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JP6004653B2 - フェライト系ステンレス鋼線材、及び鋼線、並びに、それらの製造方法 - Google Patents

フェライト系ステンレス鋼線材、及び鋼線、並びに、それらの製造方法 Download PDF

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JP6004653B2 JP2012009299A JP2012009299A JP6004653B2 JP 6004653 B2 JP6004653 B2 JP 6004653B2 JP 2012009299 A JP2012009299 A JP 2012009299A JP 2012009299 A JP2012009299 A JP 2012009299A JP 6004653 B2 JP6004653 B2 JP 6004653B2
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Description

本発明は、フェライト系ステンレス鋼線材と鋼線、並びに、それらの製造方法に関するものである。
従来、ステンレス鋼線材、鋼線においてはSUS304,SUSXM7等のオーステナイト系ステンレス鋼が使用されてきた。これらは耐食性や成形性に優れるもののNi含有量が多く、コストが高い。経済性の観点からはNi含有量の少ないフェライト系ステンレス鋼が有利である。しかしながら、フェライト系ステンレス鋼線は耐隙間腐食性が低い問題がある。特に隙間腐食の中でも、発生したさびが液の流れに沿って付着する流れさびの問題が大きく、用途が限定される場合があった。
また、鋼線の用途の中でも、ねじ用途においては、更に下記の課題が存在した。
1.捩りトルクに対する強度が低い。
2.頭部やねじ部の成形が容易でない(冷間鍛造性が低い)
3.成形後の表面が粗く、美麗さに欠ける。
上記課題1〜3に関連する従来技術として、特許文献1〜5が開示されている。特許文献1にはオフライン焼鈍処理材と同等以上の冷間加工性を有するフェライト系ステンレス鋼線材のインライン熱処理法が開示されているが、表面美麗さの課題認識が無く、達成する手段については開示されていない。特許文献2には、表面の美麗さを損なうしわ疵(圧延方向に長く延びた深い疵)の少ない線材を製造するための方法として、傾斜圧延と孔型圧延の間に熱処理が施されるフェライト系ステンレス鋼線材の製造方法が開示されているが、しわ疵抑制が本件の課題では無い。特許文献3には、冷間鍛造品の形状不良を生じさせないために、フェライト系ステンレス鋼線、線材において熱間圧延された材料を720〜800℃にて熱間焼鈍し、減面率40%以上の伸線、引抜き作業を行うことを特徴とする、フェライト系ステンレス鋼線、線材における結晶方位の異方性を除去する製造方法が開示されているが、結晶粒微細化には焼鈍後の伸線、引抜き作業が必須となっており手間がかかる。特許文献4には、フェライト系ステンレス鋼線の熱間圧延において、熱間圧延速度を調整することによって、熱間圧延終止温度を800〜930℃とし、熱間圧延終了後の前記フェライトステンレス鋼線の結晶粒度を結晶粒度番号6以上の細粒とすることを特徴とする冷間塑性加工性に優れたフェライト系ステンレス鋼線およびその製造方法が開示されているが、熱間圧延速度を調整することによって熱間圧延終止温度を制御することは容易ではない。特許文献5には、熱間圧延とは別工程で焼鈍処理したものと同等の引張り強さや結晶粒度及び耐食性を保有するために、C:0.0030〜0.015%のC、19〜21%のCr、0.35〜0.65%のSi及び1.0〜1.5%のMnを含有するフェライト系ステンレス鋼材を、仕上げ温度800〜1000℃で熱間圧延し、引き続きその残熱を利用して700〜1000℃で2〜5分間保持した後、冷却してコイル状に巻取ることを特徴とするフェライト系ステンレス鋼熱間圧延線材の製造方法が開示されている。しかしながら表面の美麗さを達成する手段については開示されていない。
以上、挙げてきたように、全ての課題を解決し得る従来技術は存在していなかった。
