JPH09310155A - 加工後の表面特性に優れたオーステナイトステンレス鋼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低コストで確実に、鍛造やロール成形等の冷
間加工後の表面特性に優れたオーステナイトステンレス
鋼を提供する。 【解決手段】 重量％でＣ：０．００２〜０．０３％，
Ｓｉ：０．７％以下，Ｍｎ：０．５〜５．０％，Ｃｒ：
１５．０〜２０．０％，Ｎｉ：７．０〜１５．０％，Ｃ
ｕ：１．０〜３．０％，Ｎ：０．００２〜０．０７％を
含有し、結晶粒径ｄ（μｍ）について以下の関係が成り
立つことを特徴とする、加工後の表面特性が優れたオー
ステナイトステンレス鋼。 １１．１８−０．１４９Ｆ≦log （ｄ）≦０．０２８６
Ｆ＋０．５６１ かつ、 log （ｄ）≧０ ただし， Ｆ＝４０×（Ｃ％＋Ｎ％）＋Ｓｉ％＋Ｍｎ％
＋３×Ｎｉ％＋５×Ｃｕ％＋１．５×（Ｃｒ％＋１．５
×Ｍｏ％）≦９０

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鍛造やロール成形
等の加工後の表面特性に優れたオーステナイトステンレ
ス鋼に関する。

【０００２】

【従来の技術】オーステナイトステンレス鋼は種々の食
器や構造部材に使用されており、その多くは冷間鍛造や
ロール成形等により加工されている。しかしながら、熱
延鋼帯を焼鈍・酸洗した後に冷間加工を施すと、酸洗に
よる粒界侵食肌が残ったり微細な割れ等が発生して十分
な表面光沢が得られないため、その後さらに研磨等によ
り表面特性を調整することが必要とされている。

【０００３】このような問題を解決するため、例えば特
開平５−３１１２４３では、冷延後の表面光沢は冷延前
の熱延鋼帯の表面特性に起因するものとして、焼鈍後急
冷することにより、冷却過程における結晶粒界に沿った
Ｃｒ欠乏層の形成を抑制し、酸洗時のＣｒ欠乏層に起因
する粒界侵食を抑える、と同時に冷延前に調質圧延に相
当する無潤滑圧延を施して表面の凹凸を軽減する技術が
提案されている（以下、「従来技術１」と呼ぶ）。ま
た、特開平５−３２０７７１では、「従来技術１」と同
様に焼鈍後のＣｒ欠乏層の形成を抑制するために焼鈍後
急冷し、さらに冷延前に機械的に２μｍ以上表層を研削
して粒界侵食と表面の凹凸を除去する技術が提案されて
いる（以下、「従来技術２」と呼ぶ）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】オーステナイトステン
レス鋼の焼鈍過程においては、加熱中にスケール中へＣ
ｒが濃縮するすることで下地金属表層部分からＣｒが欠
乏する。Ｃｒは拡散速度が大きい結晶粒界にそって優先
的にスケールへと拡散するので、特に下地金属表層部の
粒界に沿ってＣｒ欠乏層が形成される。したがって、前
記「従来技術１」によって、冷却中に生じる結晶粒界に
沿ったＣｒ欠乏層の形成をある程度抑制することは可能
であるが、焼鈍中に形成されたＣｒ欠乏層は冷却後も存
在するため、Ｃｒ欠乏層に起因する酸洗時の粒界侵食を
完全には抑制することはできない。そこで、同技術で
は、さらに酸洗後冷延前に調質圧延に相当する無潤滑圧
延を加えているが、この技術では粒界侵食によって生じ
た凹部が圧着されて見掛上の表面性状は向上するが、引
き続いて行われる冷延において凹部が再び開口するた
め、表面性状の本質的な改善にならない。一方、「従来
技術２」では、酸洗後冷延前に表面を研削する技術を示
しているが、この技術では研削による歩留まりの低下お
よび研削工程の追加による生産能率の低下により製造コ
ストの上昇を招くことになる。このように、上記従来技
術ではコスト高となることなく本質的な問題の解決を達
成することは出来なかった。

