JPH0350827B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、成形性および二次加工性にすぐれた
Ｐ添加フエライト系ステンレス鋼に関する。 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て比較的に安価でありなが
ら適度な加工性および耐食性を有しているので、
厨房機器や建築用材料などの耐久消費材を中心に
多量に商用されている。また、特にAISI409系お
よびSUS410L系の低クロムフエライト系ステン
レス鋼は、普通鋼と比較した場合にその優れた高
温強度および耐高温酸化性ゆえに、自動車の排ガ
ス関係部品などの用途への使用量も多い。しか
し、これら低クロムのフエライト系ステンレス鋼
も、普通鋼の冷間圧延鋼板や表面処理鋼板に比較
すると、耐食性や高温特性などの材料特性の面で
は優れているものの、価格が高価であるという経
済的な面では制約があり、より安価な材料の開発
が強く望まれている。 本発明はこのような要求を満たすことを目的と
したもので、安価に製造ができ且つ成形性および
二次加工性にすぐれたフエライト系ステンレス鋼
を提供するものである。すなわち本発明は、特許
請求の範囲の記載したように、 重量％において、 Ｃ；0.0050〜0.0500％、 Cr；10.00〜18.00％、 Si；0.50％以下、 Mn；0.50％以下、 Ｐ；0.040％を越え〜0.200％、 Ｓ；0.030％以下、 Ni；0.60％以下、 Sol.Al；0.005〜0.200％、 Ｂ；tr（痕跡程度）〜0.0050％、 であつて、且つ、 （Cr＋50×Ｐ）の式に従う含有量を横軸とし、
（Ｃ＋10×Ｂ＋Sol.Al）の式に従う含有量を縦軸
としたときに、第１図に示されるように４つの座
標点、Ａ（12.0、0.30）、Ｂ（12.0、0.005）、Ｃ
（22.0、0.020）およびＤ（22.0、0.30）を直線で結
んで形成される四辺形の領域内となる関係を満足
し、 残部がFeおよび不可避的不純物からなる成形
性および二次加工性にすぐれたＰ添加フエライト
系ステンレス鋼を提供するものである。 以下に本発明の内容を詳述する。 本発明のフエライト系ステンレス鋼は、従来の
フエライト系ステンレス鋼では低くすることが必
要であるとされていたＰを、他の成分との関連に
おいて積極的に且つ適量含有させる点に基本的な
特徴がある。そこで先ず、このＰについての説明
を行う。 JISG4304の熱間圧延ステンレス鋼板と
JISG4305の冷間圧延ステンレス鋼板にそれぞれ
規定されているフエライト系ステンレス鋼を例に
とると、SUS447J₁（Cr；28.50〜32％）および
SUSXM27（Cr；25.00〜27.50％）の２種類につ
いては、Ｐは0.030％以下と規定されており、そ
の他のフエライト系ステンレス鋼には、いずれも
Ｐは0.040％以下と規定されている。これは、フ
エライト系ステンレス鋼は、結晶構造的には体心
立法構造であつてこの結晶構造的にも靱性に乏し
いうえに、Crが11％以上も含有されているので
更に靱性が劣りがちになるという短所を元来内蔵
していることから、Ｐのような靱性に悪影響を及
ばすとされている元素はできるだけ低下させるこ
とが必要であるという配慮のもとに、Ｐは0.040
％以下もしくは0.030％以下と規定されている。 一方、本発明者らの研究によると、フエライト
系ステンレス鋼にＰを適量添加した場合には、深
絞り性および酸洗性を向上させることができるこ
とが明らかとなつた。第２図にＰ添加による深絞
り性向上の一例を示す。この第２図は、13％Cr
−0.03％の基本成分系においてＰ含有量を変化さ
せたフエライト系ステンレス鋼を溶製し、通常の
熱管圧延、熱延板焼鈍、冷間圧延および焼鈍を経
て得た板厚0.7mmの鋼板の値とＰ含有量との関
