JPH0913149A - 深絞り性および張出し性に優れたプレス成形用オーステナイト系ステンレス鋼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 Ｃ：0.01〜0.10wt％、 Si：1.0 wt％以下、 Mn：3.0 wt％以下、 Ni：6.0 〜10.0wt％、 Cr：15.0〜19.0wt％、 Cu：1.0 〜4.0 wt％、 Al：0.2 〜2.5 wt％およびＮ：0.05wt％以下を、20ppm
以下に抑制したＯおよび20ppm 以下に抑制したＳと共に
含み、かつNi当量が21.0〜23.0の範囲を満足し、残部は
実質的にFeの組成になり、しかも清浄度を 0.020％以下
とする。 【効果】 従来に比べ、格段に優れた深絞り性および張
出し性が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プレス成形用のオース
テナイト系ステンレス鋼に関し、特にその深絞り性およ
び張出し性の向上を図ろうとするものである。

【０００２】従来、過酷な深絞り成形に供されるオース
テナイト系ステンレス鋼としては、SUS 301 やSUS 304
などが知られている。これらのステンレス鋼は、冷間加
工により歪み誘起マルテンサイトが生成し、著しい加工
硬化を示す。このため、プレス加工における張り出し性
には著しく優れるものの、深絞り加工後に、放置した製
品に割れ、いわゆる時期割れが発生するところに問題を
残していた。

【０００３】

【従来の技術】この問題の解決策として、例えば特公昭
51-29854号公報では、Si、MnおよびCuを適量添加して加
工硬化性を高める一方で、固溶炭素量と固溶窒素量との
合計を0.04wt％未満とすることによって時期割れ感受性
を鈍化したオーステナイト系ステンレス鋼が提案されて
いる。また、特公平１-40102号公報には、AlとCuを複合
添加すると共にSi含有量を低減させることによって深絞
り性をさらに改良した、深絞り性の極めて良好なオース
テナイトステンレス鋼が提案されていて、その成分組成
は、Ｃ：0.05wt％以下、Si：0.5 wt％未満、Mn：3.0 wt
％以下、Cr：15.0〜19.0wt％、Ni：6.0 〜9.0wt％、C
u：3.0 wt％以下およびAl：0.5 〜3.0 wt％を含み、残
部実質的に鉄よりなる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た特公平１-40102号公報に開示のステンレス鋼では、形
状が複雑で過酷なプレス加工においては、やはり十分な
深絞り性および張出し性は得難く、またAlを0.5 wt％以
上含有するために表面疵が発生し易いという問題があっ
た。また、特公昭51-29854号公報に開示されているステ
ンレス鋼では、固溶Ｃと固溶Ｎとの合計量を0.04wt％未
満としているため、このレベルでは耐時期割れ性には優
れるものの深絞り性自体が劣ることから、複雑で苛酷な
プレス加工の場合、中間熱処理が不可欠となるという問
題があった。このような背景の下で、近年では、経済性
や複雑な表面形状に対処するという観点から、中間熱処
理を必要とすることなく各種の形状にプレス加工が可能
な、いわゆる深絞り性に優れると共に張出し性にも優れ
たオーステナイト系ステンレス鋼の開発が強く望まれて
いた。

【０００５】本発明は、従来技術における上記問題を有
利に克服し、上記の要請に十分に応え得る、優れた深絞
り性と張出し性とを兼ね備えるプレス成形用オーステナ
イト系ステンレス鋼を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】さて、発明者らは、上記
の目的を達成すべく、オーステナイト系ステンレス鋼の
成分組成に関し、綿密な検討を行った。その結果、準安
定オーステナイト系ステンレス鋼に、少量のAlとCuとを
複合添加し、かつＣおよびNi当量を所定の範囲に制限す
ると共に、不可避不純物としてのＯ，Ｓの混入を極力抑
制することが、所期した目的の達成に極めて有効である
ことの知見を得た。本発明は、上記の知見に立脚するも
のである。

【０００７】すなわち、本発明は、 Ｃ：0.01〜0.10wt％、 Si：1.0 wt％以下、 Mn：3.0 wt％以下、 Ni：6.0 〜10.0wt％、 Cr：15.0〜19.0wt％、 Cu：1.0 〜4.0 wt％、 Al：0.2 〜2.5 wt％およびＮ：0.05wt％以下を、20ppm
以下に抑制したＯおよび20ppm 以下に抑制したＳと共に
含み、かつ下記式で示されるNi当量が21.0〜23.0の範囲
を満足し、残部は実質的にFeの組成になり、しかも清浄
度が 0.020％以下であることを特徴とする深絞り性およ
び張出し性に優れたプレス成形用オーステナイト系ステ
ンレス鋼（第１発明）である。 記 Ni当量(wt%) ＝ 12.6(C+N)＋0.35Si＋1.05Mn＋Ni＋0.65
Cr＋0.6Cu −0.4Al

