JP2000144246A - 冷間加工性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼の安価製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 マルテンサイト系ステンレス鋼線材および鋼
線の焼鈍費用を従来よりも大幅に低減し、冷間加工性に
優れたステンレス鋼線を安価に提供する。 【解決手段】 重量％で、Ｃ：０．０５％〜０．４０
％、Ｃｒ：１０〜１６％、Ｎ：０．００５％〜０．１５
％、Ｍｏ：０．００５％〜３．０％を含有し、残部がＦ
ｅおよび実質的に不可避的不純物からなるマルテンサイ
ト系ステンレス鋼の熱間圧延材を、組織がマルテンサイ
トを含むフェライトと球状炭窒化物となり、かつ引張強
さが６００Ｎ／mm2 〜１２００Ｎ／mm2 になるように中
間焼鈍し、続いて冷間加工し、続いて組織がフェライト
と球状炭窒化物となり、かつ６００Ｎ／mm2 以下の引張
強さになるように仕上焼鈍することを特徴とする冷間加
工性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼の安価製造
方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷間加工用のマル
テンサイト系ステンレス鋼の安価製造方法に関係し、例
えば、マルテンサイト系ステンレス線材および鋼線の製
造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば特開平１−１７６０５３号
公報、特開平２−３１０３４２号公報に示されているよ
うに冷間加工用のマルテンサイト系ステンレス線材は熱
間圧延後、バッチ焼鈍炉にて完全焼鈍および恒温変態焼
鈍を実施し、フェライトと球状炭窒化物に完全に分解
し、十分に軟質化した後に所定のサイズまで冷間伸線加
工を施し、続いてバッチ焼鈍炉にて完全焼鈍や低温焼
鈍、またはストランド焼鈍を実施し、冷間加工用のステ
ンレス鋼線にしてきた。そして、その後、例えば冷間鍛
造によりねじ等の製品に冷間加工してきた。

【０００３】しかしながら、マルテンサイト系ステンレ
ス線材は冷間加工用の鋼線を製造するまでに１回ない
し、２回の長時間のバッチ式の焼鈍を必要とし、製造コ
ストに占める焼鈍費の割合が高かった。この時、Ｎｉを
含有しているものはＡｃ１温度が低く、また、ＮやＭｏ
が含有すると変態が遅延するため、バッチ焼鈍時間が長
くなり、特に焼鈍費用が高くなっていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明はこれ
らの課題を解決し、従来よりも大幅に焼鈍費用を低減
し、冷間加工性に優れたステンレス鋼線を安価に提供す
ることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決するために種々検討した結果、マルテンサイト系
ステンレス鋼において、マトリックスの成分を限定し、
かつ、最適な熱加工処理を施すことで、冷間加工性に優
れるマルテンサイト系ステンレス鋼線を安価に得ること
を見い出した。本発明は、この知見に基づいてなされ
た。 （１） 重量％で、 Ｃ ：０．０５％〜０．４０％、 Ｃｒ：１０〜１６％、 Ｎ ：０．００５％〜０．１５％、 Ｍｏ：０．００５％〜３．０％ を含有し、残部がＦｅおよび実質的に不可避的不純物か
らなるマルテンサイト系ステンレス鋼の熱間圧延材を、
組織がマルテンサイトを含むフェライトと球状炭窒化物
となり、かつ引張強さが６００Ｎ／mm2 〜１２００Ｎ／
mm2 になるように中間焼鈍し、続いて冷間加工し、続い
て組織がフェライトと球状炭窒化物となり、かつ６００
Ｎ／mm2 以下の引張強さになるように仕上焼鈍すること
を特徴とする冷間加工性に優れたマルテンサイト系ステ
ンレス鋼の安価製造方法。 （２） 重量％で、 Ｃ ：０．０５％〜０．４０％、 Ｃｒ：１０〜１６％、 Ｎ ：０．００５％〜０．１５％、 Ｍｏ：０．００５％〜３．０％ を含有し、残部がＦｅおよび実質的に不可避的不純物か
らなるマルテンサイト系ステンレス鋼の熱間圧延材を、
組織がマルテンサイトを含むフェライトと球状炭窒化物
となり、かつ引張強さが８００Ｎ／mm2 〜１２００Ｎ／
mm2 になるように中間焼鈍し、続いて冷間加工し、続い
て組織がフェライトと球状炭窒化物となり、かつ８００
Ｎ／mm2 以下の引張強さになるように仕上焼鈍すること
を特徴とする冷間加工性に優れたマルテンサイト系ステ
ンレス鋼の安価製造方法。 （３） 冷間加工の減面率を３０％以上とすることを特
徴とする前記（１）又は（２）記載の冷間加工性に優れ
たマルテンサイト系ステンレス鋼の安価製造方法。 （４） 仕上焼鈍温度を６５０〜１０００℃とすること
を特徴とする前記（１）、（２）又は（３）記載の冷間
加工性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼の安価製
造方法。

