JP3289980B2 - Method for producing high-strength austenitic stainless steel with excellent toughness - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は，耐食性と共に高い強度
および靭性が要求される部材や部品, 例えば板ばね, コ
イルばね，Ｓi単結晶ウエハー作成用のブレード板 (Ｉ
Ｄブレード)や自動車等のエンジンを構成する金属ガス
ケット等の素材に最適なステンレス鋼の製造方法に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a member or a component requiring high strength and toughness as well as corrosion resistance, such as a leaf spring, a coil spring, and a blade plate (I) for producing a Si single crystal wafer.
The present invention relates to a method for producing stainless steel, which is most suitable for a material such as a metal gasket constituting an engine of an automobile or the like.

【０００２】[0002]

【従来の技術】従来より，前記のような部材や部品をス
テンレス鋼で製造する場合には，マルテンサイト系ステ
ンレス鋼，加工硬化型ステンレス鋼または析出硬化型ス
テンレス鋼が使用されてきた。2. Description of the Related Art Conventionally, when the above-mentioned members and parts are manufactured from stainless steel, martensitic stainless steel, work hardening stainless steel or precipitation hardening stainless steel has been used.

【０００３】マルテンサイト系ステンレス鋼は，高温の
オーステナイト状態から急冷してマルテンサイト変態さ
せることで硬化させるもので，SUS410, SUS420J2などの
鋼種がこれに相当する。これらの鋼は焼入れ−焼戻しの
熱処理により高い強度と靭性が得られる。しかし，製品
が極薄のものであれば，焼入れ処理の際に熱ひずみによ
って変形するので，目的の形状のものを作成するのが困
難である。[0003] Martensitic stainless steel is hardened by rapidly cooling from a high-temperature austenite state and transforming it into martensite, and corresponds to steel types such as SUS410 and SUS420J2. These steels can obtain high strength and toughness by quenching-tempering heat treatment. However, if the product is extremely thin, it will be deformed by thermal strain during the quenching process, and it is difficult to produce a product having a desired shape.

【０００４】このため，そのような用途には加工硬化型
オーステナイト系ステンレス鋼が通常使用される。これ
らはSUS301, SUS304に代表され，溶体化処理状態でオー
ステナイト相を呈し, その後の冷間加工で加工誘起マル
テンサイトを生成させて，高強度を得ようとするもので
ある。その強度は冷間加工量やマルテンサイト量に依存
するが，冷間加工のみで強度を調節するのは非常に困難
であり, また冷間圧延率を著しく大きくすると材料の異
方性が増し, 靭性が低下する。[0004] For this reason, work-hardening austenitic stainless steel is usually used for such applications. These are typified by SUS301 and SUS304, which exhibit an austenitic phase in the solution treatment state, and form a work-induced martensite in the subsequent cold working to obtain high strength. The strength depends on the amount of cold work and the amount of martensite, but it is very difficult to adjust the strength only by cold work, and if the cold rolling reduction is significantly increased, the anisotropy of the material increases, The toughness decreases.

【０００５】析出硬化型ステンレス鋼は，析出硬化能の
高い元素を添加して時効処理により硬化させるものであ
り，Ｃuを添加したSUS630とＡlを添加したSUS631が代表
的である。[0005] Precipitation hardening type stainless steels are hardened by aging treatment by adding an element having high precipitation hardening ability, and SUS630 to which Cu is added and SUS631 to which Al is added are typical.

【０００６】これらのうち，SUS630は溶体化処理後マル
テンサイト単相であり，その後時効処理により硬化させ
たものであり，引張強さはせいぜい1400N/mm²程度であ
る。[0006] Of these, SUS630 is solution heat treatment after the martensitic single phase, which was cured by the subsequent aging treatment, the tensile strength is at most 1400 N / mm ² approximately.

【０００７】一方，SUS631は溶体化処理後準安定オース
テナイト相であり，冷間加工などの前処理でオーステナ
イトの一部をマルテンサイト相に変化させ，その後時効
処理することにより, 金属間化合物Ｎi₃Ａlを析出させ
て硬化させるものである。すなわち，加工誘起マルテン
サイトによる硬化と時効硬化を併せて利用することによ
り高強度を得ようとするものであり，かなり高強度のも
のが得られる。例えば積極的に加工誘起マルテンサイト
相を生成させることにより，この系統のものでは引張強
さ1800N/mm²まで強度を上昇させることが可能である。[0007] On the other hand, SUS631 is a metastable austenite phase after solution treatment, and a part of austenite is changed to a martensite phase by pretreatment such as cold working, and then aging treatment is performed to obtain an intermetallic compound Ni _3. Al is precipitated and hardened. That is, high strength is intended to be obtained by utilizing both the hardening by the work-induced martensite and the age hardening, and a considerably high strength can be obtained. For example, by actively forming a work-induced martensite phase, it is possible to increase the tensile strength of this system to 1800 N / mm ² .

