JP3253256B2 - 耐応力腐食性、強度及び靱性に優れた鋼の製造方法 - Google Patents

耐応力腐食性、強度及び靱性に優れた鋼の製造方法

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JP3253256B2 JP07138597A JP7138597A JP3253256B2 JP 3253256 B2 JP3253256 B2 JP 3253256B2 JP 07138597 A JP07138597 A JP 07138597A JP 7138597 A JP7138597 A JP 7138597A JP 3253256 B2 JP3253256 B2 JP 3253256B2
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拓治 赤石
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車用成形バネ
など耐応力腐食性に優れ、高強度及び高靱性が要求され
る鋼およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】靱性に優れた鋼としてステンレス鋼が広
く知られている。ステンレス鋼は、優れた耐対応力腐食
性が要求される場合、フェライト系ステンレス鋼又はマ
ルテンサイト系ステンレス鋼が対象となり、オーステナ
イト系ステンレス鋼は除外される。さらに高強度が必要
な場合、フェライト系ステンレス鋼では不十分で、マル
テンサイト系ステンレス鋼が対象となる。このマルテン
サイト系ステンレス鋼として、SUS420J2等の焼
入れ焼戻し処理鋼が知られているが、材料コストが高い
という問題がある。さらに、この鋼帯を焼戻し処理する
場合、焼戻し処理に狭い幅の専用ラインを必要とし、製
造上の問題もある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記事情に
鑑みてなされたもので、その目的とするところは、耐応
力腐食性、強度及び靱性に優れた安価な鋼、特に13%
Crフェライト系ステンレス鋼及びこの鋼を既存の製造
ラインを利用して製造できる方法を提供することであ
る。
【0004】
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明鋼の製造方法は、
(1)質量%で、C:0.025〜0.05%、Si:
0.15〜0.30%、Al:0.001〜0.03
%、N:0.015〜0.04%、Ni:0.02〜
0.30%、Mn:0.20〜0.60%、Cr:1
3.00〜13.75%、残部不可避的不純物及びFe
からなり、下記(1)式に示すCr当量が6.0〜8.
5の化学組成を有する鋼に第1回の焼入れ処理を行い、
ついで冷間圧延を行った後第2回の焼入れ処理を行っ
て、体積率で75〜50%のマルテンサイト相と25〜
50%のフェライト相を有し、平均結晶粒径が10μm
以下の金属組織とする鋼の製造方法、Cr当量=%Cr+1.5%Si+2.5%Al−80(%C+%N)−3%N i−2%Mn...(1) (2) (1) で得られた鋼に200〜500℃の焼鈍
処理を施す鋼の製造方法、(3) (1) で得られた鋼にさらに冷間加工を施す鋼
の製造方法、(4) (1) で得られた鋼にさらに冷間加工を施した
後、200〜500℃の焼鈍処理を施す鋼の製造方法で
ある。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明者らは、焼入れ処理と焼戻
し処理とを分離して、既存のステンレス鋼帯の製造ライ
ンを利用可能とし、もって低コストで耐応力腐食性、強
度及び靱性に優れた鋼を製造することを検討した。ま
ず、材料コストの低いフェライト系或いはマルテンサイ
ト系ステンレス鋼で耐応力割れ性を確保するためには、
Niの添加を抑えなければならない。しかし、Niの添
加を抑えると、結果的にAc1点が高くなる。Ac1点が高
くなると、焼入れ温度が高温になり、マルテンサイト結
晶粒径が粗大化し、靱性が大きく低下してしまう。本発
明者らは、マルテンサイト粒間に軟質フェライト相(α
相)を介在させることにより焼入れ処理と焼戻し処理と
を分離し、既存のステンレス鋼帯の製造ラインでの処理
が可能となった。また、中間段階の板厚で一度焼入れ処
理を施し、それに冷間圧延による加工歪みを付与するこ
とで、異相間に大きな歪みを蓄積させ、次いで再度焼入
れ処理を施し、その昇温工程で再結晶の微細化をするこ
とにより焼入れ温度が高くても結晶粒を微細化して靱性
を保持できるようにした。
【0007】さらに、低温の焼鈍処理及び/又は冷間加
工処理を施して、不均一歪みの除去及び/又は加工硬化
+歪み時効により、所望の強度、靱性を得るようにし
た。以下、本発明鋼及びその製造方法を詳細に説明す
る。
【0008】(鋼の組成)質量%で、C:0.025〜
0.05%、Si:0.15〜0.30%、Al:0.