【０００５】したがって、本発明の目的は、低コストで
より確実に鍛造やロール成形加工後の表面特性に優れた
オーステナイトステンレス鋼を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、化学組成
と結晶粒径の関係を限定して、オーステナイト粒内強
度、加工硬化および結晶粒径のバランスを制御し最適化
することにより、冷間加工後の表面特性に優れたオース
テナイトステンレス鋼が得られることを見出だした。

【０００７】本発明はこのような知見に基づいてなされ
たものであり、第１に、重量％でＣ：０．００２〜０．
０３％，Ｓｉ：０．７％以下，Ｍｎ：０．５〜５．０
％，Ｃｒ：１５．０〜２０．０％，Ｎｉ：７．０〜１
５．０％，Ｃｕ：１．０〜３．０％，Ｎ：０．００２〜
０．０７％を含有し、結晶粒径ｄ（μｍ）について以下
の関係が成り立つことを特徴とする、加工後の表面特性
が優れたオーステナイトステンレス鋼を提供するもので
ある。

【０００８】１１．１８−０．１４９Ｆ≦log （ｄ）≦
０．０２８６Ｆ＋０．５６１ かつ、 log （ｄ）≧０ ただし、 Ｆ＝４０×（Ｃ％＋Ｎ％）＋Ｓｉ％＋Ｍｎ％＋３×Ｎｉ
％＋５×Ｃｕ％＋１．５×（Ｃｒ％＋１．５×Ｍｏ％）
≦９０ 第２に、重量％でＣ：０．００２〜０．０３％，Ｓｉ：
０．７％以下，Ｍｎ：０．５〜５．０％，Ｃｒ：１５．
０〜２０．０％，Ｎｉ：７．０〜１５．０％，Ｃｕ：
１．０〜３．０％，Ｎ：０．００２〜０．０７％を含有
し、さらに、Ｍｏ：３．０％以下，Ｔｉ：０．５％以
下，Ｚｒ：０．５％以下，Ｎｂ：０．５％以下，Ｖ：
０．５％以下，Ａｌ：０．０５％以下，ＲＥＭ：０．０
１％以下のうち１種または２種以上を含有し、結晶粒径
ｄ（μｍ）について以下の関係が成り立つことを特徴と
する、加工後の表面特性が優れたオーステナイトステン
レス鋼を提供するものである。

【０００９】１１．１８−０．１４９Ｆ≦log （ｄ）≦
０．０２８６Ｆ＋０．５６１かつ、 log （ｄ）≧０ ただし、 Ｆ＝４０×（Ｃ％＋Ｎ％）＋Ｓｉ％＋Ｍｎ％＋３×Ｎｉ
％＋５×Ｃｕ％＋１．５×（Ｃｒ％＋１．５×Ｍｏ％）
≦９０

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明者らは、オーステナイトス
テンレス鋼の冷間加工後の表面特性に及ぼす種々の因子
を調査した結果、結晶粒径および化学組成が大きい役割
をもっていることを新たに見出だした。

【００１１】結晶粒径が適性範囲にある場合は、粒界侵
食を受けた最表層の粒内部分（図１のＢ部）と粒界を含
む結晶粒内部分（図１のＣ部）が同様に変形して延ばさ
れるため、粒界侵食は徐々に開口して消滅する。しかし
ながら、結晶粒径を減じた場合には、粒界侵食を受けた
最表層の粒内部分（図１のＡ部）のみが変形初期に座屈
し圧着されて見掛上の表面性状は良好であるが、変形が
さらに進につれて凹部が再び開口するため、表面性状は
劣化することになる。一方、結晶粒径が大きくなると、
凹部において微細な割れが生じ、表面性状は劣化するこ
とになる。

【００１２】さらに、本発明において最も重要な知見と
して、上記のような冷間加工後の表面特性に及ぼす粒径
の影響は、オーステナイト粒内強度や加工硬化特性と密
接に関連しており、化学組成によって微妙に変化するこ
とがわかった。

