Ｔｉ含有フェライト系ステンレス鋼熱延コイルおよび製造法
【課題】熱延コイルを展開して通板するラインにおいて材料割れの問題が安定して防止できるに足る靱性・延性を有する、厚ゲージのＴｉ含有フェライト系ステンレス鋼熱延コイルを提供する。
【解決手段】硬さが１８０ＨＶ以下、２５℃におけるシャルピー衝撃値が２０Ｊ／ｃｍ2以上に調整されている板厚５.０〜１２.０ｍｍのＴｉ含有フェライト系ステンレス鋼熱延コイル。この熱延コイルは、スラブを熱間圧延して板厚５.０〜１２.０ｍｍとしたのち巻取温度５７０℃以上で巻取ってコイルとし、巻取終了時から５分以上経過後で、かつコイル最外周の表面温度が５５０℃以上である時にコイルを水中に浸漬し、当該水中で１５分以上保持する手法によって製造できる。
【解決手段】硬さが１８０ＨＶ以下、２５℃におけるシャルピー衝撃値が２０Ｊ／ｃｍ2以上に調整されている板厚５.０〜１２.０ｍｍのＴｉ含有フェライト系ステンレス鋼熱延コイル。この熱延コイルは、スラブを熱間圧延して板厚５.０〜１２.０ｍｍとしたのち巻取温度５７０℃以上で巻取ってコイルとし、巻取終了時から５分以上経過後で、かつコイル最外周の表面温度が５５０℃以上である時にコイルを水中に浸漬し、当該水中で１５分以上保持する手法によって製造できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、板厚５ｍｍ以上の「厚ゲージ」のＴｉ含有フェライト系ステンレス鋼熱延コイルまたは熱延焼鈍コイルであって、製造ラインでコイルを展開して通板する際に問題となる鋼帯の割れが安定して防止できる良好な靱性・延性を有するものに関する。また、そのような熱延コイルまたは熱延焼鈍コイルの製造法に関する。本明細書において「熱延コイル」とは、熱間圧延後の鋼帯が巻取られて冷却されたままのコイルをいい、「熱延焼鈍コイル」とは、熱間圧延後の鋼帯が巻取られて冷却された後に焼鈍酸洗されたコイルをいう。
【背景技術】
【０００２】
ステンレス鋼製品の用途としては冷延鋼板を素材とする用途が多いが、なかには板厚が５〜１２ｍｍといった「厚ゲージ」のステンレス鋼板を素材とする用途もある。例えば、自動車排ガス経路中の装置に用いられるフランジには耐食性・耐熱性・強度が要求されることから、ステンレス鋼の厚板が使用される。従来、製造性の良好なオーステナイト系ステンレス鋼が適用されてきたが、熱膨張係数の面および素材コストの面で有利なフェライト系ステンレス鋼への置き換えが検討されている。
【０００３】
自動車排ガス経路のフランジ用途では、耐食性・耐熱性に優れる鋼種の適用が有利となる。そのようなフェライト系鋼種としてＴｉ含有フェライト系ステンレス鋼が挙げられる。本来、フェライト系ステンレス鋼は４７５℃脆化を起こしやすく、厚ゲージの熱延コイルを製造すると、次工程の通板ライン（連続焼鈍酸洗ラインや、その準備のためにダミーテールを取り付ける巻替えラインなど）においてコイルを展開して通板したときに鋼帯に割れが生じるトラブルが発生しやすい。Ｔｉを含有するフェライト系ステンレス鋼では、熱延コイルの靱性低下が助長される場合があることから、Ｔｉ含有フェライト系ステンレス鋼の厚ゲージ熱延鋼帯を既存の大量生産設備によって製造することは非常に難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６４−５６８２２号公報
【特許文献２】特公平６−１７５１６号公報
【特許文献３】特開平８−１９９２３７号公報
【特許文献４】特許第３７０５３９１号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】岩岡昭二、大橋延夫、「高純度フェライト系ステンレス鋼量産方式の開発」、鉄と鋼、第６５年（１９７９）第１４号、ｐ.２０９７−２１０３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＴｉやＮｂを添加したフェライト系ステンレス鋼熱延材の靱性を改善する方法について、これまでに種々の方法が検討されてきた。特許文献１には熱延仕上げ温度を組成に応じて高くし、巻取後に急水冷する手法が開示されている。特許文献２には熱間圧延後に急冷し、４５０℃以下の温度で巻取る手法が開示されている。特許文献３には熱間圧延後に冷却し、板厚に応じてできるだけ低温で巻取る手法が開示されている。特許文献４にはＣ＋Ｎの含有量を靱性低下が生じにくい範囲に調整する手法が開示され、特に熱間圧延を８００℃以上で終了して少なくとも６００℃まで水冷することが好ましいと教示されている。非特許文献１には熱延終了温度を９００℃以上とし、鋼帯をただちに水槽中で水冷する手法が開示されている。
【０００７】
これらの従来技術は、ＴｉやＮｂを添加したフェライト系ステンレス鋼の熱延コイルの靱性向上に有効である。しかしながら発明者らの調査によれば、厚ゲージのＴｉ含有フェライト系ステンレス鋼の熱延コイルの場合、上記の従来技術を適用しても、コイル展開時の割れを安定して防止することは容易でないことがわかった。熱延焼鈍コイルにおいても同様である。すなわち、熱延コイルや熱延焼鈍コイルを展開する通板ラインにおいて、鋼帯に比較的大きい曲げ変形量が付与される箇所で割れが発生し問題となる場合がある。
【０００８】
本発明はこのような問題に鑑み、熱延コイルや熱延焼鈍コイルを展開して通板するラインにおいて材料割れの問題が安定して防止できるに足る靱性・延性を有する、厚ゲージのＴｉ含有フェライト系ステンレス鋼熱延コイルあるいは熱延焼鈍コイル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】
【０００９】
発明者らは詳細な検討の結果、厚ゲージのＴｉ含有フェライト系ステンレス鋼熱延コイルや熱延焼鈍コイルを展開する通板ラインでの割れを安定して防止するためには、
（i）４７５℃脆化を抑止すること、
（ii）熱延ひずみを除去すること、
が極めて有効であることを見出した。
上記（i）は従来から言われていることであるが、それだけでは厚ゲージの熱延コイルや熱延焼鈍コイルを対象とした場合の割れ防止策としては不十分であり、（ii）との相乗作用によって厚ゲージ材の割れ防止が可能となることが明らかとなった。
【００１０】
（i）の４７５℃脆化の抑止に関しては、基本的に４７５℃前後の温度域での滞在時間を短くする手法を採用することが必要であり、従来技術によってもかなりの効果が得られる。ただし、厚ゲージの熱延コイルや熱延焼鈍コイルを展開する際の曲げ変形に十分耐え得る靱性・延性を付与するためには、入念な対策が必要となる。具体的にはコイルに巻取った後の「復熱」に対する配慮が重要であることがわかった。すなわち、熱延工程で巻取ったコイルを単に水槽中で急冷するだけでは、コイル中心部の温度を十分下げることができず、水槽から取り出した後に中心部の熱によって再びコイル全体の広い範囲で温度が上昇に転じる「復熱」の現象が生じる。それによって４７５℃脆化が起きることがあるのである。復熱を防止するためには、巻取ったコイルを水槽中に１５分以上浸漬することが極めて有効である。
【００１１】
（ii）の熱延ひずみを除去するためには、できるだけ高温で巻取った後、そのコイルを直ちに水槽に浸漬するのではなく、高温の状態でしばらく保持することによって「ひずみ取り焼鈍」を実施し、その後に水槽に浸漬することが極めて効果的である。
【００１２】
これらの手法によって硬さが１８０ＨＶ以下、２５℃におけるシャルピー衝撃値が２０Ｊ／ｃｍ2以上に調整された熱延コイルを得ることができる。また、その熱延コイルを連続焼鈍酸洗ラインにて焼鈍酸洗することにより硬さが１６５ＨＶ以下、２５℃におけるシャルピー衝撃値が１５Ｊ／ｃｍ2以上に調整された熱延焼鈍コイルを得ることができる。このような熱延コイルや熱延焼鈍コイルは、厚ゲージであるにもかかわらず、そのままの状態で次工程の通板ラインにて割れを生じることなく展開することができる。
本発明はこれらの知見に基づいて完成したものである。
【００１３】
