(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱延鋼帯を焼なましおよび脱スケールして圧延素材とし、2パス以上の圧延加工にて全圧下率Ｒ（％）が15〜85％の冷間圧延を施して、下記▲１▼式に示すＴ（℃）の温度範囲での加熱処理をおこなった後、脱スケールすることを特徴とするマルテンサイト系ステンレス鋼帯の製造方法。
275＋75ln(Ｒ＋100)≦Ｔ≦1040−60ln(Ｒ＋100)    ・・・・    ▲１▼
【請求項２】
冷間圧延後の上記▲１▼式の温度範囲での加熱処理は、露点が−35℃以下の非酸化性雰囲気中で実施し、その後の脱スケールはおこなわないことを特徴とする、請求項１に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼帯の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、二輪車のディスクブレーキロータなど、打ち抜き後焼入れし、研削、研磨して用いられる製品に使用されるマルテンサイト系ステンレス鋼帯の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＳＵＳ４０３、ＳＵＳ４１０、ＳＵＳ４２０などのマルテンサイト系ステンレス鋼は、焼入れにより著しく硬くなり、しかもすぐれた耐食性を有することから、刃物、工具、金尺などに使用されてきた。最近では、その高い強度と耐摩耗性、および耐食性の点から二輪車のブレーキ用ディスクなどの需要が増加してきている。
【０００３】
これらはいずれも鋼帯から所要形状に打ち抜かれた後、焼入れをおこなって硬くし、面精度にすぐれた高寸法精度部品とするため、研削および研磨して製造される。このとき、打ち抜き時のだれやかえりが大きければ、これらをなくすために、より多く研削する必要が生じてくる。研削量が増すと、所要寸法が得られなくなるばかりでなく、研磨などの作業工数の増大を招く結果となる。
【０００４】
打ち抜きの際のだれおよびかえりを低減するには、打ち抜き金型のダイとパンチの間のクリアランスを小さくするのが有効であることは知られている。しかし、剪断面の形態や工具摩耗の点からこれには限界があり、限界までクリアランスを小さくしても、だれやかえりを完全になくすことはできない。また、連続して多数回の打ち抜きをおこなうと、金型の摩耗によりだれやかえりが増してくる。これには、金型の交換頻度を増せばよいが、金型費用の増加や生産効率低下をきたし、製造コストを増加させる。
【０００５】
だれおよびかえりは、打ち抜き加工方法の改善からは十分な抑制が困難であるため、用いる鋼帯の硬さを変え、これを低減する方法が提案されている。打ち抜きなど加工に供される焼なまし状態のマルテンサイト系ステンレス鋼帯は、通常、硬さが140〜200HV程度である。このように柔らかいことが、打ち抜きのかえりやだれを増すことから、特開平10-259458号公報には、ビッカース硬さを焼なまし状態に対し20〜40％増加させる必要があるとし、この硬さを得るために、5〜15％の冷間圧延を実施する発明が開示されている。
【０００６】
このように、冷間加工を加えれば、硬さが増してだれが小さくなり、延性が劣化するのでかえりの減少に効果があると考えられる。しかしながらこの方法は、硬さ上昇を打ち抜きが容易におこなえる範囲内にとどめる必要があるので、加工率は大きくできず、しかも硬さ制御のためにその加工率を狭い範囲に管理することから、いくつかの問題がある。
【０００７】