【００１３】すなわち、オーステナイト粒内強度の増加
に伴い、細粒材に発生する表層部分の座屈が顕著とな
る。一方、加工硬化が生じやすいほど、粗粒材に発生す
る粒界侵食部の割れが顕著となる。特に、後者の加工硬
化特性については、化学組成のみならず粒径の影響も受
ける。このように、加工後に優れた表面特性を得るため
には、オーステナイト粒内強度および加工硬化特性に影
響を及ぼす化学組成と粒径を同時に制御する必要があ
る。

【００１４】このような知見にもとづき、さらに、種々
の化学組成と粒径を有するオーステナイトステンレス鋼
について冷間加工後の表面性状を調べた結果として得ら
れたのが次式である。

【００１５】１１．１８−０．１４９Ｆ≦log （ｄ）≦
０．０２８６Ｆ＋０．５６１ ここで、ｄは結晶粒径（μｍ）、Ｆは合金元素添加量を
あらわす指標で、４０×（Ｃ％＋Ｎ％）＋Ｓｉ％＋Ｍｎ
％＋３×Ｎｉ％＋５×Ｃｕ％＋１．５×（Ｃｒ％＋１．
５×Ｍｏ％）を示す。すなわち、結晶粒径ｄと合金元素
添加量をあらわす指標のＦ値とが上記の関係式を満たす
場合には、冷間加工後に優れた表面特性が得られるので
ある。一方、log （ｄ）＜１１．１８−０．１４９Ｆの
場合は冷間加工後の表層部に凹部が開口している状態と
なり、また、log （ｄ）＞０．０２８６Ｆ＋０．５６１
の場合は冷間加工後の表層部に微細な割れが生じている
状態となり、表面特性が劣化する。

【００１６】さらに、本発明で規定する化学成分を有す
るオーステナイトステンレス鋼の結晶粒径ｄおよび合金
元素添加量の指標Ｆ値については、それぞれをlog
（ｄ）≧０および、Ｆ≦９０と限定する。その理由は以
下のとおりである。結晶粒径ｄを１μｍ未満とするに
は、強加工および短時間加熱が必要であり、そのために
は新たに専用の設備投資を要するためコスト高となり現
実的ではない。したがって、ｄは１μｍ以上とした。ま
た、合金元素の増加によるコスト上昇を考慮し、Ｆ値は
９０以下とした。

【００１７】すなわち、 log （ｄ）≧０ かつ、 Ｆ＝４０×（Ｃ％＋Ｎ％）＋Ｓｉ％＋Ｍｎ％＋３×Ｎｉ
％＋５×Ｃｕ％＋１．５×（Ｃｒ％＋１．５×Ｍｏ％）
≦９０ つぎに、各合金元素の範囲を限定した理由について説明
する。

【００１８】Ｃは、積層欠陥エネルギーを高めることに
よりオーステナイト粒内の加工硬化を抑制する。さら
に、鋼塊中のδ−フェライト量を低減して熱間加工性を
向上させる効果を有する。これらの効果は極めて重要で
あり、この効果を得るためには、Ｃを０．００２％以上
含有することが必要である。しかしながら、Ｃは０．０
３％を越えて添加すると、固溶強化によってオーステナ
イト粒内の強度を高めると同時に溶接部の耐食性を劣化
させる。したがって、Ｃの含有量は０．００２〜０．０
３％の範囲とする。

【００１９】Ｓｉは脱酸剤として添加する必要がある
が、積層欠陥エネルギーを低減することによりオーステ
ナイト粒内の加工硬化を促進するとともに、固溶強化に
よってオーステナイト粒内の強度を高める。さらに、鋼
塊中のδ−フェライト量を増して熱間加工性を劣化させ
る。したがって、Ｓｉは製鋼段階で極力スラグ中に分配
させて、鋼中のＳｉ残留量を上記のような影響が実質的
に小さい０．７％以下とする。

【００２０】Ｍｎは、オーステナイトの安定度を高めて
加工硬化を抑制するとともに、鋼塊中のδ−フェライト
量を低減して熱間加工性を向上させる効果を有する。こ
れらの効果を得るためには、Ｍｎを０．５％以上含有さ
せる必要がある。しかしながら、５．０％を越えて添加
すると低温での衝撃特性を劣化させる。したがって、Ｍ
ｎの含有量は０．５〜５．０％の範囲とする。

