JP2005206865A - 結晶粒微細化マルテンサイト系ステンレス鋼の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 電気カミソリやバリカン等の刃物や、歯車等の機構部品や摺動部材に好適な結晶粒微細化マルテンサイト系ステンレス鋼の製造方法を提供する。
【解決手段】 ＳＵＳ４２０Ｊ２をベース組成とする溶融金属を１０℃／秒以上の冷却速度で超急冷凝固することにより素材鋳塊を得るステップと、この素材鋳塊に冷間圧延を行い平均結晶粒径１μｍ以下のフェライト鋼を得るステップと、得られたフェライト鋼を所定の形状に加工した後、焼き入れ処理するステップとを含む。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電気カミソリ、バリカン等の鋭角な刃先と耐食性が要求される刃物や、歯車等の耐摩耗性と耐食性が要求される部材の素材として特に好適な結晶粒微細化マルテンサイト系ステンレス鋼材の製造方法に関するものである。

従来、電気カミソリ、バリカン等の鋭角な刃先を有する刃物や、耐食性と耐摩耗性が要求される歯車等の機構部品にはＳＵＳ４２０Ｊ２や、これにモリブデン(Ｍｏ)を添加して耐食性を改善し、鋳造→鍛造→熱間圧延→冷間圧延を経て得られるステンレス鋼材が使用されている。この素材は焼鈍後における塑性加工性が高く、焼入れをすることにより高強度／高硬度が得られるが、結晶粒径が２〜１０μｍ程度で、炭化物粒子径が１μｍ以上であり、硬度はＨｖで６００程度、耐力も最大で１．３ＧＰａ程度である。

炭化物を微細化するため、鋳塊に熱処理を施す方法が提案されているが(例えば、特許文献１参照)、依然として炭化物の微細化が不十分であり、さらなる強度の改善が望まれている。特に、バリカンや電気カミソリ用の刃物として使用する場合は、固定刃に髪の毛や髭などの被切断物を導入して切断するが、被切断物の導入率を高めるには開口率を増加させる必要がある。しかしながら、そのような高い開口率を得るには十分な素材強度が必要不可欠であり、現状の電気カミソリの開口率は５０％程度である。

また、機械加工により鋭角な刃を作製しようとすると、刃先にたわみや塑性変形が生じ、刃先にバリが発生しやすい。さらに、結晶粒が粗大であると、刃先摩耗の問題や結晶粒が欠落することによる刃先チッピングの問題が起こりやすくなり、結果的に刃物寿命の短命化を招く。

ＳＵＳ４２０Ｊ２より硬度および強度が高く、耐食性に優れた素材としてＳＵＳ４４０Ｃのような高炭素、高クロムの素材の使用も考えられるが、この材料は加工性が悪く、厚さ０．５ｍｍ以下の薄帯に加工したり、バリカンや電気カミソリのような複雑な形状に成形することが困難である。このため、比較的単純な形状をしたナイフなどにもっぱら使用されている。

高炭素、高クロムの素材で薄帯を作製する方法も提案されているが(例えば、特許文献２参照)、この方法によって得られた高炭素、高クロム含有ステンレス鋼は非常に硬く、そのままでは曲げ加工等の塑性加工を行うことは困難である。また、焼戻して延性を確保することも考えられるが、分散している微細炭化物の粗大化が避けられず、耐食性を劣化させる恐れがある。さらに、高クロムであることからＳＵＳ４２０Ｊ２に比して材料費のコストアップが避けられない。
特開平７−３３３３号公報（要約） 特開平７−２２７６５０号公報（要約）

本発明は、このような事実を考慮して、ＳＵＳ４４０系よりも安価なＳＵＳ４２０Ｊ２系をベース組成とした溶融金属を超急冷凝固法で凝固させ、得られた板片もしくは薄帯の素材鋳塊に必要に応じて焼き戻し処理を行った後、冷間圧延を施して微細組織を有するフェライト鋼を作製し、このフェライト鋼を所定の形状に塑性加工した後、焼き入れ処理することで旧オーステナイト粒径が微細なマルテンサイト鋼として高強度化、高硬度化できることを見出し、完成に到ったものであり、この後、研削、研磨等で刃付け加工することで髪の毛や髭などの被切断物の導入率(開口率)が高く、刃先の鋭利(刃先角、刃先Ｒともに小さい)な寿命の長い刃物や、耐摩耗性、耐食性に優れた歯車などの機構部品や摺動部材を提供することができる。

すなわち、本発明の結晶粒微細化マルテンサイト系ステンレス鋼の製造方法は、Ｃｒ：１３．０〜１４．０重量％、Ｍｏ：１．１５〜１．３５重量％、Ｃ：０．３５〜０．５５重量％、Ｓｉ：０．２０〜０．５０重量％、Ｍｎ：０．２０〜０．５０重量％、Ｐ：０．０２５重量％以下、Ｓ：０．０２０重量％以下、残部：Ｆｅ及び不可避な不純物元素でなる組成を有する溶融金属を超急冷凝固することにより素材鋳塊を得るステップと、この素材鋳塊に冷間圧延を行いフェライト鋼を得るステップと、このフェライト鋼を所定の形状に加工した後、焼き入れ処理するステップとを含むことを特徴とする。

上記製造方法において、超急冷凝固は冷却速度１０℃／秒以上の冷却速度で行うことが好ましい。具体的には、０．１ｍ／秒以上の周速で回転するロールの表面に溶融金属を吹き付けたり、鋳込み面間隔が５ｍｍ以下となる条件で溶融金属を水冷銅鋳型に鋳込んで超急冷凝固を行うことができる。

