JP3271790B2

JP3271790B2 - 非磁性ステンレス鋼厚板の製造方法

Info

Publication number: JP3271790B2
Application number: JP10044492A
Authority: JP
Inventors: 美博植松; 貞雄廣津; 康村田; 芳明堀
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 1992-03-26
Filing date: 1992-03-26
Publication date: 2002-04-08
Anticipated expiration: 2017-04-08
Also published as: JPH05271767A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、各種電子機器，電気機
器等の構造材料として使用され、耐食性及び強度に優れ
た非磁性ステンレス鋼厚板を製造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＳＵＳ３０４に代表されるＣｒ−Ｎｉ系
オーステナイトステンレス鋼は、良好な耐食性と焼鈍状
態で非磁性のオーステナイト組織を有することから、非
磁性鋼として電気，精密機器部品用に使用されている。
なかでも、Ｎ含有量の大きなＳＵＳ３０４Ｎ，ＳＵＳ３
１６Ｎ系鋼がバネ用鋼として用いられている。

【０００３】Ｎを添加するとき、オーステナイトステン
レス鋼の強度が向上する。このオーステナイトステンレ
ス鋼に冷間加工及び低温焼鈍処理を施すことにより、バ
ネ特性が付与される。しかしながら、この種のオーステ
ナイトステンレス鋼は、本来薄板の高強度材として開発
されたものであり、非磁性材料として使用するには問題
がある。

【０００４】たとえば、ＳＵＳ３０４Ｎ系鋼は、冷間加
工を施し加工硬化させてバネ用鋼として用いるが、高度
の冷間加工を施すとき強磁性のマルテンサイト相が誘起
される。その結果、冷間加工後に磁性を帯び、非磁性鋼
としては使用できなくなる。特に板厚６〜１２ｍｍの厚
板の焼鈍材を冷間圧延するとき、板厚が厚いことから加
工歪みに起因する熱エネルギーが材料内に蓄積され、材
料温度が約２００℃に達することもある。材料温度の上
昇は、圧延により導入された加工歪みを解放する。その
結果、厚板から得られた冷延材は、同じ圧延率で薄板材
を冷間圧延した場合に比較して、硬度が低く、所望の強
度が得られない。

【０００５】ＳＵＳ３１６Ｎ系鋼は、オーステナイト相
が安定であるため、冷間加工によって磁性を帯びること
はない。しかし、合金成分としてのＭｏは、耐食性に優
れた効果を発揮するものの、非磁性及びバネ特性に対す
る寄与は低い。また、高価なＮｉ及びＭｏを多量に含有
しているため、ＳＵＳ３１６Ｎ系鋼は、高価な割に非磁
性鋼としては不適当な材料である。

【０００６】そこで、本出願人は、Ｎｉ含有量が１１．
５〜１３．５重量％と比較的少なく且つＭｏを含有させ
る必要がない加工硬化型非磁性ステンレス鋼を特開昭６
１−２６１４３号公報で紹介した。この加工硬化型非磁
性ステンレス鋼は、ニッケル当量Ｎｉ_eq（＝Ｎｉ＋０．
６０Ｍｎ＋９．６９（Ｃ＋Ｎ）＋０．１８Ｃｒ−０．１
１Ｓｉ²)を１９．０〜２１．０の範囲に維持することに
よって、冷間圧延を受けても非磁性を維持することがで
きる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、特開昭６１
−２６１４３号公報で紹介したステンレス鋼にあって
も、厚板を冷間圧延するとき、圧延条件の如何によって
は強度が不足する場合がみられた。強度不足は、被圧延
材料の板厚によって左右され、冷延材に要求される機械
的強度を満足しない原因となる。

【０００８】厚板を冷間圧延したときにみられる強度不
足は、次の現象に起因するものと推察される。厚板を冷
間圧延するとき、薄板に比較して大きな加工歪みが熱エ
ネルギーとなって被圧延材料に蓄積される。その結果、
材料温度が上昇し、加工歪みが解放され、強度が低下す
る。