すなわち、熱延後焼なました素材を用いる場合、脱スケールのためのショットブラストやスケールに起因する疵が、15％以下の低い圧延加工率では十分除去されず、表面の品質が低下しやすい。その上、熱延素材に対する圧延加工率が低ければ、板幅全体にわたる板厚精度が十分に得られないおそれがある。そして、冷間圧延の加工度が限定されるので、素材が熱延後の焼なまし材であれば、製品板厚に応じ熱間圧延にて板厚を種々作り分けしなければならず、これは多品種少量生産には適用困難である。とくに製品の板厚が薄くなると、低い加工率の冷間圧延で目標の板厚を得ようとすれば、薄い素材が必要となる。また、熱間圧延では十分薄い素材は圧延できないので、熱延鋼帯を冷間圧延して所要厚さとし、これをさらに焼なまして脱スケールし素材とする工程が必要となり、コストを増加させる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、打ち抜き加工後によるだれやかえりの少ない、打ち抜き性にすぐれ、板厚精度の良好なマルテンサイト系ステンレス鋼帯の合理的な製造方法の提供にある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、打ち抜き時のだれおよびかえりが少なく、金型寿命すなわち金型を再研磨するまでの打ち抜き回数を増すことのできる、マルテンサイト系ステンレス鋼帯について種々検討をおこなった。
【００１０】
軽度の圧延により硬さを増加させる方法は、上記の打ち抜き性向上に有効であることは確認できたが、前述のようにいくつかの問題がある。そこで熱間圧延し焼なました素材を用いて必要とする板厚にまで冷間圧延し、その後の軟化を目的とする加熱において、加熱温度を低めに管理することにより通常の完全な焼なまし材よりも硬くすることを試みた。
【００１１】
この方法で、十分に焼なました場合よりも硬さをやや高くすることにより、だれおよびかえりの少ない打ち抜きができ、その上、金型の手入れ寿命の延長が可能になることがわかった。しかしながら、冷間加工の圧下率の大小やわずかな温度の違いにより、加熱処理後の硬さは大きくばらつき、安定性に欠ける。そこで、この冷間加工後の加熱処理による硬さを制御し、打ち抜きによるだれやかえりの発生を、安定して低減させる条件についてさらに検討をおこなった。
【００１２】
冷間圧延の圧下率は、熱間圧延の板厚が限定されることから、必要とされる製品の厚さにより様々な値が選ばれる。一般に鋼は冷間圧延の圧下率が大きくなるほど、加熱したときの軟化温度が低下する傾向がある。このような観点から、冷間圧延の圧延開始から軟化加熱するまでの合計の圧下率すなわち全圧下率が変わったときの、最適加熱温度条件について調査した。その結果、全圧下率と好ましい加熱温度範囲との関係を明らかにすることができたのである。
【００１３】
全圧下率が増加すると、だれ、およびかえりの発生が少ない範囲での、軟化のための加熱上限温度は低下してくる。ところが、打ち抜きの剪断抵抗が大きくなくて、金型寿命を長くするのに必要な軟化を得るための加熱の下限温度は、全圧下率が増加すると上昇する傾向が見いだされた。
【００１４】
一般に、圧延など冷間加工の加工度が増すと、歪みエネルギの蓄積が増し、より低い温度でも容易に歪みの解放、すなわち焼なましの加熱における軟化や再結晶が容易に進行するので、加熱上限温度は低下する傾向にあると推測される。軟化が不十分で剪断抵抗が大きくなる下限の加熱温度が、圧下率増加とともに高くなる理由はよくわからないが、圧下率増加による硬さの上昇と、上述の加熱による歪みの解放とのバランスからこのような傾向になったものと思われる。
【００１５】
加熱処理を大気中でおこなうと、表面に数十nm〜数μm程度の酸化皮膜が生成する。この酸化被膜は、ステンレス鋼としての耐食性を悪くし錆発生の原因となるので、酸洗や電解酸洗などにより除去することが好ましい。これに対し、露点を低くした不活性雰囲気中で加熱する、いわゆる光輝焼鈍の方法により加熱処理をおこなうと、酸化皮膜の生成が抑制され、上記の酸化皮膜除去が不必要となる。酸洗などの酸化皮膜除去処理は、鋼板表面の粗さを増加させるが、このような光輝焼鈍を適用すれば、より平滑な表面とすることができる。
【００１６】
この雰囲気を管理し酸化を抑制した加熱処理を施した鋼帯について、打ち抜き後焼入れをおこなった結果、焼入れの際の加熱における酸化スケールの生成が、酸化皮膜を酸洗除去した場合よりもはるかに少ないことが見出された。このように、光輝焼鈍したままの方が、酸洗により酸化皮膜を除去した場合よりも、その後の焼入れ加熱にて酸化スケールの生成が抑制される理由はよくわからないが、低露点下の加熱にて、とくにＣｒなどが選択的に酸化されて緻密な被膜を形成し、これがその後の加熱時の酸化を抑止しているのではないかと思われる。
