JP4857811B2 - 刃物用鋼 - Google Patents
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したがって、熱処理後に要求される硬さを得るためには、冷延焼鈍板中の炭化物の密度と共に、炭化物の大きさを制御する必要がある。
C:0.20〜1.0mass%
Cは、マルテンサイト中に固溶して、鋼の硬さを高める効果があり、本発明においては重要な元素である。その効果は、0.20mass%以上で発現する。しかし、過剰に添加すると、耐食性を低下させるので、上限は1.0mass%とする。好ましくは0.90mass%以下である。
Siは、脱酸剤として添加される元素であり、0.10mass%以上添加する必要がある。しかし、過剰な添加は、鋼の脆化を招くため、1.0mass%以下とする。好ましくは0.80mass%以下である。
Mnは、Siと同様、脱酸剤として、また、鋼の高強度化のために添加される元素であり、0.10mass%以上添加する必要がある。しかし、過剰に添加すると、粗大なMnSを形成して成形性や耐食性を低下させるため、上限は1.0mass%とする。
Crは、耐食性を向上させるための重要な元素であり、本発明が所望とする耐食性を得るためには、12.0mass%以上の添加が必要である。ただし、過剰に添加すると、オーステナイト化する温度域において、炭化物を形成して固溶C量を減少させ、硬さの低下を招く原因となる。よって、上限を14.0mass%とする。
Nは、析出する炭化物の数を増加する効果を有するため、本発明においては、Cと並んで、炭化物の分布状態を制御するために重要な元素であり、0.005mass%以上含有させる必要がある。しかし、Nは、Crと窒化物を形成して、有効Cr量を減少させる。また、窒化物が多量に存在する場合には、析出する炭化物の密度が増加し過ぎて、炭化物の平均径が小さくなる。よって、Nの過剰の含有は好ましくなく、上限を0.070mass%とする。好ましくは0.060mass%以下である。
Mo:0.05〜5.0mass%
Moは、鋼に固溶して耐食性を高める効果がある元素であり、この効果を得るためには0.05mass%以上の添加が好ましい。しかし、過剰に添加すると、成形性が低下する他、原料コストの増大も招くため、5.00mass%以下とするのが好ましい。より好ましくは0.10〜4.0mass%の範囲である。
Wは、Moと同様、鋼に固溶して耐食性を高める効果を有する。この効果は0.05mass%以上の添加で認められる。しかし、過剰に添加すると、成形性が低下する他、原料コストの増大も招くため、5.00mass%以下が好ましい。より好ましくは0.10〜4.0mass%の範囲である。
本発明の鋼は、CおよびNの量を、上述した適正範囲に制御することにより、焼鈍後における炭化物の分布状態を、以下に説明するような適正範囲に制御することができるところに特徴がある。これによって、製品形状に加工後に施す熱処理条件の好適範囲が拡がり、サブゼロ処理の省略も可能となる。
直径0.1μm以上の炭化物の分布密度:100μm2当たり50〜130個、平均径:0.3〜1.0μm
冷間圧延後、仕上焼鈍された状態において、鋼中に存在する炭化物は、その後の熱処理でオーステナイト域に加熱される際に溶解して、固溶C量を増加させ、焼入れ後の硬さを上昇させる効果を有する。しかし、炭化物の分布密度が非常に小さい場合、あるいは炭化物の平均径が非常に大きい場合には、炭化物の溶解量が少なくなってオーステナイト中の固溶C量が不足し、所望の硬さを得られなくなる。よって、炭化物の分布密度は100μm2当たり50個以上、平均径は1.0μm以下とする必要がある。一方、炭化物の分布密度が非常に大きい場合、あるいは炭化物の平均径が非常に小さい場合には、炭化物の溶解量が多くなって固溶C量が過剰となり、焼入れ後の残留オーステナイトの量が増加して、所望の硬さを得られなくなる。したがって、炭化物の分布密度を100μm2当たり130個以下、平均径を0.3μm以上に制御する必要がある。好ましい炭化物の分布密度は100μm2当たり60〜120個、平均径は0.3〜0.8μmの範囲である。