【００２１】Ｃｒは、最低限の耐食性を確保するために
１５．０％以上必要である。しかしながら、２０．０％
を越えて添加すると熱間加工性を確保するために大量の
Ｎｉを添加する必要があり、コスト高となる。したがっ
て、Ｃｒの含有量は１５．０〜２０．０％の範囲とす
る。

【００２２】Ｎｉは、積層欠陥エネルギーを高めると同
時にオーステナイトの安定度を高めて加工硬化を抑制す
る。さらに鋼塊中のδ−フェライト量を低減して熱間加
工性を向上させるといった極めて重要な効果を有する。
これらの効果を得るためには、Ｎｉの含有量が７．０％
以上である必要があり、その添加量が多いほど好ましい
が、経済性を考慮すると１５．０％が上限となる。した
がって、Ｎｉの含有量は、７．０〜１５．０％の範囲と
する。

【００２３】Ｃｕは、積層欠陥エネルギーを高めるとと
もに同時にオーステナイトの安定度を高めて加工硬化を
抑制する。さらに鋼塊中のδ−フェライト量を低減して
熱間加工性を向上させるといった極めて重要な効果を有
する。これらの効果を得るためには、Ｃｕの含有量が
１．０％以上である必要があるが、３．０％を越えて添
加すると熱間加工性が著しく劣化する。したがって、Ｃ
ｕの含有量は１．０〜３．０％の範囲とする。

【００２４】Ｎは、オーステナイトの安定度を高めて加
工硬化を抑制する。さらに鋼塊中のδ−フェライト量を
低減して熱間加工性を向上させるといった極めて重要な
効果を有する。これらの効果を得るためには、Ｎ含有量
が０．００２％以上である必要がある。しかしながら、
０．０７％を越えて添加すると固溶強化によってオース
テナイト粒内の強度を高め、さらには積層欠陥エネルギ
ーを低減することにより加工硬化を促進する。したがっ
て、Ｎの含有量は０．００２〜０．０７％の範囲とす
る。

【００２５】以上は基本成分の限定理由であるが、本発
明ではＭｏ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｖ，Ａｌ，ＲＥＭ（希
土類金属を表す）の１種または２種以上を含有してもよ
く、その限定理由は以下のとおりである。

【００２６】Ｍｏは耐食性を高める効果を有するが、
３．０％を越えて添加すると熱間加工性が著しく劣化す
るので、Ｍｏを添加する場合はその上限を３．０％とす
る。Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｖ，およびＲＥＭは、熱間延性
を高める効果を有するが、過度の添加は、オーステナイ
ト粒内の強度を高める。これらを添加する場合は、これ
らの含有量をＴｉ：０．５％以下、Ｚｒ：０．５％以
下、Ｎｂ：０．５％以下、Ｖ：０．５％以下、ＲＥＭ：
０．０１％以下とする。

【００２７】Ａｌの添加は耐高温酸化性を高めるが、過
度の添加はオーステナイト粒内の強度を高めるので、Ａ
ｌを添加する場合はその上限を０．０５％とする。

【００２８】

【実施例】表１に示すＮｏ．１〜２３の化学組成を有す
るオーステナイトステンレス鋼を、真空高周波溶解炉で
各１０ｋｇ溶製し、５ｍｍ厚まで熱間圧延後、９５０〜
１２００℃で１分間の溶体化熱処理を施して種々の結晶
粒径に調整した。これらのうち、Ｎｏ．１〜１５は本発
明鋼であり、Ｎｏ．１６〜２３は比較鋼である。これら
の供試鋼について、酸洗を施し５０％の冷間圧延を施し
た後に、表面状態を観察し、最表層部の凹部の開口およ
び微細割れの残留状態を評価した。また、表１に、得ら
れた粒径、Ｆ値、本発明の関係式を満足するか否か（○
は満足、・は不満足）、および最表層部の状態（◎は最
表層部に凹部の開口も微細割れも残っていない優れた表
面特性、×は最表層部に凹部が開口している、＊は微細
な割れが生じている）を併せて示す。

