JP6361402B2 - Duplex stainless steel for spring and method for producing the same - Google Patents

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Description

本発明は、強度と成形性のバランスに優れるばね用複相ステンレス鋼およびその製造方法に関し、特に、最近の製品の小型化および軽量化の進行に伴い、高強度を有するとともに、素材であるステンレス鋼板に成形加工を行って複雑かつ精密な形状を有する製品やその構成部品に好適に用いられるばね用複相ステンレス鋼およびその製造方法に関する。   TECHNICAL FIELD The present invention relates to a duplex stainless steel for springs having an excellent balance between strength and formability, and a method for producing the same, and in particular, with the recent progress in miniaturization and weight reduction of products, stainless steel which has high strength and is a material. The present invention relates to a duplex stainless steel for springs suitably used for products having complex and precise shapes formed by forming steel sheets and components thereof, and a method for producing the same.

なお、ここで言う「製品」とは、自動車,家電製品、パソコンや携帯電話等を意味し、「部品」とは、これら製品の内部に組み込まれて使用されることで製品を構成するものを意味する。「部品」としては、例えば、自動車のエンジンに用いられるガスケット、家電製品,パソコン,携帯電話の筐体やボタンの下に組み込まれるバネ等が例示される。   “Product” as used herein refers to automobiles, home appliances, personal computers, mobile phones, etc., and “parts” refers to components that are built in and used within these products. means. Examples of the “parts” include gaskets used for automobile engines, home appliances, personal computers, mobile phone casings, springs incorporated under buttons, and the like.

近年の環境問題や貴重な資源の有効活用に対応した製品や部品の小型・軽量化の進展により、これら製品や部品の素材となる鋼板に関しても薄板化が進行し、薄板化による剛性の低下に対応するために高強度を必要とするものが多い。しかも、製品および部品の形状は複雑かつ精密であって高精度化を続けている。このため、素材となる鋼板にはいっそう優れた成形性も必要とされる。   Due to the recent progress in the miniaturization and weight reduction of products and parts that respond to environmental problems and the effective use of valuable resources, the steel sheets used as the materials for these products and parts have also been made thinner, and the rigidity has been reduced due to the thinner sheets. Many of them require high strength to cope. In addition, the shapes of products and parts are complicated and precise, and the accuracy is continuing to increase. For this reason, the steel plate used as a raw material also requires better formability.

しかし、一般的に金属材料では、高強度化による成形性の低下が避けられず、それらの間にはトレードオフの関係が成立する。このため、高強度を維持した上で、特に優れた成形性を有する素材の要望がさらに高まっている。   However, in general, in metal materials, a decrease in formability due to an increase in strength is inevitable, and a trade-off relationship is established between them. For this reason, there is a growing demand for a material having particularly excellent formability while maintaining high strength.

ステンレス鋼は、一般的に、その優れた耐食性を最大の特徴とするが、ばね部品用素材としても従来より広く使用されている。具体的には、冷間加工によりオーステナイト(A)母相から硬質なマルテンサイト(M)相への変態(加工誘起マルテンサイト変態)を起こし、比較的容易に高強度が得られ、かつ広範囲に調整可能なSUS301やSUS304により代表される準安定オーステナイト系ステンレス鋼が主に使用されてきた。   Stainless steel is generally characterized by its excellent corrosion resistance, but has been widely used as a material for spring parts. Specifically, the transformation from the austenite (A) matrix to the hard martensite (M) phase (work-induced martensite transformation) is caused by cold working, and high strength can be obtained relatively easily and in a wide range. Metastable austenitic stainless steels represented by adjustable SUS301 and SUS304 have been mainly used.

準安定オーステナイト系ステンレス鋼は、オーステナイト母相が高い伸びを示すために成形性に優れるとともに、上記のように変形部がマルテンサイト相に変態することにより硬化し、軟質な未変形部が優先的に変形することで材料全体が均一変形(TRIP効果)し、優れた成形性を示す。   Metastable austenitic stainless steel has excellent formability due to high elongation of the austenitic matrix, and is hardened by transformation of the deformed part into the martensite phase as described above, with soft undeformed parts preferentially. The entire material is uniformly deformed (TRIP effect) by being deformed to show excellent moldability.

なお、これらの特徴から、SUS301やSUS304は、JIS規格(JIS−G−4313)によりバネ用ステンレス鋼帯として分類され、機械的性質の規定もなされている。   From these characteristics, SUS301 and SUS304 are classified as spring stainless steel strips according to the JIS standard (JIS-G-4313), and the mechanical properties are also defined.

しかし、準安定オーステナイト系ステンレス鋼の大きな加工硬化は、その変動要因も少なくなく、目的とする製品板厚で予定の特性を得られない場合も多かった。また、最近のばね部品の小型軽量化に対応した薄板化、高強度化に際して、その製造の際に、特に圧延時に圧延負荷が大きくなるという問題もあった。さらに、準安定オーステナイト系ステンレス鋼は、稀少元素に分類されることもあるNiを多量に含有するため、高価であるという問題もあった。   However, the large work hardening of metastable austenitic stainless steel has many fluctuation factors, and there are many cases where the expected properties cannot be obtained with the target product thickness. In addition, there has been a problem that the rolling load becomes large during the production, especially during rolling, when the thin plate and the high strength corresponding to the recent reduction in size and weight of the spring parts are produced. Further, the metastable austenitic stainless steel has a problem that it is expensive because it contains a large amount of Ni which may be classified as a rare element.

他方、ばね部品用素材には、(焼き入れ)熱処理により中間相として硬質なマルテンサイト相へ変態して高強度が得られるSUS403、SUS410、SUS420等のマルテンサイト系ステンレス鋼も適用される。なお、同鋼を素材として、フェライト(F)相との複相組織を活用しているものもある。   On the other hand, martensitic stainless steels such as SUS403, SUS410, and SUS420 that are transformed into a hard martensite phase as an intermediate phase by heat treatment (quenching) to obtain high strength are also applied to the spring component material. Some steels use the same phase as a raw material and a multiphase structure with a ferrite (F) phase.

これらマルテンサイト系ステンレス鋼は、高価かつ稀少な合金元素であるNiを殆ど含有せず、前述の準安定オーステナイト系ステンレス鋼に比べて安価である。これらマルテンサイト系ステンレス鋼は、特許文献1(高強度複相組織ステンレス鋼およびその製造方法)、特許文献2(高強度複相組織ステンレス鋼帯又は鋼板の製造方法)、特許文献3(スチールベルト用複相ステンレス鋼帯)、特許文献4(ガスケット用ステンレス鋼)、特許文献5(エンジンガスケット用ステンレス鋼とその製造方法)、特許文献6(打抜き加工用高強度複相組織クロムステンレス鋼板およびその製造方法)、特許文献7(耐へたり性に優れたメタルガスケット用ステンレス鋼材およびその製造法)、特許文献8(耐高温へたり性に優れるメタルガスケット用高強度マルテンサイト系ステンレス鋼)、特許文献9(疲労特性及び耐高温ヘタリ性に優れたメタルガスケット用高強度ステンレス鋼及びその製造方法)、特許文献10(高弾性を有する高強度複相ステンレス鋼板およびその製造法)、特許文献11(延性に優れた高強度ステンレス鋼板の製造方法)等により、開示されている。   These martensitic stainless steels contain little Ni, which is an expensive and rare alloy element, and are less expensive than the metastable austenitic stainless steel described above. These martensitic stainless steels are disclosed in Patent Document 1 (high-strength dual-phase stainless steel and method for producing the same), Patent Document 2 (manufacturing method for high-strength dual-phase stainless steel strip or steel plate), and Patent Document 3 (steel belt). Double phase stainless steel strip), patent document 4 (stainless steel for gasket), patent document 5 (stainless steel for engine gasket and its manufacturing method), patent document 6 (high strength dual phase structure chromium stainless steel plate for punching and its Manufacturing method), patent document 7 (stainless steel material for metal gasket excellent in sag resistance and its manufacturing method), patent document 8 (high strength martensitic stainless steel for metal gasket excellent in high temperature sag resistance), patent Reference 9 (High-strength stainless steel for metal gaskets with excellent fatigue characteristics and high temperature resistance and its manufacturing method), Patent Document 10 (high-strength dual phase stainless steel plate and a manufacturing method having high elasticity), the like Patent Document 11 (method for producing a high strength stainless steel sheet excellent in ductility), is disclosed.

