JP2002309352A - 冷鍛性・高温加熱後の耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 各種プラント、産業機械、精密機械、自動車
部品等の材料として用いられる、冷鍛性、高温加熱後の
耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼を提供する。 【解決手段】 質量％で、Ｃ：０．００５〜０．０５
％、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：０．５％以下、Ｃｒ：
１６．００〜１９．００％、Ｎｂ：０．１０％超〜０．
５０％、Ｎ：０．００５〜０．０５％、Ｃ＋Ｎ：＞０．
０２％、残部がＦｅおよび不可避不純物からなり、且つ
１＜Ｎｂ／（Ｃ＋Ｎ）＜２５であることを特徴とする冷
鍛性、高温加熱後の耐食性に優れたフェライト系ステン
レス鋼。上記にさらに加えて、質量％で、Ａｌ：０．０
０１〜０．１０％、Ｓ：０．０１％以下、Ｔｉ：０．０
５％以下、Ｂ：０．０１％以下、Ｏ：０．００５％以下
を１種または２種以上含有した冷鍛性、高温加熱後の耐
食性に優れたフェラ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、各種プラント部
品、産業機械部品、精密機械部品および自動車部品等の
材料として用いられる、冷鍛性、高温加熱後の耐食性に
優れたフェライト系ステンレス鋼を提供する。

【０００２】

【従来の技術】従来、各種プラント、産業機械、精密機
械および自動車部品には、１７Ｃｒ系のフェライト系ス
テンレス鋼が使用されており、切削による成形が主流で
あったために、快削元素であるＳを含有したＳＵＳ４３
０Ｆを用いていた。ところが、複雑形状を呈する部品は
切削による削り代が大きく歩留まりが悪いため、コスト
ダウンを目的として冷鍛による成形が行われるようにな
った。これに伴い材料もそれほど快削性を求められなく
なり、ＳＵＳ４３０Ｆから快削元素を含まないＳＵＳ４
３０へと変更された。

【０００３】しかしながら、汎用のＳＵＳ４３０は変形
抵抗が高いため、必ずしも冷鍛性に優れているとは言え
ず、変形抵抗を低下させるためＣやＮを低減させると結
晶粒の粗大化を招き、かえって冷鍛性を悪化させる結果
となっていた。このため、例えば特開平１１−２１６５
６号公報では、変形抵抗の低下と割れ感受性を高める析
出物の制御を目的として、ＣおよびＮを低減し、且つこ
れらの有害元素を固定するためにＴｉとＮｂを適量複合
添加することにより、冷鍛性に優れた材料を得るとして
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが最近では、ニ
アネットシェイプ型のような厳しい冷間加工や、コスト
削減のため工程の中間焼鈍なしの過酷な冷間加工が増加
しており、より優れた冷鍛性が要求されるようになって
いる。上記特許の内容では、ＴｉとＮｂを複合適量添加
することにより冷鍛性を改善するとしているが、Ｔｉは
ＮｂよりもＣおよびＮと親和力が強いため析出物を生成
しやすく、Ｔｉ系析出物はＮｂ系析出物に比べて巨大で
角型の形状を呈しているため、割れの起点になりやす
い。このため、ＴｉとＮｂの複合添加では、過酷な冷間
加工に対して、必要とされる冷鍛性を確保したフェライ
ト系ステンレス鋼を得るには不十分である。

【０００５】また、部品の接合時に行う溶接等の影響に
よって、材料自身が８００℃以上に加熱された場合、冷
却後の接合部において、鋭敏化による粒界腐食が生じる
ことがあり、高温加熱後の優れた耐食性も必要とされる
が、ＴｉとＮｂ各０．１０％以下の少量の添加では十分
な耐食性は得られない。そこで、本発明の目的は、冷鍛
性および高温加熱後の耐食性に優れたフェライト系ステ
ンレス鋼を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するにあ
たり、本発明者らが鋭意研究を進めた結果、ＣとＮを低
減させ、更に、これらの元素を固定するためにＮｂ単独
添加とすることで最も優れた冷鍛性が得られることを見
出した。更に、Ｎｂ添加の範囲について特開平１１−２
１６５６号公報では０．０１〜０．１０％としている
が、０．１０％超〜０．５０％とすることで、冷鍛性の
改善に加え、８００℃以上の高温加熱後の耐食性にも優
れた材料となることも見出した。ＴｉとＮｂの複合添加
に比べＮｂのみの添加の場合、微細なＮｂ系析出物が均
等に粒内に点在するため、結晶粒の成長抑制による冷鍛
性向上の効果も大きく、Ｃを固定し、鋭敏化抑制による
高温加熱後の耐食性向上も効果的に行われているといえ
る。また、ＴｉはＣ，Ｎを固定するには強力元素である
が、割れの起点となる巨大析出物を生成する可能性が高
いため、無添加または制限添加とすることが好ましい。
このような条件とすることで、優れた冷鍛性、高温加熱
後の耐食性を有するフェライト系ステンレス鋼を得る。

