JP2018178144A - 優れた熱間加工性を有する析出硬化型ステンレス鋼 - Google Patents
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Abstract
【課題】 ＣｏやＭｏの元素をできるだけ減らしつつ、優れた熱間加工性のフェライト−マルテンサイトの二相組織とした析出硬化型ステンレス鋼を提供する。【解決手段】質量％で、Ｃ：０．０１〜０．１０％、Ｓｉ：０．３０〜２．００％、Ｍｎ：０．０１〜１．００％、Ｎｉ：４．０〜９．０％、Ｃｒ１０．０〜１８．０％、Ｍｏ：０．１０〜２．００％、Ｃｕ：０．６０〜４．００％、Ｔｉ：０．５０〜３．５０％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなり、下記式を満足する優れた熱間加工性を有する析出硬化型ステンレス鋼。Ｎｉｅｑ≦−０．８３×Ｃｒｅｑ＋２５．５・・・（１）、Ｃｒｅｑ≧０．８５×Ｎｉｅｑ＋７．８・・・（２）、５．０≦Ｎｉｅｑ≦９．５・・・（３）。ただし、Ｎｉｅｑ＝［％Ｎｉ］＋３０×（［％Ｃ］＋［％Ｎｉ］）＋０．５×［％Ｍｎ］＋０．３×［％Ｃｕ］、Ｃｒｅｑ＝［％Ｃｒ］＋［％Ｍｏ］＋１．５×［％Ｓｉ］＋０．５×［％Ｎｂ］で、なお、上記の［％Ｍ］は質量％である。【選択図】 なし
Description
本出願は、プロペラシャフト、ドライブシャフト、軸受およびロールなどの高硬度、高耐食性が求められる部材として使用されるステンレス鋼に関する。
いわゆる析出硬化型ステンレス鋼とは、ステンレス鋼としての耐食性に加えて、析出硬化による強度を付与することを目的とした高強度ステンレス鋼のことである。代表的な鋼種としては、１７−４ＰＨとして有名なＳＵＳ６３０が知られている。そして基質組織により、マルテンサイト系、セミマルテンサイト系およびオーステナイト系に分類されている。
さて、析出硬化型ステンレス鋼及びその製造方法としては、ε−Ｃｕ相とＧ相（Ｎｉ16Ｔｉ6Ｓｉ7）の複合析出により硬さを確保し、さらにＳｉ／Ｍｏ比を最適化することで、熱間加工性を向上させるものがある（特許文献１参照。）。もっとも、この発明ではＣｏが必須元素とされており、さらに、Ｓｉ／Ｍｏ≦０．７を満足することで、熱間加工性を改善しようとしている。しかし、未ださらなる熱間加工性の向上が求められており、また、ＣｏやＭｏなどの高価な元素は、低コスト化の観点から更なる低減が求められていることから、十分とはいえない。
一方、本願出願人は、先般、耐食性および製造性に優れた高硬度ステンレス鋼を開発し、出願している（特願２０１５−２０６０５１）。この高硬度ステンレス鋼は、高硬度および高耐食性の両立と、高硬度が得られる熱処理範囲が広いことに着目した発明である。しかし、この発明は、マルテンサイト系の析出硬化型ステンレス鋼であり、さらなる熱間加工性が求められている。
一般に、高硬度が必要とされる用途では、マルテンサイト系ステンレス鋼であるＳＵＳ４２０などが用いられている。ところが、マルテンサイト系ステンレス鋼はＣ含有量が相対的に多く、耐食性が低いものである。
それに比べればＳＵＳ６３０などの析出硬化型ステンレス鋼は、耐食性には優れるものの、他方で硬度が低いという問題があった。そこで、従来の発明では、これらを両立させるための調整が志向されてきたが、それ以外に、さらなる熱間加工性の向上や、ＣｏやＭｏなどの高価な元素をより減らすことなどは考慮されてこなかった。
それに比べればＳＵＳ６３０などの析出硬化型ステンレス鋼は、耐食性には優れるものの、他方で硬度が低いという問題があった。そこで、従来の発明では、これらを両立させるための調整が志向されてきたが、それ以外に、さらなる熱間加工性の向上や、ＣｏやＭｏなどの高価な元素をより減らすことなどは考慮されてこなかった。
