JPH059663A

JPH059663A - 冷間加工性に優れた高強度高耐食性ステンレス鋼

Info

Publication number: JPH059663A
Application number: JP16785691A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Sato; 武史佐藤; Terutaka Tsumura; 輝隆津村
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1991-07-09
Filing date: 1991-07-09
Publication date: 1993-01-19

Abstract

(57)【要約】【構成】重量％で、Ｃ：0.6 〜0.75％、Ｓｉ：0.3 ％以
下、Ｍｎ： 0.3 ％以下、Ｎｉ：0.10％未満、Ｃｒ：12
〜16％、Ａｌ：0.03％を超えて0.10％以下を含有し、さ
らに必要に応じてMo：0.3 〜3.0 を含有し、残部がＦｅ
および不可避不純物からなり、不純物としてのＰが0.02
％以下、Ｓが 0.005％以下であり、焼なまし状態におい
ての硬さがＨＲＢ94以下であることを特徴とする冷間加
工性に優れた高強度高耐食性ステンレス鋼。【効果】マルテンサイト系ステンレス鋼であって、高強
度、高耐食性であり、しかも冷間加工性にも優れてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車、産業機械、電
子機器、化学装置等において、耐食性と高強度が要求さ
れる部品の素材として利用されるマルテンサイト系ステ
ンレス鋼に係わり、特に、冷間でこれらの部品に加工す
るのが容易な冷間加工性に優れた高強度高耐食性ステン
レス鋼に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、上記の産業分野において、耐
食性と高強度が要求される部品、例えばシャフト類、軸
受などの素材には、ＳＵＳ４４０Ｃ、ＳＵＳ４２０Ｊ
２、ＳＵＳ４１０などのマルテンサイト系ステンレス鋼
が使用されている。しかしながら、これらのステンレス
鋼はその製造上および使用上において、必ずしも満足な
結果が得られていないのが実状である。

【０００３】高Ｃ−Ｃｒ材のＳＵＳ４４０Ｃは、過共析
鋼であるので、焼入れ・低温焼戻し状態でＨＲＣ58以上
の高硬度が得られるものの、製造時にＨＶ2000以上の著
しく硬い共晶炭化物が粗大に晶出し、且つ焼なまし (焼
鈍) 状態での硬度が高いため、冷間加工性が著しく悪
い。このため、ＳＵＳ４４０Ｃを素材として、所定の部
品形状に加工する場合は、冷間鍛造や冷間圧延などの冷
間加工によらず、素材の鋼に焼まなしを施した後、製品
形状に近い形までに切削し、次いで、焼入れ・焼戻し後
に最終製品形状に仕上げ研削する方法を採用している。
また、このＳＵＳ４４０Ｃは、多量の大型共晶炭化物が
生成するために素地のＣｒ量が低くなり、耐食性は必ず
しもよくない。

【０００４】中Ｃ−Ｃｒ材のＳＵＳ４２０Ｊ２および低
Ｃ−Ｃｒ材のＳＵＳ４１０は、ＳＵＳ４４０Ｃに比べて
Ｃ量が低いため、焼入れ・低温焼戻し状態でもあまり高
い硬度が得られず、しかもこれらのステンレス鋼はＣｒ
量も低いので、耐食性はあまりよくない。

【０００５】このように従来のマルテンサイト系ステン
レス鋼は、全般に耐食性が劣る上に、冷間加工性や硬度
にも問題がある。ところが、現在のところ、これらのス
テンレス鋼に勝る比較的安価な材料が存在していないこ
ともあって、止むを得ず使用しているのが実状である。

【０００６】特公昭57−2266号公報および特開平１−27
5737号公報に、上述の諸特性を改善したマルテンサイト
系ステンレス鋼が提案されている。しかし、これらの公
報に開示されている化学組成を有するステンレス鋼を製
造しても、冷間加工性や耐食性が改善されない場合があ
る。即ち、特公昭57−2266号公報に記載の鋼では、冷間
加工性に著しく悪影響をおよぼすＳｉを 0.6重量％以
下、冷間加工性を阻害し、且つ耐食性をも劣化させるＭ
ｎを 1.0重量％以下に規定し、或いはこれらに加えて特
殊な腐食環境下において孔食を生じさせるＮｉを 1.5重
量％以下に規定しているが、このような規定では不十分
であり、Ｓｉ、ＭｎおよびＮｉの含有量が高めである
と、冷間加工性や耐食性が改善されない場合がある。一
方、特開平１−275737号公報に記載の鋼では、Ｃの含有
量が 0.3〜0.6 重量％と低いため、焼入れ・焼戻し後の
硬さが充分に得られず、しかもこの鋼の場合もＮｉの上
限が0.6重量％と高いため、特殊な腐食環境下で孔食が
発生する恐れがある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、上述
するような既存のマルテンサイト系ステンレス鋼におけ
る問題点を解消し、冷間鍛造や冷間圧延等の冷間加工に
耐え得る優れた加工性を有する安価な高強度高耐食性ス
テンレス鋼を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を達成するために鋭意検討を行った結果、下記の知見を
得た。

