JPS6247462A - ヤング率並びに熱間加工性の優れた車輌用高強度２相ステンレス鋼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、ヤング率が高く、熱間加工性に優れ、かつ
溶接後の溶接部強度の劣化しない車輛用高強度２相ステ
ンレス領に関するものである。

〈従来技術並びにその問題点〉 近年、省力・省エネルギーの観点から車輛の無塗装化・
軽量化が強く叫ばれるようになり、高強度ステンレス鋼
材の使用による材料の薄肉化が推進されているが、これ
らに対処するため、現在では主として５ＵＳ３０１低炭
素材を中心に５ＵＳ３０４及び５ＵＳ２０１等の準安定
オーステナイト系ステンレス鋼・・−ド材の使用が一般
化している。

しかしながら、これら５ＵＳ３０１で代表される準安定
オーステナイト系ステンレス鋼ノ−−ド材は、冷間圧延
（調質圧延）により加工誘起マルテンサイトを発生させ
て高強度を得るものであるので冷間圧延を施すことによ
るヤング率の劣化は否めず、従って材料のたわみ量も必
然的に大きくなることから、車輛材として開用する場合
には強度値で計算される以上に肉厚を厚くする必要があ
り、十分に満足し得る軽量化を図ることができないのが
実情であった。

しかも、これらの準安定オーステナイト系ステンレス鋼
は冷間圧延により所望強度を確保しているため溶接後の
溶接部強度が著しく低下するものであり、このため補強
材を使用するか或いは材料の肉厚を厚くすることを余儀
なくされていて、この点でも車輌の軽量化には十分好ま
しい材料とは言えなかった。

このように、車輛用材料として現在使用されているＳＵ
Ｓ　３０１、Ｓ　Ｕ　Ｓ　３０４及び５ＵＳ２０１ステ
ンレス鋼・・−Ｆ材には、ヤング率の低下や溶接部強度
の劣化と言う未解決の大きな問題が存在していだのであ
る。

く問題点を解決するだめの手段〉 本発明者等は、現在の軍師用鋼材にみられる上述のよう
な問題点を踏まえ、ヤング率低下の原因となる調質圧延
等の冷間圧延を施さなくても車輌用材料に要求される強
度と伸びとを十分に兼備し、しかも車輛用材製造におい
て不可欠な熱間加工性並びに溶接部強度も十分な高強度
ステンレス鋼材を提供すべく研究を行った結果、以下（
ａ）〜（ｆ）に示す如き知見が得られたのである。即ち
、（ａ）現在、前記オーステナイト系ステンレス鋼のほ
かにも様々なステンレス鋼が知られているが、これらの
中でも、フェライト相とオーステナイト相の２相を有す
る２相系ステンレス鋼は、調質圧延を施さなくても十分
に高い強度と伸びとを兼ね備えており、更に溶接部の強
度劣化もなく、母材と殆んど同じ溶接部強度が極く普通
のステンレス鋼溶接によって容易に実現できること。

第１図は、ステンレス鋼の組織と引張強さ及び伸びとの
関係を示す線図であるが、該第１図からもフェライト相
とオーステナイト相から成る２相ステンレス鋼が強度と
伸びとのバランスがとれており、かつ車輛用鋼材として
十分な８０１＜ｇｆ／ｒｒｐ２以上の引張強さを示すこ
とが明らかである。なお、第１図中の記号「Ａ」はオー
ステナイト相を、記号「Ｍ」はマルテンサイト相を、そ
して記号「ＦＪはフェライト相をそれぞれ示す。

（ｂ）　　上記フェライト・オーステナイト２相ステン
レス鋼のヤング率は、式 ％式％ ×Ｎｂ（伺十Ｍｏ（伺）＋３０（Ｃ’（チ）十Ｎ（係）
）十０５Ｘ　Ｍｎ（％）　＋〇、　３　ＸＣｕ（１９−
１−Ｎｉ（＠＋８．２で算出されるＮｉ　ｂａｔ１直に
よって大きく左右されるものであり、該Ｎｉ　ｂａｔ値
を極力小さく調整することによって車輛用鋼材として十
分満足できるヤング率が確保できること。なお、以降、
成分割合を表わすチは重量係とする。

第２図は、フェライト・オーステナイト２相ステンレス
鋼のＮｉ　ｂａｔ値とヤング率との関係を示す線図であ
るが、該第２図からもＮｉ　ｂａｔ値を一６以下に調整
することでヤング率：　１８０００　ｋｇｆ　／ｖａｎ
２以上を確保できることが明らかである。

