(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ：0.03超え〜0.15％，
Si：0.2〜2.0％，
Mn：1.0％以下，
Ｐ：0.06％以下，
Ｓ：0.006％以下，
Ni：2.0〜5.0％，
Cr：14.0〜17.0％，
Ｎ：0.03超え〜0.10％，
Ｂ：0.0010〜0.0070％
を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物であり、下記(1)式で定義されるＡ値が−1.8以上となる化学組成を有し、鋼板の板幅方向端部の両側のエッジが、いずれも中間焼鈍後における６０〜８５％の冷間圧延によって形成されたエッジであって、長さ1mm以上の耳切れのないエッジである高強度高靱性マルテンサイト系ステンレス鋼板。
Ａ値＝30(Ｃ＋Ｎ)−1.5Si＋0.5Mn＋Ni−1.3Cr+11.8  ・・(1)
【請求項２】
さらに、Mo，Cuのうち１種または２種を合計で2.0質量％以下含有する請求項１に記載の鋼板。
【請求項３】
引張強さが1400〜1700N/mm2である請求項１または２に記載の鋼板。
【請求項４】
質量％で、
Ｃ：0.03超え〜0.15％，
Si：0.2〜2.0％，
Mn：1.0％以下，
Ｐ：0.06％以下，
Ｓ：0.006％以下，
Ni：2.0〜5.0％，
Cr：14.0〜17.0％，
Ｎ：0.03超え〜0.10％，
Ｂ：0.0010〜0.0070％
を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物であり、下記(1)式で定義されるＡ値が−1.8以上となる化学組成を有するマルテンサイト系ステンレス鋼の熱延鋼板に対し、均熱温度が600〜800℃の範囲であって、かつ下記(2)式においてＺ値≦380を満たすｘ(℃)の範囲の温度であり、均熱時間が10時間以内である中間焼鈍を施したのち冷間圧延を施す「中間焼鈍および冷間圧延」の工程を、１回または複数回繰り返して付与する、高強度高靱性マルテンサイト系ステンレス鋼の冷延耳切れ抑止方法。
Ａ値＝30(Ｃ＋Ｎ)−1.5Si＋0.5Mn＋Ni−1.3Cr+11.8  ・・(1)
Ｚ値＝61Ｃ−6Si−7Mn−1.3Ni−4Cr−36Ｎ−7.927×10-6ｘ3＋1.854×10-2ｘ2−13.74ｘ＋3663  ・・(2)
ここで、「均熱温度」とは、鋼板を加熱した場合の昇温過程において、鋼板表面の昇温速度が2℃/秒以下となったときの当該鋼板表面温度Ｔ1(℃)と、その後冷却を開始するまでの間における鋼板表面の最高到達温度Ｔ2(℃)の平均値、(Ｔ1＋Ｔ2)/2で表される温度をいう。「均熱時間」とは、鋼板を加熱した場合の昇温過程において、鋼板表面の昇温速度が2℃/秒以下となった時点から、冷却を開始した時点までの時間をいう。
【請求項５】
１回の「中間焼鈍および冷間圧延」の工程での中間焼鈍の均熱時間が300秒以内である、請求項４に記載の冷延耳切れ抑止方法。
【請求項６】
１回の「中間焼鈍および冷間圧延」の工程での冷間圧延率を85％以下とする、請求項４または５に記載の冷延耳切れ抑止方法。
【請求項７】
請求項４〜６のいずれかに記載の方法によって製造された「中間焼鈍および冷間圧延」の工程を終えた冷延鋼板を、板幅方向端部のエッジをトリミング処理することなく、均熱温度が950〜1050℃、均熱時間が300秒以内の最終焼鈍に供する、冷延耳切れを抑止した高強度高靱性マルテンサイト系ステンレス鋼板の製造法。
【請求項８】
最終焼鈍後に圧延率1〜10％の調質圧延を施す、請求項７に記載の製造法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種ばね，メタルガスケット，メタルマスク，フラッパーバルブ，スチールベルト等の用途に適する高強度高靱性マルテンサイト系ステンレス鋼板、並びにその鋼板製造における冷延耳切れ抑止方法、およびその鋼板製造法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、各種ばね，メタルガスケット，メタルマスク等の高強度用途に用いられているステンレス鋼として、以下のものが挙げられる。
【０００３】
（Ａ）SUS301やSUS304等のオーステナイト系ステンレス鋼を冷間圧延によって硬化させた加工硬化型ステンレス鋼。このタイプは、冷間加工によって誘起されたマルテンサイト自体の硬さ利用するものである。自動車やオートバイのエンジンを構成するガスケットは、従来のアスベストに代わり、現在ではこのタイプのステンレス鋼を使用したメタルガスケットへの代替が進んでいる。
【０００４】
（Ｂ）SUS630に代表される析出硬化型ステンレス鋼。このタイプのものは、時効処理前においては硬さが低く、加工性に優れ、時効処理後においては析出強化による高強度を発現し、かつ溶接軟化抵抗も高いという特長を有する。このため、このタイプのものは溶接が必要なばね材やスチールベルト等に多く用いられている。本出願人は、この種のステンレス鋼において靱性やねじり特性を改善した鋼を提案し、特開平7−157850号公報，特開平8−74006号公報に開示した。
【０００５】
（Ｃ）焼鈍状態あるいは圧延率数％の調質圧延状態で高強度を有する焼入れ硬化型ステンレス鋼。このタイプは、オーステナイト相あるいはオーステナイト相＋フェライト相の温度領域から室温へ焼き入れして得られるマルテンサイト相を利用して高強度を図るものであり、高価な析出硬化元素を要せず製造工程も比較的少ないことから、原料コスト・製造コストともに比較的安価である。本出願人はこの種のステンレス鋼として、スチールベルト用低炭素マルテンサイト系ステンレス鋼を特公昭51−31085号公報に、また面内異方性の小さい高延性高強度の複相組織ステンレス鋼を特開昭63−7338号公報にそれぞれ紹介した。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来のステンレス鋼はそれぞれ次のような欠点を有している。
