JP2020536169A - ステンレス鋼、ステンレス鋼をアトマイズすることにより得られるプレアロイ粉及びプレアロイ粉の使用 - Google Patents
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Abstract
Description
炭素は、焼入れ性に有利であり、0.32%、好ましくは少なくとも0.34%、0.35%、0.36%、0.37%又は0.38%の最小含有量で存在すべきである。高炭素含有量では、多すぎる量のM23C6、M7C3及びM2C型の炭化物(ここでMはCr、Fe、Mo、V又はその他の炭化物形成元素を表す。)が鋼中に形成される可能性があり、これは靭性及び耐食性の低下につながる。さらに、高炭素含有量はまた、残留オーステナイト量を増加させる可能性がある。したがって、炭素含有量は0.50%を超えないものとする。炭素の上限は、0.48%、0.46%、0.44%,0.43%又は0.42%に設定してもよい。
ケイ素は脱酸のために用いられる。また、Siは鋼の被削性を向上させる。望ましい効果を得るために、Si含有量は少なくとも0.1%であるべきである。しかしながら、Siは強力なフェライト形成剤であり、鋼中の炭素の活量を高めるので、1.0%、好ましくは0.6%、0.5%、0.4%、0.35%又は0.3%に制限されるべきである。
マンガンは、鋼の焼入れ性の向上に寄与し、また、マンガンは硫黄と共にマンガン硫化物を形成することによって被削性の改善に寄与することができる。また、Mnは鋼中の窒素の溶解度を高める。したがって、マンガンは、0.2%、好ましくは少なくとも0.3%、0.35%又は0.40%の最小含有量で存在するものとする。マンガンは、オーステナイト安定化元素であり、過剰な残留オーステナイトを回避するために、0.8%、0.7%、0.6%、0.5%又は0.4%に制限されるべきである。
クロムは、ステンレス鋼の中で最も重要な元素である。少なくとも11%の固溶量で存在する場合、クロムは、鋼表面の不動態膜の形成をもたらす。クロムは、鋼に優れた焼入れ性及び耐食性を与えるために、11〜14%の間の量で鋼中に存在するものとする。好ましくは、Crは、良好な耐孔食性を守るために、11.5%超の量で存在する。しかしながら、Crは、強力なフェライト形成剤であり、焼入れ後のフェライトを避けるために、その量を制御することが必要である。実用上の理由から、上限は13.5%、13.0%又は12.5%に減少させてもよい。
Moは、焼入れ性に非常に有利な効果を及ぼすことが知られている。また、耐孔食性を向上させることも知られている。モリブデンはまた、良好な二次硬化応答を達成するのに必須である。最小含有量は、1.9%、2.0%又は2.1%でもよい。モリブデンは、強力な炭化物形成元素であり、強力なフェライト形成剤でもある。したがって、モリブデンの最大含有量は2.6%である。好ましくは、Moは2.5%、2.4%、さらには2.35%に制限される。
バナジウムは、鋼のマトリックス中に、均等に分布したM(C、N)型の一次析出炭窒化物を形成する。本発明の鋼では、Mは主にバナジウムであるが、Cr及びいくらかのMoが存在してもよい。したがって、バナジウムは、0.35〜0.70%の量で存在するものとする。上限は、0.65%、0.60%又は0.55%に設定してもよい。下限は、0.40%又は0.45%に設定してもよい。
窒素は、望ましい種類及び量の硬質相、特にV(C、N)を得るために、0.05〜0.19%に限定される。窒素含有量は、バナジウム含有量とのバランスが適切に保たれる場合、バナジウムに富んだ炭窒化物V(C、N)が形成されることになる。これらは部分的にオーステナイト化工程中に固溶し、次いで焼戻し工程中にナノメートルサイズの粒子として析出することになる。バナジウム炭窒化物の熱安定性は、バナジウム炭化物よりも良好であると考えられ、したがって、有害な粒成長を伴うことなく、高い焼入れ温度を用いてもよい。また、ステンレス鋼の焼戻し抵抗性が改善される。さらに、少なくとも2回の焼戻しによって、焼戻し曲線は高い二次ピークを持つことになる。しかしながら、過度の添加は、細孔の形成をもたらす可能性がある。下限は、0.06%、0.07%又は0.08%としてもよい。上限は、0.15%、0.14%、0.13%、0.12%又は0.11%としてもよい。
アルミニウム(0.001〜0.05%)
アルミニウムは脱酸のために用いてもよい。ほとんどの場合、アルミニウム含有量は0.03%に制限される。