上記製造方法において、冷間圧延は一対の圧延ロールの間を圧延率５０〜８０％の条件で１回のみ通すことにより行うことが好ましい。また、必要に応じて、冷間圧延に先立って焼戻し処理を行ってもよい。この場合は、焼戻しを３２５〜５５０℃の保持温度、３０〜１８００秒の保持時間で行うことが好ましい。

上記製造方法により、結晶粒微細化マルテンサイト系ステンレス鋼でなる刃物を作製する場合は、フェライト鋼を塑性加工により刃物形状にした後、焼き入れ処理し、次いで研削、研磨により刃付け加工することが好ましい。また、必要に応じて、塑性加工に先立って焼鈍処理を行ってもよい。

本発明によれば、ＳＵＳ４２０Ｊ２をベース組成とする溶融金属を急冷凝固して得た素材鋳塊に冷間圧延を施すことで母相が１μｍ以下の微細フェライト結晶で分散炭化物粒子が０．１μｍ以下あるいは存在しないフェライト鋼を得ることができ、その後、このフェライト鋼を所定の形状に加工、焼き入れ処理するすることで旧オーステナイト粒径が０．１μｍ以下の微細組織を有するマルテンサイト鋼材を得ることができる。これらの工程を経ることで素材は高強度を有するものとなり、シェーバー外刃のような閉鎖系の刃物においては開口率の向上が図れるとともに、鋭利な刃先(刃先角度が小さく、刃先Ｒが１μｍ以下)を提供することができる。また、高硬度からの高耐摩耗性と、微細組織によるチッピングの防止によって刃物としての長寿命化を達成することができる。このように、本発明の製造方法により得られる結晶粒微細化マルテンサイト系ステンレス鋼は刃物用途に用いることが特に好ましく、耐摩耗性に優れる機構部品や摺動部材としても好適である。

本発明は、ＳＵＳ４２０Ｊ２をベース組成としたマルテンサイト系ステンレス鋼原料を秤量、溶融、鋳込んで溶融金属を作製する。すなわち、Ｃｒ：１３．０〜１４．０重量％、Ｍｏ：１．１５〜１．３５重量％、Ｃ：０．３５〜０．５５重量％、Ｓｉ：０．２０〜０．５０重量％、Ｍｎ：０．２０〜０．５０重量％、Ｐ：０．０２５重量％以下、Ｓ：０．０２０重量％以下、残部：Ｆｅ及び不可避な不純物元素でなる組成を有する溶融金属を作製する。尚、Ｃｒ：１３．０〜１４．０重量％、Ｍｏ：１．１５〜１．３５重量％、Ｃ：０．３５〜０．５５重量％に制限する目的は、耐食性の確保と焼鈍後の加工（例えば、プレス加工）による塑性加工性を確保するためである。また、ＰおよびＳは、それぞれ０．０２５重量％以下および０．０２０重量％以下であるので溶融金属内に存在しなくてもよい。溶融金属の一例として、Ｃｒ：１３．５重量％、Ｍｏ：１．２５重量％、Ｃ：０．４０重量％、Ｓｉ：０．２５重量％、Ｍｎ：０．２５重量％、残部：Ｆｅでなる組成を例示できる。

次に、この溶融金属を超急冷凝固法で凝固させ、板状あるいは帯状の素材鋳塊を得る。超急冷凝固は１０℃／秒以上の冷却速度で行うことが好ましい。冷却速度が１０℃／秒を下回ると、炭化物の析出および凝集が進行して分散炭化物粒子径が０．１μｍ以上になりやすい。このような超急冷凝固法としては、例えば、水冷銅鋳型連続鋳造法や回転ロール法を採用できる。水冷銅鋳型連続鋳造法を採用する場合は、不活性ガス雰囲気中で、所定寸法（例えば、断面形状１５ｍｍｘ１５ｍｍｘ４０ｍｍ）の水冷銅鋳型に溶融金属を連続鋳造することが好ましい。尚、十分な冷却速度を確保するため、銅鋳型の面間隔（鋳込み面間隔）は５ｍｍ以下であることが好ましい。また、回転ロール法を採用する場合は、不活性ガス雰囲気中で０．１ｍ／秒の周速で回転する回転ロールに溶融金属を噴射することが好ましい。

超急冷凝固して得られた素材鋳塊には必要に応じて焼戻し処理を行う。焼戻し処理を行う場合は、３２５〜５５０℃の保持温度、３０〜１８００秒の保持時間で行うことが好ましい。３２５℃以下では、回転ロール法で急冷凝固させた素材鋳塊の脆性を十分に除去できなかったり、かえって脆化を起こさせる恐れがある。また、高出力で圧延ロールの変形の少ない多段式圧延機や巨大ロールを備えた圧延機が必要になる。一方、５５０℃以上では、超急冷凝固によって得たマルテンサイト組織の維持が困難になり、結果として後述する冷間圧延後に結晶粒径１μｍ以下のフェライト組織を得難くなる。また、保持時間が３０秒未満であると焼戻しの効果が十分に得られない恐れがあり、１８００秒を超えると炭化物の析出や炭化物が凝集して組織が粗大化する恐れがある。

次に、超急冷凝固によって得られた素材鋳塊、もしくは焼戻し処理を施した素材鋳塊に冷間圧延を行う。冷間圧延は一対の圧延ロールの間を圧延率５０〜８０％の条件で１回のみ通すことにより行うことが好ましい。冷間圧延を１パスで行うことにより、安定して微細フェライト組織を形成することができる。また、圧延率が５０未満であると、微細フェライト組織の形成が不完全になる恐れがあり、圧延率が８０％以上になると、鋼板に亀裂が発生して後工程が行いに難くなる恐れがある。この冷間圧延によって、０．１μｍ未満の微細組織でなるフェライト鋼、もしくは分散炭化物粒子が存在しない（炭化物がすべて固溶した）平均結晶粒径１μｍ未満の微細組織でなるフェライト鋼が得られる。