【０００９】本発明は、このような問題を解消すべく案
出されたものであり、Ｎｉ含有量が低い比較的安価なオ
ーステナイトステンレス鋼に対し特定した条件下で冷間
圧延を行うことにより、加工硬化によってビッカース硬
さＨＶ４００以上の強度を確保すると共に、透磁率μ
１．１以下，板厚２〜４ｍｍの非磁性ステンレス鋼厚板
を安定して得ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明においては、Ｃ：
０．０８重量％以下，Ｓｉ：３．０重量％以下，Ｍｎ：
２．０重量％未満，Ｎｉ：９．５〜１１．５重量％、Ｃ
ｒ：１６．０〜２０．０重量％，Ｎ：０．１０〜０．２
５重量％を含有し、次式（１）で定義されるニッケル当
量Ｎｉ_eqが１４．２〜１９．０の範囲にあるステンレス
鋼を使用する。Ｎｉ_eq＝Ｎｉ＋０．６０Ｍｎ＋９．６９（Ｃ＋Ｎ）＋０．１８Ｃｒ−０．１１Ｓｉ² ・・・・（１）

【００１１】このステンレス鋼を板厚６〜１２ｍｍに仕
上げた後、仕上焼鈍し、次いで、材料温度を５０〜１６
０℃に維持しながら圧延率４０〜７０％の範囲で、かつ
上記Ｎｉ_eqとの関係で冷延後の透磁率μが１．１以下と
なる圧延率で冷間加工を施す。冷間圧延後に、更に６０
０℃以下の温度に１時間以内加熱する熱処理を施すこと
もできる。

【００１２】

【作用】本発明者等は、厚板のＣｒ−Ｎｉ系オーステナ
イトステンレス鋼のバネ特性に及ぼす合金元素，冷間加
工及び熱処理の影響を調査・研究した。その結果、合金
成分及びその含有量が特定されたステンレス鋼に施す冷
間圧延温度及び圧延率を制御することにより、優れたバ
ネ特性及び冷間加工後の高強度が呈されると共に、非磁
性を維持し得ることを知見し、本発明を完成した。

【００１３】本発明においては、加工硬化を与える圧延
率を、ニッケル当量Ｎｉ_eqとの関係で図１に斜線で示し
た領域に設定している。この圧延率で冷間圧延すると
き、厚板に所定の加工歪みが付与され、ステンレス鋼の
強度が上昇する。しかし、単に圧延率の制御だけで十分
な強度を得ることができないことは、前述した通りであ
る。

【００１４】そこで、冷間圧延時に材料温度が５０〜１
６０℃に維持される条件下で、圧延率４０〜７０％の冷
間圧延を行う。たとえば、材料温度が上昇する傾向がみ
られるときには、圧延速度を遅くし、圧延油を多量に使
用することによって材料温度を低下させる。また、圧延
温度が十分に低い場合には、圧延速度を早くし、圧延油
を絞ることによって材料温度を上昇させた圧延を行う。
この温度管理により、冷間圧延時に導入された加工歪み
が解放されることなく、冷間圧延後の強度をビッカース
硬さＨＶ４００以上に維持する。

【００１５】以下、バネ特性の優れた非磁性ステンレス
鋼厚板の製造方法を具体的に説明する。本発明者等は、
厚板のＣｒ−Ｎｉ系オーステナイトステンレス鋼のバネ
特性に及ぼす合金元素，冷間加工及び熱処理の影響を調
査・研究した。その結果、合金成分及びその含有量が特
定されたステンレス鋼に施す冷間圧延温度及び圧延率を
制御することにより、優れたバネ特性及び冷間加工後の
高強度が呈されると共に、非磁性を維持し得ることを知
見し、本発明を完成した。

【００１６】本発明においては、加工硬化を与える圧延
率を図１に斜線で示した領域に設定している。この圧延
率で冷間圧延するとき、厚板に所定の加工歪みが付与さ
れ、ステンレス鋼の強度が上昇する。しかし、単に圧延
率の制御だけで十分な強度を得ることができないこと
は、前述した通りである。そこで、冷間圧延時に材料温
度を５０〜１６０℃となるように圧延条件を調整する。
たとえば、材料温度が上昇する傾向がみられるときに
は、圧延速度を遅くし、圧延油を多量に使用することに
よって材料温度を低下させる。この温度管理により、冷
間圧延時に導入された加工歪みが解放されることなく、
冷間圧延後の硬度をビッカース硬さＨＶ４００以上に維
持する。