特許第3363590号明細書Japanese Patent No. 3363590 特許第3602201号明細書Japanese Patent No. 36002201 特許第4252893号明細書Japanese Patent No. 4252893 特許第4353060号明細書Japanese Patent No. 4353060 特開平07−278758号公報JP 07-278758 A 特開平09−263912号公報JP 09-263912 A 特開2000−256802号公報JP 2000-256802 A 特開2002−317251号公報JP 2002-317251 A 特開2002−332543号公報JP 2002-332543 A 特開2003−089851号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-089851 特開2004−323960号公報JP 2004-323960 A

しかし、これらのステンレス鋼においても、所定の強度への調整は難しく、高強度化に伴って調整がさらに難しくなる状況にあった。   However, even in these stainless steels, adjustment to a predetermined strength is difficult, and adjustment has become more difficult as the strength increases.

その上、最近の製品および部品の形状は複雑かつ精密となり、高精度化を維持したまま、上述の素材となる鋼板にはさらに安定した優れた成形性が必要とされる状況にある。このため、高強度を維持した上で、さらに優れた成形性を有する安価なステンレス鋼に対する要望はより一層高まっている。   In addition, the shape of recent products and parts has become complicated and precise, and the steel sheet that is the above-mentioned material is required to have more stable and excellent formability while maintaining high precision. For this reason, while maintaining high strength, there is an increasing demand for inexpensive stainless steel having even better formability.

本発明は、上述のように、小型・軽量化が推進される製品やその構成部品の素材として用いることができ、強度と成形性のバランスに優れるばね用ステンレス鋼板(以降、単にばね用ステンレス鋼板ともいう)を提供すること、特に、Crを主成分とする安価なステンレス鋼を用いて優れた成形性を安定して得られるばね用ステンレス鋼板を提供することを目的とする。   INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, the present invention can be used as a material for products that are reduced in size and weight and components thereof, and is a stainless steel plate for springs that has an excellent balance between strength and formability (hereinafter simply referred to as a stainless steel plate for springs). It is an object of the present invention to provide a stainless steel plate for springs that can be obtained stably with excellent formability by using inexpensive stainless steel mainly composed of Cr.

すなわち、本発明の目的は、広義には、強度と成形性のバランスに優れるばね用ステンレス鋼およびその製造方法を提供することであり、具体的には、特に、最近の製品の小型化および軽量化の進行に伴い、高強度を有するとともに、素材であるステンレス鋼板に成形加工を行って複雑かつ精密な形状を有する製品やその構成部品に好適に用いられるばね用ステンレス鋼およびその製造方法を提供することである。   That is, an object of the present invention is to provide a spring stainless steel excellent in the balance between strength and formability and a method for producing the same in a broad sense. Specifically, in particular, the recent downsizing and light weight of products. Stainless steel for springs, which is suitable for products and components that have complex and precise shapes by forming high-strength stainless steel sheets as they are made, and providing manufacturing methods thereof It is to be.

広義には、本発明により、安価かつ高性能のばね用ステンレス鋼を工業的に安定して供給することにより、近年の環境問題に対応した製品やその構成部品の小型化・軽量化に対応し、資源の有効活用を推進することをも目的とする。   In a broad sense, according to the present invention, low-cost and high-performance stainless steel for springs can be industrially stably supplied to meet the recent downsizing and weight reduction of products and components that respond to environmental problems. The purpose is to promote effective use of resources.

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、以下に列記の知見a〜dを得ることができ、これらの知見a〜dに基づいて、成分調整した数多くの小型鋳塊による試作試験を行った上で、多数回の実機による試作試験を経て、実機で量産可能であることが判明し、本発明を完成した。   As a result of intensive studies in order to solve the above-mentioned problems, the present inventor can obtain the knowledges a to d listed below, and based on these knowledge a to d, a number of small castings whose components are adjusted. After conducting a trial production with a lump and through a number of trial productions with an actual machine, it was found that mass production was possible with the actual machine, and the present invention was completed.

(a)高強度と成形性のバランスに優れ、特に優れた成形性を安定して得るためには、硬質なマルテンサイト(M)相への加工変誘起態とそれに伴うTRIP効果が両立する準安定オーステナイト(A)相が極めて有効である。本発明では、Crを主成分として安価なステンレス鋼を用いて、軟質なフェライト(F)相との混合組織とすることにより、高強度と成形性のバランスに優れ、特に優れた成形性を安定して得る。   (A) In order to obtain an excellent balance between high strength and formability, and to obtain particularly excellent formability stably, the work transformation induction state to the hard martensite (M) phase and the accompanying TRIP effect are compatible. A stable austenite (A) phase is very effective. In the present invention, by using an inexpensive stainless steel mainly composed of Cr and having a mixed structure with a soft ferrite (F) phase, the balance between high strength and formability is excellent, and particularly excellent formability is stable. And get.

(b)C,Nの固溶限も大きい準安定オーステナイト相を最も有効に利用するために、その調整に最も強力なオーステナイト安定化および強化元素である安価なC,Nの固溶を活用する。   (B) In order to utilize the metastable austenite phase having a large solid solubility limit of C and N most effectively, the most powerful austenite stabilization and inexpensive solid solution of C and N, which are strengthening elements, are used for the adjustment. .

(c)フェライト(F)相は、C,Nの固溶限が小さく、軟質であり、上記の準安定オーステナイト相とともに変形を分担することが可能である。さらに、C,Nの拡散速度が大きく、迅速な拡散が期待される。   (C) The ferrite (F) phase has a small solid solubility limit of C and N, is soft, and can share deformation with the metastable austenite phase. Furthermore, the diffusion rate of C and N is large, and rapid diffusion is expected.

(d)上述の準安定オーステナイト相およびフェライト相の混合組織は、スラブに、熱間加工を行った後に、冷間加工とその後の熱処理とを1回以上組み合わせて行う一般的な製造方法において、高温二相域での加熱によりC,Nの吸収および拡散を行った後に、比較的低温での加熱により分配および析出を図ることにより、得られる。   (D) In the general manufacturing method in which the mixed structure of the metastable austenite phase and the ferrite phase described above is performed by combining hot working on the slab and then performing cold working and subsequent heat treatment at least once. It can be obtained by absorbing and diffusing C and N by heating in a high temperature two-phase region and then partitioning and precipitating by heating at a relatively low temperature.