そこで、本発明が解決しようとする課題は、高硬度で耐食性があることに加えて、より一層の熱間加工性の向上を図ること、および、ＣｏやＭｏなどの元素をより減らして、優れた熱間加工性を有する、マルテンサイト単相ではなく、フェライト−マルテンサイトの二相組織とした析出硬化型ステンレス鋼を提供することである。
上記の課題を解決するための本発明の手段は、第１の手段では、質量％で、Ｃ：０．０１〜０．１０％、Ｓｉ：０．３０〜２．００％、Ｍｎ：０．０１〜１．００％、Ｎｉ：４．０〜９．０％、Ｃｒ１０．０〜１８．０％、Ｍｏ：０．１０〜２．００％、Ｃｕ：０．６０〜４．００％、Ｔｉ：０．５０〜３．５０％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる鋼である。そして、この鋼は、下記の（１）〜（３）式を満足することを特徴とする優れた熱間加工性を有する析出硬化型ステンレス鋼である。
Ｎｉｅｑ≦−０．８３×Ｃｒｅｑ＋２５．５・・・（１）
Ｃｒｅｑ≧０．８５×Ｎｉｅｑ＋７．８・・・（２）
５．０≦Ｎｉｅｑ≦９．５・・・（３）
ただし、
Ｎｉｅｑ＝［％Ｎｉ］＋３０×（［％Ｃ］＋［％Ｎｉ］）＋０．５×［％Ｍｎ］＋０．３×［％Ｃｕ］、
Ｃｒｅｑ＝［％Ｃｒ］＋［％Ｍｏ］＋１．５×［％Ｓｉ］＋０．５×［％Ｎｂ］ なお、上記の［％Ｍ］は質量％である。
Ｎｉｅｑ≦−０．８３×Ｃｒｅｑ＋２５．５・・・（１）
Ｃｒｅｑ≧０．８５×Ｎｉｅｑ＋７．８・・・（２）
５．０≦Ｎｉｅｑ≦９．５・・・（３）
ただし、
Ｎｉｅｑ＝［％Ｎｉ］＋３０×（［％Ｃ］＋［％Ｎｉ］）＋０．５×［％Ｍｎ］＋０．３×［％Ｃｕ］、
Ｃｒｅｑ＝［％Ｃｒ］＋［％Ｍｏ］＋１．５×［％Ｓｉ］＋０．５×［％Ｎｂ］ なお、上記の［％Ｍ］は質量％である。
第２の手段では、質量％で、Ｃ：０．０１〜０．１０％、Ｓｉ：０．３０〜２．００％、Ｍｎ：０．０１〜１．００％、Ｎｉ：４．０〜９．０％、Ｃｒ１０．０〜１８．０％、Ｍｏ：０．１０〜２．００％、Ｃｕ：０．６０〜４．００％、Ｔｉ：０．５０〜３．５０％を含有し、さらに、Ａｌ：０．１５０％以下、Ｎｂ：０．０１〜２．００％、Ｎ：０．０５０％以下、Ｓ：０．１００％以下のいずれか１種もしくは２種以上を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる鋼である。そして、この鋼は、下記の（１）〜（３）式を満足することを特徴とする優れた熱間加工性を有する析出硬化型ステンレス鋼である。
Ｎｉｅｑ≦−０．８３×Ｃｒｅｑ＋２５．５・・・（１）
Ｃｒｅｑ≧０．８５×Ｎｉｅｑ＋７．８・・・（２）
５．０≦Ｎｉｅｑ≦９．５・・・（３）
ただし、
Ｎｉｅｑ＝［％Ｎｉ］＋３０×（［％Ｃ］＋［％Ｎｉ］）＋０．５×［％Ｍｎ］＋０．３×［％Ｃｕ］
Ｃｒｅｑ＝［％Ｃｒ］＋［％Ｍｏ］＋１．５×［％Ｓｉ］＋０．５×［％Ｎｂ］ なお、上記の［％Ｍ］は質量％である。
Ｎｉｅｑ≦−０．８３×Ｃｒｅｑ＋２５．５・・・（１）
Ｃｒｅｑ≧０．８５×Ｎｉｅｑ＋７．８・・・（２）
５．０≦Ｎｉｅｑ≦９．５・・・（３）
ただし、
Ｎｉｅｑ＝［％Ｎｉ］＋３０×（［％Ｃ］＋［％Ｎｉ］）＋０．５×［％Ｍｎ］＋０．３×［％Ｃｕ］
Ｃｒｅｑ＝［％Ｃｒ］＋［％Ｍｏ］＋１．５×［％Ｓｉ］＋０．５×［％Ｎｂ］ なお、上記の［％Ｍ］は質量％である。
