JPH045726B2

JPH045726B2 -

Info

Publication number: JPH045726B2
Application number: JP59008564A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Hoshino; Sadao Hirotsu; Takeshi Utsunomya
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 1984-01-23
Filing date: 1984-01-23
Publication date: 1992-02-03
Also published as: JPS60152660A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明はSiを多量に添加することにより時効硬
化が促進され、時効処理時間を短縮できる靱性に
優れたマルテンサイト系析出硬化型ステンレス鋼
材の製造方法に関する。従来、ばね材料等の高強
度ステレス鋼の代表的なものとしては次の２種が
挙げられる。 (a) SUS301鋼に代表される加工硬化型ステンレ
ス鋼。 (b) 17−7PH鋼に代表される析出硬化型ステン
レス鋼。これらのばね用ステンレス鋼は、硬さを高くし
ようとすれば高度の冷間加工を必要とし、しかも
冷間加工状態での硬さが高く、成形加工性、打抜
き性が劣ることになり、また成形加工性、打抜き
性をよくしようとすれば、時効硬化後の硬さが不
十分であるという相反した制約を受けるし、さら
に製造困難な割に得られた加工製品の硬さが十分
でなかつた。この様な状況のもとに、本発明者らは先に高強
度のばね製品用に前記SUS301鋼や17−7PH鋼よ
りも成形加工性や製造性が改良された、溶体化処
理状態か軽度の加工状態でマルテンサイト組織を
呈するばね用ステンレス鋼を開発し、これを「析
出硬化型ばね用ステンレス鋼」として、特開昭56
−130459号（特願昭55−341385号）に開示した。
以下これを先願鋼という。先願鋼は、Ｃ：0.03％を超え0.08％以下Ｎ：0.03％以下 Si：0.3−2.5％ Mn：4.0％以下 Ni：5.0〜9.0％ Cr：12.0〜17.0％ Cu：0.1〜2.5％ Ti：0.2〜1.0％ Al：1.0％以下残部Feおよび不可避的不純物からなり、かつ溶体化処理状態または50％以下の
冷間加工を施した状態で実質的にマルテンサイト
組織を有し、その後約480℃前後でバツチ式で時
効処理することにより、高強度が得られることを
特徴とするものであつた。本発明者らは、この系統のばね用鋼についてさ
らに研究を重ね、Siを1.0％以上添加した鋼は高
温で時効処理すると短時間で高強度が得られるこ
とを見出した。Si無添加の鋼でも、高温で時効処
理すると、硬さが最高になる時間は短くなるが、
あまり顕著ではなく、そのピーク硬さも高くな
い。このために、高強度を得るためには高度の加
工を加える必要があつた。これに対して、Siを添
加した場合には、溶体化処理状態で冷間加工を施
さないで時効処理を施しても短時間での硬化が著
しかつた。その要因を調査した結果、Siを添加することに
より、Ni，Ti（あるいはNbもしくはAl）とSiよ
りなる金属間化合物が微細でかつマトリツクスに
対して整合に析出していた。即ち、析出物がマト
リツクスに対して整合であるために容易に短時間
で析出し、かつ整合歪を伴なうので高強度を呈す
ることがわかつた。このような知見に基づいて本発明者らは本願の
鋼を開発した。即ち、本発明によれば、重量でＣ：0.08％以下Ｎ：0.03％以下 Si：1.0〜5.0％ Mn：1.0％以下 Ni：5.0〜9.0％ Cr：10.0〜17.0％ Ti：0.1〜2.0％ Al：0.01〜2.0％を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からな
る鋼、さらに Cu：0.3〜2.5％を含有する鋼、およびＣ：0.08％以下Ｎ：0.03％以下 Si：1.0〜5.0％ Mn：1.0％以下 Ni：5.0〜9.0％ Cr：10.0〜17.0％ Ti：0.1〜2.0％ Al：0.01〜2.0％ Nb：0.1〜2.0％を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からな
る鋼、さらにCu：0.3〜2.5％を含有する鋼であつ
て、 Si，Ti，Al，Nbが次式Ｈ＝Si×（Ti＋Al＋0.8Nb）であらわされるＨの値が1.0以上になるように調
整された鋼を、500℃〜650℃で0.2〜10分の短時
間、時効処理を施すことからなるHv500以上の硬
さを有する優れたマルテンサイト系析出硬化型ス
テンレス鋼材の製造方法が提供される。さらに本発明によれば、上記の組成に加えてさ
らにCuを0.3−2.5％含有する同様の鋼が提供され
る。本願発明における組成限定の理由は次のとおり
である。 (1) 炭素（Ｃ）Ｃの量が増大すると、焼き入れマルテンサイ