本発明は、以下に列記の通りである。
(1)質量%で、C:0.1〜0.4%、Si:2.0%以下、Mn:0.1〜6.0%、Cr:10.0〜28.0%以下、N:0.17%以下で、残部がFeおよび不純物からなる化学組成を有するとともに、更にオーステナイト相のC+Nの固溶量が0.5%以上であり、オーステナイト相の割合が面積率で10〜90%であり、その内、少なくとも5面積%以上が準安定状態であり、残部がフェライト相ないしフェライト相とマルテンサイト相からなるとともに、断面の円相当径が10μm以下のCr,Feの炭化物および/または窒化物の微細化合物が存在した金属組織を有することを特徴とするばね用複相ステンレス鋼。
The present invention is listed below.
(1) By mass%, C: 0.1 to 0.4%, Si: 2.0% or less, Mn: 0.1 to 6.0%, Cr: 10.0 to 28.0% or less, N : 0.17% or less, with the balance being a chemical composition consisting of Fe and impurities, the C + N solid solution amount of the austenite phase is 0.5% or more, and the austenite phase ratio is 10 to 90 by area ratio. Of which Cr is a carbide of Cr and Fe having a metastable state of at least 5% by area, the balance being a ferrite phase or a ferrite phase and a martensite phase, and a cross-sectional equivalent circle diameter of 10 μm or less. Or a duplex stainless steel for springs, characterized by having a metal structure in which a fine compound of nitride exists.

ただし、準安定状態のオーステナイト相の割合は、板厚減少率20%の冷間圧延を行い、この冷間圧延の前後でオーステナイト相が減少した割合である。   However, the ratio of the austenite phase in the metastable state is the ratio at which the austenite phase decreased before and after this cold rolling after cold rolling with a sheet thickness reduction rate of 20%.

(2)前記化学組成は、さらに、質量%で、Ni:2.0%以下、およびCu:2.0%以下からなる群から選ばれた1種または2種を有する(1)項に記載されたばね用複相ステンレス鋼。   (2) The chemical composition further includes one or two kinds selected from the group consisting of Ni: 2.0% or less and Cu: 2.0% or less in mass%. Duplex stainless steel for springs.

(3)前記化学組成は、さらに、質量%で、Nb:0.5%以下、V:0.5%以下およびTi:0.5%以下からなる群から選ばれた1種または2種以上を有し、更に断面の円相当径が10μm以下のNb、V、Tiの炭化物および/または窒化物の微細化合物が存在した金属組織を有する(1)項または(2)項に記載されたばね用複相ステンレス鋼。   (3) The chemical composition may be one or more selected from the group consisting of Nb: 0.5% or less, V: 0.5% or less, and Ti: 0.5% or less in terms of mass%. And a metal structure in which a fine compound of Nb, V, Ti carbides and / or nitrides having a cross-sectional equivalent circle diameter of 10 μm or less is present, for a spring described in (1) or (2) Duplex stainless steel.

(4)熱間および冷間での加工と、該加工の後の熱処理とを1回以上組み合わせて行うことにより、(1)項から(3)項までのいずれか1項に記載されたばね用複相ステンレス鋼を製造する方法であって
製品板厚に減厚する最終の冷間加工を行った後に、Ac変態点以上Ac変態点以下の温度域に10秒間以上加熱し、表面から、窒素および炭素の一方ないし双方を吸収させて拡散させた後に、200〜500℃の所定の温度まで1℃/秒以上の冷却速度で冷却し、該所定の温度に10秒間以上保持した後に室温まで冷却すること
を特徴とするばね用複相ステンレス鋼の製造方法。
(4) For springs described in any one of items (1) to (3) by combining hot and cold processing and heat treatment after the processing at least once This is a method for producing duplex stainless steel, and after the final cold working to reduce the thickness of the product, it is heated to a temperature range from Ac 1 transformation point to Ac 3 transformation point for 10 seconds or more. Then, after absorbing and diffusing one or both of nitrogen and carbon, it is cooled to a predetermined temperature of 200 to 500 ° C. at a cooling rate of 1 ° C./second or more, kept at the predetermined temperature for 10 seconds or more, and then room temperature. A method for producing a duplex stainless steel for springs, characterized by cooling to a minimum.

すなわち、(1)〜(3)項のいずれかに記載した化学組成を有するCr系ステンレス鋼を用いて、一般的な熱間および冷間での加工とその後の熱処理を1回以上組み合わせて行ったステンレス鋼板を製造する際に、製品板厚へ減厚した後にAc変態点〜Ac変態点の温度域に10秒間以上加熱し、表面から、窒素または炭素、ないしは窒素および炭素を吸収させて拡散させた後に、200℃以上500℃以下の所定の温度まで1℃/秒以上の速度で冷却し、この所定の温度に10秒間以上、好ましくは10秒間以上600秒以下保持した後に室温まで冷却することにより、(1)〜(3)項のいずれかに記載の本発明に係るばね用複相ステンレス鋼が製造される。 That is, using the Cr-based stainless steel having the chemical composition described in any one of the items (1) to (3), general hot and cold processing and subsequent heat treatment are combined one or more times. When manufacturing a stainless steel plate, after reducing the thickness to the product plate thickness, heat it to the temperature range of Ac 1 transformation point to Ac 3 transformation point for 10 seconds or more to absorb nitrogen or carbon, or nitrogen and carbon from the surface. And then cooled to a predetermined temperature of 200 ° C. or more and 500 ° C. or less at a rate of 1 ° C./second or more, kept at this predetermined temperature for 10 seconds or more, preferably 10 seconds or more and 600 seconds or less, and then to room temperature. By cooling, the spring duplex stainless steel according to the present invention according to any one of (1) to (3) is manufactured.

本発明により、小型・軽量化が推進される製品やその構成部品の素材として用いることができ、強度と成形性のバランスに優れるばね用ステンレス鋼板が提供され、特に、Crを主成分とする安価なステンレス鋼を用いて優れた成形性を安定して得られるばね用ステンレス鋼板が提供される。   The present invention provides a stainless steel plate for springs that can be used as a material for products that are promoted to be reduced in size and weight and components thereof, and has an excellent balance between strength and formability. There is provided a stainless steel plate for a spring that can stably obtain excellent formability using a special stainless steel.

すなわち、本発明により、広義には、強度と成形性(伸び)のバランスに優れるばね用ステンレス鋼およびその製造方法が提供され、具体的には、特に、最近の製品の小型化および軽量化の進行に伴い、高強度を有するとともに、素材であるステンレス鋼板に成形加工を行って複雑かつ精密な形状を有する製品やその構成部品に好適に用いられる安価な高強度ばね部品用複相ステンレス鋼を工業的に安定して供給できる。これにより、最近の環境問題にも対応し,小型化・軽量化による資源の有効活用をさらに進めることが可能である   That is, according to the present invention, in a broad sense, a stainless steel for springs having an excellent balance between strength and formability (elongation) and a method for producing the same are provided. Along with the progress, low-priced duplex stainless steel for high-strength spring parts that has high strength and is suitably used for products and components that have complex and precise shapes by forming on stainless steel plates as raw materials. It can be supplied industrially stably. As a result, it is possible to cope with recent environmental problems and further promote the effective use of resources by reducing the size and weight.

図1は、実施例における材料の製造工程を抜粋して示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram showing an excerpt of a material manufacturing process in the example.

1.ばね用複相ステンレス鋼
以下、本発明に係るばね用複相ステンレス鋼の化学組成および金属組織を説明する。
1. Hereinafter, the chemical composition and metal structure of the spring duplex stainless steel according to the present invention will be described.

