奧氏體系不銹鋼板和金屬密封墊的制作方法

本發(fā)明涉及一種強(qiáng)度、疲勞特性和耐高溫軟化特性優(yōu)異的金屬密封墊用不銹鋼板以及使用該不銹鋼板的金屬密封墊。

背景技術(shù)：

汽車、摩托車等中的發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸蓋密封墊、排氣歧管密封墊暴露于發(fā)動(dòng)機(jī)特有的高溫、高壓、高振動(dòng)下的反復(fù)的壓力變化。其中由于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸密封墊在壓縮時(shí)被施以高壓，因此為了維持密封性必須以高的接觸壓力(面壓)與雙方的接觸配合部件接觸。對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)、排氣通路中所使用的金屬密封墊，為了確保足夠的接觸壓力，通常通過(guò)利用壓制的凸緣成形來(lái)形成一定高度的凸緣(ビード)(連續(xù)的隆起部)。該類型的金屬密封墊通過(guò)將凸緣凸部的最高部(以下稱為“凸緣頭頂部”)按壓在接觸配合部件上使用來(lái)確保高的密封性，因此使用時(shí)必須具備高強(qiáng)度和高疲勞特性。

以往，多將加工硬化型的亞穩(wěn)態(tài)奧氏體系不銹鋼(SUS301系列等)用于適用汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、其排氣通路的密封墊。這種鋼是通過(guò)在冷軋中使加工誘發(fā)馬氏體生成來(lái)實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度化。但是，為了提高強(qiáng)度水平，有必要提高冷軋壓下率。冷軋壓下率的增大成為使韌性、耐疲勞特性和加工性降低的主要原因。在專利文獻(xiàn)1、2中，公開了改善了這些特性的亞穩(wěn)態(tài)奧氏體系不銹鋼。另一方面，存在作為不依賴于冷軋壓下率的增大而實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度的基材的馬氏體系不銹鋼。在專利文獻(xiàn)3中，記載了將馬氏體系鋼種應(yīng)用于密封墊。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：特開2003－82441號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)2：特開2011－252208號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)3：特開2000－109957號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明所要解決的課題

亞穩(wěn)態(tài)奧氏體系不銹鋼如上所述是通過(guò)冷軋來(lái)實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度化。當(dāng)為了提高強(qiáng)度水平而增加冷軋壓下率時(shí)，在板材的與軋制平行的方向(L方向)和與軋制成直角的方向(C方向)，彎曲加工性、疲勞特性產(chǎn)生各向異性。這樣的各向異性在作為金屬密封墊使用時(shí)成為將凸緣頭頂部與接觸配合部件的接觸面壓維持均勻的障礙因素，成為金屬密封墊性能降低的原因之一。另一方面，在馬氏體系不銹鋼的情況下，由于沒(méi)有必要賦予高的冷軋壓下率來(lái)使其加工硬化，因此伴隨加工硬化的各向異性的問(wèn)題本質(zhì)上不易產(chǎn)生。

然而，根據(jù)發(fā)明人的調(diào)查可知，即使在使用避免過(guò)度冷軋而制造的奧氏體系不銹鋼鋼板、馬氏體系不銹鋼板來(lái)進(jìn)行凸緣成形而成的金屬密封墊中，若在嚴(yán)酷的試驗(yàn)條件下評(píng)價(jià)性能，被認(rèn)為起因于材料的各向異性的性能降低仍可成為問(wèn)題。作為其主要原因，認(rèn)為是由于材料(鋼板)中在軋制方向連續(xù)存在的粗大氧化物系夾雜物使得特定方向的加工性、耐疲勞特性降低。

本發(fā)明公開了一種在奧氏體系不銹鋼板中降低由氧化物系夾雜物引起的加工性、耐疲勞特性的“各向異性”的技術(shù)。另外，同時(shí)公開了一種在高溫下使用的金屬密封墊的用途中，賦予可維持高耐久性的“耐高溫軟化特性”，且防止熱軋中的“熱軋裂紋”的方法。

