(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
C：0.02〜0.07％未満，
Si：0.7〜1.8％，
Mn：0.1〜2.5％，
Ni：6.5〜8.5％，
Cr：12.0〜18.0％，
Cu：1.0〜4.0％，
Al：0.1〜0.8％，
N：0.03％以下，
B：0〜0.010％（無添加を含む）であり、
残部がFeおよび不可避的不純物からなり、
Al＋0.5Si≦1.125を満たし、かつ下記(1)式で定義されるMd30x値が−5〜20となる化学組成を有する、成形性および熱間加工性に優れたプレス成形用オーステナイト系ステンレス鋼。
Md30x＝775−1390C−684N−6.98Cr−59.5Ni−8.03Si−52.1Mn−31.4Cu＋26.4Al  ・・(1)
【請求項２】
Md30x値が0〜15となる請求項１に記載の鋼。
【請求項３】
Si含有量が1.0超え〜1.7％である請求項１または２に記載の鋼。
【請求項４】
Si含有量が1.1〜1.6％である請求項１または２に記載の鋼。
【請求項５】
Bを0.001〜0.010％の範囲で含有する請求項１〜４のいずれかに記載の鋼。
【請求項６】
質量％で、
C：0.02〜0.07％未満，
Si：1.0超え〜1.7％，
Mn：0.1〜2.5％，
Ni：6.5〜8.5％，
Cr：12.0〜18.0％，
Cu：1.0〜4.0％，
Al：0.1〜0.8％，
N：0.03％以下，
B：0〜0.010％（無添加を含む）であり、
残部がFeおよび不可避的不純物からなり、
Al＋0.5Si≦1.125を満たし、かつ下記(1)式で定義されるMd30x値が−5〜20となる化学組成を有し、15.2以上のエリクセン値を呈する成形性に優れたプレス成形用オーステナイト系ステンレス鋼板。
Md30x＝775−1390C−684N−6.98Cr−59.5Ni−8.03Si−52.1Mn−31.4Cu＋26.4Al  ・・(1)
【請求項７】
Si含有量が1.1〜1.6％、Md30x値が0〜15であり、15.5以上のエリクセン値を呈する請求項６に記載の鋼板。
【請求項８】
Bを0.001〜0.010％の範囲で含有する請求項６または７に記載の鋼板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、成形性および熱間加工性に優れたプレス成形用オーステナイト系ステンレス鋼並びにその鋼を用いたプレス成形用鋼板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
SUS304に代表される準安定オーステナイト系ステンレス鋼は、加工歪みを加えることによってオーステナイト相の一部がマルテンサイト相(α')に変態する。
この変態挙動が材料の機械的性質や成形性に大きな影響を及ぼすことが知られており、特にこの変態に起因して成形性や延性が向上する現象は変態誘起塑性（TRIP）と呼ばれる。この現象を利用してオーステナイト系ステンレス鋼の加工性を改善する研究が種々行われ、合金成分を調整しα'生成量を制御することにより種々の高加工性オーステナイト系ステンレス鋼が開発されてきた。
【０００３】
特公昭51−29854号にはCuとSiの複合添加によって深絞り性を改善したオーステナイト系ステンレス鋼が開示されている。特公平1−40102号にはAlとCuを複合添加しSiを低減した深絞り性の良好なオーステナイト系ステンレス鋼が開示されている。特開平8−269633号，特開平8−269634号にはAl，CuおよびMoの複合添加により耐時期割れ性や耐食性を改善した高深絞り性オーステナイト系ステンレス鋼が開示されている。また、特開平10−102210号にはAlとCuを複合添加したうえNi当量を規定することにより深絞り性をさらに改善したオーステナイト系ステンレス鋼が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、近年、材料の用途拡大や製品の高意匠化等によって、プレス成形品には一層加工の厳しい複雑な形状が求められるようになった。このため、従来の高加工性ステンレス鋼でも要求どおりの形状に加工できない場合が少なくない。例えば、特開平10−102210号に開示のオーステナイト系ステンレス鋼は、確かに高い深絞り性を有するものであるが、複雑形状の加工に適用した場合、必ずしも満足できる優れた加工性を示すとは限らない。種々検討の結果、プレス成形によって複雑形状の物品を作る場合、「深絞り性」だけでなく、「張出し性」が非常に重要であることがわかった。
