JPH0741912A - 熱間加工性に優れた高強度ステンレス鋼およびその製造方法 - Google Patents

熱間加工性に優れた高強度ステンレス鋼およびその製造方法

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JPH0741912A
JPH0741912A JP20688893A JP20688893A JPH0741912A JP H0741912 A JPH0741912 A JP H0741912A JP 20688893 A JP20688893 A JP 20688893A JP 20688893 A JP20688893 A JP 20688893A JP H0741912 A JPH0741912 A JP H0741912A
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stainless steel
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JP20688893A
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Hiroki Tomimura
宏紀 冨村
Katsuhisa Miyakusu
克久 宮楠
Sadao Hirotsu
貞雄 廣津
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Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Original Assignee
Nisshin Steel Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱間加工性が劣る(Si+Mo)含有ステンレ
ス鋼の熱間加工性をSの低減化に代わる手段によって改
善し,製造性よく高強度を有するステンレス鋼を得る。 【構成】 質量%において, C:0.10%以下,Si:1.0
%〜3.0%,Mn:2.0%以下,Ni:4.0%〜10.0%,C
r:12.0%〜18.0%,Cu:3.5%以下,Mo:1.0%〜5.0
%,N:0.15%以下,S:0.0045%以下,B:0.0100%
以下を含有し, C+N≧0.10% 3.0%≦Si+Mo≦6.5%BS 値=1000B−2500 (S−0.0015) ≧0% 鋳造状態でのデルタフエライト量〔δF〕≦3.5% の関係を同時に満足するように成分調整され,残部がF
eおよび不可避的不純物からなる熱間加工性に優れた高
強度ステンレス鋼。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は,熱間加工性がすぐれ,
さらに耐食性と共に高い強度および靭性が要求されるば
ね材やSi単結晶ウエハー作成用のブレード板(IDブ
レード)などに最適な高強度ステンレス鋼およびその製
造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】ステンレス鋼の高強度化の一手段とし
て,準安定オーステナイト系のものに適度の冷間加工を
施して加工誘起マルテンサイトとオーステナイト相の2
相組織とし,その後の時効処理で高強度化をはかる方法
が知られている。この場合,時効処理において時効硬化
度をさらに上昇させるためにCu,SiならびにMoを比較
的多量に含有させた鋼も製造されている。
【0003】ところが, 準安定オーステナイト系ステン
レス鋼に多量のSiやMoを含有させると熱間加工性が劣
り, その結果, 熱間加工時に割れが生じやすく, この割
れに起因する歩留まりの低下や, 生じた割れの除去もし
くは補修に要する工程の追加等, 製造上の大きな問題と
なる場合がある。
【0004】SiやMoを含有するオーステナイト系ステ
ンレス鋼の熱間変形能低下の要因としては, 熱間変形抵
抗が高いことや熱間加工で受けた変形組織の回復ならび
に再結晶が遅れることが挙げられる。そのため, 相対的
に粒界強度が低下し, さらに粒界へのS, P, Oなどの
不純物元素の偏析やδフエライト相の存在が熱延時の破
壊の起点となって割れ発生を助長すると考えられてい
る。
【0005】この熱間加工性の改善策として, 特開昭61
-26759号公報や特開平2-236258号公報ではSならびにP
の低減化を提案している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ばね材やIDブレード
板に使用されるステンレス鋼においては,時効処理で高
強度を得るためにMoやSiの添加が有効であるが,その
他に製造が容易であることが不可欠な要因である。しか
し前記のようにMoやSiを含有すると熱間加工性が低下
するので,製品の歩留り向上のためにはこの問題を解決
する必要がある。
【0007】前記公報のように熱間加工性の改善のため
にSやPの低減を図るのも有効な対策の一つであるが,
これには特別な脱S, 脱P処理を要したり, 原料の選定
などコストアップにつながるので製造面からは必ずしも
好ましい対策とは言えない。
【0008】したがって,本願発明の目的とするところ
は,例えばSの許容範囲を広げながら良好な熱間加工性
を有する強度特性のステンレス鋼を提供しようとするも
のである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明によれば,質量%
においてC:0.10%以下,Si:1.0%〜3.0%,Mn:2.
