(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
０．０３０ｗｔ％≦Ｃ≦０．０８０ｗｔ％、Ｓｉ：１．０ｗｔ％以下、Ｍｎ：３．０ｗｔ％以下、Ｓ：０．００３ｗｔ％以下、６．０ｗｔ％≦Ｎｉ≦９．０ｗｔ％、１５．０ｗｔ％≦Ｃｒ≦１９．０ｗｔ％、Ｍｏ：１．０ｗｔ％以下、１．９５ｗｔ％≦Ｃｕ≦４．０ｗｔ％、Ｎ：０．０５０ｗｔ％以下を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなり、かつ、
２１．０ｗｔ％≦下記（１）式のＮｉ当量≦２３．０ｗｔ％
を満足し、さらに、
０．０３０ｗｔ％≦Ｃ＋０．５５Ｎ≦０．０８０ｗｔ％、および
１．５≦Ｃ／Ｎ≦３．０
を満足することを特徴とするプレス成形用オーステナイト系ステンレス鋼。
Ｎｉ当量（ｗｔ％）＝２４．２Ｃ＋１３．７Ｎ＋０．３５Ｓｉ＋０．５Ｍｎ＋Ｎｉ＋０．６５Ｃｒ＋０．９８Ｍｏ＋０．６Ｃｕ…（１）
（上記式中、各成分元素はｗｔ％を示す）
【請求項２】
前記Ｎｉ当量および前記Ｃが、添付図面、図１に示す点Ａ（Ｎｉ当量：２１．０ｗｔ％，Ｃ：０．０２５ｗｔ％）、Ｂ（Ｎｉ当量：２３．０ｗｔ％，Ｃ：０．０５５ｗｔ％）、Ｃ（Ｎｉ当量：２１．０ｗｔ％，Ｃ：０．０４ｗｔ％）、Ｄ（Ｎｉ当量：２２．０ｗｔ％，Ｃ：０．０６ｗｔ％）、Ｅ（Ｎｉ当量：２３．０ｗｔ％，Ｃ：０．０６５ｗｔ％）で囲まれる範囲内を満足することを特徴とする請求項１に記載のプレス成形用オーステナイト系ステンレス鋼。
【請求項３】
０．００１０ｗｔ％≦Ｂ≦０．０２０ｗｔ％をさらに含有することを特徴とする請求項１または２に記載のプレス成形用オーステナイト系ステンレス鋼。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オーステナイト系ステンレス鋼に係り、特に、張出し性、深絞り性およびバーリング加工性を兼備し、なおかつ十分な耐時期割れ性を有するプレス成形用オーステナイト系ステンレス鋼に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、過酷な張出し成形に供されるオーステナイト系ステンレス鋼としては、汎用ステンレス鋼であるＳＵＳ３０１やＳＵＳ３０４等が挙げられる。これらのステンレス鋼は、冷間加工により加工誘起マルテンサイトが生成し、著しい加工硬化を示す。このため、プレス加工における張出し性には優れるが、反面、深絞り加工後に放置した製品に時期割れと呼ばれる割れが発生するといった欠点があった。一方、バーリング加工（穴広げ加工）は、素板に打ち抜き加工により穴を空け、その穴の周辺にポンチを押し付けて穴の円周方向に伸び変形を与える伸びフランジ成形の一種である。この加工方法に適したオーステナイト系ステンレス鋼としては、ＳＵＳ３０４よりも加工誘起マルテンサイトが生じ難く、かつ、オーステナイト相の安定度が高いＳＵＳ３０５等が使用されている。しかしながら、このようなＳＵＳ３０５等にあっては、加工誘起マルテンサイトが生じ難いことから、深絞り性や張出し性はＳＵＳ３０１やＳＵＳ３０４よりも劣るといった問題があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
