JPH0261540B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

技術分野 本発明は、高い強度および高くて均一な引張り
伸びの組み合わせをもつ加工硬化性の実質的にオ
ーステナイト系であるステンレス鋼に関する。よ
り詳しくは、本発明は比較的少量のクロームとニ
ツケルを有し、かつ比較的広い冷間圧下範囲にわ
たつて冷間加工で得られる所望の性質を有する
Cr−Mn−Mi系の実質的にオーステナイト系であ
るステンレス鋼に関する。 発明の背景 自動車シートベルトの留め金、ホースつかみ、
ばねなどの製造のような用途においては、くびれ
を起さずに容易に伸びる均一な伸び特性を有する
オーステナイト系ステンレス鋼を使用することが
望まれている。さらにこの種の実質的にオーステ
ナイト系であるステンレス鋼としては、冷間圧
延、成形あるいは他の冷間加工されることがで
き、それによつて非常に高い引張り強さの水準に
まで硬化され得ることが望まれる。またこのよう
なステンレス鋼として、製造を容易にするため
に、出来るだけ広い冷間加工量範囲での冷間圧延
あるいは成形の後に、高い強度と高い均一な引張
り伸びとの組み合わせを示すものであることも望
まれる。 ニツケルとクロームの周期的な不足と高い価格
の点から、従来用いられている合金よりもニツケ
ルおよびクロームの必要量が少ないこの種の合金
が提供されることが望まれている。特にAISI鋼
種304、301および201のステンレス鋼がこの種の
用途に用いられ、この目的のために3.5％または
それ以上のニツケルおよび16％またはそれ以上の
クロームを必要としている。また鋼種201は5.5な
いし7.5％の範囲のマンガンをも必要としている。 発明の目的 従つて、本発明の目的は冷間加工を行なつた状
態で均一に伸びる性質を有し、同時にこの目的の
ために用いられる従来の合金よりも低い量のニツ
ケルやクロームを要する加工硬化性の実質的にオ
ーステナイト系であるステンレス鋼を提供するこ
とにある。 また冷間加工した状態で用いられて耐食性、高
強度および高い残留伸びの組み合わせをもち、構
造的な用途におけるAISI鋼種201、301および304
と都合よく代替される合金を提供することを目的
としている。 本合金はまた、低価格の方法でつくられるもの
でなければならない。 発明の要約 本発明によれば、加工硬化性の実質的にオース
テナイト系であるステンレス鋼は必須成分とし
て、重量％で、0.08以下の炭素、0.25以下の窒
素、12ないし15のクローム、6.5ないし8.5のマン
ガン、約２以上3.5未満のニツケル、マンガンと
ニツケルの合計が少なくとも９％で残部が鉄から
なるものとして提供される。この鋼は冷間加工に
先立ち、15％よりは少ない強強磁性相を有し、そ
の残の組織が必須的にオーステナイトであり、そ
の制御された量がマルテンサイトに機械的に変態
される冷間加工後に強度を増加させるものである
こと、および25％までの厚さ減少に相当する冷間
加工の後、標点距離２インチで引張り試験を行つ
た場合に得られる、少なくとも８％の伸びに相当
する延性をもつことによつて特徴づけられてい
る。 また加工硬化性の実質的にオーステナイトであ
るステンレス鋼製品を製造する方法が提供される
が、この方法は合金を溶融すること、合金を加工
し得る形に鋳造すること、最終寸法形状にする際
に25％までの厚さ減少率に相当する量まで冷間加
工し得る形になるまで合金を熱間加工すること、
そして合金を冷間加工することからなるものであ
る。 推奨される態様の詳細な説明 おおざつぱに言つて、本発明の実施における実
質的にオーステナイトであるステンレス鋼は必須
成分として、重量で0.08％以下の炭素、0.25％以
下の窒素、12ないし15％のクローム、6.5ないし
8.5％のマンガン、２以上3.5％未満のニツケル、
マンガンとニツケルの計が少なくとも９％で残部
が鉄からなるものである。 本発明の上記組成限度内の鋼を冷間加工する
と、オーステナイト組織の変形およびオーステナ
イトからマルテンサイトへの変態の双方によつて
強度が増大する。この加工硬化は、主として酸
素、窒素、クローム、マンガンおよびニツケルと
いうオーステナイト形成元素、フエライト形成元
素およびオーステナイト安定化元素を上記範囲内
の水準に保持することによつて制御される。これ
らの手段によつて、本発明の合金は鋳造および熱
間処理をした両状態のもとで15％以下の強磁性相
