JPS6289847A - ヤング率並びに耐食性の優れた車輌用高強度２相ステンレス鋼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、ヤング率が高く、耐食性に優れ、かつ溶接
後の溶接部強度の劣化しない車輛用高強度２相ステンレ
ス鋼に関するものである。

〈従来技術並びにその問題点〉 近年、省力・省エネルギーの観点から車輛の無塗装化・
軽量化が強く叫ばれるようになり、高強度ステンレス鋼
材の使用による材料の薄肉化が推進されているが、これ
らに対処するため、現在では主として５ＵＳ３０１低炭
素材を中心に５ＵＳ３０４及び５ＵＳ２０１等の準安定
オーステナイト系ステンレス鋼ハード材の使用が一般化
している。

しかしながら、これら５ＵＳ３０１で代表される準安定
オーステナイト系ステンレス鋼ハード材は、冷間圧延（
調質圧延）によシ加工誘起マルテンサイトを発生させて
高強度を得るものであるので冷間圧延を施すことによる
ヤング率の劣化は否めず、従って材料のたわみ量も必然
的に大きくなることから、車輛材として使用する場合に
は強度値で計算される以上に肉厚を厚くする必要があり
、十分に満足し得る軽量化を図ることができないのが実
情であった。

しかも、これらの準安定オーステナイト系ステンレス鋼
は冷間圧延により所望強度を確保しているため溶接後の
溶接部強度が著しく低下するものであシ、このため補強
材を使用するか或゛いは材料の肉厚を厚くすることを余
儀なくされていて、この点でも車輛の軽量化には十分好
ましい材料とは言えなかった。

このように、車輛用材料として現在使用されているＳＵ
Ｓ　３０１、ＳＵＳ　３０４及び５ＵＳ２０１ステンレ
ス鋼ハード材には、゛ヤング率の低下や溶接部強度の劣
化と言う未解決の大きな問題が存在していたのである。

く問題点を解決するための手段〉 本発明者等は、現在の車輛用鋼材にみられる上述のよう
な問題点を踏まえ、ヤング率低下の原因となる調質圧延
等の冷間圧延を施さなくても車輛用材料に要求、される
強度と伸びとを十分に兼備し、しかも耐食性並びに溶接
部強度も十分な高強度ステンレス鋼材を提供すべく研究
を行った結果、以下（ａ）〜（ｆ）に示す如き知見が得
られたのである。即ち、 （ａ）　　現在、前記オーステナイト系ステンレス鋼の
ほかにも様々なステンレス鋼が知られているが、これら
の中でも、フェライト相とオーステナイト相の２相を有
する２相系ステンレス鋼は、調質圧延を施さなくても十
分に高い強度と伸びとを兼ね備えており、更に溶接部の
強度劣化もなく、母材と殆んど同じ溶接部強度が極〈普
通のステンレス鋼溶接によって容易に実現できること。

第１図は、ステンレス鋼の組織と引張強さ及び伸びとの
関係を示す線図であるが、該第１図からもフェライト相
とオーステナイト相から成る２相ステンレス鋼が強度と
伸びとのバランスがとれており、かつ車輛用鋼材として
十分なｓ　ｏ　ｋｇｆ／ｍｔｃ’以上の引張強さを示す
ことが明らかである。なお、第１図中の記号「Ａ」はオ
ーステナイト相を、記号「Ｍ」はマルテンサイト相を、
そして記号「Ｆ」はフェライト相をそれぞれ示す。

（ｂ）上記フェライト・オーステナイト２相ステンレス
鋼のヤング率は、式 ％式％ ×Ｍｎ（ｅＡ＋　０．３　ｘ　Ｃｕ（％）　＋　Ｎｉ（
’］　＋　８．２で算出されるＮｉ　ｂａｔ値によって
大きく太古されるものであり、該Ｎｉ　ｂａｔ値を極力
小さく調整することによって車輛用鋼材として十分満足
できるヤング率が確保できること。なお、以降、成分割
合を表わすチは重量％とする。

第２図は、フェライト・オーステナイト２相ステンレス
鋼のＮｉ　ｂａｔ値とヤング率との関係を示す線図であ
るが、該第２図からもＮｉ　ｂａｔ値を一６以下に調整
することでヤング率：　ｌ　８０００　ｋｇｆ／ｍｘ２
以上を確保できることが明らかである。

