成型ばね用フェライト系ステンレス鋼板及びその製造方法
【課題】各種成型バネ材に使用されているオーステナイト系ステンレス鋼と比べてみても遜色ないばね特性を有し、Ｎｉ等の高価格の成分元素をほとんど用いない低コストの成型ばね用フェライト系ステンレス鋼板及びその製造方法を提供する。
【解決手段】質量％で、Ｃ：０．０３％以下、Ｎ：０．０３％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：１．００％以下、Ｃｒ：１６〜２０％、Ｎｉ：０．６０％以下、Ｎｂ：８×（Ｃ＋Ｎ）％以上０．８０％以下をそれぞれ含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなるフェライト系ステンレス鋼であって、１５％以上の冷間圧延に相当する加工歪を内部に蓄積させた後に５５０℃以上７５０℃以下の温度範囲で最終熱処理されることにより、６００ＭＰａ以上の０．２％耐力σを有し、かつ、式ε≧−０．０２×σ＋２２および式ε≧５の関係をともに満たす伸びε（％）を示す。
【解決手段】質量％で、Ｃ：０．０３％以下、Ｎ：０．０３％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：１．００％以下、Ｃｒ：１６〜２０％、Ｎｉ：０．６０％以下、Ｎｂ：８×（Ｃ＋Ｎ）％以上０．８０％以下をそれぞれ含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなるフェライト系ステンレス鋼であって、１５％以上の冷間圧延に相当する加工歪を内部に蓄積させた後に５５０℃以上７５０℃以下の温度範囲で最終熱処理されることにより、６００ＭＰａ以上の０．２％耐力σを有し、かつ、式ε≧−０．０２×σ＋２２および式ε≧５の関係をともに満たす伸びε（％）を示す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は各種の成型ばね等に使用される加工性に優れた成型ばね用フェライト系ステンレス鋼板及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種の成型バネに使用されるオーステナイト系ステンレス鋼板は加工硬化係数が高く、例えば代表的な組成のＳＵＳ３０４では１０％圧延加工を行いＨｖ３００程度の硬さを示してもなお３０％程度の引張伸びを有することができるが、添加元素のＮｉはそれ自体が高価であり、また価格安定性が低い。このため、代替可能な特性を発現できる、Ｎｉ添加量の少ないフェライト系ステンレス鋼板の利用が望まれている。
【０００３】
しかし、フェライト系ステンレス鋼板は加工硬化係数が低く、オーステナイト系ステンレス鋼と同等な強度を得ようとすれば、例えば代表的な組成のＳＵＳ４３０では圧延率７０％でもＨｖ２８０程度にとどまり、引張伸びは２％以下と低く、所望の延性を確保することができない。このため、フェライト系ステンレス鋼は、バネ材等の高強度と加工性が要求される分野での利用価値は低いものと一般に認識されていた。
【０００４】
これまでにもフェライト系ステンレス鋼の特性を向上させるために種々の提案がなされている。例えば、特許文献１は「異方性が小さく深絞り性の優れた軟質フェライト系ステンレス鋼」を提案している。同文献の第２頁には「Ｃ及びＮを固定し、鋼に軟質性を与え結晶粒の粗大化や脆化を抑制して鋼の加工性特に本発明の深絞り性を向上せしめるのに有効な元素である」と記載され、Ｎｂ添加によるＣ，Ｎ量の低減によって加工性を得ているが、課題は素材の軟質化であり、深絞り用途の素材製造を目的としている。
【０００５】
また、特許文献２は「加工性に優れたフェライト系ステンレス鋼板及びその製造方法」を提案している。同文献の段落0010には、「Ｎｂ系析出物を結晶方位の制御に利用することにより・・・（中略）加工性に優れたフェライト系ステンレス鋼板を提供すること」と記載されているが、その最終焼鈍温度は９００℃〜１１００℃と高く（段落0029）、鋼板を軟質化した後に強加工することを目的としている。
【０００６】
このようにフェライト系ステンレス鋼は、低い加工硬化係数のために、ばね用途としての認識が低い。フェライト系ステンレス鋼をばね用途とする提案として、例えば特許文献３と特許文献４をあげることができる。
【０００７】
特許文献３は「高強度・高靭性フェライト系ステンレス鋼の製造方法」を提案している。同文献では添加元素にＴｉを用い、Ｃ，Ｎ，Ｔｉの添加量、溶体化処理温度、冷間圧延率によって決められる管理値とバネ限界値の関係を述べているが、時効熱処理に用いる最終焼鈍温度範囲は４００℃以下であり、同文献の３頁にある「時効温度は４００℃を超えると過時効を起こし、固溶Ｃ，Ｎは炭窒化物を形成し転位を固着する効果が小さくなる」としている点で成型ばねに必要な延性を得ようとはしていない。
【０００８】
特許文献４は「ばね用フェライト系ステンレス鋼板とその製造方法」を提案している。同文献の第４頁には「軟化開始温度を高温側へ移動させ、製品ばねを５５０〜６００℃で後熱処理した場合の特性劣化を抑制する効果」を述べているが、Ｎｂ，Ｔｉの添加量は０．１質量％以下と小さい範囲に規定され、耐食性の付与のために必要とされる添加量（（Ｃ＋Ｎ）質量％８倍以上）を下回る設計とし、その代わりにバネ特性を得ようとしてＳｉを「高いバネ特性を実現するためには不可欠な元素」として積極的に固溶元素による強化を用いている。
【０００９】
このように、従来用いられているオーステナイト系ステンレス鋼に対し、遜色ないバネ特性（耐食性、強度、延性）を有する発明は未だなされていなかった。
【特許文献１】特公昭５１−２９６９４号公報、第２頁
【特許文献２】特開２００２−１９４５０８号公報、段落0010,0029
【特許文献３】特開平５−２８７３７５号公報
【特許文献４】特開２００１−１２３２４８号公報、第４頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、各種成型バネ材に使用されているオーステナイト系ステンレス鋼と比べてみても遜色ないばね特性を有し、Ｎｉ等の高価格の成分元素をほとんど用いない低コストの成型ばね用フェライト系ステンレス鋼板及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明では炭窒化物として消費される以上の充分なＮｂを加え、予歪によって過飽和となったＣ，Ｎを利用し、過時効域の熱処理で析出硬化を利用し、特別な固溶強化元素を必要とせず、高いバネ特性を得ることができるようにした。以下にその具体的手段を述べる。
【００１２】
