特許 6798907 低磁性オーステナイト系ステンレス鋼および冷延鋼板

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6798907

(24)【登録日】2020年11月24日

(45)【発行日】2020年12月9日

(54)【発明の名称】低磁性オーステナイト系ステンレス鋼および冷延鋼板

(51)【国際特許分類】

   C22C 38/00 20060101AFI20201130BHJP

   C22C 38/58 20060101ALI20201130BHJP

   C21D 9/46 20060101ALN20201130BHJP

【ＦＩ】

   C22C38/00 302Z

   C22C38/00 302A

   C22C38/58

   !C21D9/46 Q

【請求項の数】4

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2017-42502(P2017-42502)

(22)【出願日】2017年3月7日

(65)【公開番号】特開2018-145487(P2018-145487A)

(43)【公開日】2018年9月20日

【審査請求日】2019年11月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】503378420

【氏名又は名称】日鉄ステンレス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100129470

【弁理士】

【氏名又は名称】小松 高

(72)【発明者】

【氏名】松林 弘泰

(72)【発明者】

【氏名】汐月 勝幸

(72)【発明者】

【氏名】溝口 太一朗

【審査官】 鈴木 葉子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−１５４８９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１３８４１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１９７８０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１９７８０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０３８１９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−０８６４０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−０８０９０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 中国特許出願公開第１０１５３２１１５（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２２Ｃ ３８／００−３８／６０

Ｃ２１Ｄ ９／４６− ９／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

質量％で、Ｃ：０.１００％超え０.１６０％以下、Ｓｉ：０.１０〜１.２０％、Ｍｎ：３.００〜６.００％、Ｎｉ：３.００〜６.００％、Ｃｒ：１５.００〜１９.００％、Ｎ：０.０９０〜０.２１０％、Ｃｕ：０.５０〜３.５０％、Ｍｏ：０.１０〜１.５０％、Ｖ：０〜０.３５％、Ｎｂ：０〜０.３５％、Ｔｉ：０〜０.３５％、残部がＦｅおよび不可避的不純物であり、下記（１）式で定義されるＭＤ値が−７０.０以下、下記（２）式で定義されるδcal値が３.２０以下であるオーステナイト系ステンレス鋼。
ＭＤ＝５５１−４６２（Ｃ＋Ｎ）−９.２Ｓｉ−１９.１Ｍｎ−２９（Ｎｉ＋Ｃｕ）−１３.７Ｃｒ−１８.５Ｍｏ …（１）
δcal＝−１５−４４.９１Ｃ−０.８８Ｍｎ−２.３１Ｎｉ＋２.２Ｃｒ−１.０８Ｃｕ−２８.８Ｎ …（２）
ここで、（１）式および（２）式の元素記号の箇所には質量％で表される当該元素の含有量値が代入される。

【請求項2】

請求項１に記載の鋼からなる冷延鋼板であって、比透磁率μが１.１０以下、かつＪＩＳ１３Ｂ号試験片を用いた圧延方向の引張試験を引張速度５ｍｍ／ｍｉｎにて行って得られた公称応力−ひずみ曲線からオフセット法にて求めた０.０１％耐力が５００Ｎ／ｍｍ²以上である低磁性オーステナイト系ステンレス鋼冷延鋼板。

【請求項3】

板面（圧延面）の硬さが３４５ＨＶ以上である請求項２に記載の低磁性オーステナイト系ステンレス鋼冷延鋼板。

【請求項4】

板厚が０.０２〜１.５ｍｍである請求項２または３に記載の低磁性オーステナイト系ステンレス鋼冷延鋼板。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、低磁性、高強度、ばね性が要求される用途に好適なオーステナイト系ステンレス鋼、およびその鋼を用いた冷延鋼板に関する。

