JPH10504354A - 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 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 熱間加工性が良く、複雑な焼なまし処理を行なわなくても冷間成形が可能であって、かつ焼入れ焼戻し後に耐孔食性が良好で、かつ高い硬さを得ることができる安価なステンレス鋼を提供する。Ｃ ０．１５％を越え０．４０％以下、Ｓｉ ２．０％以下、Ｍｎ ２．０％以下、Ｃｒ １１．０％以上１５．０％未満、ＭｏまたはＭｏとＷの２種が、Ｍｏ＋１／２Ｗで１．０〜３．０％、Ｎ ０．０２〜０．１５％を含有し、Ｎｉ０．１〜１．５％およびＣｕ ０．１〜２．０％を含み、かつＮｉ／Ｃｕ＞０．２を満足する範囲であって、残部が実質的にＦｅからなり、かつＣｒ当量が１０以下、耐孔食性指標の値が２０以上である。

Description

【発明の詳細な説明】 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 技術の背景 本発明は、大気中で使用され、水道水、雨水、結露等にさらされる可能性のあ るねじ、釘、ボルト、刃物、ばね、あるいはプラスチック成形用金型、プラスチ ック射出成形機部品等の、優れた耐食性、特に耐孔食性と高い硬さが共に要求さ れる用途に使用されるのに適した耐孔食性の優れた高硬度マルテンサイト系ステ ンレス鋼に関するものである。 従来、高い硬さが要求されるねじ、釘、ボルト、刃物、ばね等には、炭素を比 較的多く含む炭素鋼や低合金鋼が一般に広く使用されている。しかし、これらは 耐食性に寄与するＣｒ等の合金量が少ないため、水道水、雨水、結露等の比較的 腐食性の少ない水にさらされた場合においても容易に発錆し、外観上および強度 上劣化するという問題があった。 これに対して、耐食性の要求される用途にはステンレス鋼が使用される。しか し、ＳＵＳ３０４，ＳＵＳ３１６等に代表されるオーステナイト系ステンレス鋼 は、耐食性が良好であるが、加工硬化性が大きく冷間加工性が悪いこと、および かなりの強加工を行なっても硬さが４３ＨＲＣ程度までしかあがらないことから 、高い硬さが要求される用途には不適当である。また、ＳＵＳ４３０等に代表さ れるフェライト系ステンレス鋼は、加工硬化性が小さく、冷間加工による加工が しやすいが、硬さが非常に低く、高い硬さが要求される用途には不適当である。 一方、硬さの高いステンレス鋼としては、マルテンサイト系ステンレス鋼が挙 げられるが、自動車用、産業用に多用されている代表的な材料であるＳＵＳ４１ ０でも耐食性が不十分であること、および硬さもせいぜい４２ＨＲＣ前後である ことから、耐食性、硬さともに十分とは言えない。硬さの非常に高いマルテンサ イト系ステンレス鋼としてＳＵＳ４４０Ｃがあるが、これはＣ量が約１％と高い ために５８ＨＲＣ以上の高い硬さが得られるものの、耐食性はステンレス鋼とし ては必ずしも良好とはいえない。また、ステンレス鋼は、発錆に対する抵抗は比 較的大きいが、発錆が少なくても、孔食と呼ばれる局部的な孔状の腐食を起こす ことがあり、高強度材ではこれが破壊の起点となり易い問題があった。 この他、特開昭５７−７０２６５号には、高強度のマルテンサイト系ステンレ ス鋼が、また特開平６−２６４１９４号には、耐錆性に優れたマルテンサイト系 ステンレス鋼およびドリリングタッピンねじ、がそれぞれ提案されている。 上記、特開昭５７−７０２６５号で提案されているマルテンサイト系ステンレ ス鋼は、Ｃｕを1.0〜3.0%、Ｎｉを0.2%以下含み、また必要に応じてＭｏを0.5〜 3.0%添加するものである。しかし、この鋼は、Ｃｕの含有量が多い反面、Ｎｉの 添加量が少ないため、熱間加工性の点で必ずしも満足できない問題があった。さ らに、組成の組合せによっては、デルタフェライトが形成され易く、この場合、 耐孔食性が低下する問題もある。 また、特開平６−２６４１９４号で提案されるマルテンサイト系ステンレス鋼 は、Ｃｕを含まないが、Ｍｏを比較的多く含有するものである。しかし、この鋼 は、焼なまし後の硬さが１回の焼なまし処理では十分低下しない問題がある。そ のため、複数回の焼なまし処理が必要となり、工程が煩雑になるだけでなく、複 数回の焼なまし処理後の硬さも必ずしも満足できる低い硬さが得られず、強度の 冷間成形を行なうことが困難な点があった。 