【０００８】また、この発明は、 Ｃ：0.01〜0.10wt％、 Si：1.0 wt％以下、 Mn：3.0 wt％以下、 Ni：6.0 〜10.0wt％、 Cr：15.0〜19.0wt％、 Mo：0.03〜3.0 wt％、 Cu：1.0 〜4.0 wt％、 Al：0.2 〜2.5 wt％および Ｎ：0.05wt％以下を、20ppm 以下に抑制したＯおよび20
ppm 以下に抑制したＳと共に含み、かつ下記式で示され
るNi当量が21.0〜23.0の範囲を満足し、残部は実質的に
Feの組成になり、しかも清浄度が 0.020％以下であるこ
とを特徴とする深絞り性および張出し性に優れたプレス
成形用オーステナイト系ステンレス鋼（第２発明）であ
る。 記 Ni当量(wt%) ＝ 12.6(C+N)＋0.35Si＋1.05Mn＋Ni＋0.65
Cr＋0.98Mo＋0.6Cu −0.4Al

【０００９】さらに、この発明は、上記第１発明または
第２発明において、その成分組成のうちの残部鉄に代替
する形で、さらにＢ：0.0010〜0.020 wt％を含有するこ
とを特徴とする深絞り性および張出し性に優れたプレス
成形用オーステナイト系ステンレス鋼（第３発明）であ
る。

【００１０】

【作用】以下、本発明鋼の成分組成を上記の範囲に限定
した理由について説明する。 Ｃ：0.01〜0.10wt％ Ｃは、強力なオーステナイト生成元素であるだけでな
く、オーステナイト相および加工誘起マルテンサイト相
の強化に極めて有効であって、深絞り性および張出し性
の向上には必須の成分であり、少なくとも0.01wt％、好
ましくは0.03wt％以上が必要である。しかし、0.10wt％
を超えると、時期割れ感受性および粒界腐食感受性が共
に高まるので、上限は0.10wt％、好ましくは0.08wt％と
する。

【００１１】Si：1.0 wt％以下 Siは、有効な脱酸剤で製鋼工程には不可欠な成分である
が、1.0 wt％を超えると時期割れが発生し易くなるた
め、1.0 wt％以下とする。なお、下限は、製鋼作業時に
おける脱酸の観点から、0.05wt％とすることが好まし
い。

【００１２】Mn：3.0 wt％以下 Mnは、脱酸剤および脱硫剤として作用するだけでなく、
オーステナイト相の安定化に寄与する成分であり、好ま
しくは0.10wt％以上を必要とするが、3.0 wt％を超える
と、オーステナイト相が安定になりすぎかえって深絞り
性の劣化を招くので、3.0 wt％以下とする。

【００１３】Ni：6.0 〜10.0wt％ Niは、6.0 wt％より少ないと、δフェライトが生成して
熱間加工性の低下を招き、一方10.0wt％を超えると、プ
レス加工時にマルテンサイト相が生成し難くなるため、
6.0 〜10.0wt％の範囲に限定する。

【００１４】Cr：15.0〜19.0wt％ Crは、15.0wt％より少ないと耐食性が不十分となり、一
方19.0wt％を超えるとδフェライトが生成し熱間加工性
が低下するため、15.0〜19.0wt％の範囲に限定する。

【００１５】Cu：1.0 〜4.0 wt％ Cu：は、オーステナイト系ステンレス鋼の深絞り性を著
しく向上させる有用成分であるが、含有量が1.0 wt％未
満では、その添加効果に乏しく、一方、4.0 wt％を超え
ると、熱間加工性が阻害されるため、1.0 〜4.0 wt％の
範囲に限定する。

【００１６】Al：0.2 〜2.5 wt％ Alは、深絞り性の向上に有効に寄与する成分であるが、
0.2 wt％より少ないとその改善効果に乏しいだけでな
く、時期割れ感受性が高まり、一方、2.5 wt％を超える
と、δフェライトが生成して熱間加工性および深絞り性
の劣化を招くので、0.2 〜2.5 wt％の範囲に限定する。
なお、深絞り性および耐時期割れ性が共に最も向上する
のは、Al：0.5 〜1.0 wt％の範囲である。