【０００８】かような時効処理による強度上昇を利用し
て上記の鋼種よりもさらに高強度のステンレス鋼も開発
されている。例えば特開昭61-295356号公報や特開平4-1
47946号公報には，Ｓiを含有した準安定オーステナイト
系に適度の冷間加工を施して加工誘起マルテンサイトと
オーステナイト相の２相組織とし，その後の時効処理で
引張強さ2000N/mm², ビッカース硬さ580を得たステンレ
ス鋼が記載されている。しかし，時効前の強加工や多量
のマルテンサイト相の存在により靭性低下をもたらす。[0008] Utilizing the strength increase due to such aging treatment, a stainless steel having higher strength than the above-mentioned steel types has been developed. For example, JP-A-61-295356 and JP-A-4-14-1
No. 47946 discloses that a metastable austenitic system containing Si is subjected to appropriate cold working to form a two-phase structure of a work-induced martensite and an austenite phase, and a tensile strength of 2000 N / mm ² , Vickers A stainless steel with a hardness of 580 is described. However, toughness is reduced by strong working before aging and the presence of a large amount of martensite phase.

【０００９】[0009]

【発明が解決しようとする課題】オーステナイト系ステ
ンレス鋼において時効硬化や加工硬化を利用して強度上
昇を試みる場合, 冷間圧延率を高くするために靭性が著
しく阻害され，製品が極薄材であればさらにその形状も
損なわれる。When attempting to increase the strength of austenitic stainless steel using age hardening or work hardening, the toughness is significantly impaired due to the high cold rolling ratio, and the product is made of extremely thin material. If it is, its shape is further impaired.

【００１０】靭性に優れた高強度オーステナイト系ステ
ンレス鋼が製造できれば，この材料は高強度と高靭性が
要求されるばね材, ＩＤブレード板, 金属ガスケットの
素材として最適である。本発明はこの使用用途を満足す
るステンレス鋼の製造方法を提供しようとするものであ
る。If a high-strength austenitic stainless steel with excellent toughness can be manufactured, this material is most suitable as a material for a spring material, an ID blade plate, and a metal gasket that require high strength and high toughness. The present invention seeks to provide a method for producing stainless steel that satisfies this intended use.

【００１１】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明によれば，質量％
において，Ｃ：0.10％以下，Ｓi：1.0％越え〜4.0％，
Ｍn：2.0％以下，Ｎi：4.0％〜10.0％，Ｃr：12.0％〜1
8.0％，Ｎ：0.15％以下を含有し，さらに， Ｃ＋Ｎ≧0.10％で，且つ Ｍd(Ｎ)＝580−520Ｃ−２Ｓi−16Ｍn−16Ｃr−23Ｎi−3
00Ｎ−26Ｃu−10Ｍoの式に従うＭd(Ｎ)の値が２０〜７
０の範囲となるようにこれらの元素を含有し，残部がＦ
eおよび製造上不可避的に混入してくる不純物からな
り，そして溶体化処理状態で準安定なオーステナイト相
を呈しているステンレス鋼を，マイナス２０℃以上７０
℃までの低温で且つ圧下率３０〜７０％で冷間加工する
ことにより該オーステナイト相の一部を加工誘起マルテ
ンサイトに変態させ，次いで300〜650℃で0.1〜90分の
時効処理を施すことからなる靱性に優れた高強度オース
テナイト系ステンレス鋼の製造方法を提供する。According to the present invention, mass%
C: 0.10% or less, Si: more than 1.0% to 4.0%,
Mn: 2.0% or less, Ni: 4.0% to 10.0%, Cr: 12.0% to 1
8.0%, N: 0.15% or less have free, addition, C + with N ≧ 0.10%, and Md (N) = 580-520C-2Si -16Mn-16Cr-23Ni-3
The value of Md (N) according to the formula of N-26Cu-10Mo is 20-7.
0, these elements are contained so that the range is
e and stainless steel consisting of impurities which are inevitably mixed in the production and exhibiting a metastable austenite phase in a solution-treated state, at a temperature of −20 ° C.
Transforming a part of the austenite phase to work-induced martensite by cold working at a low temperature of 30 ° C. and a reduction of 30 to 70%, and then subjecting to aging at 300 to 650 ° C. for 0.1 to 90 minutes A method for producing a high-strength austenitic stainless steel having excellent toughness, comprising:

【００１２】[0012]

【作用】本発明鋼において，時効による主要な硬化元素
はＳi，ＣおよびＮである。これらのうちＳiは圧延時に
導入された歪を固着することにより硬化に寄与し，Ｃと
Ｎは析出物として硬化に寄与している。また，すべての
合金元素はオーステナイトから加工誘起マルテンサイト
への変態を抑制する方向に作用し，それらの成分量を調
整することで変形に対して適度な加工誘起マルテンサイ
トを生成させることができる。In the steel of the present invention, the main hardening elements by aging are Si , C and N. Of these S i contribute to curing by fixing the strain introduced during rolling, C and N contributes to curing as a precipitate. In addition, all the alloying elements act in the direction of suppressing the transformation from austenite to work-induced martensite, and by adjusting the amounts of these components, it is possible to generate work-induced martensite suitable for deformation.

【００１３】従来の加工硬化型ステンレスは，冷間圧延
で容易にマルテンサイトが生成するような，加工に対し
てオーステナイト相が比較的不安定となる成分組成のも
のであった。本発明ではオーステナイトの加工に対する
安定度を増した成分組成に調整したうえ，加工 (圧延)
を低温側で行うことによって必要量のマルテンサイト量
を誘起させる。時効後の組織は（残量オーステナイト＋
マルテンサイト）の２相混合組織となる。正確には残留
オーステナイト相と焼戻された加工誘起マルテンサイト
の２相混合組織である。The conventional work hardening type stainless steel has a component composition such that martensite is easily formed by cold rolling, and the austenite phase is relatively unstable during processing. According to the present invention, the composition of the austenite is adjusted to increase the stability to processing, and then processed (rolled).
At the low temperature side to induce a required amount of martensite. The structure after aging (remaining austenite +
(Martensite). To be precise, it is a two-phase mixed structure of a retained austenite phase and a tempered work-induced martensite.

