JP2002161343A - 耐食性に優れた高強度析出硬化型マルテンサイト系ステンレス鋼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 船舶シャフト、ポンプシャフト、弁棒、プラ
スチック金型等に要求される高い強度、良好な耐食性を
兼備する耐食性に優れた高強度析出硬化型マルテンサイ
ト系ステンレス鋼を提供する。 【解決手段】 質量％にて、Ｃ０．０５０％以下、Ｓ
０．００５％以下、Ｓｉ０．５０を超えて２．０％以
下、Ｍｎ０．５％以下、Ｎｉ５．５〜７．５％、Ｃｒ１
３．０以上１５．０％未満、ＭｏとＷとをＭｏ＋０．５
×Ｗで１．５を越えて３．０％以下、Ｃｕ０．２〜１．
０％、Ｎ０．０５％以下、Ｔｉ１．０％以下（０を含
む）、Ｂ０．０００５〜０．０１％、更にＮｂ、Ｖ、Ｔ
ａから選ばれる一種または二種以上を合計で０．１〜
１．０％の範囲で含有し残部が実質的にＦｅからなり、
かつ、（１）式で示されるＡ値が２１以下、（２）式で
示されるＢ値が２０．５以下、（３）式で示されるＣ値
が２０以上である耐食性に優れた高強度析出硬化型マル
テンサイト系ステンレス鋼。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、船舶シャフト、ポ
ンプシャフト、弁棒、プラスチック金型等に要求される
ような高い強度に加え良好な耐食性を兼備する耐食性に
優れた高強度析出硬化型マルテンサイト系ステンレス鋼
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】船舶シャフト、ポンプシャフト、弁棒お
よびプラスチック金型等には、高強度、高靭性に加え、
良好な耐食性が求められる。これらの用途に使用される
材料としては、一般的にＪＩＳ ＳＵＳ６３０を始めと
する析出硬化型ステンレス鋼が多くされている。しか
し、前述のＪＩＳ ＳＵＳ６３０では、強度に加え、耐
食性が求められるような例えば、船舶シャフト、ポンプ
シャフト、弁棒およびプラスチック金型等に対しては、
強度および耐食性がともに十分でないこともあり、近年
においては、ＪＩＳ ＳＵＳ６３０を改良しさらに耐食
性を向上させたステンレス鋼として、特開平８−１４４
０２３号に開示される「強度、靭性、耐食性に優れた析
出硬化型ステンレス個」および特開平１１−２５６２８
２号に開示される「強度、靭性および疲労特性に優れた
析出硬化型ステンレス鋼」等が報告されている。また、
耐食性が優れた鋼として特開昭５８−１７４５５４号に
開示される「溶接部の延性及び耐食性の優れたステンレ
ス鋼」等も報告されている。

【０００３】特開平８−１４４０２３号に記載される合
金は、Ｃ：０．０３０％以下、Ｓｉ：０．５０％以下、
Ｍｎ：０．６０％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ｃｕ：
０．５０〜２．５０％、Ｎｉ：６．００〜８．００％、
Ｃｒ：１５．０〜１７．０％、Ｍｏ：０．５０〜２．０
０％、Ｎ：０．０３０％以下、Ｃ＋Ｎ：０．４５％以下
および、Ｎｂ：０．０２〜０．５０％、Ｔｉ：０．０２
〜０．５０％、Ｖ：０．０２〜０．５０％の一種または
二種以上を含有しているもので、オーステナイト系であ
るＪＩＳ ＳＵＳ３１６並の耐海水性を示すと同時に析
出硬化処理後のマルテンサイトとオーステナイトの量比
を規定することで優れた耐食性と高強度を両立させたマ
ルテンサイト系ステンレス鋼に関するものである。

【０００４】また、特開平１１−２５６２８２号に開示
される合金は、Ｃ：０．０５％以下、Ｓｉ：０．５０〜
２．０％、Ｍｎ：１．０％以下、Ｓ：０．００５％以
下、Ｎｉ：６．５〜９．０％、Ｃｒ：１２．０〜１５．
０％、Ｃｕ：１．０％以下、Ｍｏ：０．５〜３．０％、
Ｔｉ：０．１５〜０．６０％、Ｎ：０．０１５％以下、
Ａｌ：０．３０％以下を含み、残留オーステナイト量が
１０体積％以下、平均結晶粒径が３０μｍ以下である組
識を持つ強度、靭性および疲労特性に優れた析出硬化型
マルテンサイト系ステンレス鋼に関するものである。

