JP3446394B2 - 析出硬化型ステンレス鋼 - Google Patents

析出硬化型ステンレス鋼

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    • C22C38/42Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with copper

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は析出硬化型ステンレス
鋼に関し、詳しくは冷間加工性及びピーク時効温度より
も高い温度で時効処理されたときの耐力に優れた析出硬
化型ステンレス鋼に関する。
【0002】
【従来の技術】各種ボルト,シャフト等の材料として耐
食性,強度に優れた析出硬化型ステンレス鋼SUS63
0が用いられている。このSUS630を用いてボルト
等を製造する際、成形加工方法として熱間鍛造が用いら
れるが、熱間鍛造は加工を容易に行えるもののその後の
切削加工等が必要であるなど製造工程数が多くなり、コ
ストが高くなる問題がある。
【0003】従って上記ボルト等への成形加工を冷間加
工にて行えれば望ましいが、SUS630はST(固溶
化熱処理)状態で硬さがHRC35程度と硬く、冷間加
工性の悪いものである。
【0004】そこでSUS630のC+N量を下げて冷
間加工性を高める方法が考えられている。即ち低C+N
化によりST状態の母相(マルテンサイト相)の硬さを
通常のSUS630のそれよりも低くすることによって
冷間加工性を高めようというのである。
【0005】ところで析出硬化型ステンレス鋼SUS6
30はST後に時効処理を施し、母相より析出硬化相を
析出させることによって高強度を得るものである。
【0006】この場合ピーク時効処理(480℃での時
効処理)を行ったときに最も強い強度が得られるが、ピ
ーク時効処理の場合には靱性が低くなる問題があり、そ
こで靱性を必要とする場合にはそのピーク時効温度より
も高い温度(例えば620℃)での過時効処理を行って
所要の靱性を確保するといったことが行われている。
【0007】ところでこのような高い温度での過時効処
理を施した場合、母相からγ(オーステナイト)が逆変
態にて析出する問題があり、而してこのような逆変態γ
が析出すると時効処理後の耐力の低下が著しく、特に上
記のように低C+N化した析出硬化型ステンレス鋼の場
合、過時効処理状態での母相の強度が通常のSUS63
0よりも低いものとなってしまい、γの析出により耐力
がJIS規格以下になる場合もあることが明らかとなっ
た。
【0008】
【課題を解決するための手段】本願の発明の析出硬化型
ステンレス鋼はこのような課題を解決するために開発さ
れたものである。 而して本願発明の析出硬化型ステンレス鋼は、重量%で
C:≦0.010%,N:0.010〜0.025%,
C+N:≦0.025%,Si:≦1.0%,Mn:≦
1.2%,P:≦0.04%,S:≦0.03%,C
u:3.0〜5.0%,Ni:3.0〜4.65%,C
r:13.0〜16.5%,Mo:≦1.0%,Nb:
(−11.43(C+N)+0.6%)〜0.5%,残
部実質的にFeからなり且つ下記式(1) 452(C+N)+11.1(Ni+Mn)≦73.1 式(1) を満たすようにC,N,Ni,Mnが成分調整されて成
る、時効処理後のγ量が20%以下であることを特徴と
する。
【0009】
【作用】上記のように析出硬化型ステンレス鋼における
時効処理後の耐力の低下はγの析出に基づくものであ
り、またそのγの析出量はγ形成元素の添加量によって
大きく左右される。
【0010】本発明者は時効処理後のγ量に及ぼす各種
元素の影響を調べたところ、γ形成元素であるC,N,
Ni,Mnの添加量を適正バランスとなし、またNi,
Mnの添加量を所定値以下に規制することによって、良
好な冷間加工性と時効処理(過時効処理)後の所定の耐
力をともに確保できる知見を得た。
【0011】尚、Cuもまたγ形成元素であり、時効処
理時に耐力の低下をもたらす元素である。しかしながら
Cuは析出硬化に必要不可欠な成分であり、そこで本発
明においてはCu添加量を特に下げることは行っていな
い。
【0012】本発明は、上記知見に基づいて成されたも
のであって、かかる本発明によれば、ST状態での冷間
加工性に優れ且つ時効処理後において良好な耐力を有す
る析出硬化型ステンレス鋼を得ることができる。
【0013】これにより析出硬化型ステンレス鋼から成
るボルトその他の部材の生産性を高めることができ、析
出硬化型ステンレス鋼の用途を拡大することができる。
【0014】尚、本発明においてはCa,B,REMの
何れか1種又は2種以上をそれぞれ0.0005〜0.
