(57)【要約】Ｃ：０．１５質量％以下，Ｓｉ：１．０質量％以下，Ｍｎ：１．０質量％以下，Ｓ：０．００５質量％以下，Ｃｒ：１０〜２０質量％，Ｎｉ：０．５質量％以下，Ａｌ：０．００１〜０．０５質量％，必要に応じＭｏ：０．５〜２．０質量％，Ｃｕ：０．５〜３．０質量％，Ｎｂ：０．０５〜１．０質量％の１種又は２種以上を含むステンレス鋼板である。粒径≦１０μｍのＡｌ２Ｏ３系及び／又はＡｌ２Ｏ３・ＭｇＯ系介在物が清浄度≦０．０６％で分散し、加工フェライト組織により高強度化されている。７００Ｎ／ｍｍ２以上の高い０．２％耐力を示しながら曲げ加工性に優れ、軽量化が要求される家電製品，ＯＡ機器等の部品，構造材として使用される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：０．１５質量％以下，Ｓｉ：１．０質量％以下，Ｍｎ：１．０質量％以下，Ｓ：０．００５質量％以下，Ｃｒ：１０〜２０質量％，Ｎｉ：０．５質量％以下，Ａｌ：０．００１〜０．０５質量％，Ｆｅ：実質的に残部の組成で、
サイズ：１０μｍ以下のＡｌ２Ｏ３系及び／又はＡｌ２Ｏ３・ＭｇＯ系介在物が清浄度：０．０６以下で分散した加工フェライト組織をもつことを特徴とするステンレス鋼板の加工硬化材。
【請求項２】
更にＭｏ：０．５〜２．０質量％，Ｃｕ：０．５〜３．０質量％，Ｎｂ：０．０５〜１．０質量％の１種又は２種以上を含む請求項１記載の加工硬化材。
【請求項３】
０．２％耐力が５００〜９００Ｎ／ｍｍ２の範囲にある請求項１又は２記載の加工硬化材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、強度，曲げ加工性に優れ、加工硬化でフェライト組織を高強度化したステンレス鋼加工硬化材に関する。
【背景技術】  ポータブル型のノートパソコンにみられるように、テレビ，パソコンに代表される家電製品やＯＡ機器用では軽量部材が要求されており、部材の薄肉化によって軽量化の要求に応えている。軽量化しても必要強度を確保する上で、圧延方向の０．２％耐力≧約５００Ｎ／ｍｍ２又はビッカース硬度ＨＶ≧約２００が目安とされている。
金属部材をフレーム，保護ケース等として家電製品，ＯＡ機器に組み込む際、プレス加工，曲げ加工等によって金属切板を所定形状に加工している。そのため、家電製品，ＯＡ機器用の金属部材としては、強度に加えて曲げ加工性に優れていることも重要である。
しかも、環境保全やリサイクル性を重視し、めっき不要の無垢金属素材のニーズが高いことが最近の傾向である。耐食性に優れた無垢金属素材には、ＳＵＳ４１０，ＳＵＳ４２０Ｊ２に代表されるマルテンサイト系，ＳＵＳ６３１に代表される析出硬化型，ＳＵＳ３０４，ＳＵＳ３０１に代表される加工硬化型オーステナイト系等の高強度ステンレス鋼がある。
マルテンサイト系，析出硬化型のステンレス鋼は、製品形状に加工した後でそれぞれ焼入れ・焼戻し処理，時効処理を施すことにより高強度化される。しかし、ユーザ側で焼入れ・焼戻し処理，時効処理を必要とするため、そのための設備負担を強いられる。しかも、熱処理された製品表面に生じた酸化スケールを除去する酸洗又は研磨工程や、熱変形を矯正する手直し加工が必要になる。
