JP7116647B2 - austenitic stainless steel foil - Google Patents
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Description
本発明は、ばね用の素材として適したオーステナイト系ステンレス鋼箔に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an austenitic stainless steel foil suitable as a material for springs.
従来から、携帯電話端末や家電製品等の電子機器に設けられているタクトスイッチ等の薄型の押しボタンスイッチ用の材料としては、準安定オーステナイト系ステンレス鋼が用いられている。 Conventionally, metastable austenitic stainless steel has been used as a material for thin push-button switches such as tact switches provided in electronic devices such as mobile phone terminals and home electric appliances.
この種のオーステナイト系ステンレス鋼として、特許文献1ないし4のステンレス鋼が知られている。 As this type of austenitic stainless steel, stainless steels disclosed in Patent Documents 1 to 4 are known.
特許文献1には、平坦度に優れ、残留応力が小さいステンレス鋼箔が記載されている。 Patent Literature 1 describes a stainless steel foil with excellent flatness and low residual stress.
特許文献2には、引張強さが1600N/mm2以上で疲労特性に優れるステンレス鋼箔が記載されている。 Patent Document 2 describes a stainless steel foil having a tensile strength of 1600 N/mm 2 or more and excellent fatigue properties.
特許文献3には、表面にニッケル、銀合金をめっきする場合のめっきの長寿命化を図る技術が記載されている。 Patent Document 3 describes a technique for prolonging the life of plating when nickel and silver alloys are plated on the surface.
特許文献4には、はんだリフロー後の特性変化が小さく、クリック特性に優れるステンレス鋼が記載されている。 Patent Literature 4 describes a stainless steel that exhibits a small property change after solder reflow and is excellent in click property.
近年、携帯電話端末や家電製品等の電子機器の小型化がますます進み、これまで以上に材料の特性、特にスイッチの長寿命化につながる材料の疲労特性の向上が要求されている。 In recent years, electronic devices such as mobile phone handsets and home electric appliances are becoming more and more compact, and there is a demand for improved material properties, especially fatigue properties, which lead to longer switch life.
このような材料への要求に対応するには、まず高強度である必要があり、高強度化については圧延率を高くすることで対応可能であるが、高強度化するほど介在物により疲労特性が低下する傾向がある。そして、材料の強度を高めただけでは、疲労特性が不十分でタクトスイッチとしての長寿命化が図れない場合が多かった。 In order to meet these demands for materials, it is first necessary to have high strength, and high strength can be achieved by increasing the rolling reduction. tends to decrease. In addition, simply increasing the strength of the material often fails to extend the life of the tactile switch due to insufficient fatigue characteristics.
そこで、例えばタクトスイッチ等のばね用の材料として、所定の強度を確保した上で、疲労特性が良好な材料が求められていた。 Therefore, for example, as a material for springs such as tactile switches, a material having a predetermined strength and good fatigue characteristics has been demanded.
本発明はこのような点に鑑みなされたもので、疲労特性が良好なオーステナイト系ステンレス鋼箔を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such points, and an object of the present invention is to provide an austenitic stainless steel foil having good fatigue properties.
請求項1に記載されたオーステナイト系ステンレス鋼箔は、C:0.08質量%以上0.15質量%以下、Si:0.30質量%以上1.00質量%以下、Mn:0.50質量%以上2.00質量%以下、P:0.04質量%以下、S:0.010質量%以下、Ni:6.00質量%以上8.00質量%以下、Cr:16.00質量%以上18.00質量%以下、Cu:1.00質量%以下、N:0.005質量%以上0.15質量%以下、Ti:0.010質量%以下、Al:0.010質量%以下、Ca:0.005質量%以下、およびO:35ppm以上80ppm以下を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、板厚が20μm以上100μm以下で、板厚方向の平均結晶粒数が10個以上で、鋼材0.1gに含まれる円相当直径が15μm以上の介在物が100個/0.1g以下で、引張強さが1800N/mm2以上であるものである。 In the austenitic stainless steel foil described in claim 1, C: 0.08% by mass or more and 0.15% by mass or less, Si: 0.30% by mass or more and 1.00% by mass or less, Mn: 0.50% by mass % or more and 2.00 mass % or less, P: 0.04 mass % or less, S: 0.010 mass % or less, Ni: 6.00 mass % or more and 8.00 mass % or less, Cr: 16.00 mass % or more 18.00% by mass or less, Cu: 1.00% by mass or less, N: 0.005% by mass or more and 0.15% by mass or less, Ti: 0.010% by mass or less, Al: 0.010% by mass or less, Ca : 0.005% by mass or less, and O: 35 ppm or more and 80 ppm or less, the balance being Fe and unavoidable impurities, the plate thickness being 20 µm or more and 100 µm or less, and the average number of crystal grains in the plate thickness direction being 10 or more The number of inclusions with an equivalent circle diameter of 15 μm or more contained in 0.1 g of steel is 100/0.1 g or less, and the tensile strength is 1800 N/mm 2 or more.
請求項2に記載されたオーステナイト系ステンレス鋼箔は、請求項1記載のオーステナイト系ステンレス鋼箔において、Mo:1.00質量%以下、V:0.50質量%以下およびB:0.001質量%以上0.01質量%以下のうちの少なくとも1種を含有するものである。 The austenitic stainless steel foil described in claim 2 is the austenitic stainless steel foil described in claim 1, wherein Mo: 1.00 mass% or less, V: 0.50 mass% or less, and B: 0.001 mass% % or more and 0.01% by mass or less.