このようにして得られたフェライト鋼を所定の形状に加工（例えば、冷間圧延）した後、焼入れ処理する。焼入れ処理は１０３０℃〜１０７０℃の温度で、３０〜３００秒保持し、０．１℃／秒以上の冷却速度で行うことが好ましい。焼入れ温度が１０３０℃未満であったり、保持時間が３０秒未満であると、マルテンサイト変態が不十分となる恐れがある。また、焼入れ温度が１０７０℃以上であったり、保持時間が３００秒以上であると、炭化物の析出のない状態で粒成長が誘発されて強度の低下を招く恐れがある。さらに、冷却速度が０．１℃／秒未満であると、マルテンサイト変態が不十分となりやすく、また冷却時に炭化物が析出／凝集することにより機械的性能の低下を招く恐れがある。尚、フェライト鋼を所定の形状に加工するに先立って焼鈍処理を行ってもよい。焼鈍処理の条件としては、例えば、７００℃、３０秒間加熱する。

上記焼入れ処理により、１μｍ以下の旧オーステナイト粒径を有する結晶粒微細化マルテンサイト系ステンレス鋼が得られる。得られたステンレス鋼の耐力は１．６ＧＰａ以上で、硬度はＨｖで８００にも達する。例えば、焼入れ処理前にプレス加工等により加工を施した後、焼入れ処理を実施し、研削および研磨によって刃付け処理を施せば、結晶粒微細化マルテンサイト系ステンレス鋼でなるカミソリ用内刃や外刃などの刃物を製造することができる。この刃物においては、開口率を向上させて髪の毛や髭等の被切断物の導入量を増やせるとともに、鋭利な刃先を有するにもかかわらず長寿命化を図ることができる。このように、本発明の製造方法により得られる結晶粒微細化マルテンサイト系ステンレス鋼を用いれば、高強度、高硬度に加えて高開口率と鋭利な刃先を有する長寿命の刃物を提供することができる。さらに、摺動部材、歯車等の機構部品に本発明の製造方法により得られる結晶粒微細化マルテンサイト系ステンレス鋼を用いた場合においては、高強度、高硬度に加えて、耐食性、耐摩耗性に優れる各種部品を提供することができる。

以下、本発明の結晶粒微細化マルテンサイト系ステンレス鋼の製造方法を好ましい実施例に基づいて具体的に説明する。

（実施例１）
Ｃｒ：１３．５重量％、Ｍｏ：１．２５重量％、Ｃ：０．４０重量％、Ｓｉ：０．２５重量％、Ｍｎ：０．２５重量％、残部：Ｆｅとなるように原料を秤量し、それを攪拌しながら、加熱、溶融し、断面形状が１５ｍｍｘ１５ｍｍｘ４０ｍｍの銅鋳型に鋳込んだ。図１に示すように、得られた溶融金属６を、０．０５ＭＰａのＡｒガス雰囲気中、周速１０ｍ／秒で回転する銅ロール４に雰囲気＋０．０５ＭＰａの圧力で噴射し、幅２０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍの薄帯５を得た。この時の冷却速度は１００℃／秒である。得られた薄帯を４００℃、３０秒間加熱して焼戻しした後、冷間圧延にて厚さ０．０４ｍｍになるように１パスで圧延することにより結晶粒径が０．８μｍで炭化物粒子が存在しないフェライト素材を得た。

次いで、このフェライト素材を７００℃、３０秒間加熱して焼鈍した後、１０５０℃、３０秒間加熱、１０℃／秒で冷却する焼入れ処理を行った。これにより、旧オーステナイト粒径が０．８μｍで分散炭化物粒子の存在しないマルテンサイト系ステンレス鋼を得た。このステンレス鋼の耐力は１．８ＧＰａであり、硬度はＨｖで９００であった。

本実施例では、上記焼入れ前の薄帯を電気カミソリの外刃形状にプレス加工する際に従来の外刃と同等の桟強度が得られるように桟幅を従来の７５％、刃先角度４５°になるように設定してプレス加工を施した後、１０５０℃、３０秒間加熱、１０℃／秒で冷却する焼入れ処理を実施し、図４に示すように、研削および研磨により刃付け処理を施して電気カミソリ用外刃を得た。この外刃を評価したところ、開口率が５５％、髭の導入率が６５％、刃先Ｒが０．２μｍであった。

（実施例２）
Ｃｒ：１４．０重量％、Ｍｏ：１．３５重量％、Ｃ：０．５５重量％、Ｓｉ：０．２０重量％、Ｍｎ：０．２０重量％、残部：Ｆｅとなるように原料を秤量し、それを攪拌しながら、加熱、溶融し、断面形状が１５ｍｍｘ１５ｍｍｘ４０ｍｍの銅鋳型に鋳込んだ。図２に示すように、得られた溶融金属６を、０．０５ＭＰａのＡｒガス雰囲気中、周速５ｍ／秒で回転する一対の銅ロール４の間（間隔０．４ｍｍ）に雰囲気＋０．０５ＭＰａの圧力で噴射し、幅２５ｍｍ、厚さ０．４ｍｍの薄帯５を得た。この時の冷却速度は８０℃／秒である。

