WO2016170761A1 - マルテンサイト系ステンレス鋼 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a martensitic stainless steel excellent in strength and elongation, and further in corrosion resistance.
- gaskets for the purpose of preventing leakage of exhaust gas, cooling water, lubricating oil, and the like. Since the gasket must exhibit sealing performance in both cases where the gap is widened and narrowed due to pressure fluctuations in the pipe and the like, a convex portion called a bead is processed. Since the bead is repeatedly compressed and relaxed during use, a high tensile strength is required. In addition, since severe processing may be performed depending on the shape of the bead, excellent workability is required for the gasket material. Furthermore, since the gasket is exposed to exhaust gas and cooling water during use, corrosion resistance is also required. If the gasket material does not have sufficient corrosion resistance, destruction may occur due to corrosion.
- austenitic stainless steels such as SUS301 (17 mass% Cr-7 mass% Ni) and SUS304 (18 mass% Cr-8 mass% Ni) which have both high strength and workability. Have been used. However, since austenitic stainless steel contains a large amount of Ni, which is an expensive element, it has a significant problem in terms of material cost. Austenitic stainless steel also has a problem of high sensitivity to stress corrosion cracking.
- martensitic stainless steel such as SUS403 (12 mass% Cr-0.13 mass% C), martensite Stainless steel having a multi-layer structure including sites has been proposed.
- Patent Document 1 discloses martensitic stainless steel and martensite + ferrite that are improved in fatigue properties by nitriding the surface layer portion to form an austenite phase by performing a quenching heat treatment in a nitrogen-containing atmosphere.
- a duplex stainless steel is disclosed.
- Patent Document 2 discloses martensite + ferrite duplex stainless steel that achieves both hardness and workability by quenching in an austenite + ferrite two-phase temperature range.
- Patent Document 3 discloses a multi-layer structure stainless steel in which a surface layer portion is martensite + residual austenite phase and an inner layer portion is a martensite single phase by performing heat treatment in a nitrogen-containing atmosphere.
- Patent Document 4 discloses martensite + ferrite duplex stainless steel in which spring characteristics are improved by performing an aging treatment after the multilayer heat treatment.
- Patent Document 5 discloses martensite + ferritic duplex stainless steel having the expected hardness by defining the cold rolling rate.
- Patent Document 6 discloses a stainless steel having a surface layer part of two phases of martensite + retained austenite.
- Patent Document 7 discloses stainless steel in which SUS403 or the like absorbs nitrogen and deposits a nitrogen compound on the surface layer portion.
- Patent Document 8 discloses a multi-layer structure stainless steel in which a surface layer portion having a depth of at least 1 ⁇ m from the outermost surface is covered with a martensite single phase layer.
- JP 2002-38243 A JP 2005-54272 A JP 2002-97554 A Japanese Patent Laid-Open No. 3-56621 JP-A-8-319519 Japanese Patent Laid-Open No. 2001-140041 JP 2006-97050 A JP-A-7-316740
- the stainless steel of Patent Document 4 has a desired hardness when the amount of C is large or the amount of Ni is large.
- the stainless steel of Patent Document 5 has a problem that workability is deteriorated by cold rolling.
- the stainless steels of Patent Documents 6 and 7 have insufficient workability, and it is difficult to say that the stainless steels of Patent Documents 5 to 7 have sufficiently achieved both strength and workability.
- the stainless steel of Patent Document 8 also has a large amount of C and is inferior in workability, or because both the amounts of C and N are small, sufficient strength cannot be secured, or sufficient strength cannot be secured because of the large amount of Cr. The problem that remains.
- martensitic stainless steel is less sensitive to stress corrosion cracking and is less expensive than austenitic stainless steel in terms of cost, but has a problem that it is inferior in workability.
- the present invention was developed in order to solve the above-described problems, and has an object to provide martensitic stainless steel that can achieve both excellent strength and workability and that can provide excellent corrosion resistance.
- C has a great effect of increasing the strength after quenching, the workability, particularly the elongation, is greatly reduced.
- N is slightly inferior to C in the effect of increasing strength, but the decrease in elongation is small compared to C. For this reason, it is effective to utilize N in order to increase the strength and the elongation in a balanced manner.
- the gist configuration of the present invention is as follows. 1. % By mass C: 0.020% or more and less than 0.10%, Si: 0.01% or more and 2.0% or less, Mn: 0.01% to 3.0%, P: 0.050% or less, S: 0.050% or less, Cr: 10.0% or more and 16.0% or less, Ni: 0.01% or more and 0.80% or less, Al: 0.001% or more and 0.50% or less and N: more than 0.050% and 0.20% or less, satisfy the relationship of the following formula (1), and the balance is made of Fe and inevitable impurities Martensitic stainless steel. N% ⁇ C% (1)
- C% and N% represent the contents (mass%) of C and N in the steel, respectively.
- Cu 0.01% or more and 5.0% or less
- Mo contains not less than 0.01% and not more than 0.50%
- Co not less than 0.01% and not more than 0.50%, and contains not less than 1.0% of Cu while containing one or more kinds selected from In the case, the martensitic stainless steel according to 1 above, wherein Mn is 0.01% or more and 1.0% or less.
- Ti 0.01% or more and 0.50% or less
- Nb 0.002% or more and less than 0.15%
- V 0.01% to 0.50%
- Zr 0.01% to 0.50% martensitic stainless steel as described in 1 or 2 above, containing one or more selected from steel.
- Nb and V are contained as Nb: 0.002% or more and less than 0.050%, V: 0.01% or more and less than 0.10%, and the relationship of the following formula (2) is satisfied Martensitic stainless steel.
- C%, N%, Nb% and V% represent the contents (mass%) of C, N, Nb and V in steel, respectively.
- B 0.0002% to 0.0100%, Any one of 1 to 4 above, containing one or more selected from Ca: 0.0002% to 0.0100% and Mg: 0.0002% to 0.0100%
- Ca 0.0002% to 0.0100%
- Mg 0.0002% to 0.0100%
- a martensitic stainless steel having both excellent strength and workability, and having excellent corrosion resistance not only when performing quenching treatment but also when performing quenching and tempering treatment is provided. Obtainable.
- the martensitic stainless steel of the present invention can be suitably used for automobile gasket parts.
- C 0.020% or more and less than 0.10% C stabilizes the austenite phase at a high temperature and increases the amount of martensite after quenching heat treatment.
- the strength increases as the amount of martensite increases.
- C hardens the martensite itself and increases the strength of the steel.
- the effect is acquired by containing 0.020% or more of C.
- the C content is 0.10% or more, the workability is liable to be lowered, and it becomes difficult to obtain an excellent strength-elongation balance.
- C since C is combined with Cr in the steel and precipitates as a carbide, when C increases excessively, the amount of Cr dissolved in the steel decreases and the corrosion resistance of the steel decreases.
- the amount of Cr dissolved in steel is simply referred to as the amount of Cr in steel. Accordingly, the C content is in the range of 0.020% or more and less than 0.10%.
- the C content is preferably less than 0.050%.
