JPS61147855A - 析出硬化型ステンレス鋼 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は船尾シャフト、ボルト、バルブステム等に用い
られる優れた耐食性と高い強度を有し、かつ固溶化状態
での冷間加工性、機械加工性に優れ、さらに析出硬化能
が著しく優れた析出硬化型ステンレス鋼に関する。

（従来技術と発明が解決すべき問題点）析出硬化型ステ
ンレス鋼として一般に用いられている５ＵＳ６３０　（
１６Ｃｒ　−４Ｎｉ　−３，３Ｃｕ−０，３Ｎｂ　−０
，０６Ｇ）は、優れた耐食性と高い強度を有し、かつ固
溶化状態では冷間成形や機械加工が可能であるため、船
尾シャフト、ポンプシャフト、ボルト、バルブステム、
バルブシート、高圧ノズル等に広く使用されている。

しかし、前記の５ｔｌＳ６３０は固溶化状態での硬さが
Ｈｖ３５０程度と高いため、冷開成形性、機械加工性に
ついては必ずしも十分ではなく、その改善が求められて
いた。さらに５ＵＳ６３０は固溶化熱処理時の最適加熱
温度範囲が１０４０℃±２０℃と狭（、その拡大が求め
られていた。

（問題点を解決するための手段） 本発明は従来鋼のかかる欠点を解消した、５ＵＳ６３０
に匹敵する優れた耐食性と高い強度を有し、かつ固溶化
状態での硬さがＨｖ２８０程度と低く、冷間成形性、機
械加工性、熱処理性に優れ、しかも時効硬化能について
も著しく優れ５ＵＳ６３０と同等の析出硬さを有するス
テンレス鋼を得ることを目的としたものである。

５ＵＳ６３０は通常、高温でのδ／Ｔバランスを改善す
るためにＣ＋Ｎ量を０．０６〜０．０９％とし、また、
時効処理後の耐粒界腐食性を改善するため、Ｎｂ量を４
Ｘ　（Ｃ＋Ｎ）程度含有して使用しているが、本発明者
等は５ＵＳ６３０時効硬化能（時効硬さ一固溶化状態で
の硬さ）に及ぼすＣ５Ｎ５Ｎｂの影響について鋭意研究
を重ねた結果、Ｃ＋Ｎ量を０．０４５％以下と極力低下
させるとともにＮｂを９Ｘ（Ｃ＋Ｎ）以上含有させるこ
とによって、固溶化状態での硬さをＨｖ２８０程度に低
くするとともにＨＶ１５０以上と時効硬化能を大きく向
上させることができ、Ｓ［ｌ５６３０と同等の時効硬さ
を得ることを見出したものである。

したがって、本発明鋼は固溶化状態での硬さを低下させ
たことによって、冷間加工性、機械加工性を大きく改善
させることができた。

しかしながら、５ＵＳ６３０の成分バランスは非常に臨
界的なものであり、前記のＣ，ＮおよびＮｂ含有量を変
更することによって、５ＵＳ６３０の緒特性が損なわれ
ることになる。

すなわち、Ｎｉ含有量は分塊圧延時や固溶化熱処理時の
δ／γバランス、固溶化処理後の残留オーテナイト量お
よび析出硬化能に強く影響を及ぼす。

Ｎｉ含有量が増加すると高温でのδ／γバランスが改善
され熱間加工性は改善される。また最適固溶化熱処理温
度域が拡大されるが、反面残留オースナイト量が増加し
、析出硬化能が小さくなる。また、Ｎｉ含有量が少ない
場合には残留γ量が減少して析出硬化能は増加する傾向
を有する反面熱間加工性が大幅に低下する。さらに固溶
化熱処理時にδ相が生成され易くなり、最適固溶化熱処
理温度域が著しく狭くなる。δ相が生成した場合には、
その析出硬化能は大幅に低下してしまう、このように、
Ｎｉの最適量は非常に臨界的なものである。