0100%の範囲で含有させることが望ましい。これら
成分の添加により熱間加工性を高めることができる。
【0015】
【成分の限定理由】次に本発明の析出硬化型ステンレス
鋼における各化学成分の限定理由について詳述する。 C:≦0.010% CはST状態での硬度に最も影響し、その量は少ない方
が望ましい。本発明においてはその上限を0.010%
とした。
【0016】N:0.010〜0.025% NもまたST状態での硬度に影響し、その量は少ない方
が良いがCほど影響を及ぼさない。そこで本発明ではC
を低減する一方、Nを利用してNbの炭窒化物を生成さ
せ、以て結晶粒の粗大化を防止すべく最低のN量を規定
し、その下限値を0.010%とした。そしてこの作用
を得るための好ましいNの範囲は0.015%以上0.
025%以下である。
【0017】C+N:≦0.025% C+N量を低くすることによりST時の硬度を下げるこ
とができ、冷間加工性を高めることができる。その上限
値は0.025%である。
【0018】Si:≦1.0% Siは鋼の溶製時における脱酸剤として添加されるが、
Si含有量が多くなるとδフェライトを増加させて熱間
加工性を害するので、Si含有量の上限は1.0%とし
た。
【0019】Mn:≦1.2% Mnは脱酸剤として添加されるとともにδフェライトの
制御や、高価なNiを低減させるのに有効である。しか
しながらMnはγ形成元素であるため、その添加量が多
いと過時効時のγ量を増加させることとなる。そこで本
発明では上限を1.2%とした。尚δフェライト制御や
Ni低減のためにより好ましい範囲は0.7〜1.2%
である。
【0020】P:≦0.04% Pは粒界に偏析しやすく強度,耐食性に悪影響を与える
ため0.04%以下とした。
【0021】S:≦0.03% Sは冷間加工性,耐食性を劣化させるため0.03%以
下とした。
【0022】Cu:3.0〜5.0% Cuは析出硬化時にε相を析出させ、鋼を硬化させる重
要な元素である。その効果は3.0%以上で有効であ
る。しかしながら過剰な添加は過時効時にγ量を増加さ
せ、また高温で粒界脆化を発生させ、熱間加工性を害す
るので上限を5.0%とした。
【0023】Ni:3.0〜4.65% Niはδフェライト生成を抑制し、また耐食性向上のた
め3.0%以上必要である。しかしながらNiはγ形成
元素でもあるため、添加量が多すぎると過時効時にγ量
が増加し耐力が低下する。そこで本発明では上限値を
4.65%とした。
【0024】Cr:13.0〜16.5% Crは耐食性を確保するために13.0%以上必要であ
る。しかしながら強力なフェライト生成元素であるた
め、過剰に添加するとδフェライトを増加させ、熱間加
工性を害するので上限を16.5%とした。
【0025】Mo:≦1.0% Moもフェライト生成元素であるため過剰な添加はδフ
ェライトを増加させる。そこで本発明では上限値を1.
0%に規制した。
【0026】Nb:(−11.43(C+N)+0.
6)〜0.50% NbはC,Nを固着し、ST状態での硬さを低下させ
る。またNbは炭窒化物を形成して結晶粒の粗大化を防
止する。その添加量は(C+N)とのバランスにより決
まり、そこで本発明では最低の量を−11.43(C+
N)+0.6とした。しかしながら過剰の添加はST時
の硬度を上昇させるため上限値を0.50%とした。こ
のNb含有量のより望ましい範囲は0.40%以下であ
る。
【0027】 452(C+N)+11.1(Ni+Mn)≦73.1 前述したように480℃よりも高い温度での過時効処理
によるγの生成量は、含有するγ形成元素によって大き
く左右される。そこで本発明ではγ形成元素であるC,
N,Ni,Mnを、上記式を満たすように調整すること
で、過時効時のγ量を20%以下とすることができ、過
時効処理を行った場合においても良好な耐力を得ること
が可能となった。
【0028】 Ca,B,REM:0.0005〜0.0100% これらの元素は少量添加により熱間加工性を向上させる
ことができる。しかしながら過剰の添加は逆に熱間加工
性を劣化させるため0.0005%〜0.0100%の
範囲とした。
【0029】
【実施例】次に本発明の実施例を以下に詳述する。表1
の化学成分のステンレス鋼を真空誘導炉で50kg溶製
した。溶製後1200℃で熱間鍛造を行い、直径20m
mに鍛伸した。その後1040℃/30分,水冷の条件
で固溶化熱処理(ST)を施し、そのときの硬度を測定
した。
【0030】
【表1】
【0031】またこのST材から直径15mm×22.
