JPS59107028A - 高炭素ステンレス鋼帯の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、高炭素ステンレス鋼帯の全く新しい製造方法
に関し、よシ詳しくは、低炭素Ｃｒ系ステンレス鋼帯を
素材とし、該素材に浸炭し１次拡散処理し焼なましした
後、冷間圧延し２次拡散処理と焼なまし処理をｌ″よと
こすことによって、均一な炭素濃度分布と円相当径に換
算した炭化物の最大粒径ｃ以下最大粒径）が１．５μ以
下の炭化物が均一に分布した組織とを有する高炭素ステ
ンレス鋼帯の製造方法に関するものである。

従来安全かみそり刃の製造に使用される材料は（以下に
単にかみそシ刃材と呼ぶｌ、（１，６５％Ｃ−１６％Ｃ
ｒのマルテンサイト系ステンレス鋼カ一般的である。該
＠！Ｉ種は、凝固時の成分偏析によって最終凝固領域に
Ｃが濃縮されるため、粗大な共晶炭化物が晶出し易い。

共晶炭化物の存在はスラブ内部割れ或いは鋼塊中の偏在
部除去による分塊歩留り低下を招く。また最大の問題点
は熱間圧延径３〜１０μの粗大炭化物として存在するこ
とである。このように粗大炭化物が存在する材料から加
工されたかみそり刃では、刃先に力が加わることによっ
て粗大炭化物が脱落し刃こほれの原因となる。この現象
が刃付は時に起こると刃付は性を阻害し、かみそり刃使
用時に起こると、切れ味を著しく損ね、その結果製品価
値は低下する。このように、かみそり刃に良好な切れ味
を持続させるためには、微細な炭化物を均一に析出させ
る必要がある。またかみそり刃は焼入れ焼戻し状態で使
用されるが、良好な焼戻し軟化抵抗を付与するためにも
、微細炭化物を均一に分散させる必要がある。

以上のように、かみそシ刃材に要求される品質特性は厳
しく２粒径２±１μの炭化物が１０±５μのフェライト
パスで均一に分布している必要がある。この要求を満た
すだめの製造方法として。

共晶炭化物の偏在した部分を屑として処理するか。

或いは鋼塊を１トン程度の小泡にすることにより凝固速
度を早め、共晶炭化物の成長と偏在を防止するか、さら
に連鋳化することによって凝固条件を改善するなど独々
対策がとられていたが、いづれの方法も粗大炭化物を完
全に消失するには至っていない。このため安定した切れ
味を有するかみそシ刃用ステンレス鋼帯、朗いかえれは
、十分な硬さと最大粒径１．５μ以下の炭化物が均一分
布した組織を有する銅帯を容易に安定して製造する必要
があった。

これを可能とする１つの方法として浸炭による方法があ
る。特２開昭５７−１２６９２１に１１．０〜１８．０
％のクロムと０．２５％までの炭素を含む冷延鋼帯に浸
炭処理、拡散処理および焼なまし処理したのち、所定板
厚を得るため、および浸炭によシ得られた炭化物を更に
微細化するため、冷間圧延することによって、微細炭化
物を分散析出させ得ることが開示されている。しかし、
該発明方法にはいくつ力）の欠点があり、浸炭後の全断
面平均炭素濃度ｃ以下平均炭素濃度）が０７％を越える
ような場合には炭化物が粗大化し易い。或いは拡散焼鈍
温度と時間の選択がまずいと炭化物が固溶消失したり粗
大化する。さらに一度析出させた炭化物は圧延率が５０
俤までは微細化できるが。

それ以上圧延率を増加させても微細炭化物は増加しない
といった問題点があった。

そこでこれらの問題点や欠点を調査、検討するうちに、
粗大炭化物が生成する原因として、浸炭温度にさらされ
ることによって結晶粒の粗太な領域が生じ、この領域に
炭素原子が拡散してくることによって２ｍ大な炭化物が
生じ易いこと、拡散処理温度が高いと微ｗＩ戻１ヒ物は
固溶消失し、炭化物の凝集が起こって粗大化し易いこと
等を明らかにし、これらの現象が生じない方法を見い出
すことによって本発明を完成した。

