JP2003073743A

JP2003073743A - 打ち抜き性に優れた低炭素マルテンサイト系ステンレス熱延鋼板の製造方法

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Publication number: JP2003073743A
Application number: JP2001263692A
Authority: JP
Inventors: Setsuo Kakihara; 節雄柿原; Toshihiro Kasashige; 利広笠茂; Yoshihiro Ozaki; 芳宏尾崎
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2001-08-31
Filing date: 2001-08-31
Publication date: 2003-03-12
Anticipated expiration: 2021-08-31
Also published as: JP4830239B2

Abstract

(57)【要約】【課題】打ち抜き加工性特に優れた、特にダレの小さ
い低炭素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：0.04〜0.15％、Si：
1.0％以下、Mn：1.0〜3.0％、Ni：1.0％以下、Cu：1.0
％以下、Nb：1.0％以下、Cr：10.0〜14.5％、を含有す
るマルテンサイト系ステンレス鋼を、熱延後、550〜750
℃の温度で焼鈍することにより、ＨＲＢ：85〜100の熱
延鋼板とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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、マルテンサイト系ステンレス鋼に関し、特に、打ち
抜き加工におけるダレ発生の少ないマルテンサイト系ス
テンレス鋼の製造方法を提案するものである。

【０００２】

【従来の技術】二輪車のディスクブレーキ材は、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
とされ、高硬度であることが望ましい。しかし、一般
に、鋼材の耐摩耗性は、高硬度になるほど良好になる一
方、靱性は逆に低下し、機械的な衝撃が加わった際、破
損しやすくなるという一面もある。これらの点を考慮し
て、車両や機械の部材には、耐摩耗性と靱性の両方の要
求を満たす、ロックウェル硬さＨＲＣで30〜40の鋼板が
使用されている。従来、このような用途に使用されるス
テンレス鋼としては、Ｃ：0.2mass％のSUS 420J1 およ
びＣ：0.3mass％の SUS 420J2 等の高Ｃマルテンサイト
系ステンレス熱延鋼板か、特公昭60−2380号に開示され
たような低Ｃ高Mnマルテンサイト系ステンレス熱延鋼板
が用いられてきた。

【０００３】上記熱延鋼板には、一般に、熱間圧延後に
焼鈍したものが用いられるが、必要に応じて、ショット
ブラストや酸洗されたものを用いることもある。また、
ディスクブレーキ等の部材は、上記熱延鋼板を打ち抜き
加工し、所定の形状に加工した後、焼入れと必要に応じ
て焼戻し処理が施されて、硬さを調整し、製造される。

【０００４】しかし、上記 SUS 420J1 や SUS 420J2 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化が大きいため、焼入れの
みで所定の硬度を得るには、極めて精度の高い温度管理
が必要であった。また、その後の焼戻しにより、焼入れ
条件を緩和できたとしても、焼戻しによって析出するCr
炭窒化物の周囲には、低Cr濃度の領域が生じ、耐食性が
低下するという問題があった。

【０００５】一方、低Ｃ高Mnマルテンサイト系ステンレ
ス鋼では、焼入れ温度の変化による硬度の変動が少ない
ため、高Ｃマルテンサイト系ステンレス鋼のような厳し
い熱処理条件の管理は不要となる。しかし、低Ｃ高Mnマ
ルテンサイト系ステンレス鋼のように、焼入れ前に比較
的軟質の鋼は、打ち抜き加工において、剪断面近傍に、
自由表面部分が塑性変形により引きずり込まれてできる
「ダレ」（図１参照）が発生し易く、加工精度を低下さ
せるという問題がある。打ち抜き部の縁辺部にダレが発
生すると、外形の維持や他部材と摺動したときのビビリ
防止の必要性等から、ダレ除去のための切削・研摩工程
を余分に行わなければならず、工数の増大と歩止ロスを
招くという問題があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この問題を解決するた
め、従来から、Nb等の合金元素を添加し、固溶・析出強
化を図る方法や軽圧延による加工効果を利用する方法が
検討されてきた。しかし、前者の方法では、添加された
成分により焼き入れ感受性が大きくなり、却って硬度管
理が難しくなるほか、合金コストの上昇を招くという問
題がある。また、後者の方法では、圧延工程を追加する
ことによる、表面疵の発生や、コストアップという問題
があった。

