JP2003160846A - 形状凍結性に優れたフェライト系ステンレス鋼帯およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 Ｎｉ含有量の少ない安価な材料を用いて、加
工成形品の加工後の形状不良を少なくできる形状凍結性
に優れたステンレス鋼帯を提供する。 【構成】 質量％において、Ｃ：０．０２０％以下、
Ｎ：０．０２０％以下、Ｃｒ：８．０〜５０．０％を含
有し、必要に応じてさらに、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍ
ｎ：１．０％以下、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．０
２０％以下、Ｎｉ：２．０％以下、Ａｌ：０．１０％以
下、Ｍｏ：１．０％以下、Ｃｕ：１．０％以下、Ｔｉ：
０．０１〜０．５０％、Ｎｂ：０．０１〜０．５０％、
Ｖ：０．０１〜０．３０％、Ｚｒ：０．０１〜０．３０
％またはＢ：０．００１０〜０．０１００％の一種以上
を含み、残部が実質的にＦｅからなる組成を有するフェ
ライト系ステンレス鋼に熱間圧延と焼鈍を施した後８５
％以上の冷間圧延を施し、さらに焼鈍するか、あるいは
熱間圧延を施した後、７００〜８８０℃で１〜２４時間
のバッチ焼鈍を行って、面内異方性ｒ_max−ｒ_minが０．
８０以下で、０．２％耐力異方度σ_max−σ_minが３０Ｎ
／ｍｍ²以下の特性を有する鋼帯を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プレス成型や曲げ加
工、ロールフォーミングなどの加工に供される加工成形
品の加工後の形状不良（リュ−ダース変形による表面起
伏、スプリングバック、ねじれなど）を少なくできる形
状凍結性に優れたステンレス鋼帯およびその製造方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】ステンレス鋼板あるいは鋼帯（以下薄鋼
板を含め鋼帯と称す。）は、意匠性、耐食性などに優れ
ているため、建物の内外装材や家電機器のフレーム、厨
房部材などさまざまな用途に用いられている。しかし、
普通鋼と比較すると、弾性歪み量が大きいため、製品に
弾性回復に起因する形状不良が発生する。例えば、単純
な曲げ製品の場合、成形後、製品が金型から離れる際に
弾性歪みが開放されるため、製品角度は設計角度よりも
大きくなる。この現象は一般的にスプリングバックと呼
ばれており、成形の際の不具合の一つである。

【０００３】また浅絞り製品の場合、製品が金型から離
れた後も弾性歪みは完全には開放されず、フランジやパ
ンチ底部に残存するため、製品のねじれなど不具合が生
じる。さらにフェライト系ステンレス鋼の場合、変形初
期にリュ−ダースバンドと呼ばれる不均一変形が生じ、
加工成形品において場所により加工形状が微妙に異なる
と言う問題が生じる。これらステンレス鋼の不具合をカ
バーするには、これまではステンレス鋼の中では軟質な
ＳＵＳ３０４が使用されてきた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、オーステナイ
ト系ステンレス鋼はＮｉを多量に含有するために、おの
ずと材料コストが高くつく。そこで本発明は、このよう
な問題を解消すべく案出されたものであり、Ｎｉ含有量
の少ない安価な材料を用いて、加工成形品の加工後の形
状不良（リュ−ダース変形による表面起伏、スプリング
バック、ねじれなど）を少なくできる形状凍結性に優れ
たステンレス鋼帯を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の形状凍結性に優
れたフェライト系ステンレス鋼帯は、その目的を達成す
るため、質量％において、Ｃ：０．０２０％以下、Ｎ：
０．０２０％以下、Ｃｒ：８．０〜５０．０％を含み、
必要に応じてさらに、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：１．
０％以下、Ｐ：０．５０％以下、Ｓ：０．０２０％以
下、Ｎｉ：２．０％以下、Ａｌ：０．１０％以下、Ｍ
ｏ：１．０％以下、Ｃｕ：１．０％以下、Ｔｉ：０．０
１〜０．５０％、Ｎｂ：０．０１〜０．５０％、Ｖ：
０．０１〜０．３０％、Ｚｒ：０．０１〜０．３０％ま
たはＢ：０．００１０〜０．０１００％の一種以上を含
有し、残部が実質的にＦｅからなる組成を有するととも
に、面内異方性ｒ_max−ｒ_minが０．８０以下で、０．２
％耐力異方度σ_max−σ_minが３０Ｎ／ｍｍ²以下の特性
を有することを特徴とする。また、上記成分組成を有す
るフェライト系ステンレス鋼に熱間圧延と焼鈍を施した
後８５％以上の冷間圧延を施し、さらに焼鈍するか、あ
るいは熱間圧延を施した後、７００〜８８０℃で１〜２
４時間のバッチ焼鈍を行って、上記特性をもつフェライ
ト系ステンレス鋼帯を得るものである。