【０００５】また、特開昭５８−１７４５５４号に開示
される合金は、Ｃ：０．０３％以下、Ｓｉ：２．０％以
下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｎｉ：７．０％以下、Ｃｒ：
９．０〜２０．０％、Ｃｕ：０．１〜４．０％以下、Ｍ
ｏ：０．０５〜５．０％、Ｎｂ＋Ｔａ：１．０％以下、
Ｔｉ：０．０１〜０．３％、Ｎ：０．０２％以下、Ｖ：
０．０５〜０．３％以下を含む溶接部の延性および耐食
性に優れたステンレス鋼に関するものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述した特開平８−１
４４０２３号に記載される合金は、高ＣｒでかつＣｕお
よびＭｏの添加によりＪＩＳ ＳＵＳ６３０より良好な
耐食性を実現させ、一方で時効処理後のＣｕの析出強化
により、高強度化を図ったものである。この合金は、Ｃ
ｕの添加による析出強化で高強度化を付与させているも
のの、同じＣｕによる析出強化を狙ったＪＩＳ ＳＵＳ
６３０ほどＣｕを添加していないため、この合金の強度
は、ＪＩＳ ＳＵＳ６３０と同等以下のレベルである。

【０００７】また、特開平１１−２５６２８２号に開示
される合金は、用途が各種バネやスチールベルト、溶接
構造材に関するもので、冷間加工により加工誘起マルテ
ンサイトを生成し、時効することで高強度を示すステン
レス鋼に関するものであり、高強度を重視し、強度およ
び靭性を上げるために成分、組織およびプロセスを検討
したものである。耐食性については考慮されていない
が、記載組成から判断すると、十分な耐食性が得られる
ものと考えられる。しかし、この合金は、組織的に冷間
加工を施すことが高強度を得るための必須の手段となっ
ており、固溶化熱処理後に冷間加工処理を施さずに析出
硬化処理を施した場合、十分なマルテンサイト組織が得
られないことから析出硬化が不十分となり、高強度が得
られない恐れがある。

【０００８】また、特開昭５８−１７４５５４号に開示
される合金については、溶接部の延性および耐食性に優
れたステンレス鋼に関するものであり、溶接部にマッシ
ブマルテンサイト組織を有することを特徴としたもので
あり、母材自体が溶接性及び加工性に優れたフェライト
系あるいはマルテンサイト系ステンレス鋼を提供するも
のである。しかし、この合金は、高強度、高靭性を考慮
したものではなく、本発明が対象とする高強度および耐
食性を同時にすべて満足するような検討はなされていな
いが、特開昭５８−１７４５５４号に記載された合金
は、合金の強度はＪＩＳ ＳＵＳ４１０程度であると考
えられ、ＪＩＳ ＳＵＳ６３０より強度は低い。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明では、高強度と良
好な耐食性を同時に達成させるべく析出硬化型マルテン
サイト系ステンレス鋼の成分および組織を検討した結
果、Ｂを必須添加とし、ＭｏおよびＷを複合添加させ、
Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｕ、Ｎ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｂの量
を最適化し、（３）式に示すＣ値を２０以上とすること
で良好な耐食性を実現させ、かつＮｉ、Ｓｉ、Ｔｉの複
合添加により、高強度化の実現を可能にした。また高強
度かつ高耐食性を実現するために、Ｃｒ、Ｎｉをはじめ
とした全ての添加元素の範囲を規定すべく（１）、
（２）の式によるＡ、Ｂ値の範囲をそれぞれ最適化する
ことによって組織を最適化し、本発明に到達した。

