(57)【要約】【課題】  プレス加工による硬質化を抑え、過酷な加工を施しても割れ等の加工欠陥が発生しないオーステナイト系ステンレス鋼板を提供する。【解決手段】  C：0.03質量％以下，Si：1.0質量％以下，Mn：5.0質量％以下，Ni：5〜15質量％，Cr：15〜20質量％，Cu：5.0質量％以下，Mo：3.0質量％以下，N：0.03質量％以下，B：0.0001〜0.0100質量％を含み、Md30：-60〜-10，SFI≧30，B／N≧0.01を満足させている。加工後のマトリックスには、0.01面積％以上の割合でBN系化合物が分散析出している。Md30=551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-29(Ni+Cu)-13.7Cr-18.5MoSFI=2.2Ni+6Cu-1.1Cr-13Si-1.2Mn+32【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：０.０３質量％以下，Ｓｉ：１.０質量％以下，Ｍｎ：５.０質量％以下，Ｎｉ：５〜１５質量％，Ｃｒ：１５〜２０質量％，Ｃｕ：５.０質量％以下，Ｍｏ：３.０質量％以下，Ｎ：０.０３質量％以下，Ｂ：０.０００１〜０.０１００質量％，残部が不可避的不純物を除きＦｅで、式(１)で定義されるＭd30値：-６０〜-１０，式(２)で定義されるSFI値：３０以上，Ｂ／Ｎ質量比：０.０１以上に成分調整された組成をもち、マトリックスにＢＮが０.００１面積％以上の割合で分散していることを特徴とする深絞り性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼。
Md30=551-462(Ｃ+Ｎ)-9.2Ｓｉ-8.1Ｍｎ-29(Ｎｉ+Ｃｕ)-13.7Ｃｒ-18.5Ｍｏ
・・・・(１)
SFI=2.2Ｎｉ+6Ｃｕ-1.1Ｃｒ-13Ｓｉ-1.2Ｍｎ+32                     ・・・・(２)
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、厚板にも拘わらずプレス加工で各種形状の部品や部材に成形できるオーステナイト系ステンレス鋼に関する。
【背景技術】
【０００２】
水道や各種液体，ガス配管の接合部で締め付けられる部品、耐食性が必要なポンプ等の機械類用ケースに使用される部品や部材には、従来からステンレス鋼鋳物が多用されている。鋳造法によるとき鋳型キャビティで目標形状が定まり、厚肉製品や肉厚偏差の大きな製品等が容易に製造される。そのため、剛性，意匠性が要求される配管部品や騒音，振動防止用に質量が必要なケース等にステンレス鋼鋳物が適用されている。ステンレス鋼鋳物は、他にも構造部材として使用されることもある。
ステンレス鋼鋳物は、生産性が低いことが欠点であり、凝固組織で構成されるために圧延法で製造されるステンレス鋼製品に比較して強度や靭性にも劣る。
【０００３】
そこで、量産性，経済性を兼ね備えたプレス加工で製造された部品で、従来の鋳物製品を置き換える検討が重ねられてきた。しかし、SUS304に代表されるオーステナイト系ステンレス鋼をプレス加工すると、加工硬化に起因して成形荷重が増大し、二次加工性も低下する。そのため、厚肉形状や肉厚偏差の大きな形状の製品は、厚板オーステナイト系ステンレス鋼板のプレス加工では得られ難い。
【０００４】