近年では、経済性や意匠性の面から、複雑な形状にプレス加工することができるとともに、耐時期割れ性にも優れるオーステナイト系ステンレス鋼の開発が強く望まれている。本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、優れた張出し性、深絞り性、バーリング加工性および耐時期割れ性を兼備する従来にないプレス成形用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している。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、オーステナイト系ステンレス鋼におけるオーステナイトおよび加工誘起マルテンサイトの生成状況ならびに該状況に影響される張出し性、深絞り性、バーリング加工性および耐時期割れ性を検証しながら、成分組成の検討を詳細に行った。その結果、加工誘起マルテンサイト変態の起こり難さを示す指標であり、かつ、オーステナイト相の安定度を左右するＮｉ当量（Ｎｉ当量が高いとオーステナイト相が安定する）を一定の範囲に規定することにより、上記諸物性が十分に兼備されることを見い出した。具体的には、２４．２Ｃ＋１３．７Ｎ＋０．３５Ｓｉ＋０．５Ｍｎ＋Ｎｉ＋０．６５Ｃｒ＋０．９８Ｍｏ＋０．６Ｃｕで表されるＮｉ当量（ｗｔ％）が、２１．０〜２３．０ｗｔ％の範囲内にある場合に、オーステナイトおよび加工誘起マルテンサイトの生成量が適度にバランスされ、その結果、優れた張出し性、深絞り性、バーリング加工性および耐時期割れ性が発揮されることが判った。
また、本発明らは、オーステナイトの生成元素であって、かつ、オーステナイト相および加工誘起マルテンサイト相を強化させる上記ＣとＮに関して、さらに次のような知見を得た。
まず、オーステナイト相および加工誘起マルテンサイト相の強化の程度から各元素がほぼ等価となるように重み付けした総量が「Ｃ＋０．５５Ｎ」であり、この総量が０．０３０〜０．０８０ｗｔ％の範囲において、特に優れた耐時期割れ性が発揮された。「Ｃ＋０．５５Ｎ」は時期割れ感受性に大きく影響し、０．０８０ｗｔ％を超えるとその感受性が著しく高まり、また、０．０３０ｗｔ％未満では、十分な張出し性、深絞り性およびバーリング加工性を得ることができない。特に、Ｃｕを含有する本発明において、張出し性、深絞り性およびバーリング加工性に寄与するＣｕの効果を十分引き出すには、「Ｃ＋０．５５Ｎ」が０．０３０ｗｔ％以上であることが必要である。
また、本発明者らは、ＣとＮの比（Ｃ／Ｎ）が、特に張出し性およびバーリング加工性に関与する因子であり、そのＣ／Ｎが、１．５〜３．０のときに、張出し性およびバーリング加工性がともに確保されることを見い出した。
【０００５】
本発明のプレス成形用オーステナイト系ステンレス鋼は、以上の知見に基づいてなされたもので、張出し加工用材料、深絞り加工用材料あるいはバーリング加工用材料としてきわめて好適であり、加えて耐時期割れ性にも優れた材料であって、その特徴とするところは、０．０３０ｗｔ％≦Ｃ≦０．０８０ｗｔ％、Ｓｉ：１．０ｗｔ％以下、Ｍｎ：３．０ｗｔ％以下、Ｓ：０．００３ｗｔ％以下、６．０ｗｔ％≦Ｎｉ≦９．０ｗｔ％、１５．０ｗｔ％≦Ｃｒ≦１９．０ｗｔ％、Ｍｏ：１．０ｗｔ％以下、１．９５ｗｔ％≦Ｃｕ≦４．０ｗｔ％、Ｎ：０．０５０ｗｔ％以下を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなり、かつ、
２１．０ｗｔ％≦下記（１）式のＮｉ当量≦２３．０ｗｔ％
を満足し、さらに、
０．０３０ｗｔ％≦Ｃ＋０．５５Ｎ≦０．０８０ｗｔ％、および
１．５≦Ｃ／Ｎ≦３．０
を満足するものである。