そこで、最近、熱間加工や冷間成形が容易で、かつ焼入れ焼戻し後に、良好な 耐孔食性と高い硬さを兼備するマルテンサイト系ステンレス鋼が望まれていた。 発明の開示 本発明の目的は、熱間加工性が良く、複雑な焼なまし処理を行なわなくても冷 間成形が可能であって、かつ焼入れ焼戻し後に耐孔食性が良好で、かつ高い硬さ を得ることができる安価なマルテンサイト系ステンレス鋼を提供することである 。 発明者は、１３％Ｃｒ系のマルテンサイト系ステンレス鋼について、高い硬さ と良好な耐孔食性を両立させるべく、鋭意検討を行なった。その結果、耐孔食性 を高めるためには、Ｍｏ、Ｎを必須添加とした上でＣｕの少量添加が非常に有効 であること、またＭｏを添加するとデルタフェライトが生成しやすくなり、耐孔 食性および熱間加工性を低下させるため、有害なデルタフェライトの生成を抑制 する目的で少量のＮｉをＮｉ／Ｃｕ＞０．２の範囲を保ちながら添加すること、 およびＮの多量添加が必要であることを見出した。さらにデルタフェライトの抑 制には、下記に示す（１）式で示されるＣｒ当量に相当するＡ値を低く抑え、か つ耐孔食性を高めるには、下記に示す（２）式に示されるＢ値を高くするように 合金元素のバランスを適性化することが本発明の特徴の一つである。 A=-40C+6Si-2Mn-4Ni+Cr+4Mo+2W-2Cu-30N+11V+10Ti+5Nb …………（１） （ただし、選択元素のうち無添加の元素はゼロとして計算） B=Cr+3.3Mo+1.65W+Cu+30N …………（２） （ただし、選択元素のうち無添加の元素はゼロとして計算） 上記のうち、Ｃｕ添加は耐孔食性を向上させるだけでなく、冷間加工性も向上 させる効果もあるため、できるだけ多く含有させることが望ましいが、Ｃｕの添 加量が多くなると熱間加工性が低下する問題が発生する。 しかも、熱間加工性を低下させる元素であるＭｏ，Ｎ等を含有する１３Ｃｒ系 高硬度マルテンサイト系ステンレス鋼においては、ＮｉとＣｕをそれぞれ特定範 囲内で共同添加すると共に、ＮｉとＣｕの量比をＮｉ／Ｃｕ＞０．２とすること で良好な耐食性と冷間加工性が得られ、同時に熱間加工性も満足できる点が本発 明の特徴の一つである。 また、耐孔食性を損なうことなく、高い硬さを得るには、Ｃ量をやや低めの適 正量に抑えた上でＮを多量に添加することが本発明の他の特徴である。 すなわち、本発明の第１発明は、重量％にて、Ｃ ０．１５％を越え０．４０ ％以下、Ｓｉ ２．０％以下、Ｍｎ ２．０％以下、Ｃｒ １１．０％以上１５ ．０％未満、ＭｏまたはＭｏとＷの２種が、Ｍｏ＋１／２Ｗで１．０〜３．０％ 、Ｎ ０．０２〜０．１５％を含有し、Ｎｉ ０．１〜１．５％およびＣｕ ０ ．１〜２．０％を含み、かつＮｉとＣｕの関係が（３）式を満足する範囲であっ て、残部が実質的にＦｅからなり、かつ（１）式で示されるＡ値が１０以下、（ ２）式で示されるＢ値が２０以上であることを特徴とする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である。 A=-40C+6Si-2Mn-4Ni+Cr+4Mo+2W-2Cu-30N+11V+10Ti+5Nb …………（１） （ただし、選択元素のうち無添加の元素はゼロとして計算） B=Cr+3.3Mo+1.65W+Cu+30N …………（２） （ただし、選択元素のうち無添加の元素はゼロとして計算） Ｎｉ／Ｃｕ＞０．２ …………（３） また第１発明の望ましい組成は、重量％にて、Ｃ ０．１５％を越え０．４０ ％以下、Ｓｉ ２．０％以下、Ｍｎ ２．０％以下、Ｎｉ ０．２％を越え１． ０％以下、Ｃｒ １１．０％以上１５．０％未満、ＭｏまたはＭｏとＷの２種が 、Ｍｏ＋１／２Ｗで１．０〜３．０％、Ｃｕ ０．１％以上１．０％未満、Ｎ ０．０２〜０．１５％、残部が実質的にＦｅからなり、かつ（１）式で示される Ａ値が１０以下、（２）式で示されるＢ値が２０以上であることを特徴とする耐 孔食性の優れた高硬度マルテンサイト系ステンレス鋼である。 A=-40C+6Si-2Mn-4Ni+Cr+4Mo+2W-2Cu-30N+11V+10Ti+5Nb …………（１） （ただし、選択元素のうち無添加の元素はゼロとして計算） B=Cr+3.3Mo+1.65W+Cu+30N …………（２） （ただし、選択元素のうち無添加の元素はゼロとして計算） さらに第１発明のより望ましい組成は、重量％にて、Ｃ ０．