JP6587881B2

JP6587881B2 - 締結部品用フェライト系ステンレス線状鋼材

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Publication number: JP6587881B2
Application number: JP2015189763A
Authority: JP
Inventors: 雅之東城; 光司高野; 天藤　雅之; 雅之天藤
Original assignee: Nippon Steel Stainless Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Stainless Steel Corp
Priority date: 2015-09-28
Filing date: 2015-09-28
Publication date: 2019-10-09
Anticipated expiration: 2035-09-28
Also published as: JP2017066431A

Description

本発明は、高温環境で使用される締結部品用フェライト系ステンレス線状鋼材に関する。

自動車の排ガス規制への対策および熱効率向上のため、排気系部品にガス測定および温度測定用のＯ_２センサーハウジングおよび取付け用の円筒形部材（ボス材）が多く使用されている。これらのセンサーハウジングおよびボス材は、例えば８００℃といった高温環境で使用されるため、耐熱性および耐食性が要求される。そのため、これらの材料としてステンレス鋼が使用される。

これらの材料は線状鋼材を冷間加工により成形し、部品取り付け用に冷間でねじ加工して製造された後、センサーハウジングまたはボス材として各部に取り付けられる。従来、センサーハウジングおよびボス材の材料として、Ｎｉを含有するオーステナイト系ステンレスが耐熱性および耐食性の観点から使用されていた。

しかし、オーステナイト系ステンレス鋼線には、熱膨張率が高く、高温での伸びが大きいことから、自動車部材のダウンサイジング化に伴う精密設計に応えにくく、そして、Ｃｒに比べ価格が高く、さらに価格安定性に乏しいＮｉが多く含有されるため、自動車部材のさらなるコストダウン化が困難になるという問題がある。これらの問題を解決するため、Ｎｉを低減したフェライト系ステンレス鋼を上記の材料に適用することが求められてきた。

上述のように、センサーハウジングおよびボス材といった部材は、高温環境で使用される。そのため、これらの部材には、長時間使用後に酸化によるスケールの付着および熱膨張による変形等が生じ、ねじ部に取り付けたセンサー部品との間で焼付きが発生し、がじりついて取れなくなる不具合が生じていた。そのため、上記部材の材料として用いられるステンレス鋼には、耐食性および靱性等に加えて、使用時に焼付きが起きにくい特性（耐熱がじり性）が必要となる。

なお、ここでいう「焼付き」とは、非特許文献１に記載される「それまで安定した状態であった摩擦面で潤滑膜の破れなどにより摩擦が大きくなり、面間に巨視的な凝着を生じ、すべらなくなる現象」のことである。

前述の課題において、耐食性の向上に関しては、耐食性劣化を引き起こすＣｒ炭窒化物を抑制するため、ＣおよびＮを炭窒化物として固定するＴｉおよびＮｂを含有させ、鋭敏化を防止する方法が一般的に用いられている。

また、例えば、特許文献１では、（Ａ）式で記載されるγｐを８０％以上に制御し、オーステナイト安定度を高め、溶接部の靱性を確保する低クロム含有ステンレス鋼が提案されている。
γｐ＝４２０Ｃ＋４７０Ｎ＋２３Ｎｉ＋９Ｃｕ＋７Ｍｎ−１１．５（Ｃｒ＋Ｓｉ）−１２Ｍｏ−２３Ｖ−４９Ｔｉ−５２Ａｌ−４７Ｎｂ＋１８９・・・（Ａ）

さらに、特許文献２および３では、ＡｌおよびＴｉを添加し、窒化物を生成させ、結晶粒微細化を図り高温使用時の割れを防ぐ手法が取られている。

そして、特許文献４では、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｍｎ等を規制し、冷間加工性および靱性を高め、かつ、表面疵が抑制できるフェライト系ステンレス鋼線が提案されている。

特開２０１１−１７４１２２号公報特開２００３−３２０４７６号公報特開２００６−２３１４０４号公報特開２００６−０１６６６５号公報

金属材料技術研究所編、図解金属材料技術用語辞典−第２版−２０００年１月３０日、日刊工業新聞社発行、ｐ．４５３

しかしながら、特許文献１〜４に記載される鋼は、鋭敏化防止および結晶粒微細化のために相当量のＴｉを含有することから、粗大介在物となりやすいＴｉＮが多く生成する懸念がある。また、Ｃｒ含有量が高いと表面疵の発生頻度増加および材質強度向上による冷間加工性劣化が問題となりうる。

