JP2022505747A - クランプ用高強度フェライト系ステンレス鋼およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明のクランプ用高強度フェライト系ステンレス鋼は、重量%で、C:0.04~0.1%、Si:0.2~0.6%、Mn:0.01~1.5%、Cr:14.0~18.0%、Al:0.005~0.2%、V:0.005~0.2%、N:0.02~0.1%、残りのFeおよび不可避な不純物からなり、下記式(1)および(2)を満たし、平均直径0.5μm以下の析出物の数が2.5×106個/mm2以上であることを特徴とする。
(1) 0.35%≦Si+Al+V≦0.6%
(2) 0.09%≦C+N≦0.12%
ここで、Si、Al、V、C、Nは、各元素の含有量(重量%)を意味する。
【選択図】図1
Description
図1は、自動車または一般ホース用クランプを示す。クランプは、プラスチックホースまたはパイプを締結する役割をするので、高い強度を必要とし、ベンディング時にクラックが発生しないようにしなければならないので、優れた軟性も同時に要求される。また、室内だけでなく、自動車の室外環境に使用されるに伴って、耐食性が要求されるので、最近クランプ用ステンレス鋼の需要が増加している状況である。
STS430に代表されるフェライト系ステンレス鋼における主な品質イシューは、リッジング(Ridging)の改善、オレンジピール(Orange Peel)の改善、成形時に面内異方性の改善と関連して先行特許技術が多数存在するが、自動車または一般ホースのクランプ用途に適用され得るような高強度を満たす成分系に関する検討と製造技術の最適化に関する研究は殆どないのが現状である。
(1)0.35%≦Si+Al+V≦0.6%
(2)0.09%≦C+N≦0.12%
ここで、Si、Al、V、C、Nは、各元素の含有量(重量%)を意味する。
前記析出物は、Cr炭窒化物を含むことがよい。
また、本発明のステンレス鋼は、降伏強度320MPa以上、引張強度510MPa以上および伸び率20%以上であることが好ましい。
(1)0.35%≦Si+Al+V≦0.6%
(2)0.09%≦C+N≦0.12%
ここで、Si、Al、V、C、Nは、各元素の含有量(重量%)を意味する。
前記析出物は、Cr炭窒化物を含むことができる。
前記焼鈍熱処理された冷延鋼鈑は、降伏強度320MPa以上、引張強度510MPa以上および伸び率20%以上であることが好ましい。
(1)0.35%≦Si+Al+V≦0.6%
(2)0.09%≦C+N≦0.12%
ここで、Si、Al、V、C、Nは、各元素の含有量(重量%)を意味する。
鋼中Cは、フェライト系ステンレス鋼に不可避に含まれる不純物であり、(Cr、Fe)23C6、(Cr、Fe)7C3炭化物として析出されて強度を向上させる役割をするので、0.04%以上含有することがよい。しかしながら、母材内にCが過度に含まれる場合には、伸び率を低下させて製品の加工性を顕著に低下させるので、0.1%以下に制限する。
Siは、鋼中に含まれる不可避な不純物であるが、製鋼時に脱酸剤の役割のために添加される元素であり、フェライト安定化元素でもある。鋼中に多量に含有されると、材質の硬化を起こして軟性を低下させるので、通常、0.4%以下で管理する。しかしながら、本発明ではクランプ用高強度フェライト系ステンレス鋼を製造するために、Siを最適に使用する必要がある。このため、本発明では、Si含有量を0.2~0.6%に制御して固溶強化効果によって引張強度および降伏強度を向上させ、伸び率を維持するためにSi含有量を0.6%以下に制限する。
Mnは、鋼中に不可避に含まれる不純物であるが、オーステナイト安定化元素であるから、ロッピングおよびリッジングを抑制する役割をする。しかしながら、多量に含まれる場合、溶接時にマンガン系ヒュームが発生し、MnS相析出の原因になって伸び率を低下させるので、その含有量を0.01~1.5%に制限する。