得られた薄帯を３５０℃、３０秒間加熱して焼戻しした後、冷間圧延にて厚さ０．２ｍｍになるように１パスで圧延することにより結晶粒径１．０μｍで炭化物粒子が存在しないフェライト素材を得た。次いで、このフェライト素材を７００℃、６０秒間加熱して焼鈍した後、１０５０℃、３０秒間加熱、１０℃／秒で冷却する焼入れ処理を行った。これにより、旧オーステナイト粒径が１．０μｍで分散炭化物粒子の存在しないマルテンサイト系ステンレス鋼を得た。このステンレス鋼の耐力は１．６ＧＰａであり、硬度はＨｖで８００であった。

本実施例では、上記焼入れ前の薄帯を電気カミソリの内刃形状にプレス加工する際に刃先角度４５°になるように設定してプレス加工を施した後、１０５０℃、３０秒間加熱、１０℃／秒で冷却する焼入れ処理を実施し、図４に示すように、研削および研磨により刃付け処理を施して電気カミソリ用内刃を得た。この内刃を評価したところ、刃先Ｒは０．５μｍであった。

（実施例３）
Ｃｒ：１３．５重量％、Ｍｏ：１．２５重量％、Ｃ：０．４０重量％、Ｓｉ：０．２５重量％、Ｍｎ：０．２５重量％、残部：Ｆｅとなるように原料を秤量し、それを攪拌しながら、加熱、溶融し、断面形状が１５ｍｍｘ１５ｍｍｘ４０ｍｍの銅鋳型に鋳込んだ。得られた溶融金属６を、図３に示すように、０．０５ＭＰａのＡｒガス雰囲気中、断面形状が２ｍｍｘ２ｍｍｘ５０ｍｍの水冷銅鋳型７に連続鋳造して薄帯５を得た。この時の冷却速度は２０℃／秒である。得られた薄帯を３５０℃、１２０秒間加熱して焼戻しした後、冷間圧延にて厚さ０．８ｍｍになるように１パスで圧延することにより粒径が０．５μｍで分散炭化物粒子径が０．０５μｍのフェライト素材を得た。

次いで、このフェライト素材を厚さ０．０４ｍｍまで冷間圧延し、さらに７００℃、３０秒間加熱して焼鈍した後、１０５０℃、３０秒間加熱、１０℃／秒で冷却する焼入れ処理を行った。これにより、粒径が０．５μｍで分散炭化物粒子径が０．０５μｍのマルテンサイト系ステンレス鋼を得た。このステンレス鋼の耐力は１．８ＧＰａであり、硬度はＨｖで９００であった。

本実施例では、上記焼入れ前の薄帯を電気カミソリの外刃形状にプレス加工する際に従来の外刃と同等の桟強度が得られるように桟幅を従来の７０％になるように設定してプレス加工を施した後、１０５０℃、３０秒間加熱、１０℃／秒で冷却する焼入れ処理を実施し、図４に示すように、研削および研磨により刃付け処理を施して電気カミソリ用外刃を得た。この外刃を評価したところ、開口率が５８％、髭の導入が７０％、刃先Ｒが０．３μｍであった。

（実施例４）
Ｃｒ：１３．５重量％、Ｍｏ：１．２５重量％、Ｃ：０．４０重量％、Ｓｉ：０．２５重量％、Ｍｎ：０．２５重量％、残部：Ｆｅとなるように原料を秤量し、それを攪拌しながら、加熱、溶融し、断面形状が１５ｍｍｘ１５ｍｍｘ４０ｍｍの銅鋳型に鋳込んだ。得られた溶融金属６を、図３に示すように、０．０５ＭＰａのＡｒガス雰囲気中、断面形状が４ｍｍｘ４ｍｍｘ２５ｍｍの水冷銅鋳型７に連続鋳造して薄帯５を得た。この時の冷却速度は１５℃／秒である。得られた薄帯を４００℃、１８０秒間加熱して焼戻しした後、冷間圧延にて厚さ２ｍｍになるように１パスで圧延することにより粒径が１μｍで分散炭化物粒子径が０．０５μｍのフェライト素材を得た。

次いで、このフェライト素材を厚さ０．４ｍｍまで冷間圧延し、さらに７００℃、３０秒間加熱して焼鈍した後、１０５０℃、６０秒間加熱、５℃／秒で冷却する焼入れ処理を行った。これにより、粒径が１μｍで分散炭化物粒子径が０．０８μｍのマルテンサイト系ステンレス鋼を得た。このステンレス鋼の耐力は１．６ＧＰａであり、硬度はＨｖで８００であった。

本実施例では、上記焼入れ前の薄帯を電気カミソリの内刃形状にプレス加工する際に刃先角度４５°になるように設定してプレス加工を施した後、１０３０℃、１２０秒間加熱、１℃／秒で冷却する焼入れ処理を実施し、図４に示すように、研削および研磨により刃付け処理を施して電気カミソリ用内刃を得た。この内刃を評価したところ、刃先Ｒは０．４μｍであった。

（実施例５）
Ｃｒ：１４．０重量％、Ｍｏ：１．２５重量％、Ｃ：０．５０重量％、Ｓｉ：０．２５重量％、Ｍｎ：０．２５重量％、残部：Ｆｅとなるように原料を秤量し、それを攪拌しながら、加熱、溶融し、断面形状が１５ｍｍｘ１５ｍｍｘ４０ｍｍの銅鋳型に鋳込んだ。得られた溶融金属６を、図３に示すように、０．０５ＭＰａのＡｒガス雰囲気中、断面形状が５ｍｍｘ５ｍｍｘ５０ｍｍの水冷銅鋳型７に連続鋳造して薄帯を得た。この時の冷却速度は１０℃／秒である。得られた薄帯を２００℃、１２０秒間加熱して焼戻しした後、冷間圧延にて厚さ２．４ｍｍになるように１パスで圧延することにより粒径が０．８μｍで分散炭化物粒子径が０．０５μｍのフェライト素材を得た。

