TWI268960B - Austenitic high MN stainless steel excellent in workability - Google Patents
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Description
1268960 九、發明說明: t 明戶斤屬貝j 技術領域 本發明係有關於一種軟質且加工硬化性小,並且具有可以高 加工率進行冷加工或拉伸加工等加壓成形之優異之加工性,且於 加工後仍維持非磁性之沃斯田系高Mnf銹鋼。 C 前 j 背景技術 沃斯田系不銹鋼有JISG4305規定之300系(SUS304、SIS316、 SUS301 等)或200 系(SUS2(U、SUS202 等)者。 300系之沃斯田系不銹鋼中,含有2〇質量%以下iMn,6〜15 質量%左右之Ni。代表SUS304之Ni系之沃斯田系不銹鋼,具有良 好之加工性且亦具有優異之财腐钱性,然而由於含有大量昂貴之 Ni,所以有原料成本高之缺點。又,SUS3〇4由於沃斯田鐵相為介 穩定,因此亦有於成形加工中產生麻田散鐵變態,加工品帶有磁 性之問題。 另外’ 2〇〇系之沃斯田鐵系不錄鋼,係以Μη替換Ni之高Μη 不錄鋼,且由於含有大量C或Ν,因此強度高且為非磁性。又,比 Ni系之沃斯田系不銹鋼便宜。然而,代表SUS2〇1或SUS2〇2等之 高Μη不銹鋼,由於在退火狀態中與3〇〇系比較下強度更高且加工 硬化性更大,因而有冷加工或深拉伸加工等加壓成形性不佳之問 題。 有關改善沃斯田系不銹鋼之加工性之手段,迄今已針對含有 少於3%之Μη、6%以上之Ni之300系作了大量檢討。例如於專利 1268960 公報第3039838號、專利公報第纖攻號、專利公報第3观⑽ 號、專利公開公報1_22職及專利公開公報1〇_1212〇7號中, 揭不了添加Cu可有效地改善加壓成形性等加工性。 另外,含有5.5%以下之μ、5·5%以上之她之2〇〇系之沃斯田 鐵系不錄鋼主要適用於電子機器用旋轉軸材料、自行車輻條用鋼 線、建築、建材用釘等要求高強度非磁性之構件。因此,已有很 多關於再提昇高Μη不銹鋼之高強度非磁化之檢討。例如,專利公 報第2618151號,日本補公開公報第6_23獅號巾揭示了配合高 氮化抑制Μη或Cr之增加並添加些許灿、Μ〇、ρ,可有效地提昇 高強度、非磁性化。 曰本專利公開公報11-92885號、日本專利公開公報 2000-34546號等中揭示了減少Ca、Β、s之不純物元素,可有效改 善低Νι沃斯田系不銹鋼之耐腐蝕性。該等低Ni沃斯田系不銹鋼含 有超過0.1%之大量之N,且強度(0·2%耐力)與前述高1^1不銹鋼一 樣高,於加工性方面會有問題。另外,日本專利公開公報 2004-143576號、英國專利公報第2359〇95號中揭示了為了於耐腐 蝕性以外進一步改善加工性而降低&量之低Ni沃斯田系不銹 鋼,其機械性質較接近SUS304。該等低Ni沃斯田系不銹鋼為了確 保熱加工,對沃斯田鐵安定度進行調整以抑制於高溫下之肥粒鐵 生成,然而對於室溫下之沃斯田鐵安定度卻完全沒有作檢討。 即,該等低*Ni沃斯田系不銹鋼會因加壓成形等冷加工生成加工誘 叙麻田散鐵,有其加工品帶有磁性,或產生自然破裂問題之虞。 如前述,已降彳氏Ni量之高Μη不銹鋼並沒有在加工性方面有 所改善以適合應用在使用代表SUS304之Ni系之不銹鋼之加壓成 1268960 形用途等。即,迄今尚未出現具有與SUS3G4同等級社之優異加 工性,且於加工後仍可實現非磁^^高Mnf銹鋼。 