（Ｃ）シかし、フェライト・オーステナイト２相ステン
レス鋼の伸びはＮｉ　ｂａｔ値が大きくなるほど改善さ
れること。

第３図は、フェライト・オーステナイト２相ステンレス
鋼のＮｉ　ｂａｔ値と伸びとの関係を示す線図であるが
、該第３図からもＮｉ　ｂａｔ値を一１２以上に調整す
ることで伸び：２０％以上を確保できることが明らかで
ある。

（ｄ）　　従って、ヤング率及び伸びの両者を考慮して
Ｎｉ　ｂａｔ値を調整することにより、ヤング率並びに
伸びが共に良好で、溶接部強度の劣化しない車輛用高強
度２相ステンレス鋼が得られること。

（ｅ）　　前記フェライト・オーステナイト２相ステン
レス鋼にＭｏを添加すると、該ステンレス鋼の耐食性、
特に非酸化性酸に対する耐食性、耐孔食性並びに耐すき
間腐食性が一層向上すること。

（ｆ）　　更に、ＭＯを添加した上記フェライト・オー
ステナイト２相ステンレス鋼にＮ添加或いはＮとＮｂと
の複合添加を行うと、該ステンレス鋼の強度がより向上
すること。

この発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、 車輛用ステンレス鋼材を、 Ｃ：０．０５チ以下、　　Ｓｉ：ｌ超〜５％、Ｍｎ：３
超〜１０％、　　Ｃｒ：１７〜２２％、Ｎｉ：１〜７％
、　　　　Ｃｕ：０．５〜３％、Ｍｏ：０．５〜３％ を含有するか、或いは更に Ｎ：０．０４〜０．２０％ をも単独で、又は Ｎｂ：　Ｏ○５〜０．５０％ と−緒に複合で含むとともに、残部がＦｅ及び不可避的
不純物より成り、しかも Ｎｉ　ｂａｔ値−−１，１（ｃｒ（％）＋　１．５　×
Ｓｉ（％）＋　０．５Ｘ　Ｎ１）（＠　＋　Ｍｏ（（６
）ｌ＋３０（Ｃ’ｆ％）十Ｎ（％））＋〇、　５　×Ｍ
ｎ（％）＋　０．３　ｘｃｕ（ｎ　＋Ｎｉ（％）　＋　
８．２なる式に従うＮｉ　ｂａｔ値が〔−１２〜−６〕
である２相ステンレス鋼で構成することにより、優れた
母材強度、ヤング率、耐食性並びに溶接部強度を確保せ
しめた点、 に特徴を有するものである。

次に、この発明の車駕用高強度２相ステンレス鋼におい
て、組成成分割合及びＮｉ　ｂａｔ値を前記の如くに数
値限定した理由を詳述する。

（１）Ｃ Ｃ成分にはステンレス鋼の強度を向上させる作用があり
、この点からは好ましい元素ではあるが、Ｃ含有量が高
くなると耐食性の劣化を招くことから、Ｃ含有量は０．
０５％以下と定めた。

（ｉｉｌ　　　５Ｌ Ｓｉ成分にはステンレス鋼の強度を向上させる作用とと
もに、そのヤング率を改善する作用があるが、その含有
量が１％以下では前記作用に所望の効果が得られず、一
方、５％を超えて含有させると鋼が硬化して伸びの劣化
を招くことから、Ｓｉ含有量は１％を超え５％以下の値
と定めた。

０ｉｉ）　　Ｍｎ Ｍｎ成分は比較的安価にオーステナイト相を確保する作
用があり、同様作用を有するＮｉ量を節減するためにも
多量添加が好ましいものであるが、その含有量が３％以
下ではオーステナイト相が著しく減少してフェライト単
相となりがちで、伸びの劣化を招く恐れがあり、一方、
１０％を超えて含有させるとヤング率の劣化を招くこと
から、Ｍｎ含有量は３％を超え１０％以下の値と定めた
。

Ｑｖ）　　Ｃｒ Ｃｒ成分には、Ｓｉと同様、鋼の強度並びにヤング率を
改善する作用があるが、その含有量が１７％未満では所
望の強度を確保することができず、−方、２２チを超え
て含有させると伸びの劣化が著しく、またσ脆性も発生
しやすぐなることから、Ｃｒ含有量は１７〜２２％と定
めた。

　　Ｎｉ Ｎ１成分はオーステナイト相を確保するのに極めて有効
なものであり、所望の伸びを確保する意味からも１チ以
上の添加が必要であるが、７ｔｓを越えて含有させると
鋼のヤング率を著しく劣化することから、Ｎｉ含有量は
１〜７％と定めた。