用于解決課題的手段

已知上述的“各向異性”的降低可通過(guò)將存在于鋼板中的氧化物系夾雜物軟質(zhì)化來(lái)解決。另外，設(shè)定為加工誘發(fā)馬氏體相不易過(guò)度生成的化學(xué)組成對(duì)于各向異性的降低、加工性的維持也是有效的。已知的是，為了提高“耐高溫軟化特性”，重要的是設(shè)定為負(fù)責(zé)應(yīng)變時(shí)效的間隙型固溶元素(C、N)的位錯(cuò)固定(転位固著)作用難以釋放的組成，為此，在增加Mn含量的基礎(chǔ)上充分確保N含量的方法是有效的。此外，為了防止“熱軋裂紋”，優(yōu)化δ鐵素體相的生成量是有效的。

即，在本發(fā)明中，提供一種奧氏體系不銹鋼熱軋鋼板，以質(zhì)量％計(jì)，包含C：0.030～0.300％、Si：0.30～3.20％、Mn：0.90～17.00％、Ni：1.00～8.00％、Cr：14.00～19.00％、Cu：0.50～3.50％、N：0.045～0.250％、Al：0.0001～0.0300％、V：0～0.50％、Nb：0～0.50％、Ti：0～0.30％、B：0～0.010％、余量Fe和不可避免的雜質(zhì)，具有由下述(1)式規(guī)定的Md₃₀值為50.0以下、由下述(2)式規(guī)定的δ₁₂₃₀值為8.0以下的鋼組成，金相組織中觀察的氧化物系夾雜物的平均組成以Al₂O₃、SiO₂和MnO的質(zhì)量比例換算計(jì)為Al₂O₃：30質(zhì)量％以下、SiO₂：60質(zhì)量％以下、MnO：15質(zhì)量％以上，且滿足下述(3)式，

Md₃₀＝551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-29(Ni+Cu)-13.7Cr…(1)

δ₁₂₃₀＝-101.5-78.6C+3.1Si+0.4Mn-2.4Ni+7.7Cr-1.5Cu-51.4N…(2)

MnO≥-3SiO₂+110…(3)

此處，在(1)式和(2)式的元素符號(hào)的位置代入鋼組成中的該元素的質(zhì)量％值，在(3)式的MnO和SiO₂的位置分別代入上述氧化物系夾雜物的平均組成中的MnO和SiO₂的換算質(zhì)量％值。

在上述鋼成分元素中，V、Nb、Ti、B為任意添加元素。鋼成分元素的Al的含量為總的Al含量。所謂“Al₂O₃、SiO₂和MnO的質(zhì)量比例換算”，是指將氧化物系夾雜物的Al、Si和Mn的含有率分別換算為Al₂O₃、SiO₂和MnO的單獨(dú)氧化物的質(zhì)量比例。

作為適合于金屬密封墊的加工基材的鋼板，可舉出來(lái)自上述熱軋鋼板的奧氏體系不銹鋼冷軋鋼板。該奧氏體系不銹鋼冷軋鋼板的板面(軋制面)的維氏硬度例如被調(diào)整為400～500HV。其板厚可設(shè)定為例如0.05～0.5mm，也可以控制為0.1～0.3mm。

另外，在本發(fā)明中，提供一種金屬密封墊，其為對(duì)上述的冷軋鋼板進(jìn)行成形而得到的金屬密封墊，具有通過(guò)壓制(沖壓)成形而得到的凸緣，將凸緣頭頂部按壓在接觸配合部件上來(lái)使用。在凸緣成形后，根據(jù)需要例如可在100～500℃下實(shí)施時(shí)效處理?！巴咕夘^頂部”是指與接觸配合部件相接觸的凸緣凸部的最高部。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明，由于將材料中存在的氧化物系夾雜物低熔點(diǎn)化·軟質(zhì)化，因此在熱軋時(shí)及其后的冷軋時(shí)，氧化物系夾雜物追隨鋼基體(基質(zhì))的變形在軋制方向伸展，避免在薄壁化了的冷軋鋼板中以粗大粒子的形態(tài)殘留。因此，顯著改善了以氧化物系夾雜物為起點(diǎn)的加工性、耐疲勞特性的下降。以往，氧化物系夾雜物因熱軋而以某種程度被截?cái)?，由此產(chǎn)生的粗大粒子接近軋制方向地分布，因此使得彎曲棱線成為軋制方向那樣的彎曲加工性、耐疲勞特性惡化，這成為使加工性、耐疲勞特性產(chǎn)生各向異性的主要原因。根據(jù)本發(fā)明的冷軋鋼板減輕了這樣的各向異性，在實(shí)施凸緣成形后可獲得尺寸精度高的的密封墊。另外，即使在使用密封墊時(shí)，由于耐疲勞特性的各向異性小，因此施加在凸緣頭頂部的接觸面壓也維持均勻。其結(jié)果，實(shí)現(xiàn)了耐泄露性優(yōu)異的金屬密封墊。而且，由于本發(fā)明的冷軋鋼板耐高溫軟化特性優(yōu)異，因此對(duì)于高溫下使用的金屬密封墊的用途是非常有用的。

