JP6369284B2 - Duplex stainless steel and method for producing the same - Google Patents

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  • Heat Treatment Of Sheet Steel (AREA)

Description

本発明は、高強度かつ優れた加工性を有し、耐摩耗性、さらには疲労特性にも優れる安価なCr系複相とその製造方法に関し、具体的には、小型化、軽量化が進行し、所定の形状に加工後に使用される家電製品用部材の素材として最適であり、プリンターに使用される余剰インキ、粉末、薬剤を除去するための掻き取りブレード(ドクターブレード)、駆動力を伝達する歯車、スチールベルト等への適用が期待され、同様に自動車、様々な産業機器等にも使用可能であり、上記以外の他の用途への適用も広く期待される。   The present invention relates to an inexpensive Cr-based double phase having high strength and excellent workability, excellent wear resistance, and fatigue properties, and a method for producing the same. It is ideal as a material for household electrical appliances used after processing into a predetermined shape, and it transmits a scraping blade (doctor blade) and driving force to remove excess ink, powder, and chemicals used in printers. It is expected to be applied to gears, steel belts, etc., and can also be used for automobiles, various industrial equipments, etc., and is also widely expected to be applied to applications other than those described above.

近年、家電製品や自動車の部品に対しては、環境、エネルギーといった問題さらにはコスト等の観点から、小型化および軽量化が推進され、厳しい精度で所定の形状に加工した後に使用されるものが増加している。これらの部品は、小型化および軽量化に伴う剛性等の低下のため、高い強度を要求されるものが多く、加工性等の両立がさらに難しくなっている。さらには、製品の信頼性の問題より、耐久性が必要とされる場合もある。   In recent years, home appliances and automobile parts have been promoted to be smaller and lighter from the viewpoints of environmental and energy problems and cost, and are used after being processed into a predetermined shape with strict accuracy. It has increased. Many of these parts are required to have high strength due to a decrease in rigidity and the like accompanying reduction in size and weight, and it is more difficult to achieve both workability and the like. Furthermore, durability may be required due to the problem of product reliability.

従来、家電製品、具体的にはプリンター等に使用されるブレード、歯車、スチールベルト等には、一般的に、SUS301,SUS304を中心とする準安定オーステナイト(A)系ステンレス鋼の調質圧延材が使用されてきた。準安定オーステナイト系ステンレス鋼は、硬質なマルテンサイト(M)相への加工誘起変態により、高強度と優れた延性がともに得られる。   Conventionally, tempered rolled material of metastable austenitic (A) stainless steel mainly made of SUS301, SUS304 for blades, gears, steel belts, etc. used for home appliances, specifically printers, etc. Has been used. Metastable austenitic stainless steels can have both high strength and excellent ductility due to the processing-induced transformation into a hard martensite (M) phase.

特許文献1には、改良された準安定オーステナイト系ステンレス鋼が開示される。しかし、準安定オーステナイト系ステンレス鋼が示す大きな加工硬化は、その変動要因となることも多く、また圧延時の負荷が増加するという問題もある。他方、オーステナイト安定化元素として希少金属に分類されることもあるとともに高価なNiを多量に含有する必要があることから、コストが嵩むという問題もある。   Patent Document 1 discloses an improved metastable austenitic stainless steel. However, the large work hardening exhibited by metastable austenitic stainless steel is often a factor of variation, and there is a problem that the load during rolling increases. On the other hand, the austenite stabilizing element may be classified as a rare metal, and it is necessary to contain a large amount of expensive Ni.

このため、熱処理(焼入れ)により中間相として硬質なマルテンサイト相へ変態することにより高強度を得られるSUS403,SUS410,SUS420等のマルテンサイト系ステンレス鋼も用いられている。また、マルテンサイト系ステンレス鋼を素材としてフェライト(F)相との複相組織を活用し、性能調整するものも多い。フェライト(F)相との複相組織を活用したマルテンサイト系ステンレス鋼は、Niを殆ど含有しないので、上述した準安定オーステナイト系ステンレス鋼よりも安価である。   For this reason, martensitic stainless steels such as SUS403, SUS410, and SUS420 that can obtain high strength by transformation into a hard martensite phase as an intermediate phase by heat treatment (quenching) are also used. In many cases, martensitic stainless steel is used as a raw material to adjust the performance by utilizing a multiphase structure with a ferrite (F) phase. Martensitic stainless steel utilizing a multiphase structure with a ferrite (F) phase contains almost no Ni and is therefore less expensive than the metastable austenitic stainless steel described above.

このようなマルテンサイト系ステンレス鋼として、例えば、特許文献2には高強度複相組織ステンレス鋼が、特許文献3には高強度複相組織ステンレス鋼帯または鋼板が、特許文献4にはNiを0.5〜4%(本明細書においては特に断りがない限り化学組成に関する「%」は「質量%」を意味する)含有するスチールベルト用複相ステンレス鋼帯が、特許文献5にはガスケット用複相ステンレス鋼が、特許文献6にはばね用複相ステンレス鋼が、特許文献7には高弾性を有する高強度複相ステンレス鋼板が、さらに、特許文献8には延性に優れた高強度ステンレス鋼板が、それぞれ開示されている。また、特許文献9には、マルテンサイト系ステンレス鋼に窒素吸収処理を施すことにより、表層部のオーステナイト安定度を向上させたさらなる複相組織ステンレス鋼が開示されている。   As such martensitic stainless steel, for example, Patent Document 2 discloses a high-strength duplex stainless steel, Patent Document 3 includes a high-strength duplex stainless steel strip or steel plate, and Patent Document 4 includes Ni. A double-phase stainless steel strip for steel belt containing 0.5 to 4% (in this specification, “%” means “mass%” unless otherwise specified) is disclosed in Patent Document 5 as a gasket. Double-phase stainless steel for use, Patent Document 6 for spring dual-phase stainless steel, Patent Document 7 for high-strength dual-phase stainless steel plate with high elasticity, and Patent Document 8 for high-strength with excellent ductility Stainless steel sheets are each disclosed. Further, Patent Document 9 discloses a further multi-phase structure stainless steel in which martensitic stainless steel is subjected to nitrogen absorption treatment to improve the austenite stability of the surface layer portion.

しかし、これらの複相マルテンサイト系ステンレス鋼においても、最近の部品の小型化や軽量化によりさらなる高強度と優れた加工性が要求されており、性能調整が難しくなっている。さらに、上述の用途では、優れた耐摩耗性、疲労特性を有することも要求される。   However, these duplex martensitic stainless steels are also required to have higher strength and excellent workability due to recent downsizing and weight reduction of parts, and performance adjustment is difficult. Furthermore, the above-described applications are required to have excellent wear resistance and fatigue characteristics.

他方、特許文献10,11には、オーステナイト系ステンレス鋼を主な対象として、材料の回復、再結晶が起こらない400〜600℃の比較的低温域で加熱し、最も有効な侵入型固溶強化元素である窒素、炭素ないし両方を拡散させることにより、耐摩耗性を向上させた、窒化処理、炭化処理あるいは侵炭処理もしくは侵炭窒処理(以降、本明細では、これらの処理を「表面硬化処理」という)が開示されている。なお、表面硬化処理がオーステナイト系ステンレス鋼を主な対象とするのは、オーステナイト相の炭素、窒素の固溶限が大きいのに対して、マルテンサイト相、フェライト相の固溶限が小さいためであり、マルテンサイト系ステンレス鋼、フェライト系ステンレス鋼への適用が難しいと考えられる。   On the other hand, Patent Documents 10 and 11 mainly focus on austenitic stainless steel and heat it at a relatively low temperature range of 400 to 600 ° C. where no material recovery or recrystallization occurs. Nitrogen treatment, carbonization treatment or carburization treatment or carbonitriding treatment (hereinafter referred to as “surface hardening” in this specification), which has improved wear resistance by diffusing the elements nitrogen and carbon or both. Processing "). The reason why the surface hardening treatment is mainly for austenitic stainless steel is that the solid solubility limit of carbon and nitrogen in the austenite phase is large, whereas the solid solubility limit of the martensite phase and ferrite phase is small. Yes, it is considered difficult to apply to martensitic stainless steel and ferritic stainless steel.