【０００７】本発明の目的は、打ち抜き加工性に優れ
た、特にダレの小さいマルテンサイト系ステンレス鋼の
製造方法を提案することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】発明者らは、低Ｃマルテ
ンサイト系ステンレス鋼におけるダレの低減について鋭
意検討を行った。その結果、熱延後の焼鈍において、鋼
板の硬度を適正な範囲に制御することにより、ダレの発
生を抑制し、良好な打ち抜き加工が可能であることを見
出し、本発明を想到した。

【０００９】すなわち、本発明は、Ｃ＋Ｎ：0.04〜0.15
mass％、Si：1.0mass％以下、Mn：1.0〜3.0mass％、N
i：1.0mass％以下、Cu：1.0mass％以下、Nb：1.0mass％
以下、Cr：10.0〜14.5mass％を含有するマルテンサイト
系ステンレス鋼を、熱延後、550〜750℃の温度で焼鈍す
ることにより、ＨＲＢ：85〜100の鋼とすることを特徴
とする打ち抜き性に優れた低炭素マルテンサイト系ステ
ンレス熱延鋼板の製造方法である。

【００１０】なお、本発明においては、上記鋼中には必
要によりさらに、下記の群から選ばれる1種または2種以
上の成分を添加することが好ましい。 Co：1.0mass％以下、Ｗ：1.0mass％以下の1種または
２種 Mo：0.01〜1.0mass％Ｂ：0.0002〜0.010mass％Ｖ，Ti，Zr，TaおよびHfから選ばれる１種または２種
以上を、単独または合計で0.001〜0.50mass％ Ca：0.0002〜0.050mass％、Mg：0.0002〜0.050mass％
の１種または２種

【００１１】

【発明の実施の形態】まず、本発明の契機となった実験
について説明する。（実験１）図２は、Ｃ：0.06mass％、Mn：1.56mass％、
Cr：12.3mass％、Ｎ：0.014mass％をベースとした鋼を
溶製し、5.5mmに熱間圧延した熱延鋼板を、打ち抜き時
に発生するダレを該熱延鋼板の硬さとの関係において調
査した結果をグラフに示したものである。実験では、ク
リアランス（ダイ−ポンチ間距離／板厚×100(％))を３
段階に変えて行った。また、ダレの評価は、図１に示し
たダレＸの値と、ダレＺの値を求め、それらの値を、下
式により改善率を求めることで行った。 [(HRB80におけるダレ−測定されたダレ)／(HRB80におけ
るダレ)]×100(％) 図２から、クリアランスが適正（5〜10％)であれが、Ｈ
ＲＢ：85以上とすることにより、50％以上のダレの改善
率が得られる、すなわちダレの大きさを1/2以下にでき
ること、また、この改善効果は、ＨＲＢ：100でほぼ飽
和しており、それ以上では、逆に打ち抜き金型が磨耗し
やすくなり寿命が短くなる。この結果から、打ち抜き時
のダレを改善するためには、ＨＲＢ：85〜100の範囲に
制御する必要があることが判った。

【００１２】（実験２）Ｃ：0.06mass％、Mn：1.56mass
％、Cr：12.3mass％、Ｎ：0.014mass％を含有する鋼を
ベースとし、さらにその鋼にNb，Cu，Ｃを添加した鋼を
溶製し、熱間圧延を行い、5.5mmの熱延鋼板とした。こ
れらの鋼板について、温度を500〜1000℃の範囲で変化
させて焼鈍を行い、鋼板の硬度の変化を測定した。図３
に、その結果を示したが、この図から、各鋼板とも焼鈍
温度が高くなるとともに硬度は低下していること、ま
た、調査した全ての鋼板を、適正硬度であるＨＲＢ：85
〜100の範囲に収めることが可能な焼鈍温度は550〜750
℃であることが判った。本発明は、上記の実験の結果に
基づき完成したものである。

【００１３】以下、本発明に係るステンレス鋼の成分組
成を限定した理由について説明する。 (Ｃ＋Ｎ)：0.04〜0.15mass％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る。しかし、(Ｃ＋Ｎ)が、0.04
mass％より低いと、焼入れ後の硬さが低くなり、ディス
クブレーキには適さない。また、(Ｃ＋Ｎ)が、0.15mass
％より高くなると、Crとの化合物が多くなり、耐食性を
劣化させる。このため、(Ｃ＋Ｎ)量は、0.04〜0.15mass
％の範囲とする。

