JP6796134B2 - 加工性が向上したオーステナイト系ステンレス鋼 - Google Patents

Description

本発明は、加工性が向上したオーステナイト系ステンレス鋼（ａｕｓｔｅｎｉｔｉｃ ｓｔａｉｎｌｅｓｓ ｓｔｅｅｌ）に関し、より詳しくは、複雑な形状に加工しても、遅れ破壊などの欠陥が発生しない加工性が向上したオーステナイト系ステンレス鋼に関する。

キッチン用流し台のシンクボウルには、一般的にステンレス鋼が使用される。主に、特定の汎用ステンレス鋼が使用されるが、このようなステンレス鋼は、一般的なシンクボウル形状に成形するのに問題がないため、広く使用されている。

しかし、最近、市場での競争力強化のために、多様で且つ複雑な形状のシンクボウルを設計しようとする試みが多くなっている。この場合、従来使用されているステンレス鋼をそのまま適用すると、図１に示すように、シンクボウルの成形後に遅れ破壊が発生する問題がある。図１は、従来のオーステナイト系ステンレス鋼でシンクボウルを加工した後のエッジ部を撮影した写真である。

遅れ破壊は、鋼板の加工後に一定時間が経過した後に破裂が発生するものであって、加工された形状に応じて加工量が多い部分で主に発生する。

通常、オーステナイト系ステンレス鋼は、高加工性であるが、加工率が限界を超えると、時効割れという遅れ破壊が発生する。このような割れは、オーステナイト系ステンレス鋼をディープドローイング（ｄｅｅｐ ｄｒａｗｉｎｇ）加工した後に数分から数か月が経過した後に発生し、ディープドローイング方向に直線的に進行するが、微視的に見れば、オーステナイト系ステンレス鋼の結晶粒／粒界に関係なくジグザグ状に進行する。

韓国公開特許第１０−２０１４−０１３１２１４号公報

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、シンクボウルに加工する際に、遅れ破壊が発生しない加工性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼管を提供することにある。

上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による加工性が向上したオーステナイト系ステンレス鋼は、重量％で、シリコン（Ｓｉ）を０．１％〜０．６５％、マンガン（Ｍｎ）を０．２％〜３．０％、ニッケル（Ｎｉ）を６．５％〜１０．０％、クロム（Ｃｒ）を１６．５％〜２０．０％、銅（Ｃｕ）を６．０％以下（０は除外）、炭素（Ｃ）および窒素（Ｎ）を合計で０．０８％以下（０は除外）、残りにＦｅおよび不可避な不純物を含み、真ひずみ０．１５〜０．４の範囲で加工硬化速度が１５００ＭＰａ以下であることを特徴とする。

前記オーステナイト系ステンレス鋼は、炭素（Ｃ）および窒素（Ｎ）を合計で０．０５重量％以下（０は除外）を含み得る。
さらに、炭素（Ｃ）および窒素（Ｎ）を合計で０．０３重量％以下（０は除外）を含むことが好ましい。
前記オーステナイト系ステンレス鋼は、ＡＳＴＭ結晶粒度番号が８以下であることが好ましい。
また、前記オーステナイト系ステンレス鋼は、フェライト相分率またはマルテンサイト相分率が１％未満であることが好ましい。

本発明によれば、シンクボウルなどに加工する際に、加工量が多いエッジ部分でも成形後に遅れ破壊の発生を防止することができる、真ひずみと加工硬化速度が制御されたオーステナイト系ステンレス鋼をすることができる。

従来のオーステナイト系ステンレス鋼でシンクボウルを加工した後のエッジ部分を撮影した写真である。 本発明の一実施形態によるオーステナイト系ステンレス鋼でシンクボウルを加工した後のエッジ部分を撮影した写真である。 本発明の一実施形態によるオーステナイト系ステンレス鋼の真ひずみと加工硬化速度の相関関係を示すグラフである。

以下、本発明を実施するための具体例を、図面を参照しながら詳細に説明する。以下の実施形態は、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に本発明の技術思想を十分に伝達するために提示するものである。本発明は、本明細書に提示した実施形態のみに限定されず、他の態様で具現され得る。図面は、本発明を明確にするために、説明と無関係な部分は図示を省略し、理解を助けるために構成要素のサイズを多少誇張して表現する。

本発明の一実施形態による加工性が向上したオーステナイト系ステンレス鋼は、重量％で、シリコン（Ｓｉ）を０．１％〜０．６５％、マンガン（Ｍｎ）を０．２％〜３．０％、ニッケル（Ｎｉ）を６．５％〜１０．０％、クロム（Ｃｒ）を１６．５％〜２０．０％、銅（Ｃｕ）を６．０％以下（０は除外）、炭素（Ｃ）および窒素（Ｎ）を合計で０．０８％以下（０は除外）、残りにＦｅおよび不可避な不純物を含む。

