JPH0313292B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野 本発明は、冷間圧延性等に優れた高炭素含有マ
ルテンサイト系ステンレス鋼の製造方法に関する
ものである。 従来の技術 包丁、剃刀、ナイフ、カツター等の家庭用、工
業用、医療用刃物などに使用されているマルテン
サイト系ステンレス鋼には、主として13％Cr−
0.3％Ｃ（SUS420J2）鋼が用いられている。しか
しこの種の鋼を用いた刃物は切り味が必ずしも良
くないため、逆に「ステンレス鋼の刃物は切れな
い。」との風評が立つ一因となつている。これは、
刃物の切れ味や耐久性は刃先の硬さに比例するも
のであるから、0.3％程度のＣ含有量では刃物と
しての硬さが不足するのは当然で、Ｃ含有量を炭
素鋼製刃物のレベルにまで増量すれば、ステンレ
ス鋼であつても十分な品質評価を受けられるので
ある しかるに、高品質が期待できる0.5％以上のＣ
を含有する高炭素ステンレス鋼は、製品刃物中に
巨大な共晶炭化物が残留し易いため、焼入れ硬度
不足や刃こぼれの原因となる。さらに、加工性が
著しく劣悪なために薄板の製造には非効率的な方
法しか適用できないのが実情である。 特に、他のステンレス鋼などと比べて冷間圧延
の際の割れ感受性が著しく高いために製造に難渋
している状態である。その結果著しく高価な材料
とならざるを得ないため、焼入れ硬度が高く品質
も優れているにもかかわらず、わずかに一部が高
級刃物として用いられているにすぎない。従つ
て、高級刃物などに用いられている高炭素ステン
レス鋼の製造工程を簡略化し、かつ材質を改善す
ることは工業的に非常に要望されていたものであ
る。 この種の高炭素含有マルテンサイト系ステンレ
ス鋼は、焼入れ・焼戻し硬度の向上および鋼中に
析出した巨大炭化物の脱落に起因した刃こぼれ防
止の点から、焼入れ処理後、均一かつ微細な球状
炭化物組織である必要がある。しかるに、0.5％
以上のＣを含有する高炭素含有マルテンサイト系
ステンレス鋼は、凝固が完了した時点で巨大な共
晶炭化物を晶出し、焼入れ処理後の製品刃物中に
も粒径数10μｍの巨大炭化物として残留する。 このため従来の場合、鋳造された鋼塊に対して
長時間のソーキング処理を施すことにより、鋼中
の巨大な共晶炭化物を固溶させ、続く球状化処理
によつて均一微細な炭化物組織を得ている。しか
しながら、長時間のソーキング処理によつて、鋼
塊表層に多量の酸化スケールが発生すると共にか
なりの脱炭を生じ、製品歩留まりが著しく低下す
ると同時に各工程での鋼片の手入れに多大な工数
を必要とするなどの問題点を有している。 このようなことから、エレクトロスラグ溶解で
鋼塊を製造した後、熱延加熱温度を規制し熱延・
焼鈍を行うことにより均一微細な球状炭化物組織
を得る方法が提案されている（特開昭58−
189322）。しかし、この製造方法は、特殊な溶解
設備を要するとともに、工程が複雑であることか
ら製造コストの増大を招いている。 さらに、高炭素含有マルテンサイト系ステンレ
ス鋼は、炭素鋼と比べて焼入れ性に優れ、熱間圧
延後空冷でマルテンサイト変態を生じ、著しく硬
化する。従つて従来は、熱間圧延材に対して、球
状化焼鈍を施し（フエライト＋球状炭化物）組織
とした後、冷間圧延を行つていた。しかし、高炭
素含有マルテンサイト系ステンレス鋼は他のステ
ンレス鋼と比較し延性が著しく低く、冷間圧延の
際、鋼中に析出した巨大炭化物を起点とし、エツ
ジクラツクやその進行による板破断を生じ易い。
このため従来の場合、圧延の途中に軟化焼鈍をは
