JP3769399B2

JP3769399B2 - 冷間加工性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼線の安価製造方法

Info

Publication number: JP3769399B2
Application number: JP32779898A
Authority: JP
Inventors: 光司高野; 公一吉村; 博道福間; 考至松井
Original assignee: Nippon Steel and Sumikin Stainless Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel and Sumikin Stainless Steel Corp
Priority date: 1998-11-18
Filing date: 1998-11-18
Publication date: 2006-04-26
Anticipated expiration: 2018-11-18
Also published as: JP2000144246A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷間加工用のマルテンサイト系ステンレス鋼線の安価製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば特開平１−１７６０５３号公報、特開平２−３１０３４２号公報に示されているように冷間加工用のマルテンサイト系ステンレス線材は熱間圧延後、バッチ焼鈍炉にて完全焼鈍および恒温変態焼鈍を実施し、フェライトと球状炭窒化物に完全に分解し、十分に軟質化した後に所定のサイズまで冷間伸線加工を施し、続いてバッチ焼鈍炉にて完全焼鈍や低温焼鈍、またはストランド焼鈍を実施し、冷間加工用のステンレス鋼線にしてきた。そして、その後、例えば冷間鍛造によりねじ等の製品に冷間加工してきた。
【０００３】
しかしながら、マルテンサイト系ステンレス線材は冷間加工用の鋼線を製造するまでに１回ないし、２回の長時間のバッチ式の焼鈍を必要とし、製造コストに占める焼鈍費の割合が高かった。
この時、Ｎｉを含有しているものはＡｃ１温度が低く、また、ＮやＭｏが含有すると変態が遅延するため、バッチ焼鈍時間が長くなり、特に焼鈍費用が高くなっていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明はこれらの課題を解決し、従来よりも大幅に焼鈍費用を低減し、冷間加工性に優れたステンレス鋼線を安価に提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するために種々検討した結果、マルテンサイト系ステンレス鋼において、マトリックスの成分を限定し、かつ、最適な熱加工処理を施すことで、冷間加工性に優れるマルテンサイト系ステンレス鋼線を安価に得ることを見い出した。
本発明は、この知見に基づいてなされた。
（１）重量％で、
Ｃ：０．０５〜０．４０％、Ｃｒ：１０〜１６％、
Ｎ：０．００５〜０．１５％、Ｍｏ：０．００５〜３．０％
を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなるマルテンサイト系ステンレス鋼の熱間圧延材を、組織がマルテンサイトを含むフェライトと球状炭窒化物となり、かつ引張強さが６００Ｎ／mm2 〜１２００Ｎ／mm2 になるように焼鈍温度が６５０〜８００℃で１時間以内の連続焼鈍を施し、続いて冷間加工し、続いて組織がフェライトと球状炭窒化物となり、かつ６００Ｎ／mm2 以下の引張強さになるように焼鈍温度が６５０〜１０００℃で２時間以内の仕上焼鈍することを特徴とする冷間加工性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼線の安価製造方法。
（２）冷間加工の減面率を３０％以上とすることを特徴とする前記（１）記載の冷間加工性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼線の安価製造方法。
【０００６】
【発明の実施の形態】
