JP2002285294A

JP2002285294A - 打ち抜き加工性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼

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Publication number: JP2002285294A
Application number: JP2001090821A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Kasashige; 利広笠茂; Setsuo Kakihara; 節雄柿原; Yoshihiro Ozaki; 芳宏尾崎
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2001-03-27
Filing date: 2001-03-27
Publication date: 2002-10-03
Anticipated expiration: 2021-03-27
Also published as: JP4496659B2

Abstract

(57)【要約】【課題】安定した焼入れ硬度が得られるとともに、焼
き入れ前における、打ち抜き加工性に優れたマルテンサ
イト系ステンレス鋼を提供する。【解決手段】質量％で、Ｃ＋Ｎ：0.04超〜0.10％、S
i：0.5 ％以下、Mn：1.0〜2.5 ％、Cr：10.0超〜14.5
％、Cu：0.5 ％以下、Ni：0.5 ％超〜1.50％を含有し、
残部はFeおよび不可避的不純物からなる成分組成とす
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、例えば二輪車のデ
ィスクブレーキ材などの車輌部材や機械部材などの用途
に好適な、焼入れたままで用いるマルテンサイト系ステ
ンレス鋼に関し、必要な焼入れ硬度のほか、とくに焼き
入れ前には優れた打ち抜き加工性を有するマルテンサイ
ト系ステンレス鋼を提案するものである。なお、本発明
にいう％は、特にことわらないかぎり、すべて質量％を
意味するものとする。

【０００２】

【従来の技術】二輪車のディスクブレーキ材にはブレー
キとしての性能を長期間維持するために耐摩耗性が必要
である。この耐摩耗性は一般に硬度が高くなるに従い良
好となるが、一方靱性は逆に低下する。耐摩耗性と靱性
の両方を考慮して、ロックウエル硬度ＨＲＣで30〜40の
範囲に制御される場合が多い。従来、この用途に使用さ
れるステンレス鋼としては、Ｃ；0.2 ％のSUS420J1およ
びＣ；0.3 ％のSUS420J2等の高Ｃマルテンサイト系ステ
ンレス鋼か、低Ｃ高Mnマルテンサイト系ステンレス鋼が
用いられてきた。

【０００３】しかし、上記SUS420J1、SUS420J2等の高Ｃ
マルテンサイト系ステンレス鋼では、焼入れ温度が変動
したときの硬度の変動が大きいために、焼入れのみで所
定の硬度を得るには極めて精度の高い熱処理管理が必要
であった。また、仮に焼戻しにより焼入れ条件の管理を
緩和できたとしても、焼戻しによって析出するCr炭窒化
物の周囲に低Cr濃度の領域が生じて、耐食性が低下する
という難点があった。

【０００４】一方、特公昭60−2380号に示されるような
低Ｃ高Mnマルテンサイト系ステンレス鋼では、焼入れ温
度に対する硬度の変動が緩和されるため、高Ｃマルテン
サイト系ステンレス鋼におけるような過酷な熱処理条件
の管理は不要となる。しかし、この材料を用いてディス
クブレーキなどの部材を製造する際に、焼鈍、酸洗の
後、焼入れ前の打ち抜き加工工程で、打ち抜き型で剪断
される近傍が塑性変形域に引きずり込まれて、「ダレ
（垂れ下がり・反り上がりともいう）」（図３参照）に
なりやすく、加工精度を低下させるという問題が残され
ていた。打ち抜き部の縁辺部にダレが発生すると、外形
の維持、他部材と摺動したときのビビリ防止等の必要性
から、その後の工程で、平面平滑化のためにダレがなく
なるまで切削・研摩作業を余分に行わなければならず、
工数負荷の増大と歩止ロスを招くことになる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように従来の低Ｃ
高Mnマルテンサイト系ステンレス鋼は、焼入れ硬度の焼
入れ温度依存性が小さいために熱処理管理が容易である
と言う利点を有していたものの、一方では、焼入れ前の
加工成形段階において、特に打ち抜き加工でダレが生じ
るという問題があった。そこで、本発明は、従来技術が
抱えているかかる問題を解消して、所定の焼入れ硬度が
安定して得られるとともに、焼き入れ前における、打ち
抜き加工性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼を提
供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨構成は以下
のとおりである。 (1) 質量％で、Ｃ＋Ｎ：0.04超〜0.10％、Si：0.5 ％
以下、Mn：1.0 〜2.5 ％、Cr：10.0超〜14.5％、Cu：0.
5 ％以下、Ni：0.5 ％超〜1.50％を含有し、残部はFeお
よび不可避的不純物から成ることを特徴とする打ち抜き
加工性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明のマルテンサイト系
ステンレス鋼の成分組成を上記範囲に限定した理由につ
いて説明する。Ｃ＋Ｎ；0.04超〜0.10％ＣおよびＮは、いずれも硬度を高め、耐摩耗性を向上さ
せるのに有効な元素であり、本発明のMn量範囲におい
て、焼入れ時の硬度を30〜40ＨＲＣにするための（Ｃ＋
Ｎ）量は0.04％を超え0.10％以下の範囲である。