２０〜０．３５ ％、Ｓｉ ２．０％以下、Ｍｎ ２．０％以下、Ｎｉ ０．３〜０．７５％、Ｃ ｒ １１．０％以上１５．０％未満、ＭｏまたはＭｏとＷの２種が、Ｍｏ＋１／ ２Ｗで１．０〜３．０％、Ｃｕ ０．１％以上１．０％未満、Ｎ ０．０２〜０ ．１５％、残部が実質的にＦｅからなり、かつ（１）式で示されるＡ値が１０以 下、（２）式で示されるＢ値が２０以上であることを特徴とする耐孔食性の優れ た高硬度マルテンサイト系ステンレス鋼である。 A=-40C+6Si-2Mn-4Ni+Cr+4Mo+2W-2Cu-30N+11V+10Ti+5Nb …………（１） （ただし、選択元素のうち無添加の元素はゼロとして計算） B=Cr+3.3Mo+1.65W+Cu+30N …………（２） （ただし、選択元素のうち無添加の元素はゼロとして計算） 本発明の第２発明は、重量％にて、Ｃ ０．１５％を越え０．４０％以下、Ｓ ｉ ２．０％以下、Ｍｎ ２．０％以下、Ｃｒ １１．０％以上１５．０％未満 、ＭｏまたはＭｏとＷの２種が、Ｍｏ＋１／２Ｗで１．０〜３．０％、Ｎ ０． ０２〜０．１５％を含有し、Ｎｉ ０．１〜１．５％およびＣｕ ０．１〜２％ を含み、かつＮｉとＣｕの関係が（３）式を満足する範囲であって、さらにＶ， Ｔ ｉ，Ｎｂのうち１種または２種以上を合計で０．２５％以下含み、残部が実質的 にＦｅからなり、かつ（１）式で示されるＡ値が１０以下、（２）式で示される Ｂ値が２０以上であることを特徴とする耐孔食性の優れた高硬度マルテンサイト 系ステンレス鋼である。 A=-40C+6Si-2Mn-4Ni+Cr+4Mo+2W-2Cu-30N+11V+10Ti+5Nb …………（１） （ただし、選択元素のうち無添加の元素はゼロとして計算） B=Cr+3.3Mo+1.65W+Cu+30N …………（２） （ただし、選択元素のうち無添加の元素はゼロとして計算） Ｎｉ／Ｃｕ＞０．２ …………（３） また、第２発明の望ましい組成は、重量％にて、Ｃ ０．１５％を越え０．４ ０％以下、Ｓｉ ２．０％以下、Ｍｎ ２．０％以下、Ｎｉ ０．２％を越え１ ．０％以下、Ｃｒ １１．０％以上１５．０％未満、ＭｏまたはＭｏとＷの２種 が、Ｍｏ＋１／２Ｗで１．０〜３．０％、Ｃｕ ０．１％以上１．０％未満、Ｎ ０．０２〜０．１５％、Ｖ、Ｔｉ、Ｎｂのうち１種または２種以上を合計で０ ．２５％以下、残部が実質的にＦｅからなり、かつ（１）式で示されるＡ値が１ ０以下、（２）式で示されるＢ値が２０以上であることを特徴とする耐孔食性の 優れた高硬度マルテンサイト系ステンレス鋼である。 A=-40C+6Si-2Mn-4Ni+Cr+4Mo+2W-2Cu-30N+11V+10Ti+5Nb …………（１） （ただし、選択元素のうち無添加の元素はゼロとして計算） B=Cr+3.3Mo+1.65W+Cu+30N …………（２） （ただし、選択元素のうち無添加の元素はゼロとして計算） 第２発明のより望ましい組成は、重量％にて、Ｃ ０．２０〜０．３５％、Ｓ ｉ ２．０％以下、Ｍｎ ２．０％以下、Ｎｉ ０．３〜０．７５％、Ｃｒ １ １．０％以上１５．０％未満、ＭｏまたはＭｏとＷの２種が、Ｍｏ＋１／２Ｗで １．０〜３．０％、Ｃｕ ０．１％以上１．０％未満、Ｎ ０．０２〜０．１５ ％、さらにＶ，Ｔｉ，Ｎｂのうち１種または２種以上を合計で０．２５％以下含 み、残部が実質的にＦｅからなり、かつ（１）式で示されるＡ値が１０以下、（ ２）式で示されるＢ値が２０以上であることを特徴とする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である。 A=-40C+6Si-2Mn-4Ni+Cr+4Mo+2W-2Cu-30N+11V+10Ti+5Nb …………（１） （ただし、選択元素のうち無添加の元素はゼロとして計算） B=Cr+3.3Mo+1.65W+Cu+30N …………（２） （ただし、選択元素のうち無添加の元素はゼロとして計算） なお、上記の第１、第２発明およびこれらの望ましいステンレス鋼の鋼組成に は、必要に応じてＢ，Ｍｇ，Ｃａ，Ａｌのうち１種または２種以上を合計で０． １０％以下で、さらに焼入れ焼戻し後の強度を高める目的からは5%以下のＣｏを 含有させることができる。 上記組成の本発明鋼は、焼入れ焼戻し後の硬さが５０ＨＲＣ以上であること、 また３０℃の脱気３．