JP4401307B2 - 成型ばね用フェライト系ステンレス鋼板及びその製造方法 - Google Patents
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Description
ε≧5 …(2)
本発明の成型ばね用フェライト系ステンレス鋼板の製造方法は、質量%で、C:0.03%以下、N:0.03%以下、Si:1.00%以下、Mn:1.00%以下、Cr:16〜20%、Ni:0.60%以下、Nb:8×(C+N)%以上0.80%以下をそれぞれ含有し、残部がFe及び不可避不純物からなるフェライト系ステンレス鋼に対して、70%の圧延率の冷間圧延に相当する加工歪を内部に蓄積させた後に、550〜750℃の温度範囲で最終熱処理し、0.2%耐力σが600MPa以上で、かつ、伸びε(%)が(1)式ε≧−0.02×σ+22および(2)式ε≧5の関係をともに満たす鋼板とすることを特徴とする。
一般的にはC含有量が多くなると耐食性、耐酸化性、加工性、靭性が低下する。本発明では、冷間圧延による予歪を利用して固溶Cを過飽和とし、その安定化元素であるNbを過時効域でCと反応させることにより析出硬化を生じさせる。過時効域でNb炭化物やNb炭窒化物を安定に析出させて時効析出硬化を起こさせるためには、不必要にC含有量を多くするとNb添加量を多くしなければならなくなるので、C含有量の上限値を通常操業で制御可能な低炭素レベルの0.03質量%に設定した。
NはCと同様の侵入型元素であり、圧延予歪によって過飽和となったNがNbと炭窒化物を形成して析出硬化に寄与する。よって、本発明の所望の効果を得るためには、不必要にN含有量を多くするとNb添加量を多くしなければならなくなるので、N含有量の上限値を通常操業で制御可能な低Nレベルの0.03質量%に設定した。
Siは素材強度の向上に寄与するとともに高温酸化特性の改善に有効な元素である。しかし、1.00質量%を超えてSiを過剰に添加すると加工性及び靱性が劣化する。よって、Si含有量の上限値を1.00質量%に設定した。
ちなみに、特許文献4の鋼では、ばねに必要とされる特性としてビッカース硬さHv310以上を得るために、Siを高いバネ特性を実現するために不可欠な元素として積極的に添加している。
Mnは、高温酸化特性のなかでも特にスケール剥離性の改善に有効な元素であるが、Mn量を多くしても本発明の析出硬化には寄与しないので、通常フェライト系ステンレス鋼に含有される程度のレベルとして1.00質量%を上限とした。
Crは、フェライト相を安定させ、耐食性および耐熱性を向上させる元素である。所望の耐食性を得るためにはCr量を少なくとも16質量%添加する必要がある。しかし、Crを多量に含有すると原料コストの増大を招くばかりでなく、20質量%を超えて過剰に添加するとかえって加工性が阻害されるため20質量%を上限とした。
Niは素材強度の向上や耐食性に寄与する元素であるが、高価であり、価格安定性が低いのでできるだけ添加しないほうが望ましい。本発明ではNiの添加効果を期待していないので、通常フェライト系ステンレス鋼に含有を許容されるNi量として日本工業規格(JIS)に規定されている0.6質量%を上限とした。
Nbは、炭窒化物等の形成元素として炭素および窒素を固定させ、Cr欠乏層の発生による耐食性劣化を防止するため、生成した炭窒化物によって粒界移動を抑制し、耐熱向上性を狙うために添加される。Nbは、C,Nを固定し、Cr欠乏層の発生による耐食性劣化を防止するためには最低でも、C,N量により(C+N)質量%の8倍のNbを添加する必要があり、固溶Nbの効果(軟化温度上昇、析出硬化)を狙うにはそれ以上のNbを含有する必要があることから、その下限は8×(C+N)質量%より多いものとし、その上限は経済的理由と延性低下の抑制から0.80%とした。
Cuは耐食性と強度の向上に有効な元素であり、抗菌性付与にも有効であることから、使用環境に応じて添加する。しかし、0.80質量%を超えてCuを過剰に添加すると熱間加工性を低下させ、加工性を劣化させるため、0.80質量%を上限とした。
