JP2006249564A

JP2006249564A - 曲げ加工性と強度のバランスに優れたｓｕｓ３０１ステンレス鋼帯及びその製造方法

Info

Publication number: JP2006249564A
Application number: JP2005072003A
Authority: JP
Inventors: Ikuya Kurosaki; 郁也黒▲崎▼; Kazuhiko Fukamachi; 一彦深町
Original assignee: Nikko Kinzoku KK
Current assignee: Nikko Kinzoku KK
Priority date: 2005-03-14
Filing date: 2005-03-14
Publication date: 2006-09-21

Abstract

【課題】熱処理によって、高強度かつ曲げ加工性に優れた準安定オーステナイト系ステンレス鋼帯としてＳＵＳ３０１ステンレス鋼帯を提供することにある。
【解決手段】Ｗ曲げ試験における最小曲げ半径（ＭＢＲ）を板厚（ｔ）で除した値を「ＭＢＲ／ｔ」、０．２％耐力を「ＹＳ」としたとき、以下の関係を満たす、強度と曲げ加工性のバランスに優れた、ＳＵＳ３０１ステンレス鋼帯、
ＹＳ≧２０×（ＭＢＲ／ｔ）＋1５１０かつ（ＭＢＲ／ｔ）≦２。

Description

本発明は電子部品用のバネ材に使用されるＳＵＳ３０１ステンレス鋼帯及びその製造方法に関する。

ばね用金属材料の用途としては、電気機器のスイッチ等の、電子部品であり、従来、ベリリウム銅、リン青銅等が用いられてきた。最近、電子機器の小型化に伴い、これらの電子部品も小型化が進み、用いられるばね用金属材料も薄肉化が進み、十分な強度や接圧を得るために、より高強度なステンレス鋼製薄板ばねや線状ばねが代替材料として多用されつつあり、需要も増加の一途をたどっている。このような市況の中にあり、最近ではばね用ステンレス鋼に対し、ばね特性に優れ、成形加工性が良好であり、より廉価に供給することが出来るよう要求され、その要求はますます厳しいものとなっている。

これらの用途に用いられているステンレス鋼の中に準安定オーステナイトステンレス鋼があり、冷間加工されることでオーステナイトの一部が加工誘起マルテンサイトに変態することで硬化し、高強度なばね用ステンレス鋼を得ることが出来る。特にＳＵＳ３０１では、マルテンサイト変態量が多く、加工により高強度な鋼帯が得られる。
しかしながら、単純に最終圧延の加工度を上げて高強度化した場合は、曲げ加工性が悪くなり、所定のバネ形状に加工することができず、高強度と良好な曲げ加工性を両立させることは困難である。
また、特許文献１では、オーステナイト系ステンレス鋼の曲げ加工性改善に関して、最終圧延後に材料を熱処理することで硬さを調整しつつ、曲げ加工性を確保する方法が開示されている。

特開平７−２１６４５０公報

しかしながら、特許文献１に開示された方法では、圧延で硬化した材料を焼鈍軟化しているため、本特許の目的である、高強度、かつ良好な曲げ加工性を達成するには、材料の加工度を高くする必要が生じる。この場合、焼鈍温度の変化に対して敏感に硬度が変化し易くなるため、狙った特性を安定して得ることが困難になると考えられる。
また、ステンレス鋼の熱処理においては、鋭敏化という現象がみられる。これを避けるべく、当業者においては十分注意する必要があり、できれば焼鈍をせず得られることがのぞましいと考えられ避けられてきた。
また、コストの観点から歪取りをしない方向で進められてきた。

本発明は、熱処理によって、高強度かつ曲げ加工性に優れた準安定オーステナイト系ステンレス鋼帯としてＳＵＳ３０１ステンレス鋼帯を提供することにある。

本発明者らは、オーステナイト系ステンレス鋼が高強度かつ良好な曲げ加工性を満たす条件を鋭意研究した結果、ＳＵＳ３０１ステンレス鋼において、最終再結晶焼鈍における結晶粒径、最終圧延における圧延加工度および歪取り焼鈍における熱処理条件について、これらを一定範囲に制御することで、良好な曲げ加工性と高強度の両立が可能であることを見出した。

