TW202146675A - 沃斯田鐵系不鏽鋼材及其製造方法、以及板彈簧 - Google Patents

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Abstract

本發明的技術課題是要提供：具有高強度及高延性，且耐疲乏性優異的沃斯田鐵系不鏽鋼材。 本發明的沃斯田鐵系不鏽鋼材，其組成分以質量%計，係含有C：0.200%以下、Si：1.00~3.50%、Mn：5.00%以下、Ni：4.00~10.00%、Cr：12.00~18.00%、Cu：3.500%以下、Mo：1.00~5.00%、以及N：0.200%以下，C及N的合計含量是0.100%以上，其餘部分是Fe及雜質，並且以下列數式(1)來表示的Md30 的值是-40.0~0℃， Md30 =551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-29(Ni+Cu)-13.7Cr-18.5Mo･･･數式(1) (數式(1)中的元素記號是表示各元素的含量(質量%)) 其金屬組織是含有25~35體積%的加工變形誘發麻田散鐵相， 拉伸強度(TS)是1450MPa以上，斷裂伸長率(EL)是12.0%以上，TS×EL是24000以上， 以下列數式(2)來表示的應力緩和率是1.20%以下， 應力緩和率=(σ1-σ2)/σ1･･･數式(2) (數式(2)中的σ1是低於0.2%降伏強度的應力，σ2是施加σ1的應力後經過200秒之後的應力)。

Description

沃斯田鐵系不鏽鋼材及其製造方法、以及板彈簧
本發明係關於沃斯田鐵系不鏽鋼材及其製造方法、以及板彈簧。
隨著智慧型手機之類的通訊機器、個人電腦之類的精密機器的小型化及高性能化，使用於這些機器中的結構零件、機能性零件的輕薄化也不斷進化中。因此，使用於這些零件的材料，必須具有優異的加工性(延性)和高強度。尤其是承受反覆應力的板彈簧之類的零件，必須具備能夠耐受反覆應力的特性(耐疲乏性)。此處所稱的「耐疲乏性」，係指：能夠耐受在彈性應力下反覆使用之後，因為產生了微小變形而無法完全恢復到原本的形狀之「疲乏現象」的特性。
以往使用的結構零件、機能性零件的材料，大多採用SUS301不鏽鋼之類的準安定沃斯田鐵系不鏽鋼材。這種準安定沃斯田鐵系不鏽鋼材，雖然可藉由實施回火輥軋來達成高強度化，但是延性不足。
兼具高強度與高延性之沃斯田鐵系不鏽鋼材，係有例如：專利文獻1所揭示的準安定沃斯田鐵系不鏽鋼帶或鋼板，其組成分以質量%計，係含有C：0.05~ 0.15%、Si：0.05~1%、Mn：2%以下、Cr：16~18%、Ni：4~11%、Mo：2.5%~3.5%、以及從Al：0.1%~3.5%及Ti0.1%~3.5%之中選出的一種或兩種，其餘部分是Fe及不可避免的雜質，並且具有由加工變形誘發麻田散鐵相(α’相)與沃斯田鐵相(γ相)所構成之既定的雙相組織，0.2%降伏強度(YS)是1400N/mm2 ~1900N/mm2 ，YS×EL是21000~48000。
另外，作為彈簧零件使用的材料，係有例如：專利文獻2所揭示的彈簧特性及加工部的耐疲勞特性優異的不鏽鋼，其組成分以重量%計，係含有C：0.08%以下、Si：3.0%以下、Mn：4.0%以下、Ni：4.0~10.0%、Cr：13.0~20.0%、N：0.06~0.30%、O：0.007%以下，並且是以在M=330-(480×C%)-(2×Si%)-(10×Mn%)-(14×Ni%)-(5.7×Cr%)-(320×N%)的數式中的M值符合40以上的關係來調整C、Si、Mn、Ni、Cr、N的含量，其餘部分是Fe及不可避免地混入的雜質。
又，專利文獻3所揭示的彈簧用沃斯田鐵系不鏽鋼，其組成分以質量%計，係含有C≦0.15%、Si≦4.0%、4.0%≦Mn≦10.0%、P≦0.10%、S≦0.010%、2.0%≦Ni≦6.0%、16.0%≦Cr≦18.0%、0.05%≦N≦0.20%，其餘部分是Fe及不可避免的雜質，並且是以在Md30 Mn=551-62(%C+%N)-29(%Ni+%Cu)+4.8%Si-19.1%Mn-13.7%Cr-18.5%Mo的數式中的Md30 Mn值符合-35≦Md30 Mn≦0的關係之方式，藉由實施冷軋來賦予其1320MPa以上的拉伸強度。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特許第6229180號公報 [專利文獻2]日本特開平5-279802號公報 [專利文獻3]日本特開2011-47008號公報
[發明所欲解決之問題]