５％塩水中での孔食電位Ｖ_c’₁₀₀が１５０ｍＶ（ｖｓ Ｓ ．Ｃ．Ｅ）以上であることが好ましく、本発明の上記の新規な組成範囲によって 、この特性が達成できる。 一方、本発明鋼は比較的単純な１回の焼なましで十分低い硬さに下げることが できる点にも特徴がある。特に冷間引抜、冷間圧延、冷間鍛造、ねじ転造、冷間 曲げ等の冷間成形を行なう場合には、焼なまし後の硬さは、２５０ＨＶ以下であ ることが必要である。従来の類似の鋼は焼なましを複数回繰り返さないと焼なま し硬さを３００ＨＶ以下、望ましくは２５０ＨＶ以下にすることが困難で煩雑な 熱処理を行なっていた。本発明鋼は７００〜８９０℃で１回の焼なましを行なう ことで焼なまし硬さを３００ＨＶ以下にすることができ、特にＮｉの上限が１． ０％以下の場合には、焼なまし状態の硬さを２５０ＨＶ以下にすることができる 。 発明を実施するための最良の形態 以下に本発明鋼の各元素の作用について述べる。 Ｃは、１３％Ｃｒ系ステンレス鋼の焼入れ後にマルテンサイト組織を得るため に必要である。また、Ｃは炭化物生成元素と結び付いて炭化物を形成し、さらに 一部はマルテンサイト基地中に固溶することで硬さを高めるのに有効な元素であ るが、０．４０％を越えて添加するとＣｒの炭化物を多く形成し過ぎ、基地のＣ ｒ量を減少させて耐食性を劣化させる原因になる。一方、０．１５％以下では十 分な硬さが得られなくなるだけでなく、デルタフェライトを生成して耐孔食性、 硬さ、および熱間加工性を低下させることから、Ｃの含有量を０．１５％を越え ０．４０％以下とした。望ましいＣの範囲は、０．２０〜０．３５％である。 Ｓｉ、Ｍｎは、脱酸のために少量添加するが、２．０％を越えて添加してもよ り一層の向上効果がみられないことから、いずれも２．０％以下とした。また、 Ｓｉはフェライトを生成しやすい元素であり、一方Ｍｎはオーステナイトを生成 しやすい元素であり、少量であっても基地の組織に多少影響を及ぼすので、望ま しくは、いずれも１．０％以下がよい。 Ｎｉは、デルタフェライトの生成を抑制して耐孔食性を高めるとともに、特に 後述するＣｕ添加による熱間加工性の低下を防止するのに有効な元素であるので Ｃｕの添加量に応じて添加する必要がある。 Ｃｕの他に熱間加工性を低下させるＭｏやＮなどの元素を含有する本発明の１ ３Ｃｒ系高硬度マルテンサイト系ステンレス鋼においては、とりわけＮｉ／Ｃｕ の値を０．２を越え、望ましくは０．３以上に規制するとともに、以下の限定理 由によりＮｉの含有量をさらに制限する必要がある。すなわち、Ｎｉは０．１％ 未満では、十分な効果が得られず、一方１．５％を越えて添加するとマルテンサ イト変態点が低下し、焼入れ後に完全なマルテンサイト組織が得られにくくなる だけでなく、焼なまし後の硬さが高くなり、冷間加工性を害するので、０．１〜 １．５％とした。望ましいＮｉの範囲は、０．２％を越え１．０％以下であり、 さらに望ましくは０．３〜０．８％である。 Ｃｒは、不動態皮膜を形成することで耐食性、特に耐孔食性を高める効果を有 する重要な元素である。１１．０％より少ないと十分な耐食性が得られず、一方 、１５．０％を越えて添加するとデルタフェライトを生成し、耐孔食性および熱 間加工性を劣化させるので、１１．０％以上１５．０％未満とした。望ましいＣ ｒの範囲は、１３．０〜１４．０％である。 Ｍｏは、不動態皮膜を強化することによって耐孔食性を高めるのに非常に有効 な元素であり、本発明鋼に必須添加される。ＷもＭｏと同様、耐孔食性を高める のに有効であるが、Ｗ単独ではその効果は小さく、Ｗを添加する場合は、Ｍｏの 一部を当量のＷ（１／２Ｗが当量のＭｏに相当）で置換する形で添加するのが望 ましい。Ｍｏ単独、またはＭｏとＷの両方がＭｏ＋１／２Ｗで１．０％より少な いと耐孔食性が劣化し、一方、３．０％を越えて添加するとデルタフェライトを 生成し、逆に耐孔食性を劣化させるだけでなく、熱間加工性も劣化させるので、 １．０〜３．０％とした。望ましくは、１．５〜２．５％である。 Ｃｕは、Ｃｒ、Ｍｏ，Ｎを含む鋼に少量添加することで耐孔食性を大幅に高め るのに非常に有効な元素であるが、０．１％より少ないと十分な効果が得られず 、一方、２．０％を越えて添加すると熱間加工性を害するだけでなく、焼入れ後 に十分な硬さが得られなくなるので、０．１〜２．０％とした。