JP3887912B2 - 冷間塑性加工性に優れた高耐食・高寿命ステンレス鋼 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、精密機器、産業機械、医療機器等々の各種機器においてとくに耐食性と耐摩耗性（高寿命）が要求される部品の素材として好適に利用されるステンレス鋼において冷間鍛造等の冷間塑性加工性をさらに改善した、冷間塑性加工性に優れた高耐食・高寿命ステンレス鋼に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
精密機器、産業機械、医療機器等々の各種機器においてとくに耐食性と耐摩耗性（高寿命）が要求される部品の素材として、Ｃ含有量が０．５０重量％以上の炭素鋼を使用し、この炭素鋼を用いて適宜成形した素材に熱処理を施したあとＣｒめっきすることもあった。
【０００３】
さらに、メインテナンスフリー化をはかるためにステンレス鋼（ＳＵＳ４４０Ｃ，４２０Ｊ２等）を素材として用い、加工工程の合理化をはかるために全切削加工から冷間塑性加工に変えることも考えられたが、この種のステンレス鋼では冷間塑性加工性があまり良くないと共に耐食性も十分でなく、苛酷な環境下での寿命もさほど良くないと共に高周波焼入れ性はあまり良好でないという問題点を有していた。したがって、このような問題点を解消することが課題としてあった。
【０００４】
【発明の目的】
本発明は、このような従来の課題にかんがみてなされたものであって、焼なまし状態での硬さがＨＲＢ９４以下であって冷間塑性加工性に優れていると共に、焼入れ焼もどしや高周波焼入れ後の硬さがＨＲＣ５８以上であって耐摩耗性に優れ、耐食性はＳＵＳ４４０Ｃと同等以上であり、転動寿命についても苛酷な環境下でＳＵＳ４４０Ｃと同等以上であり、高周波焼入れ性については同一の焼入れ条件において有効硬化層深さが大となる冷間塑性加工性に優れた高耐食・高寿命ステンレス鋼を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる冷間塑性加工性に優れた高耐食・高寿命ステンレス鋼は、請求項１に記載しているように、質量％で、Ｃ：０．５３〜０．６５％、Ｓｉ：０．１５％以下、Ｍｎ：０．３０％以下、Ｐ：０．０２５％以下、Ｓ：０．０２０％以下、Ｎｉ：０．３０％以下、Ｃｒ：１０〜２０％、Ｎ：０．０５〜０．２０％、残部Ｆｅおよび不純物よりなるものとしたことを特徴としている。
【０００６】
そして、本発明に係わる冷間塑性加工性に優れた高耐食・高寿命ステンレス鋼の実施態様においては、請求項２に記載しているように、Ｂ：０．０００５〜０．０１００％含有すると共にＴｉ：０．００１％以下に規制したものとすることができる。
【０００７】
同じく、本発明に係わる冷間塑性加工性に優れた高耐食・高寿命ステンレス鋼の実施態様においては、請求項３に記載しているように、Ｍｏ：０．０５〜０．５０％含有するものとすることができる。
【０００８】
【発明の作用】
発明に係わる冷間塑性加工性に優れた高耐食・高寿命ステンレス鋼の成分組成（質量％）の限定理由について説明する。
【０００９】
