JPS637338A - 面内異方性の小さい高延性高強度の複相組織クロムステンレス鋼板または鋼帯の製造法 - 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〕 本発明は、延性に優れ強度および延性の面内異方性の小
さい高強度複相組織クロムステンレス鋼板または鋼帯の
新規な工業的製造法に関し、高強度が必要とされ且つプ
レス成形などの加工が施される成形用素材としての高強
度高延性ステンレス鋼板ま、たは鋼帯を提供するもので
ある。

以下の説明において「鋼板または鋼帯」を「綱板」と略
称することがあるが「鋼帯」も本発明の内容に含まれる
ものである。

〔従来の技術〕

クロムを主合金成分として含有するクロムステンレス鋼
にはマルテンサイト系ステンレス鋼とフェライト系ステ
ンレス鋼とがある。

従来より、高強度のクロムステンレスＩ仮としてはマル
テンサイト系ステンレス鋼が良く知られている。例えば
ＪＩＳ　Ｇ　４３０５には、マルテンサイト系ステンレ
ス鋼として７種の綱が規定されている。これらのマルテ
ンサイト系ステンレス鋼は。

ｃ　：　０．０８％以下（ＳＵＳ４１０Ｓ）から０．６
０〜０．７５％（ＳＯＳ４４０Ａ）とフェライト系ステ
ンレス鋼にくらべて高いＣを含有し、焼入れ処理または
焼入れ焼もどし処理により高強度を付与することができ
る。またこのＪＩＳ　Ｇ　４３０５において、　０．２
６〜０．４０％のＣおよび１２．００〜１４．００％の
Ｃｒを含有する５ＵＳ４２０Ｊ２では。

９８０〜１０４０℃からの急冷による焼入れ後、１５０
〜４００℃空冷の焼もどしにより　Ｉ（ＲＣ４０以上の
硬さが得られることが、そして、　０．６０−０．７５
％のＣおよび１６．００〜１８．００％のＣｒを含有す
る５Ｏ３４４０Ａでは。

１０１、０〜１０７０℃からの急冷による焼入れ後、１
５０〜４００℃空冷の焼もどしにより、同じ＜　　ＨＲ
Ｃ４０以上の硬さが得られることが示されている。この
ようにマルテンサイト系ステンレス鋼では熱処理により
高強度が得られるものの、素材メーカーからステンレス
鋼板または鋼帯として出荷される場合には焼なまし状態
で出荷されており、その時点では３Ｊ（Ｓ　Ｇ　４３０
５の表１５にも示されるように強度および硬さは低い。

したがって、焼入れ、焼入れ一焼もどしなどの熱処理は
加工メーカーにて行われるのが通常である。

もう−種のクロムステンレス鋼であるフェライト系ステ
ンレス鋼板では熱処理による硬化があまり期待できない
ので１強度を上昇させる方法としては焼なまし後、さら
に冷間で１！ｌ質圧延を行って加工硬化による強度上昇
をはかる場合がある。しかし、フェライト系ステンレス
鋼は元来が高強度を必要とする用途にはあまり供されて
はいないのが実状である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

マルテンサイト系ステンレス鋼板では、焼入れまたは焼
入れ一焼もどし処理後の＆１ＩＰａはその名称のごとく
基本的にはマルテンサイト組織であり。

非常に高い強度および硬さが得られる反面、伸びは非常
に低い。そのため、加工前の鋼板または鋼帯に熱処理を
施したのではその後の加工が困難となる。したがって、
最終製品にほぼ近い形に加工した後に熱処理を施すこと
が多い、特にプレス成形などの加工は熱処理後では不可
能である。いずれにしても、マルテンサイト系ステンレ
ス鋼では高強度を得るためには加工メーカーでの熱処理
工程が不可欠であるという加工メーカー側での負担増が
あり、またこのために最終製品のコストアップは避けら
れないという問題があった。