【００１７】
この場合、加熱処理時の雰囲気の露点をとくに低下させなければ、その効果は十分発揮されない。そして、焼入れ時の酸化スケールの発生が少なくなれば、その後の研削にかかる工数を大きく低減することができる。
【００１８】
以上のような検討結果に基づき、さらに限界条件を明らかにして発明を完成させた。本発明の要旨は次のとおりである。
【００１９】
(1) 熱延鋼帯を、焼なましおよび脱スケールして圧延素材とし、2パス以上の圧延加工にて全圧下率Ｒ（％）が15〜85％の冷間圧延を施して、下記▲１▼式に示すＴ（℃）の温度範囲での加熱処理をおこなった後、脱スケールすることを特徴とするマルテンサイト系ステンレス鋼帯の製造方法。
275＋75ln(Ｒ＋100)≦Ｔ≦1040−60ln(Ｒ＋100)    ・・・・     ▲１▼
【００２０】
(2) 冷間圧延後の上記▲１▼式の温度範囲での加熱処理は、露点が−35℃以下の非酸化性雰囲気中で実施し、その後の脱スケールはおこなわないことを特徴とする、上記(1)のマルテンサイト系ステンレス鋼帯の製造方法。
【００２１】
なお、全圧下率Ｒは、焼なましされた圧延素材の板厚をｔ０、圧延加工終了後の板厚をｔＲとするとき
Ｒ＝｛（ｔ０−ｔＲ）／ｔ０｝×100      ・・・・・・・     ▲２▼
である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の方法にて対象とするのは、ＳＵＳ４０３，ＳＵＳ４１０、ＳＵＳ４２０等のマルテンサイト系のステンレス鋼帯またはそれらの改良鋼帯である。
【００２３】
これらのマルテンサイト系ステンレス鋼の化学組成としては、質量％にてＣ：0.01〜0.35％、Ｓｉ：0.2〜1.0％、Ｍｎ：0.2〜1.5％、Ｐ：0.04％以下、Ｓ：0.03％以下、Ｃｒ：11.0〜17.0％、Ｎｉ：2.0％以下、Ｎ：0.04％以下であることが好ましい。
【００２４】
Ｃは焼入れ後の硬さを確保するために、0.01％以上とするのが望ましいが、0.35％を超える含有は、焼入れ後に残留オーステナイトを生じるおそれがあり、硬さ不足や形状不良の原因となるので好ましくない。Ｓｉは溶製時の脱酸剤として0.2％以上の含有が好ましいが、多すぎて1.0％を超えると、焼なまし後も硬くて圧延を困難にする。Ｍｎは熱間加工の脆性抑止のため0.2％以上の含有が好ましいが、多すぎると耐食性を悪くするので、1.5％以下とするのがよい。Ｐは耐食性に有害であり、鋼を脆化させるので、0.04％以下とするとよい。Ｓも耐食性を悪くし、熱間加工性を劣化させるので、0.03％以下がよい。Ｃｒはステンレス鋼の耐食性確保のための基本的な含有元素であり、そのためには少なくとも11.0％以上の含有が望ましい。しかし含有量を増すと焼入れ性が低下するので上限を17％までとするのがよい。Ｎｉは靱性向上に効果があるが、残留オーステナイトを生じさせる傾向があるので、2.0％以下とするのが望ましい。Ｎは不純物として混入してくる元素であるが、少量でオーステナイトを残留させる傾向があるので、0.04％以下とするのが好ましい。
【００２５】
熱間圧延後のマルテンサイト系ステンレス鋼帯は、通常、マルテンサイト組織を含んでいるため硬く、そのままでは冷間圧延をおこなうのは困難なので、焼なましをおこない、その後に脱スケールして冷間圧延に供する。
【００２６】
冷間圧延は2パス以上の圧延加工とし、その際の全圧下率を15〜85％とする。2パス以上とするのは、1パスの圧延では十分な圧下率が得られず、とくに薄くなると目的とする厚さに加工できないこともあるからである。しかしそれよりも、板厚精度を向上させ、かつ良好な形状の鋼帯に圧延するための、圧延機付属の板厚制御システムや形状制御システムを効果的に活用するには、２パス以上の圧延が必要である。
【００２７】
