JP2018021260A - 太径高強度ステンレス鋼線及びその製造方法、並びに、ばね部品 - Google Patents

太径高強度ステンレス鋼線及びその製造方法、並びに、ばね部品 Download PDF

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Abstract

【課題】太径で強度に優れるステンレス鋼線を提供する。【解決手段】質量%で、C:0.14%以下、Si:0.1〜4.0%、Mn:0.1〜15.0%、Ni:0.1%以上15.0%未満、Cr:11.0〜20.0%、N:0.06〜0.30%、Mo:0〜3.0%、Cu:0〜4.0%、V:0〜1.0%、B:0〜0.0050%、Al:0〜2.0%、Co:0〜2.5%、W:0〜2.5%、Ga:0〜0.05%、Sn:0〜2.5%、Ti:0〜1.0%、Nb:0〜2.5%、Ta:0〜2.5%、Ca:0〜0.012%、Mg:0〜0.012%、Zr:0〜0.012%、REM:0〜0.05%、残部:Fe及び不純物、体積%で、加工誘起マルテンサイト相:30%以上、オーステナイト相中のNieq:18.0〜23.0、2C+N:0.50以下、線径φ3.0mm以上、引張強さ1700MPa以上である、太径高強度ステンレス鋼線。【選択図】 なし

Description

本発明は、太径高強度ステンレス鋼線及びその製造方法、並びに、ばね部品に関する。特に、ばね部品として好適に用いられる太径高強度ステンレス鋼線に関する。
従来、コイルばねに代表されるような高強度ステンレス製品は、SUS304及びSUS316を代表とするオーステナイト系ステンレス鋼線材及び鋼線を素材として、該素材を加工及び成型することにより製造されてきた。前記のようなオーステナイト系ステンレス鋼線材から製造されたステンレス製品は、太径における強度を得るために、強伸線を行う必要があるが、伸線による縦割れが起きるため、太径高強度化が困難であった。
上記課題に対して、強度及び剛性率を向上させるため、加工誘起マルテンサイト(加工誘起α’)による強化を利用する技術が検討されている(例えば、特許文献1)。しかしながら、当該技術は、強伸線による細径(φ1.5mm)の高強度化を狙ったものであり、太径の高強度化は対象になっていない。
その他、高強度化の対策として、サブゼロ処理を利用した高強度マルテンサイト系ステンレスが報告されている(例えば、特許文献2)。しかしながら、特許文献2に記載の技術では、さらなる高強度化を望む近年の要求強度を満たしてないばかりか、鋼板に好適な技術であって、鋼線材に適した技術ではない。
特開2005−298932号公報 特開平4−214842号公報
これまでのステンレス鋼線は、太径ばね用として幅広く使用されていなかった。さらに、従来のばね用素材では、太径において要求される強度を充分に満たしていなかった。太径高強度化の対策として、SUS304にサブゼロ加工を施し、太径高強度化を試みた例があるが、加工後の時効熱処理における強度上昇量が僅かであり、近年の要求強度を満たしていなかった。
本発明は、このような現状に鑑み、太径で強度に優れるステンレス鋼線及びその製造方法、並びに、ばね部品を提供することを目的とする。
本発明者らは、準安定オーステナイト系ステンレスであり、かつ、オーステナイト相(γ)の安定度であるNieq値と、2C+N量とを最適化した素材に対し、常温加工(伸線)とサブゼロ加工(伸線)とを組み合わせた製造方法を適用した。その結果、加工誘起α’相の体積率が30%以上となることにより、φ3.0mm以上におけるTSが1700MPa以上の鋼線が得られた。さらに、前記鋼線に時効熱処理を施すことで、歪み時効およびN系時効生成物の析出強化が生じ、その結果、φ3.0mm以上におけるTSが2050MPa以上の鋼線を得られた。これにより、太径での高強度化が可能になった。
本発明の要旨は、下記に示すステンレス鋼線及びその製造方法、並びに、ばね部品にある。
(1)化学組成が、質量%で、
C:0.14%以下、
Si:0.1〜4.0%、
Mn:0.1〜15.0%、
Ni:0.1%以上、15.0%未満、
Cr:11.0〜20.0%、
N:0.06〜0.30%、
Mo:0〜3.0%、
Cu:0〜4.0%、