さらに、高温でのδ／Ｔバランス、最適固溶化熱処理温
度範囲、残留オーステナイト量、熱処理温度範囲、固溶
化熱処理後の硬さおよび析出硬化等の特性は０％　Ｎ５
５５Ｍｎ５Ｃｕｓ　Ｎｂ５Ｃｒ等すべての合金元素の影
響を強く受けるものであり、ある場合には必要が硬化能
を得ることのできる適当−なＮｉ量が存在しない。

本発明者等は５ＵＳ６３０よりも著しく大きな析出硬化
能を得るため、Ｃ＋Ｎ量を低下させ、かつ適量のＮｂを
添加した本発明鋼の成分系において最適Ｎｉ量が４≦Ｎ
ｉ＋２７（Ｃ＋Ｎ）　　３．５Ｎｂ≦６．５であること
を見い出した。

Ｎｉ量を本範囲に限定した場合、大きな時効硬化能と尚
時にＨｖ２８０程度の軟らかな固溶化処理後さ、優れた
冷間加工性、切削性、熱間加工性を得ることができる。

さらに最適固溶熱処理温度範囲を１０４０℃±２０℃か
ら１０４０℃±６０℃に大きく広げることができる。

なお、Ｎｉ含有量が上記範囲以下の場合には、熱間圧延
が困難であり、またこれ以上の場合には、十分な析出硬
化能を得ることができない。

すなわち、本発明はｃ　ｏ、ｏａ％以下、Ｓｔ　０．５
０％以下、Ｍｎ　１．０％以下、Ｃｕ　２．５〜４．５
％、Ｎｉ　４．０〜６．５％、Ｃｒ　１４．５〜１７．
０％、Ｎ　０．０３％以下、Ｎｂ　０．１０〜０．３５
％、Ｓ　０．０３０％以下を含有し、残部Ｆｅならびに
不純物元素からなり、かつＣ＋Ｎ０．０４５％以下、Ｎ
ｂ量　（Ｃ＋Ｎ）　　５．５以上、４≦Ｎｉ＋　２７　
（Ｃ＋　Ｎ）　−３，５Ｎｂ≦６．５となしたものであ
り、第２発明は第１発明にＭｏ　０．１５〜１．５０％
を含有させ、第１発明の耐食性をさらに向上させたもの
であり、本発明鋼は５ＵＳ６３０と同等の優れた耐食性
を有し、かつ固溶化状態での硬さがＨｖ２８０程度と５
ＵＳ６３０に比べて軟らかくすることができ、冷間加工
性、機械加工性を大幅に改善し、さらにＩＩｖ１５０程
度と著しく大きな時効硬化能を有する結果、固溶化状態
での硬さが軟らかいにもかかわらず５ＵＳ６３０と同等
の硬さを有し、強度についても優れており、本発明鋼は
船尾シャフト、ポンプシャフト、ボルト、バルブステム
、バルブシート、高圧ノズル等に最適な析出硬化型ステ
ンレス鋼を得ることに成功したものである。

以下に本発明鋼の成分限定理由について説明する。

Ｃ，Ｎは強力なγ相形成元素で高温でのδ／Ｔバランス
を改善する元素で、５ＵＳ８３０にはＣ＋Ｈは０．０６
〜０．０９％含有されているが固溶化状態での硬さを高
め析出硬化能を低下するのでその上限をＣ１Ｎともに０
．０３％とし、かつＣ＋Ｈを０．０４５％とした。なお
、析出硬化能をより向上させるには０１Ｎともに０．０
１５％以下、Ｃ＋Ｈを０．０２５％以下にすることが望
ましい。

ＮｂはＣＳＮを固定してＣ，Ｎによる固溶化状態での硬
さ増加を抑制する元素であり、０．１０％以上含有する
必要がある。なお、望“ましくはＣ＋Ｈの８倍のＮｂを
含有させるものである。また、必要以上にＮｂを含有さ
せると高温でのδ／γバランスを損うので上限を０．３
５％とした。