- Si 0.01% or more and 2.0% or less
- Si is an element effective for increasing the strength of steel, and the effect can be obtained by containing 0.01% or more of Si.
- Si is an element that facilitates the formation of a ferrite phase at a high temperature. If the amount exceeds 2.0%, the amount of martensite after quenching heat treatment decreases, and a predetermined strength cannot be obtained. Accordingly, the Si amount is set in the range of 0.01% to 2.0%. Preferably it is more than 0.3% and 1.0% or less.
- Mn 0.01% or more and 3.0% or less
- Mn is an element having an effect of stabilizing the austenite phase at a high temperature, and can increase the amount of martensite after quenching heat treatment. It also has the effect of increasing the strength of the steel. These effects are obtained when the Mn content is 0.01% or more. However, if the amount of Mn exceeds 3.0%, the workability of the steel decreases. Therefore, the amount of Mn is 0.01% or more and 3.0% or less. Preferably, it is in the range of more than 0.3% and 2.0% or less. More preferably, it is in the range of more than 0.7% and 1.6% or less.
- P 0.050% or less
- P is an element that lowers toughness, and is preferably as small as possible. Therefore, the P content is 0.050% or less. Preferably it is 0.040% or less. More preferably, it is 0.030% or less.
- the lower limit of the amount of P is not particularly limited, but excessive de-P causes an increase in production cost, and is usually about 0.010%.
- S 0.050% or less
- S is an element that lowers moldability and corrosion resistance, and it is desirable that S be as small as possible. Therefore, the S amount is 0.050% or less. Preferably it is 0.010% or less. More preferably, it is 0.005% or less. Note that the lower limit of the amount of S is not particularly limited, but excessive desulfurization causes an increase in manufacturing cost, and is usually about 0.001%.
- Cr 10.0% or more and 16.0% or less Cr is an important element for securing corrosion resistance, and the effect is obtained when the content of Cr is 10.0% or more.
- the Cr content exceeds 16.0%, the steel becomes hard and manufacturability and workability deteriorate. Further, since the ferrite phase is easily formed, the amount of martensite after the quenching heat treatment is reduced. When the amount of martensite decreases, the strength decreases. Therefore, the Cr content is in the range of 10.0% to 16.0%. Preferably they are 11.0% or more and 14.0% or less.
- Ni 0.01% or more and 0.80% or less
- Ni is an element that stabilizes the austenite phase at a high temperature and has an effect of increasing the amount of martensite after quenching heat treatment. It can also contribute to the strengthening of steel. These effects are obtained when the Ni content is 0.01% or more.
- the Ni content is in the range of 0.01% to 0.80%. Preferably it is less than 0.50%. More preferably, it is less than 0.30%.
- Al 0.001% or more and 0.50% or less
- Al is an element effective for deoxidation, and the effect is obtained when the content is 0.001% or more.
- Al is an element that stabilizes the ferrite phase at a high temperature. If the amount exceeds 0.50%, a sufficient amount of martensite cannot be secured after the quenching heat treatment. For this reason, the amount of Al is made into the range of 0.001% or more and 0.50% or less. Preferably they are 0.02% or more and 0.35% or less. More preferably, it is 0.02% or more and 0.10% or less.
- N more than 0.050% and 0.20% or less
- N is an important element in the present invention that can greatly increase the strength of martensitic stainless steel. Further, N stabilizes the austenite phase at a high temperature, increases the amount of martensite after quenching heat treatment, and hardens the martensite itself to increase the strength of the steel. The effect is obtained when the N content exceeds 0.050%. On the other hand, if the N content exceeds 0.20%, the workability deteriorates. Accordingly, the N content is set to a range of more than 0.050% and 0.20% or less. Preferably, it is in the range of more than 0.050% and less than 0.12%.
- N precipitates as fine nitrides during the tempering heat treatment, so that the strength can be increased without decreasing the elongation. From such a viewpoint, it is more preferable that the N content exceeds 0.060%. More preferably, it is over 0.070%.
- the above component composition is satisfied, in particular, the C amount and the N amount are adjusted to the above ranges, and the relationship of the following formula (1) is simultaneously satisfied for these C amount and N amount Is very important.
- C% and N% represent the contents (mass%) of C and N in the steel, respectively.
- the sheet bar was heated to 1100 ° C. and hot-rolled to obtain a hot-rolled sheet having a thickness of 4 mm. Subsequently, this hot-rolled sheet was annealed in a 700 ° C. furnace for 10 hours to obtain a hot-rolled sheet. Next, this hot-rolled annealed sheet was cold-rolled to form a cold-rolled sheet having a thickness of 0.2 mm. The cold-rolled sheet was quenched and heat-treated within a temperature range of 900 to 1100 ° C. and then cooled. The cooling rate at this time was set to 1 ° C./sec or more in all cases. Further, some of the cold-rolled sheets were subjected to tempering heat treatment within a temperature range of 200 to 600 ° C.
- EL (%) (Lu ⁇ L0) / L0 ⁇ 100
- EL is elongation (breaking elongation)
- L0 is the original gauge distance
- Lu is the final gauge distance.
- the evaluation results are plotted against the amounts of C and N and are shown in FIG. “O” and “X” in FIG. 1 have the following meanings.
- ⁇ Tensile strength (TS) ⁇ 1200 MPa and elongation (EL) ⁇ 7.5%
- X Tensile strength (TS) ⁇ 1200 MPa and / or elongation (EL) ⁇ 7.5%
- the amounts of C and N are adjusted to ranges of 0.020% or more and less than 0.10% and more than 0.050% and 0.20% or less, respectively, and the relationship of the above formula (1) is satisfied.
- excellent elongation can be obtained while securing sufficient strength.
- the C amount and / or N amount was outside the predetermined range, sufficient strength and / or elongation could not be obtained. .
- the C amount and the N amount are adjusted to the above ranges, respectively, and the relationship of the above formula (1) is satisfied.
- both C and N are effective elements for increasing the strength of martensitic stainless steel.
- the C content increases, the workability is greatly reduced, so it is necessary to suppress the C content.
- N that is small in workability and can be increased in strength, it is possible to achieve both excellent strength and excellent workability.
- the above formula (1) If the above relationship is not satisfied, stainless steel satisfying high strength and high workability cannot be obtained.
- N% ⁇ C% C has a dominant influence on the strength-elongation balance of steel, and the steel is excessively strengthened by C and the workability is reduced, so the workability is not reduced. Therefore, the effect of N that can increase the strength is not exhibited effectively.
- N% ⁇ C% N becomes a governing factor of strength-elongation, and an effect of obtaining high strength without degrading workability can be obtained.
- coarse carbides are preferentially precipitated during cooling after tempering heat treatment or during tempering heat treatment, so that the corrosion resistance is lowered.
- N% ⁇ 1.05 ⁇ C% is preferable, and N% ⁇ 1.16 ⁇ C% is more preferable.
- N%> 5 ⁇ C% coarse nitrides are formed, and both strength and corrosion resistance are lowered. Therefore, it is preferable that N% ⁇ 5 ⁇ C%.
