(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
mass％で、
Ｃ  ≦０．０８％、 Ｓｉ≦１．００％、 Ｍｎ≦２．００％、
Ｐ  ≦０．０４５％、 Ｓ  ≦０．０３０％、 Ｎｉ：８．００〜１０．５０％、
Ｃｒ：１８．００〜２０．００％、  Ａｌ：０．００２〜０．０５％、
Ｎ  ：０．０１〜０．１％、        Ｔｉ：０．００５〜０．１％、
Ｍｇ：０．０００５〜０．０１％
を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、
Ｔｉ×Ｎ≧５×１０−４
Ｔｉ／Ａｌ≧３
の範囲を満たし、Ｔｉ窒化物、Ｍｇ酸化物、ＭｇＯ−Ａｌ２ Ｏ３ スピネル相を少なくとも１種以上含有することを特徴とする表面性状に優れたオーステナイト系ステンレス鋼。
【請求項２】
mass％で、
Ｃ  ≦０．０８％、 Ｓｉ≦１．００％、 Ｍｎ≦２．００％、
Ｐ  ≦０．０４５％、 Ｓ  ≦０．０３０％、
Ｎｉ：１０．００〜１４．００％、 Ｃｒ：１６．００〜１８．００％、
Ｍｏ：２．００〜３．００％、      Ａｌ：０．００２〜０．０５％、
Ｎ  ：０．０１〜０．１％、        Ｔｉ：０．００５〜０．１％、
Ｍｇ：０．０００５〜０．０１％
を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、
Ｔｉ×Ｎ≧５×１０−４
Ｔｉ／Ａｌ≧３
の範囲を満たし、Ｔｉ窒化物、Ｍｇ酸化物、ＭｇＯ−Ａｌ２ Ｏ３ スピネル相を少なくとも１種以上含有することを特徴とする表面性状に優れたオーステナイト系ステンレス鋼。
【請求項３】
mass％で、
Ｃ  ≦０．０３０％、 Ｓｉ≦１．００％、 Ｍｎ≦２．００％、
Ｐ  ≦０．０４５％、 Ｓ  ≦０．０３０％、
Ｎｉ：１２．００〜１５．００％、 Ｃｒ：１６．００〜１８．００％、
Ｍｏ：２．００〜３．００％、      Ａｌ：０．００２〜０．０５％、
Ｎ  ：０．０１〜０．１％、        Ｔｉ：０．００５〜０．１％、
Ｍｇ：０．０００５〜０．０１％
を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、
Ｔｉ×Ｎ≧５×１０−４
Ｔｉ／Ａｌ≧３
の範囲を満たし、Ｔｉ窒化物、Ｍｇ酸化物、ＭｇＯ−Ａｌ２ Ｏ３ スピネル相を少なくとも１種以上含有することを特徴とする表面性状に優れたオーステナイト系ステンレス鋼。
【請求項４】
mass％で、
Ｃ  ≦０．０８％、 Ｓｉ≦１．００％、 Ｍｎ≦２．００％、
Ｐ  ≦０．０４５％、 Ｓ  ≦０．０３０％、 Ｎｉ：８．５０〜１０．５０％、
Ｃｒ：１７．００〜１９．００％、 Ｃｕ：３．００〜４．００％、
Ａｌ：０．００２〜０．０５％、    Ｎ  ：０．０１〜０．１％、
Ｔｉ：０．００５〜０．１％、      Ｍｇ：０．０００５〜０．０１％
を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、
Ｔｉ×Ｎ≧５×１０−４
Ｔｉ／Ａｌ≧３
の範囲を満たし、Ｔｉ窒化物、Ｍｇ酸化物、ＭｇＯ−Ａｌ２ Ｏ３ スピネル相を少なくとも１種以上含有することを特徴とする表面性状に優れたオーステナイト系ステンレス鋼。
【請求項５】
mass％で、
Ｃ  ≦０．０８％、 Ｓｉ≦２．００％、 Ｍｎ≦２．００％、
Ｐ  ≦０．０４０％、 Ｓ  ≦０．０３０％、
Ｎｉ：６．００〜８．００％、 Ｃｒ：１６．００〜１８．００％、
Ｃｕ：１．５０〜２．５０％、  Ａｌ：０．００２〜０．０５％、
Ｎ  ：０．０１〜０．１％、    Ｔｉ：０．００５〜０．１％、
Ｍｇ：０．０００５〜０．０１％
を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、
Ｔｉ×Ｎ≧５×１０−４
Ｔｉ／Ａｌ≧３
