JP6105996B2

JP6105996B2 - 低Ｎｉオ−ステナイト系ステンレス鋼板およびその鋼板を加工した加工品

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Publication number: JP6105996B2
Application number: JP2013063419A
Authority: JP
Inventors: 末次　輝彦; 輝彦末次; 弘泰松林; 中村　定幸; 定幸中村; 広田　龍二; 龍二広田
Original assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 2013-03-26
Filing date: 2013-03-26
Publication date: 2017-03-29
Anticipated expiration: 2033-03-26
Also published as: JP2014189800A

Description

本発明は、ＮｉおよびＭｎを必要最小限の含有量に抑制しつつ、器物等の用途に使用可能な低Ｎｉオ−ステナイト系ステンレス鋼に関する。

従来、器物等の用途には特許文献１〜３に記されるようなオーステナイト系ステンレス鋼が多用されている。

特開昭６１−１３９６５１号公報特開２０００−３０３１５２号公報特開平４−７２０３８号公報

特許文献１〜３の技術では、オーステナイト安定度が不安定で加工度が大きい場合時期割れが発生することがある。時期割れとは、金属材料を絞り加工等の成形をした場合、素材の脆化や引張残留応力により、室温で放置されているうちに材料中に亀裂が生じて割れる現象のことをいう。本発明の課題は、加工性および耐時期割れ性に優れた低Ｎｉオ−ステナイト系ステンレス鋼板を提供することにある。

上記課題は、質量％で、Ｃ：０．０３〜０．３０％、Ｓｉ：１．５０％以下、Ｍｎ：２．０〜７．０％、Ｐ：０．０６％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｎｉ：１．０〜４．９％、Ｃｒ：１５．０〜１９．０％、Ｃｕ：１．０〜３．５％、Ｎ：０．０３〜０．３０％、Ｓｎ：０．０２％以下、Ｂ：０．００１〜０．０１０％を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、Ｃ＋Ｎ≦０．３０％かつ下記（１）式で示されるオ−ステナイト安定度指標Ｍｄ_３０を用いてＣ＋Ｎ≦−０．００２５Ｍｄ_３０＋０．３０を満足する低Ｎｉオーステナイト系ステンレス鋼板による達成される。
Ｍｄ _３０＝５５１−４６２（Ｃ＋Ｎ）−９．２Ｓｉ−８．１Ｍｎ−２９（Ｎｉ＋Ｃｕ）−１３．７Ｃｒ・・・（１）

また、質量％で、Ｃ：０．０３〜０．１５％、Ｓｉ：１．５０％以下、Ｍｎ：２．０〜５．０％、Ｐ：０．０６％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｎｉ：１．０〜４．０％、Ｃｒ：１５．０〜１７．０％、Ｃｕ：１．０〜３．５％、Ｎ：０．０３〜０．１５％、Ｓｎ：０．０２％以下、Ｂ：０．００１〜０．０１０％、を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、Ｃ＋Ｎ≦０．３０％かつ下記（１）式で示されるオ−ステナイト安定度指標Ｍｄ_３０を用いてＣ＋Ｎ≦−０．００２５Ｍｄ_３０＋０．３０を満足する低Ｎｉオ−ステナイト系ステンレス鋼板としても良い。

また、第３の発明は、加工誘起マルテンサイト量が６０％以下かつ加工誘起マルテンサイト相の硬さが４５０ＨＶ以下である、上記２種のステンレス鋼板を加工した加工品である。

本発明によれば、Ｎｉ含有量を節減しつつもＭｎ含有量の多量添加を回避し、加工性に優れた低Ｎｉオ−ステナイト系ステンレス鋼板が提供される。この鋼板を加工した加工品は、素材が３００系ステンレス鋼である器物等の用途に使用できる。

深絞り加工品の外観を示す。Ｍｄ_３０とＣ＋Ｎ含有量の関係を示す。Ｍｄ_３０と深絞り加工品のカップ縁における加工誘起マルテンサイト量の関係を示す。カップ縁の加工誘起マルテンサイト相の硬さの比較を示す。加工誘起マルテンサイト相の硬さと絞り比１．７で加工した時の時期割れ発生有無の関係を示す。加工誘起マルテンサイト量と絞り比１．７で加工した時の時期割れ発生有無の関係を示す。

本発明者らは、種々の成分を有する鋼を深絞り加工し、Ｍｄ_３０およびＣ＋Ｎ含有量を制御することにより耐時期割れ性が良好な鋼が得られ、かつその鋼板を加工した加工品にて加工誘起マルテンサイト量が６０％以下かつ加工誘起マルテンサイト相の硬さが４５０ＨＶ以下の場合に時期割れが防止できることを見出した。Ｍｄ_３０とは、３０％の変形を加えて加工誘起マルテンサイト量が５０％となる温度のことをいい、加工誘起マルテンサイトの生成のしやすさを表す指標である。