C發明内容】 、 發明概要 本發明係為了改善前述高Mn*銹鋼之加工性而研究出者, 目的在於提供一種藉進行成分設計使C+N、沃斯田鐵安定度之指 標Md30值(。〇、疊差能之生成指標SFE(mJ/m2)滿足特定條件,而 具備與SUS304同程度以上之加工性,且於加工後仍可維持非磁性 之沃斯田糸不錄鋼。本明之要旨如下。 (1) 一種加工性優異之沃斯田系高·不銹鋼,以質量%計, 係由以下之成分構成:C + N : 0.03〜0.15%,Si : 0.1〜1%,Μη : 3〜15%,Cr : 10〜16%,Ni: 1 〜6%,Οι: 0.3〜3%,及Mo : 0.3〜3%, 且其餘部份由Fe和不可避免之雜質構成,又,沃斯田鐵安定度之 指標Md30值與疊差能之生成指標SFE滿足下述條件·· 一 10<Md30<30、40<SFE<80
Md30(C) · 497—462(C+N)—9.2Si—8·1Μη—13.7Cr—20(Ni + Cu) —18.5Mo SFE(mJ/m2) : 6.2Ni+18.6Cu + 0.7Cr+3.2Mn+9.3Mo—53。 (2) 该南Μη不録鋼為了改善熱加工或耐氧化性,以質量% 計,可更含有0.001〜0.2%REM。 (3) 為了確保可以高加工率進行冷加工或深拉伸加工等加壓 成形之加工性,C+N為0.15質量%以下,拉伸試驗所求出之02% 耐力小於300MPa,於真應力-對數延伸應變線上公稱應變25%與 35%之等級之加工硬化指數11為〇.3〇〜〇·45。又,壓軋率60%冷壓時 I268960 之磁導率⑻為1·〇5以下時,即使於各種加工後仍可維持非磁性。 如前述’由於本發明之高Μη不銹鋼採用c + N:0.03〜0.15%、 -10<Md30<30、40<SFE<80之成分設計,因此,〇·2%耐力小 於300MPa ’為軟質’並且加工硬化性小,具有可以高加工率進行 冷加工或伸拉伸加工等加壓成形之優異加工性,即使於加工後仍 可維持非磁性。因此,可實現習知之高]^]1不銹鋼無法進行之成形 加工,可應用在使用代表SUS之Ni系不銹鋼之加壓成形用途上。 且’由於亦可省略SUS304加工後之用以非磁性化之退火,因此, 可廣泛地應用於要求非磁性之成形加工用之材料之領域。 圖式簡單說明 弟1圖係顯示Md30值對鋼材之伸長率之影響之圖表。 第2圖係顯示Md30值對60%冷壓軋材之磁導率之影響之圖 表0 弟3圖係顯示SFE與加工硬化指數11之關係之圖表。 C實施方式3 較佳實施例之詳細說明 本發明之高]^不_藉採用使C+N、沃斯喊安定度之指 標Md30值(。〇、及疊差能之生成指標SFE(通滿足適當範圍之 成分設計,具魅SUS3_錢社之加錢,錄加工後仍可 維持非磁性。以下,制與本發狀高仏不軸之成分設計有關 之作用效果與其限定理由。 • C + N : 0.15%以下 C或N係有助於沃斯田鐵相之蚊化或抑u肥粒鐵相之生 成之元素。另外,該等元素藉固炫強化會提昇鋼材之〇.2%耐力並 1268960 降低加工性。因此,C + Ν之上限為0.15%。由於N較C更可提升 0.2%耐力,因此最好設計成n少於C。本發明藉將C + N設計成 0.15%以下(N<C),可使鋼材之〇·2%耐力小於3〇〇MPa為軟質化, 可使用在要求以高加功率進行冷加工或深拉伸加工等加壓成形 之用途上。 然而,C+N小於0.03%時,不僅加工品不易非磁性化,還會 為了減少C或N,增加製鋼成本。因此,c+N之下限為0.03%。較 佳之範圍為0.08〜0.12%。 •沃斯田鐵安定度之指標:Md30值(。〇 %疋沃斯田鐵不錄鋼即使於Ms點以上之溫度亦會因塑性 加工引發麻田散鐵變態。因加工產生變態點之上限溫度稱作河4 值。即,Md值係顯示沃斯田鐵之安定度之指標。且,將藉拉伸變 形給予30%之變形時產生5〇%之麻田散鐵之溫度稱為…^^值。 本發明之高Μη不銹鋼藉由將定義462(C+N) -9.2Si - 8· ΙΜη - 13.7Cr - 20(Ni + Cu) -18·5Μο 之 Md30 值(°C)設 計在一 10°c〜3(TC之範圍,確保本發明之目的之加工性與非磁性。