本発明の成型ばね用フェライト系ステンレス鋼板は、質量％で、Ｃ：０．０３％以下、Ｎ：０．０３％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：１．００％以下、Ｃｒ：１６〜２０％、Ｎｉ：０．６０％以下、Ｎｂ：８×（Ｃ＋Ｎ）％以上０．８０％以下をそれぞれ含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなるフェライト系ステンレス鋼であって、１５％以上の冷間圧延に相当する加工歪を内部に蓄積させた後に５５０℃以上７５０℃以下の温度範囲で最終熱処理されることにより、６００ＭＰａ以上の０．２％耐力σを有し、かつ、下式をともに満たす伸びε（％）を示すことを特徴とする。
【００１３】
ε≧−０．０２×σ＋２２ …（１）
ε≧５ …（２）
本発明の成型ばね用フェライト系ステンレス鋼板の製造方法は、質量％で、Ｃ：０．０３％以下、Ｎ：０．０３％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：１．００％以下、Ｃｒ：１６〜２０％、Ｎｉ：０．６０％以下、Ｎｂ：８×（Ｃ＋Ｎ）％以上０．８０％以下をそれぞれ含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなるフェライト系ステンレス鋼に対して、１５％以上の冷間圧延に相当する加工歪を内部に蓄積させた後に、５５０〜７５０℃の温度範囲で最終熱処理し、０．２％耐力σが６００ＭＰａ以上で、かつ、伸びε（％）が（１）式ε≧−０．０２×σ＋２２および（２）式ε≧５の関係をともに満たす鋼板とすることを特徴とする。
【００１４】
圧延鋼材を延性が回復する過時効域で焼鈍すると、通常の場合はそれによって強度が低下しようとするが、本発明では、冷間圧延で所望の予歪（１５％以上の冷間圧延に相当する加工歪）を付与したフェライト系ステンレス鋼に対して過時効域（５５０〜７５０℃）で最終熱処理を施すことにより、Ｎｂ炭化物およびＮｂ炭窒化物の析出時効を積極的に起こさせ、これにより強度の低下を補償している。これにより所望のばね特性として６００ＭＰａ以上の０．２％耐力σが得られる。このような０．２％耐力σは、図５に示す臨界特性線ＣＬ１より右方領域Ｒ２に存在する鋼材に与えられる。
【００１５】
一方、本発明では、諸特性のうちから延性に関して主要成分元素のＣ，Ｎ，Ｎｂ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｍｎの成分設計を行い、析出時効に伴う延性低下を最小限に抑え、所望の伸びεを確保して、ばねの成型加工を可能にしている。これにより所望のばね特性として上式（１）と（２）を共に満たす伸びεが得られる。このような伸びεは、図５に示す臨界特性線ＣＬ２，ＣＬ３より上方領域Ｒ２に存在する鋼材に与えられる。
【００１６】
本発明では、さらに、質量％で、Ｃｕ：０．８０％以下およびＭｏ：２．５０％以下のうちの１種又は２種を含有させることができる。加工性を損なわない範囲でＣｕ，Ｍｏを添加すると、強度および耐食性がさらに向上する。
【００１７】
以下に、本発明における各成分元素の作用、圧延条件および熱処理条件の限定理由についてそれぞれ説明する。
【００１８】
１）Ｃ：０．０３質量％以下
一般的にはＣ含有量が多くなると耐食性、耐酸化性、加工性、靭性が低下する。本発明では、冷間圧延による予歪を利用して固溶Ｃを過飽和とし、その安定化元素であるＮｂを過時効域でＣと反応させることにより析出硬化を生じさせる。過時効域でＮｂ炭化物やＮｂ炭窒化物を安定に析出させて時効析出硬化を起こさせるためには、不必要にＣ含有量を多くするとＮｂ添加量を多くしなければならなくなるので、Ｃ含有量の上限値を通常操業で制御可能な低炭素レベルの０．０３質量％に設定した。
【００１９】
２）Ｎ：０．０３質量％以下
ＮはＣと同様の侵入型元素であり、圧延予歪によって過飽和となったＮがＮｂと炭窒化物を形成して析出硬化に寄与する。よって、本発明の所望の効果を得るためには、不必要にＮ含有量を多くするとＮｂ添加量を多くしなければならなくなるので、Ｎ含有量の上限値を通常操業で制御可能な低Ｎレベルの０．０３質量％に設定した。
【００２０】
３）Ｓｉ：１．００質量％以下
Ｓｉは素材強度の向上に寄与するとともに高温酸化特性の改善に有効な元素である。しかし、１．００質量％を超えてＳｉを過剰に添加すると加工性及び靱性が劣化する。よって、Ｓｉ含有量の上限値を１．００質量％に設定した。
ちなみに、特許文献４の鋼では、ばねに必要とされる特性としてビッカース硬さＨｖ３１０以上を得るために、Ｓｉを高いバネ特性を実現するために不可欠な元素として積極的に添加している。
【００２１】
４）Ｍｎ：１．００質量％以下
Ｍｎは、高温酸化特性のなかでも特にスケール剥離性の改善に有効な元素であるが、Ｍｎ量を多くしても本発明の析出硬化には寄与しないので、通常フェライト系ステンレス鋼に含有される程度のレベルとして１．００質量％を上限とした。
【００２２】
５）Ｃｒ：１６〜２０質量％
Ｃｒは、フェライト相を安定させ、耐食性および耐熱性を向上させる元素である。所望の耐食性を得るためにはＣｒ量を少なくとも１６質量％添加する必要がある。しかし、Ｃｒを多量に含有すると原料コストの増大を招くばかりでなく、２０質量％を超えて過剰に添加するとかえって加工性が阻害されるため２０質量％を上限とした。
【００２３】
６）Ｎｉ：０．６質量％以下
Ｎｉは素材強度の向上や耐食性に寄与する元素であるが、高価であり、価格安定性が低いのでできるだけ添加しないほうが望ましい。本発明ではＮｉの添加効果を期待していないので、通常フェライト系ステンレス鋼に含有を許容されるＮｉ量として日本工業規格（ＪＩＳ）に規定されている０．６質量％を上限とした。
【００２４】
７）Ｎｂ：８×（Ｃ＋Ｎ）質量％以上０．８質量％以下
Ｎｂは、炭窒化物等の形成元素として炭素および窒素を固定させ、Ｃｒ欠乏層の発生による耐食性劣化を防止するため、生成した炭窒化物によって粒界移動を抑制し、耐熱向上性を狙うために添加される。Ｎｂは、Ｃ，Ｎを固定し、Ｃｒ欠乏層の発生による耐食性劣化を防止するためには最低でも、Ｃ，Ｎ量により（Ｃ＋Ｎ）質量％の８倍のＮｂを添加する必要があり、固溶Ｎｂの効果（軟化温度上昇、析出硬化）を狙うにはそれ以上のＮｂを含有する必要があることから、その下限は８×（Ｃ＋Ｎ）質量％より多いものとし、その上限は経済的理由と延性低下の抑制から０．８０％とした。
【００２５】