Ｃは本発明ステンレス鋼の焼入れ焼もどし後の硬さをＨＲＣ５８以上とすることができるように硬さの下限を確保するために０．５３％以上とした。しかし、Ｃ含有量が多くなると粗大な炭化物が形成されやすくなって冷間塑性加工性が低下することとなるのでＳＵＳ４４０Ｃ対比でこれよりもさらに低減することとして０．６５％以下とした。
【００１０】
Ｓｉは鋼の脱酸剤として有用な元素であるが、冷間塑性加工性を向上させるためにＳＵＳ４４０Ｃ対比でこれよりもさらに低減することとして０．１５％以下とした。
【００１１】
ＭｎはＳｉと同じく鋼の脱酸剤として有用な元素であるが、冷間塑性加工性を向上させるためにＳＵＳ４４０Ｃ対比でこれよりもさらに低減することとして０．３０％以下とした。
【００１２】
Ｐは粒界に偏析して延性を低下させる元素であるので、０．０２５％以下とした。
【００１３】
Ｓ含有量が多いと冷間塑性加工性を低下させるので良好なる冷間塑性加工性を確保するために０．０２０％以下とした。
【００１４】
Ｎｉは変形抵抗を増大して冷間塑性加工性を低下させるのでＳＵＳ４４０Ｃ対比でこれよりもさらに低減させることとして０．３０％以下とした。
【００１５】
Ｃｒは本発明ステンレス鋼の耐食性を向上させるのに有用な元素であるので１０％以上とした。しかし、Ｃｒ含有量が多すぎると共晶炭化物が粗大化して転動寿命に悪影響を及ぼすので２０％以下とした。
【００１６】
Ｎは本発明ステンレス鋼の耐食性を向上させるのに有効であると共に、焼入れ焼もどし後の硬さをＨＲＣ５８以上とするのにも有用な元素であるので０．０５％以上としているが、多すぎると残留オーステナイトをマルテンサイトに変態させることができがたくなって硬さを低下させることにより耐摩耗性を劣化させると共に、固溶がむつかしくなるので０．２０％以下とした。
【００１７】
Ｂは焼入れ焼もどし後や高周波焼入れ後の残留オーステナイトの増加による苛酷環境下（例えば、加工現場でのダライ粉などのゴミ環境下）での転動寿命の向上に寄与する元素であるので必要に応じて０．０００５％以上含有させることができるが、多すぎると熱間加工性を低下させるので０．０１００％以下とした。
【００１８】
Ｔｉは多量に含有すると窒化物を形成し、転動寿命特性に悪影響を及ぼすので０．００１％以下に規制した。
【００１９】
Ｍｏは本発明ステンレス鋼の耐食性をさらに向上させるのに有用な元素であるので必要に応じて０．０５％以上含有させることができるが、多すぎると熱間加工性を害することとなるので０．５０％以下とするのがよい。
【００２０】
【実施例】
（実施例１）表１に示す化学成分組成のステンレス鋼を溶製したのち造塊し、熱間鍛造によって直径３０ｍｍφの鍛造材に加工し、さらに８５０℃×３ｈｒの焼なましを施したあと２０ｍｍ×１０ｍｍ×３０ｍｍの供試材に加工した。その後、図１に示すように、（１）１０５０℃ソルト焼入れ、（２）１０５０℃ソルト焼入れ→１５０℃焼もどし、（３）１１７５℃高周波焼入れ→１５０℃焼もどし、（４）１２３０℃高周波焼入れ→１５０℃焼もどし、の熱処理を行って、鋼中の残留オーステナイト量を測定した。この結果を図１に示す。
【００２１】
【表１】