（Ａ）の加工硬化型ステンレス鋼では、強度・ばね特性を高いレベルで得るために、かなり強度の冷間加工を施して多量のマルテンサイトを形成させる必要がある。しかも加工温度が高いとマルテンサイトが形成されにくくなるため、材料温度が上昇しないように低速で冷間加工しなければならず、生産性は低い。また、加工によって誘起されるマルテンサイトの生成量は鋼のオーステナイト安定度に非常に敏感である。このため、一定の冷間加工を付与しても、若干の成分変動があるだけで一定のマルテンサイト量が得られず、製品特性にバラツキが生じ易い。
【０００７】
また、高気密性が要求されるシリンダーヘッドガスケット用途では、後述するように高いばね特性が要求されるのであるが、SUS301やSUS304など（Ａ）タイプの鋼は、冷間加工により高強度化しても、ばね限界値に関して言えば0.1％の引張ひずみを付与した後のＫb0.1値がせいぜい650N/mm2程度にとどまるものであり、それ以上の高いばね特性は得難い。準安定オーステナイト系ステンレス鋼に卓越した高ばね特性を付与する手段として、時効処理が用いられることがある。しかし、シリンダーガスケットなどの用途では使用中にビード加工部において素材の弾性限を超える高い圧縮応力が負荷されることがあり、この場合、時効処理前の素材におけるばね特性が高いほど、使用により変形を受けた後も高いばね性を維持することがわかってきた。つまり、時効処理前の段階において既に高いばね特性を有していることが望ましいのであり、時効処理によって初めて高ばね特性を付与する手段は採用し難い。したがって、このタイプの鋼においてメタルガスケットに適した更なる高性能を狙うことは現時点において必ずしも有効とは言えない。
【０００８】
（Ｂ）の析出硬化型ステンレス鋼では、Cu，Al，Ti，Moといった時効硬化元素を含有させる必要がある。これらの元素は一般的に高価であるため原料コストが高くなる。また、時効炉が必要で多大な初期設備投資が要求されるとともに、多工程となるので製造コストも高くつく。
【０００９】
（Ｃ）の焼入れ硬化型ステンレス鋼は、一般的に（Ａ）や（Ｂ）のステンレス鋼に比べ強度が低い。この種のステンレス鋼で、強度向上を目的として調質圧延を施したり、あるいはＣ，Ｎを多量に含有させると靱性が損なわれ易い。その結果、靱性を確保しながら高いレベルの強度をこの種のステンレス鋼で実現することは必ずしも容易ではなく、現実に、そのような鋼は見当たらない。
【００１０】
本発明者らは、高強度と靱性を兼ね備えたばね特性の良好なステンレス鋼を安価に製造する技術を種々検討した結果、上記（Ｃ）の焼入れ硬化型ステンレス鋼において、未だ開発の余地が残されていると考えた。そこで、本発明の第１の目的は、（Ｃ）の焼入れ硬化型ステンレス鋼において、（Ａ）の加工硬化型ステンレス鋼の代表的鋼種であるSUS301並みの高い強度を有し、かつ特性要求が厳しくなりつつあるメタルガスケット用途にも対応できる靱性およびばね特性に優れた鋼板を実現することにある。
【００１１】
また特にメタルガスケット用途に関しては、エンジン特有の高温・高圧および高振動下でしかも温度変化と圧力変化が繰り返されるために、これに十分耐える疲労特性が要求されるとともに、シール性を確保するために高精度に加工された形状が上記の厳しい使用環境において変化しない特性（形状凍結性）に優れることが要求される。疲労特性や形状凍結性に優れるためには耐へたり性に優れることが必要であると考えられるが、そのような耐へたり性に優れた（Ｃ）タイプの素材は未だ出現していない。そこで、本発明の第２の目的は、メタルガスケット用途に特に適した上記特性を具備する鋼板を特定し、提供することにある。
【００１２】
また、このような観点で高強度化を図った鋼板は、製造面において解決しなくてはならない新たな問題が生じることも明らかになってきた。すなわち、材料強度が高くなる分、冷間圧延で従来の焼入れ硬化型ステンレス鋼に比べ大きな圧延荷重を要したり、冷間圧延中に耳切れが生じやすくなるといった、冷延工程におけるトラブルが問題になった。特に耳切れの発生は品質面だけでなく鋼板製造上の安全面からも極力回避すべきである。後工程に影響するような耳切れが生じた場合には、鋼板のエッジ部を耳切れが存在する幅だけトリーマーで裁断するなどして除去すること（トリミングすること）を余儀なくされ、工程の増加および製品歩留りの低下によって製造コストは大幅に上昇する。そこで、本発明の第３の目的は、SUS301並みの高い強度を有し、かつ靱性・ばね特性に優れた前記の鋼板を製造するにおいて、冷延耳切れを顕著に抑制する製造技術を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明者らの研究の結果、前記（Ｃ）の焼入れ硬化型ステンレス鋼に分類されるマルテンサイト系ステンレス鋼において、Ｃ，ＮおよびNiの含有量を調整し、かつδフェライト量と残留オーステナイト量をコントロールすることによって、従来の焼入れ硬化型ステンレス鋼よりも高い強度，靱性およびばね特性を呈し、しかも加工硬化型ステンレス鋼よりも製造性に優れかつ製品特性のバラツキも少なく、析出硬化型ステンレス鋼よりも安価な高強度鋼が得られることがわかった。
【００１４】
また、特にメタルガスケット用途への適正について検討を進めた結果、Ｃ，ＮおよびNiの含有量の調整に加えて、焼入れ状態において85体積％以上がマルテンサイト相である金属組織を得ることが（Ｃ）タイプにおける疲労特性向上に非常に有効であることを知見した。また種々実験を重ねた結果、メタルガスケット使用時における耐へたり性を改善するには、一定のひずみを付与した後のばね限界値が高い値を示すという特性を有していることが非常に有効であることがわかった。具体的には、0.1％の引張ひずみを付与した試験片についてJIS H 3130に準拠して求めたばね限界値Ｋb0.1を700N/mm2以上としたとき、昨今の厳しいニーズに対応し得るメタルガスケット素材が得られることがわかった。また、成分や製造条件の調整により、均一伸び、あるいは引張強さを適正レベルに制御することが、ビード成形加工時のマイクロクラック生成を抑える上で有効であることを知見した。