Ｎｉ当量（ｗｔ％）＝２４．２Ｃ＋１３．７Ｎ＋０．３５Ｓｉ＋０．５Ｍｎ＋Ｎｉ＋０．６５Ｃｒ＋０．９８Ｍｏ＋０．６Ｃｕ…（１）
（上記式中、各成分元素はｗｔ％を示す）
【０００６】
以下、上記数値限定の根拠を本発明の作用とともに説明する。
Ｃ：０．０３０ｗｔ％≦Ｃ≦０．０８０ｗｔ％
Ｃは、強力なオーステナイトの生成元素であると同時に、オーステナイト相および加工誘起マルテンサイト相の強化に非常に有効であって、張出し性および深絞り性の向上には必須の元素である。特に、Ｃｕを含有するオーステナイト系ステンレス鋼においては、Ｃｕが備える深絞り性の向上効果を引き出す上で重要な元素であり、少なくとも０．０３０ｗｔ％、好ましくは０．０４０ｗｔ％以上必要である。しかしながら、０．０８０ｗｔ％を超えると時期割れ感受性および粒界腐食感受性がともに高まるため、上限は０．０８０ｗｔ％とした。
【０００７】
Ｓｉ：１．０ｗｔ％以下
Ｓｉは、有効な脱酸剤で製鋼過程には不可欠な元素であり、かつ、その含有量が高ければ高いほどオーステナイト相の加工硬化性が高まり張出し性に有利である。しかしながら、１．０ｗｔ％を超えると凝固時にδフェライトが多量に生成して熱間加工性を阻害する上に、時期割れ感受性が増大するので、含有量の上限を１．０ｗｔ％とした。
【０００８】
Ｍｎ：３．０ｗｔ％以下
Ｍｎは、脱酸剤ならびに脱硫剤として作用し、さらに、オーステナイト相の安定化に寄与する元素であり、好ましくは０．１ｗｔ％以上が必要である。しかしながら、３．０ｗｔ％を超えるとオーステナイト相が安定し過ぎて張出し性および深絞り性が劣化するため、３．０ｗｔ％以下とした。
【０００９】
Ｓ：０．００３ｗｔ％以下
Ｓは、不可避的不純物としてＳＵＳ３０４等の汎用オーステナイト系ステンレス鋼に０．００５ｗｔ％程度含まれるが、Ｃｕを含有する鋼においては熱間加工性が著しく阻害されるとともに、バーリング加工性を劣化させる元素であるため、０．００３ｗｔ％を上限とした。
【００１０】
Ｎｉ：６．０ｗｔ％≦Ｎｉ≦９．０ｗｔ％
Ｎｉは、６．０ｗｔ％より少ないと凝固時にδフェライトが多量に生成して熱間加工性の低下を招き、９．０ｗｔ％を超えると加工誘起マルテンサイトが生成し難くなって張出し性および深絞り性が劣化する。したがって、Ｎｉの含有量は６．０〜９．０ｗｔ％とした。
【００１１】
Ｃｒ：１５．０ｗｔ％≦Ｃｒ≦１９．０ｗｔ％
Ｃｒは、１５．０ｗｔ％より少ないと耐食性が不十分となり、１９．０ｗｔ％を超えるとδフェライトが生成して熱間加工性が低下するため、１５．０〜１９．０ｗｔ％の範囲に限定した。
【００１２】
Ｍｏ：１．０ｗｔ％以下
Ｍｏは、一般にステンレス鋼の耐食性を向上させる元素として知られているが、比較的高価であるため、耐食性の効果が発揮される最低限度の含有量として、１．０ｗｔ％を上限とした。
【００１３】
Ｃｕ：１．０ｗｔ％≦Ｃｕ≦４．０ｗｔ％
Ｃｕは、オーステナイト系ステンレス鋼の張出し性、深絞り性、バーリング加工性および耐時期割れ性を著しく向上させる元素であるが、１．０ｗｔ％未満ではその効果は乏しい。また、４．０ｗｔ％を超えると、熱間加工性が著しく阻害される。よって、Ｃｕの含有量は１．０〜４．０ｗｔ％、好ましくは２．０〜３．０ｗｔ％がよい。
【００１４】
Ｎ：０．０５０ｗｔ％以下
Ｎは、Ｃと同様にオーステナイトの生成元素であり、かつ、オーステナイト相および加工誘起マルテンサイト相の強度を向上させる元素である。Ｎは、Ｃと異なり０．０５０ｗｔ％を超えて含有すると深絞り性が劣化するので、０．０５０ｗｔ％以下とした。好ましくは０．０３０ｗｔ％以下がよい。