フエライトおよび／またはマルテンサイトを有
し、冷間変形でのマルテンサイト変態が伴なう著
しい強化があり、そして25％までの厚さ減少率に
相当する量の冷間加工を行なつた後２インチゲー
ジ長さでの伸びが少なくとも８％の残留延性を保
持する能力を有することを特徴としているもので
ある。合金は冷間加工前に少なくとも２％そして
２ないし15％の範囲の強磁性相を有していること
が好ましい。また冷間加工後の合金が25％の硬化
処理をした状態のAISI鋼種の140Ksi（965Mpa）
よりは少なくとも大きい高引張り強さをもつてい
ることが好ましく、さらに好ましいのは少なくと
も170Ksi（1172Mpa）をもつていることである。
合金の延性は冷間加工後、２インチゲージ長さで
の伸びで少なくとも８％好ましくは10％である。
このような冷間加工は25％までの厚さ減少率、好
ましくは10ないし25％の厚さ減少率に相当する量
のものである。さらに本合金は自動車シートベル
ト留め金のような構造的用途に適した全体的な耐
食性を有するという特徴をもつている。 本発明によつて得られる諸性質は16ないし18％
のクローム、5.5ないし7.5％のマンガンおよび3.5
ないし5.5％の範囲内のニツケルを必要とする
AISI鋼種201に類似している。 本願の発明は、鋳放しの状態および熱間処理さ
れた状態において、15％以下の強磁性相（フエラ
イトとマルテンサイト）を含む加工硬化性オース
テナイト系ステンレス鋼を生成させるのに充分な
量の範囲において、CrとNiとMnの成分上のバラ
ンスを必要とするものである。 この鋼は、焼鈍せずに有効な伸びを維持しなが
ら、25％までの厚さの減少に相当する広範囲の冷
間加工によつて加工硬化し、高強度を発揮する。
このために、本発明の合金では、クロームは12な
いし15％の範囲内にあり、好ましくは12ないし
13.5％の範囲内にある。クロームは、フエライト
を促進し、かつオーステナイトを安定化する元素
であり、合金の全体的な耐酸化性および総体的な
耐食性に役立つと共に必要な加工硬化性を助長さ
せるには上記規定範囲内に制御されなければなら
ない。 本発明合金中のマンガンは6.5ないし8.5％の範
囲にある。本発明合金を連続鋳造するにはマンガ
ンは溶融状態で合金の流動性を増加させるもので
あるから、マンガンの実質的な上限を8.25％とす
ることができる。好ましくはマンガンは少なくと
も7.0％でさらに好ましくは少なくとも7.35％で
ある。マンガンは強力なオーステナイト形成元素
で弱いオーステナイト安定化元素であつて、加工
硬化能力を助長するには前記の範囲内に制御しな
ければならない。 ニツケルは２％以上3.5％未満の範囲内にある。
ニツケルは強力なオーステナイト形成元素で、か
つオーステナイト安定化元素であり、本発明合金
のオーステナイト組織の量と安定性を制御するに
は前記範囲内に制御されなければならない。それ
によつて所望する加工硬化性および均一伸び性に
必要な制御されたマルテンサイト相の形成が促進
される。好ましくは組成範囲内でマンガン成分が
低い場合にはニツケルを2.5から3.5％の範囲と
し、マンガンが本発明合金のバランス上必要とさ
れるよりも高い場合にはニツケルを２％という低
いものにすることができる。 本発明の合金は、冷間加工のあとに増大した強
度と良好な残留延性が斉らされるように、制御さ
れた量の強磁性相と制御されたオーステナイト安
定度が提供され組み合わされて組織がバランスさ
れているという特徴を有している。 上述の強磁性相とオーステナイト相の間のバラ
ンスを達成するために、MnとNiの合計を少なく
とも９％とする。９％以下では合金は冷間加工状
態では強磁性相15％以上となつてしまい、伸びが
不充分な値となる。これに対して、MnとNiの合
計量が９％以上では、熱間処理された状態および
インゴツト鋳造された状態において、15％以下の
強磁性相をもつ鋼において厚さの減少が10〜25％
に相当する冷間加工を施した後に該鋼は965Mpa
（140Ksi）以上の高い強度と８％以上（標点距離
２インチ）の伸びを示した。 本発明の限定範囲内に保持される炭素と窒素に
関しクローム、マンガンおよびニツケルの量は適
当な関係になつていなければならない。ニツケル
が本発明の範囲内にあるとき、クロームが13％と
低い場合にはマンガンはさらに低くする必要があ
る。クローム量が増す場合にはマンガンをより高
くする必要がある。たとえばニツケルが２〜3.5
％の範囲にあるとき、12.5％Crでは少なくとも７
