JPS63166948A

JPS63166948A - 刃物用Ｃｒ炭化物分散型ステンレス鋼板およびその製造方法

Info

Publication number: JPS63166948A
Application number: JP31581086A
Authority: JP
Inventors: Akio Yamamoto; 章夫山本; Tetsuya Shimada; 鉄也島田
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1986-12-27
Filing date: 1986-12-27
Publication date: 1988-07-11
Also published as: JPH0414181B2

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】（イ）産業上の利用分野本発明は、刃物用のＣｒ炭化物分散型ステンレス鋼板と
その製造方法に関するものである。

剃刀や包丁は、切れ味の点から硬度の高いことが必要な
ために、一般にＣを０．３％以上含有する鋼が使用され
ている。また、衛生上の目的からは短時間で錆びたり腐
食することは好ましくないために、ステンレス鋼も広く
使用されている。しかし、ステンレス鋼の場合、硬度を
上げるためにＣの多量添加を行なっても、粗大なＣｒ炭
化物として析出してしまい、焼入れ効果に寄与するＣ量
は増加しない。このため、一般にステンレス鋼の切れ味
が劣るとの風評からも明らかなとおり、炭素鋼に比べる
と硬度が上がらないのである。従って、硬度を重視する
と耐食性を断念して炭素鋼を使用せざるを得す、耐食性
を重視すると硬度に不満を残しながらステンレス鋼を使
用せざるを得ないのが実情である。このように、刃物の
使用性能の内硬度と耐食性を同時に満足する材料は現状
では見当たらない。

本発明は、このように硬度と耐食性を同時に満足させる
必要のある刃物用のＣｒ炭化物分散型ステンレス鋼板に
関するものである。

（ロ）従来の技術硬度と耐食性を同時に満足させる材料として、母材に高
炭素鋼を、合せ材にステンレス鋼を用いたクラツド鋼が
使用されている。クラフト鋼の使用により、錆びたり腐
食する部分の面積が減少したので、この点では効果がな
いとは言えない。しかし、刃物として使用される場合、
わずかとはいえ最低限刃先の部分はステンレス鋼で覆わ
れずに炭素鋼が表面に露出せざるを得ない、しかも、刃
先の状態はいわゆる切れ味には敏感に影響を及ぼすため
、わずかな錆びや腐食でも品質低下に繋がるのである。

このようなことから、母材に高炭素鋼を、合せ材にステ
ンレス鋼を用いたクラツド鋼を使用しても、硬度と耐食
性を同時に満足したとは言えないのである。

前述したとおり、ステンレス鋼の硬度を上げるのはＣの
増量では限界がある。そこで、刃先のみ浸炭焼入れや窒
化処理を行なったり、刃先のみイオン注入などを行なっ
た硬化させることも提案されている。これらの方法は、
硬化の点では満足のいく結果が得られるが、クラツド鋼
の場合と同様に刃先の硬化部分では基本的な耐食性を維
持するに足る金属状の固溶Ｃｒ１ｌが著しく減少して耐
食性が劣化したり、コストが大幅に上昇せざるを得ない
のが実情である。従って、やはり耐食性の問題は解決し
ているとは言えない。

一方、鋼中に粒子を分散させて強化させる技術があり、
析出強化型ステンレス鋼として利用されているが、この
場合は鋼中で熱処理により析出させるものである。しか
し、通常強化のベースとなる鋼は、加工性を重視して低
Ｃｍが用いられるが、本発明で使用する高硬度材ではこ
のような析出強化の原理は活用されたことがなかった。

また、鋼中に強化用の繊維や炭化物粒子などを混入させ
て強化する方法は既に公知技術（ＦＲＭ、ＰＲＭ）とし
て知られており、構造用材料や超硬工具などに既に広く
使用されている（Ａ、　Ｋｅｌｌｙ著、村上陽太部訳：
複合材料、（１９７１）、など）、シかし、これらの金
属基複合材料（ＭＭＣ）は、板あるいは帯状への圧延加
工が著しく困難なため、刃物のように板状であることが
必要な用途には適用することができなかった。

このように、硬度と耐食性を同時に満足した刃物用の材
料は存在しなかったのである。

（ハ）発明が解決しようとする問題点本発明は、ステンレス鋼をベースとして耐食性を確保し
、従来刃物用鋼では利用されていない粒子の微細分散に
よる硬化方法を利用して高い硬度を確保することを指向
した。利用する粒子としてはステンレス鋼中に通常含ま
れているＣｒ炭化物を利用することで、結果的に高いＣ
含有量のステンレス鋼を利用したものと同様の効果が得
られることを狙った。しかし、通常の製造方法で生成す
るような粗大炭化物では、刃物としての特性が得られな
いことは明らかである。本発明のポイントは、ステンレ
ス鋼中の分散粒子の量やサイズを刃物用として適したレ
ベルに限定するとともに、板状への圧延加工方法を発明
し、刃物用としてＣｒ炭化物多量分散による硬化ステン
レス鋼を適用させた点にある。

