JP2024500890A - 硬化能に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明の目的は、硬度偏差が少ないため優れた硬化能を示すマルテンサイト系ステンレス鋼を提供することである。【解決手段】本発明の成分系の制御を通じて硬化能に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼は、重量％で、Ｃ：０．０１～０．１％、Ｓｉ：０．０５～１．０％、Ｍｎ：０．０５～１．０％、Ｃｒ：１１．０～１４．０％、Ｎｉ：０．０５～１．０％、Ｃｕ：０．０５％～２．０％、Ｎ：０．０４％～０．０８％含み、残りがＦｅ及び不可避な不純物からなり、下記式（１）を満足する。（１）１．０≦Ｍｎ＋Ｎｉ＋Ｃｕ≦２．５【選択図】図２
Description
本発明は、硬化能に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼に係り、より詳しくは、硬度偏差が少ないため優れた硬化能を示すマルテンサイト系ステンレス鋼に関する。
一般的に、二輪車に用いられるディスク用素材は、ディスクの摩耗を防止するために高い硬度が要求され、それによって、硬度が高いマルテンサイト系ステンレス鋼が主に用いられる。
マルテンサイト系ステンレス鋼は、板材で製造された時にはフェライト相と析出物で構成され、ディスク形態でパンチングした後に硬化熱処理をする。硬化熱処理は、フェライト相がオーステナイト相に変態する温度まで加熱した後に一定時間維持した後、急冷してマルテンサイト相を形成させるものである。マルテンサイト相が形成されると、二輪車ディスク用に適切な高い硬度が得られる。
しかし、均一なディスク性能を発揮するためには、ディスクの位置別硬度が均一となるように硬度偏差が少なくなければならず、硬度偏差が大きい場合、ディスクと摩擦するパッドの摩耗がはやく発生するか、適合する制動性能を得ることができなくなる。そこで、ディスクの位置別に硬度が均一なマルテンサイト系ステンレス鋼が要求されている。
本発明の目的とするところは、硬度偏差が少ないため優れた硬化能を示すマルテンサイト系ステンレス鋼を提供することである。
本発明の硬化能に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼は、重量％で、Ｃ：０．０１～０．１％、Ｓｉ：０．０５～１．０％、Ｍｎ：０．０５～１．０％、Ｃｒ：１１．０～１４．０％、Ｎｉ：０．０５～１．０％、Ｃｕ：０．０５％～２．０％、Ｎ：０．０４％～０．０８％含み、残りがＦｅ及び不可避な不純物からなり、下記式（１）を満足することを特徴とする。
（１）１．０≦Ｍｎ＋Ｎｉ＋Ｃｕ≦２．５
（ここで、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕは、各元素の含量（重量％）を意味する。）
また、本発明の硬化能に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼の任意の断面でフェライト相の面積分率が２０％以下であってもよい。
また、任意の断面で長軸の長さが１μｍ超過である析出物が２個／１００μｍ２以下であってもよい。
また、任意の断面でロックウェル硬度偏差は、２．０以下であってもよい。
本発明のマルテンサイト系ステンレス鋼は、成分系を制御してフェライト相の面積分率又は粗大な析出物の個数を減少させ得るので、硬度偏差が減少して硬化能を向上させ得る。
本発明の一実施例による硬化能に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼は、重量％で、Ｃ：０．０１～０．１％、Ｓｉ：０．０５～１．０％、Ｍｎ：０．０５～１．０％、Ｃｒ：１１．０～１４．０％、Ｎｉ：０．０５～１．０％、Ｃｕ：０．０５％～２．０％、Ｎ：０．０４％～０．０８％含み、残りがＦｅ及び不可避な不純物からなり、下記式（１）を満足する。
（１）１．０≦Ｍｎ＋Ｎｉ＋Ｃｕ≦２．５
（ここで、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕは、各元素の含量（重量％）を意味する。）
以下では、本発明の実施例を添付図面を参照して詳しく説明する。以下の実施例は、本発明が属する技術分野において通常の知識を有した者に本発明の思想を十分に伝達するために提示するものである。本発明は、ここで提示した実施例に限定されず、他の形態で具体化できる。図面は、本発明を明確にするために、説明と関係ない部分の図示を省略し、理解を助けるために構成要素のサイズを多少誇張して表現することができる。
また、任意の部分がある構成要素を「含む」というとき、これは、特に反対する記載がない限り、他の構成要素を除外するものではなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。
単数の表現は、文脈上明白に例外がない限り、複数の表現を含む。
本発明の一実施例による硬化能に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼は、重量％で、Ｃ：０．０１～０．１％、Ｓｉ：０．０５～１．０％、Ｍｎ：０．０５～１．０％、Ｃｒ：１１．０～１４．０％、Ｎｉ：０．０５～１．０％、Ｃｕ：０．０５％～２．０％、Ｎ：０．０４％～０．０８％含み、残りがＦｅ及び不可避な不純物からなる。
