JP3501946B2 - 冷間加工性に優れた高強度高耐食性ステンレス鋼 - Google Patents
冷間加工性に優れた高強度高耐食性ステンレス鋼Info
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Description
＋【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、各種産業機械、自
動車、電子機器、化学装置等において、高強度と高耐食
性が要求される部品の素材として利用されるマルテンサ
イト系ステンレス鋼に係わり、特に冷間加工により成形
される部品の素材として好適な冷間加工性に優れた高強
度高耐食性ステンレス鋼に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来から、上記の産業分野において、高
強度と耐食性が要求される部品、例えば、各種シャフト
類、耐食軸受等の素材にはＳＵＳ４１０、ＳＵＳ４２０
Ｊ２、ＳＵＳ４４０Ｃ等のマルテンサイト系ステンレス
鋼が使用されている。一方、特開平１−２７５７３７号
公報には冷間加工性に優れた高強度ステンレス鋼が提案
されている。しかし、Ｃａの添加により被削性を向上さ
せているため、本発明鋼のようなＳを添加した鋼に比べ
て製造が困難である点で問題がある。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】上述した低Ｃ低Ｃｒ材
のＳＵＳ４１０は、Ｃ量が低いため焼入れ焼戻し状態で
もあまり高い硬度が得られない。また、低Ｃ低Ｃｒ材の
ＳＵＳ４１０等および低Ｃｒ材のＳＵＳ４２０Ｊ２等は
Ｃｒ量が低いため耐食性もあまり良くない。一方、高
Ｃ、高Ｃｒ材のＳＵＳ４４０Ｃ等は、焼入れ焼なまし状
態で高硬度が得られるが、粗大な炭化物を含み、焼なま
し状態での硬さが高いため、冷間加工性が悪い。そのた
め、ＳＵＳ４４０Ｃ等の高Ｃ高Ｃｒ材を素材として部品
に加工する場合、焼なまし状態で大部分を切削すること
により製品に近い形状まで加工し、焼入れ焼戻し後に研
削して製品形状に仕上げることが多い。さらに、ＳＵＳ
４４０Ｃ等の高Ｃ高Ｃｒ材は、Ｃｒ含有量が高いもの
の、多量の炭化物が析出するために素地のＣｒ量が減少
し、耐食性が必ずしも良くない。 【０００４】また、耐食性向上を目的としてＣｒ、Ｍｏ
等のフェライト生成元素のみを高めた場合、圧鍛後にδ
−フェライトが生じ、強度の低下を招く。さらに、ＳＵ
Ｓ６３０等の析出硬化系ステンレス鋼は高強度と高耐食
性を要求される用途に使用されるが、高価な上、析出硬
化処理状態でもあまり高い硬度が得られず、また冷間加
工性があまり良くない。このように、従来のマルテンサ
イト系ステンレス鋼は、全般に耐食性が悪く、しかも冷
間加工性や硬度に問題があった。また、析出硬化系ステ
ンレス鋼は高価である上、冷間加工性に問題があった。
しかし、これらに代わる比較的安価な材料がなく、やむ
を得ず使用しているのが現状である。 【０００５】一方、前述した特開平１−２７５７３７号
公報には冷間加工性に優れた高強度ステンレス鋼が提案
されている。しかし、Ｃａの添加により被削性を向上さ
せており、本発明鋼のようなＳを添加した鋼に比べて製
造が困難である。本発明の目的は、上述のような冷間加
工性、強度および耐食性の問題を解決し、安価で冷間加
工性に優れた高強度高耐食性ステンレス鋼を提供するこ
とである。 【０００６】 【課題を解決するための手段】本発明によるマルテンサ
イト系ステンレス鋼は、重量％で、Ｃ：０．２７〜０．
４％、Ｓｉ：０．３％以下、Ｍｎ：０．３％以下、Ｓ：
０．００５％超え０．０３０％以下、Ｃｒ：１５．０〜
１８．０％、Ｍｏ：０．５〜２．０％、Ｏ：０．００３
０％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物から
なり、かつ式（１）を満足し、焼なまし状態において優
れた冷間加工性を示す高強度高耐食性ステンレス鋼であ
る。 １．２｛２［％Ｓｉ］＋［％Ｃｒ］＋１．５［％Ｍｏ］｝−１８≦３０［％Ｃ］ ＋０．５［％Ｍｎ］≦−０．８｛２［％Ｓｉ］＋［％Ｃｒ］＋１．５［％Ｍｏ］ ｝＋３０ … （１） 【０００７】 【発明の実施の形態】Ｃ：０．２７〜０．４％、Ｃはマ
ルテンサイト系ステンレス鋼の強度を得るのに必要な元
素である。焼入れ状態で組織をマルテンサイト組織とさ
せ、これに固溶して強度を増大させる。また、焼戻しに