の範囲を満たし、Ｔｉ窒化物、Ｍｇ酸化物、ＭｇＯ−Ａｌ２ Ｏ３ スピネル相を少なくとも１種以上含有することを特徴とする表面性状に優れたオーステナイト系ステンレス鋼。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はオーステナイト系ステンレス鋼に関し、特に熱間加工性を向上し、製品の表面性状に優れたオーステナイト系ステンレス鋼に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
オーステナイト系ステンレス鋼の製造方法は、これまで連続鋳造後に熱延し、焼鈍と冷延を繰り返す方法で製造されてきた。一般にオーステナイト系ステンレス鋼は、オーステナイト粒界に不純物元素が偏析し易く、また、結晶粒の粗大化を伴うことから、熱間圧延後に粒界割れ起因の表面疵が発生する問題があった。近年、鋼板分野では熱間圧延を省略して薄鋼板を製造する技術が開発されている。
【０００３】
熱延工程が簡略化されれば生産性が向上し、最近問題となっているＣＯ2 排出（加熱炉から）を削減できるという大きなメリットがある。しかし熱延工程を簡省略した場合には、製品板での表面性状が劣化したり、成形加工時に表面性状が損なわれる等の問題が生じる場合がある。
【０００４】
これらの問題を解決する手法としては、特開平３−７１９０２号公報が知られている。この公報では、ローピングの発生を抑制するために鋳片の圧延条件（圧下率と温度の関係）を規定している。
【０００５】
一方、ＳＵＳ３０４に代表されるオーステナイト系ステンレス鋼の用途は、耐食性に優れており、厨房用、食器用を始め多岐に亘っている。従って求められる品質は、製品表面の美麗さはもとより、研磨性、加工性及び加工後の表面性状にまで及んでいる。これらを満足するために種々の製造方法が発明されている。
【０００６】
特開平１−１５４８０２号公報では、鏡面研磨性向上のために成分・製造条件を適当に組み合わせることにより平均結晶粒径を規定している。さらに特開平８−２７５１８号公報においては、結晶粒径を限定した鋼板を無潤滑調質圧延することにより、写像性の優れた製品の供給を可能にしている。これらの技術のように、製造条件を工夫することにより種々の問題は改善できるが、将来的には製造条件の一層の簡略化（緩和）等により、さらなる生産性の向上が必要と考えられる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
更なる生産性向上のためには、製錬段階での成分及び介在物を規定するだけで、鋳造以降の製造条件を規定することなく、上記課題を解決できる手法が望まれる。
本発明は、オーステナイト系ステンレス鋼で鋳造以降の製造条件を特に限定しなくとも、熱間加工性の向上及び製品の表面性状に優れたオーステナイト系ステンレス鋼を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、ＳＵＳ３０４を基本成分としたオーステナイト系ステンレス鋼に種々の元素を添加し、実験室で鋳造試験を行った。さらに鋳造材の熱間加工性を絞り値により評価した後、冷延、焼鈍して製品板とし、表面の光沢及び簡易成形試験後の表面凹凸を調査した。その結果、Ｍｇを添加した鋼において熱間加工性の向上及び光沢の向上や加工面の凹凸が小さく良好であり、ＭｇとＴｉを複合添加した鋼においては、著しい熱間加工性の向上及び加工面の凹凸が全く存在しない場合が認められた。
【０００９】
この原因を調査するため、鋳片、製品の組織観察及び電子顕微鏡、Ｘ線マイクロアナライザーを用いて介在物の解析を行ったところ、微細化した鋳片組織が観察でき、それに加えて単独Ｍｇ介在物、単独Ｔｉ窒化物、Ｍｇ系介在物とＴｉ窒化物の混合物及びＭｇＯ−Ａｌ2 Ｏ3 スピネル相が確認された。また、製品板組織においても再結晶組織の均一微細化が確認された。
【００１０】