V:0〜1.0%、
B:0〜0.0050%、
Al:0〜2.0%、
Co:0〜2.5%、
W:0〜2.5%、
Ga:0〜0.05%、
Sn:0〜2.5%、
Ti:0〜1.0%、
Nb:0〜2.5%、
Ta:0〜2.5%、
Ca:0〜0.012%、
Mg:0〜0.012%、
Zr:0〜0.012%、
REM:0〜0.05%、並びに、
残部:Fe及び不純物であり、
金属組織が、オーステナイト相及び加工誘起マルテンサイト相から構成される複相組織を有し、かつ、体積%で、前記加工誘起マルテンサイト相を30%以上含み、
下記(a)式で示される前記オーステナイト相中のNieqが18.0〜23.0であり、
下記(b)式で示されるA値が0.50以下であり、
線径φ3.0mm以上で、引張強さが1700MPa以上である、太径高強度ステンレス鋼線。
Nieq=Ni+Cu+15.9(C+N)+0.66Mn+0.32Si+0.47Cr+0.64Mo ・・・(a)
A値=2C+N ・・・(b)
但し、式中の各元素記号は、それぞれの元素の鋼中における含有量(質量%)を意味する。
(2)前記化学組成が、質量%で、
Mo:0.2〜3.0%、
Cu:0.9〜4.0%、
V:0.1〜1.0%、
B:0.0010〜0.0050%、
Al:0.001〜2.0%、
Co:0.05〜2.5%、
W:0.05〜2.5%、
Ga:0.0004〜0.05%、
Sn:0.01〜2.5%、
Ti:0.03〜1.0%、
Nb:0.04〜2.5%、
Ta:0.04〜2.5%、
Ca:0.0004〜0.012%、
Mg:0.0004〜0.012%、
Zr:0.0004〜0.012%、及び、
REM:0.0004〜0.05%、
から選択される1種以上を含有する、前記(1)に記載の太径高強度ステンレス鋼線。
(3)引張強さが2050MPa以上である、前記(1)または(2)に記載の太径高強度ステンレス鋼線。
(4)前記引張強さが、450℃×30minの時効熱処理を施したときの引張強さである、
前記(3)に記載の太径高強度ステンレス鋼線。
(5)ばね部品に用いられる、前記(1)〜(3)のいずれか一つに記載の太径高強度ステンレス鋼線。
(6)前記(1)〜(5)のいずれか一つに記載の太径高強度ステンレス鋼線の製造方法であって、
固溶化熱処理された鋼線材、又は、固溶化熱処理された鋼線材に対して5〜60%の減面率で一次伸線を行った鋼線材に、液体窒素中において5〜60%の減面率で二次伸線を行う、太径高強度ステンレス鋼線の製造方法。
(7)前記二次伸線後、さらに、100〜600℃の時効熱処理を施す、前記(6)に記載の太径高強度ステンレス鋼線の製造方法。
(8)前記(1)〜(5)のいずれか一つに記載の太径高強度ステンレス鋼線を用いた、ばね部品。
本発明によれば、太径で強度に優れるステンレス鋼線及びその製造方法、並びに、ばね部品を提供することができる。また、本発明に係る太径高強度ステンレス鋼線は、太径における強度に優れるため、当該鋼線をばね部品等に適用することで、太径高強度を有するばね等の部品を提供することができる。
1.太径高強度ステンレス鋼線
以下、本実施形態に係る太径高強度ステンレス鋼線を説明する。
(化学組成)
まず、本実施形態に係る太径高強度ステンレス鋼線の化学組成について説明する。各元素の作用効果と、含有量の限定理由は下記のとおりである。なお、以下の説明において含有量についての「%」は、「質量%」を意味する。
C:0.14%以下
Cは、伸線加工後の強度を高める元素である。しかしながら、C含有量が0.14%を超えると、サブゼロ加工時に縦割れが生じるおそれがある。そのため、C含有量は0.14%以下とする。C含有量は、0.03%以上であることが好ましく、0.10%以下であることが好ましい。
Si:0.1〜4.0%
Siは、脱酸を行うことにより、脱酸生成物を少なくして、強度特性を確保する元素である。前記効果を得るため、Si含有量は0.1%以上とする。一方、Si含有量が4.0%を超えると、前記効果が飽和するだけでなく、伸線加工性及び強度が低下する。そのため、Si含有量は4.0%以下とする。Si含有量は、3.0%以下であることが好ましく、2.0%以下であることがより好ましい。
Mn:0.1〜15.0%