図１にパンチ径φ４０ｍｍ，ダイス径φ４２ｍｍ，パンチ速度２０ｍｍ／分，しわ押え力１０ｋＮの条件にて深絞りした加工品の外観を示す。絞り比は、試験片のブランク径をパンチ径で割った値で、鋼板Ａが本発明鋼、鋼板Ｂが比較鋼である。鋼板Ｂはカップ縁から割れが発生していることがわかる。これは絞り加工後、１日で発生した割れである。

図２に耐時期割れ限界絞り比が１．７以上を得られるＭｄ_３０とＣ＋Ｎ含有量の範囲を示す。図２中の●は耐時期割れ限界絞り比１．７以上、×は耐時期割れ限界絞り比１．７未満、▲は絞り加工ができないことを表す。この結果から、Ｃ＋Ｎ≦０．３０質量％かつ、Ｃ＋Ｎ≦−０．００２５Ｍｄ_３０＋０．３０を満足する範囲で耐時期割れ性が良好な鋼板が得られることがわかる。この範囲で耐時期割れ性が改善される理由について以下に説明する。

図３にＭｄ_３０と絞り比１．７で深絞りした加工品のカップ縁における加工誘起マルテンサイト量の関係を示す。図３中の●が時期割れ発生なし、×が時期割れ発生ありである。加工誘起マルテンサイト量は、カップ縁で径５ｍｍの円盤を採取後、エッジをリン酸硫酸中にて電解研磨したサンプルを用い、４枚重ね合わせて振動試料型磁力計により測定した。Ｍｄ_３０が増加するにともない加工誘起マルテンサイト量が増加している。ここで、Ｍｄ_３０が０以下で耐時期割れ性が良好であるのは、加工誘起マルテンサイトの生成量が少ないことが要因と考えられる、但し、Ｍｄ_３０が０以下でもＣ＋Ｎ含有量が０．３０質量％以上であると加工性そのものが低下し、絞り比１．７で絞り加工ができない。それを示したのが、図２のプロット▲である。一方、Ｍｄ_３０が高いと加工誘起マルテンサイト量が多くなるが、同等のマルテンサイト量でも耐時期割れ性に差異が見られる。図中（）内にＣ＋Ｎ含有量を示しているが、Ｃ＋Ｎ含有量が低いと●になる傾向があることがわかる。図２，３中の１，２は同等のＭｄ_３０、加工誘起マルテンサイト量であるが、耐時期割れ性に差異が見られる。１，２の鋼板を加工したカップ縁の加工誘起マルテンサイト相の硬さの比較を図４に示す。硬さ測定はマイクロビッカ−ス硬さ試験機を用いて５ｇの荷重で測定した。鋼板２の方が鋼板１に比べ、加工誘起マルテンサイト相の硬さが低いことがわかる。すなわち、加工誘起マルテンサイトが生成してもその硬さを低減させることにより時期割れを抑制できるものと考えられる。Ｃ＋Ｎ含有量の低減は、加工誘起マルテンサイト相の硬さ低減に寄与する。

図５に加工誘起マルテンサイト相の硬さと絞り比１．７で加工した時の時期割れ発生有無の関係を示す。図中のプロットはＭｄ_３０が２５〜３０の範囲で、加工誘起マルテンサイト量は２５〜４５％であり、（）内はＣ＋Ｎ含有量を示している。加工誘起マルテンサイト相の硬さが４５０ＨＶ以下で時期割れが発生していない。したがって、少なくとも絞り比１．７で時期割れを発生させないためには、加工誘起マルテンサイト相の硬さが４５０ＨＶ以下である必要がある。

一方、図６に加工誘起マルテンサイト量と絞り比１．７で加工した時の時期割れ発生有無の関係を示す。Ｃ＋Ｎ含有量は約０．１５質量％、加工誘起マルテンサイト相の硬さは約４４０ＨＶであり、（）内はＭｄ_３０を示している。加工誘起マルテンサイト量が６０％以下で時期割れが発生していない。したがって、少なくとも絞り比１．７で時期割れを発生させないためには、加工誘起マルテンサイト量が６０％以下である必要がある。以上の検討結果から、成分範囲を調整し、加工誘起マルテンサイト量が６０％以下かつ加工誘起マルテンサイト相の硬さが４５０ＨＶ以下で耐時期割れ性が改善されることがわかった。