本発明の鋼の製造方法は、特に限定されるものではなく、成分組成を上述した範囲に制御する必要があること以外は、通常公知の方法が適用できる。例えば、製鋼工程は、転炉、電気炉等で上述した適正組成範囲に調整した鋼を溶製し、強攪拌・真空酸素脱炭処理(SS−VOD)等により2次精錬を行う方法を好ましく用いることができる。鋳造方法は、生産性の面から連続鋳造が好ましい。鋳造により得られたスラブは、必要により再加熱して熱間圧延し、必要に応じて800〜1100℃の温度で熱延板焼鈍を施したのち酸洗し、冷間圧延し、その後、仕上焼鈍し、必要に応じて酸洗する各工程を順次経て、冷延焼鈍板とするのが好ましい。なお、冷間圧延は、1回または中間焼鈍を挟む2回以上の冷間圧延としてもよい。また、冷間圧延、仕上げ焼鈍、酸洗の工程は繰り返し行ってもよい。
<炭化物の分布密度と平均径の測定>
各冷延焼鈍板からサンプルを採取し、圧延方向に平行な板厚断面を研摩し、王水等でエッチングして炭化物を現出させてから、走査型電子顕微鏡を用いて、任意の位置で100μm2に相当する面積の5000倍の組織写真を撮影し、画像解析し、観察される析出物(炭化物)の密度と平均径を測定した。なお、直径0.1μm以上の析出物を炭化物とみなした上で、析出物の形状を、観察される析出物の断面積と同面積を有する円形と仮定し、その直径を求めて、その値を炭化物の平均径とした。
<硬さ測定>
各種熱処理後の鋼板からサンプルを採取し、圧延方向に平行な板厚断面を研摩し、ビッカース硬さ(試験荷重:4.9N)を測定した。測定位置は、板厚中心部とし、0.5mm以上の間隔で5点測定してその平均値を求めた。硬さの評価は、Hvが620以上を適正硬さ(○)、620未満を硬さ不適(×)とした。
表1からわかるように、本発明に適合する成分組成を有する鋼A〜Fは、いずれも、仕上焼鈍後(熱処理前)の炭化物の密度が100μm2当たり50〜130個の範囲内にあり、かつ、平均径も0.3〜1.0μmの範囲内にある。そのため、表2からわかるように、本発明鋼は、熱処理でオーステナイト化した際に適量のCがオーステナイト中に固溶しているため、焼入れ後の残留オーステナイト量が少なく、サブゼロ処理を省略しても適正な硬度が得られている(試料No.1,2,5〜9参照)。もちろん、サブゼロ処理を行っても、残留オーステナイトが完全にマルテンサイトに変態して、適正な硬さが得られる(試料No.3,4)。これに対して、N量を本発明範囲より多く含む鋼Gは、炭化物が微細になり、オーステナイト域に加熱した際に固溶Cが過剰となる結果、焼入れ後の残留オーステナイト量が多くなって、硬さが不足している(試料No.10)。また、C量が本発明範囲より少ない鋼Hは、マルテンサイト中に固溶しているC量が少なくなるため、焼入れ後の硬さが不足している(試料No.11)。
Claims (2)
- C:0.361〜0.861mass%、Si:0.10〜1.0mass%、Mn:0.10〜0.45mass%、Cr:12.0〜12.9mass%、N:0.020〜0.056mass%を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、冷延焼鈍後の鋼板中における直径0.1μm以上の炭化物の密度が100μm2当たり50〜130個、その炭化物の平均径が0.3〜1.0μmであることを特徴とする刃物用鋼。
- 上記成分組成に加えてさらに、Mo:0.05〜5.0mass%、W:0.05〜5.0mass%のうちのいずれか1種または2種を含むことを特徴とする請求項1に記載の刃物用鋼。
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