【００１４】時効材の当該２相混合組織において，本発
明で規定するＭd(Ｎ)の値を適切な範囲となるように各
成分を調整し，且つ冷間圧延での圧延温度と圧下率を適
切に制御した場合に, 該時効材の強度を高めながら, し
かも靭性を向上させることができる。その事実は，後記
の実施例に立証するとおりであるが，本発明の時効材の
靭性が向上する原理は次のように考えることができる。In the two-phase mixed structure of the aged material, each component is adjusted so that the value of Md (N) specified in the present invention falls within an appropriate range, and the rolling temperature and the rolling reduction in cold rolling are adjusted. When properly controlled, the toughness can be improved while increasing the strength of the aging material. The fact is as proved in the examples described later, but the principle of improving the toughness of the aged material of the present invention can be considered as follows.

【００１５】時効材の残留オーステナイトをγで，また
加工誘起マルテンサイトをα'で表すと，軟質なγ相と
硬質なα'相 (実際には時効処理で焼戻されたα'相) が
混在する当該時効材に変形応力が加わると，軟質なγ相
が変形を受けて応力が集中し微細な割れが発生するよう
な状況に至った状態では，この割れが伝播しようとする
先端には歪みが集中してα'相が新たに生成する。この
ため，生成したα'相が割れの伝播を阻止し, さらに外
部応力が加われば別のγ相に応力が集中し新たな割れの
発生を見るようになり，ここでも割れの先端にα'相が
生成する。When the retained austenite of the aging material is represented by γ and the work-induced martensite is represented by α ′, the soft γ phase and the hard α ′ phase (actually, the α ′ phase tempered by the aging treatment) When deformation stress is applied to the mixed aging material, the soft γ-phase is deformed and the stress is concentrated, causing micro cracks to occur. The distortion concentrates and an α ′ phase is newly generated. For this reason, the generated α 'phase prevents the propagation of cracks, and when an external stress is applied, the stress concentrates on another γ phase and new cracks are observed. A phase forms.

【００１６】そのさい，α'相の生成のしやすさはＭd
(Ｎ)の値と相関があり，Ｍd(Ｎ)が小さいと生成ぜず，
このため割れはγ中を伝播して大きな割れに進行し, や
がて破断に至る。つまり靭性が低下して曲げ加工などの
成形が良好に行えない。他方,Ｍd(Ｎ)が大きすぎると
α'相がすぐに生成し，変形し難くなる。これを無理に
変形させようとすると割れに発展し，この場合も靭性が
低下することになる。すなわち, Ｍd(Ｎ)が大きすぎて
もγ→α'の変態による割れ伝播の防止が図れない。本
発明で規定するＭd(Ｎ)を20〜70の範囲に規定するの
は，かような時効材の靭性挙動と密接な関係を有してい
る。At this time, the easiness of α ′ phase formation is Md
There is a correlation with the value of (N).
For this reason, the crack propagates in γ, progresses to a large crack, and eventually breaks. That is, the toughness is reduced, and molding such as bending cannot be performed satisfactorily. On the other hand, if Md (N) is too large, the α 'phase is immediately formed, making it difficult to deform. If this is forcibly deformed, it will develop into a crack, and in this case, the toughness will also decrease. That is, even if Md (N) is too large, it is not possible to prevent the propagation of cracks due to the transformation of γ → α ′. The definition of Md (N) in the range of 20 to 70 specified in the present invention has a close relationship with the toughness behavior of such an aged material.

【００１７】このように，本発明はα'よりも軟質な残
留オーステナイト相の変態挙動を積極的に利用すること
で靭性の改善を図るものであり，オーステナイトの加工
に対する安定度を増した鋼成分に調整したうえ, それに
伴い一定のα'量を誘起させるため，圧延温度を低温側
に移行させた圧延方法を導入して，良好な強度と靭性の
両者を同時に達成したものである。ここで，一定量の
α'量とは２０vol.%以上８０vol.%以下の範囲内の量で
あるのが望ましい。As described above, the present invention is intended to improve the toughness by positively utilizing the transformation behavior of the retained austenite phase softer than α ′, and to improve the stability of the austenitic steel to processing. In order to induce a constant amount of α ', a rolling method with a lower rolling temperature was introduced to achieve both good strength and toughness at the same time. Here, it is desirable that the certain amount of α ′ is an amount in the range of 20 vol.% To 80 vol.%.

【００１８】次に，本発明で規定する各成分の作用の概
要と含有量の限定理由を個別に説明する。Next, the outline of the action of each component specified in the present invention and the reason for limiting the content will be described individually.

【００１９】Ｃはオーステナイト形成元素であり，高温
で生成するδフエライトの抑制, 冷間加工で誘発された
マルテンサイト相の強化に極めて有効に作用するが，本
発明鋼はＳi量が高いのでＣの固溶限が低下している。
このため，Ｃを高くすると，粒界にＣr炭化物が析出
し，耐粒界腐食や靭性の低下原因となる。このような理
由からＣは0.10％以下とした。C is an austenite-forming element, which has an extremely effective effect on suppressing δ-ferrite formed at high temperatures and strengthening the martensitic phase induced by cold working. Has a lower solid solubility limit.
For this reason, when C is made high, Cr carbide precipitates at the grain boundaries, which causes intergranular corrosion resistance and a decrease in toughness. For these reasons, C is set to 0.10% or less.