より炭化物を形成し、効果的な強化を示す。十分な強度
を得るため、０．２７％以上を含有する必要がある。し
かし、多量のＣを添加すると、粗大な炭化物が生成し、
また、焼なまし硬さも高くなるため、冷間加工性を害す
る。耐食性においても多量のＣ添加に伴うＣｒ炭化物の
析出は、素地のＣｒ量を減少させるため悪影響を及ぼ
す。さらに、Ｃはマルテンサイト変態点を低下させるた
め、焼入れ時にオーステナイト相が残留し、強度低下を
招く。これらのことから、Ｃの上限を０．４％とした。 【０００８】Ｓｉ：０．３％以下、Ｓｉは鋼製造時の有
効な脱酸剤である。しかし、Ｓｉは靭性を減少させ、焼
なまし硬さを高め、冷間加工性を悪化させるため、上限
を０．３％とした。 Ｍｎ：０．３％以下 Ｍｎは脱酸、脱硫剤として添加されるが、Ｓｉ同様靭性
を劣化させ、焼なまし硬さを高めるため、冷間加工性を
害し、さらに耐食性も劣化させるので、上限を０．３％
とした。 【０００９】Ｓ：０．００５％超え０．０３０％以下、
Ｓは硫化物として鋼中に分散させるとチップブレーカー
として作用し、被削性を向上させるため、０．００５％
以上の添加とした。しかし、多量の添加は熱間加工性を
劣化させるため、０．０３０％以下とする。 Ｃｒ：１５．０〜１８．０％ Ｃｒは、ステンレス鋼の基本成分であり、鋼に耐食性を
付与する極めて重要な元素である。十分な耐食性を得る
ため、Ｃｒの添加量を１５．０％以上とした。多量のＣ
ｒの添加はδ−フェライトの生成させ、強度を低下させ
るので、１８．０％以下とした。 【００１０】Ｍｏ：０．５〜２．０％ Ｍｏは不動態皮膜を非常に安定化させるため、耐食性の
向上に非常に効果的な元素である。十分な耐食性を得る
ため、Ｍｏの添加量を０．５％以上とした。しかし、Ｍ
ｏは高価であり、またδ−フェライトを生成させること
により強度の低下をまねくので、２．０％以下とした。 Ｏ：０．００３０％以下 さらに、発明者らは本発明鋼において、Ｏが凝固時に非
金属介在物を生成させるため、鋼の清浄度を害し、冷間
加工性や耐食性等を劣化させることを見出した。そのた
め、Ｏの含有量を０．００３０％以下とした。 【００１１】強度を低下させる圧鍛後のδ−フェライト
の生成量はＮｉ当量とＣｒ当量の関係により規定され、
発明者らは実験結果からδ−フェライトの生成しない各
成分の相互関係を示す式（１）を見出した。そのため、
δ−フェライトが生成しないよう、上述の各成分範囲内
で、式（１）を満足するよう各成分を調整する。 １．２｛２［％Ｓｉ］＋［％Ｃｒ］＋１．５［％Ｍｏ］｝−１８≦３０［％Ｃ］ ＋０．５［％Ｍｎ］≦−０．８｛２［％Ｓｉ］＋［％Ｃｒ］＋１．５［％Ｍｏ］ ｝＋３０ … （１） 【００１２】 【実施例】表１に示す化学成分の本発明鋼Ｎｏ．１〜９
と比較鋼Ｎｏ．１０〜１５を溶製し、鍛造して直径３０
ｍｍの素材とした。これらの素材を軟化させるため球状
化焼なましを行い、球状化焼なまし材を用いて冷間加工
性を評価した。冷間加工性は、球状化焼なまし材の硬度
の測定および冷間据込み性試験により評価した。なお、
冷間据込み性試験の測定値である限界据込み率は、試験
前の試験片高さに対する割れが発生したときの据込み量
の割合（％）を示す値である。本発明鋼Ｎｏ．１〜９の
球状化焼なまし後の硬さは、いずれも十分に低い焼なま
し硬さであり、また、限界据込み率も７５％以上の高い
値を示しており、比較鋼Ｎｏ．１５のＳＵＳ４４０Ｃに
比べて優れた冷間加工性を示している。 【００１３】次に、球状化焼なまし材に焼入れ・低温焼
戻しを施し、硬度と耐食性の評価を行った。耐食性は塩
水噴霧試験（温度３５℃、５％ＮａＣｌ水溶液、１６時
間）により評価した。評価は４段階とし、Ａは発銹が認
められなかったもの、Ｂは少し発銹が認められたもの、
Ｃはかなり発銹が認められたもの、Ｄは全面に発銹が認
められたものを示す。 【００１４】本発明鋼Ｎｏ．１〜９の焼入れ・低温焼戻
し後の硬さはいずれも５０ＨＲＣ以上であり、十分な高
硬度を示している。本発明鋼Ｎｏ．１〜９は、塩水噴霧
試験においていずれも良好な耐食性を示している。比較
鋼Ｎｏ．１０は耐食性、比較鋼Ｎｏ．１１は強度、比較
鋼Ｎｏ．１２は焼なまし硬さ、比較鋼Ｎｏ．１３〜１５
は冷間加工性と耐食性で本発明鋼に劣っている。 【００１５】 【表１】 【００１６】 【発明の効果】以上述べたように、本発明鋼は、焼なま
し状態での硬さが低く、優れた冷間加工性を備えている
ため、本発明鋼を素材として用いることにより冷間加工
で安価に部品を製造できるという利点がある。さらに、
焼入れ・焼戻し状態での硬さも高く、高強度であり、耐
食性においても従来鋼に比べて優れているため、高強度
高耐食性が要求される部品の素材として非常に適してい
る。
動車、電子機器、化学装置等において、高強度と高耐食
性が要求される部品の素材として利用されるマルテンサ
イト系ステンレス鋼に係わり、特に冷間加工により成形
される部品の素材として好適な冷間加工性に優れた高強
度高耐食性ステンレス鋼に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来から、上記の産業分野において、高
強度と耐食性が要求される部品、例えば、各種シャフト
類、耐食軸受等の素材にはＳＵＳ４１０、ＳＵＳ４２０
Ｊ２、ＳＵＳ４４０Ｃ等のマルテンサイト系ステンレス
鋼が使用されている。一方、特開平１−２７５７３７号
公報には冷間加工性に優れた高強度ステンレス鋼が提案
されている。しかし、Ｃａの添加により被削性を向上さ
せているため、本発明鋼のようなＳを添加した鋼に比べ
て製造が困難である点で問題がある。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】上述した低Ｃ低Ｃｒ材
のＳＵＳ４１０は、Ｃ量が低いため焼入れ焼戻し状態で
もあまり高い硬度が得られない。また、低Ｃ低Ｃｒ材の
ＳＵＳ４１０等および低Ｃｒ材のＳＵＳ４２０Ｊ２等は
Ｃｒ量が低いため耐食性もあまり良くない。一方、高
Ｃ、高Ｃｒ材のＳＵＳ４４０Ｃ等は、焼入れ焼なまし状
態で高硬度が得られるが、粗大な炭化物を含み、焼なま
し状態での硬さが高いため、冷間加工性が悪い。そのた
め、ＳＵＳ４４０Ｃ等の高Ｃ高Ｃｒ材を素材として部品
に加工する場合、焼なまし状態で大部分を切削すること
により製品に近い形状まで加工し、焼入れ焼戻し後に研
削して製品形状に仕上げることが多い。さらに、ＳＵＳ
４４０Ｃ等の高Ｃ高Ｃｒ材は、Ｃｒ含有量が高いもの
の、多量の炭化物が析出するために素地のＣｒ量が減少
し、耐食性が必ずしも良くない。 【０００４】また、耐食性向上を目的としてＣｒ、Ｍｏ
等のフェライト生成元素のみを高めた場合、圧鍛後にδ
−フェライトが生じ、強度の低下を招く。さらに、ＳＵ
Ｓ６３０等の析出硬化系ステンレス鋼は高強度と高耐食
性を要求される用途に使用されるが、高価な上、析出硬
化処理状態でもあまり高い硬度が得られず、また冷間加
工性があまり良くない。このように、従来のマルテンサ
イト系ステンレス鋼は、全般に耐食性が悪く、しかも冷
間加工性や硬度に問題があった。また、析出硬化系ステ
ンレス鋼は高価である上、冷間加工性に問題があった。
しかし、これらに代わる比較的安価な材料がなく、やむ
を得ず使用しているのが現状である。 【０００５】一方、前述した特開平１−２７５７３７号
公報には冷間加工性に優れた高強度ステンレス鋼が提案
されている。しかし、Ｃａの添加により被削性を向上さ
せており、本発明鋼のようなＳを添加した鋼に比べて製
造が困難である。本発明の目的は、上述のような冷間加
工性、強度および耐食性の問題を解決し、安価で冷間加
工性に優れた高強度高耐食性ステンレス鋼を提供するこ
とである。 【０００６】 【課題を解決するための手段】本発明によるマルテンサ
イト系ステンレス鋼は、重量％で、Ｃ：０．２７〜０．
４％、Ｓｉ：０．３％以下、Ｍｎ：０．３％以下、Ｓ：
０．００５％超え０．０３０％以下、Ｃｒ：１５．０〜
１８．０％、Ｍｏ：０．５〜２．０％、Ｏ：０．００３
０％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物から
なり、かつ式（１）を満足し、焼なまし状態において優
れた冷間加工性を示す高強度高耐食性ステンレス鋼であ
る。 １．２｛２［％Ｓｉ］＋［％Ｃｒ］＋１．５［％Ｍｏ］｝−１８≦３０［％Ｃ］ ＋０．５［％Ｍｎ］≦−０．８｛２［％Ｓｉ］＋［％Ｃｒ］＋１．５［％Ｍｏ］ ｝＋３０ … （１） 【０００７】 【発明の実施の形態】Ｃ：０．２７〜０．４％、Ｃはマ
ルテンサイト系ステンレス鋼の強度を得るのに必要な元
素である。焼入れ状態で組織をマルテンサイト組織とさ
せ、これに固溶して強度を増大させる。また、焼戻しに
より炭化物を形成し、効果的な強化を示す。十分な強度
を得るため、０．２７％以上を含有する必要がある。し
かし、多量のＣを添加すると、粗大な炭化物が生成し、