第３の手段では、質量％で、Ｃ：０．０１〜０．１０％、Ｓｉ：０．３０〜２．００％、Ｍｎ：０．０１〜１．００％、Ｎｉ：４．０〜９．０％、Ｃｒ１０．０〜１８．０％、Ｍｏ：０．１０〜２．００％、Ｃｕ：０．６０〜４．００％、Ｔｉ：０．５０〜３．５０％を含有し、さらに、Ｍｇ：０．０００１〜０．０２５０％、Ｃａ：０．０００１〜０．０２５０％、Ｂ：０．０００１〜０．０２５０％のいずれか１種もしくは２種以上を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる鋼である。そして、この鋼は、下記の（１）〜（３）式を満足することを特徴とする優れた熱間加工性を有する析出硬化型ステンレス鋼である。
Ｎｉｅｑ≦−０．８３×Ｃｒｅｑ＋２５．５・・・（１）
Ｃｒｅｑ≧０．８５×Ｎｉｅｑ＋７．８・・・（２）
５．０≦Ｎｉｅｑ≦９．５・・・（３）
ただし、
Ｎｉｅｑ＝［％Ｎｉ］＋３０×（［％Ｃ］＋［％Ｎｉ］）＋０．５×［％Ｍｎ］＋０．３×［％Ｃｕ］、
Ｃｒｅｑ＝［％Ｃｒ］＋［％Ｍｏ］＋１．５×［％Ｓｉ］＋０．５×［％Ｎｂ］ なお、上記の［％Ｍ］は質量％である。
Ｎｉｅｑ≦−０．８３×Ｃｒｅｑ＋２５．５・・・（１）
Ｃｒｅｑ≧０．８５×Ｎｉｅｑ＋７．８・・・（２）
５．０≦Ｎｉｅｑ≦９．５・・・（３）
ただし、
Ｎｉｅｑ＝［％Ｎｉ］＋３０×（［％Ｃ］＋［％Ｎｉ］）＋０．５×［％Ｍｎ］＋０．３×［％Ｃｕ］、
Ｃｒｅｑ＝［％Ｃｒ］＋［％Ｍｏ］＋１．５×［％Ｓｉ］＋０．５×［％Ｎｂ］ なお、上記の［％Ｍ］は質量％である。
第４の手段では、質量％で、Ｃ：０．０１〜０．１０％、Ｓｉ：０．３０〜２．００％、Ｍｎ：０．０１〜１．００％、Ｎｉ：４．０〜９．０％、Ｃｒ１０．０〜１８．０％、Ｍｏ：０．１０〜２．００％、Ｃｕ：０．６０〜４．００％、Ｔｉ：０．５０〜３．５０％を含有し、さらに、Ａｌ：０．１５０％以下、Ｎｂ：０．０１〜２．００％、Ｎ：０．０５０％以下、Ｓ：０．１００％以下のいずれか１種もしくは２種以上を含有し、さらに、Ｍｇ：０．０００１〜０．０２５０％、Ｃａ：０．０００１〜０．０２５０％、Ｂ：０．０００１〜０．０２５０％のいずれか１種もしくは２種以上を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる鋼である。そして、この鋼は、下記の（１）〜（３）式を満足することを特徴とする優れた熱間加工性を有する析出硬化型ステンレス鋼である。
Ｎｉｅｑ≦−０．８３×Ｃｒｅｑ＋２５．５・・・（１）
Ｃｒｅｑ≧０．８５×Ｎｉｅｑ＋７．８・・・（２）
５．０≦Ｎｉｅｑ≦９．５・・・（３）
ただし、
Ｎｉｅｑ＝［％Ｎｉ］＋３０×（［％Ｃ］＋［％Ｎｉ］）＋０．５×［％Ｍｎ］＋０．３×［％Ｃｕ］、
Ｃｒｅｑ＝［％Ｃｒ］＋［％Ｍｏ］＋１．５×［％Ｓｉ］＋０．５×［％Ｎｂ］ なお、上記の［％Ｍ］は質量％である。
Ｎｉｅｑ≦−０．８３×Ｃｒｅｑ＋２５．５・・・（１）
Ｃｒｅｑ≧０．８５×Ｎｉｅｑ＋７．８・・・（２）
５．０≦Ｎｉｅｑ≦９．５・・・（３）
ただし、
Ｎｉｅｑ＝［％Ｎｉ］＋３０×（［％Ｃ］＋［％Ｎｉ］）＋０．５×［％Ｍｎ］＋０．３×［％Ｃｕ］、
Ｃｒｅｑ＝［％Ｃｒ］＋［％Ｍｏ］＋１．５×［％Ｓｉ］＋０．５×［％Ｎｂ］ なお、上記の［％Ｍ］は質量％である。
本願の上記の手段とすることで、ＣｏやＭｏの元素を可能な限り減らしつつ、優れた熱間加工性を有するフェライト−マルテンサイトの二相組織とした析出硬化型ステンレス鋼とし、プロペラシャフト、ドライブシャフト、軸受およびロールなどの高硬度、高耐食性が求められる部材として使用される鋼が得られる。
本願の発明を実施するための形態の記載に先立ち、本願発明の析出硬化型ステンレス鋼の構成要件である化学成分の限定理由、（１）式のＮｉｅｑとＣｒｅｑの関係による限定理由、（２）式のＣｒｅｑとＮｉｅｑの関係による限定理由、および（３）式のＮｉｅｑの限定理由について、それぞれ説明する。なお、化学成分における％は、質量％である。
Ｃ：０．０１〜０．１０％