【００１０】すなわち、本発明は、質量％にて、Ｃ:
０．０５０％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｓｉ：０．
５０を超えて２．０％以下、Ｍｎ：０．５％以下、Ｎ
ｉ：５．５〜７．５％、Ｃｒ：１３．０以上１５．０％
未満、ＭｏとＷとをＭｏ＋０．５×Ｗで１．５を越えて
３．０％以下、Ｃｕ：０．２〜１．０％、Ｎ：０．０５
％以下、Ｔｉ：１．０％以下（０を含む）、Ｂ：０．０
００５〜０．０１％、更にＮｂ、Ｖ、Ｔａから選ばれる
一種または２種以上を合計で０．１〜１．０％の範囲で
含有し残部実質的にＦｅからなり、かつ、（１）式で示
されるＡ値が２１以下、（２）式で示されるＢ値が２
０．５以下、（３）式で示されるＣ値が２０以上である
ことを特徴とする耐食性に優れた高強度析出硬化型マル
テンサイト系ステンレス鋼である。 Ａ値＝−20×(%C)＋(%Si)−0.1×(%Mn)−1.25×(%Ni)＋1.8×(%Cr)＋1.4×(%Mo) ＋0.7×(%W)−0.5×(%Cu)＋2.5×(%Nb)＋1.5×(%V)＋0.75×(%Ta)＋1.8×(Ti)− 24×(%N)・・・（１） （ただし、選択元素のうち無添加の元素はゼロとして計算） Ｂ値＝(%Ni)＋0.7×(%Cr)＋0.98×(%Mo)＋0.49×(%W)＋1.05×(%Mn)＋0.35×(%S i)＋0.48×(%Cu)＋0.15×(%Nb)＋0.75×(%V)＋0.6×(%Ta)＋0.3×(%Ti)＋12.5× (%C)＋10×(%N)・・・（２） （ただし、選択元素のうち無添加の元素はゼロとして計算） Ｃ＝(%Cr)＋3.3×(%Mo)＋1.65×(%W)＋30×(%N)・・・（３）

【００１１】好ましくは、上述の耐食性に優れた高強度
析出硬化型マルテンサイト系ステンレス鋼の析出硬化処
理後の組織が実質的にマルテンサイト相、オーステナイ
ト相の二相組織からなり、エックス線回折結果から測定
した前記オーステナイト相を２〜４０％含有し、析出硬
化処理後の３０℃、脱気３．５％ＮａＣｌ中で測定した
孔食電位（Ｖｃ’１００）が２２０ｍＶ（ｖｓ Ａｇ／
ＡｇＣｌ）以上を有する耐食性に優れた高強度析出硬化
型マルテンサイト系ステンレス鋼である。もしくは、上
述の金属組織を満足した耐食性に優れた高強度析出硬化
型マルテンサイト系ステンレス鋼をＪＩＳ Ｇ４３０３
（Ｈ１１５０）で規定する析出硬化処理を行った後の常
温の０．２％耐力が、８００ＭＰａ以上である耐食性に
優れた高強度析出硬化型マルテンサイト系ステンレス鋼
である。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
先ず、本発明の最大の特徴は、高強度に加え良好な耐食
性を具備することを可能にした化学組成および金属組織
の最適化にある。以下に、本発明で規定する各元素とそ
の範囲および組織の規定理由について説明する。なお、
特に指定しない限り、本発明では質量％として記す。

【００１３】Ｃ：０．０５０％以下 Ｃは本発明の高靭性および耐食性に関する重要な元素の
一つである。Ｃが０．０５０％を超えると、Ｃｒと結び
ついてＣｒ炭化物を結晶粒界に形成することにより、粒
界付近のＣｒ濃度の低下によって、孔食が発生すること
で耐食性が大きく低下する。したがって、Ｃは０．０５
０％以下に規定した。しかし、Ｃは凝固時にＴｉ、Ｎ
ｂ、ＶもしくはＴａと形成される炭化物によって結晶粒
を微細化し靭性を向上させる効果があるので、Ｃは０．
０５０％以下の範囲で必須添加する。好ましい範囲は、
０．００５〜０．０３０％である。

【００１４】Ｓｉ：０．５０を越えて２．０％以下 Ｓｉは、良好な耐食性と高強度に寄与する元素であり、
本発明においては非常に重要な元素である。Ｓｉを増加
させると、表面の酸化保護皮膜（不動態膜）を強化する
ことで耐食性を向上させるばかりでなく、時効処理時に
ＮｉやＴｉと結びつき、金属間化合物を微細に析出させ
ることで著しく強度を向上させる。０．５％以下ではそ
の効果があらわれないために、Ｓｉは、０．５％より多
く必要である。しかし、２％を超えて多量に添加する
と、凝固時に多量にデルタフェライトを形成すること
で、熱間加工性や耐孔食性を著しく劣化させる。したが
って、Ｓｉは０．５０を越えて２．０％以下とした。好
ましくは、０．８〜１．５％である。

【００１５】Ｍｎ：０．５％以下 Ｍｎは、脱酸のために必要であるが、０．５％を超えて
添加すると、鋼中のＳと凝固中に結びついてＭｎＳを形
成することで孔食発生の起点となり、耐食性が著しく劣
化する恐れがある。したがって、Ｍｎは０．５％以下と
した。好ましくは、０．３％以下である。