0%以下,Ni:4.0%〜10.0%,Cr:12.0%〜18.0%,
Cu:3.5%以下,Mo:1.0%〜5.0%,N:0.15%以
下,S:0.0045%以下,B:0.0100%以下,ただし, 上
記の範囲において, C+N≧0.10% 3.0%≦Si+Mo≦6.5%BS 値=1000B−2500 (S−0.0015) ≧0% の関係を満足するようにこれらの元素を含有し,残部が
Feおよび製造上不可避的に混入してくる不純物からな
るステンレス鋼であり,しかも鋳造状態において下式の
(1)式で表されるデルタフエライト量〔δF〕が3.5
%以下である熱間加工性に優れた高強度ステンレス鋼を
提供する。 〔δF〕=−36C−0.13Mn−1.3Ni−30N−0.39Cu+1.3Cr+1.3Mo +0.67Si−5 ──(1)
【0010】
【作用】本発明鋼は,前記の成分組成を有するステンレ
ス鋼を溶体化処理したうえ,加工誘起マルテンサイトが
生成するのに十分な冷間加工率で冷間加工を施し,次い
で時効処理をすることにより,引張強さ1800N/mm2以上
の高強度を発現することができる。
【0011】前記の(1)式に従う〔δF〕を3.5%以下と
し且つBS値=1000B−2500 (S−0.0015) に従うBS
値を0質量%以上とすることにより,鋼の熱間加工性を
良好とすることができる。加えて (Mo+Si)量を 6.5
%以下に規制することにより良好な熱間加工性を維持す
ることができる。
【0012】Sは粒界偏析に起因した熱間加工性の低下
をもたらすことが知られており,このために従来におい
てはSの低減化を試みられてきたが,本発明において
は,Sとの相関量のB添加を行なうことによって (前記
BS値を0%以上とすることによって),Sの許容範
囲を広げても,良好な熱間加工性を維持することができ
る。
【0013】以下に本発明鋼の各成分の作用とその含有
量範囲を限定した理由の概要を説明する。
【0014】Cはオーステナイト形成元素であり,高温
で生成するδフエライトの抑制と冷間加工で誘発された
マルテンサイト相の強化に極めて有効に作用するが,本
発明鋼はSi量が高いのでCの固溶限が低下している。
このため,Cを高くすると,粒界にCr炭化物が析出
し,耐粒界腐食や靭性低下の原因となる。このような理
由からCは0.10%以下とした。
【0015】Siは通常は脱酸のために使用されるが,
この目的のためにのみ添加する場合は, 加工硬化型ステ
ンレス鋼のSUS301や304にみられるごとく,通
常は1.0%以下である。本発明鋼の場合はSiをこれより
高くする。これにより,冷間加工の際にマルテンサイト
相の生成を著しく促進させることができる。そしてSi
はこの加工で誘起されたマルテンサイト相を硬くすると
ともに, 残留オーステナイト相にも固溶してこれを硬化
させ, 冷間加工後の強度を大きくする。さらに時効処理
においてもCuとの相互作用により時効硬化能を促進す
る。このようにSiは本発明鋼において特徴的な作用を
示すが, その効果は1.0%以下では小さく, 3.0%を越え
ると熱間加工時に高温割れを誘発しやすくなり, 製造上
種々の問題も生じる。このためSiの含有量範囲を1.0%
を越え3.0%以下とした。
【0016】Mnはオーステナイト相の安定度を支配す
る元素で, その活用は他の元素とのバランスのもとに行
うものであるが, 本発明鋼ではこの含有量が高いと延性
を低下させ, 使用上種々の問題が生じる。このため2.0
%以下とした。
【0017】Niは高温および室温でオーステナイト相
を得るために必須の元素であるが,本発明鋼の場合室温
で準安定オーステナイト相にして, 冷間加工でマルテン
サイト相を誘起させなければならない。本発明鋼で4.0
%より低くすると, 高温で多量のδフエライト相が生成
し, かつ室温までの冷却過程でマルテンサイト相が生成
してオーステナイト単相として存在できなくなり, また
10.0%を越えると, 冷間加工でマルテンサイト相が誘起
されにくくなるので, 含有量範囲を4.0〜10.0%とし
た。
【0018】Crは耐食性上必須の成分である。意図す
る耐食性を付与するのには少なくとも12.0%のCrを必
要とする。しかし, Crはフエライト形成元素でもある
ので,高くしすぎると高温でδフエライト相が多量に生
成してしまう。そこでδフエライト相の抑制のためにオ
ーステナイト形成元素(C,N,Ni,Mn,Cuなど) を添