5mmの試験片を切り出して圧縮試験を行い、ε=1と
なるときの圧縮応力を測定した。 更に620℃/24
0分,空冷の条件で時効処理を行い、時効後の硬度を測
定するとともに引張試験を行って耐力を測定した。また
時効後の残留γ量をX線回折によって(200)面/α
(211)のピークの積分強度比によって測定した。こ
れらの結果を表2に示している。
【0032】
【表2】
【0033】表1に示しているように比較鋼C1,C2
はそれぞれC,Nが本発明の範囲から外れており、この
結果ST材の硬度,圧縮試験時の応力が高く、冷間加工
性の悪いものとなっている。また620℃での時効時の
残留γ量も多く、時効処理後の耐力も低い値となってい
る。
【0034】一方比較鋼C3はNiが、またC4はMn
が本発明の範囲外となっているとともに上記式(1)も
満たしていないものとなっており、この結果620℃で
の時効処理後のγ量が多く、引張試験での耐力がJIS
規格値726MPaよりも低い値となっている。
【0035】これに対し実施例1〜13のものはST材
の硬度が何れも低く、圧縮試験の際の応力も低い値とな
っていて、冷間加工性の良好なものである。
【0036】他方、時効処理による生成γ量は何れも2
0%以下の低い値となっており、この結果引張試験によ
る耐力は何れもJIS規格の726MPaよりも高い値
が得られている。
【0037】以上本発明の実施例を詳述したがこれはあ
くまで一例示であり、本発明はその主旨を逸脱しない範
囲において種々変更を加えた態様で実施可能である。
【0038】
【発明の効果】本発明によれば、ST状態での冷間加工
性に優れ、且つ時効処理後においても良好な耐力の得ら
れる析出硬化型ステンレス鋼を製造することができる。
これにより、析出硬化型ステンレス鋼から成るボルトそ
の他の部材の生産性を高めることができ、析出硬化型ス
テンレス鋼の用途を拡大することができる。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%でC :≦0.010% N :0.010〜0.025% C+N:≦0.025% Si:≦1.0% Mn:≦1.2% P :≦0.04% S :≦0.03% Cu:3.0〜5.0% Ni:3.0〜4.65% Cr:13.0〜16.5% Mo:≦1.0% Nb:(−11.43(C+N)+0.6%)〜0.5
    % 残部実質的にFeからなり且つ下記式(1) 452(C+N)+11.1(Ni+Mn)≦73.1 式(1) を満たすようにC,N,Ni,Mnが成分調整されて成
    る、時効処理後のγ量が20%以下であることを特徴と
    する析出硬化型ステンレス鋼。
  2. 【請求項2】 重量%でC :≦0.010% N :0.010〜0.025% C+N:≦0.025% Si:≦1.0% Mn:≦1.2% P :≦0.04% S :≦0.03% Cu:3.0〜5.0% Ni:3.0〜4.65% Cr:13.0〜16.5% Mo:≦1.0% Nb:(−11.43(C+N)+0.6%)〜0.5
    %を含有するとともにCa,B,REMの1種又は2種
    以上をCa:0.0005〜0.0100%,B:0.
    0005〜0.0100%,REM:0.0005〜
    0.0100%の範囲で含有し、残部実質的にFeから
    成り且つ下記式(1) 452(C+N)+11.1(Ni+Mn)≦73.1 式(1) を満たすようにC,N,Ni,Mnが成分調整されて成
    る、時効処理後のγ量が20%以下であることを特徴と
    する析出硬化型ステンレス鋼。
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US5630983A (en) 1997-05-20
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