さむことによつて複数回の冷間圧延を行い所定の
板厚のものを得ている。 しかし、この従来の方法では多大な工数および
費用を必要とするのみならず、１回の冷間圧延に
おける累積圧下率が小さいため、鋼中に析出した
巨大炭化物を破砕できず、焼入れ処理後均一かつ
微細に分散した球状炭化物組織を得るに至らない
などの問題点を有していた。 発明が解決しようとする問題点 本発明は上述したような従来の問題点に着目し
てなされたものである。すなわち焼入れ処理後、
均一かつ微細な球状炭化物組織を得るための特殊
な溶解設備または長時間のソーキング処理を必要
とせず、しかも冷間圧延の際、途中で軟化焼鈍を
はさむことなく累積圧下率50％以上の冷間圧延を
可能とするものである。 問題点を解決するための手段 本発明者らは、高炭素含有マルテンサイト系ス
テンレス鋼を軟化焼鈍をはさむことなく１回の冷
間圧延で所定の板厚とし、しかも後の焼入れ処理
に適した炭化物組織を得る方法について種々検討
を行つた。 その結果、本発明対象鋼は高温からの溶体化熱
処理によつて常温で多量のオーステナイトが残留
し、しかもこの組織は非常に高い延性を示すこと
から、エツジクラツクや板破断を生ずることなく
累積圧下率の大きい冷間圧延が可能であることを
見出した。さらに本発明方法で冷間圧延を行つた
場合、鋼中に析出した巨大炭化物が破砕され、後
の焼入れ処理後微細均一な球状炭化物組織となる
ことを見出した。 本願発明は、以上の知見に基づいて完成された
もので、高温からの溶体化処理を施した後、冷間
圧延を行うことによつて、エツジクラツクやその
進行による板破断を生ずることなく１回の冷間圧
延で所定の板厚にでき、しかも焼入れ処理後均一
微細な球状炭化物組織を有する高炭素含有マルテ
ンサイト系ステンレス鋼の製造方法である。 すなわち本発明は、Ｃ：0.5〜1.2％、Cr：10〜
20％を含有する高炭素含有マルテンサイト系ステ
ンレス鋼を固相線温度〜1100℃の温度範囲に加熱
した後冷却し、常温での母相組織を準安定オース
テナイト組織とすることを特徴とする冷間圧延割
れがなくしかも後の焼入れ処理に適した高炭素含
有マルテンサイト系ステンレス鋼の製造方法であ
る。 作 用 以下に、主として17％Crマルテンサイト系ス
テンレス鋼を例にとつて行つた実験結果に基づい
て、本発明方法を詳細に説明する。 第１図は、Ｃ含有量がそれぞれ0.30％、0.40
％、0.50％、0.80％、1.05％の17％Crの熱延板を、
各オーステナイト化温度から溶体化熱処理した時
の常温での硬度および残留オーステナイトの割合
を示している。 同図からは、Ｃ含有量が0.50％以上では、Ｃ量
にかかわらずオーステナイト化温度が1100℃以上
からの溶体化処理によつて残留オーステナイト量
が著しく増大し、硬度はそれに伴つて著しく低下
する。これはＣが強いオーステナイト生成元素で
あり、鋼中に固溶するＣ量が増加するに従いMs
点を著しく低下させるためである。すなわち、本
願発明対象鋼に高温からの溶体化処理と施すと、
鋼中に析出していたCr炭化物が分解し、多量の
Ｃが鋼中に固溶するため、Ms点が常温以下とな
りマルテンサイト変態を起こすことなく常温での
組織が準安定オーステナイト組織となつている。 次に第２図は本願発明対象鋼である17Cr−
1.0Cのマルテンサイト系ステンレス鋼を使用し、
1200℃で溶体化処理をおこなつた後冷間圧延を行
つた場合と、同様の鋼を従来の方法である球状化
焼鈍により（フエライト＋炭化物）組織とした
後、冷間圧延を行つた場合の冷延累積圧下率と硬
