JP2001003144A - 深絞り成形後の耐二次加工脆性に優れた高純度フェライト系ステンレス鋼板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高純度フェライト系ステンレス鋼板におい
て、その優れた延性や深絞り性を低下させることなく、
深絞り加工後の耐二次加工脆性を改善する方法を提供す
る。 【解決手段】 重量％で、C:0.010%以下、Si:0.5%以下、M
n:1.0%以下、P:0.04%以下、S:0.01%以下、Cr:9〜25%、Ti+N
b:0.6%以下で、かつ(Ti+Nb)/(C+N)が7.0以上、Al:0.002
〜0.05%、Ca:0.0020%以下、Mg:0.0050%以下、N:0.01%以下
を含有し、さらに必要に応じて、Mo:3%以下、Cu:1%以下、
Ni:1%以下、B:0.0030%以下を含み、かつ、Mg(%)≧0.05×
P(%)の範囲内を満たし、残部実質的にFeからなることを
特徴とする深絞り成形後の耐二次加工脆性に優れた高純
度フェライト系ステンレス鋼板。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、深絞り成形後の耐
二次加工脆性に優れた高純度フェライト系ステンレス鋼
板に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】フェライト系ステンレス鋼板はオーステ
ナイト系ステンレス鋼板に比べ安価でかつ耐銹性に優れ
ていることから、厨房機器や家電機器などに広く使用さ
れている。近年、製鋼工程での脱炭・脱窒技術の向上に
より、加工性と耐銹性が一段と改善された高純度フェラ
イト系ステンレス鋼板が開発され、より広範囲な用途
に、複雑な形状に加工されて使用される機会が多くなっ
てきた。

【０００３】フェライト系ステンレス鋼板における脱炭
・脱窒による高純度化は、伸び、ｒ値を高めるので深絞
り加工性が顕著に向上する。しかし、その後にさらに拡
管加工等を施す二次加工においては成形性が低く、簡単
に粒界割れが生じる等、いわゆる二次加工脆性に劣る欠
点があった。

【０００４】高純度フェライト系ステンレス鋼板の二次
加工脆性改善に関しては、例えば、特公平２−７３９１
号公報と特開平８−２９６０００号公報にはＴｉとＢの
添加技術が開示されている。また、特開平８−２０８４
３号公報ではＴｉ、微量ＮｂとＢの添加技術が提案され
ている。

【０００５】しかしながら、これらの元素を制御した高
純度フェライト系ステンレス鋼板においても、その他元
素のバランスによってはしばしば二次加工割れが発生
し、さらなる改善が望まれていた。また、Ｂは鋼中にお
いて、ＣやＮと同じく侵入型固溶元素として作用するの
で、耐二次加工脆性を確保するための過度の添加によ
り、伸びやｒ値が低下してしまうという弊害が生じる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、高純
度フェライト系ステンレス鋼板において、その優れた延
性や深絞り性を低下させることなく、深絞り加工後の耐
二次加工脆性を改善する方法を提供することにある。