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。
Ｃ、Ｎは、オ−ステナイト生成元素であり、オ−ステナイト相を安定化させるのに必要な元素である。これらの元素の含有量が少なすぎるとδフェライト相の生成量が増大し、熱間加工性が低下するため０．０３質量％以上確保する必要がある。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ため、Ｃ，Ｎ含有量の上限は０．３０質量％となる。加工性、熱間加工性を考慮すると望ましくは、０．０３〜０．１５質量％の範囲となる。

Ｓｉは、製鋼での脱酸に有用な元素である。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％以下に規定した。

ＭｎはＮｉに比べて安価で、Ｎｉの機能を代替できる有用なオ−ステナイト形成元素である。オ−ステナイト相を安定化させるために２．０％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、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低下や耐食性低下を引き起こす要因となる。このため、Ｍｎ含有量は上限を７．０質量％に規定した。耐食性の観点から望ましくは、２．０〜５．０質量％の範囲となる。

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−ステナイト系ステンレス鋼に必須の元素である。良好な熱間加工性を得るには、例えば１２００℃の加熱温度でγ単相となるようにＮｉ量を含有させる必要があり、その下限は１．０質量％である。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４．９質量％に規定した。コスト面を考慮すると、Ｎｉ含有量は４．０質量％以下が望ましい。

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。本発明では、耐食性を十分に確保する上で、Ｃｒ含有量の下限を１５．０質量％とした。ただし、Ｃｒはフェライト生成元素であるため、過度のＣｒ含有により熱延前加熱温度が（γ＋δ）２相域となり、加熱後もδフェライト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。したがって、Ｃｒ含有量は上限を１９．０質量％に規定した。熱間加工性の観点から、Ｃｒ含有量は１７．０質量％以下が望ましい。

Ｃｕはオ−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。オ−ステナイト相を安定化させるために１．０％以上のＣｕ含有量を確保する必要がある。ただし、３．５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１．０〜３．５質量％に規定した。

Ｓｎは不可避的不純物として混入する可能性があるが、Ｃｕを含有している鋼では低融点化合物のＣｕ−Ｓｎ相を生成して熱間加工性を著しく低下させる。したがって、Ｓｎ含有量の上限を０．０２質量％に規定した。

Ｂは熱間加工性や軟質化を改善するために添加させる元素であり、０．００１質量％以上の添加により安定した効果が得られる。ただし、過剰に添加するとＢの化合物が析出し、熱間加工性を劣化させるのでその上限を０．０１０質量％に規定した。

本発明鋼は、一般的なオーステナイト系ステンレス鋼板の製造プロセスにより製造可能である。具体的には、成分調整された溶鋼を連続鋳造またはバッチ式で鋳造し、得られた鋳造スラブを加熱した後抽出して、連続熱間圧延機またはリバース式熱間圧延機にて熱間圧延する手法が採用できる。熱間圧延以降の中間焼鈍あるいは仕上焼鈍は１０５０〜１１００℃の範囲で行うことが望ましく、例えば板厚０．１〜３．０ｍｍの焼鈍鋼板とすることが望ましい。

上記の鋼成分と製造条件にて得られた鋼板を加工誘起マルテンサイト量が６０％以下かつ加工誘起マルテンサイト相の硬さが４５０ＨＶ以下とした加工品とすることにより、時期割れのない加工品を得ることが出来る。
（※実施の形態としても記述した方が良いので、記載しています。）

表１の組成をもつ各種ステンレス鋼を溶製した。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本発明鋼、Ｂ１〜Ｂ７が比較鋼である。比較鋼の下線部の化学成分含有量が本発明で規定する範囲を外れる。

本発明鋼Ａ１〜Ａ１１および比較鋼Ｂ１〜Ｂ７について、冷延鋼板の素材作製を行った。各鋼とも１００ｋｇの鋼塊を得た後に、抽出温度１２３０℃で熱間圧延することにより板厚３．０ｍｍの熱間圧延板を製造した。それぞれの鋼の板厚３．０ｍｍの熱間圧延板を１０８０℃で均熱１分の焼鈍を施した後、冷間圧延、焼鈍を繰り返すことにより、板厚が１．０ｍｍの焼鈍鋼板を得た。

上記の板厚１．０ｍｍの焼鈍鋼板を用いて、パンチ径φ４０ｍｍ，ダイス径φ４２ｍｍ，パンチ速度２０ｍｍ／ｍｉｎ，しわ押え力１０ｋＮの条件にて成形性試験機で深絞り加工を行った。