Md值小於一 1(rc時,由於沃斯田鐵安定度高,鋼材之伸長 率減少(<50%),會妨礙加工性。另外,Md30值超過30°C時,雖 可藉加工誘發麻田散鐵之生成(α,相)來提昇鋼材之伸長率,然而 由於生成之α’相具有磁性,因此加工品會帶有磁性。湖〇值在— 10〜30°C時,本發明之高Mnf銹鋼可維持加工品之非磁性且可提 升鋼材之加工性。 疊差能之生成指標:SFE(mJ/m2;) 與bcc構造之普通鋼相比,具有fcc構造之沃斯田鐵不銹鋼由 1268960 於容易生成疊差’因此加工硬化大。本發明為了可以高加工率進 行冷加工或深拉伸加工等加壓成形,採用不易生成疊差之容易錯 位之交叉滑移之成分設計。 近年來,不銹鋼板大多利用冷加工製造複雜形狀之製品。於 該情況下,加工硬化大之鋼材必須於加工途中一面插入中間退火 步驟來進行軟化一面反覆操作,以得到大加工度。加工硬化小之 鋼材則可省略中間退火步驟來進行製品加工,可大幅度地減少製 品成本。本發明人等由該觀點檢討影響疊差能(SFE)之成分。結 果,將定義成SFE(mJ/m2): 6.2Ni+ 18.6Cu+0.7Cr+3.2Mn+9.3Mo —53之SFE調整至40〜80之高範圍時,可展現本發明之目的之優異 之加工性。 SFE小於40時,高Μη不銹鋼容易生成疊差,加工硬化大,·無 法知到本發明之目的之加工性。此時,以拉伸試驗得到之加工硬 化指數η值(真應力-對數延伸應變線)超過〇·45。另外,SpF超過8〇 時,加工硬化小,η值小於0.3。此時,於實用之加壓成形會有拉 伸加工性降低之問題。因此,本發明中以拉伸試驗得到值最 好在0.3〜0.45之範圍中。滿足本發明之副3〇值與spE之軟質且加 工硬化性小,並且非磁性之鋼材不會產生代表SUS3〇42Ni系之沃 斯田系不銹鋼中構成問題之時期裂縫(自然破裂),具有優異之可 歷經多步驟之深拉伸性。即,SUS304由於沃斯田鐵相為介穩定, 因此於加工中會產生麻田散鐵變態,於深拉伸成形時因邊緣部過 硬’殘留應力增大,會產生自然破裂。 調整成本發明之C+N : 0.03〜CU5%、MD30值:一10^30 C、SFE = 40〜80(mJ/m2)之高Μη不銹鋼材,係0.2%耐力小於 1268960 300MPa ’為軟質’加玉硬化性小,且可以高加工率進行冷加 工之非磁性不銹鋼。以下,本發明之除了(:與^^以外之合金元 素由以下範圍中選定。 • Si · 0.1 〜1 %
Si可於熔製時發揮作為脫氧劑之功用,為了得到其效果,要 添加0.1%以上。最好在〇·3%以上。又,Si係降低固炼強化及spE 以助長加工強化之元素。因此,為了得到本發明之小於3〇〇MPa 之以二糾十力〜加工硬化指數罐小於似化加工硬化性吐限為㈣ 以下。且最好在〇·2〜0.7%以下。 • Μη : 3〜15% Μη除了可贿製時作為聽劑細,還可有效地維持非磁 性且可替代Νι作為沃斯田細彡成元素細。於本發明巾,為了得 到月ij述作用,添加3%以上2Mn。且最好添加5%以上。另外, Μη之添加會使s糸雜質增加,有阻礙耐腐姓性及加工性之問題。 因此,上限為15%。且最好為1〇%以下。