【０００６】

【発明の実施の形態】先ず、本発明のマトリックスの鋼
の成分範囲について述べる。Ｃは製品で焼入れ強化する
ために、０．０５％以上のものに限定した。しかしなが
ら、０．４０％超のマルテンサイト系ステンレス鋼では
マトリックス中にマルテンサイトが残存したままで冷間
加工するのが困難であり、本発明方法を適用できないた
め、上限を０．４０％に限定した。冷間伸線性の観点か
ら、好ましくは、０．０５％以上、０．２０％以下が望
ましい。

【０００７】Ｃｒはマルテンサイト系ステンレス鋼を得
るために１０％以上、１６％以下に限定した。冷間伸線
性の観点から、好ましくは、１１％以上、１４％以下が
望ましい。

【０００８】Ｎｉはマルテンサイト系ステンレス鋼を強
靱化させるために必要に応じて添加されるが、Ａｃ１を
下げ、焼鈍時間を長くさせる元素である。そのため、
０．５％以上添加したマルテンサイト系ステンレス鋼で
は本発明方法適用による焼鈍コスト低減の効果が特に有
効になる。しかしながら、２．４％を超えて添加された
ものは、本発明方法を適用しても十分に軟質化せずに、
効果的でない。そのため、上限を２．４％に限定した。
好ましくは、０．５％以上、２．０％以下が望ましい。

【０００９】Ｎは製品で焼入れ強化および耐食性を向上
するために、０．００５％以上添加する。しかしなが
ら、０．１５％を超えるとブローホールが発生し、製造
性を著しく劣化させるため、上限を０．１５％に限定し
た。好ましくは、０．０１％以上、０．１２％以下が望
ましい。

【００１０】Ｍｏは製品の耐食性を向上するために、
０．００５％以上添加する。しかしながら、３％を超え
るとその効果は飽和するし、経済的でない。そのため、
上限を３％に限定した。好ましくは、０．５％以上、
２．５％以下が好ましい。

【００１１】次に本発明の製造方法について述べる。炭
素鋼のマルテンサイト組織は、そのままで焼鈍を施すと
再結晶せずに十分に軟化しないが、冷間加工を施し、マ
ルテンサイト組織を崩して焼鈍を施すと再結晶する特性
を有する。本発明はこの特性をマルテンサイト系ステン
レス鋼に応用したものである。

【００１２】すなわち、マルテンサイト系ステンレス鋼
の熱間圧延材はマルテンサイト組織を呈しており、冷間
伸線加工等を施し、焼鈍を施すと再結晶すると考えられ
る。しかしながら、１００％マルテンサイト組織ままで
は冷間伸線加工が困難である。そのため、簡易的な焼鈍
でマルテンサイト組織を含むフェライトと球状炭窒化物
にし、１００％マルテンサイト組織よりも軟質化した後
に冷間伸線加工を施す。ここで、簡易的な焼鈍とは例え
ば、図１に示すように（ａ）バッチ炉での短時間の恒温
変態焼鈍、（ｂ）バッチ炉での完全焼鈍（短時間の徐
冷）、（ｃ）熱間圧延後の約６５０〜８００℃の短時間
の連続焼鈍、（ｄ）熱間圧延後のポット徐冷（短時間の
徐冷）を言い、短時間とは、Ｎｉ無添加の場合は１時間
以内、Ｎｉ添加の場合は[Ｎｉ％×２５]時間以内をい
う。これらいずれの処理においても、処理後の組織は、
完全にフェライトと球状炭化物とはならず、マルテンサ
イト組織を含むフェライトと球状炭窒化物からなる状態
を呈する。本発明における中間焼鈍とはこれらの簡易的
な焼鈍のことをいう。