附圖說(shuō)明

圖1是示出Al₂O₃、SiO₂、MnO三元系氧化物組成與氧化物系夾雜物的伸展性的關(guān)系的圖。

圖2是在L截面觀察的氧化物系夾雜物的光學(xué)顯微鏡照片。

圖3是示意性地示出在疲勞試樣的凸緣部附近的形狀的圖。

圖4是關(guān)于調(diào)質(zhì)軋制后實(shí)施了120小時(shí)的加熱試驗(yàn)的材料例示了加熱溫度和硬度的關(guān)系的曲線圖。

具體實(shí)施方式

[氧化物系夾雜物]

鋼中存在的夾雜物大致分為高延伸性類型和難變形性類型。前者主要是硫化物系、后者主要是氧化物系。其中，難變形性類型的氧化物系夾雜物在冷軋時(shí)也難以伸展，作為粗大的粒子殘留于鋼板中。粗大的氧化物系夾雜物的粒子成為使加工性、耐疲勞特性惡化的主要原因。通常，在煉鋼階段，進(jìn)行旨在降低夾雜物的量(高潔凈度化)、小徑化的精煉、鑄造。但是，過(guò)度的高潔凈度化使煉鋼工序的負(fù)荷增大，招致產(chǎn)品成本的增大。因此，在本發(fā)明中，作為在一般的潔凈度水平的奧氏體系不銹鋼熔煉中可實(shí)現(xiàn)的技術(shù)，采用了盡量使氧化物系夾雜物低熔點(diǎn)化·軟質(zhì)化的方法。

氧化物系夾雜物實(shí)際上可認(rèn)為是以Al、Si、Mn為主要成分的復(fù)合氧化物。根據(jù)發(fā)明人的詳細(xì)研究可知，在將氧化物系夾雜物的Al、Si、Mn的含量以換算為Al₂O₃、SiO₂、MnO的單獨(dú)氧化物的組成表示時(shí)，為了賦予氧化物系夾雜物伸展性，可對(duì)有效的夾雜物組成范圍進(jìn)行特別規(guī)定。其組成范圍與Al₂O₃、SiO₂、MnO三元系氧化物平衡相圖中成為熔點(diǎn)比較低的組成的范圍大致一致。

在圖1中示出Al₂O₃、SiO₂、MnO三元系氧化物組成與氧化物系夾雜物的伸展性的關(guān)系。圖中的曲線表示對(duì)于多數(shù)不銹鋼，以一定的基準(zhǔn)對(duì)與冷軋鋼板的軋制方向和板厚方向平行的截面(L截面)中的該氧化物系夾雜物的伸展?fàn)顟B(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)的結(jié)果。具體來(lái)說(shuō)，將各氧化物系夾雜物粒子因冷軋被破碎從而明顯在軋制方向伸長(zhǎng)的情況以●標(biāo)記(有伸展性)表示。各曲線的坐標(biāo)表示將氧化物系夾雜物的Al、Si和Mn的含有率分別換算為Al₂O₃、SiO₂和MnO質(zhì)量比例時(shí)的“氧化物系夾雜物的平均組成”。該換算平均組成為Al₂O₃:30質(zhì)量％以下、SiO₂：60質(zhì)量以下、MnO：15質(zhì)量％以上，且在滿足下述(3)式的區(qū)域(圖1中粗框表示)中氧化物系夾雜物具有伸展性。

MnO≥－3SiO₂+110…(3)

如后述的實(shí)施例所示，當(dāng)氧化物系夾雜物的組成處于該區(qū)域時(shí)，彎曲加工性、耐疲勞特性的各向異性顯著改善，可得到適用于特別是要求高性能的金屬密封墊的基材鋼板。

氧化物系夾雜物的組成可主要根據(jù)鋼組成和煉鋼條件來(lái)控制。特別是，在鋼組成中充分確保Mn含量、限制Al含量等是有效的。此外，使煉鋼中的脫氧為Si脫氧而不是Al脫氧是非常有效的。