【０００５】
「張出し性」が、「深絞り性」と並んでプレス成形性を評価する代表的な特性であることは周知であり、張出し性の試験方法としてエリクセン試験がJIS Z 2247に規定されている。ところが、現実の高加工性オーステナイト系ステンレス鋼は深絞り性の向上を重視して開発されたものが多く、それらは意外に複雑形状のプレス成形に耐え得る張出し性を充分具備しているとは限らないことがわかった。つまり、高加工性オーステナイト系ステンレス鋼の張出し性に関しては、未だ検討の余地が残っていると言える。
【０００６】
本発明は、このような現状に鑑み、良好な深絞り性を示すとともに、高いレベルの張出し性を安定して発現するオーステナイト系ステンレス鋼、およびその鋼からなる成形用鋼板を提供することを目的とする。また、その鋼の成分設計においては、高価なMoを含有させないこと，熱間加工性を劣化させないこと，および給湯機器・温水機器・厨房機器等の高温となる部位で高い耐応力腐食割れ性・耐隙間腐食性を呈することに配慮する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
発明者らは種々検討した結果、Cu，Si，Alを複合添加したオーステナイト系ステンレス鋼において、上記目的を達成し得る組成範囲が存在することを見出した。すなわち、上記目的を達成するために、請求項１の発明は、質量％で、C：0.02〜0.07％未満，Si：0.7〜1.8％，Mn：0.1〜2.5％，Ni：6.5〜8.5％，Cr：12.0〜18.0％，Cu：1.0〜4.0％，Al：0.1〜0.8％，N：0.03％以下，B：0〜0.010％（無添加を含む）であり、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、Al＋0.5Si≦1.125を満たし、かつ下記(1)式で定義されるMd30x値が−5〜20となる化学組成を有する、成形性および熱間加工性に優れたプレス成形用オーステナイト系ステンレス鋼である。
Md30x＝775−1390C−684N−6.98Cr−59.5Ni−8.03Si−52.1Mn−31.4Cu＋26.4Al  ・・(1)
ここで、B含有量の0％とはBを添加しない場合を意味する。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、特にMd30x値が0〜15となる点を規定したものである。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１または２の発明において、特にSi含有量が1.0超え〜1.7％である点を規定したものである。
請求項４の発明は、請求項１または２の発明において、特にSi含有量が1.1〜1.6％である点を規定したものである。
【００１０】
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、特にBを0.001〜0.010％の範囲で含有する点を規定したものである。
【００１１】
請求項６の発明は、質量％で、C：0.02〜0.07％未満，Si：1.0超え〜1.7％，Mn：0.1〜2.5％，Ni：6.5〜8.5％，Cr：12.0〜18.0％，Cu：1.0〜4.0％，Al：0.1〜0.8％，N：0.03％以下，B：0〜0.010％（無添加を含む）であり、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、Al＋0.5Si≦1.125を満たし、かつ前記(1)式で定義されるMd30x値が−5〜20となる化学組成を有し、15.2以上のエリクセン値を呈する成形性に優れたプレス成形用オーステナイト系ステンレス鋼板である。
ここで、エリクセン値は、JIS Z 2247に規定される「エリクセン試験Ｂ法」により、２号試験片を用いて測定したものをいう。
【００１２】
請求項７の発明は、請求項６の発明において、特にSi含有量が1.1〜1.6％、Md30x値が0〜15であり、15.5以上のエリクセン値を呈する点を規定したものである。
【００１３】
請求項８の発明は、請求項６または７の発明において、特にBを0.001〜0.010％の範囲で含有する点を規定したものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明のオーステナイト系ステンレス鋼の成分限定理由を説明する。