請求項3に記載されたオーステナイト系ステンレス鋼箔は、請求項1または2記載のオーステナイト系ステンレス鋼箔において、介在物は、C含有量が39質量%未満であるものである。 The austenitic stainless steel foil described in claim 3 is the austenitic stainless steel foil described in claim 1 or 2, wherein the inclusions have a C content of less than 39% by mass .
本発明によれば、所定の化学組成の範囲において、板厚が20μm以上100μm以下で、板厚方向の平均結晶粒数が10個以上で、鋼材0.1gに含まれる円相当直径が15μm以上の介在物が100個/0.1g以下であるため、疲労特性が良好である。 According to the present invention, within a predetermined chemical composition range, the plate thickness is 20 μm or more and 100 μm or less, the average number of crystal grains in the plate thickness direction is 10 or more, and the equivalent circle diameter contained in 0.1 g of steel material is 15 μm or more. The number of inclusions is 100/0.1 g or less, so the fatigue property is good.
以下、本発明の一実施の形態の構成について詳細に説明する。 A configuration of an embodiment of the present invention will be described in detail below.
本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼は、C(炭素):0.08質量%以上0.15質量%以下、Si(ケイ素):0.30質量%以上1.00質量%以下、Mn(マンガン):0.50質量%以上2.00質量%以下、P(リン):0.04質量%以下、S(硫黄):0.010質量%以下、Ni(ニッケル):6.00質量%以上8.00質量%以下、Cr(クロム):16.00質量%以上18.00質量%以下、Cu(銅):1.00質量%以下、N(窒素):0.005質量%以上0.15質量%以下、Ti(チタン):0.010質量%以下、Al(アルミニウム):0.010質量%以下、Ca(カルシウム):0.005質量%以下、およびO(酸素):35ppm以上80ppm以下を含有し、残部がFe(鉄)および不可避的不純物からなる。 The austenitic stainless steel according to the present invention contains C (carbon): 0.08% by mass or more and 0.15% by mass or less, Si (silicon): 0.30% by mass or more and 1.00% by mass or less, and Mn (manganese). : 0.50% by mass or more and 2.00% by mass or less, P (phosphorus): 0.04% by mass or less, S (sulfur): 0.010% by mass or less, Ni (nickel): 6.00% by mass or more 8 .00% by mass or less, Cr (chromium): 16.00% by mass or more and 18.00% by mass or less, Cu (copper): 1.00% by mass or less, N (nitrogen): 0.005% by mass or more and 0.15% by mass % by mass or less, Ti (titanium): 0.010 mass % or less, Al (aluminum): 0.010 mass % or less, Ca (calcium): 0.005 mass % or less, and O (oxygen): 35 ppm or more and 80 ppm or less and the balance consists of Fe (iron) and unavoidable impurities.
また、必要に応じて、Mo(モリブデン):1.00質量%以下、V(バナジウム):0.50質量%以下およびB(ホウ素)0.001質量%以上0.01質量%以下のうちの少なくとも1種を含有する。 Further, if necessary, Mo (molybdenum): 1.00% by mass or less, V (vanadium): 0.50% by mass or less, and B (boron) 0.001% by mass or more and 0.01% by mass or less Contains at least one.
Cは、オーステナイト生成元素であり、オーステナイト相および加工誘起マルテンサイト相の強化に有効な元素である。C含有量が0.08質量%より少ないと、強化作用を十分に奏さない可能性がある。一方、Cを0.15質量%を超えて添加すると加工性を低下させる要因となる可能性がある。したがって、Cの含有量は、0.08質量%以上0.15質量%以下とし、好ましくは0.13質量%以下とする。 C is an austenite-generating element and is an element effective for strengthening the austenite phase and the strain-induced martensite phase. If the C content is less than 0.08% by mass, there is a possibility that the reinforcing action will not be sufficiently exhibited. On the other hand, if C is added in excess of 0.15% by mass, it may become a factor of deteriorating workability. Therefore, the content of C should be 0.08% by mass or more and 0.15% by mass or less, preferably 0.13% by mass or less.
Siは、Al含有量を低く制御するという趣旨から、脱酸材として有用である。また、Siは、オーステナイト相の加工硬化を高める作用があり、圧延によって高強度を得るためには有効な元素である。これらの作用を奏するには、Siを0.30質量%以上添加する必要がある。一方、Siを1.00質量%を超えて添加すると、熱間圧延の際にδフェライトが生成し、熱間加工性が低下する可能性がある。したがって、Siの含有量は、0.30質量%以上1.00質量%以下とし、好ましくは0.40質量%以上0.90質量%以下とする。 Si is useful as a deoxidizing material for the purpose of controlling the Al content to a low level. Moreover, Si has the effect of increasing the work hardening of the austenite phase, and is an effective element for obtaining high strength by rolling. In order to exhibit these effects, it is necessary to add 0.30% by mass or more of Si. On the other hand, if Si is added in excess of 1.00% by mass, δ ferrite may be generated during hot rolling, resulting in deterioration of hot workability. Therefore, the content of Si should be 0.30% by mass or more and 1.00% by mass or less, preferably 0.40% by mass or more and 0.90% by mass or less.