【０００６】

【作用】本発明者らは、成形加工時にリュ−ダース変形
が生じず、スプリングバック等の形状変化が小さい、す
なわち形状凍結性に優れたフェライト系ステンレス鋼帯
を得る手段を種々検討した結果、成分ならびに加工熱処
理を最適化することで達成されることを見出した。特
に、これまで着目されていなかった面内異方性ｒ_{ma x}−
ｒ_minと０．２％耐力異方度σ_max−σ_minの２つのパラ
メータを組み合わせることで、フェライト系ステンレス
鋼帯に優れた形状凍結性を付与できることを見出した。

【０００７】一方向の曲げでのスプリングバック等の一
軸応力の変形ではなく、実際の加工品のような複雑な形
状に加工しようとする場合、一軸方向の変形のみではな
く、多軸方向の変形を考えなければならず、各方向での
特性値さらにはその各方向での異方性が形状凍結性に大
きく影響していることを本発明者等は見出した。特に、
重要な因子は圧延方向（Ｌ方向）、圧延方向に対して４
５度方向（Ｄ方向）ならびに圧延方向に対して垂直方向
（Ｔ方向）での、ｒ値と０．２％耐力の差であることを
見出した。各方向でランクフォード値ｒ値が異なると同
一歪みを付加した時の板厚減肉が場所により異なり、製
品加工後の歪み分布が発生し形状凍結性が劣ることにな
る。また、０．２％耐力が方向で異なるということは、
加工時に一定応力で成形する時に場所により付与される
歪みが異なることになり、形状凍結性に悪影響を及ぼす
ことになる。

【０００８】このような観点から、２つのパラメータ、
すなわち面内異方性ｒ_max−ｒ_minと０．２％耐力異方度
σ_max−σ_minを提唱し（なお、ｍａｘとｍｉｎは、Ｌ方
向、Ｄ方向、Ｔ方向での最大値、最小値である。）、様
々な試験結果から、それぞれ面内異方性ｒ_max−ｒ_minが
０．８０以下、０．２％耐力異方度σ_max−σ_minが３０
Ｎ／ｍｍ²以下の時優れた形状凍結性を示すことを見出
した。さらに好ましい０．２％耐力異方度σ_max−σ_min
は２０Ｎ／ｍｍ²以下である。

【０００９】このような面内異方性、耐力異方度を小さ
くするためには、フェライト系ステンレス鋼のフェライ
ト再結晶粒に異方性をなくし、面方位を均一化させる必
要がある。このためには、最終焼鈍前の冷間圧延時に圧
延率を大きくとって圧延歪みを蓄積させ、最終焼鈍時に
この圧延歪みを駆動力として再結晶フェライト粒をラン
ダムにする。また、バッチ焼鈍で固溶しているＣおよび
Ｎを炭窒化物としてフェライト単相のマトリックス中に
均一微細に析出分散させ、この微細な炭窒化物を、仕上
冷延とそれに続く最終焼鈍時に生成する再結晶フェライ
トの核として利用し、再結晶粒の面方位を均一にする。
上記の手段により、面内異方性ｒ_max−ｒ_minと０．２％
耐力異方度σ_max−σ_{m in}を小さくすることができる。

