JP2003507576A - 析出硬化マルテンサイト鋼の鋼製品の製造方法、この製造方法により得られる鋼製品、及び鋼製品の用途 - Google Patents

析出硬化マルテンサイト鋼の鋼製品の製造方法、この製造方法により得られる鋼製品、及び鋼製品の用途

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Abstract

(57)【要約】 鋼製品すなわち製造する製品の製造方法において、鋼は等温マルテンサイト変態が実施され、そして軟化焼鈍後マルテンサイト組織に析出硬化が実施されて成形が実施される。本方法の工程は、成形工程が含まれ、引き続き１０５０℃〜１２００℃で溶体化焼鈍、溶体化焼鈍温度から毎秒５度の急冷速度でもって５００℃の温度への急冷、この鋼に等温マルテンサイト変態を施すこと、そしてその後４５０℃〜５５０℃の温度で鋼を硬化することが続けられ、マルテンサイト組織に粒子を析出させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 発明の分野 本発明は鋼製品を製造する方法に関し、この鋼は、等温マルテンサイト形成と
軟化焼鈍後マルテンサイト組織中の析出硬化とを施し成形される。また、本発明
は、このような方法によって得られる鋼製品と、この鋼製品の用途に関する。
【０００２】 本発明の背景 先行技術状態の検討において、所定の金属組織とその方法とが文献に示されて
いる。しかしながら、次に示す文献は、これらの組織及び／または方法が先行技
術を構成すると認知するものとして必ずしも解釈する必要はない。出願人は、明
らかに実施する権利を保留している。このような組織と方法は、本発明の先行技
術としてはみなされない。
【０００３】 公開された国際出願明細書第９３／０７３０３号には、上記のような製造方法
が記載されていて、この方法においては、マルテンサイト組織への変態が、オー
ステナイト領域における焼鈍後の空冷工程によって、または冷間加工工程によっ
て達成される。焼鈍後の空冷工程は、いわゆるマルテンサイト変態の無熱運動モ
ードにおいて生じる。空冷によって誘起されるマルテンサイト形成は、ニッケル
、チタン及びアルミニウムのような元素の合金化によって抑制され、これらの元
素が硬化可能な鋼の析出のために使用される。このことは、このような合金化元
素の比較的高濃度のときに、オーステナイトはマルテンサイト変態開始温度が実
現不可能な低さになるように安定になることである。
【０００４】 本発明の概要 本発明の目的は、鋼製品の製造方法、このように製造された鋼製品、及びこの
鋼製品の用途を提供することであり、それによって延性、強度、耐摩耗性と耐食
性、マルテンサイトの均質分布、及びマルテンサイト変態温度の実用的レベルに
おいて実用最適性が達成される。
【０００５】 本発明の一つの態様は、等温マルテンサイト形成と、軟化焼鈍後のマルテンサ
イト組織の析出硬化と、を施す工程を含む鋼製品の製造方法である。この鋼は、
軟化焼鈍後に続いて所望の形状に成形され、１０５０℃〜１２００℃の温度で５
〜３０分間の溶体化焼鈍がなされる。鋼は、この焼鈍温度から少なくとも毎秒５
度の速度で、５００℃以下の温度に急冷される。急冷された鋼は、等温マルテン
サイト変態が施される。その後、鋼の析出硬化が、４５０〜５５０℃の温度で少
なくとも３分間でなされ、マルテンサイト組織中に析出粒子が生じる。
【０００６】 発明の好ましい実施態様の詳細な説明 本発明の目的と利点は、添付した図面に関連してそれらの好ましい実施態様の
次の詳細な説明から明確になる。
【０００７】 本発明の鋼製品の製造方法は、鋼を成形し、続いて１０５０℃〜１２００℃の
温度で５〜３０分間溶体化焼鈍を施して、その後鋼は、溶体化焼鈍温度から５０
０℃以下の温度に毎秒少なくとも５℃の急冷速度で急冷することを特徴とする。
急冷した鋼は、等温マルテンサイト変態が施され、その後４５０℃〜５５０℃の
温度で少なくとも３分間保持することによって強化され、固溶体のマルテンサイ