度およびエツジクラツク発生限界圧下率の関係を
示している。 従来法である球状化焼鈍材を冷間圧延した場合
には、累積圧下率が10％程度でエツジクラツクお
よびその進行による板破断が生ずるため、累積圧
下率50％の冷間圧延を行うには、途中に軟化焼鈍
を２回はさむ必要がある。一方本願発明方法であ
る溶体化処理材を冷間圧延する場合にはエツジク
ラツクや板破断を生ずることなく累積圧下率50％
以上の冷延が可能となることを見出した。さらに
球状化焼鈍材と溶体化処理材の冷間圧延途中の硬
度を比較すると溶体化処理材の硬度が著しく高
い。これは冷間圧延によつてオーステナイトが順
次マルテンサイトに変態しているためであり、し
かも硬度が著しく高いにもかかわらず高い延性を
示すのは変態誘起塑性（TRIP）によるためであ
ることが明らかとなつた。 次に本発明者らは、炭化物析出形態におよぼす
圧延条件の影響を詳細に検討したところ、本願発
明方法の冷間圧延を行うことにより粒径20μｍ以
上の巨大炭化物が破砕され、焼入れ処理後の炭化
物が微細均一になることを見出した。高炭素含有
マルテンサイト系ステンレス鋼は従来の方法によ
り冷間圧延を行う場合、累積圧下率を増すに従い
巨大炭化物の周囲に空虚（以降はボイドと記す）
を生成するが、母相フエライトの延性が低いため
巨大炭化物を破砕する以前に、このボイドを起点
としてエツジクラツクや板破断を生ずる。 しかし、本願発明方法により冷間圧延する場
合、第２図に示したとおり母相組織の硬度が高い
ことから巨大炭化物が破砕しやすいとともに、母
相組織の延性に優れることからボイドを起点とし
た亀裂伝播が抑制され、クラツクを生ずることな
く巨大炭化物が破砕される。その結果炭化物の表
面積割合が増え、後の焼入れ処理において炭化物
の固溶速度が速まり、焼入れ焼戻し硬度が向上す
るとともに焼入れ処理後の炭化物組織が均一微細
となり、刃こぼれを起こしにくくなる。 次に成分および製造条件の限定理由について述
べる。 Ｃ含有量を限定する理由として、Ｃ含有量が
0.5％未満であると、刃物用材料として必要な高
硬度を得ることができなくなると同時に、溶体化
熱処理によつて準安定オーステナイト組織を得ら
れないため0.5％を下限とした。しかしＣ含有量
が1.2％を越えると炭化物の析出量が増え、耐食
性が低下すると同時に刃先が脆くなり、刃欠けや
刃こぼれが生じやすいことから本発明から除外す
る。 Cr含有量は、10％未満ではステンレス鋼とし
ての基本的な耐食性に欠けるため10％を下限とし
た。又Cr含有量が20％を越えると巨大炭化物が
生成しやすくなくと共に焼入れ・焼戻し硬度を出
すことができなくなるので除外した。 また、溶体化処理の加熱温度を固相線温度以下
とした理由は、固相線温度より高い温度に加熱し
た場合、鋼の一部が溶融し著しく脆化するため固
相線温度以下とした。さらに、1100℃以上とした
理由として、1100℃未満の溶体化処理ではMs点
温度が常温以上となり、マルテンサイト変態が起
こり準安定オーステナイト組織とならないため、
下限を1100℃以上とした。 なお、溶体化熱処理の冷却については特に指定
しないが、あまり徐冷であると冷却途中にオース
テナイトが分解しフエライトが析出し始めるた
め、常温で準安定オーステナイト組織を得ること
ができなくなるから、１℃／sec以上であること
が望ましい。 以上示したとおり高炭素含有マルテンサイト系
ステンレス鋼は1100℃〜固相線温度の温度範囲に
加熱し溶体化熱処理を施すと常温で母相が準安定
オーステナイト組織となること、そしてさらにこ
の組織で冷間圧延を行うと変態誘起塑性により非
