JP7256792B2 - 加工性および耐時効割れ性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼のドローイング加工品 - Google Patents
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Description
しかしながら、最近、市場における競争力を強化するために、多様か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おり、特に、Tight Radius Cornerを適用したシンクであるデザインシンク(Design Sink)の場合、通常、50mm以下のコーナー曲率半径(R)を有する。STS304のようなオーステナイト系ステンレス鋼は、フェライト系ステンレス鋼より格別に加工性に優れているが、デザインシンクに加工するときには、エッジ部分でたまにクラックが発生する。
また、最近では、304材質規格(EN、KS)である降伏強度230MPa以上および引張強度540MPa以上を満たす鋼が要求されており、単にCu、Niを添加して軟質化したオーステナイト系ステンレス鋼では限界があるのが現状である。
(1)565-445*C-495*N-11.3*Si-3.81*Mn-28.6*Ni-14.9*Cr-30.0*Cu
ここで、C、N、Si、Mn、Ni、Cr、Cuは、各元素の含量(重量%)を意味する。
(2)Cu/(100*N)≦0.55
ここで、Cu、Nは、各元素の含量(重量%)を意味する。
本発明の一実施例によれば、前記ステンレス鋼は、降伏強度(YS)230MPa以上および引張強度(TS)540MPa以上であることがよい。
(3)100*N-(Mn+Cu)≧0
ここで、N、Mn、Cuは、各元素の含量(重量%)を意味する。
本発明のステンレス鋼は、孔食電位が245mV以上であることができる。
本発明の一実施例によれば、前記ドローイング加工品は、加工24時間後に時効割れが発生しないことが好ましい。
また、降伏強度230MPa以上および引張強度540MPa以上を確保し、材質規格を満たし、孔食電位245mV以上を示して、耐食性に優れる効果を有す。
(1)565-445*C-495*N-11.3*Si-3.81*Mn-28.6*Ni-14.9*Cr-30.0*Cu
ここで、C、N、Si、Mn、Ni、Cr、Cuは、各元素の含量(重量%)を意味する。
最近、シンク製品の意匠性を強調するトレンドに伴い、プレス成形品には、複雑な形成またはエッジコーナーの曲率半径(R)が50mm以下であるデザインシンク(Design Sink)のニーズが増加している。STS304鋼種は、優れたディープドローイング性を有するが、複雑形状の加工またはデザインシンク加工時にクラックがたまに発生する。このような点から、プレス成形により複雑な形状であるか、コーナー曲率半径(R)が50mm以下に管理されるデザインシンク製品の場合、ディープドローイング性だけでなく、加工硬化指数を制御することが重要であることが分かった。
本発明の一実施例による加工性および耐時効割れ性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼は、重量%で、C:0.01~0.04%、Si:0.1~1%、Mn:0.1~2%、Ni:6~10%、Cr:16~20%、Cu:1~2%、Mo:0.01~0.2%、N:0.035~0.07%、残りのFeおよび不可避な不純物からなる。
鋼に含まれる炭素は、オーステナイト相安定化元素であって、多く添加するほどオーステナイト相が安定化される効果があり、0.01%以上添加する必要はあるが、0.04%以上含有すると、変形誘起マルテンサイトを硬質化して、シンク成形中にひどく変形された部位で時効割れ(season cracking)を発生させる虞がある。
鋼に含まれるシリコンは、製鋼段階で脱散剤として添加される成分であり、一定量添加時に光輝焼なまし(Bright Annealing)工程を経る場合、不動態被膜にSi-Oxideを形成して、鋼の耐食性を向上させる効果がある。しかしながら、1.0%以上含有するとき、鋼の軟性を低下させる問題がある。
鋼に含まれるマンガンは、オーステナイト相安定化元素であって、多く含有するほどオーステナイト相が安定化されて、0.1%以上添加するが、過度に添加すると、耐食性を低下させるので、2%以下に制限することがよい。