次いで、このフェライト素材を厚さ０．４ｍｍまで冷間圧延し、さらに７００℃、３０秒間加熱して焼鈍した後、１０７０℃、４５秒間加熱、５℃／秒で冷却する焼入れ処理を行った。これにより、粒径が１．０μｍで分散炭化物粒子径が０．０５μｍのマルテンサイト系ステンレス鋼を得た。このステンレス鋼の耐力は１．９ＧＰａであり、硬度はＨｖで９５０であった。

本実施例では、上記焼入れ前の薄帯を電気カミソリの内刃形状にプレス加工する際に刃先角度３０°になるように設定してプレス加工を施した後、１０７０℃、４５秒間加熱、５℃／秒で冷却する焼入れ処理を実施し、図４に示すように、研削および研磨により刃付け処理を施して電気カミソリ用内刃を得た。この内刃を評価したところ、刃先Ｒは０．２μｍであった。

（実施例６）
Ｃｒ：１３．０重量％、Ｍｏ：１．３５重量％、Ｃ：０．４０重量％、Ｓｉ：０．２０重量％、Ｍｎ：０．４５重量％、残部：Ｆｅとなるように原料を秤量し、それを攪拌しながら、加熱、溶融し、断面形状が１５ｍｍｘ１５ｍｍｘ４０ｍｍの銅鋳型に鋳込んだ。得られた溶融金属６を、図３に示すように、０．０５ＭＰａのＡｒガス雰囲気中、断面形状が２ｍｍｘ２ｍｍｘ５０ｍｍの水冷銅鋳型７に連続鋳造して薄帯を得た。この時の冷却速度は２０℃／秒である。得られた薄帯を５５０℃、６０秒間加熱して焼戻しした後、冷間圧延にて厚さ０．４ｍｍになるように１パスで圧延することにより粒径が０．２μｍで分散炭化物粒子径が０．０１μｍのフェライト素材を得た。

次いで、７００℃、３０秒間の加熱による焼鈍と冷間圧延を繰り返すことによりこのフェライト素材を厚さ０．０４ｍｍになるまで加工し、再度７００℃、３０秒間加熱して焼鈍した後、１０７０℃、３０秒間加熱、５℃／秒で冷却する焼入れ処理を行った。これにより、旧オーステナイト粒径が０．２μｍで分散炭化物粒子径が０．０２μｍのマルテンサイト系ステンレス鋼を得た。このステンレス鋼の耐力は２．０ＧＰａであり、硬度はＨｖで１０００であった。

本実施例では、上記焼入れ前の薄帯を電気カミソリの外刃形状にプレス加工する際に従来の外刃と同等の桟強度が得られるように桟幅を従来の７０％、刃先角度６０°になるように設定してプレス加工を施した後、１０７０℃、３０秒間加熱、５℃／秒で冷却する焼入れ処理を実施し、図４に示すように、研削および研磨により刃付け処理を施して電気カミソリ用外刃を得た。この外刃を評価したところ、開口率が５８％、髭の導入率が７０％、刃先Ｒが０．２μｍであった。

（実施例７）
Ｃｒ：１３．０重量％、Ｍｏ：１．３５重量％、Ｃ：０．５０重量％、Ｓｉ：０．２５重量％、Ｍｎ：０．２５重量％、残部：Ｆｅとなるように原料を秤量し、それを攪拌しながら、加熱、溶融し、断面形状が１５ｍｍｘ１５ｍｍｘ４０ｍｍの銅鋳型に鋳込んだ。得られた溶融金属６を、図３に示すように、０．０５ＭＰａのＡｒガス雰囲気中、断面形状が１．５ｍｍｘ１．５ｍｍｘ５０ｍｍの水冷銅鋳型７に連続鋳造して薄帯を得た。この時の冷却速度は３０℃／秒である。得られた薄帯を４００℃、６０秒間加熱して焼戻しした後、冷間圧延にて厚さ０．４ｍｍになるように１パスで圧延することにより粒径が０．４μｍで分散炭化物粒子径が０．０１μｍのフェライト素材を得た。

次いで、このフェライト素材を７００℃、６０秒間加熱して焼鈍した後、１０５０℃、６０秒間加熱、１．０℃／秒で冷却する焼入れ処理を行った。これにより、旧オーステナイト粒径が０．５μｍで分散炭化物粒子径が０．０１μｍのマルテンサイト系ステンレス鋼を得た。このステンレス鋼の耐力は２．０ＧＰａであり、硬度はＨｖで１０００であった。

本実施例では、上記焼入れ前の薄帯を電気カミソリの内刃形状にプレス加工する際に刃先角度３０°になるように設定してプレス加工を施した後、１０５０℃、１８０秒間加熱、１℃／秒で冷却する焼入れ処理を実施し、図４に示すように、研削および研磨により刃付け処理を施して電気カミソリ用内刃を得た。この内刃を評価したところ、刃先Ｒは０．２μｍであった。

（実施例８）
Ｃｒ：１３．０重量％、Ｍｏ：１．２０重量％、Ｃ：０．３５重量％、Ｓｉ：０．２５重量％、Ｍｎ：０．２５重量％、残部：Ｆｅとなるように原料を秤量し、それを攪拌しながら、加熱、溶融し、断面形状が１５ｍｍｘ１５ｍｍｘ４０ｍｍの銅鋳型に鋳込んだ。得られた溶融金属６を、図１に示すように、０．０５ＭＰａのＡｒガス雰囲気中、周速１０ｍ／秒で回転する銅ロール４に雰囲気＋０．０５ＭＰａの圧力で噴射し、幅２０ｍｍ、厚さ０．１５ｍｍの薄帯を得た。この時の冷却速度は１００℃／秒である。得られた薄帯を４００℃、３０秒間加熱して焼戻しした後、冷間圧延にて厚さ０．０６ｍｍになるように１パスで圧延することにより結晶粒径が０．５μｍで炭化物粒子が存在しないフェライト素材を得た。

