(57)【要約】【課題】疲労特性が良好なステンレス鋼を提供する。【解決手段】Ｃ：０．０５質量％以上０．３０質量％以下、Ｓｉ：１．５０質量％以下、Ｍｎ：０．１０質量％以上２．００質量％以下、Ｐ：０．０６質量％以下、Ｓ：０．０１０質量％以下、Ｎｉ：５．００質量％以上７．００質量％以下、Ｃｒ：１５．００質量％以上１９．００質量％以下およびＮ：０．０５質量％以上０．３０質量％以下を含有するとともに、ＣおよびＮの含有量の合計が０．２０質量％以上で、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる。このステンレス鋼は、Ｍｄ３０の値が５以上３０以下で、ＳＦＥの値が１５以上２５未満である。また、オーステナイト相と加工誘起マルテンサイト相との複相組織を有する。さらに、表面の平均硬さが５５０ＨＶ以上で、硬さの標準偏差が３．５以下である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：０．０５質量％以上０．３０質量％以下、Ｓｉ：１．５０質量％以下、Ｍｎ：０．１０質量％以上２．００質量％以下、Ｐ：０．０６質量％以下、Ｓ：０．０１０質量％以下、Ｎｉ：５．００質量％以上７．００質量％以下、Ｃｒ：１５．００質量％以上１９．００質量％以下およびＮ：０．０５質量％以上０．３０質量％以下を含有するとともに、ＣおよびＮの含有量の合計が０．２０質量％以上で、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、
Ｍｄ３０＝５５１−４６２(Ｃ＋Ｎ)−９．２Ｓｉ−８．１Ｍｎ−２９(Ｎｉ＋Ｃｕ)−１３．７Ｃｒ−１８．５Ｍｏで示すＭｄ３０の値が５以上３０以下で、
ＳＦＥ＝２．２Ｎｉ＋６Ｃｕ−１．１Ｃｒ−１３Ｓｉ−１．２Ｍｎ＋３２で示すＳＦＥの値が１５以上２５未満で、
オーステナイト相と加工誘起マルテンサイト相との複相組織を有し、
鋼表面の平均硬さが５５０ＨＶ以上で、硬さの標準偏差が３．５以下である
ことを特徴とするステンレス鋼。
【請求項２】
Ｍｏ：２．００質量％以下およびＣｕ：２．００質量％以下のうちの少なくとも１種を含有する
ことを特徴とする請求項１記載のステンレス鋼。
【請求項３】
表面の平均硬さおよび標準偏差は、測定荷重を５０ｇｆとし、４００μｍ間隔で測定された硬さの値に基づいて算出されている
ことを特徴とする請求項１または２記載のステンレス鋼。
【請求項４】
Ｃ：０．０５質量％以上０．３０質量％以下、Ｓｉ：１．５０質量％以下、Ｍｎ：０．１０質量％以上２．００質量％以下、Ｐ：０．０６質量％以下、Ｓ：０．０１０質量％以下、Ｎｉ：５．００質量％以上７．００質量％以下、Ｃｒ：１５．００質量％以上１９．００質量％以下およびＮ：０．０５質量％以上０．３０質量％以下を含有するとともに、ＣおよびＮの含有量の合計が０．２０質量％以上で、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、
Ｍｄ３０＝５５１−４６２(Ｃ＋Ｎ)−９．２Ｓｉ−８．１Ｍｎ−２９(Ｎｉ＋Ｃｕ)−１３．７Ｃｒ−１８．５Ｍｏで示すＭｄ３０の値が５以上３０以下で、
ＳＦＥ＝２．２Ｎｉ＋６Ｃｕ−１．１Ｃｒ−１３Ｓｉ−１．２Ｍｎ＋３２で示すＳＦＥの値が１５以上２５未満で、
オーステナイト相と加工誘起マルテンサイト相との複相組織を有するステンレス鋼を調質圧延し、
調質圧延後にテンションアニーリングし、
そのテンションアニーリングでは、ステンレス鋼に３ｋｇｆ／ｍｍ２以上７ｋｇｆ／ｍｍ２以下の張力を加えた状態において、材料の温度が室温から４８０℃以上５４０℃以下となるまでの昇温時間が５秒以上１０秒以下となるように加熱する