圖2中列示在以40％的壓下率對(duì)熱軋退火鋼板實(shí)施冷軋、使板厚成為0.8mm階段的L截面上觀察到的氧化物系夾雜物的光學(xué)顯微鏡照片。圖2(a)是后述的比較例No.22，圖2(b)是后述的發(fā)明例No.1的例子。通常，可在奧氏體系不銹鋼鋼板中觀察到的氧化物系夾雜物是硬質(zhì)的，如(a)那樣，即使通過(guò)冷軋也不太會(huì)被破碎而存在于鋼板中。厚板變得越薄，板厚中所占的夾雜物粒子的直徑的比例越增加，越易于成為阻礙加工性、耐疲勞特性的主要原因。另一方面，根據(jù)本發(fā)明的奧氏體系不銹鋼板的氧化物系夾雜物的組成被調(diào)整到軟質(zhì)的范圍，如(b)那樣，通過(guò)軋制而被破碎，追隨鋼基體的金屬流(メタルフロー)而在軋制方向伸展。隨著板厚的減小，氧化物系夾雜物的伸展度也增大，對(duì)彎曲加工性、耐疲勞特性的不良影響變得非常小。在實(shí)施凸緣壓制成形的金屬密封墊的用途中，希望在供給成形的鋼板的L截面的觀察中，氧化物系夾雜物在板厚方向的最大直徑為5.0μm以下，更優(yōu)選為3.0μm以下。另外，其板厚方向的最大直徑伸展至板厚的1.0％以下是更有效的。

[鋼組成]

對(duì)作為本發(fā)明對(duì)象的鋼板的化學(xué)組成(鋼組成)進(jìn)行說(shuō)明。以下，若無(wú)特別說(shuō)明，鋼組成中的“％”是指“質(zhì)量％”。

C是奧氏體生成元素，是對(duì)奧氏體相和加工誘發(fā)馬氏體相的強(qiáng)化有效的元素。如果C含量太少，則上述的強(qiáng)化作用得不到充分發(fā)揮。根據(jù)各種研究的結(jié)果，需要將C含量設(shè)為0.030％以上，更優(yōu)選設(shè)為0.060％以上。也可控制為超過(guò)0.100％的C含量。但是，含有過(guò)量的C在冷卻過(guò)程中容易招致Cr系碳化物的晶界析出，成為耐腐蝕性降低的主要原因。在0.300％以下的范圍內(nèi)調(diào)整C含量。

Si在煉鋼時(shí)作為脫氧劑而添加。根據(jù)發(fā)明人的研究，在將氧化物系夾雜物的組成控制在軟質(zhì)的區(qū)域的基礎(chǔ)上，利用Si的脫氧是非常有效的。需要將Si添加至Si含量為0.30％以上。另外，Si使奧氏體相和加工誘發(fā)馬氏體相硬質(zhì)化的作用大，該硬質(zhì)化作用對(duì)于密封墊的高強(qiáng)度化是有效的。但是，過(guò)度的硬質(zhì)化成為加工性、韌性降低的主要原因。Si含量被限制在3.20％以下的范圍，也可控制在3.00％以下。

Mn是奧氏體生成元素，同時(shí)也是實(shí)現(xiàn)氧化物系夾雜物的軟質(zhì)化的重要元素。另外，可知在提高了Mn含量時(shí)，可享有通過(guò)充分確保N含量而帶來(lái)的耐高溫軟化特性的提高效果。推測(cè)這是起因于如下而產(chǎn)生的效果：在Mn含量高的情況下，因冷加工后的加熱而在刃狀位錯(cuò)的端部(刃的部分)聚集了的C、N中，直至高溫N都容易持續(xù)發(fā)揮固定位錯(cuò)的作用。也就是說(shuō)，認(rèn)為通過(guò)Mn和N的復(fù)合作用，“應(yīng)變時(shí)效”的組織狀態(tài)即使通過(guò)高溫加熱也不易崩潰。這例如從以下得到肯定：后述實(shí)施例中的比較例No.22(Mn含量低、N含量高)中，耐高溫軟化特性低，但各本發(fā)明例(Mn含量、N含量都非常高)中，耐高溫軟化特性得到改善。

