JP5091733B2 - 加工性および衝撃吸収性能に優れた低Ni車体部材用ステンレス鋼 - Google Patents
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SUS304、SUS301などの加工硬化型の準安定オーステナイト系ステンレス鋼は、高強度の普通鋼ハイテンに比べ加工性に優れ、スポット溶接強度が高く衝撃吸収性能に優れるなど、特性面では普通鋼ハイテンを凌駕するものである。しかしながら、昨今のNi原料高騰により、Niを6%以上含有するSUS301や8%以上含有するSUS304などでは、コスト面で自動車の車体部材や補強材などへの適用が困難である。
一方、Mnを抑制したNi低減鋼である上記特許文献5および6の技術では、得られる強度あるいは加工性が低く、必ずしも優れた衝撃吸収性能が得られないという課題があった。
Md30=551−462(C+N)−9.2Si−8.1Mn−29(Ni+Cu)−13.7Cr…(1)
SFE=6.2Ni+18.6Cu+0.7Cr+3.2Mn−53…(2)
その結果、加工前は比較的軟質で加工性に優れ、加工後高強度を呈する準安定オーステナイト系ステンレス鋼が有効との知見を得た。そこで、コストを考慮しNi含有量を5.0質量%未満に抑制したオーステナイト系ステンレス鋼において、上記課題を達成すべく鋭意研究し、以下の知見を得るに至った。
以下、本発明鋼に含まれる合金成分ならびに含有範囲限定理由について説明する。
1)CおよびN
C,Nは、α’相を固溶強化するために有用な元素である。本発明鋼においてはCに対するNの固溶強化の寄与はおおよそ半分であり、成形加工によりα’相を生成させて優れた強度を得るには、C,Nとも0.05質量%を越える含有量を確保しつつ、C質量%+0.5×N質量%(以下、C+0.5Nと略記)を0.10質量%以上とする必要がある。一方、C、Nの含有量が多くなりすぎると過度に硬質化し、加工性を阻害する要因となる。この傾向は(C+0.5N)が0.25質量%を越えると顕著に現れるため、これ以下となるように調整する必要がある。より好ましくは、C含有量が0.12質量%以下、N含有量が0.18質量%以下で調整されるのが良い。
Siは、製鋼での脱酸に有用な元素であるが、1.5質量%を越えて過剰に含有させると鋼が硬質化し加工性を損なう要因となる。また、Siはフェライト生成元素であるため、過剰添加は高温域でのδフェライト相の多量生成を招き、熱間加工性を阻害する。したがって、Si含有量は1.5質量%以下に制限される。
MnはNiに比べて安価で、Niの機能を代替できる有用なオーステナイト形成元素である。本発明においてその機能を活用するために0.5%以上のMn含有量を確保する必要がある。一方、Mn含有量が過剰となると、製鋼工程における環境保全の問題が生じやすくなる。また、表面性状に起因する生産性の低下ならびにMnSなどの介在物生成に起因する加工性の劣化を引き起こす要因となる。このため、Mn含有量は3.0質量%未満、このましくは2.5質量%未満に制限される。
PおよびSは不可避的不純物として混入するが、その含有量は低いほど望ましく、加工性その他の材料特性や製造性に多大な悪影響を与えない範囲として、Pについては0.06質量%以下、Sは0.005質量%以下に規定した。
Niはオーステナイト系ステンレス鋼に必須の元素であるが、本発明ではコスト低減の観点からNi含有量を極力低く抑える成分設計を行っており、上限を5.0質量%未満に規定する。ただし、上記Mn含有量の範囲で製造性や加工性を兼備させる成分バランスを実現させるためには1.5質量%以上のNi含有量を確保する必要がある。
Crはステンレス鋼の耐食性を担保する不動態皮膜の形成に必須の元素である。Cr含有量が15.0質量%未満であると、本発明の代替対象となる従来の300系オーステナイト系ステンレス鋼に要求される耐食性が十分に確保できない場合がある。ただし、Crはフェライト生成元素であるため、過度のCr含有は高温域でのδフェライト相の多量生成を招き、熱間加工性を損なう要因となるため好ましくない。種々検討の結果、本発明では19.0質量%までCrを含有させることができる。したがって、Cr含有量は15.0〜19.0質量%に規定される。
Cuはオーステナイト生成元素であることから、Cu含有量の増加に応じてNi含有量の設定自由度が拡大し、Niを抑制した成分設計が容易になる。また、α’相の生成に起因する加工硬化が抑制されるとともに、SFE値を高める上で有効な元素でもある。これらの作用を有効に得るためには0.8質量%以上のCu含有量を確保する必要がある。ただし、4.0質量%を越える多量のCu含有は熱間加工性を阻害しやすい。このため、Cu含有量は0.8〜4.0質量%に規定される。
表1の組成をもつ鋼を溶製した。表1において、A1〜A11が本発明で規定する化学成分を有する発明対象鋼、B1〜8が比較鋼、C1〜4は順に従来鋼であるSUS301、SUS304、590N普通鋼ハイテン、980N級普通鋼ハイテンである。なお、B1およびB2はSFE、B3およびB4はMd30、B5およびB6はC+0.5Nの値、B7はS含有量が本発明で規定する範囲を外れる。
表1に示したステンレス鋼の板厚3mmの熱延鋼帯に1080℃で均熱1分の焼鈍を施した後、1.0mmまで冷間圧延し、その後1080℃で均熱1分の仕上焼鈍を行い水冷することにより、板厚1.0mmの冷延焼鈍板を得た。その冷延焼鈍板に多段絞りならびに張出し加工を施すことにより、図1に示す加工品を作製した。従来鋼C3、C4についても焼鈍、冷延を繰り返し、仕上焼鈍条件を調整することにより、それぞれ引張強さが591N/mm2、978N/mm2の板厚1.0mm材を得た。C3の590N級鋼は図1形状に加工が可能であったが、C4の980N鋼は加工途中で割れが生じたため、図2に示すように4箇所にスポット溶接を施した胴部と天板部の2部品を作製後、6箇所の肉盛溶接により接合した。
以上の実施例により、本発明で規定した範囲に各元素の含有量を調整しバランスさせることで、優れた加工性ならびに衝撃吸収性能が得られることが確認された。
Claims (1)
- 質量%で、0.10%≦C+0.5N≦0.25%(但し、C>0.05%、N>0.05%)、Si≦1.5%、0.5%≦Mn<3.0%、P≦0.06%、S≦0.005%、1.5%≦Ni<5.0%、15.0%≦Cr≦19.0%、0.8%≦Cu≦4.0%、を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、下記(1)式で示されるオーステナイト安定度指標Md30が0〜60、下記(2)式で示される積層欠陥エネルギー生成指標SFEが0〜40未満である、加工性および衝撃吸収性能に優れた低Ni車体部材用ステンレス鋼。
Md30=551−462(C+N)−9.2Si−8.1Mn−29(Ni+Cu)−13.7Cr…(1)
SFE=6.2Ni+18.6Cu+0.7Cr+3.2Mn−53…(2)
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