【００１４】Si：1.0mass％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、高温耐食性を改善するが、1.0mass％を超えると焼
入れ硬度を低下させるのみならず、靱性にも悪影響を与
えるので、その上限を1.0mass％とする。

【００１５】Mn：1.0〜3.0mass％ 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。しかし、1.0mass％未満の含有量
ではδ−フェライトを生成し、所望の焼入れ硬度が得ら
れなくなる。また、この不足分を、高(Ｃ＋Ｎ)の成分系
で達成しようとすると、（Ｃ＋Ｎ）の範囲や焼入れ温度
範囲が極端に狭くなり、温度管理も難しくなるので、そ
の下限を1.0mass％とする。一方、Mn量が3.0mass％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3.
0mass％に限定する。

【００１６】Ni：1.0mass％以下、Cu：1.0mass％以下 NiおよびCuは、いずれも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：1.0〜3.0mass％の添加によってその目的を
達せられるので、必要に応じて添加することができる。
なお、Niは、焼入れ硬度を高くする効果はあるが、過度
に添加すると硬度のばらつきを大きくし、コストアップ
にもなる。また、Cuは、熱間圧延において表面疵を発生
し歩留を低下させるので、Niの添加を必要とする。これ
らのことから、Ni：1.0mass％以下、Cu：1.0mass％以下
の範囲で含有させるのが好ましい。

【００１７】Cr：10.0〜14.5mass％ Crは、耐食性を保持するために、10.0mass％以上の含有
量が不可欠である。しかし、14.5mass％を超えると、M
n、NiおよびCuのそれぞれ上限量を添加しても、焼入れ
のための加熱温度でδ−フェライトが出現するようにな
り、十分な焼入れ硬度が得られなくなる。よってCr含有
量は10.0〜14.5mass％の範囲とする。

【００１８】Nb：1.0mass％以下 Nは、単独で1.0mass％以下含有することにより、鋼板の
結晶粒を微細化し、かつ再結晶後の粒成長を抑制する効
果を有する。この結果、結晶粒の細粒化が達成されて、
焼き入れ前における打ち抜き加工でのダレが改善され、
同時に焼入れ後の靱性も維持される。このような効果が
得られる機構は、必ずしも明らかではないが、以下のよ
うに考えている。 (1)結晶粒内の転位が結晶粒界に集積し易くなり、塑性
変形に対する抵抗力が大きくなる。そのため、打ち抜き
加工の際の塑性変形領域が、剪断面近傍に限定されてダ
レが小さくなる。 (2)粒界は、応力集中が大きく亀裂の伝播経路になる
が、細粒化により粒界面積が増大し、単位粒界面積当り
の応力集中が緩和され靱性が維持される。こうしたNbの効果を得るためには、好ましくは0.01mass
％以上添加することが好ましい。しかし、過剰に添加し
ても、その効果は飽和するので、コストを考慮して上限
を1.0mass％とする。

【００１９】本発明では、上記の成分のほか、必要に応
じて、以下の成分を添加することができる。 Al：0.10mass％以下 Alは、脱酸に有効な元素であるため、必要に応じて含有
してもよい。ただし、過剰に添加しても、その効果は飽
和するので、コストを考慮して上限を0.10mass％とする
のが好ましい。

【００２０】Co：1.0mass％以下，Ｗ：1.0mass％以下 Co，Ｗは、他元素の拡散・移動を抑制し、耐酸化性を高
める元素である。耐酸化性が改善される詳細な機構につ
いては必ずしも明確ではないが、高温酸化において形成
され耐酸化性を担っているスピネル酸化物層（FeＯ・Cr
₂Ｏ₃)外部へのCr元素の離脱を抑制することによるもの
と思われる。このような効果を発揮するためには、それ
ぞれ0.01mass％以上の添加が好ましい。しかし、過度に
添加すると逆に地金内部から酸化物層へのCrの供給を抑
止する作用が大きくなりすぎてスピネル酸化物層が減衰
してしまうので、上限をいずれも1.0mass％とするのが
好ましい。