（Ｃ）シかし、フェライト・オーステナイト２相ステン
レス鋼の伸びはＮｉ　ｂａｔ値が大きくなるほど改善さ
れること。

第３図は、フェライト・オーステナイト２相ステンレス
鋼のＮｉ　ｂａＡ　１１４と伸びとの関係を示す線図で
あるが、該第３図からもＮｉ　ｂａＡ値を一１２以上に
調整することで伸び１２０％以上を確保できることが明
らかである。

（（１）従って、ヤング率及び伸びの両者を考慮してＮ
ｉ　ｂａｔｌｍを調整することにより、ヤング率並びに
伸びが共に良好で、溶接部強度の劣化しない車輛用高強
度２相ステンレス鋼が得られること。

（ｅ）　　前記フェライト・オーステナイト２相ステン
レス鋼に希土類元素、Ｍｇ５Ｂ及びＣａのうちの１種以
上を微量添加すると、該ステンレス鋼の熱間加工性が一
層向上すること。

（ｆ）　　更に、希土類元素、Ｍｇ１Ｂ及びＣａのうち
の１種以上を添加した上記フェライト・オーステナイト
２相ステンレス鋼にＮ添加或いはＮとＮｂとの複合添加
を行うと、該ステンレス鋼の強度がより向上すること。

この発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、 車輛用ステンレス鋼材を、 Ｃ：０．０５％以下、Ｓｉ：１超〜５％、Ｍｎ：３超〜
１０％、　Ｃｒ：１７〜２２％、Ｎｉ：１〜７％、Ｃｕ
：０．５〜３％、を含有し、かつ 希土類元素：０．００５〜０．０４０％、Ｍｇ：　０．
００５〜０．０４０％、 Ｂ：Ｏ，００１〜０００６％、 Ｃａ：　０．００２〜０．０１０　％ のうちの１種以上を含むか、或いは更にＮ　：　０．０
４〜０．２０％ をも単独で、又は Ｎｂ：０．０５〜０．５０　　チ と一緒に複合で含有するとともに、残部がＦｅ及び不可
避的不純物より成り、しかも Ｎｉ　ｂａｔ値＝　−１，１（ｃｒ（ｎ＋　１．５　×
Ｓｉ（＠＋　０．５　×Ｎｂ（％）　＋Ｍｏ（％ｌｌ　
ｌ　＋　３０　ｆ　Ｃ（％）十Ｎ（％）　）　−１−０
，５ｘＭｎ（％）　＋　０．３　ｘ　Ｃｕ（＠＋　Ｎｉ
（＠＋　８．２なる式に従うＮｉ　ｂａｔ値が〔−１２
〜−６〕である２相ステンレス鋼で構成することにより
、優れた母材強度、ヤング率、熱間加工性並びに溶接部
強度を確保せしめた点、 に特徴を有するものである。

次に、この発明の車輛用高強度２相ステンレス鋼におい
て、組成成分割合及びＮｉ　ｂａｔ値を前記の如くに数
値限定した理由を詳述する。

（１）Ｃ Ｃ成分にはステンレス鋼の強度を向上させる作用があり
、この点からは好ましい元素ではあるが、Ｃ含有量が高
くなると耐食性の劣化を招くことから、Ｃ含有量は００
５％以下と定めた。

（ｉｉ）　　５１ Ｓｉ成分にはステンレス鋼の強度を向上させる作用とと
もに、そのヤング率を改善する作用があるが、その含有
量が１％以下では前記作用に所望の効果が得られず、一
方、５チを超えて含有させると鋼が硬化して伸びの劣化
を招くことから、Ｓ１含有量は１％を超え５％以下の値
と定めた。

（山）　　　　Ｍｎ Ｍｎ成分は比較的安価にオーステナイト相を確保する作
用があり、同様作用を有するＮｌ量を節減するためにも
多量添加が好ましいものであるが、その含有量が３％以
下ではオーステナイト相が著しく減少してフェライト単
相となりがちで、伸びの劣化を招く恐れがあり、一方、
１０％を超えて含有させるとヤング率の劣化を招くこと
から、Ｍｎ含有量は３％を超え１０％以下の値と定めた
。

Ｏｖ）　　Ｃｒ Ｃｒ成分には、Ｓｉと同様、鋼の強度並びにヤング率を
改善する作用があるが、その含有量が１７％未満では所
望の強度を確保することができず、一方、２２％を超え
て含有させると伸びの劣化が著しく、またσ脆性も発生
しやすくなることから、Ｃｒ含有量は１７〜２２チと定
めた。

