JPS6357745A

JPS6357745A - 加工性に優れた高強度ステンレス鋼

Info

Publication number: JPS6357745A
Application number: JP20107186A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Utsunomiya; 武志宇都宮; Sadao Hirotsu; 廣津　貞雄
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 1986-08-27
Filing date: 1986-08-27
Publication date: 1988-03-12
Anticipated expiration: 2011-02-28
Also published as: JPH0819507B2

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）本発明は加工性と強度とを必要とする材料として好適な
フェライト−マルテンサイトの２相系析出硬化型ステン
レス鋼に関する。

（従来技術）従来耐食性と高強度を必要とするばね材料や構造材料に
使用されている高強度ステンレス鋼としては次のような
ものが代表的である。

（ａ）ＳＵＳ３０１ｇｑに代表される加工硬化型ステン
レス鋼（ｂ）１７−　ＡＰＩＬ　１７−７ＰＩｌ鋼に代表され
る析出硬化型ステンレス鋼これらの材料を使用してばね部材や構造部材に加工する
際打抜き、切断、成形など種々の加工を施すので、材料
としては加工時に硬さが低く、加工後高くなるものが望
まれている。特に近年は用途の拡大に伴い加工の厳しい
用途に使用されるに至り、益々加工性の優れた材料の要
求が高くなっている（発明が解決しようとする問題点）しかるに上記鋼のうち、（ａ）の鋼は焼鈍状態でのオー
ステナイトを冷間加工により高質のマルテンサイトに変
化させて、高強度を得るものであるので、高強度を得る
ためには強度の冷間加工を施して多量メマルテンサイト
を形成しなければならない。しかし強度の冷開加工を施
すと加工性が著しく低下し、複雑な加工が困難となる。

これに対して（ｂ）の鋼は＾１、Ｃｕなとの析出硬化元
素を添加して、加工後時効処理により炭化物や金属間化
合物を析出させて高強度を得るものであるので、加工時
の加工性は前記（ａ）の鋼より優れている。この（ｂ）
の鋼のうち高強度のものとして使用されているものは、
マルテンサイト系（例えば１７−４１’ｌｌ鋼）、セミ
オーステナイト系（例えば１７−７ＰＩＩ９）などがあ
るが、マルテンサイ）Ｍは延性が小さいため、強度の加
工を加えたり、複雑な形状に成形したりするのが困難で
ある。一方セミオーステナイ１４はマルテンサイト系よ
り延性が優れているが、加工の厳しい最近の用途に使用
するにはまだ加工性が不十分であった。

そこで本発明は従米鋼と同程度の硬さを有し、加工性を
さらに向上させた高加工性、高強度のステンレス鋼を提
供するものである。

（問題点を解決するための手段）本発明者らは析出硬化型ステンレス銅において、セミオ
ーステナイト系と同程度の強度を有し、しかも延性に優
れた鋼を開発すべく種々検討した結果、母相をフェライ
トとマルテンサイトの２相組織にすれば、マルテンサイ
ト系と同程度の強度を維持しつつ、加工性を向上させる
ことができることを見出した。１なわち本発明は軟質な
フェライト相で加工性を確保し、硬質なマルテンサイト
相で時効析出させることにより強度を付与して、強度と
加工性とを兼備えさせたもので、′ＸＡ組成を重量％に
おいて、ｃ：　ｏ、ｏｓ％以下、Ｓｉ：　０．５〜５．
０％、Ｍｎ：　１．０％以下、Ｎｉ：　４．０−９．０
％、Ｃｒ：１２．０−２０．０％、Ｎ：　０．０３％以
下を含有し、さらにＴｉ：　０．１〜２．０％、Ｚｒ：
　０．１〜２．０％、Ｎｂ：　０，１〜２．０％、ｒａ
：０．１〜２．０％、Ａｌ：　０．１〜２．０％、ＣＬ
Ｉ：　０，２〜３．０％、Ｎｏ：　０．２〜３．０９ｆ
；の範囲にあるＴｉ、　Ｚｒ、　Ｎｂ、　Ｔａ、　ＡＩ
、Ｃｕ、　Ｎｏの１種または２種以上を含有し、残部が
Ｆｅお上り不可避的不純物からなる合金にして、母相を
溶体化処理状態でマルテンサイト中に７エライトを２０
〜８０％含む７エライトーマルテンサイトの２相組織に
したことを特徴としている。