(1−1)化学組成
[C:0.1〜0.4%]
Cは、安価であり、かつ最も強力なオーステナイト安定化元素かつ侵入型固溶強化元素であるとともに、Nb、V、Tiが添加された場合には化合物を形成(析出)し、結晶粒成長を抑制する有効な元素でもある。このため、ばね用複相ステンレス鋼に不可避な元素であり、含有量の下限を0.1%とする。しかし、多く含有すると製造途中の段階に粗大な化合物を形成し、その残存により諸特性が劣化するおそれがある。このため、C含有量の上限は0.4%とする。好ましくは、0.12%以上、0.38%以下である。
(1-1) Chemical composition [C: 0.1 to 0.4%]
C is an inexpensive and most powerful austenite stabilizing element and interstitial solid solution strengthening element, and when Nb, V and Ti are added, a compound is formed (precipitated) and crystal grain growth is caused. It is also an effective element to suppress. For this reason, it is an element unavoidable in the duplex stainless steel for springs, and the lower limit of the content is 0.1%. However, if it is contained in a large amount, a coarse compound is formed in the middle of the production, and various properties may be deteriorated due to its remaining. For this reason, the upper limit of the C content is set to 0.4%. Preferably, it is 0.12% or more and 0.38% or less.

[Si:2.0%以下]
Siは、侵入型固溶強化元素に次ぐ、有効な固溶強化合金元素であるとともに、フェライト安定化元素であり、オーステナイト安定化元素とのバランスを勘案して、含有する。他方、Siは、溶製時の脱酸剤としても用いられ、過度の含有は粗大な介在物を形成し、諸特性が劣化するおそれがある。このため、Si含有量は、2.0%以下であり、好ましくは1.8%以下である。
[Si: 2.0% or less]
Si is an effective solid solution strengthening alloy element after the interstitial solid solution strengthening element and is a ferrite stabilizing element, and is contained in consideration of the balance with the austenite stabilizing element. On the other hand, Si is also used as a deoxidizer at the time of melting, and excessive inclusion forms coarse inclusions, which may deteriorate various properties. For this reason, Si content is 2.0% or less, Preferably it is 1.8% or less.

[Mn:0.1〜6.0%]
Mnは、オーステナイト安定化元素であり、高温でのオーステナイト相とフェライト相からなる二相域をより低温まで拡大し、金属組織の調整を容易にする。同時に、Mnは、オーステナイト相とフェライト相が互いに障害物として作用することにより粒成長が抑制され、高性能化にも寄与する。さらに、Mnは、C,Nの固溶量を増加すると考えられる。このため、Mnは本発明に係るばね用複相ステンレス鋼に必要な元素であり、上記作用効果を奏するためにMn含有量は0.1%以上とする。ただし、Mnの過度の含有は粗大化合物を形成し、諸特性を劣化させる。このため、Mn含有量は、6.0%以下であり、好ましくは5.6%以下である。
[Mn: 0.1 to 6.0%]
Mn is an austenite stabilizing element and expands a two-phase region composed of an austenite phase and a ferrite phase at a high temperature to a lower temperature and facilitates the adjustment of the metal structure. At the same time, Mn suppresses grain growth by the austenite phase and ferrite phase acting as obstacles to each other, contributing to higher performance. Furthermore, Mn is thought to increase the solid solution amount of C and N. For this reason, Mn is an element necessary for the duplex stainless steel for springs according to the present invention, and the Mn content is 0.1% or more in order to achieve the above-described effects. However, excessive inclusion of Mn forms a coarse compound and deteriorates various properties. For this reason, Mn content is 6.0% or less, Preferably it is 5.6% or less.

[Cr:10.0〜28.0%以下]
Crは、ステンレス鋼の基本的元素の一つであり、その基本的な耐食性を得るために10.0%以上含有する。ただし、フェライト安定化元素でもあり、オーステナイト安定化元素とのバランスも考慮して含有する。また、Crを過度に含有すると、必要な強度を得られず、粗大な化合物の形成により成形性も劣化する。このため、Cr含有量は、28.0%以下である。Cr含有量は、10.2%以上が好ましく、26.0%以下がさらに好ましい。
[Cr: 10.0 to 28.0% or less]
Cr is one of the basic elements of stainless steel, and is contained in an amount of 10.0% or more in order to obtain the basic corrosion resistance. However, it is also a ferrite stabilizing element, and is contained in consideration of the balance with the austenite stabilizing element. Moreover, when Cr is contained excessively, a required strength cannot be obtained, and formability is also deteriorated due to the formation of a coarse compound. For this reason, the Cr content is 28.0% or less. The Cr content is preferably 10.2% or more, and more preferably 26.0% or less.

[N:0.17%以下]
Nは、Cに次ぐ強力なオーステナイト安定化元素かつ侵入型固溶強化元素である。また、Nb,V,Tiが添加された場合には化合物を形成(析出)し、結晶粒成長を抑制する有効な元素でもある。ただし、Nを過剰に含有すると熱間加工性が著しく劣化する。このため、Nの含有量は0.17%とする。好ましくは、0.15%以下である。また、上記の効果を得るためには、Nの含有量は0.01%以上であることが好ましい。
本発明に係るばね用複相ステンレス鋼は、以下に説明する元素を任意添加元素として必要に応じて含有してもよい。
[N: 0.17% or less]
N is a strong austenite stabilizing element and interstitial solid solution strengthening element after C. Further, when Nb, V, or Ti is added, it is an effective element that forms (precipitates) a compound and suppresses crystal grain growth. However, when N is contained excessively, the hot workability is remarkably deteriorated. Therefore, the N content is 0.17%. Preferably, it is 0.15% or less. Moreover, in order to acquire said effect, it is preferable that content of N is 0.01% or more.
The spring duplex stainless steel according to the present invention may contain the elements described below as optional additional elements as required.

[Ni:2.0%以下、およびCu:2.0%以下からなる群から選ばれた1種または2種]
Ni,Cuは、オーステナイト安定化元素であり、高温でのオーステナイト相とフェライト相からなる二相域を拡大し、金属組織の調整を容易にするために含有してもよい。ただし、Ni,Cuは、いずれも、高価な元素であって安価なMnの効果を補うための添加元素として含有するため、いずれの含有量も、2.0%以下であり、好ましくは1.8%以下である。
[One or two selected from the group consisting of Ni: 2.0% or less and Cu: 2.0% or less]
Ni and Cu are austenite stabilizing elements, and may be contained in order to expand the two-phase region composed of an austenite phase and a ferrite phase at a high temperature and facilitate the adjustment of the metal structure. However, since both Ni and Cu are expensive elements and are added as additive elements for supplementing the effect of inexpensive Mn, both contents are 2.0% or less, preferably 1. 8% or less.

[Nb:0.5%以下、V:0.5%以下およびTi:0.5%以下からなる群から選ばれた1種または2種以上]
Nb,V,Tiは、いずれも、C,Nとの化合物を形成し、それらのピン止効果により結晶粒の成長を抑制するために含有してもよい。このため、Nb,V,Tiそれぞれの含有量は、いずれも、0.5%以下であり、好ましくは0.4%以下である。
[One or more selected from the group consisting of Nb: 0.5% or less, V: 0.5% or less, and Ti: 0.5% or less]
Nb, V, and Ti may all be included to form a compound with C and N and suppress the growth of crystal grains by their pinning effect. For this reason, each content of Nb, V, and Ti is 0.5% or less, preferably 0.4% or less.