【０００７】すなわち、本発明の要旨とするところは、 （１）質量％で、Ｃ：０．００５〜０．０５％、Ｓｉ：
０．５％以下、Ｍｎ：０．５％以下、Ｃｒ：１６．００
〜１９．００％、Ｎｂ：０．１０％超〜０．５０％、
Ｎ：０．００５〜０．０５％、Ｃ＋Ｎ：＞０．０２％、
残部がＦｅおよび不可避不純物からなり、且つ１＜Ｎｂ
／（Ｃ＋Ｎ）＜２５であることを特徴とする冷鍛性、高
温加熱後の耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼。 （２）質量％で、Ａｌ：０．００１〜０．１０％、Ｓ：
０．０１％以下、Ｔｉ：０．０５％以下、Ｂ：０．０１
％以下、Ｏ：０．００５％以下を１種または２種以上含
有した上記（１）に記載の、冷鍛性、高温加熱後の耐食
性に優れたフェライト系ステンレス鋼にある。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下に本発明鋼の成分限定理由に
ついて説明する。 ＣおよびＮ：０．００５〜０．０５％ ＣおよびＮは、Ｎｂと炭化物を形成し、結晶粒の粗大化
を抑制するため、０．００５％以上必要であるが、多量
になると冷鍛性や耐食性を劣化させるため、上限を０．
０５％とした。さらに望ましくは、Ｃ、Ｎともに上限
０．０３％である。 Ｃ＋Ｎ：＞０．０２％ ＣおよびＮが上記成分範囲内であっても、Ｃ＋Ｎ量が
０．０２％以下の場合では、結晶粒の成長を抑制するの
に必要な炭窒化物が不足するため、０．０２％超とし
た。

【０００９】Ｓｉ：０．５０％以下 Ｓｉは、脱酸に有効な元素であるが、多量になると固溶
強化し冷鍛性を悪化させるため、上限は０．５０％とし
た。 Ｍｎ：０．５０％ Ｍｎは、Ｓｉと同様に脱酸元素であるが、多量になると
冷鍛性、耐食性を劣化させるため、上限を０．５０％と
した。

【００１０】Ｓ：０．０１％以下 Ｓは、Ｍｎ，Ｃｒ等と硫化物を生成し被削性を向上させ
るが、多量になると冷鍛性、耐食性を劣化させるため、
上限を０．０１％とした。 Ｃｒ：１６．００〜１９．００％ Ｃｒは、フェライト層を安定させ、耐食性向上に有効な
元素であるが、１６．００％未満では耐食性改善効果が
得られず、１９．００％を超えると冷鍛性を劣化させる
ため、その範囲を１６．００〜１９．００％とした。

【００１１】Ｎｂ：０．１０％超〜０．５０％ Ｎｂは、ＣやＮを固定して炭化物や窒化物を生成し、結
晶粒を微細化させて冷鍛性を向上するとともに、Ｃｒ系
炭窒化物の粒界析出を抑制するため、耐食性の改善にも
効果的である。これらの効果を得るためには、少なくと
も０．１０％の添加が必要であり、０．５０％を超える
と冷鍛性を劣化させるため、その範囲を０．１０％超〜
０．５０％とした。

【００１２】Ａｌ：０．００１〜０．１０％ Ａｌは、脱酸に有効な元素であるが、硬質の球状酸化物
を生成しやすい。０．００１％未満では脱酸の効果が得
られず、０．１０％を超えると球状酸化物が増加して表
面疵が発生し、冷鍛性も劣化するため、その範囲を０．
００１〜０．１０％とした。 Ｔｉ：０．０５％以下 Ｔｉ系炭窒化物はＮｂ系炭窒化物よりも添加量の増加に
伴って巨大になりやすく、角型をしているため冷鍛性の
劣化させる可能性が高くなる。Ｔｉは無添加とし、不純
物レベルで含有するＴｉでも０．０５％を超えてしまう
と冷鍛性が損なわれるため、その上限を０．０５％とし
た。

【００１３】Ｏ：０．００５％以下 Ｏは多量になると、酸化物が多くなり冷鍛性に有害であ
るため、その上限を０．００５％とした。 Ｂ：０．０１％以下 Ｂは粒界強度を上昇させるが、多量の添加は加工性を劣
化させるため、上限を０．０１０％とした。

【００１４】１＜Ｎｂ／（Ｃ＋Ｎ）＜２５ ＣおよびＮ量がＮｂ量に対して多すぎた場合は、Ｃおよ
びＮがＮｂによって十分に固定されないため、耐食性は
改善されない。また、ＣおよびＮ量がＮｂ量に対して少
なすぎた場合は、Ｎｂが過剰になり固溶してマトリクス
を硬化させるため、冷鍛性を劣化させる。よって、Ｃ及
びＮ量とそれらを固定するＮｂ量の比率は重要であり、
１＜Ｎｂ／（Ｃ＋Ｎ）＜２５とした。