Mnは、高価なNiの代替元素として有効であり、Nの溶解度を高める効果を有する。前記効果を得るため、Mn含有量は0.1%以上とする。一方、Mn含有量が15.0%を超えると、伸線加工性及び強度が低下する。そのため、Mn含有量は15.0%以下とする。Mn含有量は、1.0%以上であることが好ましい。また、Mn含有量は、7.0%以下であることが好ましく、6.8%以下であることがより好ましい。
Ni:0.1%以上、15.0%未満
Niは、伸線性及び強度を確保する元素である。前記効果を得るため、Ni含有量は0.1%以上とする。一方、Ni含有量が15.0%以上であると、Nieq値が高くなることにより、強度向上に有効な加工誘起α’量が低下するだけでなく、伸線加工性及び強度が低下する。そのため、Ni含有量は15.0%未満とする。Ni含有量は、3.0%以上であることが好ましい。また、Ni含有量は、10.0%以下であることが好ましく、9.0%以下であることがより好ましい。
Cr:11.0〜20.0%
Crは、耐食性を確保する元素である。前記効果を得るため、Cr含有量は11.0%以上とする。一方、Cr含有量が20.0%を超えると、Nieq値が高くなることにより、強度に有効な加工誘起α’量が低下するだけでなく、伸線加工性及び強度が低下する。そのため、Cr含有量は20.0%以下とする。Cr含有量は、13.0%以上であることが好ましい。また、Cr含有量は、19.0%以下であることが好ましく、18.0%以下であることがより好ましい。
N:0.06〜0.30%
Nは、伸線加工後の強度を高め、さらに、時効熱処理後に歪み時効及びN系時効生成物により強度を高める元素である。前記効果を得るため、N含有量は0.06%以上とする。一方、N含有量が0.30%を超えると、伸線加工性が低下するだけでなく、製鋼プロセスで窒素のブローホールが生成することにより製造性を大幅に劣化させる。そのため、N含有量は0.30%以下とする。N含有量は、0.10%以上であることが好ましく、0.20%以下であることが好ましい。
Mo:0〜3.0%
Moは、耐食性及び耐熱へたり性を向上させる元素であるため、含有させてもよい。しかしながら、Mo含有量が3.0%を超えると、前記効果が飽和するだけでなく、伸線加工性及び強度が低下する。そのため、Mo含有量は3.0%以下とする。一方、Mo含有量は、耐食性及び耐熱へたり性を向上させるため、0.1%以上であることが好ましく、0.2%以上であることがより好ましい。また、Mo含有量は、2.0%以下であることが好ましい。
Cu:0〜4.0%
Cuは、微細Cu析出物として強度に寄与させることができ、かつ、伸線性を向上させる元素であるため、含有させてもよい。しかしながら、Cu含有量が4.0%を超えると、熱間加工性が低下することに加え、強度が低下する。そのため、Cu含有量は4.0%以下とする。一方、Cu含有量は、強度及び伸線性を向上させるため、0.1%以上であることが好ましく、0.9%以上であることがより好ましい。また、Cu含有量は、3.0%以下であることが好ましく、1.5%以下であることがより好ましい。
V:0〜1.0%
Vは、炭窒化物を形成して結晶粒径を微細にして、線材及び鋼線の強度と伸線性とを改善させるため、含有させてもよい。しかしながら、V含有量が1.0%を超えると、粗大介在物が生成し、伸線加工性及び耐久性が低下する。そのため、V含有量は1.0%以下とする。一方、V含有量は、強度及び伸線性を向上させるため、0.01%以上であることが好ましく、0.1%以上であることがより好ましい。また、V含有量は、0.5%以下であることが好ましい。
B:0〜0.0050%
Bは、粒界強度を向上させて、線材及び鋼線の強度を向上させるため、含有させてもよい。しかしながら、B含有量が0.0050%を超えると、粗大なボライド、ボロカーバイド等の生成により、伸線加工性及び強度が低下する。そのため、B含有量は0.0050%以下とする。一方、B含有量は、強度を向上させるため、0.0008%以上であることが好ましく、0.0010%以上であることがより好ましい。また、B含有量は、0.0030%以下であることが好ましい。
Al:0〜2.0%