加工硬化型オーステナイト系ステンレス鋼は、素材段階で強化しており曲げ加工性も良好なためユーザ側での熱処理を省略できる材料であるが、高価なＮｉを多量に含むため鋼材コストが高くなる。そこで、加工硬化型オーステナイト系ステンレス鋼の長所を活かしながらＮｉ含有量を低減した安価なステンレス鋼が開発されている。たとえば、マルテンサイト相で強度を、フェライト相で加工性をもたせた（フェライト＋マルテンサイト）複相型ステンレス鋼（特開昭６３−１６９３３０号公報），（フェライト＋マルテンサイト）複相組織又はマルテンサイト単層組織に分散しているＭｎＳ系介在物粒子のサイズや形態制御により曲げ加工性を改善したステンレス鋼（特開平１１−３０２７９１号公報），冷間圧延でフェライト組織を加工硬化させ熱処理を省略したステンレス鋼（特開２００１−２６２２８２号公報）等がある。
特開昭６３−１６９３３０号公報の（フェライト＋マルテンサイト）複相型ステンレス鋼は、マルテンサイト量の増加に従って強度が高くなるが、５０質量％を超えるマルテンサイト量では曲げ加工性が著しく低下する。
特開平１１−３０２７９１号公報のステンレス鋼は、比較的曲げ半径の大きな建築構造物に使用される角型鋼管を主たる対象にしている。しかし、曲げ加工後に高い寸法精度が要求される家電製品のフレーム，保護ケース，筐体等では、建築構造物用途の角型鋼管に比較して曲げ半径が大幅に小さい。小さな曲げ半径のため、ＭｎＳ系介在物粒子のサイズや形態を制御しても、マトリックスが複相型又はマルテンサイト単層組織ではフレーム，保護ケース，筐体等に要求されるレベルの曲げ加工を施すと割れが発生しやすい。
しかも、特開平１１−３０２７９１号公報では、ＭｎＳ系介在物粒子のサイズや形態を制御する具体的方法を開示されていない。圧延方向に伸ばされた紐状のＭｎＳが曲げ加工性に有害なことは知られているが、冷間圧延率の上昇に伴ってＭｎＳは更に伸ばされ、最終的には微細に分散する。その結果、薄板鋼板のＭｎＳは微細分散により無害化されるが、十分な微細分散が期待できない比較的厚い鋼板ではＭｎＳを無害化できない。更に、要求される耐力レベルは用途に応じて異なるが、ユーザ側の熱処理を省略したマルテンサイト系，（フェライト＋マルテンサイト）複相組織系ステンレス鋼板の耐力がほぼ成分で決まるため、成分の異なる材料で各種レベルの要求耐力に応えざるを得なかった。
冷間圧延でフェライト組織を加工硬化させる方法はマルテンサイト相による高強度化に比較して曲げ加工性の点で優れているものの、特開２００１−２６２２８２号公報のステンレス鋼は曲げ加工のない二輪車ディスクブレーキ用途を対象としている。そのため、当該方法をそのまま適用した材料に曲げ先端半径Ｒの小さな加工を施すと割れが発生しやすく、フレーム，保護ケース等の素材として使用できない。
【発明の開示】
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、精錬工程でＡｌ脱酸，低硫化を併用して介在物を微細なＡｌ２Ｏ３系又はＡｌ２Ｏ３・ＭｇＯ系に制御すると共に、冷間加工でフェライト組織を加工硬化させることにより、ユーザ側での熱処理を不要とし、厳しい曲げ加工を施しても割れの発生がなく高強度化されたステンレス鋼板を提供することを目的とする。
本発明の加工硬化材は、成分・組成と金属組織で特徴付けられる。
成分的には、Ｃ：０．１５質量％以下，Ｓｉ：１．０質量％以下，Ｍｎ：１．０質量％以下，Ｓ：０．００５質量％以下，Ｃｒ：１０〜２０質量％，Ｎｉ：０．５質量％以下，Ａｌ：０．００１〜０．０５質量％，残部：実質的にＦｅを基本組成としている。必要に応じ、Ｍｏ：０．５〜２．０質量％，Ｃｕ：０．５〜３．０質量％，Ｎｂ：０．０５〜１．０質量％の１種又は２種以上を含ませても良い。
金属組織は、サイズ：１０μｍ以下のＡｌ２Ｏ３系及び／又はＡｌ２Ｏ３・ＭｇＯ系介在物が清浄度：０．０６以下で分散した加工フェライト組織であり、冷間加工率によって０．２％耐力を５００〜９００Ｎ／ｍｍ２の範囲に調整している。