【００１５】
また、そのような鋼において冷間圧延での耳切れ発生を顕著に抑制するには、▲１▼熱間圧延時における鋼板エッジ部の肌荒れの程度を極力小さくすること、▲２▼冷間圧延前の鋼板の硬さを低く抑えること、および、▲３▼冷間圧延前に行う中間焼鈍時における炭窒化物の粒界析出を抑制することが非常に重要であることが明らかになった。そして、合金成分としてＢを適量含有させること、およびδフェライト量が一定以下になるよう成分調整することが上記▲１▼の点に有効であることがわかった。また、冷間圧延前に行う中間焼鈍の条件を厳密にコントロールすることが上記▲２▼および▲３▼の点に有効であることがわかった。
本発明はこれらの新規な知見に基づいて完成したものである。
【００１６】
すなわち、請求項１の発明は、質量％で、Ｃ：0.03超え〜0.15％，Si：0.2〜2.0％，Mn：1.0％以下，Ｐ：0.06％以下，Ｓ：0.006％以下，Ni：2.0〜5.0％，Cr：14.0〜17.0％，Ｎ：0.03超え〜0.10％，Ｂ：0.0010〜0.0070％を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物であり、下記(1)式で定義されるＡ値が−1.8以上となる化学組成を有する、高強度高靱性マルテンサイト系ステンレス鋼板である。
Ａ値＝30(Ｃ＋Ｎ)−1.5Si＋0.5Mn＋Ni−1.3Cr+11.8  ・・(1)
ここで、(1)式右辺の元素記号の箇所には、それぞれの元素の含有量を質量％で表した値が代入される。
なお、鋼板には鋼帯が含まれる（以下同様）。
【００１７】
また、この請求項１の発明は、鋼板の板幅方向端部の両側のエッジが、いずれも中間焼鈍後における６０〜８５％の冷間圧延によって形成されたエッジであって、長さ1mm以上の耳切れのないエッジであることを特徴とする。
【００１９】
請求項２の発明は、請求項１の鋼板において、さらに、Mo，Cuのうち１種または２種を合計で2.0質量％以下含有する点を規定したものである。
請求項３の発明は、請求項１または２の鋼板において、特に引張強さが1400〜1700N/mm2である点を規定したものである。
【００２０】
請求項４の発明は、質量％で、Ｃ：0.03超え〜0.15％，Si：0.2〜2.0％，Mn：1.0％以下，Ｐ：0.06％以下，Ｓ：0.006％以下，Ni：2.0〜5.0％，Cr：14.0〜17.0％，Ｎ：0.03超え〜0.10％，Ｂ：0.0010〜0.0070％を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物であり、下記(1)式で定義されるＡ値が−1.8以上となる化学組成を有するマルテンサイト系ステンレス鋼の熱延鋼板に対し、均熱温度が600〜800℃の範囲であって、かつ下記(2)式においてＺ値≦380を満たすｘ(℃)の範囲の温度であり、均熱時間が10時間以内の中間焼鈍を施して材料硬さをＨv380以下にしたのち冷間圧延を施す「中間焼鈍および冷間圧延」の工程を、１回または複数回繰り返して付与する、高強度高靱性マルテンサイト系ステンレス鋼の冷延耳切れ抑止方法である。
Ａ値＝30(Ｃ＋Ｎ)−1.5Si＋0.5Mn＋Ni−1.3Cr+11.8  ・・(1)
Ｚ値＝61Ｃ−6Si−7Mn−1.3Ni−4Cr−36Ｎ−7.927×10-6ｘ3＋1.854×10-2ｘ2−13.74ｘ＋3663  ・・(2)
ここで、(2)式右辺の元素記号の箇所には、それぞれの元素の含有量を質量％で表した値が代入される。ｘは均熱温度（単位：℃）である。
【００２１】
上記において、均熱温度とは、鋼板を加熱した場合の昇温過程において、鋼板表面の昇温速度が2℃/秒以下となったときの当該鋼板表面温度Ｔ1(℃)と、その後冷却を開始するまでの間における鋼板表面の最高到達温度Ｔ2(℃)の平均値、(Ｔ1＋Ｔ2)/2で表される温度を均熱温度とする。鋼板表面の温度は、例えば鋼板表面にスポット溶接した熱電対によって測定することができる。
【００２２】
また、均熱時間とは、鋼板を加熱した場合の昇温過程において、鋼板表面の昇温速度が2℃/秒以下となった時点から、冷却を開始した時点までの時間を均熱時間とする。なお、鋼板表面の昇温速度が2℃/秒以下となったのち直ちに冷却を開始する、いわゆる均熱0秒の焼鈍も「均熱時間が10時間以内」の範囲に含まれる。
【００２３】
請求項５の発明は、請求項４の発明において、１回の「中間焼鈍および冷間圧延」の工程での中間焼鈍の均熱時間が300秒以内である点を規定したものである。
【００２４】
請求項６の発明は、請求項４または５の発明において、１回の「中間焼鈍および冷間圧延」の工程での冷間圧延率を85％以下とする点を規定したものである。「中間焼鈍および冷間圧延」の工程を複数回繰り返す場合には、各回の冷間圧延率を全て85％以下とする。ただし、各回の冷間圧延率を同一にする必要はない。
【００２５】
請求項７の発明は、請求項４〜６のいずれかに記載の方法によって製造された「中間焼鈍および冷間圧延」の工程を終えた冷延鋼板を、板幅方向端部のエッジをトリミング処理することなく、均熱温度が950〜1050℃、均熱時間が300秒以内の最終焼鈍に供する、冷延耳切れを抑止した高強度高靱性マルテンサイト系ステンレス鋼板の製造法である。
ここで、最終焼鈍は、高強度・高靱性・高ばね特性を具備した鋼板素材を製造するプロセスにおいて最後に付与する焼鈍である。均熱温度および均熱時間は、先の中間焼鈍の場合と同様に定義される。ここでも均熱0秒の焼鈍が含まれる。