Alは、脱酸を促進して介在物清浄度レベルを向上させるため、含有させてもよい。しかしながら、Al含有量が2.0%を超えると、その効果が飽和するだけでなく、材料自体の強度が劣化する。そのため、Al含有量は2.0%以下とする。一方、Al含有量は、脱酸を促進して介在物清浄度レベルを向上させるため、0.001%以上であることが好ましい。また、Al含有量は、1.0%以下であることが好ましく、0.3%以下であることがより好ましい。
Co:0〜2.5%
Coは、線材及び鋼線の剛性率を向上させる効果を有するため、含有させてもよい。しかしながら、Co含有量が2.5%を超えると、その効果が飽和するだけでなく、鋼線の剛性率が劣化するおそれがある。そのため、Co含有量は2.5%以下とする。一方、Co含有量は、剛性率を向上させるため、0.05%以上であることが好ましく、0.1%以上であることがより好ましい。また、Co含有量は、1.0%以下であることが好ましく、0.8%以下であることがより好ましい。
W:0〜2.5%
Wは、耐食性を向上させるのに有効な元素であるため、含有させてもよい。しかしながら、W含有量が2.5%を超えると、その効果が飽和するだけでなく、剛性率が劣化するおそれがある。そのため、W含有量は2.5%以下とする。一方、W含有量は、耐食性を向上させるため、0.05%以上であることが好ましく、0.1%以上であることがより好ましい。また、W含有量は、2.0%以下であることが好ましく、1.5%以下であることがより好ましい。
Ga:0〜0.05%
Gaは、耐食性を向上させるのに有効な元素であるため、含有させてもよい。しかしながら、Ga含有量が0.05%を超えると、熱間加工性を低下させる。そのため、Ga含有量は0.05%以下とする。一方、Ga含有量は、耐食性を向上させるため、0.0004%以上であることが好ましい。
Sn:0〜2.5%
Snは、耐食性を向上させるのに有効な元素であるため、含有させてもよい。しかしながら、Sn含有量が2.5%を超えると、その効果が飽和するだけでなく、剛性率が劣化するおそれがある。そのため、Sn含有量は2.5%以下とする。一方、Sn含有量は、耐食性を向上させるため、0.01%以上であることが好ましく、0.05%以上であることがより好ましい。また、Sn含有量は、1.0%以下であることが好ましく、0.2%以下であることがより好ましい。
Ti:0〜1.0%
Nb:0〜2.5%
Ta:0〜2.5%
Ti、Nb及びTaは、炭窒化物を形成して結晶粒径を微細にして、線材及び鋼線の剛性率を改善するため、含有させてもよい。しかしながら、これら各元素の含有量がそれぞれ規定する上限値を超えると、粗大介在物が生成することにより、線材及び鋼線の剛性率が低下するおそれがある。そのため、Ti含有量は1.0%以下、Nb含有量は2.5%以下、Ta含有量は2.5%以下とする。一方、Ti含有量は、剛性率を向上させるため、0.03%以上であることが好ましく、0.05%以上であることがより好ましい。また、Ti含有量は、0.7%以下であることが好ましく、0.5%以下であることがより好ましい。Nb含有量は、剛性率を向上させるため、0.04%以上であることが好ましく、0.08%以上であることがより好ましい。また、Nb含有量は、1.5%以下であることが好ましく、0.9%以下であることがより好ましい。Ta含有量は、剛性率を向上させるため、0.04%以上であることが好ましく、0.08%以上であることがより好ましい。また、Ta含有量は1.5%以下であることが好ましく、0.9%以下であることがより好ましい。
Ca:0〜0.012%
Mg:0〜0.012%
Zr:0〜0.012%
REM:0〜0.05%
Ca、Mg、Zr及びREMは、脱酸のため、含有させてもよい。しかしながら、これら各元素の含有量がそれぞれ規定する上限値を超えると、粗大介在物が生成して鋼線の剛性率が低下するおそれがある。そのため、Ca含有量は0.012%以下、Mg含有量は0.012%以下、Zr含有量は0.012%以下、REM含有量は0.05%以下とする。一方、Ca含有量は、脱酸による効果を得るため、0.0004%以上であることが好ましく、0.001%以上であることがより好ましい。また、Ca含有量は、0.010%以下であることが好ましく、0.005%以下であることがより好ましい。Mg含有量は、脱酸による効果を得るため、0.0004%以上であることが好ましく、0.001%以上であることがより好ましい。また、Mg含有量は、0.010%以下であることが好ましく、0.005%以下であることがより好ましい。Zr含有量は、脱酸による効果を得るため、0.0004%以上であることが好ましく、0.001%以上であることがより好ましい。また、Zr含有量は、0.010%以下であることが好ましく、0.005%以下であることがより好ましい。REM含有量は、脱酸による効果を得るため、0.0004%以上であることが好ましく、0.001%以上であることがより好ましい。また、REM含有量は、0.05%以下であることが好ましい。