【発明を実施するための最良の形態】  曲げ加工性に有害なＭｎＳは、比較的軟質であって熱延，冷延で圧延方向に伸ばされ、紐状介在物としてマトリックスに分散する。この状態では、ステンレス鋼板を曲げ加工したときＭｎＳに応力が集中し割れの起点となる。紐状ＭｎＳ系介在物に起因する割れの防止は、低硫化だけでは不十分であり、介在物の組成，サイズ，形態を制御する必要がある。
介在物の組成，サイズ，形態は、精錬工程で使用する脱酸剤によって変わる。シリコンを脱酸剤に使用すると、ＭｎＳの他にＭｎＯ・ＳｉＯ２系又はＭｎＯ・ＳｉＯ２・ＭｎＳ系介在物が生じる。Ｔｉを脱酸剤に使用すると、紐状介在物の生成を抑制できるが、脱酸生成物としてＴｉＯ２の他にＴｉＮも生成し、個々の介在物が相互に凝集して粗大な集合体（クラスター）になり、ステンレス鋼板に表面疵が発生しやすくなる。Ｔｉ脱酸は、タンディッシュのノズルが閉塞しやすいことも欠点であり、Ｎ含有量の低減を必要とする。
表面疵の発生がなく、曲げ加工性に有害なＭｎＳ，ＭｎＯ・ＳｉＯ２系，ＭｎＯ・ＳｉＯ２・ＭｎＳ（オキシサルファイド）系等の介在物の生成を抑制する方法を調査・検討した結果、Ａｌ脱酸で介在物をＡｌ２Ｏ３系又はＡｌ２Ｏ３・ＭｇＯ系に制御すると加工フェライト組織の曲げ加工性が著しく改善されることを見出した。具体的には、後述の実施例でもみられるように、低硫化，Ａｌ脱酸の組合せにより清浄度：０．０６％以下でサイズ：１０μｍ以下のＡｌ２Ｏ３系又はＡｌ２Ｏ３・ＭｇＯ系を分散させるとき、曲げ加工性への悪影響が抑制される。
ステンレス鋼板の強度は、冷間加工によってフェライト組織を加工硬化することにより付与され、要求レベルの０．２％耐力を達成するための特別な成分設計を必要としない。代表的な冷間加工は冷間圧延であり、冷間圧延率の変更によって０．２％耐力を５００〜９００Ｎ／ｍｍ２の範囲（ビッカース硬さＨＶでは２００〜３００の範囲）に調整できる。因みに、通常の焼きなまし状態にあるフェライト系ステンレス鋼の０．２％耐力レベルは２５０〜３００Ｎ／ｍｍ２程度（ビッカース硬さＨＶでは１３０〜１５０程度）であり、要求レベルを大きく下回る。
本発明では、低硫化及びＡｌ脱酸により介在物の組成，サイズ，形態を制御したフェライト系ステンレス鋼を使用するが、該ステンレス鋼は次のように成分設計されている。
〔合金成分〕
Ｃ：０．１５質量％以下
マトリックスの強化に有効な合金成分であるが、過剰量のＣ含有はＣｒ系炭化物の生成を促進させ耐食性を劣化させる。そのため、Ｃ含有量の上限を０．１５質量％（好ましくは、０．０８質量％）に設定した。
Ｓｉ：１．０質量％以下
フェライト形成元素として働き、マトリックス強化に有効な合金成分である。しかし、１．０質量％を超える過剰量のＳｉが含まれると、曲げ加工性に有害なＳｉＯ２系又はＭｎＯ・ＳｉＯ２系介在物が生成しやすくなる。
Ｍｎ：１．０質量％以下
オーステナイト形成元素であり、ＭｎＯ・ＳｉＯ２系介在物となって曲げ加工性を劣化させる。そのため、Ｍｎ含有量の上限を１．０質量％（好ましくは、０．５質量％）に設定した。
Ｓ：０．００５質量％以下
曲げ加工性を劣化させるＭｎＳ，ＭｎＯ・ＳｉＯ２系介在物に固溶し、粗大なオキシサルファイド介在物を形成する。Ｓ起因の悪影響を抑制するため、Ｓ含有量の上限を０．００５質量％（好ましくは、０．００３質量％）に設定した。
Ｃｒ：１０〜２０質量％
耐食性改善に有効な合金成分であり、ステンレス鋼として要求される耐食性を確保する上で１０質量％以上のＣｒが必要である。しかし、過剰添加は靭性を劣化させるので、Ｃｒ含有量の上限を２０質量％に設定した。Ｃｒ含有量の好ましい範囲は、１１〜１８質量％である。