【００１０】また、鋼帯の成形性には、ＣおよびＮ含有
量も大きな影響を及ぼす。すなわち、ＣおよびＮ含有量
が多いと成形加工時にリュ−ダースバンドと呼ばれる不
均一変形が生じやすくなる。リュ−ダース変形は材料の
塑性変形時に、通常は均一に変形すべきものが局部的に
変形が生じる現象であり、本発明の成分系では、この現
象が生じると成形品の形状に部分的に変位が生じてしま
うために、形状凍結性を劣化させることになる。この不
均一変形であるリュ−ダース変形を起こさせないために
は、なるべくはやく塑性変形させることが有効であり、
そのためには初期の変形に対し、スムーズに動きやすい
転位が多くあることが有効である。ＣやＮが本発明の範
囲を超えて多く含まれると、その動きやすい転位のとこ
ろに拡散して、動きやすい転位の動きを止めてしまうこ
とになる。したがって、リュ−ダースバンドが発生しや
すくなる。

【００１１】本発明では、フェライト系ステンレス鋼の
ＣおよびＮの含有量を極力少なくし、しかも中間焼鈍後
の冷延率の選定、あるいはバッチ焼鈍条件を選定するこ
とにより、圧延歪みや最終的な焼鈍時の微細炭窒化物の
均一析出を利用して再結晶粒の面方位を均一化させて、
面内異方性と０．２％耐力異方度の小さいフェライト系
ステンレス鋼帯を得るとともに、ＣおよびＮの含有量を
極力少なくしたことで鋼帯の塑性変形時にリュ−ダース
変形を生じさせることがなく、形状凍結性を高めること
ができたものである。

【００１２】

【実施の態様】以下、本発明ステンレス鋼に含まれる合
金成分、含有量、製造条件等を説明する。なお、以下の
説明中、各元素の含有量を示す「％」は特に断りがない
限り「質量％」を示す。Ｃ：０．０２０％以下 Ｃは、熱延時およびバッチ焼鈍時に炭化物を形成し、そ
れが最終焼鈍での再結晶フェライトなランダム化再結晶
核として働く。しかし、含有量が多いと炭化物として析
出されず固溶したまま残り、初期変形時に固溶状態のＣ
原子が転位との相互作用で、リュ−ダース変形をもたら
す。したがってＣは極力低減することが望ましく０．０
２０％以下とした。

【００１３】Ｎ：０．０２０％以下 Ｎは、Ｃと同様に熱延時およびバッチ焼鈍時に窒化物を
形成し、それが最終焼鈍での再結晶フェライトの結晶方
位ランダム化の再結晶核として働く。しかし、Ｃと同様
に含有量が多いと窒化物として析出されず固溶したまま
残り、初期変形時に固溶状態のＮ原子と転位との相互作
用でリュ−ダース変形をもたらす。したがってＮは極力
低減することが望ましく０．０２０％以下とした。

【００１４】Ｃｒ：８．０〜５０．０％ Ｃｒは、ステンレス鋼としての耐食性を保持するために
少なくとも８％必要である。一方、工業的に熱間圧延、
冷間圧延等を問題なく行うためには５０．０％を上限と
した。本発明では、以上の成分が必須であるが、製造過
程で不可避的に混入する元素、あるいは鋼材の特性向上
のための元素として以下のものも含むことができる。

【００１５】Ｓｉ：１．０％以下 Ｓｉは通常脱酸のために使用するが、固溶強化能が高
く、その含有量が過剰であると材質が硬化し延性の低下
を招くので、１．０％を上限とした。Ｍｎ：１．０％以下 Ｍｎは、オーステナイト形成元素であるが、固溶強化能
が小さく材質への悪影響が少ない。しかし、含有量が多
いと溶製時にＭｎヒュームが生成する等、製造性が低下
するので、含有範囲を１．０％とした。

【００１６】Ｐ：０．０５０％以下 Ｐは、熱間加工性に有害な元素である。特に０．０５０
％を超えるとその影響は顕著になるので０．０５０％以
下とした。Ｓ：０．０２０％以下 Ｓは、結晶粒界に偏析しやすく、粒界脆化により熱間加
工性の低下等を促進する元素であり、０．０２０％を超
えるとその影響は顕著になるので０．０２０％以下とし
た。