【００１５】

【実施例】表１に供試材の化学成分を示す。冷鍛性につ
いては、変形抵抗、切欠限界据込で評価を行った。変形
抵抗はφ１４ｍｍ×高さ２１ｍｍの棒状試験片を用い、
据込率（Ｈ₀ −Ｈ／Ｈ₀ ）×１００（％）が４０％のと
きの値が７００ＭＰａ以下のものを○、７００ＭＰａ〜
７５０ＭＰａを△、７５０ＭＰａ以上を×とした。切欠
限界据込率はφ１４ｍｍ×高さ２１ｍｍのノッチ付き試
験片を用い、限界割れが生じるまでの限界据込率を測定
した。測定を１０回繰り返し行って平均値を計算し、据
込率７５％以上のものを○、７０〜７５％を△、７０％
以下を×とした。

【００１６】また、高温加熱後の耐食性については、据
込率５０％の冷間加工後、１０００℃−５ｓ保持（降
温：１０℃／ｓ）の熱処理を施した試験片を用いて、塩
水噴霧試験（５％ＮａＣｌ、３５℃−１６ｈ）を実施し
評価を行った。素材ままの耐食性に優れていても高温加
熱後の耐食性が劣る場合には、用途上、耐久性が低いと
されてしまう。評価は、発銹なしが○、やや発銹が△、
発銹ありが×とした。

【００１７】

【表１】

【００１８】

【表２】

【００１９】表２に各種試験結果を示す。Ｎｏ．１〜８
の本発明鋼は変形抵抗、限界据込率、高温加熱後の耐食
性の全てに優れており、良好な結果である。一方、比較
鋼９は、Ｎｂ添加が０．１％以下、かつＮｂ／（Ｃ＋
Ｎ）＜１であり、ＣおよびＮの固定が十分にされていな
いため、限界据込率と高温加熱後の耐食性が悪化してい
る。比較鋼１０は、Ｔｉが０．０５％を超えているた
め、限界据込率が劣化し、高温加熱後の耐食性において
も若干劣っている。Ｔｉは無添加とし、含有される場合
でも、０．０５％以下と制限することが必要である。ま
た、比較鋼１１は成分は満足しているが、Ｃ＋Ｎが０．
０２％以下、かつＮｂ／（Ｃ＋Ｎ）＞２５であり、Ｃお
よびＮに対するＮｂが過剰になっているため、比較鋼１
０と同等の結果である。

【００２０】比較鋼１２は、ＣおよびＮが高いため変形
抵抗が高く、Ｎｂ無添加でＣが固定されないためＣｒ系
の粒界析出炭化物が多く、高温加熱後の耐食性にも劣っ
ている。比較鋼１３はＳやＭｎが高く硫化物を生成しや
すいため、冷鍛性、高温加熱後の耐食性の劣化が著し
い。比較鋼１４は比較鋼１２と同様にＮｂ無添加である
が、Ｃが低いため変形抵抗のみ若干良好である。Ｔｉと
Ｎｂを複合添加した比較鋼１５は、Ｃが低いため変形抵
抗は良好であるが、限界据込率、高温加熱後の耐食性に
ついては、若干劣っている。

【００２１】

【発明の効果】以上述べたように、本発明は、各種プラ
ント、産業機械、精密機械および自動車部品等の材料と
して用いられる、冷鍛性と高温加熱後の耐食性に優れた
フェライト系ステンレス鋼を提供できる。

フロントページの続き (72)発明者 磯本 辰郎 兵庫県姫路市飾磨区中島字一文字3007番地 山陽特殊製鋼株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 質量％で、 Ｃ：０．００５〜０．０５％、 Ｓｉ：０．５％以下、 Ｍｎ：０．５％以下、 Ｃｒ：１６．００〜１９．００％、 Ｎｂ：０．１０％超〜０．５０％、 Ｎ：０．００５〜０．０５％、 Ｃ＋Ｎ：＞０．０２％ 残部がＦｅおよび不可避不純物からなり、且つ１＜Ｎｂ
   ／（Ｃ＋Ｎ）＜２５であることを特徴とする冷鍛性、高
   温加熱後の耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼。
2. 【請求項２】 質量％で、 Ａｌ：０．００１〜０．１０％、 Ｓ：０．０１％以下、 Ｔｉ：０．０５％以下、 Ｂ：０．０１％以下、 Ｏ：０．００５％以下 を１種または２種以上含有した請求項１に記載の、冷鍛
   性、高温加熱後の耐食性に優れたフェライト系ステンレ
   ス鋼。