すなわち上記目的は、質量％で、Ｃ：０.０３０％以下、Ｓｉ：２.００％以下、Ｍｎ：２.００％以下、Ｐ：０.０５０％以下、Ｓ：０.０４０％以下、Ｃｒ：１０.００〜２５.００％、Ｎ：０.０３０％以下、Ｔｉ：０.０１〜０.５０％であり、必要に応じてＮｉ：２.００％以下、Ｍｏ：２.５０％以下、Ｃｕ：１.８０％以下、Ｃｏ：０.５０％以下、Ａｌ：０.５０％以下、Ｗ：１.８０％以下、Ｖ：０.３０％以下、Ｚｒ：０.２０％以下、Ｂ：０.００５０％以下、ＲＥＭ（希土類元素）：０.１００％以下、Ｃａ：０.００５０％以下の１種以上を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる組成を有し、硬さが１８０ＨＶ以下、２５℃におけるシャルピー衝撃値が２０Ｊ／ｃｍ2以上好ましくは２２.５Ｊ／ｃｍ2以上に調整されている板厚５.０〜１２.０ｍｍのＴｉ含有フェライト系ステンレス鋼熱延コイルによって達成される。また、上記組成を有し、硬さが１６５ＨＶ以下、２５℃におけるシャルピー衝撃値が１５Ｊ／ｃｍ2以上に調整された板厚５.０〜１２.０ｍｍのＴｉ含有フェライト系ステンレス鋼熱延焼鈍コイルよって達成される。
【００１４】
ここで、前記の硬さおよびシャルピー衝撃値が上記の範囲に「調整されている」とは、コイル状に巻かれた鋼帯の全長にわたって上記数値範囲内の特性を満たしていることを意味する。「鋼帯の全長」とは鋼帯の幅が一定となっている部分であり、ライン通板時に切断除去される鋼帯の長手方向両端部を除いた部分である。「硬さ」は鋼帯の表面硬さである。「シャルピー衝撃値」は２ｍｍＶノッチ衝撃試験片を用いてＪＩＳ Ｚ２２４２に従って測定された値が採用される。衝撃試験片は、その長手方向が鋼帯の圧延方向に一致し、かつハンマーの運動方向が鋼帯の幅方向となるように採取する。
【００１５】
また、そのような熱延コイルの製造法として、上記の組成を有するステンレス鋼スラブを熱間圧延して板厚５.０〜１２.０ｍｍとしたのち巻取温度５７０℃以上好ましくは７３０℃以上で巻取ってコイルとし、巻取終了時から５分以上経過後で、かつコイル最外周の表面温度が５５０℃以上である時にコイルを水中に浸漬し、当該水中で１５分以上保持するＴｉ含有フェライト系ステンレス鋼熱延コイルの製造法が提供される。さらに、上記の製造法で得られたＴｉ含有フェライト系ステンレス鋼熱延コイルに対して、連続焼鈍酸洗ラインにて焼鈍酸洗を施すＴｉ含有フェライト系ステンレス鋼熱延焼鈍コイルの製造法が提供される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、Ｔｉ含有フェライト系ステンレス鋼の厚ゲージの熱延コイルまたは熱延焼鈍コイルにおいて、靱性・延性に優れたものが提供可能となった。従来Ｔｉ含有フェライト系ステンレス鋼の厚ゲージの熱延コイルや熱延焼鈍コイルはライン通板に供することが困難であったところ、本発明に従えばそれが可能となる。したがって本発明は、自動車排ガス経路中の装置に用いられるフランジをはじめとする厚板部材の用途において、フェライト系ステンレス鋼材の普及に寄与しうる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】熱延コイルの２５℃におけるシャルピー衝撃値を熱延コイル製造条件の分類（表２）によって整理したグラフ。
【図２】熱延コイルのビッカース硬さを熱延コイル製造条件の分類（表２）によって整理したグラフ。
【図３】熱延焼鈍コイルの２５℃におけるシャルピー衝撃値を熱延コイル製造条件の分類（表２）によって整理したグラフ。
【図４】熱延焼鈍コイルのビッカース硬さを熱延コイル製造条件の分類（表２）によって整理したグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下において成分元素における「％」は特に断らない限り「質量％」を意味する。
〔化学組成〕
Ｃは、鋼を硬質化させ、靱性を低下させる要因となるので、０.０３０％以下の含有量に制限される。ただし、極度に低Ｃ化を図る必要はなく、通常、０.００１〜０.０３０％のＣ含有量とすればよい。
【００１９】
Ｓｉ、Ｍｎは、脱酸剤として有効である他、耐高温酸化性を向上させる作用を有する。特に耐高温酸化性を重視する場合には、Ｓｉについては０.０５％以上、Ｍｎについても０.０５％以上の含有量を確保することがより効果的である。ただし、これらの元素を多量に含有させると鋼の脆化を招く要因となる。種々検討の結果、Ｓｉ、Ｍｎともそれぞれ２.００％以下の含有量に制限される。それぞれ１.００％以下、あるいは０.５０％以下に管理してもよい。
【００２０】
Ｐ、Ｓは、多量に含有すると耐食性低下などの要因となりうるので、Ｐは０.０５０％以下、Ｓは０.０４０％以下に制限される。通常は、Ｐ：０.０１０〜０.０５０％、Ｓ：０.０００５〜０.０４０％の範囲とすればよい。耐食性を重視する場合はＳ含有量を０.００５％以下に制限することがより効果的である。
【００２１】
Ｃｒは、ステンレス鋼としての耐食性を確保するために重要な元素である。また、耐高温酸化性の向上にも有効である。これらの作用を発揮させるためには１０.００％以上のＣｒ含有量が必要となる。１５.００％以上、あるいは１７.００％以上のＣｒ含有量とすることがより効果的である。一方、多量にＣｒを含有させると、鋼の硬質化および靱性低下によって厚ゲージ鋼帯の製造性が難しくなる。種々検討の結果、Ｃｒ含有量は２５.００％以下に制限される。２２.００％以下、あるいは２０.００％以下に管理してもよい。
【００２２】
Ｎは、靱性を低下させる要因となるので、０.０３０％以下の含有量に制限される。ただし、極度に低Ｎ化を図る必要はなく、通常、０.００１〜０.０３０％のＮ含有量とすればよい。
【００２３】
Ｔｉは、Ｃ、Ｎを固定することによってＣｒ炭化物・窒化物の粒界偏析を抑制し、鋼の耐食性や耐高温酸化性を高く維持するうえで極めて有効な元素である。そのためには０.０１％以上のＴｉ含有が必要となる。０.０５％以上とすることがより効果的であり、０.１０％以上とすることがさらに効果的である。ただし、過剰のＴｉ含有は熱延コイルの靱性低下を助長するので好ましくない。種々検討の結果、Ｔｉ含有量は０.５０％以下に制限される。
【００２４】
Ｎｉは、腐食の進行を抑制する作用があり、必要に応じて添加することができる。その場合、０.０１％以上のＮｉ含有量を確保することがより効果的である。ただし、多量のＮｉ含有は加工性に悪影響を及ぼすことがあるので、Ｎｉを添加する場合は２.００％以下の範囲で行う必要があり、１.００％以下の範囲に管理してもよい。
【００２５】
Ｍｏは、耐食性の向上に有効な元素であり、必要に応じて添加することができる。その場合、０.０２％以上のＭｏ含有量を確保することがより効果的であり、０.５０％以上とすることが一層効果的である。ただし、多量のＭｏ含有は靱性に悪影響を及ぼすので、Ｍｏを添加する場合は２.５０％以下の範囲で行う必要があり、１.５０％以下の範囲に管理してもよい。
【００２６】
Ｃｕは、低温靱性および加工性の向上に有効な元素である。また、高温強度の向上にも有効である。そのため、必要に応じてＣｕを添加することができる。その場合、０.０２％以上のＣｕ含有量を確保することがより効果的である。ただし、多量にＣｕを添加すると加工性がむしろ低下するようになる。Ｃｕを添加する場合は１.８０％以下の範囲で行う必要があり、０.５０％以下の含有量に管理してもよい。
【００２７】
Ｃｏは、低温靭性に寄与する元素であり、必要に応じて添加することができる。その場合、０.０１０％以上のＣｏ含有量を確保することがより効果的である。ただし、過剰添加は延性低下の要因となるので、Ｃｏを添加する場合は０.５０％以下の範囲で行う。
【００２８】
Ａｌは、脱酸剤として有効な元素であり、必要に応じて添加することができる。その場合、０.００５％以上のＡｌ含有量とすることがより効果的である。ただし、多量のＡｌ含有は靱性低下の要因となるので、Ａｌを含有させる場合、Ａｌ含有量は０.５０％以下に制限され、０.２０％以下とすることがより好ましい。
