JPH1096066A - 析出硬化型ステンレス鋼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 直径７５０mm以上の大型部材を製造した場合
でも、変態応力割れの発生が少なく、かつ機械特性も良
好になる析出硬化型ステンレス鋼を提供する。 【解決手段】 この析出硬化型ステンレス鋼は、Ｃ：0.
０７重量％以下，Ｓｉ：2.００重量％以下，Ｍｎ：2.０
０重量％以下，Ｐ：0.０４重量％以下，Ｓ：0.０３重量
％以下，Ｃｕ：3.００〜5.００重量％，Ｎｉ：3.００〜
6.００重量％，Ｃｒ：１4.００〜１7.５０重量％，Ｍ
ｏ：0.５０重量％以下，Ｎｂ：0.４５重量％以下，Ｎ：
0.０５重量％以下，Ｂ：0.０１重量％以下，残部がＦｅ
と不可避的不純物から成り、Ｎｉ濃度とＣｕ濃度との
比：〔Ｎｉ〕／〔Ｃｕ〕が1.３２以上であり、かつ、δ
フェライトの析出量が５重量％以下であることを特徴と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は析出硬化型ステンレ
ス鋼に関し、更に詳しくは、強度特性と耐食性が優れ、
製造時に応力割れも発生しづらく、連鋳用ロールのよう
な大型部材の素材として有用な析出硬化型ステンレス鋼
に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えばＳＵＳ６３０のような析出硬化型
ステンレス鋼は、ステンレス鋼のなかでも強度特性が優
れ、しかも耐食性が良好であるので、シャフト，シリン
ダ，医療器具，スポーツ用部品の素材として賞用されて
いる。しかしながら、この鋼種はマルテンサイト系であ
り、オーステナイト母相の変態時に発生する変態応力が
大きい。そのため、溶製後のインゴットを熱間鍛造し、
その鍛造品に焼なましを行う前段の冷却工程、または固
溶化処理・時効処理の過程で、発生した変態応力によっ
て応力割れの発生することがある。

【０００３】とくに、製品対象の部材の形状が大型化し
た場合には、表層部と芯部における冷却速度が大きく異
なってくるため、表層部と芯部間の変態応力の発生量も
大きくなり、その結果、例えば表層部に小さな損傷箇所
が存在する場合、そこを起点として応力割れが頻発す
る。また、芯部の変態が最後まで進行せず、結果とし
て、芯部の機械特性は不足するという事態も引き起こさ
れる。そして、製造過程では応力割れの発生がなかった
場合であっても、その素材を長期間放置しておくと、残
留応力に基づくいわゆる置き割れという問題も発生して
いる。

【０００４】このようなことから、析出硬化型ステンレ
ス鋼では、直径が高々５００mm程度の部材までが製造の
限界とされてきた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、最近、
例えば最大でも直径が７００mm以上の連鋳用ロールのよ
うな大型部材を、強度特性と耐食性が良好な析出硬化型
ステンレス鋼で製造する要求が強まっている。本発明は
このような要求に対応することができ、直径が７００mm
以上と大型形状にした場合であっても、製造時や放置時
における応力割れがほとんど起こらず、しかも機械特性
は良好である析出硬化型ステンレス鋼の提供を目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者は上記した目的
を達成するために、ＳＵＳ６３０をベースとする鋼種の
成分組成と応力割れとの関係につき調査研究を重ねた結
果、Ｂ添加が熱間加工性の改善とって有効であり、ま
た、Ｎｉ濃度（〔Ｎｉ〕）とＣｕ濃度（〔Ｃｕ〕）との
比と基地中のδフェライトの析出量は鍛造・圧延割れの
発生率にとって律速因子であるとの事実を見出し、これ
ら各因子の量的規制を行うことにより、大型部材を製造
した場合であっても、応力割れが抑制され、同時に機械
特性も良好である析出硬化型ステンレス鋼を開発するに
至った。

【０００７】すなわち、本発明の析出硬化型ステンレス
鋼は、Ｃ：0.０７重量％以下，Ｓｉ：2.００重量％以
下，Ｍｎ：2.００重量％以下，Ｐ：0.０４重量％以下，
Ｓ：0.０３重量％以下，Ｃｕ：3.００〜5.００重量％，
Ｎｉ：3.００〜6.００重量％，Ｃｒ：１4.００〜１7.５
０重量％，Ｍｏ：0.５０重量％以下，Ｎｂ：0.４５重量
％以下，Ｎ：0.０５重量％以下，Ｂ：0.０１重量％以
下，残部がＦｅと不可避的不純物から成り、〔Ｎｉ〕／
〔Ｃｕ〕が1.３２以上であり、かつ、δフェライトの析
出量が３重量％以下であることを特徴とする。

【０００８】本発明の析出硬化型ステンレス鋼におい
て、Ｃは、強力なオーステナイト化元素として機能する
とともに、鋼の強度向上に資する。Ｃの含有量が多過ぎ
ると、オーステナイト結晶粒界にＣｒ炭化物が析出して
粒界腐食が起こりはじめるので、その含有量は0.０７重
量％以下に制限される。好ましくは0.０４〜0.０６重量
％である。