以上のことから、本発明者らは微量のＴｉとＡｌ及びＴｉとＮ量の関係を制御することで、オーステナイト系ステンレス鋼の凝固組織の微細化や組織制御が容易となり、熱間加工性及び製品の表面性状を改善できる知見を得た。
【００１１】
本発明は上記知見に基づくものであって、その要旨は以下の構成からなる。
（１）mass％で、
Ｃ  ≦０．０８％、 Ｓｉ≦１．００％、 Ｍｎ≦２．００％、
Ｐ  ≦０．０４５％、 Ｓ  ≦０．０３０％、 Ｎｉ：８．００〜１０．５０％、
Ｃｒ：１８．００〜２０．００％、  Ａｌ：０．００２〜０．０５％、
Ｎ  ：０．０１〜０．１％、        Ｔｉ：０．００５〜０．１％、
Ｍｇ：０．０００５〜０．０１％
を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、
Ｔｉ×Ｎ≧５×１０−４
Ｔｉ／Ａｌ≧３
の範囲を満たし、Ｔｉ窒化物、Ｍｇ酸化物、ＭｇＯ−Ａｌ２ Ｏ３ スピネル相を少なくとも１種以上含有することを特徴とする表面性状に優れたオーステナイト系ステンレス鋼。
（２）mass％で、
Ｃ  ≦０．０８％、 Ｓｉ≦１．００％、 Ｍｎ≦２．００％、
Ｐ  ≦０．０４５％、 Ｓ  ≦０．０３０％、
Ｎｉ：１０．００〜１４．００％、 Ｃｒ：１６．００〜１８．００％、
Ｍｏ：２．００〜３．００％、      Ａｌ：０．００２〜０．０５％、
Ｎ  ：０．０１〜０．１％、        Ｔｉ：０．００５〜０．１％、
Ｍｇ：０．０００５〜０．０１％
を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、
Ｔｉ×Ｎ≧５×１０−４
Ｔｉ／Ａｌ≧３
の範囲を満たし、Ｔｉ窒化物、Ｍｇ酸化物、ＭｇＯ−Ａｌ２ Ｏ３ スピネル相を少なくとも１種以上含有することを特徴とする表面性状に優れたオーステナイト系ステンレス鋼。
（３）mass％で、
Ｃ  ≦０．０３０％、 Ｓｉ≦１．００％、 Ｍｎ≦２．００％、
Ｐ  ≦０．０４５％、 Ｓ  ≦０．０３０％、
Ｎｉ：１２．００〜１５．００％、 Ｃｒ：１６．００〜１８．００％、
Ｍｏ：２．００〜３．００％、      Ａｌ：０．００２〜０．０５％、
Ｎ  ：０．０１〜０．１％、        Ｔｉ：０．００５〜０．１％、
Ｍｇ：０．０００５〜０．０１％
を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、
Ｔｉ×Ｎ≧５×１０−４
Ｔｉ／Ａｌ≧３
の範囲を満たし、Ｔｉ窒化物、Ｍｇ酸化物、ＭｇＯ−Ａｌ２ Ｏ３ スピネル相を少なくとも１種以上含有することを特徴とする表面性状に優れたオーステナイト系ステンレス鋼。
（４）mass％で、
Ｃ  ≦０．０８％、 Ｓｉ≦１．００％、 Ｍｎ≦２．００％、
Ｐ  ≦０．０４５％、 Ｓ  ≦０．０３０％、 Ｎｉ：８．５０〜１０．５０％、
Ｃｒ：１７．００〜１９．００％、 Ｃｕ：３．００〜４．００％、
Ａｌ：０．００２〜０．０５％、    Ｎ  ：０．０１〜０．１％、
Ｔｉ：０．００５〜０．１％、      Ｍｇ：０．０００５〜０．０１％
を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、
Ｔｉ×Ｎ≧５×１０−４
Ｔｉ／Ａｌ≧３
の範囲を満たし、Ｔｉ窒化物、Ｍｇ酸化物、ＭｇＯ−Ａｌ２ Ｏ３ スピネル相を少なくとも１種以上含有することを特徴とする表面性状に優れたオーステナイト系ステンレス鋼。
（５）mass％で、
Ｃ  ≦０．０８％、 Ｓｉ≦２．００％、 Ｍｎ≦２．００％、
Ｐ  ≦０．０４０％、 Ｓ  ≦０．０３０％、
Ｎｉ：６．００〜８．００％、 Ｃｒ：１６．００〜１８．００％、
Ｃｕ：１．５０〜２．５０％、    Ａｌ：０．００２〜０．０５％、
Ｎ  ：０．０１〜０．１％、      Ｔｉ：０．００５〜０．１％、
Ｍｇ：０．０００５〜０．０１％
を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、