【００２９】
Ｗ、Ｖは、高温強度の向上に有効な元素であり、必要に応じてこれらの１種以上を添加することができる。その場合、Ｗについては０.１０％以上、Ｖについても０.１０％以上の含有量を確保することがより効果的である。ただし、これらの元素を多量に添加すると鋼が硬質となり、鋼帯通板時の割れを招く要因となる。Ｗを添加する場合は１.８０％以下の範囲で行う必要があり、０.５０％以下の含有量に管理してもよい。Ｖを添加する場合は０.３０％以下の範囲で行う必要があり、０.１５％以下の含有量に管理してもよい。
【００３０】
Ｚｒは、Ｔｉと同様にＣを固定する作用があり、鋼の耐食性や耐高温酸化性を高く維持するうえで有効な元素である。そのため、必要に応じてＺｒを添加することができる。その場合、０.０２％以上のＺｒ含有量を確保することがより効果的である。ただし、多量のＺｒ含有は加工性を阻害する要因となるので、Ｚｒを添加する場合は０.２０％以下の範囲で行う必要があり、０.１０％以下の含有量に管理してもよい。
【００３１】
Ｂは、少量の添加によって耐食性や加工性を改善する元素であり、必要に応じてこれらの１種以上を添加することができる。その場合、０.０００１％以上のＢ含有量を確保することがより効果的である。ただし、過剰のＢ含有は熱間加工性に悪影響を及ぼすので、Ｂを添加する場合は０.００５０％以下の範囲で行う。
【００３２】
ＲＥＭ（希土類元素）、Ｃａは、耐高温酸化性の向上に有効な元素であり、必要に応じてこれらの１種以上を添加することができる。その場合、ＲＥＭは０.００１％以上、Ｃａは０.０００５％以上の含有量を確保することがより効果的である。ただし、これらの元素を多量に添加すると靱性が低下するので、ＲＥＭを添加する場合は０.１００％以下、Ｃａを添加する場合は０.００５０％以下の含有量範囲で行う。
【００３３】
〔板厚〕
上記組成のＴｉ含有フェライト系ステンレス鋼の熱延コイルや熱延焼鈍コイルの場合、板厚が５.０ｍｍ以上になると、一般的な鋼帯製造ラインにおいて通板時にロールによる曲げ変形を受けた際に割れが生じやすくなり、しばしば問題となる。一方、一般的な鋼帯製造ラインの通板能力を考慮すると、板厚が１２.０ｍｍを超えるような鋼帯を通板させることには無理がある。したがって本発明では、板厚５.０〜１２.０ｍｍの熱延コイルまたは熱延焼鈍コイルを対象とする。５.５〜９.０ｍｍの板厚に管理してもよい。
【００３４】
〔機械的性質〕
上記組成を有するＴｉ含有フェライト系ステンレス鋼の厚ゲージ熱延鋼帯をライン通板する際の割れを防止するためには、材料が良好な延性および靱性を有していることが重要となる。延性は硬さによって、また靱性は２５℃におけるシャルピー衝撃値によって評価することができる。詳細な検討の結果、熱延コイルの場合、コイル全長にわたって、硬さが１８０ＨＶ以下でかつ２５℃におけるシャルピー衝撃値が２０Ｊ／ｃｍ2以上であるとき、板厚１２.０ｍｍまで、そのまま次工程のラインに割れを発生させることなく通板させることが可能となる。２５℃におけるシャルピー衝撃値は２２.５Ｊ／ｃｍ2以上であることがより好ましい。その場合には通板条件（例えばライン速度）の自由度が拡大し、生産性の向上に繋がる。また、熱延焼鈍コイルの場合は、コイル全長にわたって、硬さが１６５ＨＶ以下でかつ２５℃におけるシャルピー衝撃値が１５Ｊ／ｃｍ2以上であるとき、板厚１２.０ｍｍまで、そのまま次工程のラインに割れを発生させることなく通板させることが可能となる。
【００３５】
〔熱延コイルの製造〕
熱間圧延は、スラブを加熱した後、抽出して、複数パスの圧下を行って板厚５.０〜１２.０ｍｍの鋼帯とし、巻取るという、一連の工程によって実施される。ただし、巻取温度を５７０℃以上とすることが重要である。それより巻取温度が低いと、巻取り後の放置時間を利用して行う「ひずみ取り焼鈍」の効果が十分に発揮されず、延性が低下する要因となる。また、巻取り後の放置時間に４７５℃脆化が生じやすい場合がある。したがって巻取温度は５７０℃以上とする必要があるが、６００℃以上とすることがより好ましい。特に７３０℃以上の高温巻取とすれば、「ひずみ取り焼鈍」の効果がより顕著に発揮され、高い靱性を一層安定して得ることができる。なお、加熱温度は例えば１１８０〜１２６０℃、仕上圧延温度（圧延最終パスのロール出側における材料表面温度）は例えば８００℃以上好ましくは９００℃以上とすればよい。
【００３６】
巻取り後には、そのコイルを直ちに水冷するのではなく、しばらくの間、放置（大気中に保持）することが必要である。その放置時間を利用して熱延ひずみを除去するための「ひずみ取り焼鈍」を実施するのである。種々検討の結果、巻取り終了後、水冷までの時間を５分以上確保することによって、熱延ひずみは効果的に除去される。ただし、あまり長時間放置すると４７５℃脆化を生じるようになる。したがって、コイル最外周の表面温度が５５０℃以上である時点で水冷を開始する。質量１０トン以上のコイルであれば、通常、巻取り温度を５７０℃以上とすることによって、放置時間を５分以上としながら、最外周の表面温度を５５０℃以上に維持することができる。小規模のコイルの場合は放置時間中の温度低下が大きくなるので、巻取り温度を例えば６００℃以上、あるいはそれより高温に設定して、放置時間を５分以上、かつ最外周の表面温度５５０℃以上の条件を満たすようにすればよい。上記放置時間は８分以上を確保することがより好ましい。
【００３７】
コイルの水冷は、水槽中の水にコイル全体を浸漬することによって行う。浸漬時間は１５分以上とすることが肝要である。それより浸漬時間が短いと、水槽から取り出した後に前述の「復熱」の現象が生じて４７５℃脆化をきたす場合がある。浸漬時間は３０分以上とすることがより好ましい。
【００３８】
〔熱延焼鈍コイルの製造〕
上記の手法に従って製造した熱延コイルは、必要に応じて巻替えラインにてダミーテールの取り付けや表面疵の手入れを行った後、連続焼鈍酸洗ラインに通板して、熱延焼鈍コイルとすることができる。連続焼鈍酸洗ラインでの焼鈍条件としては、例えば、９００〜１１００℃に加熱した後、加熱温度から４００℃までの平均冷却速度を５０℃／ｓｅｃ以上として冷却する条件が好ましい。
【実施例１】
【００３９】
表１に示す鋼を溶製して連続鋳造スラブとし、連続熱間圧延ラインにて板厚８ｍｍの熱延コイルを製造した。表１中に示す鋼はいずれも本発明で規定する化学組成を満たすものである。表２に熱延コイル製造条件を示す。熱延コイルの水冷は、水槽中の水に熱延コイルを浸漬する方法で行った。表１中には熱延コイル製造条件のうち、スラブ加熱温度、仕上圧延温度、巻取温度を具体的に記載した。
【００４０】
水槽中の水はポンプの動力により循環するようにしてあり、熱延コイル全体が常に水中に没するように適宜水が補給される。水槽浸漬を行う場合には、巻取後直ちに浸漬を開始するのではなく、５分以上の放置時間（大気に曝している時間）を設けた後、浸漬を開始した。ただし、表１のＮｏ.１９は放置時間を２分とした。また、水槽中の浸漬時間は１５分以上とした。ただし、表１のＮｏ.２０は浸漬時間を７分とした。
【００４１】
【表１】
【００４２】
【表２】
【００４３】
得られた熱延コイルの最外周部および最内周部からサンプルを採取し、それぞれのサンプルの鋼帯幅方向端部（エッジ部）付近および幅方向中央部から、シャルピー衝撃試験片および硬さ測定用試験片を切り出した。硬さ測定と２５℃におけるシャルピー衝撃試験を前述の手法にて実施した。そして、各コイルについて、最外周部および最内周部の全ての測定値の中で最も成績の悪い数値を、そのコイルの特性値（以下「評価特性値」という）として採用した。具体的には、シャルピー衝撃値については得られた測定値のうち最も小さい値を評価特性値とし、硬さについてはビッカース硬さの測定値のうち最も大きい値を評価特性値とした。これにより、例えば「復熱」が生じた場合のコイル内周部における靱性・延性低下や、コイル外周部において「ひずみ取り焼鈍」が不十分となった場合の靱性・延性低下が把握され、鋼帯全長の健全性が評価できる。