さらに、オーステナイトの安定度を評価する指標となるγｐの値を高めに制御すると、高温での使用時にオーステナイトの生成量が増加し、酸化スケールへのＣｒ供給が不十分となり耐酸化性が劣化する場合がある。また、熱膨張係数の相違により、スケール剥離が起こりやすくなる。そのため、いずれの技術においても改善の余地が残されている。

本発明は、優れた耐熱がじり性および靱性を有する締結部品用フェライト系ステンレス線状鋼材を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決するために種々の検討を行った結果、以下の知見を得るに至った。

（ａ）低Ｃｒ系ステンレス線状鋼材を基に、鋭敏化防止のために含有されるＴｉは、本発明では靱性を低下させる要因になるため、一定量より低く規制する。

（ｂ）靱性に影響を及ぼす元素となるＮｉ、Ｃｕ、ＴｉおよびＯについては、それぞれの含有量を規制するとともに、それらの関係においても、０．５Ｎｉ＋０．５Ｃｕ−４Ｔｉ−４Ｏ≧０を満足するように調整する必要がある。

（ｃ）ＮｉおよびＣｕを微量に含有させることで、オーステナイトの安定度を評価する指標となるγｐの値を適正範囲に制御する。γｐの値を制御することで、仮に使用時の温度環境が比較的厳しい８００〜８５０℃程度の高温環境になっても、生成するオーステナイト量を適度に抑え、低温になる際にオーステナイトから適量のマルテンサイトを生成させることができるため、靱性が向上し、使用時の割れを防ぐことが可能になる。

（ｄ）耐熱がじり性についても、γｐの値を適正に制御することによって、高温での使用時にオーステナイト生成による異常酸化が防止され、さらに低温になる際にマルテンサイトが適度に生成するため材料の膨張が少なくなり、異常酸化および熱変形によるねじ部の焼付きを防ぐことが可能になる。

本発明は、上記の知見に基づいてなされたものであり、下記の締結部品用フェライト系ステンレス線状鋼材を要旨とする。

（１）化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．０２％以下、
Ｓｉ：２．０％以下、
Ｍｎ：１．０％以下、
Ｐ：０．０４０％以下、
Ｓ：０．００５％以下、
Ｃｒ：１０．０〜１３．０％、
Ｎｉ：０．０１〜１．０％、
Ｍｏ：０．０１〜２．０％、
Ｃｕ：０．０１〜２．０％、
Ａｌ：０．３％以下、
Ｔｉ：０．０５％未満、
Ｏ：０．０１０％以下、
Ｎ：０．０２％以下、
Ｖ：０〜０．５％、
Ｎｂ：０〜１．０％、
Ｂ：０〜０．０１０％、
Ｚｒ：０〜１．０％、
Ｃａ：０〜０．０２％、
Ｓｎ：０〜０．５％、
Ｍｇ：０〜０．１％、
Ｇａ：０〜０．０５％、
Ｓｂ：０〜０．５％、
Ｗ：０〜０．５％、
Ｔａ：０〜０．５％、
Ｃｏ：０〜０．５％、
ＲＥＭ：０〜０．１％、
残部：Ｆｅおよび不可避的不純物であり、
下記（ｉ）式を満たし、かつ、下記（ii）式で表されるγpの値が下記（iii）式を満足する、締結部品用フェライト系ステンレス線状鋼材。
０．５Ｎｉ＋０．５Ｃｕ−４Ｔｉ−４Ｏ≧０・・・（ｉ）
γｐ＝４２０Ｃ＋４７０Ｎ＋２３Ｎｉ＋９Ｃｕ＋７Ｍｎ−１１．５（Ｃｒ＋Ｓｉ）−１２Ｍｏ−２３Ｖ−４９Ｔｉ−５２Ａｌ−４７Ｎｂ＋１８９・・・（ii）
４０≦γｐ＜８０・・・（iii）
但し、式中の各元素記号は、鋼材中に含まれる各元素の含有量（質量％）を表し、含有されない場合はゼロとする。

（２）電解抽出によって得られる抽出残渣中のＦｅ量が０．２０％以下である、上記（１）に記載の締結部品用フェライト系ステンレス線状鋼材。

（３）前記化学組成が、質量％で、
Ｖ：０．０１〜０．５％、
Ｎｂ：０．０５〜１．０％、
Ｂ：０．０００５〜０．０１０％、
Ｚｒ：０．０５〜１．０％、
Ｃａ：０．０００５〜０．０２％、
Ｓｎ：０．００１〜０．５％、
Ｍｇ：０．０００５〜０．１％、
Ｇａ：０．０００５〜０．０５％、
Ｓｂ：０．００１〜０．５％、
Ｗ：０．０１〜０．５％、
Ｔａ：０．０１〜０．５％、
Ｃｏ：０．０１〜０．５％および
ＲＥＭ：０．００１〜０．１％、
から選択される１種以上を含有する、前記（１）または（２）に記載の締結部品用フェライト系ステンレス線状鋼材。

