JP3223934B2

JP3223934B2 - 析出硬化型ステンレス鋼

Info

Publication number: JP3223934B2
Application number: JP03842493A
Authority: JP
Inventors: 博史横田; 勉松田
Original assignee: Aichi Steel Corp
Current assignee: Aichi Steel Corp
Priority date: 1993-02-26
Filing date: 1993-02-26
Publication date: 2001-10-29
Anticipated expiration: 2016-10-29
Also published as: JPH06248392A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は化繊射出ノズル等に用い
られて好適な析出硬化型ステンレス鋼に関する。

【０００２】

【従来の技術】析出硬化型ステンレス鋼は、ステンレス
鋼としての耐食性に加えて析出硬化による強度を付与し
た高力ステンレス鋼である。析出硬化型ステンレス鋼は
基質の組織により分類され、Ｃｒ、Ｎｉの少ないマルテ
ンサイト系、Ｃｒ、Ｎｉがやや多く準安定オーステナイ
トをマルテンサイト変態させるセミオーステナイト系、
Ｃｒの多いオーステナイトフェライト系、Ｎｉの多いオ
ーステナイト系に分類される。

【０００３】本発明はマルテンサイト系析出硬化型に関
するが、この系ではオーステナイトには固溶し、マルテ
ンサイトには殆ど溶解度を有しない金属または化合物を
オーステナイト→マルテンサイト変態後にマルテンサイ
ト地より析出させるものである。この系で最も多く用い
られているのが１７−４ＰＨ鋼（ＳＵＳ６３０）であ
り、１０２０〜１０６０℃で固溶化熱処理し、４７０〜
６３０℃で時効処理するが、Ｃｕに富んだ相が微細に分
散析出して硬化する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このマルテ
ンサイト系析出硬化型ステンレス鋼を用いて、例えば化
繊射出ノズルを製造するに当たっては、微小穴明け性
（放電加工）に優れ、かつ冷間加工性および析出硬化能
に優れていることが要求される。然るに、従来鋼である
ＳＵＳ６３０では、固溶化熱処理後の硬さがＨｖ３４０
〜３７０であって、冷間加工性に優れているとは言え
ず、また析出硬化後の硬さはＨｖ４３０程度であるた
め、析出硬化能が約Ｈｖ７５程度となって充分ではな
い。さらに、圧延方向に細長く伸びたδフェライトが５
〜８％も存在すると、放電加工による化繊射出ノズルの
穴明け時にδフェライトの方向へそれてしまい穴が真っ
直ぐにならなく、放電加工時の阻害要因となり、またＭ
ｓ点が下がって残留オーステナイトが増加し、時効して
も所要の硬さが得られないという問題点がある。

【０００５】本発明は従来のマルテンサイト系析出硬化
型ステンレス鋼を用いて化繊噴出ノズル等を加工する際
の前記のごとき問題点を解決するためになされたもので
あって、固溶化熱処理状態は軟らかく、時効処理により
析出硬化が大きく、微小穴明け性に優れた析出硬化型ス
テンレス鋼を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】発明者等は先ずＭｓ点を
低下させ残留オーステナイトを増加するδフェライトを
低減することに関して研究を進めた。その結果、Ｎｉ＋
２７（Ｃ＋Ｎ）−１．２Ｃｒ−３．５Ｎｂで表されるＮ
ｉ値を−１４．０％以上に規制することにより、δフェ
ライト量を３．０％以下に低減できることを知見した。
さらに、加工性と析出硬化能を改善するため、各成分の
含有量について鋭意検討を重ねた。その結果、Ｃ＋Ｎ量
を０．０５５％以下に規制すると共に、Ｎｂ／（Ｃ＋
Ｎ）量を一定範囲に規制することにより、固溶化熱処理
状態は軟らかく、時効処理により析出硬化が大きくなる
ことを見出して本発明を完成した。

【０００７】本発明の析出硬化型ステンレス鋼は、重量
比で、Ｃ；０．０４％以下、Ｓｉ；０．５０％以下、Ｍ
ｎ；０．６５％以下、Ｓ；０．０３％以下、Ｎｉ；４．
０〜６．５％、Ｃｒ；１２．０〜１６．０％、Ｎｂ；
０．３１〜０．８％、Ｃｕ；２．５〜４．５％、Ｎ；
０．０４％以下を含有し、かつＣ＋Ｎ；０．０５５％以
下、Ｎｂ／（Ｃ＋Ｎ）；５．５〜１５．０、Ｎｉ＋２７
（Ｃ＋Ｎ）−１．２Ｃｒ−３．５Ｎｂ；−１４．０％以
上であり、固溶化熱処理後のδフェライト量が３％以下
で、固溶化熱処理状態は軟らかく、時効処理により析出
硬化が大きく、微小穴明け性に優れた残部がＦｅおよび
不純物元素からなることを要旨とする。

