JP5010819B2 - ステンレス帯鋼 - Google Patents

Description

本発明は、ステンレス帯鋼に関し、さらに詳しくは、刃物、工具用途などに好適なステンレス帯鋼に関するものである。

例えば、包丁、ハサミ、ナイフ、かみそり刃などを製造する刃物産業や、各種金属製工具を製造する工具業界などにおいては、高硬度、高耐食性が要求されることから、一般に、炭素（Ｃ）含有量が比較的高いマルテンサイト系ステンレス帯鋼が原材料として用いられている。

この種のステンレス帯鋼は、通常、所望の化学組成を有するステンレス鋼となるように溶解炉で溶解し、精錬してインゴットとした後、これを分塊圧延、熱間圧延、冷間圧延を経て製造されている。

そして、例えば、刃物産業においては、このステンレス帯鋼を冷間圧延し、プレス加工して包丁などの形状にし、これを焼入れ、焼戻しした後、刃付け加工などを行うことにより、刃物の製造を行っている。

上記ステンレス帯鋼を構成するステンレス鋼としては、例えば、特許文献１には、重量％でＣ０．５５を越え０．７３％以下、Ｓｉ１．０％以下、Ｍｎ１．０％以下、Ｃｒ１２％以上１４％以下、残部Ｆｅおよび不純物よりなるかみそり用のステンレス鋼が開示されている。

また例えば、特許文献２には、重量％において、Ｃ：０．７０〜１．１０％、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：１．００％以下、Ｃｒ：１６．００〜１９．００％、Ｍｏ：１．００〜２．５０％、Ｖ：０．０５〜０．５０％を含有しているととともに、残部はＦｅおよび不可避不純物からなる刃物用ステンレス鋼が開示されている。

特開平５−３９５４７号公報 特開２０００−２７３５８７号公報

しかしながら、従来知られるステンレス帯鋼は、次のような問題があった。

すわなち、従来のステンレス帯鋼は、その製造時における熱間加工性が非常に悪く、これに起因して、熱間圧延時に鋼板のエッジ付近に亀裂が生じやすいといった問題があった。

亀裂が生じる原因は、次の通りである。鋼板のエッジ付近は、熱間圧延中に温度が下がりやすく、この温度低下に伴って変形能が低下しやすい。そのため、その温度における加工限界を超えて無理に圧下されると亀裂が生じるのである。

したがって、これまでは、亀裂の生じたエッジ部分を除去しなければならなかった。そのため、余分な工程が増えることによって生産性が悪化したり、歩留まりが低下するなどといった問題があった。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、その製造時における熱間加工性に優れたステンレス帯鋼を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明に係るステンレス帯鋼は、Ｃ：０．８８ｍａｓｓ％以
上１．２ｍａｓｓ％以下、Ｃｒ：１２．５ｍａｓｓ％以上１６．５０ｍａｓｓ％以下、Ｓ
ｉ：０．０５ｍａｓｓ％以上０．２０ｍａｓｓ％以下、Ｎ：０．００１ｍａｓｓ％以上０
．０２ｍａｓｓ％以下、Ｍｎ：１．０ｍａｓｓ％以下、Ｃｕ：１．０ｍａｓｓ％以下、Ｐ
：０．０３ｍａｓｓ％以下、Ｓ：０．０１０ｍａｓｓ％以下、および、Ｎｉ：１．０ｍａ
ｓｓ％以下を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなることを要旨とする。

この際、上記ステンレス帯鋼は、Ｍｏ：０．０５ｍａｓｓ％以上２．０ｍａｓｓ％以下、および、Ｖ：０．０５ｍａｓｓ％以上０．５ｍａｓｓ％以下から選択される１種または２種以上の元素をさらに含んでいると良い。

上記ステンレス帯鋼は、刃物用または工具用として好適に用いることができる。

本発明に係るステンレス帯鋼によれば、上記成分組成にしたこと、特に、Ｓｉ、Ｎの量が特定範囲に抑制されているので、その製造時における熱間加工性に優れる。したがって、熱間圧延時における鋼板のエッジ付近の亀裂がほとんど発生せず、エッジ除去工程などの余分な工程を介在させる必要がなくなるので、生産性、歩留まりなどに優れる。

また、硬度、耐摩耗性、耐食性などに優れることから、刃物材料、工具材料として特に好適に用いることができる。

以下に、本発明の一実施形態について詳細に説明する。本発明に係るステンレス帯鋼は、以下のような元素を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる。含まれる元素の種類、その含有量を特定した理由は、以下の通りである。