以下、本発明の実施例での合金成分の元素含量の数値限定理由について説明する。以下では、特別な言及がない限り、単位は重量％である。
Ｃ（炭素）の含量は、０．０１～０．１％である。
Ｃは、硬度に大きく影響を及ぼす元素であって、その含量が０．０１％未満であると、所望するレベルの硬度を得ることができず、０．１％を超過すると、硬度が過度になりディスク用途に必要なレベルの硬度を超過することになる。
Ｓｉの含量は、０．０５～１．０％である。
Ｓｉは、耐食性を向上させ得る元素であり、０．０５％以上添加する。ただし、その含量が１．０％を超過すると、製造中に靭性を阻害し得るので、その上限を１．０％以下に制限する。
Ｍｎ（マンガン）の含量は、０．０５～１．０％である。
Ｍｎは、硬化熱処理中にオーステナイト相の形成を助ける元素であり、０．０５％以上添加する。Ｍｎの含量が１．０％を超過すると、耐食性を阻害し得るので、その上限を１．０％以下にする。
Ｃｒ（クロム）の含量は、１１．０～１４．０％である。
Ｃｒは、鋼の耐食性を向上させる元素であり、１１．０％以上添加する。ただし、その含量が過度であるとき析出物のサイズを増加させる主な要因となるので、その上限を１４．０％以下に制限する。
Ｎｉ（ニッケル）の含量は、０．０５～１．０％である。
Ｎｉは、硬化熱の処理中にオーステナイト相の形成を助ける元素であり、０．０５％以上添加する。Ｎｉは、高価の元素であり、Ｎｉを多量添加するとき、コストアップをもたらすので、その上限を１．０％以下にする。
Ｃｕ（銅）の含量は、０．０５～２．０％である。
Ｃｕは、硬化熱の処理中にオーステナイト相の形成を助ける元素であり、本発明では０．０５％以上添加する。ただし、その含量が過多な場合、コストアップをもたらすので、その上限を２．０％以下に制限する。
Ｎ（窒素）の含量は、０．０４～０．０８％である。
Ｎは、ディスクの硬度を制御する元素であって、０．０４％以上含む。Ｎの含量が０．０８％超過するとき、硬度が過度になりディスク用途に必要なレベルの硬度を超過することになる。
上述した合金元素を除いたステンレス鋼の残りは、Ｆｅ及びその他不可避な不純物からなる。
ステンレス鋼の硬化能を向上させるためには、硬化熱処理後にステンレス鋼の位置別硬度偏差が減少しなければならない。ステンレス鋼の位置別硬度偏差は、硬化熱処理されたステンレス鋼を構成している相にマルテンサイト相外に他の異なる相があるからである。硬化熱処理前にステンレス鋼を構成していたフェライト相が硬化熱処理中に十分にオーステナイト相に変態しないとき、硬化熱処理後にフェライト相が残留することになり、それによって、硬度偏差が増加する。
また、ステンレス鋼の硬化能を向上させるためには、硬化熱処理前に粗大な析出物があってはいけない。サイズが大きい析出物が存在する場合、硬化熱処理途中にオーステナイト相への変態が十分に発生せず、それによって、硬化熱処理後にフェライト相が残留することになって硬度偏差が増加する。
本発明では、式（１）を用いて硬化熱処理後の残留フェライト相の面積分率を減少させ得る成分範囲を導出した。
（１）１．０≦Ｍｎ＋Ｎｉ＋Ｃｕ≦２．５
（ここで、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕは、各元素の含量（重量％）を意味する。）
式（１）の値が１．０以上、２．５以下である場合、硬化熱処理途中にフェライト相がオーステナイト相に十分に変態し得、フェライト相の面積分率が一定レベル以下になって硬度偏差が適切なレベル以下に制御される。
式（１）の値が１．０以上、２．５以下である場合、硬化熱処理後に残留するフェライト相の面積分率が任意の断面で２０％以下であり、好ましくは、１０％以下からなり得る。ここで、任意の断面は、硬化熱処理後にマルテンサイト系ステンレス鋼を任意の方向に切った面を意味し、具体的に、任意の断面は、長軸の長さが１μｍ超過である析出物の長さ方向と平行な面を意味する。
また、式（１）の値が１．０以上、２．５以下である場合、硬化熱処理前に生成される粗大な析出物の個数を減少させ得、硬化熱処理後にフェライト相が残留することを防止して硬度偏差を減少させ得る。
式（１）の値が１．０以上、２．５以下である場合、硬化熱処理前に長軸の長さが１μｍ超過である析出物が任意の断面で２個／１００μμｍ２以下で存在することができる。ここで、任意の断面は、マルテンサイト系ステンレス鋼の硬化熱処理前に任意の方向に切った面を意味する。
また、本発明の一実施例によるマルテンサイト系ステンレス鋼は、式（２）で表現される硬度偏差の値が２以下からなり得る。
（ここで、［Ｈａｒｄｎｅｓｓ－ＨＲＣ］は、任意の断面で測定されたロックウェル硬度（ＨＲＣ）であり、ｍは、１０回測定したロックウェル硬度の平均である。）
式（２）の値が２以下である場合、マルテンサイト系ステンレス鋼の硬度が均一で制動時にディスクと摩擦するパッドの摩耗を減少させ得、目標とする制動性能を確保することができる。
実施例