望ましいＣｕの 範囲は、０．１％以上１．０％未満であり、さらに望ましくは０．２〜０．８％ である。 なお、Ｃｕの添加量が２．０％以下であっても、熱間加工性の不十分な範囲が 存在するため、Ｎｉの限定理由のところで述べたように、ＮｉとＣｕの関係がＮ ｉ／Ｃｕ＞０．２、望ましくは０．３以上に制限する必要がある。 Ｎは、マルテンサイト基地中に固溶して焼入れ後の硬さを高めるとともに、耐 孔食性を高めるのに非常に有効な元素である。また、デルタフェライトの生成を 抑制する効果も大きく、Ｎｉのような高価な合金元素を節約して、Ｎｉの代わり にＮを添加することでデルタフェライトの生成を抑制し、安価に材料を製造する のにも有効である。０．０２％より少ないと十分な効果が得られず、一方、０． １５％を越えて添加すると、鋼塊の健全性を害して製造性を劣化させることから 、０．０２％〜０．１５％とした。望ましいＮの範囲は、０．０５〜０．１５％ である。 Ｖ、Ｔｉ、Ｎｂは必ずしも添加する必要はないが、一次炭化物を形成すること で結晶粒を微細化して硬さおよび延性を向上させるのに有効な元素であり、１種 または２種以上を必要に応じて添加する。これらのうち、１種または２種以上が 合計で、０．２５％を越えて添加すると粗大な一次炭化物を形成し、冷間加工性 を害することから１種または２種以上を合計で０．２５％以下とするのがよい。 Ｂ、Ｍｇ、Ｃａ、Ａｌは、必ずしも添加する必要はないが、酸化物、硫化物を 形成することで、結晶粒界に偏析するＳ、Ｏを低減し、熱間加工性を向上させる のに有効であり、１種または２種以上を必要に応じて添加する。Ｂ、Ｍｇ、Ｃａ 、Ａｌのうちの１種または２種以上が合計で、０．１０％を越えて添加してもよ り一層の向上効果が得られず、逆に清浄度を低下させて熱間および冷間加工性を 害 するので、Ｂ、Ｍｇ、Ｃａ、Ａｌのうちの１種または２種以上を合計で、０．１ ０％以下とするのがよい。 さらに上記に述べた合金元素は、個々の成分範囲を満足するだけでなく、良好 な耐孔食性を得るためには、本発明鋼において規定した式を満足する必要がある 。 （１）式に示すＡ値は、本発明鋼のＣｒ当量を示しており、この式のＡ値の大小 がデルタフェライトの生成し易さを左右する重要な指標である。Ａ値は、フェラ イトを生成しやすい元素であるＣｒ、Ｓｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｔｉ、Ｎｂの重量％ に各元素の効果に応じて実験から求めたそれぞれの係数を付した値から、オース テナイトを生成しやすい元素であるＣ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｎの重量％に各元素 の効果に応じてそれぞれ係数を付した値を引いたものである。実験の結果、本発 明鋼では、このＡ値が１０を越えるとデルタフェライトを生成し、耐孔食性が大 きく低下するだけでなく、熱間加工性、焼入れ後の硬さもやや低下することから 、（１）式に示すＡ値を１０以下とした。 （２）式に示すＢ値は、本発明鋼の耐孔食性を左右する重要な指標であり、耐 孔食性を直接的に向上させる元素であるＣｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｕ、Ｎの重量％に各 元素の効果の寄与の程度を実験的に求めた係数を付した値の和で示している。本 発明鋼では、このＢ値が２０より小さいと、良好な耐孔食性が得られないので、 （２）式に示すＢ値を２０以上とした。 上記元素の他、重量％で５％以下のＣｏを本発明鋼に添加してもよい。 Ｃｏは基地中に固溶して焼入れ焼戻し後の強度を高める効果を有するが、Ｃｏ は高価な元素であるので多量の添加は必要でない。 また、不純物元素であるＰ，Ｓについては、通常の溶解工程で混入するレベル なら問題ないので特に規定はしないが、耐孔食性の点からは低い方が望ましい。 次に本発明鋼の特性値の限定理由について述べる。 本発明鋼は、適切な焼入れ焼戻しを行なうことによって、ＳＵＳ３０４の冷間 加工材やＳＵＳ４１０の焼入れ焼戻し材よりも高い硬さを得ることができる。特 に、本発明鋼をねじ、釘、ボルト、刃物、ばね等に使用する場合には、その性能 を十分発揮させるために、５０ＨＲＣ以上が必要であるが、本発明鋼では約１０ ００℃以上からの焼入後、約３００℃以下の低温焼戻しか、または約４００〜５ ００℃の高温焼戻しを行なうことによって、５０ＨＲＣ以上を得ることができる 。