％Mnが必要であり、一方16.0％Crでは少なくと
も8.0％Mnが必要である。さらに、ニツケルが２
ないし2.5％の範囲内にあるとき、必要な組織バ
ランスに寄与させるにはマンガンは7.35％よりも
多い量とする。2.5ないし3.5％未満の範囲内にあ
るニツケルを有する本発明の合金はマンガンが
6.4％という低い量で存在するときに所望の組織
バランスをつくることができる。マンガンとニツ
ケルのバランスはマンガンとニツケルの量が少な
くとも9.0％好ましくは少なくとも9.5％になるよ
うに制御されるべきであることが見出された。 炭素と窒素の最大含有量は、いくつかの理由に
よつて限定される。炭素と窒素のいずれもこのオ
ーステナイト鋼においては、オーステナイト形成
元素となつている。炭素及び／又は窒素の含有量
が過剰になると、鋼の溶接熱影響部分における粒
間腐食に悪影響を及ぼす。又、窒素が0.25％以上
になると、鋼の強度は増加する傾向がある。一
方、炭素の含有量が多すぎると強磁性の相と相と
の間のバランス及びオーステナイトの安定性に悪
影響を及ぼす。 窒素は、本発明の範囲内にあるクローム、マン
ガンおよびニツケルと共に、合金の所望の組織バ
ランスを得、好適な成形性を示させるためには、
0.05％以上でよいが0.25％を越えてはならない。
さらに、スラブやインゴツト鋳造のような連続鋳
造に用いられる合金は含まれる窒素を0.17％未満
とし表面欠陥を最小にしなければならない。また
連続鋳造の場合は0.07以上0.17％未満の範囲とし
てもよい。 実施例 本発明をよりよく理解するために、多くの合金
を誘導真空炉内で溶融し、17ポンド（7.7Kg）の
インゴツトに鋳造するという通常の方法でつくつ
た。インゴツトは本発明に従い0.200インチ
（5.08mm）のゲージに熱間圧延された。熱間圧延
された材料は中間焼鈍をすることなく冷間圧延減
少率10、15、20あるいは25％が得られるように
0.180、0.170、0.160あるいは0.150インチ（それ
ぞれ4.57、4.32、4.06あるいは3.81mm）の標準寸
法に冷間圧延した。 第１表および第２表は一連のステンレス鋼の試
料を含み、本発明の重要な組成範囲を示したもの
である。第１表はAISI鋼種201の試料と同一であ
る。試料についてその組成に加えて第２表では、
通常の試験で測定された試料の耐力、引張り強
さ、硬さ及び伸びを報告している。第２表はま
た、各試料について存在する強磁性相（フエライ
トおよび／またはマルテンサイト）の割合を示し
ており、それらは鋳放しインゴツトおよび熱間圧
延した帯板の両状態の各試料について通常の較正
磁気吸着法（calibratedmagnetic attraction
techniques）によつて測定したものである。 第１表は鋼種201合金の強度と伸び特性を示し
ている。1/4硬質状態（９％縮小）では201合金は
140Ksi（965Mpa）の引張り強さ、91Ksi
（627Mpa）の0.2％耐力および２インチゲージ長
さでの36％の延びを有している。

【表】

【表】

【表】 第２表にみられるように、鋳造および熱間圧延
の後多量の熱安定性のオーステナイトを存在せし
めるには0.04％炭素および0.10％の窒素と共に少
なくとも２％のニツケルを必要とする。特に、試
料RV9094及びRV9095はニツケルが２％よりも
少なく第２表にみられるようにそれらは鋳放しイ
ンゴツトおよび熱間圧延した帯板の両状態で多量
のフエライトおよび／またはマルテンサイトの存
在を示していた。試料RV9107A、ＢおよびＣに
おけるクローム13.5％クラスの合金からみられる
ように、たとえニツケルが2.13％の量で存在して
も、窒素が0.10％でマンガンが7.11から7.42％に
増加するにつれて、オーステナイトの熱的および
機械的安定性は増加する。一般に本発明では合金
のニツケル成分が3.5％より少なく２％までの範
囲内で減少するとマンガンを増加させてニツケル
とマンガンの合計量が9.0％より多くなるように
そして好ましくは9.5％より多く、好ましくは窒
素の増加と一諸に増加させるようにしなければな
らない。 試料RV9104A、ＢおよびＣは12.5％Cr−7.0％
Mnクラスの合金を示しており、Ni成分を1.56か
ら1.97％まで増加させてある。ニツケルを増加さ
せることは、鋳放しインゴツトと熱間圧延したも
のとの両状態で強磁性相の割合を減少させること
により合金の安定性を増加させる。ニツケルの増