【００４４】
図１および図２に、それぞれ熱延コイルの２５℃におけるシャルピー衝撃値および硬さ（いずれも上述の評価特性値）を示す。
【００４５】
分類Ａの条件は仕上圧延終了後に特段の冷却操作を施さない一般的なフェライト系ステンレス鋼熱延コイルの製造方法に従ったものであるが、巻取温度が４７５℃脆化温度より高いことから巻取後の降温過程で４７５℃脆化が生じ、靱性（シャルピー衝撃値）の低下と硬質化が起こった。このままではライン通板に供することが困難であるため、製品化するためにはバッチ焼鈍後に急冷するといった特別な処理が必要となる。
【００４６】
分類Ｂの条件は仕上圧延終了後の鋼帯を水冷して４７５℃脆化域より低温で巻取を行ったものである。この手法は従来から４７５℃脆化を回避あるいは軽減するうえで有効であることが知られており、板厚５ｍｍ未満の一般的な熱延コイルであればそのままライン通板に供することが可能である。しかし、熱延ひずみの残留によって材料が硬質化するため、厚ゲージの熱延コイルの場合、このままではライン通板が困難である。
【００４７】
分類Ｃの条件は、分類Ｂの条件で得られたコイルを水中に浸漬して冷却したものである。この場合も熱延ひずみが残留する点は分類Ｂと同様であり、コイルの水冷は靱性・延性の向上に寄与しない。
【００４８】
これに対し、分類Ｄの条件は５７０℃以上の温度で巻取り、５分以上の放置時間を確保した後に５５０℃以上の温度域から水槽中に浸漬して１５分以上水冷したものである。５分以上の放置によって「ひずみ取り焼鈍」の効果が得られ、かつ１５分以上の水中浸漬によって「復熱」による４７５℃脆化も回避された。これによりシャルピー衝撃値２０Ｊ／ｃｍ2以上の良好な靱性および１８０ＨＶ以下の軟質化が実現されることが確認された。
【００４９】
分類Ｅの条件は、分類Ｄの条件において巻取温度を特に７３０℃以上という高温にコントロールしたものである。これによりシャルピー衝撃値２２.５Ｊ／ｃｍ2以上の一層良好な靱性が得られた。
【００５０】
分類Ｄ、Ｅの条件によって製造した熱延コイルをラインに通板して展開した後、そのラインの出側で巻取るという、巻替え実験を実施したところ、いずれの熱延コイルも通板の支障になるようなトラブルは発生しないことが確認された。
【００５１】
分類Ｄ１の条件で製造したコイルは巻取後の放置時間が短かったことから熱延ひずみの除去が不十分となり、比較的硬質な仕上がりとなった。
分類Ｄ２の条件で製造したコイルは水槽中への浸漬時間が短かったことから「復熱」が生じたとみられ、コイルの内周側で４７５℃脆化による靱性・延性の低下が観測された。
【実施例２】
【００５２】
実施例１で製造した熱延コイルを、連続焼鈍酸洗ラインに通板して熱延焼鈍コイルを得た。その焼鈍条件は、９００〜１１００℃に加熱した後、加熱温度から４００℃までの平均冷却速度を５０℃／ｓｅｃ以上として冷却する条件を満たす範囲で、種々の条件を採用した。得られた熱延焼鈍コイルについて、上記と同様にシャルピー衝撃値およびビッカース硬さの評価特性値を求めた。その結果、本発明に従う分類Ｄ、Ｅの条件によって製造した熱延コイルに由来する熱延焼鈍コイルは、いずれも、シャルピー衝撃値１５Ｊ／ｃｍ2以上かつ硬さ１６５ＨＶ以下の特性を満たすことが確認された。
【００５３】
図３に、表１のＮｏ.７（分類Ｃ）およびＮｏ.８、１０、２１（分類Ｄ）の熱延コイルを用いて種々の焼鈍条件で製造した熱延焼鈍コイルのシャルピー衝撃値（上記の評価特性値）を例示する。また、図４に、表１のＮｏ.５、６（分類Ｂ）、Ｎｏ.７（分類Ｃ）およびＮｏ.８、１０、２１（分類Ｄ）の熱延コイルを用いて種々の焼鈍条件で製造した熱延焼鈍コイルの硬さ（上記の評価特性値）を例示する。
【実施例３】
【００５４】
表１に示した発明例と同様の組成を有する種々のＴｉ含有フェライト系ステンレス鋼をラボ溶製し、大量生産ラインでの熱延コイル製造条件を想定した上記分類Ｄ、Ｅの条件で板厚１２.０ｍｍの熱延板を作製した。得られた熱延板について、板厚１２ｍｍの熱延鋼帯が通板可能な能力を有する通板ラインでの曲げ変形を想定した曲げ試験を実施した。その結果、いずれの試料も板厚１２.０ｍｍの熱延コイルにおいて通板時のトラブルが回避される靱性・延性を有すると評価された。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、板厚５ｍｍ以上の「厚ゲージ」のＴｉ含有フェライト系ステンレス鋼熱延コイルまたは熱延焼鈍コイルであって、製造ラインでコイルを展開して通板する際に問題となる鋼帯の割れが安定して防止できる良好な靱性・延性を有するものに関する。また、そのような熱延コイルまたは熱延焼鈍コイルの製造法に関する。本明細書において「熱延コイル」とは、熱間圧延後の鋼帯が巻取られて冷却されたままのコイルをいい、「熱延焼鈍コイル」とは、熱間圧延後の鋼帯が巻取られて冷却された後に焼鈍酸洗されたコイルをいう。
【背景技術】
【０００２】
ステンレス鋼製品の用途としては冷延鋼板を素材とする用途が多いが、なかには板厚が５〜１２ｍｍといった「厚ゲージ」のステンレス鋼板を素材とする用途もある。例えば、自動車排ガス経路中の装置に用いられるフランジには耐食性・耐熱性・強度が要求されることから、ステンレス鋼の厚板が使用される。従来、製造性の良好なオーステナイト系ステンレス鋼が適用されてきたが、熱膨張係数の面および素材コストの面で有利なフェライト系ステンレス鋼への置き換えが検討されている。
【０００３】
自動車排ガス経路のフランジ用途では、耐食性・耐熱性に優れる鋼種の適用が有利となる。そのようなフェライト系鋼種としてＴｉ含有フェライト系ステンレス鋼が挙げられる。本来、フェライト系ステンレス鋼は４７５℃脆化を起こしやすく、厚ゲージの熱延コイルを製造すると、次工程の通板ライン（連続焼鈍酸洗ラインや、その準備のためにダミーテールを取り付ける巻替えラインなど）においてコイルを展開して通板したときに鋼帯に割れが生じるトラブルが発生しやすい。Ｔｉを含有するフェライト系ステンレス鋼では、熱延コイルの靱性低下が助長される場合があることから、Ｔｉ含有フェライト系ステンレス鋼の厚ゲージ熱延鋼帯を既存の大量生産設備によって製造することは非常に難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６４−５６８２２号公報
【特許文献２】特公平６−１７５１６号公報
【特許文献３】特開平８−１９９２３７号公報
【特許文献４】特許第３７０５３９１号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】岩岡昭二、大橋延夫、「高純度フェライト系ステンレス鋼量産方式の開発」、鉄と鋼、第６５年（１９７９）第１４号、ｐ.２０９７−２１０３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＴｉやＮｂを添加したフェライト系ステンレス鋼熱延材の靱性を改善する方法について、これまでに種々の方法が検討されてきた。特許文献１には熱延仕上げ温度を組成に応じて高くし、巻取後に急水冷する手法が開示されている。特許文献２には熱間圧延後に急冷し、４５０℃以下の温度で巻取る手法が開示されている。特許文献３には熱間圧延後に冷却し、板厚に応じてできるだけ低温で巻取る手法が開示されている。特許文献４にはＣ＋Ｎの含有量を靱性低下が生じにくい範囲に調整する手法が開示され、特に熱間圧延を８００℃以上で終了して少なくとも６００℃まで水冷することが好ましいと教示されている。非特許文献１には熱延終了温度を９００℃以上とし、鋼帯をただちに水槽中で水冷する手法が開示されている。
【０００７】