焼なましされた素材を圧延し、次に軟化のために加熱処理するまでの総加工量、すなわち全圧下率は15〜85％とする。15％以上とするのは、これを下回る圧下率では板厚や形状の制御が十分おこなえず、その後の加熱による軟化で安定した金属組織が得られないからである。また85％を超える圧下率では、加工硬化が進行し、パス回数を増しても板厚を減少させる圧延が困難になる。好ましい全圧下率は30〜70％である。
【００２８】
冷間圧延後の加熱温度Ｔ（℃）は、全圧下率Ｒ（％）に基づき下記▲１▼式の範囲とする。
【００２９】
275＋75ln(Ｒ＋100)≦Ｔ≦1040−60ln(Ｒ＋100)    ・・・・     ▲１▼
この式は、例えば次のようにして求められる。
【００３０】
ＳＵＳ４１０Ｓに相当する鋼により、種々異なる厚さに熱間圧延し、焼なまし後酸洗した。これらの鋼帯にて、15〜80％の冷間圧延をおこない、厚さ1.0mmまたは2.0mmの厚さにした。これら圧延後の鋼帯より試験片を切り出し、試験炉で625〜755℃の温度範囲にて、３分間保持する加熱処理を施した。処理後の鋼板から直径20mmの円板をクリアランスは板厚の20％一定として打ち抜き、その際の打ち抜き荷重による剪断抵抗の測定と、打ち抜かれた円板によるだれおよびかえりの測定とをおこなった。
【００３１】
だれおよびかえりについては、円板の中心を通る垂直断面にて、光学顕微鏡観察により、両剪断部におけるだれ量Δｄおよびかえり量Δｋを図１に示すように測定した。このとき、いずれも２ヶ所の測定値の大きい方の値を用い、板厚をｔとすると、下式にてだれ、またはかえり比率を求めた。
【００３２】
だれ、またはかえり比率（％）＝（Δｄ、またはΔｋ）×100／ｔ
冷間圧延の全圧下率を横軸に、焼きなましの加熱温度を縦軸にとり、上記試験による結果に関して、試験結果を区分して記載すると、図２に示す結果が得られた。ここで、上記の打ち抜き試験では、完全焼鈍材の打ち抜き剪断抵抗と比較し、剪断抵抗が1.1倍を超える場合を×印として示した。一般に剪断抵抗は約500MPaを超えると、打ち抜きの際の型寿命が大きく低減する傾向があるので、この値を超えないことが望ましい。だれ比率とかえり比率とは、いずれの値も大きくなると焼入れ後の研削量が増してくることから、これら２つの比率の合計が5％を超える場合を●印、これらの合計が小さくかつ剪断抵抗が低い場合を○印として示している。
【００３３】
この図から、好ましい結果をもたらす○印の得られる範囲を区分してみると、全冷間圧下率Ｒ（％）に対する加熱温度の範囲Ｔ（℃）は、▲１▼式の形で整理できることがわかった。さらに組成の異なる鋼や完全に焼きなまされた時の硬さの異なる鋼についても調査した結果、全圧下率が決まればこの式により加熱温度を管理すると、だれやかえりが小さく、打ち抜き型寿命の長い鋼帯となることが確認された。
【００３４】
加熱の時間は、連続処理ラインにて最高加熱温度が上記温度範囲に到達することができれば、特には規制しなくても同様な結果が得られる。ただし、10分を超える加熱時間は、軟化が進行しすぎてしまうことがあり、望ましいのは３分間以内の加熱である。
【００３５】
加熱処理は、大気中でおこなう場合、表面に酸化皮膜が形成されるので、製品として出荷される前に除去しておく必要がある。この酸化皮膜の除去は、通常ステンレス鋼帯の酸洗に適用されている硫酸浸漬や弗酸と硝酸の混合液浸漬、あるいは電解酸洗によっておこなえばよい。
【００３６】
光輝焼鈍設備などを用いて、低露点の不活性雰囲気中で加熱処理をおこなえば、処理後の酸化皮膜除去を省略できる。この場合、雰囲気ガスをヘリウムやアルゴンとしてもよいが、実用的には経済性の点から水素ガスや窒素ガスあるいは窒素および水素の混合ガスを用い、いずれの雰囲気ガスでも加熱時の露点は−35℃以下とする。
【００３７】
このような雰囲気ガス中で加熱処理をおこなうと、打ち抜き後の焼入れ処理の際に、酸化スケールの発生を抑止する効果が得られる。しかしながら、加熱時の露点が−35℃を超えて高くなると、加熱処理後に酸化皮膜を除去する必要が生じるばかりでなく、焼入れの際の酸化スケール抑止効果がなくなってしまう。
【００３８】
【実施例】
〔実施例１〕