根據(jù)發(fā)明人的詳細(xì)研究的結(jié)果，為了充分減輕加工性、耐疲勞特性的各向異性、從而實(shí)現(xiàn)高性能的密封墊，確保0.90％以上的Mn含量是非常有效的。當(dāng)Mn含量低于0.90％時(shí)，難以將氧化物系夾雜物的組成控制在上述的規(guī)定范圍，不能穩(wěn)定地得到各向異性小的密封墊。另外，在提高耐高溫軟化特性方面也變得不利。也可將Mn含量控制在超過(guò)1.00％的范圍。但是，如果Mn含量增多，則煉鋼中的負(fù)擔(dān)增大，另外根據(jù)用途而招致耐腐蝕性不足。各種研究的結(jié)果，Mn含量被允許直至17.00％，優(yōu)選設(shè)為8.00％以下，也可以控制在5.00％以下的范圍。

Ni是奧氏體生成元素，在本發(fā)明中將Ni含量設(shè)為1.00％以上。如果Ni含量低于1.00％，則在退火后的狀態(tài)下難以進(jìn)行為了得到奧氏體單相組織的成分調(diào)整。在本發(fā)明中，由于如上所述那樣含有Mn，由此能夠節(jié)約Ni含量。Ni含量可設(shè)定為8.00％以下的范圍。

Cr是在賦予作為不銹鋼而需要的耐腐蝕性方面必須的元素。在金屬密封墊的用途中，希望確保14.00％以上的Cr含量。但是，由于Cr是鐵素體生成元素，因此如果Cr含量增大，則退火后形成奧氏體單相組織所需要的奧氏體生成元素的量也增大，成為招致鋼材成本上升的主要原因。各種研究的結(jié)果，優(yōu)選將Cr含量設(shè)為19.00％以下的范圍。

Cu是奧氏體生成元素，認(rèn)為與Mn同樣對(duì)耐高溫軟化特性的提高也是有效的。在本發(fā)明中，以Cu含量為0.50％以上的鋼為對(duì)象。但是，如果使Mn和Cu同時(shí)增加，則在熱軋前的加熱中容易析出Cu－Mn相，成為招致熱軋中的裂紋的主要原因。為了防止熱裂紋，如后述那樣將(2)式的δ₁₂₃₀值限制在一定以下是有效的，但除此之外，必須將Cu含量限制在3.50％以下。

N是奧氏體生成元素，與C同樣對(duì)奧氏體相和加工誘發(fā)馬氏體相的強(qiáng)化是有效的。另外，為了充分獲得被認(rèn)為是如上那樣與Mn的復(fù)合效果的耐高溫軟化特性的提高效果，N的添加也是重要的。各種研究的結(jié)果，將N含量設(shè)為0.045％以上。如果N含量小于0.045％，則特別是難以穩(wěn)定提高耐高溫軟化特性。將N含量設(shè)為0.085％以上是更有效的。過(guò)量含有N在退火后的冷卻過(guò)程中形成氮化物，成為耐腐蝕性、耐疲勞特性降低的主要原因。N含量被限制在0.250％以下。

Al是具有強(qiáng)的脫氧作用的元素。但是，根據(jù)發(fā)明人的研究可知，進(jìn)行如下的精煉容易將氧化物系夾雜物的組成控制在上述范圍，即，以Si脫氧為主而不是Al單獨(dú)脫氧，且以鋼中的總的Al含量成為0.0001％以上的方式來(lái)含有Al。如果Al含量增大，則有時(shí)給韌性帶來(lái)不良影響。鋼中的總的Al含量被限制在0.0300％以下。

V、Nb、Ti、B是在改善制造性、強(qiáng)度、耐疲勞特性等方面有效的元素?？筛鶕?jù)需要添加這些元素中的一種以上。將V設(shè)為0.50％以下的含量范圍，將Nb設(shè)為0.50％以下的含量范圍，將Ti設(shè)為0.30％以下的含量范圍，將B設(shè)為0.020％以下的含量范圍。更有效的含量范圍是V：0.01～0.50％、Nb：0.01～0.50％、Ti：0.01～0.30％、B：0.0005～0.020％。

調(diào)整各元素含量使得由以下述(1)式規(guī)定的Md₃₀值為50.0以下。

Md₃₀＝551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-29(Ni+Cu)-13.7Cr…(1)