【００１７】本発明方法の素材鋼における組成限定の理
由は、次の通りである。Ｃ：Ｎと同様なオーステナイト相安定化元素であり、且
つバネ特性の向上に有効な元素である。しかし、多量の
Ｃ含有量は、耐食性を低下させる。そこで、Ｃ含有量の
上限を０．０８重量％に規定した。

【００１８】Ｓｉ：高強度を得る上で有用な元素であ
る。しかし、Ｓｉ含有量の増加に従って、冷間加工後の
透磁率が急激に上昇する。その結果、非磁性を維持する
ことができなくなる。そのため、Ｓｉ含有量の上限を
３．０重量％に規定した。

【００１９】Ｍｎ：Ｎｉと同様にオーステナイト安定化
元素であり、冷間加工による透磁率の上昇を抑制する。
しかし、多量にマンガンを含有すると、製鋼段階で各種
炉壁の耐火物の寿命を短くし、生産コストが上昇する。
そこで、マンガン含有量は２．０重量％未満とした。

【００２０】Ｃｒ：ステンレス鋼の基本成分であり、優
れた耐食性を得るために１６．０重量％以上の含有が必
要である。しかし、多量のＣｒが含有されると、多量の
δフェライトが生成し、非磁性が確保できなくなる。し
たがって、Ｃｒ含有量を１６．０〜２０．０％の範囲に
設定した。

【００２１】Ｎｉ：オーステナイト鋼の基本成分であ
り、オーステナイト相の安定化に必須の合金元素であ
る。冷間加工後に透磁率μ１．１以下の非磁性を確保す
るには、９．５重量％以上のＮｉを含有させることが必
要である。しかし、多量のＮｉを含有させるとき、本発
明で意図する安価なオーステナイトステンレス鋼を提供
できなくなるため、Ｎｉ含有量の上限を１１．５重量％
に規定した。すなわち、本発明におけるＮｉ含有量は、
９．５〜１１．５重量％の範囲で選定される。

【００２２】Ｎ：非磁性ステンレス鋼の硬度及び強度を
高める上で必須の成分であると共に、オーステナイト相
を安定化させる合金元素である。これらの性能を発揮さ
せるには、Ｎを０．１０重量％以上含有させる必要があ
る。しかし、Ｎ含有量が０．２５重量％を越えると、気
泡等の発生がみられ、健全な鋼塊が得られない。したが
って、０．１０〜０．２５重量％の範囲にＮ含有量を規
定した。

【００２３】Ｎｉ_eq：ニッケル当量Ｎｉ_eqの数式（１）
は、本発明者等の実験結果から導出されたものであり、
図１も実験結果に基づいている。すなわち、Ｓｉ，Ｎ及
びＭｎを含有させて成分調整したＣｒ−Ｎｉオーステナ
イトステンレス鋼を冷間加工し、或いはその後に熱処理
を施すことにより、優れたバネ特性が得られる。このと
きの指標として、ビッカース硬さＨＶ４００以上を得る
ため、及び比較的安価なオーステナイトステンレス鋼を
提供することからＮｉ含有量が制限されるため、Ｎｉ_eq
１９．０以下が必要である。また、δフェライトの生成
を抑制し冷延後の透磁率を１．１以下に抑えるため、Ｎ
ｉ_eq１４．５以上が必要である。

【００２４】冷間圧延：仕上焼鈍材に付与する圧延率が
増加すると共に、冷間圧延された厚板の硬さが上昇す
る。ビッカース硬度ＨＶ４００以上の高硬度を得るため
には、４０〜７０％の冷間加工率が必要である。７０％
を超える圧延率で冷間加工を施しても、圧延率上昇に見
合う硬度の上昇はほとんど見られず、却って冷延後の鋼
板表面性状及び成型性が劣化する。