【００２０】Ｓiは通常は脱酸のために使用するが，こ
の目的のために添加する場合は，加工硬化型ステンレス
鋼のSUS301や304に見られるごとく，一般には1.0％以下
である。しかし本発明に供する鋼はＳiをこれより高く
している。これにより，冷間加工で誘起されたマルテン
サイト相を硬くするとともに，残留オーステナイト相に
も固溶してこれを硬化させ，冷間加工後の強度を大きく
する作用を果たす。このようにＳiは種々の効果がある
が，その効果は従来鋼のごとく1.0％以下では小さく，
4.0％を越えると熱間変形時に高温割れを誘発しやすく
なり，製造上種々の問題も生じる。このため成分範囲を
1.0％を越え4.0％以下とした。Although Si is usually used for deoxidation, when it is added for this purpose, it is generally 1.0% or less as seen in SUS301 and 304 of work hardening stainless steel. However, the steel used in the present invention has higher Si. As a result, the martensitic phase induced by the cold working is hardened, and at the same time, it is dissolved in the residual austenite phase to harden it, thereby increasing the strength after the cold working . Although Si as this have various effects, the effect is small at 1.0% or less as in the conventional steels,
If it exceeds 4.0%, hot cracking tends to be induced during hot deformation, and various problems arise in production. Therefore, the component range
More than 1.0% and less than 4.0%.

【００２１】Ｍnはオーステナイト相の安定度を支配す
る元素で，その活用は他の元素とのバランスのもとに行
なうものであるが，この含有量が高いと延性を低下さ
せ，使用上種々の問題が生じる。このため2.0％以下と
した。Mn is an element that controls the stability of the austenite phase, and its use is carried out in balance with other elements. Problems arise. Therefore, the content is set to 2.0% or less.

【００２２】Ｎiは高温および室温でオーステナイト相
を得るために必須の元素であるが，本発明の場合室温で
準安定オーステナイト相とし，冷間加工でマルテンサイ
ト相を誘起させなければならない。Ｎi含有量を4.0％よ
り低くすると，高温で多量のδフエライト相が生成し，
かつ室温までの冷却過程でマルテンサイト相が生成して
オーステナイト単相として存在できなくなり, また10.0
％を越えると, 冷間加工でマルテンサイト相が誘起され
にくくなるので，成分範囲を4.0〜10.0％とした。Ni is an essential element for obtaining an austenite phase at high temperature and room temperature. In the present invention, Ni must be a metastable austenite phase at room temperature and a martensite phase must be induced by cold working. If the Ni content is lower than 4.0%, a large amount of δ ferrite phase is formed at high temperatures,
In addition, a martensitic phase is formed during the cooling process to room temperature and cannot be present as an austenite single phase.
%, The martensitic phase is less likely to be induced by cold working, so the component range was set to 4.0 to 10.0%.

【００２３】Ｃrは耐食性上必須の成分である。意図す
る耐食性を付与するのには少なくとも12.0％のＣrを必
要とする。しかし，Ｃrはフエライト形成元素でもある
ので高くしすぎると高温でδフエライト相が多量に生成
してしまう。そこでδフエライト相抑制のためにオース
テナイト形成元素 (Ｃ，Ｎ，Ｎi，Ｍnなど）を添加しな
ければならないが，これら元素の過度の添加は室温での
オーステナイトの安定化をもたらし，冷間加工による加
工誘起マルテンサイト相が形成されず，時効処理後に高
強度を得ることが不可能になる。このためＣrの上限は1
8.0％とした。Cr is an essential component for corrosion resistance. At least 12.0% Cr is required to provide the intended corrosion resistance. However, since Cr is also a ferrite forming element, if it is too high, a large amount of δ ferrite phase will be formed at high temperatures. Therefore δ austenite forming element for ferrite phase suppression (C, N, Ni, etc. M n) must be added, excessive addition of these elements results in stabilization of austenite at room temperature, cold No work-induced martensite phase is formed by working, and it becomes impossible to obtain high strength after aging treatment. Therefore, the upper limit of Cr is 1
8.0%.

【００２４】[0024]

【００２５】[0025]

【００２６】Ｎはオーステナイト形成元素であるととも
に，オーステナイト相およびマルテンサイト相を硬化さ
せるのに極めて有効な元素であるが，多量の添加は鋳造
時のブローホールの原因となるので0.15％以下とした。N is an austenite-forming element and an extremely effective element for hardening the austenite phase and the martensite phase. However, a large amount of N causes blowholes during casting, so that the content of N is set to 0.15% or less. .

【００２７】ＣとＮは互いに同様な硬化作用を示し, そ
の能力を十分に発揮させるためにはＣ＋Ｎの合計量で0.
10％以上にする必要がある。C and N exhibit the same hardening action as each other, and in order to exhibit their ability sufficiently, the total amount of C + N is 0.3%.
Must be at least 10%.