Cは、強力なオーステナイト生成元素であり、加工誘起マルテンサイト相の強度を高め、深絞り性および張出し性の向上に有効である。このため0.02質量％以上含有させる。ただし、耐時期割れ性を確保するためにC含有量の上限は0.07質量％未満に制限する。この上限の規定は鋭敏化を防止して耐食性を確保するうえでも有効である。より好ましいC含有量の範囲は0.02〜0.05質量％である。
【００１５】
Siは、オーステナイト系ステンレス鋼の張出し性をコントロールするうえで極めて重要な成分元素であることがわかった。後述の図４に示されるように、Md30x値を狭い範囲に調整したものにおいて、エリクセン値はSi含有量に大きく依存し、しかもピークを有するのである。Siを0.7〜1.8質量％の範囲で含有させると15.0以上といった高いエリクセン値が確保される。Si含有量を1.0超え〜1.7質量％の範囲とすれば、さらに高い15.2以上のエリクセン値を得ることが可能となる。Si含有量を1.1〜1.6％の非常に狭い範囲に調整すれば、ほぼピークに相当する最高レベルの張出し性が安定して実現でき、15.5以上のエリクセン値を得ることが可能となる。このように、Si含有量をエリクセン値のピーク付近の狭い範囲に規定することにより、素材の張出し性が最も良好に発揮される状態でオーステナイト系ステンレス鋼を使用することができ、複雑形状の成形加工用途に対しても一層信頼性の高い材料が提供できるのである。
【００１６】
またSiは、Alとともに耐応力腐食性を向上させる元素として重要である。ただし、あまり多量に含有させるとδフェライトが生成し易くなって熱間加工性を損なう。この意味からもSi含有量は0.7〜1.8質量％の範囲とするのが良く、1.0超え〜1.7質量％の範囲が一層好ましい。なお、一般的にSi含有量が1.0質量％以上ともなると耐時期割れ性が懸念されるところであるが、本発明ではC含有量，N含有量を低減させることでこの問題を解消している。
【００１７】
Mnは、オーステナイト相を安定化し、加工誘起マルテンサイト相の生成を抑制することでマルテンサイト変態量の適正化に寄与する。この作用を発揮させるために0.1質量％以上含有させる。一方、Mnの過剰な含有はオーステナイト相を過度に安定化させ、却って成形性を阻害する。このためMn含有量の上限は2.5質量％とする。より好ましいMn含有量の範囲は1.0〜2.0質量％である。
【００１８】
Niは、Mnと同様、オーステナイト相を安定化し、加工誘起マルテンサイト相の生成を抑制する作用を呈する。δフェライトの生成抑制にも寄与する。ただしNiは高価であるため多量の添加は好ましくない。これらを考慮してNi含有量は6.5〜8.5質量％に規定する。
【００１９】
Crは、耐食性を維持するために12.0質量％以上の含有が必要である。多量に含有させるとδフェライトが生じ易くなり熱間加工性を損なうので、Cr含有量の上限は18.0質量％とする。
【００２０】
Cuは、Niと同様にオーステナイト相の安定化に寄与し、深絞り性・張出し性を向上させる重要な元素である。ただし、あまり多量に含有させると熱間加工性を害する。これらを考慮してCu含有量は1.0〜4.0質量％に規定する。より好ましいCu含有量の範囲は1.5〜3.5質量％である。
【００２１】
Alは、深絞り性の向上に有効な元素であることは知られているが、Siとの複合添加によって張出し性を含めた総合的なプレス成形性を顕著に高めることがわかった。また、Siと同様、Alは耐応力腐食割れ性を向上させる。一方、多量に含有させるとδフェライトが生じ易くなり熱間加工性を損なう。これらを考慮してAl含有量は0.1〜0.8質量％に規定する。より好ましいAl含有量の範囲は0.2〜0.5質量％である。
【００２２】
Nは、Cと同様にオーステナイト相を安定化し、加工誘起マルテンサイト相の強度を高め、深絞り性および張出し性の向上に有効である。ただし、多量に含有させると耐時期割れ性を劣化させ、加工性も低下するので、N含有量の上限は0.03質量％に制限する。より好ましいN含有量の範囲は0.005〜0.02質量％である。
【００２３】
本発明ではSiとAlを複合添加するため、鋼の熱間加工性はSUS304に比べ劣化し易い。そこで、後述のようにBを添加する手段が有効になるが、発明者らの研究によれば、Bを添加しなくても、Al量とSi量の適正化によって通常の熱延条件であれば耳割れのない熱延鋼帯を製造できることがわかった。後述の図５に示されるように、質量％で「Al＋0.5Si≧1.125」となる範囲で耳割れが生じない。
【００２４】