鋼に含まれるニッケルは、オーステナイト相安定化元素であって、多く添加するほどオーステナイト相が安定化されて、素材を軟質化し、変形誘起マルテンサイトの発生に起因する加工硬化の抑制のために6%以上添加することが必要である。しかしながら、高価なニッケルを過度に添加することになると、費用上昇の問題が発生するため10%に制限することがよい。
鋼に含まれるクロムは、耐食性の改善のための必須元素であって、大気環境およびシンク用途での耐食性の確保のために16%以上添加することが必要であるが、過度の添加は、素材を硬質化し、ディープドローイング性などの成形性を低下さ不利になるので、20%以下に制限することがよい。
鋼に含まれる銅は、オーステナイト相安定化元素であって、多く添加するほどオーステナイト相が安定化されて、変形誘起マルテンサイトの発生に起因する加工硬化を抑制する効果があるので、1%以上を添加する。しかしながら、2%以上を添加すると、耐食性が低下する問題および費用上昇の問題がある。
鋼に含まれるモリブデンは、耐食性と加工性を向上させる効果があるので、0.01%以上を添加するが、過度な添加は、費用上昇を伴うので、0.2%以下に制限することがよい。
鋼に含まれる窒素は、オーステナイト相安定化元素であって、多く添加するほどオーステナイト相を安定化させる効果があり、材料の強度向上のためには0.035%以上添加する必要があるが、0.07%以上含有すると、変形誘起マルテンサイトを硬質化して、シンク成形中にひどく変形された部位で時効割れ(season cracking)を発生させる虞がある。
また、前記成分系組成と共に、下記式(1)で表されるオーステナイト安定化パラメーター(ASP)値が-3以下を満たすことがよい。
(1)565-445*C-495*N-11.3*Si-3.81*Mn-28.6*Ni-14.9*Cr-30.0*Cu
図2に示したとおり、多くの300系オーステナイトステンレス鋼の素材は、変形初期である真ひずみ率10~20%で0.3~0.4の範囲の加工硬化指数(n)を有するが、オーステナイトの安定化度によって変形後半である真ひずみ率30~40%では、0.55~0.65の範囲の加工硬化指数を有する。コーナー曲率半径(R)が小さいデザインシンクの場合、上述した現象を避ける変形初期の加工硬化指数と変形後半の加工硬化指数が類似した素材を製造することが重要である。
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は、オーステナイト安定化パラメーター(ASP)値が-3以下を満たして、真ひずみ率0.3~0.4の範囲で加工硬化指数n値が0.4~0.5の範囲を示すことができる。
(2)Cu/(100*N)≦0.55
また、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は、下記式(3)を満たすことができる。
(3)100*N-(Mn+Cu)≧0
ディープドローイングは、ドローイングダイ2の上に円形ブランク(blank)を載置した後、ブランクホルダー3で前記円形ブランクを適当な圧力で押す。次に、パンチ1が円形ブランクをダイ2内に引っ張って入ることになり、この際、素材の中心部は、徐々にドローイングされると同時に、素材の外周部は、ダイの側面を滑りながらダイ2内に流入する。
フランジ部30では、素材が半径方向であるダイ2の入口側にドローイングされるので、円周方向に圧縮変形が起こり、半径方向には引張変形が起こる。前記圧縮変形と引張変形の主変形作用として、フランジ部30では、厚さの増加が起こる。すなわち、フランジ部30は、素材のシール厚みが厚くなると同時に、圧縮変形による加工硬化によって素材の強度が上昇することになる。
ドローイングが進行されるにつれて、同じ破断限界を有するブランクのフランジ部30と側壁部20とでは、破断限界の差異が発生することになる。すなわち、フランジ部30は、[高い強度×厚い厚み]の破断限界を有することになり、側壁部20は、[多少高い強度×薄い厚み]の破断限界を有することになって、破断限界が不均一になり、ドローイング時に強度が弱い部分に変形が集中してクラックが発生する。
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を用いたドローイング加工時には、加工後に時効割れ(season cracking)の発生を防止することができる。
限界ドローイング比(LDR)は、素材の最大直径(D)とパンチ直径(d)の比(D/d)を意味する。