Mnは、SiおよびOと結びついて、熱間圧延工程および冷間圧延工程で分断しやすい軟質なMn-Si-O系の介在物を形成する。また、Mnは、オーステナイト生成元素でありオーステナイト組織を得るために有効な元素である。これらの作用を奏するには、Mnを0.50質量%以上添加する必要がある。一方、Mnを2.00質量%を超えて添加すると、オーステナイト相が安定化し、加工誘起マルテンサイト変態が起こりにくくなる。したがって、Mnの含有量は、0.50質量%以上2.00質量%以下とし、好ましくは1.50質量%以下とする。 Mn combines with Si and O to form soft Mn--Si--O-based inclusions that are easily broken during the hot rolling process and the cold rolling process. Also, Mn is an austenite-generating element and is an element effective for obtaining an austenite structure. In order to exhibit these effects, it is necessary to add 0.50% by mass or more of Mn. On the other hand, when Mn is added in an amount exceeding 2.00% by mass, the austenite phase is stabilized, and deformation-induced martensitic transformation is less likely to occur. Therefore, the content of Mn is 0.50% by mass or more and 2.00% by mass or less, preferably 1.50% by mass or less.
PおよびSは、含有量は低いほど好ましいが、必要以上に含有量を低くすると加工性やその他の材料特性や製造性に影響を与える可能性がある。したがって、Pの含有量は、0.04質量%以下(無添加含まず。)とし、Sの含有量は0.010質量%以下(無添加含む。)とする。 The lower the content of P and S, the better, but an unnecessarily low content may affect workability, other material properties, and manufacturability. Therefore, the content of P is set to 0.04% by mass or less (excluding non-additives), and the content of S is set to 0.010% by mass or less (including non-additives).
Niは、オーステナイト形成元素であり、延性および靭性を向上させるために有効な元素である。これらの作用を奏するには、Niを6.00質量%以上添加する必要がある。一方、Niは比較的高価な元素であるため、過剰に添加すると材料コストが必要以上に上昇してしまう。したがって、Niの含有量は、6.00質量%以上8.00質量%以下とし、好ましくは7.50質量%以下とする。 Ni is an austenite-forming element and is an effective element for improving ductility and toughness. In order to exhibit these effects, it is necessary to add 6.00% by mass or more of Ni. On the other hand, since Ni is a relatively expensive element, excessive addition of Ni unnecessarily increases the material cost. Therefore, the Ni content should be 6.00% by mass or more and 8.00% by mass or less, preferably 7.50% by mass or less.
Crは、耐食性を向上させる元素であり、十分な耐食性を確保するためには16.00質量%以上添加する必要がある。一方、Crを18.00質量%を超えて添加すると加工性が低下する可能性がある。したがって、Crの含有量は、16.00質量%以上18.00質量%以下とし、好ましくは17.50質量%以下とする。 Cr is an element that improves corrosion resistance, and must be added in an amount of 16.00% by mass or more to ensure sufficient corrosion resistance. On the other hand, if Cr is added in excess of 18.00% by mass, workability may deteriorate. Therefore, the Cr content should be 16.00% by mass or more and 18.00% by mass or less, preferably 17.50% by mass or less.
Cuは、オーステナイト相を安定化させる上で有効な元素であるが、1.00質量%を超えて添加すると、加工性が低下する可能性がある。したがって、Cuの含有量は、1.00質量%以下(無添加含まず。)とする。 Cu is an effective element for stabilizing the austenite phase, but when added in excess of 1.00% by mass, workability may deteriorate. Therefore, the content of Cu is set to 1.00% by mass or less (not including non-additives).
Nは、オーステナイト形成元素であり、強度および延性の向上に有効な元素である。これらの作用を奏するには、Nを0.005質量%以上添加する必要がある。一方、Nを0.15質量%を超えて添加すると、ブローホールの原因となる可能性がある。したがって、Nの含有量は、0.005質量%以上0.15質量%以下とする。 N is an austenite-forming element and is an element effective in improving strength and ductility. In order to exhibit these effects, it is necessary to add 0.005% by mass or more of N. On the other hand, adding more than 0.15% by mass of N may cause blowholes. Therefore, the content of N is set to 0.005% by mass or more and 0.15% by mass or less.
Tiは、酸化しやすく、さらにNと結びついてTiNを形成しやすい元素である。TiNは酸化物系の介在物に比べると小さいものの、硬質な介在物で、熱間圧延工程および冷延工程で分断しにくいため、箔の段階としては比較的大きな介在物として観察されることもある。したがって、Tiの含有量は、0.010質量%以下(無添加含む。)とし、好ましくは0.005質量%以下とする。 Ti is an element that is easily oxidized and is easily combined with N to form TiN. Although TiN is smaller than oxide-based inclusions, it is a hard inclusion that is difficult to break during the hot rolling process and cold rolling process, so it can be observed as a relatively large inclusion at the foil stage. be. Therefore, the content of Ti should be 0.010% by mass or less (including no addition), preferably 0.005% by mass or less.
