JPS6033186B2 - 銅及び窒素含有オ−ステナイト不銹鋼 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ＡＩＳＩタイプ３０１および３０４と同等、
またはこれよりすぐれた特性を有する、比較的低いニッ
ケルおよびマンガン水準の低価格オーステナィト不銭鋼
に関するものである。

本発明の鋼は、すぐれた熱間加工特性、すぐれた溶酸性
を有し、また熱間加工状態と冷間加工状態から、ストリ
ップ、管材、条材、榛材等の各種製品に加工することが
できる。本発明の鋼は、特に冷間引抜き線材から冷間へ
ディング加工されたファースナの製造に利用される。本
発明による鋼は、袷間加工状態において、特に急激に６
０％冷間圧延された場合に、析出硬化するもう１つの特
性を有し、この冷間加工された状態において、１１６〜
１２８ｋ９／桝（１６５〜１８狐ｓｊ）の耐力（０．２
％オフセット降伏強さ）と、少なくとも１０％の５ｃの
伸びと、４５−５０のロックウェルＣ硬度を示す。

ＡＩＳＩタイプ３０１は、炭素０．１５％ｍａｘ，マン
ガン２．００％ｍａｘ．、リン０．０４５％ｍａｘ．、
硫黄０．０３０％ｍａｘ．、ケィ素１．００％ｍａｘ．
、クロム１６％〜１８％、ニッケル６％〜８％及び残分
の鉄の公称組成を有する。

ＭＳＩタイプ３０４は、炭素０．０８％ｍａｘ．、マン
ガン２．００％ｍａｘ．、リン０．０４５％ｍａｘ．硫
黄０．０３０％ｍａｘ．、ケイ素１．００％ｍａｘ．、
クロム１８％〜２０％、ニッケル８％〜１２％、及び残
分の鉄の公称組成を有する。

これに対して、本発明のオーステナイト不銭鋼は、１．
５％〜３．０％のマンガン、３％〜４．７％のニッケル
、１．７５％〜３％の銅、０．１０％〜０．３０％の窒
素を含有しており、或は更に合計量が０．３％以下のニ
オブ、チタン、タンタルまたはそれらの混合物を含有す
ることができる。

米国特許第３，３５７，８６８号は、０．０５％ｍａｘ
．、の炭素と、１５％ｍａｘ．のマンガンと、２％ｍａ
ｘ．のケイ素と、１０％〜２５％のクロムと、４％〜１
５％のニッケルと、１．２５％ｍａｘ．の窒素と、１％
〜５％の銅と、０．３％〜４％のニオブと、５％ｍａｘ
．のモリブデンと、残分の主として鉄とを含有する析出
硬化性不鏡鋼を開示している。

米国特許第３，６１５，３６６号は、０．１５％ｍａｘ
．の炭素と、３％〜１０％のマンガンと、１％ｍａ×．
のケイ素と、１５％〜１９％のクロム、３．５％〜６％
のニッケルと、０．０４％〜０．４％の窒素と、０．５
％〜４％の銅と、残分の主として鉄を含有する析出硬化
性不銭鋼を開示している。

米国特許第３，２８４，２５０号は、０．０３％〜０．
１２％の炭素と、１０％ｍａｘ．のマンガンと、２％ｍ
ａｘ．のケイ素と、１６％〜２０％のクロムと、３％〜
１２％のニッケルと、０．５％ｍａｘ．の窒素と、０．
１５％〜０．３％のニオブと、３％ｍａｘ．のモリブデ
ンと、０．５％ｍａ×．のアルミニウムと、残分の主と
して鉄とを含有する鋼を開示している。

１９０００以上約２３０庇ｏの温度範囲で熱間圧延し、
熱間圧延と冷間圧延との間に通常プロセス蛾なましを実
施しないで袷間圧延されて得られた冷間圧延生成物は、
焼なましされた状態で少なくとも５０Ｋｓｊの降伏強さ
と、少なくとも５０％の伸びと、非常に細かな粒子サイ
ズとを示すものと主張されている。