【００２９】Ｎｏ．１〜１５の本発明鋼はいずれも、本
発明の粒径とＦ値との関係式を満足するため、冷間加工
後に最表層部で凹部の開口も微細な割れも残っておら
ず、冷間加工後に表面特性を調整する研磨等を省略する
ことが可能である。これに対し、比較鋼のうちＮｏ．１
６〜２１は、本発明の粒径とＦ値との関係式を満足しな
いため冷間加工ままでは良好な表面特性が得られていな
い。Ｎｏ．１６〜１９では冷間加工後に最表層部で凹部
の開口、Ｎｏ．２０およびＮｏ．２１では微細な割れが
生じており、いずれも冷間加工後に表面特性を調整する
研磨等の工程が必要である。また、Ｎｏ．２２およびＮ
ｏ．２３は、ＣｕあるいはＳｉおよびＭｎの含有量が本
発明の範囲を越えているため、熱間圧延で割れを生じ、
その後の試験に供することができなかった。

【００３０】図２は横軸にＦ値をとり縦軸に粒径をとっ
て、上記結果を示したものである。冷間加工後の表面特
性が良好である本発明鋼（◎）はいずれも本発明の関係
式を満たしていることが確認される。

【００３１】

【表１】

【００３２】

【発明の効果】以上で説明したように、本発明により成
分の変動に関係なく冷間加工後の表面特性に優れ、加工
後の表面調整を必要としないオーステナイトステンレス
鋼を安定して供給することができ、産業上、非常に有用
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】結晶粒径の変化に伴う冷間加工後の表面状態の
変化を示す図。

【図２】Ｆ値および粒径と冷間加工後の表面特性との関
係を示す図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 日下 武夫 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 高東 啓嗣 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 崎山 哲雄 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％でＣ：０．００２〜０．０３％，
   Ｓｉ：０．７％以下，Ｍｎ：０．５〜５．０％，Ｃｒ：
   １５．０〜２０．０％，Ｎｉ：７．０〜１５．０％，Ｃ
   ｕ：１．０〜３．０％，Ｎ：０．００２〜０．０７％を
   含有し、結晶粒径ｄ（μｍ）について以下の関係が成り
   立つことを特徴とする、加工後の表面特性が優れたオー
   ステナイトステンレス鋼。 １１．１８−０．１４９Ｆ≦log （ｄ）≦０．０２８６
   Ｆ＋０．５６１ かつ、 log （ｄ）≧０ ただし， Ｆ＝４０×（Ｃ％＋Ｎ％）＋Ｓｉ％＋Ｍｎ％＋３×Ｎｉ
   ％＋５×Ｃｕ％＋１．５×（Ｃｒ％＋１．５×Ｍｏ％）
   ≦９０
2. 【請求項２】 重量％でＣ：０．００２〜０／０３％，
   Ｓｉ：０．７％以下，Ｍｎ：０．５〜５．０％，Ｃｒ：
   １５．０〜２０．０％，Ｎｉ：７．０〜１５．０％，Ｃ
   ｕ：１．０〜３．０％，Ｎ：０．００２〜０．０７％を
   含有し、さらに、Ｍｏ：３．０％以下，Ｔｉ：０．５％
   以下，Ｚｒ：０．５％以下，Ｎｂ：０．５％以下，Ｖ：
   ０．５％以下，Ａｌ：０．０５％以下，ＲＥＭ：０．０
   １％以下のうち１種または２種以上を含有し、結晶粒径
   ｄ（μｍ）について以下の関係が成り立つことを特徴と
   する、加工後の表面特性が優れたオーステナイトステン
   レス鋼。 １１．１８−０．１４９Ｆ≦log （ｄ）≦０．０２８６
   Ｆ＋０．５６１ かつ、 log （ｄ）≧０ ただし， Ｆ＝４０×（Ｃ％＋Ｎ％）＋Ｓｉ％＋Ｍｎ％＋３×Ｎｉ
   ％＋５×Ｃｕ％＋１．５×（Ｃｒ％＋１．５×Ｍｏ％）
   ≦９０