【００１７】Ｎ：0.05wt％以下 Ｎは、オーステナイト生成元素であり、耐食性の向上に
有効であるが、Alを含有する成分系では、Ｎが0.05wt％
を超えるとAlN が多量に析出し、耐時期割れ性および深
絞り性が劣化するため、0.05wt％以下とする。

【００１８】Ｏ：20 ppm以下 Ｏは、鋼中の非金属介在物の主因であり、これを低減す
ることが清浄度を低く抑えるために必要である。通常の
オーステナイトステンレス鋼では30〜50ppm のＯを含む
が、過酷なプレス成形に供するためにはＯを抑え介在物
を低減させる必要があるので、Ｏ量は20ppm 以下とす
る。

【００１９】Ｓ：20 ppm以下 Ｓは、一般にMnＳを形成し、冷延板では圧延方向に延び
た介在物となる。Ｓが20ppm を超えるとMnＳの量が増
し、かつ寸法も大きくなり、プレス成形時の破断起点と
なるので、Ｓは20ppm 以下とする。

【００２０】以上、本発明鋼の成分組成範囲について説
明したが、本発明で所期した目的を達成するためには、
上記の成分調整だけでは不十分で、次に述べるNi当量お
よび清浄度を所定の範囲に制限することが肝要である。
まず、Ni当量について説明すると、このNi当量は、加工
誘起マルテンサイト変態の起こりにくさを示す指標であ
り、このNi当量が高いとオーステナイト相が安定にな
る。ここに、下記式で示されるNi当量が、21.0wt％未満
では、固溶化熱処理の状態で既にマルテンサイト相が生
成するようになり、深絞り性, 張出し性が共に劣化する
ようになる。一方、このNi当量が23.0wt％を超えると加
工誘起マルテンサイトの生成量が少なくなり、超深絞り
性は得られない。従って、Ni当量は21.0〜23.0wt％の範
囲に制限することが重要である。 記 Ni当量(wt%) ＝ 12.6(C+N)＋0.35Si＋1.05Mn＋Ni＋0.65
Cr＋(0.98Mo)＋0.6Cu −0.4Al なお、本発明における上記のNi当量式は、引張試験で30
％の伸びを付与した試験片のマルテンサイト量をフェラ
イトスコープにてその相対量を求め、オーステナイト安
定度の指標である平山のNi当量式にCuとAlの項を追加
し、整理した式である。

【００２１】次に、清浄度について説明する。さて、鋼
中には、不可避に混入する不純物に起因して種々の介在
物が形成される。かかる介在物のうち、特に酸化物系介
在物や硫化物系介在物の量が多くなると、プレス加工時
に割れの起点となり、本発明で所期したほど良好な深絞
り性や張出し性が期待できなくなる。そこで、本発明で
は、下記式で示される清浄度ｄを 0.020％以下に規制す
ることによって、酸化物系介在物や硫化物系介在物に起
因した上記の悪弊を排除することにしたのである。 記 ｄ＝｛ｎ／（ｐ×ｆ）｝× 100 ここで、ｐ：視野内のガラス板上の総格子点数 ｆ：視野数 ｎ：ｆ個の視野における全介在物によって占められる格
子点中心の数

【００２２】上述した範囲に成分組成、Ni当量および清
浄度を制限することによって、優れた深絞り性および張
出し性を得ることができるが、本発明ではさらに、必要
に応じてMoやＢを下記の範囲で含有させることもでき
る。

【００２３】Mo：0.03〜3.0 wt％ Moは、ステンレス鋼の耐食性を向上させる元素として良
く知られている。従って、本発明においては、適量のMo
を使うことによって耐食性の一層の向上を図ることがで
きる。この耐食性の向上のためには少なくとも0.03wt％
の添加が必要である。一方、3.0 wt％を超えると、δフ
ェライトが多量に生成して熱間加工性および深絞り性の
劣化を招くので、Moは0.03〜3.0 wt％の範囲に限定す
る。

【００２４】Ｂ：0.0010〜0.020 wt％ Ｂは、CuおよびAlを含有する鋼において、その熱間加工
性を向上させるのに極めて有効な成分であるが、含有量
が0.0010wt％未満ではその添加効果に乏しく、一方0.02
0 wt％を超えると、耐食性が劣化するため、含有させる
場合には0.0010〜0.020 wt％の範囲に限定する。

