JP2001081535A - 成形性および熱間加工性に優れたプレス成形用オーステナイト系ステンレス鋼および鋼板 - Google Patents
成形性および熱間加工性に優れたプレス成形用オーステナイト系ステンレス鋼および鋼板Info
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Abstract
張出し性と深絞り性を具備するオーステナイト系ステン
レス鋼素材を提供する。 【解決手段】 質量%で、C:0.02〜0.07%未満,Si:
0.7〜1.8%,好ましくは1.0超え〜1.7%,さらに好まし
くは1.1〜1.6%,Mn:0.1〜2.5%,Ni:6.5〜8.5%,C
r:12.0〜18.0%,Cu:1.0〜4.0%,Al:0.1〜0.8%,
N:0.03%以下,B:0〜0.010%であり、残部がFeおよび
不可避的不純物からなり、Al+0.5Si≦1.125を満たし、
かつMd30x=775−1390C−684N−6.98Cr−59.5Ni−8.03S
i−52.1Mn−31.4Cu+26.4Alで定義されるMd30x値が−20
〜30,好ましくは−5〜20,さらに好ましくは0〜15とな
る化学組成を有する、成形性および熱間加工性に優れた
プレス成形用オーステナイト系ステンレス鋼。
Description
加工性に優れたプレス成形用オーステナイト系ステンレ
ス鋼並びにその鋼を用いたプレス成形用鋼板に関するも
のである。
ト系ステンレス鋼は、加工歪みを加えることによってオ
ーステナイト相の一部がマルテンサイト相(α')に変態
する。この変態挙動が材料の機械的性質や成形性に大き
な影響を及ぼすことが知られており、特にこの変態に起
因して成形性や延性が向上する現象は変態誘起塑性(TR
IP)と呼ばれる。この現象を利用してオーステナイト系
ステンレス鋼の加工性を改善する研究が種々行われ、合
金成分を調整しα'生成量を制御することにより種々の
高加工性オーステナイト系ステンレス鋼が開発されてき
た。
によって深絞り性を改善したオーステナイト系ステンレ
ス鋼が開示されている。特公平1−40102号にはAlとCuを
複合添加しSiを低減した深絞り性の良好なオーステナイ
ト系ステンレス鋼が開示されている。特開平8−269633
号,特開平8−269634号にはAl,CuおよびMoの複合添加
により耐時期割れ性や耐食性を改善した高深絞り性オー
ステナイト系ステンレス鋼が開示されている。また、特
開平10−102210号にはAlとCuを複合添加したうえNi当量
を規定することにより深絞り性をさらに改善したオース
テナイト系ステンレス鋼が開示されている。
用途拡大や製品の高意匠化等によって、プレス成形品に
は一層加工の厳しい複雑な形状が求められるようになっ
た。このため、従来の高加工性ステンレス鋼でも要求ど
おりの形状に加工できない場合が少なくない。例えば、
特開平10−102210号に開示のオーステナイト系ステンレ
ス鋼は、確かに高い深絞り性を有するものであるが、複
雑形状の加工に適用した場合、必ずしも満足できる優れ
た加工性を示すとは限らない。種々検討の結果、プレス
成形によって複雑形状の物品を作る場合、「深絞り性」
だけでなく、「張出し性」が非常に重要であることがわ
かった。
レス成形性を評価する代表的な特性であることは周知で
あり、張出し性の試験方法としてエリクセン試験がJIS
Z 2247に規定されている。ところが、現実の高加工性オ
ーステナイト系ステンレス鋼は深絞り性の向上を重視し
て開発されたものが多く、それらは意外に複雑形状のプ
レス成形に耐え得る張出し性を充分具備しているとは限
らないことがわかった。つまり、高加工性オーステナイ
ト系ステンレス鋼の張出し性に関しては、未だ検討の余
地が残っていると言える。
深絞り性を示すとともに、高いレベルの張出し性を安定
して発現するオーステナイト系ステンレス鋼、およびそ
の鋼からなる成形用鋼板を提供することを目的とする。
また、その鋼の成分設計においては、高価なMoを含有さ
せないこと,熱間加工性を劣化させないこと,および給
湯機器・温水機器・厨房機器等の高温となる部位で高い
耐応力腐食割れ性・耐隙間腐食性を呈することに配慮す
る。
結果、Cu,Si,Alを複合添加したオーステナイト系ステ
ンレス鋼において、上記目的を達成し得る組成範囲が存
在することを見出した。すなわち、上記目的を達成する