加しなければならないが, これら元素の過度の添加は室
温でのオーステナイトの安定化をもたらし, 冷間加工に
よる加工誘起マルテンサイト相が形成されず, 時効処理
後に高強度を得ることが不可能になる。このためCrの
上限は18.0%とした。
【0019】Cuは時効処理の際, 前述のごとくSiとの
相互作用により硬化させる作用がある。しかし, 過剰の
添加は熱間加工性を劣化させ割れ発生の原因となるので
3.5%以下とする。
【0020】Moは耐食性を向上させ, 時効処理にとも
なう冷間加工時の歪の解放を抑制するのに非常に有効な
元素である。さらに時効処理において強度に寄与する析
出物を形成するが, 多量の添加は高温でのδフエライト
形成をもたらすのでその含有量範囲を1.0〜5.0%とし
た。
【0021】Nはオーステナイト形成元素であるととも
に, オーステナイト相およびマルテンサイト相を硬化さ
せるのに極めて有効な元素であるが, 多量の添加は鋳造
時のブローホールの原因となるので0.15%以下とした。
なお,同じくオーステナイト形成元素でありマルテンサ
イト相の強化に有効に作用するCと共に, このマルテン
サイト強化効果を十分に得るにはC+N量で 0.1%以上
を必要とする。
【0022】Sは熱間加工性を著しく劣化させる元素で
あり, 低い方が望ましいが, 本発明鋼の場合にはSとの
相関量のBの添加により (BS値を0%以上とすること
により)Sの上限を0.0045%まで許容しても十分な熱間
加工性を維持することができる。このため,Sは0.0045
%以下とする。
【0023】Bは本発明鋼の熱間加工性の向上に不可欠
な元素であるが, 0.0100%をこえると低融点のボロン化
合物を形成し, これが逆に熱間加工性を悪くするので0.
0100%以下とした。
【0024】このような各成分の含有量の規制に加え
て, (1) 3.0%≦Si+Mo≦6.5% (2) BS値=1000B−2500 (S−0.0015) ≧0% (3) 〔δF〕≦3.5 % の要件を充足するように各成分の含有量を調整すること
が,十分な強度を維持しながら熱間加工性を良好にする
ために必要である。このことは以下の実施例から明らか
である。
【0025】
【実施例】表1に供試材の化学成分値(質量%)を示
す。表中のAからNは本発明鋼,1から14は比較鋼で
ある。いずれの鋼も30kg鋼塊を真空溶解炉にて溶製し
た。表1には各鋼の化学成分値から(1)式で求めた〔δ
F〕%と,B量とS量に依存するBS値=1000B−2500
(S−0.0015) も併せて示した。
【0026】
【表1】
【0027】各鋼の熱間加工性を調べるために,鋳片よ
り直径10mmの丸棒引張試験片を採取し, 歪速度10/sで10
00〜1200℃の温度範囲で高温引張試験を行い, 試験片の
破断部の絞り (断面収縮率) を測定した。この試験温度
範囲での最低の絞り値(破断部絞りの最低断面収縮率,
%)を表1に併せて記した。
【0028】図1は表1にあげた各鋼の高温引張試験で
の最低の絞り値を,鋳造時のδフエライト量に相当する
〔δF〕とBS値の関係で整理したものである。最低の
絞り値が50%以上のものを○印,それ以下のものを×印
で記している。
【0029】図1から〔δF〕が3.5%以下でかつBS
値が0質量%以上の領域においてのみ絞り値50%以上を
満足しており,この領域で熱間加工性が良好であること
がわかる。ただし, この領域に存在する×印のものは比
較鋼No.7およびNo.9のものである。これらは次の図2で
示すように (Si+Mo)量が 6.5%を越えている。
【0030】図2は〔δF〕が3.5%以下でかつBS値
が0質量%以上の条件を満足する鋼の熱間引張試験での
最低の絞り値を(Si+Mo)量で整理したものである。
図2から明らかなように,絞りは(Si+Mo)量に大き
く依存し,(Si+Mo)量が高くなるにつれて低下す
る。(Si+Mo)量が 6.5%を越えると, 絞りが50%以
下となり, 熱間加工性が低下する。したがって,良好な
熱間加工性を維持するには〔δF〕が3.5%以下でかつ
BS値が0質量%以上の条件を満足したうえ(Si+M
o)量を6.5%以下にする必要がある。
【0031】次に,表1の本発明鋼ならびに比較鋼の鋼
片を予め1230℃で2時間保持後,35mmから3mmまで7パ
スで連続熱間圧延を行ない,そのさいの熱延板の耳切れ
発生の有無を調べた。その結果を表2に示した。また,