（ｖ）ＮＩ Ｎｉ成分はオーステナイト相を確保するのに極めて有効
なものであり、所望の伸びを確保する意味からも１％以
上の添加が必要であるが、７％を越えて含有させると鋼
のヤング率を著しく劣化することから、Ｎｉ含有量は１
〜７％と定めた。

（ｖｉｌ　　Ｃｕ Ｃｕ成分にはステンレス鋼の耐すき間腐食性を著しく改
善する作用があり、更にすき間腐食を起点とした応力腐
食割れの防止作用も大きいが、その含有量が０５％未満
では前記作用に所望の効果が得られず、一方、３％を越
えて含有させるとＮｉと同様に鋼のヤング率を著しく劣
化することから、Ｃｕ含有量は０．５〜３％と定めた。

＆ｉｌ　　希土類元素、ＭｇＸＣａ、及びＢこれらの成
分には、ステンレス鋼の熱間加工性を改善して、熱間圧
延時や鍛造時のコーナー割れや鋼板表面の割れ疵を抑制
する作用があるので、単独又は２種以上の複合で含有せ
しめられるものであるが、それぞれの含有量が前記下限
値を下回る場合には上記作用に所望の効果が得られず、
一方、それぞれの含有量が前記上限値を上回ると溶接割
れ感受性を高めるなど、溶接性劣化を招くようになるこ
とから、希土類元素含有量を０．００５〜００４０％、
Ｍｇ含有量を０．００５〜０．０４０％と、Ｓ含有量を
０００１〜０．００６％と、そしてＣａ含有量を０．０
０２〜０．０１０　％と、それぞれ定めた。

（ｖｉｉＤ　Ｎ Ｎはステンレス鋼中に通常Ｏ○１条程度合まれている不
可避的な元素ではあるが、強力なオーステナイト生成元
素であり、かつ侵入型元素であるためオーステナイト相
を強化し、０２％耐力及び引張強さ等の強度向上作用を
有している。この発明の２相ステンレス鋼においては、
Ｎ含有量が０、０４％未満であると前記作用に所望の効
果が得られず、一方、０．２０％を越えて含有させると
熱間加工性の劣化が著しくなることから、Ｎ含有量は０
．０４〜０．２０チと定めた。

Ｑｘ）Ｎｂ Ｎｂは、Ｎとの複合添加により溶体化処理後の鋼の結晶
粒を微細化するとともにＮｂの析出物を形成して０．２
％耐力並びに引張強さを向上する作用を有しているので
、より高強度を必要とする場合１ｃ添加・含有せしめら
れるものであるが、その含有量が０．０５％未満では前
記作用に所望の効果が得られず、一方、０．５０％を越
えて含有させると鋼の硬化が著しくなり、冷延後の加工
性を劣ｆヒさせることから、Ｎｂ含有量は００５〜０．
５０％と定めた。

（ｙＪ　　Ｎｉ　ｂａｔ値 Ｎｉ　ｂａｔ値は、第２図及び第３図で示される如くヤ
ング率改善には小さい方が望ましいが、逆に伸びの改善
にはその値が大きいほど好ましい。そして、車輛用材と
しては、その加工性をも考慮するとＮｉ　ｂａｔ値〔−
１２〜−６〕が適正であり、このように調整されたフェ
ライト・オーステナイト２相ステンレス鋼は優れたヤン
グ率と延性とを兼備し、車輛用ステンレス鋼材として好
適であることから、Ｎｉ　ｂａｔ値は［ニー１２〜−６
］と定めた。

なお、この発明のフェライト・オーステナイト２相ステ
ンレス鋼の不可避的不純物たるＳは、通常に随伴される
量程度であれば格別な不都合を生じることがないが、該
Ｓ含有量を特にＯ，ＯＯ２％以下に規制すると鋼の熱間
加工性が一層改善されるので強く推奨される手段である
。

次に、実施例により比較例と対比しながらこの発明を具
体的に説明する。

〈実施例〉 まず、実験用小型高周波炉で１０　ｋｐ角型鋼塊を溶製
し、これを加熱温度１２５０℃で５０ｍｍ厚から６１１
！２１！厚にまで熱間圧延した後、１０５０℃での焼鈍
、酸洗に続いて、その機械的性質並びに熱間加工性を調
査した。なお、熱間加工性の評価は、厚さ５０ｍのスラ
ブを６ｍｘ厚にまで熱間圧延したときの、ミルエツジか
ら２〜３ｕ深さのコーナー割れ発生の有無によって行っ
た。