專利文獻1所揭示的沃斯田鐵系不鏽鋼材，雖然兼具有高強度與高延性，但是針對於板彈簧之類的機能性零件所需具備的耐疲乏性，則並未加以檢討。 專利文獻2所揭示的不鏽鋼，雖然是被說成具有良好的成形加工性，但還是無法符合使用於通訊機器、精密機器的各種零件所要求的加工性(延性)。實際上，專利文獻2的實施例所揭示的不鏽鋼的伸長率是4.0~7.3%，無法說是具有充分的延性。
專利文獻3所揭示的沃斯田鐵系不鏽鋼，最後製程是實施回火輥軋，並未進行低溫熱處理，因此，無法說是具有充分的耐疲乏性。 本發明是為了解決上述的這些問題而開發完成的，其目的是要提供：具有高強度及高延性，且耐疲乏性優異的沃斯田鐵系不鏽鋼材及其製造方法。 此外，本發明之另一目的是要提供：具有高強度，尺寸精度優異，並且壽命很長的板彈簧。 [解決問題之技術手段]
本發明人等，藉由控制沃斯田鐵系不鏽鋼材的組成分、金屬組織、拉伸強度(TS)、斷裂伸長率(EL)、TS×EL、以及應力緩和率，而找到了能夠解決上述問題的技術手段，進而完成了本發明。
亦即，本發明的沃斯田鐵系不鏽鋼材，其組成分以質量%計，係含有C：0.200%以下、Si：1.00~3.50%、Mn：5.00%以下、Ni：4.00~10.00%、Cr：12.00~18.00%、Cu：3.500%以下、Mo：1.00~5.00%、以及N：0.200%以下，C及N的合計含量是0.100%以上，其餘部分是Fe及雜質，並且以下列數式(1)來表示的Md30 的值是-40.0~0℃， Md30 =551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-29(Ni+Cu)-13.7Cr-18.5Mo･･･數式(1) (數式(1)中的元素記號是表示各元素的含量(質量%)) 其金屬組織是含有25~35體積%的加工變形誘發麻田散鐵相， 拉伸強度(TS)是1450MPa以上，斷裂伸長率(EL)是12.0%以上，TS×EL是24000以上， 以下列數式(2)來表示的應力緩和率是1.20%以下， 應力緩和率=(σ1-σ2)/σ1･･･數式(2) (數式(2)中的σ1是低於0.2%降伏強度的應力，σ2是施加σ1的應力後經過200秒之後的應力)。
此外，本發明的沃斯田鐵系不鏽鋼材之製造方法，係將其組成分以質量%計，含有C：0.200%以下、Si：1.00~3.50%、Mn：5.00%以下、Ni：4.00~10.00%、Cr：12.00~18.00%、Cu：3.500%以下、Mo：1.00~5.00%、以及N：0.200%以下，C及N的合計含量是0.100%以上，其餘部分是Fe及雜質，並且以下列數式(1)來表示的Md30 的值是-40.0~0℃， Md30 =551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-29(Ni+Cu)-13.7Cr-18.5Mo･･･數式(1) (數式(1)中的元素記號是表示各元素的含量(質量%)) 之輥軋材進行溶體化處理之後，以足夠在該輥軋材內生成25~35體積%的加工變形誘發麻田散鐵相之軋縮率來進行冷軋，接著，以100~200℃的溫度，並且以下列數式(3)來表示的P值符合7000~9400的條件來進行熱處理， P=T(log t+20) ･･･數式(3) (數式(3)中的T是溫度(K)，t是小時(h))。
此外，本發明的板彈簧是含有上述的沃斯田鐵系不鏽鋼材。 [發明之效果]
根據本發明，係可提供：具有高強度及高延性，並且耐疲乏性優異的沃斯田鐵系不鏽鋼材及其製造方法。 又，根據本發明，係可提供：具有高強度，尺寸精度優異，並且壽命很長的板彈簧。
茲具體地說明本發明的實施方式如下。但是，本發明並不限定於以下的實施方式，只要是在未脫離本發明的要旨的範圍內，依據此業界之通常的知識，來對於以下的實施方式適度地加以變更、改良等等的作法，都應被視為落在本發明的範圍內。 此外，在本說明書中，關於成分所標示的「%」，如果沒有特別聲明的話，都是用來表示「質量%」之意。
本發明之實施方式的沃斯田鐵系不鏽鋼材，其組成分是含有C：0.200%以下、Si：1.00~3.50%、Mn：5.00%以下、Ni：4.00~10.00%、Cr：12.00~18.00%、Cu：3.500%以下、Mo：1.00~5.00%、以及N：0.200%以下，C及N的合計含量是0.100%以上，其餘部分是Fe及雜質。 在本說明書中所稱的「不鏽鋼材」，係指：由不鏽鋼所形成的材料之意，該材形並未特別限定。材形的例子係可舉出：板狀(包含帶狀)、棒狀、管狀等。又，截面形狀則可以是T型、I型等的各種型鋼。又，所稱的「雜質」，係指：在以工業規模來製造沃斯田鐵系不鏽鋼材時，原本就混入在礦石、資源回收材之類的原料內，以及因為製造工序中的各種原因而混入的成分，並且在不會對於本發明造成不良影響的範圍內可容許其存在的物質。例如：P、S之類的很難以除去之不可避免的雜質也包含在這種雜質之中。