【０００７】

【問題を解決するための手段】本発明者らは上記目的の
達成をすべく鋭意検討を行った結果、高純度フェライト
系ステンレス鋼板における二次加工脆性の主な原因はＰ
の偏析にあり、そしてその改善にはＭｇの添加バランス
の影響が著しく大きいことを見出し、この発明に到達し
た。すなわち、本発明は上記の知見を基に構成したもの
で、その要旨とするところは、以下の通りである。 （１） 重量％で、 Ｃ：０．０１０％以下、 Ｓｉ：０．５％以下、 Ｍｎ：１．０％以下、 Ｐ ：０．０４％以下、 Ｓ ：０．０１％以下、 Ｃｒ：９〜２５％、 Ｔｉ＋Ｎｂ：０．６％以下で、かつ（Ｔｉ＋Ｎｂ）／（Ｃ＋Ｎ）が７．０以上、 Ａｌ：０．００２〜０．０５％、 Ｃａ：０．００２０％以下、 Ｍｇ：０．００５０％以下、 Ｎ ：０．０１％以下、 を含有し、さらに必要Ｍｏ：３％以下に応じて、 Ｍｏ：３％以下、 Ｃｕ：１％以下、 Ｎｉ：１％以下、 Ｂ ：０．００３０％以下 の１種又は２種以上を含有し、残部が実質的にＦｅから
なり、かつＭｇ（％）≧０．０５×Ｐ（％）を満たすこ
とを特徴とする深絞り成形後の耐二次加工脆性に優れた
高純度フェライト系ステンレス鋼板。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明者らは二次加工脆性に対す
るＰの影響を調べるため、以下の実験を行った。ラボ溶
解により、成分系として、Ｃ：０．００５％、Ｓｉ：
０．２０％、Ｍｎ：０．４４％、Ｓ：０．００２％、Ｃ
ｒ：１７．４％、Ｔｉ＋Ｎｂ：０．４０％、Ａｌ：０．
０３４％、Ｃａ：０．０００５％、Ｎ：０．００９％か
らなり、Pを０．０１％、０．０３％、０．０５％の３
通りに、Ｍｇを０％（添加なし）、０．００１０％、
０．００２０％、０．００４０％、０．００６０％の５
通りにほぼ調整した試験鋳片を作成した。この試験鋳片
を１２００℃に加熱後、熱間圧延により板厚２．５mmの
熱延板とした。この熱延板を、焼鈍酸洗−冷間圧延−焼
鈍酸洗し、板厚０．５mmの冷延板とした。

【０００９】上記方法により得られた試験片の耐二次加
工脆性を、下記の方法を用いて評価した。すなわち、絞
り比２．１の深絞り加工により一次加工品として円筒状
のカップを作製した。次いで、それらのカップを−１０
〜３０℃の温度に保持した後、衝撃的にカップ端部に３
％の拡管歪を与え、カップ側壁部の脆性割れ発生有無を
調べた。繰返し数は３個行った。評価は、◎印は試験温
度０℃以上で割れ無し、○印は１５℃以上で割れ無し、
●印は１５℃以上で割れ有りを示している。結果を表１
および図１に示す。Ｍｇ無添加の試験片では、Ｐが増加
するに従って耐二次加工脆性が悪化する傾向が見られ
た。これにＭｇを添加した試験片では、Ｍｇが増加する
に従って耐二次加工脆性が改善したが、Ｐが０．０５の
材料では、Ｍｇ量を多くしても良好な結果は得られなか
った。以上から耐二次加工脆性改善のためには、ＰとＭ
ｇの量を図１の四角形の範囲に制御すれば良いことを知
見した。

【００１０】

【表１】

【００１１】高純度フェライト系ステンレス鋼板の二次
加工脆化がＰの低減およびＭｇの添加により改善される
作用については以下の通り推察する。従来鋼はＣ、Ｎが
比較的高く、これらの元素は結晶粒界に侵入型として偏
析し、粒界構造の安定化に寄与している。しかし、Ｃ、
Ｎの低い高純度鋼では、これらの元素に代わって、置換
型元素であるＰが粒界に偏析してくるため、粒界の電子
構造が変化し、粒界結合力を低下させて、脆くなるもの
と考えられる。これにＭｇを添加すると、Ｐとの化合物
を形成し、粒界に偏析するＰ量を減ずる効果があると考
えられる。またさらに、Ｍｇ添加によって生成したＭｇ
を含む酸化物がＰの粒界偏析を抑制する効果を有すると
考えられる。

【００１２】次に、本発明の各種元素の限定理由につい
て詳細に説明する。Ｃは加工性と耐食性を確保する目的
で制限される。特に、深絞り加工性向上には低いほうが
望ましいが、製鋼工程での脱炭時間を増長しコストの上
昇を招く。高伸び、高ｒ値を維持する条件としてその上
限を０．０１０％とした。

【００１３】Ｓｉの量は制限される。Ｓｉは脱酸のため
に有効な元素であり、耐高温酸化性を向上させるので用
途によっては奨励されるが、本発明品で使われる加工用
途では制限されるので、その範囲を０．５％以下とし
た。０．２５％以下とすれば、さらに好ましい。

