JPS63293143A - 深冷処理硬化型マルテンサイト系ステンレス鋼 - 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、−４０℃以下に深冷処理することにより著し
く硬化するマルテンサイト系ステンレス鋼に関する。

（従来技術とその問題点） 一般に高硬度を得られるステンレス鋼としては、５ＵＳ
４１０系、４２０系、４４０．ｆ−のマルテンサイト系
ステンレス鋼、６３０．６３１ｉの析出硬化型ステンレ
ス鋼、２０１．３０１．ｆ−の加工硬化型ステンレス鋼
等が知られているか、いずれも硬化処理を施すには８０
０℃以にの温度からの焼き入れあるいは３００℃以下の
時効硬化処理、あるいは圧延冷間鍛造等による冷間加重
硬化など特殊な処理を必要としており、成型加工時には
軟らかく、溶接も可能でかつその後手軽に硬化したいと
云う需要家の要求には答えていない。

（発明の目的） 本発明は、成型加工前には塑性加工かできる程度に軟ら
かく、溶接もできかつ一４０℃以下の深冷処理により必
要にして十分な高硬度が得られるステンレス鋼を提供す
るものである。

（発明の構成） 本発明の要旨は、下記の発明鋼１及び発明鋼２にある。

１Ｒ晴％で、Ｃ：０．４％以下、Ｎ：０．４％以下、Ｍ
ｎ：１５％以丁、Ｎｉ　：１２％以下、Ｃｒ：１０〜２
３％、Ｍｏ：３．０％以下、Ｃｕ：５．０％以下、Ｓｉ
：２．０％以下、残部が不可避不純物とＦｅからなり、
かつ式■■及び■を満足することを特徴とする深冷処理
硬化型マルテンサイト系ステンレス鋼。

［Ｃｒ％］＋１．５［Ｓｉ　％コ　＋　［Ｍｏ％］　−
［Ｍ　ｎ％］−１，３［Ｎｉ％］　−［Ｃｕ％］−１９
［Ｃ％］−１９［Ｎ％］≦１２．０−・・・・・・・・
■２７．５≦［Ｃｒ％］　＋１．３　［Ｓｉ％］＋１．
３［Ｍｎ％］＋１．５［Ｎｉ％］＋［Ｃｕ％］＋［ＭＯ
％］＋１５［Ｃ％］　＋２０　［Ｎ％］≦３２．０・・
・・・・−・■ １．３［Ｎｉ％］　＋　［Ｍｎ％］　＋　［Ｃｕ％］〉
４．０−・・・・・・−・■ （以下、発明鋼ｌという） 重量％で、Ｃ：０．４％以下、Ｎ：０．４％以下、Ｍｎ
：４％以下、Ｎｉ：３％以下、Ｃｒ：１０〜２３％、Ｍ
ｏ：３．０％以下、Ｃｕ：２．０％以下、Ｓｉ：２．０
％以下、残部が不可避不純物とＦｅからなり、かつ弐〇
〇及び■を満足することを特徴とする深冷処理硬化型マ
ルテンサイト系ステンレス鋼。

［Ｃｒ％］＋１．５［Ｓｉ％］　＋　［Ｍｏ％］−［Ｍ
ｎ％］−１，３［Ｎｉ％］　−［Ｃｕ％］−１９［Ｃ％
］−１９［Ｎ％］≦１２．０−・・・・・・・・■２７
．５≦［Ｃｒ％］　＋１．３　［Ｓｉ％］＋１．３　［
Ｍｎ％］＋１．５［Ｎｉ％］　＋　［Ｃｕ％］　＋　［
Ｍｏ％］＋１５［Ｃ％］　＋２０　［Ｎ％］≦３２　、
０−−−−−−・・・■ １．３［Ｎｉ％］　＋　［Ｍｎ％］　＋　［Ｃｕ％］≦
４．０・・・・・・・・・■ （以下発明鋼２という） 本発明鋼において、各成分元素の添加理由及びその範囲
を規定した理由は次の通りである。

（１）ステンレス鋼としての一般耐食性を維持するだめ
にはＣｒ量は１０％以下必要である。しかし、Ｃｒが増
加して行くと耐食性は向上するがフェライト形成元素で
あり、通常の溶体化処理温度（９５０〜１１８０℃）で
完全なオーステナイト相を維持できなくなるので、２３
％以下に制約される。

