JP2000282147A - 耐応力腐食割れ感受性に優れる高強度複相組織ステンレス鋼帯の製造方法および鋼帯 - Google Patents

耐応力腐食割れ感受性に優れる高強度複相組織ステンレス鋼帯の製造方法および鋼帯

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JP2000282147A
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Hiroshi Fujimoto
廣 藤本
Takashi Igawa
孝 井川
Naoto Hiramatsu
直人 平松
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Nippon Steel Nisshin Co Ltd
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Nisshin Steel Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】本発明は、腐食環境下での応力腐食割れ感受性
に対する抵抗が著しく優れている高強度複相組織ステン
レス鋼板を提供する。 【構成】表面硬さがHvで300以上を有する高強度複
相組織ステンレス鋼であって、必須成分として質量%で
C:0.05〜0.10%、Cr:13.0〜20.0%
およびNi,Mn,Cu,Moの少なくとも1種又は2
種以上合計で2.0〜5.0%を含有し、C+N:0.
05〜0.10%を満足し、かつ、γmax=420[%
C]+470[%N]+23[%Ni]+9[%Cu]
+7[%Mn]−11.5[%Cr]−11.5[%S
i]−52[%Al]+189が65≦90の範囲であ
って実質的にフェライト+マルテンサイト混合組織から
なる、耐応力腐食割れ特性に優れる高強度複相組織ステ
ンレス鋼帯(鋼板)を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、腐食環境をともな
う分野に使用されるフェライト+マルテンサイトの混合
組織からなる高強度複相組織ステンレス鋼に関するもの
であり、とくに、各種機械部品等の成形ばねなどに使用
される高強度ステンレス鋼において、良好な耐応力腐食
割れ特性を有する高強度ステンレス鋼に関する。
【0002】
【従来の技術】機械,装置・設備の保護カハ゛ー等の各種機
械部品や一般汎用成形ばねなどの高強度部材用途として
は、オーステナイト系ステンレス鋼板のSUS301H
T材やSUS304HT材などが認知され多用されてい
る。これらのオーステナイト系ステンレス鋼板では、冷
間圧延により適度な所定強度に調質された後、各種機械
部品に加工される。また、使用部位によっては耐食性を
あまり必要としない高強度鋼として、特殊鋼およびマル
テンサイト系ステンレス鋼板のSUS420やSUS4
10などが用いられている。これらの鋼板では、各種部
品に成形加工した後に適度な強度を得る目的で焼入れ・
焼戻しの熱処理が必須である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、冷間圧延によ
る加工硬化により高強度化したオーステナイト系ステン
レス鋼板は、ロット間およびコイル長手方向の表面硬さ
の変化が大きく、特性変動による最終加工製品の寸法精
度が悪い等の問題がある。また、オーステナイト系ステ
ンレス鋼板特有の応力腐食割れといった現象が比較的マ
イルドな腐食環境下でも起こり易いという欠点を有す
る。
【0004】一方、焼入れ・焼なまし熱処理により高強
度化するマルテンサイト系ステンレス鋼や特殊鋼は、軟
質な状態で部品加工を施した後、高強度化のための焼入
れ・焼戻しを行うのが一般的であるが、焼きなましによ
ってCr炭化物が析出し耐食性の低下という問題があっ
た。このため実際の使用環境での応力腐食割れ特性に優
れる高強度素材が広く求められていた。
【0005】本発明は、各種機械部品や一般汎用成形ば
ねなどの高強度ステンレス鋼において、一般的使用環境
での応力腐食割れの発生を抑制し、機械部品および成形
ばね製品としての長寿命化、および高強度化による軽量
化を可能とする耐応力腐食割れ特性に優れた高強度複相
組織ステンレス鋼帯および鋼板を提供することを目的と
する。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、必須成
分として質量%でC:0.05〜0.10%、Cr:1
3.0〜20.0%およびNi、Mn,Cu,Moの少
なくとも1種又は2種以上合計で2.0〜5.0%を含
有するクロムステンレス鋼の冷延鋼帯を通常の熱間圧延
を経て冷間圧延する際に最終パスを中心線平均粗さR
a:0.1μm以下のロールを用いて製造し、得られた
冷延鋼帯を光輝連続焼鈍炉を用いてフェライト+オース
テナイトの二相域となる温度に加熱―冷却することで実
質的にフェライト+マルテンサイト混合組織からなる表
面硬さがHvで300以上を有する耐応力腐食割れ特性
に優れる高強度複相組織ステンレス鋼帯および鋼板を提
供する。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明者らは、高強度複相組織ス