本発明者等は、オーステナイト系ステンレス鋼のプレス加工性を改善し、割れ等の加工欠陥を抑えて目標形状に成形可能なステンレス鋼を調査・検討した。その結果、加工誘起マルテンサイト生成指標Ｍd30や積層欠陥難易度指数SFIがプレス加工性に大きな影響を及ぼしており、特定成分系でＭd30≦-１０，SFI≧３０の成分設計を採用することにより深絞り性等を初めとする加工性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼が得られることを解明した（特許文献１〜３）。しかし、厚肉製品の製造には厚鋼板を素材に用いたプレス加工が必要とされ、指標Ｍd30，指数SFIの管理だけでは厚鋼板のプレス加工時に発生しがちな加工欠陥を十分に抑制できない。
【特許文献１】特開平9-263905号公報
【特許文献２】特開2002-371339号公報
【特許文献３】特開2003-113450号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明者等は、厚板ステンレス鋼板をプレス加工する際に鋼組成及び組織がプレス加工性に及ぼす影響を検討した。その結果、Ｍd30値，SFI値に加えＢＮの分散量を適正管理すると、板厚が２ｍｍ以上のステンレス鋼板であっても加工欠陥なく良好な形状にプレス加工できることを解明した。
本発明は、かかる知見をベースに完成されたものであり、特定成分系においてＭd30値，SFI値，Ｂ／Ｎ質量比が所定範囲に収まる成分設計を採用することにより、厚板にも拘わらず加工欠陥なく目標形状にプレス加工でき、二次加工性も良好なオーステナイト系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】
【０００６】
本発明のオーステナイト系ステンレス鋼は、鋼組成及び金属組織で特徴付けられる。
鋼組成は、Ｃ：０.０３質量％以下，Ｓｉ：１.０質量％以下，Ｍｎ：５.０質量％以下，Ｎｉ：５〜１５質量％，Ｃｒ：１５〜２０質量％，Ｃｕ：５.０質量％以下，Ｍｏ：３.０質量％以下，Ｎ：０.０３質量％以下，Ｂ：０.０００１〜０.０１００質量％を含み、Ｍd30：-６０〜-１０，SFI≧３０，Ｂ／Ｎ≧０.０１を満足するよう成分調整されている。
【０００７】
Ｍd30は式(１)で定義され、オーステナイト安定度（換言すれば、加工誘起マルテンサイトの生成量）を表す。SFIは式(２)で定義され、プレス加工時の積層欠陥の生成難易度を表す。
Md30=551-462(Ｃ+Ｎ)-9.2Ｓｉ-8.1Ｍｎ-29(Ｎｉ+Ｃｕ)-13.7Ｃｒ-18.5Ｍｏ
・・・・(１)
SFI=2.2Ｎｉ+6Ｃｕ-1.1Ｃｒ-13Ｓｉ-1.2Ｍｎ+32                     ・・・・(２)
該オーステナイト系ステンレス鋼は、マトリックスにＢＮが分散した組織をもち、ＢＮ分散量は０.００１面積％以上に調整されている。
【発明の効果及び実施の形態】
【０００８】
本発明者等は、製品寸法に比較して厚いオーステナイト系ステンレス鋼板を素材に用いたプレス加工において、加工性に及ぼす材質面の影響を調査・検討した。
オーステナイト系ステンレス鋼板をプレス加工するとき、加工誘起マルテンサイト相が生成すると加工硬化が進行する。加工誘起マルテンサイト変態は、加工時に導入される歪で生じるオーステナイト相の結晶格子の変形が原因である。加工誘起マルテンサイトの生成は、式(１)で定義されるオーステナイト安定指標Ｍd30の上限が-１０以下になる成分設計によって規制される。加工誘起マルテンサイトが生成し難い成分設計，ひいては加工硬化し難い成分設計のため、プレス加工時に皺押え部の流入抵抗が抑制され、深絞り性が向上する。
【０００９】
