JPH055159A - 冷間加工性に優れた高強度高耐食性ステンレス鋼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】重量％で、Ｃ：0.6 〜0.75％、Si：0.3 ％以
下、Mn：0.3 ％以下、Ni：0.10％未満、Cr：12〜16％、
Al：0.03％以下、Ti：0.01〜0.1 ％を含有し、さらに必
要に応じてMo：0.3 〜3.0 を含有し、残部がFeおよび不
可避不純物からなり、不純物としてのＰが0.02％以下、
Ｓが 0.005％以下であり、焼なまし状態においての硬さ
がＨＲＢ94以下である冷間加工性に優れた高強度高耐食
性ステンレス鋼。 【効果】マルテンサイト系ステンレス鋼であって、高強
度、高耐食性であり、しかも冷間加工性にも優れてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車、産業機械、電
子機器、化学装置等において、耐食性と高強度が要求さ
れる部品の素材として利用されるマルテンサイト系ステ
ンレス鋼に係わり、特に、冷間でこれらの部品に加工す
るのが容易な冷間加工性に優れた高強度高耐食性ステン
レス鋼に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、上記の産業分野において、耐
食性と高強度が要求される部品、例えばシャフト類、軸
受などの素材には、ＳＵＳ４４０Ｃ、ＳＵＳ４２０Ｊ
２、ＳＵＳ４１０などのマルテンサイト系ステンレス鋼
が使用されている。しかしながら、これらのステンレス
鋼はその製造上および使用上において、必ずしも満足な
結果が得られていないのが実状である。

【０００３】高Ｃ−Cr材のＳＵＳ４４０Ｃは、過共析鋼
であるので、焼入れ・低温焼戻し状態で高硬度（ＨＲＣ
58以上) が得られるものの、製造時に著しく硬い共晶炭
化物(ＨＶ2000以上) が粗大に晶出し、且つ焼なまし
(焼鈍) 状態での硬度が高いため、冷間加工性が著しく
悪い。このため、ＳＵＳ４４０Ｃを素材として、所定の
部品形状に加工する場合は、冷間鍛造や冷間圧延などの
冷間加工によらず、素材の鋼に焼まなしを施した後、製
品形状に近い形までに切削し、次いで、焼入れ・焼戻し
後に最終製品形状に仕上げ研削する方法を採用してい
る。また、このＳＵＳ４４０Ｃは、多量の大型共晶炭化
物が生成するために素地のCr量が低くなり、耐食性は必
ずしも良くない。

【０００４】中Ｃ−Cr材のＳＵＳ４２０Ｊ２および低Ｃ
−Cr材のＳＵＳ４１０は、ＳＵＳ４４０Ｃに比べてＣ量
が低いため、焼入れ・低温焼戻し状態でもあまり高い硬
度が得られず、しかもこれらのステンレス鋼はCr量も低
いので、耐食性はあまり良くない。

【０００５】このように従来のマルテンサイト系ステン
レス鋼は、全般に耐食性が劣る上に、冷間加工性や硬度
にも問題がある。ところが、現在のところ、これらのス
テンレス鋼に勝る比較的安価な材料が存在していないこ
ともあって、止むを得ず使用しているのが実状である。

【０００６】特公昭57−2266号公報および特開平１−27
5737号公報に、上述の諸特性を改善したマルテンサイト
系ステンレス鋼が提案されている。しかし、これらの公
報に開示されている化学組成を有するステンレス鋼を製
造しても、冷間加工性や耐食性が改善されない場合があ
る。即ち、特公昭57−2266号公報に記載の鋼では、冷間
加工性に著しく悪影響をおよぼすSiを 0.6重量％以下、
冷間加工性を阻害し、且つ耐食性をも劣化させるMnを
1.0重量％以下に規定し、或いはこれらに加えて特殊な
腐食環境下において孔食を生じさせるNiを 1.5重量％以
下に規定しているが、このような規定では不十分であ
り、Si、MnおよびNiの含有量が高めであると、冷間加工
性や耐食性が改善されない場合がある。一方、特開平１
−275737号公報に記載の鋼では、Ｃの含有量が 0.3〜0.
6 重量％と低いため、焼入れ・焼戻し後の硬さが充分に
得られず、しかもこの鋼の場合もNiの上限が 0.6重量％
と高いため、特殊な腐食環境下で孔食が発生する恐れが
ある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、上述
するような既存のマルテンサイト系ステンレス鋼におけ
る問題点を解消し、冷間鍛造や冷間圧延等の冷間加工に
耐え得る優れた加工性を有する安価な高強度高耐食性ス
テンレス鋼を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、先に、鋼
中のＣおよびCr量を調整するとともにSi、MnおよびNiを
低く抑えた冷間加工性に優れた高強度高耐食性ステンレ
ス鋼を発明した（特願平２−401896号) 。この先願発明
は下記の知見に基づくものであった。