Ｃｒはステンレス鋼の基本元素で十分な耐食性を得るた
めには１．４５％以上含有させる必要があり下限を１４
．５％とした。しかしＣｒは強度なδ相形成元素であり
、高温でのδ／Ｔバランスを損い、熱間工性を大幅に低
下せしめるので上限を１７．０％とした。

Ｃｕは析出硬化作用を持ち、かつ耐食性を大幅に改善す
る元素である。十分な硬化能と、耐食性を得るた応には
２．５％以上含有させる必要があり下限を２．５％とし
た。しかし４．５％を越えて含有させるとＣｕ脆化によ
って熱間加工性を損う′ので上限を４．５％とした。ま
た、理由は定かではないが必要以上の含有により固溶化
状態での硬さが高くなり、析出硬化能を逆に低下させ、
本発明鋼の特徴を損うので４．５％を越えて含有させる
ことは好しくない。

Ｓｉは脱酸、脱硫に効果のある元素であるが、強力なα
相形成元索でもあり、高温でのδ／γバランスを損い熱
間加工性を低下させ、かつ固溶強化作用にによって固溶
化状態での硬さを上昇させるので極力その含有を抑制す
る必要があり、上限を０．５０％とした。

ＭｎはＳｔと同様に脱酸、脱硫に効果のある元素でであ
る。

しかし、ＭｎはＭｓ点を低め固溶化処理後の残留γ相を
増加させ、析出硬化能を小さくするので上限を１．０％
とした。

ＮｉはＣｒｓ　Ｃｕとともに耐食性を改善するステンレ
ス鋼の基本元素である。また、Ｎｉは強力なγ相形成元
素で高温でのγ／δバランスを改善し、熱間加工性を左
右する元素であり、優れた熱間加工性と十分な析出硬化
能を得るためには４．０％以上含有する必要があり、下
限を４．０％とした。しかし６．０％を越えて含有させ
るとＭｓ点を低め、固溶化処理後の残留γ相を増加させ
て析出硬化能を小さくするので上限を６．０％とした。

また、ＮｉはＣ５Ｎ５Ｎｂ量に応じて４≦Ｎｉ＋２７（
Ｃ＋Ｈ）　−３，５Ｎｂ≦６６５を満たす必要がある。

すなわち、４未満では熱間圧延が困難であり、また６、
５を越えると十分な析出硬化能を得ることができないた
めである。

また、Ｎｉを上記範囲に保った場合、高温でのδ／γバ
ランスが改善されると同時に十分高いＦＩｓ点が得られ
て、最適固溶化熱処理温度が５Ｏ５６３００１０４０℃
±２０℃から１０４０℃±６０℃へと拡大される。

Ｓは耐食性、熱間加工性、冷間加工性を損う元素である
反面、被削性を改善する元素でもあり上限を０．０３０
％とした。そして耐食性を重視する場合には０．００５
％以下−被削性を重視する場合には０．０１５〜０．０
３０％とすることが望ましい。

Ｍｏは耐食性を改善する元素であり優れた耐食性を得る
ためには０．１５％以上含有させる必要がある。

しかしＮｏは強力なδ相形成元素であり高温でのδ／γ
バランスを損い熱間加工性を大幅に低下せしめるので上
限を１．５０％とした。

（実施例） つぎに本発明網の特徴を従来鋼、比較鋼と比べて実施例
でもって明らかにする。

第１表はこれらの供試鋼の化学成分を示すものである。

なお、第１表においては４≦Ｎｉ＋２７（Ｃ＋Ｎ）−３
，５Ｎｂ≦６．５をＸとして示・した。

第１表においてＡ１〜Ａ６鋼は本発明鋼で、８１〜Ｂ８
鋼は比較鋼で、Ｃ１、Ｃ２鋼は従来鋼である。

第２表は第１表の供試鋼の固溶化状態および時効硬化後
の引張り強さと硬さ、時効硬化能、被削性、冷間加工性
、熱間加工性および耐食性について示したものである。

引張り強さについては、ＪＩＳＪ号試験片を用いて測定
したものであり、被削性については４抛鴎φ×１０ｍｏ
＋の素材を、５掴用意し、切削工具として５＋ｕ＋φの
５ＫＨ９ストレートドリルを用いて、回転数７２５ｒｐ
ｓ、送り０．１６ｏｎ／　ｒｅｖでドリル穿孔性を測定
して評価した。