【００１７】Ｎｉ：２．０％以下 Ｎｉは、Ｍｎと同様にオーステナイト形成元素であり、
さらに多量の添加はコスト上昇を招くので２．０％を上
限とした。Ａｌ：０．１０％以下 Ａｌは、脱酸のために有効な元素であるが、過剰な添加
は非金属介在物の存在による靭性低下や表面欠陥の原因
となるため上限を０．１０％とした。Ｍｏ：１．０％以下 Ｍｏは、耐食性を改善するのに有効な元素であるが、過
剰な添加は高温での固溶強化や動的再結晶の遅滞によ
り、熱間加工性の低下をもたらすので１．０％以下とし
た。Ｃｕ：１．０％以下 Ｃｕは、溶製時のスクラップからの混入等、不可避的に
含有される場合が多いが、過度の含有は熱間加工性や耐
食性を低下させるので１．０％以下とした。

【００１８】Ｔｉ：０．０１〜０．５０％ Ｎｂ：０．０１〜０．５０％ Ｖ：０．０１〜０．３０％ Ｚｒ：０．０１〜０．３０％ Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖは固溶Ｃ、固溶Ｎを炭・窒化物として析
出させることでリュ−ダース変形を抑制する有効な元素
であり、Ｚｒは、鋼中の酸素を酸化物として捕らえるこ
とによる加工性や靭性向上の面から有効な元素である。
しかしながら、多量に添加すると製造性が低下するの
で、Ｔｉ、Ｎｂは０．０１〜０．５０％、Ｖ、Ｚｒは
０．０１〜０．３０％とした。

【００１９】Ｂ：０．００１０〜０．０１００％ Ｂは、熱延板の変態相分布を均一分散化させ、これが最
終組織のフェライト組織の集合組織を形成させずに、ラ
ンダム化に有効に働く。その効果は０．００１０％未満
では十分ではない。一方、０．０１００％を超えると熱
間加工性の低下や溶接性の低下を招くので、０．００１
０〜０．０１００％とした。

【００２０】面内異方性ｒ_max−ｒ_min≦０．８０ ０．２％耐力異方度σ_max−σｍｉｎ≦３０Ｎ／ｍｍ² 上記で説明したように、面内異方性ｒ_max−ｒ_minおよび
０．２％耐力異方度σ _max−σｍ_minの２つのパラメータ
は小さい方が好ましい。本発明者らが、特許請求の範囲
に示した範囲内の成分・組成を有する各種鋼帯を、各種
の圧延条件、熱処理条件のもとで成形し、成形後の上記
２つのパラメータと形状凍結性の関係を整理してみた
所、面内異方性ｒ_max−ｒ_minが０．８以下であり、０．
２％耐力異方度σ_max−σ_minが３０Ｎ／ｍｍ²以下、好
ましくは２０Ｎ／ｍｍ²以下であると、形状凍結性に優
れることを見出した。このような異方性、異方度を有す
る鋼帯は、以下の何れかの条件で製造できたことを確認
した。

【００２１】中間焼鈍後の冷間圧延：冷延率８５％以上 フェライト系ステンレス鋼を製造する際、面内異方性ｒ
_max−ｒ_minおよび０．２％耐力異方度σ_max−σ_minを上
記のように小さくする方法として、中間焼鈍後最終焼鈍
前の仕上冷間圧延の際に冷延率を高くとった。過度の冷
延を行って圧延歪みを蓄積させ、この歪みを駆動力とし
て、仕上焼鈍時に再結晶粒をランダム化することでｒ値
および耐力の異方性、異方度を小さくできる。上記異方
性、異方度を満たすためには仕上圧延時の冷延率を８５
％にする必要があることを各種試験結果から確認した。

【００２２】焼鈍条件：（７００〜８８０）℃×（１〜
２４）Ｈｒ フェライト系ステンレス鋼を製造する際、面内異方性ｒ
_max−ｒ_minおよび０．２％耐力異方度σ_max−σ_minを上
記のように小さくする方法として、固溶しているＣおよ
びＮを炭窒化物としてフェライト単相のマトリックス中
に均一に析出分散させる。バッチ温度が７００℃を下回
ると炭窒化物が十分に析出できず、また８８０℃超えて
高すぎると再結晶フェライトの優先成長（二次再結晶）
が起こり、逆に異方性が大きくなる。炭窒化物を十分析
出させるためには少なくとも１時間以上の均熱が必要で
あるが、長時間の加熱は必要なく経済的な面から２４時
間以内とした。

【００２３】

【実施例】表１に示す化学成分値（質量％）を有する鋼
を、真空溶解炉にて溶解後、鍛造、熱延で板厚６．０ｍ
ｍとし、バッチ焼鈍なしとバッチ焼鈍ありの２種類の工
程で製造した。バッチ焼鈍なしの方法では、中間圧延と
９００℃×１分均熱・空冷の中間焼鈍した後、表２に示
す圧延率で仕上圧延して板厚０．５ｍｍの冷延板を得、
これを１０００℃×１分均熱・空冷の仕上焼鈍した後、
酸洗した。バッチ焼鈍ありの方法では、表３に示す条件
のバッチ焼鈍を施した後、中間圧延と９００℃×１分均
熱・空冷の中間焼鈍を施し、最終的に仕上圧延して板厚
０．５ｍｍの冷延板を得、これを１０００℃×１分均熱
・空冷の仕上焼鈍した後、酸洗した。

【００２４】

【００２５】上記方法により得られた鋼板を供試材とし
て、下記の方法でランクフォード値（ｒ値）、０．２％
耐力を測定した。ｒ値 ＪＩＳ１３Ｂ号試験片を用い１５％の引張り歪みを与え
た後、圧延方向（Ｌ方向）、圧延方向に対して４５度方
向（Ｄ方向）ならびに圧延方向に対し垂直方向（Ｔ方
向）でのｒ値を求めた。上記３方向で求めた値の中で、
最大値から最小値の差分を面内異方性ｒ_max−ｒ_minとし
た。

【００２６】０．２％耐力 ＪＩＳ１３号試験片を用い、歪み速度３．３×１０^-4で
引張り歪みを与えた後、圧延方向（Ｌ方向）、圧延方向
に対して４５度方向（Ｄ方向）ならびに圧延方向に対し
垂直方向（Ｔ方向）での０．２％耐力を求めた。上記３
方向で求めた値の中で、最大値から最小値の差分を０．
２％耐力異方度σ_max−σ_minとした。

【００２７】形状凍結性 図１に示すようなＡ〜Ｅの構成である形状（Ａ〜Ｄ：１
０ｍｍ×３６ｍｍ、Ｅ：□４０ｍｍ）のものを、の
ような採り方で採取し、角型ポンチでＥの各辺の９０度
曲げを行った（Ｒ／ｔ＝８ Ｒ：ポンチ先端径４ｍｍ、
ｔ：試験板厚０．５ｍｍ）。成形条件は２００ｔｏｎメ
カプレスを用い、板押さえ圧２０ｔｏｎ、成形速度２０
０ｍｍ／ｍｉｎで実施した。角筒曲げ後のスプリングバ
ック角度を測定した。図１の矢印（１）〜（８）の８箇
所のスプリンバックグ角度Δθを測定し、その最大値を
Δθ_maxとした。

【００２８】各冷延後および各熱処理後の面内異方性ｒ
_max−ｒ_min、０．２％耐力異方度σ _max−σ_minならびに
最大スプリングバック角度Δθ_maxを併せて表２、表３
に示す。また、成形加工時に不均一変形であるリュ−ダ
ースバンドの発生の有無を表記した。