【背景技術】

【0002】

電子機器の筐体や部品に使用されるステンレス鋼素材には、磁化されにくい性質が求められることが多い。また、近年では電子機器部材の小型化、軽量化の要求から、それに使用するステンレス鋼素材にも薄肉化のニーズが高まっている。そのニーズに十分応えるためには、磁化されにくい性質に加え、強度、延性、ばね性に優れることが望まれる。また、用途によっては、高温での使用が想定される。したがって、昇温時に軟化が生じにくい性質（耐時効軟化性）を具備しているも望まれる。

【0003】

磁化されにくい性質に関する要求レベルは、用途に応じて大きく非磁性（μ≦１.０１）と低磁性（μ≦１.１０）に分けられる。本発明は、低磁性の用途に適用可能は鋼を対象とする。

【0004】

非磁性の用途には一般にＮｉ含有量を高めて加工誘起マルテンサイト相が生成しないように成分設計されたオーステナイト系鋼種（ＳＵＳ３０５系など）が適用される。非磁性の用途に適用できる既存鋼種は、磁気特性に関して見れば、低磁性の用途にも適用可能である。しかし、一般に非磁性オーステナイト系鋼種は原料コストが高く、また、優れたばね性を得ることが難しい。

【0005】

一方、低磁性の用途に適用できるオーステナイト系鋼種としては、ＳＵＳ３０４系でＮ含有量を高めたりＣｕを添加したりする手法により加工誘起マルテンサイト相の生成量を抑制した鋼や、多量のＭｎを添加したオーステナイト系鋼種などが知られている。しかし、既存の低磁性オーステナイト系鋼種では、強度、延性、ばね性、耐時効軟化性を同時に満足する鋼板を得ることは困難である。

【0006】

特許文献１〜３には、高温での使用環境で強度、ばね限界値の低下が少なく、非磁性あるいは低磁性の用途に適用できると考えられるオーステナイト系ステンレス鋼が記載されている。しかし、発明者らの調査によれば、これらの文献に開示の成分組成では弾性限界応力を厳しく評価し得る「０.０１％耐力」が一般的な非磁性ステンレス鋼種と同程度のレベルである。薄肉化のニーズに十分に応えるためには、０.０１％耐力で評価される「ばね性」の更なる向上が望まれる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００７−１９７８０６号公報

【特許文献2】特開２００７−１９７８０７号公報

【特許文献3】特開２００８−３８１９１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明では、「低磁性」、優れた「強度−延性バランス」、「耐時効軟化性」、および優れた「ばね性」を具備する冷間圧延材を得ることができるオーステナイト系ステンレス鋼を開示する。また、その鋼を用いた冷延鋼板を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記目的は、質量％で、Ｃ：０.１００％超え０.１６０％以下、Ｓｉ：０.１０〜１.２０％、Ｍｎ：３.００〜６.００％、Ｎｉ：３.００〜６.００％、Ｃｒ：１５.００〜１９.００％、Ｎ：０.０９０〜０.２１０％、Ｃｕ：０.５０〜３.５０％、Ｍｏ：０.１０〜１.５０％、Ｖ：０〜０.３５％、Ｎｂ：０〜０.３５％、Ｔｉ：０〜０.３５％、残部がＦｅおよび不可避的不純物であり、下記（１）式で定義されるＭＤ値が−７０.０以下、下記（２）式で定義されるδcal値が３.２０以下であるオーステナイト系ステンレス鋼によって達成される。
ＭＤ＝５５１−４６２（Ｃ＋Ｎ）−９.２Ｓｉ−１９.１Ｍｎ−２９（Ｎｉ＋Ｃｕ）−１３.７Ｃｒ−１８.５Ｍｏ …（１）
δcal＝−１５−４４.９１Ｃ−０.８８Ｍｎ−２.３１Ｎｉ＋２.２Ｃｒ−１.０８Ｃｕ−２８.８Ｎ …（２）
ここで、（１）式および（２）式の元素記号の箇所には質量％で表される当該元素の含有量値が代入される。