−方、フェライト系ステンレスＦ４仮を調質圧延により
強度を上昇させた場合には、伸びの低下が著しくなって
強度−延性のバランスが悪（なる結果、加工性に劣るこ
とになる。そして、ｔＡ質圧延による強度上昇の程度は
引張強さよりも耐力の方が著しく高い。このために高圧
延率になると耐力と引張強さの差が小さくなり、降伏比
（＝耐力／引張強さ）が１に近くなって材料の望性加工
域が非常に狭（なると共に耐力が高いとスプリングバン
クが大きくなってプレス加工などの後の形状性が悪くな
る。さらに１ＦｆＪ買圧延材は強度および伸びの面内異
方性が非常に大きく、軽度のプレス加工などでも加工後
の形状が悪くなる。また、圧延による加工歪みは仮の表
面に近いほど大きいという特徴があるため、”ＡＭ圧延
材では板厚方向のひずみ分布が不均一になることが避け
られない。これは残留応力の板厚方向の不均一分布をも
たらし。

特に極薄鋼板では打抜き加工やフォトエツチング処理に
よる穴あけ加工後に板の反りなどの形状変化を生ずる場
合があり５電子部品などの高精度が必要とされる用途で
は大きな問題となる０以上の３１　！圧延に起因する問
題のみならず、フェライト系ステンレス鋼では木質的な
欠点とも言えるリジングの問題があり、調質圧延後にお
いては一般に冷延リジングと呼ばれるリジングを発生し
９表面の粗度が重視される用途ではやはり大きな問題と
なる。

〔問題点を解決する手段〕

前述のような問題は、適度な高強度を有し且つ所望の形
状に加工し得る良好な延性および加工性を具備し、異方
性が小さくリジング発生のないクロムステンレス鋼材料
が素材メーカー側で綱板または鋼帯の形で提供できれば
解決し得る。そこで本発明者らはこの解決を目的として
化学成分並びに製造条件の両面からクロムステンレス鋼
について広範な研究を続けて来た。その結果、思いかけ
ずも、従来のフェライト単相域温度での仕上焼鈍つまり
鋼板または鋼帯成品に施す焼なまし処理ではなく、フェ
ライト＋オーステナイトニ相域への加熱とその後の急冷
処理からなる仕上熱処理をクロムステンレス鋼の鋼板ま
たは鋼帯成品（通常の熱間圧延、冷間圧延によって得ら
れた冷延鋼板または鋼帯）に施すならば、前記の問題点
の実質上すべてが解決できるという素晴らしい成果を得
ることができた。かくして本発明は、必須成分として０
．１０重量％以下の炭素と１０．０〜１８．０重量％の
クロムを合作するクロムステンレス刊の冷延鋼板または
鋼帯を通常の熱間圧延および冷間圧延を経て製造し、得
られた冷延鋼板または鋼帯をフェライト＋オーステナイ
トの二相域となる温度に加熱したうえこの温度から５℃
／ｓｅｃ以上、　１０００℃／ｓｅｃ以下の冷却速度で
冷却する仕上熱処理に供することを特徴とする面内異方
性の小さい高延性高強度の複相ＩＪ１ｍ　＜実質状フェ
ライトとマルテンサイトとからなる組織）を有するクロ
ムステレス鋼板または鋼帯の製造法を提供するものであ
る。

本発明法によれば前述の問題点の実質上全てが解決され
るのみならず、鋼組成または仕上熱処理時の加熱温度並
びに冷却速度を制御することにより強度を自在に且つ簡
単に調整できるという点でクロムステンレス鋼板または
鋼帯素材の工業的製造にあたっての有利且つ新しい製造
技術を提供するものであり、従来より市場に出荷されて
いるマルテンサイト系ステンレス鋼板または鋼帯やフェ
ライト系ステンレス鋼板または鋼帯では有しない延性と
強度の両特性を兼備し且つ延性と強度の面内異方性の少
ない新規クロムステンレス鋼材料を市場に提供するもの
である。