【００１４】Ｍｎの量は制限される。Ｍｎは脱酸剤およ
びＳの害を消去するために有用な元素であるが、過度に
添加すると冷間加工性を低下させる。その範囲は上限を
１．０％とした。

【００１５】Ｐの量は制限される。Ｐが高くなると、耐
二次加工脆性が顕著に劣化するのみならず、熱間加工性
も劣化し表面疵が多発するので、その上限を０．０４％
とした。

【００１６】Ｓの量は制限される。Ｓは結晶粒界に偏析
し、高温での粒界脆化を促進する有害な元素であるた
め、その上限を０．０１％とした。好ましくは、０．０
０６％以下とする。

【００１７】Ｃｒは必要量添加される。Ｃｒは本発明品
に耐食性を付与する基本元素である。その量が９％未満
では耐食性が不足し、２５％を超えると冷間加工性が低
下し製造性が劣化する。従って、Ｃｒは９〜２５％の範
囲で添加する。

【００１８】ＴｉおよびＮｂは必要量添加される。Ｔｉ
およびＮｂはＣおよびＮを固定し、耐食性を向上させる
とともに金属組織の安定化に重要な元素であるが、その
効果を発揮するには、（Ｔｉ＋Ｎｂ）／（Ｃ＋Ｎ）の値
が７．０以上である必要がある。しかし、過剰な添加は
鋳片の表面性状を損ない製造性を低下させるので、Ｔｉ
＋Ｎｂの和で上限を０．６％に制限される。

【００１９】Ａｌは必要量添加される。Ａｌは脱酸剤と
して有効な元素であるが、その量は０．００２％未満で
は効果がなく、また、０．０５％を超えると曲げ加工性
の劣化等不都合を生じる。従って、Ａｌは０．００２〜
０．０５％に制限される。

【００２０】Ｃａの量は制限される。Ｃａは鋳造時にお
けるノズル詰まりを抑制するのに効果的な元素であり、
Ｔｉ量に応じて選択的に添加される。しかし、過剰に添
加するとＣａ系介在物を多くし、耐食性および製造性を
低下させるので、その範囲は０．００２０％以下に制限
される。好ましくは、０．００１０％以下とする。

【００２１】ＮはＣと同様、加工性と耐食性を確保する
目的で制限される。深絞り加工性向上には低い方が望ま
しいが、コストの上昇を招くのでその上限を０．０１％
以下に制限される。

【００２２】Ｍｇは本発明鋼において二次加工脆性改善
に最も大きく影響する重要な元素であり、Ｐとの関係で
必要量添加される。その下限は、０．０５×Ｐ（％）で
あり、これ以下では耐二次加工脆性の改善が発揮されな
い。一方Ｍｇを必要以上に多くしても、二次加工脆性に
対する効果は飽和してコスト高となる。加えて鋼の清浄
度が低下して介在物が増加し、延性が低下するので好ま
しくない。以上の理由からその上限を０．００５０％と
した。

【００２３】Ｍｏは耐食性向上のため必要に応じて添加
する。Ｍｏはステンレス鋼板特有の孔食の進展を抑制す
る効果がある。しかし、３％を超える添加は効果が飽和
し、かつ、コストの上昇を招くので、範囲は３％以下に
制限される。

【００２４】Ｃｕは必要に応じて添加する。Ｃｕは少量
添加で多くの腐食環境における全面腐食を抑制する効果
がある。しかし、１％を超えるとその効果が飽和するの
で、その範囲は１％以下に制限される。

【００２５】Ｎｉは必要に応じて添加する。Ｎｉは少量
添加で耐銹性を向上させる。しかし、１％を超えると効
果が飽和するので、その範囲は１％以下に制限される。

【００２６】Ｂは必要に応じて添加する。Ｂは微量添加
で結晶粒界を強化して耐二次加工脆性を向上させる。し
かし、過度に添加すると、ＣやＮと同様に加工性を低下
させるので、その範囲は０．００３０％以下に制限され
る。