Ｃは、鋼のγ安定化元素で、過剰δフェライトの生成を抑制し、強度を確保して良好な靱性を確保するために必要な元素である。このためには、Ｃは０．０１％以上が必要である。しかし、Ｃは０．１０％を超えて含有されると、炭窒化物の生成により鋼の耐食性が劣化する。そこで、Ｃは０．０１〜０．１０％とする。
Ｃは、鋼のγ安定化元素で、過剰δフェライトの生成を抑制し、強度を確保して良好な靱性を確保するために必要な元素である。このためには、Ｃは０．０１％以上が必要である。しかし、Ｃは０．１０％を超えて含有されると、炭窒化物の生成により鋼の耐食性が劣化する。そこで、Ｃは０．０１〜０．１０％とする。
Ｓｉ：０．３０〜２．００％
Ｓｉは、製鋼段階での脱酸剤であり、鋼に析出強化元素として作用する元素である。しかし、Ｓｉは０．３０％未満では脱酸剤として不足し、かつ析出強化元素として不足する。また、Ｓｉは２．００％を超えて含有されると、鋼の熱間加工性が低下する。そこで、Ｓｉは０．３０〜２．００％とする。
Ｓｉは、製鋼段階での脱酸剤であり、鋼に析出強化元素として作用する元素である。しかし、Ｓｉは０．３０％未満では脱酸剤として不足し、かつ析出強化元素として不足する。また、Ｓｉは２．００％を超えて含有されると、鋼の熱間加工性が低下する。そこで、Ｓｉは０．３０〜２．００％とする。
Ｍｎ：０．０１〜１．００％
Ｍｎは、製鋼段階での脱酸剤である。このためには、Ｍｎは０．０１％以上が必要である。しかし、Ｍｎが１．００％を超えて含有されると、脱酸剤としての効果は飽和し、熱間加工性が低下する。そこで、Ｍｎは０．０１〜１．００％とする。
Ｍｎは、製鋼段階での脱酸剤である。このためには、Ｍｎは０．０１％以上が必要である。しかし、Ｍｎが１．００％を超えて含有されると、脱酸剤としての効果は飽和し、熱間加工性が低下する。そこで、Ｍｎは０．０１〜１．００％とする。
Ｎｉ：４．０〜９．０％
Ｎｉは、鋼のγ安定化元素で、過剰δフェライトの生成を抑制する一方で、析出強化元素である。よって、析出強化のためには、Ｎｉは４．０％が必要である。しかし、９．０％を超えて含有されても析出強化の効果は飽和する。そこで、Ｎｉは４．０〜９．０％とする。
Ｎｉは、鋼のγ安定化元素で、過剰δフェライトの生成を抑制する一方で、析出強化元素である。よって、析出強化のためには、Ｎｉは４．０％が必要である。しかし、９．０％を超えて含有されても析出強化の効果は飽和する。そこで、Ｎｉは４．０〜９．０％とする。
Ｃｒ：１０．０〜１８．０％
Ｃｒは、耐食性を向上させる元素である。耐食性向上のためには、Ｃｒは１０．０％以上が必要である。しかし、Ｃｒは１８．０％を超えて含有されると熱間加工性が低下する。そこで、Ｃｒは１０．０〜１８．０％とする。
Ｃｒは、耐食性を向上させる元素である。耐食性向上のためには、Ｃｒは１０．０％以上が必要である。しかし、Ｃｒは１８．０％を超えて含有されると熱間加工性が低下する。そこで、Ｃｒは１０．０〜１８．０％とする。
Ｍｏ：０．１０〜２．００％
Ｍｏは、耐孔食性を向上させる元素である。耐食性向上のためには、Ｍｏは０．１０％以上が必要である。しかし、Ｍｏは高価な元素であるので、２．００％を超えて含有させるとコスト高となる。そこで、Ｍｏは０．１０〜２．００％とする。
Ｍｏは、耐孔食性を向上させる元素である。耐食性向上のためには、Ｍｏは０．１０％以上が必要である。しかし、Ｍｏは高価な元素であるので、２．００％を超えて含有させるとコスト高となる。そこで、Ｍｏは０．１０〜２．００％とする。
Ｃｕ：０．６０〜４．００％
Ｃｕは、耐食性を向上させると共に析出強化に資する元素である。耐食性向上と析出強化のためには、Ｃｕは０．６０％以上が必要である。しかし、Ｃｕは４．００％を超えて含有されると熱間加工性が低下する。そこで、Ｃｕは０．６０〜４．００％とする。