従来より５例えばフェライト系ステンレス鋼の代表鋼種
である５（１５４３０においても二相域温度に加熱すれ
ばオーステナイトが生成し、このオーステナイトは急冷
によってマルテンサイトに変態してフェライト＋マルテ
ンサイトの二相組織になること自体は知られていた。し
かしながら、高温でオーステナイトを生成するクロムス
テンレス鋼板または鋼帯の製造においては、冷延後の熱
処理はあくまでもフェライト単相域温度での焼なまし処
理であり、マルテンサイトを生成するような高温の熱処
理は延性の低下などの材質上の劣下をもたらすものとし
て回避することが常識であり、鋼板または鋼帯の実際の
製造面では全く顧みられなかった。したがって、クロム
ステンレス鋼の冷延後に本発明のような仕上熱処理を施
した場合の加熱温度と強度および延性の関係や、延性お
よび強度の異方性などについて詳細に研究がなされた例
もない。

以下に本発明者らの行ったクロムステンレス鋼の冷延材
に対する二相域加熱と急冷の仕上熱処理試験についてそ
の結果の一例を挙げながら本発明の内容を具体的に説明
する。

第１表に示す化学成分を有する鋼ＡとＢを溶製し１通常
の条件の熱間圧延にて板厚３．６１の熱延板とし、７８
０Ｘ４時間の焼鈍を施したあと、冷間圧延により板厚０
．７Ｉの冷間圧延板を得た。８Ａは従来の概念ではマル
テンサイト系ステンレス鋼に分類される鋼成分であり、
　ｗ４Ｂは従来の概念ではフェラ−（ト系ステンレス鋼
に分類される鋼成分である。

第１表 この冷間圧延板を７５０〜１１５０℃の範囲の各温変で
２分間均熱したあと、平均冷却速度２０℃／ｓｅｃで常
温まで冷却する仕上熱処理を施した。得られた各仕上熱
処理材について引張試験、硬さ試験および顕微鏡による
金属組ｍｉ察を行った。

第１図における左側の（ａｌ欄に、前記仕上熱処理時の
加熱温度とマルテンサイト量（体積％）、硬さくＨｖ）
、　引張強さくｋｇｆ／ｌ”）および伸び（χ）との関
係を示した。また比較のために１第１図における右欄の
（′ｂ）には同じ冷間圧延板を圧延率７０％および８０
％でｍ’ｉｔ圧延して強度を高めた場合の各特性を対比
して示した。なお、引張強さおよび伸びについては、圧
延方向の値（し）、圧延方向に対して４５０方向の値（
０）および圧延方向に対し９０″方向の値（Ｔ）をそれ
ぞれ求め、　（Ｌ＋２０＋Ｔ）八によって計算した平均
値で示した。第１図ｆａｔから明らかなようにｍＡおよ
び鋼Ｂとも、加熱温度が８００〜９００℃以上の範囲（
フェライト十オーステナイトの二相温度域となる温度）
から硬さおよび引張強さの急激な上昇が見られ、加熱温
度が９５０℃を超えると硬さおよび引張強さの上昇は飽
和する傾向にある。

−方、硬さおよび引張強さの上昇にともない伸びは低下
するが９例えば鋼Ａは加熱温度を９００℃とした場合の
伸びは１５％であり（硬さＨｖ　：　２６５．引張強さ
：　８３　ｋｇｆ／ｍｍ”）、これは同等の硬さおよび
引張強さをｔ［ｆ圧延により得た場合の２．５％（第１
図山））に比べ非常に優れた延性を有していると言える
。この点を明らかにするために、第１図の結果を引張強
さと伸びの関係で示したのが第２図である。第２図から
明らかなように、仕上熱処理としてフェライト＋オース
テナイトニ相温度域加熱およびこの温度からの急冷を行
った場合の伸びは同じ強度レベルで比較して調質圧延材
よりも著しく高く２強度−延性バランスに優れているこ
とがわかる。

また、第２表には、鋼Ａの９５０℃加熱の仕上熱処理材
と８０％！Ｆｉ！圧延材について、　Ｌ、［ｌ、Ｔの３
方向の引張強さ′および伸びを示した。

第２表 第２表から明らかなように、９５０℃仕上熱処理材の引
張強さおよび伸びの方向による差、すなわち異方性は、
調質圧延材に比べて著しく小さい。

例えば９５０℃仕上熱処理材の引張強さはＬ方向で最も
高＜　　９６．１ｋｇｆ／ａ＋ｍ”、　　Ｄ方向で最も
低く　　９３．４ｋｇｆ／Ｉａｍ”であり、その差は僅
かに２．７ｋｇｆ／ｍｍ”であるのに対し、調質圧延の
それは最も高いＴ方向と最も低いし方向の差は１９．８
ｋｇｆ／ｍｍ”と非常に大きい、伸びについても同様で
あって仕上熱処理は高い伸びを示して異方性が小さいの
に対しＵｎｉｔ圧延では低い伸びを示して異方性が大き
い。