【０００９】Ｓｉは脱酸剤として機能するとともに、鋼
の耐酸化性の向上に資する。Ｓｉの含有量が多すぎる
と、鋼の靱性低下およびδフェライト量の増加を引き起
こすようになるので、その含有量は2.００重量％以下に
制限される。好ましくは0.３０〜0.６０重量％である。
Ｍｎはオーステナイト化元素であり、またＳとの化合物
を生成して被削性の向上と赤熱脆性の防止に寄与する。
Ｍｎの含有量が多すぎると、Ｎを吸収して鋼の高温強度
の低下を引き起こすようになるので、その含有量は2.０
０重量％以下に制限される。好ましくは0.３０〜0.６０
重量％である。

【００１０】Ｐは鋼の熱間強度の向上に資する成分であ
る。しかし、あまり多量に含有されていると、逆に、鋼
の強度低下を招き熱間加工性が悪くなるので、その含有
量は最大で0.０４重量％に制限される。Ｓは、Ｍｎなど
と化合物を生成して鋼の被削性を向上させるが、あまり
多く含有されていると、鋼の熱間加工性を悪くするの
で、その含有量は最大で0.０３重量％に制限される。

【００１１】Ｃｕは、オーステナイト化元素として機能
すると同時に析出硬化元素であり、鋼の強度向上に資す
る。Ｃｕの含有量が少なすぎると、上記した効果は発揮
されず、逆に多すぎると、鋼の熱間加工性の低下が引き
起こされるので、その含有量は、3.００〜5.００重量％
に制限される。好ましくは3.３０〜3.７０重量％であ
る。

【００１２】Ｎｉは、オーステナイト化元素であると同
時に、鋼の耐食性の向上と靱性の向上に資する。Ｎｉの
含有量が少なすぎると、上記した効果が充分に発揮され
ず、また逆に多すぎると、析出硬化時に、残留オーステ
ナイト量を増加せしめて強度低下を招くので、その含有
量は3.００〜6.００重量％に制限される。ＳＵＳ６３０
の場合、好ましくは4.４０〜4.８０重量％である。

【００１３】Ｃｒは、鋼の耐食性と耐酸化性の向上に資
するとともに、熱間強度の向上に寄与する成分である。
Ｃｒの含有量が少なすぎると、上記した効果が充分に発
揮されず、逆に多すぎると、δフェライト量の増加によ
り熱間加工性の低下を招くので、その含有量は１4.００
〜１7.５０重量％に制限される。ＳＵＳ６３０の場合、
好ましくは１5.５０〜１6.００重量％である。

【００１４】Ｍｏは、Ｃと炭化物を生成して鋼の熱間強
度や耐クリープ特性の向上に資する成分である。Ｍｏの
含有量が多すぎると、靭性低下およびＭｏ量の増加によ
るコストアップを招くので、その含有量は不純物レベル
の0.５０重量％以下に制限される。Ｎｂは、Ｃと炭化物
を生成して熱間強度，耐クリープ特性および靱性の向上
に資する成分である。Ｎｂの含有量が多すぎると、Ｎｂ
の炭窒化物による巨大な介在物が発生しはじめるので、
その含有量は0.４５重量％以下に制限される。好ましく
は0.２０〜0.４０重量％である。

【００１５】Ｎは、強力なオーステナイト化元素として
知られ、鋼の耐力と高温強度の向上に資する成分である
が、あまり多く含有されていると、残留オーステナイト
量の増加による強度低下を招くようになるので、その含
有量は、最大で0.０５重量％に制限される。Ｂは、本発
明の鋼種の成分組成において最大の特徴を有する添加成
分である。このＢは、変態時に生成するマルテンサイト
組織の結晶粒を微細にすると同時に粒界強度の向上に寄
与し、鋼の熱間強度を増大させる。また粒界に析出し、
鋼の熱間加工性の向上に資する成分である。

【００１６】このＢの含有量が多すぎると、炭窒化物に
よる巨大な介在物が発生しはじめるので、その含有量は
0.０１重量％以下に制限される。好ましくは0.００１０
〜0.００５０重量％である。本発明の鋼種は、上記した
組成を必須として構成されるが、更に、次の条件をも必
須要件とする。

【００１７】すなわち、まず、〔Ｎｉ〕／〔Ｃｕ〕が1.
３２以上の値となるような関係で、Ｎｉ，Ｃｕが含有さ
れていることである。〔Ｎｉ〕／〔Ｃｕ〕が1.３２より
小さい値になっている鋼種の場合、〔Ｎｉ〕，〔Ｃｕ〕
のそれぞれは上記した含有量になっていたとしても、鍛
造または圧延加工時にワレが発生しはじめるからであ
る。