又，本發明之實施方式的沃斯田鐵系不鏽鋼材，其組成分還可以含有從Al：0.100%以下、O：0.010%以下、V：0.0001~0.500%、以及B：0.0001~0.015%之中選出的一種以上。 此外，本發明之實施方式的沃斯田鐵系不鏽鋼材，其組成分還可以含有從Ti：0.010~0.500%、Co：0.010~0.500%、Zr：0.010~0.100%、Nb：0.010~0.100%、Mg：0.0005~ 0.0030%、Ca：0.0003~0.0030%、Y：0.010~0.200%、Ln：0.001~0.100%、Sn：0.001~0.500%、Sb：0.001~ 0.500%、Pb：0.010~0.100%、以及W：0.010~0.500%之中選出的一種以上。 以下，將針對於各成分進行詳細說明。
＜C：0.200%以下＞ C是侵入型元素，有助於加工硬化及藉由熱處理所導致的高強度化。又，C是可使沃斯田鐵相穩定化的元素，可有效地維持非磁性。然而，C含量太多的話，將會成為使得鋼材硬質化而導致冷間加工性變差的要因。因此，將C含量的上限值設定在0.200%為宜，更好是設定在0.100%，更優是設定在0.090%。另一方面，雖然C含量的下限值並未特別限定，但是基於精煉成本的觀點考量，將C含量的下限值設定在0.010%為宜，更好是設定在0.015%，更優是設定在0.020%。
＜Si：1.00~3.50%＞ Si是在製鋼過程中被用來當作不鏽鋼的脫氧劑的元素。此外，Si在冷軋後的熱處理過程中具有提昇時效硬化性的作用。基於想要充分地獲得這些效果的觀點考量，將Si含量的下限值設定在1.00%為宜，更好是設定在1.20%，更優是設定在1.50%。另一方面，Si的固溶強化作用很大，並且具有可降低疊層缺陷能而提昇加工硬化性的作用，因此，Si含量太多的話，將會成為導致冷間加工性變差的要因。因此，將Si含量的上限值設定在3.50%為宜，更好是設定在3.20%，更優是設定在3.00%。
＜Mn：5.00%以下＞ Mn是以MnO的形態來形成氧化物系夾雜物的元素。又，Mn的固溶強化作用很小，而且是沃斯田鐵生成元素，具有可抑制加工變形誘發麻田散鐵變態的作用。因此，將Mn含量的上限值設定在5.00%為宜，更好是設定在4.00%，更優是設定在3.00%。另一方面，Mn含量的下限值雖然並未特別限定，但是將Mn含量的下限值設定在0.01%為宜，更好是設定在0.05%，更優是設定在0.10%。
＜Ni：4.00~10.00%＞ Ni是為了在高溫及室溫下獲得沃斯田鐵相而含有的元素。為了要在室溫下成為準安定沃斯田鐵相，並且在進行冷軋時誘發麻田散鐵相，必須含有Ni。Ni含量太少的話，在高溫下將會生成δ肥粒鐵相，並且在降溫至室溫的冷卻過程中會生成麻田散鐵相，沃斯田鐵的單相就會無法存在。因此，將Ni含量的下限值設定在4.00%為宜，更好是設定在4.50%，更優是設定在5.00%。另一方面，Ni含量太多的話，在進行冷軋時，難以誘發麻田散鐵相的生成。因此，將Ni含量的上限值設定在10.00%為宜，更好是設定在9.50%，更優是設定在9.00%。
＜Cr：12.00~18.00%＞ Cr是可提昇耐腐蝕性的元素。基於為了要確保可適用於結構零件、機能性零件(尤其是板彈簧)等零件的耐腐蝕性之觀點考量，係將Cr含量的下限值設定在12.00%為宜，更好是設定在12.50%，更優是設定在13.00%。另一方面，Cr含量太多的話，冷間加工性會變差。因此，將Cr含量的上限值設定在18.00%為宜，更好是設定在17.50%，更優是設定在17.00%。
＜Cu：3.500%以下＞ Cu是具有在熱處理時可使得不鏽鋼硬化的作用之元素。但是，Cu含量太多的話，熱間加工性會變差，將成為發生龜裂的原因。因此，將Cu含量的上限值設定在3.500%為宜，更好是設定在3.000%，更優是設定在2.000%。另一方面，Cu含量的下限值雖然並未特別限定，但是設定在0.010%為宜，更好是設定在0.020%，更優是設定在0.030%。
＜Mo：1.00~5.00%＞ Mo是提昇沃斯田鐵系不鏽鋼材的耐腐蝕性之有效的元素。又，Mo也是抑制冷軋時所產生的變形回復到原形之有效的元素。如果想要使用於近年來被要求必須提昇其耐腐蝕性、耐疲乏性的結構零件、機能性零件(尤其是板彈簧)的話，係將Mo含量的下限值設定在1.00%為宜，更好是設定在1.30%，更優是設定在1.50%。另一方面，Mo的價格昂貴，因此Mo含量太多的話，將會導致製造成本的上昇。此外，高溫時將會生成δ肥粒鐵相以及α肥粒鐵相。因此，將Mo含量的上限值設定在5.00%為宜，更好是設定在4.50%，更優是設定在4.00%。