【００２８】Ｍd(Ｎ) 値について。先にも説明したが，
本発明では時効処理後に残留したオーステナイト相が変
形 (最終製品に成形するさいの曲げ加工等) 中 にマル
テンサイト相へ変態するが，歪に対して最適にマルテン
サイト相が形成するように,オーステナイトの加工に対
する安定度であるＭd(Ｎ)を20〜70の範囲内に限定す
る。このＭd(Ｎ) が20〜70の範囲にあることは，本発明
の目的を達成する上で圧延温度との組み合わせで重要な
役割を果たしている。Regarding the Md (N) value. As explained earlier,
In the present invention, the austenite phase remaining after aging is transformed into a martensite phase during deformation (bending during forming into a final product, etc.). Md (N), which is a degree of stability to the processing of the above, is limited to the range of 20 to 70. The fact that Md (N) is in the range of 20 to 70 plays an important role in combination with the rolling temperature in achieving the object of the present invention.

【００２９】Ｍd(Ｎ) が20以下では，加工により強度に
寄与するマルテンサイト相を形成させるためには, 工業
的に非常に困難な低温で冷間圧延する必要があり，また
時効材の靭性向上に有効に働くオーステナイト→マルテ
ンサイト変態が十分に起こらない。一方，Ｍd(Ｎ) が70
を越えると，冷間加工で適当なマルテンサイト相を得る
ためには，圧延温度を高くする必要があり, さらに最終
製品の靭性を向上させるためには，あまりにも変形に対
しマルテンサイト相がはやく生成してしまうので不都合
となる。When Md (N) is 20 or less, it is necessary to cold-roll at a low temperature, which is industrially very difficult, in order to form a martensitic phase which contributes to strength by working, and toughness of the aged material. Austenite → martensitic transformation that works effectively for improvement does not occur sufficiently. On the other hand, when Md (N) is 70
Beyond, it is necessary to increase the rolling temperature in order to obtain a suitable martensite phase by cold working, and to improve the toughness of the final product, the martensite phase is too fast for deformation. This is inconvenient because it is generated.

【００３０】本発明において，鋼を溶製後, 熱間圧延あ
るいはさらに冷間圧延を行った後,溶体化処理により組
織を準安定オーステナイト相に調整することが必要であ
る。In the present invention, it is necessary to adjust the microstructure to a metastable austenite phase by solution treatment after the steel is melted and then subjected to hot rolling or further cold rolling.

【００３１】溶体化処理後に冷間圧延を行うことによ
り，そのさいの加工歪により準安定オーステナイト相の
一部はマルテンサイト相に変態する。時効処理後に高強
度を得るには，この冷間圧延段階である程度のマルテン
サイト量が必要である。時効材の強度は，冷間加工率が
大きいほど高くなる反面, 靭性低下は著しくなる。従っ
て要求される強度, 靭性のバランスを考慮し，圧延率を
30〜70％に設定することが望ましい。By performing cold rolling after the solution treatment, a part of the metastable austenite phase is transformed into a martensite phase due to the processing strain at that time. To obtain high strength after aging treatment, a certain amount of martensite is required in this cold rolling stage. The strength of the aged material increases as the cold working ratio increases, but the toughness decreases significantly. Therefore, considering the balance between required strength and toughness,
It is desirable to set it to 30 to 70%.

【００３２】この際に圧延温度は，70℃以下に設定すべ
きである。これは70℃を超えて圧延を施すと，低温で圧
延した場合と比べ, 同一圧延率で同一のマルテンサイト
量を有しても十分な強度が得られないためである。ま
た，圧延温度を−20℃以下での圧延は非常に困難である
ことにより，冷延時の圧延温度は−20〜70℃とした。こ
の冷間圧延による圧延温度と圧下率の制御により，生成
させる加工誘起マルテンサイト相の量は２０vol.%以上
で８０vol.%以下の範囲に調節することが好ましい。At this time, the rolling temperature should be set to 70 ° C. or less. This is because sufficient strength cannot be obtained when rolling beyond 70 ° C, even with the same rolling ratio and the same amount of martensite, as compared to rolling at lower temperatures. Since the rolling at a rolling temperature of -20 ° C or less is very difficult, the rolling temperature during cold rolling was set to -20 to 70 ° C. By controlling the rolling temperature and the rolling reduction by the cold rolling, the amount of the work-induced martensite phase to be formed is preferably adjusted to a range of 20 vol.% Or more and 80 vol.% Or less.

【００３３】冷間圧延後に行なう時効処理では300〜650
℃の温度範囲で0.1〜90分間加熱することが望ましい。3
00℃未満では時効による強度上昇が十分現れず, また65
0℃を超えて加熱すると加工誘起マルテンサイト相の一
部がオーステナイト相に逆変態し，強度低下をもたら
す。均熱時間については0.1分以下では十分な時効効果
が期待できず，また製造性を考慮した場合均熱に90分以
上要するのは不都合である。この条件範囲において，時
効温度と時効時間との間には相関がある。この関係を図
４に示した。実際には図４の斜線域の範囲となる温度と
時間で時効処理を実施すればよい。In the aging treatment performed after the cold rolling, 300 to 650
It is desirable to heat for 0.1 to 90 minutes in a temperature range of ° C. Three
When the temperature is lower than 00 ° C, the strength increase due to aging does not appear sufficiently.
When heated above 0 ° C, a part of the work-induced martensite phase is transformed back into an austenite phase, resulting in a decrease in strength. If the soaking time is less than 0.1 minute, sufficient aging effect cannot be expected, and it is inconvenient to take more than 90 minutes for soaking in consideration of manufacturability. Within this condition range, there is a correlation between aging temperature and aging time. This relationship is shown in FIG. Actually, the aging treatment may be performed at a temperature and time within the range of the hatched area in FIG.