なお、本発明において、「線状鋼材」とは、高温環境で使用される締結部品用フェライト系ステンレス鋼材として使用される線状の形状を有する鋼材のことであり、棒鋼、線材、鋼線等のいずれかに限定されるものではない。

本発明によれば、Ｃｒ含有量を比較的に低めに抑えたフェライト系ステンレス鋼においても十分な耐食性を有し、かつ、耐熱がじり性および靱性に優れる締結部品用フェライト系ステンレス線状鋼材を得ることができる。本発明に係る線状鋼材は、高温での使用時に低熱膨張であり、かつ、高い耐酸化性を有するため、高温使用時の焼付きを防止することが可能となる。そのため、高温環境で使用される部材の材料として好適に用いることができる。

以下、本発明の各要件について詳しく説明する。

１．化学組成
各元素の限定理由は下記のとおりである。なお、以下の説明において含有量についての「％」は、「質量％」を意味する。

Ｃ：０．０２％以下
Ｃはマトリックスのフェライト組織の強度を高める効果を有する元素であるとともに、オーステナイト生成元素である。オーステナイト相は低温になる時にマルテンサイト相を生じ、結晶粒の粗大化を防ぐ役割を果たす。そのため、Ｃは靱性を向上させ、線状鋼材としての特性の確保にも寄与する。一方、ＣはＴｉおよびＮｂと結合して炭化物を形成するが、Ｃ含有量が０．０２％を超えると、Ｃｒ炭化物を形成し、耐食性および靱性を劣化させる。したがって、Ｃ含有量は０．０２％以下とする。Ｃ含有量は０．０１５％以下であるのが好ましい。なお、上記の効果を得たい場合は、Ｃ含有量を０．００１％以上とすることが好ましい。

Ｓｉ：２．０％以下
Ｓｉは脱酸剤として働くだけでなく、ＳｉＯ_２の酸化皮膜を形成することによって異常酸化を抑制するため、耐酸化性の向上に有用な元素である。しかしながら、その含有量が２．０％を超えると靱性が劣化する。したがって、Ｓｉ含有量は２．０％以下とする。Ｓｉ含有量は１．０％以下であるのが好ましく、０．５％以下であるのがより好ましい。なお、上記の効果を得たい場合は、Ｓｉ含有量を０．０５％以上とすることが好ましく、０．１％以上とすることがより好ましい。

Ｍｎ：１．０％以下
ＭｎはＣと同様、マトリックスのフェライト組織の強度を高める効果を有する元素であるとともに、オーステナイト生成元素である。そのため、Ｍｎは靱性の改善に有効な元素である。しかしながら、その含有量が１．０％を超えると耐食性および靱性が劣化する。したがって、Ｍｎ含有量は１．０％以下とする。Ｍｎ含有量は０．３％以下であるのが好ましい。なお、上記の効果を得たい場合は、Ｍｎ含有量を０．０５％以上とすることが好ましく、０．１％以上とすることがより好ましい。

Ｐ：０．０４０％以下
Ｐは靱性等の機械的性質を劣化させる元素である。特に、Ｐ含有量が０．０４０％を超えるとその悪影響が顕著になるため、Ｐ含有量は０．０４０％以下とする。Ｐ含有量は０．０２５％以下であるのが好ましい。

Ｓ：０．００５％以下
Ｓは靱性および耐食性を劣化させるため元素である。特に、Ｓ含有量が０．００５％を超えるとその悪影響が顕著になるため、Ｓ含有量は０．００５％以下とする。Ｓ含有量は０．００３％以下であるのが好ましい。

Ｃｒ：１０．０〜１３．０％
Ｃｒは母材の耐食性を確保するのに有効な元素であるが、１０．０％未満であると十分な耐食性の確保が困難となる。一方、Ｃｒはフェライト形成元素であるため、その含有量が１３．０％を超えると、上述のγｐの値が大きく低下し、適度なマルテンサイト量が確保できなくなり、靱性が低下する。したがって、Ｃｒ含有量は１０．０〜１３．０％とする。Ｃｒ含有量は１０．５％以上であるのが好ましく、１２．０％以下であるのが好ましい。