係を示したものであり、多少のバラツキを考慮し
て図中のハツチ部分の幅をもつた範囲で値のＰ
含有量に対する変化が示される。値は、よく知
られているように、深絞り性の代表的な指標であ
る。この値が大きい程、特に１を越えて大きい
程、深絞り性は良好であると言える。この第２図
に見られるように、通常のフエライト系ステンレ
ス鋼に含有される0.025％程度のＰ濃度では値
は1.0より低いが、Ｐ含有量の増加と共に値は
高くなり、0.075％以上のＰ含有量になると、
値は1.4以上にもなるのである。 また、このＰ添加によつてフエライト系ステン
レス鋼の酸洗性が向上し、その結果、フエライト
系ステンレス鋼の熱延鋼帯の酸洗法として通常行
われている硝弗酸による酸洗に代えて、普通鋼と
同じく塩酸酸洗が可能となることも判明した。 このような、Ｐ添加によるフエライト系ステン
レス鋼の加工性および酸洗性の向上効果は、安価
なステンレス鋼を提供するうえで、二つの重要な
意義をもつている。 第一に、Ｐそのものが非常に安価な添加元素で
あることである。従来、元素添加による加工性の
改善には、Ti、Nb、Alなどの高価な合金元素が
用いられ、これによる製品価格の上昇は避けられ
なかつた。Ｐの添加には、Fe−Ｐ合金などのＰ
源を添加する場合と、含Ｐ溶銑を使用する場合と
が挙げられるが、前者の場合でも製品価格への影
響は極めて僅かであり、後者の場合にいたつて
は、従来不純物として除去していたものを有効利
用するのであるから製品価格へのはね返りはな
い。 第二は製造上の意義である。高炉溶銑を主たる
鉄源として使用する場合にはその脱隣処理が省略
可能であることから精錬操作に多大のメリツトが
現れるし、Ｐ含有のために経済的価値が低かつた
鉄鉱石やCr鉱石の原料を使用対象とすることも
可能となる。そして、熱延鋼板の酸洗においてコ
スト的および操業的に有利な塩酸酸洗ができるこ
とである。 このように、Ｐ添加フエライト系ステンレス鋼
は、合金成分の面からもまた製造上の面からも安
価な鋼を提供するうえで有意義であり、加えて、
加工性の向上という材質面でもすぐれた効果を発
揮するものであると言える。 しかし、一方において、鋼中のＰは、通常の場
合には材料特性への悪影響をもたらすことを否定
できない。 その一つは、既述のように、靱性への悪影響で
ある。この点は、Ｃ量およびCr量をそれぞれ規
制し、微量のSol.Alを添加することでこのＰによ
る靱性の低下を抑制することが可能である。 その二は、二次加工性への悪影響である。ここ
でいう二次加工性とは、一次加工としてプレスに
よる深絞り成形を行つた後の加工性を指す。Ｐ添
加による成形性の向上により、より厳しい深絞り
成形が可能となるので、この効果を十分に享受す
べく、より厳しい成形を要求される分野にこの鋼
を適用すると、ここに、新な（二次加工性の）問
題が生じることが判明した。例えば一次絞り（フ
アースト・ドロー）に引き続いて二次絞り（リス
トライク）を行つた際や、プレス後にフランジ・
カツトで衝撃が加わつた際に、絞り方向と平行に
脆性的な割れ（亀裂・たて割れ）を生じることが
あることがわかつた。この割れは、一次加工によ
る靱性の低下に起因するものであり、一次加工が
厳しい程、また、温度が低い程、生じやすい。従
つてこの二次加工性は、素材の靱性や成形性とは
異なつた別種の材料特性であると言うことができ
る。この二次加工性の問題により、素材の値が
高くても、つまり、素材が深絞り性にすぐれてい
ても、この二次加工性が劣るが故に、プレス最終
成品にまで加工出来ない場合がある。 この二次加工性に及ぼすＰの影響について、そ
の詳細な機構は現在のところ必ずしも明らかでは
ないが、Ｐは元来、粒界偏析傾向の大きい元素で
あるため、粒界の結合力を弱める作用が一次加工
により顕著となつて粒界破壊によるたて割れを生
じさせやすくなる結果、二次加工性が劣化するの
