ方向の粒径にほぼ一致する。つまりアスペクト比が２を超えるフェライト結晶粒は、圧延方向の粒径が厚さ方向の粒径の２倍を超えることを意味する。このような圧延方向に展伸したフェライト結晶粒は、伸びフランジ加工の際に、圧延方向に平行な粒界に応力が集中する。そのため、圧延方向に平行な割れが発生し易くなり、伸びフランジ加工性が劣化する。したがって、フェライト結晶粒のアスペクト比は２以下とする。なおアスペクト比は、ステンレス鋼板の圧延方向に平行な断面の厚さ方向中央部を鏡面研磨し、王水でエッチングし、その面を顕微鏡で観察して、フェライト結晶粒のアスペクト比を求める。
【００２３】
次に、本発明のフェライト系ステンレス鋼板の製造方法を説明する。
所定の成分を有するフェライト系ステンレス鋼を溶製し、さらにスラブとした後、1000℃以上に加熱して熱間圧延（仕上げ温度：800℃以上1000℃未満，巻取り温度：500℃以下）を行ない、熱延鋼板とする。
加熱温度：1000℃以上
スラブの加熱温度が1000℃未満では、熱間圧延中にスラブの温度が低下し、フェライト結晶粒が圧延方向に展伸し易くなる。粗大なMnＳも溶解しないので、１μｍ以上の大きさになり易い。したがって、加熱温度は1000℃以上とする。
【００２４】
仕上げ温度：800℃以上1000℃未満
熱間圧延の仕上げ温度が800℃未満では、圧延荷重が上昇して圧延ロールに表面疵が発生し易くなる。その表面疵が熱延鋼板に転写されて、フェライト系ステンレス鋼板の表面性状が損なわれ、フェライト系ステンレス鋼板の歩留り低下を招く。また、その表面に生じた凹凸が伸びフランジ加工の際にフェライト系ステンレス鋼板とダイスとの摩擦抵抗を増大させるので、伸びフランジ加工性が劣化する。一方、1000℃以上では、CuＳが粗大化して、伸びフランジ加工性が劣化し易くなる。したがって、仕上げ温度は800℃以上1000℃未満とする。
【００２５】
巻取り温度：500℃以下
熱延鋼板の巻取り温度が500℃を超えると、フェライト結晶粒の粒界に粗大なCuＳが析出して、フェライト系ステンレス鋼板の伸びフランジ加工性が劣化する。したがって、熱延鋼板の巻取り温度は500℃以下とする。なお、巻取り温度が350℃未満では、熱延鋼板の形状が損なわれる。したがって、巻取り温度は350〜500℃の範囲内が好ましい。
【００２６】
このようにして得られた熱延鋼板に熱延板焼鈍を施し、さらに酸洗を施す。熱延板焼鈍は、加熱温度：900℃以上，加熱時間：500秒以下で行なう。
熱延板焼鈍の加熱温度：900℃以上，加熱時間：500秒以下
熱延板焼鈍の加熱温度が900℃未満では、熱間圧延によって圧延方向に展伸したフェライト結晶粒が再結晶し難い。そのため、後述する冷間圧延によってフェライト結晶粒の展伸がさらに助長されるので、フェライト系ステンレス鋼板の伸びフランジ加工性が劣化する。したがって、熱延板焼鈍の加熱温度は900℃以上とする。加熱時間が500秒を超えると、析出したCuＳ，MnＳが粗大化もしくは11個以上凝集し易くなる。そのため、冷間圧延によってフェライト結晶粒が著しく展伸するので、フェライト系ステンレス鋼板の伸びフランジ加工性が劣化する。したがって、熱延板焼鈍の加熱時間は500秒以下とする。
【００２７】
酸洗は、特に条件を限定せず、従来から知られている方法で操業する。
次いで、冷間圧延を行ない、冷延鋼板とする。得られた冷延鋼板に冷延板焼鈍を施して、フェライト系ステンレス鋼板とする。冷延板焼鈍は、加熱温度：850℃以上で行なうことが好ましい。
冷延板焼鈍の加熱温度：850℃以上
冷延板焼鈍の加熱温度が850℃未満では、フェライト系ステンレス鋼板のフェライト結晶粒が圧延方向に展伸したままであり、伸びフランジ加工性が劣化する。また、フェライト結晶粒の再結晶が阻害されるので、フェライト系ステンレス鋼板の延性が低下する。したがって、冷延板焼鈍の加熱温度は850℃以上とする。
【００２８】
冷延鋼板に調質圧延を施しても良い、調質圧延の圧下率は、0.5〜1.5％の範囲内が好ましい。
【実施例】
【００２９】