REM(希土類元素)は、一般的な定義に従い、スカンジウム(Sc)、イットリウム(Y)の2元素と、ランタン(La)からルテチウム(Lu)までの15元素(ランタノイド)の総称を指す。これらは単独で用いてもよいし、混合物として用いてもよい。
本実施形態に係る太径高強度ステンレス鋼線は、上記の元素を含有し、残部はFeおよび不純物である化学組成を有する。「不純物」とは、鋼を工業的に製造する際に、鉱石、スクラップ等の原料、製造工程の種々の要因によって混入する成分であって、本発明に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。
代表的な不純物としては、O、S、P等が挙げられる。通常、鉄鋼の製造プロセスでは、不純物としてO、SおよびPが、それぞれ0.0001〜0.1%の範囲で混入する。なお、O、SおよびPは可能な限り低減することが好ましく、O含有量は0.04%以下であることが好ましく、S含有量は0.001%以下であることが好ましく、P含有量は0.04%以下であることが好ましい。
以上説明した各元素の他にも、本発明の効果を損なわない範囲で他の元素を含有させることが出来る。その他の成分については、本発明で特に規定するものではないが、一般的な不純物元素であるZn、Bi、Pb、Se、Sb、H等は可能な限り低減することが好ましい。これらの元素は、本発明の課題を解決する限度において、その含有割合が制御される。そのため、Zn含有量は0.01%以下、Bi含有量は0.01%以下、Pb含有量は0.01%以下、Se含有量は0.01%以下、Sb含有量は0.05%以下、H含有量は0.01%以下であることが好ましい。
(金属組織)
加工誘起マルテンサイト相の体積率:30%以上
本実施形態に係る太径高強度ステンレス鋼線は、金属組織が、オーステナイト相及び加工誘起マルテンサイト相(α’相)から構成される複相組織を有し、かつ、体積%で、前記加工誘起マルテンサイト相を30%以上含む。加工誘起マルテンサイト相の体積率が30%未満であると、強度が劣化する。そのため、加工誘起マルテンサイト相の体積率は30%以上とした。加工誘起マルテンサイト相の体積率は、50%以上であることが好ましく、70%以上であることがより好ましい。80%以上であっても良い。また、加工誘起マルテンサイト相の体積率は、95%以下であることが好ましい。加工誘起マルテンサイト相とオーステナイト相以外の残部は、不可避的な析出物であり、5.0%以下であれば許容できる。
(Nieq)
オーステナイト相中のNieq:18.0〜23.0
Nieqは、加工後の加工誘起マルテンサイト量と成分との関係をそれぞれ調査して得られた指標であり、高強度及び鋼線の疲労特性を安定的に確保するために制御する必要がある。Nieqは、下記式(a)より求められる値である。Nieqが23.0を超えると、加工誘起マルテンサイトを生成し難くなり、強度を劣位にする。一方、Nieqが18.0未満の場合、オーステナイト相が不安定となり、常温加工及びサブゼロ加工で加工誘起マルテンサイト相に大量の格子欠陥が導入され、その結果、伸線加工性が低下する。そのため、Nieqは18.0〜23.0とする。Nieqは、19.0以上であることが好ましい。また、Nieqは、21.6以下であることが好ましく、20.5以下であることがより好ましい。
Nieq=Ni+Cu+15.9(C+N)+0.66Mn+0.32Si+0.47Cr+0.64Mo ・・・(a)
(A値)
A値:0.50以下