ではないかと本発明者らは推察している。 以上のようなＰによるフエライト系ステンレス
鋼の材質面への悪影響を除くべく本発明者らは
種々の試験研究を重ねた。その結果、合金組成を
厳密に制御するこによつて、前記第一の弊害であ
る靱性の低下を極力抑制すると共に、第二の弊害
である二次加工性をも同時に解決し、ここに、加
工性に優れかつ二次加工性にも優れたＰ添加フエ
ライト系ステンレス鋼を発明することができた。 以下に、実験データをしながら本発明内容をよ
り具体的に説明しよう。 第３図は、Sol.Alによる靱性改善効果の一例を
示したものである。供試材は、基本的に13％Cr、
0.03％Ｃ、0.10％Ｐを含有するフエライト系ステ
ンレス鋼をベースとし、これにSol.Alの含有量を
変化させた鋼を溶製して、それぞれ30Kg鋼塊を作
り、1100℃で鍛造の後、さらに760℃で４時間均
熱処理を施したものから試験片を切出したもので
ある。試験は20℃および０℃の各温度でのシヤル
ピー衝撃試験を行つた。鋼板等の成品を製造する
上での製造上問題のない衝撃値としては５Kgｆ・
ｍ／cm²が目安である。第３図から明らかなよう
に、Sol.Alを0.002％含有する鋼では衝撃値は各
温度とも零に近いが、Sol.Alを0.010％含有する
付近から急激に上昇し（0.005％以上のSol.Alで
衝撃値は５Kgｆ・ｍ／cm²を越えるようになる）、
Sol.Alを0.020％を越えて含有させても衝撃値は
あまり変化しない。このように、Sol.Alの微量添
加はこの種のＰ添加フエライト系ステンレス鋼の
靱性の向上に著しい効果をもたらすが、製造上問
題のない靱性を得るには、0.005％以上のSol.Al
の添加が必要である。 第４図は、Ｐ添加フエライト系ステンレス鋼の
二次加工性に及ぼす合金元素の影響を検討し、そ
の結果を整理して示したものである。供試材は、
合金成分を種々変化させ、通常の熱間圧延、冷間
圧延、焼鈍を経て作成した0.7mm厚の冷延焼鈍板
であり、二次加工性を評価する試験は、各供試材
の板から、絞り比2.0、外径27.0mmの深絞りカツ
プを作製し、このカツプを０℃で円錐ポンチによ
つて拡管し、そのさいの割れが延性的か脆性的か
を判定する方法によつた。また、一つの供試鋼か
ら５〜10個のカツプを作製して各々拡管し、脆性
的に割れたカツプの割合を求め、脆性破壊率とし
た。以後、この試験を単に拡管試験と呼ぶことに
する。この拡管試験において、脆性的な割れが生
じなければ、つまり、すべて延性破壊であり脆性
破壊率が０％であれば、特別に厳しい深絞り加工
を施さないかぎりは、二次加工性は実用的には十
分であると言える。 多数の拡管試験を実施し、供試材の合金成分と
その脆性破壊率との関係を整理したのが第４図で
ある。第４図の結果に見られるように、横軸に鋼
中の（Cr＋50×Ｐ）％を、縦軸に鋼中の（Ｃ＋
10×Ｂ＋Sol.Al）％をとつた場合に、点Ｂ（12.0、
0.005）と点Ｃ（22.0、0.020）とを結ぶ直線BCよ
り上側で、且つ点Ｃ（22.0、0.020）と点Ｄ（22.0、
0.30）とを結ぶ直線より左側の領域にある化学組
成では、供試鋼P₁と供試鋼P₂の例外鋼（これに
ついては後述する）を省くと、脆性的な割れは全
く生じておらず、明確な相関がある。すなわち、
この第４図より、CrとＰは二次加工性を劣化さ
せ、Ｃ、ＢおよびSol.Alは二次加工性を向上させ
る元素であることがわかるが、各成分を単独に規
制または添加しただけでは不十分であつて、Ｃ、
Ｂ、Sol.AlおよびCr、Ｐを相互に関連させて適
切に規制することによつてはじめて良好な二次加
工性が得られることが明らかである。 なお、第４図の関係において、Ｂ（硼素）につ
いては、分析値がtr（トレース、痕跡）として表
示したほうが適切なほど微量な場合（特にＢを添
加していない場合）には、縦軸の（Ｃ＋10×Ｂ＋
Sol.Al）は、Ｂを０として、すなわち（Ｃ＋Sol.
