JP3001614B2 - 極軟質オーステナイト系ステンレス鋼 - Google Patents

極軟質オーステナイト系ステンレス鋼

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JP3001614B2
JP3001614B2 JP2181551A JP18155190A JP3001614B2 JP 3001614 B2 JP3001614 B2 JP 3001614B2 JP 2181551 A JP2181551 A JP 2181551A JP 18155190 A JP18155190 A JP 18155190A JP 3001614 B2 JP3001614 B2 JP 3001614B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は,普通鋼もしくは表面処理鋼板が使用されて
いる分野において,より高耐食化が要求される用途に使
用可能な,極めて軟質でなおかつ加工硬化が小さく引張
強さが低いオーステナイト系ステンレス鋼に関する。
〔従来の技術〕
従来より,自動車部材や器物ならびに建築材料用内外
板や内装部材などの薄板成形用素材には,加工性および
経済性などの観点から普通鋼もしくは表面処理鋼板が多
用されている。最近,これらに用いられる材料の意匠性
や耐食性の向上が望まれており,普通鋼もしくは表面処
理鋼板が使用されている分野において素材のステンレス
化が指向される用途も多い。
しかし,SUS304に代表されるオーステナイト系ステン
レス鋼は,低炭素普通鋼に比べ硬質であり加工硬化も大
きい。例えば,体表的な薄板成形用素材である普通鋼冷
間圧延鋼板および鋼帯(JIS G3141)では標準調質の状
態で硬さ(HV)は115以下,引張強さは28kgf/mm2以上と
されているのに対し,SUS304は固溶化熱処理状態で硬さ
(HV)は200以下,引張強さ53kgf/mm2以上と規定されて
おり(JIS G4307),一般的な市販鋼では硬さ(HV)は1
60前後,引張強さ70kgf/mm2前後のレベルにある。
したがって,オーステナイト系ステンレス鋼は普通鋼
よりも優れた耐食性を有しながらも,普通鋼冷延鋼板よ
りも硬さが高く,なおかつ引張強さが大きく加工硬化が
大きいというオーステナイト系ステンレス鋼の機械的性
質上の特質が材料変更に際し大きな障害となっている。
事実,軟質な普通鋼もしくは表面処理鋼板の加工を目的
とするプレス機械などの加工装置を用いてオーステナイ
ト系ステンレス鋼を加工した場合,所望する形状が得ら
れない等の問題がある。
また,従来よりステンレス鋼が使用されている分野に
おいても,例えば屋根材料等の施工時の加工において
は,硬さおよび引張強さが高いが故に,加工し難いのが
現状であり,より軟質でかつ加工硬化の低い材料が望ま
れる場合も多い。
このような状況から,従来オーステナイト系ステンレ
ス鋼の軟質化を図った例としては特公昭51−29085号公
報があり,C;0.02%未満,Si;0.1%未満と低減し,その他
のMn,P,S,Al,Ti等の不純物元素を低減することにより,H
V100前後,引張強さ50kgf/mm2前後の特性を有する鋼を
得ている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら,このように不純物元素を低減する場
合,材料特性の観点からは,母相の固溶強化の低減によ
り硬さは低下するものの,不純物元素であるC,Nを低下
させるとオーステナイト相の安定性が低くなることで加
工硬化が大きくなり引張強さが上昇し,曲げ加工性およ
びへら絞り加工性を低下させるといった問題を生じる。
またSiを0.1%未満に低下すると鋼中の酸素濃度が高く
なり非金属介在物が増加して鋼の清浄度を著しく低下さ
せるといった問題を生じる。すなわち,良好な清浄度を
有しなおかつ軟質なオーステナイト系ステンレス鋼を製
造することは困難な状況にある。
〔発明者らの知見事実〕
本発明者らは,オーステナイト系ステンレス鋼の軟質
化を,硬さの低下と加工硬化の指標として引張強さの低