（１）Ｃ：０．８８ｍａｓｓ％以上１．２ｍａｓｓ％以下。
Ｃは、主に硬さ、耐摩耗性を確保するのに必要な元素である。Ｃの含有量が過度に多くなると、熱間加工性が低下し、帯鋼の側面に割れが生じやすくなる傾向が見られる。したがって、Ｃの含有量は、具体的には、１．２ｍａｓｓ％以下、好ましくは、０．９５ｍａｓｓ％以下である。

一方、Ｃの含有率が過度に少なくなると、硬さが低下する傾向が見られ、例えば、刃物材料、工具材料などとして有用性が乏しくなる。したがって、Ｃの含有量は、具体的には、０．８８ｍａｓｓ％以上である。

（２）Ｃｒ：１２．５ｍａｓｓ％以上１６．５０ｍａｓｓ％以下。
Ｃｒは、主に耐食性を確保するのに必要な元素である。Ｃｒの含有量が過度に多くなると、残留オーステナイト相が増加し、十分な硬さが得られ難くなる傾向が見られる。したがって、Ｃｒの含有量は、具体的には、１６．５０ｍａｓｓ％以下である。

一方、Ｃｒの含有量が過度に少なくなると、耐食性が低下する傾向が見られ、例えば、刃物材料、工具材料などとして有用性が乏しくなる。したがって、Ｃｒの含有量は、具体的には、１２．５ｍａｓｓ％以上である。

（３）Ｓｉ：０．０５ｍａｓｓ％以上０．２０ｍａｓｓ％以下。
Ｓｉは、本発明における主要コントロール元素であり、主に脱酸元素として一般的に使用される元素であり、ある程度の含有は不可避である。一方で、鋼材中に固溶したＳｉは、固溶強化機構により鋼材の変形能を極端に低下させ、鋼板のエッジ割れの原因となる。特に、Ｓｉの含有量が０．２５ｍａｓｓ％を越えると鋼板のエッジ割れの発生が著しい。したがって、Ｓｉの含有量は、極力低減することが望ましく、具体的には、０．２０ｍａｓｓ％以下とするのが好ましい。

一方、Ｓｉの含有量を過度に少なくするには、製造コストの上昇を招く。したがって、Ｓｉの含有量は、具体的には、０．０５ｍａｓｓ％以上である。

（４）Ｎ：０．００１ｍａｓｓ％以上０．０２ｍａｓｓ％以下。
Ｎは、本発明における主要コントロール元素であり、鋼材中に固溶したＮは、固溶強化機構により鋼材の変形能を極端に低下させるため、鋼板のエッジ割れの原因となる。特に、Ｎの含有量が０．０２ｍａｓｓ％を越えると鋼板のエッジ割れの発生が著しい。したがって、Ｎの含有量は、極力低減することが望ましく、具体的には、０．０２ｍａｓｓ％以下である。

一方、Ｎの含有量を過度に少なくするのは、製造コストの上昇などを招く。したがって、Ｎの含有量は、具体的には、０．００１ｍａｓｓ％以上である。

（５）Ｍｎ：１．０ｍａｓｓ％以下。
Ｍｎは、主に脱酸元素として機能する。Ｍｎの含有量が過度に多くなると、Ｍｎはオーステナイト生成元素であるためオーステナイト相で安定化し、マルテンサイト変態を阻害する傾向が見られる。そのため、例えば、刃物材料、工具材料として有用性が乏しくなる。したがって、Ｍｎの含有量は、具体的には、１．０ｍａｓｓ％以下である。

（６）Ｃｕ：１．０ｍａｓｓ％以下。
Ｃｕの含有量が過度に多くなると、熱間加工性が低下する傾向が見られる。したがって、Ｃｕの含有量は、できる限り少量であることが好ましく、具体的には、１．０ｍａｓｓ％以下である。

（７）Ｐ：０．０３ｍａｓｓ％以下。
Ｐの含有量が過度に多くなると、熱間加工性が低下する傾向が見られる。したがって、Ｐの含有量は、できる限り少量であることが好ましく、具体的には、０．０３ｍａｓｓ％以下である。

（８）Ｓ：０．０１０ｍａｓｓ％以下。
Ｓの含有量が過度に多くなると、熱間加工性が低下する傾向が見られる。したがって、Ｓの含有量は、できる限り少量であることが好ましく、具体的には、０．０１０ｍａｓｓ％以下である。