ことを特徴とするステンレス鋼の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、疲労特性に優れるステンレス鋼およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話端末やパーソナルコンピュータ等の電子機器は、高密度に実装化され、使用される部品は、軽量化、薄肉化および小型化が進行している。
【０００３】
また、このような電子機器の部品に使用される金属材料では、繰り返し負荷される応力の上昇および回数の増加が著しいのが現状である。
【０００４】
特に、電子機器におけるタクトスイッチ等の入力キースイッチとしては、薄い金属板によりメタルドームスイッチ装置が使用されており、このメタルドームスイッチ装置に適応する金属板では、操作時のクリック感と、耐久性（疲労特性）とが求められる。
【０００５】
この種のスイッチ用の金属板としては、例えば特許文献１および２等のように、結晶粒径を小さくすることによって、疲労特性を向上させたステンレス鋼が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２００８／４１６３８号
【特許文献２】特開２００４−２４４７２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年、携帯電話端末や家電製品等の電子機器の小型化がますます進んでいるため、これまで以上に材料の特性の向上、特にスイッチの長寿命化につながる材料の疲労特性の向上が要求されている。
【０００８】
本発明はこのような点に鑑みなされたもので、疲労特性が良好なステンレス鋼を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載されたステンレス鋼は、Ｃ：０．０５質量％以上０．３０質量％以下、Ｓｉ：１．５０質量％以下、Ｍｎ：０．１０質量％以上２．００質量％以下、Ｐ：０．０６質量％以下、Ｓ：０．０１０質量％以下、Ｎｉ：５．００質量％以上７．００質量％以下、Ｃｒ：１５．００質量％以上１９．００質量％以下およびＮ：０．０５質量％以上０．３０質量％以下を含有するとともに、ＣおよびＮの含有量の合計が０．２０質量％以上で、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、Ｍｄ３０＝５５１−４６２(Ｃ＋Ｎ)−９．２Ｓｉ−８．１Ｍｎ−２９(Ｎｉ＋Ｃｕ)−１３．７Ｃｒ−１８．５Ｍｏで示すＭｄ３０の値が５以上３０以下で、ＳＦＥ＝２．２Ｎｉ＋６Ｃｕ−１．１Ｃｒ−１３Ｓｉ−１．２Ｍｎ＋３２で示すＳＦＥの値が１５以上２５未満で、オーステナイト相と加工誘起マルテンサイト相との複相組織を有し、鋼表面の平均硬さが５５０ＨＶ以上で、硬さの標準偏差が３．５以下であるものである。
【００１０】
請求項２に記載されたステンレス鋼は、請求項１記載のステンレス鋼において、Ｍｏ：２．００質量％以下およびＣｕ：２．００質量％以下のうちの少なくとも１種を含有するものである。
【００１１】
請求項３に記載されたステンレス鋼は、請求項１または２記載のステンレス鋼において、表面の平均硬さおよび標準偏差は、測定荷重を５０ｇｆとし、４００μｍ間隔で測定された硬さの値に基づいて算出されているものである。
【００１２】