また、上記の加工品を用いて、加工誘起マルテンサイト量の測定および加工誘起マルテンサイト相の硬さの測定を行った。加工誘起マルテンサイト量は、絞り比１．７のカップ縁から径５ｍｍの円盤を採取後、エッジをリン酸硫酸中にて電解研磨したサンプルを用い、４枚重ね合わせて振動試料型磁力計により測定した。加工誘起マルテンサイト相の硬さは、カップ縁からサンプルを採取し断面がサンプルの圧延方向と平行になるように熱間埋め込み樹脂に埋め込み、しゅう酸溶液中で電解研磨した後、マイクロビッカ−ス硬さ試験機を用いて５ｇの荷重で測定した。表２に絞り比１．７の加工品での時期割れ発生の有無、深絞り加工品カップ縁のマルテンサイト量および加工誘起マルテンサイト相の硬さを示す。表中の０が時期割れ発生なし、×が時期割れ発生ありを示している。

表２に示されるように、本発明鋼Ａ１〜Ａ１１の絞り加工品は加工誘起マルテンサイト量が６０％以下かつ加工誘起マルテンサイト相の硬さが４５０ＨＶ以下で時期割れが発生しなかった。一方、比較鋼Ｂ１〜Ｂ５の絞り加工品は加工誘起マルテンサイト量が６０％以下であるが、加工誘起マルテンサイト相の硬さが４５０ＨＶ以上であり時期割れが発生した。また、比較鋼Ｂ６の絞り加工品は加工誘起マルテンサイト量が６０％以上で、加工誘起マルテンサイト相の硬さが４５０ＨＶ以上あり時期割れが発生した。比較鋼Ｂ７の絞り加工品は加工誘起マルテンサイト相の硬さが４５０ＨＶ以下であるが、加工誘起マルテンサイト量が６０％以上あり時期割れが発生した。これらの結果より本発明鋼は比較鋼に比べ耐時期割れ性に優れることが確認された。

また、上述したとおりＣ＋Ｎ≦０．３０質量％かつ、Ｃ＋Ｎ≦−０．００２５Ｍｄ_３０＋０．３０を満足する範囲で耐時期割れ性が良好な鋼板が得られることが確認された。以上のように、成分範囲を調整し、Ｍｄ_３０およびＣ＋Ｎ含有量を制御することにより加工性に優れる鋼板を提供し、かつその鋼板を加工した加工品にて加工誘起マルテンサイト量が６０％以下かつ加工誘起マルテンサイト相の硬さが４５０ＨＶ以下の場合に時期割れが防止できることを見出した。

Claims

質量％で、
Ｃ：０．０３〜０．３０％
Ｓｉ：１．５０％以下
Ｍｎ：２．０〜７．０％
Ｐ：０．０６％以下
Ｓ：０．００５％以下
Ｎｉ：１．０〜４．９％
Ｃｒ：１５．０〜１９．０％
Ｃｕ：１．０〜３．５％
Ｎ：０．０３〜０．３０％
Ｓｎ：０．０２％以下
Ｂ：０．００１〜０．０１０％
を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、Ｃ＋Ｎ≦０．３０％かつ下記（１）式で示されるオ−ステナイト安定度指標Ｍｄ_３０を用いてＣ＋Ｎ≦−０．００２５Ｍｄ_３０＋０．３０を満足する低Ｎｉオ−ステナイト系ステンレス鋼板。
Ｍｄ _３０＝５５１−４６２（Ｃ＋Ｎ）−９．２Ｓｉ−８．１Ｍｎ−２９（Ｎｉ＋Ｃｕ）−１３．７Ｃｒ・・・（１）
質量％で、
Ｃ：０．０３〜０．１５％
Ｓｉ：１．５０％以下
Ｍｎ：２．０〜５．０％
Ｐ：０．０６％以下
Ｓ：０．００５％以下
Ｎｉ：１．０〜４．０％
Ｃｒ：１５．０〜１７．０％
Ｃｕ：１．０〜３．５％
Ｎ：０．０３〜０．１５％
Ｓｎ：０．０２％以下
Ｂ：０．００１〜０．０１０％
を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、Ｃ＋Ｎ≦０．３０％かつ下記（１）式で示されるオ−ステナイト安定度指標Ｍｄ_３０を用いてＣ＋Ｎ≦−０．００２５Ｍｄ_３０＋０．３０を満足する低Ｎｉオ−ステナイト系ステンレス鋼板。
Ｍｄ _３０＝５５１−４６２（Ｃ＋Ｎ）−９．２Ｓｉ−８．１Ｍｎ−２９（Ｎｉ＋Ｃｕ）−１３．７Ｃｒ・・・（１）
加工誘起マルテンサイト量が６０％以下かつ加工誘起マルテンサイト相の硬さが４５０ＨＶ以下であることを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載されるステンレス鋼板を加工した加工品。