【００１６】Ｓ：０．００５％以下 Ｓは、被削性を考慮すると、少量必要であるが、０．０
０５％を越えて添加すると、Ｍｎと結びついて凝固時に
形成するＭｎＳが孔食発生の起点となり、耐食性が著し
く劣化する可能性がある。したがって、Ｓは０．００５
％以下とした。

【００１７】Ｎｉ：５．５〜７．５％ Ｎｉは、本発明において、ステンレス鋼の組織を安定化
させるための基本となる重要な元素であるとともに強化
に寄与する元素であるために非常に重要な元素である。
５．５％より少ないと、金属間化合物による析出強化が
不十分であることに加え、Ｎｉは同時にオーステナイト
形成元素であるために、凝固時にデルタフェライトを多
量に形成させて、熱間加工性および耐食性を著しく悪化
させる恐れがある。したがって、本合金の場合、５．５
％は必要である。一方、７．５％を超えると残留オース
テナイトおよび時効時に逆変態オーステナイトが多量に
形成されることで強度が大きく低下する。したがって、
Ｎｉは５．５〜７．５％とした。好ましくは、６．０〜
７．０％である。

【００１８】Ｃｒ：１３．０以上１５．０％未満 Ｃｒは本発明において、耐食性に最も寄与する重要な元
素である。良好な耐食性を維持することに加えてマルテ
ンサイト相組織とするために、１３．０％以上の添加を
必要とするが、１５．０を越えて添加すると、相のバラ
ンスが崩れ凝固時にデルタフェライトを多量に形成する
ことで、熱間加工性および耐食性を著しく劣化させる恐
れがある。したがって、１３．０以上１５．０％未満と
した。

【００１９】ＭｏとＷとをＭｏ＋０．５×Ｗで１．５を
越えて３．０％以下 ＭｏおよびＷはどちらも耐食性を向上する元素であり、
本発明において極めて重要な元素である。Ｍｏ単独添加
でも良好な耐食性を示すが、Ｗを同時に添加してＭｏと
複合添加することによりさらに良好な耐食性を示すの
で、本発明では、ＭｏとＷを必須として添加する。Ｍｏ
＋０．５×Ｗで１．５％を越えて添加しないと、本用途
のような厳しい耐食性には、不十分であるが、３．０％
を超えて添加すると、凝固時に多量にデルタフェライト
を形成することで、熱間加工性および耐食性を著しく劣
化させる恐れがある。したがって、１．５を越えて３．
０％以下とする。

【００２０】Ｃｕ：０．２〜１．０％ Ｃｕは、耐食性を向上させるとともに、オーステナイト
相を形成する元素の一つである。良好な耐食性の維持お
よびオーステナイト安定元素として最低０．２％は必要
であるが、１．０％を超えると、逆に耐食性を劣化さ
せ、さらに多量の添加は熱間加工性をも劣化させる。し
たがって、Ｃｕは０．２〜１．０％とした。

【００２１】Ｎ：０．０５％以下 Ｎは、基地に固溶して、基地の強度および耐食性を向上
させる元素である。しかし、０．０５％を超えると、Ｔ
ｉ等と結びついて介在物を形成することで、孔食発生の
起点となり、耐食性を劣化させる恐れがある。したがっ
て、Ｎは０．０５％以下とした。

【００２２】Ｔｉ：１．０％以下（０を含む） Ｔｉは本発明において、高強度を得るために重要な元素
の一つである。Ｔｉは、微量に添加することで時効処理
時にＮｉ、Ｓｉと結びついて金属間化合物を形成するこ
とで著しく強度、靭性を向上させる。また、凝固時にＣ
と結びついた炭化物によって、結晶粒を粗大化させずに
微細にすることにおいて靭性の向上も望める。しかし、
１．０％を越えて添加すると、凝固時に多量のデルタフ
ェライトを形成することで、耐食性および熱間加工性を
著しく低下させる。したがって、Ｔｉは１．０％以下と
した。なお、高強度化を考慮する場合、Ｔｉは必須の添
加となるが、耐食性のみを重視する場合、Ｔｉは無添加
としても全く耐食性を損なうものではないので、０を含
むものとする。

【００２３】Ｂ：０．０００５〜０．０１％ Ｂは、本発明において、耐食性の向上に寄与する重要な
元素であり、必須添加する。０．０００５％以上の添加
でその効果は顕著にあらわれるが、０．０１％よりも多
く添加すると、靭性や熱間加工性を劣化させる。したが
って、Ｂは０．０００５〜０．０１％とした。