＜N：0.200%以下＞ N是沃斯田鐵生成元素。此外，N是使沃斯田鐵相及麻田散鐵相硬化之極有效的元素。然而，N含量太多的話，將成為在鑄造時發生氣孔之原因。因此，將N含量的上限值設定在0.200%為宜，更好是設定在0.150%，更優是設定在0.100%。另一方面，N含量的下限值雖然並未特別限定，但是設定在0.001%為宜，更好是設定在0.010%。
＜C及N的合計含量：0.100%以上＞ C及N都是同樣具有硬化作用的元素。基於想要使其充分地發揮這種硬化作用之觀點考量，係將C及N的合計含量的下限值設定在0.100%為宜，更好是設定在0.120%，更優是設定在0.140%。
＜Al：0.100%以下＞ Al與氧的親和力是較高於Si及Mn。Al含量太多的話，很容易形成粗大的氧化物系夾雜物，而成為在冷軋時內部發生裂隙的起點。因此，將Al含量的上限值設定在0.100%為宜，更好是設定在0.080%，更優是設定在0.050%，特優是設定在0.030%。另一方面，Al含量的下限值雖然並未特別限定，但是Al含量過低的話，將會導致製造成本的上昇，因此是設定在0.0001%為宜，更好是設定在0.0003%，更優是設定在0.0005%。
＜O：0.010%以下＞ O含量太多的話，很容易形成粒子直徑超過5μm之粗大的夾雜物。因此，將O含量的上限值設定在0.010%為宜，更好是設定在0.008%。另一方面，O含量的下限值雖然並未特別限定，但是O含量太少的話，Mn、Si等的元素很難被氧化，在夾雜物中的Al2 O3 的占比將會變高。因此，將O含量的下限值設定在0.001%為宜，更好是設定在0.003%。
＜V：0.0001~0.500%＞ V是在冷軋後所實施的熱處理的加熱過程中，具有提高時效硬化性的作用之元素。基於想要充分地獲得這種作用之觀點考量，是將V含量的下限值設定在0.0001%為宜，更好是設定在0.001%。另一方面，V含量太多的話，將會導致製造成本的上昇。因此，將V含量的上限值設定在0.500%為宜，更好是設定在0.400%，更優是設定在0.300%。
＜B：0.0001~0.015%＞ B含量太多的話，將會成為因為生成硼化物而導致加工性變差的要因。因此，將B含量的上限值設定在0.015%為宜，更好是設定在0.010%。另一方面，B含量的下限值雖然並未特別限定，但是設定在0.0001%為宜，更好是設定在0.0002%。
＜Ti：0.010~0.500%＞ Ti是碳氮化物形成元素，可將C、N予以固定來抑制敏感化所導致的耐腐蝕性變差。基於想要使其發揮這種效果之觀點考量，係將Ti含量的下限值設定在0.010%為宜，更好是設定在0.011%。另一方面，Ti含量太多的話，不僅是C、N的固溶量變得太少，而且也會以大小不一致的碳化物的形態不均勻地析出於局部領域，因而阻礙了再結晶粒的成長。此外，因為Ti的價格昂貴，也會導致製造成本的上昇。因此，係將Ti含量的上限值設定在0.500%為宜，更好是設定在0.400%，更優是設定在0.300%。
＜Co：0.010~0.500%＞ Co是可提昇耐隙間腐食性的元素。基於想要使其發揮這種效果之觀點考量，係將Co含量的下限值設定在0.010%為宜，更好是設定在0.020%。另一方面，Co含量太多的話，沃斯田鐵系不鏽鋼材將會變硬質化而導致延性變差。因此，將Co含量的上限值設定在0.500%為宜，更好是設定在0.100%。
＜Zr：0.010~0.100%＞ Zr是與C及N的親和力很高的元素，在熱軋時會以碳化物或氮化物的形態析出，因而降低母相中的固溶C及固溶N，而有提昇加工性的效果。基於想要使其發揮這種效果之觀點考量，係將Zr含量的下限值設定在0.010%為宜，更好是設定在0.020%。另一方面，Zr含量太多的話，沃斯田鐵系不鏽鋼材將會變硬質化而導致延性變差。因此，係將Zr含量的上限值設定在0.100%為宜，更好是設定在0.050%。
＜Nb：0.010~0.100%＞ Nb是與C及N的親和力很高的元素，在熱軋時會以碳化物或氮化物的形態析出，因而降低母相中的固溶C及固溶N，而有提昇加工性的效果。基於想要使其發揮這種效果之觀點考量，係將Nb含量的下限值設定在0.010%為宜，更好是設定在0.020%。另一方面，Nb含量太多的話，沃斯田鐵系不鏽鋼材將會變硬質化而導致延性變差。因此，將Nb含量的上限值設定在0.100%為宜，更好是設定在0.050%。
＜Mg：0.0005~0.0030%＞ Mg會在熔鋼中與Al一起形成Mg氧化物，可作為脫氧劑來發揮作用。基於想要使其發揮這種作用的觀點考量，係將Mg含量的下限值設定在0.0005%為宜，更好是設定在0.0008%。另一方面，Mg的含量太多的話，沃斯田鐵系不鏽鋼材的韌性會變差。因此，將Mg含量的上限值設定在0.0030%為宜，更好是設定在0.0020%。