オーステナイト安定化パラメーター(ASP)値が-3を超過する場合、ドローイング加工時にオーステナイト(γ)から変形誘起マルテンサイト(α’)変態(以下、γ→>α’変態と表記する)を抑制できなくなり、加工24時間後に時効割れが発生する虞がある。したがって、本発明によるオーステナイト安定化パラメーター(ASP)値が-3以下である前記ステンレス鋼を使用してドローイング加工する場合には、ドローイング加工品の変形誘起マルテンサイトの量を制御することができて、時効割れを防止することができる。
下記の表1に示した成分組成のオーステナイト系ステンレス鋼を一部はLab.真空溶解をしてインゴット(Ingot)を製造し、一部は、電気炉-VOD-連続鋳造工程を経てスラブ(Slab)を製造した。製造されたインゴットとスラブは、1,240℃で1~2時間再加熱した後、粗圧延機と連続仕上げ圧延機により熱延材を製造し、1,000~1,100℃の温度で熱延焼なましを行った後、冷間圧延および冷延焼なましを実施した。
比較鋼4および5は、ASP値が-10.9、-11.1であって、本発明の目的範囲に属するが、Cu/(100*N)値が、それぞれ、2.90、0.73であって、本発明の目的範囲を外れて材料の十分な降伏強度および引張強度が確保されなかった。
直径が50mmであるパンチを用いてパンチスピード100mm/minで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をカップドローイング(cup drawing)した。ドローイング加工は、限界ドローイング比(LDR)が1.9~2.3の範囲およびカップの上部にシワと破断が発生しない範囲内で実施した。ドローイング加工後に、図4に示したとおり、カップ加工品の底面および底面から10mm、20mm、30mm、40mmの側壁位置で変形誘起マルテンサイト(α’)の量を測定して、下記の表4に示し、ドローイング加工24時間後に時効割れが発生するか否かを示した。変形誘起マルテンサイトの量は、フェライトスコープ(ferrite-scope)を用いて測定した。
2:ダイ
3:ブランクホルダー
10:底面部
20:側壁部
30:フランジ部
R:コーナー曲率半径
α’:変形誘起マルテンサイト
γ:オーステナイト
Claims (4)
- 重量%で、C:0.01~0.04%、Si:0.1~1%、Mn:0.1~2%、Ni:6~10%、Cr:16~20%、Cu:1~2%、Mo:0.01~0.2%、N:0.035~0.07%、残りのFeおよび不可避な不純物からなり、
下記式(1)で表されるオーステナイト安定化パラメーター(ASP)値が-3以下であり、
下記式(2)及び式(3)を満たし、
真ひずみ率0.3~0.4の範囲で加工硬化指数n値が0.4~0.5の範囲を満たすオーステナイト系ステンレス鋼をパンチを用いてドローイング加工したドローイング加工品であって、底面および底面から10mm、20mm、30mm、40mmの側壁位置で測定された変形誘起マルテンサイトの量が、それぞれ、1.0%、1.0%、5.0%、10%、15%未満を満たすことを特徴とする加工性および耐時効割れ性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼のドローイング加工品。
式(1) 565-445*C-495*N-11.3*Si-3.81*Mn-28.6*Ni-14.9*Cr-30.0*Cu
式(2) Cu/(100*N)≦0.55
式(3) 100*N-(Mn+Cu)≧0
(ここで、C、N、Si、Mn、Ni、Cr、Cuは、各元素の含量(重量%)を意味する。) - 前記ステンレス鋼は、降伏強度(YS)230MPa以上および引張強度(TS)540MPa以上であることを特徴とする請求項1に記載の加工性および耐時効割れ性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼のドローイング加工品。
- 前記ステンレス鋼は、孔食電位が245mV以上であることを特徴とする請求項1に記載の加工性および耐時効割れ性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼のドローイング加工品。
- 前記ドローイング加工品は、前記加工24時間後、時効割れが発生しないことを特徴とする請求項1に記載の加工性および耐時効割れ性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼のドローイング加工品。
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