Ｎｉ：０．０１〜１．０％
Ｎｉは母材の耐食性を向上させるのに有効な元素である。また、Ｎｉはオーステナイト形成元素であるため、マルテンサイトの形成を促進し、靱性を高める効果を有する。そのため、Ｎｉ含有量は０．０１％以上とする。しかしながら、その含有量が１．０％を超えると、靱性が低下する。したがって、Ｎｉ含有量は０．０１〜１．０％とする。Ｎｉ含有量は０．１％以上であるのが好ましく、０．３％以下であるのが好ましい。

Ｍｏ：０．０１〜２．０％
Ｍｏは耐食性および高温強度を高め、焼付きを防止する効果を有する元素である。そのため、Ｍｏ含有量は０．０１％以上とする。しかしながら、その含有量が２．０％を超えると、σ相が生成しやすくなり、さらに高価格な元素であるためコストダウンに寄与しなくなる。したがって、Ｍｏ含有量は０．０１〜２．０％とする。Ｍｏ含有量は０．０５％以上であるのが好ましい。

Ｃｕ：０．０１〜２．０％
ＣｕはＣ、ＮおよびＮｉに次ぐオーステナイト形成元素であり、上述の（ii）式で表されるγpの値を制御するためにも有効である。また、耐食性を向上させるのに有効な元素である。そのため、Ｃｕ含有量は０．０１％以上とする。しかしながら、その含有量が２．０％を超えると靱性が低下する。したがって、Ｃｕ含有量は０．０１〜２．０％とする。Ｃｕ含有量は０．１％以上であるのが好ましく、０．５％以下であるのが好ましい。

Ａｌ：０．３％以下
Ａｌは脱酸元素であるとともに、微細な窒化物を形成し、微細なフェライトを形成し、靱性を向上させる効果を有する元素である。しかしながら、その含有量が０．３％を超えると逆に靱性が悪化する。そのため、Ａｌ含有量は０．３％以下とする。Ａｌ含有量は０．０５％以下であるのが好ましく、０．０３％以下であるのがより好ましい。なお、上記の効果を得たい場合は、Ａｌ含有量を０．００１％以上とすることが好ましく、０．００５％以上とすることがより好ましい。

Ｔｉ：０．０５％未満
Ｔｉは炭窒化物を形成してＣを固定することでＣｒ炭窒化物の生成を抑制し、耐食性および靱性を向上させる効果を有する元素である。しかしながら、その含有量が０．０５％以上となると、粗大なＴｉＮまたは酸化物が形成され、靱性を低下させる要因となる。したがって、Ｔｉ含有量は０．０５％未満とする。Ｔｉ含有量は０．０４％以下であるのが好ましい。

Ｏ：０．０１０％以下
Ｏは介在物の形成および脱硫に影響を及ぼす元素であり、その含有量が０．０１０％を超えると、靱性が劣化する。そのため、Ｏ含有量は０．０１０％以下とする。

Ｎ：０．０２％以下
Ｎはマトリックスのフェライト組織の強度を高め、さらにＴｉおよびＡｌと窒化物を形成し、微細組織の形成に寄与する。しかしながら、その含有量が０．０２％を超えると、Ｃｒ窒化物を形成するために耐食性が劣化し、さらに靱性が低下する。したがって、Ｎ含有量は０．０２％以下とする。Ｎ含有量は０．０１５％以下であるのが好ましい。なお、上記の効果を得たい場合は、Ｎ含有量は０．００５％以上とすることが好ましい。

本発明のステンレス線状鋼材は、上記のＣからＮまでの元素を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる化学組成を有する。

ここで「不可避不純物」とは、鋼を工業的に製造する際に、鉱石、スクラップ等の原料、製造工程の種々の要因によって混入する成分であって、本発明に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。

本発明に係るステンレス線状鋼材は、上記の元素に加えて必要に応じて、下記に示す量のＶ、Ｎｂ、Ｂ、Ｚｒ、Ｃａ、Ｓｎ、Ｍｇ、Ｇａ、Ｓｂ、Ｗ、Ｔａ、ＣｏおよびＲＥＭから選択される１種以上を含有させても良い。