本発明によれはＣ：０．３％以下、　　Ｃｒ：　１　ｉ
、　ｏ〜１８．０％を含むＦｅ−Ｃｒ系ステンレス鋼の
【ｊ、６〜２．０朋厚冷延鋼帯または冷延鋼板の累月に
浸炭処理し、１次拡散処理と焼なまし処理したのち、冷
間圧延を実施して炭化物を分散させるとともに。

内部組織を微細化し、その後２次拡散処理と焼なまし処
理を施すことによって微細な炭化物を均一に分布させる
ことからなる高炭素ステンレス鋼帯の製造方法が提供さ
れる。

ここに冷間圧延という場合１通常はその前に酸洗が行な
われ、その後に焼鈍が行なわれるが、これらは場合によ
って省略してもよい。

本発明において、好ましくは、浸炭処理によって平均炭
素濃度０゜４〜１．４％となるように浸炭し。

次［１次拡散処理によって表層部の炭素濃度を低下させ
て圧延性を向上させたのち冷間圧延によって内部組織を
微細化させ、２次拡散処理を実施することによって１表
層部から板厚中心部まで微細炭化物を均一析出させ得る
点にある。

以下本発明方法の諸条件の限定理由を述べる。

素材鋼は１１．０〜１８．０％のクロムを含有する。

鋼に耐食性を与えるだめには少なくとも１１．０チのク
ロムが含有される必要があるが、一方その量が１８．０
％を越えることは、使いずてのかみそり刃材としては過
度の高品質となる。これはかみそり刃材のクロム含量と
しては極めて常識的な範囲である。

素材鋼は０．３０％以下の炭素を含む。本発明方法を実
施する上での１つの要点は素材鋼をいかに安く製造する
かにある。従って、大量生産方式によって全く困難なく
製造でき、しかも大型連鋳スラブの製造時に後工程で消
失させ得ない粗大炭化物の生成がなく、高強度によｐ熱
間圧延や冷間圧延などの負荷の増大することがない限度
の炭素量は０．３０％であると判断された。また下限に
ついては、特に発明構成要件として限定されないが。

通常の製鋼法での常識が数値としては０．０１％である
。その他のいわゆる不可避的不純物としては。

この種の鋼の通常の製鋼法で混入してくる許容量即ち、
８＋：１．０％以下、Ｍｎ：１０％以下、Ｐ：０．０４
％以下、Ｓ：０．０５チ以下、Ｎｌ：０．６０％以下が
含まれていても支障ない。また微量のＭｏ　。

Ｎｂ、Ｖ、Ｗが単独または複合して含まれてもよい。こ
れらの成分は耐食性を増強し、また焼入れ性を向上し、
および焼入れ後の焼戻しによる硬度低下を小さくする。

素材の板厚は０．６朋以上、ｚＯ朋以下と限定される。

その理由は、板厚が２朋を越えると、所望の平均炭素濃
度を得るための浸炭処理時間が長くなるなどの浸炭能率
の低下を招くことと、浸炭処理後の後工程での負荷が増
大するためである。一方板厚がＯ２・６朋未満では冷間
圧延での圧下量が少ないため、内部組織を十分微細化す
ることが出来ずに、炭化物の微細析出を困難にする。

浸炭処理および１次拡散処理温度は８５０　”０以上１
０５０℃以下とする。浸炭処理にあっては８５０℃より
低い温度では浸炭効率が悪く、また１０５０℃を超える
と結晶粒が粗大化し板の変形も大きくなるといった整置
がある。１次拡散処理にあっては、８５０℃よ）低い温
度では炭素原子の拡散速度が遅く長時間を要し、１０５
０”Ｏを超えると、炭化物が凝集粗大化し、微細炭化物
が固溶消失するため好ましくない。

