JP7326957B2 - マルテンサイト系ステンレス鋼及び締結部材 - Google Patents
マルテンサイト系ステンレス鋼及び締結部材 Download PDFInfo
- Publication number
- JP7326957B2 JP7326957B2 JP2019134246A JP2019134246A JP7326957B2 JP 7326957 B2 JP7326957 B2 JP 7326957B2 JP 2019134246 A JP2019134246 A JP 2019134246A JP 2019134246 A JP2019134246 A JP 2019134246A JP 7326957 B2 JP7326957 B2 JP 7326957B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- mass
- hardness
- stainless steel
- amount
- martensitic stainless
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Description
例えば、特許文献1には、0.15≦C<0.70mass%、0.05≦Si≦1.00mass%、0.05≦Mn≦1.00mass%、P≦0.030mass%、S≦0.030mass%、0.001≦Cu≦0.50mass%、0.05≦Ni≦0.50mass%、11.0≦Cr≦18.0mass%、0.05≦Mo≦2.0mass%、0.01≦W≦0.50mass%、0.01≦V≦0.50mass%、0.05≦N≦0.40mass%、O≦0.02mass%、Al≦0.080mass%、及び、0.0005≦B≦0.0050mass%を含み、残部が実質的にFe及び不可避的不純物からなり、0.4<C+N<0.7mass%、かつC/N≧0.75であるマルテンサイト鋼が開示されている。
(a)侵入型原子としてCに加えてNを添加し、かつ、C+N量及びC/N比を最適化すると、焼入れ温度でのCの固溶限を大きくする(すなわち、オーステナイト領域を広くする)ことができる点、及び、
(b)これによって、マルテンサイト変態後に高硬度が得られる点
が記載されている。
(a)N含有量の多いマルテンサイト系ステンレス鋼に対し、適量のBを添加すると、マルテンサイト変態時の焼割れを抑制することができる点、
(b)適量のSiを添加すると同時に、窒化物を生成しやすいAl及びTi量を一定値以下にすると、酸化物・窒化物系介在物に起因する焼割れを抑制することができる点、及び、
(c)残留オーステナイト量が一定量となるように焼入れ条件を最適化すると、高硬度及び高耐食性を両立させ、かつ、焼割れも抑制することができる点
が記載されている。
また、本発明が解決しようとする他の課題は、このようなマルテンサイト系ステンレス鋼を用いた締結部材を提供することにある。
0.15≦C≦0.30mass%、
0.05≦Si≦1.00mass%、
0.05≦Mn≦1.00mass%、
0.05≦Ni≦0.5mass%、
11.0≦Cr≦15.0mass%、
1.4≦Mo≦2.0mass%、
0.01≦V≦0.50mass%、
0.10≦N≦0.20mass%、及び、
0.0005≦B≦0.0050mass%
を含み、残部がFe及び不可避的不純物かならなり、
0.25≦C+N≦0.45mass%
を満たすことを要旨とする。
本発明に係るマルテンサイト系ステンレス鋼からなり、
ロックウェル硬さが50HRC以上57HRC以下であり、
衝撃値が200J/cm2以上であり、
孔食電位Vc100が200mV以上である
ことを要旨とする。
[1. マルテンサイト系ステンレス鋼]
[1.1. 主構成元素]
本発明に係るマルテンサイト系ステンレス鋼は、以下のような元素を含み、残部がFe及び不可避的不純物からなる。添加元素の種類、その成分範囲、及びその限定理由は、以下の通りである。
Cは、焼入れ時にマトリックスに固溶し、マルテンサイト組織とすることで硬さを確保するために必要な成分である。このような効果を得るためには、C量は、0.15mass%以上である必要がある。C量は、好ましくは、0.17mass%以上、さらに好ましくは、0.22mass%以上である。
一方、C量が過剰になると、CrやMoといった耐食性を確保する成分と炭化物を形成し、耐食性を劣化させる場合がある。従って、C量は、0.30mass%以下である必要がある。C量は、好ましくは、0.28mass%以下である。
Siは、主に脱酸剤として、又は、窒素添加のために添加される。そのためには、Si量は、0.05mass%以上である必要がある。
一方、Si量が過剰になると、熱間での加工性を低下させたり、靱性を低下させる。従って、Si量は、1.00mass%以下である必要がある。
Mnは、焼入れ性を向上させる成分として添加される。また、不可避的不純物であるSを固定し、靱性の低下を防止する効果もある。このような効果を得るためには、Mn量は、0.05mass%以上である必要がある。
一方、Mn量が過剰になると、熱間加工性を低下させる。従って、Mn量は、1.00mass%以下である必要がある。