ト組織に粒子を析出させる。
【０００８】 等温マルテンサイト変態及び析出硬化との組合せは既知である（Scripta Meta
llurgica et Materialia, 19995, Vol. 33, No. 9, pp 1367-1373 を参照)。し
かしながら。上記のような製造方法は、変形によって比較的複雑な形状に成形で
きる鋼製品を可能にする上に、さらに延性と、強度と、耐磨耗性及び耐食性と、
マルテンサイトの均質分布等の最適条件が達成されることは記載していない。さ
らに、本発明の目的は、均一分布するマルテンサイトと析出とを有する鋼製品の
非常に有効な製造方法を提供することである。
【０００９】 したがって、本発明にしたがう鋼製品の製造方法は、さらに、急冷した鋼を−
３０℃〜−５０℃の温度に少なくとも１時間保持することによって、この鋼に等
温マルテンサイト変態を施すことを特徴とする。
【００１０】 本発明にしたがう鋼製品の製造方法は、最適条件でマルテンサイト変態の開始
を可能にするように、鋼を８５０℃〜９５０℃で少なくとも５分間保持する活性
化工程をさらに特徴とする。この活性化工程は、鋼の溶体化焼鈍と急冷との間で
行われる。活性化工程を施された鋼は、鋼製品の内部に発生すると考えられる熱
力学的応力が緩和される。内部熱応力の緩和が、非常に的確な粒径を備えた且つ
使用するにおいて安定である鋼製品の製造を可能にする。
【００１１】 さらに、本発明の目的は、優れた強度と、耐磨耗性及び耐食性と、延性とが組
み合わされた鋼製品の製造方法を提供することである。さらに、このような方法
は、鋼がｗｔ％で１０％〜１４％のクロム（Ｃｒ）含有することを特徴とする。
一般的に、低ｗｔ％炭素のマルテンサイト鋼、いわゆるマルエージ鋼は、クロム
を含んでも含まなくてもよい。耐食性のマルエージ鋼は、ｗｔ％で１０．５〜１
８％のクロムを含有する。本発明の方法にしたがって得られる独特のタイプのマ
ルエージ鋼は、ｗｔ％で、１０〜１４％のＣｒ、７〜１０％のＮｉ、３〜６％の
Ｍｏ、０〜９％のＣｏ、０．５〜４％のＣｕ、０．０５〜０、５％のＡｌ、０．
４〜１．４％のＴｉ、０．０３％未満のＣ及びＮを含む。
【００１２】 本発明は、さらに独特な使用例を明らかにする。
【００１３】 実施例１ 上記組成を有する本発明の使用に適切な鋼材料は、高周波炉内で全量７トンの
溶湯からストリップ材料として製造され、その後圧延がなされた。溶融１の後の
凝固工程が図１に示され、図１において時間に対する温度形態は、実線によって
示される。溶湯の凝固は、Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）の結晶をもたらし、それによって炭素
及び窒素とがないようにすなわち炭素及び窒素フリーのように拘束する。窒素フ
リーとなる拘束は、窒素フリーでなければ等温マルテンサイト変態が抑制される
ために重要である。
【００１４】 圧延前に、鋼は１１５０度〜１２５０℃の温度で再加熱されて、この温度で少
なくとも１時間均熱されることによって、材料はオーステナイト組織となり、熱
間圧延するために十分な延性が与えられる。１１５０℃〜１２５０℃の温度での
再加熱２に引き続き熱間圧延３が行われる。熱間圧延３が、適切な粒径と均等に
分布した金属間粒子とを有するストリップ形状の材料を製造する。
【００１５】 均熱化と熱間圧延の際に形成されたスケール（酸化物層）を、材料を最終寸法
に冷間圧延する前に、酸洗い及び研削加工によって除去する。冷間圧延４は、し
かしながら、応力誘起マルテンサイト変態をもたらし、複雑な製品を成形するた
めに十分な延性を確実にするために、材料は焼鈍５によってオーステナイト状態
に戻される。この焼鈍５は連続炉内において約１０５０℃で実施され、製品成形
前に、材料をマルテンサイトに変態することを防止する。この製品は、応力誘起
マルテンサイトへと部分変態をもたらすオーステナイト状態６で冷間成形される
。製品全体を均質マルテンサイト変態、及び析出硬化によって形成されたマルテ