【００２５】更に、オーステナイト相が安定で、冷間圧
延を施しても非磁性が維持される成分をもつ厚板を冷間
圧延するとき、材料温度の上昇により所望の強度が得ら
れない場合が生じる。そこで、本発明においては、通板
材の温度を１６０℃以下に制御している。高強度を発現
させる上からは、冷延率が小さいほど材料温度を低く制
御する。一方、冷延後に透磁率（μ）が１．１以下の非
磁性を得るために、通板材の温度を５０℃以上に制御す
る必要がある。したがって、冷間圧延は、圧延率４０〜
７０％及び材料温度５０〜１６０℃に制御した条件下で
行う。この際、付与する圧延率が小さいほど、材料温度
を低く維持することが望ましい。

【００２６】熱処理：冷間圧延されたステンレス鋼に１
時間以内の時効処理を施すことによって、一層の高強度
が得られる。このとき、６００℃よりも高い温度で加熱
すると、強度の低下がみられる。また、熱処理温度が４
００℃未満であると、硬度向上効果が得られない。した
がって、４００〜６００℃の温度範囲での熱処理の実施
が望ましい。また、熱処理時間は、熱処理温度が低いほ
ど長く設定する。

【００２７】

【実施例】本実施例で使用したステンレス鋼の成分を表
１に示す。試料Ｎｏ．Ａ１及びＡ２は従来鋼で、Ａ１は
ＳＵＳ３０４、Ａ２はＳＵＳ３０４Ｌである。Ｃ１及び
Ｃ２は、合金成分及び含有量に関しては本発明で規定す
る範囲にあるが、ニッケル当量Ｎｉ_eqが本発明で規定す
る範囲を外れた比較鋼である。試料Ｎｏ．Ｂ１〜Ｂ５
は、合金成分含有量及びニッケル当量Ｎｉ_eq共に本発明
の規定を満足する鋼である。

【００２８】

【表１】

【００２９】それぞれの鋼を３０ｋｇ高周波誘導溶解炉
で溶製し、鍛造，熱間圧延により板厚９ｍｍ及び板幅１
００ｍｍの熱延板とした。この熱延板に、１０００℃に
５分加熱する均熱焼鈍を施し、次いで３０〜８０％の圧
延率で冷間圧延を施した。また、一部については、時効
処理を施した。

【００３０】得られた冷延板から試験片を切り出し、９
８Ｎの荷重でビッカース硬さＨＶを測定した。また、７
９．６×１０³ Ａ／ｍの磁場の下で、透磁率を測定し
た。測定結果を表２に示す。

【００３１】

【表２】

【００３２】表２から明らかなように、Ａ１は、非磁性
鋼として使用できないまで、冷間圧延によって透磁率が
急激に上昇している。Ａ２は、圧延率７０％の冷間圧延
を施したでも、得られる硬さはＨＶ４００に満たない。
比較鋼Ｃ１では、圧延率が本発明範囲の下限値の４０
％、圧延温度が上限値の１６０℃であるにも拘らず、圧
延後の透磁率が１．１を超えている。また、比較鋼Ｃ２
は、圧延率が本発明の範囲の上限値の７０％，圧延時の
材料温度が５０℃と本発明の下限値であり、冷間圧延に
５００℃に１時間加熱する熱処理を行っているにも拘ら
ず、硬さがＨＶ４００に満たない。

【００３３】これに対し、本発明に従って製造された試
験Ｎo.Ｂ１〜Ｂ５の鋼は、冷間圧延後においても透磁率
が１．１以下で、オーステナイト相が極めて安定してい
ることが判る。また、冷間圧延を施すことにより硬度が
著しく増大しビッカース硬さＨＶ４００以上になり、強
度的にも優れた特性が示された。

【００３４】また、比較法に示されるように、成分的に
は本発明の規定を満足する試験Ｎo.Ｂ１のステンレス鋼
においても、本発明範囲を超える圧延率を付与すると透
磁率が１．１を越える。また、試験Ｎo.Ｂ２のステンレ
ス鋼に圧延率３０％の軽度の冷間圧延を施した場合、５
５０℃に５分加熱する熱処理を施しても、ビッカース硬
さがＨＶ３３１であり、ＨＶ４００を大きく下回ってい
る。更に、試験Ｎo.Ｂ２のステンレス鋼に本発明範囲の
圧延率で冷間圧延を付与しても、冷間圧延後に本発明範
囲を外れる高温の熱処理を施すとき、硬度がビッカース
硬さＨＶ３３６と著しく減少し、ＨＶ４００に満たない
ものとなる。