以下、本実施形態による加工性が向上したオーステナイト系ステンレス鋼管を構成する成分の数値限定理由について説明する。

シリコン（Ｓｉ）は、０．１重量％〜０．６５重量％の範囲内で調節して添加する。

シリコン（Ｓｉ）は、脱酸素のために必ず添加される元素であり、その含有量をあまりに低い量に制御するには、製鋼工程のコストが高くなるので、０．１重量％以上に限定する。

しかし、過度に高い含有量のＳｉを添加すると、Ｓｉは、固溶強化元素であるため、強度が増大して、素材が硬質化される。そして、Ｓｉは、酸素と結合して介在物を形成することにより、耐食性が低下するので、その上限を０．６５重量％に制限する。

マンガン（Ｍｎ）は、０．２重量％〜３．０重量％の範囲内で調節して添加する。

マンガン（Ｍｎ）は、脱酸素のために必ず添加されるだけでなく、オーステナイト相の安定性を増加させ、フェライトあるいはマルテンサイトの生成量を減らす元素であり、加工硬化速度を低減する効果があり、０．２重量％以上を添加する。

しかし、Ｍｎは、固溶強化元素であって、過度に高い含有量のＭｎ添加は、鋼の強度増加の虞があり、材料の耐食性を低下させるので、その上限は３．０重量％に制限する。

ニッケル（Ｎｉ）は、６．５重量％〜１０．０重量％の範囲内で調節して添加する。

ニッケル（Ｎｉ）は、クロム（Ｃｒ）とともに添加すると、耐孔食性のような耐食性の向上に効果的だけでなく、その含有量が増加すると、オーステナイト鋼の軟質化および加工硬化速度を低下させる効果がある。また、ニッケル（Ｎｉ）は、オーステナイト相の安定性を増加させ、鋼管のフェライトあるいはマルテンサイトの生成量を低減させる元素であり、オーステナイトのバランス維持のために６．５重量％以上を添加する。

しかし、過度に高い含有量のニッケル（Ｎｉ）添加は、鋼のコスト上昇を招くので、上限を１０．０重量％に制限する。

クロム（Ｃｒ）は、１６．５重量％〜２０．０重量％の範囲内で調節して添加する。

クロム（Ｃｒ）は、ステンレス鋼の耐食性を向上させる必須元素であって、汎用に使用されるためには、１６．５重量％以上が添加されなければならない。

しかし、Ｃｒは、固溶強化元素であって、過度に高い含有量のＣｒ添加は、コストの上昇を招くので、上限を２０．０重量％に制限する。

銅（Ｃｕ）は、６．０重量％以下（０は除外）の範囲内で調節して添加する。

銅（Ｃｕ）は、オーステナイト鋼の軟質化および加工硬化速度を低下させる効果があり、鋼のフェライトあるいはマルテンサイトの生成量を低減させる元素であって、これを添加することが好ましい。

しかし、過度に高い含有量の銅（Ｃｕ）添加は、熱間加工性を低下させ、かえってオーステナイト相を硬質化させ、コスト上昇および製造難易度を上昇させるので、その上限を６．０重量％に制限する。

炭素（Ｃ）および窒素（Ｎ）の合計は、０．０８重量％以下（０は除外）で添加されなければならない。

炭素（Ｃ）および窒素（Ｎ）は、侵入型（ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ）固溶強化元素であって、オーステナイト系ステンレス鋼を硬質化させるだけでなく、その含有量が高いと、加工時に発生する変形有機マルテンサイトを硬質化して、材料の加工硬化度が増加する。

したがって、炭素（Ｃ）および窒素（Ｎ）の含有量を制限する必要性があり、本発明では、炭素（Ｃ）および窒素（Ｎ）の合計の含有量を０．０８重量％以下に制限する。材料の硬質化を防止するために、好ましくは、炭素（Ｃ）および窒素（Ｎ）の合計の含有量は、０．０５重量％以下（０は除外）、より好ましくは、炭素（Ｃ）および窒素（Ｎ）の合計の含有量は、０．０３重量％以下（０は除外）である。

また、オーステナイト系ステンレス鋼は、真ひずみ０．１５〜０．４の範囲で加工硬化速度が１５００ＭＰａ以下である。

図２は、本発明の一実施形態によるオーステナイト系ステンレス鋼でシンクボウルを加工した後、エッジ部分を撮影した写真図である。図２は、図１のような形状のシンクボウル加工時に本発明で提示する方法で製造されたステンレス鋼の適用時に加工量が多いエッジ部分でも成形後に遅れ破壊が発生しないことを示す。

図３は、本発明の一実施例によるオーステナイト系ステンレス鋼の真ひずみと加工硬化速度の相関関係を示すグラフである。図３は、従来のステンレス鋼と本発明のステンレス鋼の１軸引張試験後に真ひずみによる加工硬化速度を示す。従来のステンレス鋼は、真ひずみ０．１５以上０．４以下の範囲で、加工硬化速度が１５００ＭＰａ以上に増加するのに対し、本発明によるステンレス鋼の加工硬化速度は、１５００ＭＰａ以下に維持されることを示す。