ンサイトの十分な硬化能を確実にするために、５〜３０分間１０５０〜１２００
℃の温度で材料を溶体化焼鈍７する必要がある。また、溶体化焼鈍７は、Ａｌ、
Ｃｕ、Ｍｏ及びＴｉのような合金化元素がオーステナイト組織の固溶体に入り込
み応力誘起マルテンサイトをオーステナイトへと逆転させる。これらの元素は、
後続の製造工程での等温マルテンサイトの析出硬化に使用される。
【００１６】 最適等温マルテンサイト変態１０を達成するために、マルテンサイト変態１０
は、−３０℃〜−５０度の温度で少なくとも１時間行う必要がある。さらに好ま
しくは、この等温マルテンサイト変態１０は、活性化工程８が先に行われる。こ
の活性化固定８は、溶体化焼鈍工程７と急冷工程９の間に設けられる。この活性
化工程８は、鋼が８５０℃〜９５０の温度に少なくとも５分間保持されたときに
生じる。活性化工程８は鋼のオーステナイト組織の不安定化を起こすので、その
後の等温マルテンサイト変態１０を促進する。活性化工程８の際に、ＭｏとＴｉ
とが固溶体から移動して、Ｍｏが結晶粒界に沿って集中することが考えられる。
Ｔｉの挙動はまだ明確でない。さらに、活性化が等温マルテンサイト変態１０の
際に材料中の均一核生成を確実にする。室温またはそれ以上低い温度までの急冷
９が、オーステナイト中の実質的に金属間化合物の早めの析出を防止する。
【００１７】 急冷９の後、鋼材料は、等温マルテンサイト変態１０が施される。この変態は
、−３０℃〜ー５０℃の温度に少なくとも１時間保持することによって達成され
る。その結果、微細結晶内に均一に分布する残留オーステナイトとともに均質マ
ルテンサイトとなる。等温マルテンサイト変態１０は、続いて析出工化工程１１
がなされ、その際に、金属間化合物がマルテンサイト組織の固溶体に析出する。
このように処理された鋼製品は４５０ＨＶ以上の均質硬さを備えることができる
。
【００１８】 本発明の方法によって得られた鋼製品は均質であり、且つ耐磨耗性、耐食性、
硬さ及び延性関しては優れた特性を示す。この性質の独特な組合せが、非常に人
目を引く電気回転シェーバのキャップ用のストリップ鋼製品を作ることができ、
これらの製品は必要なボウル形状を達成するために製造の際に深絞りが行われる
。同じ工程が、シェーバの大きく変形されるカッタ、強く成形された混合機の刃
、及びアイロンのサーモスタット用の強く保持される戻りバネに適用される。
【００１９】 本発明にしたがう処理方法を施すために非常に適切な鋼材料のｗｔ％での化学
組成は、次のとおりである（すなわち、Sandvik 1RK91鋼）。
【００２０】 Ｃ＋Ｎ ≦０．０５ Ｃｒ １２．００ Ｍｎ ０．３０ Ｆｅ 残部 Ｎｉ ９．００ Ｍｏ ４．００ Ｔｉ ０．９０ Ａｌ ０．３０ Ｓｉ ０．１５ Ｃｕ ２．００ 実施例２ 実施例１と同一の化学組成を有する鋼材料または製品が、流体弁の戻りバネの
ように機能するダイアフラム板バネとして製造することが可能である。ダイアフ
ラム板バネ寸法の要求精度に依存して、急冷９の後に製品中にいわゆる残留オー
ステナイトを有することができる。溶体化処理７は、引き続きオーステナイトの
不安定化が生じる活性化処理８が好ましく続けられ、後行程の等温マルテンサイ
ト変態１０を促進する。種々の適用のためのダイアフラム板バネは、成形の際に
強変形が要求される複雑な形状が使用される。このような変形は、溶体化処理７
によってオーステナイトに逆転する応力誘起マルテンサイト変態を引き起す。本
発明の方法は、このような適用に対して鋼ストックを準備するために非常に適切
である。
【００２１】 本発明は、それらの好ましい実施態様に関連して記載したが、特に記載してい
ない追加、削除、改良及び置き換えが、添付される特許請求の範囲に規定される
よう日本発明の思想および範囲から離脱することなくなされることは当業者には