此處，在(1)式的元素符號(hào)的位置代入該元素的質(zhì)量％的值。Md₃₀是作為在對(duì)單相奧氏體給予30％的拉伸應(yīng)變時(shí)，組織的50％相變?yōu)轳R氏體的溫度(℃)而定義的奧氏體穩(wěn)定度的指標(biāo)。在本發(fā)明中，以Md₃₀值成為50.0以下的方式使各元素的含量平衡，不過(guò)度誘發(fā)加工誘發(fā)馬氏體相。

調(diào)整各元素含量使得由以下(2)式規(guī)定的δ₁₂₃₀值成為8.0以下。

δ₁₂₃₀＝-101.5-78.6C+3.1Si+0.4Mn-2.4Ni+7.7Cr-1.5Cu-51.4N…(2)

此處，在(2)式的元素符號(hào)的位置代入該元素的質(zhì)量％的值。δ₁₂₃₀是表示對(duì)通過(guò)連續(xù)鑄造而得到的鑄片進(jìn)行1230℃×120min的加熱后的鑄片截面中央部的δ鐵素體相的量(體積％)的指標(biāo)。根據(jù)發(fā)明人的研究，若奧氏體系不銹鋼中使Mn含量和Cu含量同時(shí)增大，則在熱軋前的鑄片加熱時(shí)，容易析出Cu-Mn相，成為熱軋時(shí)產(chǎn)生裂紋的主要原因。Cu-Mn相對(duì)熱軋裂紋的影響與δ鐵素體相的存在量有關(guān)，在如本發(fā)明對(duì)象鋼這樣使Mn和Cu的合計(jì)含量成為1.4質(zhì)量％以上的鋼種中，通過(guò)將δ₁₂₃₀值調(diào)整為8.0以下能夠顯著防止熱軋裂紋。

另外，該δ₁₂₃₀是對(duì)于Mn和Cu的合計(jì)含量為1.4質(zhì)量％以上的種類的奧氏體系鋼種，導(dǎo)出穩(wěn)定地防止應(yīng)用了奧氏體系不銹鋼的一般熱軋條件(鑄片加熱溫度：1100～1350℃)時(shí)的熱軋裂紋的方法的指標(biāo)，不意味著應(yīng)使熱軋前的鑄片加熱溫度為1230℃。

[制造方法]

以下例示代表性的制造方法。通過(guò)通常的不銹鋼煉鋼設(shè)備將調(diào)整為上述化學(xué)成分的鋼熔煉，得到鑄片。不需要為了高潔凈度化的特殊處理。但是，對(duì)于脫氧方法，希望設(shè)為Si脫氧而不是Al單獨(dú)脫氧。更有效的是，還并用Al添加。與通常的奧氏體系不銹鋼的制造同樣地對(duì)鑄片進(jìn)行熱軋，得到熱軋鋼板。熱軋前的鑄片加熱溫度可設(shè)為1100～1350℃的范圍。熱軋鋼板中存在的氧化物系夾雜物處于上述的組成范圍，被軟質(zhì)化。

對(duì)熱軋鋼板實(shí)施退火后，實(shí)施冷軋來(lái)減小板厚。根據(jù)需要在冷軋的途中實(shí)施中間退火。被軟質(zhì)化的氧化物系夾雜物由于冷軋中的壓下而破碎，追隨鋼基體的金屬流而在軋制方向伸展?？稍趯?shí)施最終退火后實(shí)施調(diào)質(zhì)軋制，形成最終產(chǎn)品的板厚。該板厚例如為0.05～0.5mm。這樣操作可得到來(lái)自上述熱軋鋼板的冷軋鋼板。予以說(shuō)明，上述各工程的退火后，通常進(jìn)行酸洗。

得到的冷軋鋼板消除了起因于粗大的氧化物系夾雜物在軋制方向連續(xù)存在的以往材料中的各向異性的問(wèn)題，適于以金屬密封墊為首的各種壓制加工用途。在制造金屬密封墊的過(guò)程中，通過(guò)凸緣壓制成形而形成一定高度的凸緣。對(duì)得到的壓制加工品，可根據(jù)需要在100～500℃進(jìn)行時(shí)效處理。通過(guò)該時(shí)效處理，可得到上述的“應(yīng)變時(shí)效”的效果，材料被高強(qiáng)度化。即使在沒(méi)有進(jìn)行時(shí)效處理的情況下，在作為金屬密封墊的使用中，當(dāng)材料升溫至高溫時(shí)也可得到應(yīng)變時(shí)效的效果。根據(jù)本發(fā)明的金屬密封墊如上所述改善了耐高溫軟化特性，因此不易發(fā)生高溫用途中的強(qiáng)度降低，結(jié)合耐疲勞特性的各向異性降低效果，發(fā)揮了優(yōu)異的耐久性。