Crは、鋼の耐食性を向上させるために添加する合金元素であり、臨界含有量は、12%である。ただし、CおよびNが含有されたフェライト系ステンレス鋼は、粒界腐食が起こる虞があり、粒界腐食の可能性および製造コストの増加を考慮してその含有量を14.0~18.0%に制限する。
Alは、強力な脱酸剤であり、溶鋼中酸素の含有量を低減させる役割をし、本発明では、0.005%以上添加する。ただし、その含有量が多すぎる場合、非金属介在物の増加によって冷延ストリップのスリーブ欠陥が発生すると同時に、溶接性を劣化させる虞があり、0.2%以下に限定し、より好ましくは、0.1%以下である。
Vは、CおよびNを固定して炭窒化物を形成する役割をし、炭窒化物の成長を抑制し、微細化させるのに効果的な元素であり、本発明では、0.005%以上添加することが好ましく、より好ましくは、0.03%以上添加する。ただし、その含有量が多すぎる場合、製造費用が急増することになるため、0.2%以下に限定することが好ましく、より好ましくは、0.1%以下に限定することである。
鋼中Nは、Cと同様に不純物元素として存在し、製造過程でCr2N窒化物として析出されて強度を向上させる役割をするので、0.02%以上添加することがよい。しかしながら、多量の添加は、加工性を阻害させると共に、冷延製品のストレッチャーストレインの原因となるため、その含有量を0.1%以下に制限する。
Niは、Cu、Mnと共にオーステナイト安定化元素であり、オーステナイト分率を増加させてロッピングおよびリッジングを抑制する効果があり、微量添加によって耐食性を向上させる役割をする。しかしながら、多量添加時には加工性が劣化し、製造コストが増加するためその含有量は上記範囲に制限する。
Pは、鋼中に含まれる不可避な不純物であり、酸洗時に粒界腐食を起こしたり、熱間加工性を阻害させるため、その含有量を上記範囲に調節する。
Sは、鋼中に含まれる不可避な不純物であり、結晶粒界に偏析して熱間加工性を阻害するため、その含有量を上記範囲に制限する。
(1)0.35%≦Si+Al+V≦0.6%
(2)0.09%≦C+N≦0.12%
ただし、Cr-炭窒化物の析出のためには、合金元素の制御以外に、熱延焼鈍熱処理の省略が要求される。
〔実施例〕
下記の表1のC、N、Si、AlおよびVを調節した成分系のフェライト系ステンレス鋼をLab.真空溶解をしてスラブに製造した。スラブを1,000~1,200℃で再加熱した後、粗圧延機と連続仕上げ圧延機により800℃以上の仕上げ圧延完了温度で圧延して、熱延板を製造した。
A、B鋼種は、フェライト系ステンレス鋼のC、N、Si、AlおよびVを調節して真空溶解したものであり、上記の鋼を1,000~1,200℃の温度範囲で再加熱した後、粗圧延機と連続仕上げ圧延機により800℃以上の完了温度で圧延して熱延板を製造し、その後、熱延焼鈍せずに、酸洗した後、冷間圧延および冷延焼鈍を実施した。
前記A、B鋼種は、Si+Al+V≧0.35%を満たすことによって、降伏強度(YS)≧320MPaを満たすことが分かる。また、A、B鋼種は、C+N≧0.09%を満たすことによって、引張強度(TS)≧510MPaを満たすことが分かる。
C~E鋼種は、C+N数値が0.09%以上であり、本発明の式(1)は満たすが、Si+Al+V数値が0.35%以下であり、降伏強度(YS)値が300MPaと低くなることを確認することができた。
F鋼種およびG鋼種は、Si+Al+V数値が0.35%以下およびC+N数値が0.09%以下であり、降伏強度(YS)と引張強度(TS)が、いずれも、本発明の目標強度の水準を満たさないことが分かる。
H鋼種は、Si+Al+V数値が0.35%以上を満たし、C+N数値が0.09%以上を満たすが、熱延BAF焼鈍を実施することによって、基準値である降伏強度(YS)≧320MPaと引張強度(TS)≧510MPaを満たさないことが分かる。
また、I鋼種は、Si+Al+V数値が0.355以上を満たさず、C+N数値が0.09%以上を満たさないと共に、熱延BAF焼鈍を実施することによって、降伏強度(YS)が280MPa以下と低くなり、引張強度(TS)も、490MPa以下と低くなって、本発明の目標強度を満たさないことが分かる。