Moは耐食性と強度の向上に有効な元素であり、使用環境に応じて添加する。しかし、2.50質量%を超えてMoを過剰に添加すると熱間加工性を低下させ、加工性を劣化させるため、2.50質量%を上限とした。
本発明が対象とするフェライト系ステンレス鋼では、上記以外の他の合金元素に関しては特段規定されるものではなく、必要に応じて適宜添加される。この種の添加成分として、熱間加工性および靭性の改善に有効な元素としてCa,Mg,Bを0.05質量%以下の微量レベルで添加することができる。
P,S,Oは、強度や加工性を劣化させるため汎用の成分分析機の検出限界に近い程度まで可能な限り低く抑えるほうが望ましい。しかし、製鋼工程において不可避的に不純物として混入する場合は、Pを0.04質量%以下、Sを0.03質量%以下、Oを0.02質量%以下にそれぞれ規制して加工性の劣化を防ぐようにする。
Nb炭化物及びNb炭窒化物の析出硬化によるばね特性の向上効果を狙う場合には、最低限15%以上の冷間圧延に相当する加工歪を鋼板の内部に蓄積させる必要がある。加工歪が15%を下回るとNb炭化物、Nb炭窒化物の析出量が不十分になり、ばね特性(引張強度、0.2%耐力、伸び、硬さ)が所望レベルまで向上しないからである。
過時効温度域を利用し、成型ばね材として必要な加工性を保有させるため、550〜750℃(さらに好ましくは600〜700℃)の温度域で最終焼鈍を行う。550〜750℃の温度範囲は、歪時効温度よりも高く、加工歪を完全に除去し得る再結晶温度よりも低い温度範囲である。
表1の実施例1に示す化学組成の鋼板を用いて、30〜70%圧延率の冷間圧延を行い、各温度にて熱処理を行った後、素材硬さ測定及び引張試験にて0.2%耐力σと伸びεをそれぞれ評価した(図1、図2)。
表1の比較例1に示す化学組成の熱延鋼板を用い、30〜70%圧延率の冷間圧延を行い、各温度にて熱処理を行った後、素材硬さ測定及び引張試験にて0.2%耐力σと伸びεをそれぞれ評価した(図3、図4)。
Claims (4)
- 質量%で、C:0.03%以下、N:0.03%以下、Si:1.00%以下、Mn:1.00%以下、Cr:16〜20%、Ni:0.60%以下、Nb:8×(C+N)%以上0.80%以下をそれぞれ含有し、残部がFe及び不可避不純物からなるフェライト系ステンレス鋼であって、70%の圧延率の冷間圧延に相当する加工歪を内部に蓄積させた後に550℃以上750℃以下の温度範囲で最終熱処理されることにより、600MPa以上の0.2%耐力σを有し、かつ、式ε≧−0.02×σ+22および式ε≧5の関係をともに満たす伸びε(%)を示すことを特徴とする成型ばね用フェライト系ステンレス鋼板。
- さらに、質量%で、Cu:0.80%以下およびMo:2.50%以下のうちの1種又は2種を含むことを特徴とする請求項1記載の成型ばね用フェライト系ステンレス鋼板。
- 質量%で、C:0.03%以下、N:0.03%以下、Si:1.00%以下、Mn:1.00%以下、Cr:16〜20%、Ni:0.60%以下、Nb:8×(C+N)%以上0.80%以下をそれぞれ含有し、残部がFe及び不可避不純物からなるフェライト系ステンレス鋼に対して、70%の圧延率の冷間圧延に相当する加工歪を内部に蓄積させた後に、550〜750℃の温度範囲で最終熱処理し、0.2%耐力σが600MPa以上で、かつ、伸びε(%)が式ε≧−0.02×σ+22および式ε≧5の関係をともに満たす鋼板とすることを特徴とする成型ばね用フェライト系ステンレス鋼板の製造方法。
- さらに、質量%で、Cu:0.80%以下およびMo:2.50%以下のうちの1種又は2種を含むことを特徴とする請求項3記載の成型ばね用フェライト系ステンレス鋼板の製造方法。
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