JP5484135B2 - オーステナイト+マルテンサイト複相組織ステンレス鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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- Heat Treatment Of Sheet Steel (AREA)
Description
Cr当量=Cr+Mo+1.5Si…(1)
Ni当量=Ni+30(C+N)+0.5Mn+0.3Cu…(2)
Ms={3000(0.068−C−N)+50(0.47−Si)+60(1.33−Mn)+110(8.9−Ni−Cu)+75(14.6−Cr)−32}×5/9…(3)
A値=引張強さ(N/mm2)×伸び(%)…(4)
ここで、(1)〜(3)式の元素記号の箇所には質量%で表される当該元素の含有量が代入され、無添加の元素については0(ゼロ)が代入される。また、Cu、Mo、Bは任意添加元素である。
前記焼入れ材を「(3)式によるMs点+150℃」以上、Ac1点未満の温度範囲に加熱してマルテンサイト相中に固溶しているCの一部をオーステナイト相に排出させることにより、下記(4)式に示す強度・延性バランス指標A値が17300以上である特性を付与する工程(炭素分配処理工程)、
を有するオーステナイト+マルテンサイト複相組織ステンレス鋼板の製造方法が提供される。
以下、化学組成における「%」は特に断らない限り「質量%」を意味する。
Cは、鋼の強度を確保する上で重要な元素である。またMs点を制御する上でもC含有量の設定は重要である。本発明では特に低C化していない一般的な汎用ステンレス鋼種(SUS430、SUS304など)と同等以上のC含有量とすればよい。例えば0.03%以上のC含有量を確保することがより効果的である。ただし、C含有量が高くなりすぎるとマルテンサイトが過剰に硬化し、延性・靱性が低下する。この場合、炭素分配処理によってマルテンサイト相中からオーステナイト相中へC拡散の進行を図っても、マルテンサイト相の延性・靱性低下を十分に解消することが難しくなることがある。またCはCr炭化物を形成するので、あまり多量のCを添加してもその添加効果は飽和する。種々検討の結果、C含有量は0.20%以下に抑える必要があり、0.15%以下とすることがより好ましい。
Cr当量=Cr+Mo+1.5Si…(1)
Ni当量=Ni+30(C+N)+0.5Mn+0.3Cu…(2)
本発明ではCr当量が10.0〜20.0、かつNi当量が5.0〜15.0に調整された鋼を採用することにより、Ms点以下の所定の温度Tqに焼入れしたときに後述の所定の相比を有するオーステナイト+マルテンサイト複相組織が得られるようにしている。
Ms={3000(0.068−C−N)+50(0.47−Si)+60(1.33−Mn)+110(8.9−Ni−Cu)+75(14.6−Cr)−32}×5/9…(3)
本発明で規定する組成範囲の鋼に関しては、(3)式によりMs点が精度良く推定される。したがって、複相化処理における焼入れ終了温度は(3)式により算出されるMs点を基準として設定することができる。本発明ではこのMs点が0〜150℃となる組成の鋼を適用する。Ms点が150℃を超えると、後述の焼入れにおいて残留オーステナイト相の割合が10〜70体積%である複相組織を得るために焼入れ終了温度Tqを常温よりかなり高い温度に設定する必要が生じやすく、製造コスト低減には不利となる。また、Ms点が0℃より低い場合は焼入れ終了温度Tqの最適条件が氷点下のかなり低い温度となる場合が多く、やはり製造コスト低減には不利となる。(3)式によるMs点は15〜100℃であることがより好ましい。
本発明のオーステナイト+マルテンサイト複相組織ステンレス鋼板は、マトリクスが、オーステナイト相:10〜70体積%、残部:マルテンサイト相である金属組織を有するものである。オーステナイト相が10体積%より少ないと、延性が不十分となりやすく、またマルテンサイト相中の炭素濃度が十分に低減できないことがあり、靱性に劣る場合がある。一方、オーステナイト相が70体積%を超えて多くなると、強度が不十分となりやすい。オーステナイト相とマルテンサイト相の相比は、化学組成および複相化処理条件(焼入れ終了温度Tq)によって制御できる。
本発明のオーステナイト+マルテンサイト複相組織ステンレス鋼板は、引張強さが1250N/mm2以上、かつ下記(4)式に示す強度・延性バランス指標A値が17300以上という、優れた強度−延性バランスを呈するものである。
A値=引張強さ(N/mm2)×伸び(%)…(4)
自動車部材をはじめとする多くの高強度部材用途においては、引張強さ1250N/mm2以上の強度レベルが要求される場合が多々ある。このような強度レベルにおいてA値が17300以上となるステンレス鋼板は、従来、加工硬化型オーステナイト系鋼種など、高価な元素を多用する一部の鋼種を除き実現が難しかったものである。
本発明のオーステナイト+マルテンサイト複相組織ステンレス鋼板における強度−延性バランスは、化学組成、複相化処理条件(焼入れ終了温度Tq)、および炭素分配処理条件によって制御できる。