ために、請求項1の発明は、質量%で、C:0.02〜0.07
%未満,Si:0.7〜1.8%,Mn:0.1〜2.5%,Ni:6.5〜
8.5%,Cr:12.0〜18.0%,Cu:1.0〜4.0%,Al:0.1〜
0.8%,N:0.03%以下,B:0〜0.010%(無添加を含
む)であり、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、
Al+0.5Si≦1.125を満たし、かつ下記(1)式で定義され
るMd30x値が−20〜30となる化学組成を有する、成形性
および熱間加工性に優れたプレス成形用オーステナイト
系ステンレス鋼である。 Md30x=775−1390C−684N−6.98Cr−59.5Ni−8.03Si−52.1Mn−31.4Cu+26.4A l ・・(1) ここで、B含有量の0%とはBを添加しない場合を意味す
る。
て、特にMd30x値が−5〜20となる点を規定したものであ
る。請求項3の発明は、請求項1の発明において、特に
Md30x値が0〜15となる点を規定したものである。
おいて、特にSi含有量が1.0超え〜1.7%である点を規定
したものである。請求項5の発明は、請求項1〜3の発
明において、特にSi含有量が1.1〜1.6%である点を規定
したものである。
おいて、特にBを0.001〜0.010%の範囲で含有する点を
規定したものである。
0.07%未満,Si:1.0超え〜1.7%,Mn:0.1〜2.5%,N
i:6.5〜8.5%,Cr:12.0〜18.0%,Cu:1.0〜4.0%,A
l:0.1〜0.8%,N:0.03%以下,B:0〜0.010%(無添
加を含む)であり、残部がFeおよび不可避的不純物から
なり、Al+0.5Si≦1.125を満たし、かつ前記(1)式で定
義されるMd30x値が−5〜20となる化学組成を有し、15.2
以上のエリクセン値を呈する成形性に優れたプレス成形
用オーステナイト系ステンレス鋼板である。ここで、エ
リクセン値は、JIS Z 2247に規定される「エリクセン試
験B法」により、2号試験片を用いて測定したものをい
う。
て、特にSi含有量が1.1〜1.6%、Md30x値が0〜15であ
り、15.5以上のエリクセン値を呈する点を規定したもの
である。
おいて、特にBを0.001〜0.010%の範囲で含有する点を
規定したものである。
系ステンレス鋼の成分限定理由を説明する。Cは、強力
なオーステナイト生成元素であり、加工誘起マルテンサ
イト相の強度を高め、深絞り性および張出し性の向上に
有効である。このため0.02質量%以上含有させる。ただ
し、耐時期割れ性を確保するためにC含有量の上限は0.0
7質量%未満に制限する。この上限の規定は鋭敏化を防
止して耐食性を確保するうえでも有効である。より好ま
しいC含有量の範囲は0.02〜0.05質量%である。
出し性をコントロールするうえで極めて重要な成分元素
であることがわかった。後述の図4に示されるように、
Md30x値を狭い範囲に調整したものにおいて、エリクセ
ン値はSi含有量に大きく依存し、しかもピークを有する
のである。Siを0.7〜1.8質量%の範囲で含有させると1
5.0以上といった高いエリクセン値が確保される。Si含
有量を1.0超え〜1.7質量%の範囲とすれば、さらに高い
15.2以上のエリクセン値を得ることが可能となる。Si含
有量を1.1〜1.6%の非常に狭い範囲に調整すれば、ほぼ
ピークに相当する最高レベルの張出し性が安定して実現
でき、15.5以上のエリクセン値を得ることが可能とな
る。このように、Si含有量をエリクセン値のピーク付近
の狭い範囲に規定することにより、素材の張出し性が最
も良好に発揮される状態でオーステナイト系ステンレス
鋼を使用することができ、複雑形状の成形加工用途に対
しても一層信頼性の高い材料が提供できるのである。
させる元素として重要である。ただし、あまり多量に含
有させるとδフェライトが生成し易くなって熱間加工性
を損なう。この意味からもSi含有量は0.7〜1.8質量%の
範囲とするのが良く、1.0超え〜1.7質量%の範囲が一層
好ましい。なお、一般的にSi含有量が1.0質量%以上と
もなると耐時期割れ性が懸念されるところであるが、本
発明ではC含有量,N含有量を低減させることでこの問題
を解消している。
誘起マルテンサイト相の生成を抑制することでマルテン
