JPS6358904B2

JPS6358904B2 -

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Publication number: JPS6358904B2
Application number: JP16056081A
Authority: JP
Priority date: 1981-10-08
Filing date: 1981-10-08
Publication date: 1988-11-17
Also published as: JPS5861258A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、張り出し性および二次加工性に優れ
たフエライト系ステンレス鋼に関する。より詳し
く言えば、本発明は、従来の汎用フエライト系ス
テンレス鋼のうちでも最も成形性に優れるとされ
ているSUS 430 LXよりも一段と張り出し性に
優れかつ深絞り加工後においても良好な靭性（二
次加工性）を示す焼鈍状態でフエライト単相組織
を有するステンレス鋼を提供するものである。ステンレス鋼は、SUS 430に代表されるフエ
ライト系ステンレス鋼とSUS 304に代表される
オーステナイト系ステンレス鋼の二種に大別する
ことができるが、フエライト系ステンレス鋼は、
オーステナイト系ステンレス鋼に比べると、成形
後に時期割れ現象がなく応力腐食割れ感受性が小
さい等の特質を有するほか、高価なニツケルを含
有しないことから低廉であり省資源的にも有利な
面を有し、耐久消費材を中心に多く使用されてい
る。しかしその反面、フエライト系ステンレス鋼
は、オーステナイト系ステンレス鋼に比べ、成形
加工性、耐食性、溶接性などの材料特性が一般的
に劣るので、ある面では用途が限定されている。
特に成形加工性においては、張り出し性および二
次加工性が劣るため、苛酷なプレス成形をほどこ
す用途には適用が困難で、この面での改善が強く
望まれていた。例えば、フエライト系ステンレス鋼の代表鋼で
あるSUS 430は、16.00〜18.00％のCr、0.12％ま
でのＣ、0.75％までのSi、1.00％までのMn、
0.040％までのＰ、0.030％までのＳを含有する鋼
であるが、張り出し性と深絞り性は共に劣り、プ
レス成形性がよくない。これを改善する目的のもとに、これまで、各種
元素の添加並びに調整が試みられている。なかで
も、最も成形性を有するとされるSUS 430 LX
は、16.00〜18.00％のCr、0.030％までのＣ、0.75
％までのSi、1.00％までのMn、0.040％までの
Ｐ、0.030％までのＳ、および0.10〜1.00％のTiま
たはNbを含む成分組成としたもので、SUS 430
に比べ、Ｃ値を低くしかつTiまたはNbを添加し
た点に特徴がある。このSUS 430 LXはSUS
430に比べれば成形性、特に深絞り性は向上して
いる。しかし、それでも必ずしも十分ではなく、
張り出し成形性の不足や深絞り後の二次加工にお
いて縦割れの発生を見るなど、成形面での問題が
依然として指摘されている。そしてこのSUS 430 LXのようにTiを添加す
る場合には、あるいはまたTi歩留向上や鋼の浄
化などのためにAlをさらに添加する場合には、
このTiやAlの添加量が多くなると、Tiの炭窒化
物やAl酸化物が冷間圧延後の板表面に線状のキ
ズとなつて露呈し、美麗な表面性状を特徴とする
ステンレス鋼の致命的欠陥の原因となるので、そ
の製造においては特殊な製造法や製造工程を必要
とすることになり、製造性を悪くする。このた
め、TiやAlの添加はその製造性の面から極力少
ないことが望まれている。また、Cr含有量を前記SUS 430系統より低域
側に規制したステンレス鋼として、特別な合金元
素を添加しないSUS 410系、SUS 420系および
SUS 429系があり、これらはそのＣ含有量によ
りSUS 410、SUS 410 Ｓ、SUS 410 Ｌ、SUS
420 J₁、SUS 420 J₂、SUS 429、SUS 429 J₁に
分類されるが、これらのステンレス鋼はその組織
および用途においてマルテンサイト系ステンレス
鋼もしくは耐熱鋼として分類され、苛酷なプレス
成形が施される用途には供されないものであつ
て、事実これらはプレス成形性が悪い。また、SUS 410よりもさらにCr含有量が低く
てフエライト系ステンレス鋼に分類されるものと