請求項４に記載されたステンレス鋼の製造方法は、Ｃ：０．０５質量％以上０．３０質量％以下、Ｓｉ：１．５０質量％以下、Ｍｎ：０．１０質量％以上２．００質量％以下、Ｐ：０．０６質量％以下、Ｓ：０．０１０質量％以下、Ｎｉ：５．００質量％以上７．００質量％以下、Ｃｒ：１５．００質量％以上１９．００質量％以下およびＮ：０．０５質量％以上０．３０質量％以下を含有するとともに、ＣおよびＮの含有量の合計が０．２０質量％以上で、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、Ｍｄ３０＝５５１−４６２(Ｃ＋Ｎ)−９．２Ｓｉ−８．１Ｍｎ−２９(Ｎｉ＋Ｃｕ)−１３．７Ｃｒ−１８．５Ｍｏで示すＭｄ３０の値が５以上３０以下で、ＳＦＥ＝２．２Ｎｉ＋６Ｃｕ−１．１Ｃｒ−１３Ｓｉ−１．２Ｍｎ＋３２で示すＳＦＥの値が１５以上２５未満で、オーステナイト相と加工誘起マルテンサイト相との複相組織を有するステンレス鋼を調質圧延し、調質圧延後にテンションアニーリングし、そのテンションアニーリングでは、ステンレス鋼に３ｋｇｆ／ｍｍ２以上７ｋｇｆ／ｍｍ２以下の張力を加えた状態において、材料の温度が室温から４８０℃以上５４０℃以下となるまでの昇温時間が５秒以上１０秒以下となるように加熱するものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、所定の化学組成の範囲において、Ｍｄ３０の値が５以上３０以下で、ＳＦＥの値が１５以上２５未満で、オーステナイト相と加工誘起マルテンサイト相との複相組織を有し、表面の平均硬さが５５０ＨＶ以上で、硬さの標準偏差が３．５以下であるため、疲労特性を向上できる。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施の形態の構成について詳細に説明する。
【００１５】
本発明に係るステンレス鋼は、Ｃ（炭素）：０．０５質量％以上０．３０質量％以下、Ｓｉ（ケイ素）：１．５０質量％以下、Ｍｎ（マンガン）：０．１０質量％以上２．００質量％以下、Ｐ（リン）：０．０６質量％以下、Ｓ（硫黄）：０．０１０質量％以下、Ｎｉ（ニッケル）：５．００質量％以上７．００質量％以下、Ｃｒ（クロム）：１５．００質量％以上１９．００質量％以下およびＮ（窒素）：０．０５質量％以上０．３０質量％以下を含有するとともに、ＣおよびＮの含有量の合計が０．２０質量％以上で、残部がＦｅ（鉄）および不可避的不純物からなる。
【００１６】
また、必要に応じて、Ｍｏ（モリブデン）：２．００質量％以下およびＣｕ（銅）：２．００質量％以下のうちの少なくとも１種を含有する。
【００１７】
上記化学組成の範囲において、オーステナイト安定度指数であるＭｄ３０＝５５１−４６２(Ｃ＋Ｎ)−９．２Ｓｉ−８．１Ｍｎ−２９(Ｎｉ＋Ｃｕ)−１３．７Ｃｒ−１８．５Ｍｏの式で示すＭｄ３０の値が５以上３０以下である。
【００１８】
また、積層欠陥エネルギ生成指標であるＳＦＥ＝２．２Ｎｉ＋６Ｃｕ−１．１Ｃｒ−１３Ｓｉ−１．２Ｍｎ＋３２の式で示すＳＦＥの値が１５以上２５未満である。
【００１９】
さらに、１２３０℃で２時間加熱した後のδフェライト生成指標であるδｃａｌ＝−１５−４４．９１Ｃ−０．８８Ｍｎ−２．３１Ｎｉ＋２．２０Ｃｒ−１．０８Ｃｕ−２８．８Ｎの式で示すδｃａｌの値が１．０以下であることが好ましい。
【００２０】
なお、上記各式は、各元素の含有量に基づくものであり、各元素の含有量（質量％）の値が代入され、含有していない元素は０が代入される。
【００２１】