複相化処理に供する鋼板は、通常のステンレス鋼板製造工程によって得られた圧延材を適用することができる。例えば、「連続鋳造→熱間圧延→焼鈍・酸洗→冷間圧延」の工程で所定の製品板厚に調整した鋼板を使用することができる。冷間圧延工程では、必要に応じて中間焼鈍を挟んだ複数回の冷間圧延を行ってもよい。
焼入れ後の鋼板は、常温で保管したのち炭素分配処理に供しても構わないし、連続ラインにおいて上記複相化処理と炭素分配処理を連続的に実施しても構わない。ただし、複相化処理後には調質圧延などの加工工程を挿入することなく、そのまま炭素分配処理に供することが好ましい。
PLM=Tn(logtn+20)…(5)
ただし、
Tn=Tn-1+αΔT
tn=10P+Δt
P={(Tn-1/Tn)・(logtn-1+20)−20}
t1=Δt
である。ここで、Tn、Tn-1、ΔTの単位は絶対温度(K)、tn、tn-1、Δtの単位は時間(h)であり、αは温度Tn-1での昇温または降温速度(K/h)である。
〔残留オーステナイト量〕
供試材から採取した試料について透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて組織観察を行うことにより残留オーステナイト量(体積%)を求めた。なお、いずれの供試材もマトリクスを構成するオーステナイト相以外の相はマルテンサイト相であった。
JIS Z2240に従って荷重10kgで鋼板表面のビッカース硬さを測定した。
〔引張強さ、伸び〕
供試材から圧延方向を長手方向とするJIS13B号引張試験片を採取し、引張速度1mm/minにて破断するまで引張試験を行って、引張強さおよび破断伸びを求めた。また、この引張強さおよび伸びの値を上記(4)式に代入して強度・延性バランス指標A値を求めた。
これらの結果を表2に示す。表2中には参考のため、炭素分配処理の加熱条件についての前述(5)式によるLarson−MillerパラメータPLMを併記した。
Claims (4)
- 質量%で、C:0.20%以下、Si:1.0%以下、Mn:5.0%以下、Ni:6.0%以下、Cr:10.0〜18.0%、N:0.20%以下、Cu:0〜3.0%、Mo:0〜3.0%、B:0〜0.050%、残部がFeおよび不可避的不純物であり、下記(1)式で定義されるCr当量が10.0〜20.0、下記(2)式で定義されるNi当量が5.0〜15.0、下記(3)式で定まるMs点が0〜150℃である化学組成を有し、マトリクスが、オーステナイト相:10〜70体積%、残部:マルテンサイト相である金属組織を有し、引張強さが1250N/mm2以上、かつ下記(4)式に示す強度・延性バランス指標A値が17300以上であるオーステナイト+マルテンサイト複相組織ステンレス鋼板。
Cr当量=Cr+Mo+1.5Si…(1)
Ni当量=Ni+30(C+N)+0.5Mn+0.3Cu…(2)
Ms={3000(0.068−C−N)+50(0.47−Si)+60(1.33−Mn)+110(8.9−Ni−Cu)+75(14.6−Cr)−32}×5/9…(3)
A値=引張強さ(N/mm2)×伸び(%)…(4)
ここで、(1)〜(3)式の元素記号の箇所には質量%で表される当該元素の含有量が代入され、無添加の元素については0(ゼロ)が代入される。 - オーステナイト相中の炭素濃度が、全体の平均炭素濃度(鋼のC含有量)よりも高くなっている請求項1に記載の複相組織ステンレス鋼板。
- 前記強度・延性バランス指標A値が23000以上である請求項1または2に記載の複相組織ステンレス鋼板。
- 質量%で、C:0.20%以下、Si:1.0%以下、Mn:5.0%以下、Ni:6.0%以下、Cr:10.0〜18.0%、N:0.20%以下、Cu:0〜3.0%、Mo:0〜3.0%、B:0〜0.050%、残部がFeおよび不可避的不純物であり、下記(1)式で定義されるCr当量が10.0〜20.0、下記(2)式で定義されるNi当量が5.0〜15.0、下記(3)式で定まるMs点が0〜150℃である化学組成の鋼板を、オーステナイト単相温度域に加熱してオーステナイト単相組織とした後、前記Ms点より低い温度まで急冷することにより、マトリクスが、オーステナイト相:10〜70体積%、残部:マルテンサイト相である焼入れ材を得る工程(複相化処理工程)、
前記焼入れ材を「(3)式によるMs点+150℃」以上、Ac1点未満の温度範囲に加熱してマルテンサイト相中に固溶しているCの一部をオーステナイト相に排出させることにより、下記(4)式に示す強度・延性バランス指標A値が17300以上である特性を付与する工程(炭素分配処理工程)、
を有するオーステナイト+マルテンサイト複相組織ステンレス鋼板の製造方法。
Cr当量=Cr+Mo+1.5Si…(1)
Ni当量=Ni+30(C+N)+0.5Mn+0.3Cu…(2)
Ms={3000(0.068−C−N)+50(0.47−Si)+60(1.33−Mn)+110(8.9−Ni−Cu)+75(14.6−Cr)−32}×5/9…(3)
A値=引張強さ(N/mm2)×伸び(%)…(4)
ここで、(1)〜(3)式の元素記号の箇所には質量%で表される当該元素の含有量が代入され、無添加の元素については0(ゼロ)が代入される。
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