【００１３】このような中間焼鈍を施した材料は、その
後に冷間伸線加工を施すため、引張強さをＮｉを含まな
い鋼種では６００Ｎ／mm2 〜１２００Ｎ／mm2 、Ｎｉ含
有鋼では８００Ｎ／mm2 〜１２００Ｎ／mm2 に限定す
る。好ましくは引張強さをＮｉを含まない鋼種では６０
０Ｎ／mm2 〜１０００Ｎ／mm2 、Ｎｉ含有鋼では８００
Ｎ／mm2 〜１０００Ｎ／mm2 が望ましい。

【００１４】その後、冷間伸線加工を施すが、ここで冷
間加工の減面率が３０％未満ではその後の焼鈍時に再結
晶が促進されず、十分に軟化しないため、本発明におけ
る冷間加工の減面率は３０％以上とすることが好まし
い。さらに好ましくは、４０％以上、８０％以下とする
とよい。

【００１５】冷間伸線加工後、仕上焼鈍を施す。ここで
仕上焼鈍は、例えば、バッチ炉にて完全焼鈍、恒温変態
焼鈍、低温焼鈍またはストランド炉にて低温焼鈍を実施
することによって行う。この時、仕上焼鈍温度が６５０
℃未満では組織が十分に再結晶しないため、十分に軟質
化しない。逆に１０００℃超に加熱すると、炉寿命等の
観点から経済的でない。そのため、焼鈍温度は６５０℃
〜１０００℃とすることが好ましい。さらに好ましく
は、７００℃以上、９００℃以下とするとよい。

【００１６】ここで、仕上焼鈍後の鋼線の組織中にマル
テンサイトが残存していたり、また、焼戻しマルテンサ
イト組織（ラス間上に棒状炭窒化物が析出）が存在する
と、引張強さが６００Ｎ／mm2 超となり冷間鍛造等の高
冷間加工が不可能となる。そのため、鋼線の組織がフェ
ライトと球状炭窒化物からなり、かつ引張強さ６００Ｎ
／mm2 以下となるように仕上焼鈍しなければならない。

【００１７】

【実施例】以下に本発明の実施例について説明する。表
１に実施例の用いたマルテンサイト系ステンレス鋼の化
学成分を示す。表２に、実施例の製造条件と材質を示
す。

【００１８】

【表１】

【００１９】

【表２】

【００２０】鋼Ａ〜ＩはＮｉが添加されていないマルテ
ンサイト系ステンレス鋼の組織に影響を及ぼすＣｒ量と
焼入れ及び焼戻し強度に影響を及ぼすＣ量を変化させた
ものである。鋼Ｊ〜Ｍは更にＭｏ、Ｎを添加させたもの
である。

【００２１】鋼Ｎ〜ＲはＮｉ含有のマルテンサイト系ス
テンレス鋼の組織に影響を与えるＣｒ量と焼入れ及び焼
戻し強度に影響を及ぼすＣ量を変化させたものである。

【００２２】これらの鋼は通常のステンレス鋼の溶銑方
法でビレットを製造し、線材圧延を行った。鋼Ａ〜Ｌは
線材圧延直後に(1)ポット徐冷を実施するか、または、
(2)簡易的な短時間の連続焼鈍を行った。また、比較と
して通常、約７時間のバッチ炉の占有で行う完全焼鈍も
実施した。その後、線材の引張強さを測定した。その
後、引き続き、冷間伸線加工−焼鈍を行い、鋼線にし
た。鋼線についても引張強さを測定した。

【００２３】引張強さはＪＩＳ Ｚ ２２０１に基づ
き、３００mm長さで引張試験を実施し、引張強さを測定
した。

【００２４】鋼Ａ〜Ｌの線材の焼鈍条件、冷間伸線加工
率、鋼線の焼鈍条件と線材および鋼線の引張強さの測定
結果を表２に示す。比較例Ｎｏ．１３、１４、１６、１
９、２１、２４、２６は従来の方法で線材のバッチ焼鈍
を施し、鋼線を製造した例である。これらの線材は約７
時間のバッチ焼鈍炉を占有し、焼鈍を施したものであ
り、線材の引張強さは６００Ｎ／mm2以下に十分軟化し
ており、また、フェライトと球状炭窒化物の組織を呈し
ている。また、冷間伸線加工を施し、焼鈍を施した後の
鋼線も６００Ｎ／mm2 以下と十分軟化しており、フェラ
イトと球状炭窒化物の組織を呈している。