Ｃｕは、耐食性を向上させると共に析出強化に資する元素である。耐食性向上と析出強化のためには、Ｃｕは０．６０％以上が必要である。しかし、Ｃｕは４．００％を超えて含有されると熱間加工性が低下する。そこで、Ｃｕは０．６０〜４．００％とする。
Ｔｉ：０．５０〜３．５０％
Ｔｉは、析出強化に資する元素である。析出強化のためには、Ｔｉは０．５０％以上が必要である。しかし、Ｔｉは３．５０％を超えて含有されると、粗大炭化物の生成により熱間加工性が低下するので、鋼の製造性が低下してコスト高となる。そこで、Ｔｉは０．５０〜３．５０％とする。
Ｔｉは、析出強化に資する元素である。析出強化のためには、Ｔｉは０．５０％以上が必要である。しかし、Ｔｉは３．５０％を超えて含有されると、粗大炭化物の生成により熱間加工性が低下するので、鋼の製造性が低下してコスト高となる。そこで、Ｔｉは０．５０〜３．５０％とする。
Ａｌ：０．１５０％以下
Ａｌは、０．１５０を超えて含有されると、耐食性および熱間加工性が低下する。そこで、Ａｌは０．１５０％以下とする。
Ａｌは、０．１５０を超えて含有されると、耐食性および熱間加工性が低下する。そこで、Ａｌは０．１５０％以下とする。
Ｎｂ：０．０１〜２．００％
Ｎｂは、析出強化に資する元素である。析出強化のためには、Ｎｂは０．０１％以上が必要である。一方、Ｎｂは２．００％を超えて含有されると、熱間加工性が低下すると共にコストの増加となる。そこでＮｂは０．０１〜２．００％とする。
Ｎｂは、析出強化に資する元素である。析出強化のためには、Ｎｂは０．０１％以上が必要である。一方、Ｎｂは２．００％を超えて含有されると、熱間加工性が低下すると共にコストの増加となる。そこでＮｂは０．０１〜２．００％とする。
Ｎ：０．０５０％以下
Ｎは、０．０５０％を超えて含有されると、熱間加工性が低下し、フェライトが生じても不安定となり二相組織とはならない。そこで、Ｎは０．０５０％以下とする。
Ｎは、０．０５０％を超えて含有されると、熱間加工性が低下し、フェライトが生じても不安定となり二相組織とはならない。そこで、Ｎは０．０５０％以下とする。
Ｍｇ：０．０００１〜０．０２５０％
Ｍｇは、０．０００１％以上で熱間加工性に寄与する元素である。しかし、Ｍｇは０．０２５０％を超えると、過剰のために逆に熱間加工性が低下する。そこで、Ｍｇは０．０００１〜０．０２５０％とする。
Ｍｇは、０．０００１％以上で熱間加工性に寄与する元素である。しかし、Ｍｇは０．０２５０％を超えると、過剰のために逆に熱間加工性が低下する。そこで、Ｍｇは０．０００１〜０．０２５０％とする。
Ｃａ：０．０００１〜０．０２５０％
Ｃａは、０．０００１％以上で熱間加工性に寄与する元素である。しかし、Ｃａは０．０２５０％を超えると、過剰のために逆に熱間加工性が低下する。そこで、Ｃａは０．０００１〜０．０２５０％とする。
Ｃａは、０．０００１％以上で熱間加工性に寄与する元素である。しかし、Ｃａは０．０２５０％を超えると、過剰のために逆に熱間加工性が低下する。そこで、Ｃａは０．０００１〜０．０２５０％とする。
Ｂ：０．０００１〜０．０２５０％
Ｂは、０．０００１％以上で熱間加工性に寄与する元素である。しかし、Ｂは０．０２５０％を超えると、過剰のために逆に熱間加工性が低下する。そこで、Ｂは０．０００１〜０．０２５０％とする。
Ｂは、０．０００１％以上で熱間加工性に寄与する元素である。しかし、Ｂは０．０２５０％を超えると、過剰のために逆に熱間加工性が低下する。そこで、Ｂは０．０００１〜０．０２５０％とする。
Ｎｉｅｑ≦−０．８３×Ｃｒｅｑ＋２５．５・・・（１）