上記以外の残部は、Feおよび不純物である。ここでいう不純物とは、本発明の効果を発揮できる限り含有し得る元素を意味し、上記成分以外に工業的側面から添加される元素、例えば溶製時脱酸剤として使用されるCa、AlあるいはREM(希土類金属)、熱間加工性の改善が見込まれるBを必要に応じて合計量で0.3質量%以下含有してもよい。スクラップを原料とする場合、不純物としてMoを0.4質量%以下含有してもよい。また、その他に通常の溶製方法における不純物が含まれてもよい。
また、上記化学組成は、板厚全体での平均組成を意味する。
The balance other than the above is Fe and impurities. The impurity here means an element that can be contained as long as the effects of the present invention can be exerted. In addition to the above components, elements added from an industrial aspect, for example, Ca, Al used as a deoxidizer during melting Alternatively, REM (rare earth metal) and B which is expected to improve hot workability may be contained in a total amount of 0.3% by mass or less as necessary. When using scrap as a raw material, you may contain 0.4 mass% or less of Mo as an impurity. In addition, impurities in a normal melting method may be included.
Moreover, the said chemical composition means the average composition in the whole board thickness.

(1−2)金属組織
[オーステナイト相中の(C+N)固溶量:0.5%以上]
オーステナイト相でのC+Nの固溶量を0.5%以上とするのは、Crを主成分とする安価なステンレス鋼を素材として、最も強力なオーステナイト安定化元素であるとともに侵入型固溶強化元素であるC,Nを有効に活用し、高温二相域から低温での保持中に高濃度に分布させることにより、室温までオーステナイト相を残存させ、その一部として優れた特性の準安定状態が得られるためである。オーステナイト相の(C+N)固溶量は、好ましくは0.52%以上である。
また、粗大化合物の析出を抑制するため、オーステナイト相の(C+N)固溶量は、好ましくは1.0%以下である。
オーステナイト相の(C+N)固溶量は、準安定オーステナイト相が得られると考えられる0.54%以上0.9%以下であることが、さらに好ましい。
(1-2) Metal structure [(C + N) solid solution amount in austenite phase: 0.5% or more]
The solid solution amount of C + N in the austenite phase is 0.5% or more because it is the most powerful austenite stabilizing element and interstitial solid solution strengthening element made of inexpensive stainless steel mainly composed of Cr. C and N are effectively utilized and distributed at a high concentration during holding at a low temperature from a high-temperature two-phase region, so that the austenite phase remains to room temperature, and as a part thereof, a metastable state with excellent characteristics is obtained. It is because it is obtained. The (C + N) solid solution amount of the austenite phase is preferably 0.52% or more.
In order to suppress precipitation of coarse compounds, the (C + N) solid solution amount of the austenite phase is preferably 1.0% or less.
The (C + N) solid solution amount of the austenite phase is more preferably 0.54% or more and 0.9% or less, which is considered to provide a metastable austenite phase.

[オーステナイト相の割合が面積率で10〜90%であり、その内、少なくとも5面積%が準安定状態であり、残部がフェライト相ないしフェライト相とマルテンサイト相からなるとともに、微細化合物が分散する]
オーステナイト相の割合を面積率で10%以上90%以下とし、その内、少なくとも5%以上が準安定状態であり、残部がフェライト相ないしフェライト相とマルテンサイト相からなる金属組織とするのは、Crを主成分とするステンレス鋼を素材とし、目標とする強度と成形性(伸び)のバランスに優れ、特に優れた成形性を得るためである。具体的には、強度と成形性に優れる準安定オーステナイト相を主体とし、残部が軟質なフェライト相からなる金属組織であることが有効であり、準安定オーステナイト相が50%以上、残部をフェライト相からなる組織を目標とし、最も望ましいと考える。
[The ratio of the austenite phase is 10 to 90% in area ratio, of which at least 5 area% is metastable, the balance is composed of ferrite phase or ferrite phase and martensite phase, and fine compounds are dispersed. ]
The ratio of the austenite phase is 10% or more and 90% or less in area ratio, of which at least 5% or more is a metastable state, and the balance is a ferrite phase or a metal structure composed of a ferrite phase and a martensite phase. This is because stainless steel, the main component of which is Cr, is used as a raw material, and the balance between the target strength and formability (elongation) is excellent, and particularly excellent formability is obtained. Specifically, it is effective to have a metal structure mainly composed of a metastable austenite phase excellent in strength and formability, and the balance being a soft ferrite phase, with the metastable austenite phase being 50% or more and the balance being a ferrite phase. The goal is an organization consisting of

しかし、Crを主成分とするステンレス鋼を素材とし、熱処理でのC,Nの調整により準安定オーステナイト相を得る場合、それらをより多く含む安定オーステナイト相の残存、少ない場合に生じるマルテンサイト相、フェライト相の発生は、いずれも避けられない。   However, when a metastable austenite phase is obtained by adjusting the C and N by heat treatment using stainless steel as a main component of Cr, the remaining of the stable austenite phase containing more of them, the martensite phase generated when there are few, The generation of ferrite phase is unavoidable.

前述の目標組織を得るため、製品板厚に減厚後、Ac変態点以上Ac変態点以下の温度域に加熱し、オーステナイトとフェライトからなる二相域で保持するとともに、表面から窒素および炭素の一方ないし双方を吸収させ、主にオーステナイト相に拡散させる。 In order to obtain the above-mentioned target structure, after reducing the thickness to the product plate thickness, it is heated to a temperature range from the Ac 1 transformation point to the Ac 3 transformation point and held in a two-phase region composed of austenite and ferrite. It absorbs one or both of carbon and mainly diffuses into the austenite phase.

さらに、その後、200〜500℃の所定の温度まで1℃/秒以上の速度で冷却し、該所定温度に10秒間以上保持することにより、残留オーステナイト相およびオーステナイト相より生成したマルテンサイト相のC,Nを化合物として析出させ、残留オーステナイト相の安定度を低下させ、マルテンサイト相の軟化、フェライト相への分解を進める。すなわち、準安定オーステナイト相が50%以上、残部がフェライト相からなる目標の組織を得るため、準安定オーステナイト相、フェライト相の割合を増加させるのである。   Further, after cooling to a predetermined temperature of 200 to 500 ° C. at a rate of 1 ° C./second or more and holding at the predetermined temperature for 10 seconds or more, the retained austenite phase and the C of the martensite phase generated from the austenite phase , N is precipitated as a compound, the stability of the retained austenite phase is lowered, the martensite phase is softened, and the ferrite phase is decomposed. That is, in order to obtain a target structure in which the metastable austenite phase is 50% or more and the balance is the ferrite phase, the ratio of the metastable austenite phase and the ferrite phase is increased.

これらにより、準安定状態を含むオーステナイト相の割合を90%以下とするとともに、残部は、変形を分担する軟質なフェライト相を主体とする。準安定オーステナイト相は、少なくとも5%以上が必要であり、オーステナイト相の半分以上であることが望ましい。また、不可避的に形成されるマルテンサイトを含む金属組織としてもよい。   As a result, the proportion of the austenite phase including the metastable state is 90% or less, and the balance is mainly composed of a soft ferrite phase that shares deformation. The metastable austenite phase needs to be at least 5% or more, and is preferably more than half of the austenite phase. Moreover, it is good also as a metal structure containing the martensite inevitably formed.

なお、準安定状態と安定状態のオーステナイト相の構造に違いはなく、判別は困難である。あくまで、冷間加工等により構造が変化するかまたは維持されるかの違いがあるのみである。このため、本発明では、準安定オーステナイト相の割合は、冷間加工の前後での減少量により算出する。具体的には、ステンレス薄鋼板に板厚減少率20%の冷間圧延を行い、この冷間圧延の前後でオーステナイト(A)相が減少した割合を準安定A相の割合とする。   In addition, there is no difference in the structure of the metastable state and the austenite phase of a stable state, and discrimination | determination is difficult. The only difference is whether the structure is changed or maintained by cold working or the like. For this reason, in the present invention, the proportion of the metastable austenite phase is calculated from the amount of decrease before and after cold working. Specifically, the stainless steel sheet is subjected to cold rolling with a sheet thickness reduction rate of 20%, and the ratio of the austenite (A) phase decreased before and after this cold rolling is defined as the ratio of the metastable A phase.