實(shí)施例

熔煉表1所示化學(xué)組成的鋼，得到了鑄片。對(duì)于脫氧來(lái)說(shuō)，本發(fā)明的對(duì)象鋼全都設(shè)為Si脫氧。在1100～1350℃×120min對(duì)鑄片進(jìn)行加熱后，從爐中取出，施行熱軋得到板厚3.0mm的熱軋鋼板。

表1

下線：本發(fā)明規(guī)定范圍之外

[氧化物系夾雜物的組成分析]

對(duì)從各熱軋鋼板切出的與試樣的軋制方向和板厚方向平行的截面(L截面)進(jìn)行SEM觀察，從L截面內(nèi)存在的氧化物系夾雜物的粒子中隨機(jī)選擇30個(gè)粒子，通過(guò)EDX(能量色散型X射線分析)進(jìn)行組成分析。分別將各夾雜物的Al、Si和Mn的含有率換算為單獨(dú)氧化物Al₂O₃、SiO₂及MnO的質(zhì)量的比例，通過(guò)將該質(zhì)量比例的值對(duì)30個(gè)氧化物系夾雜物求平均，求得該鋼板中的氧化物系夾雜物的平均組成。

接著，在對(duì)各熱軋鋼板實(shí)施1100℃×均熱60sec的熱處理后，通過(guò)冷軋減小板厚。在冷軋的途中于900～1100℃的范圍插入一次或多次均勻熱60sec的中間退火，設(shè)定調(diào)質(zhì)壓下率進(jìn)行調(diào)質(zhì)軋制，使得在最終板厚0.2mm的情況下，板面(軋制面)的硬度成為430～460HV，得到板厚0.2mm的冷軋鋼板。將這樣操作得到的調(diào)質(zhì)軋制精加工的冷軋鋼板作為供試材料供給以下的試驗(yàn)。

[硬度]

對(duì)供試材料的板面(軋制面)測(cè)定了維氏硬度。

[彎曲加工性]

根據(jù)JIS Z 2248：2006的V塊法，對(duì)于作為調(diào)質(zhì)軋制精加工的冷軋鋼板的供試材料進(jìn)行彎曲試驗(yàn)。將試樣的縱向方向成為與軋制平行的方向表示為L(zhǎng)方向，將與軋制成直角的方向表示為C方向。在L方向的彎曲試樣中，彎曲棱線成為與軋制成直角的方向，在C方向的彎曲試樣中，彎曲棱線成為與軋制平行的方向。將彎曲部外側(cè)不產(chǎn)生裂傷等缺陷的最小彎曲半徑R與板厚t的比設(shè)為“彎曲極限R/t”。以試驗(yàn)數(shù)n＝3進(jìn)行彎曲試驗(yàn)，將3次中最壞的結(jié)果作為該試驗(yàn)中的成績(jī)采用。L方向、C方向彎曲極限R/t都為1.5以下、且[C方向的彎曲極限R/t值]/[L方向彎曲極限R/t值]的比為1.3以下的試樣，可評(píng)價(jià)為作為供給凸緣壓制成形的金屬密封墊用基材鋼板具有良好的彎曲加工性。

[耐疲勞特性]

從供試材料分別采取縱向方向?yàn)長(zhǎng)方向和C方向的長(zhǎng)方形試樣(寬8mm)，進(jìn)行凸緣壓制成形，加工為具有圖3(a)、(b)所示形狀的“初始凸緣”的試樣。初始凸緣的槽寬為約3mm，初始凸緣的高度為約0.4mm。對(duì)該初始凸緣部施加相當(dāng)于金屬密封墊的初始緊固的壓縮，制成了具有如圖3(c)所示那樣殘留凸緣高度為約0.1mm的模擬凸緣的試樣。予以說(shuō)明，圖3(b)、(c)中示意性示出的截面形狀夸張地描繪了板厚方向的尺寸。使用該疲勞試樣，進(jìn)行對(duì)模擬凸緣部賦予交變應(yīng)力(両振り応力)的疲勞試驗(yàn)，求出重復(fù)數(shù)10⁷次的疲勞極限(疲勞限度，N/mm²)。L方向、C方向的疲勞極限都為300N/mm²以上、且L方向和C方向的疲勞極限的差為30N/mm²以下的試樣可評(píng)價(jià)為在具有凸緣壓制成形部的金屬密封墊中呈現(xiàn)優(yōu)異的耐疲勞特性。