先ず、本発明のマトリックスの鋼の成分範囲について述べる。
Ｃは製品で焼入れ強化するために、０．０５％以上のものに限定した。しかしながら、０．４０％超のマルテンサイト系ステンレス鋼ではマトリックス中にマルテンサイトが残存したままで冷間加工するのが困難であり、本発明方法を適用できないため、上限を０．４０％に限定した。冷間伸線性の観点から、好ましくは、０．０５％以上、０．２０％以下が望ましい。
【０００７】
Ｃｒはマルテンサイト系ステンレス鋼を得るために１０％以上、１６％以下に限定した。冷間伸線性の観点から、好ましくは、１１％以上、１４％以下が望ましい。
【０００８】
削除
【０００９】
Ｎは製品で焼入れ強化および耐食性を向上するために、０．００５％以上添加する。しかしながら、０．１５％を超えるとブローホールが発生し、製造性を著しく劣化させるため、上限を０．１５％に限定した。好ましくは、０．０１％以上、０．１２％以下が望ましい。
【００１０】
Ｍｏは製品の耐食性を向上するために、０．００５％以上添加する。しかしながら、３％を超えるとその効果は飽和するし、経済的でない。そのため、上限を３％に限定した。好ましくは、０．５％以上、２．５％以下が好ましい。
【００１１】
次に本発明の製造方法について述べる。
炭素鋼のマルテンサイト組織は、そのままで焼鈍を施すと再結晶せずに十分に軟化しないが、冷間加工を施し、マルテンサイト組織を崩して焼鈍を施すと再結晶する特性を有する。本発明はこの特性をマルテンサイト系ステンレス鋼に応用したものである。
【００１２】
すなわち、マルテンサイト系ステンレス鋼の熱間圧延材はマルテンサイト組織を呈しており、冷間伸線加工等を施し、焼鈍を施すと再結晶すると考えられる。
しかしながら、１００％マルテンサイト組織ままでは冷間伸線加工が困難である。そのため、簡易的な焼鈍でマルテンサイト組織を含むフェライトと球状炭窒化物にし、１００％マルテンサイト組織よりも軟質化した後に冷間伸線加工を施す。
ここで、簡易的な焼鈍とは、図１に示すように（ａ）バッチ炉での短時間の恒温変態焼鈍、（ｂ）バッチ炉での完全焼鈍（短時間の徐冷）、（ｃ）熱間圧延後の約６５０〜８００℃の短時間の連続焼鈍、（ｄ）熱間圧延後のポット徐冷（短時間の徐冷）を言い、短時間とは１時間以内をいう。これらいずれの処理においても、処理後の組織は、完全にフェライトと球状炭化物とはならず、マルテンサイト組織を含むフェライトと球状炭窒化物からなる状態を呈する。
本発明における中間焼鈍とはこれらの簡易的な焼鈍のことをいう。
【００１３】
このような中間焼鈍を施した材料は、その後に冷間伸線加工を施すため、引張強さを６００Ｎ／mm2 〜１２００Ｎ／mm2 に限定する。好ましくは引張強さを６００Ｎ／mm2 〜１０００Ｎ／mm2 が望ましい。
【００１４】
その後、冷間伸線加工を施すが、ここで冷間加工の減面率が３０％未満ではその後の焼鈍時に再結晶が促進されず、十分に軟化しないため、本発明における冷間加工の減面率は３０％以上とすることが好ましい。さらに好ましくは、４０％以上、８０％以下とするとよい。
【００１５】
冷間伸線加工後、仕上焼鈍を施す。ここで仕上焼鈍は、例えば、バッチ炉にて完全焼鈍、恒温変態焼鈍、低温焼鈍またはストランド炉にて低温焼鈍を実施することによって行う。この時、仕上焼鈍温度が６５０℃未満では組織が十分に再結晶しないため、十分に軟質化しない。逆に１０００℃超に加熱すると、炉寿命等の観点から経済的でない。そのため、焼鈍温度は６５０℃〜１０００℃とすることが好ましい。さらに好ましくは、７００℃以上、９００℃以下とするとよい。
【００１６】
ここで、仕上焼鈍後の鋼線の組織中にマルテンサイトが残存していたり、また、焼戻しマルテンサイト組織（ラス間上に棒状炭窒化物が析出）が存在すると、引張強さが６００Ｎ／mm2 超となり冷間鍛造等の高冷間加工が不可能となる。そのため、鋼線の組織がフェライトと球状炭窒化物からなり、かつ引張強さ６００Ｎ／mm2 以下となるように仕上焼鈍しなければならない。
【００１７】
【実施例】
以下に本発明の実施例について説明する。
表１に実施例の用いたマルテンサイト系ステンレス鋼の化学成分を示す。表２に、実施例の製造条件と材質を示す。
【００１８】
【表１】