Ｖ：０〜０．５％
Ｖは微細な炭窒化物を生成し、微細なフェライト粒を形成し、靱性の向上に寄与するため、必要に応じて含有させても良い。しかしながら、その含有量が０．５％を超えると、粗大なＶ系炭窒化物が生成するため、かえって靱性が劣化する。したがって、Ｖ含有量は０．５％以下とする。Ｖ含有量は０．３％以下であるのが好ましい。なお、上記の効果を得たい場合は、Ｖ含有量を０．０１％以上とすることが好ましく、０．１％以上とすることがより好ましい。

Ｎｂ：０〜１．０％
ＮｂはＴｉと同様に炭窒化物を形成してＣを固定することで、Ｃｒ炭窒化物の生成を抑制し、耐食性および靱性の向上に寄与するため、必要に応じて含有させても良い。しかしながら、その含有量が１．０％を超えると粗大炭窒化物が形成されるため、かえって靱性が低下する。したがって、Ｎｂ含有量は１．０％以下とする。Ｎｂ含有量は０．８％以下であるのが好ましく、０．６％以下であるのがより好ましい。なお、上記の効果を得たい場合は、Ｎｂ含有量を０．０５％以上とすることが好ましく、０．１％以上とすることがより好ましく、０．３％以上とすることがさらに好ましい。

Ｂ：０〜０．０１０％
Ｂは粒界のＰ偏析を抑制し、靱性をさらに向上させるため、必要に応じて含有させても良い。しかしながら、その含有量が０．０１０％を超えると粗大ホウ化物が形成されるため、かえって靱性が低下する。したがって、Ｂ含有量は０．０１０％以下とする。Ｂ含有量は０．００５０％以下であるのが好ましい。なお、上記の効果を得たい場合は、Ｂ含有量を０．０００５％以上とすることが好ましく、０．００２０％以上とすることがより好ましい。

Ｚｒ：０〜１．０％
ＺｒはＣｒ炭窒化物の生成を抑制するため、必要に応じて含有させても良い。しかしながら、その含有量が１．０％を超えると粗大な炭窒化物に起因して、耐食性および靱性が低下する。したがって、Ｚｒ含有量は１．０％以下とする。なお、上記の効果を得たい場合は、Ｚｒ含有量を０．０５％以上とすることが好ましい。

Ｃａ：０〜０．０２％
Ｃａは熱間加工性を向上させる有用な元素であるため、必要に応じて含有させても良い。しかしながら、その含有量が０．０２％を超えると、かえって靱性が劣化する。したがって、Ｃａ含有量は０．０２％以下とする。なお、上記の効果を得たい場合は、Ｃａ含有量を０．０００５％以上とすることが好ましい。

Ｓｎ：０〜０．５％
Ｓｎは耐食性を向上させる有用な元素であるため、必要に応じて含有させても良い。しかしながら、その含有量が０．５％を超えると靱性の低下につながるとともに、耐食性向上効果も飽和する。したがって、Ｓｎ含有量は０．５％以下とする。なお、上記の効果を得たい場合は、Ｓｎ含有量を０．００１％以上とすることが好ましい。

Ｍｇ：０〜０．１％
Ｍｇは脱酸を強化するのに有用な元素であるため、必要に応じて含有させても良い。しかしながら、その含有量が０．１％を超えると靱性が劣化する。したがって、Ｍｇ含有量は０．１％以下とする。Ｍｇ含有量は０．０８％以下であるのが好ましい。なお、上記の効果を得たい場合は、Ｍｇ含有量を０．０００５％以上とすることが好ましい。

Ｇａ：０〜０．０５％
Ｇａは冷間鍛造または曲げ加工において加工性を向上させるのに有用な元素であるため、必要に応じて含有させても良い。しかしながら、その含有量が０．０５％を超えると靱性が劣化する。したがって、Ｇａ含有量は０．０５％以下とする。なお、上記の効果を得たい場合は、Ｇａ含有量を０．０００５％以上とすることが好ましく、０．００１０％以上とすることが好ましい。

Ｓｂ：０〜０．５％
Ｓｂは耐食性の向上に有用な元素であるため、必要に応じて含有させても良い。しかしながら、その含有量が０．５％を超えると、偏析によって耐食性が劣化する。したがって、Ｓｂ含有量は０．５％以下とする。なお、上記の効果を得たい場合は、Ｓｂ含有量を０．００１０％以上とすることが好ましい。

Ｗ：０〜０．５％
Ｗは耐摩耗性および耐食性の向上に有用な元素であるため、必要に応じて含有させても良い。しかしながら、その含有量が０．５％を超えると靱性が劣化する。したがって、Ｗ含有量は０．５％以下とする。なお、上記の効果を得たい場合は、Ｗ含有量を０．０１％以上とすることが好ましい。