【００２４】Ｎｂ、Ｖ、Ｔａから選ばれる一種または二
種以上を合計で０．１〜１．０％ Ｎｂ、ＶおよびＴａは、本発明において強度、靭性およ
び耐食性を向上させる元素である。これらの元素はいず
れもＣと結びつくことで、炭化物を分散させ結晶粒の粗
大化を抑制し、強度および靭性を向上させる働きがあ
る。また、Ｃと結びつくことで、Ｃｒの炭化物の形成を
抑制するために耐食性も向上する。しかし、一方で、フ
ェライト形成元素であるため、多量に添加すると凝固時
に多量のデルタフェライトを形成して、耐食性や熱間加
工性を悪化させる。したがって、Ｎｂ、Ｖ、Ｔａから選
ばれる一種または二種以上を合計で０．１〜１．０とし
た。

【００２５】次に本発明では、上述してきた各元素の成
分範囲を単に簡単に満足するだけでは、強度、耐食性を
同時に満足することはできないので、本願発明において
は、以下に示す４つの式を同時に満たすことが必要とな
る。Ａ値からＣ値の３つの値は、良好な特性を得るべく
組織を制御するための指標となる式であり、良好な特性
を有するために不可欠なものであり、前記した成分を制
御して、さらにこの式の値を制御することが本発明にお
いて非常に重要である。 Ａ値：２１以下 Ａ値＝−20×(%C)＋(%Si)−0.1×(%Mn)−1.25×(%Ni)＋1.8×(%Cr)＋1.4×(%M o)＋0.7×(%W)−0.5×(%Cu)＋2.5×(%Nb)＋1.5×(%V)＋0.75×(%Ta)＋1.8×(Ti) −24×(%N)・・・（１） （ただし、選択元素のうち無添加の元素はゼロとして計
算） Ａ値は、本発明合金において、デルタフェライト相の存
在を予測する式である。Ａ値が２１よりも大きくなる
と、デルタフェライト相が多量に存在することで、耐食
性や熱間加工性が大きく劣化するために、Ａ値は２１以
下とした。

【００２６】Ｂ値：２０．５以下 Ｂ値＝(%Ni)＋0.7×(%Cr)＋0.98×(%Mo)＋0.49×(%W)＋1.05×(%Mn)＋0.35×( %Si)＋0.48×(%Cu)＋0.15×(%Nb)＋0.75×(%V)＋0.6×(%Ta)＋0.3×(%Ti)＋12.5 ×(%C)＋10×(%N)・・・（２） （ただし、選択元素のうち無添加の元素はゼロとして計
算） Ｂ値は、析出硬化処理前の固溶化処理後のマルテンサイ
ト相を安定に析出させるための予測式である。Ｂ値が２
０．５を越えると、オーステナイトが安定となり、マル
テンサイトの形成が不安定となるために、固溶化処理後
の冷却時に十分にマルテンサイト変態しなくなり、析出
硬化処理後の強度を大きく低下させる。したがって、Ｂ
値は２０．５以下とした。好ましいＢ値の範囲は、１
９．５以下である。

【００２７】Ｃ値：２０以上 Ｃ＝(%Cr)＋3.3×(%Mo)＋1.65×(%W)＋30×(%N) Ｃ値は耐食性(耐孔食性)を示す式であり、耐食性に大き
な効果があるＣｒ、Ｍｏ、ＷおよびＮで構成された式で
ある。Ｃ値が２０以上では、本発明が対象となる用途に
用いられる厳しい耐食性に対しても非常に良好な耐食性
を示す。したがって、Ｃ値は２０以上とした。

【００２８】以上が、各発明で規定した各組成および組
織とその範囲であるが、以下に示す元素は良好な耐食性
と高強度、高靭性の特性を損なわない範囲で添加する事
が出来る。 Ｃｏ：≦０．５％、Ｐ：≦０．０４％、Ｍｇ：≦０．０
１％、Ｃａ：≦０．０１％、Ａｌ：≦０．１

【００２９】前記成分を規定した上で、良好な特性を得
るために組織を制御することも重要である。良好な強度
および耐食性を具備するために、本発明合金は、固溶化
処理を行ってマルテンサイト母地の組織にした後に、析
出硬化処理と呼ばれる処理を行い、強化に大きく寄与す
る微細な析出物を析出させた状態で使用する。本発明の
耐食性に優れた高強度析出硬化型マルテンサイト系ステ
ンレス鋼を析出硬化処理すると、析出硬化処理後の組織
は実質的にマルテンサイト相、オーステナイト相の二相
組織からなる。なお、析出硬化処理後の金属組織は、マ
ルテンサイト相を母相とし、オーステナイト相との実質
的な二相となるが、本発明で実質的に二相とは、上記の
二相以外にも、前記した強化に寄与する金属間化合物を
はじめとして炭化物、窒化物、炭窒化物、デルタフェラ
イト相等が存在するため、このような金属組織を指す表
現として実質的にマルテンサイト相、オーステナイト相
の二相として表している。