Alは、酸化しやすく、高温で析出して粗大な介在物となりやすい元素であり、その介在物は、硬質であるため熱間圧延および冷延工程にて分断されにくい。したがって、Alの含有量は、0.010質量%以下(無添加含む。)とし、好ましくは0.005質量%以下とする。 Al is an element that is easily oxidized and precipitates at a high temperature to form coarse inclusions. Since the inclusions are hard, they are difficult to break during the hot rolling and cold rolling processes. Therefore, the content of Al should be 0.010% by mass or less (including no addition), preferably 0.005% by mass or less.
Caは、Al2O3に比べると軟質ではあるものの、高温で析出するため粗大な酸化物を形成する元素である。したがって、Caの含有量は、0.005質量%以下(無添加含む。)とし、好ましくは0.003質量%以下とする。 Although Ca is softer than Al 2 O 3 , it is an element that forms coarse oxides because it precipitates at high temperatures. Therefore, the content of Ca should be 0.005% by mass or less (including no addition), preferably 0.003% by mass or less.
Oは、ステンレス鋼中に不可避的に混入される元素であり、製鋼工程においてSiやAlを用いて脱酸が行われるが、脱酸後も0.001~0.010質量%程度のOが残存することが一般的である。残存したOは鋼中のSi、Mn、Al、TiおよびCa等の易酸化性元素と結合し、酸化物系介在物を形成させる。Oの含有量が35ppmより少ないと、SiおよびMnが酸化しにくくなり、介在物におけるAl2O3の比率が高くなる。Al2O3は硬質であり、熱間圧延工程および冷間圧延工程で伸展しにくいため、20~100μmの箔になった段階でも比較的大型の介在物として残りやすい。一方、O含有量が80ppmを超えると、酸化物の絶対量が増加し、集積して大型の介在物に相当する可能性がある。したがって、Oの含有量は35ppm以上80ppm以下とする。 O is an element that is inevitably mixed in stainless steel, and is deoxidized using Si or Al in the steelmaking process. It is common to remain. The remaining O combines with easily oxidizable elements such as Si, Mn, Al, Ti and Ca in the steel to form oxide inclusions. If the O content is less than 35 ppm, Si and Mn are less likely to be oxidized and the ratio of Al 2 O 3 in inclusions increases. Al 2 O 3 is hard and does not stretch easily in the hot rolling process and the cold rolling process, so that it tends to remain as relatively large inclusions even at the stage of forming a foil of 20 to 100 μm. On the other hand, when the O content exceeds 80 ppm, the absolute amount of oxides increases and may accumulate to correspond to large inclusions. Therefore, the O content should be 35 ppm or more and 80 ppm or less.
Moは、耐食性の向上に有効な元素であるが、比較的高価な元素である。したがって、Moを添加する場合には、その含有量を1.00質量%以下とする。 Mo is an element effective in improving corrosion resistance, but is a relatively expensive element. Therefore, when adding Mo, the content shall be 1.00 mass % or less.
Vは、高温で炭化物を形成し、その析出強化やV自体の固溶強化で強度を向上させる元素である。一方、0.50質量%を超えて添加すると鋼材の靱性を阻害する可能性がある。したがって、Vを添加する場合には、その含有量を0.50質量%以下とする。 V is an element that forms carbides at high temperatures and improves strength by precipitation strengthening and solid solution strengthening of V itself. On the other hand, if added in excess of 0.50% by mass, the toughness of the steel material may be impaired. Therefore, when V is added, its content is made 0.50% by mass or less.
Bは、ステンレス鋼の熱間加工性を向上させ、熱間圧延工程での割れ防止に有効な元素である。一方、Bを過剰に添加すると、かえって熱間加工性が低下する可能性がある。したがって、Bを添加する場合には、その含有量を0.001質量%以上0.01質量%以下とする。 B is an element effective in improving the hot workability of stainless steel and preventing cracks in the hot rolling process. On the other hand, if B is added excessively, the hot workability may rather deteriorate. Therefore, when B is added, its content is made 0.001% by mass or more and 0.01% by mass or less.
上記化学組成にて構成されたオーステナイト系ステンレス鋼は、後述の所定の製造工程(例えば、熱間圧延、冷間圧延、焼鈍、仕上圧延およびテンションアニーリング)を経て、引張強さが1800N/mm2以上で、板厚が20μm以上100μm以下の箔状となる。 The austenitic stainless steel having the chemical composition described above has a tensile strength of 1800 N/mm 2 after undergoing predetermined manufacturing processes (for example, hot rolling, cold rolling, annealing, finish rolling and tension annealing) described later. As described above, a foil-like plate having a plate thickness of 20 μm or more and 100 μm or less is obtained.
このような箔状のオーステナイト系ステンレス鋼は、板厚方向の平均結晶粒数が10個以上である。 Such a foil-shaped austenitic stainless steel has an average number of crystal grains in the sheet thickness direction of 10 or more.
なお、板厚方向の結晶粒数は、最終圧延前の焼鈍材について、圧延方向に平行で板厚方向に垂直な断面を研磨し、結晶粒界を現出させるエッチング処理を施した上で、顕微鏡によって組織観察を行うことで、板厚方向の結晶粒の数を測定する。また、板厚方向の結晶粒数は、測定位置によってばらつきが生じることも想定されるため、複数箇所(例えば5箇所以上)で測定して、その平均値を求める。 The number of crystal grains in the plate thickness direction is determined by polishing the cross section parallel to the rolling direction and perpendicular to the plate thickness direction of the annealed material before final rolling, and performing an etching treatment to reveal the grain boundaries. The number of crystal grains in the plate thickness direction is measured by observing the structure with a microscope. In addition, since it is assumed that the number of crystal grains in the plate thickness direction varies depending on the measurement positions, measurements are taken at a plurality of positions (for example, 5 or more positions) and the average value is obtained.