（＝）問題点を解決するための手段本発明者らは、中心偏析などの低融点部分の変形特性な
どから推量して、粒子を分散させた綱を圧延するために
は、完全に凝固した状態では著しく困難°であるが、局
所的に溶融していれば可能であることを見出し本発明を
成し遂げた。

すなわち、ステンレス鋼の場合、Ｃ含有量が高くなるに
従い溶融開始温度が低くなり、１７Ｃｒ鋼ではＣ：　０
．５％以上では溶融開始温度が約１２５０℃となり、半
溶融状態になることが認められている。

この半溶融状態で圧延すれば酸化物などの粒子を分散さ
せることが可能と考えたのである。

従来、半溶融状態での圧延などの加工は表面疵や種々の
割れが発生するので不可能と考えられていたが、本発明
者らは前に、半溶融材料を溶融状態を呈さない材料で覆
うことで問題なく圧延が可能となり、むしろ圧延負荷が
著しく低下するなどの利点を見出している。本発明にお
いてもこの技術を利用したものである。

以下に、本発明によるＣｒ炭化物粒子分散型ステンレス
鋼の製造工程の挙動を第１図の（（）　（０）を用いて
説明する。

半溶融状態を呈する高炭素ステンレス鋼板ｌを２枚以上
重ね合わせその重ね面に強化材料であるＣｒ炭化物など
の粒子２を挟みこむ。さらに、これらを溶融状態を呈さ
ない材料、例えば炭素鋼や低Ｃのステンレス鋼などの梱
包材３で覆う。このように組み立てた綱片を、高炭素ス
テンレス鋼板１が半溶融状態を呈する温度まで加熱し、
半溶融状態下で圧延を行なう。これにより混入したＣｒ
炭化物は、溶融部分に入り込み（同図（イ））なおかつ
粒子分散強化鋼材の圧延加工が可能となるのである。

また、Ｃｒ炭化物粒子は重ね面に混入したので層状とな
る可能性があるが、半熔融状態での圧延によって厚さ方
法への移動が生ずるために、半溶融状態下での圧延に伴
って厚さ方向へも均一化することが認められたく同図（
ロ））。

このようにして製造したＣｒ炭化物分散強化型高炭素ス
テンレス鋼は、板状を呈しているために、容易に刃物に
加工することができるのである。

次に、刃物に利用した場合の特性に及ぼす粒子サイズの
影響について説明する。Ｃｒ炭化物粒子のサイズが１０
μｍ以上になると、刃先の形状が不安定になりかつ刃こ
ぼれの原因となることが認められ、用途からは不適切な
サイズであることが判明した。本発明による鋼は、通常
のステンレス鋼製造工程でＣを多量に添加することで容
易に可能であると考えられる。しかるに、通常の方法で
は単に製造が困難であるのではなく、Ｃｒ炭化物が著し
く粗大化して（最大サイズは５０μｍ以上に達すること
がある。）刃物用にはなんら適さないものとなるのであ
る。

次に、本発明の限定条件を説明する。

本発明にかかる刃物用ステンレス鋼のＣ量は、母材中の
Ｃと分散させたＣｒ炭化物中のＣの平均値となる。この
Ｃ量は、硬度の点からは高い方が望ましいが、鋼板への
加工や刃付は加工が不可能となるので上限を２．５％と
した。また、下限は半溶融状態を呈する必要があるので
０．６％以上とした。

Ｃｒも母材中のＣｒと分散させたＣｒ炭化物中のＣｒの
平均値となる。Ｃｒｆｉは、１０％未満ではステンレス
鋼として基本的な耐食性に欠けるので下限とし、耐食性
の点からは高い方が優れているが、靭性が劣化して加工
性が著しく低下するので３０％を上限とした。

また、第２発明におけるＣｒ炭化物混入前のステンレス
鋼のＣおよびＣｒ量の下限は、半溶融状態を呈する必要
があるのでＣで０．６％以上、Ｃｒで１０％以上とする
必要がある。また上限は、Ｃｒ炭化物を混入させた後の
製品でのＣｒ量より低い必要があるが、製品の上限での
み規制されるところであるのでＣで２．５％未満、Ｃｒ
で３０％未満とした。

強化の為に鋼中に分散させるＣｒ炭化物粒子は、分散゛
の効果の認められ始める１０％を下限、半溶融状態下で
の圧延でも加工が困難となる３０％を上限とした。

また、分散させる粒子のサイズは、１０μｍ以上になる
と刃こぼれの原因となるので最大サイズの上限とした。

下限は形式的にはＣｒ炭化物の分子サイズということに
なるが、このような限定は実用上意味がないので最小サ
イズは限定しない。しかし、サイズが小さい場合、混入
後の品質には特別な悪影響はないが、混入させるまでの
取扱が著しく困難となるので、第２発明においては平均
サイズの下限を０．１μｍとした。