英国特許第９９５ ０斑号は、痕跡から０．１２％の炭
素と、５％〜８．５％のマンガンと、２．０％ｍａｘ．
のケイ素と、１５．０％〜１７．５％のクロムと、３．
０％〜６．５％のニッケルと、０．７５％〜２．５％の
鋼と、痕跡〜０．１０％の窒素と、残分の鉄とから成り
、これらの成分は、マルテンサィト形成特性が１つの式
によって１０％以下となり、デルタフェライト形成特性
が１つの式によって１０％以下となるように制御される
ようにしたオ−ステナィト不銭鋼を開示している。

また銅は、３．８５％−０．１８％×マンガン％を超え
ないように制御される。この鋼は冷間加工中のマルテン
サィトへの変態が防止されるが故に、高いオーステナィ
ト安定性と低い加工硬化率とを有すると述べられている
。銅と窒素とを含有するオーステナィト不銭鋼を開示し
た他の米国特許は、第３，０７１，４６０号、３，２８
２，６８４号、第３，５６７，５２８号、第２，７９７
，９９３号、第２，７８４，０８３号、第４，０２２，
５８６号を含む。

また本発明者らの気付いた他の背景先行技術は、米国特
許第２，７９７，９９２号、２，８７１，１１８号、第
３，６１５，３６８号、第２，７８４，１２５号、第２
，５５３，７０６号、第３，７５３，６９３号、第３，
９１０，７８８号、及び第２，５２７，２８７号を含む
。

析出硬化型不鉄鋼を含めて現在非常に多様のオーステナ
ィト不・鉄鋼が知られているが本発明者らは急激に冷間
圧延されたときに高強度と高硬度ならびにすぐれた延性
の組合せを示し、さらにすぐれた耐食性、すぐれた熱間
加工性、及び融接物における融援区域の割れ防止を示す
５％以下のニッケル含有量のオーステナィト従来技術鋼
を知らない。本発明の主目的は、前記の新規な特性組合
せを有するオーステナィト不銭鋼を提供するにある。

本発明の他の目的は、山ＳＩタイプ３０１及び３０４と
実質同等の特性を有する低価格オーステナィト不銭鋼を
提供するにある。本発明によれば、すぐれた熱間加工特
性と、６０％冷間圧延された場合に、１１６〜１２８ｋ
９／柵の耐力及び少なくとも１０％の５伽伸びとを示し
、重量％において、０．０５％ｍａｘ．の炭素と、１．
５％〜３．０％のマンガンと、０．０６％ｍａｘ．のり
ンと、０．０３５％ｍａｘ．の硫黄と、１％ｍａｘ．の
ケイ素と、１５％〜２０％のクロムと、３％〜４．７％
のニッケルと、１．７５％〜３％の銅と、０．１０％〜
０．３０％の窒素と、０〜０．３％のニオブ、またチタ
ン、またはタンタルまたはそれらの混合物と、偶然な不
純物を除き残分の鉄とから成り、式３０×％Ｃ十％Ｍｎ
＋％Ｃｒ十％Ｎｉ＋％Ｃｕ＋３０×％Ｎによって計算し
て３０〜３３の範囲のオーステナィト安定度フアクタを
有するオーステナィト不銭鋼が提供される。

ニッケルと、マンガンと、銅と、窒素の含有範囲の間に
臨界的相互関係が存在し、その結果として本発明の鋼の
新規な特性組合せが得られることが発見された。

さらに詳しくは、鋼が冷間圧延されたときに５肌につき
少なくとも１０％の伸びと１１６〜１２８ｋ９／秘、（
１６５〜１８２Ｋｓｉ）の耐力をうるためには、１．５
％〜３．０％のマンガンと、１．７５％〜３％の銅と、
０．１０％〜０．３０％の窒素と共に、３％〜４．７％
の範囲の比較的少ないニッケル範囲が必要であることが
発見された。本発明者らは、ニッケルと、マンガン、銅
および窒素との比率の臨界的相互関係に関する仮説を提
出することはできないのであるが、前記の臨界範囲から
のいずれか１つの元素の逸脱は所望の延性の損失を伴う
ことをテストデータが決定的に証明した。