本発明鋼では炭窒化物として消費される以上の充分なＮｂ量を添加し、予歪によって過飽和となったＣ，Ｎを利用し、過時効域の熱処理にて析出硬化にて高いバネ特性を得るようにしている。Ｃ，Ｎを析出物として固定しているＮｂは、熱間圧延後から最終焼鈍までの間においてＮｂ（Ｃ，Ｎ）の形態で存在し、その量および析出状態がほとんど変化しない。
【００２６】
ちなみに特許文献１の第２頁には「Ｎｂは、Ｃ及びＮを固定し、鋼に軟質性を与え結晶粒の粗大化や脆化を抑制して鋼の加工性特に本発明の深絞り性を向上せしめるのに有効な元素である」と記載され、Ｎｂ添加によるＣ，Ｎ量の低減によって加工性を得ているが、課題は素材の軟質化であり、深絞り用途の素材製造を目的としている。
【００２７】
また、ちなみに特許文献４の第４頁には「軟化開始温度を高温側へ移動させ、製品ばねを５５０〜６００℃で後熱処理した場合の特性劣化を抑制する効果」と記載されているが、Ｎｂ添加量が０．１質量％以下と小さい範囲に規定されている。さらに、特許文献４の第４頁に示された成分範囲によれば、（Ｃ＋Ｎ）質量％は０．０４〜０．２４％となっており、耐食性の付与のために必要とされるＮｂの添加量は（Ｃ＋Ｎ）質量％８〜１６倍以上必要とすれば０．３２〜３．８４％となるが、Ｎｂの添加範囲はそれを下回る設計となっている。
【００２８】
８）Ｃｕ：０．８０質量％以下
Ｃｕは耐食性と強度の向上に有効な元素であり、抗菌性付与にも有効であることから、使用環境に応じて添加する。しかし、０．８０質量％を超えてＣｕを過剰に添加すると熱間加工性を低下させ、加工性を劣化させるため、０．８０質量％を上限とした。
【００２９】
９）Ｍｏ：２．５０質量％以下
Ｍｏは耐食性と強度の向上に有効な元素であり、使用環境に応じて添加する。しかし、２．５０質量％を超えてＭｏを過剰に添加すると熱間加工性を低下させ、加工性を劣化させるため、２．５０質量％を上限とした。
【００３０】
１０）その他の添加成分および不可避不純物
本発明が対象とするフェライト系ステンレス鋼では、上記以外の他の合金元素に関しては特段規定されるものではなく、必要に応じて適宜添加される。この種の添加成分として、熱間加工性および靭性の改善に有効な元素としてＣａ，Ｍｇ，Ｂを０．０５質量％以下の微量レベルで添加することができる。
【００３１】
Ｐ，Ｓ，Ｏは、強度や加工性を劣化させるため汎用の成分分析機の検出限界に近い程度まで可能な限り低く抑えるほうが望ましい。しかし、製鋼工程において不可避的に不純物として混入する場合は、Ｐを０．０４質量％以下、Ｓを０．０３質量％以下、Ｏを０．０２質量％以下にそれぞれ規制して加工性の劣化を防ぐようにする。
【００３２】
１１）圧延率：１５％以上の冷間圧延に相当する加工歪
Ｎｂ炭化物及びＮｂ炭窒化物の析出硬化によるばね特性の向上効果を狙う場合には、最低限１５％以上の冷間圧延に相当する加工歪を鋼板の内部に蓄積させる必要がある。加工歪が１５％を下回るとＮｂ炭化物、Ｎｂ炭窒化物の析出量が不十分になり、ばね特性（引張強度、０．２％耐力、伸び、硬さ）が所望レベルまで向上しないからである。
【００３３】
ここで「１５％以上の冷間圧延に相当する加工歪」とは、再結晶温度より低い温度領域にて、固溶ＣをＮｂと結合可能な過飽和Ｃとする格子歪を加える加工歪のことをいう。冷間圧延にて１５％未満の圧延率ではその格子歪を与えることができないからである。成型ばね材として使用する場合、曲げ加工等の成型工程が付加されることが多々あり、加工部分は形状的に応力が集中し、その部位でばね特性を補償することになる。仮に１５％未満の圧延率で作製した鋼板であっても、最終的に曲げ加工を行うことでさらに歪を与え、その後に過時効域で熱処理を行うことで同等な特性を得ることも可能であるので、本発明では「…に相当する」という表現としている。なお、圧延率の上限は、成分毎の加工限界と製造コストの上昇によるため本発明では特定しない。
【００３４】
１２）最終熱処理温度：５５０℃以上７５０℃以下
過時効温度域を利用し、成型ばね材として必要な加工性を保有させるため、５５０〜７５０℃（さらに好ましくは６００〜７００℃）の温度域で最終焼鈍を行う。５５０〜７５０℃の温度範囲は、歪時効温度よりも高く、加工歪を完全に除去し得る再結晶温度よりも低い温度範囲である。
【００３５】
ちなみに特許文献２の段落0010には、「Ｎｂ系析出物を結晶方位の制御に利用することにより・・・（中略）加工性に優れたフェライト系ステンレス鋼板を提供すること」と記載されているが、その最終焼鈍温度は９００℃〜１１００℃と高く（段落0029）、鋼板を軟質化した後に強加工することを目的としている。
【００３６】
また、ちなみに特許文献３では時効熱処理に用いる最終焼鈍温度範囲は４００℃以下であり、同文献の３頁にある「時効温度は４００℃を超えると過時効を起こし、固溶Ｃ、Ｎは炭窒化物を形成し転位を固着する効果が小さくなる」としている点で本発明鋼とは異なる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明鋼によれば、特定の予歪を与えたＮｂ含有フェライト系ステンレス鋼に対して特定の過時効域の温度で最終熱処理を行うことにより、成型バネ材として充分な強度と加工性を有するフェライト系ステンレス鋼が提供される。また、本発明によれば、安定生産可能なフェライト系ステンレス鋼の製造方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、本発明を実施するための最良の形態について添付の図面を参照して説明する。
【００３９】
表１に示す組成の各種フェライト系ステンレス鋼を真空溶解炉でそれぞれ溶製し、厚みが約５０ｍｍのスラブに切り出し、１２００℃に加熱した後、板厚３ｍｍまで熱間圧延した。さらに、７５０〜９２０℃の軟化焼鈍と冷間圧延を繰り返し、１ｍｍ厚の冷間圧延焼鈍材を製作した。
【表１】
【００４０】
（実施例１）
表１の実施例１に示す化学組成の鋼板を用いて、３０〜７０％圧延率の冷間圧延を行い、各温度にて熱処理を行った後、素材硬さ測定及び引張試験にて０．２％耐力σと伸びεをそれぞれ評価した（図１、図２）。
【００４１】
図１は、横軸に最終熱処理の加熱温度（℃）をとり、縦軸に各種サンプルのビッカース硬さＨｖ（荷重１ｋｇ）をとって両者の相関について調べた結果を示す特性線図である。図中にて特性線Ａ１（白丸）は圧延率３０％、特性線Ａ２（白三角）は圧延率５０％、特性線Ａ３（白四角）は圧延率７０％の結果をそれぞれ示す。図から明らかなように、素材硬度は圧延率によって変化し、５０％以上の圧延率では６００℃中心の温度領域にて炭窒化物析出により圧延後の硬さを上回るほど時効熱処理の効果が顕著に表れ、最大でＨｖ３２０の硬さを得た。圧延率によって軟化開始温度は若干変化するものの、７５０℃まで圧延ままの硬度を保持した。
【００４２】