Ｎｉ：０．５質量％以下
オーステナイト形成元素であり、過剰量のＮｉが含まれるとＡｃ１点が下がり、焼鈍時の冷却過程でマルテンサイト相が生成しやすくなる。そのため、Ｎｉ含有量を０．５質量％以下に規制し、マルテンサイトの生成を防止した。
Ａｌ：０．００１〜０．０５質量％
脱酸剤として添加される成分であり、十分な脱酸効果を得る上で０．００１質量％のＡｌ含有量が必要である。しかし、過剰量のＡｌを添加すると、多量のＡｌ２Ｏ３系介在物が生じ、介在物が相互に凝集したクラスターになり表面疵等の欠陥を発生させる。そこで、介在物のサイズを１０μｍ以下，清浄度を０．０６％以下として表面疵等の欠陥発生を防止するため、Ａｌ含有量の上限を０．０５質量％に規定した。好ましくは、０．００３〜０．０３質量％の範囲にＡｌ含有量を選定する。
Ｍｏ：０．５〜２．０質量％，Ｃｕ：０．５〜３．０質量％，Ｎｂ：０．０５〜１．０質量％
必要に応じて添加される合金成分であり、何れも耐食性の向上に寄与する。耐食性改善効果は、Ｍｏ：０．５質量％以上，Ｃｕ：０．５質量％以上，Ｎｂ：０．０５質量％以上でみられる。しかし、２．０質量％を超えるＭｏ含有量では固溶強化による冷間加工性の低下を招くと共に素材コストが高くなり、３．０質量％を超えるＣｕ含有量では熱間加工性が低下して製造性が損なわれ、１．０質量％を超えるＮｂ含有量では耐食性向上効果が飽和し素材コストが高くなる。
〔加工フェライト組織〕
低硫化，Ａｌ脱酸によってマトリックスに分散した介在物がＡｌ２Ｏ３系又はＡｌ２Ｏ３・ＭｇＯ系に形態制御され、介在物を冷間加工でサイズ：１０μｍ以下（好ましくは、５μｍ以下）に分断するとき、割れの起点となる介在物への応力集中が緩和される。そのため、小さな曲げ先端半径Ｒで目標形状に曲げ加工しても、割れが大幅に軽減された加工品が得られる。
冷間加工は、介在物の微細分断に加え、加工硬化による高強度化にも有効である。すなわち、通常の焼きなまし状態にあるフェライト系ステンレス鋼の０．２％耐力レベルは２５０〜３００Ｎ／ｍｍ２程度（ビッカース硬さＨＶでは１３０〜１５０程度）であるが、加工硬化によって高強度化が図られる。しかも、加工率に応じ０．２％耐力を５００〜９００Ｎ／ｍｍ２の範囲，ビッカース硬さをＨＶ：２００〜３００の範囲で自在に調整できるため、成分設計を変更する必要なく要求レベルに応じて高強度化された素材が提供される。冷間圧延で加工硬化させる場合、曲げ加工性を損なうことなく強度向上を図る上で１５〜５０％（好ましくは、２０〜３５％）の範囲で仕上げ圧延時の圧延率が選定される。
次いで、実施例によって本発明を具体的に説明する。
【実施例１】  ステンレス溶鋼をＳｉ脱酸し、表１の組成をもつステンレス鋼を用意した。表中、サンプルＳ−１は、熱延後の焼鈍でフェライト単層組織に再結晶させた後、圧延率２５％で冷間圧延した板厚１．８ｍｍのステンレス鋼板であり、加工フェライト組織をもつ。サンプルＳ−２，Ｓ−３は、同じく１．８ｍｍに冷間圧延したステンレス鋼板をオーステナイト＋フェライト二相領域の温度に短時間保持した後で空冷することにより（フェライト＋マルテンサイト）の複相組織にしたステンレス鋼板である。サンプルＳ−２は、サンプルＳ−３に比較してマルテンサイト量が多くなっている。