これらの従来技術は、ＴｉやＮｂを添加したフェライト系ステンレス鋼の熱延コイルの靱性向上に有効である。しかしながら発明者らの調査によれば、厚ゲージのＴｉ含有フェライト系ステンレス鋼の熱延コイルの場合、上記の従来技術を適用しても、コイル展開時の割れを安定して防止することは容易でないことがわかった。熱延焼鈍コイルにおいても同様である。すなわち、熱延コイルや熱延焼鈍コイルを展開する通板ラインにおいて、鋼帯に比較的大きい曲げ変形量が付与される箇所で割れが発生し問題となる場合がある。
【０００８】
本発明はこのような問題に鑑み、熱延コイルや熱延焼鈍コイルを展開して通板するラインにおいて材料割れの問題が安定して防止できるに足る靱性・延性を有する、厚ゲージのＴｉ含有フェライト系ステンレス鋼熱延コイルあるいは熱延焼鈍コイル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】
【０００９】
発明者らは詳細な検討の結果、厚ゲージのＴｉ含有フェライト系ステンレス鋼熱延コイルや熱延焼鈍コイルを展開する通板ラインでの割れを安定して防止するためには、
（i）４７５℃脆化を抑止すること、
（ii）熱延ひずみを除去すること、
が極めて有効であることを見出した。
上記（i）は従来から言われていることであるが、それだけでは厚ゲージの熱延コイルや熱延焼鈍コイルを対象とした場合の割れ防止策としては不十分であり、（ii）との相乗作用によって厚ゲージ材の割れ防止が可能となることが明らかとなった。
【００１０】
（i）の４７５℃脆化の抑止に関しては、基本的に４７５℃前後の温度域での滞在時間を短くする手法を採用することが必要であり、従来技術によってもかなりの効果が得られる。ただし、厚ゲージの熱延コイルや熱延焼鈍コイルを展開する際の曲げ変形に十分耐え得る靱性・延性を付与するためには、入念な対策が必要となる。具体的にはコイルに巻取った後の「復熱」に対する配慮が重要であることがわかった。すなわち、熱延工程で巻取ったコイルを単に水槽中で急冷するだけでは、コイル中心部の温度を十分下げることができず、水槽から取り出した後に中心部の熱によって再びコイル全体の広い範囲で温度が上昇に転じる「復熱」の現象が生じる。それによって４７５℃脆化が起きることがあるのである。復熱を防止するためには、巻取ったコイルを水槽中に１５分以上浸漬することが極めて有効である。
【００１１】
（ii）の熱延ひずみを除去するためには、できるだけ高温で巻取った後、そのコイルを直ちに水槽に浸漬するのではなく、高温の状態でしばらく保持することによって「ひずみ取り焼鈍」を実施し、その後に水槽に浸漬することが極めて効果的である。
【００１２】
これらの手法によって硬さが１８０ＨＶ以下、２５℃におけるシャルピー衝撃値が２０Ｊ／ｃｍ2以上に調整された熱延コイルを得ることができる。また、その熱延コイルを連続焼鈍酸洗ラインにて焼鈍酸洗することにより硬さが１６５ＨＶ以下、２５℃におけるシャルピー衝撃値が１５Ｊ／ｃｍ2以上に調整された熱延焼鈍コイルを得ることができる。このような熱延コイルや熱延焼鈍コイルは、厚ゲージであるにもかかわらず、そのままの状態で次工程の通板ラインにて割れを生じることなく展開することができる。
本発明はこれらの知見に基づいて完成したものである。
【００１３】
すなわち上記目的は、質量％で、Ｃ：０.０３０％以下、Ｓｉ：２.００％以下、Ｍｎ：２.００％以下、Ｐ：０.０５０％以下、Ｓ：０.０４０％以下、Ｃｒ：１０.００〜２５.００％、Ｎ：０.０３０％以下、Ｔｉ：０.０１〜０.５０％であり、必要に応じてＮｉ：２.００％以下、Ｍｏ：２.５０％以下、Ｃｕ：１.８０％以下、Ｃｏ：０.５０％以下、Ａｌ：０.５０％以下、Ｗ：１.８０％以下、Ｖ：０.３０％以下、Ｚｒ：０.２０％以下、Ｂ：０.００５０％以下、ＲＥＭ（希土類元素）：０.１００％以下、Ｃａ：０.００５０％以下の１種以上を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる組成を有し、硬さが１８０ＨＶ以下、２５℃におけるシャルピー衝撃値が２０Ｊ／ｃｍ2以上好ましくは２２.５Ｊ／ｃｍ2以上に調整されている板厚５.０〜１２.０ｍｍのＴｉ含有フェライト系ステンレス鋼熱延コイルによって達成される。また、上記組成を有し、硬さが１６５ＨＶ以下、２５℃におけるシャルピー衝撃値が１５Ｊ／ｃｍ2以上に調整された板厚５.０〜１２.０ｍｍのＴｉ含有フェライト系ステンレス鋼熱延焼鈍コイルよって達成される。
【００１４】
ここで、前記の硬さおよびシャルピー衝撃値が上記の範囲に「調整されている」とは、コイル状に巻かれた鋼帯の全長にわたって上記数値範囲内の特性を満たしていることを意味する。「鋼帯の全長」とは鋼帯の幅が一定となっている部分であり、ライン通板時に切断除去される鋼帯の長手方向両端部を除いた部分である。「硬さ」は鋼帯の表面硬さである。「シャルピー衝撃値」は２ｍｍＶノッチ衝撃試験片を用いてＪＩＳ Ｚ２２４２に従って測定された値が採用される。衝撃試験片は、その長手方向が鋼帯の圧延方向に一致し、かつハンマーの運動方向が鋼帯の幅方向となるように採取する。
【００１５】
また、そのような熱延コイルの製造法として、上記の組成を有するステンレス鋼スラブを熱間圧延して板厚５.０〜１２.０ｍｍとしたのち巻取温度５７０℃以上好ましくは７３０℃以上で巻取ってコイルとし、巻取終了時から５分以上経過後で、かつコイル最外周の表面温度が５５０℃以上である時にコイルを水中に浸漬し、当該水中で１５分以上保持するＴｉ含有フェライト系ステンレス鋼熱延コイルの製造法が提供される。さらに、上記の製造法で得られたＴｉ含有フェライト系ステンレス鋼熱延コイルに対して、連続焼鈍酸洗ラインにて焼鈍酸洗を施すＴｉ含有フェライト系ステンレス鋼熱延焼鈍コイルの製造法が提供される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、Ｔｉ含有フェライト系ステンレス鋼の厚ゲージの熱延コイルまたは熱延焼鈍コイルにおいて、靱性・延性に優れたものが提供可能となった。従来Ｔｉ含有フェライト系ステンレス鋼の厚ゲージの熱延コイルや熱延焼鈍コイルはライン通板に供することが困難であったところ、本発明に従えばそれが可能となる。したがって本発明は、自動車排ガス経路中の装置に用いられるフランジをはじめとする厚板部材の用途において、フェライト系ステンレス鋼材の普及に寄与しうる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】熱延コイルの２５℃におけるシャルピー衝撃値を熱延コイル製造条件の分類（表２）によって整理したグラフ。
【図２】熱延コイルのビッカース硬さを熱延コイル製造条件の分類（表２）によって整理したグラフ。
【図３】熱延焼鈍コイルの２５℃におけるシャルピー衝撃値を熱延コイル製造条件の分類（表２）によって整理したグラフ。
【図４】熱延焼鈍コイルのビッカース硬さを熱延コイル製造条件の分類（表２）によって整理したグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下において成分元素における「％」は特に断らない限り「質量％」を意味する。
〔化学組成〕
Ｃは、鋼を硬質化させ、靱性を低下させる要因となるので、０.０３０％以下の含有量に制限される。ただし、極度に低Ｃ化を図る必要はなく、通常、０.００１〜０.０３０％のＣ含有量とすればよい。
【００１９】
Ｓｉ、Ｍｎは、脱酸剤として有効である他、耐高温酸化性を向上させる作用を有する。特に耐高温酸化性を重視する場合には、Ｓｉについては０.０５％以上、Ｍｎについても０.０５％以上の含有量を確保することがより効果的である。ただし、これらの元素を多量に含有させると鋼の脆化を招く要因となる。種々検討の結果、Ｓｉ、Ｍｎともそれぞれ２.００％以下の含有量に制限される。それぞれ１.００％以下、あるいは０.５０％以下に管理してもよい。
【００２０】
Ｐ、Ｓは、多量に含有すると耐食性低下などの要因となりうるので、Ｐは０.０５０％以下、Ｓは０.０４０％以下に制限される。通常は、Ｐ：０.０１０〜０.０５０％、Ｓ：０.０００５〜０.０４０％の範囲とすればよい。耐食性を重視する場合はＳ含有量を０.００５％以下に制限することがより効果的である。