【０００８】

【作用】Ｎｉ＋２７（Ｃ＋Ｎ）−１．２Ｃｒ−３．５Ｎ
ｂで表されるＮｉ値を−１４．０％以上に規制したの
で、δフェライト量を３．０％以下に低減でき、残留オ
ーステナイトの低減により、析出硬化能を向上すること
ができた。また、Ｃ＋Ｎ量を０．０５５％以下に規制
し、Ｎｂ／（Ｃ＋Ｎ）量を一定範囲に規制すると共に、
その他の各合金元素を適正量に規制したので、固溶化熱
処理状態は軟らかく、時効処理により析出硬化能の優れ
た析出硬化型ステンレス鋼を得ることができた。

【０００９】本発明の析出硬化型ステンレス鋼におい
て、合金元素の添加理由と組成範囲を限定した理由につ
いて説明する。Ｃ；０．０４％以下Ｃはステンレス鋼の耐食性向上の要請からできるだけ少
ない方が好ましいが、０．０４％を越えて含有させる
と、固溶化熱処理状態での硬さを高め、析出硬化能を低
下させるので、上限を０．０４％とした。

【００１０】Ｓｉ；０．５０％以下Ｓｉは製鋼時の脱酸剤として添加されるが、０．５０％
を越えて含有させると固溶化熱処理状態での硬さを高め
る。また、Ｓｉはα相形成元素であるため、δフェライ
トを残留させるので、その上限を０．５０％とした。

【００１１】Ｍｎ；０．６５％以下Ｍｎは製鋼時の脱酸剤として添加されるが、０．６５％
を越えて含有させるとＭｓ点を低下させ、残留γ相を増
加する。そのため、析出硬化能を低下させるのでその含
有量の上限を０．６５％とした。

【００１２】Ｓ；０．０３％以下Ｓは鋼の被削性を改善する元素である。しかし、０．０
３％を越えて含有されると、耐食性、熱間加工性および
冷間加工性を損なうので、その含有量の上限を０．０３
％とした。

【００１３】Ｎｉ；４．０〜６．５％Ｎｉは耐食性および熱間加工性を改善する元素である。
その含有量が４．０％未満であると前記効果が充分でな
く、δフェライトが残留するようになるので、下限を
４．０％とした。また、６．５％を越えて含有させると
Ｍｓ点が低下し、残留オーステナイトが増加し、析出硬
化能が低下するので、上限を６．５％とした。

【００１４】Ｃｒ；１２．０〜１６．０％Ｃｒは耐食性を得るために必要な元素であり、前記効果
を得るためには少なくとも１２．０％以上添加する必要
がある。しかし、１６．０％を越えて含有させると、熱
間加工性が阻害され、δフェライトが残留するようにな
るので、上限を１６．０％とした。

【００１５】Ｎｂ；０．３１〜０．８％ＮｂはＣおよびＮを固定することによって固溶化熱処理
状態の硬さを低下させ、またＣｒ炭窒化物の生成を抑制
して耐食性を得るのに効果がある。前記効果を得るため
には、少なくとも０．３１％以上含有させる必要があ
る。しかし、０．８％を越えて含有させるとδフェライ
トが残留し、熱間加工性を阻害するので、上限を０．８
％とした。

【００１６】Ｃｕ；２．５〜４．５％Ｃｕは析出硬化能および耐食性を向上させるために必要
な元素である。前記効果を得るためには２．５％以上を
含有させる必要がある。しかし、４．５％を越えて含有
させると、熱間加工性を阻害し、固溶化熱処理状態での
硬さを高め、析出硬化能を低下させるので、その上限を
４．５％とした。

【００１７】Ｎ；０．０４％以下Ｎは、０．０４％を越えて含有させると、固溶化熱処理
状態での硬さを高め、析出硬化能を低下させるので、上
限を０．０４％とした。

【００１８】Ｃ＋Ｎ；０．０５５％以下Ｃ＋Ｎが０．０５５％を越えると、固溶化熱処理状態で
の硬さを高め、析出硬化能を低下させるので、その上限
を０．０５５％とした。