Al）として算出している。 また、第４図で例外的な挙動、すなわち直線
BCより上で直線CDより左にありながら脆性的な
割れを生じたP₁およびP₂は、特定の成分の含有
量にその原因があると考えられる。P₁およびP₂
の供試材の化学成分値を第１表に示す。

【表】 第１表に示すように、P₁ではＣが0.0035％と非
常に低く、従つてSol.Alがある程度含有されても
十分な二次加工性を示さず、またP₂ではCrが
18.60％と高いためにＰがやや低くても二次加工
性を劣化させたものと考えられる。従つて、本発
明鋼では、Ｃについてはその含有量の下限を規制
することが、またCrについてはその含有量の上
限を規制することが必要となる。この理由によつ
て本発明鋼では、第４図（第１図も同様）の関係
を各成分が相互に満たしたうえで、なお且つＣに
ついては0.005％以上、Crについては18.00％以下
と規制している。 このように、Ｐ添加フエライト系ステンレス鋼
においては、Ｃ、Ｂ、Sol.AlおよびCr、Ｐの含
有量を相互に関連をもつて厳密に規制することが
二次加工性の向上に必要となることが明らかとな
つたが、Ｃ、ＢおよびSol.Alが二次加工性に及ぼ
す有益な効果について、その理由は現時点では必
ずしも明らかではないが本発明者らは次のように
推察している。すなわち、ＣおよびＢについて
は、それぞれ自身が粒界に偏析することで、二
次加工性に有害なＰの粒界偏析を抑制するか、も
しくは、これらが粒界に偏析することで粒界が
強化されるためと考えている。また、Sol.Alにつ
いては、AlがCr炭化物の析出を抑制するので、
Cr炭化物として消費されるＣを減少させる結果、
固溶Ｃもしくは粒界偏析Ｃの量を実質的に増加さ
せることになり、このＣによつて前述の機構で二
次加工性を向上させると推察される。 第４図の結果は、本発明の基礎をなす重要な結
果であり、各成分を単独規制するのみならず、相
互を関連して規制することが重要であることを示
しているが、ここで、各成分の各々についてその
上下限の規制理由を説明する。 Ｃは、既述のように（前記P₁の供試鋼）あま
り低いと二次加工性の面から好ましくないので、
0.0050％以上とする必要がある。しかし、あまり
高いと材料が硬質となり成形性が劣化すると共に
溶接性にも害を及ぼす。これらを回避するには、
その上限を0.0500％とする必要がある。 Crの下限の10.00％は鋼の耐食性保持のための
必要最低量である。第１図における直線ACは、
このCrの下限値とＰの下限値から求められたも
のである。一方、Crが高いと靱性が損なわれ且
つ既述のように（前記P₂供試鋼）二次加工性も
劣化するので18.00％をその上限とする。 Siは、耐高温酸化性を向上させるが、あまり高
いと材料が硬化するので、0.50％をその上限とす
る。 Mnは、熱間加工性や溶接部の靱性を改善する
元素であるが、0.50％を越えて含有させても効果
が飽和すると共にコスト上昇を招くので0.50％を
その上限とする。 Ｓは、耐食性や熱間加工性に有害な元素であり
低いほうが好ましいので0.030％以下とする。 Niは、フエライト系金属材料の靱性改善に効
果があるが、あまり高いと製品が高価となり本発
明の目的に沿わなくなり、通常のフエライト系ス
テンレス鋼で規定されている上限を許容限度とし
て0.60％以下とする。 Ｐは、既述のように本発明合金において基本的
な合金元素であり、安価なフエライ系ステンレス
鋼を得るうえでは0.040％を超えて含有させるこ
とが必要となる。靱性や熱間加工性、さらには二
次加工性に対してのＰの悪影響が本発明によつて
抑制されるが、Ｐ含有量は無制限であつてよいわ
けではなく、0.20％を上限とする。 Alは、製鋼時には脱酸在として鋼中酸素を低
減し、鋼を清浄化する。またＰによる靱性および
二次加工性への悪影響を抑制し、これを改善する
有用な元素である（第３図）。この効果を確保す
るには、Sol.Alとして0.005％以上の添加が必要
である。しかし、Sol.Alとして0.200％を超えて
含有させてもこの効果が飽和すると共に鋳造時に
おいてノズル閉塞を起こしたり製造上問題となる
ことがあるので、Sol.Alとして0.200％を上限と
する。 Ｂは、極く微量でも二次加工性の改善に有効に
作用する。Ｂがtr（トレース、分析上痕跡として
示される程度）であつても、本発明で規定するＣ
やSol.ALの添加量さらにはCrやＰの含有量によ
つては二次加工性を確保することもできるが、良
好な二次加工性を得るにはＢを0.0005％以上含有
させることが好ましい。しかし、あまり含有させ
ると成形性を劣化させるので、0.0050％以下とす