特公昭63−35690号公報 特許第3730762号公報 特開2000-336429号公報 特開2002-167619号公報 特開2006-57144号公報
本発明は、フェライト系ステンレス鋼線材、鋼線の耐隙間腐食性を改善すると共に、ねじ等へ製品化するために必要な課題を全て解決し、経済性を重視したフェライト系ステンレス鋼線を提供することを目的とする。
本発明者等は、合金成分の役割や下記式(1)、及び(2)の合金指標を見出し、これらを満足することで、フェライト系ステンレス鋼線材、鋼線の耐隙間腐食性を顕著に改善出来ることを見出した。
ステンレス鋼の耐隙間腐食性は鋼材の合金成分に依存することが知られている。そこで、各成分の鋼を真空溶解設備にて溶製し、熱間鍛造により板材に成形し、切削及び研磨によって板状試験片を作製した。その試験片を用い、隙間腐食の評価としてASTM G78に規定されるマルチクレビス隙間形成材を用いて塩水噴霧により隙間腐食試験を行った。マルチクレビス試験法(ASTM G78)によれば、隙間腐食の発生(隙間腐食発生率=全体の隙間部個数に対する腐食が発生した隙間部個数の割合)と隙間腐食の進展(隙間腐食部の最大深さ)について定量的に評価することができる。
試験の結果、隙間腐食の発生については、
Cr+3.3Mo≧19 ・・・(1)
隙間腐食の進展については、
Ni+1.2Mo+1.8Cu≧3.0 ・・・(2)
で両方の式を満足する成分であれば目標を達成することを見出した。
本発明では更に、特定の合金成分で熱間圧延後のインライン熱処理を特徴とする工程で製造することにより、ねじ材として好適なフェライト系ステンレス鋼線を得ることができることを見出した。具体的には、以下の知見を得たことにより、ねじ用としても好適なフェライト系ステンレス鋼線材、鋼線とすることが出来ることが分かった。
知見(1):以下の式(3)の指標(Ts-cal)を満足する成分の鋼にすると共に、熱処理温度を制御することで、捩りトルクに対する強度を顕著に改善させることが出来る。
Ts-cal.=28Ni+5Cr+24Mo+13Cu≧100 ・・・(3)
知見(2):特定成分の線材について製造工程を改善することによって頭部やねじ部の成形のし易さ(冷間鍛造性)、及び成形後の表面の美麗さの目標を達成出来る。
即ち、図1に示すねじの代表的製造プロセスのうち、(1)線材圧延(熱間圧延)に引き続き、常温まで冷却することなく(2)熱処理(インライン熱処理)を施すことにより鋼線材断面の各部位において結晶粒径をNo.5〜No.9の範囲に微細化することが出来る。これにより鋼線材の絞りが60%以上となり、冷間鍛造性が向上する。また、意外なことに上記インライン熱処理によって結晶粒が整粒化され、表面の美麗さも改善出来ることを見出した。
また、この場合、伸線後の処理である(5)熱処理、(6)スキンパス伸線を省略しても、目標を達成できることも見出した。
以上の知見からなる具体的な解決手段は、下記のとおりである。
(1)質量%で、C:0.05%以下、Si:0.01%以上2.0%以下、Mn:2.0%以下、 P:0.04%以下、S:0.03%以下、Cr:15.0%以上30.0%以下、N:0.025%以下を含有し、更に、Cu:0.1%以上3.0%以下、Mo:0.05%以上5.0%以下、Ni:0.05%以上5.0%以下の1種又は2種以上を含有し、更に、Nb:0.1以上0.8%以下、Ti:0.05以上0.5%以下の1種又は2種を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなり、下式(1)〜(3)を満たし、且つ、表面粗さが15μm以下、絞り値が60%以上であることを特徴とするフェライト系ステンレス鋼線材。
Cr+3.3Mo≧19 ・・・(1)
Ni+1.2Mo+1.8Cu≧3.0 ・・・(2)
28Ni+5Cr+24Mo+13Cu≧100 ・・・(3)
但し、式中の元素記号は、当該元素の含有量(質量%)を意味する。