この点に関連して、満足な冷間へディング加工にために
は、６０％袷間圧延条件で少なくとも１０％の５伽伸び
が必要とされることを注意しよう。本発明の方法はこの
故に冷間へディング加工フアスーナの製造において特に
有効であり、さらに丈夫で、柔らかいファスナーコアを
保持しながらスレッド硬度を発生するための析出硬化を
可能とするという利点を示すものである。さらに、急肇
な冷間圧延の結果としての部分的マルテンサィト変態は
、冷間へディング加工されたファスナーを自動組立ライ
ン等に使用する際に磁気操作装置を使用することを可能
とするものである。本発明による好ましい鋼は、主とし
て重量％で、０．０４％ｍａｘ．の炭素と、１．７％〜
２．７５％のマンガンと、０．０３％ｍａｘ．のりンと
、０．０２５％ｍａｘ．の硫黄と、０．３０％〜０．７
５％のケイ素と、１６％〜１９％のクロムと、３．４％
〜４．６％のニッケルと、２．２％〜２．７％の銅と、
０．１３％〜０．２０％の窒素と、０〜０．３％のニオ
ブと、またはチタン、またはタンタル、またはそれらの
混合物（または、良溶接性のためには０．１％〜０．２
０％のニオブ）と、避けられない不純物を除き残分の鉄
とから成る。

５％以下のニッケル含有量を有する多くの従来技術オー
ステナィト不銭鋼においては、オーステナィト安定性は
マンガン含有量を増大することによって得られる。

故に、マンガン水準はニッケル水準と逆比例する。これ
と異なり、本発明の鋼においては、マンガンは３．０％
の比較的低い最大値に、好ましくは２．７５％に保持さ
れ、銅と窒素は、オーステナィト形成剤及びオーステナ
ィト安定剤として作用するためにマンガンの部分代替物
として添加される。本発明の鋼においては、３０×％Ｃ
＋％Ｍｎ＋％Ｃｒ＋％Ｎｉ十％Ｃｕ＋３０×％Ｎから算
出された３０〜３３のオーステナィト安定度フアク夕を
保持することによって、山ＳＩタイプ３０１と同等の高
さの熱間加工率が得られることが発見された。故にオー
ステナィト安定度フアクタの制御は６０％冷間圧延され
た際の少なくとも１０％の５肌伸びを保証するものでは
ないが、このオーステナィト安定度ファクタは、このよ
うな急激な冷間圧延後における高い降伏強さと硬度を保
証するものである。３０〜３３の範囲のオーステナィト
安定度フアクタは、この鋼が急激に冷間圧延された際に
部分的マルテンサィト変態を可能にするが、これは、高
いオーステナィト安定度フアクタ、たとえば３４〜３６
のフアクタを有する鋼の場合、マンガンが約６％以上存
在するのでなければ生じ得ない。

下記に集計したテストデータは、ニッケル、マンガン、
銅及び窒素の％範囲、並びにこれらの元素の相互関係が
あらゆる意味で臨界的であることを示している。

炭素含有量の制御と、ニオブ、チタン、タンタルまたは
それらの混合物のそれぞれの目的添加は、最適溶接性に
とって、特に溶接区域の割れ防止にとってこれほど臨界
的でない。急激冷間圧延条件において良好延性をうるに
は、３％〜４．７％のニッケル範囲が不可欠であること
が発見された。オーステナィト安定性のためには最小限
約１．５％のマンガンが不可欠である。

良好は鋳造性、転造性及び熔接性をうるためには、最大
限約３．０％のマンガンを守らなければならない。マン
ガンは電弧熔接に際して銅の蒸気圧を減少させる。この
銅蒸気は、溶着物に降接した冷却性母材ストリップの上
に凝縮するのであるが、純粋液体鋼は冷却に際して、引
張り収縮応力の結果として割れを生じる。最大限３％の
マンガンがこの問題を防止することが発見された。オー
ステナィト安定剤として作用するため、また急激冷間加
工後マルテンサィト状態における鋼に対して析出硬化態
を与えるため、ニッケル、マンガン及び窒素の前記範囲
と共に、最小限１．７５％の鋼が不可欠であることが発
見された。

鋼の中における銅の溶解度限界を超えないようにするた
めには、最大限３．０％の銅を守らなければならない。
窒素は、その強力なオーステナィト形成ポテンシャルの
ため、また冷間加工された析出硬化状態において鋼の硬
さと強度を増大するその効果をうるため、０．１０％〜
０．３０％の範囲内にあることが不可欠である。