001〜0.03%、N:0.015〜0.04%、N
i:0.02〜0.30%、Mn:0.20〜0.60
%、Cr:13.00〜13.75%、残部不可避的不
純物及びFeからなり、下記(1)式に示すCr当量が
6.0〜8.5の化学組成を有する。 Cr当量=%Cr+1.5%Si+2.5%Al−80(%C+%N)−3%N i−2%Mn...(1) C:0.025〜0.05% 本発明では、フェライト相(α相)を残留させるため、
C添加量を0.05%以下と低めに設定する。0.05
%を超えると、所望量のフェライト相(α相)の残留が
困難となる。また、強度及び靭性の観点から0.025
%以上とする。
【0009】 Ni:0.02〜0.30% 本発明では、耐応力腐食割れ性を確保するために、Ni
添加量を0.30%以下に抑える。0.30%を越える
と、耐応力腐食割れ性が劣化する。また、強度及び靭性
の観点から0.02%以上とする。
【0010】Cr当量:6.0〜8.5% 本発明では、焼入れ後の組織状態を適正なものとするた
めに、Cr当量を限定する。6.0%未満では、マルテ
ンサイト量が所望以上に増加し、その結果強度は向上す
るが、靱性が劣化する。8.5%を超えると、フェライ
ト相が安定して必要なマルテンサイト変態量を確保でき
ず、その結果、所望の強度が得られない。
【0011】
【0012】(鋼の金属組織)本発明では、マルテンサ
イト相のマトリックス(体積率で75〜50%)に体積
率で25〜50%のフェライト相を有する。その顕微鏡
写真の一例を図2に示す。マルテンサイト相に軟質のフ
ェライト相を介在させることにより、所定の強度と靱性
を兼ね備えた鋼を得ることができる。体積率で25〜5
0%とした理由は、25%未満では、所望の靱性が得ら
れず、逆に50%を超えると、軟質のフェライト相が多
すぎて所望の強度が得られない。
【0013】なお、本発明で、体積率とは、任意切断面
における面積率をいう。 (鋼の平均粒径)本発明の鋼は、平均結晶粒径が10μ
m以下である。平均結晶粒径が10μmを超えると、所
望の靱性が得られない。
【0014】(鋼の製造方法)次に上記の化学組成及び
金属組織を優する鋼の製造方法を、図1を参照して説明
する。
【0015】まず、金属組織がフェライト相の鋼を冷間
圧延した後に焼入れ処理して、フェライト相の一部をマ
ルテンサイト相に変態させる。冷間圧延は、圧延率20
〜80%程度が好ましい。次に焼入れ処理を行うが、そ
の処理温度は、低すぎるとマルテンサイトへの変態量が
少ないため強度が低下し、逆に高すぎると粒成長が生じ
て靱性が著しく低下するため、1000℃〜1050℃
が好適である。表1は、焼き入れ温度を変えた場合の、
硬さと組織の変化を示す。
【0016】特に、第1回の焼入れ処理を行い、ついで
冷間圧延を行った後第2回の焼入れ処理を行うことによ
り、結晶粒を微細化して靱性を向上することができる。
すなわち、焼入れ処理温度を高くするとマルテンサイト
への変態量が多くなり高強度とすることができるが、結
晶粒が粗大化して靱性が低下する。しかし、第1回の焼
入れ処理後に冷間圧延を行って、鋼に加工歪みを付与
し、異相界面に大きな歪みを蓄積させ、ついで、第2回
の焼入れ処理を行うことにより、昇温過程に起こる再結
晶の微細化を促して平均結晶粒を10μm以下と微細化
し、高靱性の鋼とすることができる。この目的を達成す
るために、冷間圧延は、圧延率30%(減面率)以上と
するのが望ましい。表2は第1回焼き入れ後と、冷間圧
延後の第2回焼入れ後の鋼の結晶粒径の変化と曲げ性の
変化を示す。
【0017】
【表1】
【0018】
【表2】
【0019】なお、第2回の焼入れ処理は、処理温度1
000℃〜1050℃が好適である。次に、このように
焼入れ処理した鋼に以下に示すいずれかの処理を施し
て、不均一歪みを除去し、さらに強靱性を付与する。
【0020】(a) 200〜500℃の低温焼鈍処理を施
こし、(b) 冷間加工を施し、若しくは(c) 冷間加工を施
した後、200〜500℃の低温焼鈍処理を施す。焼鈍
処理は、靱性を向上するために行う。200〜500℃
と限定した理由は、200℃未満ではマルテンサイトの
靱性が回復せず、500℃を超えるとオーバーエイジン
グとなり強度が低下する。この焼鈍処理は1〜2分程度
で十分である。
【0021】冷間圧延は、強度を高めるために行い、減
面率30〜80%程度が好ましい。上記(a) 〜(c) の方
法は、用途、すなわち所望する強度値と靱性値により適
宜選択される。
【0022】
【実施例】下記組成の供試材を用い、減面率50%の冷
間圧延後、1030℃、1分で第1回焼入れを行い、つ
いで減面率45%の冷間圧延後、1030℃、1分で第
2回焼入れを行った。
【0023】C:0.054、Si:0.21、Al:
0.012、N:0.025、Ni:0.07、Mn:
0.36、Cr:13.12、Cr当量6.2 得られた供試材はマルテンサイト相のマトリックスにフ
ェライト相が体積率で30%あり、平均結晶粒径が7.