１次拡散処理時間を限定したのは、結晶粒が粗大化した
領域への炭化物析出を防止しつつ２表層部の炭素濃度を
低下させて圧延性を改善することを目的としている。

２次拡散処理温度の上限を９５０　”０としたのは。

処理時間が長いので炭化物が凝集粗大化し、或いは再固
溶するのを防止するためである。また８００℃よシ低い
温度では炭素原子の拡散にあまシに長時間を要してしま
うため好ましくない。

１次拡散処理後の冷間圧延において総圧延率几（％）を
限定したのは、結晶粒粗大領域の炭化物を微細にし、か
つ浸炭層に析出した炭化物を破壊分散させる効果を得る
ためで、几は少なくとも５０％を必要とした。

焼なまし処理は６５０〜８００　’０の温度で６０分間
以上の時間実施すれば、冷却後十分に軟化させることが
できる。

第１図は本発明方法の工程−でこれを参照し本発明方法
を具体的に説明する。

まず板厚０．３〜２．０朋の素材鋼帯又は鋼板を素材と
し、８５０〜１０５０−０の温度範囲で、平均炭素濃度
が０．４〜１．４％、がみそυ刃材として好ましくは０
．６〜１．０％の範囲となるよう浸炭処理実施例 浸炭方法は、浸炭性ガスを用いて実施する方法であれば
、いづれの方法であっても差し支えない。

例えば、変成炉ガスを用いるガス浸炭、有機溶剤を滴注
し発生するガスによシ行なう滴注式浸炭。

炭化水素系ガスをＮ２ガスで稀釈したガスによるガス浸
炭、減圧下で行なう真空浸炭、更にイオン浸炭等から選
択される。その選択は浸炭の専門家が自身の利用し得る
設備等を考慮して適宜定め得るところであるから、ここ
に選択の条件を詳述する必要はない。浸炭時間は浸炭方
法に固有な値として、目標炭素量、温度、素材成分及び
板厚により決定できる。

浸炭処理完了後、１次拡散処癲を８５０〜１０５０°Ｃ
の温度範囲で、脱炭を防止するため、不活性ガス、非酸
化性ガス又は真空中で実施する。１次拡散処理の目的は
、浸炭によシ表層部に生じた。浸炭層の炭素＃度を低下
させ、後工程である冷間圧延工程での圧延性を向上させ
ることにある。しかし板厚中心部は浸炭時に受ける熱に
よって結晶粒が粗大化しておシ、この領域に炭素が拡散
すると粗大炭化物が析出する。従って１次拡散処理時間
の上限は炭素が板厚中心部まで拡散しない時間とする必
要があり、この時間をｔｌ　（分）とし２次式により与
えられる。

・・・・−（１） 但し、ｘｌ：浸炭および１次拡散処理時の板厚（闘１．
　ｔｃ：浸炭処理時間（分）。

Ｔｃ：浸炭温度（ＯＫ＋。

Ｔ１：１次拡散処理温度（０Ｋ） この式は拡散理論の式と実験データから導がれたもので
ある。

１次拡散処理後は、６５０〜８００″Ｃの温度範囲で６
０分間以上焼なまし処理をする。これらの熱処理によっ
て該浸炭材は十分に軟化されているので、冷間圧延を実
施することができる。

ここで（１）式の背景について述べる。

第２図は本発明方法を実施した時の浸炭層の厚みを浸炭
時間の平方根に対して整理した図である。

これよシ浸炭層厚みＤ（朋）、浸炭温度Ｔ。（’Ｋｌ。

浸炭時間１ｃ（分）の間には次の関係がある。

（２）式は、炭素の拡散律速に依存するから、浸炭処理
のみならず拡散処理においても一般式として適用するこ
とができる。ここで板厚をＸＩ（ｉｍｌとすると、１次
拡散処理によって炭素が拡散できる深さはｘｌ／２−Ｄ
である。従って、１次拡散処理時間を求めると前述した
（１）式 となる。これらの熱処理によって該浸炭材は表層部での
炭素濃度が浸炭時よシも低下！しておシ、かつ、ｆｊ、
７．１．う。５１１カー・紅晶ヵヮイ、工全く析出して
おらず、更に十分に軟化されておシ。