【００１５】
Ｎｉ当量：２１．０ｗｔ％≦下記（１）式のＮｉ当量≦２３．０ｗｔ％
Ｎｉ当量（ｗｔ％）＝２４．２Ｃ＋１３．７Ｎ＋０．３５Ｓｉ＋０．５Ｍｎ＋Ｎｉ＋０．６５Ｃｒ＋０．９８Ｍｏ＋０．６Ｃｕ…（１）
（上記式中、各成分元素はｗｔ％を示す）
Ｎｉ当量は、加工誘起マルテンサイト変態の起こり難さを示す指標であり、Ｎｉ当量が高いとオーステナイト相が安定する。Ｎｉ当量が２１ｗｔ％未満の場合にはオーステナイト相が不安定になり過ぎ、その結果、張出し性、深絞り性および耐時期割れ性のいずれもが劣化する。一方、Ｎｉ当量が２３．０ｗｔ％を超えると、オーステナイト相が安定になり過ぎ、その結果、加工誘起マルテンサイトの生成量が少なくなってバーリング加工性および耐時期割れ性には優れるものの、張出し性および深絞り性が極度に劣化する。したがって、Ｎｉ当量は２１．０〜２３．０ｗｔ％が好ましい。なお、本発明における上記Ｎｉ当量式は、引張試験で３０％の伸びを付与した試験片におけるマルテンサイト量の相対量を、フェライトスコープにて求め、成分の指標として整理したものである。
【００１６】
０．０３０ｗｔ％≦Ｃ＋０．５５Ｎ≦０．０８０ｗｔ％（各成分元素はｗｔ％を示す）
上記のように、「Ｃ＋０．５５Ｎ」０．０３０〜０．０８０ｗｔ％の範囲において、特に優れた耐時期割れ性が発揮され、「Ｃ＋０．５５Ｎ」が０．０８０ｗｔ％を超えるとその感受性が著しく高まり、また、０．０３０ｗｔ％未満では、十分な張出し性、深絞り性およびバーリング加工性を得ることができない。この範囲においては、０．０５０〜０．０８０ｗｔ％であればより好ましい。
【００１８】
１．５≦Ｃ／Ｎ≦３．０
上記のように、Ｃ／Ｎが１．５〜３．０のときに、張出し性およびバーリング加工性がともに確保されるので、Ｃ／Ｎは、１．５≦Ｃ／Ｎ≦３．０を満足することが好ましく、１．７５≦Ｃ／Ｎ≦２．５であればより好ましい。
【００１９】
このように、上記成分組成を有する本発明のプレス成形用オーステナイト系ステンレス鋼は、優れた張出し性、深絞り性およびバーリング加工性を有することから、複雑な形状にプレス加工することができるのは勿論のこと、良好な耐時期割れ性を有するといった従来にない優れた特性を有する。
【００２０】
さらに、本発明者らは、上記Ｎｉ当量とＣの含有量の相対量が、張出し性、深絞り性、バーリング加工性および耐時期割れ性を向上させる因子であり、次の（２）〜（４）の条件式を全て満足する範囲において、高いレベルで上記諸物性を兼備することを見い出した。
２１．０ｗｔ％≦Ｎｉ当量≦２３．０ｗｔ％の範囲において、０．０１５×（Ｎｉ当量−２１）＋０．０２５≦Ｃ…（２）
２１．０ｗｔ％≦Ｎｉ当量≦２２．０ｗｔ％の範囲において、０．０２×（Ｎｉ当量−２１）＋０．０４≧Ｃ…（３）
２２．０ｗｔ％＜Ｎｉ当量≦２３．０ｗｔ％の範囲において、０．００５×（Ｎｉ当量−２２）＋０．０６≧Ｃ…（４）
【００２１】
上記（２）〜（４）式で規定されるＮｉ当量とＣの範囲は、図１に示す点Ａ（Ｎｉ当量：２１．０ｗｔ％，Ｃ：０．０２５ｗｔ％）、Ｂ（Ｎｉ当量：２３．０ｗｔ％，Ｃ：０．０５５ｗｔ％）、Ｃ（Ｎｉ当量：２１．０ｗｔ％，Ｃ：０．０４ｗｔ％）、Ｄ（Ｎｉ当量：２２．０ｗｔ％，Ｃ：０．０６ｗｔ％）、Ｅ（Ｎｉ当量：２３．０ｗｔ％，Ｃ：０．０６５ｗｔ％）で囲まれる範囲である。よって、本発明では、Ｎｉ当量とＣの含有量が、図１に示す点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅで囲まれる範囲にあることが好ましい。