A値は、C及びNの含有量から得られる値であり、下記式(b)により求められる。A値は、マルテンサイトの強度を高めるために制御される。A値が0.50を超えると、伸線加工性が低下する。そのため、A値は0.50以下とする。A値は、0.10以上であることが好ましい。また、A値は、0.35以下であることが好ましく、0.30以下であることがより好ましい。
A値=2C+N ・・・(b)
なお、上記式(a)及び(b)における各元素記号は、それぞれの元素の鋼中における含有量(質量%)を意味する。式中の元素の含有量が0%である場合は、該当記号箇所には「0」を代入して算出することとする。
2.太径高強度ステンレス鋼線の製造方法
次に、本実施形態に係る鋼線の製造方法について説明する。なお、本発明の太径高強度ステンレス鋼線の製造方法は、下記製造方法に限定されるものではない。
前記化学組成を有する太径高強度ステンレス鋼線を得るには、鋼線の製造条件を制御することが重要である。
本実施形態に係る太径高強度ステンレス鋼線は、上述の鋼線を冷間で伸線加工することにより得られる。具体的には、固溶化熱処理された鋼線材、又は、固溶化熱処理された鋼線材に対して5〜60%の減面率で伸線(一次伸線)を行った鋼線材に、その後、液体窒素中において5〜60%の減面率で伸線(二次伸線:サブゼロ加工)を行う。
前記一次伸線の減面率は、伸線加工性の観点から、60%以下とする。一方、前記一次伸線の減面率は、強度確保の観点から、5%以上とする。前記一次伸線の減面率は、10%以上であることが好ましく、30%以上であることがより好ましい。また、前記一次伸線の減面率は、50%以下であることが好ましい。
前記二次伸線(サブゼロ加工)の減面率は、マルテンサイト量及び強度を確保する観点から、5%以上とする。また、前記二次伸線(サブゼロ加工)の減面率は、伸線加工性の観点から、60%以下とする。前記二次伸線(サブゼロ加工)の減面率は、10%以上であることが好ましい。また、前記二次伸線(サブゼロ加工)の減面率は、50%以下であることが好ましく、30%以下であることがより好ましい。
前記二次伸線(サブゼロ加工)された高強度ステンレス鋼線は、φ3.0mm以上における引張強さが1700MPa以上である。前記二次伸線(サブゼロ加工)後の引張強さは、時効後の強度及びばね加工性の観点から、1800MPa以上であることが好ましく、2200MPa以下であることが好ましく、2050MPaであることがより好ましい。引張強さが2050MPa以上となるのは、A値とα’量の関係式1027×A値+2.013×α’量>503を満たす場合である。また、引張強さが2100MPa超となるのは、A値とα’量の関係式1027×A値+2.013×α’量>550を満たす場合である。なお、鋼線の線径がφ4.4mm超の太径やφ7.0mmの太径も、前記の引張強さの高強度ステンレス鋼線とすることができる。
さらに、前記二次伸線(サブゼロ加工)された高強度ステンレス鋼線は、100℃以上の時効熱処理を施すことにより、歪み時効並びに微細炭及び窒化物の析出強化によって高強度を示す。そのため、時効熱処理温度は100℃以上とする。時効熱処理温度が600℃を超えると、回復が進行し、材料の軟化が生じる。そのため、時効熱処理温度は600℃以下とする。時効熱処理されたφ3.0mm以上における引張強さは、2050MPa以上である。2100MPa超であることが好ましい。前記時効熱処理後の引張強さは、ばね使用中の耐久性の観点から、2200MPa以上であることがより好ましく、2700MPa以下であることが好ましく、2600MPa以下であることがより好ましい。なお、時効熱処理の条件は特に限定されるものではなく、汎用ステンレスばねで行われているあらゆる条件(温度、時間、雰囲気等)での適用が可能である。なお、鋼線の線径がφ4.4mm超の太径やφ7.0mmの太径も、前記の引張強さの高強度ステンレス鋼線とすることができる。
以上の製造方法により、本実施形態に係る太径高強度ステンレス鋼線を得ることができる。なお、当該鋼線をばね部品に適用することで、太径で強度に優れたばね部品を提供することができる。
以下に本発明の実施例について説明するが、実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、以下の実施例で用いた条件に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。