[耐高溫軟化特性]

對(duì)調(diào)質(zhì)軋制狀態(tài)的各供試材料，在300～800℃的范圍內(nèi)每100℃的各溫度下實(shí)施保持120小時(shí)的加熱處理，測(cè)定加熱處理后的板面(軋制面)的硬度。圖4中例示對(duì)于一部分供試材料的測(cè)定結(jié)果。圖4(a)是比較例No.23，圖4(b)是本發(fā)明例No.1(No.記載于表2中)。在加熱時(shí)間120小時(shí)的條件下都可觀察到300℃、400℃的加熱溫度下應(yīng)變時(shí)效引起的硬度上升。當(dāng)加熱溫度為高溫時(shí)，材料軟化。與600℃以上的高溫區(qū)域下的軟化行為相比，在本發(fā)明例No.1中，軟化得到顯著抑制，在800℃×120小時(shí)的加熱中也維持了350HV左右的硬度，耐高溫軟化特性顯著地改善。在該加熱試驗(yàn)中，對(duì)于調(diào)質(zhì)軋制材料的硬度H₀(HV),若硬度降低至2/3的加熱溫度、即成為2/3H₀(HV)的加熱溫度為800℃以上，則可判斷為作為經(jīng)凸緣成形的金屬密封墊具有優(yōu)異的耐高溫軟化特性。因此，在此通過(guò)成為2/3H₀的溫度評(píng)價(jià)了耐高溫氧化特性。

表2中示出了這些結(jié)果。予以說(shuō)明，表2中記載的“最終退火”是指在調(diào)質(zhì)軋制之前進(jìn)行的最后退火。

表2

如從表2可知的那樣，本發(fā)明例的試樣的氧化物系夾雜物的組成處于上述軟質(zhì)的范圍，彎曲加工性及耐疲勞特性的各向異性小，具有適合于金屬密封墊的良好特性。當(dāng)對(duì)這些供試材料(冷軋退火鋼板)的L截面調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn)，氧化物系夾雜物由于軋制而被破碎從而在軋制方向伸展，板厚方向的最大直徑為2μm以下。另外，本發(fā)明例的試樣的耐高溫軟化特性也良好。

與此相對(duì)，比較例No.21～24由于夾雜物的組成都位于軟質(zhì)的區(qū)域之外，因此彎曲加工性及疲勞特性的各向異性大。No.22由于Mn含量低，因此盡管充分確保了N含量，耐高溫軟化特性仍然差。No.23由于N含量低，另外No.24由于Mn含量及N含量低，因此這些鋼板的耐高溫軟化特性也差。No.25由于C含量低，因此為了高強(qiáng)度化所需要的調(diào)質(zhì)壓下率變高，各向異性差。No.26由于δ₁₂₃₀值過(guò)高，因此因熱軋而產(chǎn)生了裂紋。

接著，介紹對(duì)于脫氧方法對(duì)夾雜物的組成的影響進(jìn)行了調(diào)查的實(shí)驗(yàn)例。如上所述，表1中示出的本發(fā)明對(duì)象鋼將煉鋼工序中的脫氧設(shè)為“Si脫氧”。另外，作為比較鋼的鋼R也設(shè)為“Si脫氧”。因此，以成為與表1的鋼D及鋼R(均是Si脫氧)同樣的鋼組成的方式利用“Al脫氧”分別熔煉鋼D-1和R-1，用與上述相同的方法調(diào)查夾雜物的組成。其結(jié)果示于表3。

表3

如表3所例示的那樣，可知即使在熔煉同樣的鋼組成的鋼的情況下，夾雜物的組因脫氧方法的不同而發(fā)生很大變化。為了得到本發(fā)明規(guī)定的軟質(zhì)組成的夾雜物，與Al脫氧相比Si脫氧更有利。