【００２１】
Ｃｒは、ステンレス鋼としての耐食性を確保するために重要な元素である。また、耐高温酸化性の向上にも有効である。これらの作用を発揮させるためには１０.００％以上のＣｒ含有量が必要となる。１５.００％以上、あるいは１７.００％以上のＣｒ含有量とすることがより効果的である。一方、多量にＣｒを含有させると、鋼の硬質化および靱性低下によって厚ゲージ鋼帯の製造性が難しくなる。種々検討の結果、Ｃｒ含有量は２５.００％以下に制限される。２２.００％以下、あるいは２０.００％以下に管理してもよい。
【００２２】
Ｎは、靱性を低下させる要因となるので、０.０３０％以下の含有量に制限される。ただし、極度に低Ｎ化を図る必要はなく、通常、０.００１〜０.０３０％のＮ含有量とすればよい。
【００２３】
Ｔｉは、Ｃ、Ｎを固定することによってＣｒ炭化物・窒化物の粒界偏析を抑制し、鋼の耐食性や耐高温酸化性を高く維持するうえで極めて有効な元素である。そのためには０.０１％以上のＴｉ含有が必要となる。０.０５％以上とすることがより効果的であり、０.１０％以上とすることがさらに効果的である。ただし、過剰のＴｉ含有は熱延コイルの靱性低下を助長するので好ましくない。種々検討の結果、Ｔｉ含有量は０.５０％以下に制限される。
【００２４】
Ｎｉは、腐食の進行を抑制する作用があり、必要に応じて添加することができる。その場合、０.０１％以上のＮｉ含有量を確保することがより効果的である。ただし、多量のＮｉ含有は加工性に悪影響を及ぼすことがあるので、Ｎｉを添加する場合は２.００％以下の範囲で行う必要があり、１.００％以下の範囲に管理してもよい。
【００２５】
Ｍｏは、耐食性の向上に有効な元素であり、必要に応じて添加することができる。その場合、０.０２％以上のＭｏ含有量を確保することがより効果的であり、０.５０％以上とすることが一層効果的である。ただし、多量のＭｏ含有は靱性に悪影響を及ぼすので、Ｍｏを添加する場合は２.５０％以下の範囲で行う必要があり、１.５０％以下の範囲に管理してもよい。
【００２６】
Ｃｕは、低温靱性および加工性の向上に有効な元素である。また、高温強度の向上にも有効である。そのため、必要に応じてＣｕを添加することができる。その場合、０.０２％以上のＣｕ含有量を確保することがより効果的である。ただし、多量にＣｕを添加すると加工性がむしろ低下するようになる。Ｃｕを添加する場合は１.８０％以下の範囲で行う必要があり、０.５０％以下の含有量に管理してもよい。
【００２７】
Ｃｏは、低温靭性に寄与する元素であり、必要に応じて添加することができる。その場合、０.０１０％以上のＣｏ含有量を確保することがより効果的である。ただし、過剰添加は延性低下の要因となるので、Ｃｏを添加する場合は０.５０％以下の範囲で行う。
【００２８】
Ａｌは、脱酸剤として有効な元素であり、必要に応じて添加することができる。その場合、０.００５％以上のＡｌ含有量とすることがより効果的である。ただし、多量のＡｌ含有は靱性低下の要因となるので、Ａｌを含有させる場合、Ａｌ含有量は０.５０％以下に制限され、０.２０％以下とすることがより好ましい。
【００２９】
Ｗ、Ｖは、高温強度の向上に有効な元素であり、必要に応じてこれらの１種以上を添加することができる。その場合、Ｗについては０.１０％以上、Ｖについても０.１０％以上の含有量を確保することがより効果的である。ただし、これらの元素を多量に添加すると鋼が硬質となり、鋼帯通板時の割れを招く要因となる。Ｗを添加する場合は１.８０％以下の範囲で行う必要があり、０.５０％以下の含有量に管理してもよい。Ｖを添加する場合は０.３０％以下の範囲で行う必要があり、０.１５％以下の含有量に管理してもよい。
【００３０】
Ｚｒは、Ｔｉと同様にＣを固定する作用があり、鋼の耐食性や耐高温酸化性を高く維持するうえで有効な元素である。そのため、必要に応じてＺｒを添加することができる。その場合、０.０２％以上のＺｒ含有量を確保することがより効果的である。ただし、多量のＺｒ含有は加工性を阻害する要因となるので、Ｚｒを添加する場合は０.２０％以下の範囲で行う必要があり、０.１０％以下の含有量に管理してもよい。
【００３１】
Ｂは、少量の添加によって耐食性や加工性を改善する元素であり、必要に応じてこれらの１種以上を添加することができる。その場合、０.０００１％以上のＢ含有量を確保することがより効果的である。ただし、過剰のＢ含有は熱間加工性に悪影響を及ぼすので、Ｂを添加する場合は０.００５０％以下の範囲で行う。
【００３２】
ＲＥＭ（希土類元素）、Ｃａは、耐高温酸化性の向上に有効な元素であり、必要に応じてこれらの１種以上を添加することができる。その場合、ＲＥＭは０.００１％以上、Ｃａは０.０００５％以上の含有量を確保することがより効果的である。ただし、これらの元素を多量に添加すると靱性が低下するので、ＲＥＭを添加する場合は０.１００％以下、Ｃａを添加する場合は０.００５０％以下の含有量範囲で行う。
【００３３】
〔板厚〕
上記組成のＴｉ含有フェライト系ステンレス鋼の熱延コイルや熱延焼鈍コイルの場合、板厚が５.０ｍｍ以上になると、一般的な鋼帯製造ラインにおいて通板時にロールによる曲げ変形を受けた際に割れが生じやすくなり、しばしば問題となる。一方、一般的な鋼帯製造ラインの通板能力を考慮すると、板厚が１２.０ｍｍを超えるような鋼帯を通板させることには無理がある。したがって本発明では、板厚５.０〜１２.０ｍｍの熱延コイルまたは熱延焼鈍コイルを対象とする。５.５〜９.０ｍｍの板厚に管理してもよい。
【００３４】
〔機械的性質〕
上記組成を有するＴｉ含有フェライト系ステンレス鋼の厚ゲージ熱延鋼帯をライン通板する際の割れを防止するためには、材料が良好な延性および靱性を有していることが重要となる。延性は硬さによって、また靱性は２５℃におけるシャルピー衝撃値によって評価することができる。詳細な検討の結果、熱延コイルの場合、コイル全長にわたって、硬さが１８０ＨＶ以下でかつ２５℃におけるシャルピー衝撃値が２０Ｊ／ｃｍ2以上であるとき、板厚１２.０ｍｍまで、そのまま次工程のラインに割れを発生させることなく通板させることが可能となる。２５℃におけるシャルピー衝撃値は２２.５Ｊ／ｃｍ2以上であることがより好ましい。その場合には通板条件（例えばライン速度）の自由度が拡大し、生産性の向上に繋がる。また、熱延焼鈍コイルの場合は、コイル全長にわたって、硬さが１６５ＨＶ以下でかつ２５℃におけるシャルピー衝撃値が１５Ｊ／ｃｍ2以上であるとき、板厚１２.０ｍｍまで、そのまま次工程のラインに割れを発生させることなく通板させることが可能となる。
【００３５】
〔熱延コイルの製造〕
熱間圧延は、スラブを加熱した後、抽出して、複数パスの圧下を行って板厚５.０〜１２.０ｍｍの鋼帯とし、巻取るという、一連の工程によって実施される。ただし、巻取温度を５７０℃以上とすることが重要である。それより巻取温度が低いと、巻取り後の放置時間を利用して行う「ひずみ取り焼鈍」の効果が十分に発揮されず、延性が低下する要因となる。また、巻取り後の放置時間に４７５℃脆化が生じやすい場合がある。したがって巻取温度は５７０℃以上とする必要があるが、６００℃以上とすることがより好ましい。特に７３０℃以上の高温巻取とすれば、「ひずみ取り焼鈍」の効果がより顕著に発揮され、高い靱性を一層安定して得ることができる。なお、加熱温度は例えば１１８０〜１２６０℃、仕上圧延温度（圧延最終パスのロール出側における材料表面温度）は例えば８００℃以上好ましくは９００℃以上とすればよい。
【００３６】