【００２７】本発明鋼板の製造工程は、上記の成分構成
からなる鋼を電気炉、転炉等で溶製し二次精錬炉で成分
調整後連続鋳造法でＣＣ鋳片とする。次いで、熱間圧延
−焼鈍酸洗（状況に応じて焼鈍省略）−冷間圧延−焼鈍
酸洗、必要に応じてさらに冷間圧延−焼鈍酸洗等を繰り
返し行うという通常の製造工程を経て製造される。

【００２８】

【実施例】表２に示すような成分組成の本発明鋼と比較
鋼を転炉−二次精錬炉で溶製し、ＣＣ鋳片とした後、１
１３０〜１２００℃に加熱後、熱間圧延により板厚３．
０mmの熱延板とした。この熱延板を、焼鈍酸洗−冷間圧
延−焼鈍酸洗し、板厚０．６mmの冷延鋼板とした。

【００２９】

【表２】

【００３０】上記方法により得られた鋼板を供試材とし
て、耐二次加工脆性を下記の方法を用いて評価した。す
なわち、絞り比２．１の深絞り加工により一次加工品と
して円筒状のカップを作製した。次いで、それらのカッ
プを−１０〜３０℃の温度に保持した後、衝撃的にカッ
プ端部に３％の拡管歪を与え、カップ側壁部の脆性割れ
発生有無を調べた。繰返し数は３個行った。

【００３１】表３の耐二次加工脆性評価で、◎印は試験
温度０℃以上で割れ無し、○印は１５℃以上で割れ無
し、●印は１５℃以上で割れ有りを示している。表２、
表３より、本発明鋼板が深絞り加工後の耐二次加工脆性
に対して非常に優れた特性を示すことがわかる。

【００３２】

【表３】

【００３３】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、従来の
高純度フェライト系ステンレス鋼板で問題となっていた
耐二次加工脆性が大きく向上し、過酷な加工に耐える高
深絞り加工用フェライト系ステンレス鋼板が提供でき
る。本発明品を使用することにより、厨房、家電、自動
車その他の広い用途分野で、従来にない複雑形状の器物
が容易に絞り加工できることになり、その経済的・社会
的効能は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】高純度フェライト系ステンレス鋼板の二次加工
脆性感受性に対するＰとＭｇの関係を示す図である。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％で、 Ｃ：０．０１０％以下、 Ｓｉ：０．５％以下、 Ｍｎ：１．０％以下、 Ｐ ：０．０４％以下、 Ｓ ：０．０１％以下、 Ｃｒ：９〜２５％、 Ｔｉ＋Ｎｂ：０．６％以下で、かつ （Ｔｉ＋Ｎｂ）／（Ｃ＋Ｎ）が７．０以上、 Ａｌ：０．００２〜０．０５％、 Ｃａ：０．００２０％以下、 Ｍｇ：０．００５０％以下、 Ｎ ：０．０１％以下、を含有し、残部が実質的にＦｅ
   からなり、かつＭｇ（％）≧０．０５×Ｐ（％）を満た
   すことを特徴とする深絞り成形後の耐二次加工脆性に優
   れた高純度フェライト系ステンレス鋼板。
2. 【請求項２】 重量％でさらに、Ｍｏ：３％以下、を含
   有することを特徴とする請求項１記載の深絞り成形後の
   耐二次加工脆性に優れた高純度フェライト系ステンレス
   鋼板。
3. 【請求項３】 重量％でさらに、Ｃｕ：１％以下を含有
   することを特徴とする請求項１又は２記載の深絞り成形
   後の耐二次加工脆性に優れた高純度フェライト系ステン
   レス鋼板。
4. 【請求項４】 重量％でさらに、Ｎｉ：１％以下、を含
   有することを特徴とする請求項１、２又は３記載の深絞
   り成形後の耐二次加工脆性に優れた高純度フェライト系
   ステンレス鋼板。
5. 【請求項５】 重量％でさらに、Ｂ：０．００３０％以
   下を含有することを特徴とする請求項１、２、３又は４
   記載の深絞り成形後の耐二次加工脆性に優れた高純度フ
   ェライト系ステンレス鋼板。