【００２１】Mo：0.01〜1.0mass％ Moは、ステンレス鋼の耐食性を付加的に高める元素であ
るので、必要に応じて、添加される。耐食性向上の効果
を発揮させるには、0.01mass％以上の添加が好ましい。
また、過度に添加すると、焼入れ後の硬度のばらつきを
大きくし、コスト上昇の要因ともなるので、1.0mass％
以下が好ましい。

【００２２】Ｂ：0.0002〜0.010mass％Ｂは、粒界偏析により粒界強度を強化し、ステンレス鋼
の加工性を付加的に高めるため、必要に応じて添加され
る元素である。加工性向上の効果を発揮させるために
は、0.0002mass％以上の添加が必要である。しかし、過
度に添加すると、Crとの共晶を形成し、熱間加工性に悪
影響を及ぼすので、上限は0.010mass％とするのが好ま
しい。

【００２３】Ｖ，Ti，Zr，TaおよびHf：単独または合計
で0.001〜0.50mass％Ｖ，Ti，Zr，TaおよびHfは、鋼板の結晶粒を微細化し、
かつ再結晶後の粒成長を抑制し、Nbと同様の効果を得る
ことができる。そこで必要に応じて、これらの元素を、
単独または合計で0.001〜0.50mass％の範囲で添加する
ことができる。

【００２４】Ca：0.0002〜0.050mass％、Mg：0.0002〜
0.050mass％ Ca，Mgは、非金属介在物の形態と分布を制御して、切削
加工時の被削性を改善する。このような効果を発現させ
るには、いずれも0.0002mass％以上含有させることが好
ましい。しかし、添加量が0.050mass％を超えると、C
a，Mgの硫化物、珪酸塩、酸化物を起点とした点錆は発
生するため、0.050mass％を上限とするのが好ましい。
なお、ＲＥＭも硫化物の形態制御による耐食性向上の目
的で添加することも可能である。

【００２５】その他、不可避的不純物として含有される
Ｐは、耐食性と加工性劣化を防止する観点から、0.035m
ass％以下に、また、Ｓは、耐食性劣化防止の点から、
0.020mass％以下に抑制することが好ましい。また、Ｏ
は、靭性および耐食性に対して有害であるので、0.010m
ass％以下とすることが好ましい。なお、残部は実質的
にFeよりなる。

【００２６】次に、本発明方法の適用によって得られる
ステンレス鋼板の特性について説明する。打ち抜き性
は、上述した図２から明らかなように、素材の硬さＨＲ
Ｂ：85以上で大きく改善される。しかし、硬さがＨＲ
Ｂ：100を超えると、素材の伸びが低くなり過ぎ、打ち
抜き金型の磨耗速度が大きくなるという欠点がある。よ
って、本発明方法の適用によって得られる鋼について
は、硬さＨＲＢが85〜100のものにする。なお、打ち抜
き加工の際の、ポンチとダイスのクリアランスは、小さ
くした方が本発明の効果を発現させる上では好ましい。

【００２７】次に、上記ステンレス鋼板の製造条件につ
いて説明する。本発明に係る製造方法では、上述した成
分範囲に調整した溶鋼を、転炉または電気炉等にて溶製
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
ましい。

【００２８】続いて鋼素材は、1000〜1300℃の温度に加
熱後、仕上げ圧延温度を900〜1100℃の範囲に制御して
熱間圧延し、700〜900℃の温度範囲で巻き取り、板厚：
2.0〜10.0mmの熱延鋼板とするのが好ましい。

【００２９】熱延に引き続いて行われる本発明方法にお
いて特有の焼鈍工程は、本発明の鋼板の硬さを決定する
最も重要な工程であり、箱焼鈍で行うのが好ましく、以
下の条件で行うのがよい。・昇温速度：20〜50℃／minの範囲に制御するのが好ま
しい。昇温速度が速すぎると、均熱に入る際に、温度が
オーバーシュートして高くなりすぎ、硬度不良を引き起
こす。しかし、遅すぎると、生産性を落とし、エネルギ
ーロスが大きいからである。・均熱温度：均熱温度は550〜750℃とする。焼鈍温度が
低すぎると、焼鈍不足になり、均一な組織が得られず、
目標の硬さより硬くなり、逆に、高すぎると軟化し過ぎ
るからである。・均熱(焼鈍)時間：4〜12時間とするのが好ましい。均
熱時間が短いと、焼鈍不足となり、均一な組織が得られ
ず、またこれより長いと、結晶粒が粗大化して、靭性が
劣化すると同時に所望の硬度が得られないからである。・冷却速度：焼鈍温度〜500℃までの冷却速度は、5〜30
℃／minとすることが好ましい。これより速くするに
は、大容量の冷却設備が必要となり、また、遅すぎる
と、Cr炭化物が多く析出し耐食性を劣化させるほか、生
産性が低下する。