但し、ねじ、釘、ボルト等で耐遅れ破壊性が重視される場合は、適正な焼戻し 温度を選ぶことによって硬さを低くすることも可能である。 本発明鋼は、適切な焼入れ焼戻しを行なうことによって、高い硬さを維持しつ つ、良好な耐孔食性を得ることができる。耐孔食性の優劣を表す１つの指標とし て孔食電位が挙げられるが、大気中で使用され、水道水、雨水、結露等にさらさ れる可能性のある部材、部品、工具等に使用しても良好な耐孔食性を示すために は、３０℃の脱気３．５％塩水中での孔食電位Ｖ_c’₁₀₀が１５０ｍＶ（ｖｓ Ｓ ．Ｃ．Ｅ）以上が必要であるが、本発明鋼では約１０００℃以上からの焼入れ後 、約３００℃以下の低温焼戻しを行なうことによって、Ｖ_c’₁₀₀を１５０ｍＶ（ ｖｓ Ｓ．Ｃ．Ｅ）以上とすることができる。ここで孔食とは、鋼の表面に所々 に点状に小さな孔を形成する腐食形態であり、ステンレス鋼においてよく見られ る腐食の一種である。この孔食が発生すると見栄えが悪くなるだけでなく、その 孔を起点として破壊に至る場合がある。 なお、孔食電位は、電気化学的な腐食評価試験法として、ＪＩＳ Ｇ０５７７ に規定される測定方法に従って測定し、電流密度が１００μＡ／ｃｍ²となると きの電位Ｖ_c’₁₀₀として求める方法である。 上記に示す特性値は、本発明鋼の製造方法、特に熱処理条件を適切に選ぶこと で、用途に応じた組合せとすることが可能である。例えば、冷間成形後、熱処理 されるねじ、釘、ボルト、刃物、ばね等においては、２５０ＨＶ以下の低い焼な まし硬さと５０ＨＲＣ以上の高い焼入れ焼戻し硬さを必要とし、さらに耐孔食性 も心配される時は、１５０ｍＶ（ｖｓ Ｓ．Ｃ．Ｅ）以上の高い孔食電位も併せ 持たせることが可能である。 また、冷間成形をしないで、機械加工で成形されるねじ、ボルト、刃物等の場 合には、低温焼戻しによって焼入れ焼戻し後の高い硬さと高い孔食電位の組合せ とすることができる。また、金型等の工具として使用する場合には、用途によっ ては高い焼入れ焼戻し硬さのみが必要な場合もあり、また、約３００℃以上の高 温にさらされる可能性のある工具に使用される場合には、高い焼入れ焼戻し硬さ のみを例えば４００〜５００℃の高温焼戻しで得ることもできる。 実施例 以下、実施例に基づいて本発明を説明する。表１および表２に示す化学成分を もつ鋼を真空溶解によって溶解し、１０ｋｇの鋼塊を得た。ここで、鋼Ｎｏ．１ 〜３８は組成、Ａ値およびＢ値がいずれも本発明の限定範囲内にある本発明鋼で あり、Ｎｏ．４０〜５２は組成、Ａ値およびＢ値のいずれか、またはいくつかが 本発明の限定範囲からはずれた比較鋼である。 これらの鋼を熱間加工によって３０ｍｍ角の棒材にし、８６０℃に加熱後、炉 冷の焼なましを行なった。さらに１０５０℃に加熱し３０分保持後油冷の焼入れ を行なった後、１８０℃で１時間の焼戻しを行なった。 硬さは、焼なまし後についてはビッカース硬度計で、また焼入れ焼戻し後につ いてはロックウェル硬度計で測定した。また、耐孔食性についてはＪＩＳ Ｇ０ ５７７に準じて脱気した３０℃の３．５％塩水中で測定し、電流密度が１００μ Ａ／ｃｍ²となるときの電位Ｖ_c’₁₀₀を孔食電位として求めた。また、熱間加工 性は、熱間加工時の表面部や角部に疵が発生したものは×印を、また疵が発生し なかったものは○印を付して評価し、その結果を表３に示す。 表３からわかるように、本発明鋼Ｎｏ．１〜３８はいずれも焼入れ焼戻し硬さ がＨＲＣ５０以上と高く、また孔食電位Ｖ_c’₁₀₀も１５０ｍＶ（ｖｓ Ｓ．Ｃ． Ｅ）以上の高い値を示しており、良好な耐孔食性と高硬度を兼備していることが わかる。また、これら本発明鋼Ｎｏ．１〜３８は、焼なまし硬さが鋼Ｎｏ．１８ ，１９を除いて、２５０ＨＶ以下であり、冷間加工性も十分可能であることがわ かる。鋼Ｎｏ．１８，１９は、Ｎｉが規定値の上限に近く、焼なまし硬さが若干 高めではあるものの、３００ＨＶ以下であり、軽度の冷間加工は可能であり、大 きな加工率を伴う冷間加工を必要としない場合には、他の発明鋼と同様に良好な 耐孔食性と高い焼入れ焼戻し硬さを有するので十分使用可能である。 また、本発明鋼Ｎｏ．１〜３８はいずれも熱間加工性も良好であり、熱間鍛造 、熱間圧延等の熱間加工工程によって、素材の製造が十分可能である。 