して、AISI 409がある。これは、10.50〜11.75％
のCr、0.08％までのＣ、1.00％までのSi、1.00％
までのMn、0.045％までのＳ、６×（％Ｃ）〜
0.75％のTiを含むものである。このAISI 409は、
元来、自動車などの排ガスマフラー材として開発
されたものであり、耐熱性および耐酸化性に重点
がおかれたものである。したがつて、ある程度の
成形性および耐食性を示すとしても、十分ではな
く、張り出し成形や深絞り後の二次加工を要する
用途には適用され得ない。これと同様のことは、
米国特許第3455681号明細書に記載フエライト系
ステンレス鋼についても言える。事実、この米国
特許明細書に示されたオルセンカツプテストの値
も十分なものとは言えない。本発明の目的は、前述のように、従来のフエラ
イト系ステンレス鋼は張り出し成形や深絞り後の
二次加工を要する用途には不向であるという基本
的な材質上の欠点を改善することである。この目的において本発明者らは、成形性に好ま
しいCr含有量の検討並びに不純物の低減とTiの
微量添加という基本方針のもとに広範囲な研究と
検討を重ねてきた。その結果、侵入型固溶元素で
あるＣとＮを所定値以下に低減した上でこのＣと
Ｎを固定するための適正な量のTiを添加してマ
トリツクスの純化を図り、かつ置換型固溶元素の
Cr，Si，Mn，Ti，Ｐ，Alのそれぞれの含有量を
相互の関連量の範囲に規制して含有させるなら
ば、前述のSUS 430 LXをはじめ従来のフエラ
イト系ステンレス鋼では達成し得なかつた著しく
良好な張り出し性および二次加工性を示す焼鈍状
態でフエライト単相組織のステンレス鋼が得られ
ることを見い出した。すなわち本発明は、重量％において、 Cr；11.0〜16.0％Ｃ；0.03％以下（好ましくは0.02％以下）、Ｎ；0.02％以下（好ましくは0.01％以下）、Ｃ＋Ｎ；0.04％以下（好ましくは0.03％以下）、 Si；0.5％以下、 Mn；0.5％以下、Ｐ；0.025％以下、Ｓ；0.01％以下、 Al；0.1％以下、Ｏ；0.01％以下、 Ti；５（％Ｃ＋％Ｎ）〜0.30％、であつて、かつ α＝0.03（％Cr）＋0.2（％Si）＋0.03％（％Mn）＋3.3（％Ｐ）＋1.0（％固溶Ti）＋1.0（％固溶Al）ただし、（％固溶Ti）＝（％Ti）−｛４（％Ｃ）＋
3.4（％Ｎ）｝の式で表わされるαが0.8以下を満足
する量のCr，Si，Mn，Ｐ，TiおよびAl含有量で
あり、残部がFeおよび不可避的不純物からなる
焼鈍状態でフエライト単相組織を有し張り出し性
および二次加工性に優れたフエライト系ステンレ
ス鋼を提供する。以下に本発明鋼の詳細を説明する。フエライト系ステンレス鋼における成形性の改
善は、従来においては深絞り性の指標とされる塑
性ひずみ比（γ値：ランクフオード値）の向上を
その指針とするのがほとんどであつた。しかし、
プレス成形などの成形加工における加工性を第１
義に重視する場合には、深絞り加工のみならず、
張り出し加工、および深絞り―張り出しの複合加
工などの複雑な成形を施す場合の成形性を評価し
なければならず、γ値だけでは十分ではない。換
言すれば、実際の成形加工性の改善に対して、深
絞り性の改善のみでは限界があり、張り出し性を
抜きにしては、総合的な成形加工性の向上は図れ
ない。本発明では、このような観点から、張り出
し性を重視し、加工硬化指数（ｎ値）を張り出し
性の評価指数として使用する。加工硬化指数（ｎ
値）は張り出し性を適性に評価する指標であるこ
とはよく知られているが、フエライト系ステンレ
ス鋼においてこのｎ値に及ぼす成分の影響を検討
し、その結果に基いて成分量を規定した鋼は従来
その例を見ない。なお参考までに、成形性、特に
張り出し成形性を評価する試験法として最も歴史
が古くかつ普及しているエリクセン試験のエリク
セン値とｎ値との関係を第１図に示した（各数値
は後記の試験値を含む）。第１図に見られるよう
にｎ値とエリクセン値とには相関関係がありｎ値
の高い材料はエリクセン値も高い。本発明におい
ては張り出し成形性を厳密に調査する指標として
このｎ値を採用し、従来あまり変化しないとされ
ていたフエライト系ステンレス鋼のｎ値の向上を
目標に各種元素の影響を調べた。その試験結果に基づき本発明の詳細を述べる。第１表に供試材の化学成分範囲を示す。この第
１表に示す範囲の鋼を高周波真空溶解炉で溶製
し、第２図に示した工程に従つて厚さ0.8mmの板
材を作製し、試験に供した。