第３図は鋼Ａの９５０℃加熱の仕上熱処理材の金ａ　ｍ
　織写真である。写真中の白く見える領域がフェライト
、黒もしくは灰色に見える領域がマルテンサイトである
。この写真かられかるように、この材料はフェライトと
マルテンサイトの複相Ｍｉ織を有している。すなわち前
記の試験結果に見られるように１強度並びに延性の異方
性の小さい高延性高強度の材料が得られたのは、熱間圧
延、冷間圧延のあとにフェライト十オーステナイトの二
相域に加熱し急冷する仕上熱処理によって、基本的には
、フェライトと、急冷によってオーステナイトから変態
して生成したマルテンサイトとの複相ｍ織とすることで
達成し得たものである。

このような複相組織鋼板の強度（硬さ）はマルテンサイ
ト相のＭ（体積分率）およびマルテンサイト相の強度（
硬さ）に依存する。したがって。

本発明法の実施にさいし、化学成分面からはＭ　ｎ　。

Ｎｉ、Ｃ，Ｎなどのオーステナイト生成元素とＣｒ。

Ｓ　ｉ、Ａ　１などのフェライト生成元素のバランスに
より高温でのオーステナイト量すなわち急冷後のマルテ
ンサイト相の体積分率は自在に制御できると共に、マル
テンサイト強化能の大きいＣおよびＮＭの制御によって
マルテンサイト相そのものの強度（硬さ）も自在に制御
することができる。また、製造条件の面からも仕上熱処
理時の加熱温度および冷却速度の制御によりマルテンサ
イト相の体積分率および強度（硬さ）の制御が行い得る
。

本発明法を適用するクロムステンレス鋼におけるＣｆｌ
についてはあまり高いと仕上熱処理後に生成するマルテ
ンサイト相が多くなり、場合によっては１００％マルテ
ンサイトとなると共に、マルテンサイト相そのものの硬
さも非常に高くなるので高強度は得られるものの延性が
低下する。したがって９本発明法を適用するクロムステ
ンレス鋼のＣ量の上限は０．１０％とするのがよい、ま
たＣｒ量については、ステンレス鋼としての耐食性を維
持するうえで少なくとも１０．０％は必要最低量として
る 含有させ＼きであるが、あまりＣｒ量が高いと。

マルテンサイト相を生成させて高強度を得るに必要なオ
ーステナイト生成元素の量が多くなると共に製品が高価
となるために１８．０％を上限とするのがよい。

本発明において前記目的を達成するには仕上熱処理時の
加熱温度はフェライト＋オーステナイト二相域温度であ
ることが絶対条件である０本発明が有利に実施し得るク
ロムステンレス鋼ではフェライト＋オーステナイトニ相
組織となる下限の温度はおおむね８００〜９００℃の範
囲である。換言すれば本発明法は８００〜９００℃の範
囲にフェライト＋オーステナイトニ相組織となる下限温
度をもつような化学成分のクロムステンレス鋼を対象と
した場合に本発明の効果が最も良く現れるとも言いえる
。この仕上熱処理時の加熱温度の上限についてはあまり
高温では強度上昇が飽和するとともに製造コストの面で
も不利となるので１１００℃を上限とするのがよい。

本発明法における仕上熱処理時のフェライト＋オーステ
ナイトニ相域加熱の冶金的意義として。

■ＣｒＣｒ炭化物化窒化物溶、■オーステナイト相の生
成、■生成したオーステナイト中へのＣおよびＮの？！
Ｉ縮の３点を挙げることができる。クロムステンレス鋼
の場合にはこれらの現象はいずれも短時間のうちにほぼ
平衡状態に達するので２本発明における仕上熱処理時の
加熱時間は短時間。