図２は、横軸に最終熱処理の加熱温度（℃）をとり、縦軸に各種サンプルの引張強度（ＭＰａ）、０．２％耐力σ（ＭＰａ）、伸びε（％）およびビッカース硬さＨｖ（荷重１ｋｇ）をとって、それぞれの相関について調べた結果を示す特性線図である。圧延率７０％の条件とした。図中にて特性線Ｂは引張強度、特性線Ｃは０．２％耐力σ、特性線Ｄはビッカース硬さＨｖ、特性線Ｅは伸びεの結果をそれぞれ示す。図から明らかなように、７０％圧延材にて延性は加熱温度とともに回復し、５５０℃にて６％を上回り、延性、硬度とも安定する温度範囲が５５０〜７００℃であることを確認し、素材硬度Ｈｖ２９０〜３２０、伸び６〜８％の材料を得た。５５０℃より低い温度では素材硬度の減少は無いが延性の回復が充分ではなく、７５０℃より高い温度では延性の回復を示すが、軟化速度が著しく、安定品質を得る量産条件として適さなくなる。
【００４３】
実施例２及び３の鋼種においても実施例１と同様の確認を行ったところ、安定した品質を得られる最終熱処理の加熱条件が５５０〜７５０℃の温度範囲にあり、そのときの機械的特性値（０．２％耐力、伸び）を図５中に黒丸プロットで示した。これに対して、組成が本発明の範囲に入っているものであっても製造条件（最終熱処理温度４００〜５５０℃）が本発明の範囲から外れているものを比較例として図５中に白丸プロットで示した。また、圧延のままの機械的特性は従来例として図５中に白四角プロットで示した。
【００４４】
図５は、横軸に０．２％耐力σ（ＭＰａ）をとり、縦軸に伸びε（％）をとって、各種鋼板の０．２％耐力σと伸びεを調べた結果を示す特性図である。図中の黒丸は実施例（組成が本発明範囲内、最終熱処理温度が５５０〜７５０℃）、白丸は比較例（組成が本発明範囲内、最終熱処理温度が４００〜５５０℃）、白四角は従来例（組成が本発明範囲内、圧延まま）の結果をそれぞれ示した。図中に引いた３本の線ＣＬ１，ＣＬ２，ＣＬ３は本発明鋼を従来鋼から区別するための区画線である。第１の臨界区画線ＣＬ１は０．２％耐力σが６００ＭＰａに対応している。第２の臨界区画線ＣＬ２は上記の式（１）に対応している。第３の臨界区画線ＣＬ３は上記の式（２）に対応している。図中の領域Ｒ１が従来例を含む比較例に、領域Ｒ２が本発明の実施例にそれぞれ該当する。
【００４５】
（比較例）
表１の比較例１に示す化学組成の熱延鋼板を用い、３０〜７０％圧延率の冷間圧延を行い、各温度にて熱処理を行った後、素材硬さ測定及び引張試験にて０．２％耐力σと伸びεをそれぞれ評価した（図３、図４）。
【００４６】
図３は、横軸に最終熱処理の加熱温度（℃）をとり、縦軸に各種サンプルのビッカース硬さＨｖ（荷重１ｋｇ）をとって両者の相関について調べた結果を示す特性線図である。図中にて特性線Ｆ１（白丸）は圧延率３０％、特性線Ｆ２（白三角）は圧延率５０％、特性線Ｆ３（白四角）は圧延率７０％の結果をそれぞれ示す。図から明らかなように、素材硬度は６００℃付近から素材硬度が急激に変化し、圧延率によって軟化開始温度は若干変化するものの、全ての圧延率で７００℃にてほぼ完全に軟化が終了した。
【００４７】
図４は、横軸に最終熱処理の加熱温度（℃）をとり、縦軸に各種サンプルの引張強度（ＭＰａ）、０．２％耐力σ（ＭＰａ）、伸びε（％）およびビッカース硬さＨｖ（荷重１ｋｇ）をとって、それぞれの相関について調べた結果を示す特性線図である。圧延率７０％の条件とした。図中にて特性線Ｍは引張強度、特性線Ｎは０．２％耐力σ、特性線Ｐはビッカース硬さＨｖ、特性線Ｑは伸びεの結果をそれぞれ示す。図から明らかなように、７０％圧延材にて延性は加熱温度とともに回復していくが軟化温度も顕著であり、５００〜６５０℃の１５０℃の温度差で０．２％耐力は１００ＭＰａ以上減少してしまい、Ｎｂ添加した実施例鋼を用いた実施例１に比べて品質安定性を得る加熱条件は４００〜６００℃までの温度範囲であった。
【００４８】
比較例２の鋼種において比較例１と同様の確認を行い、安定した品質を得られる加熱条件は６００℃までであり、その時の機械的特性値（０．２％耐力σ、伸びε）及び圧延のままの機械的特性を図５中に白四角プロットで示した。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明の成型ばね用フェライト系ステンレス鋼板は、各種の成型ばね等に使用される。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】Ｎｂ添加フェライト系ステンレス鋼板の熱処理温度と熱処理後の素材硬さとの関係を示す特性線図。
【図２】Ｎｂ添加フェライト系ステンレス鋼板の熱処理温度と熱処理後の引張り特性等との関係を示す特性線図。
【図３】Ｎｂ非添加フェライト系ステンレス鋼板の熱処理温度と熱処理後の素材硬さとの関係を示す特性線図。
【図４】Ｎｂ非添加フェライト系ステンレス鋼板の熱処理温度と熱処理後の引張り特性等との関係を示す特性線図。
【図５】本発明と従来技術とを併記した特性プロット図。
【技術分野】
【０００１】
本発明は各種の成型ばね等に使用される加工性に優れた成型ばね用フェライト系ステンレス鋼板及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種の成型バネに使用されるオーステナイト系ステンレス鋼板は加工硬化係数が高く、例えば代表的な組成のＳＵＳ３０４では１０％圧延加工を行いＨｖ３００程度の硬さを示してもなお３０％程度の引張伸びを有することができるが、添加元素のＮｉはそれ自体が高価であり、また価格安定性が低い。このため、代替可能な特性を発現できる、Ｎｉ添加量の少ないフェライト系ステンレス鋼板の利用が望まれている。
【０００３】
しかし、フェライト系ステンレス鋼板は加工硬化係数が低く、オーステナイト系ステンレス鋼と同等な強度を得ようとすれば、例えば代表的な組成のＳＵＳ４３０では圧延率７０％でもＨｖ２８０程度にとどまり、引張伸びは２％以下と低く、所望の延性を確保することができない。このため、フェライト系ステンレス鋼は、バネ材等の高強度と加工性が要求される分野での利用価値は低いものと一般に認識されていた。
【０００４】
これまでにもフェライト系ステンレス鋼の特性を向上させるために種々の提案がなされている。例えば、特許文献１は「異方性が小さく深絞り性の優れた軟質フェライト系ステンレス鋼」を提案している。同文献の第２頁には「Ｃ及びＮを固定し、鋼に軟質性を与え結晶粒の粗大化や脆化を抑制して鋼の加工性特に本発明の深絞り性を向上せしめるのに有効な元素である」と記載され、Ｎｂ添加によるＣ，Ｎ量の低減によって加工性を得ているが、課題は素材の軟質化であり、深絞り用途の素材製造を目的としている。