【表】第３ないし第８図は、各元素の含有量または相
関量の変化とｎ値との関係を整理してプロツトし
たものである。ただし、ｎ値は供試材の圧延方向
に対して0゜方向、45゜方向、90゜方向のn₀、n₄₅、n₉₀
をそれぞれ測定し、ｎ＝（n₀＋2n₄₅＋n₉₀）／４の式に従つて算出した。第３図はｎ値とCr量との関係を示したもので
ある。この図から明らかなように、ｎ値はCrの
増加につれて低下することがわかる。第４図は、Crを13％の一定とし、かつ他の不
純物元素の含有量も同レベルの供試材について、
ｎ値はTi／（Ｃ＋Ｎ）の関係を示したものであ
る。この第４図は、Ti／（Ｃ＋Ｎ）が約７のと
ころまではTi／（Ｃ＋Ｎ）が大きくなるとｎ値
もこれにつれて大きくなるが約12を過ぎると逆に
低下しはじめるという興味深い関係を示してい
る。すなわち、Ti／（Ｃ＋Ｎ）が７〜12の範囲
でｎ値について極大値を示すのである。TiはＣ
およびＮをTiCおよびTiNとして固定し、このマ
トリツクス純化効果によつてｎ値を上昇させる作
用を供すると考えられるが、この第４図の結果は
ｎ値を高くするには化学量論的に考えられる以上
の量のTiが必要であり、他方において、過剰の
Tiは固溶Tiとしてｎ値を低下させる作用がある
ことを示している。第５図は、Ti／（Ｃ＋Ｎ）が７〜12の供試材
について、ｎ値と（Ｃ＋Ｎ）量の関係を示したも
のである。この第５図は（Ｃ＋Ｎ）量の増加はｎ
値を急激に低下させることを示している。第６図および第７図は、（Ｃ＋Ｎ）量が0.02％
以下、Ti量が0.10〜0.25％、Ti／（Ｃ＋Ｎ）が６
〜16の供試材について、Ｐ含有量とｎ値の関係お
よび固溶Al量とｎ値の関係をそれぞれ示したも
のである。これらの図から、ｎ値はＰおよび固溶
Al量の増加につれて低下することが明らかで、
特にＰは微量の増加でもｎ値におよぼす影響が大
きいことがわかる。第８図は、第１表に示した組成範囲のすべての
供試材についてｎ値とαとの関係を示した。なお
図中の黒丸印のプロツトは、（Ｃ＋Ｎ）0.04％
で、かつTi／（Ｃ＋Ｎ）５の組成の供試材に
ついての結果である。このパラメータαは、置換
型固溶元素であるCr，Si，Mn，Ｐ，TiおよびAl
の含有量がｎ値におよぼす影響を総括的に評価す
るもので、 α＝0.03（％Cr）＋0.2（％Si）＋0.03（％Mn）＋3.3（％Ｐ）＋1.0（％固溶Ti）＋1.0（％固溶Al）ただし、（％固溶Ti）＝（％Ti） −｛４（％Ｃ）＋3.4（％Ｎ）｝（重量％）の式で定義される。この式における各成分の係数
は、ｎ値におよぼす各成分の影響を相対的な比で
表わしたものである。第８図の結果は、このパラメータαとｎ値との
間には明確な相関があることを示しており、αが
小さくなるにつれてｎ値は大きくなる。なお、図
中、黒丸印で示した、（Ｃ＋Ｎ）0.04％で、か
つTi／（Ｃ＋Ｎ）５の組成の鋼については、
従来のフエライト系ステンレス鋼に比べて十分高
いｎ値（0.24以上）を得るには、このαを0.8以
下にすることが必要であることがわかる。さらに第９図は、深絞り性の指標であるγ値と