加はまた引張り強さ、耐力あるいは硬さに何の有
害効果なしに伸び率を増加させる一般的傾向を示
している。これらの試料はすべて本発明の必要と
する強度については満しているが強磁性相が15％
より少ないものはない。10％の冷間減少率状態に
ある試料RV9104Cのみが1.97％NiおよびMnとNi
の合計が8.94％で少なくとも８％の伸び（２イン
チゲージ）をもつている。 試料RV9095A、ＢおよびＣは７％のMnおよび
1.75NiクラスのCr−Mn−Ni合金で、Cr成分を12
から13％に変化させたCr−Mn−Ni合金を表わし
ている。これらの試料はCr成分が増加するにつ
れて幾分伸び特性を改善するがしかし試料は多す
ぎる割合の強磁性相（すなわち＞15％）をもつこ
とを示している。強度は高いけれども試料は本発
明の合金ではなく冷間圧延状態で８％という必要
な伸びを示さない。さらに各試料におけるMnと
Niの合計は９％より少ない。 試料RV9094A、ＢおよびＣならびに
RV9095A、ＢおよびＣもまた約12.5％Crおよび
約2.0％Niで少なくとも約７％Mnを必要とする
ことを表わしている。 試料RV9107A、ＢおよびＣは13.5％Cr−2.25
％Niクラスで7.11から7.42％までMn成分を増加
させたものを表わしている。RV9107Aを除いて
試料はすべて15％より少ない強磁性相を有し、す
べてAISI鋼種201の140Ksi（965Mpa）という引張
り強さよりもはるかに大きい高強度をもつてい
る。すべての試料のMnとNiの成分合計量は少な
くとも9.0％である。試料RV9107AおよびＢは20
％より少ない、特には10ないし20％の量に相当す
る冷間減少率で少なくとも８％の伸び（２−イン
チゲージ）をもつことを示している。試料
RV9107BおよびＣは、MnとNiの合計が約9.5％
またはそれ以上でMn成分が約7.35％のとき、25
％までの減少率で合金が改善された伸びを有する
ことを示している。本発明の方法でつくられる試
料RV9107Cのすべてが本発明の合金の条件を満
足させる。 試料RV9110、9111および9112は本発明の合金
である。12％クラスの低いCrにおいても合金は
少なくとも170Ksi（1172Mpa）の引張り強さとい
う高い強度、10ないし25％の厚さ減少率に相当す
る冷間加工の後８％より大きい２インチゲージで
の伸び、そして熱間処理した状態および鋳放しイ
ンゴツトの状態で15％よりも少ない強磁性相を有
している。 本発明の方法は合金を溶融し鋳造するという通
常の工程からなるものである。「鋳造」とはイン
ゴツト鋳造および連続鋳造を含むすべての鋳造方
法を巾広く含めたものを意味する。次いで鋳造合
金に熱処理を含む熱間処理を施し、その結果、最
終寸法の25％以内に熱間加工される。熱間処理
は、広義の用語で、鋼の熱間圧延のような熱間加
工（熱処理を含む）を指すものである。したがつ
て、熱間処理後の鋼は熱間加工した状態となり、
冷間加工の後の状態と区別される。そのあと本発
明に従い合金を25％の厚さ減少率以内に相当する
量の冷間加工を行い、冷間加工中に中間焼鈍を行
なうことなく鋼を加工硬化させる。 本発明の組成合金から本発明の方法でつくられ
る部材は少なくとも８％伸び（２インチゲージ）
を有する部材をつくるために、必要な度合いの冷
間加工を、あるいはその一部に引き伸しや深絞り
を適用して成形を行なうことが可能であり、また
適切な耐食性を有するものになる。 本発明の目的であつたように、CrとNiがより
少ない、高強度、良好な延性（伸びに特徴のあ
る）、十分な硬さそして適切な耐食性を有する加
工硬化性の実質的にオーステナイト系ステンレス
鋼であるところの合金が提供される。本合金の製
造方法は、冷間でのロールパス間における中間焼
鈍工程を省略した、より安価な方法である。さら
に本方法は所望の性質の組み合わせおよび仕上げ
られた製品寸法を得るのに余裕のある広い範囲の
減少率での冷間加工を含むものである。 本発明の幾つかの実施態様を示し叙述したが、
本発明の範囲から逸脱することなく変更をなし得
ることは当業者には明らかであろう。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 重量で0.08％以下の炭素、0.25％以下の窒
   素、12ないし15％のクローム、6.5ないし8.5％の
   マンガン、２以上3.5％未満のニツケル、マンガ
   ンとニツケルの合計が少なくとも９％で、残部が