おおむね１０分間以内の加熱でよい。この短時間加熱で
よいことは本発明法の実際操業の点でも生産効率、製造
コストの面から非常にを利である。

仕上熱処理時の冷却速度についてはマルテンサイト相と
軟質なフェライト相との複相Ｍｉ織を得るうえから５℃
ハｅｃ以上の冷却速度とする必要があるが、　１０００
℃／ｓｅｃを超える冷却速度を得るのは実質上困難であ
る。したがって１本発明において二相温度域加熱からの
冷却は５〜ｂ の冷却速度で実施する。この冷却速度は常温までの終点
冷却温度までとしてもよいが、低温変態相すなわちマル
テンサイト相に変態してしまったあとの冷却過程では必
ずしもこの冷却速度を採用する必要はない。冷却の方法
としては気体および／または液体の冷却媒体を鋼板また
は鋼帯に吹き付ける強制冷却方式、水冷ロールによるロ
ール冷却方式などを適用できる。本発明に従う仕上熱処
理はコイル巻戻し機から巻取り機に至る間に加熱均熱帯
域と急冷帯域を有する連続熱処理炉にクロムステンレス
鋼の冷延ストリップを通板するという連続熱処理方式で
行うことができる。

実施例 第３表に示す化学成分を有する鋼を溶製し、いずれも板
厚３．６ｗｍに熱間圧延後、７８０℃×４時間の熱延板
焼鈍を行い、酸洗を経て板厚０．３ｍｍに冷間圧延した
。これらの冷間圧延板を対象として第４表に示した仕上
熱処理条件のもとて仕上熱処理を施した。得られた仕上
熱処理材の材料特性を第４表に併記した。なお、第４表
における比較例漱３と５は、鋼隘２と３について調質圧
延によって強度を上昇させた例である。この場合、＠考
に表示の圧下率を付与した後の板厚が０．３ｍｍとなる
ように予め熱延板の板厚を表面研削によって調整した。

第４表から明らかなように１本発明法によればいずれも
高い引張強さと硬さおよび良好な伸びを存している。ま
た１本発明法では０．２％耐力、引張強さおよび伸びの
異方性が小さいことが明らかである。

これに対し比較例１１＆ｌｌでは仕上熱処理条件は本発
明で規定する範囲であるが、ｇのＣ量が本発明で規定す
るＣ景（Ｃ５０，１０％）より多いＣ＝０．１６２％の
＠Ｎｎ５であるために、仕上熱処理後のマルテンサイト
量が表示のように１００％となり１強度は高いものの伸
びが非常に低い。

比較例寛２では仕上熱処理での加熱温度が８００℃と低
く、この加熱温度では鋼階２の鋼はフェライト＋オース
テナイトニ相域にならず、したがって仕上熱処理後の金
属＆ｉＩ織はマルテンサイトの存在しないフェライト単
相組織であり、伸びは高いものの強度および硬さが低い
。

比較側石３および比較例患５は、前述のように熱延板焼
鈍後の冷間圧延率を制御しいわゆる調質圧延により強度
を高めたものであるが１本発明例のものに比較して引張
強さく硬さ）に対する伸びが著しく低い、また引張強さ
に対する０、２％耐力の比、すなわち降伏比が高いと共
に、０．２Ｖ６耐力。

引張強さ、伸びの異方性が大きい、したがって本発明例
によって得られた材料に比べて加工性並びに加工後の形
状性に劣ることが明らかである。

比較例磁４は、仕上熱処理での冷却速度が０．０３’Ｃ
／ｓｅｃと非常に低いので熱処理後にマルテンサイトが
生成しておらず、伸びは高いものの強度および硬さが低
い。

次に１本発明例１ｋｌ〜４および比較例Ｎ１１．３．５
によって得られた材料についてプレス加工試験を行ない
、プレス加工の成否、加工品の形状精度およびリジング
発生の有無を調べた結果を第５表に示した。試験は直径
３５ｍｍの円１１ｉ試片を第４図に示す形状にプレス加
工した。そのさいのポンチ肩半径（Ｒ）を０．２１と０
．６ｍｍの２種とした。また、加工品の形状精度につい
ては、加工後のフランジ部の平坦度で評価し５水平な台
上に加工品を置きフランジ部のシワもしくはうねりの凹
凸を全周にわたって測定し、その最高の高さと最低の高
さの差で示した。

