(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：０.１０質量％以下，Ｓｉ：１．０〜６．０質量％，Ｍｎ：０．２〜９質量％，Ｎｉ：９〜１８質量％，Ｃｒ：１２〜２０質量％，Ｍｏ：３質量％以下，Ｃｕ：３質量％以下，Ｎ：０．１０質量％以下を含み、残部Ｆｅ及び不可避的不純物の組成をもち、次式で計算されるＮｉ当量Ｎｉeqが１７．０以上，積層欠陥エネルギーの生成指数ＳＦＥが２０．０以下，Ｎｉバランス値Ｎｉbalが０以上となるように成分調整されていることを特徴とする加工性に優れた非磁性ステンレス鋼。
Ｎｉeq＝Ｎｉ＋Ｃｕ＋0.6Ｍｎ＋9.69(Ｃ＋Ｎ)＋0.18Ｃｒ−0.11Ｓｉ2
ＳＦＥ＝2.2Ｎｉ−1.1Ｃｒ−13Ｓｉ−1.2Ｍｎ＋6Ｃｕ＋32
Ｎｉbal＝Ｎｉ＋30（Ｃ＋Ｎ）＋0.5Ｍｎ＋0.3Ｃｕ−1.1（Ｃｒ＋1.5Ｓｉ＋Ｍｏ）＋8.2
【請求項２】
引張試験で求められる真応力−対数伸び歪曲線で公称歪３０％と４０％の勾配である加工硬化指数ｎが０.４５以上である請求項１記載の非磁性ステンレス鋼。
【請求項３】
圧下率６０％で冷間圧延したときの透磁率が０.０１以下である請求項１記載の非磁性ステンレス鋼。
【請求項４】
Ｃ＋Ｎが０.０６質量％以下で、焼鈍材のビッカース硬さが１２０ＨＶ以下である請求項１記載の非磁性ステンレス鋼。
【請求項５】
更にＶ：１.０質量％以下，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｚｒの１種又は２種以上：１．０質量％以下，Ｂ：０．０３質量％以下，Ｃａ：０．０３質量％以下から選ばれた１種又は２種以上を含む請求項１〜４のいずれかに記載の非磁性ステンレス鋼。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、優れた加工性を呈し、加工後にも非磁性が維持されるステンレス鋼に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＳＵＳ３０４に代表されるＣｒ−Ｎｉ系のオーステナイトステンレス鋼は、良好な加工性及び耐食性を示し、焼鈍状態で非磁性のオーステナイト組織になることから、非磁性鋼板として電気部品，機械部品，ケーシング等として広範な用途に使用されている。
ＳＵＳ３０４ステンレス鋼は、オーステナイト相が準安定であるため成形加工中にマルテンサイト変態が生じる。加工誘起マルテンサイトの生成により加工誘起変態塑性に基づく高い延性が発現するが、加工品が磁性を帯びるようになる。そこで、非磁性が要求される用途では、成形加工したＳＵＳ３０４等の準安定鋼を焼鈍することによって磁性を消去する方法が採用されている。また、オーステナイト相が安定でマルテンサイト変態し難いＳＵＳ３０５，ＳＵＳ３１６等の素材を使用することによっても、成形加工後に非磁性が維持される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ＳＵＳ３０４等の準安定鋼を素材として加工し、引き続き加工品を焼鈍する方法では、処理コストが高くなる。すなわち、加工品は中空形状のものが多いため、焼鈍に際しては空隙増加になって熱処理効率が著しく低下する。また、大気雰囲気で熱処理する場合、熱処理で生成したスケールを除去するための酸洗工程が必要となる。酸洗を回避する方法として非酸化性雰囲気中での熱処理もあるが、高価な水素ガス雰囲気炉等を使用するため処理コストが大幅に上昇する。