（１）式を満足しないとマルテンサイトをほぼ生成しないので、硬さが低下する。そこで、Ｎｉｅｑ≦−０．８３×Ｃｒｅｑ＋２５．５の（１）式とする。
（１）式を満足しないとマルテンサイトをほぼ生成しないので、硬さが低下する。そこで、Ｎｉｅｑ≦−０．８３×Ｃｒｅｑ＋２５．５の（１）式とする。
Ｃｒｅｑ≧０．８５×Ｎｉｅｑ＋７．８・・・（２）
（２）式を満足しないとフェライトをほぼ生成しないので、高温で、フェライト／オーステナイトの二相組織とならず、熱間加工性が低下する。そこで、Ｃｒｅｑ≧０．８５×Ｎｉｅｑ＋７．８の（２）式とする
（２）式を満足しないとフェライトをほぼ生成しないので、高温で、フェライト／オーステナイトの二相組織とならず、熱間加工性が低下する。そこで、Ｃｒｅｑ≧０．８５×Ｎｉｅｑ＋７．８の（２）式とする
５．０≦Ｎｉｅｑ≦９．５・・・（３）
（３）式を満足しないと高温でフェライト／オーステナイトの二相組織のバランスが悪くなり、熱間加工性が低下する。そこで、５．０≦Ｎｉｅｑ≦９．５の（３）式とする。
（３）式を満足しないと高温でフェライト／オーステナイトの二相組織のバランスが悪くなり、熱間加工性が低下する。そこで、５．０≦Ｎｉｅｑ≦９．５の（３）式とする。
上記の（１）式、（２）式、（３）式のＮｉｅｑおよびＣｒｅｑにおいては、
Ｎｉｅｑ＝［％Ｎｉ］＋３０×（［％Ｃ］＋［％Ｎｉ］）＋０．５×［％Ｍｎ］＋０．３×［％Ｃｕ］、
Ｃｒｅｑ＝［％Ｃｒ］＋［％Ｍｏ］＋１．５×［％Ｓｉ］＋０．５×［％Ｎｂ］
である。
なお、上記の［％Ｍ］は質量％である。
Ｎｉｅｑ＝［％Ｎｉ］＋３０×（［％Ｃ］＋［％Ｎｉ］）＋０．５×［％Ｍｎ］＋０．３×［％Ｃｕ］、
Ｃｒｅｑ＝［％Ｃｒ］＋［％Ｍｏ］＋１．５×［％Ｓｉ］＋０．５×［％Ｎｂ］
である。
なお、上記の［％Ｍ］は質量％である。
次いで、実施の形態について以下に記載する。
表１−１、表１−２に化学成分を有する本願発明の第１の手段〜第４の手段に係る発明鋼１〜４を示す。また表２−１、表２−２に、これらの手段に対応する各比較鋼１〜４を示す。なお、これらの表中の成分組成欄の空欄は、当該空欄の成分が意図的な添加成分ではないことを意味する。また、残部は不可避不純物およびＦｅである。なお、上に示す各表において、請求の範囲に規定の成分組成から外れるもの、ならびにＮｉｅｑまたはＣｒｅｑの値から外れるもの、および式（１）〜（３）の式の値を満足しないものには下線を付している。
さて、これらの表１−１および表２−１に記載の成分組成の各鋼を１００ｋｇ真空誘導炉（ＶＩＭ）で溶解してインゴットに鋳造し、これらを１１５０℃にてφ２０ｍｍに鍛伸し、次いで９００〜１２００℃で１時間保持した後に水冷する固溶化熱処理を施し、引続き直ちに−７３℃に３時間保持するサブゼロ処理を施し、残留オーステナイトをマルテンサイトに変態させた。さらに、これらを３００〜８００℃に１時間保持した後に空冷する時効処理を施した。
さて、上記の時効理後のそれぞれのサイズに調整した素材を用い、以下の実験を実施した。試験結果の評価項目としては、各鋼のＮｉｅｑの値およびＣｒｅｑの値を満たすもの、および下線を付して示したこれらの値を外れるもの、並びに発明の手段に記載の式（１）〜（３）を満足するものを○とし、満足しないものを×とし、発明鋼の表１−２および比較鋼の表２−２にそれぞれ表記した。また、これらの表１−２および表２−２中の試験の評価項目の結果である、時効処理後の「ピーク硬さ（ＨＲＣ）」、「腐食度（ｇ／ｍ2／ｈｒ）」および「グリーブル試験の絞り６０％以上の温度範囲（℃）」については、後述の評価項目の目標値を下回るものには下線を付して示している。