サイト変態量の適正化に寄与する。この作用を発揮させ
るために0.1質量%以上含有させる。一方、Mnの過剰な
含有はオーステナイト相を過度に安定化させ、却って成
形性を阻害する。このためMn含有量の上限は2.5質量%
とする。より好ましいMn含有量の範囲は1.0〜2.0質量%
である。
化し、加工誘起マルテンサイト相の生成を抑制する作用
を呈する。δフェライトの生成抑制にも寄与する。ただ
しNiは高価であるため多量の添加は好ましくない。これ
らを考慮してNi含有量は6.5〜8.5質量%に規定する。
以上の含有が必要である。多量に含有させるとδフェラ
イトが生じ易くなり熱間加工性を損なうので、Cr含有量
の上限は18.0質量%とする。
化に寄与し、深絞り性・張出し性を向上させる重要な元
素である。ただし、あまり多量に含有させると熱間加工
性を害する。これらを考慮してCu含有量は1.0〜4.0質量
%に規定する。より好ましいCu含有量の範囲は1.5〜3.5
質量%である。
ことは知られているが、Siとの複合添加によって張出し
性を含めた総合的なプレス成形性を顕著に高めることが
わかった。また、Siと同様、Alは耐応力腐食割れ性を向
上させる。一方、多量に含有させるとδフェライトが生
じ易くなり熱間加工性を損なう。これらを考慮してAl含
有量は0.1〜0.8質量%に規定する。より好ましいAl含有
量の範囲は0.2〜0.5質量%である。
し、加工誘起マルテンサイト相の強度を高め、深絞り性
および張出し性の向上に有効である。ただし、多量に含
有させると耐時期割れ性を劣化させ、加工性も低下する
ので、N含有量の上限は0.03質量%に制限する。より好
ましいN含有量の範囲は0.005〜0.02質量%である。
の熱間加工性はSUS304に比べ劣化し易い。そこで、後述
のようにBを添加する手段が有効になるが、発明者らの
研究によれば、Bを添加しなくても、Al量とSi量の適正
化によって通常の熱延条件であれば耳割れのない熱延鋼
帯を製造できることがわかった。後述の図5に示される
ように、質量%で「Al+0.5Si≧1.125」となる範囲で耳
割れが生じない。
効果がある。上記のように「Al+0.5Si≧1.125」の規定
を満たせば、通常の熱延条件では耳割れのない熱延鋼帯
が得られる。しかし、実際の熱延現場では熱延温度が低
下したり通常より強圧下のパスを組み込む必要が生じる
場合もある。そのような場合に「Al+0.5Si≧1.125」の
規定に加え、Bを添加する手段を併用することにより、
耳割れの発生を最小限にくい止めることができるのであ
る。そのためには、Bを0.001質量%以上含有させること
が望ましい。ただし、多量に含有させると低融点化合物
を生成して逆に熱間加工性が低下する。このためBを添
加する場合は、0.010質量%以下の含有量としなくては
ならない。
で目的とするプレス成形性を評価するのに適したオース
テナイト安定度の指標である。後述の図2に示されるよ
うに、Si含有量が同一レベルの鋼において、エリクセン
値はMd30x値に大きく依存し、しかもピークを有する。M
d30x値を−20〜30の範囲に調整すると、Si含有量が本発
明規定範囲のもの(高Si材)で15.0以上の高いエリクセ
ン値が確保される。Md30x値を−5〜20の範囲に調整すれ
ば、さらに高い15.2以上のエリクセン値を得ることが可
能となる。Md30x値を0〜15の非常に狭い範囲に調整すれ
ば、ほぼピークに相当する最高レベルの張出し性が安定
して実現でき、15.5以上のエリクセン値を得ることが可
能となる。
ステナイト系ステンレス鋼にSiおよびAlを複合添加する
と、それぞれの元素を単独で添加するよりも一層顕著に
成形性が向上することが明らかとなった。その成形性向
上のメカニズムについては現時点では不明な点が多い。
ただ、Si含有量とMd30x値をそれぞれ上記の範囲に調整
する本発明の特徴的な規定は、素材の張出し性が最も良
好に発揮される狭い化学組成範囲を特定するものであ
り、このようにしてオーステナイト系ステンレス鋼の成
形性を複雑形状の製品に安定して対応し得る高いレベル
に維持する手法は、従来知られていなかった成形性改善
手法である。
のスラブを作製し、熱間圧延で板厚3.5mmの熱延板とし
た。その後、焼鈍・冷間圧延を繰り返して最終的に板厚
0.7mmの冷延焼鈍板とし、これから各試験片を作製し
た。