オーステナイト安定指標Ｍd30がある程度大きくなると、加工誘起マルテンサイトが生成しやすくなる。特に、絞り加工時に加工歪みが導入される個所である金型に接する面で加工誘起マルテンサイトが生成する。加工誘起マルテンサイト相のＮ固溶度はオーステナイト相より低いので、Ｂを含む成分系では、鋼板表面に生成する加工誘起マルテンサイト相にＢＮ化合物相が析出しやすくなる。潤滑作用のあるＢＮ化合物相が鋼板表面に析出すると、プレス加工時の金型に対するステンレス鋼板の滑り性，ひいては加工性が改善される。ＢＮ化合物相の効果を確実にするため、一定量以上の加工誘起マルテンサイト相の生成が必要であり、この点からＭd30値の下限が-６０と定められる。
【００１０】
過酷なプレス加工で製品化される用途では、Ｍd30値の管理だけでは依然として加工割れや硬質化を防止できず、未変態のオーステナイト相であっても加工硬化する。オーステナイト相の加工硬化挙動は、f.c.c.構造を採るオーステナイト相における転移の増殖形態に影響され、積層欠陥の生成難易度によって加工硬化量が決まってくる。
積層欠陥の生成傾向は、前掲の式(２)で定義される積層欠陥難易度指数SFIで表すことができる。積層欠陥難易度指数SFIが小さいと僅かなエネルギーにより積層欠陥が生成し、転移の伝播が積層欠陥によって抑えられる。その結果、転移が蓄積し、加工硬化が進行する。プレス加工性に悪影響を及ぼさない程度に加工硬化の進行を抑える上で、積層欠陥難易度指数SFIの下限値を３０とし、積層欠陥エネルギーを高い状態に維持する必要がある。鋼成分のうち、Ｃｕは、積層欠陥難易度指数SFIを大きく上昇させる作用を呈し、Ｎｉ代替による原料費の低減に留まらず、加工硬化を一層抑制する有効成分である。
【００１１】
プレス加工されたオーステナイト系ステンレス鋼板の表面には、加工誘起マルテンサイト相の外にオーステナイト相も存在する。金型に対する摺動面における積層欠陥とオーステナイト相の摺動性との関係を調査した結果、多量の積層欠陥が生成するオーステナイト相では摺動性が低下することが判った。この点、摺動性を低下させないためにも積層欠陥難易度指数SFIを３０以上とし、積層欠陥エネルギーを高く設定する必要がある。
【００１２】
プレス加工されるオーステナイト系ステンレス鋼板が厚板であるほど、金型に摺動する面に大きな圧力が発生し、割れが発生しやすくなる。特に、素材板厚ｔに対する肩半径ｒdの比ｒd／ｔが２以下となる金型を用いて厚板を絞り加工する場合、限界絞り比が極端に低下する。限界絞り比の低下は、ダイス肩部での厳しい曲げ-曲げ戻し変形によって割れが発生しやすくなることが原因である。
【００１３】
本成分系では、対板厚比ｒd／ｔ≦２の条件下でプレス加工する際にみられる割れの発生を抑制するため、Ｂ／Ｎ質量比を０.０１以上としマトリックスにＢＮが０.００１面積％以上の割合で分散した金属組織に調整している。ＢＮは耐熱性に優れ、ステンレス鋼に近い熱伝導率を呈する潤滑剤であり、マトリックスに分散することにより鋼板表面の潤滑性を向上させる。そのため、金型に対する摺動面の昇温が顕著な厚板のオーステナイト系ステンレス鋼板をプレス加工する際にも良好な潤滑効果が発揮され、割れの発生なく目標形状にプレス加工できる。
以下、本発明オーステナイト系ステンレス鋼の合金成分，含有量等を説明する。
【００１４】
〔Ｃ，Ｎ：０.０３質量％以下〕
何れも固溶強化能のある成分であり、多量に含まれると０.２％耐力や硬さを上昇させる。また、加工誘起マルテンサイト相を過度に硬質化し、成形性，二次加工性に悪影響を及ぼすので、Ｃ，Ｎの上限を０.０３質量％（好ましくは、０.０２質量％）と規制する。
〔Ｓｉ：１.０質量％以下〕