（２）ＣならびにＮは、深冷硬化処理で硬いマルテンサ
イト相を得るため合計で０．２％以下含有することが好
ましいが、用途によっては硬化度よりも靭性を重視する
場合があり、０．２％以下としても良い。ＣはＳ量に添
加すると通常の溶体化温度（９５０〜１１８０℃）で完
全にオーステナイト相に固溶することが出来なくなり炭
化物を生じてしまう。さらに溶体化温度を上昇させれば
固溶するようになるが、溶体化処理温度が不必要に高く
なり、結晶粒の粗大化もおこり特記すべき利点はない。

そのためＣは０．４％以下にする。またＮは通常の溶解
、造塊等の工程で’［に添加するとブローホールを生じ
るので０．４％以下とする。

（３）ＭｎはＣ％Ｎ、Ｎｉについでオーステナイト相を
安定にする成分で、かつ鋼のマルテンサ・ｒト変態を開
始させる温度（Ｍｓ点）を下げる成分であり安価でもあ
るので、発明鋼１においては最大１５％まで添加できる
。しかし、Ｍｎを多量に加えると、Ａｃ、変態点が７０
０℃以下に下がり、冷間圧延等を行う際に母相をフェラ
イト状態として加工することができなくなり、オーステ
ナイト状態で冷間圧延等を行う必要が生じる。この場合
には冷間圧延により誘起加エマルテンサイドを生じ著し
く硬化してしまい、繰返して溶体化処理と冷間圧延等を
行う必要を生じる場合がある。

この不便を回避するにはＭｎを下げＡｃ、変態点を７０
０℃以下とすると良い。発明鋼２は母相をフェライト状
態とし冷間圧延を行えるようにしたもので、そのためＭ
ｎは４％以下とする。

（４）Ｎ　ｉもＭｎと同様、オーステナイト相を安定に
しＭｓ点を下げる成分であるが、Ｍｎより高価でありＭ
ｎで代替できる場合には用いる必要はない。しか・しＮ
ｉを用いた場合には、溶体化のオーステナイト相の硬度
がＭｎ系より低めになる特徴があるので、発明鋼１では
最大１２％までの添加ができる。

しかし発明鋼２では、製造過程の冷間圧延をフェライト
状態で行う必要から、Ａｃ、変態点を下げないようにＮ
ｉを３％以下とする。

（５）Ｃｕは耐食性を向上する元素であり本発明鋼の特
性に関連を有するが、多量に加えるとオーステナイト相
への完全固溶が困難になり熱間加重性を害するので、発
明鋼１では５％以下とする。

また発明鋼２では製造過程の冷間圧延をフェライト状態
で行う必要から２％以下とする。

（６）Ｓ　ｉは発明鋼の特性に関連をもつが積極的な役
割をもつものではなく、製造上の容易さも考慮して２％
以下とする。

（７）ＭｏはＣｒと共に耐食性を向上する有力な元素で
あり特性にも関連を存するが、高価な成分でもあり、３
％以下とする。

（８）以下の各成分の制約に加え、本発明鋼は通常の溶
体化処理温度（９５０〜１１８０℃）でほぼ完全なオー
ステナイト相を得る必要がある。そのため前項までの各
組成範囲内で、次の式■を満足するよう各成分の相互関
係を調整する。

［Ｃｒ％］＋１．５［Ｓｉ％］　＋　［Ｍｏ％］−［Ｍ
ｎ％］−１，３［Ｎｉ％］　−［Ｃｕ％］−１９［Ｃ％
］−１９［Ｎ％］≦１２　、０−−−−−−−−−■更
に発明鋼１では弐〇をも満足する必要がある。

１．３［Ｎｉ％］　　＋　　［Ｍｎ％］　　＋　　［Ｃ
ｕ％］　〉４．０−−−−−−■ （９）また本発明鋼は常温でオーステナイト相あるいは
一部マルチンサイト相を含むオーステナイト相であり、
かつ−４０℃以下の深冷処理でマルテンサイトを大巾に
増加し十分硬化することか必要である。そのためには、
実験結果にもとすき次式■を満足するよう各成分の相互
関係を調整する。