ニッケルは、鋼に優れた焼入れ性及び靭性を与える。高価なため、鋼のニッケル含有量は制限されるべきである。好ましい含有量は、≦0.5%又は≦0.35%である。最も好ましくは、Niは意図的には添加されない。
Cuは任意の元素であり、析出硬化によって鋼の硬度を高める可能性がある。また、被削性だけではなく鋼の耐食性に寄与する。用いられる場合、好ましい範囲は0.5〜2%である。ただし、いったん銅が添加されると、鋼から銅を抽出することはできない。これは大幅にスクラップ処理を難しくする。このため、銅は通常、意図的には添加されない。
Coは任意の元素である。これは、Ms点を上昇させ、マルテンサイトの硬度を高めることに寄与する。最大量は3%である。ただし、スクラップ処理などの実用的な理由のために、Coは意図的には添加されない。好ましい最大含有量は0.15%に設定してもよい。
タングステンは、鋼の特性をあまり阻害しないように、最大0.8%の含有量で存在してもよい。しかしながら、タングステンは、固化中に偏析する傾向があり、望ましくないデルタフェライトを生じさせる可能性がある。さらに、タングステンは高価であり、それはまた、スクラップ処理を複雑にする。したがって、最大量は、0.8%、好ましくは0.5%に制限され、好ましくは意図的な添加が行われない。
ニオブは、M(C,N)型の炭窒化物を形成する点でバナジウムと類似している。Nbの最大添加量は0.1%である。好ましくは、ニオブは意図的には添加されない。許容不純物含有量は、0.01%、0.005%、0.003%又は0.001%に設定してもよい。
S は、鋼の被削性向上に寄与する。焼入れ焼戻し状態での鋼の被削性を改善するのに適した含有量は、0.07〜0.15%である。高硫黄含有量では赤熱脆性の危険性がある。また、高硫黄含有量は、鋼の疲労特性に負の影響を与える可能性がある。したがって、鋼は≦0.2%を含むものとする。しかしながら、硫黄は、介在物の数を減少させるために、好ましくはS≦0.004%に制限される。硫黄含有量は、鋼の機械的特性を向上させるために、≦0.002%、又は好ましくは≦0.001%のように非常に低くしてもよい。
酸素は、望ましくない不純物元素であり、鋼中に非金属介在物を形成する。許容不純物含有量は、0.005%、0.003%、0.0015%又は0.001%に設定してもよい。
カルシウムは、望ましい組成及び形状の介在物を形成するために、取鍋処理中に鋼に意図的に添加されてもよい。
これらの元素は、さらに被削性、熱間加工性及び/又は溶接性を向上させるために、特許請求の範囲に記載された量で鋼に添加してもよい。
Bは、鋼の硬度をさらに高めるために用いてもよい。その量は、0.01%に制限され、好ましくは≦0.003%である。
これらの元素は炭化物形成剤であり、硬質相の組成を変更するために特許請求の範囲に記載された範囲で合金中に存在してもよい。しかしながら、通常これらの元素はいずれも添加されない。許容不純物含有量は、0.01%、0.005%、0.003%又は0.001%に設定されてもよい。
耐孔食指数(PRE)は、ステンレス鋼の耐孔食性を定量化するためにしばしば用いられる。より高い値が、孔食に対する耐性がより高いことを示す。窒素合金マルテンサイト系ステンレス鋼の場合、下記の式を用いることができる。
PRE=%Cr+3.3%Mo+30%N
式中、%Cr、%Mo及び%Nは、オーステナイト化温度(TA)においてマトリックス中に固溶した含有量である。固溶した含有量は、実際のオーステナイト化温度(TA)についてThermo−Calcで計算することができる、及び/又は焼入れ後の鋼中で測定することができる。
特許請求の範囲に記載される化学組成を有するステンレス鋼は、従来の製鋼法によって、又は粉末冶金(PM)によって製造することができる。この種の鋼は、しばしば電気アーク炉(EAF)でスクラップを融解し、次いでその鋼に取鍋精錬、及び任意に真空脱ガス処理を施すことによって製造される。カルシウムは、好ましくはCaSiとして、冶金学的処理の最後に添加してもよい。しかしながら、この処理は任意であり、鋼の被削性に特別な要求がある場合にのみ行われる。
重量%(wt.%)で、
C 0.32〜0.50
Si 0.1〜1.0
Mn 0.1〜0.8
Cr 11〜14
Mo 1.8〜2.6
V 0.35〜0.70
N 0.05〜0.19
任意に
Al 0.001〜0.05
Ni ≦1
Cu ≦4
Co ≦3
W ≦0.8
Nb ≦0.1
Ti ≦0.1
Zr ≦0.1
Ta ≦0.1
B ≦0.01
Be ≦0.2
Se ≦0.3
Ca ≦0.01
Mg ≦0.01
REM ≦0.2
残部 不純物を除きFe