特開2000−239800号公報JP 2000-239800 A 特許第3363590号明細書Japanese Patent No. 3363590 特許第3602201号明細書Japanese Patent No. 36002201 特許第4252893号明細書Japanese Patent No. 4252893 特許第4353060号明細書Japanese Patent No. 4353060 特許第5257560号明細書Japanese Patent No. 5257560 特開2003−89851号公報JP 2003-89851 A 特開2004−323960号公報JP 2004-323960 A 特許第3521852号明細書Japanese Patent No. 3521852 特開2004−124196号明細書Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-124196 特許第3602201号明細書Japanese Patent No. 36002201

本発明は、小型化、軽量化が進行し、厳しい精度で所定の形状に加工後に使用される製品、部品に最適と考えられる高強度かつ優れた加工性を有し、耐摩耗性、さらには疲労特性にも優れる安価なCr系複相ステンレス鋼を工業的に安定して供給することを目的とする。   The present invention has progressed in miniaturization and weight reduction, has high strength and excellent workability considered to be optimal for products and parts used after processing into a predetermined shape with strict accuracy, wear resistance, An object is to stably supply an inexpensive Cr-based duplex stainless steel having excellent fatigue characteristics industrially.

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、
安価かつ高強度さらには優れた延性を有するCrを主成分する複相ステンレス鋼を用い、所定の形状に加工(後述する図1の本発明のスチールベルト製造工程では、素材である鋼板を切断、リング溶接、溶接部の均質化も含む軟化を目的とする焼鈍、次いで、所定の板厚に減厚すること)した後、
(i)オーステナイト(A)変態を完了するAc変態点以上の最も高温に加熱され、オーステナイト安定元素である窒素、炭素ないし両方(N及び/又はC)の吸収により表層部をオーステナイト相化した後、次いで、
(ii)オーステナイト変態を開始するAc変態点以上Ac変態点以下に加熱し、オーステナイト(A)相およびフェライト(F)相の二相域からの焼入れにより、結晶粒の微細化および化合物の微細析出を伴う性能調整を行い、さらに必要に応じて、
(iii)Ac変態点以下の低温での表面硬化処理を施すこと
により、目的とする優れた性能を得られることを着想した。以降、本明細では、(i)〜(iii)のこれらの処理を、それぞれ、吸収処理、二相域焼入れ、表面硬化処理という。
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventor,
Using duplex stainless steel mainly composed of Cr having low cost, high strength and excellent ductility, it is processed into a predetermined shape (in the steel belt manufacturing process of the present invention shown in FIG. 1 described later, a steel plate as a material is cut, Ring welding, annealing for the purpose of softening including homogenization of the welded part, and then reducing to a predetermined plate thickness)
(I) The austenite (A) is heated to the highest temperature not lower than the Ac 3 transformation point to complete the transformation, and the austenite phase is converted to the austenite phase by absorption of nitrogen, carbon, or both (N and / or C) as austenite stable elements. Then, then
(Ii) Heating from the Ac 1 transformation point to the Ac 3 transformation point at which the austenite transformation is initiated to the Ac 3 transformation point and quenching from the two-phase region of the austenite (A) phase and the ferrite (F) phase, Perform performance adjustment with fine precipitation, and if necessary,
(Iii) It was conceived that the target excellent performance can be obtained by performing a surface hardening treatment at a low temperature below the Ac 1 transformation point. Hereinafter, in the present specification, these treatments (i) to (iii) are referred to as absorption treatment, two-phase region quenching, and surface hardening treatment, respectively.

また、本発明者は、上記着想と同時に、性能調整を主目的とする二相域焼入れに際してはその温度域を低温域に広げることにより調整を容易にできることを着想した。   In addition, at the same time as the above idea, the present inventor has conceived that in the two-phase region quenching whose main purpose is performance adjustment, adjustment can be facilitated by expanding the temperature range to a low temperature range.

本発明者は、これらの着想に基づいて鋭意研究開発を継続し、成分調整した小型鋳塊による試作試験および実機試作試験を経て、以下に列記の主要な知見A〜Eを得ることができ、さらに、Cr-Mn-C、Nを主成分とする複相ステンレス鋼での実用化の目処を得て、本発明を完成した。   Based on these ideas, the present inventor continued earnest research and development, and after going through trial tests and actual machine prototype tests with small ingots with components adjusted, can obtain the main findings A to E listed below, Furthermore, the present invention was completed by obtaining the prospect of practical use with a duplex stainless steel mainly composed of Cr—Mn—C and N.

(A)二相域焼入れによる結晶粒の微細化、化合物の微細析出を伴う性能調整、その温度域の低温への拡大のため、素材はオーステナイト安定度が高いCr−Mn−C、N鋼とする。これにより、二相域焼入れに先立って行われる、最も強力なオーステナイト安定元素でもあるN及び/又はCの吸収による表層部のオーステナイト安定化の達成もより容易となる。これらより、Cr−Mn−C、N鋼は二相域焼入れ後にオーステナイト相が5体積%まで残存してよく、残部が硬質なマルテンサイト相を主体とし、フェライト相が混在する複相組織とする。なお、この複相組織は板厚中心部付近に対応する。   (A) For refinement of crystal grains by two-phase quenching, performance adjustment with fine precipitation of compounds, and expansion of the temperature range to low temperature, the material is Cr-Mn-C, N steel with high austenite stability. To do. Thereby, it becomes easier to achieve the austenite stabilization of the surface layer portion by absorption of N and / or C which is also the most powerful austenite stabilizing element, which is performed prior to the two-phase region quenching. From these, Cr-Mn-C, N steel has a dual-phase structure in which the austenite phase may remain up to 5% by volume after quenching in the two-phase region, and the balance is mainly a hard martensite phase and a ferrite phase is mixed. . This multiphase structure corresponds to the vicinity of the center of the plate thickness.

(B)同鋼を出発材料とし、熱間加工および冷間加工とAc変態点以下での焼鈍を繰り返す一般的な工程により所定形状とした後、前記の吸収処理を行い、板表面近傍でのA相の割合を50%以上に増加させる。 (B) The steel is used as a starting material, and after forming into a predetermined shape by a general process of repeating hot working and cold working and annealing at a temperature below the Ac 1 transformation point, the absorption treatment is performed in the vicinity of the plate surface. The proportion of the A phase is increased to 50% or more.

(C)次いで、二相域からの焼入れにより、所定の性能に調整する。同時に、その際の吸収処理との温度差を活用し、板表面近傍のオーステナイト相中に微細な化合物を多数析出させる。これらにより、目的とする優れた性能を得られる。   (C) Next, the predetermined performance is adjusted by quenching from the two-phase region. At the same time, by utilizing the temperature difference from the absorption treatment at that time, a large number of fine compounds are precipitated in the austenite phase near the plate surface. By these, the target excellent performance can be obtained.