当然のことである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、熱処理の時間に対する温度形態と本発明の処理方法とを示す。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１３年１２月６日（２００１．１２．６）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── 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 38/00 ３０１ Ｃ２２Ｃ 38/00 ３０１Ｈ 38/52 38/52 (72)発明者 ニルソン，ヤン−オロフ スウェーデン国，エス−811 35 サンド ビッケン，エン ハッセルガタン 11 (72)発明者 オルソン，ソーレン スウェーデン国，エス−811 38 サンド ビッケン，カルバダンスベーゲン 33 セ ー (72)発明者 スユイルト ブローブ，フベルト オランダ国，エヌエル−9205 アーベー ドラチテン，フイルガン 33 (72)発明者 ファンデル グレイン，アドリアン オランダ国，エヌエル−9202 ヘーセー ドラチテン，マリエンガールト 58 Ｆターム(参考） 4K042 AA01 AA10 BA03 BA05 BA06 CA04 CA05 CA07 CA08 CA11 CA12 DA01 DA04 DA06 DC02 DC03 DE02 DE05 DE06

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 （ａ）軟化焼鈍後、マルテンサイト組織の鋼を析出硬化させ
    る工程、 （ｂ）前記鋼を成形し、続いて１０５０℃〜１２００℃の温度で５〜３０分間
    溶体化焼鈍をする工程、 （ｃ）溶体化焼鈍温度から５００℃以下の温度に毎秒少なくとも５℃の急冷速
    度で急冷し、且つ前記急冷した鋼に等温マルテンサイト変態を施す工程、及び （ｄ）４５０℃〜５５０℃の温度で少なくとも３分間硬化させ、固溶体のマル
    テンサイト組織に粒子を析出させる工程、 をからなる鋼製品を製造する方法。
  2. 【請求項２】 前記急冷した鋼に、−３０℃〜−５０℃で少なくとも１時間
    等温マルテンサイト変態を施す請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記鋼の溶体化焼鈍と急冷との間に、前記鋼を８５０℃〜９
    ５０℃で少なくとも５分間活性化工程を施す請求項１の方法。
  4. 【請求項４】 前記活性化工程が、等温マルテンサイト変態の際に、マルテ
    ンサイトを均質に核生成する請求項３記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記鋼が、ｗｔ％で１０％〜１４％のクロム（Ｃｒ）を含む
    請求項１記載の方法。
  6. 【請求項６】 少なくとも４５０ＨＶの均質硬さを有する請求項１の方法に
    よって製造される鋼。
  7. 【請求項７】 前記鋼製品が、電気回転シェーバのキャップであることを特
    徴とする請求項６記載の鋼製品。
  8. 【請求項８】 前記鋼製品が、電気回転シェーバのカッタであることを特徴
    とする請求項６記載の鋼製品。
  9. 【請求項９】 前記鋼製品が、家庭用機器のカッタであることを特徴とする
    請求項６記載の鋼製品。
  10. 【請求項１０】 前記鋼製品が、家庭用機器のナイフであることを特徴とす
    る請求項６記載の鋼製品。
  11. 【請求項１１】 前記鋼製品が、家庭用機器のバネであることを特徴とする
    請求項６記載の鋼製品。
  12. 【請求項１２】 前記鋼製品が、医療器具である請求項６記載の鋼製品。
  13. 【請求項１３】 前記鋼製品が、歯科器具である請求項６記載の鋼製品。
  14. 【請求項１４】 前記鋼製品が、流体弁のダイアフラム板バネである請求項
    ６記載の鋼製品。
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