表1〜表3には、鋼種A〜DOの化学組成、Nieq、A値、加工誘起マルテンサイト(α’)相の体積率、φ4.0mm鋼線のサブゼロ加工後の引張強さ、及び、縦割れの有無を示す。
Figure 2018021260
Figure 2018021260
Figure 2018021260
これらの化学組成の鋼は、ステンレス鋼の安価溶製プロセスであるAOD溶製を想定し、100kgの真空溶解炉にて溶解し、φ180mmの鋳片に鋳造した。そして、その鋳片を1100℃で200分の加熱後、φ5.8mmまで熱間の線材圧延(減面率:99.9%)を行い、1050℃で熱間圧延を終了した。その直後に水冷、又は、熱間圧延終了から連続して、溶体化処理として1050℃で3分のインライン熱処理を実施して水冷し、酸洗を行うことにより線材とした。その後、φ4.5mmまで冷間で伸線加工を施し、引き続きφ4.0mmまで液体窒素中で伸線加工を施した。
そして、鋼線製品の加工誘起マルテンサイト(α’)相の体積率及び引張強さを測定した。
次に、加工誘起マルテンサイト(α’)相の体積率、及び、φ4.0mm鋼線のサブゼロ加工後の引張強さに影響を及ぼす一次伸線及び二次伸線(サブゼロ加工)の伸線減面率の影響を調査した。
表1に示す鋼種Nのφ180mmの鋳片から前記同様に線材を作製し、表4に示す各伸線減面率(一次伸線率)で一次伸線し、各伸線減面率(二次伸線率)で液体窒素中(一部の比較例では常温)で二次伸線することにより、φ4.0mmの鋼線を作製した。なお、線材の線径は、鋼線の最終線径がφ4.0mmとなるように変化させた。そして、得られた鋼線の加工誘起マルテンサイト(α’)相の体積率及び引張強さを測定した。評価結果を表4に示す。
試験No.1〜43に示す本発明例の鋼線は、いずれもφ4.0mmにおける引張強さが1700MPa以上であった。
Figure 2018021260
次に、表1〜表3で作製したφ4.0mmのサブゼロ鋼線に450℃×30分の時効熱処理を施し、引張強さを調査した。そして、得られた鋼線の引張強さを測定した。評価結果を表5〜表7に示す。
試験No.50〜129に示す本発明例の鋼線は、いずれもφ4.0mmにおける時効熱処理後の引張強さが2050MPa以上であった。
Figure 2018021260
Figure 2018021260
Figure 2018021260
次に、サブゼロ加工及び時効熱処理された鋼線の引張強さに及ぼす線径の影響を調査した。φ1.0〜7.0mmのサブゼロ鋼線に450℃×30分の時効熱処理を施し、引張強さを調査した。
表1〜表3に示す鋼種F〜J、CC及びCOのφ180mmの鋳片から前記同様に線材を作製し、表4の試験No.12の各減面率で伸線を行い、450℃×30分の時効熱処理を施し、表8に示す各線径の鋼線を作製した。なお、線材の線径は、鋼線の最終線径がφ1.0〜7.0mmとなるように変化させた。そして、得られた鋼線の引張強さを測定した。評価結果を表8に示す。
試験No.169〜203に示す本発明例の鋼線は、いずれもφ1.0〜7.0mmにおける時効熱処理後の引張強さが2050MPa以上であった。
Figure 2018021260
次に、サブゼロ加工及び時効熱処理された鋼線の引張強さに及ぼす時効熱処理温度の影響を調査した。φ4.0mmのサブゼロ鋼線に表9に示す各温度×30分の時効熱処理を施し、引張強さを測定した。評価結果を表9に示す。
試験No.218〜223に示す本発明例の鋼線は、いずれも時効熱処理後の引張強さが2050MPa以上であった。
Figure 2018021260
なお、鋼線の引張強さは、JIS Z 2241の引張試験での引張強さにて評価した。
また、α’相の体積率は、「製品」と「製品を1050℃×3分の熱処理した材料」を直流磁束計にて10000 Oeの磁場を付与した時の飽和磁化値を測定し、下記(c)〜(e)式にて求めた。飽和磁化値の測定には、直流磁化特性試験装置(メトロン技研(株)製)を用いた。
α’相の体積率(%)={(σ−σ1050)/σ(bcc)}×100 ・・・(c)
なお、各記号の意味は以下の通りである。
σ:製品の飽和磁化値(T)
σ1050:製品を1050℃×3分の熱処理した材料の飽和磁化値(T)