製鋼段階で脱酸剤として添加される成分であるが、加工硬化能が強く二次加工性を低下させる。加工硬化はＳｉの増量に伴い顕著になるが、１.０質量％以下（好ましくは、０.５質量％以下）にＳｉ量を抑えることによって加工硬化、二次加工性の低下を支障ない程度に防止できる。
【００１５】
〔Ｍｎ：５.０質量％以下〕
オーステナイト安定化元素であり、Ｍｎの増量に伴い加工誘起マルテンサイト相が生成し難くなり、０.２％耐力、加工硬化率が低下する。このような効果は、１.０質量％以上のＭｎ添加で顕著になる。しかし、過剰量のＭｎ含有は、製鋼時に耐火物の損傷を促進させ、加工割れの起点となるＭｎ系介在物を増加させるので上限を５.０質量％（好ましくは、４.０質量％）とした。
〔Ｃｒ：１５〜２０質量％〕
ステンレス鋼の耐食性を向上させる上で必須の合金成分であり、１５質量％以上でＣｒの添加効果が顕著になる。耐食性向上に及ぼすＣｒの効果は、Ｎｉとの共存によって一層顕著になる。しかし、Ｃｒ含有量の増加に従ってステンレス鋼板が硬質化し、曲げ性や伸縮性が損なわれるので、上限を２０質量％（好ましくは、１９質量％）とした。
【００１６】
〔Ｎｉ：５〜１５質量％〕
Ｃｒとの複合添加で耐孔食性等の耐食性改善に寄与し、５質量％以上で添加効果が顕著になる。Ｎｉの増量に伴い軟質化し、加工誘起マルテンサイト相の生成に起因する加工硬化が抑えられ、変形抵抗の増大が抑制される。しかし、高価な元素であるので、改善効果を経済性と照らし合わせ、上限を１５質量％（好ましくは、１３質量％）とした。
【００１７】
〔Ｃｕ：５.０質量％以下〕
加工誘起マルテンサイト相の生成に起因する加工硬化を抑制し、ステンレス鋼を軟質化することにより金型負荷を低減する合金成分である。好ましくは０.８質量％以上で、Ｃｕの添加効果が顕著になる。オーステナイト生成元素であるため、Ｃｕ含有量の増加に応じてＮｉ含有量の設定自由度も高くなる。具体的には、２.０質量％以上のＣｕを含有させることにより、Ｎｉ含有量を下限値：５質量％近くまで低減できる。Ｃｕは、積層欠陥難易度指数SFIを高める上でも有効な成分であり、オーステナイト相の加工硬化を抑え、積層欠陥の生成抑制による表面摺動性を改善すること等、非常に有用な特性を付与する。しかし、５.０質量％を超える過剰量のＣｕが含まれると、熱間加工性に悪影響が現れる。
【００１８】
〔Ｂ：０.０００１〜０.０１００質量％〕
本成分系では必須の成分であり、加工摺動面に窒化物を主体とする析出物を形成し、表面の摺動性を改善し深絞り性を著しく向上させる。０.０００１質量％以上で且つＢ／Ｎ質量比を０.０１以上とすることにより、加工誘起マルテンサイト相からＢＮの析出が促進され、０.００１面積％以上の割合でＢＮが析出した金属組織となり鋼板表面の潤滑性が改善される。しかし、０.０１００質量％を超える過剰量のＢ含有は、却って加工性を低下させる。また、０.０１未満のＢ／Ｎ質量比や０.００１面積％未満のＢＮ分散量では、ＢＮの潤滑作用が十分に発現しない。
【実施例１】
【００１９】
表１の組成をもつステンレス鋼Ａ〜Ｆを溶製し、連続鋳造後、抽出温度：１２３０℃で熱間圧延することにより板厚：９ｍｍの熱延鋼帯を製造した。熱延鋼帯を１１００℃×均熱１分で焼鈍した後、板厚：６ｍｍまで冷間圧延した。更に、１０５０℃×均熱１分で焼鈍し酸洗することにより、焼鈍・酸洗鋼帯を用意した。
【００２０】
2006291296.tif 000002
【００２１】