【0010】

また、上記の鋼からなる冷延鋼板であって、比透磁率μが１.１０以下、かつＪＩＳ１３Ｂ号試験片を用いた圧延方向の引張試験を引張速度５ｍｍ／ｍｉｎにて行って得られた公称応力−ひずみ曲線からオフセット法にて求めた０.０１％耐力が５００Ｎ／ｍｍ²以上である低磁性オーステナイト系ステンレス鋼冷延鋼板が提供される。この鋼板は、板面（圧延面）の硬さが例えば３４５ＨＶ以上である。板厚は例えば０.０２〜１.５ｍｍである。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、低磁性オーステナイト系ステンレス鋼板において、優れた強度−延性バランス、耐時効軟化性、および優れたばね性を同時に安定して実現させることができる。この鋼板は、薄肉化した低磁性鋼板において高い強度とばね性を呈するので、低磁性が要求される電子機器の筐体や部品の小型・軽量化に有用である。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】板厚０.２ｍｍの調質圧延材について加工誘起マルテンサイト量と時効軟化温度の関係を例示したグラフ。

【発明を実施するための形態】

【0013】

〔化学組成〕
以下、鋼の化学組成に関する「％」は特に断らない限り「質量％」を意味する。
Ｃは、低磁性、強度、延性、ばね性に関わる、極めて重要な元素である。発明者らの検討によれば、最終的な冷間圧延（以下「調質圧延」という。）によって、顕著な延性向上作用を安定して実現するためには、０.１００％を超えるＣ含有量を確保することが非常に有効である。また後述の各成分規定を満たした鋼において、Ｃ含有量を０.１００％より高い範囲とすることによって、調質圧延後に優れた「強度−延性バランス」と、優れた「ばね性」を実現することができる。しかし、Ｃ含有量が多くなりすぎると鋼が過度に硬化し、加工性を害するようになる。詳細な検討の結果、本発明ではＣ含有量を０.１６０％以下の範囲に制限する。

【0014】

Ｓｉは、高強度化に有効である。また、脱酸剤として使用される。これらの作用を得るためにＳｉ含有量は０.１０％以上とする必要があり、０.４０％以上とすることがより好ましい。一方、調質圧延後に低磁性を維持させるために、Ｓｉ含有量は１.２０％以下の範囲に制限される。０.８０％以下に管理してもよい。

【0015】

Ｍｎは、オーステナイト相の安定化元素であり、調質圧延によって高強度化したものにおいて低磁性を安定して維持させるためには、Ｍｎ含有量を３.００％以上とすることが極めて有効であり、４.００％以上とすることがより効果的である。ただし、Ｍｎ含有量が多くなると熱間加工性や低温靭性が低下する。Ｍｎ含有量は６.００％以下とする必要がある。熱間加工性や低温靭性を重視する場合は５.５０％以下のＭｎ含有量範囲で成分調整することが効果的である。

【0016】

Ｎｉは、オーステナイト系ステンレス鋼の基本成分である。調質圧延後に低磁性を維持させるために、３.００％以上のＮｉ含有量を確保する必要があり、４.００％以上とすることがより効果的である。ただし、Ｎｉを多量に添加すると、調質圧延による強度上昇作用が小さくなる。Ｎｉ含有量は６.００％以下に制限され、５.００％未満のＮｉ含有量範囲に管理してもよい。

【0017】

Ｃｒは、ステンレス鋼の耐食性を担う基本成分である。ただし、Ｃｒを多量に含有するとδフェライト相が生成しやすくなり、低磁性が維持できなくなる。本発明では、電子機器部材に求められる優れた耐食性と、低磁性とを両立させるために、Ｃｒ含有量を１５.００％以上１９.００％以下の範囲に規定する。

【0018】

Ｎは、オーステナイト相の安定化元素であり、低磁性を維持しながら高強度化を図る上で重要な元素である。その作用を十分に発揮させるために、本発明では０.０９０％以上のＮ含有量を確保する。０.１２０％以上、あるいは０.１５０％のＮ含有量に管理してもよい。ただし、多量のＮ含有は調質圧延後の延性を低下させる要因となる。Ｎ含有量は０.２１０％以下の範囲に制限される。