ト相が固くなり、冷間加工変形能が低下し、満
足な成形加工性が得られず、またＣを固定する
TiNb量を増加させねばならず不経済となる。
これらの点を考慮すると、Ｃの含有量は0.08％
以下となる。 (2) けい素（Si） Siは短時間時効処理で高強度を得るために必
要な元素で、Ni，Ti，Nb，Si等よりなる金属
間化合物の微細整合析出により硬化させるもの
で、1.0％未満では、短時間での硬化度が小さ
く、2.5％を超えて添加することが望ましい。
しかし5.0％を超えて、添加してもそれに見合
う効果はなく、またδ−フエライトの生成を助
長する。このような理由により、Si量は1.0〜
5.0％に限定される。 (3) マンガン（Mn） Mnはδ−フエライト相生成抑制のために添
加されるが、添加量が多くなると残留オーステ
ナイト相の生成が多くなる。この点を調和を考
慮してMn量は1.0％以下と限定される。なお
MnはNiと同様にδ−フエライト相生成抑制効
果を有するのでNiの一部を置換できる。 (4) ニツケル（Ni） Niは析出硬化現象を起させ、δ−フエライ
ト相の生成を抑制する。しかし、添加量を多く
すると残留オーステナイト相の量が増加する。
本発明の場合、析出硬化を低下させないため
に、最低5.0％必要であり、残留オーステナイ
ト相の量を増加させないために9.0以下にする
必要がある。 (5) クロム（Cr）一般的に耐食性を得るためには、少なくとも
10.0％以上必要である。しかし添加量を多くす
るとδ−フエライト相の量が増加するので上限
は17.0％に限定される。 (6) チタン（Ti） Tiは析出硬化を起させるために添加される
が、2.0％を超えると、靱性が著しく低下する
のでその値に限定される。 (7) アルミニウム（Al）アルミニウムはTi同様析出硬化を起させる
ために添加されるが、その効果を得るためには
少なくとも0.01％必要である。一方2.0％を超
えて添加されると、Tiの場合と同様に靱性が
低下する。その値に限定される。なお上記の
Tiの一部をAlで置換することができる。 (8) ニオブ（Nb） NbもTi，Alと同様析出硬化を起させるため
に添加されるが、それに加えて結晶粒微細化の
効果も大きく、適量のNbの添加は強度に靱性
の向上に有効である。ただし、2.0以上の添加
はTi，Alと同様靱性を低下させるので2.0％を
限度とする。 (9) 窒素（Ｎ）Ｎは析出効果を起させるTi，Al，Nbとの親
和力が大きいので、Ti，Al，Nbの添加効果を
減少させる。Ｎ含有量が高すぎるとTiNの大
きな介在物を多量に形成し、靱性を低下させ
る。これらの事情を考慮してＮ含有量は0.03％
以下と限定される。 (10) 銅（Cu）本発明鋼の場合、強度、靱性の観点からは
Cuの析出硬化作用を特に重要視しなくても、
満足な強度と靱性を達成することができる。し
かし亜硫酸ガス系の腐食環境における耐食性改
善効果が大きいのでCuを添加する。その効果
はおよそ0.3％前後から現れる。しかし多量に
添加すると赤熱脆化が起つて熱間加工性を劣化
させ、表面にひび割れ発生させるので2.5％を
上限とする。 (11) Ｈ値Ｈ＝Si×（Ti＋0.8Nb＋Al）で定義されるＨの値が1.0以上と限定されるが
これは本発明者によつて実験的に決定されたも
ので、この値が1.0未満では本願発明の特徴と
する高強度と、その短時間の時効処理による達
成の効果が得られない。本発明の鋼は、溶体化処理状態または50％以下
の冷間加工状態で組織が実質的にマルテンサイト
組織である。従来、高強度を得るためには480℃
前後の温度で約１時間バツチ式で時効処理を施す
ことが必要であつたが、本発明の鋼は500〜650℃
での連続的な短時間時効処理で高強度が得られ
る。次に実施例によつて本願発明を具体的に説明す
る。供試鋼の成分を第１表に示す。これらの鋼は常

【表】法によつて溶製加工され厚さ１mmの試片に作成さ
れ、種々の状態でビツカーズ硬度を測定した。切
欠試験には両側切欠のKα＝５の試験片を使用し
た。No.１〜６は本発明鋼であり、No.７〜10は比較
鋼である。そのうちNo.９は組成は本発明鋼と同じ
であるが、Ｈの値が本発明の条件を満足しないも
のである。これらの試験結果は第１〜４図にまとめて示し
た。第１図は析出硬化元素の添加量と時効硬さの関
係を示したもので、横軸に主硬化元素であるTi
とAlとNbの添加量を取つた。Nbは硬化に対す
る寄与がTi，Alに比べて小さいので、それに見
合う係数0.8をかけた。縦軸は550℃で５分間時効
後の硬さを示す。図中、黒ぬり記号で示した比較
鋼では十分な時効硬さが得られず、いずれも
500Hv未満となつている。一方、白ぬり信号で示
した本発明鋼では、５分間の短時間時効処理であ
るにもかかわらず、高硬度となつている。第１図において、Hv500以上が得られるSiある
いはTi＋0.8Nb＋Alの範囲を示すと、第２図で実
線で包囲した部分に相当する。これは特許請求の
範囲に限定された成分とＨの値を満足する範囲で