テンレス鋼の成分、製造方法の観点から、耐応力腐食割
れ特性の改良について検討を加え、本発明に至ったもの
である。前記鋼によれば、一般的使用環境での品質/性
能を損なうことなく、耐応力腐食割れの発生を著しく軽
減できることを見出した。本発明における各成分の作用
と含有量限定の理由は以下の通りである。
【0008】C:0.05〜0.10質量% 強力なオーステナイト生成元素であると共に、マルテン
サイト強化能が大きいことから、Ac1点以上の温度に
加熱・冷却の熱処理を行った後のマルテンサイト量を調
整でき、強度の制御及び高強度化に有効に作用する。こ
れらの作用は、0.05質量%以上のC含有量で顕著に
なる。しかし、0.10質量%を超える多量のCが含ま
れると、熱間圧延中にマルテンサイトが過剰に生成し、
熱間加工性を低下させる。また、C含有量の増加に伴っ
て、熱処理後に多量の炭化物が生成するようになり、耐
食性や靭性が低下するため0.10質量%を上限とす
る。
【0009】Cr:13.0〜20.0質量% ステンレス鋼としての耐食性を維持する上で、少なくと
も13.0質量%以上のCrを含有する必要がある。し
かし、20.0質量%を超える過剰のCr量は靭性を低
下させる。また、マルテンサイト相を生成させ高強度を
得るに必要なC,Ni,Cu,N等のオーステナイト生
成元素の添加量がCr量に応じて多くなり、素材コスト
の上昇を招くため20.0質量%を上限とする。
【0010】Ni,Mn,Cu,Moの少なくとも1種
または2種以上合計で2.0〜5.0質量% Ni、Mn及びCuは、いずれもオーステナイト生成元
素として有効に作用し、高温でフェライト+オーステナ
イトの二相組織(常温でフェライト+マルテンサイトの
複相組織)を得るために必要な合金元素である。Ni,
Mn及び/又はCuの含有量が増加するにしたがってマ
ルテンサイト量が増加し、硬さ(強度)を増加すること
ができる。このような作用は、Ni,Mn,Cuの少な
くとも1種または2種以上合計で2.0質量%以上含有
したとき顕著に現れる。しかし、過剰にNi,Mn,C
uなどを含有すると、高温でのオーステナイト量が多く
なり熱間加工性が低下する。また、フェライト生成元素
であるMoは酸環境における耐食性向上に有効である、
過剰に含有すると強度を得るためのオーステナイト生成
元素添加量の増大およびコスト上昇を招く。したがっ
て、Ni,Mn,CuおよびMoの含有量は、合計で
5.0質量%以下に規制する。
【0011】C+N:0.05〜0.10質量% CおよびN元素とも強力なオーステナイト生成元素であ
り、マルテンサイト相の高強度化に非常に有効な元素で
あるが、熱間加工性の観点から下限値を強度を得るに必
要な0.05質量%、上限値を0.10%とする。
【0012】本発明が対象とする高強度複相組織ステン
レス鋼では、各合金成分の個々の含有量を以上のように
規制すると共に、常温でフェライト+マルテンサイトの
複相組織が得られるように各合金成分を相互に調整す
る。なお、必要とする強度を低下させない限り、耐食性
を一層向上させる目的でTi,Nbを添加したり、耐酸
化性を向上させる目的でYやREM(希土類金属)を添
加したり、更に各種の特性向上を目的としてB,V,A
l等の合金元素を添加することができる。
【0013】本発明が対象とする高強度複相組織ステン
レス鋼の表面硬さは、高強度部材用途への適用およびば
ね特性などの品質上の観点から下限値をHvで300と
する。
【0014】本発明における複相組織ステンレス鋼の製
造条件については、通常の熱間圧延を経た熱延鋼帯を酸
洗し冷間圧延する際に、表面の凹凸を軽減し耐食性を向
上する目的で最終パスを中心線平均粗さRa:0.1μ
m以下のロールを用いて製造し、次いで得られた冷延鋼
帯を表面性状を害することなく連続光輝焼鈍炉を用い製
造する。以下に代表的な製造方法と製造条件について述
べる。
【0015】本発明が対象とする複相組織ステンレス鋼
は、高温でフェライト+オーステナイト組織を呈するよ
うに成分調整された鋼帯または鋼板に、Ac1点〜(A
c1+100℃)の温度域ではCがオーステナイト基地
中に十分固溶し表面硬さの変動が実質的に生じないの
で、複相化処理温度はAc1点+100℃以上に設定す
ることが好ましい。しかし、過度に高い複相化処理温度
では却って表面硬さが低下する傾向がみられ、多量の熱
源を必要とすることから製造コストが上昇する。そのた
め、複相化処理温度の上限は1200℃程度に設定する
ことが好ましい。
【0016】鋼帯(鋼板)を製造するにあたっては、
1回で所望の板厚まで冷間圧延し複相化処理を施す方
法、また、冷間圧延後、中間焼なましを行って再度冷
間圧延を行い複相化処理する方法、冷間圧延後、焼な
ましを行い、さらに複相化処理を施す方法、複相化処
理後に冷間圧延し、さらに必要に応じて再度複相化処理
を施す方法、複相化処理後冷間圧延を施すなどいずれ
の方法により製造してもよい。しかし、いずれの製造方
法においても冷間圧延の際の最終パスは耐食性向上を目
的とした中心線平均粗さRa:0.1μm以下のロール
を用い、複相化熱処理においては冷間圧延により得られ
た表面性状を害することなく光輝焼鈍炉を用い行うもの