ここで、20~100μmの箔状のオーステナイト系ステンレス鋼では、圧延において微細に分断されにくく円相当直径15μm以上の硬質な介在物が疲労特性に悪影響を及ぼし、その介在物が100個/0.1gを超えると、疲労特性が著しく低下する。したがって、オーステナイト系ステンレス鋼における円相当直径が15μm以上の介在物数は、100個/0.1g以下とする。なお、板厚円相当直径とは、介在物の面積と等しい円の直径を意味する。 Here, in foil-shaped austenitic stainless steel of 20 to 100 μm, hard inclusions with an equivalent circle diameter of 15 μm or more, which are difficult to break into fine pieces during rolling, adversely affect the fatigue characteristics. If it exceeds 1 g, the fatigue properties are remarkably lowered. Therefore, the number of inclusions having an equivalent circle diameter of 15 μm or more in the austenitic stainless steel should be 100/0.1 g or less. The plate thickness circle equivalent diameter means the diameter of a circle equal to the area of the inclusion.
オーステナイト系ステンレス鋼における介在物を測定する際には、まず、ステンレス鋼素地を溶解するが介在物を溶解しない溶液、例えばメタノール25mLにヨウ素3.25gを溶かした溶液に、測定対象のステンレス鋼を0.1g浸漬し、超音波をかけながら溶解する。 When measuring inclusions in austenitic stainless steel, first, the stainless steel to be measured is added to a solution that dissolves the stainless steel base but does not dissolve the inclusions, such as a solution of 3.25 g of iodine dissolved in 25 mL of methanol. 0.1 g is immersed and dissolved while applying ultrasonic waves.
次いで、孔径0.5μmのポリテトラフルオロエチレン(PTFE)製のメンブレンフィルタを用いて、真空引きしながら濾過を行い、主に介在物からなる残渣物を抽出する。 Next, using a membrane filter made of polytetrafluoroethylene (PTFE) with a pore size of 0.5 μm, filtration is performed while vacuuming to extract a residue mainly composed of inclusions.
なお、濾過の際に、内径40mmのガラス器具を用いることで、介在物が抽出される面積が直径40mmの範囲となるようにすることが好ましい。 In addition, it is preferable to use glassware having an inner diameter of 40 mm for filtration so that the area from which inclusions are extracted is within the range of 40 mm in diameter.
メンブレンフィルタに白金蒸着を施し、走査型電子顕微鏡(SEM)およびエネルギ分散型X線分析によって、介在物の形状および組成を計測し、円相当直径が15μm以上である介在物数を測定する。 The membrane filter is subjected to platinum vapor deposition, and the shape and composition of inclusions are measured by a scanning electron microscope (SEM) and energy dispersive X-ray analysis, and the number of inclusions having an equivalent circle diameter of 15 μm or more is counted.
介在物数を測定する際には、上記方法で抽出された残渣物においてC含有量が39質量%以下のものを介在物とすることで、作業過程で不可避的に混入するコンタミ等と介在物とを区別できるので好ましい。 When measuring the number of inclusions, inclusions with a C content of 39% by mass or less in the residue extracted by the above method are used as inclusions, so that contaminants etc. that are unavoidably mixed in during the work process and inclusions It is preferable because it is possible to distinguish between
なお、20~100μmの箔状のオーステナイト系ステンレス鋼では、圧延において分断されにくく円相当直径15μm以上の硬質な介在物が疲労特性に悪影響を及ぼすと考えられる。そのため、介在物を測定する際には、Al含有量が1質量%以上およびTi含有量が1質量%以上の少なくともいずれかを満たす介在物のみをカウント対象とすることで、疲労特性を低下させる硬質な介在物をより正確に測定できるので好ましい。 In a foil-shaped austenitic stainless steel with a thickness of 20 to 100 μm, it is considered that hard inclusions having an equivalent circle diameter of 15 μm or more, which are difficult to break during rolling, adversely affect the fatigue characteristics. Therefore, when measuring inclusions, only inclusions that satisfy at least one of an Al content of 1% by mass or more and a Ti content of 1% by mass or more are counted, thereby reducing the fatigue characteristics. This is preferable because hard inclusions can be measured more accurately.
例えば表1には、上述のように計測した介在物およびコンタミの大きさおよび組成を示す。 For example, Table 1 shows the sizes and compositions of inclusions and contaminants measured as described above.
表1では、C<39質量%を満たすもので、かつ、Al≧1質量%以上およびTi≧1質量%の少なくともいずれかを満たすもの(No.5~8)を介在物とし、それ以外(No.1~4)をコンタミとしている。また、このように分類した介在物のうち、円相当直径が15μm以上であるNo.8を0.1gあたりの個数を規定する対象の介在物としてカウントする。 In Table 1, inclusions (No. 5 to 8) that satisfy C < 39% by mass and satisfy at least one of Al ≥ 1% by mass or Ti ≥ 1% by mass, and others ( No. 1 to 4) are regarded as contaminants. Among the inclusions classified in this way, no. Count 8 as inclusions of interest to define the number per 0.1 g.