【０００５】
また、特許文献２は「加工性に優れたフェライト系ステンレス鋼板及びその製造方法」を提案している。同文献の段落0010には、「Ｎｂ系析出物を結晶方位の制御に利用することにより・・・（中略）加工性に優れたフェライト系ステンレス鋼板を提供すること」と記載されているが、その最終焼鈍温度は９００℃〜１１００℃と高く（段落0029）、鋼板を軟質化した後に強加工することを目的としている。
【０００６】
このようにフェライト系ステンレス鋼は、低い加工硬化係数のために、ばね用途としての認識が低い。フェライト系ステンレス鋼をばね用途とする提案として、例えば特許文献３と特許文献４をあげることができる。
【０００７】
特許文献３は「高強度・高靭性フェライト系ステンレス鋼の製造方法」を提案している。同文献では添加元素にＴｉを用い、Ｃ，Ｎ，Ｔｉの添加量、溶体化処理温度、冷間圧延率によって決められる管理値とバネ限界値の関係を述べているが、時効熱処理に用いる最終焼鈍温度範囲は４００℃以下であり、同文献の３頁にある「時効温度は４００℃を超えると過時効を起こし、固溶Ｃ，Ｎは炭窒化物を形成し転位を固着する効果が小さくなる」としている点で成型ばねに必要な延性を得ようとはしていない。
【０００８】
特許文献４は「ばね用フェライト系ステンレス鋼板とその製造方法」を提案している。同文献の第４頁には「軟化開始温度を高温側へ移動させ、製品ばねを５５０〜６００℃で後熱処理した場合の特性劣化を抑制する効果」を述べているが、Ｎｂ，Ｔｉの添加量は０．１質量％以下と小さい範囲に規定され、耐食性の付与のために必要とされる添加量（（Ｃ＋Ｎ）質量％８倍以上）を下回る設計とし、その代わりにバネ特性を得ようとしてＳｉを「高いバネ特性を実現するためには不可欠な元素」として積極的に固溶元素による強化を用いている。
【０００９】
このように、従来用いられているオーステナイト系ステンレス鋼に対し、遜色ないバネ特性（耐食性、強度、延性）を有する発明は未だなされていなかった。
【特許文献１】特公昭５１−２９６９４号公報、第２頁
【特許文献２】特開２００２−１９４５０８号公報、段落0010,0029
【特許文献３】特開平５−２８７３７５号公報
【特許文献４】特開２００１−１２３２４８号公報、第４頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、各種成型バネ材に使用されているオーステナイト系ステンレス鋼と比べてみても遜色ないばね特性を有し、Ｎｉ等の高価格の成分元素をほとんど用いない低コストの成型ばね用フェライト系ステンレス鋼板及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明では炭窒化物として消費される以上の充分なＮｂを加え、予歪によって過飽和となったＣ，Ｎを利用し、過時効域の熱処理で析出硬化を利用し、特別な固溶強化元素を必要とせず、高いバネ特性を得ることができるようにした。以下にその具体的手段を述べる。
【００１２】
本発明の成型ばね用フェライト系ステンレス鋼板は、質量％で、Ｃ：０．０３％以下、Ｎ：０．０３％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：１．００％以下、Ｃｒ：１６〜２０％、Ｎｉ：０．６０％以下、Ｎｂ：８×（Ｃ＋Ｎ）％以上０．８０％以下をそれぞれ含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなるフェライト系ステンレス鋼であって、１５％以上の冷間圧延に相当する加工歪を内部に蓄積させた後に５５０℃以上７５０℃以下の温度範囲で最終熱処理されることにより、６００ＭＰａ以上の０．２％耐力σを有し、かつ、下式をともに満たす伸びε（％）を示すことを特徴とする。
【００１３】
ε≧−０．０２×σ＋２２ …（１）
ε≧５ …（２）
本発明の成型ばね用フェライト系ステンレス鋼板の製造方法は、質量％で、Ｃ：０．０３％以下、Ｎ：０．０３％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：１．００％以下、Ｃｒ：１６〜２０％、Ｎｉ：０．６０％以下、Ｎｂ：８×（Ｃ＋Ｎ）％以上０．８０％以下をそれぞれ含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなるフェライト系ステンレス鋼に対して、１５％以上の冷間圧延に相当する加工歪を内部に蓄積させた後に、５５０〜７５０℃の温度範囲で最終熱処理し、０．２％耐力σが６００ＭＰａ以上で、かつ、伸びε（％）が（１）式ε≧−０．０２×σ＋２２および（２）式ε≧５の関係をともに満たす鋼板とすることを特徴とする。
【００１４】
圧延鋼材を延性が回復する過時効域で焼鈍すると、通常の場合はそれによって強度が低下しようとするが、本発明では、冷間圧延で所望の予歪（１５％以上の冷間圧延に相当する加工歪）を付与したフェライト系ステンレス鋼に対して過時効域（５５０〜７５０℃）で最終熱処理を施すことにより、Ｎｂ炭化物およびＮｂ炭窒化物の析出時効を積極的に起こさせ、これにより強度の低下を補償している。これにより所望のばね特性として６００ＭＰａ以上の０．２％耐力σが得られる。このような０．２％耐力σは、図５に示す臨界特性線ＣＬ１より右方領域Ｒ２に存在する鋼材に与えられる。
【００１５】
一方、本発明では、諸特性のうちから延性に関して主要成分元素のＣ，Ｎ，Ｎｂ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｍｎの成分設計を行い、析出時効に伴う延性低下を最小限に抑え、所望の伸びεを確保して、ばねの成型加工を可能にしている。これにより所望のばね特性として上式（１）と（２）を共に満たす伸びεが得られる。このような伸びεは、図５に示す臨界特性線ＣＬ２，ＣＬ３より上方領域Ｒ２に存在する鋼材に与えられる。
【００１６】
本発明では、さらに、質量％で、Ｃｕ：０．８０％以下およびＭｏ：２．５０％以下のうちの１種又は２種を含有させることができる。加工性を損なわない範囲でＣｕ，Ｍｏを添加すると、強度および耐食性がさらに向上する。
【００１７】
以下に、本発明における各成分元素の作用、圧延条件および熱処理条件の限定理由についてそれぞれ説明する。
【００１８】
１）Ｃ：０．０３質量％以下
一般的にはＣ含有量が多くなると耐食性、耐酸化性、加工性、靭性が低下する。本発明では、冷間圧延による予歪を利用して固溶Ｃを過飽和とし、その安定化元素であるＮｂを過時効域でＣと反応させることにより析出硬化を生じさせる。過時効域でＮｂ炭化物やＮｂ炭窒化物を安定に析出させて時効析出硬化を起こさせるためには、不必要にＣ含有量を多くするとＮｂ添加量を多くしなければならなくなるので、Ｃ含有量の上限値を通常操業で制御可能な低炭素レベルの０．０３質量％に設定した。