ＣおよびＮは、オーステナイト生成元素であり、これらの元素の含有量が少なすぎるとδフェライト相の生成量が増大し、熱間加工性が低下する。また、ＣおよびＮは、加工誘起マルテンサイト相を固溶強化するために有用な元素である。そして、Ｃの含有量およびＮの含有量をいずれも、０．０５質量％以上にすることが、顕著な延性向上作用を安定して得るために重要である。一方、ＣおよびＮを、０．３０質量％を超えて過剰に含有させると、鋼が過度に硬質化し加工性を阻害する要因となる可能性がある。したがって、Ｃの含有量およびＮの含有量は、いずれも０．０５質量％以上０．３０質量％以下とする。
【００２２】
また、加工誘起マルテンサイト相の生成の際、ＴＲＩＰ現象による十分な延性を発現させるためには、Ｃ＋Ｎ（ＣおよびＮの合計含有量）を０．２０質量％以上とする必要がある。したがって、ＣおよびＮは、上記それぞれの含有量の範囲において、Ｃ＋Ｎ≧０．２０質量％とする。
【００２３】
なお、Ｃ＋Ｎが０．４０質量％を超えると、硬質化による加工性を阻害する可能性がある。そのため、Ｃ＋Ｎを０．４０質量％以下にすることが好ましく、Ｃの含有量およびＮの含有量をいずれも０．０５質量％以上０．１５質量％以下とし、Ｃ＋Ｎを０．２０質量％以上０．３０質量％以下とするとより好ましい。
【００２４】
Ｓｉは、製鋼での脱酸に有用な元素であるとともに、固溶強化に寄与する元素である。しかし、１．５０質量％を超えて添加すると、鋼が硬質化し加工性を損なう要因となる。また、Ｓｉはフェライト生成元素であるため、過剰添加は高温域でのδフェライト相の多量生成を招き、熱間加工性を阻害する。したがって、Ｓｉの含有量は、１．５０質量％以下（無添加を含まず。）とする。
【００２５】
Ｍｎは、Ｎｉの作用を代替できる有用なオーステナイト生成元素である。また、鋼を固溶強化する有用であるとともに加工硬化に影響を与える元素である。こられの作用を活用するためには、Ｍｎを０．１０質量％以上添加する必要がある。一方、Ｍｎを、２．００質量％を超えて添加すると、熱間加工性を阻害する要因となる。したがって、Ｍｎの含有量は、０．１０質量％以上２．００質量％以下とする。
【００２６】
ＰおよびＳは、不可避的不純物として混入するが、その含有量は低いほど好ましい。そして、加工性およびその他の材料特性や、製造性への悪影響を考慮して、Ｐの含有量を０．０６質量％以下（無添加を含む。）とし、Ｓの含有量を０．０１０質量％以下（無添加を含む。）とする。
【００２７】
Ｎｉは、延性や靭性の向上に有効な元素である。その作用を十分に奏するには、Ｎｉを５．００質量％以上添加する必要がある。一方、Ｎｉを７.００質量％を超えて添加すると、強度特性を低下させる要因になるとともに、コストの増大により経済性も低下する。したがって、Ｎｉの含有量は、５．００質量％以上７．００質量％以下とする。
【００２８】
Ｃｒは、ステンレス鋼の耐食性を担保する不動態皮膜の形成に必須の元素であり、１５．００質量％以上含有させることで、耐食性を十分に確保できる。一方、Ｃｒは、フェライト生成元素であるため、１９．００質量％を超えて添加すると、熱延前加熱温度が（γ＋δ）の２相域となり、加熱後もδフェライトの多量生成を招き、熱間加工性を損なう要因となる。したがって、Ｃｒの含有量は、１５．００質量％以上１９．００質量％以下とする。
【００２９】
Ｍｏは、耐食性の向上に有用な元素であるとともに、固溶強化に寄与する元素であるが、２．００質量％を超えて添加すると、熱間加工性を損なう要因となる。したがって、Ｍｏを添加する場合には、その含有量を２．００質量％以下とする。
【００３０】