下といった観点より検討し,オーステナイト系ステンレ
ス鋼の化学組成と冷延鋼帯の機械的性質の関係を系統的
に調査して硬さおよび引張強さと成分の関係の定量化を
行い,以下のような知見を得た。
(1)硬さを低下させるためには,前述したようにC,N,
Si,P,S,Al,Ti等の不純物元素を低下させる以外に,オー
ステナイト系ステンレス鋼には必須の元素であるCrを低
下させ,Niを増加させること,さらにはCu,Mnを添加する
ことが極めて有効である。
(2)引張強さ(加工硬化)を低くするには,Niを増加
し,CuおよびMnを添加することが極めて有効である。
〔発明の構成〕
本発明は以上のような知見に基づくものであり,重量
%で, C;0.05以下, Si;0.1%以上1.0%以下, Mn;3.5%以下, Ni;9.0%以上15.0以下, Cr;15.0%以上20.0%以下, N;0.04%以下, を含有し,場合によってはさらに, Cu;3.0%以下, Mo;3.0%以下, Al;1.5%以下, Ti;0.5%以下, Nb;0.5%以下, Zr;0.5%以下, V;0.5%以下, B;0.03%以下, REM;0.02%以下, のいずれか1種または2種以上を含有し、残部が不可避
的に混入する不純物およびFeからなるオーステナイト系
ステンレス鋼であって, 下式とを同時に満足するように,これらの成分を
調整してなる極軟質オーステナイト系ステンレス鋼を提
供するものである。
K=20.5+13.0×C+0.99×Si−1.1×Mn−Ni+0.4×Cr−0.4×Cu+117.1×N≦
19.5…… H=27.1+60.9×C+0.26×Si−Ni+0.68×Cr−0.79×Cu+52.6×N≦29…… 〔作用〕 前記鋼において,および式を同時に満足する化学
組成を有する範囲では,従来のオーステナイト系ステン
レス鋼では得られなかった極めて軟質な,すなわち硬さ
(HV)が130以下で引張強さが55kgf/mm2以下のオーステ
ナイト系ステンレス鋼を得ることができる。
本発明鋼における各成分の作用と含有量限定の理由は
およそ次のとおりである。
Cは,極めて有効なオーステナイト生成元素であり,
その添加量を増加させると,オーステナイト相を安定に
するものの,多量に含まれると固溶強化により硬質とな
るため0.05%以下とする。
Siは,脱酸剤として有効な元素であるが,軟質さの点
からは低い方が好ましく,1.0%を越えて添加すると硬さ
ならびに引張強さの上昇を招くため上限は1.0%とし、
清浄度の点から下限は0.1%とする。
Mnは多量に含まれるほど硬さおよび引張強さは低下す
るものの,5.0%を越えて添加されてもそれらの効果は大
きく上がらないため上限を5.0%とする必要があり、3.5
%以下とすることが望ましい。
Niは,オーステナイト系ステンレス鋼には不可欠な元
素であり,硬さならびに引張強さを十分に低くするため
には,多量に含まれるのが好ましく,少なくとも9.0%
以上必要である。上限は経済性を考慮して15%とする。
Crは,耐食性の点から,15%以上添加するのが好まし
い。しかし,軟質化の点より,あまり多量に含有される
と,硬さの上昇を招くため20%以下とする。
Nは,極めて有効なオーステナイト生成元素でありそ
の添加量を増加させるとオーステナイト相を安定にする
ものの,0.04%を越えて含有されると固溶強化による硬
さの上昇ならびに表面性状の劣化を招くため0.04%以下
とする。
Cuは,オーステナイト生成元素であり,硬さならびに
加工硬化を低下させ引張強さを低下させる極めて有効な
元素である。しかし5%を越えて添加すると熱間加工性
を劣化させ,耳切れを生じるため5%以下とする必要が
あり、3%未満とすることが望ましい。
Moは添加量を増加すると耐食性を向上させる。しか
し,多量に添加すると硬さを上昇させるため3.0%以下
とする。
Alは製鋼時の脱酸に有効な元素であり,特にTiやZrを
添加する直前に脱酸剤として添加し溶鋼中の酸素濃度を
下げておきTiやZrの歩留りを向上かつ安定化させるため
に有効である。しかしAlは固溶強化により1.5%を越え
て添加すると硬さを上昇させるため1.5%以下とする。