したオーステナイト系ステンレス鋼である。表1中の
「高Si材」はSi含有量が1.1〜1.5質量%レベルのもので
あり、「低Si材」はSi含有量が約0.5質量%レベルのも
のである。図1に、これらの試料の引張試験における伸
びをMd30xで整理した結果を示す。伸びは、Md30x=10付
近で最大になることがわかる。Md30xが−20〜30の範囲
では、Cu,Si,Al複合添加鋼は低Si材・高Si材いずれ
も、既存のSUS304より大きい伸びを示す。
すMd30x値の影響を示す。ここでエリクセン試験は、JIS
Z 2247に規定される「エリクセン試験B法」により、
2号試験片を用いて行った。Md30x値が同程度の場合、
高Si材の方が低Si材より高いエリクセン値を示すことが
わかる。また、高Si材・低Si材とも、エリクセン値はMd
30x値に依存して変化し、Md30x=10付近で最大となるピ
ークを有する。Md30x値をこのピークに近付けるように
鋼組成を調整することにより、各Siレベルにおいて最も
優れた張出し性を実現できることがわかる。特に高Si材
においては、Md30x値を−20〜30の範囲に調整すると、1
5.0以上の高いエリクセン値が確保され、またMd30x値を
−5〜20の範囲に調整すれば、15.2以上のエリクセン値
を得ることが可能となり、さらにMd30x値を0〜15の非常
に狭い範囲に調整すれば、ほぼピークに相当する最高レ
ベルの張出し性が安定して実現でき、15.5以上のエリク
セン値を得ることが可能となることがわかる。
ぼすMd30x値の影響を示す。ここで成形カップ高さは、
絞り比2.15の深絞り試験を行って絞り抜いたカップの、
カップ部の高さ(mm)を表し、この値が大きいほど成形
できる高さが大きいので、深絞り性に優れることを意味
する。図3の結果から、前記の張出し性と同様、深絞り
性もMd30x値に依存して変化し、Md30x=10付近で最大と
なるピークを有することがわかる。このことから、本発
明の規定にしたがって高い張出し性を実現させた材料
は、同時に優れた深絞り性も具備するものであると言う
ことができる。エリクセン値が15.2以上、さらには15.5
以上となる本発明のプレス成形用鋼板は、深絞り性と張
出し性を高レベルで具備していることから、複雑形状の
成形加工に充分に対応し得るものである。
い0〜15の範囲)の鋼においてSi含有量を変化させた試
料を示してある。図4に、表2の試料のエリクセン値に
及ぼすSi含有量の影響を示す。エリクセン値はSi含有量
に大きく依存し、Si含有量が1.5質量%付近でピークと
なることがわかる。また、Si含有量がこのピークを超え
て多くなるとエリクセン値は急激に低下することがわか
る。Md30x値が最も望ましい0〜15の範囲に調整されてい
る場合、Siを0.7〜1.8質量%の範囲で含有させると15.0
以上のエリクセン値が確保される。Si含有量を1.0超え
〜1.7質量%の範囲とすれば15.2以上のエリクセン値を
得ることが可能となり、さらにSi含有量を1.1〜1.6%の
非常に狭い範囲に調整すれば、ほぼピークに相当する最
高レベルの張出し性が実現でき、15.5以上のエリクセン
値を得ることが可能となることがわかる。
させた試料を示してある。表3中、D1〜D7は「Al+0.5S
i」の値が1.125以下のもの、E2〜E6は同1.125を超える
ものである。これらの試料について、30mm厚スラブを12
30℃で抽出して板厚3.5mmまで中間加熱なしで熱間圧延
し、得られた熱延板について耳割れの有無を調べた。そ
の結果を図5に示す。Al+0.5Si=1.125を境に耳割れの
発生状況が変わることがわかる。すなわち、上記のよう
な通常の熱延条件では、Bを添加しなくても、「Al+0.5
Si≦1.125」を満たすように化学組成を調整することで
良好な熱延板が得れることが確認された。
力腐食割れ試験を実施した。試験は、冷延焼鈍板から31
×29mmおよび16×14mmの小片を切り出し、これらを重ね
て中央部分をスポット溶接した試験片を作製し、60℃の
50ppmCl-水溶液に浸漬する方法で行った。試験後、試料
B2,および304の溶接部周辺に割れが発生していた。発
明鋼である試料A3には割れは認められず、耐応力腐食割
れ性に優れることが確認された。
利用する高加工性準安定オーステナイト系ステンレス鋼
において、複雑形状の製品へのプレス成形性の向上を意