Cr · 10—16%
Cr係為了得到不銹鋼要求之耐腐蝕性之必要元素,最好必需 要有10%以上。且尤宜在12%以上。另外,⑽降低麟強化及 SFE以助長加工硬化之元素。因此,為了得到本發明之小於 300MPa之0.2%耐力、加工硬化指數n值小於〇·45之小加工硬化 性,上限為16%以下。且最好在15%以下。
Ni : 1 〜6%
Ni係高價元素,且超過6%之3〇〇系之沃斯田鐵不銹鋼會使原 料成本上升。因此,恥為6%以下。且最好為6%以下。尤宜為5% 11 1268960 以下。Νι係沃斯田鐵不銹鋼必要之元素,且係有助於確保冷加工 後之非磁性及延展性之元素。故,下限為1%。 • Cu · 〇·3〜3%
Cu係可降低本發明所定義之Md30值並提昇SFE,以有效地 改善加工性之合金元素。本發明中為了得到該等元素,Cu之下限 為0.3%以上。最好為1%以上。然而,添加過量之Cu會有製鋼時 之Cu污染或誘發熱脆性之問題產生。又,gjpg過度上升會造成加 工性降低。因此,Cu之上限為3%以下。 • Mo : 0.3〜3%
Mo係有助於提昇耐腐蝕性之元素。又,係可降低本發明所 定義之Md30值並提昇SFE以改善加工性之有效元素。為了確保本 發明之高Μη不銹鋼之耐腐蝕性及加工性,M〇之下限為〇3%以 上。然而’含有過多Mo時,因生成6肥粒鐵而展現出磁性,且強 度會因固熔強化而提昇。故,M〇2上限為3%以下。 • REM : 0.001 〜〇·2% REM係依照必要添加之元素,具有改善熱加工性及耐氧化性 之作用。為了得到該等作用,添加〇001%以上。然而,添加 之效果於0.25達到飽和,添加〇·2%以上亦只會使鋼材硬質化且加 工性降低。因此,上限宜為0.2%。 實施例 熔製具有表1之化學組成之不銹鋼,藉加熱溫度12〇〇°c之熱 壓軋製成板厚4.0mm之熱軋鋼板。以112〇°c、均熱時間2分鐘使熱 軋鋼板退火,並於酸洗後冷壓軋,使板厚為L5mm,且進行1〇6〇 °C、均熱時間2分鐘之中間退火,於酸洗後形成板厚〇·7_之冷軋 1268960 鋼板,並且以1060°C,均熱時間1分鐘實施最終退火(退火酸洗 材)。藉將中間退火酸洗材冷壓軋成板厚〇.6mm,得到60%冷軋材。 由退火酸洗材切下JIS13B拉伸試驗片,並藉拉伸試驗測量 0.2%耐力、拉伸強度、伸長率、及加工硬化指數n 〇加工硬化指 數η係求出相當於公稱應變25%與35%之真應變ε25、ε35中之真 應力ε μ、ε 35 ’並依照下式算出加工硬化指數η值。 Ν值=1η( ε 35/ ε 25)/1η( ε 35/ ε 25) 由退火酸洗材切下096mm圓盤(切料),藉穿孔直徑048-> 0 44 040 0 35 0 30mm之5段圓筒深引伸試驗調查時期裂缝極限 拉伸比(切料系/穿孔系)。 由60%冷軋材切下試驗片,藉磁性天秤測量磁化之引力於施 加磁場-磁化曲線上在磁場5〇〇〇gaup中之傾斜度,而求出磁導率。 於表2顯示退火酸洗材之0.2%耐力、拉伸強度、伸長率、n 值及60%冷軋材之磁導率⑻。鋼ν〇·ι〜6滿足本發明所規定之高跑 不銹鋼之成分設計條件,與304同程度之〇·2%耐力小於3〇〇MPa, 具有伸長率為50%以上之機械性質,加工硬化指數11為〇3〜〇·45之 小於304且加工硬化小,60%冷壓軋材之磁導率為1〇5以下之非磁 性。且,本鋼利用多階段拉伸成形,不會產生時期裂縫,得到時 期裂縫極限延伸比3·2以上之遠大於SUS3〇4之值。鋼Ν〇 7〜ΐ4由於 C + N量或Md值與SFE兩者或一者不符合本發明所規定之條件, 因此無法制本發明之目標之鋼材之加工性與非雖。