以下本発明の限定理由を説明する。

（１）ＣＣは固溶強化による強度上昇に寄与するが、含有量が多
くなると焼入れマルテンサイト相が硬くなり、冷間加工
変形能を低下させ、目的とする十分なる成形加工性が得
られない。従って成形加工性を向上させるにはＴｉ、旧
）などのＣ固定能を有する析出硬化元素を多く添加しな
ければならず、不経済である。これらの理由によりＣは
ｏ、ｏｓ５６以下とした。

（２）Ｓｉ本発明鋼はＮｉ、　Ｓｉ、　ＴｉおよびＺｒなどよりな
る金属間化合物を析出させて高強度を得るもので、Ｓｉ
が０．５％未満であると時効硬化度が小さい。また５　
、　ｏ　ｑ（、を越えて添加してもその効果は飽和する
。

このためＳｉの含有量は０．５〜５．０タロとした。

（３）ＭｎＭｎはＮ１とともに室温でマルテンサイト相になるオー
ステナイト相の生成を多くする元素である４本発明鋼で
は析出硬化に有効なＮｉを多量に添加するため、マルテ
ンサイト−７エラ・イトの２相バランスを保つ都合上Ｍ
ｎを低く抑える必要があり、このためＭｎは１．０％以
下と低くした、（４）Ｎｉ旧は析出硬化能を向上させるとともに、７エライト相の
生成を？Ａ整する必須の元素である。しかし添加量を多
くするとＭＳ点が低下して残留オーステナイト相の量が
増加するため、強度が低下する。本発明鋼の場合析出硬
化能を付与するのに最低４．０％必要で、マルテンサイ
ト相中の残留オーステナイト相の量を増加させないため
には９．０％以下にする必要がある。

（５）ＣｒＣｒはＮｉｌとのバランスでフェライト−マルテンサイ
トの２相組飄を得るのに少なくとも１２．０　ｑ６以上
必要である。しかし添加量を多くすると残留オーステナ
イト量が増加し、強度が低下するので、」二限は２０．
０夕５とした。

（６）ＮＮはＣと菌株固溶強化に寄与するが、析出硬化元素のＴ
ｉ、　Ｎｂ、＾１などとの親和力が大きいので、析出硬
化元素の添加効果を減少させる。またＮ含有量が高いと
析出硬化元素にＴｉを使用した場合ＴｉＮの大きな介在
物を多量に形成し、靭性を低下させる。これらのことが
らＮは少ない方が好ましく、０．０３％以下とした。

（７）　Ｔｉ、　Ｚｒ１Ｎｂ、　Ｔａおよび＾１これら
の元素は析出硬化を起こさせるのに必須の元素で、少な
くとも１８１以上添加する必要がある。しかるにこれら
の元素はＣ，Ｎ、　０などとの親和力が大きく、０．１
％以上添加しないと析出硬化が不十分である。一方２．
０％を越えて添加すると強度が苦しく大きくなりすぎ、
靭性が低下する。

このため上記各元素はそれぞれ０．１〜２．０％とした
。

（８）ＣｕＣｕは析出硬化元素の１種であるが、それとともに亜硫
酸がス糸腐食環境下における耐食性を者しく向上させる
。このためＣｕは用途に応じて添加するのであるが、そ
の添加効果を得るには０．２％以上必要とする。しかし
３．０％を越えて添加してもその添加量の割には効果が
小さく、しかも鋼板あるいはａ帯！！！逍時の熱間加工
性を害する。このためＣｕ上限は３．０％とした。

（９）Ｎ。

ＮｏはＣｕと同様析出硬化元素であるとともに、耐食性
、靭性改善効果の大きい元素である。その効果を発現さ
せるためには０．２％以上添加する必要があるが、多量
にに添加すると熱間加工性を者しく低下させるので、上
限は３．０％以下にする必要がある。

（１０）相比本発明鋼はフェライトとマルテンサイトの２相！Ｉｔ　
ａにするのであるが、両相の比率はＳｉ、　Ｃｒ５Ｔｉ
。

Ｚｒ５Ｎｂ、　Ｔａ、＾ＩおよびＭＯなどのフェライト
生成元素と溶体化処理状態でマルテンサイトとなるＣ、
　Ｍｎ、　ＮｉおよびＣｕなどのオーステナイト生成元
素との比率および熱処理条件により変化する。従って成
分範囲が本発明鋼の範囲内でも各々の成分のバランスお
よび溶体化温度により両相の比率は変化し、それ°に伴
って加工性、強度も変化する。７エライトとマルテンサ
イトとの２相Ｍｌ織において、前者の比率が多い場合加
工性は向上するが、強度は低下し、逆に後者が多い場合
はその逆になる。