そして、上記オーステナイト系ステンレス鋼は、例えば携帯電話や家電製品等の電子機器に設けられているタクトスイッチ用のメタルドーム等のばね材として好適に用いられる。 The austenitic stainless steel is suitably used as spring materials such as metal domes for tactile switches provided in electronic devices such as mobile phones and home electric appliances.
次に上記オーステナイト系ステンレス鋼の製造方法を説明する。 Next, a method for producing the austenitic stainless steel will be described.
まず、電気炉でステンレス鋼の原料を溶解し、その溶鋼に酸素を吹き込むことで脱炭し、次いでSiを加えて溶鋼中の酸素と反応させて、酸素濃度を低減させる脱酸作業を行う。 First, stainless steel raw materials are melted in an electric furnace, oxygen is blown into the molten steel for decarburization, and then Si is added to react with the oxygen in the molten steel to reduce the oxygen concentration.
最終的に溶鋼中の酸素濃度を35~80ppmに制御するためには、スラグの塩基度(CaO/SiO2)を比較的低め、例えば1.3~1.5程度に制御することが有効である。 In order to finally control the oxygen concentration in molten steel to 35 to 80 ppm, it is effective to control the slag basicity (CaO/SiO 2 ) relatively low, for example, to about 1.3 to 1.5. be.
このように酸素濃度が35~80ppmであれば、その後、連続鋳造工程に至るまでの工程で、SiおよびMnが酸化して、熱間圧延工程および冷間圧延工程で分断されやすいMn-Si-O系酸化物が生成される。 If the oxygen concentration is 35 to 80 ppm in this way, then Si and Mn are oxidized in the process up to the continuous casting process, and Mn-Si- An O-based oxide is produced.
なお、酸素濃度が35ppm未満まで低下させると、Mnが酸化しにくくなり、圧延で分断されにくいSi-Al-O系の酸化物が生成しやすくなる。また、酸素濃度が35~80ppmであっても、不可避的に混入するAl、TiおよびCaの量が多ければ、必然的にそれらの酸化物が増加するため、不可避的な混入を出きる限り避けるように、原料や溶鋼を入れる鍋の状態に注意を払うことが重要である。 If the oxygen concentration is reduced to less than 35 ppm, Mn is less likely to be oxidized, and Si--Al--O-based oxides, which are less likely to be split during rolling, are more likely to form. In addition, even if the oxygen concentration is 35 to 80 ppm, if the amount of Al, Ti and Ca that are unavoidably mixed in is large, their oxides will inevitably increase, so unavoidable contamination should be avoided as much as possible. As such, it is important to pay attention to the condition of the raw material and the ladle in which the molten steel is placed.
次いで、連続鋳造で製造されたスラブを、1100~1300℃に加熱し、熱間圧延を行い熱延鋼帯とする。 Next, the slab produced by continuous casting is heated to 1100 to 1300° C. and hot rolled to obtain a hot rolled steel strip.
熱延鋼帯に対して、冷間圧延と焼鈍を繰り返し、所定の板厚の焼鈍材とし、仕上圧延によってオーステナイト相を加工硬化させるとともに、加工誘起マルテンサイト変態させ、高強度のオーステナイト系ステンレス鋼箔を得る。 A hot-rolled steel strip is repeatedly cold-rolled and annealed to obtain an annealed material with a predetermined thickness, and the austenite phase is work-hardened by finish rolling and work-induced martensite transformation is performed to produce a high-strength austenitic stainless steel. get foil.
また、仕上圧延後には、テンションアニーリング(TA)によって、残留応力除去および形状矯正を行うことが好ましい。 After finish rolling, tension annealing (TA) is preferably performed to remove residual stress and correct the shape.
特に特性に対して重要である工程は、仕上圧延前の焼鈍温度と仕上圧延率と仕上圧延温度である。仕上圧延前の焼鈍温度が高いと結晶粒径が大きくなる。 The steps that are particularly important for properties are the annealing temperature before finish rolling, the finish rolling reduction and the finish rolling temperature. If the annealing temperature before finish rolling is high, the grain size increases.
具体的には、20~100μmの板厚の場合、板厚方向の結晶粒の数が少ないと特性のばらつきを生じやすい。そのため、板厚方向の平均結晶粒数が10個以上になるよう、板厚に応じて、900~1100℃の範囲で適切に焼鈍温度および時間を設定することが好まく、より好ましい焼鈍温度は950~1050℃である。 Specifically, in the case of a plate thickness of 20 to 100 μm, if the number of crystal grains in the plate thickness direction is small, the characteristics tend to vary. Therefore, it is preferable to appropriately set the annealing temperature and time in the range of 900 to 1100 ° C. according to the plate thickness so that the average number of crystal grains in the plate thickness direction is 10 or more. It is 950-1050°C.
仕上圧延率は、目標とする特性、成分および結晶粒径を考慮して設定すればよい。仕上圧延温度が低いと加工誘起マルテンサイト変態が起こりやすく、強度を得やすいが、圧延の際の発熱によって温度が上昇することから、過度に温度を低くすることは生産性の低下の要因となる。一方、仕上圧延温度が高いと、加工誘起マルテンサイト変態が起こりにくいが、それでも圧延率を高くすれば高強度を得ることは可能である。従って、仕上圧延温度も目標とする特性、成分および結晶粒径を考慮して設定することが好ましい。 The finish rolling reduction may be set in consideration of the target properties, composition and grain size. If the finish rolling temperature is low, deformation-induced martensitic transformation is likely to occur, making it easier to obtain strength. . On the other hand, if the finish rolling temperature is high, deformation-induced martensitic transformation is less likely to occur, but high strength can still be obtained by increasing the rolling reduction. Therefore, it is preferable to set the finish rolling temperature in consideration of the target properties, composition and grain size.