【００２２】
さらに、本発明では、上記元素に加えて、Ｂを０．００１０〜０．０２０ｗｔ％含有することができる。Ｂは、Ｃｕを含有するオーステナイト系ステンレス鋼の熱間加工性の向上にきわめて有効であるが、０．００１０ｗｔ％未満ではその効果に乏しく、０．０２０ｗｔ％を超えると凝固割れ感受性が高まり、かつ、耐食性が劣化する。したがって、Ｂを含有させる場合には、０．００１０〜０．０２０ｗｔ％が好ましい。
【００２３】
【実施例】
次に、実施例を提示して本発明の効果をより明らかにする。
Ａ．第１実施例
表１に示す成分組成（Ａ１〜Ａ９が本発明の成分組成、Ｊ１〜Ｊ８、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、ＧおよびＨ１〜３は本発明から外れる成分組成）を有するオーステナイト系ステンレス鋼を、アルゴンシールの大気誘導炉によって１０ｋｇずつ鋼塊に溶製し、これらを、熱間圧延と冷間圧延を施すことにより板厚０．８ｍｍの冷延板に仕上げ、次いで、１１００℃で３０分の焼鈍処理を施した。焼鈍後のオーステナイト結晶粒度は７〜８であった。かくして得られた各供試材に対して次の試験を行い、張出し性、深絞り性、バーリング加工性および耐時期割れ性に関する試験を行った。
【００２４】
【表１】
0004018825.tif 000002
【００２５】
・張出し性試験−エリクセン値
「ＪＩＳ  Ｚ  ２２４７」に規定されているエリクセン試験Ｂ法により、エリクセン値を求めた。
・深絞り性試験−限界絞り比（ＬＤＲ）
４０ｍｍφ平頭ポンチによる円筒深絞り試験を行い、その限界絞り比（ＬＤＲ）が２．２０を超えるものを深絞り性に優れるとして○、２．１０〜２．２０のものを深絞り性にやや劣るとして△、２．１０未満のものを深絞り性に劣るとして×と評価した。
【００２６】
・バーリング加工性試験−穴広げ率
まず、供試材に打ち抜きによって１０ｍｍφの穴を空け、次いで、この穴を頂角３０度の円錐ポンチで押し広げ、穴の縁に生じた亀裂が板厚を貫通したときの穴の径を測定し、次式によって穴広げ率を求めた。
穴広げ率（％）＝１００×（Ｄ１−Ｄ０）／Ｄ０
（Ｄ０：初期の穴の径（＝１０ｍｍφ）、Ｄ１：試験後の穴の径）
・耐時期割れ性試験
１００ｍｍφの供試材に対し、第１絞り：５０ｍｍφ、第２絞り：４５ｍｍ、第３絞り：３８ｍｍφの平頭ポンチを用いて多段絞りを施した後、室温で２００時間放置した後の割れの発生の有無を観察した。割れの発生がない場合を○、割れの発生がある場合を×と評価した。
以上の試験結果を、表２に示す。
【００２７】
【表２】
0004018825.tif 000003
【００２８】
表２から明らかなように、本発明鋼Ａ１〜Ａ９は、いずれも張出し性、深絞り性、バーリング加工性（以下、これらを成形性と総称する）および耐時期割れ性に優れている。一方、各比較鋼は、本発明で規定される成分組成のうちのいずれかが本発明外であり、成形性および耐時期割れ性のうちの１つ以上の性質が劣っていた。
【００２９】