【００１９】Ｎｂ／（Ｃ＋Ｎ）；５．５〜１５．０この値が５．５以上であると、ＣおよびＮを固定するこ
とによって固溶化熱処理状態の硬さを低下させ、またＣ
ｒ炭窒化物の生成を抑制して耐食性を得るのに効果があ
る。しかし、この値が１５．０を越えると、遊離Ｎｂが
増加し延性を劣化するので、上限を１５．０とした。

【００２０】Ｎｉ＋２７（Ｃ＋Ｎ）−１．２Ｃｒ−３．
５Ｎｂ；−１４．０％以上この式で表されるＮｉ値が−１４．０％以上であるとき
は、大きな析出硬化能が得られ、δフェライト残留量が
少ないかあるいは皆無になるので、その下限を−１４．
０％とした。

【００２１】

【実施例】次に、本発明鋼を比較鋼および従来鋼と対比
して説明し本発明の特徴を実施例でもって明らかにす
る。表１はこれら供試鋼の化学成分を示したものであ
る。表１において、Ｎｏ．１〜６鋼は本発明鋼、Ｎｏ．
７〜１２鋼は比較鋼，Ｎｏ．１３鋼は従来鋼である。ま
た、比較鋼のうちＮｏ．７はＣ、Ｃ＋Ｎ含有量が本発明
の組成範囲より多い比較鋼、Ｎｏ．８はＮｂ含有量が本
発明の組成範囲より少なく、Ｎｂ／（Ｃ＋Ｎ）が本発明
の組成範囲より少ない比較鋼、Ｎｏ．９はＮｂ／（Ｃ＋
Ｎ）が本発明の規制範囲より多い比較鋼、Ｎｏ．１０は
Ｃｕ含有量が本発明の組成範囲より少ない比較鋼、Ｎ
ｏ．１１はＣｕ含有量が本発明の組成範囲より多い比較
鋼、Ｎｏ．１２はＣｒ含有量が本発明の組成範囲より多
い比較鋼である。

【００２２】

【表１】

【００２３】表１に示す化学成分からなる本発明鋼、比
較鋼および従来鋼を真空溶解炉にて溶製し、熱間鍛造し
た丸棒より、試験片を作製した。得られた試験片につい
て、１０４０℃で固溶化熱処理をした後、硬さ、引張強
さを測定し、さらにδフェライト面積率、被削性、冷間
加工性、熱間加工性について評価した。

【００２４】引張強さについては、ＪＩＳ４号試験片を
用いて測定したものであり、被削性については、４０ｍ
ｍφ×１０ｍｍの素材を、５個用意し、切削工具として
５ｍｍφＳＫＨ５１ストレートドリルを用いて、回転数
７９０ｒｐｍ、送り０．１８ｍｍ／ｒｅｖ．潤滑油なし
でドリル穿孔性を測定した。

【００２５】冷間加工性については１０ｍｍφの素材
を、引抜率２０％、３０％で引抜加工を行い、割れの発
生率でもって引抜加工性を評価したもので、２０％の引
抜率で割れ発生率が５％を越えるものを×とし、２０％
の引抜率で割れ発生率が５％を以下のものを△とし、３
０％の引抜率で割れ発生率が５％以下のものを○とし
た。

【００２６】熱間加工性については、３０ｋｇの鋼塊を
７０角に熱間鍛造するのに１ヒートでできたものを○と
し、２ヒートでできたものを△とし、２ヒートでも熱間
鍛造できなかったものを×として示した。

【００２７】続いて、時効処理Ｈ９００：４７０〜４９
０℃を施し、同様に硬さおよび引張強さを測定し、固溶
化熱処理して得られた結果より析出硬化能（ΔＨｖ）を
算出した。得られた結果は表２にまとめて示した。

【００２８】

【表２】

【００２９】表２から知られるように、比較鋼Ｎｏ．７
はＣ、Ｃ＋Ｎ含有量が本発明の組成範囲より多かったの
で、固溶化熱処理状態での硬さがＨｖ３７４と高く、析
出硬化能に劣ると共に被削性および冷間加工性に劣っ
た。比較鋼Ｎｏ．８はＮｂ含有量が本発明の組成範囲よ
り少なかったので、固溶化熱処理状態での硬さがＨｖ３
３１と高く、析出硬化能に劣ると共に被削性および冷間
加工性に劣った。比較鋼Ｎｏ．９はＮｂ／（Ｃ＋Ｎ）が
本発明の規制範囲より多かったので、固溶化熱処理状態
での硬さはＨｖ２５９と低かったものの、δフェライト
面積率が７．１％と高いため微小穴明け性が低く、また
Ｍｓ点が下がって残留オーステナイトが増加し、そのた
め時効処理後の硬さがＨｖ３７９と低く、熱間加工性に
劣った。