(D)さらに、それらの結果として、二相域への加熱により粒成長が抑制され、続く、冷却でのマルテンサイト変態により、結晶粒界と同等に作用する方位の角度差5゜以上で分離される領域を、円相当の平均粒径で5μm以下に微細粒化することが可能であり、さらなる高性能化が達成される。これは、今後のさらなる軽量化、小型化にも対応するものと考える。   (D) Furthermore, as a result of these, grain growth is suppressed by heating to the two-phase region, followed by separation at an angular difference of 5 ° or more that acts in the same way as the grain boundary due to martensitic transformation during cooling. The area to be formed can be finely divided to an average particle diameter equivalent to a circle of 5 μm or less, and higher performance can be achieved. This is considered to correspond to further lightening and downsizing in the future.

(E)以上により、汎用のCr−Mn−C、N鋼を用いた一般的な工程により、二相域焼入れ温度域を低温に広げることも可能である。   (E) As described above, the two-phase quenching temperature range can be expanded to a low temperature by a general process using general-purpose Cr—Mn—C and N steel.

本発明は、以下に列記の通りである。
(1)板厚方向全域での平均の化学組成が、C+N:0.12〜0.6%、Si:0.1〜2.0%、Mn:1.0〜6.0%、Cr:10.0〜20.0%、残部Fe及び不純物からなり、板表面でのオーステナイト相の割合が50体積%以上、かつ、板表面より10μmまでの深さの領域にC、Nを含む微細な化合物が分散し、円相当の最大粒径が5μm以上である化合物が質量5gあたりに30個以下であり、板厚中心部ではオーステナイト相の割合が5体積%以内であり、残部がマルテンサイトとフェライトの複相組織からなることを特徴とする複相ステンレス鋼。
The present invention is listed below.
(1) The average chemical composition in the entire plate thickness direction is C + N: 0.12-0.6%, Si: 0.1-2.0%, Mn: 1.0-6.0%, Cr: It is composed of 10.0 to 20.0%, the balance Fe and impurities, the proportion of the austenite phase on the plate surface is 50% by volume or more, and a fine region containing C and N in a depth of up to 10 μm from the plate surface The compound is dispersed, the compound having a maximum equivalent particle diameter of 5 μm or more is 30 or less per 5 g of mass, the austenite phase ratio is within 5% by volume at the center of the plate thickness, and the balance is martensite. A duplex stainless steel characterized by comprising a complex phase structure of ferrite.

(2)前記化学組成は、Ni:2.0%以下およびCu:2.0%以下からなる群から選ばれた1種または2種を含有することを特徴とする(1)項に記載された複相ステンレス鋼。   (2) The chemical composition contains one or two selected from the group consisting of Ni: 2.0% or less and Cu: 2.0% or less. Duplex stainless steel.

(3)前記化学組成は、Nb:0.5%以下、V:0.5%以下およびTi:0.5%以下からなる群から選ばれた1種または2種以上を含有することを特徴とする(1)項1または(2)項に記載された複相ステンレス鋼。   (3) The chemical composition contains one or more selected from the group consisting of Nb: 0.5% or less, V: 0.5% or less, and Ti: 0.5% or less. (1) The duplex stainless steel described in the item 1 or (2).

(4)結晶方位の角度差5゜以上で分離される領域の円相当平均粒径が5μm以下であることを特徴とする(1)項から(3)項までのいずれか1項に記載された複相ステンレス鋼。   (4) The circle-equivalent average grain size of the region separated at an angle difference of 5 ° or more of crystal orientation is 5 μm or less, which is described in any one of items (1) to (3) Duplex stainless steel.

(5)(1)項から(3)項までのいずれか1項に記載された平均の化学組成を有し、オーステナイト相の割合が5体積%以内であり、残部がマルテンサイトとフェライトの複相組織を主体とするステンレス鋼に冷間加工を行って所定の板厚に減厚した後、Ac変態点以上に加熱し、表面から窒素または炭素ないし窒素と炭素を吸収させて表層部のみをオーステナイト安定化状態とし、室温近傍へ冷却した後、Ac変態点以下Ac変態点以上に加熱して焼入れることを特徴とする複相ステンレス鋼の製造方法。 (5) It has the average chemical composition described in any one of items (1) to (3), the austenite phase ratio is within 5% by volume, and the balance is a combination of martensite and ferrite. After cold working stainless steel mainly composed of phase structure to reduce the thickness to a predetermined thickness, it is heated to the Ac 3 transformation point or higher to absorb nitrogen or carbon or nitrogen and carbon from the surface, and only the surface layer part Is made into an austenite stabilized state, cooled to near room temperature, then heated to the Ac 3 transformation point or less and the Ac 1 transformation point or more, and quenched.

(6)前記焼入れを行った後、さらに加熱して、600℃以下での保持を伴う炭化または窒化もしくは炭化および窒化の表面硬化処理を行うことを特徴とする(5)項に記載された複相ステンレス鋼の製造方法。   (6) After the quenching, the composite is further heated and subjected to carbonization or nitriding or carbonizing and nitriding surface hardening treatment with holding at 600 ° C. or lower. A method for producing phase stainless steel.

本発明により、小型化、軽量化が進行し、厳しい精度にて所定の形状へ加工後に使用される製品や部品に最適と考えられる高強度かつ優れた加工性を有し、耐摩耗性、疲労特性にも優れる安価な高性能Cr系複相ステンレス鋼を工業的に安定して供給することが可能になる。   With the present invention, miniaturization and weight reduction have progressed, and it has high strength and excellent workability that is considered to be optimal for products and parts used after processing into a predetermined shape with strict accuracy, wear resistance, fatigue It is possible to supply industrially stable inexpensive high-performance Cr-based duplex stainless steel with excellent characteristics.

図1は、本発明に係るスチールベルト製造工程の抜粋を示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory view showing an excerpt of a steel belt manufacturing process according to the present invention.

本発明を、添付図面を参照しながら具体的に説明する。
1.化学組成
[C+N:0.12〜0.6%]
CおよびNは、いずれも、強力なオーステナイト安定化元素であるとともに、侵入型固溶強化元素でもあり、マルテンサイト相を硬化する。合計含有量(C+N)が0.12%未満であると、上述の用途に必要と考えられる硬さ(400HV以上)を達成することが難しい。逆に、合計含有量(C+N)が0.6%を超えると、材料が硬くなり過ぎ、粗大な化合物が形成され、薄板の製造やリング圧延が難しくなり、必要な組織および特性の調整も困難となる。このため、合計含有量(C+N)は、0.12%以上0.6%以下とする。合計含有量(C+N)の下限は0.13%であることが好ましく、合計含有量(C+N)の上限は0.56%であることが好ましい。
The present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings.
1. Chemical composition [C + N: 0.12-0.6%]
C and N are both strong austenite stabilizing elements and interstitial solid solution strengthening elements that harden the martensite phase. When the total content (C + N) is less than 0.12%, it is difficult to achieve the hardness (400 HV or higher) considered necessary for the above-mentioned application. On the other hand, if the total content (C + N) exceeds 0.6%, the material becomes too hard, a coarse compound is formed, and it is difficult to manufacture a thin plate and ring rolling, and it is difficult to adjust the necessary structure and properties. It becomes. For this reason, total content (C + N) shall be 0.12% or more and 0.6% or less. The lower limit of the total content (C + N) is preferably 0.13%, and the upper limit of the total content (C + N) is preferably 0.56%.