（９）Ｎｉ：１．０ｍａｓｓ％以下。
Ｎｉの含有量が過度に多くなると、Ｎｉはオーステナイト生成元素であるためオーステナイト相で安定化し、マルテンサイト変態を阻害する傾向が見られる。そのため、例えば、刃物材料、工具材料として有用性が乏しくなる。したがって、Ｎｉの含有量は、具体的には、１．０ｍａｓｓ％以下である。

また、本発明に係るステンレス帯鋼は、上述した必須元素に加えて、さらに、以下の元素から選択される１種または２種以上の元素を任意に含んでいても良い。これら元素の含有量を特定した理由は、以下の通りである。

＜１＞Ｍｏ：０．０５ｍａｓｓ％以上２．０ｍａｓｓ％以下。
Ｍｏは、主に、焼き戻ししたときの軟化を防止する機能を有する。Ｍｏの含有量が過度に多くなると、共晶炭化物が生成して熱間加工性が低下する傾向が見られる。したがって、Ｍｏの含有量は、具体的には、２．０ｍａｓｓ％以下である。好ましくは、０．７５ｍａｓｓ％以下である。

一方、Ｍｏの含有率が過度に少なくなると、焼き戻ししたときの軟化を防止し難くなる傾向が見られる。したがって、Ｍｏの含有量は、具体的には、０．０５ｍａｓｓ％以上である。

＜１＞Ｖ：０．０５ｍａｓｓ％以上０．５ｍａｓｓ％以下。
Ｖは、Ｍｏと同様に、主に、焼き戻ししたときの軟化を防止する機能を有する。Ｖの含有量が過度に多くなると、共晶炭化物が生成して熱間加工性が低下する傾向が見られる。したがって、Ｖの含有量は、具体的には、０．５ｍａｓｓ％以下である。

一方、Ｖの含有率が過度に少なくなると、焼き戻ししたときの軟化を防止し難くなる傾向が見られる。したがって、Ｖの含有量は、具体的には、０．０５ｍａｓｓ％以上である。

次に、上記ステンレス帯鋼の製造方法の一例について説明する。
上述した化学組成のステンレス鋼となるように、例えば、大気アーク炉溶解−ＡＯＤ（アルゴン酸素精錬炉）精錬などで、各原料を熔解−精錬してインゴットを製造する。次いで、これを鍛造分塊または圧延分塊し、扁平鋼片（スラブと称する）を製造し、熱間圧延により熱延帯鋼とする。次いで、これを球状化焼鈍し、必要に応じて表層酸化層を除去するため酸洗などを行い、冷間圧延してステンレス帯鋼を製造することができる。

なお、上記は、ステンレス帯鋼を製造する代表工程について説明したものであるが、当該組成を持つステンレス板においても、当該発明の趣旨に沿うものである。すなわち、当該組成のスラブから熱間圧延により短尺板を製造しても良い。次いで、これを必要に応じて、表層酸化層を除去し、短尺板での冷間圧延により得たステンレス板などにも応用することができる。

上記ステンレス帯鋼の製造過程において、熱間圧延時の加熱温度としては、具体的には、例えば、１１００〜１２５０℃の温度範囲を例示することができる。熱間圧延により一般的には２〜１０ｍｍの板厚の熱延帯鋼または熱延鋼板を製造する。

また、焼鈍は、具体的には、例えば、８００〜９００℃の温度範囲に均熱した後に、１０〜３０℃／時間の冷却速度で６００℃付近まで炉冷し、その後空冷することなどにより行うことができる。

また、必要により表層酸化層除去のための酸洗あるいは研磨を実施し、冷間圧延により０．０１ｍｍ〜６ｍｍ厚程度の冷延帯鋼または冷延鋼板とする。このとき、冷間圧延の途中で一回または複数回のひずみ取り焼鈍を追加しても良い。

本発明に係るステンレス帯鋼の用途としては、包丁、ハサミ、ナイフ、かみそり刃、バリカン刃などの刃物類や、製材用、木工用、食品用、電動工具用、製紙用など様々な用途の切断工具、切削工具類などを例示することができる。

これらのうち、本発明に係るステンレス帯鋼は、刃物用途、工具用途に特に好適に用いることが可能である。

以下、本発明を実施例を用いてより具体的に説明する。
初めに、後述する表１〜４に示す化学組成のステンレス鋼となるように、大気アーク炉熔解−ＡＯＤ精錬を用いて各原料を大気溶解し、１．３ｔの鋼塊をそれぞれ作製した。次いで、これら鋼塊を板厚１４０ｍｍ×幅２３０ｍｍの大きさにそれぞれ分塊圧延した。次いで、これらを１２３０℃に加熱し、板厚３ｍｍ×幅２３０ｍｍの大きさにそれぞれ熱間圧延して熱延帯鋼を製造し、実施例、参考例、比較例に係るステンレス帯鋼を得た。