【００２６】
請求項８の発明は、請求項７の発明において、特に、最終焼鈍後に圧延率1〜10％の調質圧延を施す点を規定したものである。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明では、マルテンサイト系ステンレス鋼板の更なる高強度・高靱性化と、その高強度鋼板製造時における冷延耳切れ発生抑止の両観点から、鋼の化学組成を厳しく規定することが重要である。以下、化学組成の限定理由について説明する。
【００２８】
Ｃは、固溶強化により鋼の強度を上昇させ、かつ高温でのδフェライト相の生成を抑制する上で重要な元素である。有効な固溶強化能を得るためには0.03質量％を超えるＣ含有量が必要である。しかし、0.15質量％を超えて多量に含有させると、中間焼鈍時に粒界に析出する炭窒化物の析出量が多くなり、これに起因してその後の冷間圧延で耳切れが起こりやすくなる。また、最終焼鈍後に多量のオーステナイトが残留し、高強度を得るのが困難になるばかりでなく、靱性・ばね特性も劣化する。したがって、Ｃ含有量は0.03超え〜0.15質量％に規定する。
【００２９】
Siは、固溶強化能が大きく、マトリックスを強化する。この作用はSi含有量が0.2質量％以上で顕著に現れる。しかし、2.0質量％を超えてSiを含有させても、固溶強化作用は飽和するとともに、δフェライト相の生成が助長されることによる靱性およびばね特性の劣化が目立つようになる。したがって、Si含有量は、0.2〜2.0質量％に規定する。
【００３０】
Mnは、高温域でのδフェライト相の生成を抑制する。しかし、多量のMn含有は最終焼鈍後の残留オーステナイト量を多くさせ、強度・ばね特性を劣化させる原因となる。このため、Mn含有量は1.0質量％以下に規定する。より好ましいMn含有量の範囲は0.2〜0.6質量％である。
【００３１】
Ｐは、靱性および耐食性を悪化させる原因となるので、少ないほど望ましい。本発明ではＰ含有量は0.06質量％まで許容できる。
【００３２】
Ｓは、MnＳ等の非金属介在物として鋼中に存在し、その量が多くなると靱性に悪影響を及ぼす。また、Ｓは熱間圧延時には粒界に偏析して熱間加工割れや肌荒れを生じる原因となる。ここで、熱間加工割れに関してはＳ含有量を概ね0.01質量％以下にすることでほぼ解消される。しかし、Ｓ含有量が0.006質量％を超えると熱延時の肌荒れを十分防止することができず、その結果的、冷延時における耳切れの発生を抑止することが困難になることがわかった。このため、本発明ではＳ含有量を0.006質量％以下に制限する。
【００３３】
Niは、同じオーステナイト生成元素であるＣおよびＮの一部を置換して、多量のＣ，Ｎ添加による靱性低下を防止する上で有効である。また、δフェライト相の生成を抑制する。本発明で対象とする合金系において、鋳造後のδフェライト量を十分少なくして熱延時の肌荒れを防止し、かつ高靱性を維持するためには、少なくとも2.0質量％以上のNi含有が必要である。しかし、5.0質量％を超えて多量のNiを含有させると、残留オーステナイト量が多くなりすぎ、強度低下を招く。この場合、Ｃ，Ｎを低減して残留オーステナイト量の低減を図ろうとすると、Ｃ，Ｎによる固溶強化能が十分発揮できず、高強度化は望めない。したがって本発明ではNiの添加が重要であり、その含有量を2.0〜5.0質量％に規定する。
【００３４】
Crは、優れた耐食性を得る上で、本発明では14.0質量％以上の含有量が要求される。しかし、Cr含有量が16.5質量％を超えると、鋳造状態および最終製品のδフェライト量が多くなる。若干のδフェライト相は熱間圧延後の鋼板エッジ部の表面性状および製品のばね特性などにそれほど悪影響を及ぼさないが、17.0質量％を超えるCrを含有させると、δフェライト相の増加に起因して熱間圧延後の鋼板エッジ部の肌荒れの程度が大きくなり、後述の中間焼鈍条件を採用しても冷間圧延時の耳切れ発生を抑止することが困難となる。この場合、成分調整によってδフェライト相の生成抑制を図ろうとすると、オーステナイト生成元素の多量添加が必要となるが、これでは最終焼鈍後に多量のオーステナイト相が残留して強度・ばね特性の低下を招くこととなる。したがって、Cr含有量は14.0〜17.0質量％の範囲に規定する。
【００３５】
Ｎは、Ｃと同様、δフェライト相の生成を抑制するとともに、固溶強化作用によって強度向上に寄与する。また、Ｃの一部をＮで置換してＣの多量添加を抑制することにより、中間あるいは最終焼鈍後の冷却時における粒界近傍でのCr炭化物析出に起因した耐食性劣化を回避することができる。このようなＮの作用を有効に得るためには、少なくとも0.03質量％を超えるＮ含有が必要である。しかし、0.10質量％を超えて多量にＮを含有させると、中間焼鈍後の冷間圧延における加工硬化の度合いが大きくなり、圧延荷重が増大するとともに、耳切れが発生しやすくなる。また、最終焼鈍後に残留オーステナイト量が多くなりすぎるために、良好な強度・ばね特性が得られなくなるという弊害が生じる。したがって、Ｎの含有量は0.03超え〜0.10質量％に規定する。
【００３６】
Ｂは、本発明では冷間圧延時の耳切れ発生を抑止する上で、非常に重要な元素である。一般にＢは、ステンレス鋼の熱間加工性を改善する目的で添加されることが多い。しかし、本発明で対象とするマルテンサイト系ステンレス鋼では、Ｓ含有量を0.01質量％以下のレベルに低減することで熱間加工割れを十分に回避することができるので、熱間加工性改善の目的でＢを含有させる必要はない。ところが種々研究の結果、本発明で対象とする鋼種において、Ｂは熱間圧延時の肌荒れを顕著に防止する作用を呈することがわかった。また、Ｂは中間焼鈍時におけるＳの粒界偏析抑制にも有効である。本発明では、Ｂのこれらの作用を利用して冷間圧延時における耳切れ発生の大幅な抑制を図るのである。発明者らの調査の結果、本発明において冷延耳切れの発生を顕著に抑制するためには、0.0010質量％以上のＢ含有が必要である。ただし、0.0070質量％を超えるＢを含有させても耳切れ発生抑制作用は飽和するとともに、Ｂ系析出物の粒界析出による最終製品の靱性低下が顕著となる。したがって、Ｂ含有量は0.0010〜0.0070質量％に規定する。