【０００９】冷間加工性の改善には、粗大なＭ₇ Ｃ₃
型共晶炭化物の低減、形状改善および組成変化が有効で
あり、鋼中のＣ量およびCr量を調整することで、この炭
化物量が減少し、形状も小さくなり、また、炭化物もＭ
₂₃Ｃ₃ 型炭化物に変化して冷間加工性が向上する。

【００１０】さらに、鋼中のSi量とMn量をそれぞれ
0.3重量％以下にすると、冷間加工性は一段と向上し、N
i量を0.10重量％未満とすると、耐食性が著しく向上す
る。

【００１１】上記知見に基づく先願発明鋼は、焼入れ焼
戻し後の硬さは従来のＳＵＳ４４０Ｃと同等以上で、し
かも耐食性および冷間加工性は大きく改善されたもので
あるが、その後、この発明者らは更に検討を加えた結
果、Tiを適量添加すれば結晶粒が微細化されて、靭性お
よび耐食性が大きく向上することを新たに見出した。

【００１２】この新しい知見に基づく本発明は下記のス
テンレス鋼を要旨とする。

【００１３】(i) 重量％で、Ｃ：0.6 〜0.75％、Si：
0.3 ％以下、Mn：0.3 ％以下、Ni：0.10％未満、Cr：12
〜16％、Al：0.03％以下、Ti：0.01〜0.1 ％を含有し、
残部がFeおよび不可避不純物からなり、不純物としての
Ｐが0.02％以下、Ｓが ０．００５％以下であり、焼な
まし状態においての硬さがＨＲＢ９４以下であることを
特徴とする冷間加工性に優れた高強度高耐食性ステンレ
ス鋼。

【００１４】(ii) 上記成分に加えて更に、0.3 〜3.0
重量％のMoを含むことを特徴とする上記(i) に記載の冷
間加工性に優れた高強度高耐食性ステンレス鋼。

【００１５】

【作用】以下に、本発明のステンレス鋼の化学組成（重
量％）および焼なまし状態においての硬さを上記のとお
りに限定した理由を説明する。

【００１６】〔鋼の成分組成〕Ｃ： 0.6〜0.75％ Ｃは、マルテンサイト系ステンレス鋼として必要な強度
を確保するうえで重要な元素である。Ｃは焼入れ状態で
組織をマルテンサイトにし、これに固溶して強度を高め
る。ＳＵＳ４４０Ｃと同等以上の硬さを得るためには
0.6％以上のＣ量を必要とする。しかし、0.75％を超え
てＣを含有させると、球状化焼なまし後に、素地に粗大
なＭ₇ Ｃ₃ 型共晶炭化物が晶出し、冷間加工時において
炭化物と素地との界面で割れが発生したり、炭化物自身
が割れたりして冷間加工性を著しく害する。また、Ｃは
マルテンサイト変態点を低下させ、焼入れ時にオーステ
ナイト相を残存させ、強度低下を招いたり、焼き割れを
発生させたりする。これらのことから、Ｃの上限を0.75
％とした。

【００１７】Si： 0.3％以下 Siは、鋼の脱酸剤として添加される。しかし、多量のSi
添加は鋼の靭性を劣化させ、冷間加工性を著しく損ねる
ため、上限含有量を 0.3％とした。

【００１８】Mn： 0.3％以下 MnもSiと同様に脱酸剤として添加されるが、多量の添加
は鋼の耐食性および冷間加工性を害するため、上限含有
量を 0.3％とした。

【００１９】Ni：0.10％未満 Niは、鋼の靭性を高める作用を有しているが、特殊な環
境下で孔食を発生させるので、その量は少ない方が望ま
しい。Niを0.10％以上含有させると、孔食が発生しやす
くなるため、その含有量を0.10％未満とした。

【００２０】Cr：12〜16％ Crは、鋼に耐食性を付与する重要な元素である。ステン
レス鋼として十分な耐食性を確保するためには12％以上
のCr量を必要とするが、16％を超えてCrを含有させると
Ｍ₇ Ｃ₃ 型共晶炭化物が粗大に晶出し、冷間加工性を害
するため、その含有量を12〜16％とした。

【００２１】Al：0.03％以下 Alは、脱酸剤として添加されるが、過度に添加すると鋼
中に酸化物として残留し、冷間加工性を劣化させるた
め、上限含有量を0.03％とした。

【００２２】Ti：0.01〜0.1 ％ Tiは、鋼の結晶粒を微細化して鋼の靭性および耐食性を
向上させるのに有効な元素である。前記の効果を充分に
発揮させるためには0.01％以上の含有を必要とするが、
0.1％を超えて含有させると鋼の清浄度が低下して切削
性が悪化するばかりか、鋼の結晶粒が粗大化して靭性が
低下するため、その含有量を0.01〜0.1％とした。