＜Ca：0.0003~0.0030%＞ Ca是可提昇熱間加工性的元素。基於想要使Ca發揮其效果的觀點考量，係將Ca含量的下限值設定在0.0003%為宜，更好是設定在0.0005%。另一方面，Ca含量太多的話，沃斯田鐵系不鏽鋼材的韌性會變差。因此，將Ca含量的上限值設定在0.0030%為宜，更好是設定在0.0020%。
＜Y：0.010~0.200%＞ Y是可降低熔鋼的黏度而可提昇清淨度的元素。基於想要使Y發揮其效果的觀點考量，係將Y含量的下限值設定在0.010%為宜，更好是設定在0.020%。另一方面，Y含量太多的話，添加Y所獲得的效果趨於飽和，並且加工性會變差。因此，將Y含量的上限值設定在0.200%為宜，更好是設定在0.100%。
＜Ln：0.001~0.100%＞ Ln(鑭系元素：La、Ce、Nd等之周期表編號為57~71的元素)是可提昇耐高溫氧化性的元素。基於想要使Ln發揮其效果的觀點考量，係將Ln含量的下限值設定在0.001%為宜，更好是設定在0.002%。另一方面，Ln含量太多的話，添加Ln所獲得的效果趨於飽和，並且在進行熱軋時，會產生表面缺陷，製造性會變差。因此，將Ln含量的上限值設定在0.100%為宜，更好是設定在0.050%。
＜Sn：0.001~0.500%＞ Sn是在進行輥軋時會促進變形帶的生成而可有效地提昇加工性的元素。基於想要使Sn發揮其效果的觀點考量，係將Sn含量的下限值設定在0.001%為宜，更好是設定在0.003%。另一方面，Sn含量太多的話，添加Sn所獲得的效果趨於飽和，並且加工性會變差。因此，將Sn含量的上限值設定在0.500%為宜，更好是設定在0.200%。
＜Sb：0.001~0.500%＞ Sb是在進行輥軋時會促進變形帶的生成而可有效地提昇加工性的元素。基於想要使Sb發揮其效果的觀點考量，係將Sb含量的下限值設定在0.001%為宜，更好是設定在0.003%。另一方面，Sb含量太多的話，添加Sb所獲得的效果趨於飽和，並且加工性會變差。因此，將Sb含量的上限值設定在0.500%為宜，更好是設定在0.200%。
＜Pb：0.010~0.100%＞ Pb是用來提昇快削性之有效的元素。基於想要使Pb發揮其效果的觀點考量，係將Pb含量的下限值設定在0.010%為宜，更好是設定在0.020%。另一方面，Pb含量太多的話，將會降低粒界的融點，並且降低粒界的結合力，而會有因為粒界熔融而造成液化龜裂割現象等之導致熱間加工性惡化的虞慮。因此，將Pb含量的上限值設定在0.100%為宜，更好是設定在0.090%。
＜W：0.010~0.500%＞ W是具有不會損及室溫時的延性，且可提昇高溫強度的作用。基於想要使W發揮其效果的觀點考量，係將W含量的下限值設定在0.010%為宜，更好是設定在0.020%。另一方面，W含量太多的話，將會生成粗大的共晶碳化物，導致延性變差。因此，將W含量的上限值設定在0.500%為宜，更好是設定在0.450%。
＜Md30 ：-40.0~0℃＞ Md30 是表示對於沃斯田鐵(γ)單相施加0.30的變形時，金屬組織的50%變態成麻田散鐵時的溫度(℃)。因此，Md30 的數值愈高(高溫)的話，就是表示沃斯田鐵愈不安定之意。 Md30 是以下列數式(1)來表示。 Md30 =551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-29(Ni+Cu)-13.7Cr-18.5Mo･･･數式(1) 數式(1)中的元素記號是表示各元素的含量(質量%)。
Md30 太低的話，沃斯田鐵相的安定度增加，因此很難利用冷軋來使得沃斯田鐵相變態成加工變形誘發麻田散鐵相，所以無法使鋼材充分的高強度化。因此，係將Md30 的下限值設定在-40.0℃為宜，更好是設定在-39.0℃，更優是設定在-38.0℃。另一方面，Md30 太高的話，沃斯田鐵相變得不安定，利用冷軋而發生變態的加工變形誘發麻田散鐵相的量變得太多，而導致延性變差。因此，將Md30 的上限值設定在0℃為宜，更好是設定在-3.0℃，更優是設定在-5.0℃。
本發明的實施方式之沃斯田鐵系不鏽鋼材的金屬組織，係包含：加工變形誘發麻田散鐵相。 加工變形誘發麻田散鐵相太少的話，沃斯田鐵系不鏽鋼材的強度會降低。因此，將加工變形誘發麻田散鐵相含量的下限值設定在25體積%為宜，更好是設定在26體積%。另一方面，加工變形誘發麻田散鐵相太多的話，沃斯田鐵系不鏽鋼材的延性等的特性會變差。因此，將加工變形誘發麻田散鐵相含量的上限值設定在35體積%為宜，更好是設定在34體積%。 本說明書中所稱之「加工變形誘發麻田散鐵相的含量」，係可利用該技術領域的公知的方法來進行測定。例如：使用肥粒鐵觀測儀等的儀器來進行測定即可。