【０００８】Si；0.5 ％以下 Siは、高温においてフェライトを生成させる元素であ
り、0.5 ％を超えると焼入れ硬度を低下させるのみなら
ず、靱性に悪影響を与えるので、その上限を0.50％とす
る。なお、Si量は少ないほど好ましい。

【０００９】Mn；1.0 〜2.5 ％ Mnは、高温におけるδ−フェライトの生成を抑制するの
に有効な元素である。1.0 ％未満の含有量ではδ−フェ
ライトを生成し、30〜40ＨＲＣの焼入れ硬度が得られな
くなる。なお、30〜40ＨＲＣの焼入れ硬度を高（Ｃ＋
Ｎ）の成分系で達成しようとすると、適正（Ｃ＋Ｎ）量
の範囲が著しく狭くなるため、製造性が低下する。Mn量
が低すぎると、30〜40ＨＲＣの焼入れ硬度を得るための
焼入れ熱処理の温度範囲が極端に狭少となるため、温度
管理も難しくなるので、その下限を1.0 ％とする。一
方、Mn量が2.5 ％を超えると、高温での耐酸化性が低下
し、鋼板の製造工程におけるスケール生成量が多くな
り、板面に肌荒を生じて鋼板の寸法精度を著しく低下さ
せるので、その上限を2.5 ％に限定する。なお、安定し
た焼入れ硬度を得るには、Mnを1.2 〜2.5 ％の範囲で含
有させることが望ましい。

【００１０】Cr；10.0超〜14.5％ Crは、耐食性を保持するために、10.0％超の含有量が不
可欠である。しかし、14.5％を超えると、Mn、Niおよび
Cuのそれぞれ上限量を添加しても、850 〜1050℃の焼入
れ温度範囲でδ−フェライトが出現するようになり、30
〜40ＨＲＣの焼入れ硬度が得られなくなる。よってCr含
有量は10.0超〜14.5％の範囲とする。

【００１１】Cu；0.5 ％以下 Cuは、Mnと同様に、高温においてδフェライトの生成を
防止するのに有効である。本発明においてはMn量1.0 〜
2.5 ％添加によってその目的を達せられるが、必要に応
じて添加することができる。その際、過度に添加する
と、高温での熱間圧延時に表面疵を発生し、歩留を低下
させるので、0.5 ％以下の範囲で含有させる。

【００１２】Ni；0.5 ％超〜1.50％ Niは、本発明において重要な元素であり、0.5 ％超〜1.
50％の範囲で含有させる必要がある。低炭素マルテンサ
イト系ステンレス鋼（ベース成分：0.05％Ｃ、0.3 ％S
i、1.5 ％Mn、12.5％Cr、0.1 ％Cu、0.01％Ｎ）におい
て、Ni含有量と熱延焼鈍板のロックウェル硬さ（ＨＲ
Ｂ）との関係を調べたところ、図１の結果が得られた。
図１から、Ni含有量が0.5 ％超〜1.50％の範囲では、Ni
含有量とともに硬さが上昇していることがわかる。次
に、発明者らは硬さと打ち抜き加工時のダレ量との関係
を調査して、図２の結果を得た。なお、ダレ量は、板厚
５ｍｍの熱延焼鈍板から３０ｍｍφの円盤を打ち抜き工
具のクリアランスを板厚の９％、１２％、１５％として
打ち抜いて、図３に示す打ち抜き側断面のダレＸおよび
ダレＺを測定した。測定したダレ量から、従来材を基準
としたダレ量の改善率を次式により求めた。Ｘの改善率（％）：（Ｘ−Ｘo ）×１００／Ｘo Ｚの改善率（％）：（Ｚ−Ｚo ）×１００／Ｚo ただし、Ｘo およびＺo は、ＨＲＢ：８１（従来の低炭
素マルテンサイト系ステンレス鋼の硬さはＨＲＢで７８
〜８３) の従来材で得られたダレＸおよびダレＺの値図
２より、硬さがＨＲＢで８８以上になると、ダレ量は大
きく改善されることがわかる。これらのことから、Ni含
有量を0.5 ％超として、熱延焼鈍板の硬さをＨＲＢで８
８以上とすることにより、打ち抜き加工時のダレ量を改
善することができる。一方、ＨＲＢで１００を超える
と、打ち抜き加工時の金型の摩耗が早くなったり、素材
の伸びが低くなってプレス成形性の低下が懸念される。
Ni含有量が多すぎると熱延焼鈍板の硬さがＨＲＢで１０
０を超える可能性があるので、Ni含有量の上限は1.50％
とする。