（ｖ＃　　Ｃｕ Ｃｕ成分にはステンレス鋼の耐すき開脚食性を著しく改
善する作用がちシ、更にすき間腐食を起点とした応力腐
食割れの防止作用も大きいが、その含有量が０．５−未
満では前記作用に所望の効果が得られず、一方、３％を
越えて含有させるとＮ１と同様に鋼のヤング率を著しく
劣化することから、Ｃｕ含有量は０．５〜３％と定めた
。

帖ｐ　　Ｍ。

ＭＯ酸成分は、鋼の耐食性、特に非酸化性酸に対する耐
食性、耐孔食性及び耐すき開脚食性を改善する作用があ
るが、その含有量が０．５％未満では前記作用に所望の
効果が得られず、一方、３チを越えて含有させるとσ相
を析出して脆化する傾向がみられる上、コスト的にも不
利になることから、ＭＯ含有量は０．５〜３チと定めた
。

第４図は、３種類のＣｒ−Ｎｉ系ステンレス鋼における
ＭＯ含有量と孔食電位（４０℃の０．５　Ｍ　ＮａＣ２
水溶液中）との関係を示したグラフであるが、該第４図
からも、ＭＯ含有量が０．５１以上で含有量に対応して
耐食性が著しく向上することがわかる。

（ｖｉｉＤ　Ｎ Ｎはステンレス鋼中に通常０．Ｏ１％程度含まれている
不可避的な元素ではあるが、強力なオーステナイト生成
元素であり、かつ侵入型元素であるためオーステナイト
相を強化し、０．２％耐力及び引張強さ等の強度向上作
用を有している。従って、より高強度を必要とする場合
に積極添加がなされる元素であるが、Ｎ含有量が０．０
４％未満では前記作用に所望の効果が得られず、一方、
０．２０％を越えて含有させると熱間加工性の劣化が著
しくなることから、Ｎ含有量は０．０４　＝−０，２０
％と定めた。

Ｇｘ）　Ｎｂ Ｎｔ）は、Ｎとの複合添加により溶体化処理後の鋼の結
晶粒を微細化するとともにＮｔ）の析出物を形成して０
．２チ耐力並びに引張強さを向上する作用を有している
ので、よシ高強度を必要とする場合に添加・含有せしめ
られるものであるが、その含有量が０．０５１未満では
前記作用に所望の効果が得られず、一方、０，５０％を
越えて含有させると鋼の硬化が著しくなり、冷延後の加
工性を劣化させることから、Ｎｂ含有量は０．０５〜０
．５０　％と定めた。

（２）Ｎｉ　ｂａｔ値 Ｎｉ　ｂａｔ値は、第２図及び第３図で示される如くヤ
ング率改善には小さい方が望ましいが、逆に伸びの改善
にはその値が大きいほど好ましい。そして、車輛用材と
しては、その加工性をも考慮するとＮｉ　ｂａｔ値［−
１２〜−６〕が適正であシ、このように調整されたフェ
ライト・オーステナイト２相ステンレス鋼は優れたヤン
グ率と延性とを兼備し、車輛用ステンレス鋼材として好
適′であることから、Ｎｉ　ｂａｔ値は（−１２〜−６
）と定めた。

なお、この発明のフェライト・オーステナイト２相ステ
ンレス鋼の不可避的不純物たるＳは、通常に随伴される
貴程度であれば格別な不都合を生じることがないが、該
Ｓ含有量を特にＯ，ＯＯ２％以下に規制すると鋼の熱間
加工性が一層改善されるので強く推奨される手段である
。

次に、実施例により比較例と対比しながらこの発明を具
体的に説明する。

〈実施例〉 まず、実験用小型高周波炉で１０ゆ角型鋼塊を溶製し、
これを加熱温度１２５０℃で５０１１１１！厚から６Ｂ
厚にまで熱間圧延した後、１０５０℃での焼鈍、酸洗に
続いて、その機械的性質並びに耐食性を調査した。なお
、耐食性試験は２５℃の〔２％　ＦｅＣｌ２　＋　Ｏ，
ｌ　Ｍ　ＨＣＬ　］水溶液中に４８時間浸漬し、その腐
食状況を外観検査する方法を採用した。

この結果を第１表に併せて示す。

第１表に示される結果からも明らかなように、本発明鋼
は従来鋼に比してヤング率及び耐食性において著しく優
れていることがわかる。なお、これとは別に溶接後の継
手強度の測定をも行ったが、該継手強度においても本発
明鋼は優れた値を示すことが確認された。