次いで、７００℃、３０秒間の加熱による焼鈍と冷間圧延を繰り返すことによりこのフェライト素材を０．０４ｍｍまで加工した後、再度、７００℃で３０秒間加熱して焼鈍し、さらに１０５０℃、３０秒間加熱、１０℃／秒で冷却する焼入れ処理を行った。これにより、旧オーステナイト粒径が０．５μｍで分散炭化物粒子の存在しないマルテンサイト系ステンレス鋼を得た。このステンレス鋼の耐力は１．７ＧＰａであり、硬度はＨｖで８５０であった。

本実施例では、上記焼入れ前の薄帯を電気カミソリの外刃形状にプレス加工する際に従来の外刃と同等の桟強度が得られるように桟幅を従来の７５％、刃先角度４５°になるように設定してプレス加工を施した後、１０５０℃、３０秒間加熱、１０℃／秒で冷却する焼入れ処理を実施し、図４に示すように、研削および研磨により刃付け処理を施して電気カミソリ用外刃を得た。この外刃を評価したところ、開口率が５５％、髭の導入率が６５％、刃先Ｒが０．４μｍであった。

（実施例９）
Ｃｒ：１３．５重量％、Ｍｏ：１．２５重量％、Ｃ：０．４０重量％、Ｓｉ：０．２５重量％、Ｍｎ：０．２５重量％、残部：Ｆｅとなるように原料を秤量し、それを攪拌しながら、加熱、溶融し、断面形状が１５ｍｍｘ１５ｍｍｘ４０ｍｍの銅鋳型に鋳込んだ。得られた溶融金属６を、図３に示すように、０．０５ＭＰａのＡｒガス雰囲気中、断面形状が５ｍｍｘ５ｍｍｘ５０ｍｍの水冷銅鋳型７に連続鋳造して薄帯を得た。この時の冷却速度は１０℃／秒である。得られた薄帯を冷間圧延にて厚さ２．５ｍｍになるように１パスで圧延することにより粒径が１μｍで分散炭化物粒子径が０．０２μｍのフェライト素材を得た。

次いで、７００℃、６０秒間の加熱による焼鈍と冷間圧延を繰り返すことによりこのフェライト素材を厚さ０．４ｍｍになるまで加工し、再度７００℃、３０秒間加熱して焼鈍した後、１０５０℃、６０秒間加熱、１℃／秒で冷却する焼入れ処理を行った。これにより、旧オーステナイト粒径が１μｍで分散炭化物粒子径が０．０２μｍのマルテンサイト系ステンレス鋼を得た。このステンレス鋼の耐力は１．６ＧＰａであり、硬度はＨｖで８００であった。

本実施例では、上記焼入れ前の薄帯を電気カミソリの内刃形状にプレス加工する際に刃先角度３０°になるように設定してプレス加工を施した後、１０５０℃、６０秒間加熱、１℃／秒で冷却する焼入れ処理を実施し、図４に示すように、研削および研磨により刃付け処理を施して電気カミソリ用内刃を得た。この内刃を評価したところ、刃先Ｒは０．５μｍであった。

（実施例１０）
Ｃｒ：１３．５重量％、Ｍｏ：１．２５重量％、Ｃ：０．４重量％、Ｓｉ：０．２５重量％、Ｍｎ：０．２５重量％、残部：Ｆｅとなるように原料を秤量し、それを攪拌しながら、加熱、溶融し、断面形状が１５ｍｍｘ１５ｍｍｘ４０ｍｍの銅鋳型に鋳込んだ。得られた溶融金属６を、図１に示すように、０．０５ＭＰａのＡｒガス雰囲気中で、周速０．１ｍ／秒で回転する銅ロール４に雰囲気＋０．０５ＭＰａの圧力で噴射し、幅２０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの薄帯５を得た。得られた薄帯を３２５℃、３０秒間加熱して焼戻しした後、冷間圧延にて厚さ０．２ｍｍになるように１パスで圧延することにより結晶粒径が０．７μｍで炭化物粒子が存在しないフェライト素材を得た。

次いで、７００℃、３０秒間の加熱による焼鈍と冷間圧延を繰り返すことによりこのフェライト素材を０．０４ｍｍまで加工した後、再度、７００℃で３０秒間加熱して焼鈍し、さらに１０５０℃、３０秒間加熱、１０℃／秒で冷却する焼入れ処理を行った。これにより、旧オーステナイト粒径が０．７μｍで分散炭化物粒子の存在しないマルテンサイト系ステンレス鋼を得た。このステンレス鋼の耐力は１．９ＧＰａであり、硬度はＨｖで９５０であった。

本実施例では、上記焼入れ前の薄帯を電気カミソリの外刃形状にプレス加工する際に従来の外刃と同等の桟強度が得られるように桟幅を従来の７５％、刃先角度４５°になるように設定してプレス加工を施した後、１０５０℃、３０秒間加熱、１０℃／秒で冷却する焼入れ処理を実施し、図４に示すように、研削および研磨により刃付け処理を施して電気カミソリ用外刃を得た。この外刃を評価したところ、開口率が５５％、髭の導入率が６５％、刃先Ｒが０．１μｍであった。