本發明的實施方式之沃斯田鐵系不鏽鋼材，拉伸強度(TS)是設定在1450MPa以上為宜，更好是設定在1460MPa以上，更優是設定在1470MPa以上。藉由將拉伸強度控制在這種範圍，可以確保沃斯田鐵系不鏽鋼材的強度。此外，關於拉伸強度的上限值，雖然並未特別限定，但一般是設定在2500MPa為宜，更好是設定在2300MPa，更優是設定在2000MPa。 本說明書中所稱之「沃斯田鐵系不鏽鋼材的拉伸強度」，係可依照日本工業規格JIS Z2241：2011來進行測定。
本發明的實施方式之沃斯田鐵系不鏽鋼材，係將斷裂伸長率(EL)設定在12.0%以上為宜，更好是設定在13.0%以上，更優是設定在14.0%以上。藉由將斷裂伸長率控制在這種範圍，可以確保沃斯田鐵系不鏽鋼材的延性。此外，關於斷裂伸長率的上限值，雖然並未特別限定，但一般是設定在50.0%為宜，更好是設定在40.0%，更優是設定在30.0%。 本說明書中所稱之「沃斯田鐵系不鏽鋼材的斷裂伸長率」，係可以依照日本工業規格JIS Z2241：2011來進行測定。
本發明的實施方式之沃斯田鐵系不鏽鋼材，係將拉伸強度(TS)×斷裂伸長率(EL)的數值設定在24000以上為宜，更好是設定在24100以上，更優是設定在24200以上。藉由將TS×EL的數值控制在這種範圍，可以確保沃斯田鐵系不鏽鋼材的強度與延性的均衡性。此外，關於TS×EL的上限值，雖然並未特別限定，但一般是設定在50000為宜，更好是設定在45000，更優是設定在40000。
本發明的實施方式之沃斯田鐵系不鏽鋼材，係將維氏硬度設定在350HV以上為宜，更好是設定在400HV以上。藉由將維氏硬度控制在這種範圍，可以確保沃斯田鐵系不鏽鋼材的強度。此外，關於維氏硬度的上限值，雖然並未特別限定，但一般是設定在650HV為宜，更好是設定在600HV。
本發明的實施方式之沃斯田鐵系不鏽鋼材，以下列數式(2)來表示的應力緩和率是設定在1.20%以下為宜，更好是設定在1.19%以下，更優是設定在1.18%以下。 應力緩和率=(σ1-σ2)/σ1･･･數式(2) 在數式(2)中的σ1是低於0.2%降伏強度的應力，σ2是施加σ1的應力後經過200秒之後的應力。 藉由將應力緩和率控制在上述的範圍，可以確保沃斯田鐵系不鏽鋼材的耐疲乏性。此外，關於應力緩和率的下限值，雖然並未特別限定，但一般是設定在0%為宜，更好是設定在0.10%，更優是設定在0.20%。 本說明書中所稱之「沃斯田鐵系不鏽鋼材的0.2%降伏強度」，係可以依照日本工業規格JIS Z2241：2011來進行測定。
本發明的實施方式之沃斯田鐵系不鏽鋼材的厚度，雖然並未特別限定，但是設定在0.20mm以下為宜，更好是設定在0.15mm以下，更優是設定在0.10mm以下。藉由控制成這種厚度，可以謀求各種零件的輕薄化。此外，厚度的下限值，只要配合用途來做調整即可，並未特別限定，一般是設定在0.01mm以上。
本發明的實施方式之沃斯田鐵系不鏽鋼材，係可先將具有上述的組成分的輥軋材進行溶體化處理之後，實施冷軋，緊接著，實施熱處理而可以製造出來。 作為輥軋材，只要是具有上述的組成分即可，並未特別限定，係可以採用使用該技術領域的公知方法所製造出來的輥軋材。雖然可以採用熱軋材或冷軋材來作為輥軋材，但是採用厚度小的冷軋材為宜。 熱軋材，係可先熔製出具有上述組成分的不鏽鋼來進行鍛造或鑄造之後，再進行熱軋而製造出來。又，冷軋材，係可藉由對於熱軋材進行冷軋而製造出來。此外，在各道次的輥軋後，亦可因應需要而適度地進行退火、酸洗等的處理。
輥軋材之溶體化處理(固溶化處理)的條件，並未特別限定，只要配合輥軋材的組成分來做適當的設定即可。例如：可以先將輥軋材加熱至1000~1200℃，並且進行保持之後，再藉由實施急速冷卻來進行溶體化處理。
溶體化處理後所實施的冷軋的軋縮率，是足以使得金屬組織生成25~35體積%的加工變形誘發麻田散鐵相之程度的軋縮率。藉由實施冷軋，可使得輥軋材產生加工變形，而能夠使得一部分的沃斯田鐵相變態成加工變形誘發麻田散鐵相。又，藉由以上述的軋縮率來進行冷軋，而可獲得強度與延性的均衡性良好的沃斯田鐵系不鏽鋼材。
冷軋後的熱處理是基於：將固溶在加工變形誘發麻田散鐵相內的C及N擴散且固溶到沃斯田鐵相之目的而被實施的。 加工變形誘發麻田散鐵相的結晶構造是體心立方構造，相對地，沃斯田鐵相的結晶構造是面心立方構造，較諸體心立方構造，面心立方構造的C及N的固溶限度更高。加工變形誘發麻田散鐵相，是藉由冷軋而從原本的沃斯田鐵相的組織產生變態而生成的相，因此，是成為：既是體心立方構造又是過飽和地固溶有C及N的狀態。如果只是這種狀態的話，沃斯田鐵系不鏽鋼材的延性並未充分地提昇。 因此，在冷軋之後，藉由實施熱處理，將過飽和地固溶在加工變形誘發麻田散鐵相中的C及N，予以擴散且固溶到固溶限度更高的沃斯田鐵相中。C及N是沃斯田鐵安定化元素，因此，藉由將C及N擴散且固溶到沃斯田鐵相中，可使得沃斯田鐵相的安定化度更高，而可促進TRIP (變態誘發塑性)效果，進而能夠兼具有高強度與高延性。