他方、ＳＵＳ３０５，ＳＵＳ３１６等の安定ステンレス鋼は、ＳＵＳ３０４等の準安定ステンレス鋼に比較し延性が低い。安定ステンレス鋼の低い延性は、加工誘起変態塑性効果がないことに原因があり、張出し性等が要求される厳しい成形加工に適用できない場合が多い。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
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、Ｎｉ当量，積層欠陥エネルギーの生成指数，Ｎｉバランス量が特定条件を満足する成分設計を採用することにより、加工性に優れ、加工後にも非磁性が維持されるオーステナイトステンレス鋼を提供することを目的とする。
【０００５】
本発明の非磁性ステンレス鋼は、その目的を達成するため、Ｃ：０.１０質量％以下，Ｓｉ：１．０〜６．０質量％，Ｍｎ：０．２〜９質量％，Ｎｉ：９〜１８質量％，Ｃｒ：１２〜２０質量％，Ｍｏ：３質量％以下，Ｃｕ：３質量％以下，Ｎ：０．１０質量％以下を含み、残部Ｆｅ及び不可避的不純物の組成をもち、次式で計算されるＮｉ当量Ｎｉeqが１７．０以上，積層欠陥エネルギーの生成指数ＳＦＥが２０．０以下，Ｎｉバランス値Ｎｉbalが０以上となるように成分調整されていることを特徴とする。
Ｎｉeq＝Ｎｉ＋Ｃｕ＋0.6Ｍｎ＋9.69(Ｃ＋Ｎ)＋0.18Ｃｒ−0.11Ｓｉ2
ＳＦＥ＝2.2Ｎｉ−1.1Ｃｒ−13Ｓｉ−1.2Ｍｎ＋6Ｃｕ＋32
Ｎｉbal＝Ｎｉ＋30（Ｃ＋Ｎ）＋0.5Ｍｎ＋0.3Ｃｕ−1.1（Ｃｒ＋1.5Ｓｉ＋Ｍｏ）＋8.2
【０００６】
良好な加工性を確保する上では、引張試験で求められる真応力−対数伸び歪曲線で公称歪３０％と４０％の勾配である加工硬化指数ｎが０.４５以上であること及びＣ＋Ｎが０.０６質量％以下で、焼鈍材のビッカース硬さが１２０ＨＶ以下であることが好ましい。また、圧下率６０％で冷間圧延したときの透磁率が０．０１以下であるとき、各種加工後においても非磁性が維持される。
この非磁性ステンレス鋼は、更にＶ：１.０質量％以下，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｚｒの１種又は２種以上：１．０質量％以下，Ｂ：０．０３質量％以下，Ｃａ：０．０３質量％以下から選ばれた１種又は２種以上を含むことができる。
【０００７】
【作用】
本発明の非磁性ステンレス鋼では、Ｎｉ当量Ｎｉeq、積層欠陥エネルギーの生成指数ＳＦＥ、Ｎｉバランス値Ｎｉbalが適正範囲に維持される成分設計を採用することにより、加工性に優れ、加工後にも非磁性を維持している。
【０００８】
Ｎｉ当量Ｎｉeqは、オーステナイト相の安定性に及ぼす各合金成分の寄与度を表す指標であり、Ｎｉeq＝Ｎｉ＋Ｃｕ＋0.6Ｍｎ＋9.69(Ｃ＋Ｎ)＋0.18Ｃｒ−0.11Ｓｉ2と定義されるＮｉ当量Ｎｉeqを１７．０以上にするとき加工後の非磁性が確保される。一般に、オーステナイト相が準安定なステンレス鋼は、加工歪みの導入に伴ってオーステナイト相がマルテンサイト相に変態する（加工誘起変態）。生成したマルテンサイト相が磁性をもつため、結果として加工されたステンレス鋼が磁性を帯びる。
【０００９】
したがって、オーステナイト相→マルテンサイト相の変態が生じがたい成分設計を採用することにより、マルテンサイト相生成に起因する磁性化が抑制される。そこで、加工誘起マルテンサイト（α’）相の生成難易度に及ぼす各合金成分の影響を指標化することにより、オーステナイト相の安定化を図る。本成分系において各合金成分がオーステナイト相の安定性に及ぼす影響を種々調査検討した結果、Ｎｉ当量Ｎｉeqを１７．０以上にすると圧下率６０％で圧延した場合でも透磁率０．０１以下の非磁性が得られることが判った。圧下率５０％の圧延後における透磁率０．０１以下は、多岐にわたる加工に供されるステンレス鋼の非磁性を示す指標として好適である。