るのがよい。 Ｎは、本発明において特に規定するものではな
いが、製鋼段階で不可避的に混入してくる元素で
あり、通常のフエライト系ステンレス鋼に含有さ
れる程度の0.0050〜0.05％を含有することができ
る。 以上の各元素の上下限値の限定だけでは、二次
加工性に対しては不十分であり、この二次加工性
に対しての目的を達成するには、すでに述べたと
おり、第４図の関係、ひいては第１図の関係を満
足することが必要である。第１図の関係において
Ｂを分析精度内で含有しない場合には、第１図の
縦軸の指標である（Ｃ＋10×Ｂ＋Sol.Al）は、Ｂ
＝０として、すなわち（Ｃ＋Sol.Al）として算出
する。以上により、成形性および二次加工性に優
れ、強度の成形加工を伴う用途への適用が可能な
安価なフエライト系ステンレス鋼が提供される。 以下に実施例を上げて本発明鋼の特徴をより具
体的に説明する。 第２表に示した化学成分の鋼をそれぞれ溶製し
たうえ、通常の熱間圧延、冷間圧延および焼鈍条
件のもとで板厚0.7mmの冷延焼鈍板を製造した。 第３表にこの各鋼板の値および二次加工性試
験結果を示した。値は板の圧延方向に対して、
0°、45°、90°方向についてそれぞれ求めたところ
のγ₀、γ₄₅、γ₉₀の値から、 ＝（γ₀＋2γ₄₅＋γ₉₀）／４ により、算出した。 また、二次加工性については、前記の第４図で
説明した拡管試験を0°で行い、その破壊の形態を
第４図で説明したのと同様にして評価した。

【表】

【表】

【表】 第２表および第３表の結果から次の事実が明ら
かである。 本発明鋼No.１〜No.７は、いずれも値が高くて
深絞り性が優れている。そして同時に、いずれも
拡管試験において全く脆性破壊を示さず、二次加
工性も良好である。 比較鋼No.８は、Ｐが本発明範囲を越えており、
また（Cr＋50P）が23.84と第１図に示した本発
明の範囲の外にある。この結果、は比較的良好
ではあるものの、二次加工性に劣つている。 比較鋼No.９は、Ｐが低い。このために、値が
低くなつている。このように、Ｐが低いと深絞り
性が劣る。換言すれば、Ｐは深絞り性を向上させ
る。 比較鋼No.10は、Ｃが0.0028％と本発明で規定す
る範囲より低い。このため、二次加工性が十分で
はない。 比較鋼No.11は、各成分を単独で見れば各々その
含有量は本発明範囲内にあるものの、（Cr＋50P）
が本発明範囲外であり、このために二次加工性が
劣つている。 比較鋼No.12は、Sol.Alが0.003％と本発明範囲
より低いうえ、（Cr＋50P）＝20.59の値に対する
（Ｃ＋10B＋Sol.Al）が本発明外である。その結
果、二次加工性に劣つている。 比較鋼No.13は、Crおよび（Cr＋50P）が本発明
の範囲を越えており、やはり、二次加工性に劣つ
ている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明鋼のＣ、Cr、Ｐ、Sol.Al、Ｂ
の含有量の相互の関係を示す図、第２図は13％
Cr−0.03％Ｃのフエライト系ステンレス鋼にＰを
添加したときのＰ含有量と値との関係図、第３
図は13％Cr−0.03％Ｃ−0.10％ＰのＰ添加フエラ
イト系ステンレス鋼におけるSol.Al含有量とシヤ
ルピー衝撃値との関係図、第４図は本発明合金の
Ｃ、Cr、Ｐ、Sol.Al、Ｂの含有量の相互の関係
を導く基礎となつた二次加工性試験（拡管試験）
の結果を示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 重量％において、 Ｃ；0.0050〜0.0500％、 Cr；10.00〜18.00％、 Si；0.50％以下、 Mn；0.50％以下、 Ｐ；0.040％を越え〜0.200％、 Ｓ；0.030％以下、 Ni；0.60％以下、 Sol.Al；0.005〜0.200％、 Ｂ；tr（痕跡程度）〜0.0050％、 であつて、且つ、 （Cr＋50×Ｐ）の式に従う含有量を横軸とし、
   （Ｃ＋10×Ｂ＋Sol.Al）の式に従う含有量を縦軸
   としたときに、第１図に示されるように４つの座
   標点、Ａ（12.0、0.30）、Ｂ（12.0、0.005）、Ｃ
   （22.0、0.020）およびＤ（22.0、0.30）を直線で結
   んで形成される四辺形の領域内となる関係を満足
   し、 残部がFeおよび不可避的不純物からなる成形
   性および二次加工性にすぐれたＰ添加フエライト
   系ステンレス鋼。 ２ Ｂが0.0005〜0.0050％である特許請求の範囲
   第１項記載の成形性および二次加工性にすぐれた
   Ｐ添加フエライト系ステンレス鋼。