【００３４】[0034]

【実施例】表１に供試材の化学成分値（質量％）ならび
にＭd(Ｎ)を示した。表中のＴ５は本発明鋼，ａからｄ
は比較鋼である。いずれの鋼も真空溶解炉にて溶製し，
鍛造，熱延により4.0mm厚の熱延鋼帯とした。この熱延
材を1050℃で１分間保持の溶体化処理を施したのち，水
冷処理を行った。その後，圧延率30〜70％で加工誘起マ
ルテンサイトが生成するような冷間圧延を施した。EXAMPLES Table 1 shows the chemical component values (% by mass) and Md (N) of the test materials. T5 in the table is the inventive steel, a to d
Is a comparative steel. All steels were melted in a vacuum melting furnace,
A hot-rolled steel strip with a thickness of 4.0 mm was formed by forging and hot rolling. This hot-rolled material was subjected to a solution treatment of holding at 1050 ° C. for 1 minute, and then subjected to a water cooling treatment. After that, cold rolling was performed to produce work-induced martensite at a rolling reduction of 30 to 70%.

【００３５】[0035]

【表１】 [Table 1]

【００３６】そのさいの加工誘起マルテンサイト量は化
学成分と圧延温度に依存する。化学成分の影響を考慮し
たオーステナイト安定度の指数Ｍd(Ｎ) に圧延温度の項
を加えたＭd(ＮＴ) を下式のように設定し，このＭd(Ｎ
Ｔ) と加工誘起マルテンサイト量との関係を，圧下率
（加工率）＝３０％，５０％，６７％ごとに整理したの
が図１である。The amount of work-induced martensite at that time depends on the chemical composition and the rolling temperature. Md (NT), which is obtained by adding the rolling temperature term to the austenitic stability index Md (N) in consideration of the influence of chemical components, is set as in the following equation.
FIG. 1 shows the relationship between T) and the amount of work-induced martensite arranged for each of the reduction ratios (working ratios) of 30%, 50%, and 67%.

【００３７】Ｍd(ＮＴ)＝Ｍd(Ｎ)−0.6(Ｔ−70) Ｔ：圧延温度 (℃) Ｍd(Ｎ)＝580−520Ｃ−２Ｓi−16Ｍn−16Ｃr−23Ｎi−3
00Ｎ−26Ｃu−10ＭoMd (NT) = Md (N) -0.6 (T-70) T: Rolling temperature (° C.) Md (N) = 580-520C-2Si-16Mn-16Cr-23Ni-3
00N-26Cu-10Mo

【００３８】図１の結果に見られるように，各加工率で
のＭd(ＮＴ)値との加工誘起マルテンサイト量はよい対
応関係があり，圧下率を決定すれば図１の関係より所定
のマルテンサイト量を得るための圧延温度が求まる。As can be seen from the results shown in FIG. 1, there is a good correspondence between the Md (NT) value at each working ratio and the amount of work-induced martensite. The rolling temperature for obtaining the amount of martensite is determined.

【００３９】圧延率50％でマルテンサイトが30, 50およ
び70vol％生成するように圧延温度を選定して各鋼を冷
間圧延し，各冷延材を530℃×１分間時効処理し，得ら
れた各時効材の引張強さとエリクセン破断応力を測定
し，その結果を表２に示した。ここでエリクセン破断応
力とは，エリクセン試験による割れ発生応力（割れ発生
荷重を板厚およびポンチ径で割った値）であり，薄板材
の靭性を評価するのに有効な手段である。The rolling temperature was selected so that martensite was formed at a rolling reduction of 50% at 30, 50 and 70 vol%, each steel was cold-rolled, and each cold-rolled material was aged at 530 ° C. for 1 minute to obtain a steel. The tensile strength and Erichsen rupture stress of each aged material thus obtained were measured, and the results are shown in Table 2. Here, the Erichsen rupture stress is a crack initiation stress (a value obtained by dividing a crack initiation load by a plate thickness and a punch diameter) in an Erichsen test, and is an effective means for evaluating the toughness of a thin plate material.

【００４０】[0040]

【表２】 [Table 2]

【００４１】表２の結果に見られるように，本発明法に
従うものは引張強さ1600 N/mm²以上でエリクセン破断応
力1000 N/mm²以上を同時に満足し，強度と靭性に共に優
れた材料が得られたのに対し，比較法のものは同時に満
足できない。As can be seen from the results in Table 2, those according to the method of the present invention simultaneously satisfied a tensile strength of 1600 N / mm ² or more and an Erichsen breaking stress of 1000 N / mm ² or more, and were excellent in both strength and toughness. While the material was obtained, the comparative method was not satisfactory at the same time.

【００４２】なおエリクセン破断応力は，マルテンサイ
ト量が多くなると低下する傾向にあるが，同一のマルテ
ンサイト量で比較した場合は，本発明範囲のＭd(Ｎ) 値
をもつ鋼は良好な値を示している。一例として，マルテ
ンサイト量を50％としたときの時効材のエリクセン破断
応力をＭd(Ｎ) で整理したのが図２である。The Erichsen fracture stress tends to decrease as the amount of martensite increases, but when compared with the same amount of martensite, a steel having an Md (N) value within the range of the present invention has a good value. Is shown. As an example, FIG. 2 shows the Erichsen rupture stress of the aging material when the amount of martensite is set to 50%, arranged by Md (N).