第２発明における圧延温度は、半溶融状態下で少なくと
も１パス以上圧下する必要があることから、１２５０℃
以上１４５０℃以下とする。

同じく第２発明における半溶融状態下での圧延圧下率は
、１０％未満では圧下の効果が得られないために、１０
％を下限とした。

（ネ）作用以上示したように、刃先も含めて母材がステンレス鋼で
あるので耐食性が優れており、刃先には酸化物粒子など
の硬化物質が分散されているので、刃物としての硬度は
十分にあり切れ味の優れた刃物用ステンレス環の供給が
可能となった。この材料では、刃先の切れ味が鋼そのも
のの硬さにのみ依存しているのではなく、むしろ分散さ
れた微細粒子に基づくものであるので、刃先の摩耗が少
なくメンテナンスもまたステンレス鋼は勿論炭素鋼に比
べても著しく良好である。

（へ）実施例Ｃ：１．１％、Ｓｉ：０．４６％、Ｍｎ　：　０．６０
％、Ｃｒ：ｔＳ、Ｖ％を含有しその他不可避的不純物を
のぞいて実質的にＦｅからなる１日厚のステンレス鋼板
２５枚を、間に平均粒径５μｍ最大粒径８μ−のＣｒｚ
３Ｃ，粉を５０〜ｌ　ＯＯｇ／ｍ”の密度で挟み込んで
重ねた。さらに、その全体をＣ：０．０６％、Ｓｉ：０
．５２％、Ｍｎ：０．５３％、Ｃｒ：１６．３％を含有
しその他不可避的不純物をのぞいて実質的にＦｅからな
る１、２ｆｌ厚の５ＵＳ４３０ステンレス鋼板で梱包し
、内部を１０Ｔｏｒｒ以下に減圧した。それを、１４０
０℃に加熱し１２５０℃までの温度域で３パスで全体で
１５鰭まで圧下した。続いて１２５０〜８５０℃の温度
範囲で５鰭まで圧下を行なった後、両面とも０．５鰭研
削して刃物製造を行なった。この材料の平均化学組成は
、Ｃ：１．３％、Ｓｉ：０．４７％、Ｍｎ二０．５８％
、Ｃｒ：２１．４％その他不可避的不純物をのぞいて実
質的にＦｅであり、分散されているＣｒ炭化物の量は２
１．８％、サイズは最大で粒径８μｍであった。この材
料を用いて製造された刃物は、硬度がＨＶで約７４５で
あり従来のステンレス鋼、炭素鋼の刃物の硬度より高い
値を示した。また、水道水社浸したのち温度約９０％の
環境中に２４時間放置しておいたが全く錆の発生は認め
られなかった。比較のために試験した炭素鋼の刃物の場
合約１０分で赤錆が発生し始め、２４時間ではほとんど
全面に発錆が起き本発明による刃物の著しく優れた耐錆
性を確認することができた。

（ト）発明の効果本発明により、耐食性と高い硬度を有する刃物用材料が
得られた。この結果、メンテナンスが少なくてすむ性能
の優れた刃物を安価に供給することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明方法による刃物用Ｃｒ炭化物粒子分散
型ステンレス鋼の製造工程の挙動を説明した図である。第１図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）を０．６％以上２．５％以下、Ｃｒを１０％以上
３０％以下含有し、この内Ｃｒ炭化物が重量で１０％以
上３０％以下を占めかつＣｒ炭化物の最大径を１０μｍ
未満として粒子分散強化したことを特徴とする刃物用Ｃ
ｒ炭化物分散型ステンレス鋼板。
（２）Ｃを０．６％以上２．５％未満、Ｃｒを１０％以
上３０％未満含有するステンレス鋼板を２枚以上重ね、
それぞれの重ね面に最大径が１０μｍ未満、平均サイズ
が０．１μｍ以上であるＣｒ炭化物を挟み込み、１２５
０℃以上１４５０℃以下の温度で少なくとも１０％の圧
下率で１パス以上の圧下を行ない、さらに必要に応じて
１２５０℃未満の温度で圧下を行ない、平均値の成分組
成においてＣを０．６％以上２．５％以下、Ｃｒを１０
％以上３０％以下を含有し、この内Ｃｒ炭化物が重量で
１０％以上３０％以下を占めかつＣｒ炭化物の最大径を
１０μｍ未満とすることを特徴とする刃物用Ｃｒ炭化物
分散型ステンレス鋼板の製造方法。