【００３０】上述したオーステナイト相は光学顕微鏡組
織では、判別できず定量できないので、エックス線回折
結果による測定した量で判断すると良い。また、デルタ
フェライト相が存在する場合、デルタフェライト相は光
学顕微鏡組織で確認できるために、視野面積率による定
量が可能である。もし、デルタフェライト相が視野面積
率で１０％未満の範囲で存在していても、特に耐食性や
強度に悪影響を及ぼすことがない。なお、デルタフェラ
イト相が１０％未満存在する金属組織の場合でも、本発
明で言う実質的なマルテンサイト相とオーステナイト相
の二相組織で呼ぶ。

【００３１】本願発明合金に時効処理を行うと、マルテ
ンサイト基地中に微細なオーステナイト相が析出するこ
とで強度および靭性が大きく向上する。その効果は２％
で顕著に現れる。しかし、４０％を越えてオーステナイ
トが析出すると、オーステナイト相そのものは強化に寄
与しないので、多量の析出により強度が大きく低下す
る。したがって、オーステナイト相は２〜４０％とし
た。

【００３２】次に本発明鋼に先述のような析出硬化処理
を施し、金属組織を調整したものを船舶シャフト、プラ
スチック金型等に使用しようとすると、その材料には、
厳しい環境下において優れた耐食性が要求される。本発
明では、優れた耐食性の判断を孔食電位によって判断す
ることとし、合金を使用する状態の析出硬化処理後にお
いて、３０℃、脱気３．５％ＮａＣｌ中で測定した孔食
電位（Ｖｃ’１００）が２２０ｍＶ（ｖｓ Ａｇ／Ａｇ
Ｃｌ）以上であれば、上記用途の厳しい条件においても
十分な耐食性を示すので、耐孔食性の指標として上述の
ように規定した。

【００３３】また、次に本発明鋼に先述のような析出硬
化処理を施し、金属組織を調整したものを船舶シャフト
や弁棒等に使用しようとすると、その材料には、優れた
耐食性同様に高い強度も要求される。本発明では、従来
合金であるＪＩＳ ＳＵＳ６３０で推奨された析出硬化
処理において、析出硬化処理の中において、処理後の強
度が最も低くなるＪＩＳ Ｇ４３０３（Ｈ１１５０）で
規定される析出硬化処理後の０．２％耐力が８００ＭＰ
ａ以上であれば、優れた高強度が得られるので、強度の
指標として上述のように規定した。なお、この析出硬化
処理時の保持時間は４時間程度とすれば良い。

【００３４】

【実施例】本発明合金Ｎｏ．１〜８、比較合金Ｎｏ．１
１〜１７、従来合金Ｎｏ．２１を重量１０ｋｇ溶解し
た。表１に化学組成を示す。なお、比較合金のＮｏ．１
１は、本発明合金に対しＷを無添加としてＭｏを単独で
添加したもの、Ｎｏ．１２は本発明合金に対しＢ無添加
のもの、Ｎｏ．１３は本発明合金に対しＮｂ無添加のも
の、Ｎｏ．１４は本発明に対し、Ｃｒ、Ｎｉが大きく外
れることによって、Ａ値、Ｂ値が請求項範囲から外れた
合金、Ｎｏ．１５は、Ｓｉ、Ｔｉが本発明の請求範囲か
ら外れて少ない合金、Ｎｏ．１６はＳｉの値が本発明の
請求範囲から外れて多くなることで、Ａ値が請求範囲か
ら外れて多い合金、Ｎｏ．１７はＣｒやＭｏが本発明の
請求範囲から外れて少なくなることでＣ値が請求範囲か
ら外れて少ない合金である。また、従来合金Ｎｏ．２１
はＪＩＳ ＳＵＳ６３０相当の合金である。

【００３５】

【表１】

【００３６】本発明合金、比較合金および従来合金を熱
間鍛伸後、１０４０℃で１時間保持後、油冷の固溶化処
理を行った後、ＪＩＳ Ｇ４３０３で推奨されるＨ１１
５０処理に準じて、６２１℃で４時間保持後、空冷の析
出硬化処理を行って、各種試験片素材を採取した。