Ｃｕは、加工誘起マルテンサイト相の生成に起因して加工硬化を抑制する元素であり、Ｍｄ３０、ＳＦＥおよびδｃａｌを調整する目的で添加する。一方、Ｃｕを２．００質量％を超えて添加すると、熱間加工性の低下につながる。したがって、Ｃｕを添加する場合には、その含有量を２.００質量％以下とする。
【００３１】
Ｍｄ３０は、オーステナイト安定度指数であり、その値が大きいほどオーステナイト相から加工誘起マルテンサイト相への変態が起こりやすくなる。そして、Ｍｄ３０の値を５以上にすることで、加工誘起マルテンサイト相の過度の生成を防止でき、硬さのばらつきを抑制できるとともに、延性を確保して製造加工性の低下も防止できる。一方、Ｍｄ３０が３０を超えると、曲げ加工を施した場合等における加工誘起マルテンサイト相の生成量が多くなりすぎて、硬さにばらつきが生じやすくなる可能性がある。したがって、上記ステンレス鋼では、Ｍｄ３０の値が５以上３０以下となるように各元素の含有量を調整する。
【００３２】
ＳＦＥは、積層欠陥エネルギ生成指標であり、その値が大きいほどオーステナイト相の加工硬化が生じにくくなる。そして、ＳＦＥが１５未満の場合には、オーステナイト相の加工硬化が生じやすくなるため、延性が低下する可能性がある。一方ＳＦＥが２５以上の場合には、オーステナイト相の加工硬化が生じにくくなり、オーステナイト相と加工誘起マルテンサイト相との硬度差が大きくなり、硬さにばらつきが生じやすくなる可能性がある。したがって、上記ステンレス鋼では、ＳＦＥが１５以上２５未満となるように各元素の含有量を調整する。
【００３３】
δｃａｌは、１２３０℃で２時間加熱した後のδフェライト生成指標であり、１．０を超えると、熱間圧延の際に耳割れが発生しやすくなる可能性があるとともに、最終製品における機械的特性および疲労特性にも影響する可能性がある。したがって、上記ステンレス鋼は、δｃａｌが１．０以下となるように各元素の含有量を調整することが好ましい。
【００３４】
上記化学組成にて構成されたステンレス鋼は、後述の所定の製造工程（例えば、熱間圧延、冷間圧延、焼鈍、仕上圧延、テンションアニーリングおよび調質圧延）を経て、そのステンレス鋼表面の平均硬さが５５０ＨＶ以上で、板厚が２０μｍ以上１００μｍの箔状となる。
【００３５】
このような箔状のステンレス鋼は、オーステナイト相と加工誘起マルテンサイト相との複相組織を有する。
【００３６】
ここで、ステンレス鋼表面における硬さにばらつきが多いほど、繰り返し負荷（曲げ等）により、硬さの違う箇所同士で作用する応力が異なり、その応力の差によって歪が集中しやすくなってしまうため、疲労特性が低下する。
【００３７】
具体的には、測定荷重を５０ｇｆとし、測定間隔をミクロ範囲（例えば４００μｍ間隔）として、複数箇所（例えば３０箇所）の硬さを測定した際に、平均硬さを５５０ＨＶ以上とした上で標準偏差が３．５より大きく、硬さにばらつきがあると、歪集中を効果的に抑制できない可能性がある。したがって、上記ステンレス鋼では、平均硬さを５５０ＨＶ以上とし、その硬さの標準偏差を３．５以下とする。
【００３８】
そして、上記ステンレス鋼は、例えば携帯電話や家電製品等の電子機器に設けられているタクトスイッチ用のメタルドーム等のばね材として好適に用いられる。
【００３９】
次に上記ステンレス鋼の製造方法を説明する。
【００４０】
まず、ステンレス鋼の原料を溶解し、その溶鋼に酸素を吹き込むことで脱炭し、次いでＳｉを加えて溶鋼中の酸素と反応させて、酸素濃度を低減させる脱酸作業を行う。
【００４１】
また、連続鋳造によってスラブとし、そのスラブを１１００〜１３００℃に加熱し、熱間圧延を行って熱延鋼帯とする。
【００４２】