ある。第３図は表１に示した本発明鋼のNo.２，No.３と
比較鋼No.８を種々の温度で時効した時に硬さが
Hv500に到達するまでの時間と時効温度との関係
を示したものである。No.８も525℃以下の温度で
時効した場合はHv500に到達するが、その時間は
100分以上かかり、バツチ式の処理を必要とする。
また550℃以上の温度ではHv500に到達する以前
に過時効となる。一方、本発明鋼No.２，No.３は
500〜650℃の範囲で時効にすれば、10分以内の短
時間で高強度となる。ただし、650℃を超える温
度で時効すると短時間で析出物が粗大化したり、
逆変態オーステナイトが生成するため十分な強度
が得られない。第４図は本発明鋼No.２，No.３と比較鋼No.８とを
時効処理（時効温度を550℃一定とし、時効時間
を変化させた）した際に得られた硬さと切欠強度
比（切欠強さ／引張り強さ）との関係を示したも
のである。切欠強度は靱性の指標の１種であり、
1.0を超える材料は高靱性と考えられる。以上延べたように、本発明の鋼はSiを多量に添
加することにより、短時間で時効硬化を起すこと
ができ、かつ高強度、高靱性が得られることを特
徴とする。それ故、従来行なわれてきたバツチ炉
による熱処理でなく、焼鈍ライン内における連続
的な熱処理が可能となり生産性が著しく向上す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明鋼と比較鋼を550℃で５分間時
効した際の析出硬化元素の量と時効後の硬さの関
係を示すグラフである。第２図は本発明鋼と比較
鋼のSi量と、Ti＋0.8Nb＋Al量をプロツトしたも
ので、実線で包囲した部分がSi，Ti，Nb，Alに
関する特許請求の範囲に限定された範囲である。
第３図は本発明鋼と比較鋼を種々の温度で時効し
た時に硬さがHv500に到達するまでの時間と時効
温度の関係を示すめすグラフである。第４図は本
発明鋼と比較鋼とを550℃で種々の時間時効処理
を施した際の硬さと切欠強度比（切欠強さ／引張
り強さ）の関係を示すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】１重量でＣ：0.08％以下Ｎ：0.03％以下 Si：1.0〜5.0％ Mn：1.0％以下 Ni：5.0〜9.0％ Cr：10.0〜17.0％ Ti：0.1〜2.0％ Al：0.01〜2.0％を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からな
り、かつSi，Ti，Alが次式Ｈ＝Si×（Ti＋Al）であらわされるＨの値が1.0以上になるように調
整された組成の鋼を、500℃〜650℃で0.2〜10分
の短時間、時効処理を施すことからなるHv500以
上の硬さを有する優れたマルテンサイト系析出硬
化型ステンレス鋼材の製造方法。２重量でＣ：0.08％以下Ｎ：0.03％以下 Si：1.0〜5.0％ Mn：1.0％以下 Ni：5.0〜9.0％ Cr：10.0〜17.0％ Ti：0.1〜2.0％ Al：0.01〜2.0％ Nb：0.1〜2.0％を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からな
り、かつSi，Ti，Al，Nbが次式Ｈ＝Si×（Ti＋Al＋0.8Nb）であらわされるＨの値が1.0以上になるように調
整された鋼を、500℃〜650℃で0.2〜10分の短時
間、時効処理を施すことからなるHv500以上の硬
さを有する優れたマルテンサイト系析出硬化型ス
テンレス鋼材の製造方法。３重量でＣ：0.08％以下Ｎ：0.03％以下 Si：1.0〜5.0％ Mn：1.0％以下 Ni：5.0〜9.0％ Cr：10.0〜17.0％ Cu：0.3〜2.5％ Ti：0.1〜2.0％ Al：0.01〜2.0％を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からな
り、かつSi，Ti，Alが次式Ｈ＝Si×（Ti＋Al）であらわされるＨの値が1.0以上になるように調
整された組成の鋼を、500℃〜650℃で0.2〜10分
の短時間、時効処理を施すことからなるHv500以
上の硬さを有する優れたマルテンサイト系析出硬
化型ステンレス鋼材の製造方法。４重量でＣ：0.08％以下Ｎ：0.03％以下 Si：1.0〜5.0％ Mn：1.0％以下 Ni：5.0〜9.0％ Cr：10.0〜17.0％ Cu：0.3〜2.5％ Ti：0.1〜2.0％ Al：0.01〜2.0％ Nb：0.1〜2.0％を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からな
り、かつSi，Ti，Al，Nbが次式Ｈ＝Si×（Ti＋Al＋0.8Nb）であらわされるＨの値が1.0以上になるように調
整された鋼を、500℃〜650℃で0.2〜10分の短時
間、時効処理を施すことからなるHv500以上の硬
さを有する優れたマルテンサイト系析出硬化型ス
テンレス鋼材の製造方法。