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金属組織が異なる各サンプルから圧延方向（Ｌ方向），圧延方向に直交する方向（Ｃ方向）の二方向に沿ってＪＩＳ  １３Ｂ号試験片を切り出し、引張試験で０．２％耐力，伸びを測定した。各サンプルの０．２％耐力，伸びを表２に対比する。加工フェライト組織をもつサンプルＳ−１は、マルテンサイト量が８０体積％のサンプルＳ−２とほぼ同じ０．２％耐力であるが、伸びが小さくなっている。
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曲げ加工性の評価には、Ｖブロック法（ＪＩＳ  Ｚ２２４８に準じた９０度Ｖ曲げ試験）を使用した。ポンチの先端Ｒを変え、圧延方向と平行な曲げ軸（Ｃ方向曲げ），圧延方向に直交する曲げ軸（Ｌ方向曲げ）の二方向で試験片を９０度曲げし、割れが発生するポンチ先端半径Ｒにより曲げ加工性を評価した。
表３の試験結果にみられるように、Ｌ方向曲げではＶブロック曲げの最小先端Ｒ＝０．１ｍｍでも各サンプルに割れが発生しなかったが、Ｃ方向曲げでは各サンプルの間に相違がみられた。すなわち、割れが発生した最小先端Ｒは、０．２％耐力がほぼ同等のサンプルＳ−２が１．５ｍｍであったのに対し、サンプルＳ−１では０．６ｍｍとなっており、サンプルＳ−２，Ｓ−３に比較して伸びが小さいにも拘らずサンプルＳ−１が優れた曲げ加工性を呈していた。この結果は、マルテンサイト相で強化した組織よりも加工フェライト組織が曲げ加工性の点で有利なことを意味する。
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曲げ加工性に及ぼす介在物の影響を調査するため、Ｓｉ脱酸したサンプルＳ−１と同様な組成に調製したステンレス溶鋼をＡｌ脱酸した後、同じ製造条件下でサンプルＡ−１を製造した。サンプルＡ−１は、脱酸剤に由来するＡｌ含有量が０．０６質量％であった（表４）。
ＥＰＭＡを用いた成分分析によりサンプルＡ−１の介在物を同定したところ、Ａｌ２Ｏ３系，Ａｌ２Ｏ３・ＭｇＯ系が混在しており、サンプルＳ−１の介在物ＭｎＯ−ＳｉＯ２系又はＭｎＯ・ＳｉＯ２・ＭｎＳ系と大きく異なっていた。以降、サンプルＳ−１で観察されたＳｉＯ２主体の介在物をシリケート系，サンプルＡ−１で観察されたＡｌ２Ｏ３主体の介在物をアルミナ系という。
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サンプルＡ−１，Ｓ−１からＬ，Ｃの二方向に沿ってＪＩＳ  １３Ｂ号試験片を切り出し、引張試験で０．２％耐力，伸びを測定した。サンプルＡ−１，Ｓ−１は、ほぼ同等の機械的性質をもっていた（表５）。しかし、曲げ加工試験では、サンプルＡ−１，Ｓ−１共にほぼ同じ耐力レベルでありながら、Ｃ方向の曲げ加工性に関してサンプルＳ−１に比較してサンプルＡ−１が明らかに優れていた（表６）。
以上の結果は、低硫化，Ａｌ脱酸で介在物を形態制御し、冷間加工によって加工フェライト組織に調整するとき、高強度化に拘らず優れた曲げ加工性が確保されることを意味している。
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【実施例２】  表７に成分・組成を示した各種ステンレス鋼を３０ｋｇ真空溶解炉で溶製し、Ａｌ脱酸又はＳｉ脱酸した。
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各ステンレス鋼鋳塊を厚み５５ｍｍ，幅１００ｍｍに鍛造し、表面研削で５０ｍｍの厚みに調整した。次いで、板厚５ｍｍまで熱間圧延し、熱延でマルテンサイト相が生成した鋼種は８５０℃×７時間の軟化焼鈍後に酸洗し、マルテンサイト相が生じない鋼種は１０４０℃×均熱０分の焼鈍後に酸洗した。