Ti,Nb,V,Zrは結晶粒の細粒化を図り,成形加工後の肌
あれを防止することを目的に添加する。それぞれ0.5%
を越えて添加してもその効果は飽和するので0.5%以下
とする。
Bは,熱間加工性を向上させる元素であり,熱間割れ
の防止に有効であるが,0.03%を越えて添加すると,か
えって熱間加工性を劣化させるばかりでなく耐粒界腐食
性を劣化するため0.03%以下とする。
REMはBと同様に熱間加工性を向上させる有効な元素
であるが,0.02%を越えて添加してもその効果の向上は
望めないので0.02%以下とする。
以上の個々の成分規制に加えて,硬さが低くなおかつ
加工硬化が小さく引張強さの低いオーステナイト系ステ
ンレス鋼を得るためには,前述した式に従うK値が1
9.5以下で且つ式に従うH値が29となるように成分を
制限することが重要である。この点を,以下に試験結果
よって具体的に示す。
第1表に示す化学成分範囲内の鋼を12種類(No.1〜N
o.12)溶製し,これらの鋼片を抽出温度1220℃で熱間圧
延を施して板厚3.8mmの熱延鋼帯を得た。この熱延鋼帯
に1100℃×均熱1分の熱延板焼鈍および酸洗を施したう
え,1.5mm厚まで冷間圧延し,1050℃×均熱1分の中間焼
鈍および酸洗を施し,さらに0.7mmまで仕上圧延し,1050
℃×均熱1分の仕上焼鈍および酸洗を施した。各材料か
ら試料を採取してビッカース硬さ(HV)および引張強さ
(TS)を調べた。その結果を第1表に示した。
また,第1図に各供試材のK値と硬さの関係を示し
た。硬さはK値の上昇とともに増加することがわかる。
硬さが130を越えないためにはK値を19.5以下にするこ
とが必要である。さらに第2図に各供試材のH値と引張
強さの関係を示した。引張強さはH値の上昇とともに増
加することがわかる。引張強さが55Kgf/mm2を越えない
ためにはH値を29以下にすることが必要である。
〔実施例〕 第2表に本発明鋼(No.13〜15,18,19,21,参考鋼(No.
16,17,20,22,23)比較鋼(No.24〜No.29)および従来鋼
(No.30〜32)の化学成分と式およびより計算され
た各供試材のK値およびH値を併せて示す。
同様に、第3表に本発明鋼(No.33〜No.38)の化学成
分とK値およびH値を示す。
本発明鋼・参考鋼においては,C,Si,Mn,P,S,Nの不純物
元素を低減させたもの(鋼No.13),これにさらにCuを
添加したもの(鋼No.14,15),さらにTi,Nb,Zr,Alを添
加したもの(鋼No.16,17),および製造性を考慮し各不
純物成分を増加させ,Cuを添加したもの(鋼No.18〜22)
と,さらにV,Moを添加したもの(鋼No.23)を用いた。
また、Cuとともに、Ti,Nbを添加したもの(鋼No.3
3)、Mo,Bを添加したもの(鋼No.34)、Zr,V,REMを添加
したもの(鋼No.35)、Alを添加したもの(鋼No.36)、
Ti,Nb,Bを添加したもの(鋼No.37)、Mo,Zr,REMを添加
したもの(鋼No.38)を用いた。
比較鋼には,本発明鋼No.13と同様にC,Si,Mn,P,S,Nの
不純物元素を低減させ,各成分は本発明で規定する範囲
を満足し,K値は19.5を越えないがH値が29を越えるもの
(鋼No.24およびNo.25)およびC,Si,Ni,Nがそれぞれ本
発明で規定する範囲を満足しないもの(鋼No.26〜29)
を用いた。従来鋼にはSUS304(鋼No.30),SUS304L(鋼N
o.31)およびSUS305(鋼No.32)を用いた。
これらの成分を有するオーステナイト系ステンレス鋼
を溶製し,これらの鋼片から抽出温度1220℃で熱間圧延
を施して3.8mmの熱延鋼帯を得た。この熱延鋼帯に1100
℃×均熱1分の熱延板焼鈍および酸洗を施したうえ,1.5
mm厚まで冷間圧延し1050℃×均熱1分の中間焼鈍および
酸洗を施し,さらに0.7mmまで仕上圧延し,1050℃×均熱
1分の仕上焼鈍および酸洗を施したものの硬さならびに
引張強さを調査した。第2表,第3表にそれらの結果を
併記した。
第2表,第3表の結果に見られるように,本発明鋼は
