JP2001234290A - 曲げ加工性に優れた高強度ステンレス鋼板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高強度であるとともに、優れた曲げ加工性を
有するステンレス鋼板を得る。 【構成】 必須成分として、重量で、Ｃ：0.01〜0.20
％、Cr：10.0〜20.0％、さらにMn：0.1〜4.0％、Ni：0.
1〜4.0％の１種、または２種以上を含有し、金属組織が
(フェライト＋マルテンサイト)の２相組織であって、下
式で表されるγmaxが50〜95であり、鋼板の表面から板
厚方向に向かって深さ25μmまでの範囲の板厚断面にお
けるフェライト相の面積率が48%以上、それ以外の範囲
におけるフェライト相の面積率が48％以下である曲げ加
工性に優れた高強度ステンレス鋼板。 γmax＝420Ｃ(重量％)＋470Ｎ(重量％)＋23Ni(重量％)
＋7Mn(重量％)＋9Cu(重量％)−11.5Cr(重量％)−11.5Si
(重量％)−12Mo(重量％)−52Al(重量％)−23Ｖ(重量％)
−47Nb(重量％)＋189

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高強度であるとと
もに、優れた曲げ加工性を有するステンレス鋼板に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、高強度ステンレス鋼には焼入
れ−焼戻し処理によって強度を向上させたマルテンサイ
ト系ステンレス鋼があり、JIS鋼種としてSUS403やSUS42
0等が広く用いられている。また、析出硬化系では、SUS
631を代表に各種鋼種が商用化されている。これらの他
に、金属組織を（フェライト＋マルテンサイト）の複相
組織とした複相組織ステンレス鋼が提案されている。こ
の鋼種は、素材の製造過程において（フェライト＋マル
テンサイト）の複相組織となるような熱処理を施こすこ
とによって、硬質なマルテンサイト相によって高強度化
を得るとともに、軟質なフェライト相の存在によって良
好な加工性をも有した高強度ステンレス鋼である。複相
組織を得るための熱処理は、通常の素材（コイル）製造
の設備で可能であるため、コイルによる連続熱処理が可
能であり、これによる製造コストの上昇はごくわずかに
抑えられる。よって、この複相組織ステンレス鋼を用い
れば、上述のマルテンサイト系や析出硬化系で必要とし
ていた加工後の熱処理を省略することができ、成形製品
のコストダウンが可能となる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述のマルテンサイト
系および析出硬化系に共通することは、高強度得るため
には、所望の形状に加工した後に熱処理を必要とする点
である。すなわち、マルテンサイト系では焼入れ−焼戻
し処理、析出硬化系では析出硬化熱処理を必要とする。
これら鋼種は熱処理後に高強度が得られるものの、材料
は硬くなるため加工性が非常に悪い。したがって、加工
は熱処理前に行う必要がある。加工後の熱処理は形状物
であるゆえ、バッチ式の高価な処理となるため、これに
よる成形製品のコストアップは避けられない。一方、複
相組織ステンレス鋼板は、高強度で、かつ製品に加工し
うる良好な加工性を有しているものの、加工性について
はある程度の限界があり、それ以上の厳しい加工を要求
される成形品には素材として用いることができない。こ
れについては、化学成分等を見直し、金属組織に占める
マルテンサイト相の比率を下げることによって、加工性
を向上させることは可能である。しかし、この方法で
は、素材全体の強度が低下してしまう問題がある。本発
明の目的は、複相組織ステンレス鋼の強度の低下を抑え
つつ、加工性、具体的には曲げ加工性を改善する点にあ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者は、曲げ加工性
の改善は材料表層における延性の改善によって達成され
ること、そのためには、材料の表層部を適度に脱炭さ
せ、フェライト相を多く形成させることが有効であるこ
とを見出した。すなわち、必須成分として、重量で、
Ｃ：0.01〜0.20％、Cr：10.0〜20.0％、さらにMn：0.1
〜4.0％、Ni：0.1〜4.0％の１種、または２種以上を含
有し、金属組織が(フェライト＋マルテンサイト)の２相
組織であって、下式で表されるγmaxが50〜95であり、
鋼板の表面から板厚方向に向かって深さ25μmまでの範
囲の板厚断面におけるフェライト相の面積率が48%以上
で、それ以外の範囲におけるフェライト相の面積率が48
％以下である曲げ加工性に優れた高強度ステンレス鋼板
である。 γmax＝420Ｃ(重量％)＋470Ｎ(重量％)＋23Ni(重量％)
＋7Mn(重量％)＋9Cu(重量％)−11.5Cr(重量％)−11.5Si
(重量％)−12Mo(重量％)−52Al(重量％)−23Ｖ(重量％)
−47Nb(重量％)＋189