から構成されるステンレス鋼を提供することである。
C 0.36〜0.44
Si 0.1〜0.5
Mn 0.2〜0.6
Cr 11.5〜13
Mo 2.0〜2.5
V 0.40〜0.60
N 0.06〜0.12
C+N 0.45〜0.53
Al 0.001〜0.03
Ni ≦0.5
Cu 0.5〜2
Co ≦0.5
W ≦0.5
Nb ≦0.008
Ti ≦0.01
Zr ≦0.01
Ta ≦0.01
B ≦0.003
P ≦0.03
S ≦0.002
O ≦0.001
及び/又は、微細構造中の炭化物、窒化物及び/又は炭窒化物の少なくとも80%の円相当径(ECD)が5μm未満である(ここで、ECD=2√A/πであり、式中Aは調べた断面における炭化物粒子の面積である。)。
C 0.38〜0.42
Si 0.1〜0.3
Mn 0.4〜0.5
Cr 11.6〜12.4
Mo 2.1〜2.4
V 0.45〜0.55
N 0.07〜0.11
C+N 0.46〜0.52
Al 0.001〜0.03
Ni ≦0.3
S ≦0.001
及び/又は、微細構造中の炭化物、窒化物及び/又は炭窒化物の少なくとも80%の円相当径(ECD)が2.5μm未満である(ここで、ECD=2√A/πであり、式中Aは調べた断面における炭化物粒子の面積である。)。
C 0.38〜0.42
Si 0.1〜0.3
Mn 0.4〜0.5
Cr 11.6〜12.4
Mo 2.1〜2.4
V 0.45〜0.55
N 0.07〜0.11
Al 0.001〜0.03
Ni ≦0.3
を満たすべきである。
150〜300HBW10/3000の平均ブリネル硬度、
及び/又は、鋼が少なくとも100mmの幅及び/又は厚さを有し、ASTM E10−01に従って測定された幅及び/又は厚さ方向の平均ブリネル硬度値からの最大偏差が10%未満であること(ここで、試料片のエッジ又は別の圧痕のエッジからの圧痕の中心の最小距離は、圧痕の直径の少なくとも2.5倍であるものとし、最大距離は、圧痕の直径の4倍以下であるものとする。)、及び/又は、ASTM E45−97、方法Aに準拠した微細スラグに関する以下の最大要件:
160〜240HBW10/3000の平均ブリネル硬度、
及び/又は、鋼が少なくとも100mmの幅及び/又は厚さを有し、ASTM E10−01に従って測定された幅及び/又は厚さ方向の平均ブリネル硬度値からの最大偏差が5%未満であること(ここで、試料片のエッジ又は別の圧痕のエッジからの圧痕の中心の最小距離は、圧痕の直径の少なくとも2.5倍であるものとし、最大距離は、圧痕の直径の4倍以下であるものとする。)、
及び/又は、ASTM E45−97、方法Aに準拠した微細スラグに関する以下の最大要件:
マトリックスはマルテンサイトを≧90体積%含有する、
マトリックスはオーステナイトを≦4体積%含有する、
硬度は55〜62HRCである、
全てのAlN粒子の粒径は≦4μmである、
ノッチなし衝撃靭性は、58HRCでTL方向に≧50Jである、
圧縮降伏強度Rc0.2は、引張降伏強度Rp0.2よりも10〜30%高い。
マトリックスはマルテンサイトを≧95体積%含有する、
マトリックスはオーステナイトを≦2体積%含有する、
硬度は56〜60HRCである、
全てのAlN粒子の粒径は≦3μmである、
ノッチなし衝撃靭性は、58HRCでTL方向に≧100Jである。
本発明に係る鋼組成は、従来の冶金法によって調製された。組成を表1に示す。
PRE=%Cr+3.3%Mo+30%N
式中、%Cr、%Mo及び%Nは、オーステナイト化温度(TA)においてマトリックス中に固溶した含有量である。固溶した含有量は、本発明の鋼については1080℃に、比較鋼については1030℃に設定されたオーステナイト化温度(TA)でのデータバンクTCFE7を使用してThermo−Calcで計算した。
本発明に係る鋼組成は、ESRを含む従来の冶金法によって調製された。
Claims (10)
- 重量%(wt.%)で、
C 0.32〜0.50
Si 0.1〜1.0
Mn 0.1〜0.8
Cr 11〜14
Mo 1.8〜2.6
V 0.35〜0.70
N 0.05〜0.19
任意に
Al 0.001〜0.05
Ni ≦1
Cu ≦4
Co ≦3
W ≦0.8
Nb ≦0.1
Ti ≦0.1
Zr ≦0.1
Ta ≦0.1
B ≦0.01
Be ≦0.2
Se ≦0.3
Ca ≦0.01
Mg ≦0.01
REM ≦0.2
残部 不純物を除きFe
から構成されるステンレス鋼。 - 以下の要件(wt.%)のうちの少なくとも1つを満たす、請求項1に記載のステンレス鋼。