【００３７】採取した試験片の金属組織はマルテンサイ
ト相とオーステナイト相に若干のデルタフェライト相が
存在する実質的な二相組織となっていることを確認し
た。デルタフェライト量を１００倍の倍率の光学顕微鏡
組織５視野を画像解析処理し、その中のデルタフェライ
トの視野面積率を求め、平均して算出した。オーステナ
イト量は、エックス線回折から、フェライト相とオース
テナイト相の積分強度を求め、その割合から求めた。常
温の引張試験は、ＡＳＴＭ規格に準じて、平行部長さ２
５．４ｍｍ、平行部径６．３５ｍｍの試験片を作製して
行った。耐食性の評価試験は、１０ｍｍ×１０ｍｍ角の
試験片を作製し、ＪＩＳ Ｇ０５７７に準じ、３．５％
ＮａＣｌ溶液を３０℃に制御して、十分に脱気した後の
電流密度が１００μＡ／ｃｍ２となるときの電位Ｖ’ｃ
１００を孔食電位として求め、合金の耐孔食性を評価し
た。表２にデルタフェライト量、オーステナイト量、常
温引張特性および耐孔食性の評価結果をまとめて示す。

【００３８】

【表２】

【００３９】本発明合金において、デルタフェライトは
多少存在しても強度や耐食性を損ねないことがわかる。
すべての請求項範囲を満足する本願発明合金は、２２０
ｍＶ（ｖｓ Ａｇ／ＡｇＣｌ）以上という高い孔食電位
を示しており、表には記していないが比較として測定し
たオーステナイト系ステンレス鋼ＪＩＳ ＳＵＳ３１６
とほぼ同等の非常に優れた耐食性を示している（ＪＩＳ
ＳＵＳ３１６＝２５０ｍＶ）。なお、本発明合金の合
金Ｎｏ．８は、耐力が０．２％８００ＭＰａには及ばな
いものの、孔食電位は２２０ｍＶ以上となっていた。こ
れは、強化に寄与するＴｉが無添加であるものの、耐食
性向上に寄与するＣｒ、Ｍｏ、Ｗ等の元素が本発明の請
求項の範囲に入っているために、十分に良好な耐食性が
維持されるからである。この合金Ｎｏ．８は、本発明の
合金Ｎｏ．１〜Ｎｏ．７と比較して強度が低下するが、
それでも従来合金であるＮｏ．２１（ＪＩＳ ＳＵＳ６
３０）とほぼ同等の強度で、Ｎｏ．２１（ＪＩＳ ＳＵ
Ｓ６３０）よりはるかに優れた耐食性を示すことも分か
る。Ｎｏ．８を除いた合金Ｎｏ．１〜Ｎｏ．７では、
０．２％耐力は、９００ＭＰａ程度の優れた高強度を示
している。

【００４０】一方、比較合金の中で、合金Ｎｏ．１１〜
１３の三合金は、それぞれ、Ｍｏ、Ｗの複合添加、Ｂ添
加、Ｎｂ添加の有効性を実験で確認したものである。比
較合金の中のＭｏを単独で添加した合金Ｎｏ．１１は、
ほぼ同組成の本発明合金のＮｏ．５と比較すると、耐食
性が低下しており不十分となる。この比較結果から、本
発明合金のようにＭｏはＷとの複合添加によって良好な
耐食性を発揮できることが分かる。また、合金Ｎｏ．１
２はＢが無添加であるために、ほぼ同組成の合金Ｎｏ．
６と比較すると、耐食性が低下しており、Ｂの添加も耐
食性向上に非常に有効であることが分かる。また、合金
Ｎｏ．１３は、Ｎｂが無添加であるために合金の強度や
耐食性が低下しており、Ｎｂは、本発明において重要な
添加元素であることが分かる。

【００４１】また、合金Ｎｏ．１４〜１７は明らかに添
加元素ならびに各計算値が請求項の範囲から外れた合金
である。合金Ｎｏ．１４は、Ｃｒ、Ｎｉ量が多すぎるこ
とで、Ｂ値が請求項の範囲から外れており、析出硬化処
理後に多量にオーステナイトが発生するために強度が大
きく低下した。合金Ｎｏ．１５はＳｉ、Ｔｉの添加量が
少ないために析出硬化処理後の強度が低下する。合金Ｎ
ｏ．１６はＳｉを多く添加したが、デルタフェライト相
が多量に発生したために、熱間鍛伸時に割れた。試験片
は採取できたために評価は可能であったが、デルタフェ
ライトが多量に存在するものは、製造が困難であること
から実用には適さない。また、耐食性も悪い。合金Ｎ
ｏ．１７は、Ｃｒ、Ｍｏの添加量が少ないためにＣ値が
本発明の請求項の範囲から外れて少なくなり、本願発明
合金と比較すると、耐食性が悪い。