なお、これらは、板厚全体での平均値である。本発明では、最終工程において板表面からN及び/又はCの吸収、拡散を行われる。すなわち、それ以前の出発材料の合計含有量(C+N)はこれよりも低く、0.5%以下であることが好ましい。この値は板中心部での値にも対応する。すなわち、板表面での合計含有量(C+N)は板中心部での合計含有量(C+N)よりも0.1%以上高い値となる。これは、吸収処理により形成され、その後の表面硬化処理ではさらに大きな値となる。   These are average values over the entire plate thickness. In the present invention, N and / or C is absorbed and diffused from the plate surface in the final step. That is, the total content (C + N) of the starting material before that is lower than this, and is preferably 0.5% or less. This value also corresponds to the value at the center of the plate. That is, the total content (C + N) at the plate surface is a value higher by 0.1% or more than the total content (C + N) at the center of the plate. This is formed by an absorption process, and becomes a larger value in the subsequent surface hardening process.

[Si:0.1〜2.0%]
Siは、溶製時の脱酸剤として使用される。このため、Si含有量の下限値は0.1%とする。ただし、Si含有量が過剰であると、粗大な介在物を形成し、諸特性が劣化する。他方、Siは、C,Nという侵入型固溶強化元素に次ぐ有効な固溶強化元素でもあるものの、フェライト安定化元素でもあり、オーステナイト安定化元素とのバランスを考えて含有する。このため、Si含有量は0.1%以上2.0%以下とする。Si含有量の上限は1.8%であることが好ましい。
[Si: 0.1 to 2.0%]
Si is used as a deoxidizer during melting. For this reason, the lower limit of the Si content is set to 0.1%. However, if the Si content is excessive, coarse inclusions are formed, and various properties deteriorate. On the other hand, Si is an effective solid solution strengthening element next to the interstitial solid solution strengthening elements such as C and N, but is also a ferrite stabilizing element and is contained in consideration of a balance with the austenite stabilizing element. For this reason, Si content shall be 0.1% or more and 2.0% or less. The upper limit of Si content is preferably 1.8%.

[Mn:1.0〜6.0%]
Mn含有量は1.0%以上6.0%以下とする。Mnは、有効なオーステナイト安定化合金元素であり、高温でのオーステナイトとフェライトからなる二相域をより低温まで拡大する。それにより、より低温での二相域焼入れとそれによる性能調整を可能とし、微細粒組織を得るとともに、N及び/又はCの吸収によりオーステナイト相が安定化した板表面を得ることができる。Mnは、出発材料のオーステナイト安定度の調整を担う合金元素であって重要な役割を果たすものであるため、Mn含有量の下限は、1.0%し、好ましくは1.2%である。ただし、Mnを過剰に添加すると、粗大介在物を形成し、薄板製造や製品への加工を難しくし、諸特性を劣化させる。このため、Mn含有量の上限は、6.0%とし、好ましくは5.6%である。
[Mn: 1.0 to 6.0%]
The Mn content is 1.0% or more and 6.0% or less. Mn is an effective austenite stabilizing alloy element and expands the two-phase region composed of austenite and ferrite at a high temperature to a lower temperature. Thereby, two-phase region quenching at a lower temperature and performance adjustment thereby can be achieved, and a fine grain structure can be obtained, and a plate surface in which the austenite phase is stabilized by absorption of N and / or C can be obtained. Since Mn is an alloy element responsible for adjusting the austenite stability of the starting material and plays an important role, the lower limit of the Mn content is 1.0%, preferably 1.2%. However, when Mn is added excessively, coarse inclusions are formed, making it difficult to manufacture a thin plate or process a product, and deteriorate various properties. For this reason, the upper limit of the Mn content is 6.0%, preferably 5.6%.

[Cr:10.0〜20.0%]
Crは、10.0%以上20.0%以下とする。Crは、ステンレス鋼の基本元素であり、有効な耐食性を得るために、Cr含有量の下限を10.0%とする。Crは、N及び/又はCの吸収にも有効な元素であると考えられる。ただし、Crは、フェライト安定化元素であり、過度の添加は板表面でのオーステナイト安定化を阻害し、粗大な炭窒化物の形成を促進する。このため、Cr含有量の上限は20.0とする。
[Cr: 10.0-20.0%]
Cr is made 10.0% or more and 20.0% or less. Cr is a basic element of stainless steel, and in order to obtain effective corrosion resistance, the lower limit of the Cr content is 10.0%. Cr is considered to be an element effective for absorption of N and / or C. However, Cr is a ferrite stabilizing element, and excessive addition inhibits austenite stabilization on the plate surface and promotes formation of coarse carbonitride. For this reason, the upper limit of Cr content is set to 20.0.

本発明に係る複相ステンレス鋼は、任意添加元素として、以下の元素を必要に応じて含有してもよい。   The duplex stainless steel according to the present invention may contain the following elements as optional additional elements as required.

[Ni:2.0%以下およびCu:2.0%以下からなる群から選ばれた1種または2種]
Ni,Cuの含有量は、それぞれ、2.0%以下とすることが好ましい。Ni,Cuは、いずれも、強力なオーステナイト安定化合金元素であり、高温でのオーステナイトとフェライトからなる二相域を低下し、より低温からの焼入れを可能する。Mnの効果を補うために、Ni,Cuそれぞれの含有量の上限値は、2.0%であり、さらに好ましくは1.8%である。また、上記効果を確実に得るためにはNi,Cu含有量は、それぞれ、0.1%以上であることが好ましい。
[One or two selected from the group consisting of Ni: 2.0% or less and Cu: 2.0% or less]
The contents of Ni and Cu are each preferably 2.0% or less. Ni and Cu are both strong austenite stabilizing alloy elements, which lower the two-phase region composed of austenite and ferrite at high temperatures and enable quenching from lower temperatures. In order to supplement the effect of Mn, the upper limit of the content of each of Ni and Cu is 2.0%, more preferably 1.8%. Moreover, in order to acquire the said effect reliably, it is preferable that Ni and Cu content are each 0.1% or more.

[Nb:0.5%以下、V:0.5%以下およびTi:0.5%以下からなる群から選ばれた1種または2種以上]
Nb,Ti,Vの含有量は、それぞれ0.5%以下とすることが好ましい。Nb,V,Tiは、いずれも、C,Nとの化合物を形成し、それらのピン止効果により結晶粒成長を抑制するため、含有してもよい。このため、Nb、V、Tiの含有量は、それぞれ、0.5%以下とし、好ましくは、それぞれ0.4%以下とする。また、上記効果を確実に得るためには、Nb,V,Tiの含有量は、それぞれ、0.01%以上であることが好ましい。
上記以外の残部はFeおよび不可避的不純物である。
[One or more selected from the group consisting of Nb: 0.5% or less, V: 0.5% or less, and Ti: 0.5% or less]
The contents of Nb, Ti, and V are each preferably 0.5% or less. Any of Nb, V, and Ti may be contained in order to form a compound with C and N and suppress crystal grain growth by their pinning effect. Therefore, the contents of Nb, V, and Ti are each 0.5% or less, preferably 0.4% or less. Moreover, in order to acquire the said effect reliably, it is preferable that content of Nb, V, and Ti is 0.01% or more, respectively.
The balance other than the above is Fe and inevitable impurities.

2.金属組織
[板表面でのオーステナイト相の割合:50体積%以上]
板表面でのオーステナイト相の割合を50体積%以上とするのは、高温加熱を伴う吸収処理にてN及び/又はCの固溶により形成されたオーステナイト相が、高強度を維持し、加工性に優れるためであるとともに、これに起因して耐摩耗性や疲労特性が向上するためである。すなわち、オーステナイト相主体の組織とするものである。さらに、必要に応じて行われる表面硬化処理に際して、粗大な化合物の析出が抑制される。好ましくは、オーステナイト相の割合は60体積%以上である。
2. Metal structure [Ratio of austenite phase on the plate surface: 50% by volume or more]
The ratio of the austenite phase on the surface of the plate is 50% by volume or more because the austenite phase formed by solid solution of N and / or C in the absorption treatment with high-temperature heating maintains high strength and workability. This is because the wear resistance and fatigue characteristics are improved due to this. That is, it is a structure mainly composed of an austenite phase. Furthermore, precipitation of a coarse compound is suppressed in the surface hardening process performed as needed. Preferably, the proportion of the austenite phase is 60% by volume or more.