炭素は、すぐれた溶接性を保証するため、最大限０．０
５％、好ましくは最大限０．０４％に制御される。

熔接区域の割れを防止するため、ニオブ、チタン及び／
またはタンタルの目的添加も好ましい。この目的から、
考慮される炭素と窒素の水準において、ニオブ、または
チタン、またはタンタル、あるいはそれらの混合物の合
計量０．３％以下が適当である。好ましくは、０．１％
〜０．２０％の範囲のニオブを添加する。良好溶接性が
必要とされない用途の場合には、好ましい組成からニオ
ブ、チタン及び／またはタンタルを省略することができ
る。一連の合金を、冷間圧延状態で、降伏強さ（Ｙ．Ｓ
．）と、％伸びとに関してテストした。

これらの合金の組成を第１表に示し、その特性を第２表
に示す。試料１〜４は本発明による鋼であり、試料５〜
１３は類以の合金であるが、これらの頚以合金の場合、
マンガン、ニッケル、銅または窒素の含有量のいずれか
１つまたは複数の変動の結果、急激冷間圧延状態におい
て溶認できない低延性を生じることが発見された。さら
に比較の目的からＡＩＳＩタイプ３０４の試料を作り、
同じ条件でテストした。Ｎｏ．１３とタイプ３０４を除
き、すべて第１表の試料は、実験室で融解されたヒート
であった。

実験室融解合金は２．５伽×７．６奴ィンゴットとして
鋳造され、２．５４肋厚さまで１２６０ｑｏから熱間圧
延された。第２表に示す競なましされた試料については
、前記熱間圧延された試料を嫌なまし、１．２７肌まで
冷間圧延し、テストのため最終的に暁なまししたもので
ある。また第２表に示す６０％冷間圧延状態とは、前記
の熱間圧延された試料を暁なましし、テストのために１
．０側まで袷間圧延したものである。２種の市販の試料
も、同様に熱間圧延し、碗なましし、冷間圧延された。

第１表の試料５〜１３はいずれも本発明の鋼ではなく、
ニッケル含有量の増大順序に表示してある。

第２表から、これらの試料５〜１３のいずれも、降伏強
さは１４９〜２４弧ｓｉの範囲であるが、６０％冷間圧
延ののちに少なくとも１０％の５弧伸びを示していない
。第１表に示した組成と第２表に示した特性とを比較し
て下記の点が明白となる。

試料５と６のマンガン、ニッケル及び銅の含有量は本発
明の鋼におけるこれらの元素の範囲外にある。

試料７は、２．９％ニッケル含有量についてのみ本発明
の鋼の範囲外にある。

本発明の銅の広い組成に試料７の組成が近似しているに
もかかわらず、この試料７の延びは６０％冷間圧延条件
において５弧で４％に過ぎなかった。２３７Ｋｓｉの比
較的高い降伏強さは、２９．８９の比較的低いオ−ステ
ナィト安定度フアクタによるものである。

試料８と９は高いマンガン含有量と、残留水準またはそ
の近傍の銅含有量を示す。

これらの試料８と９は、本発明の鋼の範囲内のニッケル
含有量を有するにも係わらず、それぞれ６０％冷間圧延
状態においてわずかに５％と６％の伸びを示した。試料
１０は残留水準またはこれに近い銅含有量を有し、マン
ガン、クロム、ニッケル及び窒素は本発明の鋼の範囲内
にある。炭素は本発明の鋼の最大限０．０５％より少し
高い。この場合にも、６０％冷間圧延状態における伸び
は５％に過ぎず、またこの合金は、焼なまされた状態に
おける比較的低い降伏強さにも係わらず、高い加工硬化
率を示した。試料１１と１２はそれぞれ４．８％と５．
５％のニッケルを含有し、他の点では本発明の鋼の範囲
内にあった。

試料１３は、本発明の鋼の範囲に対して、ニッケルと炭
素含有量は高く、窒素含有量は低かった。タイプ３０１
と３０４は、降伏強さとオーステナィト安定度フアクタ
がそれぞれの望ましい範囲内にあったが、６０％冷間圧
延状態における伸び値は５％に過ぎなかった。試料７と
１１は本発明の銅のニッケル範囲に対してそれぞれ少し
下及び少し上のニッケル含有量を有し、前記のマンガン
、銅及び窒素の範囲と組合された本発明の広いニッケル
範囲３％〜４．７％の臨界性を示すものと考えられる。