各熱延板を素材として, これを焼鈍 (溶体化処理) した
あと,加工誘起マルテンサイトが生成するのに十分な冷
間加工率で冷間加工を施し, 最終的に300〜600℃の温度
範囲で時効処理を施し,各試料の最大引張強さを求め
た。その結果も表2に示した。
【0032】
【表2】
【0033】表2より,本発明鋼は熱延時に耳切れが全
く発生せずに熱延が行えること,そして最終時効材は引
張強さ1800N/mm2以上の高強度を示すことがわかる。
【0034】図3は表1の鋼のうち〔δF〕が3.5%以
下でかつBS値が0質量%以上を満足する鋼について,
表2に示す最終時効材の最大引張強さを (Si+Mo)量
で整理したものである。図3の結果から(Si+Mo)量
が低いと最終時効での強度発現が十分でなく,引張強さ
1800N/mm2以上を満足するには (Si+Mo)量が3%以上
必要であることがわかる。
【0035】
【発明の効果】以上説明したように,本発明によれば高
強度ステンレス鋼を比較的広いSの許容範囲のもとでも
熱間加工性よく製造することができる。このため,製造
性がよく且つ製造歩留りを著しく向上させることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】熱間加工性(高温引張試験での絞り)をδフエ
ライト量に相当する〔δF〕とBとS量の相関量のBS
値との関係で示した図である。
【図2】熱間加工性(高温引張試験での絞り)に及ぼす
(Si+Mo)量の影響を示した図である。
【図3】 最終時効材の引張強さに及ぼす(Si+Mo)
量の影響を示した図である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 質量%においてC:0.10%以下,Si:
    1.0%〜3.0%,Mn:2.0%以下,Ni:4.0%〜10.0%,
    Cr:12.0%〜18.0%,Cu:3.5%以下,Mo:1.0%〜
    5.0%,N:0.15%以下,S:0.0045%以下,B:0.010
    0%以下,ただし, 上記の範囲において, C+N≧0.10% 3.0%≦Si+Mo≦6.5%BS 値=1000B−2500 (S−0.0015) ≧0% の関係を満足するようにこれらの元素を含有し,残部が
    Feおよび製造上不可避的に混入してくる不純物からな
    るステンレス鋼であり,しかも鋳造状態において下式の
    (1)式で表されるデルタフエライト量〔δF〕が3.5
    %以下である熱間加工性に優れた高強度ステンレス鋼, δF=−36C−0.13Mn−1.3Ni−30N−0.39Cu+1.3Cr+1.3Mo +0.67Si−5 ──(1) 。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載のステンレス鋼を溶体化
    処理したうえ,加工誘起マルテンサイトが生成するのに
    十分な冷間加工率で冷間加工を施すことによって加工誘
    起マルテンサイト相と残留オーステナイト相の複合組織
    とし,次いで時効処理をすることからなる引張強さ1800
    N/mm2以上の高強度ステンレス鋼の製造方法。
JP20688893A 1993-07-30 1993-07-30 熱間加工性に優れた高強度ステンレス鋼およびその製造方法 Withdrawn JPH0741912A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1302556A1 (en) * 2001-10-10 2003-04-16 Nisshin Steel Co., Ltd. Stainless steel sheet product good of delayed fracture-strength and manufacturing method thereof

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1302556A1 (en) * 2001-10-10 2003-04-16 Nisshin Steel Co., Ltd. Stainless steel sheet product good of delayed fracture-strength and manufacturing method thereof

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