鋼版Μ 係用以比較加工性之SUS304。細〇.16〜29並不滿足本發明所規定 之成分範圍,沒有得到目標之鋼材之加工性與非磁性。 调查0·2%耐力與成分之關係,得到以下式表示之回歸式,藉 13 1268960 減少C + Ν量,可使0.2%耐力小於300MPa並軟質化。0.2%耐力 〔N/mm2〕= 875 * (C 十 N) + 3·87Μη — 1.48M — 3.53Cu + 8.58Cr + 19.7 於第1圖及第2圖顯示沃斯田鐵安定度之指標Md30值對鋼材 之延伸率與磁導率之影響之檢討結果。如第i圖及第2磁所示,可 確認藉控制在一10<Md30<30,可得到本發明之目標之延伸率: 50%以上、: 1.05以下。 又’檢討疊差能之生成指標SFE與加工硬化指數n之關係之 、会°果’如第3圖所示,可確認藉40<SFE<80,可得到本發明之目 標之η值。
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9Z ♦涵铖謀溆4摄盔·· (<^mu.6li38LO06+n3£s.coIJM8p*T:-^z8.co+(f3)*5(>-f〔%s/N】-Ris%g.o oxcoLn-o}w ·β+€ε ·εί3ζCD+J9 ·8Ϊ+Ϊ 衰·9=【E/f 曰】3」s OHS ,8ϊ-^3+ΤΜ)0<>οί3ζ .coliyn ·8丄 3·6-(Ν+3)ζ9ρ-ζ670£ρ^ι 犁渖铢铢tiT名W壤黎κ-uw吨W皞αην轵念4f-i埘<咯堪并 產業上之可利用性 本發明之咼Μη不銹鋼可實現習知之高Μη不銹鋼無法進行 之成形加工,可應用在使用代表SUS之Ni系不銹鋼之加壓成形用 途上。特別最適合用在SUS304會有時期破裂之問題之歷經多步驟 15 1268960 之深拉伸加工用途上。且,由於亦可省略SUS304加工後之用以非 磁性化之退火,因此,可廣泛地應用於要求非磁性之成形加工用 之材料之領域。 【圖式簡單說^明】 第1圖係顯示Md30值對鋼材之伸長率之影響之圖表。 第2圖係顯示Md30值對60%冷壓軋材之磁導率之影響之囷 表。 第3圖係顯示SFE與加工硬化指數11之關係之圖表。
16
Claims (1)
- 、申請專利範圍: 一種加工性優異之沃斯田系高Μη不錄鋼,以質量% 計,係由以下之成分構成:C + N : 0·03〜0.15%,Si : 0·1 〜1%,Μη : 3〜15%,Cr : 10〜16%,Ni : 1 〜6%,Cu : 0.3〜3%,及Mo : 0.3〜3%,且其餘部份由Fe和不可避 免之雜質構成,又,沃斯田鐵安定度之指標Md30值與 疊差能之生成指標SFE滿足下述條件:-10<Md30<30 v40<SFE<80 Md30(°C) : 497-462(C + N)-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-20(Ni+Cu)-18.5Mo SFE(mJ/m2) : 6.2Ni+18.6Cu+0.7Cr+3.2Mn+9.3Mo-53。 如申請專利範圍第1項之加工性優異之沃斯田系高Μη 不銹鋼,以質量%計,更含有0.001〜0.2%REM。如申請專利範圍第2項之加工性優異之沃斯田系高Μη 不銹鋼,其中0.2%耐力小於300MPa,公稱應變25%與 35%之等級之加工硬化指數η為0.30〜0.45,且伸長率為 50%以上。 17
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