【0019】

Ｃｕは、オーステナイト相の安定化元素であり、調質圧延後に低磁性を維持させる上で０.５０％以上の含有量を確保する。ただし、多量のＣｕ含有は熱間加工性を低下させる要因となるので、Ｃｕ含有量は３.５０％以下の範囲で設定する。２.５０％以下の範囲に管理してもよい。

【0020】

Ｍｏは、耐食性の向上および加工硬化能の向上に有効であり、０.１０％以上の含有量を確保する。Ｍｏを多量に添加するとδフェライト相が生成しやすくなり、低磁性が維持できなくなる。Ｍｏ含有量は１.５０％以下の範囲とする。

【0021】

Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉは、加工硬化能を高める作用を有するので、必要に応じてこれらの１種以上を添加することができる。その際、Ｖは０.１０以上、Ｎｂは０.１０％以上、Ｔｉは０.１０％以上の含有量を確保することがより効果的である。ただし、これらの元素を多量に含有するとδフェライト相が生成しやすくなり、低磁性の維持が難しくなる。これらの元素の１種以上を添加する場合、Ｖは０.３５％以下、Ｎｂは０.３５％以下、Ｔｉは０.３５％以下の含有量範囲とする。

【0022】

その他、不可避的不純物であるＰは０.０６０％以下、Ｓは０.０１０％以下であることが望ましい。大量生産現場におけるオーステナイト系ステンレス鋼の通常の溶製方法に従えば、Ｐ、Ｓは上記所望の範囲に抑えることが十分可能である。また、通常のスクラップ原料や、前の溶製チャージで使用した電気炉、取鍋などから混入しうるＡｌ、Ｃａ、希土類元素、Ｂなどは、本発明の課題を達成する上で支障はない。

【0023】

発明者らの検討によれば、弾性限界応力の評価指標である「０.０１％耐力」を向上させるためには、ＣとＮの合計含有量を十分に確保することが極めて有効である。本発明では上述のように０.１００％を超えるＣ含有量と、０.０９０％以上のＮ含有量を必須としているので、Ｃ＋Ｎ合計含有量は０.１９０％より多くなり、これが調質圧延材の０.０１％耐力（ばね性）の向上に有効に作用する。特に０.０１％耐力が例えば６００Ｎ／ｍｍ²以上といった非常に優れたばね性を狙う場合には、ＣとＮの合計含有量を０.２５０％以上に管理することが極めて有効である。

【0024】

下記（１）式で定義されるＭＤ値は、加工誘起マルテンサイト相の生成し易さを表す指標である。ＭＤ値が低いほど加工誘起マルテンサイト相は生成し難く、調質圧延後に安定して低磁性を実現する上で有利となる。また、加工誘起マルテンサイト量の低減は、耐時効軟化性の改善にも極めて有効であることがわかった。本発明ではＭＤ値が−７０.０以下に調整された鋼組成を採用する必要がある。特に、ＭＤ値が−８５.０以下に調整された鋼組成では、調質圧延後の加工誘起マルテンサイト量を例えば２.０体積％以下と、非常に低くコントロールでき、低磁性とともに耐時効軟化性の顕著な改善効果が得られる。したがって、耐時効軟化性を重視する場合は、ＭＤ値を−８５.０以下に調整することがより好ましい。
ＭＤ＝５５１−４６２（Ｃ＋Ｎ）−９.２Ｓｉ−１９.１Ｍｎ−２９（Ｎｉ＋Ｃｕ）−１３.７Ｃｒ−１８.５Ｍｏ …（１）
ここで、（１）式の元素記号の箇所には質量％で表される当該元素の含有量値が代入される。