- C and N are effective for increasing the strength, but if C% + N% ⁇ 0.10%, a sufficient effect cannot be obtained, so C% + N% ⁇ 0.10%. It is preferable to do this.
- the stainless steel of this invention is chosen from Ti, Nb, V, and Zr as needed 1 type, or 2 or more types chosen from Cu, Mo, and Co. 1 type, 2 or more types, Furthermore, 1 type, or 2 or more types chosen from B, Ca, and Mg can be contained in the following ranges.
- Cu 0.01% or more and 5.0% or less Cu is finely precipitated in the steel at the time of cooling in the quenching heat treatment to increase the strength of the steel.
- Cu precipitates finely, there is little adverse effect on elongation.
- Such an effect of increasing the strength can be obtained when the Cu content is 0.01% or more.
- the amount of Cu exceeds 5.0%, not only the effect of increasing the strength is saturated, but also the steel becomes hard and workability decreases. Therefore, when it contains Cu, it is set as 0.01% or more and 5.0% or less.
- they are 0.05% or more and 3.5% or less. More preferably, it is more than 0.5% and 3.0% or less.
- Cu has the effect of significantly increasing not only the strength but also the proof stress by being finely precipitated in the steel during the tempering heat treatment.
- the effect is acquired by containing 1.0% or more of Cu.
- the Mn content exceeds 1.0% in this case, the workability of the steel is lowered and the hardenability is also lowered. For this reason, when containing Cu 1.0% or more, it is necessary to make Mn amount 1.0% or less.
- Mo 0.01% or more and 0.50% or less
- Mo is an element that increases the strength of the steel by solid solution strengthening, and the effect is obtained with a content of 0.01% or more.
- Mo is an expensive element, and when the amount exceeds 0.50%, the workability of steel decreases. Therefore, when it contains Mo, it is set as 0.01 to 0.50% of range. Preferably they are 0.02% or more and 0.25% or less.
- Co 0.01% or more and 0.50% or less
- Co is an element that improves the toughness of steel, and the effect can be obtained when the content is 0.01% or more.
- Co is an expensive element, and when the amount exceeds 0.50%, not only the above effect is saturated but also the workability is lowered. Therefore, when it contains Co, it is set as 0.01% or more and 0.50% or less. Preferably they are 0.02% or more and 0.25% or less. More preferably, it is 0.02% or more and 0.10% or less.
- Ti 0.01% or more and 0.50% or less Ti binds to C as carbide and precipitates as N and nitride to form Cr carbide and Cr nitride during cooling after quenching heat treatment This has the effect of improving the corrosion resistance of the steel. The effect is obtained when the Ti content is 0.01% or more. On the other hand, if the amount of Ti exceeds 0.50%, coarse Ti nitride precipitates and the toughness of the steel decreases. Therefore, when it contains Ti, it is set as 0.01 to 0.50% of range. Preferably they are 0.02% or more and 0.25% or less.
- Nb 0.002% or more and less than 0.15%
- Nb has an effect of increasing the strength and workability by refining the crystal grain size. The effect is obtained when the Nb content is 0.002% or more.
- Nb is combined with C and precipitated as fine carbides, thereby suppressing the precipitation of coarse Cr carbides and improving the ultimate deformability.
- a bead (convex part) of a gasket is applied, as a method for improving workability, there is a method for improving ultimate deformability as well as a method for improving elongation obtained by a normal tensile test. It is valid.
- Nb can prevent the reduction of Cr content in the steel by suppressing the precipitation of Cr carbide, and has the effect of improving the corrosion resistance.
- Nb amount when it contains Nb, it is set as 0.002% or more and less than 0.15%.
- it is 0.005% or more, More preferably, it is 0.020% or more. Further, it is preferably 0.100% or less, more preferably less than 0.050%, and further preferably 0.030% or less.
- V 0.01% or more and 0.50% or less V is an element effective for improving the corrosion resistance as well as improving the strength at high temperatures.
- C or N dissolved in the steel is preferentially combined with Cr and precipitated as carbide or nitride (hereinafter, the carbide and nitride may be collectively referred to as carbon / nitride).
- the carbide and nitride may be collectively referred to as carbon / nitride.
- Cr charcoal / nitride precipitates, the amount of Cr in the steel decreases by the amount of charcoal / nitride, and the corrosion resistance of the steel decreases.
- V is contained, C and N are preferentially associated with V over Cr and are finely precipitated as V charcoal / nitride.
- V suppresses the precipitation of Cr charcoal / nitride, and prevents the corrosion resistance of the steel from being lowered.
- V has an effect of suppressing the precipitation of coarse Cr nitride and improving the ultimate deformability especially by preferentially binding with N dissolved in steel and precipitating as fine nitride. .
- V when it contains V, it is set as 0.01 to 0.50% of range.
- it is 0.02% or more.
- it is 0.25% or less, More preferably, it is less than 0.10%, More preferably, it is 0.05% or less.
- Nb has a tendency to be combined with C and precipitate as carbide
- V has a tendency to be combined with N and precipitate as nitride.
- Nb and V are simultaneously contained as Nb: 0.002% or more and less than 0.050%
- V 0.01% or more and less than 0.10%
- C%, N%, Nb% and V% represent the contents (mass%) of C, N, Nb and V in steel, respectively.
- Nb and V are combined with C and N, respectively, and precipitate as carbides and nitrides. Therefore, as the content of Nb and V increases, the amount of C and N in the steel decreases and the strength decreases. It becomes easy to do. For this reason, from the viewpoint of enhancing the ultimate deformability while maintaining high strength, Nb and V are adjusted to a predetermined range and are contained at the same time, and the total amount of Nb and V is about C and N. Satisfying a predetermined relationship with the total amount of Nb, specifically, Nb: 0.002% or more and less than 0.050%, V: 0.01% or more and less than 0.10%, It is particularly effective to satisfy the relationship 2).
- Nb is more preferably 0.005% or more, and further preferably 0.020% or more. Further, it is more preferably 0.030% or less.
- V is more preferably 0.02% or more. Further, it is more preferably 0.05% or less.
- Zr 0.01% or more and 0.50% or less Zr precipitates as carbide when combined with C and as nitride when combined with N, thereby improving the corrosion resistance of steel by suppressing the carbide and nitride of Cr
- Zr also has the effect of increasing the strength of steel.
- B 0.0002% or more and 0.0100% or less B is an element effective for improving workability. The effect can be obtained when the content of B is 0.0002% or more. On the other hand, if the amount of B exceeds 0.0100%, the workability and toughness of the steel deteriorate. Further, since B is combined with N in the steel and precipitates as a nitride, the amount of martensite is reduced and the strength of the steel is reduced. Therefore, when it contains B, it is set as 0.0002% or more and 0.0100% or less. Preferably they are 0.0005% or more and 0.0050% or less. More preferably, it is 0.0010% or more and 0.0030% or less.
- Ca 0.0002% or more and 0.0100% or less
- Ca is an effective component for preventing clogging of the nozzle due to inclusion precipitation that is likely to occur during continuous casting. The effect is acquired by containing 0.0002% or more of Ca.