σ(bcc):γが100%マルテンサイト(α’)変態した時の飽和磁化値(計算値)
σ(bcc)=2.14−0.030Creq ・・・(d)
Creq=Cr+1.8Si+Mo+0.5Ni+0.9Mn+3.6(C+N)+1.25P+2.91S ・・・(e)
本発明の太径高強度ステンレス鋼線は、太径で強度に優れる。そのため、本発明の太径高強度ステンレス鋼線は、太径高強度用のばね製品、例えば、自動車用ばね、燃料に接触するばね等として、好適に用いることができる。

Claims (8)

  1. 化学組成が、質量%で、
    C:0.14%以下、
    Si:0.1〜4.0%、
    Mn:0.1〜15.0%、
    Ni:0.1%以上、15.0%未満、
    Cr:11.0〜20.0%、
    N:0.06〜0.30%、
    Mo:0〜3.0%、
    Cu:0〜4.0%、
    V:0〜1.0%、
    B:0〜0.0050%、
    Al:0〜2.0%、
    Co:0〜2.5%、
    W:0〜2.5%、
    Ga:0〜0.05%、
    Sn:0〜2.5%、
    Ti:0〜1.0%、
    Nb:0〜2.5%、
    Ta:0〜2.5%、
    Ca:0〜0.012%、
    Mg:0〜0.012%、
    Zr:0〜0.012%、
    REM:0〜0.05%、並びに、
    残部:Fe及び不純物であり、
    金属組織が、オーステナイト相及び加工誘起マルテンサイト相から構成される複相組織を有し、かつ、体積%で、前記加工誘起マルテンサイト相を30%以上含み、
    下記(a)式で示される前記オーステナイト相中のNieqが18.0〜23.0であり、
    下記(b)式で示されるA値が0.50以下であり、
    線径φ3.0mm以上で、引張強さが1700MPa以上である、
    太径高強度ステンレス鋼線。
    Nieq=Ni+Cu+15.9(C+N)+0.66Mn+0.32Si+0.47Cr+0.64Mo ・・・(a)
    A値=2C+N ・・・(b)
    但し、式中の各元素記号は、それぞれの元素の鋼中における含有量(質量%)を意味する。
  2. 前記化学組成が、質量%で、
    Mo:0.2〜3.0%、
    Cu:0.9〜4.0%、
    V:0.1〜1.0%、
    B:0.0010〜0.0050%、
    Al:0.001〜2.0%、
    Co:0.05〜2.5%、
    W:0.05〜2.5%、
    Ga:0.0004〜0.05%、
    Sn:0.01〜2.5%、
    Ti:0.03〜1.0%、
    Nb:0.04〜2.5%、
    Ta:0.04〜2.5%、
    Ca:0.0004〜0.012%、
    Mg:0.0004〜0.012%、
    Zr:0.0004〜0.012%、及び、
    REM:0.0004〜0.05%、
    から選択される1種以上を含有する、
    請求項1に記載の太径高強度ステンレス鋼線。
  3. 引張強さが2050MPa以上である、
    請求項1または2に記載の太径高強度ステンレス鋼線。
  4. 前記引張強さが、450℃×30minの時効熱処理を施したときの引張強さである、
    請求項3に記載の太径高強度ステンレス鋼線。
  5. ばね部品に用いられる、
    請求項1〜4のいずれか一つに記載の太径高強度ステンレス鋼線。
  6. 請求項1〜5のいずれか一つに記載の太径高強度ステンレス鋼線の製造方法であって、
    固溶化熱処理された鋼線材、又は、固溶化熱処理された鋼線材に対して5〜60%の減面率で一次伸線を行った鋼線材に、液体窒素中において5〜60%の減面率で二次伸線を行う、
    太径高強度ステンレス鋼線の製造方法。
  7. 前記二次伸線後、さらに、100〜600℃の時効熱処理を施す、
    請求項6に記載の太径高強度ステンレス鋼線の製造方法。
  8. 請求項1〜4のいずれか一つに記載の太径高強度ステンレス鋼線を用いた、
    ばね部品。

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