テンションアニーリングは、数kgf/mm2(例えば5kgf/mm2)の張力を加えた状態で、480~540℃で数秒(例えば5秒)程度の熱処理を行えばよい。なお、材料温度が480~540℃に到達した後、ただちに冷却してもよい。 Tension annealing may be carried out by heat treatment at 480 to 540° C. for several seconds (eg, 5 seconds) under a tension of several kgf/mm 2 (eg, 5 kgf/mm 2 ). In addition, after the material temperature reaches 480 to 540° C., the material may be immediately cooled.
次に、上記一実施の形態の作用および効果を説明する。 Next, the operation and effects of the above embodiment will be described.
上記オーステナイト系ステンレス鋼によれば、所定の化学組成の範囲で板厚が20μm以上100μm以下の箔状であり、鋼材0.1gに含まれる円相当直径15μm以上の介在物が100個/0.1g以下であるため、介在物による熱疲労特性の低下を抑えることができる。より具体的に説明すると、特に介在物の形成に影響するO、Si、Mn、Al、CaおよびTiの含有量を規定して、ステンレス鋼中の介在物を圧延によって分断されやすいものに制御することで、圧延によってステンレス鋼が板厚20μm以上100μm以下の箔になった段階では、円相当直径15μm未満の微細な介在物が多く存在した状態となる。そのため、圧延によって引張強さが1800N/mm2以上という強度を確保できるとともに、疲労特性も良好である。 According to the above austenitic stainless steel, it is foil-shaped with a plate thickness of 20 μm or more and 100 μm or less within a predetermined chemical composition range, and 100 inclusions/0. Since it is 1 g or less, deterioration of thermal fatigue characteristics due to inclusions can be suppressed. More specifically, the contents of O, Si, Mn, Al, Ca and Ti, which particularly affect the formation of inclusions, are specified to control the inclusions in the stainless steel so that they are easily broken by rolling. Therefore, when the stainless steel is rolled into a foil having a plate thickness of 20 μm or more and 100 μm or less, many fine inclusions having an equivalent circle diameter of less than 15 μm are present. Therefore, it is possible to secure a tensile strength of 1800 N/mm 2 or more by rolling, and the fatigue property is also good.
また、板厚方向の平均結晶粒数が10個以上にすることにより、ステンレス鋼における場所による特性のばらつきの発生を抑えることができるため、疲労特性を向上できる。 Further, by setting the average number of crystal grains in the plate thickness direction to 10 or more, it is possible to suppress the occurrence of variations in properties depending on the location in the stainless steel, so that the fatigue properties can be improved.
以下、本実施例および比較例について説明する。 Examples and comparative examples will be described below.
表2に示す化学組成のステンレス鋼を電気炉で溶解し、上述の方法でオーステナイト系ステンレス鋼箔を製造した。 Stainless steels having chemical compositions shown in Table 2 were melted in an electric furnace, and austenitic stainless steel foils were produced by the method described above.
なお、表2における各元素の含有量は、Oppmでの値であり、他の元素は質量%での値である。 The content of each element in Table 2 is the value in Opppm, and the other elements are the values in mass%.
また、表2におけるMd30の値は、Md30=551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-29(Ni+Cu)-13.7Cr-18.5Moの式で示すオーステナイト安定度指数である。この式は、各元素の含有量に基づくものであり、各元素の含有量(質量%)の値が代入され、含有していない元素は0が代入される The value of Md30 in Table 2 is an austenite stability index represented by the formula Md30=551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-29(Ni+Cu)-13.7Cr-18.5Mo. This formula is based on the content of each element, and the value of the content (mass%) of each element is substituted, and 0 is substituted for elements that do not contain
また、表3に示す条件で焼鈍および仕上圧延を行い、板厚を40μmとして、板厚方向の結晶粒数の計測、介在物の測定、引張強さの測定および疲労試験を行った。 Further, annealing and finish rolling were performed under the conditions shown in Table 3, and the plate thickness was set to 40 μm.
鋼種A1、A2およびB1については、表3に示すとおり複数の条件で焼鈍および仕上圧延を行った。 Steel grades A1, A2 and B1 were annealed and finish rolled under multiple conditions as shown in Table 3.
なお、板厚が異なると疲労試験条件を変更する必要があり、相対比較が難しくなることから、本実施例および比較例ともに板厚は40μmで統一した。 Note that if the plate thickness is different, it is necessary to change the fatigue test conditions, making it difficult to make a relative comparison.
また、疲労特性を比較するために、強度(引張強さ)は、本実施例および比較例のいずれも同等とした。 Moreover, in order to compare the fatigue characteristics, the strength (tensile strength) was set to be the same in both the present example and the comparative example.