【００２５】一方、本発明例Ｎｏ．１〜１０は線材圧延
直後に簡略的な数分の連続焼鈍で引張強さが６００〜１
２００Ｎ／mm2 と高く、マルテンサイト、フェライト、
球状炭窒化物の３相組織を呈しているが、その後、３０
％以上の冷間伸線加工と６５０〜１０００℃で焼鈍を施
すことで、鋼線の引張強さが上述した従来のものと変わ
らなず６００Ｎ／mm2 以下に軟質しており、かつ、フェ
ライトと球状炭窒化物の組織になる。

【００２６】しかしながら、比較例Ｎｏ．１５およびＮ
ｏ．１８は冷間伸線率が３０％未満のため、鋼線の引張
強さが６００Ｎ／mm2 を超えており、焼戻しマルテンサ
イトが存在しており、十分軟質化していない。また、比
較例Ｎｏ．１７は鋼線の焼鈍温度が６５０℃未満である
ため、鋼線の引張強さが６００Ｎ／mm2 を超えており、
焼戻しマルテンサイトが存在しており、十分軟質化して
いない。比較例Ｎｏ．２０は線材の引張強さが１２００
Ｎ／mm2 を超えており、冷間伸線中に断線が発生し、冷
間伸線性に劣る。比較例Ｎｏ．２２はＣ量（％）が０．
４％を超えており、簡易焼鈍では冷間伸線加工中に断線
が発生し、冷間伸線性に劣る。比較例Ｎｏ．１１は単時
間の連続焼鈍で軟質化し、また、Ｃｒ含有量が低く耐食
性が低いため、経済的効果がない比較例を示した。比較
例Ｎｏ．１２は単時間の連続焼鈍で軟質化するため、本
発明の経済的効果が小さい比較例を示した。また、比較
例Ｎｏ．２５は鋼線の強度が６００Ｎ／mm2 以下とな
り、本発明の効果が得られるが、Ｍｏ量（％）が高く、
経済性に劣る。また、比較例Ｎｏ．２７はＮ量（％）が
高く、気泡が発生し、製造性に劣る。以上、Ｎｉを含有
しないマルテンサイト系ステンレス鋼において、本発明
例の安価製造方法の効果を確認できた。

【００２７】次にＮｉ含有マルテンサイト系ステンレス
鋼の鋼Ｎ〜Ｒについて述べる。鋼Ｎ〜Ｒは線材圧延直
後、バッチ式の炉にて種々の条件で恒温変態焼鈍を行っ
た。その後、線材の引張強さを測定した。その後、引き
続き、種々な条件で冷間伸線加工−焼鈍を行い、鋼線に
した。鋼線についても引張強さを測定した。鋼Ｎ〜Ｒの
線材の焼鈍条件、冷間伸線加工率、鋼線の焼鈍条件と線
材および鋼線の引張強さの測定結果を表３に示す。

【００２８】

【表３】

【００２９】従来例Ｎｏ２７〜２９、３１は線材で１０
０時間以上の長時間バッチ焼鈍を施して鋼線を製造した
例である。これらの線材は長時間の焼鈍を施したもので
あり、フェライトと球状炭窒化物の組織を呈しており、
線材の引張強さは８００Ｎ／mm2 以下に十分軟化してい
る。また、冷間伸線加工を施し、焼鈍を施した後の鋼線
も８００Ｎ／mm2 以下と十分軟化している。

【００３０】一方、本発明例Ｎｏ．２２〜２６は比較例
Ｎｏ．２７〜２９、３１の１００時間以上の焼鈍に対
し、２０時間以内の簡略的な焼鈍を施したものである。
マルテンサイト，フェライトと球状炭窒化物の３相組織
を呈しており、線材の引張強さが８００Ｎ／mm2 以上と
高いが、その後、３０％以上の冷間伸線加工と６５０〜
１０００℃で焼鈍を施すことで、フェライトと球状炭窒
化物になり、鋼線の引張強さが前述した従来の長時間焼
鈍材のものと変わらなず８００Ｎ／mm2 以下に軟質して
いる。