【００１０】
b.c.c.構造の普通鋼に比較してf.c.c.構造をもつオーステナイト相では積層欠陥が生成しやすく、加工硬化しやすい。しかし、非磁性を確保するために多量のオーステナイト生成元素を必要とする。この点、非磁性を前提にした従来の合金設計では、加工硬化が抑制されるため加工性の低下が避けられない。これに対し、本発明では、非磁性を維持しながら加工硬化を大きくするために積層欠陥が生成しやすい合金設計を採用している。具体的には、積層欠陥生成エネルギーを低下させる成分設計により、非磁性を維持しながら加工性も向上させることが可能となる。
本発明者等は、このような観点から積層欠陥生成エネルギーに及ぼす各合金成分の影響を調査検討した。その結果、ＳＦＥ＝2.2Ｎｉ−1.1Ｃｒ−13Ｓｉ−1.2Ｍｎ＋６Ｃｕ＋32と定義される積層欠陥エネルギーの生成指数ＳＦＥを２０．０以下に調整するとき、加工誘起変態塑性を利用しなくても優れた加工性が発現することを見出した。
【００１１】
オーステナイトステンレス鋼は、構成元素のバランスに応じて凝固時にδフェライト相が生成する傾向が異なる。熱延，焼鈍，冷延，焼鈍等の製造履歴を経ることによりδフェライト相は減少するが、δフェライト相を完全に消滅させることは困難である。磁性をもつδフェライト相が冷延焼鈍板に残存すると、焼鈍状態であっても磁性が発現する。本発明者等は、非磁性を阻害するδフェライト相の生成に及ぼす合金成分の影響を種々調査検討した。その結果、Ｎｉbal＝Ｎｉ＋30（Ｃ＋Ｎ）＋0.5Ｍｎ＋0.3Ｃｕ−1.1（Ｃｒ＋1.5Ｓｉ＋Ｍｏ）＋8.2で定義されるＮｉバランス値Ｎｉbalが有効な指標であり、オーステナイト生成元素とフェライト生成元素との間でＮｉバランス値Ｎｉbalを０以上とすることにより、δフェライト相の生成がないことを解明した。
【００１２】
引張試験で求められる真応力−対数伸び歪曲線で公称歪３０％と４０％の勾配である加工硬化指数ｎは、従来の非磁性ステンレス鋼では考慮されなかった指標であるが、本発明者等の調査・研究の結果から張出し性に相関することが判った。加工硬化指数ｎが０．４５以上になると、加工によって導入される歪の均一分散が促進され、張出し加工性が向上する。その結果、深絞り要素も混在した実用プレス成形におけるネッキング等の欠陥が抑えられ、加工性が大幅に向上する。
【００１３】
Ｎｉ当量Ｎｉeq≧１７．０，積層欠陥エネルギーの生成指数ＳＦＥ≦２０．０，Ｎｉバランス値Ｎｉbal≧０を満足するように、各合金成分は次の範囲で選定される。
Ｃ，Ｎ：０.１０質量％以下
何れもオーステナイト相の安定化やδフェライト相の生成抑制に有効な合金成分であるが、多量に含まれると固溶強化によってオーステナイト相が硬質化し加工性が低下する。そこで、Ｃ，Ｎ含有量の上限を共に０．１０質量％に設定した。なかでも、形状凍結性等の厳しい加工性が要求される用途では、Ｃ＋Ｎの合計含有量を０．０６質量％以下に規制することによって焼鈍材を硬さ１２０ＨＶ以下と軟質化することが有効である。
Ｓｉ：１．０〜６．０質量％
溶製時に脱酸剤として添加される合金成分であり、Ｓｉ含有量の増加に伴って積層欠陥が生成しやすくなり、加工硬化及び延性が向上する。このような効果は、１．０質量％以上のＳｉ含有量で顕著になる。しかし、６．０質量％を超える過剰量のＳｉが含まれると、固溶強化によってオーステナイト相が硬質化して加工性が低下するばかりでなく、加工に起因して磁性化しやすくなる。