図2および図3に示したとおり、本発明において高強度を具現化するために、置換型元素の合計Si+Al+Vで定義される式(1)の値を0.35%以上に制御することによって、母材の固溶強化効果によって降伏強度を増加させて320MPa以上で具現化することができた。また、C+Nで定義される式(2)の値を0.09%以上に制御して、Cr-炭窒化物の析出量の増大とともに、熱延焼鈍工程の省略による析出物の微細化の効果によって加工硬化量を増加させて、引張強度を510MPa以上で具現化することができた。
発明例1のA鋼種の場合、平均直径0.5μm以下の大きさを有する析出物が多量形成されていることが確認できる。一方、比較例7のI鋼種の場合、大きさ0.5~2.0μmの析出物が形成されていることを確認できた。すなわち、合金成分の制御とともに熱延無焼鈍が一緒に満たされる場合、本発明の解決課題を達成できることが分かる。
Claims (8)
- 重量%で、C:0.04~0.1%、Si:0.2~0.6%、Mn:0.01~1.5%、Cr:14.0~18.0%、Al:0.005~0.2%、V:0.005~0.2%、N:0.02~0.1%、残りのFeおよび不可避な不純物からなり、
下記式(1)および(2)を満たし、
平均直径0.5μm以下の析出物の数が2.5×106個/mm2以上であることを特徴とするクランプ用高強度フェライト系ステンレス鋼。
(1) 0.35%≦Si+Al+V≦0.6%
(2) 0.09%≦C+N≦0.12%
(ここで、Si、Al、V、C、Nは、各元素の含有量(重量%)を意味する。) - Ni:0.001~0.5%、P:0.05%以下およびS:0.005%以下よりなるグループから選ばれるいずれか1つ以上をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載のクランプ用高強度フェライト系ステンレス鋼。
- 前記析出物は、Cr炭窒化物を含むことを特徴とする請求項1に記載のクランプ用高強度フェライト系ステンレス鋼。
- 降伏強度320MPa以上、引張強度510MPa以上および伸び率20%以上であることを特徴とする請求項1に記載のクランプ用高強度フェライト系ステンレス鋼。
- 重量%で、C:0.04~0.1%、Si:0.2~0.6%、Mn:0.01~1.5%、Cr:14.0~18.0%、Al:0.005~0.2%、V:0.005~0.2%、N:0.02~0.1%、残りのFeおよび不可避な不純物からなり、下記式(1)および(2)を満たすスラブを1,000~1,200℃で再加熱して熱間圧延する段階と、
前記熱間圧延された熱延鋼板を700℃以上で巻き取る段階と、
前記巻き取られた熱延鋼板を60%以上の圧下率で冷間圧延する段階と、
前記冷間圧延された冷延鋼鈑を550~950℃で10分以下で焼鈍熱処理する段階と、を含み、
前記巻き取られた熱延鋼板の焼鈍熱処理を省略することを特徴とするクランプ用高強度フェライト系ステンレス鋼の製造方法。
(1) 0.35%≦Si+Al+V≦0.6%
(2) 0.09%≦C+N≦0.12%
(ここで、Si、Al、V、C、Nは、各元素の含有量(重量%)を意味する。) - 前記焼鈍熱処理された冷延鋼鈑は、
平均直径0.5μm以下の析出物の数が2.5×106個/mm2以上であることを特徴とする請求項5に記載のクランプ用高強度フェライト系ステンレス鋼の製造方法。 - 前記析出物は、Cr炭窒化物を含むことを特徴とする請求項6に記載のクランプ用高強度フェライト系ステンレス鋼の製造方法。
- 前記焼鈍熱処理された冷延鋼鈑は、
降伏強度320MPa以上、引張強度510MPa以上および伸び率20%以上であることを特徴とする請求項5に記載のクランプ用高強度フェライト系ステンレス鋼の製造方法。
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