JPH05311336A - ステンレス鋼板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 耐食性，加工性，高い表面硬さを兼備した強
磁性ステンレス鋼板を安定かつ安価に提供する。 【構成】 ステンレス鋼板を、Cr：13.0〜20.0％，Ｃ：
0.1％以下，Ｎ： 0.1％以下を含むと共に残部がFe及び
不可避的不純物より成る化学組成を有し、かつ窒化処理
表層を備えていて、内層部はフェライト相の単相、そし
て前記窒化表層部にマルテンサイト相が出現した組織を
有して成る構成とする。その製造法としては、上記化学
組成のクロム系ステンレス鋼を素材として用い、かつこ
れを冷間圧延して冷延鋼板を製造する際、必要により最
終冷間圧延の前の焼鈍で結晶粒径を１０μｍ以上に調整
すると共に、最終冷間圧延後には、 窒素含有雰囲気中に
おいて表層部の窒化が十分進行する温度域で仕上げの最
終焼鈍を実施する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、高い表面硬さと優れ
たプレス加工性，耐食性を備えていて例えば磁気記録媒
体であるフロッピ−ディスクのセンタ−コア用等として
好適な強磁性ステンレス鋼板、並びにその製造方法に関
する。

【０００２】

【従来技術とその課題】近年、磁気記録媒体として用い
られるフロッピ−ディスクにはセンタ−コアを備えた形
態のものが急増しているが、このフロッピ−ディスクセ
ンタ−コア用の材料には次のような特性が必要とされて
いる。 (A) 耐食性に優れる，(B) 強磁性を有する，(C) 表面硬
さが高い（Ｈv ２３０以上），(D) プレス加工性に優れ
る， a) 伸びが高い， b) 張り出し性が良い（エリクセン値が高い）， c) 深絞り性が良い（ＬＤＲ，ｒ値が高い）， d) 塑性異方性が小さい（Δｒが小さい）， e) ストレッチャ−ストレインが生じない（降伏伸びが
無い）。

【０００３】そこで、一般には、比較的優れた耐食性を
示すと共に深絞り性が良好な強磁性材料である“フェラ
イト系ステンレス鋼（例えばＳＵＳ４３０ステンレス鋼
等)"の冷延板がこの用途に使用されてきた。

【０００４】ただ、このフェライト系ステンレス鋼冷延
板は、その製造工程における最終焼鈍後に加工度：１％
程度の調質圧延を施すことでストレッチャ−ストレイン
を効果的に防止することができたが、同時に表面硬さの
向上をも図ろうとすると、該調質圧延の加工度を１５％
以上に高めないとその効果が現れないという問題を有し
ていた。しかも、上述のように調質圧延の加工度を高め
ても表面硬さの要求値を満足させることが難しいばかり
でなく、加工度の上昇に相応して伸びが格段に小さくな
るため伸びの要求値を満足することも難しくなるという
問題も指摘された。

【０００５】そこで、これに対処すべく、前記最終焼鈍
前の圧延での加工度を高くすると共に最終焼鈍を“再結
晶温度の直上”の温度で行うことにより結晶粒の微細化
を図るといった、最終圧延（調質圧延）の前に出来るだ
け材料を強化しておく処置が講じられていた。しかしな
がら、それでも伸びと表面硬さの要求値を同時に満足さ
せることは難しく、しかもこの方法によると材料を強化
すればするほどプレス加工性の悪化につながる塑性異方
性が大きくなるという副作用が生じた。

【０００６】一方、これとは別に、表面硬さを犠牲にし
て伸びを高くした材料をフロッピ−ディスクのセンタ−
コアに加工し、その後でクロムめっきを施して高い表面
硬さを得る方法も考えられるが、この方法では製造コス
トが高く付くという欠点があるため実用的であるとは言
えなかった。

【０００７】このようなことから、本発明が目的とした
のは、例えばフロッピ−ディスクセンタ−コア用等とし
て求められているところの“耐食性，加工性，高い表面
硬さを兼備した強磁性材料板”を安定かつ安価に提供し
得る手段を確立することであった。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記目的
を達成すべく鋭意研究を行った過程で“強磁性を有して
いて耐食性，加工性に優れた比較的安価な材料であるフ
ェライト系ステンレス鋼板”の利点を再認識し、これに
高い表面硬さと良好なプレス加工性を同時に付与するこ
とができる簡易な手立てを求めて更に研究を重ねた。そ
して、次のような新しい知見を得ることができたのであ
る。