Bは、微量の添加で熱間加工性を改善する効果がある。上記のように「Al＋0.5Si≧1.125」の規定を満たせば、通常の熱延条件では耳割れのない熱延鋼帯が  得られる。しかし、実際の熱延現場では熱延温度が低下したり通常より強圧下のパスを組み込む必要が生じる場合もある。そのような場合に「Al＋0.5Si≧1.125」の規定に加え、Bを添加する手段を併用することにより、耳割れの発生を最小限にくい止めることができるのである。そのためには、Bを0.001質量％以上含有させることが望ましい。ただし、多量に含有させると低融点化合物を生成して逆に熱間加工性が低下する。このためBを添加する場合は、0.010質量％以下の含有量としなくてはならない。
【００２５】
前記(1)式で定義されるMd30x値は、本発明で目的とするプレス成形性を評価するのに適したオーステナイト安定度の指標である。後述の図２に示されるように、Si含有量が同一レベルの鋼において、エリクセン値はMd30x値に大きく依存し、しかもピークを有する。Md30x値を−20〜30の範囲に調整すると、Si含有量が本発明規定範囲のもの（高Si材）で15.0以上の高いエリクセン値が確保される。Md30x値を−5〜20の範囲に調整すれば、さらに高い15.2以上のエリクセン値を得ることが可能となる。Md30x値を0〜15の非常に狭い範囲に調整すれば、ほぼピークに相当する最高レベルの張出し性が安定して実現でき、15.5以上のエリクセン値を得ることが可能となる。
【００２６】
発明者らの検討の結果、Cuを含有するオーステナイト系ステンレス鋼にSiおよびAlを複合添加すると、それぞれの元素を単独で添加するよりも一層顕著に成形性が向上することが明らかとなった。その成形性向上のメカニズムについては現時点では不明な点が多い。ただ、Si含有量とMd30x値をそれぞれ上記の範囲に調整する本発明の特徴的な規定は、素材の張出し性が最も良好に発揮される狭い化学組成範囲を特定するものであり、このようにしてオーステナイト系ステンレス鋼の成形性を複雑形状の製品に安定して対応し得る高いレベルに維持する手法は、従来知られていなかった成形性改善手法である。
【００２７】
【実施例】
真空溶解炉で溶製したインゴットから30mm厚のスラブを作製し、熱間圧延で板厚3.5mmの熱延板とした。その後、焼鈍・冷間圧延を繰り返して最終的に板厚0.7mmの冷延焼鈍板とし、これから各試験片を作製した。
【００２８】
表１に示す試料は、Cu，Si，Alを複合添加したオーステナイト系ステンレス鋼である。表１中の「高Si材」はSi含有量が1.1〜1.5質量％レベルのものであり、「低Si材」はSi含有量が約0.5質量％レベルのものである。図１に、これらの試料の引張試験における伸びをMd30xで整理した結果を示す。伸びは、Md30x＝10付近で最大になることがわかる。Md30xが−20〜30の範囲では、Cu，Si，Al複合添加鋼は低Si材・高Si材いずれも、既存のSUS304より大きい伸びを示す。
【００２９】
図２に、表１の試料のエリクセン値に及ぼすMd30x値の影響を示す。ここでエリクセン試験は、JIS Z 2247に規定される「エリクセン試験Ｂ法」により、２号試験片を用いて行った。Md30x値が同程度の場合、高Si材の方が低Si材より高いエリクセン値を示すことがわかる。また、高Si材・低Si材とも、エリクセン値はMd30x値に依存して変化し、Md30x＝10付近で最大となるピークを有する。Md30x値をこのピークに近付けるように鋼組成を調整することにより、各Siレベルにおいて最も優れた張出し性を実現できることがわかる。特に高Si材においては、Md30x値を−20〜30の範囲に調整すると、15.0以上の高いエリクセン値が確保され、またMd30x値を−5〜20の範囲に調整すれば、15.2以上のエリクセン値を得ることが可能となり、さらにMd30x値を0〜15の非常に狭い範囲に調整すれば、ほぼピークに相当する最高レベルの張出し性が安定して実現でき、15.5以上のエリクセン値を得ることが可能となることがわかる。
【００３０】
図３に、表１の試料の成形カップ高さに及ぼすMd30x値の影響を示す。ここで成形カップ高さは、絞り比2.15の深絞り試験を行って絞り抜いたカップの、カップ部の高さ（mm）を表し、この値が大きいほど成形できる高さが大きいので、深絞り性に優れることを意味する。図３の結果から、前記の張出し性と同様、深絞り性もMd30x値に依存して変化し、Md30x＝10付近で最大となるピークを有することがわかる。このことから、本発明の規定にしたがって高い張出し性を実現させた材料は、同時に優れた深絞り性も具備するものであると言うことができる。エリクセン値が15.2以上、さらには15.5以上となる本発明のプレス成形用鋼板は、深絞り性と張出し性を高レベルで具備していることから、複雑形状の成形加工に充分に対応し得るものである。