冷却後直ちに冷間圧延を実施することができる。

冷間圧延は１回ないしは２回の冷間圧延によって。

次式で示される総圧延率几（％）以上となるように実施
する。

０．５≦１≦２．０のとき ０．９　ｔ　　−０，２ Ｒ＝　−Ｘ　１００　　（％）　　・・・（３）電 ０、３　≦ｔ　＜　０．５　ＩＪ）とき　Ｒ＝５０％た
だし、ｔ：冷間圧延時の板厚（朋） これは実験的に導き出された式である。

浸炭処理及び１次拡散処理された材料は、浸炭層と浸炭
層の間に浸炭温度にさＧされることにより結晶粒の粗大
化した領域が狭まれた６層構造を呈している。これに冷
間圧延を施すことにょ見結晶粒粗大領域では結晶粒が変
形破壊され、浸炭層内では炭化物が破壊分散される。引
き続き２次拡散焼鈍を行なうと、板厚が減少している結
果炭素原子の拡散距離は短縮されておシ短時間で板厚中
心部まで拡散することができ、しかも結晶粒は微細化さ
れているため、炭化物は微細かつ均一に分散析出する。

２次拡散焼鈍は上述したように、炭素濃度分布を均一化
し、かつ炭化物を微細がつ均一に析出させる必要があシ
、またさらに微細炭化物の固溶消失と炭化物の凝集粗大
化を防止する必要があることから、温度は８００〜９５
０℃とし２次式で示される時間ｔ２　（時間；処理する
。

ｔｚ　＝５．３３ｘ！（−０，０２Ｔｘ　＋２７．５　
）　　　（時間ｒ　・（４）ただし、ｘ鵞ニジ次拡散処
理時の板厚（朋）。

Ｔ２：２次拡散処理温度（０Ｋ） 炉内雰囲気は脱炭を防止するため、非酸化性ガス。

不活性ガス又は真空とする。２仄拡散処理後は６５０〜
８００℃で′５０分間以上焼なまし処理を実施例 以上の処理によって、粗大炭化物が全く存在せず、最大
粒径１．５μ以下の微細な炭化物が均一に析出したかみ
そり刃用ステンレス鋼帯を製造することが可能である。

以下実施例に従って詳述する。

第１表 実施例 第１表に本発明を実施するのに用いた素材鋼の化学成分
を示す。素拐鋼Ａ、　　Ｂ、　　Ｃ，ＤのうちＡ。

Ｂはマルテンサイト系ステンレス鋼５Ｕ８４１０゜Ｃは
フェライト系ステンレス鋼８Ｕ８４３０．Ｄは中炭素の
マルテンサイト系ステンレス鋼である。

Ｅは比較鋼として用いた高炭素のマルテンサイト系ステ
ンレス鋼である。これらに＊　　Ｂｅ　　Ｃｐ　　Ｄｅ
及びＢの鋼は通常の製鋼熱延冷延の工程により製造され
ておｐ、それぞれ０．５．　１．０．　１．０．　１．
４゜０．２５〜０．　！ｌ　ＯＩＩＫの板厚に冷間圧延
し、焼鈍酸洗されたものを用いた。

実施例１ Ａ鋼の０．５闘厚素材をＮ２二４５％、Ｈ２：２５％。

ＣＯ：２０％、ＣＨ４：１０％の混合ガス雰囲気中で９
５０℃で１７分間の浸炭処理、およびＮ２ガス雰囲気中
で９５０°Ｃで２０分間の１次拡散処理と７００℃で５
０分間の焼なまし処理をおこない。