巻取り後には、そのコイルを直ちに水冷するのではなく、しばらくの間、放置（大気中に保持）することが必要である。その放置時間を利用して熱延ひずみを除去するための「ひずみ取り焼鈍」を実施するのである。種々検討の結果、巻取り終了後、水冷までの時間を５分以上確保することによって、熱延ひずみは効果的に除去される。ただし、あまり長時間放置すると４７５℃脆化を生じるようになる。したがって、コイル最外周の表面温度が５５０℃以上である時点で水冷を開始する。質量１０トン以上のコイルであれば、通常、巻取り温度を５７０℃以上とすることによって、放置時間を５分以上としながら、最外周の表面温度を５５０℃以上に維持することができる。小規模のコイルの場合は放置時間中の温度低下が大きくなるので、巻取り温度を例えば６００℃以上、あるいはそれより高温に設定して、放置時間を５分以上、かつ最外周の表面温度５５０℃以上の条件を満たすようにすればよい。上記放置時間は８分以上を確保することがより好ましい。
【００３７】
コイルの水冷は、水槽中の水にコイル全体を浸漬することによって行う。浸漬時間は１５分以上とすることが肝要である。それより浸漬時間が短いと、水槽から取り出した後に前述の「復熱」の現象が生じて４７５℃脆化をきたす場合がある。浸漬時間は３０分以上とすることがより好ましい。
【００３８】
〔熱延焼鈍コイルの製造〕
上記の手法に従って製造した熱延コイルは、必要に応じて巻替えラインにてダミーテールの取り付けや表面疵の手入れを行った後、連続焼鈍酸洗ラインに通板して、熱延焼鈍コイルとすることができる。連続焼鈍酸洗ラインでの焼鈍条件としては、例えば、９００〜１１００℃に加熱した後、加熱温度から４００℃までの平均冷却速度を５０℃／ｓｅｃ以上として冷却する条件が好ましい。
【実施例１】
【００３９】
表１に示す鋼を溶製して連続鋳造スラブとし、連続熱間圧延ラインにて板厚８ｍｍの熱延コイルを製造した。表１中に示す鋼はいずれも本発明で規定する化学組成を満たすものである。表２に熱延コイル製造条件を示す。熱延コイルの水冷は、水槽中の水に熱延コイルを浸漬する方法で行った。表１中には熱延コイル製造条件のうち、スラブ加熱温度、仕上圧延温度、巻取温度を具体的に記載した。
【００４０】
水槽中の水はポンプの動力により循環するようにしてあり、熱延コイル全体が常に水中に没するように適宜水が補給される。水槽浸漬を行う場合には、巻取後直ちに浸漬を開始するのではなく、５分以上の放置時間（大気に曝している時間）を設けた後、浸漬を開始した。ただし、表１のＮｏ.１９は放置時間を２分とした。また、水槽中の浸漬時間は１５分以上とした。ただし、表１のＮｏ.２０は浸漬時間を７分とした。
【００４１】
【表１】
【００４２】
【表２】
【００４３】
得られた熱延コイルの最外周部および最内周部からサンプルを採取し、それぞれのサンプルの鋼帯幅方向端部（エッジ部）付近および幅方向中央部から、シャルピー衝撃試験片および硬さ測定用試験片を切り出した。硬さ測定と２５℃におけるシャルピー衝撃試験を前述の手法にて実施した。そして、各コイルについて、最外周部および最内周部の全ての測定値の中で最も成績の悪い数値を、そのコイルの特性値（以下「評価特性値」という）として採用した。具体的には、シャルピー衝撃値については得られた測定値のうち最も小さい値を評価特性値とし、硬さについてはビッカース硬さの測定値のうち最も大きい値を評価特性値とした。これにより、例えば「復熱」が生じた場合のコイル内周部における靱性・延性低下や、コイル外周部において「ひずみ取り焼鈍」が不十分となった場合の靱性・延性低下が把握され、鋼帯全長の健全性が評価できる。
【００４４】
図１および図２に、それぞれ熱延コイルの２５℃におけるシャルピー衝撃値および硬さ（いずれも上述の評価特性値）を示す。
【００４５】
分類Ａの条件は仕上圧延終了後に特段の冷却操作を施さない一般的なフェライト系ステンレス鋼熱延コイルの製造方法に従ったものであるが、巻取温度が４７５℃脆化温度より高いことから巻取後の降温過程で４７５℃脆化が生じ、靱性（シャルピー衝撃値）の低下と硬質化が起こった。このままではライン通板に供することが困難であるため、製品化するためにはバッチ焼鈍後に急冷するといった特別な処理が必要となる。
【００４６】
分類Ｂの条件は仕上圧延終了後の鋼帯を水冷して４７５℃脆化域より低温で巻取を行ったものである。この手法は従来から４７５℃脆化を回避あるいは軽減するうえで有効であることが知られており、板厚５ｍｍ未満の一般的な熱延コイルであればそのままライン通板に供することが可能である。しかし、熱延ひずみの残留によって材料が硬質化するため、厚ゲージの熱延コイルの場合、このままではライン通板が困難である。
【００４７】
分類Ｃの条件は、分類Ｂの条件で得られたコイルを水中に浸漬して冷却したものである。この場合も熱延ひずみが残留する点は分類Ｂと同様であり、コイルの水冷は靱性・延性の向上に寄与しない。
【００４８】
これに対し、分類Ｄの条件は５７０℃以上の温度で巻取り、５分以上の放置時間を確保した後に５５０℃以上の温度域から水槽中に浸漬して１５分以上水冷したものである。５分以上の放置によって「ひずみ取り焼鈍」の効果が得られ、かつ１５分以上の水中浸漬によって「復熱」による４７５℃脆化も回避された。これによりシャルピー衝撃値２０Ｊ／ｃｍ2以上の良好な靱性および１８０ＨＶ以下の軟質化が実現されることが確認された。
【００４９】
分類Ｅの条件は、分類Ｄの条件において巻取温度を特に７３０℃以上という高温にコントロールしたものである。これによりシャルピー衝撃値２２.５Ｊ／ｃｍ2以上の一層良好な靱性が得られた。
【００５０】
分類Ｄ、Ｅの条件によって製造した熱延コイルをラインに通板して展開した後、そのラインの出側で巻取るという、巻替え実験を実施したところ、いずれの熱延コイルも通板の支障になるようなトラブルは発生しないことが確認された。
【００５１】
分類Ｄ１の条件で製造したコイルは巻取後の放置時間が短かったことから熱延ひずみの除去が不十分となり、比較的硬質な仕上がりとなった。
分類Ｄ２の条件で製造したコイルは水槽中への浸漬時間が短かったことから「復熱」が生じたとみられ、コイルの内周側で４７５℃脆化による靱性・延性の低下が観測された。
【実施例２】
【００５２】
実施例１で製造した熱延コイルを、連続焼鈍酸洗ラインに通板して熱延焼鈍コイルを得た。その焼鈍条件は、９００〜１１００℃に加熱した後、加熱温度から４００℃までの平均冷却速度を５０℃／ｓｅｃ以上として冷却する条件を満たす範囲で、種々の条件を採用した。得られた熱延焼鈍コイルについて、上記と同様にシャルピー衝撃値およびビッカース硬さの評価特性値を求めた。その結果、本発明に従う分類Ｄ、Ｅの条件によって製造した熱延コイルに由来する熱延焼鈍コイルは、いずれも、シャルピー衝撃値１５Ｊ／ｃｍ2以上かつ硬さ１６５ＨＶ以下の特性を満たすことが確認された。
【００５３】
図３に、表１のＮｏ.７（分類Ｃ）およびＮｏ.８、１０、２１（分類Ｄ）の熱延コイルを用いて種々の焼鈍条件で製造した熱延焼鈍コイルのシャルピー衝撃値（上記の評価特性値）を例示する。また、図４に、表１のＮｏ.５、６（分類Ｂ）、Ｎｏ.７（分類Ｃ）およびＮｏ.８、１０、２１（分類Ｄ）の熱延コイルを用いて種々の焼鈍条件で製造した熱延焼鈍コイルの硬さ（上記の評価特性値）を例示する。
【実施例３】
【００５４】
表１に示した発明例と同様の組成を有する種々のＴｉ含有フェライト系ステンレス鋼をラボ溶製し、大量生産ラインでの熱延コイル製造条件を想定した上記分類Ｄ、Ｅの条件で板厚１２.０ｍｍの熱延板を作製した。得られた熱延板について、板厚１２ｍｍの熱延鋼帯が通板可能な能力を有する通板ラインでの曲げ変形を想定した曲げ試験を実施した。その結果、いずれの試料も板厚１２.０ｍｍの熱延コイルにおいて通板時のトラブルが回避される靱性・延性を有すると評価された。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０.０３０％以下、Ｓｉ：２.００％以下、Ｍｎ：２.００％以下、Ｐ：０.０５０％以下、Ｓ：０.０４０％以下、Ｃｒ：１０.００〜２５.００％、Ｎ：０.０３０％以下、Ｔｉ：０.０１〜０.５０％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる組成を有し、硬さが１８０ＨＶ以下、２５℃におけるシャルピー衝撃値が２０Ｊ／ｃｍ2以上に調整されている板厚５.０〜１２.０ｍｍのＴｉ含有フェライト系ステンレス鋼熱延コイル。