【００３７】
Mo，Cuは、ガスケット用素材として優れた耐食性を付与するに効果的な元素である。しかし、これらの元素は比較的高価であるとともに、合計で2.0質量％を超えて多量に含有させても耐食性向上への寄与は小さくなり、却って残留オーステナイトやδフェライトの生成を促して耐へたり性や疲労特性を劣化させることとなる。したがって、Mo，Cuを含有させる場合は合計で2.0質量％以下とすることが望ましい。
【００３８】
各成分元素の含有量が上記の範囲にあるとともに、前記(1)式で定義されるＡ値が−1.8以上となるように成分調整されていることが望ましい。このＡ値は、最終焼鈍後のδフェライト量と良い対応関係を示す指標であるが、同時に鋳造状態におけるδフェライト量とも良く対応する。各成分元素の含有量が上記の範囲にある鋼において、このＡ値が−1.8以上となるとき、鋳造状態におけるδフェライト量は概ね10体積％以下となる。このとき、熱間圧延後の肌荒れの程度は顕著に軽減され、後述の中間焼鈍を行うことによって冷間圧延時の耳切れ発生を防止することが可能となる。しかし、Ａ値が−1.8より小さい値となるような化学組成の鋼では、冷延時の耳切れ発生傾向が強まり、局所的あるいは全体的に長さ1mm以上の耳切れが発生するようになる。本発明対象鋼種において耳切れ長さが1mm以上になると、後工程での製造性や製品品質に重大な影響を及ぼすようになる。このため、耳切れの発生した鋼板エッジ部を耳切れの最大長さ以上の幅でトリミングしなくてはならず、歩留りが低下し製造コストは著しく上昇する。したがって、本発明では前記(1)式で定義されるＡ値が−1.8以上となるように鋼の化学組成を規定することが望ましい。
【００３９】
次に、特にメタルガスケット用素材に適した鋼板に関し、金属組織および機械的特性について説明する。
この用途においては鋼板の金属組織を85体積％以上のマルテンサイト相を有する組織にすることが望ましい。マルテンサイトが85体積％よりも少ないと、安定して高い硬さを得るのが難しくなり、昨今この用途で要求される優れた耐へたり性や疲労特性が得られないことがある。マルテンサイト85体積％以上の組織は、上記規定範囲内での成分調整や、最終焼鈍，調質圧延等の製造条件の制御によって得ることができる。マルテンサイト相以外の相は、残留オーステナイト相であってもフェライト相であっても良い。しかし、フェライトが圧延方向に分布するδフェライト相が残留すると、後述のばね限界値700N/mm2以上が得られないことがあり、しかも靱性も低下しやすいので好ましくない。したがって、層状に分布するδフェライト相は3.0体積％以下にするのが望ましい。
【００４０】
機械的特性としては、少なくとも0.1％以上の引張ひずみを付与した際のばね限界値Ｋb0.1が700N/mm2以上であることが要求される。ビード成形前に高いばね限界値を示す素材であっても、プレスによるビード成形時に引張応力が付与されて圧縮残留応力が解放されると、ばね限界値がビード成形前よりも低下する場合がある。ビード成形後のＫb0.1が700N/mm2よりも低くなると、従来鋼であるSUS301やSUS304並みの耐へたり性しか得られず、使用環境によっては耐へたり性が不十分となる恐れがある。ビード成形で付与されるひずみを引張ひずみによって評価する場合、0.1％以上の引張ひずみを加えることによってばね限界値はビード成形後の場合とよい対応関係を示すことがわかった。つまり、熱処理後や調質圧延後の状態でＫb0.1が700N/mm2以上であっても、その後、引張ひずみを付与したときにＫb0.1が700N/mm2未満に低下するような鋼板は、要求特性の厳しいメタルガスケット用途には向かないと言える。
【００４１】
そこで、発明者らは、ビード成形に供する鋼板素材から試験片を採取して一律にその鋼板のメタルガスケット適用性を評価する方法を種々検討した。その結果、公称ひずみ0.1％の引張ひずみを与えた後の試験片についてJIS H 3130に準拠して求めたばね限界値Ｋb0.1が700N/mm2以上であるとき、良好な特性を有していると判断できることがわかった。本発明におけるばね限界値Ｋb0.1の規定は、この知見に基づくものである。
【００４２】
また、ビード成形加工時の偏肉やミクロクラックの生成を回避して、耐へたり性や疲労特性の劣化を防止するには、上記Ｋb0.1値の規定に加え、均一伸びが0.3％以上となるように成分および製造条件を設定することが望ましい。本発明で対象とする組成範囲の鋼においては、0.3％以上の均一伸びは、引張強さを1700N/mm2以下に抑えることによってほぼ達成できる。ただし、1400N/mm2以上の引張強さは確保する必要がある。このため、「均一伸びが0.3％」の規定に代えて「引張強さが1400〜1700N/mm2」の規定を採用しても構わない。均一伸びが0.3％で、かつ引張強さが1400〜1700N/mm2であることがより好ましい。
【００４３】
次に、中間焼鈍について説明する。本発明における中間焼鈍は、冷延での耳切れ発生を抑止する上で非常に重要である。発明者らの検討の結果、冷延前の鋼板において、硬さがＨv380以下になっており、かつ、炭窒化物の析出が十分に抑えられているとき、冷延での耳切れ発生を顕著に抑止できることがわかった。このような軟質で析出物の極めて少ない鋼板は、均熱温度が600〜800℃、均熱時間が10時間以内の中間焼鈍を行う必要があることが明らかになった。
【００４４】