なお、これらに際して、板表面のオーステナイト相には、(C+N)量が、少なくとも0.5%以上が固溶していると考える。   In these cases, it is considered that at least 0.5% or more of the (C + N) amount is dissolved in the austenite phase on the plate surface.

[板表面より10μmまでの深さの領域にC、Nを含む微細な化合物が分散し、円相当の最大粒径が5μm以上である化合物が質量5gあたりに30個以下]
板表面より10μmまでの深さの領域にC,Nを含む微細な化合物が分散し、円相当の最大粒径が5μm以上である化合物を質量5gあたりに30個以下とするのは、高強度かつ優れた加工性を維持した上で、前述のC,Nの固溶の効果とともに耐摩耗性、疲労特性を向上するためである。
[Fine compounds containing C and N are dispersed in a region with a depth of 10 μm from the surface of the plate, and 30 or fewer compounds per 5 g of mass with a maximum particle size equivalent to a circle of 5 μm or more]
When the fine compound containing C and N is dispersed in a region having a depth of 10 μm from the surface of the plate and the maximum particle size equivalent to a circle is 30 μm or less per 5 g of mass, the strength is high. In addition, while maintaining excellent workability, the wear resistance and fatigue characteristics are improved together with the above-described effect of solid solution of C and N.

化合物は、微細かつ多数であることが望ましく、実績より、円相当粒径が5μm以上のものが質量5gあたりに30個以下とする。好ましくは、板表面より20μmまでであり、円相当の最大粒径が4μm以下、個数が20個以下である。   It is desirable that the compound is fine and numerous, and based on results, the number of equivalent-equivalent particle sizes of 5 μm or more is 30 or less per 5 g of mass. Preferably, it is up to 20 μm from the plate surface, the maximum particle size corresponding to a circle is 4 μm or less, and the number is 20 or less.

[板厚中心部におけるオーステナイト相の割合:5体積%以内、かつ残部:マルテンサイトとフェライトの複相組織]
素材の金属組織を、マルテンサイト相とフェライト相との複相組織とする理由は、硬質なマルテンサイト相が強度を分担するとともに軟質なフェライト相が伸びを分担し、これらにより性能を調整し、高強度と優れた伸びを両立させるためである。ただし、一部に残存するオーステナイト相も加工性に優れる相であり、5体積%以下で残存してもよく、好ましくは4%以下で残存してもよい。
[Proportion of austenite phase at the center of the plate thickness: within 5% by volume, and the remainder: multi-phase structure of martensite and ferrite]
The reason why the metal structure of the material is a multiphase structure of a martensite phase and a ferrite phase is that the hard martensite phase shares strength and the soft ferrite phase shares elongation, and these adjust the performance, This is to achieve both high strength and excellent elongation. However, the austenite phase remaining in part is also a phase excellent in workability, and may remain at 5% by volume or less, preferably 4% or less.

[結晶方位の角度差5゜以上で分離される領域の円相当平均粒径:5μm以下]
結晶方位の角度差5゜以上で分離される領域の円相当の平均粒径が5μm以下であることが好ましい。角度差5゜以上において同境界が粒界と同様に作用し、結晶粒の微細化の効果を得られると考えられ、結晶粒微細化により高い強度と伸びが両立し、耐摩耗性、疲労強度ともに向上するためである。これは、今後の小型化、軽量化にも対応する。好ましくは、上記平均粒径は4μm以下である。
[Equivalent circle average grain size of regions separated by an angle difference of 5 ° or more of crystal orientation: 5 μm or less]
It is preferable that an average grain size corresponding to a circle in a region separated at an angle difference of 5 ° or more in crystal orientation is 5 μm or less. When the angle difference is 5 ° or more, the boundary acts like a grain boundary, and it is thought that the effect of grain refinement can be obtained. The grain refinement achieves both high strength and elongation, wear resistance and fatigue strength. This is to improve both. This will correspond to future miniaturization and weight reduction. Preferably, the average particle size is 4 μm or less.

3.製造方法
図1は、本発明に係るスチールベルト製造工程の抜粋を示す説明図である。
3. Manufacturing Method FIG. 1 is an explanatory view showing an excerpt of a steel belt manufacturing process according to the present invention.

本発明に関する製造方法の各工程での限定理由について説明する。
はじめに、上記のような平均の化学組成からなるCr系ステンレス鋼を出発材料とし、熱間加工および冷間加工とAc変態点以下での焼鈍を繰り返す一般的な工程により所定の板厚に減厚する。
The reason for limitation in each step of the production method according to the present invention will be described.
First , Cr-based stainless steel having an average chemical composition as described above is used as a starting material, and the thickness is reduced to a predetermined thickness by a general process in which hot working and cold working and annealing at a temperature below the Ac 1 transformation point are repeated. Thicken.

これらは、本発明の製造工程での組織調整により優れた特性を達成するとともに、経済性、生産性を考慮したものである。   These achieve excellent characteristics by adjusting the structure in the production process of the present invention, and consider economic and productivity.

次に、このステンレス鋼に冷間加工を行って所定の板厚に減厚する。
所定の板厚に減厚した後、Ac変態点以上に加熱し、表面から窒素または炭素ないし窒素と炭素を吸収させて表層部のみをオーステナイト安定化状態とし、室温近傍へ冷却する。
Next, the stainless steel is cold worked to reduce the thickness to a predetermined thickness.
After reducing the thickness to a predetermined plate thickness, heating is performed to the Ac 3 transformation point or higher, and nitrogen or carbon or nitrogen and carbon are absorbed from the surface to bring only the surface layer portion into an austenite stabilized state and cool to near room temperature.

オーステナイト変態を完了するAc変態点以上に加熱して表面からN及び/又はCを吸収させるのは、固溶限の大きなオーステナイト相への変態を完了させるとともに、高温での効率的な吸収(拡散)により板表面をオーステナイト安定化状態とするためである。 Heating above the Ac 3 transformation point to complete the austenite transformation to absorb N and / or C from the surface completes the transformation to the austenite phase with a large solid solubility limit, and allows efficient absorption at high temperatures ( This is because the surface of the plate is stabilized by a diffusion).

オーステナイト安定化状態とした後の冷却速度は高いことが望ましい。また、未吸収の内部はマルテンサイト変態させ、続いて実施される二相域焼入れにより、さらに微細な組織とすることが望ましい。   It is desirable that the cooling rate after the austenite stabilized state is high. In addition, it is desirable that the unabsorbed interior is transformed into a martensite and then made into a finer structure by the subsequent two-phase quenching.

出発材料の化学組成に依存するが、実験結果より、加熱、保持はAc変態点と考える950℃以上へ加熱した後に30分間以下の保持を行う。さらに、好ましくは、1000℃以上、工業的連続熱処理炉の上限と考える1200℃以下への加熱後、5分間以上20分間以下保持する。 Although it depends on the chemical composition of the starting material, from the experimental results, heating and holding are carried out for 30 minutes or less after heating to 950 ° C. or higher, which is considered as the Ac 3 transformation point. Furthermore, it is preferably maintained for 5 minutes or more and 20 minutes or less after heating to 1000 ° C. or more and 1200 ° C. or less which is considered as the upper limit of an industrial continuous heat treatment furnace.