２７、５≦　［Ｃｒ％］　　＋１．　３　　［Ｓｉ　％
］　＋１．３　［Ｍｎ％］　＋１．５　［Ｎｉ％］　＋
　［Ｃｕ％］＋［Ｍｏ％］＋ｔ５［Ｃ％コ　＋２０　［
Ｎ％］≦３２．０・・・・・・・・・■ （１０）さらに発明ｆｊＩ４２においては、製造下栓の
冷間圧延をフェライト相と炭化物・窒化物の状態で行う
ことを航程としており、Ａｃ、変態点を下げてしまうと
その手段がうばわれてしまう。そのため各成分間の相互
関係を次式〇を満足するように調整する。

１．３［Ｎｉ％］　＋　［Ｍｎ％］＋［Ｃｕ％］≦４．
０・・・・・・・・・■ 本発明鋼は、成型加工萌には塑性加工ができる程度に軟
らかく、溶接もできかつ一４０℃以下の深冷処理により
必要な高硬度が得られるので、熱処理あるいは熱処理に
伴う酸化防ＩＦや酸洗・研磨を不必要とし、かつ他の部
品との複合成型後の硬化処理も可能でありステンレス鋼
の用途を飛躍的に増大できる。特に、従来炭素鋼を焼入
れ、焼戻しした後にメッキ処理等を施している用途には
好適であり、用途例としては次のようなものがある。

（用途例１） 事務用紙ばさみ例えばダブルクリップ等は良好なバネ製
を維持するため、炭素鋼を成型後焼入れ、焼戻しし、そ
の後耐食性を維持するためＮｉメッキや黒ラッカー処理
を行っている。用途的には耐食性の高いステンレス鋼を
用いるのが最良であるが、現在は硬化処理が高価につき
経済的でない。本発明鋼を用いれば、原価的にも炭素鋼
メッキ製より廉価なステンレス鋼製クリップが出来る。

（用途例２） バネ性部品例えば歯付座金、Ｃ形とめ輪、Ｅ形とめ輪、
ばね板ナツトは炭素鋼を成型後焼入れ焼戻しし、目的に
よってメッキ処理を行っている。

本発明鋼を用いれば、耐食性にすぐれたバネ性部品を作
れる。

（用途例３） 電子回路の連結に用いるコネクタービンの材料はしかつ
っと連結ができ、また何回でも抜差しできるよう十分な
強度とバネ性を持つことが望ましいが、その寸法は一般
的に非常に小さくまた導電性を安定させるため金メッキ
等を施して使用する場合が多い。このような場合には、
材料を最終形状に成を加工後高温に加熱することは変形
や酸化に対して防止対策を必要とするが、本発明鋼を用
いればメッキ層を害することなく硬化できる。

（用途例４） 化粧合板や電ｆ回路用プリント基板の製造に当っては、
高硬度ステンレス鋼の表面を均一に研磨した広１１】板
が使われている。これらのステンレス鋼広＋ｉ板は平坦
度に対する要求が極めてきびしく、高硬度と良好な平坦
度を合わせもつのは非常に困難である。しかし本発明鋼
を用いれば、深冷硬化処理前の十分軟らかい状態で１−
分に平坦度を出すよう矯正作業を行い、その後硬化処理
を行えるので、高硬度と良好な平坦度を合わせもつ板を
製造することが容易になる。

（用途例５） ステンレス鋼製カーブミラーは、ガラス製に比較し投石
やタイヤにはじかれた石等により割れることがなく、多
く用いられているが窪みやすい欠点がある。本発明鋼を
用いれば、成型加工後著しく硬化させることができるの
で、両者の中間的な性質をもつカーブミラーを製作でき
る。