【００１９】
２）Ｎ：０．０３質量％以下
ＮはＣと同様の侵入型元素であり、圧延予歪によって過飽和となったＮがＮｂと炭窒化物を形成して析出硬化に寄与する。よって、本発明の所望の効果を得るためには、不必要にＮ含有量を多くするとＮｂ添加量を多くしなければならなくなるので、Ｎ含有量の上限値を通常操業で制御可能な低Ｎレベルの０．０３質量％に設定した。
【００２０】
３）Ｓｉ：１．００質量％以下
Ｓｉは素材強度の向上に寄与するとともに高温酸化特性の改善に有効な元素である。しかし、１．００質量％を超えてＳｉを過剰に添加すると加工性及び靱性が劣化する。よって、Ｓｉ含有量の上限値を１．００質量％に設定した。
ちなみに、特許文献４の鋼では、ばねに必要とされる特性としてビッカース硬さＨｖ３１０以上を得るために、Ｓｉを高いバネ特性を実現するために不可欠な元素として積極的に添加している。
【００２１】
４）Ｍｎ：１．００質量％以下
Ｍｎは、高温酸化特性のなかでも特にスケール剥離性の改善に有効な元素であるが、Ｍｎ量を多くしても本発明の析出硬化には寄与しないので、通常フェライト系ステンレス鋼に含有される程度のレベルとして１．００質量％を上限とした。
【００２２】
５）Ｃｒ：１６〜２０質量％
Ｃｒは、フェライト相を安定させ、耐食性および耐熱性を向上させる元素である。所望の耐食性を得るためにはＣｒ量を少なくとも１６質量％添加する必要がある。しかし、Ｃｒを多量に含有すると原料コストの増大を招くばかりでなく、２０質量％を超えて過剰に添加するとかえって加工性が阻害されるため２０質量％を上限とした。
【００２３】
６）Ｎｉ：０．６質量％以下
Ｎｉは素材強度の向上や耐食性に寄与する元素であるが、高価であり、価格安定性が低いのでできるだけ添加しないほうが望ましい。本発明ではＮｉの添加効果を期待していないので、通常フェライト系ステンレス鋼に含有を許容されるＮｉ量として日本工業規格（ＪＩＳ）に規定されている０．６質量％を上限とした。
【００２４】
７）Ｎｂ：８×（Ｃ＋Ｎ）質量％以上０．８質量％以下
Ｎｂは、炭窒化物等の形成元素として炭素および窒素を固定させ、Ｃｒ欠乏層の発生による耐食性劣化を防止するため、生成した炭窒化物によって粒界移動を抑制し、耐熱向上性を狙うために添加される。Ｎｂは、Ｃ，Ｎを固定し、Ｃｒ欠乏層の発生による耐食性劣化を防止するためには最低でも、Ｃ，Ｎ量により（Ｃ＋Ｎ）質量％の８倍のＮｂを添加する必要があり、固溶Ｎｂの効果（軟化温度上昇、析出硬化）を狙うにはそれ以上のＮｂを含有する必要があることから、その下限は８×（Ｃ＋Ｎ）質量％より多いものとし、その上限は経済的理由と延性低下の抑制から０．８０％とした。
【００２５】
本発明鋼では炭窒化物として消費される以上の充分なＮｂ量を添加し、予歪によって過飽和となったＣ，Ｎを利用し、過時効域の熱処理にて析出硬化にて高いバネ特性を得るようにしている。Ｃ，Ｎを析出物として固定しているＮｂは、熱間圧延後から最終焼鈍までの間においてＮｂ（Ｃ，Ｎ）の形態で存在し、その量および析出状態がほとんど変化しない。
【００２６】
ちなみに特許文献１の第２頁には「Ｎｂは、Ｃ及びＮを固定し、鋼に軟質性を与え結晶粒の粗大化や脆化を抑制して鋼の加工性特に本発明の深絞り性を向上せしめるのに有効な元素である」と記載され、Ｎｂ添加によるＣ，Ｎ量の低減によって加工性を得ているが、課題は素材の軟質化であり、深絞り用途の素材製造を目的としている。
【００２７】
また、ちなみに特許文献４の第４頁には「軟化開始温度を高温側へ移動させ、製品ばねを５５０〜６００℃で後熱処理した場合の特性劣化を抑制する効果」と記載されているが、Ｎｂ添加量が０．１質量％以下と小さい範囲に規定されている。さらに、特許文献４の第４頁に示された成分範囲によれば、（Ｃ＋Ｎ）質量％は０．０４〜０．２４％となっており、耐食性の付与のために必要とされるＮｂの添加量は（Ｃ＋Ｎ）質量％８〜１６倍以上必要とすれば０．３２〜３．８４％となるが、Ｎｂの添加範囲はそれを下回る設計となっている。
【００２８】
８）Ｃｕ：０．８０質量％以下
Ｃｕは耐食性と強度の向上に有効な元素であり、抗菌性付与にも有効であることから、使用環境に応じて添加する。しかし、０．８０質量％を超えてＣｕを過剰に添加すると熱間加工性を低下させ、加工性を劣化させるため、０．８０質量％を上限とした。
【００２９】
９）Ｍｏ：２．５０質量％以下
Ｍｏは耐食性と強度の向上に有効な元素であり、使用環境に応じて添加する。しかし、２．５０質量％を超えてＭｏを過剰に添加すると熱間加工性を低下させ、加工性を劣化させるため、２．５０質量％を上限とした。
【００３０】
１０）その他の添加成分および不可避不純物
本発明が対象とするフェライト系ステンレス鋼では、上記以外の他の合金元素に関しては特段規定されるものではなく、必要に応じて適宜添加される。この種の添加成分として、熱間加工性および靭性の改善に有効な元素としてＣａ，Ｍｇ，Ｂを０．０５質量％以下の微量レベルで添加することができる。
【００３１】
Ｐ，Ｓ，Ｏは、強度や加工性を劣化させるため汎用の成分分析機の検出限界に近い程度まで可能な限り低く抑えるほうが望ましい。しかし、製鋼工程において不可避的に不純物として混入する場合は、Ｐを０．０４質量％以下、Ｓを０．０３質量％以下、Ｏを０．０２質量％以下にそれぞれ規制して加工性の劣化を防ぐようにする。
【００３２】
１１）圧延率：１５％以上の冷間圧延に相当する加工歪
Ｎｂ炭化物及びＮｂ炭窒化物の析出硬化によるばね特性の向上効果を狙う場合には、最低限１５％以上の冷間圧延に相当する加工歪を鋼板の内部に蓄積させる必要がある。加工歪が１５％を下回るとＮｂ炭化物、Ｎｂ炭窒化物の析出量が不十分になり、ばね特性（引張強度、０．２％耐力、伸び、硬さ）が所望レベルまで向上しないからである。
【００３３】
ここで「１５％以上の冷間圧延に相当する加工歪」とは、再結晶温度より低い温度領域にて、固溶ＣをＮｂと結合可能な過飽和Ｃとする格子歪を加える加工歪のことをいう。冷間圧延にて１５％未満の圧延率ではその格子歪を与えることができないからである。成型ばね材として使用する場合、曲げ加工等の成型工程が付加されることが多々あり、加工部分は形状的に応力が集中し、その部位でばね特性を補償することになる。仮に１５％未満の圧延率で作製した鋼板であっても、最終的に曲げ加工を行うことでさらに歪を与え、その後に過時効域で熱処理を行うことで同等な特性を得ることも可能であるので、本発明では「…に相当する」という表現としている。なお、圧延率の上限は、成分毎の加工限界と製造コストの上昇によるため本発明では特定しない。