これに対して、組成、Ａ値、Ｂ値、Ｎｉ／Ｃｕ比のいずれか一つ以上が本発明 に規定した範囲から外れる比較鋼Ｎｏ．４０〜５２は、焼入れ焼戻し硬さ、孔食 電位、焼なまし硬さ、熱間加工性の一つ以上の特性が本発明に比べて悪いことが わかる。 特にＡ値、Ｂ値のいずれかまたは両方が外れる比較鋼Ｎｏ．４０〜４５、４７ ，４８は孔食電位が低い値となっており、耐孔食性が不十分である。また、Ｎｉ ／Ｃｕ比の低い比較鋼Ｎｏ．４３，４７，４９およびＣｕが高い比較鋼Ｎｏ．４ ９，５０は熱間加工性が悪く、素材の製造性が悪い。また、Ｎｉ量の高い比較鋼 Ｎｏ．４６，５１，５２は、焼なまし硬さが３００ＨＶより高く、冷間加工性が 悪いため、素材、部品、部材等の製造性が低下する。 産業上の利用可能性 以上説明したように、本発明のマルテンサイト系ステンレス鋼は、熱間加工性 が良好で、焼なまし硬さが低く、焼入れ焼戻し後の耐孔食性に優れ、かつ高硬度 を有する。本発明鋼はこれらの４つの特性を組み合わせることも兼ね備えること もできる。したがって、大気中で使用し、水道水、雨水、結露等にさらされる、 ねじ、釘、ボルト、刃物、ばね等の部品、部材、工具等に用いれば、安価で、か つ信頼性および寿命を大幅に向上でき、工業上顕著な効果を有する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．重量％にて、Ｃ ０．１５％を越え０．４０％以下、Ｓｉ ２．０％以下 、Ｍｎ ２．０％以下、Ｃｒ １１．０％以上１５．０％未満、ＭｏまたはＭｏ とＷの２種が、Ｍｏ＋１／２Ｗで１．０〜３．０％、Ｎ ０．０２〜０．１５％ を含有し、Ｎｉ ０．１〜１．５％およびＣｕ ０．１〜２．０％を含み、かつ ＮｉとＣｕの関係が（３）式を満足する範囲であって、残部が実質的にＦｅから なり、かつ（１）式で示されるＡ値が１０以下、（２）式で示されるＢ値が２０ 以上であることを特徴とする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。 A=-40C+6Si-2Mn-4Ni+Cr+4Mo+2W-2Cu-30N+11V+10Ti+5Nb …………（１） （ただし、選択元素のうち無添加の元素はゼロとして計算） B=Cr+3.3Mo+1.65W+Cu+30N …………（２） （ただし、選択元素のうち無添加の元素はゼロとして計算） Ｎｉ／Ｃｕ＞０．２ …………（３） ２．重量％にて、Ｃ ０．１５％を越え０．４０％以下、Ｓｉ ２．０％以下 、Ｍｎ ２．０％以下、Ｎｉ ０．２％を越え１．０％以下、Ｃｒ １１．０％ 以上１５．０％未満、ＭｏまたはＭｏとＷの２種が、Ｍｏ＋１／２Ｗで１．０〜 ３．０％、Ｃｕ ０．１％以上１．０％未満、Ｎ ０．０２〜０．１５％、残部 が実質的にＦｅからなり、かつ（１）式で示されるＡ値が１０以下、（２）式で 示されるＢ値が２０以上であることを特徴とする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。 A=-40C+6Si-2Mn-4Ni+Cr+4Mo+2W-2Cu-30N+11V+10Ti+5Nb …………（１） （ただし、選択元素のうち無添加の元素はゼロとして計算） B=Cr+3.3Mo+1.65W+Cu+30N …………（２） （ただし、選択元素のうち無添加の元素はゼロとして計算） ３．重量％にて、Ｃ ０．２０〜０．３５％、Ｓｉ ２．０％以下、Ｍｎ ２ ．０％以下、Ｎｉ ０．３〜０．７５％、Ｃｒ １１．０％以上１５．０％未満 、ＭｏまたはＭｏとＷの２種が、Ｍｏ＋１／２Ｗで１．０〜３．０％、Ｃｕ ０ ． １％以上１．０％未満、Ｎ ０．０２〜０．１５％、残部が実質的にＦｅからな り、かつ（１）式で示されるＡ値が１０以下、（２）式で示されるＢ値が２０以 上であることを特徴とする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。 A=-40C+6Si-2Mn-4Ni+Cr+4Mo+2W-2Cu-30N+11V+10Ti+5Nb …………（１） （ただし、選択元素のうち無添加の元素はゼロとして計算） B=Cr+3.3Mo+1.65W+Cu+30N …………（２） （ただし、選択元素のうち無添加の元素はゼロとして計算） ４．重量％にて、Ｃ ０．１５％を越え０．４０％以下、Ｓｉ ２．０％以下 、Ｍｎ ２．０％以下、Ｃｒ １１．