〈総括的な効果〉 以上に説明した如く、この発明によれば、調質圧延等の
冷間圧延を施すことなく高い強度と伸びを示す上、優れ
たヤング率並びに耐食性を発揮し、車輛用素材として好
適な２相ステンレス鋼を提供することができるなど、産
業上極めて有用な効果がもたらされるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ステンレス鋼の組織と引張強さ及び伸びとの
関係を示すグラフ、 ＷＥ　２　図ｉ４、ステンレス鋼のＮｉ　ｂａｔとヤン
グ率トの関係を示すグラフ、 第３図は、ステンレス鋼のＮｉ　ｂａｔと伸ｄとの関係
を示すグラフ、 第４図は、ステンレス鋼のＭｏ含有量と孔食電位との関
係を示すグラフである。 出願人　　日本ステンレス株式会社 代理人　　富　　１）　和　　夫　ほか１名ヤングヂ　
（にｇｆ／ｍｍ２） り１派大？（にｇｆ／ｍｍ２） 伸〆（”／、） ｌｋ　　電　イｆ（（Ｖ　　）　　［Ｖ、Ｓ、Ｃ，Ｅ　
］神び°（％）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量割合にて、 Ｃ：０．０５％以下、Ｓｉ：１超〜５％、 Ｍｎ：３超〜１０％、Ｃｒ：１７〜２２％、Ｎｉ：１〜
   ７％、Ｃｕ：０．５〜３％、 Ｍｏ：０．５〜３％ を含むとともに、残部がＦｅ及び不可避的不純物より成
   り、しかも Ｎｉｂａｌ値＝−１．１｛Ｃｒ（％）＋１．５×Ｓｉ（
   ％）＋０．５×Ｎｂ（％）＋Ｍｏ（％）｝＋３０｛Ｃ（
   ％）＋Ｎ（％）｝＋０．５×Ｍｎ（％）＋０．３×Ｃｕ
   （％）＋Ｎｉ（％）＋８．２なる式に従うＮ１ｂａｌ値
   が〔−１２〜−６〕であることを特徴とする、ヤング率
   並びに耐食性に優れかつ溶接部強度の劣化しない車輛用
   高強度２相ステンレス鋼。
2. （２）重量割合にて、 Ｃ：０．０５％以下、Ｓｉ：１超〜５％、 Ｍｎ：３超〜１０％、Ｃｒ：１７〜２２％、Ｎｉ：１〜
   ７％、Ｃｕ：０．５〜３％、 Ｍｏ：０．５〜３％、 Ｎ：０．０４〜０．２０％ を含むとともに、残部がＦｅ及び不可避的不純物より成
   り、しかも Ｎｉｂａｌ値＝−１．１｛Ｃｒ（％）＋１．５×Ｓｉ（
   ％）＋０．５×Ｎｂ（％）＋Ｍｏ（％）｝＋３０｛Ｃ（
   ％）＋Ｎ（％）｝＋０．５×Ｍｎ（％）＋０．３×Ｃｕ
   （％）＋Ｎｉ（％）＋８．２なる式に従うＮｉｂａｌ値
   が〔−１２〜−６〕であることを特徴とする、ヤング率
   並びに耐食性に優れかつ溶接部強度の劣化しない車輛用
   高強度２相ステンレス鋼。
3. （３）重量割合にて、 Ｃ：０．０５％以下、Ｓｉ：１超〜５％、 Ｍｎ：３超〜１０％、Ｃｒ：１７〜２２％、Ｎｉ：１〜
   ７％、Ｃｕ：０．５〜３％、 Ｍｏ：０．５〜３％、 Ｎ：０．０４〜０．２０％、 Ｎｂ：０．０５〜０．５０％ を含むとともに、残部がＦｅ及び不可避的不純物より成
   り、しかも Ｎｉｂａｌ値＝−１．１｛Ｃｒ（％）＋１．５×Ｓｉ（
   ％）＋０．５×Ｎｂ（％）＋Ｍｏ（％）｝＋３０｛Ｃ（
   ％）＋Ｎ（％）｝＋０．５×Ｍｎ（％）＋０．３×Ｃｕ
   （％）＋Ｎｉ（％）＋８．２なる式に従うＮｉｂａｌ値
   が〔−１２〜−６〕であることを特徴とする、ヤング率
   並びに耐食性に優れかつ溶接部強度の劣化しない車輛用
   高強度２相ステンレス鋼。