常に大きい累積圧下率の圧延が可能であることが
確認された。しかもこの方法で冷間圧延された場
合、巨大炭化物が破砕され焼入れ処理後均一かつ
微細な球状炭化物となる効果を認められた。この
結果、当業者にとつて明らかに常識をはずれる条
件である、1100℃〜固相線温度の温度範囲に加熱
溶体化して冷間圧延する高炭素含有マルテンサイ
ト系ステンレス鋼の製造方法を発明したものであ
る。 実施例 第１表に示すような成分で、板厚３mmのマルテ
ンサイト系ステンレス鋼熱延板を素材として、溶
体化熱処理または球状化焼鈍を施した後、冷間圧
延を行つた。溶体化熱処理条件は、1200℃で
10min加熱後３℃／secの冷却である。また球状
化焼鈍条件は、100℃／Hrで昇温し、780℃で
5Hr均熱した後炉冷である。 この結果、球状化焼鈍後冷間圧延を行う従来の
方法（記号６〜９）と比較し、本願発明方法（記
号１〜４）の場合エツジクラツクやその進行によ
る板破断が発生することなく、冷間圧延が可能な
累積圧下率が飛躍的に改善され、累積圧下率50％
を冷間圧延は途中に軟化焼鈍をはさむことなく１
回の圧延によつて可能となつた。 さらにこれらの冷間圧延材に焼入れ処理を施
し、鋼中に析出した粒径20μｍ以上の巨大炭化物
の析出の有無を調査した。第１表の○印は粒径
20μｍ以上の巨大炭化物が析出していない状態で
あり、×印は析出した状態であることを示す。そ
の結果、従来の球状化焼鈍後冷間圧延を行つた焼
入れ材では多量の巨大炭化物が析出しているのに
対して、本発明方法により冷間圧延を行つた焼入
れ材ではこの巨大炭化物の析出は皆無であつた。 なお、第１表の冷延条件は次のものを表わす。 1CR：軟化焼鈍をせずに１回で冷間圧延完了。 2CR：軟化焼鈍を１回して２回の冷間圧延。 3CR：軟化焼鈍を２回して３回の冷間圧延。

【表】 発明の効果 以上詳述したとおり、本発明によつて、従来の
ような炭化物均一微細化のための特殊溶解設備ま
たは長時間のソーキング処理を必要とせず、又エ
ツジクラツク発生防止のための軟化焼鈍をはさん
だ複数回の冷間圧延を行うことなく、１回の冷間
圧延により所定の板厚で、しかも後の焼入れ処理
に適した均一微細な球状炭化物組織を有する高炭
素含有マルテンサイト系ステンレス鋼板の製造が
可能となつた。 この結果、工程の簡略化・材質の向上が実現す
るのみならず、連続圧延・コイル圧延が可能にな
るなど歩留りや生産効率の大幅な向上が期待でき
る。 このように、本発明による工業的メリツトは著
しく大きいものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、高炭素含有マルテンサイト系ステン
レス鋼を各オーステナイト化温度から溶体化処理
した場合の常温でのオーステナイト割合および硬
度を示した図である。第２図は、Ｃを1.05％含有
する17％Crステンレス鋼を球状化焼鈍した場合
と溶体化処理した場合における累積圧下率と硬度
およびエツジクラツク発生限界を示した図であ
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ Cr：10〜20重量％、Ｃ：0.5〜1.2重量％を含
   む高炭素含有マルテンサイト系ステンレス鋼を
   1100℃〜固相線温度の温度範囲に加熱した後冷却
   し、常温での母相を準安定オーステナイト組織と
   することにより、冷間圧延性に優れた、かつ冷間
   圧延後の焼入れ処理で均一微細な球状炭化物組織
   を有する高炭素含有マルテンサイト系ステンレス
   鋼の製造方法。