介在物の測定は、上述のようにメタンおよびヨウ素の液体にステンレス鋼を溶解し濾過して抽出したものをSEMおよびエネルギ分散型X線分析し、Al≧1質量%およびTi≧1質量%の少なくともいずれかを満たし、C<39質量%であるものを介在物として、円相当直径15μm以上の介在物数をカウントした。 Inclusions were measured by dissolving the stainless steel in a liquid of methane and iodine as described above, filtering and extracting them, and subjecting them to SEM and energy dispersive X-ray analysis. The number of inclusions having an equivalent circle diameter of 15 μm or more was counted, with inclusions satisfying at least one of the conditions and having C<39% by mass.
疲労試験は、JIS P 8115に準じ、通称MIT試験と呼ばれる曲げ疲労試験を行った。具体的には、上記各ステンレス鋼から長さ110mm、幅15mmの試験片を切り出し、東洋精機製作所製の耐折疲労試験機を用いて、試験荷重を1kgとし、折り曲げ角度を135°とし、折り曲げ半径を2.9mmとし、折り曲げ速度を175回/分として、曲げ疲労試験を行った。 As a fatigue test, a bending fatigue test commonly called MIT test was performed according to JIS P 8115. Specifically, a test piece having a length of 110 mm and a width of 15 mm is cut out from each of the above stainless steels, and a folding endurance fatigue tester manufactured by Toyo Seiki Seisakusho Co., Ltd. is used to set the test load to 1 kg and the bending angle to 135°. A bending fatigue test was performed with a radius of 2.9 mm and a bending speed of 175 times/min.
この曲げ疲労試験では、耐久回数が10000回以上のものを疲労特性が良好であると評価した。 In this bending fatigue test, the fatigue property was evaluated to be good if the endurance count was 10,000 or more.
表3に示すように、所定の化学組成の範囲において、板厚方向の結晶粒数が10個以上で、鋼材0.1gに含まれる15μm以上の介在物数が100個/0.1g以下である本実施例は、いずれも、曲げ疲労試験の耐久回数が10000回以上であり、疲労特性が良好であった。 As shown in Table 3, within a predetermined chemical composition range, the number of crystal grains in the plate thickness direction is 10 or more, and the number of inclusions of 15 μm or more contained in 0.1 g of steel is 100/0.1 g or less. All of the present examples had a durability of 10,000 times or more in the bending fatigue test, indicating good fatigue characteristics.
所定の化学組成の範囲において、鋼材0.1gに含まれる15μm以上の介在物数が100個/0.1g以下であるものの、板厚方向の結晶粒数が10個未満の比較例であるA1-4およびA2-2は、曲げ疲労試験の耐久回数が10000回未満であった。 A1, which is a comparative example in which the number of inclusions of 15 μm or more contained in 0.1 g of steel material is 100/0.1 g or less in a predetermined chemical composition range, but the number of crystal grains in the plate thickness direction is less than 10 -4 and A2-2 were less than 10000 times in the bending fatigue test.
Ti、Al、CaおよびOの少なくともいずれかの含有量が範囲外であるB1-1、B1-2、B1-3、B1-4、B2、B3およびB4は、いずれも鋼材0.1gに含まれる15μm以上の介在物数が100個/0.1gを越えており、曲げ疲労試験の耐久回数が10000回未満であった。 B1-1, B1-2, B1-3, B1-4, B2, B3 and B4 in which the content of at least one of Ti, Al, Ca and O is outside the range are all included in 0.1 g of steel The number of inclusions with a diameter of 15 μm or more in the sample exceeded 100/0.1 g, and the number of times of endurance in the bending fatigue test was less than 10,000 times.
Claims (3)
板厚が20μm以上100μm以下で、
板厚方向の平均結晶粒数が10個以上で、
鋼材0.1gに含まれる円相当直径が15μm以上の介在物が100個/0.1g以下で、
引張強さが1800N/mm2以上である
ことを特徴とするオーステナイト系ステンレス鋼箔。 C: 0.08% by mass or more and 0.15% by mass or less Si: 0.30% by mass or more and 1.00% by mass or less Mn: 0.50% by mass or more and 2.00% by mass or less P: 0.04 % by mass or less, S: 0.010% by mass or less, Ni: 6.00% by mass or more and 8.00% by mass or less, Cr: 16.00% by mass or more and 18.00% by mass or less, Cu: 1.00% by mass Below, N: 0.005% by mass or more and 0.15% by mass or less, Ti: 0.010% by mass or less, Al: 0.010% by mass or less, Ca: 0.005% by mass or less, and O: 35 ppm or more and 80 ppm containing the following, with the remainder consisting of Fe and unavoidable impurities,
The plate thickness is 20 μm or more and 100 μm or less,
The average number of crystal grains in the plate thickness direction is 10 or more,
100 inclusions/0.1 g or less with an equivalent circle diameter of 15 μm or more contained in 0.1 g of steel material,
An austenitic stainless steel foil having a tensile strength of 1800 N/mm 2 or more.
ことを特徴とする請求項1記載のオーステナイト系ステンレス鋼箔。 Mo: 1.00% by mass or less, V: 0.50% by mass or less, and B: 0.001% by mass or more and 0.01% by mass or less. austenitic stainless steel foil .
ことを特徴とする請求項1または2記載のオーステナイト系ステンレス鋼箔。 The austenitic stainless steel foil according to claim 1 or 2, wherein the inclusions have a C content of less than 39% by mass.
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