【0025】

下記（２）式で定義されるδcal値は、連続鋳造で製造した鋳片を１２３０℃で２時間加熱した後の、鋳片の厚さ中央部におけるδフェライト量（体積％）を表す指標である。熱間圧延前の鋳片に存在するδフェライト相の量が多いと、その後の工程で完全に消失させることが困難となる場合があり、低磁性の実現に支障となりうる。また、熱間圧延前の鋳片に存在するδフェライト相は、熱間加工性に大きく影響する。本発明では上述のようにＭｎとＣｕを含有させるが、これらの元素の含有量が増大すると熱間圧延前の鋳片加熱時にＣｕ−Ｍｎ相が析出しやすくなる。Ｃｕ−Ｍｎ相は融点が低く、熱間圧延温度域で脆弱であるため、熱間圧延時に板の「二枚割れ」の発生を招く要因となる。このＣｕ−Ｍｎ相の析出量は、δフェライト相の存在量と相関があり、δフェライト量の増大に伴い、Ｃｕ−Ｍｎ相の析出量が多くなる。種々検討の結果、本発明ではδcal値が３.２０以下に調整された鋼組成とする必要があり、０.５０以下に調整された鋼組成を採用することがより好ましい。
δcal＝−１５−４４.９１Ｃ−０.８８Ｍｎ−２.３１Ｎｉ＋２.２Ｃｒ−１.０８Ｃｕ−２８.８Ｎ …（２）
ここで、（２）式の元素記号の箇所には質量％で表される当該元素の含有量値が代入される。

【0026】

以上の化学組成を有する鋼を用いると、例えば、冷間圧延率４０％の冷延鋼板を作製したとき、当該冷延鋼板において、板面（圧延面）の硬さが３４５ＨＶ以上、ＪＩＳ Ｚ２２４１：２０１１の引張試験による圧延方向の破断伸びが１０.０％以上、かつ比透磁率が１.１０以下である特性を得ることができる。

【0027】

〔製造方法〕
本発明に従う低磁性オーステナイト系ステンレス鋼冷延鋼板は、一般的なステンレス鋼板の大量生産設備を利用して製造することができる。具体的には、連続鋳造、熱間圧延、冷間圧延を経て製造した中間製品板材に、焼鈍、調質圧延を施すことによって製造することができる。調質圧延では、圧延率を２０〜５０％の範囲で設定することが望ましい。この範囲の調質圧延率にて、最終板厚が例えば０.０２ｍｍの箔材から１.５ｍｍの板材まで、種々の板厚の鋼板を得ることができる。

【実施例】

【0028】

表１に「発明鋼」と表示した化学組成のオーステナイト系ステンレス鋼を溶製し、熱間圧延、冷間圧延を含む工程で常法により中間製品である冷延鋼板を製造し、１０６０℃で焼鈍したのち、酸洗、調質圧延を行い、板厚を０.２ｍｍに揃えた冷延鋼板を得た。調質圧延率は表２中に示してある。圧延率は下記（３）式により定まる。
圧延率（％）＝（ｈ₀−ｈ₁）／ｈ₀×１００ …（３）
ここで、ｈ₀は圧延前の板厚（ｍｍ）、ｈ₁は圧延後の板厚（ｍｍ）である。

【0029】

また、表１に「比較鋼」と表示した化学組成を有する板厚０.２ｍｍ冷延鋼板（３／４Ｈ仕上げ相当の市販材）を用意した。
これら板厚０.２ｍｍの冷延鋼板を供試材と呼ぶ。各供試材について、以下の調査を行った。

【0030】

（硬さ測定）
板面（圧延面）を研磨した表面についてＪＩＳ Ｚ２２４４：２００９に従う硬さ測定（ＨＶ２０）を行った。

【0031】

（引張試験）
供試材からＪＩＳ１３Ｂ号試験片を採取し、ＪＩＳ Ｚ２２４１：２０１１による引張試験を行い、圧延方向の０.２％耐力、引張強さ、および破断伸び（ＥＬ）を求めた。
また、ＪＩＳ１３Ｂ号試験片を用いた圧延方向の引張試験を引張速度５ｍｍ／ｍｉｎにて行って得られた公称応力−ひずみ曲線から、オフセット法にて０.０１％耐力を求めた。