ここで、各ステンレス帯鋼の熱間加工性評価は、分塊圧延後の鋼片から切り出したサンプルを用いてグリーブル試験を行うことにより評価した。

すなわち、切り出したサンプルから直径６ｍｍ、長さ１１０ｍｍの棒状試験片（両端にネジを切ってある）を作製した。次いで、この試験片を通電加熱して１００秒で７００℃まで昇温し、この温度に６０秒間保持した後、クロスヘッドスピード５０．８ｍｍ／ｓで棒状試験片を引っ張って破断せしめ、７００℃における絞り［％］（くびれ度合い）、変形抵抗［Ｎ／ｍｍ^２］を算出した。

なお、この絞りは、その値が高いほど変形能があり、熱間加工性に優れることを示すものである。

また、各ステンレス帯鋼の熱間圧延性評価は、熱間圧延後に、ステンレス鋼板のエッジ付近に亀裂があるか否かを目視にて確認することにより行った。この際、亀裂がなかったものを合格とし、亀裂があったものを不合格とした。なお、以下では、「エッジ付近の亀裂」を「コバ割れ」と称することがある。

また、各ステンレス熱延帯鋼より切り出した鋼板について、１０３０℃で３０分間油焼入れし、その後、２００℃で１時間焼戻しを行い、その後、 ロックウェルＣスケールにより硬さを測定した。なお、硬さは、刃物、工具などに要求される基本特性の一つであり、製造したステンレス帯鋼がこれら用途に好適なものであるかを確認するためのものである。

表１〜４に各ステンレス帯鋼の化学組成と上記評価結果を示す。

表４によれば、以下のことが分かる。すなわち、比較例１〜２５に係るステンレス帯鋼は、刃物特性、工具特性として重要な硬さについては問題がない。しかしながら、化学組成が本発明の範囲内にないので、絞り値が低く、変形抵抗も高い。したがって、その製造時における熱間加工性に劣ることが分かる。また、図２に代表して示すように、熱間圧延後にコバ割れが生じていた。

これらに対し、表１〜３によれば、実施例に係るステンレス帯鋼は、比較例と同様に、刃物特性、工具特性として重要な硬さについては問題がない。そしてさらに、実施例に係るステンレス帯鋼は、何れも、比較例に係るステンレス帯鋼に比較して、絞り値が高く、変形抵抗も低い。したがって、その製造時における熱間加工性に優れていることが分かる。また、図１に示したものと同様に、熱間圧延後にコバ割れは全く確認されなかった。

このように、実施例に係るステンレス帯鋼によれば、亀裂の生じたエッジ部分を除去する必要がないので、余分な工程が増えず、生産性に優れる。また、実施例に係るステンレス帯鋼は、比較例に係るステンレス帯鋼に比較して、歩留まりが約１０〜３０％程度向上した。

以上、本発明に係るステンレス帯鋼について説明したが、本発明は、上記実施形態、実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改変が可能なものである。

本参考例１に係るステンレス帯鋼の熱間圧延後の側面を示した図である。 本比較例１に係るステンレス帯鋼の熱間圧延後の側面を示した図である。

Claims (3)

1. Ｃ ：０．８８ｍａｓｓ％以上１．２ｍａｓｓ％以下、
   Ｃｒ：１２．５ｍａｓｓ％以上１６．５０ｍａｓｓ％以下、
   Ｓｉ：０．０５ｍａｓｓ％以上０．２０ｍａｓｓ％以下、
   Ｎ ：０．００１ｍａｓｓ％以上０．０２ｍａｓｓ％以下、
   Ｍｎ：１．０ｍａｓｓ％以下、
   Ｃｕ：１．０ｍａｓｓ％以下、
   Ｐ ：０．０３ｍａｓｓ％以下、
   Ｓ ：０．０１０ｍａｓｓ％以下、および、
   Ｎｉ：１．０ｍａｓｓ％以下、
   を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とするステンレス帯鋼。
2. Ｍｏ：０．０５ｍａｓｓ％以上２．０ｍａｓｓ％以下、および、
   Ｖ ：０．０５ｍａｓｓ％以上０．５ｍａｓｓ％以下、
   から選択される１種または２種以上の元素をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のステンレス帯鋼。
3. 刃物用または工具用であることを特徴とする請求項１または２に記載のステンレス帯鋼。