- the Ca content exceeds 0.0100%, surface defects are generated. Accordingly, when Ca is contained, the content is made 0.0002 to 0.0100%. More preferably, it is 0.0002% or more and 0.0030% or less. More preferably, it is 0.0005% or more and 0.0020% or less.
- Mg 0.0002% or more and 0.0100% or less
- Mg is an element effective for suppressing the coarsening of charcoal and nitride. If the carbon / nitride precipitates coarsely, they become the starting point of brittle cracks, so the toughness decreases. This effect of improving toughness is obtained when the Mg content is 0.0002% or more.
- the amount of Mg exceeds 0.0100%, the surface properties of steel deteriorate. Therefore, when it contains Mg, it is set as 0.0002% or more and 0.0100% or less of range. Preferably it is 0.0002% or more and 0.0030% or less. More preferably, it is 0.0005% or more and 0.0020% or less.
- the martensitic stainless steel of the present invention includes the above basic components, and further, if necessary, one or more selected from Cu, Mo and Co, and among Ti, Nb, V and Zr. It is preferable that a predetermined amount of one or two or more selected from B, Ca and Mg is contained in a predetermined amount, and the balance is composed of Fe and inevitable impurities. .
- the structure of the martensitic stainless steel of the present invention is a structure mainly composed of a martensite phase in order to obtain a high strength material of 1200 MPa or more, specifically, a martensite phase having a volume ratio of 80% or more with respect to the entire structure. And the balance becomes a ferrite phase and / or a retained austenite phase.
- 90% or more of the volume ratio is preferably martensite, and may be a martensite single phase.
- the volume ratio of the martensite phase was prepared by preparing a test piece for cross-sectional observation from the final cold-rolled sheet, performing etching treatment with aqua regia, and then performing observation with an optical microscope at a magnification of 100 for 10 fields of view. After distinguishing the martensite phase, the ferrite phase, and the retained austenite phase from the shape and the etching strength, the volume ratio of the martensite phase is obtained by image processing, and the average value thereof can be obtained.
- the martensitic stainless steel of the present invention is obtained by melting the steel having the above composition in a melting furnace such as a converter or an electric furnace, and further performing secondary refining such as ladle refining, vacuum refining, etc.
- Steel slabs are formed by the ingot-bundling rolling method, and hot-rolled, hot-rolled sheet annealed, and pickled to give hot-rolled annealed sheets. Furthermore, it can manufacture by the method of using as a cold-rolled sheet through processes, such as cold rolling, quenching heat processing, and pickling and tempering heat processing as needed.
- molten steel is melted in a converter or electric furnace, etc., subjected to secondary refining by the VOD method or AOD method to obtain the above component composition, and then formed into a slab by a continuous casting method.
- N is added by adding a nitrogen-containing raw material such as chromium nitride or blowing nitrogen gas as necessary. Let the amount be a predetermined value.
- This slab is heated to 1000 to 1250 ° C., and hot rolled into a desired thickness by hot rolling. This hot-rolled sheet is subjected to batch annealing at a temperature of 600 ° C.
- the hot-rolled annealed sheet is further cold-rolled, quenched and heat-treated, and cooled to obtain a cold-rolled sheet.
- the total rolling reduction in the cold rolling process comprising one or more cold rollings is 60% or more, preferably 80% or more.
- the quenching heat treatment conditions are preferably in the range of 900 ° C. to 1200 ° C. from the viewpoint of obtaining desired characteristics (strength and elongation). More preferably, it is the range of 950 degreeC or more and 1100 degrees C or less.
- the cooling rate after the quenching heat treatment is preferably 1 ° C./sec or more in order to obtain a desired strength.
- tempering heat treatment may be performed as necessary.
- the tempering heat treatment is preferably performed in the range of 200 ° C. to 600 ° C. from the viewpoint of obtaining desired characteristics. More preferably, it is the range of 300 degreeC or more and 500 degrees C or less.
- pickling treatment may be performed after the quenching heat treatment and the tempering heat treatment. Moreover, it is good also as BA finishing which abbreviate
- Cold-rolled sheet products obtained in this way are subjected to bending, beading, drilling, etc. according to their respective applications, and used as a sealing material between automobile engines and exhaust system parts. Molded into parts. In addition, it can also be used for members that require springiness. If necessary, quenching heat treatment may be performed after forming the part.
- a 30 kg steel ingot having the composition shown in Table 1 was melted and cast in a vacuum melting furnace. After heating to 1200 ° C., hot rolling was performed to obtain a sheet bar having a thickness of 25 mm ⁇ width of 150 mm. The sheet bar was kept soft in a 700 ° C. oven for 10 hours. Next, the sheet bar was heated to 1100 ° C. and hot-rolled to obtain a hot-rolled sheet having a thickness of 4 mm. Subsequently, this hot-rolled sheet was annealed in a 700 ° C. furnace for 10 hours to obtain a hot-rolled sheet.
- the hot-rolled annealed sheet was cold-rolled into a cold-rolled sheet having a thickness of 0.2 mm, subjected to quenching heat treatment at the temperature shown in Table 2, and then cooled.
- the cooling rate at this time was set to 1 ° C./sec or more in all cases.
- some of the cold-rolled plates were tempered at the temperatures shown in Table 2 after cooling after quenching heat treatment.
- the martensite phase was 80% or more by volume ratio with respect to the entire structure.
- Elongation (EL) was calculated by the following equation by measuring two final specimen distances so that the two specimens were broken so that the axis of the specimen was on a straight line.
- EL (%) (L u ⁇ L 0 ) / L 0 ⁇ 100
- EL is elongation (breaking elongation)
- L0 is the original gauge distance
- Lu is the final gauge distance.
- ⁇ l ⁇ ⁇ ln (W / W 0 ) + ln (T / T 0 ) ⁇
- ⁇ l the ultimate deformability
- W is the plate width at the fracture surface of the tensile test piece after the tensile test
- W 0 the plate width of the tensile test piece before the tensile test
- T is the tensile test piece after the tensile test.
- the plate thickness at the fracture surface, T 0, is the plate thickness of the tensile test piece before the tensile test.
- the evaluation results are also shown in Table 2. The evaluation criteria are as follows.
- ⁇ Corrosion resistance evaluation test> A 60 mm wide x 80 mm long test piece is cut out from the cold-rolled sheet (as-quenched material and quenched-tempered material) produced as described above, and is subjected to corrosion resistance in accordance with the automobile engineering association standard automotive material corrosion test method (JASO M 609-91). An evaluation test was conducted. The surface of the test piece was polished with # 600 emery paper, and the entire back surface and 5 mm around the surface were covered with a seal. In the test, 5 cycles of salt water spray (2 hours) ⁇ 60 ° C. drying (4 hours) ⁇ 50 ° C. wetting (2 hours) were set as one cycle, and after 15 cycles, the corrosion area ratio of the surface was measured.