【００１８】この〔Ｎｉ〕／〔Ｃｕ〕は、鋼の溶製時
に、配合するＮｉとＣｕの割合が上記した値を満足する
ように設定することにより、容易に調整することができ
る。また、本発明の鋼種では、δフェライトの析出量が
３重量％以下となるように調整される。δフェライトの
析出量が３重量％より多い場合には、インゴットの熱間
加工時に、粒界に析出した靭性の低いδフェライトを起
点として粒界割れが発生して、熱間加工性の低下が引き
起こされるからである。とくに、１重量％以下であるこ
とが好ましい。

【００１９】このδフェライトの析出量は、次式： −２１０×〔Ｃ〕＋６×〔Ｓｉ〕−６×〔Ｍｎ〕−２０×〔Ｎｉ〕 ＋１４×〔Ｃｒ〕−７×〔Ｃｕ〕＋１４×〔Ｎｂ〕 …(1) で示されるフェライト係数が１０５以下、好ましくは１
００以下となるように、溶製時に上記した各成分の配合
量を調整することにより、実現することができる。

【００２０】本発明の鋼種は、上記した各成分を上記し
た割合で溶製することにより製造することができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】

【００２２】

【実施例】

実施例１，２，比較例１ 〔Ｂ〕，〔Ｎｉ〕，〔Ｃｕ〕を変化させて各種組成の鋼
種を真空アーク炉で溶製したのち、その溶湯を、内壁面
に傷をもたない鋳型に注入して直径７５０mm，長さ３０
００mmの鍛造製品を造塊した。そのうちの３種類の材料
につき、(1) 式に基づくフェライト係数と〔Ｎｉ〕／
〔Ｃｕ〕の値を表１に示した。またδフェライトの析出
量を測定し、その結果も表１に示した。

【００２３】

【表１】

【００２４】ついで、全ての鍛造製品を、温度１１８０
℃，鍛練成形比４Ｓで熱間鍛造したのち、得られた鍛造
品を温度７００〜７８０℃で５時間の焼なましを行っ
た。得られた各材料につき、下記の仕様で表面割れの発
生グレードを観察した。 グレードＡ：割れなし，グレードＢ：割れ多発，グレー
ドＣ：割れ１〜２個所，グレードＤ：全面割れ，グレー
ドＥ：割れ点在。

【００２５】その結果を、δフェライト析出量との関係
として図１に示した。図中、○印は割れなし、×印は割
れありを表わす。図１から明らかなように、δフェライ
ト析出量が３重量％以下である本発明の鋼種の鍛造製品
には表面割れの発生は少なく、グレードＡを満足する状
態にある。

【００２６】また、表１で示した３種類の材料につき、
表層部と芯部からそれぞれ２個ずつ試験片を採取し、そ
れらの試験片につき、0.２％耐力，引張強度を測定し
た。その結果を表２に示した。

【００２７】

【表２】

【００２８】表２で示す値から明らかなように、本発明
の鋼種の場合は、比較例の鋼種の場合と異なり、表層部
と芯部の強度特性が略同等であり、変態が均質に進んだ
ことを示している。つぎに、上記した焼なまし後の各鍛
造製品を熱間圧延し、得られた各圧延品につき、グリー
ブルデータをとり横割れ発生率（％）を測定した。その
結果を、〔Ｎｉ〕／〔Ｃｕ〕の関係として図２に示し
た。

【００２９】図２から明らかなように、〔Ｎｉ〕／〔Ｃ
ｕ〕が1.３２以上になると、圧延品には横割れが起こら
なくなる。すなわち、表面割れを防ぐためには、〔Ｎ
ｉ〕／〔Ｃｕ〕を1.３２以上にすべきことがわかる。

【００３０】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、請求項１
の析出硬化型ステンレス鋼は、例えば直径７５０mm以上
の大型部材を製造する場合においても、変態応力割れが
抑制され、同時に、表層部と芯部の強度特性の差は認め
られず、良好な強度特性を発揮する。そのため、本発明
の鋼種は、例えば連鋳用ロールのような大型部材の素材
としてその工業的価値は大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の鋼種の鍛造製品におけるδフェライト
析出量と表面割れ発生グレードとの関係を示すグラフで
ある。

【図２】本発明の鋼種の圧延品における〔Ｎｉ〕／〔Ｃ
ｕ〕と横割れ発生率との関係を示すグラフである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｃ：0.０７重量％以下，Ｓｉ：2.００重
   量％以下，Ｍｎ：2.００重量％以下，Ｐ：0.０４重量％
   以下，Ｓ：0.０３重量％以下，Ｃｕ：3.００〜5.００重
   量％，Ｎｉ：3.００〜6.００重量％，Ｃｒ：１4.００〜
   １7.５０重量％，Ｍｏ：0.５０重量％以下，Ｎｂ：0.４
   ５重量％以下，Ｎ：0.０５重量％以下，Ｂ：0.０１重量
   ％以下，残部がＦｅと不可避的不純物から成り、Ｎｉ濃
   度とＣｕ濃度との比：〔Ｎｉ〕／〔Ｃｕ〕が1.３２以上
   であり、かつ、δフェライトの析出量が３重量％以下で
   あることを特徴とする析出硬化型ステンレス鋼。