JP2006169622A - 成形性に優れるオーステナイト・フェライト系ステンレス鋼 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 C:0.2mass%以下、Si:4mass%以下、Mn:10mass%以下、P:0.1mass%以下、S:0.03mass%以下、Cr:15〜35mass%、Ni:3mass%以下、N:0.05〜0.6mass%を含有するオーステナイト相とフェライト相を主とするステンレス鋼において、上記オーステナイト相中のCとNの合計量を0.16〜2mass%として、該オーステナイト相の体積分率を10〜85%とすることにより成形性に優れたオーステナイト・フェライト系ステンレス鋼を得る。
【選択図】 図1
Description
記
Md(γ)=551−462(C(γ)+N(γ))−9.2Si(γ)−8.1Mn(γ)−13.7Cr(γ)−29Ni(γ)−29Cu(γ)−18.5Mo(γ)
ただし、C(γ)、N(γ)、Si(γ)、Mn(γ)、Cr(γ)、Ni(γ)、Cu(γ)およびMo(γ)は、それぞれオーステナイト相中のC量(mass%)、N量(mass%)、Si量(mass%)、Mn量(mass%)、Cr量(mass%)、Ni量(mass%)、Cu量(mass%)、Mo量(mass%)
本発明のステンレス鋼は、主としてオーステナイト相とフェライト相からなるオーステナイト・フェライト系ステンレス鋼である。そして、本発明は、上記2相を主とするオーステナイト・フェライト系ステンレス鋼において、オーステナイト相の体積分率と、このオーステナイト相中に含まれるCとNの含有量が、成形性に大きな影響を与えることを見出し、それらの最適値を規定したところに特徴がある。なお、本発明のステンレス鋼において、オーステナイト相とフェライト相以外の鋼組織は、マルテンサイト相が主なものである。
鋼は、引張変形を受けると、均一変形を経た後、局部的にネッキング(くびれ)が生じて、やがて破断に至るのが一般的である。しかし、本発明のステンレス鋼は、オーステナイト相が存在するため、微小なネッキングが生じ始めると、その部位のオーステナイト相がマルテンサイト相に加工誘起変態し、他の部位に比べて硬くなる。そのため、その部位のネッキングがそれ以上進まなくなり、代わりに他の部位の変形が進行する結果、鋼全体が均一に変形し、高い延性が得られる。特に、オーステナイト相中のCとNの合計量が高い本発明のステンレス鋼は、同量のオーステナイト相の体積分率でも、オーステナイト相中のCとNの合計量が少ない他のステンレス鋼に比べてネッキング部に発生したマルテンサイト相の硬さが高く、加工誘起マルテンサイト相による延性向上効果が効果的に発現しているものと考えている。
Md(γ)=551−462(C(γ)+N(γ))−9.2Si(γ)−8.1Mn(γ)−13.7Cr(γ)−29Ni(γ)−29Cu(γ)−18.5Mo(γ)
ただし、C(γ)、N(γ)、Si(γ)、Mn(γ)、Cr(γ)、Ni(γ)、Cu(γ)およびMo(γ)は、それぞれオーステナイト相中のC量(mass%)、N量(mass%)、Si量(mass%)、Mn量(mass%)、Cr量(mass%)、Ni量(mass%)、Cu量(mass%)、Mo量(mass%)
で定義されるオーステナイト相の加工誘起マルテンサイト指数(Md(γ))を−30〜90の範囲に制御することにより、更に高い延性特性が得ることができる、具体的には、板厚0.8mmでも48%以上の全伸びが得られることを見出した。
C:0.2mass%以下
Cは、オーステナイト相の体積分率を高めると共に、オーステナイト相中に濃化して、オーステナイト相の安定度を高める元素である。上記効果を得るためには、0.003mass%以上含有することが好ましい。しかし、C含有量が0.2mass%を超えると、Cを固溶させるための熱処理温度が著しく高くなり、生産性が低下する。そのため、C量は0.2mass%以下に制限するのが好ましい。より好ましくは0.15mass%以下、さらに好ましくは0.10mass%未満である。
Siは、脱酸剤としてまた強化元素として添加される。上記効果を得るためには、0.01mass%以上含有することが好ましい。しかし、Siの添加量が4mass%を超えると、鋼材強度が高くなり過ぎ、冷間加工性を劣化させるため、4mass%以下とするのが好ましい。より好ましくは1.2mass%以下、さらに好ましくは0.4mass%以下である。
Mnは、脱酸剤としてまたオーステナイト相のMd(γ)調整用元素として有用であり、適宜添加することができる。上記効果を得るためには、0.01mass%以上含有することが好ましい。しかし、添加量が12mass%を超えると熱間加工性が劣化するので、12mass%以下とするのが好ましい。より好ましくは8mass%以下である。
Pは、熱間加工性には有害な元素であり、特に、0.1mass%を超えると悪影響が顕著となるので0.1mass%以下とするのが好ましい。より好ましくは、0.05mass%以下である。