【０００９】(a) オ−ステナイト形成元素であるＣ及び
Ｎの含有量を極力低減すると共にCr含有量を特定範囲に
規制したクロム系ステンレス鋼では、加工後に再結晶温
度以上の高温領域に加熱してもフェライト単相しか存在
しないが、この加熱を窒素含有雰囲気中で実施すると、
材料の表層が著しく窒化するため、表層の該窒化部位の
みオ−ステナイト相が出現するという状態を作り出すこ
とができる。従って、これを急冷すると、内部は軟らか
いフェライト組織で、表層のみ硬いマルテンサイト組織
となった“成形性が良好で表面硬度の高い材料”を安定
して製造することができる。

【００１０】(b) また、この場合、前記加工の前の結晶
粒径が小さいと再結晶温度以上への加熱（焼鈍）を行っ
た後の材料は塑性異方性（Δｒ）が大きくなってプレス
成形性等を損ないがちとなるが、上記加工の前に材料の
結晶粒径を十分に大きくしておくことで、より改善され
た良好な成形性をも安定して確保することができるよう
になる。

【００１１】本発明は、上記知見事項等を基にして完成
されたものであり、「ステンレス鋼板を、Cr：13.0〜20.
0％（以降、 成分割合を表す％は重量％とする），Ｃ：
0.1％以下， Ｎ： 0.1％以下を含むと共に残部がFe
及び不可避的不純物より成る化学組成を有し、 かつ窒化
処理表層を備えていて、 内層部はフェライト相の単相、
そして前記窒化表層部にマルテンサイト相が出現した組
織を有して成る構成とすることにより、 強磁性にして高
い表面硬さと優れたプレス加工性，耐食性を兼備せしめ
た点」に大きな特徴を有し、更には、「Cr：13.0〜20.0
％， Ｃ： 0.1％以下， Ｎ： 0.1％以下を含むと
共に残部がFe及び不可避的不純物より成る化学組成のク
ロム系ステンレス鋼を素材として用い、 かつこれを冷間
圧延して冷延鋼板を製造する際、 必要により最終冷間圧
延の前の焼鈍で結晶粒径を１０μｍ以上に調整すると共
に、 最終冷間圧延後には、 窒素含有雰囲気中において表
層部の窒化が十分進行する温度域で仕上げの最終焼鈍を
実施することにより、 前記強磁性にして高い表面硬さと
優れたプレス加工性，耐食性を兼備したステンレス鋼板
を安定かつ安価に製造し得るようにした点」をも特徴と
するものである。

【００１２】

【作用】上述のように、本発明に係わるステンレス鋼板
は、表層のみ硬いマルテンサイト組織で内部は軟らかい
フェライト組織であるので、表面硬さが高いばかりでな
く、伸び，ｎ値，ｒ値並びにエリクセン値も非常に高
い。しかも、組織がフェライト相もしくはマルテンサイ
ト相から成るため強磁性を有する材料でもある。また、
本発明に係わるステンレス鋼板は、13.0〜20.0％のCrを
含有すると共にＣ含有量が 0.1重量％以下に規制された
化学組成を有しており、しかも表層が窒化したマルテン
サイト組織であるため、その耐食性は極めて良好であ
る。その上、塑性異方性も小さくてストレッチャ−スト
レインを生じないので、優れたプレス加工性を示す。こ
の優れたプレス加工性は、最終冷間圧延の前の焼鈍にて
結晶粒径の調整がなされた材料では一層安定して確保さ
れている。

【００１３】従って、本発明に係わるステンレス鋼板は
フロッピ−ディスクセンタ−コア用材料に要求される諸
特性等を十分に満足しており、例えばフロッピ−ディス
クセンタ−コア用として使用した場合にはその更なる性
能向上を期待することができる。