Ｔａ：０〜０．５％
Ｔａは耐摩耗性および耐食性を向上させる有用な元素であるため、必要に応じて含有させても良い。しかしながら、その含有量が０．５％を超えると靱性が劣化する。したがって、Ｔａ含有量は０．５％以下とする。なお、上記の効果を得たい場合は、Ｔａ含有量を０．０１％以上とすることが好ましい。

Ｃｏ：０〜０．５％
Ｃｏは耐摩耗性の向上に有用な元素であるため、必要に応じて含有させても良い。しかしながら、その含有量が０．５％を超えると靱性が劣化する。したがって、Ｃｏ含有量は０．５％以下とする。なお、上記の効果を得たい場合は、Ｃｏ含有量を０．０１％以上とすることが好ましい。

ＲＥＭ：０〜０．１％
ＲＥＭは熱間加工性を向上させる元素であるため、必要に応じて含有させても良い。しかしながら、その含有量が０．１％を超えると靱性が劣化する。したがって、ＲＥＭ含有量は０．１％以下とする。ＲＥＭ含有量は０．０８％以下であるのが好ましい。なお、上記の効果を得たい場合は、ＲＥＭ含有量を０．００１％以上とすることが好ましい。

ここで、ＲＥＭとは、Ｓｃ、Ｙおよびランタノイドの合計１７元素を指し、ＲＥＭの含有量は、これらの元素の合計含有量を指す。

０．５Ｎｉ＋０．５Ｃｕ−４Ｔｉ−４Ｏ≧０・・・（ｉ）
但し、式中の各元素記号は、鋼材中に含まれる各元素の含有量（質量％）を表し、含有されない場合はゼロとする。
上述のように、ＮｉおよびＣｕはオーステナイト形成元素であり、一方、ＴｉおよびＯは炭窒化物または酸化物を形成する元素である。これらの元素は靱性に与える影響が大きい。そのため、靱性の低下を防ぐためには、これらの元素の含有量が上記で規定される範囲となるとともに、上記（ｉ）式を満足する必要がある。

γｐ＝４２０Ｃ＋４７０Ｎ＋２３Ｎｉ＋９Ｃｕ＋７Ｍｎ−１１．５（Ｃｒ＋Ｓｉ）−１２Ｍｏ−２３Ｖ−４９Ｔｉ−５２Ａｌ−４７Ｎｂ＋１８９・・・（ii）
４０≦γｐ＜８０・・・（iii）
但し、式中の各元素記号は、鋼材中に含まれる各元素の含有量（質量％）を表し、含有されない場合はゼロとする。
上述のように、（ii）式で示されるγｐはオーステナイトの安定度を評価する指標となる。γｐの値を適切な範囲に制御することによって、使用時の靱性を確保するとともに、高温での過度なオーステナイト生成による耐酸化性劣化および熱変形を防止することができるため、耐熱がじり性を向上させることが可能になる。

そのため、（ii）式中の各元素の含有量が上記で規定される範囲となるとともに、上記（iii）式を満足する必要がある。γｐの値は５０以上であるのが好ましく、６５以下であるのが好ましい。

上記（iii）式を満足することによって、例えば８５０℃程度の高温加熱時には、金属組織中に体積率で１〜３０％の量のオーステナイト相が形成する。そして、適量のオーステナイト層が形成することによって、フェライト相の粗大化を回避することができる。その結果、冷却後にはマルテンサイト相が得られ、強度および靱性を確保できる。

γｐが４０未満では、高温加熱時に十分なオーステナイト相を形成できないのでフェライト相が粗大化する。そして、冷却後にマルテンサイト相が確保できなくなるため、強度および靱性が低下する。また、γｐが８０以上になるとマルテンサイト相が過剰に得られ、靱性が大幅に低下する。したがって、本発明に係る線状鋼材は、８５０℃程度の高温環境下にさらされた後の状態において、金属組織中のマルテンサイト量が、体積率で１〜３０％となる。より優れた強度および靱性を確保するためには、上記のマルテンサイト量は、１０〜２０％となるのが好ましい。

２．ラーフェス相の析出量
上述のように、本発明においては、粒界腐食を防ぐために、必要に応じてＮｂを含有させる。それに伴いＮｂおよびＦｅを含む析出物であるラーフェス相が析出する。ラーフェス相の析出を抑制すれば、靱性がさらに向上する。ラーフェス相の析出量の評価に関しては、以下に示す方法により行うことができる。