【０００５】

【発明の実施の形態】以下に本発明鋼内容の詳細につい
て述べる。Ｃは、マルテンサイト量を増加させるととも
に、固溶強化によりマルテンサイト相およびフェライト
相の強度を高めるのに有効である。これらＣの効果を得
るには、少なくとも0.01％以上が必要である。しかし、
Ｃがあまり過剰になると、Cr貧化層を生じて鋭敏化状態
となって、耐食性が著しく劣化したり、マルテンサイト
が多量に生成し過ぎて成形加工が困難になるので、Ｃ量
は0.20％以下に限定する。

【０００６】MnおよびNiは、オーステナイト生成元素と
して、高温で（フェライト＋マルテンサイト）の２相組
織を得るために有効な元素である。また、Mn、Ni量の増
加に伴い、冷却後のマルテンサイト量が増加し、強度が
上昇する。これらの効果を得るためには、Cr量およびＣ
量に応じて一定量以上のNiやMnを添加するが、すくなく
とも0.1％以上添加する必要がある。しかし、あまり多
いと複相化処理後に生成するマルテンサイトが多くなり
すぎて、強度は得られるものの、延性が低下するので、
上限はそれぞれ4.0％以下に限定する。

【０００７】Crは、耐食性を維持するうえで少なくとも
10.0％以上必要であるが、あまり多量に含有させると、
マルテンサイト相を生成させるのに必要なMnやNi等のオ
ーステナイト生成元素の量を増やさなくてはならなくな
るとともに、靭性が低下するので、上限を20.0％にす
る。

【０００８】本発明鋼は、高強度と高加工性を両立させ
るために（フェライト＋マルテンサイト）の２相組織と
することを特徴としている。高強度を得るためには、下
式で示されるγmaxが50以上とする必要があるが、あま
り高いとマルテンサイト量が増えて加工性を損うので、
γmaxは、下式にしたがって、50〜95の範囲となるよう
に成分を調整する必要がある。 γmax＝420Ｃ(重量％)＋470Ｎ(重量％)＋23Ni(重量％)
＋7Mn(重量％)＋9Cu(重量％)−11.5Cr(重量％)−11.5Si
(重量％)−12Mo(重量％)−52Al(重量％)−23Ｖ(重量％)
−47Nb(重量％)＋189

【０００９】前述のように、本発明鋼は、金属組織が
(フェライト＋マルテンサイト)の２相組織であることが
必要であり、これは材料製造過程の複相化処理によって
なされる。複相化処理は一種の焼入れ処理で、その処理
温度は、材料の化学成分によって多少異なるが、おおむ
ね850〜1150℃の範囲である。また、加熱後の冷却は高
温でのオーステナイトがマルテンサイトに変態するのに
十分な冷却速度とする必要がある。この複相化処理によ
って得られた材料は、高い強度を有するとともに、材料
を加工する場合にも、従来のマルテンサイト系ステンレ
ス鋼と比べて、優れた延性、加工性を有するのである。

【００１０】既に説明したように、本発明鋼は高強度を
有し、かつ優れた加工性を示す。これは、前述のごと
く、本発明鋼の金属組織が、軟質なフェライト相と硬質
なマルテンサイト相からなる(フェライト＋マルテンサ
イト)の２相組織であるためである。さらに、本発明鋼
は加工性のなかでも、とくに曲げ加工性に優れる。これ
は、材料中心部に比べて材料表層部に軟質なフェライト
相を多く含むことによる。材料表層部が軟質であるた
め、曲げ加工によって材料表面でクラックが発生しにく
くなる。かつ、軟質なフェライト相の比率を材料表層部
のみ高くすることにより、材料強度を低下させずに、優
れた曲げ加工性が得られるようになるのである。しか
し、材料表層の軟質層があまり厚すぎると材料自体の強
度が低下してしまうので、高強度を維持しつつ、曲げ加
工性を向上させるには、鋼板の表面から板厚方向に向か
って深さ25μmまでの範囲の板厚断面におけるフェライ
ト相の面積率を48％以上に限定する。また、高強度を得
るためには、鋼板の表面から板厚方向に向かって深さ25
μmまでの範囲以外においては、フェライト相を48％以
下とする必要がある。

【００１１】フェライト相比の高い軟質層を表層部に形
成させる方法は特に限定しないが、材料の製造工程の中
で、熱間圧延や冷間圧延後の熱処理工程において実施さ
れる。例えば、材料の化学成分によって多少異なるが、
複相化処理温度よりも高い1100〜1200℃とにすることに
より、表層部の軟質化が実施できる。これによって形成
された軟質層は、この後工程の冷間圧延後においても、
材料表層部に薄く引き延ばされた状態で存在し、これに
より曲げ加工時のクラックの発生を防止する。