冷間加工性については１０ＩＩ＋−φの素材を、引抜率
２０％、３０％で引抜加工を行い、割れの発生率でもっ
て引抜加工性を評価したもので、２０％の引抜率で割れ
発生率が５％を越えるものを×とし、３０％の引抜率で
割れ発生率が５％以下のものを△とし、３０％の引抜率
で割れ発生率が５％以下のものを○とした。

熱間加工性については、３００ｋｇの鋼塊を９５角に分
塊圧延するにｌヒートで分塊圧延できたものを○とし、
２ヒートで分塊圧延できたものをΔとし、２ヒートでも
分塊圧延できなかったものを×とした。

耐食性については、ＪＩＳ試験法に基づいて耐硫酸性、
耐孔食性について評価した。耐硫酸性については沸騰し
た５％Ｈ，Ｓｏ４水溶液中に６Ｈｒ浸漬した場合の腐食
減量を示したもので、耐孔食性については４０℃の６％
ＦｅＣ１Ｂ　＋　１／２ＯＮ　ＨＣＩ水溶液中に２４Ｊ
Ｉｒ浸漬した場合の腐食減量を示したものである。

夙′Ｆ会ら 第２表より明らかなように、固溶化状態での引張り強さ
、硬さについては従来鋼であるＣＩ、　Ｃ２鋼が多量の
ＣおよびＣ＋Ｎを含有することにより引張り強さが９７
．１１０１ｇ　ｆ／　ｍ　ｃｄ　、硬さがＨｖ　３２５
．３４３と高いものであるのに対して、本発明鋼である
Ａ１〜Ａ６鋼は引張り強さが８０〜９５緒ｆ／ｍｒｄ、
硬さがＨｖ　２４７〜２９４といずれも従来鋼であるｃ
ｌ、Ｂ２鋼に比べて低いものであり、冷間加工性、機械
加工性に優れたものである。

また、時効状態での引張り強さ、硬さについては従来鋼
であるＣ１、Ｃ２綱が引張り強さが１４９ｋｇ　ｆ／　
ｍ　ｒｄ　、硬さがＨｖ　４４２であり、時効硬化能は
９９．１７？であるが、本発明鋼である、ＡＩ−Ａ６鋼
は固溶化状態の硬さがＨｖ　２４７〜２９４と低いにも
がかわらず、時効状態での引張り強さが１４２〜１６１
　ｋｇ　ｆ／ｍｒｒｒ、硬さがＨｖ　４２６〜４６７と
従来鋼であるｃｌ、Ｂ２と同等の引張り強さと硬さを有
しており、時効硬化能がＨｖ　１５０〜１９５と従来鋼
のＨｖ　　９９．１，１７に比べて１．５倍も優れてい
るものである。

被削性についても従来鋼であるＣ１、Ｃ２が３４．４２
５１ｍであるのに対して、本発明鋼であるＡ１〜Ａ６鋼
は固溶化状態の硬さが低いことにより５５〜７６ｍｍと
従来鋼に比べて大幅に優れているものである。また、冷
間加工性についても本発明鋼であるＡ１〜Ａ６鋼は固溶
化状態の硬さが低いことによって引抜率３０９４で割れ
の発生率が５％以下であり従来鋼であるＣ１、Ｃ２鋼に
比べて優れているものである。

また熱間加工性についても本発明鋼は必要量のＮｉを含
有させるとともにＮｂ、Ｃｒ５Ｃｕなどの上限を規制す
ることによって高温でのδ／γバランスを改善し、いず
れも１ヒートで分塊圧延ができた。