下表１に記載した合金成分系でステンレス鋼を鋳造して厚さ４ｍｍまで熱間圧延を進行した。熱間圧延の厚さは、用途に応じて変化することができる。熱間圧延を進行した後、７５０℃付近で２０時間程度維持して熱間圧延時に形成されたオーステナイト相をフェライト相に変態させた。
このように製造したステンレス鋼に対して析出物のサイズ（μｍ）及び分布密度（個／１００μｍ２）を測定した。析出物のサイズ及び分布密度は、析出物を除いた残りの組織をエッチングした後に走査電子顕微鏡で観察することによって分かる。エッチングの方法は、学界や産業界で通用する方法を用いることができる。
その後、ディスク形態に加工した後、１０００℃で１分間維持した後に水冷してフェライト相の面積分率（％）を測定した。フェライト相の面積分率は、任意の断面を走査電子顕微鏡に装着された電子線後方散乱回折（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）で観察した後、Ｉｍａｇｅ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｍａｐを表示した写真により確認でき、エッチングなど学界や産業界で通用する方法を用いて確認することができる。
また、ディスクとしての硬度が適切であるかを確認するために任意の断面でロックウェル－Ｃ（ＨＲＣ）を１０回測定した後、式（２）によって硬度偏差を計算した。それぞれの結果に対しては、表２に記載した。
表１及び表２に示すとおり、実施例１～８の鋼種は、式（１）の値が１．０～２．５を満足し、強化熱処理前の任意の断面で長軸の長さが１μｍ超過である析出物が２個／１００μｍ２以下であり、強化熱処理後の任意の断面でフェライト相の面積分率が２０％以下であって、硬度偏差が２以下であることを確認した。
一方、比較例１及び３は、式（１）の値が０．９以下であり、長軸の長さが１μｍ超過である析出物が３個／１００μｍ２以上であり、硬度偏差も４以上であって、硬度偏差２以下が勧奨される二輪車用ディスクとしては適合しないことを確認した。
また一方、比較例２及び４は、本発明の成分範囲を満足せず、式（１）の値が０．６以下であり、フェライト相の面積分率が２０％を超過し、長軸の長さが１μｍ超過である析出物が５個／１００μｍ２以上であった。また、硬度偏差も１０以上であって、式（１）の値が１．０～２．５範囲から遠くなるほど硬度偏差がより増加することを確認した。
図１は、従来のマルテンサイト系ステンレス鋼の断面に対するフェライト相及びマルテンサイト相を観察した写真であり、図２は、本発明の一実施例１によるマルテンサイト系ステンレス鋼の断面に対するフェライト相及びマルテンサイト相を観察した写真である。
図１及び２において、明るい領域は、フェライト相を示し、暗くて針状で満たされた領域は、マルテンサイト相を示す。
図１に示すとおり、フェライト相の面積分率が２０％を超過して存在することが分かる。一方、図２は、本発明で提示するように、フェライト相の面積分率が２０％以下であって、ほとんど存在しないことが分かる。
図３は、本発明の一実施例１によるマルテンサイト系ステンレス鋼の断面に対する析出物を観察した写真である。
図３に示すとおり、本発明で提示するように、長軸の長さが１μｍ超過である析出物が２個／１００μｍ２以下であり、長軸の長さが１μｍ以下である微細析出物が存在することが分かる。
以上、本発明の例示的な実施例を説明したが、本発明はこれに限定されず、当該技術分野において通常の知識を有した者であれば、次に記載する特許請求の範囲の概念と範囲を脱しない範囲内で多様に変更及び変形が可能であることを理解すべきである。
本発明の一例によると、硬度偏差が少ないため優れた硬化能を示すマルテンサイト系ステンレス鋼を提供することができる。
Claims (4)
- 重量％で、Ｃ：０．０１～０．１％、Ｓｉ：０．０５～１．０％、Ｍｎ：０．０５～１．０％、Ｃｒ：１１．０～１４．０％、Ｎｉ：０．０５～１．０％、Ｃｕ：０．０５％～２．０％、Ｎ：０．０４％～０．０８％含み、残りがＦｅ及び不可避な不純物からなり、
下記式（１）を満足することを特徴とする硬化能に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼。
（１）１．０≦Ｍｎ＋Ｎｉ＋Ｃｕ≦２．５
（ここで、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕは、各元素の含量（重量％）を意味する。） - 任意の断面でフェライト相の面積分率は、２０％以下であることを特徴とする請求項１に記載の硬化能に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼。
- 任意の断面で長軸の長さが１μｍ超過である析出物が２個／１００μｍ２以下であることを特徴とする請求項１に記載の硬化能に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼。
- 任意の断面でロックウェル硬度偏差は、２．０以下であることを特徴とする請求項１に記載の硬化能に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼。
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