加熱雰囲気は、N及び/又はCが吸収できるものであればよい。Nガス単体、一般に使用されるNと還元性のHとの混合ガスをはじめ、アンモニアやメタンというガスを使用した雰囲気が例示される。   The heating atmosphere should just be what N and / or C can absorb. An atmosphere using a gas such as ammonia or methane as well as a mixed gas of N gas alone, commonly used N and reducing H is exemplified.

ただし、酸化被膜の形成により、吸収が抑制される。このため、雰囲気ガスの露点は低いことが望ましく、−40℃以下とする。さらに好ましくは−45℃以下である。冷却はマルテンサイト変態が完了する200℃までを3℃/秒以上とする。さらに好ましくは冷却速度5℃/秒以上である。   However, absorption is suppressed by the formation of the oxide film. For this reason, it is desirable for the dew point of atmospheric gas to be low, and it shall be -40 degrees C or less. More preferably, it is -45 degrees C or less. Cooling is performed at 3 ° C./second or higher up to 200 ° C. when the martensitic transformation is completed. More preferably, the cooling rate is 5 ° C./second or more.

次いで、Ac変態点以下Ac変態点以上に加熱して焼入れる。Ac変態点以下Ac変態点以上に加熱するのは、二相域焼入れにより所定の性能に調整して高強度と優れた伸びを両立し、保持中の粒成長を抑制するためである。さらに、マルテンサイト変態によって微細粒組織とするためである。 Next, it is quenched by heating to the Ac 3 transformation point or less and the Ac 1 transformation point or more. The reason for heating to the Ac 3 transformation point or less to the Ac 1 transformation point or more is to adjust the predetermined performance by two-phase region quenching to achieve both high strength and excellent elongation, and to suppress grain growth during holding. Furthermore, it is for making it a fine grain structure by martensitic transformation.

本処理自体は雰囲気の影響を受けないものの、その後行われる表面硬化処理に影響するため、雰囲気は前述と同様であることが望ましい。冷却速度は、粗大化合物の析出を抑制し、マルテンサイト変態を完了させるため、高いことが望ましい。具体的には、出発材料の組成にも依存するが、実験の結果より、950℃以下750℃以上へ加熱後、マルテンサイト変態が完了する200℃までを3℃/秒以上とし、好ましくは5℃/秒以上である。   Although this treatment itself is not affected by the atmosphere, it affects the subsequent surface hardening treatment, so that the atmosphere is preferably the same as described above. The cooling rate is desirably high in order to suppress the precipitation of the coarse compound and complete the martensitic transformation. Specifically, depending on the composition of the starting material, from the results of the experiment, after heating to 950 ° C. or lower and 750 ° C. or higher, the temperature up to 200 ° C. where the martensitic transformation is completed is set to 3 ° C./second or more, preferably 5 ° C / second or more.

さらに、必要に応じて、焼入れを行った後、さらに加熱して、600℃以下での保持を伴う炭化または窒化もしくは炭化および窒化の表面硬化処理を行う。この表面硬化処理を行う理由は、炭素,窒素の固溶と、化合物の微細析出とを促進し、例えばドクターブレード、歯車、スチールベルトに必要になる耐摩耗性、疲労特性をさらに向上させるためである。加熱温度は、それ以前の二相域焼入れにて調整した組織を変化させないように600℃以下とする。   Furthermore, if necessary, after quenching, it is further heated to perform carbonization or nitriding or carbonizing and nitriding surface hardening treatment with holding at 600 ° C. or lower. The reason for this surface hardening treatment is to promote solid solution of carbon and nitrogen and fine precipitation of compounds, and to further improve the wear resistance and fatigue characteristics required for, for example, doctor blades, gears and steel belts. is there. The heating temperature is set to 600 ° C. or less so as not to change the structure adjusted by the previous two-phase quenching.

なお、吸収処理の窒素と炭素、表面硬化処理の窒化と炭化を入れ替えた場合でも、板表面でのオーステナイト安定化と高性能化が同様に図れることを確認した。   In addition, even when nitrogen and carbon for absorption treatment and nitridation and carbonization for surface hardening treatment were replaced, it was confirmed that austenite stabilization and high performance on the plate surface could be achieved in the same way.

以上のように、本発明は、厚さ方向の大部分を占める中心部が強度と延性のバランスに優れる複相状態を維持するとともに、表面近傍部でのN及び/又はCの固溶と化合物の微細析出により優れた耐摩耗性、疲労特性を有する材料を工業的規模で安定して供給することが可能である。   As described above, the present invention maintains a multiphase state in which the central portion occupying most of the thickness direction is excellent in the balance between strength and ductility, and the solid solution and compound of N and / or C in the vicinity of the surface Thus, it is possible to stably supply a material having excellent wear resistance and fatigue characteristics on an industrial scale.

実施例を参照しながら本発明を説明する。
供試材の組成を表1に示すとともに、一般的な工程により製造したSUS薄板を素材とするスチールベルト製造工程の抜粋を図1に示す。
The present invention will be described with reference to examples.
The composition of the test material is shown in Table 1, and an excerpt of a steel belt manufacturing process using a SUS thin plate manufactured by a general process is shown in FIG.

試料は、実機溶製材及び実験室レベルの小型鋳塊より、熱間圧延、焼鈍により板厚4.0mmとした。その後、実験室レベルの設備を用いて、冷間圧延及び焼鈍を繰返して板厚0.4mmとした。次いで、板厚0.2mmへ冷間圧延した後に短冊状に切断し、試験に供した。   The sample was made to have a plate thickness of 4.0 mm by hot rolling and annealing from a real machine melted material and a small ingot at the laboratory level. Thereafter, cold rolling and annealing were repeated using laboratory-level equipment to obtain a plate thickness of 0.4 mm. Subsequently, after cold-rolling to plate thickness 0.2mm, it cut | disconnected in strip shape and used for the test.

Figure 0006369284
Figure 0006369284

吸収処理から二相域焼入れ後までの諸特性を表2に示す。なお、表2に示した以外の熱処理条件について、吸収処理は、雰囲気の露点が−40℃、保持時間が300秒間とした。焼入れは、水素75体積%(以降、%と記載)+窒素25%、露点が−40℃の同様の混合ガス雰囲気にて行い、保持時間を10秒間とした。冷却速度は、両処理ともに200℃までを5℃/秒で実施した。   Table 2 shows various characteristics from the absorption treatment to after the two-phase region quenching. In addition, with respect to the heat treatment conditions other than those shown in Table 2, the absorption treatment was performed such that the dew point of the atmosphere was −40 ° C. and the holding time was 300 seconds. Quenching was performed in a similar mixed gas atmosphere with 75% by volume of hydrogen (hereinafter referred to as “%”) + 25% of nitrogen and a dew point of −40 ° C., and the holding time was 10 seconds. The cooling rate was 200 ° C for both treatments at 5 ° C / second.

得られた試料について、以下に列記の方法により、金属組織、硬さ、曲げ性、耐摩耗性、疲労特性を調査した。   About the obtained sample, the metal structure, hardness, bendability, wear resistance, and fatigue characteristics were investigated by the methods listed below.

[金属組織]
各相の割合は、試験片の板表面と板厚を半分まで除去した後の表面について、X線回折装置を用いて、オーステナイト相と(フェライトおよびマルテンサイト)相、それら以外の回折ピークを測定し、それらのピーク積分強度比によりオーステナイト相の割合を算出した。
[Metal structure]
As for the ratio of each phase, the austenite phase (ferrite and martensite) phase and other diffraction peaks were measured using an X-ray diffractometer on the surface of the test piece after removing the plate surface and plate thickness by half. The ratio of the austenite phase was calculated from the peak integrated intensity ratio.