【００３１】しかしながら、比較例Ｎｏ．３０はＮｉ量
が２．４％を超えているため、本発明を適用しても焼戻
しマルテンサイトが存在し、鋼線の引張強さが８００Ｎ
／mm2 以下に低下せず、軟質化しない。比較例Ｎｏ．３
２は伸線加工率が３０％未満なため、焼戻しマルテンサ
イトが存在し、鋼線の引張強さが８００Ｎ／mm2 を超え
ており、十分軟質化していない。また、比較例Ｎｏ．３
３は焼鈍温度が６５０℃未満であるため、焼戻しマルテ
ンサイトが存在し、鋼線の引張強さが８００Ｎ／mm2 を
超えており、十分軟質化していない。以上の実施例から
分かるように本発明鋼の優位性が明らかである。

【００３２】

【発明の効果】以上の実施例から明らかなように冷間加
工用のマルテンサイト系ステンレス鋼、例えばマルテン
サイト系ステンレス線材および鋼線を安価に提供するこ
とが可能であり、産業上極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】線材の簡易的な焼鈍例の模式図を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ２２Ｃ 38/44 Ｃ２２Ｃ 38/44 (72)発明者 福間 博道 山口県光市大字島田3434番地 新日本製鐵 株式会社光製鐵所内 (72)発明者 松井 考至 東京都千代田区大手町２−６−３ 新日本 製鐵株式会社内 Ｆターム(参考） 4K032 AA04 AA05 AA13 AA14 AA16 AA19 AA20 AA21 AA23 AA24 AA27 AA29 AA31 BA02 CG01 CG02 CH04 CH05 4K043 AA02 AB03 AB04 AB12 AB13 AB15 AB18 AB19 AB20 AB22 AB23 AB25 AB26 AB27 EA04 FA02 FA03 FA11

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％で、 Ｃ ：０．０５％〜０．４０％、 Ｃｒ：１０〜１６％、 Ｎ ：０．００５％〜０．１５％、 Ｍｏ：０．００５％〜３．０％ を含有し、残部がＦｅおよび実質的に不可避的不純物か
   らなるマルテンサイト系ステンレス鋼の熱間圧延材を、
   組織がマルテンサイトを含むフェライトと球状炭窒化物
   となり、かつ引張強さが６００Ｎ／mm2 〜１２００Ｎ／
   mm2 になるように中間焼鈍し、続いて冷間加工し、続い
   て組織がフェライトと球状炭窒化物となり、かつ６００
   Ｎ／mm2 以下の引張強さになるように仕上焼鈍すること
   を特徴とする冷間加工性に優れたマルテンサイト系ステ
   ンレス鋼の安価製造方法。
2. 【請求項２】 重量％で、 Ｃ ：０．０５％〜０．４０％、 Ｃｒ：１０〜１６％、 Ｎｉ：０．５〜２．４％、 Ｎ ：０．００５％〜０．１５％、 Ｍｏ：０．００５％〜３．０％ を含有し、残部がＦｅおよび実質的に不可避的不純物か
   らなるマルテンサイト系ステンレス鋼の熱間圧延材を、
   組織がマルテンサイトを含むフェライトと球状炭窒化物
   となり、かつ引張強さが８００Ｎ／mm2 〜１２００Ｎ／
   mm2 になるように中間焼鈍し、続いて冷間加工し、続い
   て組織がフェライトと球状炭窒化物となり、かつ８００
   Ｎ／mm2 以下の引張強さになるように仕上焼鈍すること
   を特徴とする冷間加工性に優れたマルテンサイト系ステ
   ンレス鋼の安価製造方法。
3. 【請求項３】 冷間加工の減面率を３０％以上とするこ
   とを特徴とする請求項１又は２記載の冷間加工性に優れ
   たマルテンサイト系ステンレス鋼の安価製造方法。
4. 【請求項４】 仕上焼鈍温度を６５０〜１０００℃とす
   ることを特徴とする請求項１、２又は３記載の冷間加工
   性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼の安価製造方
   法。