すなわち、本発明は
（１）Ｗ曲げ試験における最小曲げ半径（ＭＢＲ）を板厚（ｔ）で除した値を「ＭＢＲ／ｔ」、０．２％耐力を「ＹＳ」としたとき、以下の関係を満たす、強度と曲げ加工性のバランスに優れた、ＳＵＳ３０１ステンレス鋼帯、
ＹＳ≧２０×（ＭＢＲ／ｔ）＋1５１０かつ（ＭＢＲ／ｔ）≦２。
（２）最終の再結晶焼鈍における平均結晶粒径４〜１５μｍ、さらに、これに続く最終圧延における加工度が４０〜６０％としたとき、歪取り焼鈍における材料到達温度２００〜５００℃、昇温速度２０℃／秒以上とすることを特徴とする、上記の（１）記載の曲げ加工性と強度のバランスに優れたＳＵＳ３０１ステンレス鋼帯の製造方法、
（３）上記の（１）に記載のコネクタ、あるいはスイッチなどの接点部品に使用される電子部品用ばね材料、
である。
なお、本発明における昇温速度は、材料を室温から材料到達温度になるまでにかかった時間で除した平均速度とする。

ＳＵＳ３０１ステンレス鋼を再結晶し、圧延加工した後歪取り焼鈍を施すことで、高強度と良好な曲げ加工性を同時に満たすことができる。この範囲は、最終再結晶焼鈍の結晶粒径、最終圧延の加工度、および歪取り焼鈍における材料到達温度と昇温速度を規定することで可能である。

一般的に、強度と曲げ加工性は相反する関係にあるので、高強度が要求される場合には曲げ加工性を犠牲に、曲げ加工性が要求される場合には強度を犠牲にしてきた。本発明ではこの強度と曲げ加工性のバランスにおいて従来の関係を超えるもの、すなわち、ＳＵＳ３０１ステンレス鋼帯の（ＭＢＲ／ｔ）と（ＹＳ）が、ＹＳ≧２０×（ＭＢＲ／ｔ）＋１５１０の関係を満たし、かつ曲げ加工性が、（ＭＢＲ／ｔ）≦２であることを見出した。
ただし、この同じ加工を加えて機械的特性が同じ材料であっても、板厚が異なることによって変化する。すなわち、板厚が薄くなるほど曲げ加工性を示す（ＭＢＲ／ｔ）は小さくなる傾向があることが知られている。
そこで、本発明の適用範囲は、板厚を０．２ｍｍ以下とする。

良好な曲げ加工性と高強度のバランスする本発明のＳＵＳステンレス鋼帯は、最終再結晶焼鈍における結晶粒径、最終圧延における圧延加工度および歪取り焼鈍における熱処理条件について、これらを一定範囲に制御することによってのみ得られる。本発明はこの製造工程の組合せにおける条件を見出したものであり、以下に具体的な製造方法を説明する。

（１）最終再結晶焼鈍における結晶粒径
結晶粒径は、強度および曲げ加工性に影響を及ぼす。強度については、結晶粒径が微細なほど高強度になることが知られているが、曲げ加工性に及ぼす影響を調べた結果、適当な範囲を外れた場合に悪くなる傾向が見られた。すなわち、結晶粒径４μｍ未満および１５μｍを超えるいずれの場合においても加工と曲げ加工性が顕著に悪くなったため、その範囲を４〜２０μｍとした。

（２）最終圧延における加工度
圧延加工度は、高くなるほど強度が上昇するが、曲げ加工性が悪くなり、また、加工度が小さすぎる場合には、歪取り焼鈍による強度の増加が小さくなることが知られている。上記（１）に示した結晶粒径の範囲であっても、加工度６０％を超える場合には、（ＭＢＲ／ｔ）が２以下とはならず、曲げ加工性が良好でない。また、加工度４５％未満では、歪取り焼鈍における０．２％耐力の増加が少なく、冷間圧延上り製品と比較して更なる高強度化とは言えず、単にバネ性向上を目的とした歪取りと差異があるとは言えなくなる。以上から、最終冷間圧延の加工度の範囲を４５〜６０％とした。

（３）歪取り焼鈍条件
ステンレス鋼の歪取り焼鈍の一般的な目的はばね性の向上であり、この場合、０．２％耐力が冷間圧延上り製品と同等か低いことが一般的である。
本発明においては、上記（１）（２）を実施の上、歪取り焼鈍について以下に示す条件を実施することでとでは冷間圧延上り製品の０．２％耐力を超える高強度のＳＵＳ３０１ステンレス鋼帯を得ることができた。
以下に歪取りの条件を説明する。
歪取りの材料到達温度が２００℃未満の場合には、温度が低く、歪取りとしての効果が全くなく、強度の向上はもちろん、はばね性の向上も見られない。一方、５５０℃を超えるとばね性は向上するものの、強度は増加が見られない或いは低下する。したがって、材料到達温度範囲を２００〜５５０℃とした。