【００４２】

【発明の効果】本発明によれば、良好な耐食性を得るた
めに、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｕ、Ｎ、Ｔｉ、Ｎｂ、
Ｂを添加、最適化し、高強度化を実現するためにＮｉ、
Ｓｉ、Ｔｉの複合添加し、さらに、良好な耐食性と高強
度を具備すべく、Ｃｒ、Ｎｉをはじめとした全ての添加
元素の範囲を規定し、組織を制御することで、良好な耐
食性と高強度を両立させることができ、船舶シャフトや
プラスチック金型等の優れた耐食性と高強度を要する部
材に最適である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 質量％にて、Ｃ:０．０５０％以下、Ｓ
   ｉ：０．５０を超えて２．０％以下、Ｍｎ：０．５％以
   下、Ｓ：０．００５％以下、Ｎｉ：５．５〜７．５％、
   Ｃｒ：１３．０以上１５．０％未満、ＭｏとＷとをＭｏ
   ＋０．５×Ｗで１．５を越えて３．０％以下、Ｃｕ：
   ０．２〜１．０％、Ｎ：０．０５％以下、Ｔｉ：１．０
   ％以下（０を含む）、Ｂ：０．０００５〜０．０１％、
   更にＮｂ、Ｖ、Ｔａから選ばれる一種または二種以上を
   合計で０．１〜１．０％の範囲で含有し残部が実質的に
   Ｆｅからなり、かつ、（１）式で示されるＡ値が２１以
   下、（２）式で示されるＢ値が２０．５以下、（３）式
   で示されるＣ値が２０以上であることを特徴とする耐食
   性に優れた高強度析出硬化型マルテンサイト系ステンレ
   ス鋼。 Ａ値＝−20×(%C)＋(%Si)−0.1×(%Mn)−1.25×(%Ni)＋1.8×(%Cr)＋1.4×(%Mo) ＋0.7×(%W)−0.5×(%Cu)＋2.5×(%Nb)＋1.5×(%V)＋0.75×(%Ta)＋1.8×(Ti)− 24×(%N)・・・（１） （ただし、選択元素のうち無添加の元素はゼロとして計算） Ｂ値＝(%Ni)＋0.7×(%Cr)＋0.98×(%Mo)＋0.49×(%W)＋1.05×(%Mn)＋0.35×(%S i)＋0.48×(%Cu)＋0.15×(%Nb)＋0.75×(%V)＋0.6×(%Ta)＋0.3×(%Ti)＋12.5× (%C)＋10×(%N)・・・（２） （ただし、選択元素のうち無添加の元素はゼロとして計算） Ｃ＝(%Cr)＋3.3×(%Mo)＋1.65×(%W)＋30×(%N)・・・（３）
2. 【請求項２】 請求項１に記載の高強度析出硬化型マル
   テンサイト系ステンレス鋼の析出硬化処理後の組織が実
   質的にマルテンサイト相、オーステナイト相の二相組織
   からなり、エックス線回折結果から測定した前記オース
   テナイト相を２〜４０％含有することを特徴とする請求
   項１に記載の耐食性に優れた高強度析出硬化型マルテン
   サイト系ステンレス鋼。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の高強度析出硬化型マル
   テンサイト系ステンレス鋼の析出硬化処理後の３０℃、
   脱気３．５％ＮａＣｌ中で測定した孔食電位（Ｖｃ’１
   ００）が２２０ｍＶ（ｖｓ Ａｇ／ＡｇＣｌ）以上であ
   ることを特徴とする耐食性に優れた高強度析出硬化型マ
   ルテンサイト系ステンレス鋼。
4. 【請求項４】 請求項２に記載の高強度析出硬化型マル
   テンサイト系ステンレス鋼をＪＩＳ Ｇ４３０３（Ｈ１
   １５０）で規定する析出硬化処理を行った後の常温の
   ０．２％耐力が、８００ＭＰａ以上であることを特徴と
   する耐食性に優れた高強度析出硬化型マルテンサイト系
   ステンレス鋼。