とする。
【0017】以下、実施例により本発明を具体的に説明
する。
【0018】
【実施例】表1に示す化学成分の高強度複相組織ステン
レス鋼A〜Eを溶製した後、板厚4.0mmの熱延鋼帯
とし拡散焼鈍・酸洗後、板厚0.8mmの冷延鋼帯を製
造した。その後、いずれの鋼帯も長手方向に2分割し連
続光輝焼鈍炉を用いて、A-1,B-1,C-1,D-1の
鋼帯については温度1000〜1150℃に加熱・冷却
する複相化処理を行い鋼帯とした。また、A-2,B-2
の冷延鋼帯については軟質化を目的にAc1点以下の温
度で焼鈍後に1000,1020℃に加熱・冷却する複
相化処理を施し鋼帯とした。C-2,D-2の冷延鋼帯に
ついては、1000,1020℃で複相化処理後、圧延
率10%,30%の冷間圧延を行い、いずれも1000
℃の加熱・複相化処理を施し鋼帯とした。また、Eの鋼
帯については本発明鋼の成分範囲にあるがE-1は80
0℃の温度、E-2は1250℃の温度に加熱・冷却す
る複相化処理を行い鋼帯として比較鋼とした。これらの
方法により製造した高強度複相組織ステンレス鋼帯から
サンプルを採取し試験に供した。なお、試験片は製造仕
上げままの状態であり表面硬さはHvで300以上を有
する。また、鋼種記号F,Gは通常の製造工程で製造し
た比較鋼の化学成分を示す。
【0019】
【表1】
【0020】試験方法については、JIS G 057
6 ステンレス鋼の42%塩化マグネシウム腐食試験方
法の単軸引張試験に準じて行い、負荷応力(N/m
2)と破断時間(h)の関係を求め評価した。また、
評価方法については、試験開始から100時間経過後破
断しない応力をもって破断限界応力とし、破断限界応力
が高いものほど耐応力腐食割れ特性に優れるものとして
評価した。表2に製造条件と表面硬さ,γmax量および
破断限界応力を示す。また、図1に負荷応力と破断時間
の関係を求めた一例を示す。
【0021】
【表2】
【0022】表2からも明らかなように、本発明鋼はい
ずれの製造条件で製造した鋼板も、表面硬さはHvで3
60〜395の範囲を示し、いずれの鋼板もHvで30
0以上の高強度を有している。また、図1および表2か
らステンレス鋼の42%塩化マグネシウム腐食試験によ
る破断限界応力も、本発明鋼は比較鋼よりも著しく高い
応力を示し、耐応力腐食割れ特性に優れることを見出し
た。
【0023】
【発明の効果】以上のように、表面硬さがHv300以
上を有する高強度複相組織ステンレス鋼帯(鋼板)を使
用すれば、42%塩化マグネシウム腐食試験において応
力腐食割れ発生限界応力を著しく上昇することができ、
各種汎用機械部品や成形ばね製品等の一般腐食環境下で
の耐応力腐食割れ特性に優れた高強度部材への好適素材
として提供することが可能であり、高強度化による軽量
化および各種製品の長寿命化も図れ一般産業機械分野の
発展に大きく貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明鋼のA−1鋼および比較鋼のG−2鋼
とF鋼の42%塩化マグネシウム試験での負荷応力と破
断時間の関係を示したもの。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4K037 EA01 EA05 EA12 EA13 EA15 EA17 EA18 EA20 EB11 EB14 FG03 FH05

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 必須成分として、C:0.05〜0.1
    0質量%、Cr:13.0〜20.0質量%およびN
    i、Mn、Cu、Moの少なくとも1種又は2種以上合
    計で2.0〜5.0質量%を含有し、C+N:0.05
    〜0.10%を満足するクロムステンレス鋼の冷延鋼帯
    を通常の熱間圧延を経て冷間圧延する際に最終パスを中
    心線平均粗さRa:0.1μm以下のロールを用いて圧
    延し、得られた冷延鋼帯を光輝焼鈍炉を用いてフェライ
    ト+オーステナイトの二相域となる温度に加熱―冷却す
    することにより、実質的にフェライト+マルテンサイト
    混合組織からなるHv300以上を有する鋼帯を得るこ
    とを特徴とする、耐応力腐食割れ感受性に優れる高強度
    複相組織ステンレス鋼帯の製造方法。
  2. 【請求項2】 鋼中に含まれる各種成分のうち、C:
    0.05〜0.10%,Cr:13.0〜20.0%お
    よびNi,Mn,Cu,Moの少なくとも1種または2
    種以上合計で2.0〜5.0%含有し、以下に定義する
    γmaxが65以上90以下となるように成分量が調整さ
    れている請求項1記載のステンレス鋼帯の製造方法。 γmax=420[%C]+470[%N]+23[%N
    i]+9[%Cu]+7[%Mn]−11.5[%C
    r]−11.5[%Si]+189
  3. 【請求項3】 請求項1または2の製造法で製造された
    耐応力腐食割れ感受性に優れる高強度複相組織ステンレ
    ス鋼帯。
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