又，冷軋後的熱處理，也有助於提昇耐疲乏性。發生疲乏的原因是起因於實施冷軋等而被導入到輥軋材中的變形，但是，在冷軋後藉由實施熱處理，可以減少變形，因此，得以提昇耐疲乏性。
為了獲得上述的這種效果，冷軋後的熱處理，是以100~200℃的溫度，並且是以下列數式(3)所示的P值符合7000~9400的條件來實施的。溫度是設定在110~190℃為宜，更好是設定在120~180℃。又，係將P值設定在7200~9300為宜，更優是設定在7400~9000。 P=T(log t+20)･･･數式(3) 數式(3)中的T是溫度(K)，t是小時(h)。 藉由以上述的這種條件來實施熱處理，可以兼具高強度與高延性，並且可以提昇耐疲乏性。如果熱處理溫度超過200℃及P值超過9400的話，在進行熱處理過程中，會在加工變形誘發麻田散鐵中產生析出物，因此，雖然會達到高強度，但是延性卻明顯變差。此外，如果熱處理溫度低於100℃及P值低於7000的話，過飽和地固溶在加工變形誘發麻田散鐵相中的C及N就無法充分地擴散且固溶到沃斯田鐵相中。
本發明的實施方式之沃斯田鐵系不鏽鋼材，係具有高強度及高延性，並且具有優異的耐疲乏性。因此，可以使用於被要求輕薄化的各種零件，例如：智慧型手機等的通訊機器和個人電腦等的精密機器中的結構零件和機能性零件等。尤其是本發明的實施方式之沃斯田鐵系不鏽鋼材，很適合使用於板彈簧。 [實施例]
以下，將舉出實施例來詳細地說明本發明的內容，但並不限定於以這些實施例來解釋本發明。
首先，以真空熔解方法來熔製出具有表1所示的組成分的不鏽鋼30kg，鍛造成厚度為30mm的鋼板之後，以1230℃的溫度加熱2小時，再進行熱軋而製成厚度為4mm的熱軋材。其次，將熱延板進行退火之後又實施酸洗而製成熱軋退火鋼板，然後，對於熱軋退火鋼板反覆地進行冷軋與退火來予以薄型化，以最終厚度變成0.2~1mm的方式來進行冷軋而製得冷軋材。
Figure 02_image001
其次，對於以上述製程而製得的冷軋材，以1050℃的溫度保持10分鐘之後，進行急速冷卻的溶體化處理。其次，以表2所示的軋縮率來進行冷軋之後，以表2所示的條件來實施熱處理，而製得沃斯田鐵系不鏽鋼材。此外，針對於試驗編號No.2及5，只實施最終冷軋，並未實施熱處理。 針對於以這些製程而製得的沃斯田鐵系不鏽鋼材，進行了下列項目的評比。
(加工變形誘發麻田散鐵相的量) 從沃斯田鐵系不鏽鋼材裁切出試驗片，使用肥粒鐵觀測儀(Fischer公司製的FERITESCOPE MP30E-S)來測定了加工變形誘發麻田散鐵的量。針對於試驗片表面之任意的三個地方進行測定，將其平均值當成測定結果。此外，在表2中，係將加工變形誘發麻田散鐵相的量標示成「M相的量」。
(0.2%降伏強度、拉伸強度(TS)以及斷裂伸長率(EL)) 從沃斯田鐵系不鏽鋼材裁切出日本工業規格JIS 13B號的試驗片，使用這種試驗片依照日本工業規格JIS Z2241：2011來進行了測定。
(維氏硬度) 從沃斯田鐵系不鏽鋼材裁切出試驗片，使用維氏硬度試驗機依照日本工業規格JIS Z2244：2009來測定了維氏硬度。將試驗力設定為294.2N。從任意的五個地方進行測定維氏硬度，將其平均值當作結果。又，在表2中，將維氏硬度簡稱為「硬度」。
(應力緩和率) 依據上述的數式(2)來求出應力緩和率。將σ1設定為300MPa。將σ1到達300MPa之前的拉伸速度設定為0.5mm/秒。
將上述的各種評比結果標示於表2。
Figure 02_image003
如表2所示，試驗編號No.3~4、8~12及15的沃斯田鐵系不鏽鋼材(本發明例)，拉伸強度(TS)、斷裂伸長率(EL)、TS×EL以及應力緩和率的結果，全部都是良好，可以確認出是具有高強度及高延性，以及優異的耐疲乏性。 相對於此，試驗編號No.1及2的沃斯田鐵系不鏽鋼材(比較例)，因為加工變形誘發麻田散鐵相的量太少，所以拉伸強度(TS)不足。又，試驗編號No.2的沃斯田鐵系不鏽鋼材，在冷軋後並未進行熱處理，因此，應力緩和率也太高。 試驗編號No.5的沃斯田鐵系不鏽鋼材(比較例)，在冷軋後並未進行熱處理，因此，TS×EL的數值太低。 試驗編號No.6及7的沃斯田鐵系不鏽鋼材(比較例)，因為加工變形誘發麻田散鐵相的量太多，所以斷裂伸長率(EL)變差，而且TS×EL的數值也太低。 試驗編號No.13及14的沃斯田鐵系不鏽鋼材(比較例)，並不具有適切的組成分，而且加工變形誘發麻田散鐵相的量也落在本發明的範圍外，因此，斷裂伸長率(EL)和TS×EL變差。 試驗編號No.16~18的沃斯田鐵系不鏽鋼材(比較例)，因為熱處理的P值和溫度太高，因此，斷裂伸長率(EL)和TS×EL變差。