- comparative example no. 59 (equivalent to SUS403) and No. At 60, strength and proof stress were acceptable, but elongation, ultimate deformability, and corrosion resistance were unacceptable. Comparative Example No. N% ⁇ C% (N% / C% ⁇ 1) About 61, although elongation became pass by tempering, intensity
- the martensitic stainless steel of the present invention is suitable as a gasket member because it is excellent in both strength (tensile strength and proof stress) and workability (elongation and ultimate deformability). It is also suitable for use in parts that require spring resistance.
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Abstract
Description
特許文献2には、オーステナイト+フェライトの二相温度域で焼入れを行うことで硬度と加工性を両立させたマルテンサイト+フェライト二相系ステンレス鋼が開示されている。
特許文献3には、窒素含有雰囲気中で熱処理を行うことで表層部がマルテンサイト+残留オーステナイト相、内層部がマルテンサイト単相である複層組織ステンレス鋼が開示されている。
特許文献5には、冷間圧延率を規定することで所期した硬さを有するマルテンサイト+フェライト二相系ステンレス鋼が開示されている。
特許文献6には、表層部をマルテンサイト+残留オーステナイトの二相としたステンレス鋼が開示されている。
特許文献7には、SUS403等に窒素を吸収させて表層部に窒素化合物を析出させたステンレス鋼が開示されている。
特許文献8には、最外表面から少なくとも1μmの深さの表層部がマルテンサイト単相の層で覆われている複層組織ステンレス鋼が開示されている。
さらに、特許文献5のステンレス鋼は、冷間圧延により加工性が低下してしまうという問題がある。また、特許文献6および7のステンレス鋼に関しても、加工性が不十分であり、これら特許文献5~7のステンレス鋼について、強度と加工性の両立が十分に達成されているとは言いがたい。
加えて、特許文献8のステンレス鋼についても、C量が多く加工性に劣るか、またはC量、N量ともに少ないため十分な強度を確保できない、もしくはCr量が多いため十分な強度が確保できないという問題を残している。
(1)Cは焼入れ後の強度を上げる効果は大きいものの、加工性、特に伸びを大きく低下させてしまう。一方、Nは、強度を上げる効果はCに比べると若干劣るものの、伸びの低下はCに比べて小さい。このため、強度と伸びをバランス良く高めるにはNを活用することが有効である。
(2)Cr量およびNi量を適正化したうえで、Cを抑制しつつNを多くし、かつN量をC量以上とすることにより、十分な強度を確保しつつ、優れた伸び、ひいては優れた強度-伸びバランスを有するマルテンサイト系ステンレス鋼が得られる。
(3)C量が多くなる場合は、粗大なCr炭化物が析出することにより耐食性が低下しやすい。これに対し、N量が多くなる場合は、Cr窒化物が析出するものの、この窒化物は炭化物に比べて粗大化しにくい。このため、上記(2)のようにC量およびN量を制御することにより、焼入れ後および焼戻し後の耐食性の低下を最小限に留めることが出来る。
本発明は、上記の知見に基づき、さらに検討を加えた末に完成されたものである。
1.質量%で、
C:0.020%以上0.10%未満、
Si:0.01%以上2.0%以下、
Mn:0.01%以上3.0%以下、
P:0.050%以下、
S:0.050%以下、
Cr:10.0%以上16.0%以下、
Ni:0.01%以上0.80%以下、
Al:0.001%以上0.50%以下および
N:0.050%超0.20%以下
を含有するとともに、下記式(1)の関係を満足し、残部がFeおよび不可避的不純物からなるマルテンサイト系ステンレス鋼。
記
N%≧C% (1)
ここで、C%およびN%は、それぞれCおよびNの鋼中含有量(質量%)を表す。
Cu:0.01%以上5.0%以下、
Mo:0.01%以上0.50%以下および
Co:0.01%以上0.50%以下
のうちから選ばれる1種または2種以上を含有するとともに、Cuを1.0%以上含有する場合には、Mnを0.01%以上1.0%以下とする前記1に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼。
Ti:0.01%以上0.50%以下、
Nb:0.002%以上0.15%未満、
V:0.01%以上0.50%以下および
Zr:0.01%以上0.50%以下
のうちから選ばれる1種または2種以上を含有する前記1または2に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼。
記
Nb%+V%≦C%+N% (2)
ここで、C%、N%、Nb%およびV%は、それぞれC、N、NbおよびVの鋼中含有量(質量%)を表す。
B:0.0002%以上0.0100%以下、
Ca:0.0002%以上0.0100%以下および
Mg:0.0002%以上0.0100%以下
のうちから選ばれる1種または2種以上を含有することを特徴とする前記1~4のいずれかに記載のマルテンサイト系ステンレス鋼。
まず、本発明のステンレス鋼の成分組成について説明する。なお、成分組成における元素の含有量の単位はいずれも「質量%」であるが、以下、特に断らない限り単に「%」で示す。
Cは、高温でオーステナイト相を安定化させて、焼入れ熱処理後のマルテンサイト量を増加させる。マルテンサイト量が増加すると高強度化する。また、Cは、マルテンサイト自体を硬くして鋼を高強度化する。その効果はCの0.020%以上の含有で得られる。しかし、C量が0.10%以上になると、加工性が低下し易く、優れた強度-伸びバランスを得るのが困難となる。また、Cは鋼中のCrと結びついて炭化物として析出するため、Cが過度に増加すると、鋼に固溶するCrの量が減少して鋼の耐食性が低下する。なお、これ以降、特に断らない限り鋼に固溶するCrの量を単に鋼中Cr量と称す。従って、C量は0.020%以上0.10%未満の範囲とする。C量が0.050%以上のときに焼入れ後に焼戻し熱処理を行うと、加工性は向上するが強度の低下が大きくなり、優れた強度-伸びバランスが得られなくなる場合がある。このような観点から、C量は0.050%未満とすることが好ましい。
Siは、鋼の強度を増加させるのに有効な元素であり、その効果はSiの0.01%以上の含有で得られる。しかし、Siは高温でフェライト相を形成しやすくする元素であり、その量が2.0%を超えると、焼入れ熱処理後のマルテンサイト量が減少して所定の強度が得られなくなる。従って、Si量は0.01%以上2.0%以下の範囲とする。好ましくは0.3%超、1.0%以下である。