本発明によれば、冷間加工に際して、準安定オーステナイト(A)相が硬質なマルテンサイト(M)相に変態するとともに、軟質な未変形部が優先的に変形することにより材料全体が均一変形するTRIP効果により、優れた加工性を得られる。   According to the present invention, during the cold working, the metastable austenite (A) phase is transformed into a hard martensite (M) phase, and the soft undeformed portion is preferentially deformed so that the entire material is uniformly deformed. Excellent workability can be obtained by the TRIP effect.

さらに、熱処理時にはC,Nの調整に際して、主合金元素であるCr、Feとの化合物の他に、化合物形成元素として添加するNb,V,Tiとの化合物も析出する。これら化合物は、結晶粒を微細化する効果を有するが、一方で、マルテンサイト相より硬質であり、粗大な場合、破壊の起点となり、材料の加工性が劣化する。ここで、本発明に係るばね用複相ステンレス鋼は、微細化合物を有する金属組織であり、この微細化合物とは、断面の円相当径が10μm以下の化合物を意味する。しかし、前記の微細化合物の量は、円相当径1μm以上の数が多すぎると、結晶粒を微細化する効果が低下するので、100個/mm以下とすることが望ましい。 Furthermore, during the heat treatment, in addition to the compounds with Cr and Fe as the main alloy elements, the compounds with Nb, V and Ti added as compound forming elements are also precipitated during the adjustment of C and N. These compounds have the effect of refining the crystal grains, but on the other hand, they are harder than the martensite phase, and if they are coarse, they become the starting point of destruction and the workability of the material deteriorates. Here, the duplex stainless steel for springs according to the present invention is a metal structure having a fine compound, and this fine compound means a compound having a cross-sectional equivalent circle diameter of 10 μm or less. However, the amount of the fine compound is preferably 100 pieces / mm 2 or less because if the number of equivalent circle diameters of 1 μm or more is too large, the effect of refining crystal grains decreases.

2.製造方法
次に、本発明に係るばね用複相ステンレス鋼の製造方法の限定理由を説明する。
2. Manufacturing method Next, the reason for limitation of the manufacturing method of the duplex stainless steel for springs concerning this invention is demonstrated.

[製品板厚に減厚する最終の冷間加工を行った後に、Ac変態点以上Ac変態点以下の温度域に10秒間以上加熱し、表面から、窒素および炭素の一方ないし双方を吸収させて拡散させる]
一般的な、熱間および冷間での加工と、該加工の後の熱処理とを1回以上組み合わせて行う製造方法において、製品板厚に減圧する最終の冷間圧延を行った後、Ac変態点以上Ac変態点以下の温度域に10秒間以上加熱する。この加熱により、表面からCまたはN、ないしCおよびNを吸収、拡散させる。
[After the final cold working to reduce the thickness of the product, heat it to the temperature range from Ac 1 transformation point to Ac 3 transformation point for 10 seconds or more to absorb one or both of nitrogen and carbon from the surface. Let it diffuse]
In a general manufacturing method in which hot and cold processing and heat treatment after the processing are combined one or more times, after performing the final cold rolling to reduce the product sheet thickness, Ac 1 heating for 10 seconds or more to a temperature range of less than the transformation point Ac 3 transformation point. By this heating, C or N, or C and N are absorbed and diffused from the surface.

加熱時にオーステナイト相へ変態を開始するAc変態点以上、同変態を完了するAc変態点以下の温度域に加熱するのは、材料をオーステナイト相とフェライト相の二相組織とするためである。 The reason why the material is heated to a temperature range not lower than the Ac 1 transformation point at which transformation starts to the austenite phase during heating and not higher than the Ac 3 transformation point at which the transformation is completed is to make the material a two-phase structure of an austenite phase and a ferrite phase. .

Ac変態点、Ac変態点は、いずれも、素材の化学組成に依存するが、本発明では、およそ750℃以下,1000℃以下(好ましくは950℃以下)である。 The Ac 1 transformation point and the Ac 3 transformation point both depend on the chemical composition of the material, but in the present invention, they are about 750 ° C. or lower and 1000 ° C. or lower (preferably 950 ° C. or lower).

Ac変態点以上Ac変態点以下の温度域に10秒間以上加熱するのは、表面からCまたはN、ないしCとNを吸収、拡散させるためである。60秒間以上加熱することが好ましい。 The reason for heating to the temperature range from the Ac 1 transformation point to the Ac 3 transformation point for 10 seconds or more is to absorb and diffuse C or N or C and N from the surface. It is preferable to heat for 60 seconds or more.

C,Nは、拡散速度の速いフェライト相を介してより内部まで拡散し、固溶限の大きなオーステナイト相に固溶する。フェライト相の固溶量は少ないことが望ましい。CとNの吸収、拡散を活用した場合、C,Nの濃度は、一般的に、板表面近傍で高く、板厚方向中心に近づくとともに低下するが、製品への成形時に大きく変形する板表面近傍により多く準安定オーステナイト相が形成され、成形性が向上する。   C and N diffuse further to the inside through the ferrite phase having a high diffusion rate, and dissolve in the austenite phase having a large solid solubility limit. It is desirable that the amount of ferrite phase solid solution is small. When C and N absorption and diffusion are used, the C and N concentrations are generally high in the vicinity of the plate surface and decrease with approaching the center of the plate thickness direction. More metastable austenite phases are formed in the vicinity, and moldability is improved.

[200〜500℃の所定の温度まで1℃/秒以上の冷却速度で冷却し、所定の温度に10秒間以上保持した後に室温まで冷却する]
その上で、オーステナイト相とフェライト相の間でのC,Nの分配、化合物析出による固溶量を調整するため、冷却途中に200℃以上500℃以下の所定温度で10秒間以上保持する。好ましくは、60秒間以上保持する。
[Cool at a cooling rate of 1 ° C./second or more to a predetermined temperature of 200 to 500 ° C., hold at the predetermined temperature for 10 seconds or more, and then cool to room temperature]
In addition, in order to adjust the amount of C and N distributed between the austenite phase and the ferrite phase and the amount of solid solution due to compound precipitation, the temperature is maintained at a predetermined temperature of 200 ° C. to 500 ° C. for 10 seconds or longer during cooling. Preferably, hold for 60 seconds or more.

この間の冷却速度は、粗大な化合物の析出を避けるため、1℃/秒以上とする。冷却速度は、好ましくは3℃/秒以上である。   The cooling rate during this period is set to 1 ° C./second or more in order to avoid precipitation of coarse compounds. The cooling rate is preferably 3 ° C./second or more.

その後の室温までの冷却は、準安定オーステナイト相を加工誘起変態させることなく維持するため、緩やかな冷却速度でよく、好ましくは1℃/秒以下である。   Subsequent cooling to room temperature maintains a metastable austenite phase without undergoing processing-induced transformation, so a moderate cooling rate may be used, preferably 1 ° C./second or less.