【００１４】一方、本発明に係わる方法では、素材たる
ステンレス鋼の化学組成を低Ｃ，低Ｎに規制し、かつ窒
素含有雰囲気中で最終焼鈍を実施するようにしたので、
焼鈍の際、「鋼板の内部は低Ｃ，低Ｎであるが故に再結
晶温度以上の高温領域に加熱されてもフェライト単相し
か存在しないが、 鋼板表層は著しく窒化されるためこの
温度域ではオ−ステナイト相が出現する」という状態が
作り出される。そのため、焼鈍が終了して前記状態から
急冷されると、本発明に係わる前記“表層のみ硬いマル
テンサイト組織で内部が軟らかいフェライト組織である
ステンレス鋼冷延板”が容易にかつ安定して得られこと
になる。

【００１５】しかも、これに加えて最終冷間圧延前にお
ける素材鋼板の結晶粒径を特に１０μｍ以上に調整して
おけば、最終冷間圧延，最終焼鈍を経た後の鋼板の塑性
異方性がより一層安定して抑制され、プレス成形性は一
段と向上することになる。

【００１６】次に、本発明において素材鋼の化学組成や
鋼板の製造条件を前記の如くに限定した理由をより詳細
に説明する。 [A] 素材鋼の化学組成Cr Crは鋼板に所望の耐食性を確保するために必要な成分で
あると共に、代表的なフェライト形成元素でもある。そ
して、例えばフロッピ−ディスクセンタ−コア材等に要
求される耐食性を達成するには12％以上のCr含有量を確
保すれば十分であるが、その含有量が13.0％未満である
とオ−ステナイト相が出現する温度領域が非常に広く、
そのため、場合によっては最終焼鈍終了後の冷却過程で
鋼板の内層部までマルテンサイト組織となり、目的とす
る加工性を確保することができなくなる。一方、Cr含有
量が20.0％を超えた場合には原料代が高価になるばかり
ではなく、表層が十分に窒化された状態であっても該表
層にオ−ステナイト相が存在する温度領域が極めて狭く
なるため、場合によってはマルテンサイト相の表層が全
く得られなくなって所望の表面硬さを確保できなくな
る。従って、Cr含有量は13.0〜20.0％と定めた。

【００１７】Ｃ Ｃはオ−ステナイト形成元素であり、Ｃ含有量が多いと
オ−ステナイト相が出現する温度領域が拡大するので場
合によっては材料の内部までマルテンサイト組織となっ
てしまうほか、Crの炭化物が析出しやすくくなり、何れ
にしても鋼板の内層部まで硬くて脆い材質になって加工
性に悪影響が出てくるようになる。そして、この傾向は
Ｃ含有量が 0.1％を超えると特に著しくなることから、
Ｃ含有量を 0.1％以下に制限することと定めたが、出来
れば0.05％以下に調整するのが望ましい。

【００１８】Ｎ ＮもＣと同様にオ−ステナイト形成元素であり、その含
有量が多いとオ−ステナイト相が出現する温度領域が拡
大するので好ましくない。また、Ｎ含有量が多いとCr窒
化物の析出も起きるようになって、やはり鋼板の内層部
まで硬くて脆い組織に帰る恐れが出てくる。この傾向は
Ｎ含有量が 0.1％を超えると特に著しくなることから、
Ｎ含有量を0.1 ％以下に抑えることと定めたが、望まし
くは0.05％以下に調整することが推奨される。

【００１９】[B] 最終冷間圧延前に実施する焼鈍の条
件 冷延鋼板の製造工程において、最終冷間圧延前の焼鈍で
材料の結晶粒径を小さくすると“最終焼鈍後に得られる
鋼板”は塑性異方性が大きいものとなり、プレス成形性
の著しい劣化を招く恐れが出てくる。しかし、最終圧延
前の焼鈍において材料の結晶粒径を１０μｍ以上に調整
しておけば、例えばフロッピ−ディスクセンタ−コア等
の製造に必要なプレス成形性が安定して確保できるよう
になるため、最終冷間圧延の前に実施する焼鈍では好ま
しくは材料の結晶粒径が１０μｍ以上となるように条件
設定することと定めた。なお、材料の結晶粒径調整は、
焼鈍温度及び焼鈍時間等を調節することにより行うこと
ができる。