Mnは、高温でオーステナイト相を安定化させる効果を持つ元素であり、焼入れ熱処理後のマルテンサイト量を増加させることが出来る。また、鋼の強度を高める効果も有する。これらの効果は、Mnの0.01%以上の含有で得られる。しかし、Mn量が3.0%を超えると、鋼の加工性が低下する。従って、Mn量は0.01%以上3.0%以下とする。好ましくは0.3%超、2.0%以下の範囲である。さらに好ましくは0.7%超、1.6%以下の範囲である。ただし、後述するCuを1.0%以上含有する場合に、1.0%超のMnを含有すると、鋼の加工性が低下するとともに焼入れ性も低下してしまう。このため、Cuを1.0%以上含有する場合は、Mn量を1.0%以下とすることが必要である。
Pは、靭性を低下させる元素であり、極力少ないほうが望ましい。従って、P量は0.050%以下とする。好ましくは0.040%以下である。より好ましくは0.030%以下である。なお、P量の下限は特に限定されるものではないが、過度の脱Pは製造コストの増加を招くため、通常0.010%程度である。
Sは、成形性と耐食性を低下させる元素であり、極力少ないほうが望ましい。従って、S量は0.050%以下とする。好ましくは0.010%以下である。より好ましくは、0.005%以下である。なお、S量の下限は特に限定されるものではないが、過度の脱Sは製造コストの増加を招くため、通常0.001%程度である。
Crは、耐食性を確保するために重要な元素であり、その効果はCrの10.0%以上の含有で得られる。一方、Cr量が16.0%を超えると、鋼が硬質化して製造性や加工性が低下する。また、フェライト相が形成されやすくなるため、焼入れ熱処理後のマルテンサイト量が減少してしまう。マルテンサイト量が減少すると強度が低下してしまう。従って、Cr量は10.0%以上16.0%以下の範囲とする。好ましくは11.0%以上、14.0%以下である。
Niは、高温においてオーステナイト相を安定化させる元素であり、焼入れ熱処理後のマルテンサイト量を増加させる効果を有する。また、鋼の高強度化にも寄与することが出来る。これらの効果はNiの0.01%以上の含有で得られる。一方、Ni量が0.80%を超えると、加工性が低下して、優れた強度-伸びバランスが得られなくなる。従って、Ni量は0.01%以上0.80%以下の範囲とする。好ましくは0.50%未満である。より好ましくは0.30%未満である。
Alは脱酸に有効な元素であり、その効果は0.001%以上の含有で得られる。しかし、Alは高温でフェライト相を安定化させる元素であり、その量が0.50%を超えると、焼入れ熱処理後に十分なマルテンサイト量を確保できなくなる。このため、Al量は0.001%以上0.50%以下の範囲とする。好ましくは0.02%以上、0.35%以下である。より好ましくは0.02%以上、0.10%以下である。
Nは、Cと同様にマルテンサイト系ステンレス鋼の強度を大きく増加させることが出来る本発明に重要な元素である。また、Nは高温でオーステナイト相を安定化させて、焼入れ熱処理後のマルテンサイト量を増加させるとともにマルテンサイト自体を硬くして鋼を高強度化する。その効果は、Nの0.050%超の含有で得られる。一方、N量が0.20%を超えると、加工性が低下する。従って、N量は0.050%超0.20%以下の範囲とする。好ましくは、0.050%超、0.12%未満の範囲である。また、N量が0.060%超の場合に焼入れ後に焼戻し熱処理を行うと、Nが焼戻し熱処理時に微細な窒化物として析出することにより、伸びを低下させることなく強度を増加させることが出来る。このような観点から、N量は0.060%超とすることがより好ましい。さらに好ましくは0.070%超である。
記
N%≧C% (1)
ここで、C%およびN%は、それぞれCおよびNの鋼中含有量(質量%)を表す。
以下、本発明において、C量およびN量を上記の範囲に調整した上で、上掲式(1)の関係を満足させることに至らしめた実験について説明する。
質量%で、Si:0.01%以上2.0%以下、Mn:0.01%以上3.0%以下、P:0.050%以下、S:0.050%以下、Cr:10.0%以上16.0%以下、Ni:0.01%以上0.80%以下およびAl:0.001%以上0.50%以下で含有するとともに、CおよびN量を種々変化させた成分組成を有する鋼塊を真空溶解炉で溶製・鋳造した。1200℃に加熱後、熱間圧延を行って厚さ25mm×幅150mmのシートバーとした。このシートバーを700℃の炉中に10時間保持し軟質化した。ついで、このシートバーを1100℃に加熱後、熱間圧延して板厚:4mmの熱延板とした。ついで、この熱延板を700℃の炉中に10時間保持する焼鈍を行い、熱延焼鈍板とした。ついで、この熱延焼鈍板を冷間圧延により板厚:0.2mmの冷延板とし、この冷延板を900~1100℃の温度範囲内で焼入れ熱処理を行ったのち、冷却した。なお、この際の冷却速度は、いずれについても1℃/sec以上とした。さらに、一部の冷延板については、上記焼入れ熱処理後の冷却ののち、200~600℃の温度範囲内で焼戻し熱処理を行った。
上記のようにして作製したマルテンサイト系ステンレス鋼冷延板(焼入れまま材および焼入れ-焼戻し材)を用い、圧延方向を長手方向とするJIS5号引張試験片を作製し、室温引張試験に供し、引張強度(T.S.)および伸び(EL)を測定した。原標点距離は50mm、引張速度は10mm/minとし、試験は各鋼N=2で行い、平均値で評価した。なお、伸び(EL)は、破断した二つの試験片を試験片の軸が直線上になるように深く突き合わせ、最終標点距離を測定し、次式により算出した。
EL(%)=(Lu-L0)/L0×100
ここで、ELは伸び(破断伸び)、L0は原標点距離、Luは最終標点距離である。
評価結果をCおよびN量に対してプロットし、図1に示す。図1中の「○」および「×」は、次の意味である。
○:引張強度(T.S.)≧1200MPaかつ伸び(EL)≧7.5%
×:引張強度(T.S.)<1200MPaおよび/または伸び(EL)<7.5%
このため、本発明のステンレス鋼では、C量およびN量をそれぞれ上記の範囲に調整するとともに、上掲式(1)の関係を満足させることとしたのである。
また、図1に示すように、C量およびN量をそれぞれ0.020%以上0.10%未満、0.050%超0.20%以下の範囲に調整しつつ、上掲式(1)の関係を満足させなければ、高強度および高加工性を満足するステンレス鋼は得られない。特に、N%<C%の場合は、鋼の強度-伸びバランスに対する影響はCが支配的となり、Cにより鋼が過度に高強度化されて加工性が低下するため、加工性を低下させずに高強度化できるNの効果が有効に発揮されない。この点、N%≧C%とすることで、Nが強度-伸びの支配因子となり、加工性を低下させずに高い強度を得る効果が得られる。また、N%<C%の場合は、焼入れ熱処理後の冷却時または焼戻し熱処理時に粗大な炭化物が優先的に析出するため、耐食性が低下する。一方、N%≧C%となる場合には、粗大な炭化物よりも優先的に微細な窒化物が析出する。この微細な窒化物は、粗大な炭化物に比べて鋼の耐食性への悪影響が少ないため、耐食性の低下を防止できる。
このように、強度、加工性(伸び)および耐食性のいずれもが優れた鋼を得るためには、Nの効果を最大限活用する必要があり、そのためには、C量およびN量をそれぞれ0.020%以上0.10%未満、0.050%超0.20%以下の範囲に調整し、かつ上掲式(1)の関係を満足させることが必要となる。