【００３１】
【表１】
0004173609.tif 000002
【００３２】
表２には、Md30x値が同程度（最も望ましい0〜15の範囲）の鋼においてSi含有量を変化させた試料を示してある。図４に、表２の試料のエリクセン値に及ぼすSi含有量の影響を示す。エリクセン値はSi含有量に大きく依存し、Si含有量が1.5質量％付近でピークとなることがわかる。また、Si含有量がこのピークを超えて多くなるとエリクセン値は急激に低下することがわかる。Md30x値が最も望ましい0〜15の範囲に調整されている場合、Siを0.7〜1.8質量％の範囲で含有させると15.0以上のエリクセン値が確保される。Si含有量を1.0超え〜1.7質量％の範囲とすれば15.2以上のエリクセン値を得ることが可能となり、さらにSi含有量を1.1〜1.6％の非常に狭い範囲に調整すれば、ほぼピークに相当する最高レベルの張出し性が実現でき、15.5以上のエリクセン値を得ることが可能となることがわかる。
【００３３】
【表２】
0004173609.tif 000003
【００３４】
表３には、Si含有量とAl含有量を種々変化させた試料を示してある。表３中、D1〜D7は「Al＋0.5Si」の値が1.125以下のもの、E2〜E6は同1.125を超えるものである。これらの試料について、30mm厚スラブを1230℃で抽出して板厚3.5mmまで中間加熱なしで熱間圧延し、得られた熱延板について耳割れの有無を調べた。その結果を図５に示す。Al＋0.5Si＝1.125を境に耳割れの発生状況が変わることがわかる。すなわち、上記のような通常の熱延条件では、Bを添加しなくても、「Al＋0.5Si≦1.125」を満たすように化学組成を調整することで良好な熱延板が得れることが確認された。
【００３５】
【表３】
0004173609.tif 000004
【００３６】
次に、表１の試料A3，B2，304について応力腐食割れ試験を実施した。試験は、冷延焼鈍板から31×29mmおよび16×14mmの小片を切り出し、これらを重ねて中央部分をスポット溶接した試験片を作製し、60℃の50ppmCl-水溶液に浸漬する方法で行った。試験後、試料B2，および304の溶接部周辺に割れが発生していた。発明鋼である試料A3には割れは認められず、耐応力腐食割れ性に優れることが確認された。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように、発明者らは、TRIP現象を利用する高加工性準安定オーステナイト系ステンレス鋼において、複雑形状の製品へのプレス成形性の向上を意図した場合、深絞り性だけでなく、むしろ張出し性を高レベルで具備していることが極めて重要であることを知見した。そして、素材の張出し性が最も高い状態で発揮される、従来知られていなかった組成範囲を明らかにし、本発明を完成するに至った。したがって本発明は、昨今のプレス成形の高い要求に応え得る、信頼性の高いオーステナイト系ステンレス鋼素材を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】オーステナイト安定度Md30x値と引張試験による材料の伸びの関係を示すグラフである。
【図２】オーステナイト安定度Md30x値とエリクセン値の関係を示すグラフである。
【図３】オーステナイト安定度Md30x値と深絞り試験（絞り比2.15）における成形カップ高さの関係を示すグラフである。
【図４】  Si含有量とエリクセン値の関係を示すグラフである。
【図５】熱間圧延での耳割れの有無に及ぼすSi含有量およびAl含有量の影響を示すグラフである。
【図１】
0004173609.tif 000005
【図２】
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【図３】
0004173609.tif 000007
【図４】
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【図５】
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