【００２２】
図１に示すように、ソルト焼入れを行うことによって鋼中の残留オーステナイト量をおよそ１０〜１５％程度とすることができ、とくに、Ｂの適量含有とＴｉの規制および高温での高周波焼入れによって、残留オーステナイト量をおよそ３０〜３５％近くにまで増加させることができ、（高周波）焼入れ（焼もどし）後の残留オーステナイト量の増加によって適度に軟化したものとして初期なじみ性を良好なものとすることができ、使用中の加工硬化によりマルテンサイトに変態させることによって耐摩耗性が向上し、寿命が延長されたもの（軸受等）にすることが可能であった。
【００２３】
（実施例２）表２に示す化学成分組成のステンレス鋼を溶製したのち２５ｍｍφ×１００ｍｍ角の供試材を用意し、８５０℃×３ｈｒの焼なましを行って、焼なまし後の硬さ、高周波焼入れ後の硬さ、高周波焼入れ後の有効硬化層深さ、焼入れ焼もどし後の硬さを測定し、また、圧縮試験によって割れが発生する圧縮率を求めることにより冷間塑性加工性を評価し、さらには、耐食性（塩水噴霧）および転動寿命（転動疲労特性）を評価した。これらの結果を表３に示す。
【００２４】
【表２】

【００２５】
【表３】

【００２６】
表２および表３に示すように、本発明実施例Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４，Ｎｏ．７〜Ｎｏ．１０では、いずれも、焼なまし後の硬さがＨＲＢ９４以下であるため、冷間塑性加工性に優れたものであった。一方、比較例Ｎｏ．１では、焼なまし後の硬さが高く、冷間塑性加工性に劣るものであった。また、比較例Ｎｏ．２では、Ｃ含有量が少ないため、焼なまし後の硬さは低いものの、焼入れ焼もどし硬さをＨＲＣ５８以上とすることができず、転動疲労特性に劣るものであった。さらにまた、比較例Ｎｏ．３では、焼なまし後の硬さが高く、冷間塑性加工性に劣るものであった。さらにまた、比較例Ｎｏ．２，３では、耐食性にも劣るものであった。
【００２７】
さらに、本発明実施例Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４，Ｎｏ．７〜Ｎｏ．１０では、いずれも、高周波焼入れ後の硬化層深さが４ｍｍ以上であり、耐食性が良好であると共に、転動疲労特性にも優れたものであった。
【００２８】
【発明の効果】
本発明による冷間塑性加工性に優れた高耐食・高寿命ステンレス鋼では、請求項１に記載しているように、質量％で、Ｃ：０．５３〜０．６５％、Ｓｉ：０．１５％以下、Ｍｎ：０．３０％以下、Ｐ：０．０２５％以下、Ｓ：０．０２０％以下、Ｎｉ：０．３０％以下、Ｃｒ：１０〜２０％、Ｎ：０．０５〜０．２０％、残部Ｆｅおよび不純物よりなるものとしたから、焼なまし状態での硬さを低いものとすることが可能であって冷間塑性加工性に優れたものとすることができ、焼入れ焼もどしや高周波焼入れ後の硬さを大なるものとすることが可能であって耐摩耗性に優れたものにすることができ、耐食性も良好なものとすることが可能であり、転動寿命についても優れたものにすることが可能であるという著大なる効果がもたらされる。
【００２９】
そして、請求項２に記載しているように、Ｂ：０．０００５〜０．０１００％含有すると共にＴｉ：０．００１％以下に規制したものとすることによって、焼入れ焼もどしや高周波焼入れ後の残留オーステナイト量を増加させることが可能であってダライ粉等が存在する苛酷な条件下においても初期なじみ性を良好なものとすることができることにより転動寿命のさらなる延長を得ることが可能であるという著大なる効果がもたらされる。
【００３０】
また、請求項３に記載しているように、Ｍｏ：０．０５〜０．５０％含有するものとなすことによって、耐食性をより一層改善することが可能であるという著大なる効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 各鋼種の焼入れ方法の違いによる残留オーステナイト量を測定した結果を示すグラフである。

Claims (3)

1. 質量％で、Ｃ：０．５３〜０．６５％、Ｓｉ：０．１５％以下、Ｍｎ：０．３０％以下、Ｐ：０．０２５％以下、Ｓ：０．０２０％以下、Ｎｉ：０．３０％以下、Ｃｒ：１０〜２０％、Ｎ：０．０５〜０．２０％、残部Ｆｅおよび不純物よりなることを特徴とする冷間塑性加工性に優れた高耐食・高寿命ステンレス鋼。
2. Ｂ：０．０００５〜０．０１００％含有すると共にＴｉ：０．００１％以下に規制した請求項１に記載の冷間塑性加工性に優れた高耐食・高寿命ステンレス鋼。
3. Ｍｏ：０．０５〜０．５０％含有する請求項１または２に記載の冷間塑性加工性に優れた高耐食・高寿命ステンレス鋼。

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