Cuは、焼入れ熱処理の冷却時に、鋼中に微細に析出して鋼を高強度化する。一方、Cuは微細に析出するため、伸びへの悪影響は少ない。このような高強度化の効果は、Cuの0.01%以上の含有で得られる。しかし、Cu量が5.0%を超えると、高強度化の効果が飽和するのみならず、鋼が硬質化し加工性が低下する。従って、Cuを含有する場合は、0.01%以上5.0%以下の範囲とする。好ましくは0.05%以上、3.5%以下である。より好ましくは0.5%超、3.0%以下である。
また、Cuは、焼戻し熱処理時に、鋼中に微細に析出して強度のみならず、耐力をも大きく増加させる効果を有する。その効果は、Cuの1.0%以上の含有で得られる。ただし、この場合に1.0%超のMnを含有すると、鋼の加工性が低下するとともに焼入れ性も低下してしまう。このため、Cuを1.0%以上含有する場合は、Mn量を1.0%以下とすることが必要である。
Moは、固溶強化により鋼の強度を増加させる元素であり、その効果は0.01%以上の含有で得られる。しかし、Moは高価な元素であり、またその量が0.50%を超えると、鋼の加工性が低下する。従って、Moを含有する場合は、0.01%以上0.50%以下の範囲とする。好ましくは0.02%以上、0.25%以下である。
Coは、鋼の靭性を向上させる元素であり、その効果は0.01%以上の含有で得られる。一方で、Coは高価な元素であり、またその量が0.50%を超えると、上記の効果が飽和するのみならず、加工性が低下する。従って、Coを含有する場合は、0.01%以上0.50%以下の範囲とする。好ましくは0.02%以上、0.25%以下である。より好ましくは0.02%以上、0.10%以下である。
Tiは、Cと結びついて炭化物として、Nと結びついて窒化物として析出することで、、焼入れ熱処理後の冷却時にCr炭化物やCr窒化物が生成するのを抑制して、鋼の耐食性を向上させる効果を有する。その効果はTiの0.01%以上の含有で得られる。一方で、Ti量が0.50%を超えると、粗大なTi窒化物が析出し、鋼の靭性が低下する。従って、Tiを含有する場合は、0.01%以上0.50%以下の範囲とする。好ましくは0.02%以上、0.25%以下である。
Nbは、結晶粒径を微細化して高強度化と加工性を向上させる効果を有する。その効果はNbの0.002%以上の含有で得られる。また、Nbは、Cと結びつき微細な炭化物として析出することで、粗大なCr炭化物の析出を抑制し、極限変形能を向上させる効果も有する。ガスケットのビード(凸部)のような局所的に厳しい加工が施される場合、加工性向上の方法として、通常の引張試験で得られる伸びを向上させる方法とともに、極限変形能を向上させる方法も有効である。さらに、Nbは、Cr炭化物の析出を抑制することで、鋼中Cr量の減少を防止することができ、耐食性を向上させる効果も有する。一方、Nb量が0.15%以上になると、Nbの炭化物が多量に析出して鋼に固溶するCの量が減少し、マルテンサイト相の強度能が低下する。従って、Nbを含有する場合は、0.002%以上0.15%未満の範囲とする。好ましくは0.005%以上、より好ましくは0.020%以上である。また、好ましくは0.100%以下、より好ましくは0.050%未満、さらに好ましくは0.030%以下である。
Vは、高温での強度の向上とともに耐食性の向上に有効な元素である。鋼中に固溶したCやNは、Crと優先的に結びついて炭化物または窒化物(これ以降、炭化物と窒化物を併せて炭・窒化物と呼ぶ場合もある)として析出する。Crの炭・窒化物が析出すると、炭・窒化物になった量だけ鋼中Cr量が減少し、鋼の耐食性が低下してしまう。Vを含有している場合、CやNは、CrよりもVと優先的に結びつき、V炭・窒化物として微細に析出する。このため、Vを含有することによりCrの炭・窒化物の析出が抑制され、鋼の耐食性低下を防止することが出来る。また、Vは、特に、鋼中に固溶したNと優先的に結びついて微細な窒化物として析出することで、粗大なCr窒化物の析出を抑制し、極限変形能を向上させる効果も有する。これらの効果は、Vの0.01%以上の含有で得られる。しかし、V量が0.50%を超えると、粗大なVの炭・窒化物が析出して加工性および靭性が低下する。また、これらの粗大なVの炭・窒化物は腐食の起点となりやすく、このため却って耐食性が低下する。従って、Vを含有する場合は、0.01%以上0.50%以下の範囲とする。好ましくは0.02%以上である。また、好ましくは0.25%以下、より好ましくは0.10%未満、さらに好ましくは0.05%以下である。
記
Nb%+V%≦C%+N% (2)
ここで、C%、N%、Nb%およびV%は、それぞれC、N、NbおよびVの鋼中含有量(質量%)を表す。
なお、Nbは、より好ましくは0.005%以上、さらに好ましくは0.020%以上である。また、よりさらに好ましくは0.030%以下である。
Vは、より好ましくは0.02%以上である。また、さらに好ましくは0.05%以下である。
上掲式(2)ついては、(Nb%+V%)×1.5≦C%+N%の関係を満足させることがより好ましい。
Zrは、Cと結びついて炭化物として、Nと結びついて窒化物として析出することで、Crの炭化物化および窒化物化を抑制して鋼の耐食性を向上させる効果を有する。また、Zrは、鋼を高強度化させる効果も有する。これらの効果はZrの0.01%以上の含有で得られる。一方、Zr量が0.50%を超えると、粗大なZrの炭化物や窒化物が析出するため、靭性の低下を招く。従って、Zrを含有する場合は、0.01%以上0.50%以下の範囲とする。好ましくは0.02%以上、0.25%以下である。
Bは、加工性を向上させるのに有効な元素である。その効果はBの0.0002%以上の含有で得られる。一方、B量が0.0100%を超えると、鋼の加工性および靭性が低下する。また、Bが鋼中のNと結びついて窒化物として析出するため、マルテンサイト量が減少して鋼の強度が低下する。従って、Bを含有する場合は、0.0002%以上0.0100%以下の範囲とする。好ましくは0.0005%以上、0.0050%以下である。より好ましくは0.0010%以上、0.0030%以下である。
Caは、連続鋳造の際に発生しやすい介在物析出によるノズルの閉塞を防止するのに有効な成分である。その効果はCaの0.0002%以上の含有で得られる。一方、Ca量が0.0100%を超えると、表面欠陥が発生する。従って、Caを含有する場合は、0.0002~0.0100%の範囲とする。より好ましくは0.0002%以上、0.0030%以下である。より好ましくは0.0005%以上、0.0020%以下である。
Mgは、炭・窒化物の粗大化を抑制するのに有効な元素である。炭・窒化物が粗大に析出すると、それらが脆性割れの起点となるため靱性が低下する。この靭性向上の効果はMgの0.0002%以上の含有で得られる。一方、Mg量が0.0100%を超えると、鋼の表面性状が悪化する。従って、Mgを含有する場合は、0.0002%以上0.0100%以下の範囲とする。好ましくは0.0002%以上、0.0030%以下である。より好ましくは0.0005%以上、0.0020%以下である。
なお、本発明のマルテンサイト系ステンレス鋼は、上記した基本成分、さらには必要に応じて、Cu、MoおよびCoのうちから選ばれる1種または2種以上、Ti、Nb、VおよびZrのうちから選ばれる1種または2種以上、さらにはB、CaおよびMgのうちから選ばれる1種または2種以上を所定量含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなる成分組成とすることが好ましい。