表１に示すＳＵＳ４０３またはＳＵＳ４１０Ｓに相当する組成の、２種のマルテンサイト系ステンレス鋼を溶製した。これらの鋼のスラブを熱間圧延して、幅1050mm、厚さ2.3〜6.0mmの熱延鋼帯とした。熱延鋼帯コイルは780℃にて10時間の焼なましをおこなった後、1.8％ＨＦ−8.5ＨＮＯ３の水溶液に浸漬して表面のスケールを除去し、冷間圧延した。
【００３９】
【表１】
0003819255.tif 000002
【００４０】
冷間圧延後の鋼帯について、JIS-Z-2355の「超音波パルス反射法による厚さ測定方法」にしたがい、鋼帯の先端部、中央部および後端部の３ヶ所で、幅方向にエッジから25mm、75mm、200mm、300mm、400mmおよび中央（525mm）の位置にて厚さを測定し、板厚精度（％）を下記のようにして求めた。
（板厚の最大値−狙い板厚）×100／狙い板厚  または
（狙い板厚−板厚の最大値）×100／狙い板厚  のいずれか大きい方
【００４１】
表２に熱延鋼帯の板厚、冷延鋼帯の狙い板厚、冷間圧延のパス回数、全圧下率および板厚精度を示す。これから明らかなように、冷間圧延のパス回数が１回の鋼帯Ａ、および全圧下率が15％を下回る鋼帯Ｈは、いずれも板厚精度がよくないことがわかる。
【００４２】
【表２】
0003819255.tif 000003
【００４３】
〔実施例２〕
実施例１で作製した熱延鋼帯を焼なまし後酸化皮膜を除去して、2〜10回のパスにて1.0〜3.0mmの厚さの冷間圧延鋼帯とし、開放型の連続焼鈍酸洗ラインまたは光輝焼鈍ラインを通して加熱処理をおこなった。酸洗は、480℃のＮａＯＨを主成分とするアルカリ溶融塩に浸漬後、2.0％ＨＦ−12％ＨＮＯ３の混酸に浸漬した。光輝焼鈍ラインでの加熱時の雰囲気は、80％水素の残部窒素で、露点は−37℃であった。これらの製造条件をまとめて表３に示す。
【００４４】
得られた鋼帯から、直径20mmの円板をクリアランスが板厚の20％一定として打ち抜き、その際の剪断抵抗を計測した。得られた円板は中心を通る垂直断面を研磨して、光学顕微鏡観察により２ヶ所以上の剪断部にて、図１に示すだれ量Δｄおよびかえり量Δｋを測定し、いずれも測定値の最大の値を用いて、だれ率またはかえり率を求めた。また、得られた鋼帯は、表面粗さを測定し、950℃にて10分加熱後焼き入れたときの酸化増量も測定した。これらの結果を合わせて表３に示す。
【００４５】
【表３】
0003819255.tif 000004
【００４６】
試番１〜７は、ＳＵＳ４１０Ｓ鋼を用いているが、加熱処理温度が本発明で規制する▲１▼式の範囲を下回る試番４の鋼帯は、他の試番の場合より打ち抜き剪断抵抗が高く、打ち抜き工具寿命が相対的に短くなる。また、ＳＵＳ４０３鋼による試番８〜１２の中で、試番８は加熱処理温度が▲１▼式の範囲を上回っており、だれおよびかえりが他よりも大きい結果をしめしている。加熱処理温度を▲１▼式で規制する範囲とすると、打ち抜き剪断抵抗が低く、かつだれおよびかえりの小さい鋼帯の得られることがわかる。
【００４７】
加熱処理を露点が−37℃の水素＋窒素雰囲気とした試番６および１１は、焼鈍後酸洗した他の試番の鋼帯に比し、表面の荒れが少なく、焼入れ時の酸化増量が少ない。このように雰囲気を管理した加熱処理は、焼入れ後の研削の工数低減に有効である。
【００４８】
【発明の効果】
本発明の方法は、打ち抜き後、焼き入れして研削および研磨される、マルテンサイト系ステンレス鋼帯に適用することにより、打ち抜き加工におけるだれやかえりが少なく、剪断抵抗の低い、打ち抜き性にすぐれた板厚精度の良好な鋼帯を合理的に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】打ち抜きの剪断部における、だれ量Δｄおよびかえり量Δｋを説明する図である。
【図２】冷間圧延の全圧下率と、打ち抜きにおけるだれおよびかえりが小さく剪断抵抗が小さい結果をもたらす、その鋼帯の好ましい加熱温度範囲との関係を示す図である。
【図１】
0003819255.tif 000005
【図２】
0003819255.tif 000006