化合物分布は、10質量%臭素メタノール溶液により試験片の両表面より10μmまでの領域を5g以上腐食除去した後、所定寸法の孔のフィルタを通して残留物を抽出し、該残留物を走査型電子顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscope)を用いて観察し、その最大径が5μm以上の化合物の総数を得た。   The compound distribution was determined by corroding 5 g or more of the region up to 10 μm from both surfaces of the test piece with 10% by mass bromine-methanol solution, and then extracting the residue through a filter with a hole of a predetermined size. Observation was performed using (SEM: Scanning Electron Microscope), and the total number of compounds having a maximum diameter of 5 μm or more was obtained.

結晶方位の角度差5゜以上で分離される領域の円相当の平均粒径は、一部の圧延方向垂直断面について、EBSD(Electron BackScatter Diffraction)を用いて測定した。   The average grain size corresponding to a circle in a region separated by an angle difference of 5 ° or more of crystal orientation was measured by using EBSD (Electron BackScatter Diffraction) for some of the vertical cross sections in the rolling direction.

[硬さ]
板表面と、埋込および研磨後の圧延方向垂直断面での板厚中心部とについて、マイクロビッカース硬度計を用いて、0.49Nにて測定数(n)=5で実施し、最大と最小を除いた中央3点での平均値を算出した。
[Hardness]
For the plate surface and the plate thickness center portion in the vertical cross section in the rolling direction after embedding and polishing, using a micro Vickers hardness tester, the number of measurements (n) = 5 was carried out at 0.49 N, and the maximum and minimum The average value was calculated at the center 3 points excluding.

[曲げ性]
圧延方向と平行に採取した所定の寸法の短冊状試験片について、曲げ半径4mmの直角曲げ金型と油圧プレス機を用いて実施した。次いで、光学顕微鏡ないしSEMを用いて、曲げ外周表面での割れの有無を確認し、割れが無い場合を○で評価し、有る場合を×で評価した。さらに、一部について、曲げ半径3mmの調査を行い、同様に評価した。
[Bendability]
About the strip-shaped test piece of the predetermined dimension extract | collected in parallel with the rolling direction, it implemented using the right angle bending metal mold | die with a bending radius of 4 mm, and a hydraulic press machine. Subsequently, using an optical microscope or SEM, the presence or absence of a crack on the outer peripheral surface of the bending was confirmed, and the case where there was no crack was evaluated as ◯, and the case where it was present was evaluated as x. Further, a part was investigated with a bending radius of 3 mm and evaluated in the same manner.

[耐摩耗性]
所定寸法に加工した円盤状試験片について、ピンオンディスク型試験機を用いて、一定条件にてベアリング用硬質鋼球を押付けた状態で試験片を回転させた。その後、試験片を切断し、断面を埋込および研磨した後、同押付け(摩耗痕)部での板厚減少量をn=4で測定し、平均値を算出した。評価は、それらの平均値が8μm以下を○で評価し、越える場合を×で評価した。
[Abrasion resistance]
About the disk-shaped test piece processed into the predetermined dimension, the test piece was rotated in the state which pressed the hard steel ball | bowl for bearing on fixed conditions using the pin-on-disk type testing machine. Then, after cutting the test piece, embedding and polishing the cross section, the reduction in plate thickness at the pressing (wear mark) portion was measured at n = 4, and the average value was calculated. In the evaluation, when the average value thereof was 8 μm or less, the evaluation was ○, and when it exceeded, the evaluation was ×.

[疲労試験]
圧延方向と平行に採取した所定の寸法の短冊状試験片について、両振り式の平面曲げ疲労試験機を用いて、曲げ軸を圧延方向と垂直にして板表面での曲げ応力500N/mmでの繰返し曲げを行い、10回繰返し後の破断有無を調査した。調査はn=16にて実施し、全て破断しなかったものを○とし、1枚でも破断したものを×とした。さらに、一部について、板表面での曲げ応600N/mmでの調査を行い、同様に評価した。なお、板表面での曲げ応力は、歪ゲージにより測定開始時の値を測定した。
[Fatigue test]
For a strip-shaped test piece of a predetermined size taken in parallel with the rolling direction, using a double swing plane bending fatigue tester, the bending axis is perpendicular to the rolling direction and the bending stress on the plate surface is 500 N / mm 2 . Were repeatedly bent and examined for the presence or absence of fracture after 10 7 repetitions. The investigation was carried out at n = 16, and all that did not break were marked with ◯, and one that broke even was marked with x. Further, a part was investigated at a bending stress of 600 N / mm 2 on the plate surface and evaluated in the same manner. The bending stress on the surface of the plate was measured using a strain gauge at the start of measurement.

Figure 0006369284
Figure 0006369284

本発明例No.Aa〜Ahは、所定の条件でのN及び/又はCの吸収により、板表面でのオーステナイト相量が上昇し、請求項1で規定する金属組織を達成する。これにより、板の表面が中心に対して硬化するとともに、優れた曲げ性、耐摩耗性、疲労特性を示す。また、本発明例No.Ba〜Iaに示す所定成分のステンレス鋼でも同様に確認される。   Invention Example No. In Aa to Ah, the amount of austenite phase on the plate surface increases due to the absorption of N and / or C under predetermined conditions, and the metal structure defined in claim 1 is achieved. Thereby, the surface of a board hardens | cures with respect to a center, and the outstanding bendability, abrasion resistance, and a fatigue characteristic are shown. In addition, Invention Example No. This is also confirmed in the case of stainless steel having predetermined components shown in Ba to Ia.

これに対し、比較例No.Aiは、N及び/又はCの吸収を施していないため、板表面にて所定のオーステナイト相量を達成しておらず、板厚中心部との違いが認められない。   In contrast, Comparative Example No. Since Ai does not absorb N and / or C, it does not achieve a predetermined austenite phase amount on the plate surface, and no difference from the center portion of the plate thickness is recognized.

比較例No.Ajは、吸収処理の条件に関して加熱温度が900℃と低く、充分なN及び/又はCの吸収がなされないと考えられ、板表面でのオーステナイト相量の増加が小さく、50体積%に達しない。   Comparative Example No. Aj is considered to have a heating temperature as low as 900 ° C. with respect to the conditions of the absorption treatment, and sufficient N and / or C absorption is not achieved, and the increase in the amount of austenite phase on the plate surface is small and does not reach 50% by volume. .

さらに、出発材料の組成の影響について見た場合、比較例No.Jaは、出発材料での(C+N)量、Mn量ともに低く、オーステナイト安定度が低いため、本発明の処理条件でも板表面のオーステナイト相量が低い。   Furthermore, when the influence of the composition of the starting material is seen, Comparative Example No. Since Ja is low in both the (C + N) amount and the Mn amount in the starting material and has low austenite stability, the amount of austenite phase on the plate surface is low even under the processing conditions of the present invention.

比較例No.Laは、多量のSiの含有により強固な酸化被膜が形成され、充分な吸収がなされなかったと考えられ、板表面でのオーステナイト相量が未達である。   Comparative Example No. La is considered that a strong oxide film was formed by containing a large amount of Si and sufficient absorption was not achieved, and the amount of austenite phase on the plate surface was not achieved.

なお、比較例No.Maは、多量のMn,Niを含有した安定オーステナイト鋼であり、オーステナイト相の増加を示さない。   Comparative Example No. Ma is a stable austenitic steel containing a large amount of Mn and Ni and does not show an increase in the austenite phase.