Ｔｉ×Ｎ≧５×１０−４
Ｔｉ／Ａｌ≧３
の範囲を満たし、Ｔｉ窒化物、Ｍｇ酸化物、ＭｇＯ−Ａｌ２ Ｏ３ スピネル相を少なくとも１種以上含有することを特徴とする表面性状に優れたオーステナイト系ステンレス鋼。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下本発明について詳細に説明する。なお、下記の説明における「％」とは、「mass％」を示すものである。
Ｔｉ：ＴｉはＴｉ窒化物を形成すること、Ｍｇと複合で添加することで本発明の課題である組織制御として微細組織化することにより、表面性状および熱間加工性を著しく改善する元素であり、その効果が発揮されるのは０．００５％以上であるのでこれを下限とした。しかし、０．１％を超えて添加すると製造性、加工性等の問題が生じるためこれを上限とした。好ましくは０．０１％〜０．０３％がよい。
【００１３】
Ａｌ；Ａｌは脱酸工程で必要な元素であり、ＭｇＯ−Ａｌ2 Ｏ3 スピネル相を形成することにより微細組織となり、表面性状および熱間加工性を改善する重要な元素である。この効果を発揮するのは０．００２％以上でありこれを下限とした。また多量に添加するとＡｌ酸化物が大量に生成し機械的性質などが劣化するので、０．０５％を上限とした。好ましくは０．００８％〜０．０３％がよい。
【００１４】
Ｎ；Ｎはオーステナイト安定元素であり、Ｔｉ窒化物を形成させ微細組織化することにより表面性状および熱間加工性の改善に重要な元素である。この効果を発揮するのは０．０１％以上でありこれを下限とした。また多量に添加すると硬化が生じ加工性を損ねるため、０．１％を上限とした。好ましくは、０．０３％〜０．０５％がよい。
【００１５】
Ｍｇ：ＭｇはＭｇ系介在物を形成することで本発明の課題である組織制御し、微細組織化することにより表面性状および熱間加工性の改善に重要な元素である。Ｔｉと複合で添加した場合にはさらにその効果が向上する。この効果を発揮するのは０．０００５％以上でありこれを下限とした。また多量に添加してもその効果は飽和し、耐食性低下等の問題が生じるため、０．０１％を上限とした。好ましくは、０．００１％〜０．００５％がよい。
【００１６】
Ｍｇ系介在物は、酸化物、硫化物等のＭｇを含有する化合物であれば組織制御の効果があり、鋳片組織の微細化や製品組織の均一化が得られ、鋳片の熱間加工性および製品の表面性状が著しく改善できる。ＭｇＯ−Ａｌ2 Ｏ3 スピネル相も同様の効果を持つ。
【００１７】
Ｔｉを含有する場合には、ＴｉＮが存在するとさらに熱間加工性や表面特性が向上する。ここで、図１に示すようにＴｉ量とＮ量をＴｉ×Ｎ≧５×１０-4範囲に制御することでＴｉ窒化物が確実に生成し、微細分散効果が得られる。Ｔｉ×Ｎ≦２×１０-3以下であれば、冷間加工時の表面疵が全く発生しない。さらに、図２に示されるようにＴｉとＡｌの量をＴｉ／Ａｌ≧３に制御すれば、Ａｌ酸化物からＴｉ酸化物へ形態が変化し、Ｔｉ酸化物を基点としてＴｉ窒化物が微細分散して析出する。
【００１８】
本発明はＳＵＳ３０４のみならず他のオーステナイト系ステンレス鋼でも同様の効果が発揮される。なお、本明細書中のオーステナイト系ステンレス鋼とは、Ｃｒを１１％以上含有したステンレス鋼で、主な相がオーステナイト相からなる鋼である。
【００１９】
介在物の組成は、鋼塊及び鋼板の任意の断面において鏡面研磨した面をＳＥＭ−ＥＤＳで観察して介在物を抽出して調査する方法、あるいはＸ線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）を用いて同様に調査する方法がよい。
ＳＥＭを用いる場合の調査方法は、観察倍率を２０００〜１００００倍とし、電子ビーム径を最小にして観察し、介在物が観察された際には、付属のＥＤＳによる定量分析にから介在物内の酸化物重量比を算出することが有効である。同様にＸ線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）を用いても有効である。
