JP2503120B2 - 加工性に優れた高耐蝕・高炭素ステンレス鋼線材 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、回転シャフト、自動
車燃料噴射ノズル、ピストンリングやベヤリング等で耐
蝕性を必要とする耐磨耗性用途に利用される高炭素ステ
ンレス鋼線材に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、装置耐久性向上の面から使用材料
に過酷な性質が要求される。このため、従来ＳＵＳ４４
０Ｃ鋼が用いられてきた分野において、より高硬度でか
つ高耐蝕性材料が要求されるようになってきた。ＳＵＳ
４４０Ｃ鋼は共晶炭化物の粗大化と網目状晶出のため、
熱間加工性及び伸線性に課題がある。

【０００３】従来、熱間加工性改善のために、電気製
鋼，４６，１８３（１９７５）等に示される二次溶解の
採用により共晶炭化物の微細分断化が図られてきた。し
かし、依然として粗大共晶炭化物が散在することによ
り、熱間加工性が低く線材圧延が非常に困難なため、製
鉄研究，３３３，４０（１９８９）により熱間加工性改
善が行われてきたが、なお熱間線材圧延の歩留りは低い
現状にある。

【０００４】また、伸線時に１０μｍ前後の粗大共晶炭
化物を起点とした破断が生じるため、一回当たりの可能
な伸線加工率は約２０％以下に留まっている現状にあ
る。一方、ステンレス鋼の耐蝕性を改善するために、低
Ｃ化、高Ｃｒ化、Ｍｏ添加等が図られているが、低Ｃ化
は硬度の低下を招き適用できない。また、高Ｃｒ化、Ｍ
ｏ添加は共晶炭化物の粗大化と網目状晶出を助長するた
め、熱間加工性及び伸線性の課題から適用困難な現状に
ある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明はＳＵＳ４４０
Ｃと同等の硬度を有するステンレス鋼線材において、二
次溶解することなく共晶炭化物の微細分断化を可能に
し、熱間加工性及び伸線加工性に優れた高耐蝕・高炭素
ステンレス鋼線材を提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記課題の解決のため
に、熱間加工性、伸線加工性、硬度及び耐蝕性に及ぼす
成分元素及び共晶炭化物の関係を詳細に調査した。その
結果、二次溶解工程を経ずに製造した連続鋳造ままの鋳
片に晶出する共晶炭化物の微細分断化が可能で、熱間加
工性、伸線加工性、硬度及び耐蝕性に優れた最適成分範
囲が存在することを知見した。

【０００７】本発明は重量％で、Ｃ：０．８０〜１．２
０％、Ｓｉ：≦０．５５％、Ｍｎ：≦１．００％、Ｃ
ｒ：１６．０〜２０．０％、Ｖ：０．２０〜０．８０
％、Ｍｏ：０．２０〜２．００％、Ａｌ：０．００２〜
０．１０％、Ｃ＋２×Ｓｉ≦２．０％、Ｃｒ＋４×Ｍ
ｏ：≧２０％、２５×Ｃ＋３×Ｃｒ＋３×Ｍｏ−６×
Ｖ：７４〜８３％を含有し、残部が不可避的不純物から
なる加工性に優れた高耐蝕・高炭素ステンレス鋼線材で
ある。

【０００８】以下に本発明の範囲限定の理由を述べる。
Ｃは高硬度を得るために０．８０％以上添加する。過剰
の添加は共晶炭化物が粗大化すると同時に網目状に晶出
し、熱間加工性及び伸線加工性を著しく低下させるた
め、上限を１．２０％に限定した。Ｓｉは脱酸のために
添加するが、過剰の添加は共晶炭化物の粗大化を助長さ
せ、熱間加工性及び伸線加工性を害するため、添加量は
脱酸に必要な最小量に限定する必要がある。即ち、Ｓｉ
単独では上限を０．５５％に、またＣ量との関係でＣ＋
２×Ｓｉを２．０％以下に限定した。

【０００９】Ｍｎは脱酸及び鋼中のＳを固定するために
添加する。過剰の添加は共晶炭化物の網目状晶出を助長
し、熱間加工性を害するため、上限を１．００％に限定
した。Ｃｒは耐蝕性のために１６．０％以上添加する。
添加量が増加するほど耐蝕性は改善されるが、共晶炭化
物の粗大化と網目状晶出を助長し、熱間加工性及び伸線
加工性を害するので、上限を２０％に限定した。また、
共晶炭化物はＣ，Ｃｒ，Ｖ，Ｍｏと関係しており、後述
の関係式を満足する必要がある。また、耐蝕性はＣｒ，
Ｍｏと関係しており、後述の関係式を満足する必要があ
る。