由以上的結果可知，根據本發明係可提供：具有高強度及高延性，並且耐疲乏性優異的沃斯田鐵系不鏽鋼材及其製造方法。 此外，根據本發明係可提供：具有高強度，尺寸精度優異，並且壽命很長的板彈簧。

Claims (9)

  1. 一種沃斯田鐵系不鏽鋼材，其組成分以質量%計，係含有C：0.200%以下、Si：1.00~3.50%、Mn：5.00%以下、Ni：4.00~10.00%、Cr：12.00~18.00%、Cu：3.500%以下、Mo：1.00~5.00%、以及N：0.200%以下，C及N的合計含量是0.100%以上，其餘部分是Fe及雜質，並且以下列數式(1)來表示的Md30 的值是-40.0~0℃， Md30 =551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-29(Ni+Cu)-13.7Cr-18.5Mo･･･數式(1) (數式(1)中的元素記號是表示各元素的含量(質量%)) 其金屬組織是含有25~35體積%的加工變形誘發麻田散鐵相， 拉伸強度(TS)是1450MPa以上，斷裂伸長率(EL)是12.0%以上，TS×EL是24000以上， 以下列數式(2)來表示的應力緩和率是1.20%以下， 應力緩和率=(σ1-σ2)/σ1･･･數式(2) (數式(2)中的σ1是低於0.2%降伏強度的應力，σ2是施加σ1的應力後經過200秒之後的應力)。
  2. 如請求項1所述之沃斯田鐵系不鏽鋼材，其組成分以質量%計，還含有從Al：0.100%以下、O：0.010%以下、V：0.0001~0.500%、以及B：0.0001~0.015%之中選出的一種以上。
  3. 如請求項1或請求項2所述之沃斯田鐵系不鏽鋼材，其組成分以質量%計，還含有從Ti：0.010~ 0.500%、Co：0.010~0.500%、Zr：0.010~0.100%、Nb：0.010~0.100%、Mg：0.0005~0.0030%、Ca：0.0003~0.0030%、Y：0.010~0.200%、Ln：0.001~0.100%、Sn：0.001~ 0.500%、Sb：0.001~0.500%、Pb：0.010~0.100%、以及W：0.010~0.500%之中選出的一種以上。
  4. 如請求項1或請求項2所述之沃斯田鐵系不鏽鋼材，其厚度是0.20mm以下。
  5. 如請求項3所述之沃斯田鐵系不鏽鋼材，其厚度是0.20mm以下。
  6. 一種沃斯田鐵系不鏽鋼材之製造方法，係將其組成分以質量%計，含有C：0.200%以下、Si：1.00~3.50%、Mn：5.00%以下、Ni：4.00~10.00%、Cr：12.00~18.00%、Cu：3.500%以下、Mo：1.00~5.00%、以及N：0.200%以下，C及N的合計含量是0.100%以上，其餘部分是Fe及雜質，並且以下列數式(1)來表示的Md30 的值是-40.0~0℃， Md30 =551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-29(Ni+Cu)-13.7Cr-18.5Mo･･･數式(1) (數式(1)中的元素記號是表示各元素的含量(質量%)) 之輥軋材進行溶體化處理之後，以足夠在該輥軋材內生成25~35體積%的加工變形誘發麻田散鐵相之軋縮率來進行冷軋，接著，以100~200℃的溫度，並且以下列數式(3)來表示的P值符合7000~9400的條件來進行熱處理， P=T(log t+20)･･･數式(3) (數式(3)中的T是溫度(K)，t是小時(h))。
  7. 如請求項6所述之沃斯田鐵系不鏽鋼材之製造方法，前述輥軋材的組成分以質量%計，還含有從Al：0.100%以下、O：0.010%以下、V：0.0001~0.500%、以及B：0.0001~0.015%之中選出的一種以上。
  8. 如請求項6或請求項7所述之沃斯田鐵系不鏽鋼材之製造方法，前述輥軋材的組成分以質量%計，還含有從Ti：0.010~0.500%、Co：0.010~0.500%、Zr：0.010~0.100%、Nb：0.010~0.100%、Mg：0.0005~0.0030%、Ca：0.0003~0.0030%、Y：0.010~0.200%、Ln：0.001~ 0.100%、Sn：0.001~0.500%、Sb：0.001~0.500%、Pb：0.010~0.100%、以及W：0.010~0.500%之中選出的一種以上。
  9. 一種板彈簧，其係含有如請求項1至請求項5之任一項所述之沃斯田鐵系不鏽鋼材。
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