【００４３】図２より，Ｍd(Ｎ)値が20〜70の範囲にあ
るとエリクセン破断応力は良好な値を示すが，この範囲
より低くても，また高くても急激にエリクセン破断応力
値が低下していることがわかる。このことは，次のよう
に考えることができる。As can be seen from FIG. 2, when the Md (N) value is in the range of 20 to 70, the Erichsen rupture stress shows a good value. It can be seen that it has decreased. This can be considered as follows.

【００４４】Ｍd(Ｎ)は加工に対するオーステナイト相
の安定度の指標であり，この値が小さければ変形時に加
工誘起マルテンサイトが形成されにくいし，逆に値が大
きくなれば形成されやすいことを意味する。本発明の供
試材は, 準安定オーステナイト相であるため，変形中
（エリクセン試験での変形中）にオーステナイト→マル
テンサイト変態が起こり，その変態の起こりやすさが材
料の靭性値（エリクセン破断応力）を支配しているとい
える。つまり，Ｍd(Ｎ)が20未満の鋼では, 変形中にオ
ーステナイト相からマルテンサイト相への変態が起こら
ないために，またＭd(Ｎ)が70を超える鋼では逆にマル
テンサイト相の形成が速すぎるために，このような靭性
値の低下をもたらしていると考えられる。Md (N) is an index of the stability of the austenite phase with respect to working. If this value is small, it is difficult to form work-induced martensite during deformation, and conversely, if it is large, it means that it is easy to form. I do. Since the test material of the present invention is a metastable austenite phase, austenite → martensitic transformation occurs during deformation (during the Erichsen test), and the likelihood of the transformation is determined by the toughness of the material (Erichsen fracture stress). ). In other words, in steels with Md (N) less than 20, the transformation from austenite phase to martensite phase does not occur during deformation, and conversely, in steels with Md (N) over 70, the formation of martensite phase does not occur. It is thought that such a decrease in toughness was caused because the material was too fast.

【００４５】図３は，冷間圧延率を50％として圧延温度
を変えることにより加工誘起マルテンサイト量をほぼ50
％に調節した場合と，同ほぼ70％に調節した場合につい
て，その時効処理材（530 ℃×１分）の引張強さとＭd
(Ｎ)の関係を示したものである。FIG. 3 shows that the amount of work-induced martensite was reduced to about 50% by changing the rolling temperature with the cold rolling reduction being 50%.
% And about 70%, the tensile strength and Md of the aged material (530 ° C x 1 minute)
It shows the relationship of (N).

【００４６】図３に見られるように，圧延率ならびにマ
ルテンサイト量がほぼ一定にも関わらず, Ｍd(Ｎ)が低
い鋼ほど引張強さが高い。これは言い換えれば，同一マ
ルテンサイト量を得るためにはＭd(Ｎ)の低い鋼ほど圧
延温度を下げる必要があることを意味し，同一マルテン
サイト量でも圧延温度が低温ほど高強度を示すことを表
している。As can be seen from FIG. 3, the steel having a lower Md (N) has a higher tensile strength, although the rolling reduction and the amount of martensite are almost constant. In other words, in order to obtain the same martensite content, it is necessary to lower the rolling temperature for steels with lower Md (N). Represents.

【００４７】なお，表２に比較法として挙げたＴ４，Ｔ
５，ｃの一部並びにｄの場合には圧延温度が70℃を超え
ている。これらの例と同一のマルテンサイト量のもつ本
発明例と比較すると明らかなように，これら比較例のも
のはその時効材は引張強さが低かったり, エリクセン試
験による破断応力が低く, 高強度と高靭性を同時に達成
できない。In Table 2, T4, T
In the case of 5, 5c and d, the rolling temperature exceeded 70 ° C. As is clear from comparison with these examples and the present invention examples having the same martensite content, those of these comparative examples have low tensile strength of the aged material, low rupture stress by Erichsen test, and high strength. High toughness cannot be achieved at the same time.

【００４８】このように, 圧延温度は本発明の目的達成
のうえで重要な意味を有している。これを冶金学的因子
から見ると，圧延温度の低下によりオーステナイト相自
体の積層欠陥エネルギーが下がり, 冷間加工で導入され
たオーステナイト相中の転位の形態が変化したために，
これが引張変形での大きな抵抗となり, 最終的に引張強
さを上昇させるものと考えられる。As described above, the rolling temperature has an important meaning in achieving the object of the present invention. From the viewpoint of metallurgical factors, the stacking fault energy of the austenite phase itself decreased due to the decrease in rolling temperature, and the dislocation morphology in the austenite phase introduced by cold working changed.
This is considered to be a large resistance in tensile deformation, which eventually increases the tensile strength.

【００４９】[0049]

【発明の効果】以上説明したように，本発明法によれ
ば，従来の加工硬化型ステンレス鋼あるいは析出硬化型
ステンレス鋼に比べ, 高強度を実現しているのみなら
ず，靭性も高いステンレス鋼が得られた。これは強度に
寄与するマルテンサイトの生成量を冷延温度により調整
し，靭性に影響を及ぼす時効処理後に残留するオーステ
ナイトの加工に対する安定度を変えることができたから
に他ならない。As described above, according to the method of the present invention, stainless steel not only achieves higher strength but also has higher toughness than the conventional work hardening stainless steel or precipitation hardening stainless steel. was gotten. This is because the amount of martensite that contributes to strength was adjusted by the cold rolling temperature, and the stability of austenite remaining after aging treatment, which affects toughness, to processing was changed.