【００３０】

【実施例】表１に示した成分の鋼を溶製し、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の熱延鋼板とした。この熱
延鋼板を、表２に示した条件で焼鈍した。この鋼板か
ら、ロックウェル硬度測定のための試験片と、焼き入れ
前の打抜性（打ち抜き時のダレ）を調べるための試験片
も採取した。なお、打抜性の試験は、熱延鋼板から外径
150mmφ、内径50mmφのドーナツ状円板を打ち抜き、内
径側の打ち抜き断面について、図１に示したダレ量Ｘ，
Ｚを測定した。試験の結果を表２に併記して示す。本発
明に適合する成分を有する鋼は、本発明の温度で焼鈍す
ることにより、打ち抜き加工に適正な硬度を安定して得
ることができる。また、本発明鋼は、いずれもダレが少
なく極めて良好な打抜性を有していることが判る。

【００３１】

【表１】

【００３２】

【表２】

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
熱延後の鋼板の焼鈍温度を適正化することにより、打ち
抜き加工に適した硬さをもつステンレス鋼板を安定して
製造することが可能になる。この結果、打ち抜き加工に
おけるダレを小さくでき、その後の研削代を削減できる
ので、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。

【図面の簡単な説明】

【図１】打ち抜き加工時に発生したダレを説明するため
の図である。

【図２】素材熱延鋼板の硬さと打ち抜きにより発生する
ダレの改善率との関係を示す図である。

【図３】焼鈍温度による鋼板の硬さの変化を示す図であ
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Ｆターム(参考） 4K037 EA02 EA04 EA05 EA09 EA10 EA12 EA13 EA14 EA15 EA16 EA17 EA19 EA20 EA27 EA29 EA31 EA32 EA33 EA35 EA36 FF01 FF02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｃ＋Ｎ：0.04〜0.15mass％、Si：1.0mass
％以下、Mn：1.0〜3.0mass％、Ni：1.0mass％以下、C
u：1.0mass％以下、Nb：1.0mass％以下、Cr：10.0〜14.
5mass％を含有するマルテンサイト系ステンレス鋼を、
熱延後、550〜750℃の温度で焼鈍することにより、ＨＲ
Ｂ：85〜100の鋼とすることを特徴とする打ち抜き性に
優れた低炭素マルテンサイト系ステンレス熱延鋼板の製
造方法。
【請求項２】請求項１において、マルテンサイト系ステ
ンレス鋼がさらに、Co：1.0mass％以下、Ｗ：1.0mass％
以下の1種または２種を含有することを特徴とする打ち
抜き性に優れた低炭素マルテンサイト系ステンレス熱延
鋼板の製造方法。
【請求項３】請求項１または２において、マルテンサイ
ト系ステンレス鋼がさらに、 Mo：0.01〜1.0mass％を含有することを特徴とする打ち抜き性に優れた低炭素
マルテンサイト系ステンレス熱延鋼板の製造方法。
【請求項４】請求項１〜３のいずれか１項において、マ
ルテンサイト系ステンレス鋼がさらに、Ｂ：0.0002〜0.010mass％を含有することを特徴とする打ち抜き性に優れた低炭素
マルテンサイト系ステンレス熱延鋼板の製造方法。
【請求項５】請求項１〜４のいずれか１項において、マ
ルテンサイト系ステンレス鋼がさらに、Ｖ，Ti，Zr，Ta
およびHfから選ばれる１種または２種以上を、単独また
は合計で0.001〜0.50mass％含有することを特徴とする
打ち抜き性に優れた低炭素マルテンサイト系ステンレス
熱延鋼板の製造方法。
【請求項６】請求項１〜５のいずれか１項において、マ
ルテンサイト系ステンレス鋼がさらに、 Ca：0.0002〜0.050mass％、Mg：0.0002〜0.050mass％の１種または２種を含有することを特徴とする打ち抜き
性に優れた低炭素マルテンサイト系ステンレス熱延鋼板
の製造方法。