いずれも,硬さ(HV)が130以下で且つ引張強さが55Kgf
/mm2以下であり極めて軟質となっている。また,表面き
ずの発生も認められず良好な製造性を有している。
これに対し,比較鋼No.24およびNo.25は,硬さ(HV)
は130以下となっているものの,引張強さが55Kgf/mm2
上と高く,加工硬化が大きいことを示している。比較鋼
No.26〜29は,いずれも本発明の要件を満足しない鋼で
あるが,比較鋼No.26および27は,硬さは130以下を満足
しているものの,引張強さは60Kgf/mm2以上と高く加工
硬化が大きい。比較鋼No.28および29は硬さおよび引張
強さとも高く軟質化は図れていない。従来鋼No.30〜32
はいずれも硬さおよび引張強さとも高く硬質となってい
る。
〔効果〕
以上のように,オーステナイト系ステンレス鋼の成分
を本発明に従って調整することにより,従来のオーステ
ナイト系ステンレス鋼では得られない極めて硬さが低
く,なおかつ引張強さが低く加工硬化の小さい極めて軟
質なオーステナイト系ステンレス鋼を製造性を損なうこ
となく得ることができる。このことにより本発明鋼は,S
US304に代表されるオーステナイト系ステンレス鋼が普
通鋼に比べて硬質であり,なおかつ加工硬化が大きく引
張強さが高いため使用不可能であった分野に使用するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は,冷延鋼帯の硬さとK値の関係を示した図,第
2図は冷延鋼帯の引張強さとH値の関係を示した図であ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小田 敬夫 山口県新南陽市大字富田4976番地 日新 製鋼株式会社鉄鋼研究所内 (56)参考文献 特開 平2−141556(JP,A) 特公 昭51−29085(JP,B1) 特公 昭53−10003(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22C 38/00 302 Z

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】重量%で, C;0.05%以下, Si;0.1%以上1.0%以下, Mn;3.5%以下, Ni;9.0%以上15.0%以下, Cr;15.0%以上20.0%以下, N;0.04%以下, を含有し,残部がFeおよび不可避的に混入する不純物よ
    りなり且つ下記′および′式を同時に満足する化学
    組成を有する,硬さ(HV)が130以下で引張強さが55kgf
    /mm2以下の極軟質オーステナイト系ステンレス鋼。 K=20.5+13.0×C+0.99×Si−1.1×Mn−Ni+0.4×Cr+117.1×N≦19.5 ・・′ H=27.1+60.9×C+0.26×Si−Ni+0.68×Cr+52.6×N≦29・・′
  2. 【請求項2】重量%で, C;0.05%以下, Si;0.1%以上1.0%以下, Mn;3.5%以下, Ni;9.0%以上15.0以下, Cr;15.0%以上20.0%以下, N;0.04%以下, を含有し,さらに, Cu;3.0%未満, Mo;3.0%以下, Al;1.5%以下, Ti;0.5%以下, Nb;0.5%以下, Zr;0.5%以下, V;0.5%以下, B;0.03%以下, REM;0.02%以下, のいすれかを1種または2種以上含有し,残部がFeおよ
    び不可避的に混入する不純物よりなり且つ下記および
    式を同時に満足する化学組成を有する,硬さ(HV)が
    130以下で引張強さが55kgf/mm2以下の極軟質オーステナ
    イト系ステンレス鋼。 K=20.5+13.0×C+0.99×Si−1.1×Mn−Ni+0.4×Cr−0.4×Cu+117.1×N≦
    19.5・・ H=27.1+60.9×C+0.26×Si−Ni+0.68×Cr−0.79×Cu+52.6×N≦29・・
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