第５表 表５から明らかなように１本発明例による材料のすべて
はポンチ肩半径０　、２１１１１１１および０．６ｍｍ
のいずれの場合もプレス加工が可能であるとともに。

加工後の形状精度が良好で平坦度が２０μｍ以下であっ
てリジングの発生も認められなかった。

これに対し比較例患１による材料はポンチ肩半径０．２
ｍｍおよび０．６ｍｍともにポンチ肩部分で破断してプ
レス加工ができないものであった。また比較例？＆１３
および５による材料はポンチ肩半径０．２１ではプレス
加工が不可能であり、ポンチ肩半径０．６ｍｍの場合に
はプレス加工が可能であったものの、形状精度が悪く且
つリジングの発生が認められた。なお、−般に加工品の
形状精度はフランジの平坦度の値が小さい程好ましいこ
とは当然であるが２通常の加工品の場合少なくともフラ
ンジの平坦度が３０μｍ以下であることが要求される。

以上の実施例に見られるように、第３表の鋼患１〜４の
如き鋼成分のクロムステンレス鋼板に本発明に従う仕上
熱処理を施した鋼板素材は、伸びが９％以上で引張強さ
８０　ｋｇｆ／ｍｍ”以上の延性−強度バランスの良い
高延性と高強度を兼備した材料であるともに、延性およ
び強度の面内異方性が小さく且つ低耐力、低降伏比をも
ちプレス成形性に優れた材料である。従来のクロムステ
ンレス鋼板の分野においてかような良好な加工性を兼備
した高強度素材は鋼板または鋼帯の形で市場に出荷され
た例は見ない、したがって２本発明は従来のクロムステ
ンレス鋼板分野に新規素材鋼板または鋼帯を提供するも
のである。本発明に従う材料は電子部品、精密機械部品
などへの加工性が要求される高強度材として特に有用で
あり、この分野において多大の成果が発揮され得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は２本発明に従う仕上熱処理の加熱温度とマルテ
ンサイト量、硬さ、引張強さおよび伸びとの関係を調質
圧延材と比較して示した図。 第２図は本発明に従う仕上熱処理材と調質圧延材につい
て引張強さと伸びとの関係を示した図。 第３図は本発明に従う仕上熱処理を施したクロムステン
レス鋼の金属組織を示した顕微鏡写真。 第４図は明細書記載のプレス加工試験に供した円板状の
加工品をその中心線断面で見た説明図である。 第１図 加熱温度じＣ）　　　　　　　調質圧延ＩＭｆ、）第２
図 引張強さく　ｋ！ｉｉ’ｆ／＋ｏ＋Ｆ　）ｊＩ３図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）必須成分として０．１０重量％以下の炭素と１０
   ．０〜１８．０重量％のクロムを含有するクロムステン
   レス鋼の冷延鋼板または鋼帯を通常の熱間圧延および冷
   間圧延を経て製造し、得られた冷延鋼板または鋼帯をフ
   ェライト＋オーステナイトの二相域となる温度に加熱し
   、この温度から５℃／ｓｅｃ以上、１０００℃／ｓｅｃ
   以下の冷却速度で冷却する仕上熱処理に供することを特
   徴とする面内異方性の小さい高延性高強度の複相組織ク
   ロムステレス鋼板または鋼帯の製造法。
2. （２）クロムステンレス鋼はフェライト＋オーステナイ
   トの二相域となる温度が８００℃を超える温度となるよ
   うに成分調整された鋼である特許請求の範囲第１項記載
   の製造法。
3. （３）仕上熱処理の加熱温度は１１００℃以下である特
   許請求の範囲第１項または第２項記載の製造法。
4. （４）仕上熱処理の加熱時間は１０分以内である特許請
   求の範囲第１項、第２項または第３項記載の製造法。
5. （５）仕上熱処理における冷却はオーステナイトがマル
   テンサイトに変態するに十分な冷却速度と冷却温度で行
   う特許請求の範囲第１項、第２項、第３項または第４項
   記載の製造法。