熱延鋼帯に対して、冷間圧延と焼鈍を繰り返し、所定の板厚とし、仕上げ焼鈍後の調質圧延によって、オーステナイト相を加工硬化させるとともに、加工誘起マルテンサイト変態させ、硬さを５５０ＨＶ以上とする。
【００４３】
また、調質圧延後には、テンションアニーリング（ＴＡ）によって、残留応力除去および形状矯正を行う。
【００４４】
テンションアニーリングは、ステンレス鋼に３ｋｇｆ／ｍｍ２以上７ｋｇｆ／ｍｍ２以下の張力を加えた状態において、材料温度が室温から最高到達温度４８０℃以上５４０℃以下となるまでの昇温時間が５秒以上１０秒以下となるように加熱し、その後直ちに冷却する。
【００４５】
次に、上記第１の実施の形態の作用および効果を説明する。
【００４６】
上記ステンレス鋼によれば、所定の化学組成の範囲において、Ｍｄ３０の値が５以上３０以下で、ＳＦＥの値が１５以上２５未満となるように成分調整するとともに、表面の平均硬さが５５０ＨＶ以上で、硬さの標準偏差が３．５以下であるため、例えば従来鋼であるＳＵＳ３０１と平均結晶粒径が同程度であっても、歪集中を生じにくくでき、疲労特性を向上できる。
【００４７】
また、調質圧延後に所定条件でテンションアニーリングすることで、残留応力を適切に除去でき硬さのばらつきを抑えることができるため、疲労特性を向上できる。
【実施例】
【００４８】
以下、本実施例および比較例について説明する。
【００４９】
表１に示す化学組成のステンレス鋼を電気炉で溶解し、鋳造、熱間圧延、冷間圧延、焼鈍および調質圧延を行って、板厚４０μｍのステンレス鋼箔を製造した。
【００５０】
【表１】
2020041204.tif 000002
【００５１】
また、表２に示す条件でテンションアニーリングを行い、硬さ、引張強さおよび伸びを測定するとともに、疲労試験を行なった。
【００５２】
表１における鋼Ｎｏ．１については、複数の条件でテンションアニーリングを行い、表２ではそれぞれ試験Ｎｏ．１ａ，１ｂとしており、鋼Ｎｏ．２ないし６についても同様である。
【００５３】
なお、硬さは、測定荷重を５０ｇｆとし、測定間隔を４００μｍとして、１つのステンレス鋼につき３０箇所測定した。
【００５４】
また、強度（引張強さ）は、疲労特性を比較するために本実施例および比較例のいずれも同等とした。
【００５５】
疲労試験は、ＪＩＳ  Ｐ  ８１１５に準じ、通称ＭＩＴ試験と呼ばれる曲げ疲労試験を行なった。具体的には、上記各ステンレス鋼から長さ１１０ｍｍ、幅１５ｍｍの試験片を切り出し、東洋精機製作所製の耐折疲労試験機を用いて、試験荷重を１ｋｇとし、折り曲げ角度を１３５°とし、折り曲げ半径を２．０ｍｍとし、折り曲げ速度を１７５回／分として、曲げ疲労試験を行なった。
【００５６】
この曲げ疲労試験では、耐久回数が１２０００回以上のものを疲労特性が良好であると評価した。
【００５７】
【表２】
2020041204.tif 000003
【００５８】
表２に示すように、所定の化学組成の範囲において、平均硬さが５５０ＨＶ以上で、標準偏差が３．５以下である本実施例は、いずれも、曲げ疲労試験の耐久回数が１２０００回以上であり、疲労特性が良好であった。
【００５９】
硬さの標準偏差が３．５を超える比較例のいずれも、曲げ疲労試験の耐久回数が１２０００回未満であった。
【００６０】
また、本実施例である試験Ｎｏ．１ａ〜６ａと同一の組成のステンレス鋼を用い、異なる条件でテンションアニーリングを行なって、硬さの標準偏差が３．５を超える比較例である試験Ｎｏ．１ｂ〜６ｂのいずれも、曲げ疲労試験の耐久回数が１２０００回未満であった。