【０００９】マルテンサイト系ステンレス鋼が冷間
加工性に劣るのは、前記のようにＨＶ2000以上の硬いＭ
₇Ｃ₃型共晶炭化物が生成し、これが成長して素地との
界面で割れが発生したり、炭化物自身が割れたりするか
らである。従って、冷間加工性の改善には、前記の粗大
なＭ₇Ｃ₃型共晶炭化物を低減するか、形状を改善する
か、組織を変化させるのが有効である。

【００１０】鋼中のＣおよびＣｒを適正な含有量に
調整すると、前記の炭化物量が減少し、形状も小さくな
り、また、炭化物もＭ₂₃Ｃ₃型炭化物に変化して冷間加
工性が向上する。

【００１１】上記の対策に加えて、鋼中のＳｉお
よびＭｎの含有量をそれぞれ 0.3重量％以下にすると、
冷間加工性は一段と向上し、さらにＭｎをこのように抑
えたうえでＮｉの含有量を0.10重量％未満に抑えると、
耐食性が著しく向上する。

【００１２】上記の知見に基づく本発明は下記のステン
レス鋼を要旨とする。

【００１３】(i) 重量％で、Ｃ：0.6 〜0.75％、Ｓ
ｉ：0.3 ％以下、Ｍｎ：0.3 ％以下、Ｎｉ：0.10％未
満、Ｃｒ：12〜16％、Ａｌ：0.03％を超えて0.10％以下
を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなり、不
純物としてのＰが0.02％以下、Ｓが 0.005％以下であ
り、焼なまし状態においての硬さがＨＲＢ94以下である
冷間加工性に優れた高強度高耐食性ステンレス鋼。

【００１４】(ii) 上記成分に加えて更に、0.3 〜3.0
重量％のＭｏを含む冷間加工性に優れた高強度高耐食性
ステンレス鋼。

【００１５】

【作用】以下に、本発明のステンレス鋼の化学組成（重
量％）および焼なまし状態においての硬さを上記のとお
りに限定した理由を説明する。

【００１６】〔鋼の成分組成〕Ｃ： 0.6〜0.75％Ｃは、マルテンサイト系ステンレス鋼として必要な強度
を確保するうえで重要な元素である。Ｃは焼入れ状態で
組織をマルテンサイトにし、これに固溶して強度を高め
る。ＳＵＳ４４０Ｃと同等以上の硬さを得るためには
0.6％以上のＣ量を必要とする。しかし、0.75％を超え
てＣを含有させると、球状化焼なまし後に、素地に粗大
なＭ₇Ｃ₃型共晶炭化物が晶出し、冷間加工時において
炭化物と素地との界面で割れが発生したり、炭化物自身
が割れたりして冷間加工性を著しく害する。また、Ｃは
マルテンサイト変態点を低下させ、焼入れ時にオーステ
ナイト相を残存させ、強度低下を招いたり、焼き割れを
発生させたりする。これらのことから、Ｃの上限を0.75
％とした。

【００１７】Ｓｉ： 0.3％以下Ｓｉは、鋼の脱酸剤として添加される。しかし、多量の
Ｓｉ添加は鋼の靭性を劣化させ、冷間加工性を著しく損
ねるため、上限含有量を 0.3％とした。

【００１８】Ｍｎ： 0.3％以下ＭｎもＳｉと同様に脱酸剤として添加されるが、多量の
添加は鋼の耐食性および冷間加工性を害するため、上限
含有量を 0.3％とした。

【００１９】Ｎｉ：0.10％未満Ｎｉは、鋼の靭性を高める作用を有しているが、特殊な
環境下で孔食を発生させるので、その量は少ない方が望
ましい。Ｎｉを0.10％以上含有させると、孔食が発生し
やすくなるため、その含有量を0.10％未満とした。

【００２０】Ｃｒ：12〜16％ Crは、鋼に耐食性を付与する重要な元素である。ステン
レス鋼として十分な耐食性を確保するためには12％以上
のＣｒ量を必要とするが、16％を超えてＣｒを含有させ
るとＭ₇Ｃ₃型共晶炭化物が粗大に晶出し、冷間加工性
を害するため、その含有量を12〜16％とした。

【００２１】Ａｌ：0.03％を超えて0.10％以下Ａｌは、高温で結晶粒を微細化して鋼の靭性を向上させ
る作用を有しており、その効果を発揮させるためには0.
03％を超える含有量が必要である。しかし、0.10％を超
えて含有させると冷間加工性が著しく劣化することに加
え、鋼の清浄度が悪化して切削性が損なわれるのみなら
ず、逆に結晶粒が粗大化して靭性が低下するため、その
含有量を0.03％を超えて0.10％以下とした。