図した場合、深絞り性だけでなく、むしろ張出し性を高
レベルで具備していることが極めて重要であることを知
見した。そして、素材の張出し性が最も高い状態で発揮
される、従来知られていなかった組成範囲を明らかに
し、本発明を完成するに至った。したがって本発明は、
昨今のプレス成形の高い要求に応え得る、信頼性の高い
オーステナイト系ステンレス鋼素材を提供するものであ
る。
る材料の伸びの関係を示すグラフである。
の関係を示すグラフである。
(絞り比2.15)における成形カップ高さの関係を示すグ
ラフである。
ある。
よびAl含有量の影響を示すグラフである。
Claims (9)
- 【請求項1】 質量%で、C:0.02〜0.07%未満,Si:
0.7〜1.8%,Mn:0.1〜2.5%,Ni:6.5〜8.5%,Cr:1
2.0〜18.0%,Cu:1.0〜4.0%,Al:0.1〜0.8%,N:0.
03%以下,B:0〜0.010%(無添加を含む)であり、残
部がFeおよび不可避的不純物からなり、Al+0.5Si≦1.1
25を満たし、かつ下記(1)式で定義されるMd30x値が−20
〜30となる化学組成を有する、成形性および熱間加工性
に優れたプレス成形用オーステナイト系ステンレス鋼。 Md30x=775−1390C−684N−6.98Cr−59.5Ni−8.03Si−52.1Mn−31.4Cu+26.4A l ・・(1) - 【請求項2】 Md30x値が−5〜20となる請求項1に記載
の鋼。 - 【請求項3】 Md30x値が0〜15となる請求項1に記載の
鋼。 - 【請求項4】 Si含有量が1.0超え〜1.7%である請求項
1〜3に記載の鋼。 - 【請求項5】 Si含有量が1.1〜1.6%である請求項1〜
3に記載の鋼。 - 【請求項6】 Bを0.001〜0.010%の範囲で含有する請
求項1〜5に記載の鋼。 - 【請求項7】 質量%で、C:0.02〜0.07%未満,Si:
1.0超え〜1.7%,Mn:0.1〜2.5%,Ni:6.5〜8.5%,C
r:12.0〜18.0%,Cu:1.0〜4.0%,Al:0.1〜0.8%,
N:0.03%以下,B:0〜0.010%(無添加を含む)であ
り、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、Al+0.5S
i≦1.125を満たし、かつ下記(1)式で定義されるMd30x値
が−5〜20となる化学組成を有し、15.2以上のエリクセ
ン値を呈する成形性に優れたプレス成形用オーステナイ
ト系ステンレス鋼板。 Md30x=775−1390C−684N−6.98Cr−59.5Ni−8.03Si−52.1Mn−31.4Cu+26.4A l ・・(1) - 【請求項8】 Si含有量が1.1〜1.6%、Md30x値が0〜15
であり、15.5以上のエリクセン値を呈する請求項7に記
載の鋼板。 - 【請求項9】 Bを0.001〜0.010%の範囲で含有する請
求項7〜8に記載の鋼板。
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---|---|---|---|
JP26194499A JP4173609B2 (ja) | 1999-09-16 | 1999-09-16 | 成形性および熱間加工性に優れたプレス成形用オーステナイト系ステンレス鋼および鋼板 |
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JP2001081535A true JP2001081535A (ja) | 2001-03-27 |
JP4173609B2 JP4173609B2 (ja) | 2008-10-29 |
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ID=17368853
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JP26194499A Expired - Lifetime JP4173609B2 (ja) | 1999-09-16 | 1999-09-16 | 成形性および熱間加工性に優れたプレス成形用オーステナイト系ステンレス鋼および鋼板 |
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