【００３０】比較鋼Ｎｏ．１０はＣｕ含有量が本発明の
組成範囲より少なかったため、時効処理後の硬さがＨｖ
３８８と低く、また析出硬化能もＨｖ７９と低く劣っ
た。比較鋼Ｎｏ．１１はＣｕ含有量が本発明の組成範囲
より多かったので、固溶化熱処理後の硬さがＨｖ３４５
と高く、しかも被削性および冷間加工性に劣り、熱間加
工性が極端に劣った。比較鋼Ｎｏ．１２はＣｒ含有量が
本発明の組成範囲より多かったので、固溶化熱処理状態
での硬さはＨｖ２８７と低かったものの、δフェライト
面積率が１０．１％と高いため微小穴明け性が低く、ま
た時効処理後の硬さがＨｖ３６８と低いために析出硬化
能がＨｖ８１と低くなり、しかも熱間加工性が極端に劣
った。

【００３１】なお、従来鋼Ｎｏ．１３は、固溶化処理状
態での硬さがＨｖ３４３と高く、被削性および冷間加工
性が極端に悪く、また析出硬化能もＨｖ９９と低く劣っ
た。

【００３２】これに対して本発明鋼Ｎｏ．１〜６は固溶
化熱処理状態での硬さがＨｖ２７２〜３０８と低く、冷
間加工性および熱間加工性が共に良好であって、被削性
にも優れていた。また、δフェライト面積率も０〜２．
７％と少なく、微小穴明け性に優れ、そのため析出硬化
能がＨｖ１３０〜１６８と極めて高く、本発明の効果を
確認することができた。

【００３３】

【発明の効果】本発明の析出硬化型ステンレス鋼は以上
詳述したように、重量比で、Ｃ；０．０４％以下、Ｓ
ｉ；０．５０％以下、Ｍｎ；０．６５％以下、Ｓ；０．
０３％以下、Ｎｉ；４．０〜６．５％、Ｃｒ；１２．０
〜１６．０％、Ｎｂ；０．３１〜０．８％、Ｃｕ；２．
５〜４．５％、Ｎ；０．０４％以下を含有し、かつＣ＋
Ｎ；０．０５５％以下、Ｎｂ／（Ｃ＋Ｎ）；５．５〜１
５．０％、Ｎｉ＋２７（Ｃ＋Ｎ）−１．２Ｃｒ−３．５
Ｎｂ；−１４．０％以上であり、固溶化熱処理後のδフ
ェライト量が３％以下で、固溶化熱処理状態は軟らか
く、時効処理により析出硬化が大きく、微小穴明け性に
優れた残部がＦｅおよび不純物元素からなることを特徴
とするものであって、δフェライト量を３．０％以下に
低減でき、微小穴明け性に優れ、残留オーステナイトの
低減により、析出硬化能を向上することができた。ま
た、固溶化熱処理状態は軟らかいので、冷間での加工性
に優れ、析出硬化能が優れているので、高強度の析出硬
化型ステンレス鋼を得ることができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C22C 38/00 - 38/60

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】重量比で、Ｃ；０．０４％以下、Ｓｉ；
０．５０％以下、Ｍｎ；０．６５％以下、Ｓ；０．０３
％以下、Ｎｉ；４．０〜６．５％、Ｃｒ；１２．０〜１
６．０％、Ｎｂ；０．３１〜０．８％、Ｃｕ；２．５〜
４．５％、Ｎ；０．０４％以下を含有し、かつＣ＋Ｎ；
０．０５５％以下、Ｎｂ／（Ｃ＋Ｎ）；５．５〜１５．
０、Ｎｉ＋２７（Ｃ＋Ｎ）−１．２Ｃｒ−３．５Ｎｂ；
−１４．０％以上であり、固溶化熱処理後のδフェライ
ト量が３％以下で、固溶化熱処理状態は軟らかく、時効
処理により析出硬化が大きく、微小穴明け性に優れた残
部がＦｅおよび不純物元素からなることを特徴とする析
出硬化型ステンレス鋼。