なお、最終冷間圧延後に行われる熱処理の雰囲気は、高温のAc変態点以上Ac変態点以下へ加熱および保持の際に、N,Cを吸収可能な雰囲気であればよい。例えば、Nガス単体、一般に使用されるNと還元性のHとの混合ガスをはじめ、アンモニアやメタンというガスを使用した雰囲気が例示される。ただし、熱処理時には、酸化被膜の形成により、N,Cの吸収が抑制される。このため、雰囲気ガスの露点は、低いことが望ましく、例えば−40℃以下であり、好ましくは−45℃以下である。 In addition, the atmosphere of the heat treatment performed after the final cold rolling may be an atmosphere that can absorb N and C when heated and held at a high temperature from the Ac 1 transformation point to the Ac 3 transformation point. For example, an atmosphere using a gas such as ammonia or methane, as well as a simple gas of N gas, a commonly used mixed gas of N and reducing H, is exemplified. However, during heat treatment, the absorption of N and C is suppressed by the formation of the oxide film. For this reason, it is desirable that the dew point of the atmospheric gas is low, for example, −40 ° C. or lower, preferably −45 ° C. or lower.

次に、実施例を参照しながら、本発明をより具体的に説明する。
表1に供試材の組成を示し、図1に実施例における材料の製造工程を抜粋して示す。
Next, the present invention will be described more specifically with reference to examples.
Table 1 shows the composition of the test material, and FIG.

Figure 0006361402
Figure 0006361402

試料は、実機溶製材及び実験室レベルの小型鋳塊より、熱間圧延および熱処理により板厚4.0mmに加工した。その後、実験室レベルの設備を用いて、図1に示す冷間圧延及び熱処理を繰返して製品板厚相当の0.3mmのステンレス鋼板を製造した。   The sample was processed into a plate thickness of 4.0 mm by hot rolling and heat treatment from an actual machine melted material and a small ingot at the laboratory level. Thereafter, cold rolling and heat treatment shown in FIG. 1 were repeated using laboratory level equipment to produce a 0.3 mm stainless steel plate corresponding to the product plate thickness.

そして、以下に列記の調査方法により、ステンレス鋼板の諸特性を調査した。
(i)金属組織
オーステナイト相(A相)の割合と、オーステナイト相中の(C+N)固溶量は、最終熱理後の薄板について、X線回折装置を用いて測定した。オーステナイト相(A相)の割合は、各回折ピークの積分強度を測定し、下記(1)式により、全ピークの積分強度の和に対するオーステナイト相(A相)ピークの積分強度の和の割合により、算出した。侵入型固溶元素である(C+N)の固溶量は、下記(2)式の経験式によりオーステナイト相(A相)の格子常数の変化より、オーステナイト安定化および強化に有効に作用すると考えられる固溶量を算出した。
And the various characteristics of the stainless steel plate were investigated by the investigation method listed below.
(I) Metal structure The ratio of the austenite phase (A phase) and the amount of (C + N) solid solution in the austenite phase were measured for the thin plate after the final thermal treatment using an X-ray diffractometer. The ratio of the austenite phase (A phase) is determined by measuring the integrated intensity of each diffraction peak, and by the following equation (1), the ratio of the sum of the integrated intensity of the austenite phase (A phase) peak to the sum of the integrated intensity of all peaks. Calculated. It is considered that the solid solution amount of the interstitial solid solution element (C + N) is effective in stabilizing and strengthening austenite from the change in the lattice constant of the austenite phase (A phase) according to the following empirical formula (2). The amount of solid solution was calculated.

通常、(C+N)の含有量は化学分析やガス分析によって求められるが、本実施例では、侵入型固溶強化元素であるCおよびNの固溶により、準安定状態を含むオーステナイト相が強化されるため、析出している部分を除く、固溶量を算出するためにX線回折を用いた。
すなわち、全ての(C+N)含有量が化学分析の値であり、析出した炭窒化物を除き、強化に有効に作用すると共に準安定オーステナイト状態を維持する考えられる固溶量を明らかにした。
Usually, the content of (C + N) is obtained by chemical analysis or gas analysis, but in this example, the austenite phase including metastable state is strengthened by solid solution of interstitial solid solution strengthening elements C and N. Therefore, X-ray diffraction was used to calculate the amount of solid solution, excluding the precipitated portion.
That is, all the (C + N) contents are the values of chemical analysis, and, except for the precipitated carbonitride, the amount of solid solution that can act effectively for strengthening and maintain the metastable austenite state has been clarified.

オーステナイト相(A相)の割合(%)=100×(A相ピーク積分強度の和/全ピーク積分強度の和) ・・・・・(1)
(C+N)固溶量(質量%)={A相の格子常数(Å)−3.595}/0.035
・・・・・(2)
また、製品やその構成部品への加工を模擬し、同薄板に板厚減少率で20%の冷間圧延を行い、オーステナイト相(A相)の減少した割合を準安定A相の割合とした。例えば、後述する表2におけるNo.1(本発明例)は、熱処理後のオーステナイト相の割合が24面積%であり、これに板厚減少率20%の冷間圧延を施すことによりオーステナイト相の割合は12面積%に減少する。すなわち、冷間圧延前の24面積%のうちの12面積%が準安定オーステナイト相であり、残りの12面積%が安定オーステナイト相である。また、表2におけるNo.2(本発明例)は熱処理後のオーステナイト相が26面積%であり、その内の15面積%が準安定オーステナイト相であり、11面積%が安定オーステナイト相である。本発明では、基本的には、この準安定オーステナイト相の割合に比例し、高強度と優れた加工性が両立する。
Austenite phase (A phase) ratio (%) = 100 × (sum of A phase peak integrated intensity / sum of all peak integrated intensity) (1)
(C + N) Solid solution amount (% by mass) = {Lattice constant of phase A (Å) −3.595} /0.035
(2)
In addition, by simulating the processing of the product and its components, the sheet was cold-rolled with a thickness reduction rate of 20%, and the rate of reduction of the austenite phase (A phase) was taken as the rate of metastable A phase. . For example, in No. 1 (example of the present invention) in Table 2 described later, the ratio of the austenite phase after heat treatment is 24 area%, and the austenite phase is subjected to cold rolling at a sheet thickness reduction rate of 20%. The proportion is reduced to 12 area%. That is, 12 area% of 24 area% before cold rolling is a metastable austenite phase, and the remaining 12 area% is a stable austenite phase. In Table 2, No. 2 (example of the present invention) has an austenite phase after heat treatment of 26 area%, of which 15 area% is a metastable austenite phase and 11 area% is a stable austenite phase. In the present invention, basically, this is in proportion to the proportion of this metastable austenite phase, and both high strength and excellent workability are achieved.

さらに、断面を埋込、研磨およびエッチングした後、光学顕微鏡を用いて化合物を観察し、1μm以上の最大の円相当径、化合物の数を測定した。   Furthermore, after embedding, polishing and etching the cross section, the compound was observed using an optical microscope, and the maximum equivalent circle diameter of 1 μm or more and the number of compounds were measured.

(ii)硬さ:板表面について、ビッカース硬度計を用いて、9.8Nで測定した。
(iii)引張特性:圧延方向と平行な方向に採取したJIS−13B号試験片について、インストロン型試験機を用いて実施し、伸びを測定した。
(iv)曲げ性:圧延方向と平行な方向に採取した短冊状試験片について、曲げ半径1.0mmの直角曲げ金型と油圧式プレス試験機を用いて行い、加工後に割れの有無を調査した。評価は割れの無い場合を○、割れ有りを×で評価した。なお、割れないものの、しわや凹凸を生じて、発明材1〜22程の曲げ加工性得られなかったものを△で評価した。
(Ii) Hardness: The plate surface was measured at 9.8 N using a Vickers hardness meter.
(Iii) Tensile properties: JIS-13B test pieces collected in a direction parallel to the rolling direction were measured using an Instron type tester, and the elongation was measured.
(Iv) Bendability: Strip specimens taken in a direction parallel to the rolling direction were measured using a right-angle bending die with a bending radius of 1.0 mm and a hydraulic press tester, and the presence or absence of cracks was investigated after processing. . In the evaluation, the case where there was no crack was evaluated as ○, and the presence of crack was evaluated as ×. In addition, although it was not cracked, the wrinkles and the unevenness | corrugation produced, and what was not able to bend about the invention materials 1-22 was evaluated by (triangle | delta).