鋼線を粒度＃５００の研磨材を用いて研磨仕上げし、その試料を陽極として、１０％ＡＡ系電解液（１０％アセチルアセトン−１％テトラメチル−メタノール）を用いて溶解する。その後、電解液をろ紙等により濾過することによって得られる抽出残渣を０．５％臭素−メタノールを用いて溶解した後、原子吸光法等の化学分析によって、抽出残渣中のＦｅ量を測定する。靱性のさらなる向上効果を得たい場合には、抽出残渣中のＦｅ量を０．２％以下とするのが好ましい。

３．寸法
本発明に係る締結部品用フェライト系ステンレス線状鋼材の寸法については特に制限はない。しかしながら、靱性および耐熱がじり性に優れる高温環境の締結部で使用される線状鋼材としては、線状鋼材の直径は８ｍｍ以上であることが好ましく、１０〜２０ｍｍであることがより好ましい。

４．製造方法
本発明に係る締結部品用フェライト系ステンレス線状鋼材の製造方法については、特に制限は設けず、一般的な工程によって製造することができる。例えば、鋳造工程、熱間線材圧延工程、焼鈍工程および酸洗工程を経て線状鋼材を製造することができる。

なお、靱性の向上を目的として、ラーフェス相の析出を抑制するためには、上記の焼鈍工程において冷却速度を制御することが好ましい。焼鈍工程において保定後の冷却速度が５０℃／ｈ未満ではラーフェス相が相当量析出し、靱性の向上に寄与しない場合がある。そのため、焼鈍工程における保定後の冷却速度は、５０℃／ｈ以上とすることが好ましい。

以下、実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

表１〜４に示す化学組成を有する鋼を１００ｋｇの真空溶解炉において溶解し、直径１８０ｍｍの鋳片に鋳造した。その鋳片を直径１５ｍｍまで熱間線材圧延を行った。この際の熱間圧延終了温度は１０００℃であった。それに続いて、８００℃で２ｈ加熱するバッチ焼鈍を施した。その後、酸洗を行い、線材とした（線材Ｎｏ．１〜８８）。

さらに線材よりＪＩＳ規格に準拠した長さ５５ｍｍ、１辺が１０ｍｍの正方形断面を持つ、Ｖノッチ試験片を用い、室温で衝撃試験を行った。本発明においては、衝撃値が１００Ｊ／ｃｍ^２以上のものを優（◎）、５０Ｊ／ｃｍ^２以上のものを良（○）、５０Ｊ／ｃｍ^２未満のものを不可（×）として評価した。

また、上記の線材よりサンプルを切り出し、冷間加工後に雌ねじ加工を施して、ボス形状とし、サンプル雌ねじ部に雄ねじを取り付け、大気中で８５０℃において６ｈ保持した。その後、雄ねじを取り外しの際に焼付きの有無を調査し、加えてマルテンサイト量、酸化増量についても調査した。

酸化増量は試験前後のサンプルの重量を測定することによって求めた。試験で生成した酸化スケールによる酸化増量が５ｍｇ／ｃｍ^２以下のものを良（○）、５ｍｇ／ｃｍ^２を超えるものを不可（×）とした。

焼付きの有無については、試験後の雄ねじ取りはずしに際し、取り外せたものを良（○）、異常酸化を生じ、がじり付いて取り外せなかったものを不可（×）とした。

マルテンサイト量については、光学顕微鏡を用いた画像解析を測定倍率５０倍、１０視野で行い、それぞれの視野においてマルテンサイトの面積率を求め、１０視野の平均値を算出した。そして、上記のマルテンサイトの平均面積率をマルテンサイト量とした。なお、ミクロ組織から求めた面積率は、体積率と同じである。

以上の結果を、表５および６にまとめて示す。

表１〜６から分かるように、化学組成が本発明の規定を満足する本発明例である試験Ｎｏ．１〜５２は、いずれも靱性の劣化もなく、耐酸化性にも優れ、焼付きもなく良好であった。

一方、化学組成が本発明の規定から外れる比較例である試験Ｎｏ．５３〜８８は、耐酸化性、靱性および耐熱がじり性の少なくともいずれかが劣っていた。

次に、化学組成が本発明の規定を満足する線材Ｎｏ．２を用いて、焼鈍温度および冷却速度を変化させ、靱性に及ぼすラーフェス相の影響を評価した。具体的には前記の線材を用いて、焼鈍温度を８００℃および９００℃のいずれかとし、さらにその温度からの冷却速度を水冷、１００℃／ｈ、６０℃／ｈ、２０℃／ｈ、１０℃／ｈのいずれかとして冷却した。なお、水冷以外の条件での冷却を行った試料は、６００℃で脱炉した。