【００１２】

【実施例】以下に、実施例によって、さらに本発明の詳
細について説明する。表１に示す化学成分をもった鋼を
溶製し、インゴットからスラブを経て、板厚3.5mmの熱延
板を得た。熱延板を800℃×６時間の加熱後、炉冷し、
その後酸洗、冷間圧延により板厚2mmの冷延板とした。
これをさらに、770℃×均熱１分の焼鈍、酸洗の後、冷
間圧延によって板厚0.7mmの冷延板とし、1050℃×均熱
１分の複相化処理を施した（試料Ｓ１）。また、試料Ｓ
１の製造途中である板厚2mmの冷延まま鋼板の一部を、
大気中、1100℃で表面軟化処理後、板厚0.7mmに冷延
し、複相化処理を施したもの（試料Ｐ１）、水素98％
雰囲気中、1100℃で表面軟化処理後、板厚0.7mmに冷延
し、複相化処理を施したもの（試料Ｐ２）作製した。な
お、上記の工程については、表面軟質化条件を変える
ことによって、複相化処理後の表層から深さ25μmまで
の範囲のフェライト相の面積率を変化させた試料も作製
した（試料Ｐ３、Ｓ２、Ｓ３）。さらに、合金A2につい
て、上記と同様の製造工程で作製した（試料Ｐ４）。
表２に各試料の製造工程条件および各試料の特性値をま
とめた。

【００１３】

【表１】

【００１４】

【表２】

【００１５】以上のようにして得られた試料から、幅20
mm（圧延方向）×長さ80mm（板幅方向）なる試験片を作
製した。そして、半径Ｒを持った治具を、鋼板の板幅方
向が曲げの稜線方向となるようにして試験片に押し付
け、試験片を曲げた（突き曲げ試験）。試験片を曲げた
時に、曲げ部分に割れの発生しない曲げ試験治具半径Ｒ
を、その試料の最小曲げ半径Ｒminとした。各試料のＲm
inと試験片の板厚ｔの比Ｒmin／ｔの結果を表２右欄に
示す。これらの結果と相化処理後の試料の表面から板厚
方向に向かって深さ25μmまでの範囲の板厚断面におけ
るフェライト相の面積率α％の関係を図１に示す。な
お、フェライト相の面積率α％は、より具体的には、供
試材を圧延方向に平行に切り出した切断面の、供試材表
面（圧延面）から深さ方向（圧延面に対しての板厚方
向）25μmまでの範囲内のフェライト相の占める面積の
割合を、400倍の顕微鏡写真において測定したものであ
る。曲げ半径が板厚以下になる点（Ｒmin／ｔ≦1.00）
を目標とすれば、図１から、α％は48％以上とすればよ
いことがわかる。

【００１６】

【発明の効果】本発明によれば、（α＋γ）複相組織ス
テンレス鋼板の加工性、特に曲げ加工性をさらに向上さ
せることが可能である。すなわち、従来、曲げ加工性が
不十分なために適用できなかった加工品に対しても、本
発明鋼を用いることによって加工製品の高強度を図るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 複相化処理後の試料の表面から深さ25μmま
での板厚断面においてフェライト相が占める面積比率α
％と、突き曲げ試験において曲げ部分に割れの発生しな
い曲げ試験治具の最小曲げ半径Ｒminと試験片の板厚ｔ
の比Ｒmin／ｔの関係を示したグラフである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 必須成分として、重量で、Ｃ：0.01〜0.2
   0％、Cr：10.0〜20.0％、さらにMn：0.1〜4.0％、Ni：
   0.1〜4.0％の１種または２種以上を含有し、金属組織が
   (フェライト＋マルテンサイト)の２相組織であって、鋼
   板の表面から板厚方向に向かって深さ25μmまでの範囲
   の板厚断面におけるフェライト相の面積率が48%以上、
   それ以外の範囲におけるフェライト相の面積率が48％以
   下である曲げ加工性に優れた高強度ステンレス鋼板。
2. 【請求項２】 必須成分として、重量で、Ｃ：0.01〜0.2
   0％、Cr：10.0〜20.0％、さらにMn：0.1〜4.0％、Ni：
   0.1〜4.0％の１種または２種以上を含有し、金属組織が
   (フェライト＋マルテンサイト)の２相組織であって、下
   式で表されるγmaxが50〜95であり、鋼板の表面から板
   厚方向に向かって深さ25μmまでの範囲の板厚断面にお
   けるフェライト相の面積率が48%以上で、それ以外の範
   囲におけるフェライト相の面積率が48％以下である曲げ
   加工性に優れた高強度ステンレス鋼板。 γmax＝420Ｃ(重量％)＋470Ｎ(重量％)＋23Ni(重量％)
   ＋7Mn(重量％)＋9Cu(重量％)−11.5Cr(重量％)−11.5Si
   (重量％)−12Mo(重量％)−52Al(重量％)−23Ｖ(重量％)
   −47Nb(重量％)＋189