   鉄からなる、冷間加工によるマルテンサイト形成
   によつて増大された強度が得られることを特徴と
   する加工硬化性の実質的にオーステナイト系であ
   るステンレス鋼。 ２ ニツケルが２ないし2.5％の範囲内で存在す
   るとき、マンガンが少なくとも7.35％である、特
   許請求の範囲第１項に記載の鋼。 ３ マンガンが6.5％しか存在しないとき、ニツ
   ケルが少なくとも2.5％である、特許請求の範囲
   第１項に記載の鋼。 ４ 窒素が0.17％未満である、特許請求の範囲第
   １項に記載の鋼。 ５ 窒素が少なくとも0.05％である、特許請求の
   範囲第１項に記載の鋼。 ６ マンガンとニツケルの合計が少なくとも9.5
   ％である、特許請求の範囲第１項に記載の鋼。 ７ 鋳造および熱間圧延をした状態で15％未満の
   フエライトおよび／またはマルテンサイトの強磁
   性相を有する、特許請求の範囲第１項に記載の
   鋼。 ８ 鋳造および熱間圧延をした状態で２ないし15
   ％のフエライトおよび／またはマルテンサイトの
   強磁性相を有する、特許請求の範囲第１項に記載
   の鋼。 ９ 25％までの厚さの減少に相当する冷間加工の
   後、標点距離２インチで引張り試験を行つた場合
   に得られる、少なくとも８％の伸びに相当する延
   性を有する、特許請求の範囲第１項に記載の鋼。 １０ 該冷間加工が10ないし25％の厚さ減少率に
   相当する、特許請求の範囲第９項に記載の鋼。 １１ 12ないし13.5％のクロームを有する、特許
   請求の範囲第１項に記載の鋼。 １２ 少なくとも140Ksi（965Mpa）の引張り強
   さを有することを特徴とする、特許請求の範囲第
   １項に記載の鋼。 １３ 重量で0.08％以下の炭素、0.07ないし0.17
   ％の窒素、12ないし15％のクローム、7.35ないし
   8.5％のマンガン、２ないし2.5％のニツケル、マ
   ンガンとニツケルの合計が9.5％またはそれ以上
   で残部が鉄からなり、25％までの厚さ減少率に相
   当する冷間加工の後に少なくとも140Ksi
   （965Mpa）の引張り強さおよび標点距離２イン
   チの引張り試験で少なくとも８％の延性を有する
   ことを特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載
   の鋼。 １４ 12ないし13.5％のクロームを有する、特許
   請求の範囲第１３項に記載の鋼。 １５ 鋳造および熱間圧延をした状態で15％未満
   のフエライトおよびマルテンサイト相を有するこ
   とを特徴とする、特許請求の範囲第１３項に記載
   の鋼。 １６ 鋳造および熱間圧延をした状態で２ないし
   15％のフエライトおよびマルテンサイト相を有す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１３項に記
   載の鋼。 １７ 重量で0.08％以下の炭素、0.25％以下の窒
   素、12ないし15％のクローム、6.5ないし8.5％の
   マンガン、２以上3.5％未満のニツケル、マンガ
   ンとニツケルの合計が９％またはそれ以上、およ
   び残部が鉄よりなる合金を溶融すること、合金を
   加工し得る形に鋳造すること、合金を熱間加工す
   ること、次いで合金に25％までの厚さ減少率に相
   当する冷間加工を行なうこと、からなる方法であ
   ることを特徴とする加工硬化性の実質的にオース
   テナイト系であるステンレス鋼製品の製造方法。 １８ 合金に10ないし25％の厚さ減少率に相当す
   る冷間加工を行なう、特許請求の範囲第１７項に
   記載の方法。 １９ 合金に10ないし20％の厚さ減少率に相当す
   る冷間加工を行なう、特許請求の範囲第１７項に
   記載の方法。 ２０ 合金が0.07ないし0.17％の窒素、7.35ない
   し8.5％のマンガン、２ないし2.5％のニツケルお
   よび合計が9.5％またはそれより多いマンガンと
   ニツケルを有する、特許請求の範囲第１７項に記
   載の方法。 ２１ 2.5％の厚さ減少率までの冷間変形を可能
   とするようなある厚さまで、上記の熱間加工にお
   いて合金を加工する、特許請求の範囲第１７項に
   記載の方法。 ２２ 冷間加工に際して中間焼鈍することなく合
   金を加工する、特許請求の範囲第１７項に記載の
   方法。