即ち、これらの試料７と１１はニッケル以外の元素は所
要範囲内にあるが、いずれも冷間へデイング加工ファス
ナーに製造するのに十分な延性を示していない。また数
種の市販のヒートを議導融解し、ロッド状に熱間圧延し
て、種々のサイズに冷間引抜きした。他の主要元素につ
いては若干制約された範囲をもって、４．０％〜４．５
％の範囲内のニッケル含有量で最適熱間圧延が得られる
ことが発見された。従って、本発明によるさらに好まし
い鋼は、本質的に、重量％で０．０３％ｍａｘ．の炭素
と、１．７５％〜２．５％のマンガンと、０．０３％ｍ
ａｘ．のりンと、０．０２％ｍａｘ．の硫黄と、０．４
０％〜０．７０％のケイ素と、１７．５％〜１８．２５
％のクロムと、４．０％〜４．５％のニッケルと、２．
２５％〜２．６％の銅と、０．１４％〜０．１８％の窒
素と、０．１０％〜０．１３％のニオブと、残分の主と
して鉄とから成る。またこの鋼についてさらに好ましい
オーステナィト安定度フアクタは３１〜３２．５の範囲
内にある。商業慣行においては、製造中の商業寸法鋳造
物における偏折を補償するため、３２のオーステナィト
安定度目標が望ましい。０．０３２％の炭素と、２．３
１％のマンガンと、０．０２５％のリンと、０．００６
％の硫黄と、０．５５％のケイ素と、１７．８３％のク
ロムと、４．乳％のニッケルと、０．１６％の窒素と、
２．３２％の銅と、０．１１％のニオブと、残分の主と
して鉄とを含有する商業ヒートを鋼板ィンゴットと線材
ィンゴットに鋳造した。

鋼板ィンゴットは満足に２．５４側の熱間帯鋼に圧延さ
れ、嫌なまされ、二、三の実験的用途のために管状にス
パイラル溶接された。また厚さ２．５４側の熱間圧延材
料の一部をストリップ状に冷間圧延し、ストレートシー
ム融俵管を形成した。線材ィンゴットは径６．３５肋の
丸ロッドまで熱間圧延し、冷間へディング加工ファスナ
ー用のワイヤ状に冷間引抜きした。このワイヤは満足に
冷間へディング加工ファスナーに変換された。本発明の
鋼の代表的試料をタイプ３０４の代表的試料と、種々の
腐食性環境の中で比較し、下記の結論を得た。

本発明の鋼は、磯とう３３％容量酢酸及び３５午０の１
％容量塩酸の中で、タイプ３０４と大体同等であった。
冷間圧延状態で、６５％雛とう硝酸の中では、本発明の
鋼の試料タイプ３０４の試料に劣った。これに反して、
ミル焼なましされ、次に１時間、６７７０で熱処理され
、空気冷却された鋼の試料は、反対の結果を示し、本発
明の鋼は沸とう６５％硝酸の中においてタイプ３０４よ
りはるかにすぐれていた。８０３０の５容量％硫酸の中
では、本発明の鋼はタイプ３０４に劣っていた。

しかし８０ＣＯの１容量％硫酸の中では、本発明の鋼は
タイプ３０４よりすぐれていた。沸とう５庇容量％リン
酸の中では、本発明の銅はタイプ３０４よりややすぐれ
、８０００の５容量％ギ酸の中では、両方の鋼は大体同
等であった。従って、前記データから、本発明の広い組
成範囲内にある鋼は、急掌に冷間圧延されたとき、比較
的高い延性と加工硬化率を示すが故に、冷間へディング
加工されたファスナーの製造にきわめて有効であること
が明らかである。

ストリップ、管材、条材、線材等の他の製品形状も本発
明の好ましい鋼及び最も好ましい銅から製造することが
できる。さらに、本発明のこれらの鋼は熱間圧延された
状態でも冷間圧延された状態でも、通常の技術により、
溶接区域割れを示すことなく溶接することができる。本
発明による鋼はＡＩＳＩタイプ３０１と同等の加工硬化
率を示すことが明らかである。