本願発明の各発明鋼１〜４および各比較鋼１〜４を用いた試験の時効処理後の「ピーク硬さ（ＨＲＣ）」、「腐食度（ｇ／ｍ2／ｈｒ）」で示す耐孔食性（ＪＩＳ Ｇ０５７８に準拠し、６％ＦｅＣｌ3、２５℃×２４ｈｒによる腐食度）、および熱間加工性を示す「グリーブル試験の絞り６０％以上の温度範囲（℃)」の各評価方法について以下に説明する。
時効処理後の「ピーク硬さ（ＨＲＣ）」：上記の時効処理を施した各丸棒を用い、鍛伸方向に垂直な断面の中周におけるロックウェル硬さを測定し、得られた硬さのうち最も大きな値のものをピーク硬さとし、その値がＨＲＣ５３．０以上のものを目標値として良好であると判断した。
耐孔食性である「腐食度（ｇ／ｍ2／ｈｒ）」すなわち「（ＪＩＳ Ｇ０５７８に準拠、６％ＦｅＣｌ3、２５℃×２４ｈｒによる腐食度）」：上記の各ピーク硬さが得られた条件で各時効処理を施した丸棒を径１２ｍｍ、長さ２１ｍｍのサイズに調整し、これらをＪＩＳ Ｇ０５７８に則って孔食試験を実施した。具体的には、試験片の初期質量と表面積を測定後、６％塩化第二鉄の溶液に２５℃で２４時間浸漬して試験を行ない、試験後洗浄して再度質量を測定した。得られた質量減から腐食度（ｇ／ｍ2／ｈｒ）を算出した。この腐食度の値が２０．０（ｇ／ｍ2／ｈｒ）を下回るものを目標値として良好であると判断した。
熱間加工性を示す「グリーブル試験の絞り６０％以上の温度範囲（℃）」：上記の各ピーク硬さが得られた条件で時効処理を施した丸棒を径８ｍｍ、長さ１００ｍｍのサイズに調整し、通電加熱による熱間引張試験（グリーブル試験）を実施した。試験温度は８００〜１３５０℃まで２５℃毎とし、破断後の試験片の絞りが６０％以上である温度域を算出した。その温度域が１５０℃以上のものを熱間加工性が良好であると評価した。
上記の各評価の結果、表１−１および表１−２に示す発明鋼１〜４のＮｏ．１〜４６の上記の時効処理後の鋼は、時効硬さである「ピーク硬さ」の値がＨＲＣ５３．０以上、耐孔食性である「腐食度」の値が２０．０（ｇ／ｍ2／ｈｒ）を下回り、熱間加工性を示す「グリーブル試験の絞り６０％以上の温度範囲（℃）」の温度域が１５０℃以上であり、これらの発明鋼１〜４のいずれの評価において優れた特性を示した。
これに対し、表２−１および表２−２に示す比較鋼１〜４のＮｏ．５１〜８８では、化学成分のいずれかにおいて本願の化学成分の範囲を外れるものであり、さらにＮｉｅｑの値またはＣｒｅｑの値のいずれかに本願のこれらの値を外れるもの、式（１）〜（３）においてその値を満足しない×のものなどを含んでいる。これらの比較鋼では、ピーク硬さ、腐食度、および熱間加工性を示す「グリーブル試験の絞り６０％以上の温度範囲（℃）」において１５０℃未満のものがあり、下線で示されている点において、本願発明の目的を十分には満足しない鋼となった。
Claims (4)
- 質量％で、Ｃ：０．０１〜０．１０％、Ｓｉ：０．３０〜２．００％、Ｍｎ：０．０１〜１．００％、Ｎｉ：４．０〜９．０％、Ｃｒ１０．０〜１８．０％、Ｍｏ：０．１０〜２．００％、Ｃｕ：０．６０〜４．００％、Ｔｉ：０．５０〜３．５０％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなり、下記（１）〜（３）式を満足することを特徴とする優れた熱間加工性を有する析出硬化型ステンレス鋼。
Ｎｉｅｑ≦−０．８３×Ｃｒｅｑ＋２５．５・・・（１）
Ｃｒｅｑ≧０．８５×Ｎｉｅｑ＋７．８・・・（２）
５．０≦Ｎｉｅｑ≦９．５・・・（３）
ただし、
Ｎｉｅｑ＝［％Ｎｉ］＋３０×（［％Ｃ］＋［％Ｎｉ］）＋０．５×［％Ｍｎ］＋０．３×［％Ｃｕ］、