【００３５】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の方法に
よるとき、板厚２〜４ｍｍ，ビッカース硬さＨＶ４００
以上で且つ透磁率１．１以下の非磁性ステンレス鋼厚板
が得られる。このステンレス鋼厚板は、従来にない板厚
を活かし、リニアモーターカー等の超電導関連構造部材
用バネ部品を始めとして、電子機器部品，装置等の材料
として使用される。

【図面の簡単な説明】

【図１】材料温度１６０℃に維持したステンレス鋼素
材に圧延率４０〜７０％の冷間加工を施した際、透磁率
μ１．１以下が得られる圧延率とニッケル当量Ｎｉ_eqと
の関係を表したグラフ

【図２】圧延中の材料温度を１６０℃に維持してステ
ンレス鋼素材に圧延率４０〜７０％の冷間加工を施した
際の、ニッケル当量Ｎｉ_eqと透磁率との関係を表したグ
ラフ

【図３】成分及びニッケル当量Ｎｉ_eqが本発明範囲に
ある１８．５Ｃｒ−１０Ｎｉ−０．５Ｓｉ−１．５Ｍｎ
−０．０５Ｃ−０．１４Ｎステンレス鋼素材を冷間圧延
した後、５００℃に１時間加熱する時効処理を施したと
き、圧延率及び材料温度がビッカース硬さＨＶに与える
影響を表したグラフ

【図４】同じステンレス鋼素材を冷間圧延したとき、
圧延率及び材料温度が透磁率μ（μ−１）に与える影響
を表したグラフ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者堀芳明山口県新南陽市野村南町4976番地日新製鋼株式会社鉄鋼研究所内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C21D 8/00 - 8/10 C22C 38/00 - 38/60

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｃ：０．０８重量％以下，Ｓｉ：３．０
重量％以下，Ｍｎ：２．０重量％未満，Ｎｉ：９．５〜
１１．５重量％，Ｃｒ：１６．０〜２０．０重量％，
Ｎ：０．１０〜０．２５重量％を含有し、Ｎｉ_eq＝Ｎｉ
＋０．６０Ｍｎ＋９．６９（Ｃ＋Ｎ）＋０．１８Ｃｒ−
０．１１Ｓｉ²で定義されるニッケル当量Ｎｉ_eqが１
４．２〜１９．０の範囲にあるステンレス鋼を板厚６〜
１２ｍｍに仕上げた後、仕上焼鈍し、次いで、材料温度
を５０〜１６０℃に維持しながら圧延率４０〜７０％の
範囲で、かつ上記Ｎｉ _eq との関係で冷延後の透磁率μが
１．１以下となる圧延率で冷間加工を施すことを特徴と
する非磁性ステンレス鋼厚板の製造方法。
【請求項２】Ｃ：０．０８重量％以下，Ｓｉ：３．０
重量％以下，Ｍｎ：２．０重量％未満，Ｎｉ：９．５〜
１１．５重量％，Ｃｒ：１６．０〜２０．０重量％，
Ｎ：０．１０〜０．２５重量％を含有し、Ｎｉ_eq＝Ｎｉ
＋０．６０Ｍｎ＋９．６９（Ｃ＋Ｎ）＋０．１８Ｃｒ−
０．１１Ｓｉ²で定義されるニッケル当量Ｎｉ_eqが１
４．２〜１９．０の範囲にあるステンレス鋼を板厚６〜
１２ｍｍに仕上げた後、仕上焼鈍し、次いで、材料温度
を５０〜１６０℃に維持しながら圧延率４０〜７０％の
範囲で、かつ上記Ｎｉ _eq との関係で冷延後の透磁率μが
１．１以下となる圧延率で冷間加工を施した後、更に６
００℃以下の温度に１時間以内加熱する熱処理を施すこ
とを特徴とする非磁性ステンレス鋼厚板の製造方法。