すなわち、鋼板を十分に軟質化するには、熱間圧延時あるいは冷間圧延時に鋼板に導入された加工ひずみを効果的に除去しなくてはならないが、それには均熱温度を600℃以上にする必要がある。ただし、鋼板の温度が高くなるにしたがってひずみの除去効果は高まるものの、逆変態オーステナイトが生成して冷却時に焼入れ現象が起こるようになり、中間焼鈍後の硬さは増大する。均熱温度が800℃を超えた場合には、成分調整を行ってもＨv380以下の軟質化を達成することは困難となる。したがって、中間焼鈍では均熱温度を600〜800℃の範囲にすることが重要である。
【００４５】
発明者らは中間焼鈍の実験を重ねる中で、Ｈv380以下の軟質化を再現性良く安定的に達成することは、必ずしも容易ではないことを経験した。その原因について種々検討した結果、中間焼鈍では「ひずみ除去による軟質化」と「焼入れ現象による硬度増大」の相反する現象が起こることに加え、鋼の化学組成によって焼入れ現象の起こりやすさに差が生じることがわかってきた。そこで発明者らは、化学組成に応じて安定的にＨv380以下の軟質化を達成できる中間焼鈍条件を特定すべく鋭意研究を行い、その結果、前記(2)式で定義されるＺ値の指標を見出すに至ったのである。
【００４６】
すなわち、均熱温度が前記(2)式においてＺ値≦380を満たすｘ(℃)の範囲である中間焼鈍条件を提案するに至った。この条件に従ったとき、Ｈv380以下の鋼板を安定して得ることが可能になる。
【００４７】
中間焼鈍の均熱時間は、10時間以内とすることが重要である。10時間を超えると、粒界での炭窒化物析出量が多くなるため、Ｈv380以下に軟質化したものであっても、冷延耳切れの発生を抑止することが難しくなる。なお、均熱時間の下限は特に定める必要はなく、いわゆる均熱0秒の焼鈍を行ってもよい。ただ、実操業における品質の安定性等を考慮すると、中間焼鈍の均熱時間は、連続焼鈍の場合には0〜300秒とするのが望ましく、特に0〜60秒とすることが一層望ましい。また、バッチ式焼鈍の場合には0〜10時間の範囲で行うことができるが、0〜3時間とすることが望ましい。
【００４８】
本発明では、以上のような中間焼鈍を受けた鋼板を冷間圧延することによって、当該冷間圧延における耳切れの発生を抑止する。その際、冷間圧延率は85％以下に抑えることが望ましい。これよりもさらに大きな板厚減少率を望むときには、上記の条件に従って「中間焼鈍および冷間圧延」の工程を複数回繰り返して付与すればよい。
【００４９】
以上のように「中間焼鈍および冷間圧延」の工程を終えた鋼板は、冷延での耳切れ発生が顕著に抑制されているので、板幅方向端部のエッジをトリミング処理することなく、最終焼鈍に供することができる。最終焼鈍では、冷却後に焼入れマルテンサイト組織を得るためにオーステナイト単相領域に鋼板を加熱し保持する。本発明では最終焼鈍後に高靱性を確保することが重要であり、そのためにはマルテンサイト組織において旧オーステナイト粒径を微細にする必要がある。この微細化は、最終焼鈍の均熱温度を1050℃以下に規制することによって達成される。ただし、950℃未満の低温では、炭窒化物などの残留あるいは析出により、強度，靱性が低下する。したがって、最終焼鈍の均熱温度は950〜1050℃とすることが望ましい。また、最終焼鈍の均熱時間は300秒以内（均熱0秒を含む）とすることが望ましい。
【００５０】
最終焼鈍後には、一層高レベルの強度およびばね特性を付与するために、調質圧延を施すことが望ましい。発明者らの調査によれば、例えば0.5％といったわずかな調質圧延率でも、強度・ばね特性の改善効果が認められた。しかし、調質圧延率があまり低いと特性が安定しにくく、また、1％以上の調質圧延率を確保することによって多くのばね用途に適用できる優れたばね特性が得られることから、調質圧延率は1％以上とすることが望ましい。一方、調質圧延率が10％を超えると靱性面での問題が生じるとともに、高強度化に起因して圧延負荷が増大し、作業性・生産性が低下する。このため、1〜10％の調質圧延を施すことが望ましい。
【００５１】
【実施例】
〔実施例１〕
表１に示す化学組成を有する鋼を溶解し、各鋼とも100kgの鋼塊から熱間圧延を経て板厚4.0mmの熱延板を製造した。表１中、A1〜A8が本発明で規定する化学組成を有する発明対象鋼、B1〜B9が比較鋼、C1が従来鋼のSUS301である。なお、表１にはＡ値も記載した。
【００５２】
【表１】
0004518645.tif 000002
【００５３】
A1〜A4，A7，B1〜B3およびB5の熱延板について、いずれも熱延での耳割れがないことを確認した後、均熱温度：740℃，均熱時間：60秒の条件で中間焼鈍を施し、次いで、圧延率60％の冷間圧延を施した。冷間圧延に際しては、各パス毎に耳切れの発生状況を調べ、以下の基準で評価した。
×評価：圧延率30％未満の段階で鋼板エッジ部に長さ1.0mm以上の耳切れが認められた場合。
△評価：圧延率30〜60％の段階で鋼板エッジ部に長さ1.0mm以上の耳切れが認められた場合。
○評価：圧延率60％まで鋼板エッジ部に長さ1.0mm以上の耳切れが認められなかった場合。
表２に、その結果を示す。また、表２には、Ａ値，鋳造状態におけるδフェライト量，および中間焼鈍後の実測硬さを併せて示す。ここで、鋳造状態におけるδフェライト量は、鋳塊の断面における金属組織を光学顕微鏡で観察することによって求めた。
【００５４】
【表２】
0004518645.tif 000003
【００５５】
表２に示されるように、本発明で規定する化学組成を有する鋼を用いた発明例においては、冷間圧延率60％まで耳切れは全く発生しなかった。これに対し、Ａ値が−1.8より低く、鋳造状態でのδフェライト量が10体積％を超えるB1およびB2、Ｂ含有量が本発明規定量に満たないB3、およびＳ含有量が本発明規定の上限値を超えるB5は、いずれも中間焼鈍後の硬さは発明例と同等であるにもかかわらず、冷間圧延では長さ1.0mm以上の耳切れが生じた。これらの結果から、冷延耳切れの発生を抑止するには、Ｂ添加が必須であること、Ａ値が−1.8以上となる化学組成にして鋳造時のδフェライト量を10体積％以下とすべきこと、およびＳ含有量を本発明規定範囲内に低減すべきことが確認された。