一般的にステンレス鋼を加工すると、加工硬化が発生する。遅れ破壊は、加工量が多い場合に発生するので、本発明では、真ひずみが０．１５以上０．４以下の範囲で加工硬化を調べた。

加工硬化は、ステンレス鋼の真ひずみ変化に対する真応力の変化の比である加工硬化速度で定量的に示した。図３を参照すると、従来使用されたステンレス鋼（比較例）では、加工硬化速度が真ひずみ０．１５以上０．４以下の範囲で１５００ＭＰａ以上であることが分かる。

図３を参照すると、本発明（実施例）では、真ひずみ０．１５以上０．４以下の範囲で加工硬化速度が１５００ＭＰａ以下に制御されることにより、加工後にも遅れ破壊が発生せず、加工性に優れたステンレス鋼を得ることができた。

加工硬化速度は、板材をＪＩＳ１３Ｂ、ＪＩＳ５規格に準拠して引張試験片を加工した後、破断されるまで１軸引張試験をして得られた真ひずみと真応力値から計算した。引張試験の規格は、特に限定されず、規格は単に例として提供される。遅れ破壊を試験するために、板材は、実際にシンクボウル形状に加工してもよく、または直径５０ｍｍ、高さ１００ｍｍの簡単なカップ形状に加工してもよい。

例えば、ステンレス鋼のＡＳＴＭ結晶粒度番号が８以下である。この結晶粒度は、ステンレス鋼管の長さ方向の断面で測定した結晶粒度である。

例えば、ステンレス鋼は、フェライト相分率が１％未満であり、マルテンサイト相分率が１％未満である。すなわち、ステンレス鋼は、磁化方式で測定したフェライトまたはマルテンサイト分率が１％未満である。

以下、実施例を通じて本発明をより詳細に説明する。

＜実施例＞
表１に示す発明例１〜発明例１１および比較例１〜２の成分を含むオーステナイト系ステンレス鋼スラブを連続鋳造により製造した。その後、オーステナイト系ステンレス鋼スラブを熱間圧延し、総圧下率５０％で冷間圧延して、冷延鋼板を製造した。

その後、冷延鋼板を利用してシンクボウルへの加工を行い、鋼板の加工硬化速度を測定し、シンクボウルに加工した後、遅れ破壊の有無を目視で観察して、以下の表２に示した。

表１および表２は、本発明で提示する成分範囲と加工硬化速度に応じて製造したステンレス鋼は遅れ破壊が発生しないことを示す。一方、従来使用されるステンレス鋼の比較例２種は、同条件で加工硬化速度が１５００ＭＰａ以下を満たさず、遅れ破壊が発生した。

図１は、比較例１によるオーステナイト系ステンレス鋼でシンクボウルを加工した後、エッジ部分を撮影した写真であり、図２は、発明例１によるオーステナイト系ステンレス鋼でシンクボウルを加工した後、エッジ部分を撮影した写真である。図３は、比較例１によるオーステナイト系ステンレス鋼および発明例１によるオーステナイト系ステンレス鋼の真ひずみと加工硬化速度の相関関係を示すグラフである。

図１〜図３および表２を参照すると、本発明の実施例による真ひずみおよび加工硬化速度の範囲内で加工後にも遅れ破壊が発生しないが分かった。

以上、本発明の例示的な実施例を説明したが、本発明は、これに限定されず、当該技術分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。

本発明によるオーステナイト系ステンレス鋼は、キッチン用流し台のシンクボウルなどに適用可能な産業上の利用可能性がある。

Claims (2)

1. 重量％で、シリコン（Ｓｉ）を０．１％〜０．６５％、マンガン（Ｍｎ）を０．２％〜３．０％、ニッケル（Ｎｉ）を６．５％〜１０．０％、クロム（Ｃｒ）を１６．５％〜２０．０％、銅（Ｃｕ）を６．０％以下（０は除外）、炭素（Ｃ）および窒素（Ｎ）を合計で０．０３％未満（０は除外）、残りがＦｅおよび不可避な不純物からなり、
   ＡＳＴＭ結晶粒度番号が８以下で、真ひずみ０．１５〜０．４の範囲で、
   ＪＩＳ１３Ｂ、ＪＩＳ５規格に準拠して加工した引張試験片を、破断されるまで１軸引張試験をして得られた真ひずみと真応力値から計算された加工硬化速度が１５００ＭＰａ以下であることを特徴とする加工性が向上したオーステナイト系ステンレス鋼。
2. フェライト相分率及びマルテンサイト相分率が共に１％未満であることを特徴とする請求項１に記載の加工性が向上したオーステナイト系ステンレス鋼。