さらに、耐食性については本発明鋼であるＡ１〜Ａ６綱
は耐硫酸性が５７〜２４ｇ　／　ｃｄ−Ｈｒ、耐孔食性
が１８〜８ｇ／ｒｔｒ−計と従来鋼であるＣ１〜Ｃ２鋼
と同様に優れた耐食性を有するものである。

また、比較鋼である８１〜Ｂ８鋼については、Ｂ１、Ｂ
２鋼が多くのＣ＋Ｎを含有することにより固溶化状態で
の硬さがＨｖ　３０４．３４４と高く被削性、冷間加工
性については劣るものであり、かつ時効硬化能について
もＨｖ　９４．１２１と低いものである。

また、Ｂ３、Ｂ４鋼については最適のＮｂ量から外れた
ことによって８１、Ｂ２鋼と同様に固溶化状態での硬さ
が高く、かつ時効硬化能についても低いものである。さ
らに、Ｂ５、Ｂ６鋼は４≦Ｎｉ＋２７（Ｃ＋Ｎ）−３，
５Ｎｂ≦６．５を外れることによって、Ｂ５鋼は熱間加
工性が大幅に低下し、２ヒートでも分塊圧延ができず、
かつＢ６鋼は時効硬化能がＨｖ　６０と極めて低いもの
である。また、Ｂ７、Ｂ８鋼は最適のＣｕから外れたこ
とによって、Ｂ７鋼は耐食性が大幅に低下し、またＢ８
鋼は熱間加工性が低下し、Ｂ５と同様に２ヒートでも分
塊圧延ができなかった。

（効果） 上述のように、本発明鋼は固溶化状態での硬さをＨｖ　
２８０程度に低くすることによって冷間加工性および機
械加工性を大幅に向上させ、かつ時効硬能化を高めるこ
とによって固溶化状態での硬さが低いにもかかわらず５
ＵＳ６３０と同等の時効硬さを有し、さらに耐食性につ
いても従来鋼と同等であり、本発明鋼は船尾シャフト、
ボルト、バルブステム等に最適の鋼であり、高い実用性
を有するものである。

【図面の簡単な説明】

図はＣ＋Ｎ量と析出硬化能との関係を示した線図でる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、重量比にしてＣ０．０３％以下、Ｓｉ０．５０％以
   下、Ｍｎ１．０％以下、Ｃｕ２．５〜４．５％、Ｎｉ４
   ．０〜６．５％、Ｃｒ１４．５〜１７．０％、Ｎ０．０
   ３％以下、Ｎｂ０．１０〜０．３５％、Ｓ０．０３０％
   以下を含有し、残部Ｆｅならびに不純物元素からなり、
   かつＣ＋Ｎ０．０４５％以下、Ｎｂ／（Ｃ＋Ｎ）５．５
   以上、４≦Ｎｉ＋２７（Ｃ＋Ｎ）−３．５Ｎｂ≦６．５
   としたことを特徴とする析出硬化型ステンレス鋼。 ２、重量比にしてＣ０．０３％以下、Ｓｉ０．５０％以
   下、Ｍｎ１．０％以下、Ｃｕ２．５〜４．５％、Ｎｉ４
   ．０〜６．５％、Ｃｒ１４．５〜１７．０％、Ｎ０．０
   ３％以下、Ｎｂ０．１０〜０．３５％、Ｓ０．０３０％
   以下を含有し、さらにＭｏ０．１５〜１．５０％を含有
   させ、残部Ｆｅならびに不純物元素からなり、かつＣ＋
   Ｎ０．０４５％以下、Ｎｂ／（Ｃ＋Ｎ）５．５以上、４
   ≦Ｎｉ＋２７（Ｃ＋Ｎ）−３．５Ｎｂ≦６．５としたこ
   とを特徴とする析出硬化型ステンレス鋼。