また、材料の温度プロファイルが強度と曲げ加工性に及ぼす影響を調べた結果、昇温速度の曲げ加工性への影響が強いことを見出した。すなわち、昇温速度が２０℃／秒未満の場合は、焼鈍前と比較して曲げ加工性が悪くなる傾向が見られた。一方、昇温速度が２０℃／秒以上になると、焼鈍前と同等もしくは改善が見られる。以上から、材料の昇温速度を２０℃／秒以上とした。

ＪＩＳに基づいた板厚１．５ｍｍのＳＵＳ３０１ステンレス鋼素条を用いて冷間圧延と再結晶焼鈍を繰り返して、最終板厚０．１ｍｍまで加工した。なお、歪取り焼鈍における材料到達温度は１５０〜５５７℃、昇温速度は５〜４０℃／秒とした。なお、供試材の化学成分は、質量％として、Ｎｉ：７．０％、Ｃｒ：１６．９％、Ｓｉ：０．７％、Ｍｎ：０．９％、Ｃ：０．１％、Ｓ：０．００５％である。

発明例Ｎｏ．１〜１０については、最終再結晶焼鈍における結晶粒径が４〜２０μｍ、最終圧延の加工度が４５〜６０％、これに続く歪取り焼鈍の材料到達温度が２００〜５５０℃、歪取り焼鈍における材料の昇温速度が２０℃／秒以上であり、圧延後と比較して歪取り焼鈍後の０．２％耐力が５０ＭＰａ以上増大し、さらに歪取り焼鈍の（ＭＢＲ／ｔ）が２未満と良好である。

比較例Ｎｏ．１１、１２では、最終再結晶焼鈍における結晶粒径が４μｍ未満となっており、結晶粒径が小さすぎるために曲げ加工性が悪くなり、（ＭＢＲ／ｔ）が２を超えている。
比較例Ｎｏ．１３では、最終再結晶焼鈍における結晶粒径が２０μｍを超えており、結晶粒径が大きすぎるために曲げ加工性が悪くなり、（ＭＢＲ／ｔ）が２を超えている。

比較例Ｎｏ．１４、１５では、最終圧延における加工度が４５％未満となっており、加工度が低すぎるために加工硬化による強度の増加が不十分なため、歪取り焼鈍で上昇は見られるものの、０．２％耐力が１５００ＭＰa以下と低い。
比較例Ｎｏ．１６では、最終圧延における加工度が６０％を超えており、加工度が高すぎるために曲げ加工性が悪くなり、（ＭＢＲ／ｔ）が２を超えている。

比較例Ｎｏ．１７では、歪取り焼鈍における材料到達温度が２００℃未満であり、材料の歪取り焼鈍が不十分なため、強度が増加せず、０．２％耐力が１５００ＭＰa以下と低い。
比較例Ｎｏ．１８では、歪取り焼鈍における材料到達温度が５５０℃を超えており、材料に焼鈍軟化効果が現れ始めるため、０．２％耐力が低下し、０．２％耐力が１５００ＭＰa以下と低い。

比較例Ｎｏ．１９、２０では、歪取り焼鈍における材料の昇温速度が２０℃／秒未満であり、昇温速度が遅いために歪取り焼鈍後の曲げ加工性が悪くなり、（ＭＢＲ／ｔ）が２を超えている。

以上から、比較例は本発明で規定した曲げ加工性と強度のバランスの関係式より下の領域にあることから、本発明例が曲げ加工性と強度のバランスに優れたＳＵＳ３０１ステンレス鋼帯であることがわかる。

Claims

Ｗ曲げ試験における最小曲げ半径（ＭＢＲ）を板厚（ｔ）で除した値を「ＭＢＲ／ｔ」、０．２％耐力を「ＹＳ」としたとき、以下の関係を満たす、強度と曲げ加工性のバランスに優れた、０．２ｍｍ以下のＳＵＳ３０１ステンレス鋼帯、
ＹＳ≧２０×（ＭＢＲ／ｔ）＋１５１０かつ（ＭＢＲ／ｔ）≦２。
最終の再結晶焼鈍における平均結晶粒径を４〜２０μｍ、その後の最終圧延における加工度を４５〜６０％と、さらに、これに続く歪取り焼鈍における材料到達温度２００〜５５０℃、昇温速度２０℃／秒以上とることを特徴とする、請求項１に記載の強度と曲げ加工性のバランスに優れたＳＵＳ３０１ステンレス鋼帯の製造方法。
請求項１に記載のコネクタ、あるいはスイッチなどの接点部品に使用される、電子部品用ばね材料。