Niは、酸に対する耐食性を向上させ、溶鋼中へのNの溶解量を増加させる成分である。このような効果を得るためには、Ni量は、0.05mass%以上である必要がある。
一方、Ni量が過剰になると、残留オーステナイト量が増加し、硬さが低下する場合がある。また、コストが高くなるという問題もある。従って、Ni量は、0.5mass%以下である必要がある。
Crは、耐食性を向上させ、溶鋼中へのNの溶解量を増加させる成分である。このような効果を得るためには、Cr量は、11.0mass%以上である必要がある。Cr量は、好ましくは、12.0mass%以上である。
一方、Cr量が過剰になると、残留オーステナイト量が増加し、硬さが低下する場合がある。従って、Cr量は、15.0mass%以下である必要がある。Cr量は、好ましくは、14.0mass%以下である。
Moは、耐食性を向上させる成分である。このような効果を得るためには、Mo量は、1.4mass%以上である必要がある。Mo量は、好ましくは、1.5mass%以上である。
一方、Mo量が過剰になると、残留オーステナイト量が増加し、硬さが低下する場合がある。従って、Mo量は、2.0mass%以下である必要がある。Mo量は、好ましくは、1.8mass%以下である。
Vは、窒素の溶解量を増加させる成分である。また、微細な炭窒化物を形成し、硬さの向上や、結晶粒粗大化の抑制に寄与する。このような効果を得るためには、V量は、0.01mass%以上である必要がある。V量は、好ましくは、0.10mass%以上、さらに好ましくは、0.20mass%以上である。
一方、V量が過剰になると、粗大な炭窒化物を形成し、偏析が顕著となることで耐食性を劣化させる。従って、V量は、0.50mass%以下である必要がある。V量は、好ましくは、0.40mass%以下、さらに好ましくは、0.30mass%以下である。
Nは、焼入れ時にマトリックスに固溶し、マルテンサイト組織とすることで硬さや耐食性を確保するために必要な成分である。このような効果を得るためには、N量は、0.10mass%以上である必要がある。N量は、好ましくは、0.12mass%以上である。
一方、N量が過剰になると、鋳造時に窒素ガスが発生し、鋳造欠陥であるブローホールとなる場合がある。従って、N量は、0.20mass%以下である必要がある。N量は、好ましくは、0.18mass%以下、さらに好ましくは、0.16mass%以下である。
Bは、靱性及び熱間加工性を向上させるために有効である。このような効果を得るためには、B量は、0.0005mass%以上である必要がある。
一方、B量が過剰になると、窒化物を形成し、Nの効果を減少させる。従って、B量は、0.0050mass%以下である必要がある。
「不可避的不純物」とは、ステンレス鋼を製造する際に、原料や耐火物から混入する微量成分をいう。不可避的不純物としては、例えば、
(a)0.03mass%以下のP、
(b)0.03mass%以下のS、
(c)0.20mass%以下のAl、
(d)0.01mass%以下のO、
(e)0.10mass%以下のNb、
(f)0.05mass%以下のW、
(g)0.08mass%未満のCu、
などがある。
特に、Oは、酸化物を形成するため、Oが過剰になると靱性が低下する。また、Nb及びWが過剰になると粗大炭化物を形成し、耐食性を低下させる。そのため、これらの元素は、上記含有量以下にするのが好ましい。
(10)0.25≦C+N≦0.45mass%:
CとNは、いずれも硬さの向上に寄与する。そのため、過剰な硬さを抑制するためには、CとNの合計量を制限する必要がある。このような効果を得るためには、C+N量は、0.45mass%以下である必要がある。C+N量は、好ましくは、0.42mass%以下、さらに好ましくは、0.40mass%以下である。
一方、C+N量が少なくなりすぎると、硬さが低下する。従って、C+N量は、0.25mass%以上である必要がある。C+N量は、好ましくは、0.30mass%以上、さらに好ましくは、0.35mass%以上である。
本発明に係るマルテンサイト系ステンレス鋼は、上述した主構成元素に加えて、以下のような元素をさらに含んでいても良い。添加元素の種類、その成分範囲、及びその限定理由は、以下の通りである。
Cuは、酸に対する耐食性を向上させる成分であり、必要に応じて添加することができる。このような効果を得るためには、Cu量は、0.08mass%以上が好ましい。Cu量は、好ましくは、0.20mass%以上、さらに好ましくは、0.50mass%以上である。
一方、Cu量が過剰になると、残留オーステナイト量が増加し、硬さが低下する場合がある。従って、Cu量は、1.00mass%以下が好ましい。Cu量は、好ましくは、0.8mass%以下である。
本発明に係る締結部材は、以下の構成を備えている。
(1)締結部材は、本発明に係るマルテンサイト系ステンレス鋼からなる。
(2)締結部材は、ロックウェル硬さが50HRC以上57HRC以下である。
(3)締結部材は、衝撃値が200J/cm2以上である。
(4)締結部材は、孔食電位Vc100が200mV以上である。
「締結部材」とは、2以上の部材を物理的に締結するための部材をいう。