Ｃｒｅｑ＝［％Ｃｒ］＋［％Ｍｏ］＋１．５×［％Ｓｉ］＋０．５×［％Ｎｂ］ なお、上記の［％Ｍ］は質量％である。 - 質量％で、Ｃ：０．０１〜０．１０％、Ｓｉ：０．３０〜２．００％、Ｍｎ：０．０１〜１．００％、Ｎｉ：４．０〜９．０％、Ｃｒ１０．０〜１８．０％、Ｍｏ：０．１０〜２．００％、Ｃｕ：０．６０〜４．００％、Ｔｉ：０．５０〜３．５０％を含有し、さらに、Ａｌ：０．１５０％以下、Ｎｂ：０．０１〜２．００％、Ｎ：０．０５０％以下、Ｓ：０．１００％以下のいずれか１種もしくは２種以上を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなり、下記（１）〜（３）式を満足することを特徴とする優れた熱間加工性を有する析出硬化型ステンレス鋼。
Ｎｉｅｑ≦−０．８３×Ｃｒｅｑ＋２５．５・・・（１）
Ｃｒｅｑ≧０．８５×Ｎｉｅｑ＋７．８・・・（２）
５．０≦Ｎｉｅｑ≦９．５・・・（３）
ただし、
Ｎｉｅｑ＝［％Ｎｉ］＋３０×（［％Ｃ］＋［％Ｎｉ］）＋０．５×［％Ｍｎ］＋０．３×［％Ｃｕ］、
Ｃｒｅｑ＝［％Ｃｒ］＋［％Ｍｏ］＋１．５×［％Ｓｉ］＋０．５×［％Ｎｂ］ なお、上記の［％Ｍ］は質量％である。 - 質量％で、Ｃ：０．０１〜０．１０％、Ｓｉ：０．３０〜２．００％、Ｍｎ：０．０１〜１．００％、Ｎｉ：４．０〜９．０％、Ｃｒ１０．０〜１８．０％、Ｍｏ：０．１０〜２．００％、Ｃｕ：０．６０〜４．００％、Ｔｉ：０．５０〜３．５０％を含有し、さらに、Ｍｇ：０．０００１〜０．０２５０％、Ｃａ：０．０００１〜０．０２５０％、Ｂ：０．０００１〜０．０２５０％のいずれか１種もしくは２種以上を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなり、下記（１）〜（３）式を満足することを特徴とする優れた熱間加工性を有する析出硬化型ステンレス鋼。
Ｎｉｅｑ≦−０．８３×Ｃｒｅｑ＋２５．５・・・（１）
Ｃｒｅｑ≧０．８５×Ｎｉｅｑ＋７．８・・・（２）
５．０≦Ｎｉｅｑ≦９．５・・・（３）
ただし、
Ｎｉｅｑ＝［％Ｎｉ］＋３０×（［％Ｃ］＋［％Ｎｉ］）＋０．５×［％Ｍｎ］＋０．３×［％Ｃｕ］、
Ｃｒｅｑ＝［％Ｃｒ］＋［％Ｍｏ］＋１．５×［％Ｓｉ］＋０．５×［％Ｎｂ］ なお、上記の［％Ｍ］は質量％である。 - 質量％で、Ｃ：０．０１〜０．１０％、Ｓｉ：０．３０〜２．００％、Ｍｎ：０．０１〜１．００％、Ｎｉ：４．０〜９．０％、Ｃｒ１０．０〜１８．０％、Ｍｏ：０．１０〜２．００％、Ｃｕ：０．６０〜４．００％、Ｔｉ：０．５０〜３．５０％を含有し、さらに、Ａｌ：０．１５０％以下、Ｎｂ：０．０１〜２．００％、Ｎ：０．０５０％以下、Ｓ：０．１００％以下のいずれか１種もしくは２種以上を含有し、さらに、Ｍｇ：０．０００１〜０．０２５０％、Ｃａ：０．０００１〜０．０２５０％、Ｂ：０．０００１〜０．０２５０％のいずれか１種もしくは２種以上を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなり、下記（１）〜（３）式を満足することを特徴とする優れた熱間加工性を有する析出硬化型ステンレス鋼。
Ｎｉｅｑ≦−０．８３×Ｃｒｅｑ＋２５．５・・・（１）
Ｃｒｅｑ≧０．８５×Ｎｉｅｑ＋７．８・・・（２）
５．０≦Ｎｉｅｑ≦９．５・・・（３）
ただし、
Ｎｉｅｑ＝［％Ｎｉ］＋３０×（［％Ｃ］＋［％Ｎｉ］）＋０．５×［％Ｍｎ］＋０．３×［％Ｃｕ］、
Ｃｒｅｑ＝［％Ｃｒ］＋［％Ｍｏ］＋１．５×［％Ｓｉ］＋０．５×［％Ｎｂ］ なお、上記の［％Ｍ］は質量％である。
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- 2017-04-04 JP JP2017074290A patent/JP2018178144A/ja active Pending
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