【００３４】
１２）最終熱処理温度：５５０℃以上７５０℃以下
過時効温度域を利用し、成型ばね材として必要な加工性を保有させるため、５５０〜７５０℃（さらに好ましくは６００〜７００℃）の温度域で最終焼鈍を行う。５５０〜７５０℃の温度範囲は、歪時効温度よりも高く、加工歪を完全に除去し得る再結晶温度よりも低い温度範囲である。
【００３５】
ちなみに特許文献２の段落0010には、「Ｎｂ系析出物を結晶方位の制御に利用することにより・・・（中略）加工性に優れたフェライト系ステンレス鋼板を提供すること」と記載されているが、その最終焼鈍温度は９００℃〜１１００℃と高く（段落0029）、鋼板を軟質化した後に強加工することを目的としている。
【００３６】
また、ちなみに特許文献３では時効熱処理に用いる最終焼鈍温度範囲は４００℃以下であり、同文献の３頁にある「時効温度は４００℃を超えると過時効を起こし、固溶Ｃ、Ｎは炭窒化物を形成し転位を固着する効果が小さくなる」としている点で本発明鋼とは異なる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明鋼によれば、特定の予歪を与えたＮｂ含有フェライト系ステンレス鋼に対して特定の過時効域の温度で最終熱処理を行うことにより、成型バネ材として充分な強度と加工性を有するフェライト系ステンレス鋼が提供される。また、本発明によれば、安定生産可能なフェライト系ステンレス鋼の製造方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、本発明を実施するための最良の形態について添付の図面を参照して説明する。
【００３９】
表１に示す組成の各種フェライト系ステンレス鋼を真空溶解炉でそれぞれ溶製し、厚みが約５０ｍｍのスラブに切り出し、１２００℃に加熱した後、板厚３ｍｍまで熱間圧延した。さらに、７５０〜９２０℃の軟化焼鈍と冷間圧延を繰り返し、１ｍｍ厚の冷間圧延焼鈍材を製作した。
【表１】
【００４０】
（実施例１）
表１の実施例１に示す化学組成の鋼板を用いて、３０〜７０％圧延率の冷間圧延を行い、各温度にて熱処理を行った後、素材硬さ測定及び引張試験にて０．２％耐力σと伸びεをそれぞれ評価した（図１、図２）。
【００４１】
図１は、横軸に最終熱処理の加熱温度（℃）をとり、縦軸に各種サンプルのビッカース硬さＨｖ（荷重１ｋｇ）をとって両者の相関について調べた結果を示す特性線図である。図中にて特性線Ａ１（白丸）は圧延率３０％、特性線Ａ２（白三角）は圧延率５０％、特性線Ａ３（白四角）は圧延率７０％の結果をそれぞれ示す。図から明らかなように、素材硬度は圧延率によって変化し、５０％以上の圧延率では６００℃中心の温度領域にて炭窒化物析出により圧延後の硬さを上回るほど時効熱処理の効果が顕著に表れ、最大でＨｖ３２０の硬さを得た。圧延率によって軟化開始温度は若干変化するものの、７５０℃まで圧延ままの硬度を保持した。
【００４２】
図２は、横軸に最終熱処理の加熱温度（℃）をとり、縦軸に各種サンプルの引張強度（ＭＰａ）、０．２％耐力σ（ＭＰａ）、伸びε（％）およびビッカース硬さＨｖ（荷重１ｋｇ）をとって、それぞれの相関について調べた結果を示す特性線図である。圧延率７０％の条件とした。図中にて特性線Ｂは引張強度、特性線Ｃは０．２％耐力σ、特性線Ｄはビッカース硬さＨｖ、特性線Ｅは伸びεの結果をそれぞれ示す。図から明らかなように、７０％圧延材にて延性は加熱温度とともに回復し、５５０℃にて６％を上回り、延性、硬度とも安定する温度範囲が５５０〜７００℃であることを確認し、素材硬度Ｈｖ２９０〜３２０、伸び６〜８％の材料を得た。５５０℃より低い温度では素材硬度の減少は無いが延性の回復が充分ではなく、７５０℃より高い温度では延性の回復を示すが、軟化速度が著しく、安定品質を得る量産条件として適さなくなる。
【００４３】
実施例２及び３の鋼種においても実施例１と同様の確認を行ったところ、安定した品質を得られる最終熱処理の加熱条件が５５０〜７５０℃の温度範囲にあり、そのときの機械的特性値（０．２％耐力、伸び）を図５中に黒丸プロットで示した。これに対して、組成が本発明の範囲に入っているものであっても製造条件（最終熱処理温度４００〜５５０℃）が本発明の範囲から外れているものを比較例として図５中に白丸プロットで示した。また、圧延のままの機械的特性は従来例として図５中に白四角プロットで示した。
【００４４】
図５は、横軸に０．２％耐力σ（ＭＰａ）をとり、縦軸に伸びε（％）をとって、各種鋼板の０．２％耐力σと伸びεを調べた結果を示す特性図である。図中の黒丸は実施例（組成が本発明範囲内、最終熱処理温度が５５０〜７５０℃）、白丸は比較例（組成が本発明範囲内、最終熱処理温度が４００〜５５０℃）、白四角は従来例（組成が本発明範囲内、圧延まま）の結果をそれぞれ示した。図中に引いた３本の線ＣＬ１，ＣＬ２，ＣＬ３は本発明鋼を従来鋼から区別するための区画線である。第１の臨界区画線ＣＬ１は０．２％耐力σが６００ＭＰａに対応している。第２の臨界区画線ＣＬ２は上記の式（１）に対応している。第３の臨界区画線ＣＬ３は上記の式（２）に対応している。図中の領域Ｒ１が従来例を含む比較例に、領域Ｒ２が本発明の実施例にそれぞれ該当する。
【００４５】
（比較例）
表１の比較例１に示す化学組成の熱延鋼板を用い、３０〜７０％圧延率の冷間圧延を行い、各温度にて熱処理を行った後、素材硬さ測定及び引張試験にて０．２％耐力σと伸びεをそれぞれ評価した（図３、図４）。
【００４６】
図３は、横軸に最終熱処理の加熱温度（℃）をとり、縦軸に各種サンプルのビッカース硬さＨｖ（荷重１ｋｇ）をとって両者の相関について調べた結果を示す特性線図である。図中にて特性線Ｆ１（白丸）は圧延率３０％、特性線Ｆ２（白三角）は圧延率５０％、特性線Ｆ３（白四角）は圧延率７０％の結果をそれぞれ示す。図から明らかなように、素材硬度は６００℃付近から素材硬度が急激に変化し、圧延率によって軟化開始温度は若干変化するものの、全ての圧延率で７００℃にてほぼ完全に軟化が終了した。
【００４７】
図４は、横軸に最終熱処理の加熱温度（℃）をとり、縦軸に各種サンプルの引張強度（ＭＰａ）、０．２％耐力σ（ＭＰａ）、伸びε（％）およびビッカース硬さＨｖ（荷重１ｋｇ）をとって、それぞれの相関について調べた結果を示す特性線図である。圧延率７０％の条件とした。図中にて特性線Ｍは引張強度、特性線Ｎは０．２％耐力σ、特性線Ｐはビッカース硬さＨｖ、特性線Ｑは伸びεの結果をそれぞれ示す。図から明らかなように、７０％圧延材にて延性は加熱温度とともに回復していくが軟化温度も顕著であり、５００〜６５０℃の１５０℃の温度差で０．２％耐力は１００ＭＰａ以上減少してしまい、Ｎｂ添加した実施例鋼を用いた実施例１に比べて品質安定性を得る加熱条件は４００〜６００℃までの温度範囲であった。