締結部材としては、例えば、ねじ、ボルト、ナット、釘、ピンなどがある。また、ねじとしては、ねじ自身でねじ立て(タップ)ができるタッピングねじ(self tapping screw)や、下穴を必要としないタッピングねじであるドリリングタッピングねじ(self drilling tapping screw)に好ましく用いることができる。
本発明に係る締結部材は、本発明に係るマルテンサイト系ステンレス鋼からなる。マルテンサイト系ステンレス鋼の詳細については、上述した通りであるので、説明を省略する。
マルテンサイト系ステンレス鋼を所定の形状を有する締結部材に加工した後、熱処理(焼入れ、及び必要に応じて焼戻し)を行う場合において、熱処理条件を最適化すると、締結部材の硬さを調節することができる。締結部材の硬さが低すぎると、十分な締結強度が得られない。従って、締結部材は、ロックウェル硬さが50HRC以上である必要がある。ロックウェル硬さは、好ましくは、52HRC以上である。
「衝撃値」とは、10Rノッチのシャルピー試験片を用いて測定される衝撃値をいう。
上述したように、締結部材には、高い靱性が求められる。締結時における締結部材の折損を抑制するためには、締結部材は、衝撃値200J/cm2以上である必要がある。
「孔食電位」とは、JIS G 0577に従って測定される孔食電位Vc100(mV)(アノード分極曲線において、電流値100μA/cm2に対応する電位)をいう。
本発明に係るマルテンサイト系ステンレス鋼は、成分を最適化しているために、従来のマルテンサイト系ステンレス鋼に比べて耐食性が高い。具体的には、成分を最適化すると、孔食電位Vc100は、200mV以上となる。成分を最適化すると、孔食電位Vc100は、240mV以上、あるいは、280mV以上となる。
本発明に係る締結部材の製造方法は、
(a)マルテンサイト系ステンレス鋼からなる素材から、所定の形状を有する部材を加工する加工工程と、
(b)前記部材を焼入れ温度に加熱し、前記部材を急冷し、本発明に係る締結部材を得る焼入れ工程と、
を備えている。
(c)前記焼入れ工程の後に、前記部材の焼戻しを行う焼戻し工程
をさらに備えていても良い。
まず、マルテンサイト系ステンレス鋼からなる素材から、所定の形状を有する部材を加工する(加工工程)。
部材の形状、寸法等は、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適なものを選択する。また、マルテンサイト系ステンレス鋼の詳細については、上述した通りであるので、説明を省略する。
なお、加工前の素材、又は、所定の形状に加工した後の部材に対し、焼入れ処理を行う前に焼鈍処理を施しても良い。
次に、前記部材を焼入れ温度に加熱し、前記部材を急冷する(焼入れ工程)。これにより、本発明に係る高硬度部材が得られる。
焼入れ時の部材の温度(焼入れ温度)は、マルテンサイト系ステンレス鋼の組成に応じて、最適な温度を選択する。一般に、焼入れ温度が低すぎると、炭化物が多量に残存し、耐食性が低下する。従って、焼入れ温度は、900℃以上が好ましく、1000℃以上がさらに好ましい。
一方、焼入れ温度が高くなりすぎると、結晶粒径が粗大化し、靱性が低下する場合がある。従って、焼入れ温度は、1200℃以下が好ましく、1100℃以下がさらに好ましい。
「焼入れ時の冷却速度」とは、焼入れ温度から400℃まで冷却する際の平均冷却速度をいう。
本発明において、冷却速度は特に限定されないが、冷却速度が速くなるほど、部材の鋭敏化が抑制され、耐食性に優れたものとなる。耐食性に優れた高硬度部材を得る場合、冷却速度は、0.5℃/sec以上が好ましい。冷却速度は、好ましくは、1℃/sec以上、さらに好ましくは、5℃/sec以上である。
焼入れ時の冷媒は、上述した冷却速度が得られるものである限りにおいて、特に限定されない。冷媒としては、例えば、
(a)水、油などの液体、
(b)窒素ガス、アルゴンガスなどの気体、
などがある。
次に、必要に応じて、前記焼入れ工程の後に、前記部材の焼戻しを行う(焼戻し工程)。焼戻し温度は、目的とする靱性、硬さ、及び耐食性に応じて、適宜設定することができる。例えば、焼戻し温度は、100~400℃が好ましい。
耐食性を向上させる合金成分のひとつとして、窒素が挙げられる。窒素は、炭素と同様に硬さを上げることができる成分である。窒素は、耐食性の劣化原因となる炭素の添加量を抑えて耐食性を向上しつつ、必要な硬さに調整する成分として好ましい。本発明に係るマルテンサイト系ステンレス鋼は、CとNの含有量が最適化されている。そのため、これに適切な熱処理を施すと、SUS420J2と同等の硬度及び靱性を有しながら、SUS420J2よりも高い耐食性を有するマルテンサイト系ステンレス鋼が得られる。
[1. 試料の作製]
表1に示す化学組成の鋼50kgを溶製した。得られた鋼塊を熱間鍛造し、直径20mmの棒材を製造した。この棒材から試験片を切断採取し、1050℃で焼入れ、及び180℃で焼戻しを行った。
[2.1. 熱処理後の硬さ(HT硬さ)]
熱処理後の各試料について、ロックウェル硬さ(Cスケール)を測定した。判定基準は、以下の通りである。
「A」: ロックウェル硬さが50HRC以上57HRC以下であるもの。
「B」: ロックウェル硬さが50HRC未満、又は、57HRC超であるもの。