【００２９】

【００３０】

【００３１】表２、表３に示す結果からわかるように、
面内異方性ｒ_max−ｒ_minが０．８以下で、０．２％耐力
異方度σ_max−σ_minが３０Ｎ／ｍｍ²以下の両方を満た
す本発明例のものは、最大スプリングバック角度が３度
以下であり、形状凍結性に優れている。これに対して、
冷間圧延率が低く、あるいは焼鈍条件が請求項に規定し
た範囲を外れたために、上記２つのパラメータが所定の
数値範囲内にない比較例のものは、最大スプリングバッ
ク角度が４度を超え、形状凍結性に劣っている。なお、
試験番号１４〜１７、２８〜３０のものは面内異方性な
らびに０．２％耐力異方度は所望の範囲内にあるが、Ｃ
およびＮの含有量が請求項に規定した範囲よりも多いた
めに成形加工中にリュ−ダースバンドが発生し、しかも
最大スプリングバック角度も大きく、形状凍結性に劣っ
ている。

【００３２】

【発明の効果】以上に説明したように、フェライト系ス
テンレス鋼のＣおよびＮの含有量を極力少なくするとと
もに、フェライト再結晶粒の面方位を均一にさせ、ｒ値
の面内異方性、０．２％耐力の異方度を極力小さくする
ことにより形状凍結性を優れたものとし、寸法制度が厳
しい有機ＥＬ素子用絶縁封止部材等のＩＴ関連部品や各
種精密プレス品、建築部材等に適したフェライト系ステ
ンレス鋼帯を提供することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】 形状凍結性を評価するために行った角筒曲げ
試験ならびに形状測定の概念を示す図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森本 憲一 山口県新南陽市野村南町4976番地 日新製 鋼株式会社ステンレス事業本部内 (72)発明者 國武 保利 山口県新南陽市野村南町4976番地 日新製 鋼株式会社ステンレス事業本部内 (72)発明者 平松 直人 山口県新南陽市野村南町4976番地 日新製 鋼株式会社ステンレス事業本部内 Ｆターム(参考） 4K037 EA01 EA02 EA04 EA05 EA12 EA13 EA15 EA17 EA18 EA19 EA20 EA23 EA25 EA27 EA31 EA32 EA35 EB02 EB03 EB06 EB07 EB09 FF02 FF03 FF05 FG03 FH01 FJ06 FJ07 FK05 HA04

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 質量％において、Ｃ：０．０２０％以
   下、Ｎ：０．０２０％以下、Ｃｒ：８．０〜５０．０％
   を含み、残部が実質的にＦｅからなる組成を有するとと
   もに、面内異方性ｒ_max−ｒ_minが０．８０以下で、０．
   ２％耐力異方度σ_max−σ_minが３０Ｎ／ｍｍ²以下の特
   性を有することを特徴とする形状凍結性に優れたフェラ
   イト系ステンレス鋼帯。
2. 【請求項２】 請求項１の記載の成分に加えて、さらに
   質量％において、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：１．０％
   以下、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．０２０％以下、
   Ｎｉ：２．０％以下、Ａｌ：０．１０％以下、Ｍｏ：
   １．０％以下、Ｃｕ：１．０％以下、Ｔｉ：０．０１〜
   ０．５０％、Ｎｂ：０．０１〜０．５０％、Ｖ：０．０
   １〜０．３０％、Ｚｒ：０．０１〜０．３０％または
   Ｂ：０．００１０〜０．０１００％の一種以上を含み、
   残部が実質的にＦｅからなる組成を有するとともに、面
   内異方性ｒ_max−ｒ_minが０．８０以下で、０．２％耐力
   異方度σ_max−σ_minが３０Ｎ／ｍｍ²以下の特性を有す
   ることを特徴とする形状凍結性に優れたフェライト系ス
   テンレス鋼帯。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の成分組成を有
   するフェライト系ステンレス鋼に熱間圧延と焼鈍を施し
   た後、８５％以上の冷間圧延を施し、さらに焼鈍するこ
   とを特徴とする請求項1または２に記載の形状凍結性に
   優れたフェライト系ステンレス鋼帯の製造方法。
4. 【請求項４】 請求項1または２に記載の成分組成を有
   するフェライト系ステンレス鋼に熱間圧延を施した後、
   ７００〜８８０℃で１〜２４時間のバッチ焼鈍を行うこ
   とを特徴とする請求項１または２に記載の形状凍結性に
   優れたフェライト系ステンレス鋼帯の製造方法。