【請求項２】
さらに、Ｎｉ：２.００％以下、Ｍｏ：２.５０％以下、Ｃｕ：１.８０％以下、Ｃｏ：０.５０％以下、Ａｌ：０.５０％以下、Ｗ：１.８０％以下、Ｖ：０.３０％以下、Ｚｒ：０.２０％以下、Ｂ：０.００５０％以下、ＲＥＭ（希土類元素）：０.１００％以下、Ｃａ：０.００５０％以下の１種以上を含有する組成を有する請求項１に記載のＴｉ含有フェライト系ステンレス鋼熱延コイル。
【請求項３】
２５℃におけるシャルピー衝撃値が２２.５Ｊ／ｃｍ2以上に調整されている請求項１または２に記載のＴｉ含有フェライト系ステンレス鋼熱延コイル。
【請求項４】
質量％で、Ｃ：０.０３０％以下、Ｓｉ：２.００％以下、Ｍｎ：２.００％以下、Ｐ：０.０５０％以下、Ｓ：０.０４０％以下、Ｃｒ：１０.００〜２５.００％、Ｎ：０.０３０％以下、Ｔｉ：０.０１〜０.５０％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる組成を有し、硬さが１６５ＨＶ以下、２５℃におけるシャルピー衝撃値が１５Ｊ／ｃｍ2以上に調整されている板厚５.０〜１２.０ｍｍのＴｉ含有フェライト系ステンレス鋼熱延焼鈍コイル。
【請求項５】
さらに、Ｎｉ：２.００％以下、Ｍｏ：２.５０％以下、Ｃｕ：１.８０％以下、Ｃｏ：０.５０％以下、Ａｌ：０.５０％以下、Ｗ：１.８０％以下、Ｖ：０.３０％以下、Ｚｒ：０.２０％以下、Ｂ：０.００５０％以下、ＲＥＭ（希土類元素）：０.１００％以下、Ｃａ：０.００５０％以下の１種以上を含有する組成を有する請求項４に記載のＴｉ含有フェライト系ステンレス鋼熱延焼鈍コイル。
【請求項６】
質量％で、Ｃ：０.０３０％以下、Ｓｉ：２.００％以下、Ｍｎ：２.００％以下、Ｐ：０.０５０％以下、Ｓ：０.０４０％以下、Ｃｒ：１０.００〜２５.００％、Ｎ：０.０３０％以下、Ｔｉ：０.０１〜０.５０％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる組成のステンレス鋼スラブを熱間圧延して板厚５.０〜１２.０ｍｍとしたのち巻取温度５７０℃以上で巻取ってコイルとし、巻取終了時から５分以上経過後で、かつコイル最外周の表面温度が５５０℃以上である時にコイルを水中に浸漬し、当該水中で１５分以上保持するＴｉ含有フェライト系ステンレス鋼熱延コイルの製造法。
【請求項７】
ステンレス鋼スラブが、さらに、Ｎｉ：２.００％以下、Ｍｏ：２.５０％以下、Ｃｕ：１.８０％以下、Ｃｏ：０.５０％以下、Ａｌ：０.５０％以下、Ｗ：１.８０％以下、Ｖ：０.３０％以下、Ｚｒ：０.２０％以下、Ｂ：０.００５０％以下、ＲＥＭ（希土類元素）：０.１００％以下、Ｃａ：０.００５０％以下の１種以上を含有する組成を有するものである請求項６に記載のＴｉ含有フェライト系ステンレス鋼熱延コイルの製造法。
【請求項８】
巻取温度を７３０℃以上とする請求項６または７に記載のＴｉ含有フェライト系ステンレス鋼熱延コイルの製造法。
【請求項９】
請求項６〜８のいずれかに記載の製造法で得られたＴｉ含有フェライト系ステンレス鋼熱延コイルに対して、連続焼鈍酸洗ラインにて焼鈍酸洗を施すＴｉ含有フェライト系ステンレス鋼熱延焼鈍コイルの製造法。
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０.０３０％以下、Ｓｉ：２.００％以下、Ｍｎ：２.００％以下、Ｐ：０.０５０％以下、Ｓ：０.０４０％以下、Ｃｒ：１０.００〜２５.００％、Ｎ：０.０３０％以下、Ｔｉ：０.０１〜０.５０％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる組成を有し、硬さが１８０ＨＶ以下、２５℃におけるシャルピー衝撃値が２０Ｊ／ｃｍ2以上に調整されている板厚５.０〜１２.０ｍｍのＴｉ含有フェライト系ステンレス鋼熱延コイル。
【請求項２】
さらに、Ｎｉ：２.００％以下、Ｍｏ：２.５０％以下、Ｃｕ：１.８０％以下、Ｃｏ：０.５０％以下、Ａｌ：０.５０％以下、Ｗ：１.８０％以下、Ｖ：０.３０％以下、Ｚｒ：０.２０％以下、Ｂ：０.００５０％以下、ＲＥＭ（希土類元素）：０.１００％以下、Ｃａ：０.００５０％以下の１種以上を含有する組成を有する請求項１に記載のＴｉ含有フェライト系ステンレス鋼熱延コイル。
【請求項３】
２５℃におけるシャルピー衝撃値が２２.５Ｊ／ｃｍ2以上に調整されている請求項１または２に記載のＴｉ含有フェライト系ステンレス鋼熱延コイル。
【請求項４】
質量％で、Ｃ：０.０３０％以下、Ｓｉ：２.００％以下、Ｍｎ：２.００％以下、Ｐ：０.０５０％以下、Ｓ：０.０４０％以下、Ｃｒ：１０.００〜２５.００％、Ｎ：０.０３０％以下、Ｔｉ：０.０１〜０.５０％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる組成を有し、硬さが１６５ＨＶ以下、２５℃におけるシャルピー衝撃値が１５Ｊ／ｃｍ2以上に調整されている板厚５.０〜１２.０ｍｍのＴｉ含有フェライト系ステンレス鋼熱延焼鈍コイル。
【請求項５】
さらに、Ｎｉ：２.００％以下、Ｍｏ：２.５０％以下、Ｃｕ：１.８０％以下、Ｃｏ：０.５０％以下、Ａｌ：０.５０％以下、Ｗ：１.８０％以下、Ｖ：０.３０％以下、Ｚｒ：０.２０％以下、Ｂ：０.００５０％以下、ＲＥＭ（希土類元素）：０.１００％以下、Ｃａ：０.００５０％以下の１種以上を含有する組成を有する請求項４に記載のＴｉ含有フェライト系ステンレス鋼熱延焼鈍コイル。
【請求項６】
質量％で、Ｃ：０.０３０％以下、Ｓｉ：２.００％以下、Ｍｎ：２.００％以下、Ｐ：０.０５０％以下、Ｓ：０.０４０％以下、Ｃｒ：１０.００〜２５.００％、Ｎ：０.０３０％以下、Ｔｉ：０.０１〜０.５０％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる組成のステンレス鋼スラブを熱間圧延して板厚５.０〜１２.０ｍｍとしたのち巻取温度５７０℃以上で巻取ってコイルとし、巻取終了時から５分以上経過後で、かつコイル最外周の表面温度が５５０℃以上である時にコイルを水中に浸漬し、当該水中で１５分以上保持するＴｉ含有フェライト系ステンレス鋼熱延コイルの製造法。
【請求項７】
ステンレス鋼スラブが、さらに、Ｎｉ：２.００％以下、Ｍｏ：２.５０％以下、Ｃｕ：１.８０％以下、Ｃｏ：０.５０％以下、Ａｌ：０.５０％以下、Ｗ：１.８０％以下、Ｖ：０.３０％以下、Ｚｒ：０.２０％以下、Ｂ：０.００５０％以下、ＲＥＭ（希土類元素）：０.１００％以下、Ｃａ：０.００５０％以下の１種以上を含有する組成を有するものである請求項６に記載のＴｉ含有フェライト系ステンレス鋼熱延コイルの製造法。
【請求項８】
巻取温度を７３０℃以上とする請求項６または７に記載のＴｉ含有フェライト系ステンレス鋼熱延コイルの製造法。
【請求項９】
請求項６〜８のいずれかに記載の製造法で得られたＴｉ含有フェライト系ステンレス鋼熱延コイルに対して、連続焼鈍酸洗ラインにて焼鈍酸洗を施すＴｉ含有フェライト系ステンレス鋼熱延焼鈍コイルの製造法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１４０６８７（Ｐ２０１２−１４０６８７Ａ）
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８５５（Ｐ２０１１−８５５）
【出願日】平成２３年１月５日（２０１１．１．５）
【出願人】（０００００４５８１）日新製鋼株式会社 (1,178)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月５日（２０１１．１．５）
【出願人】（０００００４５８１）日新製鋼株式会社 (1,178)
【Ｆターム（参考）】
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