【００２２】本発明においては、上記の成分のほかにＭ
ｏを必要に応じて添加することができる。

【００２３】Ｍｏ： 0.3〜3.0 ％Ｍｏは、鋼の耐食性を高める作用を有している。しか
し、その含有量が 0.3％未満では耐食性の向上効果が小
さく、 3.0％を超えるとδ−フェライトが生成し、強度
を低下させるため、耐食性を更に高める目的で添加する
場合は、その含有量を 0.3〜3.0 ％の範囲とするのがよ
い。本発明の鋼は、前述の成分のほか、残部はＦｅと不
可避不純物である。不純物として代表的なものはＰとＳ
である。Ｐは粒界に偏析して鋼の靭性および耐食性を害
するため、その含有量を0.02％以下に抑えた。また、Ｓ
は鋼の熱間加工性を害するため、その含有量を 0.005％
以下に抑えた。

【００２４】〔焼なまし状態での硬さ〕焼なまし状態での硬さをＨＲＢ94以下としたのは、これ
を超える硬さであると、焼なまし後の冷間加工が困難と
なるか、冷間加工そのものができなくなるからである。
この発明の鋼は、焼なまし後、冷間鍛造や冷間圧延など
によって、シャフト類や軸受等の部品となるが、前記焼
なまし後の素材鋼の硬度が高すぎると、冷間加工中に割
れ等が発生したり、冷間加工ができなくなる。このよう
な問題が生じることなく、冷間加工が可能である硬さが
ＨＲＢ94以下である。

【００２５】

【実施例】表１に示す化学組成の本発明鋼 (No.1〜９)
および比較鋼(No.10〜16) を溶製し、鍛造して直径30mm
の素材を製造した。次いで、これらの素材を軟化させる
ために球状化焼なましを行った。焼なまし後の素材か
ら、試験片を切り出し、焼なまし状態の硬さと冷間加工
性を調べた。

【００２６】冷間加工性は、室温での圧縮試験を実施
し、割れ限界圧縮率を求めて評価した。割れ限界圧縮率
とは、試験前の試験片高さに対する割れが発生した最小
の圧縮量の割合（％）である。

【００２７】次に、焼なまし後の素材に焼入れ・低温焼
戻しを施した後、硬度および耐食性を調べた。

【００２８】耐食性は、ＪＩＳ規格に制定されている塩
水噴霧試験によって調べ、試験開始から 200時間後の腐
食減量により評価した。これらの結果をまとめ表２に併
記する。

【００２９】

【表１】

【００３０】

【表２】

【００３１】表２から、本発明鋼No.1〜9 はいずれも焼
なまし状態の硬さがＨＲＢ94以下で、割れ圧縮率が高
く、比較鋼No.16のＳＵＳ４４０Ｃよりも冷間加工性に
優れていることがわかる。電子顕微鏡で炭化物の晶出状
態を調査したところ、比較鋼No.16 は大きさが20μm 以
上の粗大なＭ₇Ｃ₃型共晶炭化物が生成しており、形も
角ばっているのに対して、本発明鋼はいずれも硬さの低
いＭ₂₃Ｃ₆型炭化物で、大きさも10μm 以下と小さく、
形も丸みを帯びており、冷間加工性の評価と一致する結
果を示した。

【００３２】また、本発明鋼は焼入れ・低温焼戻し後の
硬さは、いずれもＪＩＳ規格に定められたＳＵＳ４４０
Ｃの硬さ (ＨＲＣで58以上) を満足しており、しかも腐
食減量が小さく、比較鋼No.16 のＳＵＳ４４０Ｃよりも
耐食性に優れている。なお、比較鋼No.10 〜No.15 は、
化学組成が本発明で定める範囲より外れたものである。
これらの例からわかるように、化学組成が本発明で定め
る範囲より外れたものは、冷間加工性、耐食性および硬
度のいずれか１つ以上が劣っている。

【００３３】

【発明の効果】実施例から明らかなように、本発明のス
テンレス鋼は、焼なまし状態の硬度が低く、冷間加工性
に優れており、且つ、焼入れ・焼戻し状態の硬度は既存
のＳＵＳ４４０Ｃと同等以上であり、耐食性は一段と優
れている。本発明のステンレス鋼は、耐食性と高強度が
求められる自動車、産業機械、電子機器、化学装置等に
おいて使用される部品の素材として好適であるととも
に、冷間加工でこれらの部品を製造することができるの
で、加工費が大幅に削減されるなど、実用上その効果が
大きい。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、Ｃ：0.6 〜0.75％、Ｓｉ：0.
3％以下、Ｍｎ：0.3 ％以下、Ｎｉ：0.10％未満、Ｃ
ｒ：12〜16％、Ａｌ：0.03％を超えて0.10％以下を含有
し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなり、不純物と
してのＰが0.02％以下、Ｓが 0.005％以下であり、焼な
まし状態においての硬さがＨＲＢ94以下であることを特
徴とする冷間加工性に優れた高強度高耐食性ステンレス
鋼。
【請求項２】上記成分に加えて更に、0.3 〜3.0 重量
％のＭｏを含むことを特徴とする請求項１記載の冷間加
工性に優れた高強度高耐食性ステンレス鋼。