なお、マルテンサイト相の体積率は、最終冷延板から断面観察用の試験片を作製し、王水によるエッチング処理を施してから、10視野について倍率100倍で光学顕微鏡による観察を行い、組織形状とエッチング強度からマルテンサイト相とフェライト相および残留オーステナイト相とを区別した後、画像処理によりマルテンサイト相の体積率を求め、その平均値を算出することで求めることができる。
本発明のマルテンサイト系ステンレス鋼は、上記成分組成からなる鋼を転炉、電気炉等の溶解炉で溶製し、さらに取鍋精錬、真空精錬等の2次精錬を経て、連続鋳造法あるいは造塊-分塊圧延法で鋼片(スラブ)とし、熱間圧延、熱延板焼鈍、酸洗を施し熱延焼鈍板とする。さらに、冷間圧延、焼入れ熱処理、必要に応じて酸洗、焼戻し熱処理等の各工程を経て冷延板とする方法で製造することができる。
上記のようにして作製したマルテンサイト系ステンレス鋼冷延板(焼入れまま材および焼入れ-焼戻し材)について、断面観察用の試験片を作製し、王水によるエッチング処理を施してから、10視野について倍率100倍で光学顕微鏡による観察を行い、組織形状とエッチング強度からマルテンサイト相とフェライト相を区別した後、画像処理によりマルテンサイト相の体積率を求め、その平均値を算出した。なお、本発明例であるNo.1~No.58およびNo.73~82では、組織全体に対する体積率で80%以上がマルテンサイト相であった。また、比較例であるNo.59、No.60、No.61、No.63、No.64、No.67~No.69、No.71およびNo.72でも、組織全体に対する体積率で80%以上がマルテンサイト相であった。しかし、比較例であるNo.62、No.65、No.66よびNo.70では、組織全体に対する体積率でマルテンサイト相は80%未満であった。
また、上記のようにして作製したマルテンサイト系ステンレス鋼冷延板(焼入れまま材および焼入れ-焼戻し材)を用い、圧延方向を長手方向とするJIS5号引張試験片を作製し、JIS Z2241に準拠して室温引張試験に供し、引張強度(T.S.)、耐力(P.S.)、伸び(EL)および極限変形能(εl)を測定した。原標点距離は50mm、引張速度は10mm/minとし、試験は各鋼N=2で行い、平均値で評価した。
なお、伸び(EL)は、破断した二つの試験片を試験片の軸が直線上になるように深く突き合わせ、最終標点距離を測定し、次式により算出した。
EL(%)=(Lu-L0)/L0×100
ここで、ELは伸び(破断伸び)、L0は原標点距離、Luは最終標点距離である。
また、引張試験後の引張試験片の破断面における板幅Wと板厚Tを計測し、引張試験前の引張試験片の板幅W0と板厚T0とともに次式により極限変形能εlを算出した。
εl=-{ln(W/W0)+ln(T/T0)}
ここで、εlは極限変形能、Wは引張試験後の引張試験片の破断面における板幅、W0は引張試験前の引張試験片の板幅、Tは引張試験後の引張試験片の破断面における板厚、T0は引張試験前の引張試験片の板厚である。
評価結果を表2に併記する。なお、評価基準は以下の通りである。
・引張強度(TS)
◎:合格(特に優れている) 1400MPa以上
○:合格 1200MPa以上1400MPa未満
×:不合格 1200MPa未満
・伸び(EL)
◎:合格(特に優れている) 8.5%以上
○:合格 7.5%以上8.5%未満
×:不合格 7.5%未満
・耐力(P.S.)
◎:合格(特に優れている) 1150MPa以上
○:合格 1050MPa以上1150MPa未満
×:不合格 1050MPa未満
・極限変形能(εl)
◎:合格(特に優れている) 0.7以上
○:合格 0.5以上0.7未満
×:不合格 0.5未満
上記で作製した冷延板(焼入れまま材および焼入れ-焼戻し材)から、60mm幅×80mm長の試験片を切り出し、自動車技術会規格 自動車用材料腐食試験方法(JASO M 609-91)に従い、耐食性評価試験を行った。試験片表面は#600エメリー紙で研磨仕上げとし、裏面全面および表面周囲5mmはシールで被覆した。試験は5%塩水噴霧(2時間)-60℃乾燥(4時間)-50℃湿潤(2時間)を1サイクルとし、15サイクル実施した後に表面の腐食面積率を測定した。試験はN=2とし、腐食面積率が多い方をその冷延板の評価とした。
得られた結果を表2に併記する。なお、評価基準は以下の通りである。
◎:合格(特に優れている) 腐食面積率が30%未満
○:合格 腐食面積率が30%以上60%未満
×:不合格 腐食面積率が60%以上
Claims (7)
- 質量%で、
C:0.020%以上0.10%未満、
Si:0.01%以上2.0%以下、
Mn:0.01%以上3.0%以下、
P:0.050%以下、
S:0.050%以下、
Cr:10.0%以上16.0%以下、
Ni:0.01%以上0.80%以下、
Al:0.001%以上0.50%以下および
N:0.050%超0.20%以下
を含有するとともに、下記式(1)の関係を満足し、残部がFeおよび不可避的不純物からなるマルテンサイト系ステンレス鋼。
記
N%≧C% (1)
ここで、C%およびN%は、それぞれCおよびNの鋼中含有量(質量%)を表す。 - 質量%で、さらに、
Cu:0.01%以上5.0%以下、
Mo:0.01%以上0.50%以下および
Co:0.01%以上0.50%以下
のうちから選ばれる1種または2種以上を含有するとともに、Cuを1.0%以上含有する場合には、Mnを0.01%以上1.0%以下とする請求項1に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼。 - 質量%で、さらに、
Ti:0.01%以上0.50%以下、
Nb:0.002%以上0.15%未満、
V:0.01%以上0.50%以下および
Zr:0.01%以上0.50%以下
のうちから選ばれる1種または2種以上を含有する請求項1または2に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼。 - 前記NbおよびVを、Nb:0.002%以上0.050%未満、V:0.01%以上0.10%未満として含有するとともに、下記式(2)の関係を満足する請求項3に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼。
記
Nb%+V%≦C%+N% (2)
ここで、C%、N%、Nb%およびV%は、それぞれC、N、NbおよびVの鋼中含有量(質量%)を表す。 - 質量%で、さらに、
B:0.0002%以上0.0100%以下、
Ca:0.0002%以上0.0100%以下および
Mg:0.0002%以上0.0100%以下
のうちから選ばれる1種または2種以上を含有する請求項1~4のいずれかに記載のマルテンサイト系ステンレス鋼。 - 引張強度が1200MPa以上でかつ伸びが7.5%以上である請求項1~5のいずれかに記載のマルテンサイト系ステンレス鋼。
- 引張強度が1200MPa以上でかつ伸びが7.5%以上であり、極限変形能が0.7以上である請求項4または5に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼。
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