靱性は、10Rノッチのシャルピー衝撃試験を用いて評価した。判定基準は、以下の通りである。
「A」: 衝撃値が200J/cm2以上であるもの。
「B」: 衝撃値が200J/cm2未満であるもの。
試料表面を研磨した後、JIS G 0577に従い、孔食電位Vc100(mV)(アノード分極曲線において、電流値100μA/cm2に対応する電位)を測定した。判定基準は、以下の通りである。
「A」: 孔食電位Vc100が200mV以上であるもの。
「B」: 孔食電位Vc100が100mV以上200mV未満であるもの。
「C」: 孔食電位Vc100が100mV未満であるもの。
表2に結果を示す。表2より、以下のことが分かる。
(1)比較例1、3は、HT硬さが高く、衝撃値、及び耐食性がいずれも低い。これは、Cが過剰であるために硬さが高くなり、粗大な炭化物が多量に生成したために耐食性が低下したと考えられる。
(2)比較例2は、耐食性が著しく低い。これは、MoやNが不足し、Cが過剰であるために、粗大な炭化物が多量に生成したためと考えられる。
(4)比較例5は、耐食性が著しく低い。これは、Moが少ないためと考えられる。
(5)比較例6は、HT硬さが低い。これは、Moが過剰であるためと考えられる。
(6)比較例7は、HT硬さが低い。これは、Vを含んでいないために、微細な炭窒化物形成による硬さの増加が得られなかったためと考えられる。
(8)比較例9は、耐食性が著しく低い。これは、Cr量が少ないためと考えられる。
(9)比較例10は、HT硬さが低い。これは、Cr量が過剰であるために、残留オーステナイト量が増加したためと考えられる。
(10)比較例11は、耐食性が低い。これは、Wを含有し、粗大な炭化物を生成したためと考えられる。
(12)比較例13は、衝撃値が低い。これは、材料中に含まれる酸素が酸化物を形成し、酸化物が破壊の起点となっているためと考えられる。
(13)実施例1~7は、いずれも、HT硬さ、衝撃値、及び耐食性が高い。
(14)実施例1~7と、比較例11、12、及び14との対比から、本発明におけるVの特異性が認められる。
Claims (4)
- 0.15≦C≦0.30mass%、
0.05≦Si≦1.00mass%、
0.05≦Mn≦1.00mass%、
0.05≦Ni≦0.5mass%、
11.0≦Cr≦15.0mass%、
1.4≦Mo≦2.0mass%、
0.01≦V≦0.50mass%、
0.10≦N≦0.20mass%、及び、
0.0005≦B≦0.0050mass%
を含み、残部がFe及び不可避的不純物かならなり、
0.25≦C+N≦0.45mass%
を満たすマルテンサイト系ステンレス鋼。 - 0.08≦Cu≦1.00mass%
をさらに含む請求項1に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼。 - ロックウェル硬さが50HRC以上57HRC以下であり、
衝撃値が200J/cm2以上であり、
孔食電位Vc100が200mV以上である
請求項1又は2に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼。 - 請求項3に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼からなる締結部材。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019134246A JP7326957B2 (ja) | 2019-07-22 | 2019-07-22 | マルテンサイト系ステンレス鋼及び締結部材 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019134246A JP7326957B2 (ja) | 2019-07-22 | 2019-07-22 | マルテンサイト系ステンレス鋼及び締結部材 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2021017626A JP2021017626A (ja) | 2021-02-15 |
JP7326957B2 true JP7326957B2 (ja) | 2023-08-16 |
Family
ID=74565879
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019134246A Active JP7326957B2 (ja) | 2019-07-22 | 2019-07-22 | マルテンサイト系ステンレス鋼及び締結部材 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7326957B2 (ja) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007277639A (ja) | 2006-04-07 | 2007-10-25 | Daido Steel Co Ltd | マルテンサイト鋼 |
JP2017150045A (ja) | 2016-02-26 | 2017-08-31 | 山陽特殊製鋼株式会社 | マルテンサイト系ステンレス鋼 |