【００１９】
【表２】

【００２０】
鋼Ａ〜ＩはＮｉが添加されていないマルテンサイト系ステンレス鋼の組織に影響を及ぼすＣｒ量と焼入れ及び焼戻し強度に影響を及ぼすＣ量を変化させたものである。鋼Ｊ〜Ｍは更にＭｏ、Ｎを添加させたものである。
【００２１】
削除
【００２２】
これらの鋼は通常のステンレス鋼の溶銑方法でビレットを製造し、線材圧延を行った。
鋼Ａ〜Ｌは線材圧延直後に(1) ポット徐冷を実施するか、または、(2) 簡易的な短時間の連続焼鈍を行った。また、比較として通常、約７時間のバッチ炉の占有で行う完全焼鈍も実施した。その後、線材の引張強さを測定した。その後、引き続き、冷間伸線加工−焼鈍を行い、鋼線にした。鋼線についても引張強さを測定した。
【００２３】
引張強さはＪＩＳＺ２２０１に基づき、３００mm長さで引張試験を実施し、引張強さを測定した。
【００２４】
鋼Ａ〜Ｌの線材の焼鈍条件、冷間伸線加工率、鋼線の焼鈍条件と線材および鋼線の引張強さの測定結果を表２に示す。
比較例Ｎｏ．１３、１４、１６、１９、２１、２４、２６は従来の方法で線材のバッチ焼鈍を施し、鋼線を製造した例である。これらの線材は約７時間のバッチ焼鈍炉を占有し、焼鈍を施したものであり、線材の引張強さは６００Ｎ／mm2 以下に十分軟化しており、また、フェライトと球状炭窒化物の組織を呈している。また、冷間伸線加工を施し、焼鈍を施した後の鋼線も６００Ｎ／mm2 以下と十分軟化しており、フェライトと球状炭窒化物の組織を呈している。
【００２５】
一方、本発明例Ｎｏ．１〜１０は線材圧延直後に簡略的な数分の連続焼鈍で引張強さが６００〜１２００Ｎ／mm2 と高く、マルテンサイト、フェライト、球状炭窒化物の３相組織を呈しているが、その後、３０％以上の冷間伸線加工と６５０〜１０００℃で焼鈍を施すことで、鋼線の引張強さが上述した従来のものと変わらなず６００Ｎ／mm2 以下に軟質しており、かつ、フェライトと球状炭窒化物の組織になる。
【００２６】
しかしながら、比較例Ｎｏ．１５およびＮｏ．１８は冷間伸線率が３０％未満のため、鋼線の引張強さが６００Ｎ／mm2 を超えており、焼戻しマルテンサイトが存在しており、十分軟質化していない。
また、比較例Ｎｏ．１７は鋼線の焼鈍温度が６５０℃未満であるため、鋼線の引張強さが６００Ｎ／mm2 を超えており、焼戻しマルテンサイトが存在しており、十分軟質化していない。
比較例Ｎｏ．２０は線材の引張強さが１２００Ｎ／mm2 を超えており、冷間伸線中に断線が発生し、冷間伸線性に劣る。
比較例Ｎｏ．２２はＣ量（％）が０．４％を超えており、簡易焼鈍では冷間伸線加工中に断線が発生し、冷間伸線性に劣る。
比較例Ｎｏ．１１は単時間の連続焼鈍で軟質化し、また、Ｃｒ含有量が低く耐食性が低いため、経済的効果がない比較例を示した。
比較例Ｎｏ．１２は単時間の連続焼鈍で軟質化するため、本発明の経済的効果が小さい比較例を示した。
また、比較例Ｎｏ．２５は鋼線の強度が６００Ｎ／mm2 以下となり、本発明の効果が得られるが、Ｍｏ量（％）が高く、経済性に劣る。
また、比較例Ｎｏ．２７はＮ量（％）が高く、気泡が発生し、製造性に劣る。
以上、Ｎｉを含有しないマルテンサイト系ステンレス鋼において、本発明例の安価製造方法の効果を確認できた。
【００２７】
削除
【００２８】
削除
【００２９】
削除
【００３０】
削除
【００３１】
削除
【００３２】
【発明の効果】
以上の実施例から明らかなように冷間加工用のマルテンサイト系ステンレス鋼線を安価に提供することが可能であり、産業上極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】線材の簡易的な焼鈍例の模式図を示す。

Claims

重量％で、
Ｃ：０．０５〜０．４０％、
Ｃｒ：１０〜１６％、
Ｎ：０．００５〜０．１５％、
Ｍｏ：０．００５〜３．０％
を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなるマルテンサイト系ステンレス鋼の熱間圧延材を、組織がマルテンサイトを含むフェライトと球状炭窒化物となり、かつ引張強さが６００Ｎ／mm2 〜１２００Ｎ／mm2 になるように焼鈍温度が６５０〜８００℃で１時間以内の連続焼鈍を施し、続いて冷間加工し、続いて組織がフェライトと球状炭窒化物となり、かつ６００Ｎ／mm2 以下の引張強さになるように焼鈍温度が６５０〜１０００℃で２時間以内の仕上焼鈍することを特徴とする冷間加工性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼線の安価製造方法。
冷間加工の減面率を３０％以上とすることを特徴とする請求項１記載の冷間加工性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼線の安価製造方法。