各ステンレス鋼板を打抜き加工し、外径：８０〜１１０ｍｍのブランクを作製した。内径Ｄd：６２.６ｍｍ，肩半径ｒd：１２ｍｍのダイス１と先端径Ｄp：５０ｍｍ，肩半径ｒp：１２ｍｍのポンチ２との間にブランク３をセットし、ダイス側面に当るブランク３に粘度：６０ｍｍ2／秒の潤滑油を塗布し、絞り抜くまでブランクを絞り加工した〔図１〕。
絞り加工されたブランクを観察して割れの有無を調査し、割れなく絞り抜きできた最大ブランク径Ｄbmaxのパンチ径Ｄpに対する比率Ｄbmax／Ｄpとして限界絞り比LDRを算出した。限界絞り比LDRの測定結果をＭd30，SFI，Ｂ／Ｎ質量比と共に表２に示す。なお、倍率：１０００倍のSEM画像から１０視野を任意に選定し、SEM画像に観察されるＢＮ析出物の面積率測定値を１０視野で平均化し、ＢＮの面積率として表２に併せ示す。
【００２２】
表２から明らかなように、Ｍd30，SFI，Ｂ／Ｎ質量比共に本発明で規定する条件を満足する鋼種Ｅは、限界絞り比ＬＤＲが２.２と高く最も優れた深絞り性を示した。
他方、Ｂ／Ｎ質量比が本発明で規定した条件を満足していない鋼種Ｆ，Ｍd30が低すぎる鋼種Ｃ，Ｍd30，Ｂ／Ｎ質量比共に低すぎる鋼種Ｄ，Ｍd30，SFI，Ｂ／Ｎ質量比何れも本発明で期待した条件を満足していない鋼種Ａ，Ｍd30が低くSFIが高い鋼種Ｂでは、限界絞り比LDRが２.１以下になっており鋼種Ｅに比較して深絞り性に劣っていた。
【００２３】
2006291296.tif 000003
【実施例２】
【００２４】
表３の組成をもつステンレス鋼Ｇ〜Ｊを溶製し、実施例１と同様な工程で作り込み、板厚：６ｍｍの冷延焼鈍鋼帯を製造した。
【００２５】
2006291296.tif 000004
【００２６】
得られた冷延焼鈍鋼帯から径：９０ｍｍのブランク５０００個を採取し、実施例１と同じ条件の深絞り加工に供し、加工の繰返し（連続プレス）が製品形状，金型性状に及ぼす影響を調査した。比較のため、表１の鋼種Ｂ，Ｄについても、同じ条件下で成形性を評価した。
【００２７】
表４の連続プレス結果にみられるように、Ｍd30，SFI，Ｂ／Ｎ質量比，ＢＮ析出量の何れも本発明で規定した条件を満足する鋼種Ｈ、Ｉ，Ｊは、５０００個まで良好にプレス加工できた。プレス加工品に更に穴開け，穴拡げ等の二次加工を施しても、亀裂，破断なく目標形状に加工できた。
【００２８】
他方、Ｂ／Ｎ質量比が低すぎＢＮ析出量が不足する鋼種ＧやＢ／Ｎ質量比，ＢＮ析出量が小さすぎSFIが低すぎる鋼種Ｄでは、３００個以下のプレスでカジリが生じたため成形を中止した。また、Ｍd30が高くSFIが低い鋼種Ｂでは、５１プレスでパンチが欠損したため成形を中止した。プレス加工品に二次加工を施しても、穴拡げ個所に亀裂，破断が多発した。
【００２９】
2006291296.tif 000005
【産業上の利用可能性】
【００３０】
以上に説明したように、特定された成分系においてＭd30，SFI，Ｂ／Ｎ質量比を適正管理した成分設計を採用することにより、過酷な条件下でプレス加工した場合でも加工誘起マルテンサイトや積層欠陥に起因する材質硬化が抑えられ、しかもＢＮ系析出物の潤滑作用も期待できる。そのため、板厚：２ｍｍ以上のオーステナイト系ステンレス鋼板であっても、割れ等の加工欠陥なく良好な形状に加工できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】実施例で使用したダイス，ポンチとステンレス鋼板ブランクとの関係を示す図
【符号の説明】
【００３２】
１：ダイス    ２：ポンチ    ３：ステンレス鋼板
Ｄd：ダイス内径    ｒd：ダイス肩半径    Ｄp：ポンチ先端径    ｒp：ポンチ肩半径
【図１】
2006291296.tif 000006