【００５６】
〔実施例２〕
表１に示したA1およびA4の熱延板について、種々の熱処理条件で中間焼鈍を行った後、圧延率60％の冷間圧延を施し、冷延耳切れの発生状況に及ぼす中間焼鈍条件の影響を調べた。表３に、中間焼鈍の均熱温度，同均熱時間，中間焼鈍後の実測硬さ，Ｚ値，よおび耳切れ発生状況を示す。耳切れ発生状況の評価基準は、実施例１の場合と同様である。
【００５７】
【表３】
0004518645.tif 000004
【００５８】
表３に示されるように、中間焼鈍の均熱時間が10時間以内のものにおいて、中間焼鈍後の実測硬さがＨv380以下である場合には、いずれも60％冷間圧延によって耳切れは全く発生しなかった。しかし、当該実測硬さがＨv380を超えたもの（R6〜R9，R20〜R22）では冷延耳切れが発生した。これらＨv380を超えたものは、中間焼鈍時に逆変態オーステナイト相が生成し、焼入れ現象が生じて硬化したと考えられる。また、均熱時間が10時間を超える場合（R34，R35）は、冷延耳切れが発生した。これは、長時間の中間焼鈍によって粒界に炭窒化物が多量に析出したためと考えられる。以上のように、中間焼鈍の均熱時間を10時間以内とし、かつ中間焼鈍後の硬さをＨv380以下とすることが、冷延での耳切れ防止に有効であることが確認された。
【００５９】
また、均熱時間が10時間以内であるものにおいて、中間焼鈍後の実測硬さとＺ値は良い対応関係にあることがわかる。すなわち、Ｚ値が380以下になるような条件で中間焼鈍を実施すれば、耳切れのない良好な冷延鋼板が安定的に製造できることが確認された。
【００６０】
なお、R6（鋼A1）とR19（鋼A4）はともに同じ条件で中間焼鈍を施したものであるが、結果的にR6では耳切れが発生し、R19では発生しなかった。この差は、化学組成の相違によって中間焼鈍後の硬さが異なることに起因している。つまり、中間焼鈍後にＨv380以下の硬さが得られる均熱温度の範囲は化学組成によって異なるため、中間焼鈍条件設定時には化学組成も十分に考慮する必要がある。その意味で、前記(2)式で定義されるＺ値は化学組成と均熱温度の依存関係を示す指標として、中間焼鈍条件の設定に利用できる。
【００６１】
〔実施例３〕
表１に示したA1〜A8，B4，B6〜B9の熱延板について、実施例１と同様の条件で中間焼鈍および60％冷間圧延を施して冷延板を製造した。その際、各鋼種とも、冷延前の元板厚を変えることによって、冷延率を60％と一定にしながら板厚約2mmおよび約1mmの２種類の冷延板を得た。次いで、これらの冷延板に種々の条件で最終焼鈍および調質圧延を施した。ただし、最終焼鈍の均熱時間は60秒と一定にした。最終焼鈍後および調質圧延後の各段階から特性試験用のサンプルを採取した。また、加工硬化型ステンレス鋼のC1について、焼鈍後に圧下率約50％の冷間圧延を行って板厚約2mmおよび約1mmの冷延板を製造し、特性試験用のサンプルを採取した。
【００６２】
特性試験として、板厚1mmのサンプルを用いた引張試験，同2mmのサンプルを用いたＶノッチシャルピー衝撃試験，および同1mmのサンプルを用いたばね限界試験を実施した。いずれの試験においても、試験片は圧延方向が長手方向となるように採取し、試験は室温で行った。ばね限界値は、JIS H 3130に準じて幅10mm，長さ約150mmの短冊状試験片を用いた場合の永久たわみ量が0.1mmとなる時の試験器目盛より算出した。表４に結果を示す。
【００６３】
【表４】
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【００６４】
表４に示されるように、本発明で規定する化学組成および製造条件に従ったもの（X1〜X11）は、最終焼鈍後において、0.2％耐力：640N/mm2以上，引張強さ：1400N/mm2以上，伸び：7％以上，シャルピー衝撃値：70J/cm2以上，ばね限界値：520N/mm2以上の特性を有し、また調質圧延後において、0.2％耐力：1380N/mm2以上，引張強さ：1400N/mm2以上，伸び：5％以上，シャルピー衝撃値：50J/cm2以上，ばね限界値：1300N/mm2以上の特性を有しており、優れた強度・延性・靱性・ばね特性をバランス良く兼ね備えていることがわかる。これに対し、本発明で規定する化学組成および中間焼鈍・冷延条件に従ったものでも、最終焼鈍の均熱温度が本発明規定範囲を外れたもの（Y2，Y3）は、調質圧延後の延性または靱性が劣る。また、本発明で規定する化学組成，中間焼鈍・冷延条件，最終焼鈍条件に従ったものでも、調質圧延率が10％を超えて高かった調質圧延鋼板（Y1）では、過度な高強度化のために延性および靱性が低下した。
【００６５】
また、鋼の化学組成が本発明規定範囲を外れている場合は、Ｃが高いY4（鋼B4），Ｂが高いY5（鋼B6）およびＮが高いY6（鋼B7）では調質圧延後の延性あるいは靱性が低く、Niが高いY7（鋼B8）およびCrが高いY8（鋼B9）では、最終焼鈍後にオーステナイトが多量に残留するため、最終焼鈍後の強度あるいはばね特性が低い。
【００６６】
〔実施例４〕
表５に示す化学組成を有する鋼を真空溶解し、各鋼とも300kgの鋼塊から熱間圧延を経て板幅250mm，板厚3.0mmの熱延鋼帯を製造した。表５中、A21〜A26，A28，A30が本発明で規定する化学組成を有する発明対象鋼である。A27，A29は比較鋼であり、Ａ値が−1.8より小さい。B21は比較鋼であり、Ni含有量が本発明の規定範囲を外れている。また従来鋼として表１に示したC1（SUS301）も使用した。