ここで、本発明鋼Ａ１〜Ａ８は、Ｎｉ当量とＣの相対量が本発明で規定する範囲、すなわち、図１に示す点Ａ〜Ｅで囲まれる範囲にあり、一方、比較鋼Ｊ１〜Ｊ８は同図に示す点Ａ〜Ｅで囲まれる範囲外にある。Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３は、Ｎｉ当量が本発明の範囲内にあるが、Ｃの含有量が点Ｃ、Ｄ、Ｅで結ばれる範囲よりも多いことから、成形性は有するが、反面、耐時期割れ性に劣る。また、Ｊ５、Ｊ６もＮｉ当量が本発明の範囲内にあるものの、Ｃの含有量が点Ａ、Ｂで結ばれる範囲よりも少ないことから、耐時期割れ性は有する反面、成形性に劣る。また、Ｎｉ当量が本発明の範囲外にあるＪ４、Ｊ８は、成形性、耐時期割れ性のいずれにも劣る。Ｊ７はＮｉ当量の上限と点Ａ、Ｂで結ばれるＣの下限に近いところで本発明から外れており、そのため、表２に示すように、耐時期割れ性は有しているが、成形性に劣る。
【００３０】
また、図２は、本発明の規定条件の一つである０．０３０ｗｔ％≦Ｃ＋０．５５Ｎ≦０．０８０ｗｔ％と、１．５≦Ｃ／Ｎ≦３．０の範囲を示している。本発明鋼Ａ１〜Ａ８は、これら範囲をともに満足する範囲に属しており、一方、比較鋼Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇは、双方の条件が重なる範囲外にある。図２で明らかなように、「Ｃ＋０．５５Ｎ」が０．０８０ｗｔ％を超える（比較鋼Ｂ、Ｃ、Ｄ）と、成形性は有するものの耐時期割れ性に劣っている。また、「Ｃ＋０．５５Ｎ」が０．０３０ｗｔ％未満（比較鋼Ｇ）の場合には、成形性が確保されない。また、Ｃ／Ｎが１．５未満（比較鋼Ｅ）あるいは３．０を超える（比較鋼Ｆ）と、いずれも成形性がやや劣ってしまう。
【００３１】
また、表２からは、特にＣｕの含有量が低い比較鋼Ｈ１〜Ｈ３が耐時期割れ性に劣ることが判る。一方、本発明鋼のＡ９は、本発明鋼の中でもＣｕの含有量は比較的低いものの、成形性および耐時期割れ性は確保されている。
【００３２】
Ｂ．第２実施例
表３に示す成分組成（Ｂ１〜Ｂ３、いずれも本発明鋼）を有するオーステナイト系ステンレス鋼を、連続鋳造によって１５０ｍｍ厚のスラブに製造した後、これを１２５０℃に加熱し、次いで熱間圧延によって厚さ３ｍｍ、幅１０５０ｍｍの熱延鋼帯としたときの耳割れ（板の側縁部の割れ）について観察した。その結果を、表３に併記する。
【００３３】
【表３】
0004018825.tif 000004
【００３４】
表３によれば、鋼Ｂ１〜Ｂ３は、いずれも本発明鋼であるが、Ｂ１、Ｂ２はいずれもＢを含有する点でＢ３と異なっている。Ｂを含有するＢ１、Ｂ２には耳割れの発生は認められず、一方、Ｂを含有しないＢ３には耳割れの発生が認められた。したがって、Ｂの含有により加工上の特性が向上し、ひいては歩留まりが向上して経済的にも有利になることが確かめられた。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、Ｎｉ当量を独自に規定していることによりオーステナイトおよび加工誘起マルテンサイトの生成量を適度にバランスさせることができ、これによって、優れた張出し性、深絞り性、バーリング加工性および耐時期割れ性を兼備するプレス成形用オーステナイト系ステンレス鋼を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  Ｎｉ当量とＣの相対量の範囲を示す線図である。
【図２】  ０．０３０ｗｔ％≦Ｃ＋０．５５Ｎ≦０．０５０ｗｔ％の範囲および１．５≦Ｃ／Ｎ≦３．０の範囲を示す線図である。
【図１】
0004018825.tif 000005
【図２】
0004018825.tif 000006