【００２０】[C] 最終焼鈍の条件 最終焼鈍において鋼板表層部の窒化を進行させるために
は、焼鈍を窒素含有雰囲気中で実施することが基本条件
となる。ただ、窒素含有雰囲気中に酸素が含まれている
と酸化の方が窒化よりも速く進行する。そして、一旦鋼
板の表面が酸化してしまうと酸化皮膜に阻まれて窒化が
進行しなくなる。従って、最終焼鈍における雰囲気は
“窒素を含んだ不活性雰囲気もしくは還元性雰囲気”と
することが望ましい。

【００２１】また、最終焼鈍は、鋼板が十分に窒化し、
かつその部分だけオ−ステナイト相となる温度領域（９
５０〜１２００℃程度）で実施される。そのため、最終
焼鈍終了後の急冷（冷却速度：５０〜１００℃/sec程度
が好適）によって表層に形成されるマルテンサイト相組
織部の厚さは窒化層の厚さと一致する。そして、窒化層
の厚さは加熱温度における窒素の拡散速度と加熱時間に
よって決まるため、上記マルテンサイト相組織部の厚さ
は最終焼鈍の雰囲気，加熱温度，加熱時間を選ぶことに
より制御することが可能である。

【００２２】なお、製品鋼板表層のマルテンサイト相組
織部の厚さについては、余り薄いと十分な表面硬さが得
られず、逆に余り厚いと伸びが小さくなるばかりかプレ
ス金型の疲労寿命を短くすることにもつながるので、好
ましくは１０〜３０μｍに調整するのが良い。

【００２３】次いで、実施例によって本発明の効果をよ
り具体的に説明する。

【実施例】まず、転炉で溶湯の成分調整を行った後、真
空脱ガス，連続鋳造を経て表１に示される化学成分組成
の各Fe−Cr系合金（クロム系ステンレス鋼）鋳片を得
た。

【００２４】

【表１】

【００２５】次に、これら鋳片を熱間圧延し、酸洗等の
表面手入れを行ってから冷間圧延と焼鈍を繰り返して板
厚:0.3mmの冷延板を製造し、最終冷間圧延後に更に還元
性もしくは不活性の雰囲気中で最終焼鈍（焼鈍後の冷却
は水冷とした）を施した。なお、この際における“最終
冷間圧延前の焼鈍での結晶粒径", "最終焼鈍の雰囲気”
及び“最終焼鈍で得た表層のマルテンサイト相組織部の
厚さ”は前記表１に併記した通りであった。

【００２６】上述のようにして得られた各ステンレス鋼
冷延板について、その 「表面硬さ」,「プレス加工性」 並
びに 「耐食性」 を調査し、その結果を前記表１に併せて
示した。

【００２７】ここで、「表面硬さ」については荷重：１
kgのビッカ−ス硬さで評価した。「プレス加工性」に関
しては、“伸び”と、張り出し性を評価するための“エ
リクセン値”と、塑性異方性を評価するための“Δｒ”
を測定した。なお、ｒ値は伸びが１０％の時の値を求め
た。また、プレス加工した際にストレッチャ−ストレイ
ンが発生するかどうかは、引張試験を行った時に降伏点
現象が現れるかどうかで判断できるので、ストレッチャ
−ストレインに関しては“降伏点現象の有無”で評価し
た。

【００２８】そして、「耐食性」に関しては、５％塩化
ナトリウム水溶液で塩水噴霧試験を行って評価した。

【００２９】表１に示される結果からは、次の事項が明
らかである。即ち、本発明例１〜12に係わる製品鋼板
は、表面硬さが何れも“Ｈv ２３０以上”を満足してい
る上、プレス加工性に優れ、耐食性も良好である。

【００３０】なお、図１及び図２は、本発明例１に係わ
る製品鋼板の表面組織及び断面組織を示しているが、こ
の図１，図２によっても確認できるように、鋼板の表層
は明らかにマルテンサイト組織であり、その厚さは１２
μｍ程度で、それより深い部分はフェライト組織となっ
ている。つまり、表１の結果も参照すると明らかなよう
に、この鋼板は、表層のみマルテンサイト組織であるた
め表面硬さは高いが、鋼板断面の大部分はフェライトの
再結晶組織であるので、伸びやエリクセン値は“通常の
フェライト系ステンレス鋼の再結晶板”に比べて僅かに
劣るものの“通常のマルテンサイト系ステンレス鋼板”
より格段に高い値を示している。また、上記本発明例に
係わる鋼板の組織はフェライトとマルテンサイトの２相
のみから成っているので強磁性を有していることも確認
できる。