（実施例１１）
Ｃｒ：１３．５重量％、Ｍｏ：１．２５重量％、Ｃ：０．４０重量％、Ｓｉ：０．２５重量％、Ｍｎ：０．２５重量％、残部：Ｆｅとなるように原料を秤量し、それを攪拌しながら、加熱、溶融し、断面形状が１５ｍｍｘ１５ｍｍｘ４０ｍｍの銅鋳型に鋳込んだ。得られた溶融金属６を、図３に示すように、０．０５ＭＰａのＡｒガス雰囲気中、断面形状が５ｍｍｘ５ｍｍｘ５０ｍｍの水冷銅鋳型７に連続鋳造して薄帯５を得た。この時の冷却速度は１０℃／秒である。得られた薄帯を３５０℃、１８００秒間加熱して焼戻しした後、冷間圧延にて厚さ１．０ｍｍになるように１パスで圧延することにより粒径が０．４μｍで分散炭化物粒子径が０．０２μｍのフェライト素材を得た。

次いで、７００℃、６０秒間の加熱による焼鈍と冷間圧延を繰り返すことによりこのフェライト素材を厚さ０．４ｍｍになるまで加工し、再度７００℃、３０秒間加熱して焼鈍した後、１０３０℃、３０秒間加熱、１℃／秒で冷却する焼入れ処理を行った。これにより、旧オーステナイト粒径が０．５μｍで分散炭化物粒子径が０．０２μｍのマルテンサイト系ステンレス鋼を得た。このステンレス鋼の耐力は１．６ＧＰａであり、硬度はＨｖで８００であった。

本実施例では、上記焼入れ前の薄帯を電気カミソリの内刃形状にプレス加工する際に刃先角度３０°になるように設定してプレス加工を施した後、１０３０℃、３０秒間加熱、１℃／秒で冷却する焼入れ処理を実施し、図４に示すように、研削および研磨により刃付け処理を施して電気カミソリ用内刃を得た。この内刃を評価したところ、刃先Ｒは０．５μｍであった。

（比較例１）
Ｃｒ：１３．５重量％、Ｍｏ：１．２５重量％、Ｃ：０．４０重量％、Ｓｉ：０．２５重量％、Ｍｎ：０．２５重量％、残部：Ｆｅとなるように原料を秤量し、それを攪拌しながら、加熱、溶融し、断面形状がφ８０ｍｍの銅鋳型に普通に鋳込んで鋳塊を得た。この鋳塊を熱間鍛造、圧延して幅５０ｍｍ、厚さ５ｍｍの圧延板を得た。この圧延板を７００℃、３００秒間加熱、焼鈍、再結晶化することにより粒径が１０μｍで分散炭化物粒子径が２μｍのフェライト素材を得た。

次いで、このフェライト素材を厚さ０．０４ｍｍまで冷間圧延し、７００℃、３０秒間加熱、焼鈍して薄帯を得た後、１１００℃、３０秒間加熱、１℃／秒で冷却する焼入れ処理を行った。これにより、粒径が０．２５μｍで分散炭化物粒子径が２μｍのマルテンサイト系ステンレス鋼を得た。このステンレス鋼の耐力は１．３ＧＰａであり、硬度はＨｖで６５０であった。

本比較例では、上記焼入れ前の薄帯を電気カミソリの外刃形状にプレス加工する際に従来の外刃形状で刃先角度６０°になるように設定してプレス加工を施した後、１１００℃、３０秒間加熱、１℃／秒で冷却する焼入れ処理を実施し、図４に示すように、研削および研磨により刃付け処理を施して電気カミソリ用外刃を得た。この外刃を評価したところ、開口率が５０％、髭の導入率が６５％、刃先Ｒが１．０μｍであった。

（比較例２）
Ｃｒ：１３．５重量％、Ｍｏ：１．２５重量％、Ｃ：０．４０重量％、Ｓｉ：０．２５重量％、Ｍｎ：０．２５重量％、残部：Ｆｅとなるように原料を秤量し、それを攪拌しながら、加熱、溶融し、断面形状がφ８０ｍｍの銅鋳型に普通に鋳込んで鋳塊を得た。この鋳塊を熱間鍛造、圧延して幅５０ｍｍ、厚さ５ｍｍの圧延板を得た。この圧延板を７００℃、３００秒間加熱、焼鈍、再結晶化することにより粒径が１０μｍで分散炭化物粒子径が２μｍのフェライト素材を得た。

次いで、このフェライト素材を厚さ０．４ｍｍまで冷間圧延し、７００℃、３０秒間加熱、焼鈍して薄帯を得た後、１０５０℃、３０秒間加熱、１℃／秒で冷却する焼入れ処理を行った。これにより、粒径が０．２５μｍで分散炭化物粒子径が２μｍのマルテンサイト系ステンレス鋼を得た。このステンレス鋼の耐力は１．２ＧＰａであり、硬度はＨｖで６００であった。

本比較例では、上記焼入れ前の薄帯を電気カミソリの内刃形状にプレス加工する際に刃先角度３０°になるように設定してプレス加工を施した後、１０５０℃、３０秒間加熱、１℃／秒で冷却する焼入れ処理を実施し、図４に示すように、研削および研磨により刃付け処理を施して電気カミソリ用内刃を得た。この内刃を評価したところ、刃先Ｒは１．５μｍであった。

（比較例３）
Ｃｒ：１８．０重量％、Ｍｏ：１．００重量％、Ｃ：１．２０重量％、Ｓｉ：０．２５重量％、Ｍｎ：０．２５重量％、残部：Ｆｅとなるように原料を秤量し、それを攪拌しながら、加熱、溶融し、断面形状が１５ｍｍｘ１５ｍｍｘ４０ｍｍの銅鋳型に鋳込んだ。得られた溶融金属６を、図２に示すように、０．０５ＭＰａのＡｒガス雰囲気中、周速５ｍ／秒で回転する一対の銅ロール４の間（間隔０．４ｍｍ）に雰囲気＋０．０５ＭＰａの圧力で噴射し、幅２５ｍｍ、厚さ０．４ｍｍの薄帯５を得た。この時の冷却速度は８０℃／秒である。