冷間圧延によって板厚を０４２５朋とした後、Ｎ２ガス
雰囲気中で９００℃で４時間の２次拡散処理と７００″
Ｃで３０分間の焼なまし処理をしたとき。

平均炭素濃度は０．６９３％、全炭化物量に占める最大
粒径１．＾下の炭化物割合は１００％であった。

比較例 実施例１で製造された材料と同一板厚に圧延した比較鋼
Ｅの板材を焼入れし、各ｍ温度で１時間焼戻したときの
硬さを第６図に示した。曲線１で示される実施例１の材
料は２曲線ｅで示される比較材ｅよｐも良好な焼戻し軟
化抵抗を示し、かみそり刃の場合に実施される！１５０
℃焼戻しにおいてＨｖ６８０を示す。

実施例２ Ｂ鋼の１．０闘厚素材をＮ２：５０％、　　ＣＨ４二５
０−の混合ガス雰囲気中で９８０℃で２５分間の浸炭処
理およびＮ２ガス雰囲気中で９５０℃で６０分間の１次
拡散処理と７００℃で６０分間の軟化処理を行ない、冷
間圧延によって板厚を０．６朋としたした。このとき平
均炭素分析値は０．７０２％で全炭化物量に占める最大
粒径ｔ５μ以下の炭化物割合は１００％であった。本実
施材および同一板厚に圧延した比較鋼Ｅの厚み方向に平
行な面での炭化物分布状態を第４図（ａｔｅ　（ｂｊに
示す。（１１）は本実施材の１０００倍の顕微鏡写真で
あυ最大粒径１．５μ以下の炭化物が均一に分散してお
る。（ｂ）は比較材ｅの同様の顕微鏡写真であるが粗大
炭化物が観察される。

実施例６ 実施例２における１次拡散処理の時間のみを１２０分と
した。平均炭素濃度は０．７００％と同様であるが全炭
化物量に占める最大粒径１．５μ以下の炭化物割合は６
５％であり、残部の炭化物のもｔ径は１．５〜２．０μ
の範凹内にあった６　１．５μを越える炭化物は、板厚
中心部周辺に多く存在したが、１次拡散処理時間が長い
ため、結晶粒粗大領域に粗大炭化物が析出したことを示
している。

実施例４ 実施例２における冷間圧延率を７０％から０％に変更し
、同様の処理を行なった。このとき、全炭化物量に占め
る最大粒径１．５μ以下の炭化物割合は、４５％となっ
た。これは冷間圧延率が低いため、結晶粒及び浸炭層内
の炭化物が十分に微細化されなかったことを示している
。

実施例５ 実施例２ＶＣおいて、２次拡散処理の温度を１０５０°
０とし５時間実施した。このとき全炭化物量に占める最
大粒径１．５μ以下の炭化物割合は１２チであった。こ
れは、２次拡散処理の温度が高いため。

微細炭化物の固溶消失と凝集粗大化が起こったことを示
している。

実施例２〜５について第２表に整理した。

第２表 実施例６ Ｃ鋼の１．４朋厚素オを３００朋Ｈｇの圧力のＣＨ４ガ
ス中で９５Ｄ℃で１００分間の浸炭処理およびＮ２ガス
雰囲気中で９６０℃で４０分間の１次拡散処理と６８０
℃で４０分間の軟化処理をおこない。

冷間圧延によって板厚０．７朋とし、７６０℃で５分間
中間焼鈍後冷間圧延によって板厚［Ｊ、　３４１ｍとし
たのち、Ｎ２ガス雰囲気中で８８０℃で５．０時間の２
次拡散処理と６８０℃で６０分間の焼なまし処理をした
ときの圧延方向に垂直な断面での炭化物分布を第５図に
示す。（工）は１０００倍、（ｂ）は４００倍の顕微鏡
写真である。平均炭素分析値が０．９１８％であるにも
拘らず、粗大炭化物は全く存在せず粒径２μ以下の炭化
物が均一分布している。

実施例７ Ｄ鋼の１．０朋厚素材を′５００朋Ｈｇの圧力のＣＨ４
ガス雰囲気中で１０００℃で１５分間の浸炭処理および
Ｎ２ガス雰囲気中で９００℃で６０分間の１次拡散処理
と７２０°０で３０分間の軟化処理をおこない、冷間圧
延によって板厚を０．３朋とした後Ｎ２ガス雰囲気中で
９２０°０で６，６時間の２次拡散処理と７２０°０で
６０分間の軟化処理をしたとき。