そこで高加工性、高強度の得られる範囲について検討し
た結果、溶体化処理状態でマルテンサイト中のフェライ
ト量を２０〜８０％にすればよいことを見出した。これ
はフェライト量が２０％未満であるとマルテンサイト単
相の鋼と同程度の延性しか得られず、逆に８０％を越え
るとフェライト単相の鋼と同程度の強度しか得られず、
フェライト量が２０〜８０％の範囲を外れるといずれか
の特性が不十分となるからである。

（実施例）次に本発明を実施例により具体的に説明する。

第１表に示すような化学成分の合金銅を高周波溶解炉で
７８製して、通常の熱間圧延、冷開圧延により厚さｉ＋
ｎ＋ｎの板にした。その後これらの材料をまず１０５０
°Ｃで溶体化処理して、フェライト量と伸びを測定し、
次に時効処理して、硬さを測定した。

ｆｊ’、　ｉ　Ｓ：　ｌこおいてＮｏ１〜７の鋼は本発
明鋼で、組織が７エライトとマルテンサイトの２相にな
っている。またＮａ１ｌ、１２は成分が本発明鋼の範囲
内にあるが、フェライト生成元素およびマルテンサイト
生成元素の割合を調整して、実質的にＮｏ１１はフェラ
イト組織、Ｎｏ１２はマルテンサイト組織にした比較鋼
である。さらにＮｏ２１および２２は従来鋼で、Ｎｏｊ
ｌが５ＩＩＳ３０１、Ｎｏ２２が５ＵＳ６３１　（１７
−７Ｐｌ＋）である。

第２表に溶体化処理後のフェライト−１および標、α間
２０＋ｏｎの試験片で引張り試験を行った後の伸び並び
に時効処理後の硬さの測定結果を示す。ただしＮｏ２１
と２２の従来溝は４０％冷間圧延後の伸びおよび時効処
理後の硬さを示す。時効処理はＮｏ１〜７の本発明鋼お
よび１ｏｌｌ、１２の比較鋼の場合５２５℃Ｘ１ｈｒで
、Ｎｏ２１および２２の比較鋼の場合それぞれ４００℃
Ｘ１ｔ＋ｒおよび４７５’（：、　Ｘ　１１＋ｒで行っ
た。

第２表より明らかなように、マルテンサイト中のフェラ
イト量が２０〜８０％の本発明鋼は溶体化処理状態での
伸びがＮｏ２１．２２の従来鋼より大きく、しかも時効
処理後の硬さはＩＩｖ４９０〜５２０と従来鋼の４８８
〜５２４と同程度である。

従って本発明鋼はセミオーステナイト系析出硬化型ステ
ンレス副と同程度の強度を有し、それより加工性が向上
していることがわかる。

これに対してマルテンサイト中のフェライト量が本発明
鋼の範囲より外れた比較＠Ｎｏ１ｌの場合、伸びは従来
鋼より大きいが、フェライト相においては十分なる時効
硬化が起こらないため硬さが低く、Ｎｏ１２の場合は伸
びおよび硬さとも従来鋼と変わらず、加工性が改善され
ていない。

添付図面は第２表に示した時効処理ｏ１の伸びと時効処
理後の硬さの関係を示したもので、図中の数字は第２表
の試料Ｎｏで、本発明渭は円で囲んである。この図より
本発明鋼は高延性、高強度であることがわかる。

（効果）以上のように本発明渭は加工性に優れているので、形状
が複雑であったり、高度の加工性を必要とする用途に使
用でき、かつ加工後には高強度にすることができる。

【図面の簡単な説明】

添付図面は実施例で第２表に示した時効処理面の伸びと
時効処理後の硬さの関係を示したものでる。

Claims

【特許請求の範囲】

重量％において、Ｃ：０．０８％以下、Ｓｉ：０．５〜
５．０％、Ｍｎ：１．０％以下、Ｎｉ：４．０〜９．０
％、Ｃｒ：１２．０〜２０．０％、Ｎ：０．０３％以下
を含有し、さらにＴｉ：０．１〜２．０％、Ｚｒ：０．
１〜２．０％、Ｎｂ：０．１〜２．０％、Ｔａ：０．１
〜２．０％、Ａｌ：０．１〜２．０％、Ｃｕ：０．２〜
３．０％、Ｍｏ：０．２〜３．０％の範囲にあるＴｉ、
Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｏの１種または２種
以上を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からな
る合金で、溶体化処理状態でマルテンサイト中にフェラ
イトを２０〜８０％含み、時効処理により高強度を得る
ことができる加工性に優れた高強度ステンレス鋼。