本発明の鋼のはるかに高い延性の故に、その袷間へディ
ング加工性はタイプ３０１及び３０４よりもすぐれてい
る。さらに高い加工硬化率の結果としてスレッド（比ｒ
ｅａｄ）の中に発達した高硬度は、さらに最終熱処理に
よって増大させることができ、その結果、丈夫な柔らか
いコアを保持しながら、スレッドはさらに高い水準まで
析出硬化される。

このような析出硬化の結果としての追加的硬度増大はタ
イプ３０１と３０４を使用した場合には不可能である。
第１表‐すべての試料は、＜００ィ５そのＰ， ＜０．０３そのＳ，〈１．０そのＳｉとを含有。

Ｎｂ，ＴｉまたはＴａの目的添加をし。＊本発明の鋼 第２表 ＊本発明の鋼

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 重量％で最大０．０５％の炭素と、１．５％乃至３
   ．０％のマンガンと、最大０．０６％のリンと、最大０
   ．０３５％の硫黄と、最大１％のケイ素と、１５％乃至
   ２０％のクロムと、３％乃至４．７％のニツケル、１．
   ７５％乃至３％の銅と、０．１０％乃至０．３０％の窒
   素と、不可避的不純物を除き残分の鉄とから本質的に成
   り、式３０×％Ｃ＋％Ｍｎ＋％Ｃｒ＋％Ｎｉ＋％Ｃｕ＋
   ３０×％Ｎによつて算出された３０乃至３３のオーステ
   ナイト安定度フアクタを有し、良好な熱間加工特性と、
   １１６乃至１２８ｋｇ／ｍｍ＾２の耐力と、６０％冷間
   圧延された場合に少なくとも１０％の５ｃｍ伸びとを特
   徴とするオーステナイト不銹鋼。 ２ 最大０．０４％の炭素と、１．７％乃至２．７５％
   のマンガンと、最大０．０３％のリンと、最大０．０２
   ５％の硫黄と、０．３０％乃至０．７５％のケイ素と、
   １６％乃至１９％のクロムと、３．４％乃至４．６％の
   ニツケルと、２．２％乃至２．７％の銅と、０．１３％
   乃至０．２０％の窒素と、不可避的不純物を除き残分の
   鉄とから本質的に成ることを特微とする特許請求の範囲
   第１項による鋼。 ３ 最大０．３０％の炭素と、１．７５％乃至２．５％
   のマンガンと、最大０．０３％のリンと、最大０．０２
   ％の硫黄と、０．４０％乃至０．７０％のケイ素と、１
   ７．５％乃至１８．２５％のクロムと、４．０％乃至４
   ．５％のニツケルと、２．２５％乃至２．６％の銅と、
   ０．１４％乃至０．１８％の窒素と、不可避的不純物を
   除き残分の鉄とから本質的に成り、式３０×％Ｃ＋％Ｍ
   ｎ＋％Ｃｒ＋％Ｎｉ＋％Ｃｕ＋３０×％Ｎによつて算出
   された３１乃至３２．５のオーステナイト安定度フアク
   タを有することを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至
   第２項のいずれかによる鋼。 ４ 重量％で最大０．０５％の炭素と、１．５％乃至３
   ．０％マンガンと、最大０．０６％のリンと、最大０．
   ０３５％の硫黄と、最大１％のケイ素と、１５％乃至２
   ０％のクロムと、３％乃至４．７％のニツケル、１．７
   ５％乃至３％の銅と、０．１０％乃至０．３０％の窒素
   と、合計量が０．３％以下のニオブ、チタン、タンタル
   、またはそれらの混合物と、不可避的不純物を除き残分
   の鉄とから本質的に成り、式３０×％Ｃ＋％Ｍｎ＋％Ｃ
   ｒ＋％Ｎｉ＋％Ｃｕ＋３０×％Ｎによつて算出された３
   ０乃至３３のオーステナイト安定度フアクタを有し、良
   好な熱間加工特性と、１１６乃至１２８ｋｇ／ｍｍ＾２
   の耐力と、６０％冷間圧延された場合に少なくとも１０
   ％の５ｃｍ伸びとを特徴とするオーステナイト銹鋼。