【００５０】従って本発明の高強度オーステナイト系ス
テンレス鋼板は, 耐食性と共に高い強度および靭性が要
求される板ばね，コイルばね，Ｓi単結晶ウエハー作成
用のブレード板や自動車等のエンジンを構成する金属ガ
スケット等の素材として従来材にない効果を発揮し，ス
テンレス鋼の用途の拡大をもたらすことができる。Accordingly, the high-strength austenitic stainless steel sheet of the present invention can be used for plate springs, coil springs, blade plates for producing Si single crystal wafers, and metal gaskets for engines of automobiles and the like, which are required to have high strength and toughness as well as corrosion resistance. It has an effect not found in conventional materials as a raw material, and can expand the use of stainless steel.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】Ｍd(ＮＴ）の値と各冷間加工率で誘起されるマ
ルテンサイト量の関係を示した図である。FIG. 1 is a diagram showing the relationship between the value of Md (NT) and the amount of martensite induced at each cold working ratio.

【図２】冷間圧延率と加工誘起マルテンサイト量を一定
とした場合の, Ｍd(Ｎ)の値と時効材のとエリクセン破
断応力との関係を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the value of Md (N), the aging material, and the Erichsen fracture stress when the cold rolling reduction and the amount of work-induced martensite are constant.

【図３】冷間圧延率と加工誘起マルテンサイト量を一定
とした場合の, Ｍd(Ｎ)の値と時効材の引張強さの関係
を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the value of Md (N) and the tensile strength of an aged material when the cold rolling reduction and the amount of work-induced martensite are constant.

【図４】本発明で行う時効処理の時効温度と時効時間の
関係を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the aging temperature and the aging time of the aging treatment performed in the present invention.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−317628（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−225647（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−156046（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−191352（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C21D 8/00 - 8/10 C21D 9/46 - 9/48 C22C 38/00 - 38/60 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-63-317628 (JP, A) JP-A-2-225647 (JP, A) JP-A-2-156046 (JP, A) JP-A-4- 191352 (JP, A) (58) Field surveyed (Int. Cl. ⁷ , DB name) C21D 8/00-8/10 C21D 9/46-9/48 C22C 38/00-38/60

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】 質量％において， Ｃ：0.10％以下， Ｓi：1.0％越え〜4.0％， Ｍn：2.0％以下， Ｎi：4.0％〜10.0％， Ｃr：12.0％〜18.0％， Ｎ：0.15％以下， を含有し，さらに， Ｃ＋Ｎ≧0.10％で，且つ Ｍd(Ｎ)＝580−520Ｃ−２Ｓi−16Ｍn−16Ｃr−23Ｎi−300Ｎ−26Ｃu−10Ｍo の式に従うＭd(Ｎ)の値が２０〜７０の範囲となるよう
にこれらの元素を含有し，残部がＦeおよび製造上不可
避的に混入してくる不純物からなり，そして溶体化処理
状態で準安定なオーステナイト相を呈しているステンレ
ス鋼を，マイナス２０℃以上７０℃までの低温で且つ圧
下率３０〜７０％で冷間加工することにより該オーステ
ナイト相の一部を加工誘起マルテンサイトに変態させ，
次いで300〜650℃で0.1〜90分の時効処理を施すことか
らなる靱性に優れた高強度オーステナイト系ステンレス
鋼の製造方法。1. In mass%, C: 0.10% or less, Si: more than 1.0% to 4.0%, Mn: 2.0% or less, Ni: 4.0% to 10.0%, Cr: 12.0% to 18.0%, N: 0.15% And Md (N) is in the range of 20 to 70 according to the formula of C + N ≧ 0.10% and Md (N) = 580-520C-2Si-16Mn-16Cr-23Ni-300N-26Cu-10Mo. The stainless steel containing these elements so as to fall within the range of Fe, the balance consisting of Fe and impurities unavoidably mixed in during production, and exhibiting a metastable austenite phase in a solution-treated state is defined as minus. A part of the austenite phase is transformed into work-induced martensite by cold working at a low temperature of 20 ° C. to 70 ° C. and a rolling reduction of 30 to 70%,
Next, a method for producing a high-strength austenitic stainless steel having excellent toughness, which comprises subjecting to an aging treatment at 300 to 650 ° C. for 0.1 to 90 minutes. 【請求項２】 冷間加工で生成させる加工誘起マルテン
サイト量は冷間加工での圧延温度と圧下率の制御により
２０〜８０Vol.％の範囲に調節する請求項１に記載の製
造方法。2. The method according to claim 1, wherein the amount of work-induced martensite generated in the cold working is adjusted to a range of 20 to 80% by controlling the rolling temperature and the rolling reduction in the cold working. 【請求項３】 時効処理後のステンレス鋼は，引張強さ
1600N/mm²以上で且つエリクセン破断応力1000N/mm²以上
である請求項１または２に記載の製造方法。3. The stainless steel after aging treatment has a tensile strength.
The process according to claim 1 or 2 in 1600 N / mm ² or more and and Eriksen breaking stress 1000 N / mm ² or more.