（発明の効果） 本発明によれば、上述のようにステンレス鋼の用途を大
巾に開発できる。

次に、本発明を実施例によって、より具体的に説明する
。

（実施例） ５Ｋｇ大気高周波溶解炉により溶製した鋼塊を、８００
〜１２００℃で熱間圧延し厚さ２ｍｍの板を作成し、こ
れを１０５０℃ｘ１５分、あるいは１１００℃ｘ２時間
、または１２００″ｃｘ４時間溶体化処理を行ったもの
を深冷処理前の試料とし、芥試料の硬度を測定した後、
液体ｇ素により一１９６℃まで冷却１６時間保持後１秋
出して硬度を測定した。結果を発明鋼１　（Ｃｒ−Ｍｎ
系、Ｃｒ−Ｎｉ系）と発明鋼２（Ｃｒ系）に大別して表
１、表２、表３に示す。硬化度をａｆ価するに当っては
、深冷処理後のビッカース硬度を処理面のビッカース硬
度で除した値をとった。なお、表中には式■によるに、
と弐〇によるに２を計算して示し、発明鋼と比較鋼は０
、×で示した。また表４には代表的な商用鋼についての
深冷処理による硬化度を示す。発明鋼、比較鋼あるいは
商用鋼の全てを通じ、硬化度が１．３を越えるものは全
て本発明組成に入っている。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、重量％で、Ｃ：０．４％以下、Ｎ：０．４％以下、
   Ｍｎ：１５％以下、Ｎｉ：１２％以下、Ｃｒ：１０〜２
   ３％、Ｍｏ：３．０％以下、Ｃｕ：５．０％以下、Ｓｉ
   ：２．０％以下、残部が不可避不純物とＦｅからなり、
   かつ式（１）（２）及び（３）を満足することを特徴と
   する深冷処理硬化型マルテンサイト系ステンレス鋼。 ［Ｃｒ％］＋１．５［Ｓｉ％］＋［Ｍｏ％］−［Ｍｎ％
   ］−１．３［Ｎｉ％］−［Ｃｕ％］−１９［Ｃ％］−１
   ９［Ｎ％］≦１２．０………（１） ２７．５≦［Ｃｒ％］＋１．３［Ｓｉ％］＋１．３［Ｍ
   ｎ％］＋１．５［Ｎｉ％］＋［Ｃｕ％］＋［Ｍｏ％］＋
   １５［Ｃ％］＋２０［Ｎ％］≦３２．０………（２） １．３［Ｎｉ％］＋［Ｍｎ％］＋［Ｃｕ％］＞４．０…
   ……（３） ２、Ｍｎが４．０超〜１５．０％、Ｎｉが３．０超〜１
   ２．０％である特許請求の範囲１記載のステンレス鋼。 ３、Ｍｎが４．０超〜１５．０％、Ｎｉが３．０％以下
   である特許請求の範囲１記載のステンレス鋼。 ４、Ｍｎが４．０％以下、Ｎｉが３．０超〜１２．０％
   である特許請求の範囲１記載のステンレス鋼。 ５、Ｍｎが４．０％以下、Ｎｉが３．０％以下、Ｃｕが
   ２．０超〜５．０％である特許請求の範囲１記載のステ
   ンレス鋼。 ６、Ｍｎが４．０％以下、Ｎｉが３．０超〜１２．０％
   、Ｃｕが２．０超〜５．０％である特許請求の範囲１記
   載のステンレス鋼。 ７、Ｍｎが４．０％以下、Ｎｉが３．０％以下、Ｃｕが
   ２．０％以下である特許請求の範囲１記載のステンレス
   鋼。 ８、重量％で、Ｃ：０．４％以下、Ｎ：０．４％以下、
   Ｍｎ：４％以下、Ｎｉ：３％以下、Ｃｒ：１０〜２３％
   、Ｍｏ：３．０％以下、Ｃｕ：２．０％以下、Ｓｉ：２
   ．０％以下、残部が不可避不純物とＦｅからなり、かつ
   式（１）（２）及び（４）を満足することを特徴とする
   深冷処理硬化型マルテンサイト系ステンレス鋼。 ［Ｃｒ％］＋１．５［Ｓｉ％］＋［Ｍｏ％］−［Ｍｎ％
   ］−１．３［Ｎｉ％］−［Ｃｕ％］−１９［Ｃ％］−１
   ９［Ｎ％］≦１２．０………（１） ２７．５≦［Ｃｒ％］＋１．３［Ｓｉ％］＋１．３［Ｍ
   ｎ％］＋１．５［Ｎｉ％］＋［Ｃｕ％］＋［Ｍｏ％］＋
   １５［Ｃ％］＋２０［Ｎ％］≦３２．０………（２） １．３［Ｎｉ％］＋［Ｍｎ％］＋［Ｃｕ％］≦４．０…
   ……（４）