【００３１】このように、本発明例に係わる鋼板は何れ
も先に述べたフロッピ−ディスクセンタ−コア用材料と
して要求される全ての特性を満足するものであったのに
対して、比較例に係わる鋼板には次のような不都合が指
摘された。

【００３２】比較例13及び14に係わる鋼板は、素材のＮ
含有量が 0.1％を超えているため、表層だけでなく鋼板
の内部まで完全にマルテンサイト組織となっている。こ
のため、伸びが小さい上に必要以上に硬いためプレス金
型の寿命が著しく低下する。

【００３３】逆に、比較例15及び16に係わる鋼板は最終
焼鈍を“窒素が含まれない雰囲気”で行っているために
表層が窒化されず、従ってマルテンサイト変態が起こら
ずに全組織がフェライトの再結晶組織となっていて、必
要な表面硬さが得られない上に降伏点現象が生じてい
る。

【００３４】一方、比較例17及び18に係わる鋼板は、素
材成分のCr含有量が13.0％未満であるため全組織がマル
テンサイトとなってしまい、比較例13，14と同様の問題
が起きる。なお、この比較例17，18に係わる材料は成分
的に典型的なマルテンサイト系のステンレス鋼である。

【００３５】比較例19に係わる鋼板は、最終焼鈍が窒化
表層部すらオ−ステナイト化されない温度域で行われた
ために全組織がフェライトの再結晶組織となってしま
い、必要な表面硬さが得られないばかりか、降伏点現象
も生じている。

【００３６】

【効果の総括】以上に説明した如く、この発明によれ
ば、強磁性を有し、硬質クロムめっき等を施さなくても
高い表面硬さを示すと共にプレス加工性及び耐食性にも
優れるステンレス鋼板を安定かつ安価に提供することが
可能となり、例えばフロッピ−ディスクセンタ−コア用
材料等に適用すればその性能の更なる向上が達成できる
など、産業上極めて有用な効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例で得られた本発明に係わるステンレス鋼
板の表面組織を示す顕微鏡写真図である。

【図２】実施例で得られた本発明に係わるステンレス鋼
板の断面組織を示す顕微鏡写真図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ２３Ｃ 8/26 7516−4Ｋ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量割合にて Cr：13.0〜20.0％， Ｃ： 0.1％以下， Ｎ： 0.1
   ％以下を含むと共に残部がFe及び不可避的不純物より成
   る化学組成を有し、かつ窒化処理層を備えたクロム系ス
   テンレス鋼板であって、内層部はフェライト相の単相、
   そして前記窒化表層部にマルテンサイト相が出現した組
   織を有して成ることを特徴とする、プレス加工性に優れ
   た表面硬さの高いステンレス鋼板。
2. 【請求項２】 重量割合にて Cr：13.0〜20.0％， Ｃ： 0.1％以下， Ｎ： 0.1
   ％以下を含むと共に残部がFe及び不可避的不純物より成
   る化学組成のクロム系ステンレス鋼を素材として用い、
   かつこれを冷間圧延して冷延鋼板を製造する際、最終冷
   間圧延後に窒素含有雰囲気中において表層部の窒化が十
   分進行する温度域で仕上げの最終焼鈍を実施することを
   特徴とする、請求項１に記載のプレス加工性に優れた表
   面硬さの高いステンレス鋼板の製造方法。
3. 【請求項３】 重量割合にて Cr：13.0〜20.0％， Ｃ： 0.1％以下， Ｎ： 0.1
   ％以下を含むと共に残部がFe及び不可避的不純物より成
   る化学組成のクロム系ステンレス鋼を素材として用い、
   かつこれを冷間圧延して冷延鋼板を製造する際、最終冷
   間圧延の前の焼鈍で結晶粒径を１０μｍ以上に調整する
   と共に、最終冷間圧延後に窒素含有雰囲気中において表
   層部の窒化が十分進行する温度域で仕上げの最終焼鈍を
   実施することを特徴とする、請求項１に記載のプレス加
   工性に優れた表面硬さの高いステンレス鋼板の製造方
   法。