加工硬化によって強度を向上させる鋼種については、最終板厚１．８ｍｍでの圧延率が２０〜３５％となるように中間板厚２．３〜２．８ｍｍの範囲まで冷間圧延した。中間圧延したステンレス鋼板を８５０℃×均熱０分で焼鈍し、酸洗後に最終板厚１．８ｍｍに仕上げ冷延した。
マルテンサイト単相又は（フェライト＋マルテンサイト）複相組織で強度を向上させる鋼種については、軟化焼鈍後に中間板厚３．０ｍｍまで冷間圧延し、焼鈍・酸洗を経て最終板厚１．８ｍｍに仕上げ冷延した。次いで、１０００℃×均熱１分→空冷の熱処理により、マルテンサイト単相又は（フェライト＋マルテンサイト）複相組織に調整した。
製造された各ステンレス鋼板から試験片を切り出し、金属組織，介在物，表面疵を観察した。介在物に関しては、ＥＰＭＡで介在物の成分を同定し、ＪＩＳＺ０５５５規定の方法で清浄度を測定し、清浄度を測定した視野で観察された最大介在物の長径を介在物のサイズと評価した。０．２％耐力，伸び，曲げ加工性は、実施例１と同様に調査した。
表８の調査結果にみられるように、Ａｌ脱酸で介在物を形態制御し且つ加工フェライトで高強度化した試験Ｎｏ．１〜８は、７００Ｎ／ｍｍ２以上と高レベルの０．２％耐力を示しているにも拘らず、最小曲げ先端半径Ｒが０．１ｍｍ未満となっており曲げ加工性に優れていることが判る。
他方、試験Ｎｏ．９は、マルテンサイト相で高強度化していることから０．２％耐力が高いものの、最小曲げ先端半径Ｒ：２．５ｍｍと曲げ加工性に著しく劣っていた。マルテンサイト量を減じて強度を犠牲にした試験Ｎｏ．１０でも、最小曲げ先端半径Ｒが０．６ｍｍに過ぎず、マルテンサイト相により高強度化した鋼種では、曲げ加工性の改善に限界があることが理解される。
Ａｌ脱酸した場合でも、Ａｌ含有量が不足する試験Ｎｏ．１１は、脱酸不足のためにシリケート系介在物が残存し、十分な曲げ加工性を呈さなかった。逆に過度にＡｌ脱酸した試験Ｎｏ．１２では、鋼中のＡｌ濃度が０．０９質量％と高くなりすぎ、曲げ加工性は改善されたものの製品表面に介在物起因の疵が発生した。
Ｓｉ脱酸した試験Ｎｏ．１３〜１５は、介在物がシリケート系となり、試験Ｎｏ．１〜８に比較して何れも曲げ加工性に劣っていた。
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比較例９，１０，１３以外の試験材は、仕上げ圧延率２０〜３０％での冷間加工により得られた加工フェライト組織になっている。そのため、０．２％耐力が７００Ｎ／ｍｍ２以上と高い。伸びが４％以下となっていることから延性に乏しいように受け取られがちであるが、曲げ加工性に優れている。優れた曲げ加工性は、全伸びよりも局部的な伸びの影響を受けた結果と考えられる。この結果は、加工フェライト組織とすることにより、曲げ部外面で局部的な延性が向上していることを示唆する。更に、介在物形態を適正に制御しているので、介在物／マトリックスの界面で応力集中が緩和された結果が割れ発生の抑制効果となって現れている。
【産業上の利用可能性】  以上に説明したように、Ａｌ脱酸で介在物を形態制御し加工フェライト組織で高強度化したステンレス鋼板は、０．２％耐力≧７００Ｎ／ｍｍ２でも曲げ加工性が優れており、環境負荷が小さいめっき不要の無垢材として使用できる。そのため、ユーザ側での熱処理を省略でき、多量のＮｉを含まないので鋼材コストが低廉なことと相俟って、家電製品，ＯＡ機器等のフレーム，筐体等に使用される。
【国際調査報告】
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