5μmであった。
【0024】ついで、(a) 450℃で1分焼鈍し、(b)
板厚減面率で50%冷間圧延し、若しくは(c) 板厚減面
率で50%冷間圧延した後450℃で1分焼鈍した。得
られた各供試鋼の硬さ、バネ限界値、曲げ性を比較材の
特性を共に表3に示す。
【0025】
【表3】
【0026】表3から、本発明によれば、同じ強度の比
較材料より靱性が向上していることがわかる。次に、J
IS G 0576の42%塩化マグネシウム腐食試験
を行った。その結果を比較鋼とともに表4に示す。
【0027】
【表4】 表4から、本発明鋼はSUS 420J2(焼入れ焼戻
し材)と同等以上の耐応力腐食性を有することがわか
る。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば耐
応力腐食性に優れ、高強度及び高靱性が要求される強度
及び靱性に優れた鋼およびその製造方法を提供すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明方法の概略説明図。
【図2】本発明鋼の一例を示す顕微鏡写真。
フロントページの続き (72)発明者 田村 勝 東京都板橋区舟渡四丁目10番1号 日本 金属株式会社内 (72)発明者 佐藤 雅彦 東京都板橋区舟渡四丁目10番1号 日本 金属株式会社内 (56)参考文献 特開 平7−207342(JP,A) 特開 平2−301518(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C21D 9/46 - 9/48 C22C 38/00 - 38/60 C21D 8/00 - 8/10

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】質量%で、C:0.025〜0.05%、
    Si:0.15〜0.30%、Al:0.001〜0.
    03%、N:0.015〜0.04%、Ni:0.02
    〜0.30%、Mn:0.20〜0.60%、Cr:1
    3.00〜13.75%、残部不可避的不純物及びFe
    からなり、下記(1)式に示すCr当量が6.0〜8.
    5の化学組成を有する13%Crフェライト系のステン
    レス鋼に第1回の焼入れ処理を行い、ついで冷間圧延を
    行った後第2回の焼入れ処理を行って、体積率で75〜
    50%のマルテンサイト相と25〜50%のフェライト
    相とを有し、平均結晶粒径が10μm以下の金属組織と
    することを特徴とする耐応力腐食性、強度及び靱性に優
    れた鋼の製造方法。 Cr当量=%Cr+1.5%Si+2.5%Al−80(%C+%N)−3%N i−2%Mn...(1)
  2. 【請求項2】 請求項で得られた鋼帯に200〜50
    0℃の焼鈍処理を施すことを特徴とする耐応力腐食性、
    強度及び靱性に優れた鋼の製造方法。
  3. 【請求項3】 請求項で得られた鋼帯にさらに冷間加
    工を施すことを特徴とする耐応力腐食性、強度及び靱性
    に優れた鋼の製造方法。
  4. 【請求項4】 請求項で得られた鋼帯にさらに冷間加
    工を施した後、200〜500℃の焼鈍処理を施すこと
    を特徴とする耐応力腐食性、強度及び靱性に優れた鋼の
    製造方法。
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