Ti／（Ｃ＋Ｎ）との関係を示した。この図から、
γ値はTi添加により向上し、Ti／（Ｃ＋Ｎ）が
大きくなるにつれて高くなることがわかる。本発明は以上の試験値にみられるような幾つか
の知見に基づいて各成分量の含有量の範囲を定
め、これによつてフエライト系ステンレス鋼の従
来の懸案であつた張り出し性などのプレス成形性
の悪さを改良し、これを一段と向上せしめたもの
であるが、なお幾つかの理由によつて各成分量の
範囲が定められている。各成分ごとにその含有量
限定理由を概説すれば次のとおりである。 Crを11.0〜16.0％とするのは、Cr量が11.0％未
満では焼鈍後でもフエライト単相組織とならない
可能性があり、また十分な耐食性が得られないた
めである。また、Cr量が増加すると張り出し性
が低下するため上限を16.0％とする。Ｃを0.03％以下にする理由は、（Ｃ＋Ｎ）を
0.04％以下とするためである。また、Ｃの増加は
張り出し性、組織の面から好ましくなく、より望
ましくは0.02％以下である。Ｎを0.02％以下にするのは、Ｃと同様の理由に
よるもので、0.01％以下がより望ましい。（Ｃ＋Ｎ）を0.04％以下にする理由は、（Ｃ＋
Ｎ）の増加により張り出し性が低下するためであ
る。また、（Ｃ＋Ｎ）が増加すると添加すべきTi
量が多くなるためできる限り少ない方が好まし
く、より望ましくは0.03％以下である。 Tiを５×（Ｃ＋Ｎ）〜0.30％とするのは、本発
明の非常に重要な点である。Ti量が（Ｃ＋Ｎ）
量の５倍未満では、張り出し性向上に対する効果
が十分でなく、深絞り性および耐食性の面からも
好ましくない。また、過剰のTiはマトリツクス
中に固溶して張り出し性に悪影響をおよぼすとと
もに、Tiの増加は、表面性状、製造性、経済性
などの面から好ましくなく上限を0.30％とする。 Siを0.50％以下とする理由は、Siは置換型固溶
元素であり張り出し性に好ましくないためであ
る。 Mnを0.50％以下とする理由は、Si同様に張り
出し性に好ましくないためである。Ｐを0.025％以下とするのは、本発明の非常に
重要な点である。従来、Ｐについては成形性、特
に張り出し性におよぼす影響が検討された例はな
く、成形性の観点からのＰ量の規制は本発明によ
つてはじめてなされたものである。すなわち、Ｐ
は微量の増加であつても張り出し性に大きな悪影
響をおよぼすため、できる限り低い方が好ましく
上限を0.025％とする。また、より望ましくは
0.015％以下とする。 Alを0.10％以下とする理由は、固溶Alは張り
出し性に悪影響をおよぼすため低い方が好ましい
が、あまり低いと鋼中の酸素量が増加し、非金属
介在物が多くなり成形性に悪影響をおよぼすた
め、両者を満足する0.10wt％以下とする。その他、Ｓ，Ｏについても耐食性、成形性の面
から好ましくなく、それぞれ0.01％以下、0.01％
以下が望ましい。次に実施例を挙げて説明する。第２表に本発明鋼ならびに比較鋼の化学成分を
示す。これを通常の熱間圧延、冷間圧延により
0.8mm厚の製品板とした。第３表は、その機械的
性質および各種成形性試験値を示したものであ
る。