【００１３】上述した以外の成分は、Feと不可避的に含
有されるものとする。なお、本発明においては不可避的
に含有される不純物のうち、Ｐ量は、耐食性と加工性劣
化防止の観点から、0.035 ％以下に抑制することが望ま
しい。Ｓ量は、耐食性劣化防止の観点から、0.020 ％以
下に抑制することが望ましい。またＯ量は、靱性および
耐食性に対して有害であるので、0.010 ％以下に抑制す
ることが望ましい。また、希土類元素を硫化物の形態制
御による耐食性の向上の目的で添加することも可能であ
る。

【００１４】本発明によるマルテンサイト系ステンレス
鋼は、成分調整した溶鋼を、転炉または電気炉等の溶製
炉にて溶製したのち、真空脱ガス法（ＲＨ法）、ＶＯＤ
法、ＡＯＤ法等の公知の精錬方法で精錬し、ついで連続
鋳造法あるいは造塊法でスラブ等に鋳造して、鋼素材と
するのが好適である。

【００１５】

【実施例】表１に示す成分の鋼を溶製し、連続鋳造法に
より、厚さ200mm のスラブとし、1150℃に加熱したの
ち、熱間圧延して板厚５mmの熱延鋼板に仕上げ、800 ℃
で焼鈍した。これより、焼き入れ前のロックウェル硬度
（ＨＲＢ）測定のための試験片（厚さ：５mm、幅：50m
m、長さ：50mm）を採取した。また、焼き入れ前の打ち
抜き加工性（打ち抜き時のダレ）を調べるための試験片
も採取した。さらに、焼き入れ後のロックウェル硬度
（ＨＲＣ）測定のための試験片（厚さ：５mm、幅：50m
m、長さ：50mm）を採取した。

【００１６】

【表１】

【００１７】打ち抜き加工性の試験は熱延鋼板から150
ｍｍφ、50ｍｍφの円板を打ち抜き、側面から撮影した
写真から、図３に示すダレ量Ｘ，Ｚを測定した。なお、
打ち抜きに際してはクリアランスを板厚の１５％とし
た。また、焼き入れ前のロックウェル硬度（ＨＲＢ）、
焼き入れ後のロックウェル硬度（ＨＲＣ）をＪＩＳＺ
２２４５に準拠して測定した。焼入れは 900〜1050℃の
温度で行った。

【００１８】試験の結果を表２に示す。これらの表か
ら、発明鋼はいずれも、焼入れすることにより、従来鋼
である鋼No. １と同等の安定したロックウエル硬度を示
し、また、従来鋼と同様、安定したロックウエル硬度を
得るための焼入れ温度範囲も広い。そして、発明鋼は、
いずれもダレが少なく極めて良好な打ち抜き加工性を有
していることがわかる。

【００１９】

【表２】

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
所定の焼入れ硬度を安定して得られることに加えて、焼
き入れ前における、打ち抜き加工性が改善されたマルテ
ンサイト系ステンレス鋼を提供することが可能になる。
したがって、加工における製品歩留りの向上、生産性の
向上、製品コストの低減などに大きく寄与することが期
待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ni含有量と焼き入れ前のロックウェル硬度（Ｈ
ＲＢ）との関係を示すグラフである。

【図２】低炭素マルテンサイト系ステンレス鋼の焼き入
れ前のロックウェル硬度（ＨＲＢ）とダレ量の従来鋼に
対する改善率との関係を示すグラフである。

【図３】打ち抜き加工した鋼板の側断面を模式的に示す
図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者尾崎芳宏千葉県千葉市中央区川崎町１番地川崎製鉄株式会社技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】質量％で、Ｃ＋Ｎ：0.04超〜0.10％、 Si：0.5 ％以下、 Mn：1.0 〜2.5 ％、 Cr：10.0超〜14.5％、 Cu：0.5 ％以下、 Ni：0.5 ％超〜1.50％を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物から成ること
を特徴とする打ち抜き加工性に優れたマルテンサイト系
ステンレス鋼。