得られた薄帯を８００℃、３００秒間加熱して焼戻しした後、冷間圧延と焼鈍を繰り返して厚さ０．０４ｍｍになるように加工したがこの加工により非常に多くのクラックが発生した。加工後の素材のうち比較的クラックの少ない部分を７００℃、３０秒間加熱、焼鈍した後、１１００℃、３０秒間加熱、１℃／秒で冷却する焼入れ処理を行った。これにより、旧オーステナイト粒径が０．５μｍで分散炭化物粒子経が０．０５μｍのマルテンサイト系ステンレス鋼を得た。このステンレス鋼の耐力は２．２ＧＰａであり、硬度はＨｖで１０００であった。

本比較例では、上記焼入れ前の薄帯を電気カミソリの外刃形状にプレス加工する際に従来の外刃形状で刃先角度６０°になるように設定してプレス加工を施したが、外刃肩Ｒ部に大量のクラックが発生したため、外刃としての評価はできなかった。

（比較例４）
Ｃｒ：１８．０重量％、Ｍｏ：１．００重量％、Ｃ：１．２０重量％、Ｓｉ：０．２５重量％、Ｍｎ：０．２５重量％、残部：Ｆｅとなるように原料を秤量し、それを攪拌しながら、加熱、溶融し、断面形状がφ８０ｍｍの銅鋳型に普通に鋳込んで鋳塊を得た。この鋳塊を熱間鍛造、圧延して幅５０ｍｍ、厚さ５ｍｍの圧延板を得た。この圧延板を７００℃、３００秒間加熱、焼鈍、再結晶化することにより粒径が１０μｍで分散炭化物粒子径が３μｍのフェライト素材を得た。

次いで、このフェライト素材を厚さ０．０４ｍｍまで冷間圧延したが、途中で多くのクラックの発生を確認した。加工後の素材のうち比較的クラックの少ない部分を７００℃、３０秒間加熱、焼鈍した後、１１００℃、３０秒間加熱、１℃／秒で冷却する焼入れ処理を行った。これにより、旧オーステナイト粒径が１０μｍで分散炭化物粒子経が２．５μｍのマルテンサイト系ステンレス鋼を得た。このステンレス鋼の耐力は１．８ＧＰａであり、硬度はＨｖで８５０であった。

本比較例では、上記焼入れ前の薄帯を電気カミソリの外刃形状にプレス加工する際に従来の外刃形状で刃先角度６０°になるように設定してプレス加工を施したが、外刃肩Ｒ部に大量のクラックが発生したため、外刃としての評価はできなかった。

本発明の実施例に用いた単ロール回転式超急冷凝固装置を示す概略図である。 本発明の他の実施例に用いた双ロール回転式超急冷凝固装置を示す概略図である。 本発明の別の実施例に用いた超急冷凝固装置を示す概略図である。 本発明の実施例で採用した刃付け処理を示す概略図である。

符号の説明

１：高周波加熱装置
２：溶湯噴射ノズル
３：Ａｒガスボンベ
４：急冷用金属ロール
５：薄帯
６：溶融金属
７：水冷銅鋳型
９：水冷用水路
１０ａ、１０ｂ：刃成形プレス金型
１１：加圧
１２：焼入れ処理
１３：研削・研磨
１４：回転砥石
１５：刃物

Claims (11)

1. Ｃｒ：１３．０〜１４．０重量％、Ｍｏ：１．１５〜１．３５重量％、Ｃ：０．３５〜０．５５重量％、Ｓｉ：０．２０〜０．５０重量％、Ｍｎ：０．２０〜０．５０重量％、Ｐ：０．０２５重量％以下、Ｓ：０．０２０重量％以下、残部：Ｆｅ及び不可避な不純物元素でなる組成を有する溶融金属を超急冷凝固することにより素材鋳塊を得るステップと、前記素材鋳塊に冷間圧延を施すことによりフェライト鋼を得るステップと、前記フェライト鋼を所定の形状に加工した後、焼き入れ処理するステップとを含むことを特徴とする結晶粒微細化マルテンサイト系ステンレス鋼の製造方法。
2. 上記冷間圧延に先立って焼戻し処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
3. 上記焼戻し処理は、３２５〜５５０℃の保持温度、３０〜１８００秒の保持時間で行うことを特徴とする請求項２に記載の製造方法。
4. 一対の圧延ロールの間を圧延率５０〜８０％の条件で１回のみ通すことにより上記冷間圧延を行うことを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
5. 塑性加工により上記フェライト鋼を刃物形状にした後、焼入れ処理し、次いで研削および研磨により刃付け加工することを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
6. 上記塑性加工に先立って焼鈍処理を行うことを特徴とする請求項５に記載の製造方法。
7. 上記フェライト鋼は、平均結晶粒径１μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
8. 上記超急冷凝固を１０℃／秒以上の冷却速度で行うことを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
9. 周速０．１ｍ／秒以上で回転するロールの表面に上記溶融金属を吹き付けて上記超急冷凝固を行うことを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
10. 上記溶融金属を鋳込み面間隔が５ｍｍ以下の水冷銅鋳型に鋳込んで上記超急冷凝固を行うことを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
11. 請求項１乃至１０のいずれかに記載の製造方法によって得られ、旧オーステナイト粒径が１μｍ以下の結晶粒微細化マルテンサイト系ステンレス鋼。

Images