【００２３】本発明においては、上記の成分のほかにMo
を必要に応じて添加することができる。

【００２４】Mo： 0.3〜3.0 ％ Moは、鋼の耐食性を高める作用を有している。しかし、
その含有量が 0.3％未満では耐食性の向上効果が小さ
く、 3.0％を超えるとδ−フェライトが生成し、強度を
低下させるため、耐食性を更に高める目的で添加する場
合は、その含有量を 0.3〜3.0 ％の範囲とするのがよ
い。本発明の鋼は、前述の成分のほか、残部はFeと不可
避不純物である。不純物として代表的なものはＰとＳで
ある。Ｐは粒界に偏析して鋼の靭性および耐食性を害す
るため、その含有量を0.02％以下に抑えた。また、Ｓは
鋼の熱間加工性を害するため、その含有量を 0.005％以
下に抑えた。

【００２５】〔焼なまし状態での硬さ〕焼なまし状態で
の硬さをＨＲＢ94以下としたのは、これを超える硬さで
あると、焼なまし後の冷間加工が困難となるか、冷間加
工そのものができなくなるからである。この発明の鋼
は、焼なまし後、冷間鍛造や冷間圧延などによって、シ
ャフト類や軸受等の部品となるが、前記焼まなし後の素
材鋼の硬度が高すぎると、冷間加工中に割れ等が発生し
たり、冷間加工ができなくなる。このような問題が生じ
ることなく、冷間加工が可能である硬さがＨＲＢ94以下
である。

【００２６】

【実施例】表１に示す化学組成の本発明鋼 (No.1〜９)
および比較鋼(No.10〜16) を溶製し、鍛造して直径30mm
の素材を製造した。次いで、これらの素材を軟化させる
ために球状化焼なましを行った。焼なまし後の素材か
ら、試験片を切り出し、焼なまし状態の硬さと冷間加工
性を調べた。

【００２７】冷間加工性は、室温での圧縮試験を実施
し、割れ限界圧縮率を求めて評価した。割れ限界圧縮率
とは、試験前の試験片高さに対する割れが発生した最小
の圧縮量の割合（％）である。

【００２８】次に、焼なまし後の素材に焼入れ・低温焼
戻しを施した後、硬度および耐食性を調べた。

【００２９】耐食性は、ＪＩＳ規格に制定されている塩
水噴霧試験によって調べ、試験開始から 200時間後の腐
食減量により評価した。これらの結果をまとめ表２に併
記する。

【００３０】

【表１】

【００３１】

【表２】

【００３２】表２から、本発明鋼No.1〜9 はいずれも焼
なまし状態の硬さがＨＲＢ94以下で、割れ圧縮率が高
く、比較鋼No.16のＳＵＳ４４０Ｃよりも冷間加工性に
優れていることがわかる。電子顕微鏡で炭化物の晶出状
態を調査したところ、比較鋼No.16 は大きさが20μm 以
上の粗大なＭ₇ Ｃ₃ 型共晶炭化物が生成しており、形も
角ばっているのに対して、本発明鋼はいずれも硬さの低
いＭ₂₃Ｃ₆ 型炭化物で、大きさも10μm 以下と小さく、
形も丸みを帯びており、冷間加工性の評価と一致する結
果を示した。

【００３３】また、本発明鋼は焼入れ・低温焼戻し後の
硬さは、いずれもＪＩＳ規格に定められたＳＵＳ４４０
Ｃの硬さ (ＨＲＣで58以上) を満足しており、しかも腐
食減量が小さく、比較鋼No.16 のＳＵＳ４４０Ｃよりも
耐食性に優れている。なお、比較鋼No.10 〜No.15 は、
化学組成が本発明で定める範囲より外れたものである。
これらの例からわかるように、化学組成が本発明で定め
る範囲より外れたものは、冷間加工性、耐食性および硬
度のいずれか１つ以上が劣っている。

【００３４】

【発明の効果】実施例から明らかなように、この発明の
ステンレス鋼は、焼なまし状態の硬度が低く、冷間加工
性に優れており、且つ、焼入れ・焼戻し状態の硬度は既
存のＳＵＳ４４０Ｃと同等以上であり、耐食性は一段と
優れている。本発明のステンレス鋼は、耐食性と高強度
が求められる自動車、産業機械、電子機器、化学装置等
において使用される部品の素材として好適であるととも
に、冷間加工でこれらの部品を製造することができるの
で、加工費が大幅に削減されるなど、実用上その効果が
大きい。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 重量％で、Ｃ：0.6 〜0.75％、Si：0.3
   ％以下、Mn：0.3 ％以下、Ni：0.10％未満、Cr：12〜16
   ％、Al：0.03％以下、Ti：0.01〜0.1 ％を含有し、残部
   がFeおよび不可避不純物からなり、不純物としてのＰが
   0.02％以下、Ｓが 0.005％以下であり、焼なまし状態に
   おいての硬さがＨＲＢ94以下であることを特徴とする冷
   間加工性に優れた高強度高耐食性ステンレス鋼。 【請求項２】 上記成分に加えて更に、0.3 〜3.0 重量
   ％のMoを含むことを特徴とする請求項１記載の冷間加工
   性に優れた高強度高耐食性ステンレス鋼。