【００１４】
Ｍｎ：０．２〜９質量％
非磁性の維持，δフェライト相の生成抑制及び積層欠陥エネルギー低減による加工硬化の向上に大きく寄与する合金成分であり、０．２質量％以上でＭｎの添加効果が顕著になる。しかし、９質量％を超える過剰量のＭｎ添加は、介在物の増加をもたらし，耐食性や加工性を損ねる原因となる。
Ｎｉ：９〜１８質量％
オーステナイトステンレス鋼に必須の合金成分であり、オーステナイト相を生成させるために９質量％以上のＮｉが必要である。Ｎｉは、含有量の増加に従って磁性化及びδフェライト相生成を抑制する作用が大きくなる。しかし、過剰量のＮｉ添加は積層欠陥生成エネルギーを増大させ、加工硬化や延性を低下させるため、加工性が損なわれる。しかも、高価な元素であるため、鋼材コストを上昇させる原因ともなる。このようなことから、Ｎｉ含有量の上限を１８質量％に設定した。
【００１５】
Ｃｒ：１２〜２０質量％
ステンレス鋼に要求される耐食性を得るために必要な合金成分であり、１２質量％以上で耐食性が顕著に向上する。また、Ｃｒ含有量の増加に応じて積層欠陥が生成しやすくなるので、加工性が向上し，加工後の磁性化も抑制される。しかし、２０質量％を超える過剰量のＣｒ添加は、材質を硬質化することにより加工性を却って低下させる。
Ｍｏ：３質量％以下
耐食性向上に有効な合金成分であるが、過剰量に含まれるとδフェライトの生成により磁性が発現し、加工性が低下することから、Ｍｏ含有量の上限を３質量％に設定した。
【００１６】
Ｃｕ：３質量％以下
加工後の磁性化やδフェライト相の生成を抑える作用を呈する合金成分である。しかし、過剰量のＣｕ添加は積層欠陥生成エネルギーを増大させ、加工性を低下させることになるので、Ｃｕ含有量の上限を３質量％に設定した。
Ｖ：１．０質量％以下
Ｔｉ，Ｎｂ，Ｚｒの１種又は２種以上：１．０質量％以下（合計）
必要に応じて添加される合金成分であり、Ｃ、Ｎ等の固溶強化元素を固定してステンレス鋼の硬質化を抑え、加工性を向上させる作用を呈する。各元素の添加効果は、Ｖ：１．０質量％及び／又はＴｉ，Ｎｂ，Ｚｒ：１．０質量％で飽和し、それ以上添加しても増量に見合った効果を期待できない。
【００１７】
Ｂ：０．０３質量％以下
必要に応じて添加される合金成分であり、熱間加工性を向上させ、熱延時の割れ防止に有効である。しかし、過剰量のＢ添加は却って熱間加工性を低下させることになるので、Ｂを添加する場合には上限を０．０３質量％に設定する。
Ｃａ：０．０３質量％以下
必要に応じて添加される合金成分であり、熱間加工性を改善する作用を呈するが、Ｃａの添加効果は０．０３質量％で飽和する。
【００１８】
【実施例】
表１の組成をもつ各種ステンレス鋼を溶製し、抽出温度１２３０℃の熱間圧延により板厚４ｍｍの熱延鋼板を製造した。熱延鋼板を１１５０℃×均熱１分で焼鈍し、酸洗後に板厚１．５ｍｍまで冷間圧延し、更に１０５０℃×均熱１分の焼鈍を施し、酸洗した。焼鈍酸洗材を板厚０．６ｍｍまで冷間圧延することにより６０％冷間圧延材を得た。一部の冷間圧延材については、更に１０５０℃×均熱１分の焼鈍後に酸洗した（焼鈍酸洗材）。
【００１９】
0003939568.tif 000002
【００２０】
６０％冷間圧延材及び焼鈍酸洗材それぞれから試験片を切り出し、次の試験によって透磁率及び加工硬化指数ｎを測定した。
〔透磁率の測定〕