【0032】

（加工誘起マルテンサイト量の測定）
供試材から２５ｍｍ×２５ｍｍの試験片を５枚採取し、それら５枚の試験片を積層した状態で、フェライトスコープ（フィッシャー社製）を用いて磁性相であるマルテンサイト相の量を測定することによって、加工誘起マルテンサイト量を定めた。

【0033】

（磁気測定）
供試材から採取した直径５ｍｍ、板厚２ｍｍのサンプルについて、試料振動型磁力計（理研電子株式会社製、ＢＨＶ５２５）を用いて掃引速度１ｋＯｅ（７９.５８ｋＡ／ｍ）／分で１ｋＯｅ（７９.５８ｋＡ／ｍ）の磁場を加えて磁化させ、そこで得られた磁場−磁化曲線の傾きより透磁率を求め、真空の透磁率４π×１０^-7Ｈ／ｍで除して比透磁率とした。各例とも試験数ｎ＝５で測定を行い、５個全てのサンプルにおいて比透磁率が１.１０以下であった例Ｎｏ.を○（低磁性；合格）、それ以外を×（低磁性；不合格）と評価した。

【0034】

（時効軟化温度の測定）
供試材から採取した試験片に、３００〜８００℃の温度範囲にある５℃刻みの種々の温度で１２０分保持したのち、炉から取り出して常温まで空冷する条件で時効処理を施し、時効処理後の板面（圧延面）の硬さを上述の方法で測定した。そして、時効処理後の硬さが、上述の供試材硬さ（時効処理前の硬さ）を下回るようになる５℃刻みの最低温度を、当該供試材の時効軟化温度と定めた。

【0035】

（低磁性維持性能および強度−延性バランスの評価）
各鋼について、板面（圧延面）の硬さが３４５ＨＶ以上、圧延方向の破断伸びＥＬが１０.０％以上、かつ比透磁率が１.１００以下である特性を有する冷延鋼板が得られるかどうか、すなわち、上記各特性を具備する調質圧延仕上げが可能であるかどうかを評価した。上記各特性を具備する板厚０.２０ｍｍの冷延鋼板が得られる化学組成のオーステナイト系ステンレス鋼は、低磁性が要求される電子機器等の薄肉高強度部材に極めて有用な、優れた「強度−延性バランス」を実現することができる鋼であると評価される。したがって、板面（圧延面）の硬さが３４５ＨＶ以上、圧延方向の破断伸びＥＬが１０.０％以上、かつ比透磁率が１.１００以下である特性を有する冷延鋼板が得られることが確認された鋼を○（低磁性および強度−延性バランス；合格）、それ以外を×（低磁性および強度−延性バランス；不合格）と評価した。なお、比較鋼については、供試材（３／４Ｈ仕上げ相当材）において板面（圧延面）の硬さが３４５ＨＶ以上、圧延方向の破断伸びＥＬが１０.０％以上、かつ比透磁率が１.１００以下を満たすものを○、それ以外を×と表示した。
これらの結果を表２に示す。

【0036】

【表1】

【0037】

【表2】

【0038】

本発明で規定する鋼組成を有するＡ１〜Ａ１７の例では、上述の「低磁性および強度−延性バランス」に優れる冷延鋼板が得られることが確認された。特にＣとＮの合計含有量が０.２５０％以上である発明鋼（Ａ２以外）では、硬さ３４５ＨＶ以上の強度レベルに調質圧延したものにおいて、０.０１％耐力が６００Ｎ／ｍｍ²以上という優れたばね性が実現できている。また、ＭＤ値が−８５.０以下である発明鋼（Ａ２、Ａ７以外）では、硬さ３５０ＨＶ以上に調質した冷延鋼板において加工誘起マルテンサイト量が２.０体積％以下となり、それに伴って、時効軟化温度が５３０℃以上という、高い耐時効軟化性が得られた。

【0039】

参考のため図１に加工誘起マルテンサイト量と時効軟化温度の関係を例示する。

【図1】