また、焼なまし硬さも高くなるため、冷間加工性を害す
る。耐食性においても多量のＣ添加に伴うＣｒ炭化物の
析出は、素地のＣｒ量を減少させるため悪影響を及ぼ
す。さらに、Ｃはマルテンサイト変態点を低下させるた
め、焼入れ時にオーステナイト相が残留し、強度低下を
招く。これらのことから、Ｃの上限を０．４％とした。 【０００８】Ｓｉ：０．３％以下、Ｓｉは鋼製造時の有
効な脱酸剤である。しかし、Ｓｉは靭性を減少させ、焼
なまし硬さを高め、冷間加工性を悪化させるため、上限
を０．３％とした。 Ｍｎ：０．３％以下 Ｍｎは脱酸、脱硫剤として添加されるが、Ｓｉ同様靭性
を劣化させ、焼なまし硬さを高めるため、冷間加工性を
害し、さらに耐食性も劣化させるので、上限を０．３％
とした。 【０００９】Ｓ：０．００５％超え０．０３０％以下、
Ｓは硫化物として鋼中に分散させるとチップブレーカー
として作用し、被削性を向上させるため、０．００５％
以上の添加とした。しかし、多量の添加は熱間加工性を
劣化させるため、０．０３０％以下とする。 Ｃｒ：１５．０〜１８．０％ Ｃｒは、ステンレス鋼の基本成分であり、鋼に耐食性を
付与する極めて重要な元素である。十分な耐食性を得る
ため、Ｃｒの添加量を１５．０％以上とした。多量のＣ
ｒの添加はδ−フェライトの生成させ、強度を低下させ
るので、１８．０％以下とした。 【００１０】Ｍｏ：０．５〜２．０％ Ｍｏは不動態皮膜を非常に安定化させるため、耐食性の
向上に非常に効果的な元素である。十分な耐食性を得る
ため、Ｍｏの添加量を０．５％以上とした。しかし、Ｍ
ｏは高価であり、またδ−フェライトを生成させること
により強度の低下をまねくので、２．０％以下とした。 Ｏ：０．００３０％以下 さらに、発明者らは本発明鋼において、Ｏが凝固時に非
金属介在物を生成させるため、鋼の清浄度を害し、冷間
加工性や耐食性等を劣化させることを見出した。そのた
め、Ｏの含有量を０．００３０％以下とした。 【００１１】強度を低下させる圧鍛後のδ−フェライト
の生成量はＮｉ当量とＣｒ当量の関係により規定され、
発明者らは実験結果からδ−フェライトの生成しない各
成分の相互関係を示す式（１）を見出した。そのため、
δ−フェライトが生成しないよう、上述の各成分範囲内
で、式（１）を満足するよう各成分を調整する。 １．２｛２［％Ｓｉ］＋［％Ｃｒ］＋１．５［％Ｍｏ］｝−１８≦３０［％Ｃ］ ＋０．５［％Ｍｎ］≦−０．８｛２［％Ｓｉ］＋［％Ｃｒ］＋１．５［％Ｍｏ］ ｝＋３０ … （１） 【００１２】 【実施例】表１に示す化学成分の本発明鋼Ｎｏ．１〜９
と比較鋼Ｎｏ．１０〜１５を溶製し、鍛造して直径３０
ｍｍの素材とした。これらの素材を軟化させるため球状
化焼なましを行い、球状化焼なまし材を用いて冷間加工
性を評価した。冷間加工性は、球状化焼なまし材の硬度
の測定および冷間据込み性試験により評価した。なお、
冷間据込み性試験の測定値である限界据込み率は、試験
前の試験片高さに対する割れが発生したときの据込み量
の割合（％）を示す値である。本発明鋼Ｎｏ．１〜９の
球状化焼なまし後の硬さは、いずれも十分に低い焼なま
し硬さであり、また、限界据込み率も７５％以上の高い
値を示しており、比較鋼Ｎｏ．１５のＳＵＳ４４０Ｃに
比べて優れた冷間加工性を示している。 【００１３】次に、球状化焼なまし材に焼入れ・低温焼
戻しを施し、硬度と耐食性の評価を行った。耐食性は塩
水噴霧試験（温度３５℃、５％ＮａＣｌ水溶液、１６時
間）により評価した。評価は４段階とし、Ａは発銹が認
められなかったもの、Ｂは少し発銹が認められたもの、
Ｃはかなり発銹が認められたもの、Ｄは全面に発銹が認
められたものを示す。 【００１４】本発明鋼Ｎｏ．１〜９の焼入れ・低温焼戻
し後の硬さはいずれも５０ＨＲＣ以上であり、十分な高
硬度を示している。本発明鋼Ｎｏ．１〜９は、塩水噴霧
試験においていずれも良好な耐食性を示している。比較
鋼Ｎｏ．１０は耐食性、比較鋼Ｎｏ．１１は強度、比較
鋼Ｎｏ．１２は焼なまし硬さ、比較鋼Ｎｏ．１３〜１５
は冷間加工性と耐食性で本発明鋼に劣っている。 【００１５】 【表１】 【００１６】 【発明の効果】以上述べたように、本発明鋼は、焼なま
し状態での硬さが低く、優れた冷間加工性を備えている
ため、本発明鋼を素材として用いることにより冷間加工
で安価に部品を製造できるという利点がある。さらに、
焼入れ・焼戻し状態での硬さも高く、高強度であり、耐
食性においても従来鋼に比べて優れているため、高強度