Sは、熱間加工性には有害な元素であり、特に、0.03mass%を超えると悪影響が顕著となるので0.03mass%以下とするのが好ましい。より好ましくは、0.02mass%以下である。
Crは、ステンレス鋼に耐食性を付与する最も重要な元素であり、15mass%未満では、十分な耐食性が得られない。一方、Crは、フェライト安定化元素であり、その量が35mass%を超えると、鋼中にオーステナイト相を生成させることが困難となる。よって、Crは、15〜35mass%の範囲に制限するのが好ましい。より好ましくは17〜30mass%、さらに好ましくは18〜28mass%である。
Niは、オーステナイト生成元素であり、3mass%を超えると、フェライト相中のNi量が増加してフェライト相の延性が劣化する他、コストの上昇を招くので、3mass%以下が好ましい。より好ましくは2mass%以下、さらに好ましくは1mass%以下である。なお、低温靭性を改善する観点からは、0.1mass%以上含有していることが好ましい。
Nは、Cと同様に、オーステナイト相の体積分率を高めると共に、オーステナイト相中に濃化して、オーステナイト相を安定化する元素である。しかし、Nが0.6mass%を超えると、鋳造時にブローホールが発生し、安定製造が難しくなる。一方、0.05mass%未満では、オーステナイト相中のNの濃化が不十分となる。よって、0.05〜0.6mass%とするのが好ましく、より好ましくは0.1〜0.4mass%である。さらに、Nは、オーステナイト相生成の観点からは0.18mass%以上、熱間加工性の観点からは0.34mass%以下であることが好ましい。
Cu:4mass%以下
Cuは、耐食性を向上させるために適宜添加することができる。上記効果を得るためには、0.1mass%以上添加することが好ましい。しかし、4mass%を超えると熱間加工性が劣化するので、4mass%以下に制限するのが好ましい。より好ましくは2mass%以下である。
Moは、耐食性を向上させるために適宜添加することができる。上記効果を得るためには、0.1mass%以上添加することが好ましい。しかし、4mass%を超えると、その効果が飽和するので、4mass%以下に制限するのが好ましい。より好ましくは2mass%以下である。
V:0.5mass%以下
Vは、鋼板の組織を微細化し、強度を高める元素であるため、必要に応じて添加することができる。上記効果を得るためには、0.005mass%以上添加することが好ましい。ただし、0.5mass%を超えると、C,Nを固溶させるための熱処理温度が著しく高くなり、生産性の低下を招く。そのため、Vの添加量は0.5mass%以下に制限するのが好ましい。より好ましくは0.2mass%以下である。
Alは、強力な脱酸剤であり、適宜添加することができる。上記効果を得るためには、0.003mass%以上添加することが好ましい。ただし、0.2mass%を超えると、窒化物を形成して表面疵の発生原因ともなるので、0.2mass%以下に制限するのが好ましい。より好ましくは0.1mass%以下である。
B,Ca,Mgは、熱間加工性を向上させる成分として適宜添加することができる。上記効果を得るためには、0.0003mass%以上添加することが好ましい。しかし、0.02mass%を超えると耐食性が劣化するので、それぞれ0.02mass%以下に制限するのが好ましい。同様に、REMおよびTiは、熱間加工性を向上させる成分として適宜添加することができる。上記効果を得るためには、0.002mass%以上添加することが好ましい。しかし、0.2mass%を超えると耐食性が劣化するので、それぞれ0.2mass%以下に制限するのが好ましい。なお、上記REMは、La,Ce等の希土類元素のことである。Nbは、鋭敏化(粒界のクロム炭化物、クロム窒化物の生成による耐食性劣化)を抑える元素として添加することができる。上記効果を得るためには、0.002mass%以上添加することが好ましい。しかし、2mass%を超えると、Nbの炭窒化物が多量に生成し、鋼中の固溶C,Nが消費されるため好ましくない。
本発明のステンレス鋼は、上記成分以外の残部は、Feおよび不可避的不純物である。不純物の中でもOは、介在物による表面疵を防止する観点からは0.05mass%以下に制限するのが好ましい。
<組織観察>
上記冷延焼鈍板の圧延方向の断面組織を、光学顕微鏡を用いて全厚×0.1mm以上の範囲に亘って観察し、オーステナイト相の面積率を測定してオーステナイト相の体積分率とした。具体的には、試料の圧延方向断面を研磨した後、赤血塩溶液(フェリシアン化カリウム30g+水酸化カリウム30g+水60ml)あるいは王水でエッチング後、白黒写真撮影を行い、白色部(オーステナイト相とマルテンサイト相)と灰色部(フェライト相)の占める割合を画像解析により求め、白色部の分率をオーステナイト相の体積分率とした。なお、白色部にはオーステナイト相だけでなくマルテンサイト相も含まれることがあるが、本発明のステンレス鋼は、マルテンサイト相は微量であるため、本方法で測定した値をオーステナイト相の体積分率として用いてもよい。また、白色部と灰色部が反転することがあるが、この場合は、オーステナイト相の析出形態から、オーステナイト相とフェライト相の判別することができる。