【００１０】Ｖは共晶炭化物の微細化と網目状晶出の分
断及び高硬度化のために０．２０％以上添加する。添加
量の増加はＶＣ析出により熱間加工性を害するようにな
るため上限を０．８０％に限定した。Ｍｏは耐蝕性及び
高硬度化のために０．２％以上添加する。添加量が増加
するほど耐蝕性は改善されるが、過剰の添加は共晶炭化
物の粗大化と網目状晶出を助長し、熱間加工性及び伸線
加工性を害するので、上限を２．０％に限定した。Ａｌ
は脱酸のために０．００２％以上添加する。しかし、過
剰の添加は共晶炭化物を粗大化させ、熱間加工性を害す
るようになるため、上限を０．１％に限定した。Ｃｒ＋
４×Ｍｏの関係式において、高耐蝕性を得るために２０
％以上が必要である。２５×Ｃ＋３×Ｃｒ＋３×Ｍｏ−
６×Ｖの関係式において、その値が７４〜８３％の範囲
にあることが必要である。この値が小さくなるに従い、
共晶炭化物の微細化と網目状晶出の分断化傾向を示す
が、製品硬度が低くなるため、下限を７４％に限定し
た。また、この値が増加するに従い、共晶炭化物の粗大
化と網目状晶出が顕著になり、熱間加工性と伸線加工性
を害するため、上限を８３％に限定した。

【００１１】不可避的不純物は本発明鋼を溶解する前に
溶解炉で溶解された鋼の種類によりその量レベルが変化
する。本発明鋼を専属的に溶解する溶解炉を使用する場
合は、不純物量のレベルは種々の元素で０．１％以下で
あるが、Ｎｉ含有量の多いＳＵＳ３０４やＮＣＦ８００
Ｈ溶解後に本発明鋼を溶解すると、０．１５〜０．４５
％のＮｉが不純物として混入する。同様に、ＳＵＳ３１
６溶解後はＭｏ，ＳＵＳ３２１溶解後はＴｉ，３４７Ｈ
ＴＢ溶解後はＮｂが不純物として混入される。本発明鋼
の許容可能な不純物量を検討した結果、以下の不純物元
素の単独又は複合混入が許容できる。即ちＮｉ，Ｗ，Ｃ
ｏ及びＣｕはそれぞれ０．５％以下、Ｎｂ，Ｔａ，Ｔｉ
及びＺｒはそれぞれ０．０５％以下、Ｎは０．１０以
下、Ｂ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｙ及びＲＥＭはそれぞれ０．０１
％以下を単独または複合して許容できる。

【００１２】本発明による線材は、熱間加工性が良好な
ことから、溶解・精錬・連続鋳造後のビレットを分塊圧
延することなく、直接または一旦冷却後そのまま、また
は均熱処理後線材加熱圧延により製造する。

【００１３】

【実施例】表１に本発明例と比較例の化学成分を、表２
に共晶炭化物サイズ、晶出状態、熱間加工性、伸線加工
性、製品硬度及び耐銹性評価を示す。No．１〜１７は本
発明例である。No．１７〜３１は比較例である。いずれ
もステンレス鋼の通常の精錬工程（例えば、電気炉また
は転炉溶解後真空或いはアルゴン／酸素脱酸処理による
精錬）で溶解・精錬後連続鋳造により製造した。鋳片の
熱間加工性の評価は１０００℃における高速引張試験後
の破断絞り値（％）を示し、６０％以上であれば割れ等
の欠陥を発生することなく線材圧延が可能で、高値ほど
熱間加工性は良好であり、本発明例は６０％以上の値を
有す。

【００１４】本発明範囲の化学成分を有する材料は鋳造
ままのビレットを分塊工程を経ずに、均熱処理後または
そのまま線材圧延しても割れを生じなかった。また、本
発明範囲を逸脱する材料で破断絞り値が６０％未満のも
のは、分塊圧延なしでは割れを生じたため分塊圧延後線
材圧延した。

【００１５】伸線加工性は伸線割れが発生するまでの伸
線率で評価し、高値ほど伸線加工性が良好であるが、本
発明鋼は４０％以上を有す。共晶炭化物サイズはＳＥＭ
により２０００倍にて２０視野測定した平均値を示す。
網目状晶出状態は光学顕微鏡により１００倍にて観察し
判断した。本発明例は共晶炭化物サイズが２０μｍ以下
で、かつ網目状の晶出炭化物を有しない。

【００１６】硬度はＪＩＳ Ｚ２２４４により測定し
た。本発明例の硬度はＨｖ硬度で６５０以上を有す。耐
銹性評価試験はＪＩＳ Ｚ２３７１によった。本発明例
の耐銹性ランクはＪＩＳ評点で１０番で発銹が認められ
ない。

【００１７】

【表１】

【００１８】

【表２】

【００１９】

【表３】

【００２０】

【表４】

【００２１】本発明例No．１〜No．３及び比較例No．１
８〜No．１９はＣの影響を調査したものである。比較例
No．１８はＣが本発明範囲の下限を割っているため、製
品硬度が本発明例に比較し劣っていることが明白であ
る。また、比較例No．１９はＣが本発明範囲の上限を超
えているため、網目状共晶炭化物が晶出し熱間加工性及
び伸線加工性が著しく低く、本発明例に比較し劣ってい
ることが明白である。