【００４８】
比較例２の鋼種において比較例１と同様の確認を行い、安定した品質を得られる加熱条件は６００℃までであり、その時の機械的特性値（０．２％耐力σ、伸びε）及び圧延のままの機械的特性を図５中に白四角プロットで示した。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明の成型ばね用フェライト系ステンレス鋼板は、各種の成型ばね等に使用される。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】Ｎｂ添加フェライト系ステンレス鋼板の熱処理温度と熱処理後の素材硬さとの関係を示す特性線図。
【図２】Ｎｂ添加フェライト系ステンレス鋼板の熱処理温度と熱処理後の引張り特性等との関係を示す特性線図。
【図３】Ｎｂ非添加フェライト系ステンレス鋼板の熱処理温度と熱処理後の素材硬さとの関係を示す特性線図。
【図４】Ｎｂ非添加フェライト系ステンレス鋼板の熱処理温度と熱処理後の引張り特性等との関係を示す特性線図。
【図５】本発明と従来技術とを併記した特性プロット図。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．０３％以下、Ｎ：０．０３％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：１．００％以下、Ｃｒ：１６〜２０％、Ｎｉ：０．６０％以下、Ｎｂ：８×（Ｃ＋Ｎ）％以上０．８０％以下をそれぞれ含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなるフェライト系ステンレス鋼であって、１５％以上の冷間圧延に相当する加工歪を内部に蓄積させた後に５５０℃以上７５０℃以下の温度範囲で最終熱処理されることにより、６００ＭＰａ以上の０．２％耐力σを有し、かつ、式ε≧−０．０２×σ＋２２および式ε≧５の関係をともに満たす伸びε（％）を示すことを特徴とする成型ばね用フェライト系ステンレス鋼板。
【請求項２】
さらに、質量％で、Ｃｕ：０．８０％以下およびＭｏ：２．５０％以下のうちの１種又は２種を含むことを特徴とする請求項１記載の成型ばね用フェライト系ステンレス鋼板。
【請求項３】
質量％で、Ｃ：０．０３％以下、Ｎ：０．０３％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：１．００％以下、Ｃｒ：１６〜２０％、Ｎｉ：０．６０％以下、Ｎｂ：８×（Ｃ＋Ｎ）％以上０．８０％以下をそれぞれ含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなるフェライト系ステンレス鋼に対して、１５％以上の冷間圧延に相当する加工歪を内部に蓄積させた後に、５５０〜７５０℃の温度範囲で最終熱処理し、０．２％耐力σが６００ＭＰａ以上で、かつ、伸びε（％）が式ε≧−０．０２×σ＋２２および式ε≧５の関係をともに満たす鋼板とすることを特徴とする成型ばね用フェライト系ステンレス鋼板の製造方法。
【請求項４】
さらに、質量％で、Ｃｕ：０．８０％以下およびＭｏ：２．５０％以下のうちの１種又は２種を含むことを特徴とする請求項３記載の成型ばね用フェライト系ステンレス鋼板の製造方法。
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．０３％以下、Ｎ：０．０３％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：１．００％以下、Ｃｒ：１６〜２０％、Ｎｉ：０．６０％以下、Ｎｂ：８×（Ｃ＋Ｎ）％以上０．８０％以下をそれぞれ含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなるフェライト系ステンレス鋼であって、１５％以上の冷間圧延に相当する加工歪を内部に蓄積させた後に５５０℃以上７５０℃以下の温度範囲で最終熱処理されることにより、６００ＭＰａ以上の０．２％耐力σを有し、かつ、式ε≧−０．０２×σ＋２２および式ε≧５の関係をともに満たす伸びε（％）を示すことを特徴とする成型ばね用フェライト系ステンレス鋼板。
【請求項２】
さらに、質量％で、Ｃｕ：０．８０％以下およびＭｏ：２．５０％以下のうちの１種又は２種を含むことを特徴とする請求項１記載の成型ばね用フェライト系ステンレス鋼板。
【請求項３】
質量％で、Ｃ：０．０３％以下、Ｎ：０．０３％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：１．００％以下、Ｃｒ：１６〜２０％、Ｎｉ：０．６０％以下、Ｎｂ：８×（Ｃ＋Ｎ）％以上０．８０％以下をそれぞれ含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなるフェライト系ステンレス鋼に対して、１５％以上の冷間圧延に相当する加工歪を内部に蓄積させた後に、５５０〜７５０℃の温度範囲で最終熱処理し、０．２％耐力σが６００ＭＰａ以上で、かつ、伸びε（％）が式ε≧−０．０２×σ＋２２および式ε≧５の関係をともに満たす鋼板とすることを特徴とする成型ばね用フェライト系ステンレス鋼板の製造方法。
【請求項４】
さらに、質量％で、Ｃｕ：０．８０％以下およびＭｏ：２．５０％以下のうちの１種又は２種を含むことを特徴とする請求項３記載の成型ばね用フェライト系ステンレス鋼板の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−２３３２５０（Ｐ２００６−２３３２５０Ａ）
【公開日】平成１８年９月７日（２００６．９．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−４７３５７（Ｐ２００５−４７３５７）
【出願日】平成１７年２月２３日（２００５．２．２３）
【出願人】（０００２３０８６９）日本金属株式会社 (29)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年９月７日（２００６．９．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年２月２３日（２００５．２．２３）
【出願人】（０００２３０８６９）日本金属株式会社 (29)
【Ｆターム（参考）】
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