JP2020050917A (ja) | 2018-09-27 | 2020-04-02 | 日鉄ステンレス株式会社 | 冷間加工性に優れる高硬度・高耐食性用途のマルテンサイト系ステンレス鋼及びその製造方法 |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2968844B2 (ja) * | 1995-01-13 | 1999-11-02 | 日立金属株式会社 | 耐孔食性の優れた高硬度マルテンサイト系ステンレス鋼 |
JPH1036945A (ja) * | 1996-07-19 | 1998-02-10 | Nippon Steel Corp | ねじ込み性に優れた高耐銹性マルテンサイト系ステンレス製ドリリングタッピンねじ及びその焼入方法 |
-
2019
- 2019-07-22 JP JP2019134246A patent/JP7326957B2/ja active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007277639A (ja) | 2006-04-07 | 2007-10-25 | Daido Steel Co Ltd | マルテンサイト鋼 |
JP2017150045A (ja) | 2016-02-26 | 2017-08-31 | 山陽特殊製鋼株式会社 | マルテンサイト系ステンレス鋼 |
JP2020050917A (ja) | 2018-09-27 | 2020-04-02 | 日鉄ステンレス株式会社 | 冷間加工性に優れる高硬度・高耐食性用途のマルテンサイト系ステンレス鋼及びその製造方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2021017626A (ja) | 2021-02-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4427012B2 (ja) | 耐遅れ破壊特性に優れた高強度ボルトおよびその製造方法 | |
JP6479527B2 (ja) | 酸洗性、および焼入れ焼戻し後の耐遅れ破壊性に優れたボルト用線材、並びにボルト | |
US20050271541A1 (en) | Martensitic stainless steel | |
US20050194067A1 (en) | Martensitic stainless steel | |
WO2011061812A1 (ja) | 高靱性耐摩耗鋼およびその製造方法 | |
JP2008133499A (ja) | 高硬度マルテンサイト系ステンレス鋼 | |
JP7259513B2 (ja) | 高硬度部材及びその製造方法 | |
JP2018204109A (ja) | 耐摩耗厚鋼板 | |
CN109790602B (zh) | 钢 | |
JP2018204110A (ja) | 耐摩耗厚鋼板 | |
JP2002155344A (ja) | 高強度ねじ用鋼および高強度ねじ | |
JP2004027334A (ja) | 高周波焼もどし用鋼およびその製造方法 | |
WO2015133470A1 (ja) | 時効硬化型ベイナイト非調質鋼 | |
JP2007063658A (ja) | マルテンサイト系ステンレス鋼 | |
JP2005220423A (ja) | Ti含有肌焼き鋼 | |
JP7326957B2 (ja) | マルテンサイト系ステンレス鋼及び締結部材 | |
JP4344126B2 (ja) | ねじり特性に優れる高周波焼もどし鋼 | |
JPH11269541A (ja) | 疲労特性に優れた高強度鋼の製造方法 | |
JP2019123921A (ja) | 高強度ボルト及びその製造方法 | |
JP2015134945A (ja) | 浸炭用鋼 | |
JP7534595B2 (ja) | 耐摩耗鋼の製造方法 | |
JP2008223083A (ja) | クランクシャフト及びその製造方法 | |
JP2002348637A (ja) | 高強度ねじ用鋼、高強度ねじおよび高強度ねじの製造方法 | |
JP2003183781A (ja) | マルテンサイト系ステンレス鋼 | |
JP3552286B2 (ja) | 被削性、冷間鍛造性および焼き入れ・焼き戻し後の疲労強度特性に優れた機械構造用鋼とその部材の製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20220519 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20230522 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20230704 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20230717 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7326957 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |