KR20120036296A

KR20120036296A - 내피로성이 우수한 석출 경화형 준안정 오스테나이트계 스테인리스 강선 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20120036296A
Application number: KR1020110102619A
Authority: KR
Inventors: 고지 다카노; 마사유키 도조; 하루히코 가지무라; 마사유키 덴도
Original assignee: 닛폰 스틸 앤드 스미킨 스테인레스 스틸 코포레이션
Priority date: 2010-10-07
Filing date: 2011-10-07
Publication date: 2012-04-17
Also published as: KR101401625B1

Abstract

고강도?고내식 제품용의 소재인 석출 경화형 준안정 오스테나이트계 스테인리스 강 선재 및 강선을 제공하고, 종래의 고강도?고내식 제품의 강도와 내피로성의 양특성을 큰 폭으로 개선하기 위하여, 질량%로, C: 0.02 내지 0.15%, Si: 0.1 내지 4.0%, Mn: 0.1 내지 10.0%, Ni: 3.0 내지 9.0%, Cr: 13.0 내지 19.0%, Mo: 0.1 내지 4.0%, Al: 0.35 내지 3.0%, Ti: 0.01 내지 0.20%, N: 0.05% 이하, O: 0.004% 이하를 함유하고, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지고, (a) 식으로 나타내는 Md30값이 -10 내지 70이며, (b) 식의 Ng값이 N 함유량 이상, 0.10 이하이며, 인장 강도가 2000 N/㎟ 이상인 것을 특징으로 하는 내피로성이 우수한 석출 경화형 준안정 오스테나이트계 스테인리스 강선 및 그 제조 방법이다. 필요에 따라서, V: 0.05 내지 2.0%, Nb: 0.05 내지 2.0%, W: 0.05 내지 2.0%, Ta: 0.05 내지 2.0% 중, 1종류 이상, Co: 0.1 내지 4.0%, Cu: 0.1 이상, 2.0% 미만, B: 0.005 내지 0.015%, Ca: 0.0005 내지 0.01%, Mg: 0.0005 내지 0.01%, REM: 0.0005 내지 0.05%를 함유한다. 또한, 300 내지 600℃의 질소 분위기 중에서 시효 처리를 실시한다.

Description

내피로성이 우수한 석출 경화형 준안정 오스테나이트계 스테인리스 강선 및 그 제조 방법{PRECIPITATION HARDENING METASTABLE AUSTENITIC STAINLESS STEEL WIRE EXCELLENT IN FATIGUE RESISTANCE AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME}

본 발명은 스프링 등의 내피로성이 우수한 2000 N/㎟ 이상의 인장 강도를 가진 고강도 및 내피로성이 우수한 제품에 관한 것으로, Al, Mo, Ti, O, N 등을 제어하여 조대 개재물을 억제하고, 미세 석출물을 제어하여 표층 압축 잔류 응력을 부여한 석출 경화형 준안정 오스테나이트계 스테인리스 강선 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

종래, 고강도 스테인리스 강선으로부터 성형된 스프링 피로성이 우수한 고강도 스테인리스 제품은 SUS304, SUS316의 스테인리스 강 선재를 소재로 하여 가공?성형되어 왔다. 이 제품들의 피로는 강선의 반복 굽힘 방향, 또는 비틀림 변형 방향의 피로 특성이 요구된다. 그러나, 이러한 강 선재로부터 가공된 제품은 피로 강도가 보통 강선에 비하여 떨어진다고 하는 결점이 있었다. 그 때문에, 수소, 결정립경을 규정한 2000 N/㎟ 이상의 인장 강도를 가진 고강도 스프링용 준안정 오스테나이트계 스테인리스 강선이 제안되어 있다(아래 특허 문헌 1). 그러나, 본 발명자들의 검토에 의하면, 피로 특성의 향상은 얻을 수 있지만, 목표로 하는 피로 강도(예를 들면 회전 굽힘 응력≥500N/㎟)를 만족하지 않았다.

한편, 피로 강도의 향상에는 시효 처리, 석출 경화 처리가 유효하고, SUS304계에 Mo, Co, N를 첨가한 고강도 스프링을 500 내지 550℃로 저온 소둔하는 것(아래 특허 문헌 2), 또한, Al, Cu, Mo 등을 첨가한 오스테나이트계 석출 경화형 스테인리스강이 제안되어 있다(아래 특허 문헌 3).

또한, 산소를 억제하여 N, Mo, Ti, Nb 등을 첨가하고, 가공 유기 마르텐사이트량을 제어한 내피로성이 우수한 준안정 오스테나이트계 스테인리스강이 제안되어 있다(아래 특허 문헌 4). 또한, 준안정 오스테나이트계 스테인리스강에 Mo, Ti를 첨가한 고강도 강판이 제안되어 있다(아래 특허 문헌 5). 또한, 준안정 오스테나이트계 스테인리스강에 Mo, Al를 첨가한 고강도의 내열 강판이 제안되어 있다(특허 문헌 6). 그러나, 모두 요구되는 강도?내피로 특성(강선의 굽힘, 또는 비틀림 방향의 피로 특성)을 겸비하고 있지 않았다.

그 때문에, 종래의 고강도 스테인리스강에서는 충분한 강도와 피로 특성(강선의 굽힘, 또는 비틀림 방향의 피로 특성)을 겸비할 수 없었다.

특허 문헌 1: 일본 특허 공보 제4212553호 특허 문헌 2: 일본 특허 공보 제4080321호 특허 문헌 3: 일본 특허 공보 제4327601호 특허 문헌 4: 일본 공개 특허 공보 평5-279802호 특허 문헌 5: 일본 공개 특허 공보 제2001-131713호 특허 문헌 6: 일본 공개 특허 공보 평9-143633호

본 발명의 목적은 고강도?고내피로 제품용의 소재인 석출 경화형 준안정 오스테나이트계 스테인리스 강선을 제공하고, 종래의 고강도?고내피로 제품의 강도와 내피로성의 양 특성을 큰 폭으로 개선하는 것에 있다.

본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위하여 여러 가지 검토한 결과, 석출 경화형 준안정 오스테나이트계 스테인리스강에 있어서, 1) Al, Mo를 복합 첨가하고, 가공 유기 마르텐사이트량을 제어하여 석출 경화로 강도를 비약적으로 높이고, 또한, 2) Al, Ti, N량의 관계를 제어하여 조대 질화물을 억제하고, 또한, 3) 제품을 질소 분위기 중에서 시효 처리하여 표층 압축 잔류 응력을 부여함으로써, 복합적인 상승 효과에 의하여 강도 특성을 유지하면서 내피로 특성을 비약적으로 높이는 것을 밝혀내었다. 본 발명은 상기 지견에 기초하여 이루어진 것으로, 그 요지로 하는 것은 이하와 같다.

(1) 질량%로, C: 0.02 내지 0.15%, Si: 0.1 내지 4.0%, Mn: 0.1 내지 10.0%, Ni: 3.0 내지 9.0%, Cr: 13.0 내지 19.0%, Mo: 0.1 내지 4.0%, Al: 0.35 내지 3.0%, Ti: 0.01 내지 0.20%, N: 0.05% 이하, O: 0.004% 이하를 함유하고, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지고,

아래 (a) 식으로 나타내는 Md30값이 -10 내지 70이며, 아래와 같이 (b) 식에서 규정되는 Ng값이 N 함유량 이상 0.10 이하이며, 인장 강도가 2000 N/㎟ 이상인 것을 특징으로 하는 내피로성이 우수한 석출 경화형 준안정 오스테나이트계 스테인리스 강선.

Md30=551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-29(Ni+Cu)-13.7Cr-18.5Mo ??? (a)

Ng=0.002/(Al×Ti) ??? (b)

(2) 마르텐사이트량이 25 체적% 이상, 85 체적% 미만인 것을 특징으로 하는 (1)에 기재된 내피로성이 우수한 석출 경화형 준안정 오스테나이트계 스테인리스 강선.

(3) 또한, 질량%로, V: 0.05 내지 2.0%, Nb: 0.05 내지 2.0%, W 0.05 내지 2.0%, Ta: 0.05 내지 2.0% 중, 1 종류 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 (1) 또는 (2)에 기재된 내피로성이 우수한 석출 경화형 준안정 오스테나이트계 스테인리스 강선.

(4) 또한, 질량%로, Co: 0.1 내지 4.O%를 함유하는 것을 특징으로 하는 (1) 내지 (3)의 어느 하나에 기재된 내피로성이 우수한 석출 경화형 준안정 오스테나이트계 스테인리스 강선.

(5) 또한, 질량%로, Cu: 0.1 이상, 2.0% 미만을 함유하는 것을 특징으로 하는 (1) 내지 (4)의 어느 하나에 기재된 내피로성이 우수한 석출 경화형 준안정 오스테나이트계 스테인리스 강선.

(6) 또한, 질량%로, B: 0.0005 내지 0.015%를 함유하는 것을 특징으로 하는 (1) 내지 (5)의 어느 하나에 기재된 내피로성이 우수한 석출 경화형 준안정 오스테나이트계 스테인리스 강선.

(7) 또한, 질량%로, Ca: 0.0005 내지 0.01%, Mg: 0.0005 내지 0.01%, REM: 0.0005 내지 0.05% 중, 1 종류 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 (1) 내지 (6)의 어느 하나에 기재된 내피로성이 우수한 석출 경화형 준안정 오스테나이트계 스테인리스 강선.

(8) (1) 내지 (7)의 어느 하나에 기재된 스테인리스 강선의 제조 방법으로서, 냉간 가공 후에 300 내지 600℃에서 시효 처리를 실시하는 것을 특징으로 하는 내피로성이 우수한 석출 경화형 준안정 오스테나이트계 스테인리스 강선의 제조 방법.

(9) 상기 시효 처리가 질소 분위기에서 실시되는 것을 특징으로 하는 (8)에 기재된 내피로성이 우수한 석출 경화형 준안정 오스테나이트계 스테인리스 강선의 제조 방법.

(10) (1) 내지 (7)의 어느 하나에 기재된 내피로성이 우수한 석출 경화형 준안정 오스테나이트계 스테인리스 강선으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스프링.

본 발명에 의한 내피로성이 우수한 준안정 오스테나이트계 스테인리스 강선은 2000 N/㎟ 이상의 강도에 추가하여 우수한 내피로 특성을 겸비하기 때문에, 비약적으로 강도와 내피로 특성의 양 특성이 우수한 스프링 등의 부품을 염가로 제공하는 효과를 발휘한다.

도 1 피로 강도에 미치는 Mo, Al량의 영향을 나타내는 도면이다.
도 2 피로 강도에 미치는 Ng값, N량의 영향을 나타내는 도면이다.

이하에, 먼저, 본 발명의 (1), (2)에 기재된 한정 이유에 대하여 설명한다.

C는 신선 가공 후에 고강도를 얻기 위하여, 0.02% 이상(이하, 모두 질량% ) 첨가한다. 그러나, 0.15%를 넘어 첨가하면, 입계에 조대 Cr 탄화물이 석출하고, 연인성(延靭性)이 저하하여 내피로 특성이 열화하기 때문에, 상한을 0.15%로 한다. 바람직한 범위는 0.04 내지 0.12%이다.

Si는 탈산을 위하여 0.1% 이상 첨가한다. 그러나, 4.0%를 넘어 첨가하면 그 효과는 포화할 뿐만 아니라 생산성이 나빠지고, 또한, 연인성이 열화하여 내피로 특성이 열화하기 때문에, 상한을 4.0%로 한다. 바람직한 범위는 0.5 내지 2.0%이다.

Mn는 탈산을 위하여 0.1% 이상 첨가한다. 그러나, 10.0%를 넘어 첨가하면, 강도가 저하하여 내피로 특성이 열화하기 때문에, 상한을 10.0%로 한다. 바람직한 범위는 0.5 내지 5.0%이다.

Ni는 연인성을 확보하여 내피로 특성을 향상시키기 때문에, 3.0% 이상 첨가한다. 그러나, 9.0%를 넘어 첨가하면, Md30값이 저하하여 강도가 저하하고, 내피로 특성이 열화하기 때문에, 상한을 9.0%로 한다. 바람직한 범위는 4.0 내지 8.0%이다.

Cr은 내식성을 확보하기 위하여, 13.0% 이상 첨가한다. 그러나, 19.0%를 넘어 첨가하면, 연인성이 열화하여 피로 강도가 저하하기 때문에, 상한을 19.0%로 한다. 바람직한 범위는 14.0 내지 18.0%이다.

Mo는 신선 후의 300 내지 600℃에서의 시효 처리에 의하여 Mo계의 미세한 금속간 클러스터를 미세 석출시켜, 연인성을 저해하지 않고 고강도화하여 내피로 특성을 향상시키는 유효한 원소로서, 0.1% 이상 첨가한다. 그러나, 4.0%를 넘어 첨가하면, 그 효과는 포화할 뿐만 아니라, 반대로 연인성이 저하하여 내피로 특성을 열화시키기 때문에, 상한을 4.0%로 한다. 바람직한 범위는 0.5 초과 2.5% 이하이다.

Al는 신선 후의 300 내지 600℃에서의 시효 처리에 의하여 미세한 Al계의 금속간 화합물을 미세 석출시켜, 연인성을 해치지 않고, 고강도화하여 내피로성을 향상시키는 유효한 원소로서, 0.35% 이상 첨가한다. 그러나, 3.0%를 넘어 첨가하여도 그 효과는 포화하고, 반대로 연인성을 저하시켜 내피로 특성을 열화시킨다. 그 때문에, 상한을 3.0%로 한다. 바람직한 범위는 0.5 내지 15%이다. 더욱 바람직한 범위는 0.7 내지 1.3%이다.

Ti는 N, O의 억제와 함께 내피로 특성을 향상시키는 원소로서, 조대한 AlN의 석출을 방지하고, 내피로 특성을 향상시키기 위하여, 0.01% 이상 첨가한다. 그러나, 0.20%를 넘어 첨가하면 조대한 Ti계 석출물(TiN, Ti산화물 등)이 생성되고, 반대로 내피로 특성이 열화하기 때문에 상한을 0.20%로 한다. 바람직한 범위는 0.03 이상 0.10% 미만이다.

N는 강도에 기여하는 원소이지만, AlN, TiN 등의 조대 질화물을 생성하고, 내피로 특성을 열화시킨다. 그 때문에, 조대 질화물을 억제하기 위하여 0.05% 이하로 한정한다. 바람직한 범위는 0.005 내지 0.03%이다.

O는 조대 산화물의 생성을 억제하여 내피로 특성을 향상시키기 때문에 Ti, N량의 제어와 함께, 0.004% 이하로 한정한다. 바람직한 범위는 0.0003 내지 0.003%이다.

본 발명의 강선의 금속상은 오스테나이트상, 후술하는 냉간 가공으로 발생하는 마르텐사이트상으로 이루어진다. 이 중 마르텐사이트상의 비율은 강선 및 강대의 강도 및 내피로 특성을 향상시키기 위하여, 25 체적% 이상으로 한정한다. 그러나, 85 체적% 이상이 되면 연인성이 열화하고, 반대로 내피로 특성이 열화된다. 그 때문에, 상한을 85 체적% 미만으로 한정하는 것이 좋고, 더욱 바람직한 범위는 35 내지 65 체적%이다.

Md30값은 신선 후의 가공 유기 마르텐사이트량과 성분의 관계를 조사하여 얻은 지표인데, 고강도와 연성을 확보하기 위하여 Md30값을 제어할 필요가 있다. Md30값이 -10 미만인 경우, 오스테나이트상의 안정도가 증가하고, 신선 가공에서는 고강도화하지 않게 될 뿐만 아니라, 300 내지 600℃에서 실시하는 석출 강화량도 저감하고, 내피로 특성이 열화된다. 한편, Md30값이 70을 넘으면, 신선 가공에서 과잉의 가공 유기 마르텐사이트상이 생성되어, 신선 가공 후의 연인성이 저하하며, 내피로 특성이 열화된다. 그 때문에, Md30값을 -10 내지 70으로 한정한다. 바람직한 범위는 10 내지 60이다. 더욱 바람직한 범위는 20 내지 50이다.

Ng값은 본 발명자들이 Al, Ti 및 N량과 조대 질화물의 생성에 의한 내피로 특성의 열화의 관계를 조사한 결과 얻은 지표이다. 후술하는 실시예에 나타내는 바와 같이, Ng값이 N량보다 작으면 조대 질화물(AlN, TiN 등)이 생성되고, 내피로 특성이 열화된다. 그 때문에, Ng값이 N량 이상이 되도록 제어한다. 한편, Ng값이 0.10보다 크면 석출 경화 정도가 작고 강도가 떨어지기 때문에 상한값을 0.10으로 한다. 좋기로는, 0.08 이하이다. 강선의 인장 강도는 내피로 특성에 크게 영향을 미치는데, 개재물 등을 제어하고 있다면, 강선의 인장 강도가 2000 N/㎟ 이상이면 양호한 내피로 특성을 얻을 수 있다. 그 때문에, 강선의 인장 강도를 2000 N/㎟ 이상으로 한정한다. 바람직한 범위는 2200 내지 3500 N/㎟이다.

다음으로, 본 발명의 (3)에 기재된 한정 이유에 대하여 설명한다.

V, Nb, W, Ta는 탄질화물을 형성하여 결정립경을 미세하게 하고 내피로 특성을 개선하기 위하여, 필요에 따라서, V: 0.05 내지 2.0%, Nb: 0.05 내지 2.0%, W: 0.05 내지 2.0%, Ta: 0.05 내지 2.0% 중, 1 종류 이상을 첨가한다. 그러나, 상한을 넘어 첨가하면 조대 개재물이 생성되고, 연인성이 저하되며, 내피로 특성이 열화된다. 바람직한 각 원소의 범위는 0.1 내지 1.0%이다.

다음으로, 본 발명의 (4)에 기재된 한정 이유에 대하여 설명한다.

Co는 연인성을 확보하여 내피로 특성을 향상시키기 위하여, 필요에 따라서, 0.1% 이상 첨가한다. 그러나, 4.0%를 넘어 첨가하면, 강도가 저하하여 내피로 특성이 열화하기 때문에, 상한을 4.0%로 한다. 바람직한 범위는 0.5 내지 3.0%이다.

다음으로, 본 발명의 (5)에 기재된 한정 이유에 대하여 설명한다.

Cu는 신선 후의 300 내지 600℃에서의 시효 처리에 의하여 미세한 Cu계의 금속간 화합물을 미세 석출시키는데, 연인성을 해치지 않고, 고강도화하여 내피로성을 향상시키는 유효한 원소이어서, 필요에 따라서, 0.1% 이상 첨가한다. 그러나, 2.0% 이상 첨가하면, 반대로 연질화하여 내피로 특성을 저하시킨다. 그 때문에, 상한을 2.0% 미만으로 한다. 바람직한 범위는 0.5 내지 1.5%이다.

다음으로, 본 발명의 (6)에 기재된 한정 이유에 대하여 설명한다.

B는 열간 제조성 및 인성을 향상시키기 위하여, 필요에 따라서, 0.0005% 이상을 첨가한다. 그러나, 0.015%를 넘어 첨가하면 보라이드가 생성되기 때문에, 반대로 연인성이 저하하고, 내피로 특성이 저하된다. 그 때문에, 상한을 0.015%로 한다. 바람직한 범위는 0.001 내지 0.01%이다.

다음으로, 본 발명의 (7)에 기재된 한정 이유에 대하여 설명한다.

Ca, Mg, REM는 탈산 때문에, 필요에 따라서, Ca: 0.0005 내지 0.01%, Mg: 0.0005 내지 0.01%, REM: 0.0005 내지 0.05%의 1종 이상을 첨가한다. 그러나, 각 상한을 넘어 첨가하면 조대 개재물이 생성되고 내피로 특성이 저하된다.

다음으로, 본 발명의 (8)에 기재된 한정 이유에 대하여 설명한다.

본 발명의 내피로성이 우수한 강선 또는 강대의 제조에 있어서는 열간 압연으로 제조되는 선재 또는 열연 강대부터 통상 실시되는 냉간 신선(가공율 30 내지 90%), 냉간 압연(30 내지 90%), 열처리의 조합으로 제조되는 것이 경제적으로 효과적이다.

이 때, 본 발명에서 사용할 수 있는 선재는 전술한 본 발명의 강선이 가지는 조성, Md30값 범위 및 Ng값 범위를 만족하는 것이면 좋다.

또한, 전술한 바와 같이 Al, Mo, Cu계의 미세 석출물이나 클러스터를 미세 석출시켜, 연인성을 해치지 않고 고강도화하여 내피로 특성을 향상시키기 위하여, 상기 냉간 가공 후에 시효 처리를 실시한다. 이 때, 300℃ 미만에서는 석출 강화가 불충분하고, 600℃를 넘으면 과시효가 된다. 그 때문에, 300℃ 내지 600℃의 온도 범위로 한정한다. 좋기로는, 400 내지 550℃이다. 또한, 시효 처리의 시간은 3분 미만에서는 석출 강화가 불충분하고, 100시간을 넘으면 과시효가 된다. 그 때문에, 시효 시간은 3분 내지 100시간의 범위이다.

다음으로, 본 발명의 (9)에 기재된 한정 이유에 대하여 설명한다.

내 피로 특성을 향상시키려면 표층 압축 잔류 응력을 부여하는 것이 유효하고, 질소 분위기 중에서 시효 처리함으로써 표층에 질소를 고용, 또는 미세한 질화물을 생성시키는 것이 유효하다. 그 때문에, 필요에 따라서, 질소 분위기 중에서 시효 처리를 실시한다. 좋기로는, 무산화의 분위기에서, 0.5 내지 1.0 기압의 질소 분압 아래에서 실시한다.

다음으로, 본 발명의 (10)에 기재된 한정 이유에 대하여 설명한다.

본 발명의 내피로성이 우수한 스테인리스 강선은 특히 스프링 제품으로서 매우 적합하게 사용할 수 있다. 이 제품들은 특히 내피로성이 요구되기 때문에, 본 발명의 의의가 크다. 스프링 제품으로서 사용하는 경우에는 전술하는 강 선재나 열연 강대(강판)를 냉간 신선(가공율 30 내지 90%), 냉간압연(가공율 30 내지 90%), 열처리의 조합 및 코일링, 굽힘 성형 등을 실시하여 소망하는 형상으로 냉간 가공하고, 그 후 시효 처리를 실시한다.

이하에 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다. 표 1, 표 2(표 1의 계속)에 실시예의 강의 화학 조성을 나타낸다.

이 화학 조성들의 강은 스테인리스강의 염가 용제 프로세스인 AOD 용제를 상정하고, 100 ㎏의 진공 용해로로 용해하여, φ180 mm의 주편에 주조하고, 그 주편 φ5.5 mm까지 열간의 선재 압연을 실시하고, 1000℃에서 열간 압연을 종료하였다. 그 후, 용체화 처리로서 1050℃에서 30분 유지한 후에 수냉하고, 산세를 실시하여 선재 철강으로 하였다. 그 후, φ3.0 mm까지 냉간으로 신선 가공을 하고, 1050℃에서 중간 스트란드 소둔을 실시하여, 계속 1.5 mm까지 냉간으로 신선 가공을 하였다. 그 후, 대기에서 450℃에서 30분의 시효 처리를 실시하고, 고강도 스테인리스 강선의 제품으로 하였다.

또한, 강선 제품의 기계적 성질, 마르텐사이트량, 피로 강도를 평가하였다. 그 평가 결과를 표 3과 표 4(표 3의 계속)에 나타낸다.

강선의 기계적 성질은 JIS Z 2241의 인장 시험에서의 인장 강도와 파단 단면 감소율로 평가하였다. 본 발명예의 강선의 제품에서는 모두 2000 N/㎟ 이상, 파단 단면 감소율이 30% 이상이고, 강도와 연성도 우수하다.

강선의 마르텐사이트(α') 량은 직류 자속계로 10OOO Oe의 자장을 부여하였을 때의 포화 자화값을 측정하여, 이하의 (A) 내지 (C) 식으로 구하였다.

α'양(vo1. %) =σs/σs(bcc)×100 ---------------- (A)

σs; 포화 자화값(T), σs(bcc); 100% α' 변태하였을 때의 포화 자화값(계산값)

σs(bcc)=2.14-0.030Creq ----------------- (B)

Creq=Cr+1.8Si+Mo+0.5Ni+0.9Mn+3.6(C+N)+1.25P+2.91S+1.85Al+1.07V --- (C)

본 발명의 강선의 제품에서는 마르텐사이트량은 25 체적% 이상, 85 체적% 미만이 바람직한 범위이다.

강선의 피로 특성은 나카무라식의 회전 굽힘 피로 시험에서, 회전 굽힘 응력 500 및 600 N/㎟를 부하하여 10⁵회의 회전을 부하시켜 강선이 파단하는지 아닌지로 평가하였다. 양 응력 모두 파단하지 않는 경우를 매우 양호(●), 500 N/㎟만 파단하지 않는 경우를 양호(○), 모두 파단하였을 경우를 불량(×)으로서 평가하였다. 본 발명의 범위인 No. 1 내지 42의 강선의 피로 특성은 ● 또는 ○이며, 피로 특성이 우수하였다. 특히, 회전 굽힘 응력 600 N/㎟에서 파단하지 않는 것은 피아노선 상당 이상의 내피로 특성을 가진 것을 나타내는 것이고, 종래 스테인리스 강선에서는 어렵다고 여겨지던 피아노선 대체로서 사용할 수 있는 가능성이 있는 것이다. 그 때문에, 산업상 매우 유효하다.

본 발명예 No. 4 내지 15, 27, 28, 비교예 48 내지 53, 60, 61은 피로 강도에 미치는 Mo, Al량의 영향을 조사함으로써, 평가 결과를 도 1에 나타낸다. 본 발명예는 피로 강도가 우수하다. Al: 0.5 내지 1.5%, Mo: 0.5 내지 25%의 범위 내에서는 피로 강도가 특별히 우수하다.

또한, 본 발명예 No. 16 내지 21, 비교예 No. 73 내지 77은 피로 강도에 미치는 Ng값, N량의 영향을 조사함으로써, 평가 결과를 도 2에 나타낸다. 본 발명예는 피로 강도가 우수하고, Ng≥N, 그리고 N: 0.03% 이하의 범위 내에서는 피로 강도가 특별히 우수하다. 이 결과들로부터, Al와 Mo가 적합 범위 내에 있고, 또한 Ng값과 N량의 관계도 적합한 범위 내로 제어하였을 경우에는 회전 굽힘 응력이 600 N/㎟ 이상이 되어, 산업상 특별히 우수한 효과를 발휘하는 것을 알 수 있다.

한편, 비교예 No. 44 내지 81은 성분이 본 발명으로부터 벗어나 있고 탈산 불량, 내식성 불량이나 피로 특성에 떨어진다.

내식성은 강선의 표층을 #500로 연마 후, JIS Z 2371의 염수 분무 시험에 따라, 100 시간 분무 시험을 실시하고, 발수(發銹)하는지 아닌지로 평가하였다. 비교예 No. 46는 발수가 있고, 내식성이 불량하였다. 그 밖의 실시예는 무발수이어서, 문제가 없었다.

비교예 No. 80, 81은 다목적의 고순도 페라이트계 스테인리스강이나 오스테나이트계 스테인리스강(SUS321)에 대하여 조사함으로써, Ng값, N의 관계는 만족하지만, 그 밖의 성분을 만족하지 않고, 강도, 마르텐사이트량이 본 발명 범위 외이며, 피로 강도가 떨어진다. 또한, 이 강들에서는 Al는 탈산을 위하여 첨가되고, Ti는 C, N를 고정하여 Cr 탄화물을 방지하여, N는 예민화 방지를 위하여 저감되기 때문에, 본 발명의 석출 경화 및 조대 질화물을 방지하여 피로 강도를 향상시키는 기본 사상과는 다르다.

다음으로, 본 발명의 (8)에 기재된 시효 온도의 영향에 대하여 나타낸다.

표 1의 A, E강을, 표 2의 다음 단락에 기재되어 있는 방법으로 φ1.5 mm까지 냉간으로 신선 가공을 하고, 마지막에 250 내지 700℃, 30분의 시효 처리를 실시하여, 시효 온도의 영향을 평가하였다. 그 평가 결과를 표 5에 나타낸다.

본 발명예 No. 1, 5, 82 내지 85에서는 300 내지 600℃에서의 시효 처리를 실시하고 있고, 2000 N/㎟를 넘는 인장 강도를 나타내며, 피로 특성이 우수하였다. 한편, 비교예 No. 86 내지 91에서는 시효 처리 온도가 본 발명의 범위 외이고, 인장 강도나 피로 특성이 떨어졌다.

다음으로, 본 발명의 (9)에 기재된 시효 처리의 분위기의 영향에 대하여 나타낸다.

표 1의 B, D강을 표 2의 다음 단락에 기재된 방법으로 φ1.5mm까지 냉간으로 신선 가공을 실시하고, 마지막으로 대기 또는 무산화의 질소 분위기 중에서 450℃, 30 분의 시효 처리를 실시하고, 분위기의 영향을 평가하였다. 그 평가 결과를 표 6에 나타낸다.

본 발명예 No. 92 내지 95에서는 질소 분위기에서 시효 처리를 실시함으로써, 표면 압축 잔류 응력이 되기 때문에 피로 특성이 향상되었고, 질소 분위기 중의 시효 처리는 피로 특성에 유효하다.

이상의 각 실시예로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의하여, 내피로 특성이 우수한 고강도?고내식성 제품용의 석출 경화형 준안정 오스테나이트계 스테인리스 강 선재, 강선 등을 염가로 제조할 수 있고, 제품 가공 후에 석출 경화 처리를 실시함으로써 2000 N/㎟ 이상의 강도에 추가하여 우수한 내피로 특성을 부여하는 것이 가능하여, 경량화?내구성이 우수한 제품을 염가로 제공할 수 있어 산업상 극히 유용하다.

Claims

질량%로,
C: 0.02 내지 0.15%,
Si: 0.1 내지 4.0%,
Mn: 0.1 내지 10.0%,
Ni: 3.0 내지 9.0%,
Cr: 13.0 내지 19.0%,
Mo: 0.1 내지 4.0%,
Al: 0.35 내지 3.0%,
Ti: 0.01 내지 0.20%,
N: 0.05% 이하,
O: 0.004% 이하를 함유하고, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지고,
아래 (a) 식으로 나타내는 Md30값이 -10 내지 70이며, 아래 (b) 식에서 규정되는 Ng값이 N 함유량 이상 0.10 이하이며, 인장 강도가 2000 N/㎟ 이상인 것을 특징으로 하는 내피로성이 우수한 석출 경화형 준안정 오스테나이트계 스테인리스 강선.
Md30=551-462(C+N)-9.2Si-8.1 Mn-29(Ni+Cu)-13.7Cr-18.5Mo ??? (a)
Ng=0.002/(Al×Ti)??? (b)
제1항에 있어서, 마르텐사이트량이 25 체적% 이상, 85 체적% 미만인 것을 특징으로 하는 내피로성이 우수한 석출 경화형 준안정 오스테나이트계 스테인리스 강선.
제1항 또는 제2항에 있어서, 또한, 질량%로, V: 0.05 내지 2.0%, Nb: 0.05 내지 2.0%, W 0.05 내지 2.0%, Ta: 0.05 내지 2.0% 중, 1 종류 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 내피로성이 우수한 석출 경화형 준안정 오스테나이트계 스테인리스 강선.
제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 또한, 질량%로, Co: 0.1 내지 4.O%를 함유하는 것을 특징으로 하는 내피로성이 우수한 석출 경화형 준안정 오스테나이트계 스테인리스 강선.
제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서, 또한, 질량%로, Cu: 0.1 이상, 2.0% 미만을 함유하는 것을 특징으로 하는 내피로성이 우수한 석출 경화형 준안정 오스테나이트계 스테인리스 강선.
제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 또한, 질량%로, B: 0.0005 내지 0.015%를 함유하는 것을 특징으로 하는 내피로성이 우수한 석출 경화형 준안정 오스테나이트계 스테인리스 강선.
제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서, 또한, 질량%로, Ca: 0.0005 내지 0.01%, Mg: 0.0005 내지 0.01%, REM: 0.0005 내지 0.05% 중, 1 종류 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 내피로성이 우수한 석출 경화형 준안정 오스테나이트계 스테인리스 강선.
제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 기재된 스테인리스 강선의 제조 방법으로서, 냉간 가공 후에 300 내지 600℃에서 시효 처리를 실시하는 것을 특징으로 하는 내피로성이 우수한 석출 경화형 준안정 오스테나이트계 스테인리스 강선의 제조 방법.
제8항에 있어서, 상기 시효 처리가 질소 분위기에서 실시되는 것을 특징으로 하는 내피로성이 우수한 석출 경화형 준안정 오스테나이트계 스테인리스 강선의 제조 방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 기재된 내피로성이 우수한 석출 경화형 준안정 오스테나이트계 스테인리스 강선으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스프링.