表１に示す成分のフェライト系ステンレス鋼を溶製し、さらにスラブとした後、そのスラブを1150℃に加熱して熱間圧延を行ない、板厚４mmの熱延鋼板とした。熱間圧延の条件は表２に示す通りである。得られた熱延鋼板に熱延板焼鈍を施し、さらに酸洗を施した。熱延板焼鈍の条件は表２に示す通りである。次いで冷間圧延を行ない厚さ0.8mmの冷延鋼板とした。
【００３０】
【表１】
0005262029.tif 000002
【００３１】
得られた冷延鋼板に冷延板焼鈍を施し、さらに酸洗を施した。冷延板焼鈍の条件は表２に示す通りである。
このようにして製造したフェライト系ステンレス鋼板の圧延方向に平行な断面の厚さ方向中央部を鏡面研磨し、王水でエッチングし、その面を顕微鏡で観察して、フェライト結晶粒のアスペクト比を求めた。その結果を表２に示す。
【００３２】
次に、フェライト系ステンレス鋼板の表面から0.4mm研削し、その面（すなわち厚さ方向中央の面）から抽出レプリカ法で薄膜を作製し、透過型電子顕微鏡でCuＳ，MnＳの粒径と凝集している個数を測定した。その結果を表２に示す。
また、フェライト系ステンレス鋼板からＪＩＳ−13号Ｂ引張試験片を採取し、引張試験を行なった。その結果を表２に示す。
【００３３】
さらに、フェライト系ステンレス鋼板から穴広げ試験片（100mm×100mm）を切り出して、穴広げ試験を行なった。穴広げ試験では、打抜き加工で穴広げ試験片の中央に直径Ｄ1 （＝10mm）の円形穴を設け、バリの反対側から頂角60°のポンチを挿入して円形穴を押広げて、穴広げ試験片に板厚を貫通する割れが発生したときの円形穴の直径Ｄ2 を測定して、伸びフランジ加工性を評価した。その結果を穴広げ率（＝100×〔Ｄ2−Ｄ1〕／Ｄ1）として表２に示す。穴広げ率が大きいほど、優れた伸びフランジ加工性を有することを意味する。
【００３４】
【表２】
0005262029.tif 000003
【００３５】
表２のNo.１〜５は、Mn含有量を変化させた例である。Mnおよび他の元素の含有量が本発明の範囲を満足するNo.２〜４では、穴広げ率が100％を超えた。Mn含有量が本発明の範囲より低いNo.１ではCuＳ，MnＳが大きくかつ多数凝集しているので、穴広げ率が低い。Mn含有量が本発明の範囲より大きいNo.５もCuＳ，MnＳの凝集数が多く、フェライト結晶粒のアスペクト比も大きく、穴広げ率が低い。
【００３６】
No.６〜９は、Ｓ含有量を変化させた例である。Ｓおよび他の元素の含有量が本発明の範囲を満足するNo.６〜８では、穴広げ率が100％を超えた。Ｓ含有量が本発明の範囲より高いNo.９では、MnＳが大きくかつ多数凝集しているので、穴広げ率が低い。
No.10〜14は、Cu含有量を変化させた例である。Cuおよび他の元素の含有量が本発明の範囲を満足するNo.10〜13では、穴広げ率が100％を超えた。Cu含有量が本発明の範囲より高いNo.14では、CuＳが大きくかつ多数凝集しているので、穴広げ率が低い。
No.15〜18は、Nb含有量を変化させた例である。Nbおよび他の元素の含有量が本発明の範囲を満足するNo.16〜17では、穴広げ率が100％を超えた。Nb含有量が本発明の範囲より低いNo.15では、Cr炭化物が析出して耐食性が悪かった。また、引張強さが大きく、伸びが小さいので、穴広げ率が低い。Nb含有量が本発明の範囲より高いNo.18では、フェライト結晶粒のアスペクト比が大きく、伸びが小さいので、穴広げ率が低い。
【００３７】
No.19〜22、24は、熱間圧延の条件を変化させた例である。本発明の範囲を満足するNo.19〜20では、穴広げ率が100％を超えた。巻取り温度が本発明の範囲より高いNo.21では、CuＳ，MnＳの粒径が大きく、フェライト結晶粒のアスペクト比が大きいので、穴広げ率が低い。CuＳおよび／またはMnＳの粒径および凝集数が本発明の範囲より多いNo.22では、粗大なCuＳ，MnＳが多数凝集しているので、穴広げ率が低い。冷延板焼鈍の加熱温度が本発明の範囲より低いNo.24では、フェライト結晶粒のアスペクト比が著しく増大し、穴広げ率が低い。