これらの結果、比較例Ai〜Oaは目標性能に未達となった。
次に、表2に示す材料の一部に表面硬化処理を施した。表面硬化処理後の諸特性を表3に示す。
As a result, Comparative Examples Ai to Oa did not reach the target performance.
Next, a part of the material shown in Table 2 was subjected to surface hardening treatment. Table 3 shows various characteristics after the surface hardening treatment.

Figure 0006369284
Figure 0006369284

本発明例No.Ac1〜Ad3は、先の処理後とほぼ同等の組織を維持しつつ、板表面が硬質となる。粗大な化合物も確認されず、必要な曲げ性、耐摩耗性、疲労特性ともに満足する。   Invention Example No. Ac1 to Ad3 have a hard plate surface while maintaining a structure almost the same as that after the previous treatment. No coarse compounds are found, and the required bendability, wear resistance, and fatigue properties are satisfied.

他方、比較例No.Ad4は、表面硬化処理の温度が高く、二相焼入れ後の組織を維持できず、材料が軟化するとともに、粗大な化合物も析出し、特性も不芳であった。   On the other hand, Comparative Example No. Ad4 had a high temperature for surface hardening treatment, could not maintain the structure after the two-phase quenching, the material was softened, coarse compounds were precipitated, and the characteristics were unsatisfactory.

比較例No.Ai1は、吸収処理後の二相焼入れ後に所定の組織を満足しておらず、その他も出発材料が必要な組成を満足しておらず、表面硬化処理後の特性が不芳であった。   Comparative Example No. Ai1 did not satisfy the predetermined structure after the two-phase quenching after the absorption treatment, and did not satisfy the required composition of the other starting materials, and the properties after the surface hardening treatment were poor.

さらに、表2にて吸収処理後の二相域焼入れ後に比較的近い組織、硬さを示した一部の発明例に関して、EBSDにより結晶方位の角度差5゜以上で分離される領域の円相当の平均粒径を測定した。また、さらに厳しい条件にて曲げ性、疲労特性を調査した。それらの調査結果を表4に示す。   Further, in Table 2, with respect to some invention examples showing relatively close structure and hardness after quenching in the two-phase region after the absorption treatment, the equivalent of a circle separated by an EBSD with a crystal orientation angle difference of 5 ° or more The average particle size of was measured. In addition, the bendability and fatigue characteristics were investigated under more severe conditions. The survey results are shown in Table 4.

Figure 0006369284
Figure 0006369284

平均粒径5μm以下の発明例No.Ac,Ad,Bcは、さらに厳しい条件でも曲げ性、疲労強度を満足し、平均粒径が5μm超のAe,Bdに比べて優れた特性を有する。これらは、今後の製品、部品のさらなる小型化、軽量化および高強度化に対応すると可能性を有する。   Invention Example No. having an average particle size of 5 μm or less. Ac, Ad, and Bc satisfy bendability and fatigue strength even under more severe conditions, and have superior characteristics as compared to Ae and Bd having an average particle size of more than 5 μm. These have the potential to cope with further miniaturization, weight reduction and higher strength of future products and parts.

このように、N及び/又はCの吸収処理後の二相域焼入れにより、板表面近傍部をオーステナイト安定化した安価なCr系複相ステンレス鋼への表面硬化処理の適用により高性能化が確認できた。   In this way, high performance was confirmed by applying surface hardening treatment to inexpensive Cr-based duplex stainless steel with austenite stabilized in the vicinity of the plate surface by two-phase quenching after absorption treatment of N and / or C did it.

Claims (6)

板厚方向全域での平均の化学組成が、質量%で、C+N:0.12〜0.6%、Si:0.1〜2.0%、Mn:1.0〜6.0%、Cr:10.0〜20.0%、残部Fe及び不純物からなり、板表面でのオーステナイト相の割合が50体積%以上、かつ、板表面より10μmまでの深さの領域にC、Nを含む微細な化合物が分散し、円相当の最大粒径が5μm以上である化合物が質量5gあたりに30個以下であり、板厚中心部ではオーステナイト相の割合が5体積%以内であり、残部がマルテンサイトとフェライトの複相組織からなる金属組織を有することを特徴とする複相ステンレス鋼。   The average chemical composition in the entire plate thickness direction is mass%, C + N: 0.12-0.6%, Si: 0.1-2.0%, Mn: 1.0-6.0%, Cr : 10.0-20.0%, balance Fe and impurities, the proportion of austenite phase on the plate surface is 50% by volume or more, and a fine region containing C and N in a depth of 10 μm from the plate surface The compound having a maximum particle diameter equivalent to a circle of 5 μm or more is 30 or less per 5 g of mass, the austenite phase ratio is within 5% by volume at the center of the plate thickness, and the balance is martensite A duplex stainless steel characterized by having a metallic structure composed of a multilayered structure of ferrite and ferrite. 前記化学組成は、質量%で、Ni:2.0%以下およびCu:2.0%以下からなる群から選ばれた1種または2種を含有することを特徴とする請求項1に記載された複相ステンレス鋼。   2. The chemical composition according to claim 1, wherein the chemical composition contains one or two selected from the group consisting of Ni: 2.0% or less and Cu: 2.0% or less in mass%. Duplex stainless steel. 前記化学組成は、質量%で、Nb:0.5%以下、V:0.5%以下およびTi:0.5%以下からなる群から選ばれた1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載された複相ステンレス鋼。   The chemical composition contains, by mass%, one or more selected from the group consisting of Nb: 0.5% or less, V: 0.5% or less, and Ti: 0.5% or less. The duplex stainless steel according to claim 1 or 2, characterized by the above. 前記金属組織における、結晶方位の角度差5゜以上で分離される領域の円相当平均粒径が5μm以下であることを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載された複相ステンレス鋼。   The circle-equivalent mean grain size of a region separated at an angle difference of 5 ° or more of the crystal orientation in the metal structure is 5 µm or less. Duplex stainless steel. 請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載された複相ステンレス鋼を製造する方法であって、
請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載された平均の化学組成を有し、オーステナイト相の割合が5体積%以内であり、残部がマルテンサイトとフェライトの複相組織を主体とするステンレス鋼に冷間加工を行って所定の板厚に減厚した後、Ac変態点以上に加熱し、表面から窒素または炭素ないし窒素と炭素を吸収させて表層部のみをオーステナイト安定化状態とし、室温近傍へ冷却した後、Ac変態点以下Ac変態点以上に加熱して焼入れることを特徴とする複相ステンレス鋼の製造方法。
A method for producing the duplex stainless steel according to any one of claims 1 to 4, comprising:
It has the average chemical composition described in any one of claims 1 to 3, the austenite phase ratio is within 5% by volume, and the balance is mainly composed of a multiphase structure of martensite and ferrite. After cold working stainless steel to reduce the thickness to a predetermined plate thickness, heat it to the Ac 3 transformation point or higher and absorb nitrogen or carbon or nitrogen and carbon from the surface to stabilize only the surface layer austenite And cooling to near room temperature, followed by heating to the Ac 3 transformation point or less and the Ac 1 transformation point or more to quench, thereby producing a duplex stainless steel.
前記焼入れを行った後、さらに加熱して、600℃以下での保持を伴う炭化または窒化もしくは炭化および窒化の表面硬化処理を行うことを特徴とする請求項5に記載された複相ステンレス鋼の製造方法。   6. The duplex stainless steel according to claim 5, wherein after the quenching, the steel is further heated and subjected to carbonization or nitriding or carbonizing and nitriding surface hardening treatment with holding at 600 ° C. or lower. Production method.
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