高耐食性が要求される部品の素材として非常に適してい
る。
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フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平８−193249（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−264194（ＪＰ，Ａ)
特開 平11−106869（ＪＰ，Ａ)
特開 昭59−205450（ＪＰ，Ａ)
特開 平１−275737（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−156255（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C22C 38/00 - 38/60
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 重量％で、 Ｃ：０．２７〜０．４％、 Ｓｉ：０．３％以下、 Ｍｎ：０．３％以下、 Ｓ：０．００５％超え０．０３０％以下、 Ｃｒ：１５．０〜１８．０％、 Ｍｏ：０．５〜２．０％、 Ｏ：０．００３０％以下を含有し、 残部がＦｅおよび不可避不純物からなり、かつ式（１）
を満足し、焼なまし状態において優れた冷間加工性を有
することを特徴とする冷間加工性に優れた高強度高耐食
性ステンレス鋼。 １．２｛２［％Ｓｉ］＋［％Ｃｒ］＋１．５［％Ｍｏ］｝−１８≦３０［％Ｃ］ ＋０．５［％Ｍｎ］≦−０．８｛２［％Ｓｉ］＋［％Ｃｒ］＋１．５［％Ｍｏ］ ｝＋３０ … （１）
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15568998A JP3501946B2 (ja) | 1998-06-04 | 1998-06-04 | 冷間加工性に優れた高強度高耐食性ステンレス鋼 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15568998A JP3501946B2 (ja) | 1998-06-04 | 1998-06-04 | 冷間加工性に優れた高強度高耐食性ステンレス鋼 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11350092A JPH11350092A (ja) | 1999-12-21 |
| JP3501946B2 true JP3501946B2 (ja) | 2004-03-02 |
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ID=15611404
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15568998A Expired - Fee Related JP3501946B2 (ja) | 1998-06-04 | 1998-06-04 | 冷間加工性に優れた高強度高耐食性ステンレス鋼 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3501946B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7267702B2 (ja) * | 2018-09-27 | 2023-05-02 | 日鉄ステンレス株式会社 | 冷間加工性に優れる高硬度・高耐食性用途のマルテンサイト系ステンレス鋼である棒鋼及びその製造方法 |
-
1998
- 1998-06-04 JP JP15568998A patent/JP3501946B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH11350092A (ja) | 1999-12-21 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
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| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20031203 |
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