表2に、最終熱処理後のステンレス鋼板の諸特性をまとめて示す。なお、表2では本発明で規定する条件を満足するものを発明材とし、それ以外を比較材とした。
表2に示した以外の条件については、高温保持以外の熱処理も、高温加熱と同様の雰囲気で実施した。雰囲気の露点は−40℃とした。低温保持後の冷却速度は0.5℃/秒とした。
Table 2 summarizes various properties of the stainless steel plate after the final heat treatment. In Table 2, those satisfying the conditions defined in the present invention were designated as invention materials, and others were designated as comparative materials.
Regarding conditions other than those shown in Table 2, heat treatment other than high temperature holding was also performed in the same atmosphere as high temperature heating. The dew point of the atmosphere was −40 ° C. The cooling rate after holding at a low temperature was 0.5 ° C./second.

Figure 0006361402
Figure 0006361402

表2に示す発明材1〜22は、オーステナイト相(A相)の割合が15%以上であり、かつ、その内の8%以上が準安定状態であり、残部がフェライト相(F相)ないしフェライト相(F相)とマルテンサイト相(M相)からなる複相組織を示していた。   Inventive materials 1 to 22 shown in Table 2 have an austenite phase (A phase) ratio of 15% or more, of which 8% or more are in a metastable state, and the balance is ferrite phase (F phase) or It showed a multiphase structure consisting of a ferrite phase (F phase) and a martensite phase (M phase).

発明材1〜22は、硬さHV1で250を超える値を示すとともに、伸びで10%を超える値を具備していた。特に、ばね部品に必要となる優れた伸びと硬さの関係を示し、それらの積の値が5000以上となり、全般に高い値を有していた。さらに、発明材1〜22は、優れた曲げ性も有していた。   Inventive materials 1 to 22 exhibited a value exceeding 250 in hardness HV1 and a value exceeding 10% in elongation. In particular, the relationship between the excellent elongation and hardness required for the spring parts was exhibited, and the product value thereof was 5000 or more, which was generally high. Furthermore, the inventive materials 1 to 22 also had excellent bendability.

これに対し、比較材23〜27のように、本発明で規定する化学成分を満たしても、製造条件が合致しない場合には、本発明で規定する金属組織を得られず、硬さと伸びの積は5000に届かず、曲げ性も一部に△で示したようにしわや凹凸を生じて不芳であった。   On the other hand, like the comparative materials 23 to 27, even if the chemical components defined in the present invention are satisfied, if the manufacturing conditions do not match, the metal structure defined in the present invention cannot be obtained, and the hardness and elongation The product did not reach 5000, and the bendability was unsatisfactory with some wrinkles and irregularities as indicated by Δ.

さらに、本発明で規定する化学成分を満足しない比較材28〜33も同様に不芳な結果であった。   In addition, the comparative materials 28 to 33 that do not satisfy the chemical components defined in the present invention were similarly unsatisfactory.

Claims (4)

質量%で、C:0.1〜0.4%、Si:2.0%以下、Mn:0.1〜6.0%、Cr:10.0〜28.0%以下、N:0.17%以下、残部がFeおよび不純物からなる化学組成を有するとともに、更にオーステナイト相のC+Nの固溶量が0.5%以上であり、オーステナイト相の割合が面積率で10〜90%であり、その内、少なくとも5面積%以上が準安定状態であり、残部がフェライト相とマルテンサイト相からなるとともに、Cr,Feの炭化物および/または窒化物の、断面における最大円相当径が10μm以下である金属組織を有し、硬さHV1が250を超え、伸びが10%を超え、かつ、前記硬さHV1と前記伸びとの積が5000以上であることを特徴とするばね用複相ステンレス鋼。
ただし、準安定状態のオーステナイト相の割合は、板厚減少率20%の冷間圧延を行い、この冷間圧延の前後でオーステナイト相が減少した割合である。
In mass%, C: 0.1 to 0.4%, Si: 2.0% or less, Mn: 0.1 to 6.0%, Cr: 10.0 to 28.0% or less, N: 0.0. 17% or less, the balance has a chemical composition consisting of Fe and impurities, and the C + N solid solution amount of the austenite phase is 0.5% or more, and the austenite phase ratio is 10 to 90% by area ratio, among them, at least 5 area% or more metastable state, with the balance gaff ferrite phase and martensite phase, C r, the carbide and / or nitride of Fe, a maximum equivalent circle diameter is 10μm or less in the cross-section have a metal structure is greater than the hardness HV1 250, elongation more than 10%, and a spring for multi-phase product of the elongation and the hardness HV1 is characterized der Rukoto 5000 or Stainless steel.
However, the ratio of the austenite phase in the metastable state is the ratio at which the austenite phase decreased before and after this cold rolling after cold rolling with a sheet thickness reduction rate of 20%.
前記化学組成は、さらに、質量%で、Ni:2.0%以下、およびCu:2.0%以下からなる群から選ばれた1種または2種を有する請求項1に記載されたばね用複相ステンレス鋼。   2. The compound for spring according to claim 1, wherein the chemical composition further includes one or two kinds selected from the group consisting of Ni: 2.0% or less and Cu: 2.0% or less in terms of mass%. Phase stainless steel. 前記化学組成は、さらに、質量%で、Nb:0.5%以下、V:0.5%以下およびTi:0.5%以下からなる群から選ばれた1種または2種以上を有し、更に断面の円相当径が10μm以下のNb、V、Tiの炭化物および/または窒化物の微細化合物が存在した金属組織を有する請求項1または請求項2に記載されたばね用複相ステンレス鋼。   The chemical composition further includes one or more selected from the group consisting of Nb: 0.5% or less, V: 0.5% or less, and Ti: 0.5% or less in mass%. 3. The duplex stainless steel for springs according to claim 1, further comprising a metal structure in which a fine compound of Nb, V, Ti carbide and / or nitride having a circle equivalent diameter of 10 μm or less is present. 熱間および冷間での加工と、該加工の後の熱処理とを1回以上組み合わせて行うことにより、請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載されたばね用複相ステンレス鋼を製造する方法であって
製品板厚に減厚する最終の冷間加工を行った後に、Ac変態点以上Ac変態点以下の温度域に10秒間以上加熱し、表面から、窒素および炭素の一方ないし双方を吸収させて拡散させた後に、200〜500℃の所定の温度まで1℃/秒以上の冷却速度で冷却し、該所定の温度に10秒間以上保持した後に室温まで冷却すること
を特徴とするばね用複相ステンレス鋼の製造方法。
The duplex stainless steel for springs according to any one of claims 1 to 3 is obtained by performing one or more combinations of hot and cold processing and heat treatment after the processing. After the final cold working to reduce the thickness of the product to a product plate thickness, it is heated for 10 seconds or more in a temperature range from Ac 1 transformation point to Ac 3 transformation point, and from the surface, nitrogen and carbon One or both of them are absorbed and diffused, then cooled to a predetermined temperature of 200 to 500 ° C. at a cooling rate of 1 ° C./second or more, held at the predetermined temperature for 10 seconds or more, and then cooled to room temperature. A method for producing a spring duplex duplex stainless steel.
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