切り出し端面の歪による影響を除去するため、１０ｃｍ角に切り出した試験片を電解研磨し、直径５ｍｍの円板形状にした。この円板状試験片を用い磁気天秤により印加磁場−磁化曲線上での磁場１．８ｋＯｅにおける傾きを測定することにより透磁率を求めた。
〔加工硬化指数ｎの測定〕
ＪＩＳ１３Ｂ号試験片を作製し、引張り速度４０ｍｍ／分（歪速度１．３×１０-2／秒）の引張試験で応力歪曲線を求めた。公称歪３０％，４０％に相当する真歪０．２５，０．３４（それぞれ、ε0，ε1）における真応力δ0，δ1を求め、次式に従って加工硬化指数ｎ値を算出した。
ｎ値＝ln(δ1／δ0)／ln(ε1／ε0)
【００２１】
６０％冷間圧延材の透磁率及び焼鈍酸洗材の加工硬化指数ｎを表２に示す。鋼No.１〜５及び鋼No.７〜１１は、本発明で規定した非磁性ステンレス鋼の成分設計条件を満足しており、６０％冷間圧延材の透磁率が０.０１以下，焼鈍酸洗材の加工硬化指数ｎが０．４５以上であった。他方、鋼No.１３〜１７は、Ｎｉeq≧１７．０，ＳＦＥ≦２０．０，Ｎｉbal≧０の何れかを満足しておらず、０.０１の透磁率は得られなかった。また鋼No.１８，１９は、ＳＦＥが高すぎたため、加工硬化指数ｎも０．４５未満の低い値を示した。
【００２２】
６０％冷間圧延材の透磁率をＮｉ当量Ｎｉeqで整理したところ、図１にみられるようにＮｉeq≧１７．０で０．０１以下の透磁率が得られることが判った。ただし、鋼No.１６，１７は、Ｎｉeq≧１７．０であるにも拘らず０.０１を超える透磁率が示された。この高い透磁率は、Ｎｉバランス値Ｎｉbalがマイナスであるためにδフェライト相が生成したことが原因である。
また、積層欠陥エネルギーの生成指数ＳＦＥと加工硬化指数ｎとの関係を調査した結果，図２にみられるようにＳＦＥ≦２０．０のときｎ≧０．４５になっており、積層欠陥エネルギーの生成指数ＳＦＥを２０．０以下にすることによって良好な加工性が得られることが確認できた。
更に、非磁性で良好な加工性を示した鋼No.１〜１２について、（Ｃ＋Ｎ）量と硬さとの関係を調査した。図３の調査結果にみられるように、（Ｃ＋Ｎ）≦０.０６質量％以下でビッカース硬さが１２０ＨＶ以下の軟質ステンレス鋼が得られた。
【００２３】
0003939568.tif 000003
【００２４】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の非磁性ステンレス鋼は、Ｎｉ当量をＮｉeq≧１７．０以上，積層欠陥エネルギーの生成指数をＳＦＥ≦２０．０，Ｎｉバランス値をＮｉbal≧０とする成分設計を採用しているため、６０％冷間圧延材にあっても透磁率が０．０１以下と優れた非磁性を維持し、加工誘起変態塑性を利用しなくても良好な加工性を呈する。したがって、従来のＳＵＳ３０５等の安定オーステナイトステンレス鋼ではなし得なかった成形加工が可能で、ＳＵＳ３０４を加工した後で非磁性化するための焼鈍も省略でき、非磁性が要求される電気部品，機械部品，ケーシング等の材料として広範な分野で使用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  Ｎｉ当量Ｎｉeqが６０％冷間圧延材の透磁率に及ぼす影響を示したグラフ
【図２】  積層欠陥エネルギーの生成指数ＳＦＥと加工硬化指数ｎとの関係を示すグラフ
【図３】  （Ｃ＋Ｎ）量に応じて硬さが変わることを表したグラフ
【図１】
0003939568.tif 000004
【図２】
0003939568.tif 000005
【図３】
0003939568.tif 000006