この結果を第１表に併せて示す。

第１表に示される結果からも明らかなように、本発明鋼
は従来鋼に比してヤング率及び熱間加工性において著し
く優れていることがわかる。なお、これとは別（Ｃ溶接
後の継手強度の測定をも行ったが、該継手強度において
も本発明鋼は優れた値を示すことが確認された。

く総括的な効果〉 以上に説明した如く、この発明によれば、調質圧延等の
冷間圧延を施すことなく高い強度と伸びを示す上、優れ
たヤング率並びに熱間加工性を発揮し、車輛用素材とし
て好適な２相ステンレス鋼を提供することができるなど
、産業上極めて有用な効果がもたらされるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ステンレス鋼の組織と引張強さ及び伸びとの
関係を示すグラフ、 第２図は、ステンレス鋼のＮｉ　ｂａｔとヤング率との
関係を示すグラフ、 第３図は、ステンレス鋼のＮｉ　ｂａｔと伸びとの関係
を示すグラフである。 代理人　　日本ステンレス株式会社 出願人　　富　　１）　和　　夫　ほか１名↑ンク’　
革（Ｋｇｆ／ｍｍ２１ り１ＪＵＮ２　　（Ｋｇｆ／ｍｍ２］ ０　　　　ン　　　　呂 イＩ？　び゛　　（シー） ；１頁の続き ）発　明　者　　横　山　　　賢　治　上越市港町２の
１２の１究所内 ）発　明　者　青　木　　　正　紘　上越市港町２の１
２の１究所内 ・発明者　鋸屋　王宮　」市港町２の１２の１究所内 日本ステンレス株式会社直江津研 日本ステンレス株式会社直江津研 日本ステンレス株式会社直江津研 手　　続　　補　　正　　ｆｕ　　　（自発）昭和６１
年　９月　３］」

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量割合にて、 Ｃ：０．０５％以下、Ｓｉ：１超〜５％、 Ｍｎ：３超〜１０％、Ｃｒ：１７〜２２％、Ｎｉ：１〜
   ７％、Ｃｕ：０．５〜３％、 Ｎ：０．０４〜０．２０％ を含有し、かつ 希土類元素：０．００５〜０．０４０％、 Ｍｇ：０．００５〜０．０４０％、 Ｂ：０．００１〜０．００６％、 Ｃａ：０．００２〜０．０１０％ のうちの１種以上をも含むとともに、残部がＦｅ及び不
   可避的不純物より成り、しかも Ｎｉｂａｌ値＝−１．１｛Ｃｒ（％）＋１．５×Ｓｉ（
   ％）＋０．５×Ｎｂ（％）＋Ｍｏ（％）｝＋３０｛Ｃ（
   ％）＋Ｎ（％）｝＋０．５×Ｓｉ（％）＋０．３×Ｃｕ
   （％）＋Ｎｉ（％）＋８．２なる式に従うＮｉｂａｌ値
   が〔−１２〜−６〕であることを特徴とする、ヤング率
   並びに熱間加工性に優れかつ溶接部強度の劣化しない車
   輛用高強度２相ステンレス鋼。
2. （２）重量割合にて、 Ｃ：０．０５％以下、Ｓｉ：１超〜５％、 Ｍｎ：３超〜１０％、Ｃｒ：１７〜２２％、Ｎｉ：１〜
   ７％、Ｃｕ：０．５〜３％、 Ｎ：０．０４〜０．２０％、 Ｎｂ：０．０５〜０．５０％ を含有し、かつ 希土類元素：０．００５〜０．０４０％、 Ｍｇ：０．００５〜０．０４０％、 Ｂ：０．００１〜０．００６％、 Ｃａ：０．００２〜０．０１０％ のうちの１種以上をも含むとともに、残部がＦｅ及び不
   可避的不純物より成り、しかも Ｎｉｂａｌ値＝−１．１｛Ｃｒ（％）＋１．５×Ｓｉ（
   ％）＋０．５×Ｎｂ（％）＋Ｍｏ（％）｝＋３０｛Ｃ（
   ％）＋Ｎ（％）｝＋０．５×Ｓｉ（％）＋０．３×Ｃｕ
   （％）＋Ｎｉ（％）＋８．２なる式に従うＮｉｂａｌ値
   が〔−１２〜−６〕であることを特徴とする、ヤング率
   並びに熱間加工性に優れかつ溶接部強度の劣化しない車
   輛用高強度２相ステンレス鋼。