C 0.36〜0.44
Si 0.1〜0.5
Mn 0.2〜0.6
Cr 11.5〜13
Mo 2.0〜2.5
V 0.40〜0.60
N 0.06〜0.12
C+N 0.45〜0.53
Al 0.001〜0.03
Ni ≦0.5
Cu 0.5〜2
Co ≦0.5
W ≦0.5
Nb ≦0.008
Ti ≦0.01
Zr ≦0.01
Ta ≦0.01
B ≦0.003
P ≦0.03
S ≦0.002
O ≦0.001
及び/又は、微細構造中の炭化物、窒化物及び/又は炭窒化物の少なくとも80%の円相当径(ECD)が5μm未満である(ここでECD=2√A/πであり、式中Aは調べた断面における炭化物粒子の面積である。)。 - 以下の要件(wt.%)のうちの少なくとも1つを満たす、請求項1又は2に記載のステンレス鋼。
C 0.38〜0.42
Si 0.1〜0.3
Mn 0.4〜0.5
Cr 11.6〜12.4
Mo 2.1〜2.4
V 0.45〜0.55
N 0.07〜0.11
C+N 0.46〜0.52
Al 0.001〜0.03
Ni ≦0.3
S ≦0.001
及び/又は、微細構造中の炭化物、窒化物及び/又は炭窒化物の少なくとも80%の円相当径(ECD)が2.5μm未満である(ここでECD=2√A/πであり、式中Aは調べた断面における炭化物粒子の面積である。)。 - 以下の要件(wt.%)を満たす、請求項1〜3のいずれか1項に記載のステンレス鋼。
C 0.38〜0.42
Si 0.1〜0.3
Mn 0.4〜0.5
Cr 11.6〜12.4
Mo 2.1〜2.4
V 0.45〜0.55
N 0.07〜0.11
Al 0.001〜0.03
Ni ≦0.3 - 前記鋼は、ソフトアニール状態にあり、以下の要件のうちの少なくとも1つを満たす、請求項1〜4のいずれか1項に記載のステンレス鋼。
150〜300HBW10/3000の平均ブリネル硬度、
及び/又は、前記鋼が少なくとも100mmの幅及び/又は厚さを有し、ASTM E10−01に従って測定された幅及び/又は厚さ方向の平均ブリネル硬度値からの最大偏差が10%未満であること(ここで、試料片のエッジ又は別の圧痕のエッジからの圧痕の中心の最小距離が、前記圧痕の直径の少なくとも2.5倍であるものとし、最大距離が、前記圧痕の直径の4倍以下であるものとする。)、
及び/又は、ASTM E45−97、方法Aに準拠した微細スラグに関する以下の最大要件。
- 以下の要件のうちの少なくとも1つを満たす、請求項5に記載のステンレス鋼。
160〜240HBW10/3000の平均ブリネル硬度、
及び/又は、前記鋼が少なくとも100mmの幅及び/又は厚さを有し、ASTM E10−01に従って測定された幅及び/又は厚さ方向の平均ブリネル硬度値からの最大偏差が5%未満であること(ここで、試料片のエッジ又は別の圧痕のエッジからの圧痕の中心の最小距離が、圧痕の直径の少なくとも2.5倍であるものとし、最大距離が、圧痕の直径の4倍以下であるものとする。)、
及び/又は、ASTM E45−97、方法Aに準拠した微細スラグに関する以下の最大要件。
- 前記鋼が、焼入れ焼戻し状態にあり、以下の要件のうちの少なくとも1つを満たす、請求項1〜4のいずれか1項に記載のステンレス鋼。
マトリックスはマルテンサイトを≧90体積%含有する、
マトリックスはオーステナイトを≦4体積%含有する、
前記硬度が55〜62HRCである、
全てのAlN粒子の粒径が≦4μmである、
ノッチなし衝撃靭性が、58HRCでTL方向に≧50Jである、
圧縮降伏強度Rc0.2が、引張降伏強度Rp0.2よりも10〜30%高い。 - 前記鋼が、以下の要件のうちの少なくとも1つを満たす、請求項7に記載のステンレス鋼。
前記マトリックスはマルテンサイトを≧95体積%含有する、
前記マトリックスはオーステナイトを≦2体積%含有する、
前記硬度が56〜60HRCである、
前記全てのAlN粒子の粒径が≦3μmである、
前記ノッチなし衝撃靭性が、58HRCでTL方向に≧100Jである。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載の組成を有する鋼をアトマイズすることにより得られたプレアロイステンレス鋼粉。
- 固形物を、熱間等静圧圧縮成形法、粉体押出法及び積層造形法のいずれかを用いて作製するための、又は溶射、コールドスプレー又はオーバーレイ溶接によって基板上に表面層を設けるための、請求項9に記載のプレアロイ粉の使用。
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