【００２５】

【実施例】表１に示す種々の成分組成になるオーステナ
イト系ステンレス鋼スラブを、通常の熱間圧延および冷
間圧延にて、1.0 mm厚に仕上げ、ついで1100，30秒の焼
鈍を施した。ここに、各合金鋼の溶製は、電気炉で溶解
後、AOD 炉でＳを0.001 wt％まで低減したのち、再度仕
上げ脱炭し、ついで一定時間放置して介在物を浮上させ
ることにより行った。かくして得られた焼鈍板の片面に
保護ビニールを貼り、50mmφ平底ポンチによる円筒状深
絞り試験を行った。保護ビニール貼り面をポンチ側とす
ることにより、深絞りカップ底部の張出し変形を均一化
でき、張出し変形量も多くなる。この試験により、限界
絞り比（ＬＤＲ）が2.20以上か、それ未満かで、深絞り
性の優劣を評価した。また張り出し性は、絞り比＝2.20
のカップ底部の張出し部を目視で観察し、介在物に起因
した割れ発生の有無で評価した（試験数 100個）。

【００２６】

【表１】

【００２７】表１から明らかなように、本発明鋼の場合
（No. １〜４）はいずれも、ＬＤＲ≧2.20を示し、また
カップ底部の張出し部には介在物に起因した割れの発生
もなく、深絞り性と張出し性に優れていることが確かめ
られた。これに対し、No. ５の比較鋼は、ＬＤＲは2.20
以上示すものの清浄度が0.020％を超えているため、絞
り比＝2.20のカップ底部に割れ(100個中７個割れ）が認
められた。また、No. ６の比較鋼は、AlとCuを含んでい
ないSUS 304 鋼であるため、ＬＤＲが2.20未満であり、
介在物起因の割れの評価まで至らなかった。

【００２８】

【発明の効果】かくして本発明によれば、従来に比し、
深絞り性と張出し性が格段に優れたプレス成形用オース
テナイト系ステンレス鋼を得ることができ、オーステナ
イト系ステンレス鋼の汎用性の一層の拡大が可能とな
る。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｃ：0.01〜0.10wt％、 Si：1.0 wt％以下、 Mn：3.0 wt％以下、 Ni：6.0 〜10.0wt％、 Cr：15.0〜19.0wt％、 Cu：1.0 〜4.0 wt％、 Al：0.2 〜2.5 wt％およびＮ：0.05wt％以下を、 20ppm 以下に抑制したＯおよび20ppm 以下に抑制したＳ
   と共に含み、かつ下記式で示されるNi当量が21.0〜23.0
   の範囲を満足し、残部は実質的にFeの組成になり、しか
   も清浄度が 0.020％以下であることを特徴とする深絞り
   性および張出し性に優れたプレス成形用オーステナイト
   系ステンレス鋼。 記 Ni当量(wt%) ＝ 12.6(C+N)＋0.35Si＋1.05Mn＋Ni＋0.65
   Cr＋0.6Cu −0.4Al
2. 【請求項２】 Ｃ：0.01〜0.10wt％、 Si：1.0 wt％以下、 Mn：3.0 wt％以下、 Ni：6.0 〜10.0wt％、 Cr：15.0〜19.0wt％、 Mo：0.03〜3.0 wt％、 Cu：1.0 〜4.0 wt％、 Al：0.2 〜2.5 wt％および Ｎ：0.05wt％以下を、 20ppm 以下に抑制したＯおよび20ppm 以下に抑制したＳ
   と共に含み、かつ下記式で示されるNi当量が21.0〜23.0
   の範囲を満足し、残部は実質的にFeの組成になり、しか
   も清浄度が 0.020％以下であることを特徴とする深絞り
   性および張出し性に優れたプレス成形用オーステナイト
   系ステンレス鋼。 記 Ni当量(wt%) ＝ 12.6(C+N)＋0.35Si＋1.05Mn＋Ni＋0.65
   Cr＋0.98Mo＋0.6Cu −0.4Al
3. 【請求項３】請求項１または２に記載の鋼において、そ
   の成分組成のうちの残部鉄に代替する形で、さらにＢ：
   0.0010〜0.020 wt％を含有することを特徴とする深絞り
   性および張出し性に優れたプレス成形用オーステナイト
   系ステンレス鋼。