０％以上１５．０％未満、ＭｏまたはＭｏ とＷの２種が、Ｍｏ＋１／２Ｗで１．０〜３．０％、Ｎ ０．０２〜０．１５％ を含有し、Ｎｉ ０．１〜１．５％およびＣｕ ０．１〜２％を含み、かつＮｉ とＣｕの関係が（３）式を満足する範囲であって、さらにＶ，Ｔｉ，Ｎｂのうち １種または２種以上を合計で０．２５％以下含み、残部が実質的にＦｅからなり 、かつ（１）式で示されるＡ値が１０以下、（２）式で示されるＢ値が２０以上 であることを特徴とする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 。 A=-40C+6Si-2Mn-4Ni+Cr+4Mo+2W-2Cu-30N+11V+10Ti+5Nb …………（１） （ただし、選択元素のうち無添加の元素はゼロとして計算） B=Cr+3.3Mo+1.65W+Cu+30N …………（２） （ただし、選択元素のうち無添加の元素はゼロとして計算） Ｎｉ／Ｃｕ＞０．２ …………（３） ５．重量％にて、Ｃ ０．１５％を越え０．４０％以下、Ｓｉ ２．０％以下 、Ｍｎ ２．０％以下、Ｎｉ ０．２％を越え１．０％以下、Ｃｒ １１．０％ 以上１５．０％未満、ＭｏまたはＭｏとＷの２種が、Ｍｏ＋１／２Ｗで１．０〜 ３．０％、Ｃｕ ０．１％以上１．０％未満、Ｎ ０．０２〜０．１５％、Ｖ、 Ｔｉ、Ｎｂのうち１種または２種以上を合計で０．２５％以下、残部が実質的に Ｆｅからなり、かつ（１）式で示されるＡ値が１０以下、（２）式で示されるＢ 値が２０以上であることを特徴とする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。 A=-40C+6Si-2Mn-4Ni+Cr+4Mo+2W-2Cu-30N+11V+10Ti+5Nb …………（１） （ただし、選択元素のうち無添加の元素はゼロとして計算） B=Cr+3.3Mo+1.65W+Cu+30N …………（２） （ただし、選択元素のうち無添加の元素はゼロとして計算） ６．重量％にて、Ｃ ０．２０〜０．３５％、Ｓｉ ２．０％以下、Ｍｎ ２ ．０％以下、Ｎｉ ０．３〜０．７５％、Ｃｒ １１．０％以上１５．０％未満 、ＭｏまたはＭｏとＷの２種が、Ｍｏ＋１／２Ｗで１．０〜３．０％、Ｃｕ ０ ．１％以上１．０％未満、Ｎ ０．０２〜０．１５％、さらにＶ，Ｔｉ，Ｎｂの うち１種または２種以上を合計で０．２５％以下含み、残部が実質的にＦｅから なり、かつ（１）式で示されるＡ値が１０以下、（２）式で示されるＢ値が２０ 以上であることを特徴とする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。 A=-40C+6Si-2Mn-4Ni+Cr+4Mo+2W-2Cu-30N+11V+10Ti+5Nb …………（１） （ただし、選択元素のうち無添加の元素はゼロとして計算） B=Cr+3.3Mo+1.65W+Cu+30N …………（２） （ただし、選択元素のうち無添加の元素はゼロとして計算） ７．請求項１ないし６のいずれか一項に記載の鋼組成に、Ｂ，Ｍｇ，Ｃａ，Ａ ｌのうち１種または２種以上を合計で０．１０％以下含有する耐孔食性の優れた 高硬度マルテンサイト系ステンレス鋼。 ８．請求項１ないし７のいずれか一項に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼 からなり、焼入れ焼戻し後の硬さが５０ＨＲＣ以上であることを特徴とする耐孔 食性の優れた高硬度マルテンサイト系ステンレス鋼。 ９．請求項１ないし８のいずれか一項に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼 からなり、３０℃の脱気３．５％塩水中での孔食電位Ｖ_c’₁₀₀が１５０ｍＶ（ｖ ｓ Ｓ．Ｃ．Ｅ）以上であることを特徴とする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。 １０．請求項１ないし９のいずれか一項に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼 からなり、７００〜８９０℃で１回の焼なましを行なった後の硬さが２５０ＨＶ 以下であることを特徴とする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。