【００２２】本発明例No．４〜No．５及び比較例No．２
０はＳｉの影響を調査したものである。比較例No．２０
はＳｉ量及びＣ＋２Ｓｉが本発明範囲の上限を超えてい
るため、網目状共晶炭化物が晶出し熱間加工性及び伸線
加工性が著しく低く、かつ、熱処理による共晶炭化物の
溶け込みが少なく製品硬度も低く、本発明例に比較し劣
っていることが明白である。本発明例No．６〜No．７及
び比較例No．２１はＭｎの影響を調査したものである。
比較例No．２１はＭｎが本発明範囲の上限を超えている
ため、網目状共晶炭化物を晶出し、熱間加工性及び伸線
加工性が本発明例に比較し劣っていることが明白であ
る。

【００２３】本発明例No．８〜No．９及び比較例No．２
２〜No．２３はＣｒの影響を調査したものである。比較
例No．２２はＣｒ及びＣｒ＋４Ｍｏが本発明範囲の下限
を割っているため、耐銹性が劣っていることが明白であ
る。また、比較例No．２３はＣｒ及び２５Ｃ＋３Ｃｒ＋
３Ｍｏ−６Ｖが本発明範囲の上限を超えているため、網
目状共晶炭化物が晶出し、熱間加工性、伸線加工性及び
製品硬度が劣っていることが明白である。

【００２４】本発明例No．１０〜No．１１及び比較例N
o．２４〜No．２５はＭｏの影響を調査したものであ
る。比較例No．２４はＭｏが本発明範囲の下限を割って
いるため、耐銹性が劣っていることが明白である。ま
た、比較例No．２５はＭｏが本発明範囲の上限を超えて
いるため、共晶炭化物が粗大化し熱間加工性及び伸線加
工性に劣っていることが明白である。

【００２５】本発明例No．１２〜No．１３及び比較例N
o．２６〜No．２７はＶの影響を調査したものである。
比較例No．２６はＶが本発明範囲の下限を割っており、
かつ２５Ｃ＋３Ｃｒ＋３Ｍｏ−６Ｖが本発明範囲の上限
を超えているため、網目状共晶炭化物が晶出し熱間加工
性、伸線加工性及び製品硬度に劣っていることが明白で
ある。比較例No．２７はＶが本発明範囲の上限を超えて
いるため、ＶＣ系の炭化物が析出し熱間加工性に劣って
いることが明白である。

【００２６】本発明例No．１４〜No．１５及び比較例N
o．２８〜No．２９はＡｌの影響を調査したものであ
る。比較例No．２８はＡｌが本発明範囲の下限を割って
いるため、脱酸が不十分で熱間加工性に劣っていること
が明白である。比較例No．２９はＡｌが本発明範囲の上
限を超えているため、網目状共晶炭化物が晶出し熱間加
工性、伸線加工性及び製品硬度に劣っていることが明白
である。

【００２７】本発明例No．１６〜No．１７及び比較例N
o．３０〜No．３１は本発明成分範囲の各元素の下限及
び上限を組み合わせた場合を調査したものである。比較
例No．３３は全ての元素が本発明範囲の下限を割ってい
るため、製品硬度及び耐銹性に劣っていることが明白で
ある。比較例No．３１は全ての元素が本発明範囲の上限
を超えているため、網目状共晶炭化物及びＶＣ系炭化物
が析出し熱間加工性及び伸線加工性に劣っていることが
明白である。

【００２８】以上に本発明例と比較例を比較したように
本発明例は高硬度と良好な耐銹性を有し、かつ、共晶炭
化物の微細分断状晶出のため熱間加工性及び伸線加工性
に優れていることが明白である。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、高硬度かつ高耐蝕性
で、熱間加工性に優れ、連続鋳造後直接または一旦冷却
後そのまま、または均熱処理後線材圧延が可能でかつ、
伸線加工率が高く取れる線材を供給することが可能で、
産業上有効な効果がもたらされる。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％で Ｃ ：０．８０〜１．２０％ Ｓｉ：≦０．５５％ Ｍｎ：≦１．００％ Ｃｒ：１６．０〜２０．０％ Ｖ ：０．２０〜０．８０％ Ｍｏ：０．２０〜２．００％ Ａｌ：０．００２〜０．１０％ Ｃ＋２×Ｓｉ≦２．０％ Ｃｒ＋４×Ｍｏ：≧２０％ ２５×Ｃ＋３×Ｃｒ＋３×Ｍｏ−６×Ｖ：７４〜８３％ 残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる加工性に優れた
   高耐蝕・高炭素ステンレス鋼線材。