【００６７】
【表５】
0004518645.tif 000006
【００６８】
従来鋼C1を除くいずれの鋼帯も、２回以内の中間焼鈍および冷間圧延を経て板厚0.200〜0.218mmの冷延鋼帯とし、その後1010℃前後での最終焼鈍施して焼鈍鋼帯を得た。一部の鋼帯についてはさらに調質圧延を施して、いずれの焼鈍鋼帯，調質圧延鋼帯とも板厚が0.198〜0.201mmとなるように調整した。従来鋼C1は加工硬化型ステンレス鋼であるため、このC1のみ焼鈍後に圧下率約50％の冷間圧延を行い、板厚0.200mmの調質圧延鋼帯とした。各焼鈍鋼帯，調質圧延鋼帯から長さ500mmの鋼板を採取し、残留オーステナイト量，δフェライト量，マルテンサイト量，ばね限界値および引張特性を調査した。
【００６９】
残留オーステナイト量は振動試料型磁力計を用いて測定した。δフェライト量は光学顕微鏡を用いてＬ断面の20視野について倍率400倍で観察されるδフェライトの面積率を測定し、その平均値をδフェライトの体積率とした。残留オーステナイトとδフェライトを除いた残部の体積率をマルテンサイト体積率とした。ばね試験片については、いずれの鋼においても、JIS Z 2201に規定される13A号試験片を作製して、引張試験機によりクロスヘッド速度を3mm/minとして公称ひずみが0.1％となるまで引張り、除荷した後に、平行部より長さ80mm，板幅10mmの短冊状試験片を採取し、これをばね試験片とした。ばね限界値は、上記ばね試験片について、JIS H 3130のモーメント式試験に準じてばね試験を行い、永久たわみ量が0.1mmとなる時の試験機目盛りより算出した。本実施例ではこのばね限界値をＫb0.1と表示している。なお、ばね試験片、引張試験片とも圧延方向が長手方向となる用に採取した。表６にこれらの結果を示す。
【００７０】
【表６】
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【００７１】
表６に示した試験記号X21〜X29，Y21〜Y26の焼鈍鋼板または調質圧延鋼板について、ガスケット形状に成形加工した試験片を作製して、これに繰り返し応力を負荷する疲労試験を実施した。ここで、焼鈍鋼板，調質圧延鋼板の別は表６記載のとおりである。試験片は、図１に示すように、150mm角に切り出した正方形の試料中心に内径φ75mmの円孔を開け、その周辺に幅2.5mm，高さ0.25mm，突起部半径2mmのビードをプレス成形したものを用いた。この試験片に10ton以内の荷重を５回以内で負荷し、いずれの試験片についてもビード高さを60±1μmに調整した。その後、無負荷状態から荷重を負荷していき、このビード高さが20±1μmになる荷重を測定し、それを圧縮荷重とした。この圧縮荷重が高いほどビード加工部の反発力が大きく、ガスシール性に優れたガスケット用素材と評価される。この圧縮荷重を付与し、振幅±1kN，振動数40回/秒の疲労試験を行い、繰り返し数が100万回に達した時のビード加工部を顕微鏡にて観察し、全くマイクロクラックがない場合を「未破断」、少しでもマイクロクラックが認められた場合には「破断」とすることにより、疲労試験結果を評価した。併せて、疲労試験前のビード高さから試験後のビード高さを引いた値をビードへたり量として、耐へたり性を評価した。なお、試験前後のビード高さは、焦点顕微鏡を用いて３点の平均で測定した。調査結果を表７に示す。
【００７２】
【表７】
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【００７３】
表５〜７に示されるように、X21〜X29では、圧縮疲労試験を100万回繰り返してもビード部の割れはなく、ビードへたり量も2μm以下と小さく、疲労特性および耐へたり性に優れることが明らかである。圧縮荷重も高いのでガスシール性にも優れる。
【００７４】
これに対し、比較例Y21では、用いた鋼は発明対象鋼A21であるものの、調質圧延率が発明例X21，X22に比べ高いことに起因して、引張強さが1700N/mm2を超え、延性も低い。このため疲労試験中にマイクロクラックが発生するとともに、耐へたり性も劣化した。比較例Y22およびY25は、焼鈍状態における残留オーステナイト量が多く、マルテンサイト量が85体積％未満となったためばね限界値も低くなり、耐へたり性が発明例に比べ劣る。この場合、発明例X24で示されるように、調質圧延により残留オーステナイトの一部をマルテンサイト化することで問題は回避できる。比較例Y23ではＣ，Ｎ含有量が比較的少なく、比較例Y24ではδフェライト量が多いことに起因して、いずれもばね限界値が700N/mm2未満と低くなり、耐へたり性に劣る。従来鋼SUS301を用いたY26では、本発明例のような高い耐へたり性は得られていない。
【００７５】
【発明の効果】
本発明によれば、マルテンサイト系の焼入れ硬化型ステンレス鋼の範疇において、加工硬化型のSUS301並みの高い強度を有し、かつ靱性およびばね特性に優れた鋼板を実現することができた。また、この高強度化によって問題となった冷延耳切れの発生を安定的に抑止する手法が明らかにされ、鋼板エッジ部のトリミングによる歩留り低下が回避された。このため、本発明に従って得られた高強度ステンレス鋼板は、その優れた特性にもかかわらず原料コスト・製造コストが低く抑えられる。
また、金属組織および機械的特性を特定範囲に調整したものにおいて、従来では得られなかった優れた疲労特性および耐へたり性を具備するメタルガスケット用鋼板が得られることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【図１】ビード加工試験片の形状を表す平面図（左）およびビード部拡大断面図（右）である。
【図１】
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