その後、各試料について、粒度＃５００の研磨材を用いて研磨仕上げし、その試料を陽極として、１０％ＡＡ系電解液（１０％アセチルアセトン−１％テトラメチル−メタノール）を用い、−１００ｍＶｖｓＳＣＥで約１２００クーロン／ｃｍ^２の電流を流して、約０．５ｇ溶解した。そして、電解液をメッシュサイズが０．２μｍサイズのポリカーボネイトのろ紙を用いて濾過して、抽出残渣を得た。得られた抽出残渣を０．５％臭素−メタノールを用いて溶解した後、原子吸光法による化学分析によって、抽出残渣中のＦｅ量を測定した。

そして、各試料について、実施例１と同様に衝撃試験を行い、衝撃値が１００Ｊ／ｃｍ^２以上のものを優（◎）、５０Ｊ／ｃｍ^２以上のものを良（○）として評価した。その結果を表７に示す。

表７から分かるように、焼鈍後の冷却速度が５０℃／ｈ以上である、試料Ｎｏ．８９〜９１および９４〜９６については、Ｆｅ抽出残渣量が０．２０％以下であり、靱性がさらに向上した。一方、焼鈍後の冷却速度が５０℃／ｈ未満である、試料Ｎｏ．９２、９３、９７および９８については、Ｆｅ抽出残渣量が０．２０％を超え、その結果、靱性向上は認められなかった。

Claims

化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．０２０％以下、
Ｓｉ：２．０％以下、
Ｍｎ：１．０％以下、
Ｐ：０．０４０％以下、
Ｓ：０．００５％以下、
Ｃｒ：１０．０〜１３．０％、
Ｎｉ：０．０１〜１．０％、
Ｍｏ：０．０１〜２．０％、
Ｃｕ：０．０１〜２．０％、
Ａｌ：０．３％以下、
Ｔｉ：０．０５％未満、
Ｏ：０．０１０％以下、
Ｎ：０．０２％以下、
Ｖ：０〜０．５％、
Ｎｂ：０〜１．０％、
Ｂ：０〜０．０１０％、
Ｚｒ：０〜１．０％、
Ｃａ：０〜０．０２％、
Ｓｎ：０〜０．５％、
Ｍｇ：０〜０．１％、
Ｇａ：０〜０．０５％、
Ｓｂ：０〜０．５％、
Ｗ：０〜０．５％、
Ｔａ：０〜０．５％、
Ｃｏ：０〜０．５％、
ＲＥＭ：０〜０．１％、
残部：Ｆｅおよび不可避的不純物であり、
下記（ｉ）式を満たし、かつ、下記（ii）式で表されるγpの値が下記（iii）式を満足し、
電解抽出によって得られる抽出残渣中のＦｅ量が０．２０％以下である、締結部品用フェライト系ステンレス線状鋼材。
０．５Ｎｉ＋０．５Ｃｕ−４Ｔｉ−４Ｏ≧０・・・（ｉ）
γｐ＝４２０Ｃ＋４７０Ｎ＋２３Ｎｉ＋９Ｃｕ＋７Ｍｎ−１１．５（Ｃｒ＋Ｓｉ）−１２Ｍｏ−２３Ｖ−４９Ｔｉ−５２Ａｌ−４７Ｎｂ＋１８９・・・（ii）
４０≦γｐ＜８０・・・（iii）
但し、式中の各元素記号は、鋼材中に含まれる各元素の含有量（質量％）を表し、含有されない場合はゼロとする。
前記化学組成が、質量％で、
Ｖ：０．０１〜０．５％、
Ｎｂ：０．０５〜１．０％、
Ｂ：０．０００５〜０．０１０％、
Ｚｒ：０．０５〜１．０％、
Ｃａ：０．０００５〜０．０２％、
Ｓｎ：０．００１〜０．５％、
Ｍｇ：０．０００５〜０．１％、
Ｇａ：０．０００５〜０．０５％、
Ｓｂ：０．００１〜０．５％、
Ｗ：０．０１〜０．５％、
Ｔａ：０．０１〜０．５％、
Ｃｏ：０．０１〜０．５％および
ＲＥＭ：０．００１〜０．１％、
から選択される１種以上を含有する、請求項１に記載の締結部品用フェライト系ステンレス線状鋼材。