<オーステナイト相中の成分分析>
上記断面を研摩した試料を用いて、EPMAによるオーステナイト相中の成分分析を行った。具体的には、C,Nは、オーステナイト相に濃化する特徴があるので、まず、断面全体について、CまたはNの定性マッピングを行ってオーステナイト相を特定した上で、フェライト相に電子ビームがかからないようにオーステナイト相のほぼ中心部について、C,N,Si,Mn,Cr,Ni,CuおよびMoを定量分析した。測定領域は約1μmφの範囲で、各試料について3点以上測定し、その平均値を代表値とした。また、これらの測定値を元に、下記式;
Md(γ)=551−462(C(γ)+N(γ))−9.2Si(γ)−8.1Mn(γ)−13.7Cr(γ)−29Ni(γ)−29Cu(γ)−18.5Mo(γ)
ただし、C(γ)、N(γ)、Si(γ)、Mn(γ)、Cr(γ)、Ni(γ)、Cu(γ)およびMo(γ)は、それぞれオーステナイト相中のC量(mass%)、N量(mass%)、Si量(mass%)、Mn量(mass%)、Cr量(mass%)、Ni量(mass%)、Cu量(mass%)、Mo量(mass%)
で定義される加工誘起マルテンサイト指数(Md(γ))を求めた。
<引張試験>
冷延焼鈍板から、圧延方向に対して0°(平行)、45°および90°の各方向からJIS 13号B引張試験片を採取して、室温、大気中で、引張速度10mm/分で引張試験を行った。引張試験では、各方向の破断までの全伸びを測定し、下記式;
El={El(0°)+2El(45°)+El(90°)}/4
を用いて平均伸び(El)を計算し、これを全伸びとして評価した。
<限界絞り比>
上記冷延焼鈍板から、直径(ブランク径)を種々の大きさに変えた円形の試験片を打ち抜き、この試験片を、ポンチ径:35mm、板押え力:1tonの条件で円筒絞り成形し、破断することなく絞れる最大のブランク径をポンチ径で割って限界絞り比(LDR)を求め、深絞り性を評価した。なお、円筒絞り成形に用いた試験片の打ち抜き径は、絞り比が0.1間隔となるよう変化させた。
図2は、同じく表2の結果に基づき、伸びに及ぼす加工誘起マルテンサイト指数(Md(γ))の影響を示したものである。この図2から、オーステナイト相中のCとNの合計量が0.16〜2mass%である本発明鋼でも、Md(γ)を適正な範囲に制御することにより、更に大きく改善され、特に、Md(γ)を−30〜90の範囲に制御した場合には、全伸びが48%以上(板厚0.8mm)と、非常に優れた延性特性が得られることがわかる。
また、図3は、全伸びと限界絞り比(LDR)との関係を示したものである。図3から、本発明のオーステナイト・フェライト系ステンレス鋼は、比較鋼に比べてはるかに高い限界絞り比を有しており、延性だけでなく、深絞り性にも優れていることがわかる。
Claims (5)
- フェライト相とオーステナイト相を含む金属組織からなり、上記オーステナイト相中のCとNの合計量が0.16〜2mass%であり、上記オーステナイト相の体積分率が10〜85%であることを特徴とするオーステナイト・フェライト系ステンレス鋼。
- 上記ステンレス鋼は、下記式で定義される加工誘起マルテンサイト指数(Md(γ))が−30〜90であることを特徴とする請求項1に記載のオーステナイト・フェライト系ステンレス鋼。
記
Md(γ)=551−462(C(γ)+N(γ))−9.2Si(γ)−8.1Mn(γ)−13.7Cr(γ)−29Ni(γ)−29Cu(γ)−18.5Mo(γ)
ただし、C(γ)、N(γ)、Si(γ)、Mn(γ)、Cr(γ)、Ni(γ)、Cu(γ)およびMo(γ)は、それぞれオーステナイト相中のC量(mass%)、N量(mass%)、Si量(mass%)、Mn量(mass%)、Cr量(mass%)、Ni量(mass%)、Cu量(mass%)、Mo量(mass%) - 引張試験における全伸びが48%以上であることを特徴とする請求項1または2に記載のオーステナイト・フェライト系ステンレス鋼。
- 上記ステンレス鋼は、C:0.2mass%以下、Si:4mass%以下、Mn:12mass%以下、P:0.1mass%以下、S:0.03mass%以下、Cr:15〜35mass%、Ni:3mass%以下、N:0.05〜0.6mass%を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなるものであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のオーステナイト・フェライト系ステンレス鋼。
- 上記成分組成に加えてさらに、Cu:4mass%以下、Mo:4mass%以下のいずれか1種または2種を含有することを特徴とする請求項4に記載のオーステナイト・フェライト系ステンレス鋼。
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