平均炭素分析値は０．６２７％であった。また全炭化物
量に占める最大粒径１５μ以下の炭化物割合は１００％
であった。

実施例８ 第６図は、Ａ＠のｊ、Ｑｇｍ厚素材を用いて平均炭素濃
度０．６５％となるよう２本発明方法により製造した場
合ａと特／開昭５７−１２６９２１に開示された方法に
より製造した場合すの１円換算した最大炭化物粒径（μ
）を各冷間圧延率に対して示した。本発明方法では、冷
間圧延率５０％以上で最大粒径１５μ以下となる。一方
従来方法では、冷間圧延率５０％以上としても最大粒径
１．７μより微細化できない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の工程図である。第２図は。 各浸炭温度での浸炭層厚みを時間の平方根に対してプロ
ットした図である。第３図は実施例１で製造した材料と
比較材ｅの焼入れ一焼戻し硬さ曲線を示す図である。第
４図は、　（、）実施例２で製造した材料と（ｂ）比較
材ｅの焼なまし状態での炭化物分布を示す顕微鏡写真で
ある。第５図は実施例６の焼なまし状態での炭化物分布
を示す顕微鏡写真である。第６図は本発明方法と特郷開
昭５７−１２６９２１の方法によシ製造したかみそり刃
材の炭化物最大粒径の変化を示す図である。 特許出願人　日新製鋼株式会社 代理人　弁理士　松　井　政　広（外２名）第１図 第２図 第３図 第４図 （ｂ） 第５図 （ａ） （ｂ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、Ｃ：０．３％以下、　　Ｃｒシ１１．Ｄ　〜１８．
   ０％を含ムＦｅ−Ｃｒ系ステンレス鋼の０．６〜２．０
   朋厚冷延鋼帯または冷延鋼板の素材に浸炭処理し、１次
   拡散処理と焼なまし処理したのち、冷間圧延を実施して
   炭化物を分散させるとともに、内部組織を微細化し、そ
   の後２次拡散処理と焼なまし処理を施すことによって微
   細な炭化物を均一に分布させることからなる高炭素ステ
   ンレス銅帯の製造方法。 ２、特許請求の範囲第１項に記載の方法であって。 浸炭処理後の全断面平均炭素濃度が０．４〜１．４％と
   なるよう実施することを特徴とする方法。 ３、特許請求の範囲第１項に記載の方法であって。 １次拡散処理後の冷間圧延において、総圧延率几（％）
   を次式に示す値となるように実施することを特徴とする
   方法。 Ｑ、９ｔ−０，２ ０，５≦ｔ≦２．０のとき　Ｒ＝　−Ｘ　１００　（＠
   ０．６≦ｔ　＜　０．５のとき　Ｒ＝５０　　（％）た
   だし　ｔ：冷間圧延時の板厚（開） ４、％許請求の範囲第１項、第２項または第６項に記載
   の方法であって、浸炭処理を８５０〜１０５０°Ｃの温
   度とし、１次拡散処理を処理温度８５０〜１０５０°０
   ．処理時間０〜ｔ１分とし、２時拡散処理を処理温度８
   ００〜１０００°０゜処理時間１２時間とする。ことを
   特徴とする方法。ただし、　ｔｌ及びｔ２は次式に基づ
   く。 ｔ２＝６．３３ｘ２（−１Ｊ、０２Ｔ２＋２７．５）　
   　（時間）ただし、Ｘｌ：１次拡散処理時の板厚（朋）
   、、：　２次拡散処理時の板厚（間） Ｔ　：浸炭処理温度（０Ｋ） Ｔ１：１次拡散処理温度（０Ｋ） Ｔ、：２次拡散処理温度（０Ｋ） ｔ　二浸炭処理時間　　（分）