【表】

【表】第３表の結果から明らかなように、本発明鋼の
ｎ値は従来のフエライト系ステンレス鋼を大幅に
上回つており、γ値もSUS 430 LXと同等以上
の値を有している。また、模型成形性試験で張り出し性の指標とさ
れるエリクセン値は、11以上も得られ従来鋼より
も非常に優れている。一方、深絞り性の指標とさ
れるコニカルカツプ値も従来鋼よりも優れてい
る。また、二次加工性試験結果を第１０図に示し
た。この二次加工性は深絞り後の靭性を落重試験
によつて評価したものであり、供試材の素板径76
mmφの円板を外径27mmφのカツプに絞り、これの
耳を落したものを試験材とし、第１１図に示した
ように、この試験カツプ１を横にしてこれの縁部
に向けて重り２を落下させ、割れを生ずるのに要
したエネルギーで評価した。第１０図から明らか
なように、本発明鋼はいづれも優れた二次加工性
を有している。第１２図は、本発明鋼およびSUS 410、SUS
430の孔食電位（VC′₁₀、200ppmCl^-、40℃）を
示したものである。図からわかるように、本発明
鋼はSUS 410よりも優れておりSUS 430とほぼ
同等の孔食電位を示している。

【図面の簡単な説明】

第１図はｎ値とエリクセン値との関係図、第２
図は供試材の作製工程図、第３図はｎ値とCr量
との関係図、第４図はｎ値とTi／（Ｃ＋Ｎ）の
関係図、第５図はｎ値と（Ｃ＋Ｎ）量との関係
図、第６図はｎ値とＰ量との関係図、第７図はｎ
値と固溶Al量との関係図、第８図はｎ値とαと
の関係図、第９図はγ値とTi／（Ｃ＋Ｎ）との
関係図、第１０図は二次加工性試験結果図であり
深絞り後における落重試験で割れを生ずるに要し
たエネルギーと温度との関係を示した図、第１１
図は第１０図の落重試験のモデル図、第１２図は
供試材の孔食電位を示す図である。１…試験カツプ、２…おもり。

Claims

【特許請求の範囲】１重量％において、 Cr；11.0〜16.0％、Ｃ；0.03％以下、Ｎ；0.02％以下、Ｃ＋Ｎ；0.04％以下、 Si；0.5％以下、 Mn；0.5％以下、Ｐ；0.025％以下、Ｓ；0.01％以下、 Al；0.1％以下、Ｏ；0.01％以下、 Ti；５（％Ｃ＋％Ｎ）〜0.30％、であつて、かつ α＝0.03（％Cr）＋0.2（％Si）＋0.03（％Mn）＋3.3（％Ｐ）＋1.0（％固溶Ti）＋1.0（％固溶Al）ただし、（％固溶Ti）＝（％Ti）−｛４（％Ｃ）＋
3.4（％Ｎ）｝の式で表わされるαが0.8以下を満足
する量のCr、Si、Mn、Ｐ、TiおよびAl含有量で
あり、残部がFeおよび不可避的不純物からなる
焼鈍状態でフエライト単相組織を有し張り出し性
および二次加工性に優れたフエライト系ステンレ
ス鋼。２Ｃは0.02％以下である特許請求の範囲第１項
記載のフエライト系ステンレス鋼。３Ｎは0.01％以下である特許請求の範囲第１項
または第２項記載のフエライト系ステンレス鋼。４（Ｃ＋Ｎ）は0.03％以下である特許請求の範
囲第１項、第２項または第３項記載のフエライト
系ステンレス鋼。