【００２０】
本発明により熱間加工性及び表面特性が向上する原因については、本発明者らは次のように考えている。
Ｍｇ系介在物は鋳造時の凝固核として作用しており、これが多量に存在することで鋳造組織が微細になり、粒界面積が低下することにより粒界強度の上昇が得られるために、熱間加工性の向上が得られる。さらに、鋳造組織が微細になればその後の再結晶組織の微細化が容易であり、結晶粒の均一微細化による表面特性の向上が得られる。
【００２１】
ＴｉＮもしくはＭｇＯ−Ａｌ2 Ｏ3 は、フェライト相との格子整合性が非常に良いためフェライト相の凝固核となり、初晶フェライト相の安定生成効果が促進される。フェライト相はオーステナイト相と比較して、Ｓに代表される不純物元素の固溶限が高く、オーステナイト粒界への不純物の偏析を防止できる。さらにオーステナイト系ステンレス鋼は、フェライト相で凝固してもその後オーステナイト相へ変態するため、変態による結晶粒の微細化効果も得られる。
【００２２】
しかし、ＴｉＮもしくはＭｇＯ−Ａｌ2 Ｏ3 ともに硬質であり、大量に生成してしまうと粗大化して熱間加工時の亀裂起点となり、熱間加工性の著しい劣化を招く。さらに、製品疵の原因ともなり表面品質を低下させる。従って凝固中、特に初期に適量を微細分散させることが非常に重要である。
【００２３】
【実施例】
以下に本発明の実施例を示す。
オーステナイト系ステンレス鋼に種々の元素を添加して製造し、鋳片の熱間絞り値を測定した。次いでこの１４０mm厚の鋳片を酸洗後、５mm厚まで熱延し、焼鈍、冷延し、１０８０℃の温度での焼鈍工程により０．４〜１．０mmの鋼板製品を作成し、鋼板の９０°曲げ加工した材料の表面特性を粗さ計を用いて調査した。
【００２４】
なお、鋳片の熱間絞り値測定方法は、鋳片からφ８mmの試験片に加工の後、サーモレスタ試験機を用いて１０００℃で引張試験を実施し、試験前の外径と試験後破断部の径から絞り値を算出した。
鋼板の９０°曲げ加工方法は、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４８金属材料の曲げ試験方法内の押曲げ法に準拠し、その角度を９０°とした。
鋼板表面特性の粗さ測定方法は、触針２μｍの２次元粗さ計を用い、曲げ方向に対して９０°方向に任意の３カ所測定した。
【００２５】
表１および表２に鋼中成分濃度、熱間絞り試験結果、及び表面特性調査結果を示す。
熱間絞り試験による評価は、１０００℃における絞り値が６０％以上のものを合格とし、表面特性の評点は、目視ではないが粗度を測定すると若干凹凸がある場合までを合格とし、目視で凹凸が認められる場合は不合格とした。
表２から明らかなように、本発明鋼は比較鋼に比べて熱間加工性及び表面特性が著しく優れていた。
【００２６】
【表１】
0004467111.tif 000002
【００２７】
【表２】
0004467111.tif 000003
【００２８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明のオーステナイト系ステンレス鋼は、熱間加工性及び表面特性に優れている。これは、ＴｉＮ、Ｍｇ酸化物及びＭｇＯ−Ａｌ2 Ｏ3 スピネル相を有することがもたらす効果である。本発明のステンレス鋼は、熱間加工性及び表面特性の優れた素材を提供でき、その工業的価値は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】溶鋼中のＴｉ量およびＮ量と熱間加工性及び表面性状の評価結果の関係を示す図である。
【図２】溶鋼中のＴｉ量およびＡｌ量と熱間加工性及び表面性状の評価結果の関係を示す図である。
【図１】
0004467111.tif 000004
【図２】
0004467111.tif 000005