(2)質量%で、更にB:0.0001〜0.01%、Ca:0.001〜0.02%、Al:0.001〜0.5%、REM:0.01〜0.5%、Mg:0.0001〜0.01%、V:0.01〜0.5%、Co:0.01〜0.5%、Zr:0.01〜0.5%、及びSn:0.05〜0.5%から1種以上を含有する前記(1)に記載のフェライト系ステンレス鋼線材。
(3)質量%で、Feの抽出残渣量が0.1%以下であることを特徴とする前記(1)又は(2)に記載のフェライト系ステンレス鋼線材。
(4)質量%で、C:0.05%以下、Si:0.01%以上2.0%以下、Mn:2.0%以下、P:0.04%以下、S:0.03%以下、Cr:15.0%以上30.0%以下、N:0.025%以下を含有し、更に、Cu:0.1%以上3.0%以下、Mo:0.05%以上5.0%以下、Ni:0.05%以上5.0%以下の1種又は2種以上を含有し、更に、Nb:0.1%以上0.8%以下、Ti:0.05%以上0.5%以下の
1種又は2種を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなり、下式(1)〜(3)を満たし、且つ、表面粗さが15μm以下、引張強度が500N/mm 2 以上であることを特徴とする冷間鍛造性に優れたフェライト系ステンレス鋼線。
Cr+3.3Mo≧19 ・・・(1)
Ni+1.2Mo+1.8Cu≧3.0 ・・・(2)
28Ni+5Cr+24Mo+13Cu≧100 ・・・(3)
但し、式中の元素記号は、当該元素の含有量(質量%)を意味する。
(5)質量%で、更に B:0.0001〜0.01%、Ca:0.001〜0.02%、Al:0.001〜0.5%、REM:0.01〜0.5%、Mg:0.0001〜0.01%、V:0.01〜0.5%、Co:0.01〜0.5%、Zr:0.01〜0.5%、及びSn:0.05〜0.5%から1種以上を含有する前記(4)に記載の冷間鍛造性に優れたフェライト系ステンレス鋼線。
(6)質量%で、Feの抽出残渣量が0.1%以下であることを特徴とする前記(4)又は(5)に記載の冷間鍛造性に優れたフェライト系ステンレス鋼線。
(7)線材圧延工程、熱処理工程、酸洗工程とを含むステンレス鋼線材の製造方法であって、該線材圧延工程において熱間圧延を行った後、常温まで冷却することなく該熱処理工程として900〜1100℃の温度でインライン熱処理を行うことを特徴とする前記(1)〜(3)の何れかに記載のフェライト系ステンレス鋼線材の製造方法。
(8)インライン熱処理後の冷却速度を5℃/秒以上とすることを特徴とする前記(7)に記載のフェライト系ステンレス鋼線材の製造方法。
(9)前記(1)〜(3)の何れかに記載の鋼線材を、減面率5〜55%の範囲で伸線加工することを特徴とする、前記(4)〜(6)の何れかに記載のフェライト系ステンレス鋼線の製造方法。
(10)前記伸線加工後に900〜1100℃で熱処理する工程を有することを特徴とする前記(9)に記載のフェライト系ステンレス鋼線の製造方法。
(11)熱処理後の冷却速度を5℃/秒以上とすることを特徴とする前記(10)に記載のフェライト系ステンレス鋼線の製造方法。
本発明によれば、耐隙間腐食性に優れ、更に強度,冷間鍛造性、表面美麗さを向上させることができ、ねじのような多彩な特性が要求される用途に対しても十分適用可能なフェライト系ステンレス鋼線材、鋼線とすることが出来る。
線材からねじに逐次加工する代表的な製造プロセスを示す図である。
以下、本発明について具体的に説明する。まず、本発明において、ステンレス鋼線材、鋼線の成分組成を上記の範囲に限定した理由について説明する。なお、本発明における元素含有量の%は、特に注記しない限り質量%を意味する。
C:0.05%以下
Cは、マトリックスのフェライト組織の強度を高め、更に、オーステナイト相および炭化物の生成元素である。オーステナイト相は、溶接後においてマルテンサイト組織を生じて強度を向上させ、また微細炭化物も強度の向上に寄与し、鋼線としての高温強度を確保する。しかしながら、0.05%超ではCr炭化物の粒界への析出によりその回りにCr欠乏層が生成するようになる。腐食環境では、粒界に沿ったCr欠乏層が溶解するので、いわゆる粒界腐食が発生する。また、延性が劣化して絞りが低下する。従って、C量を 0.05%以下の範囲に限定した。さらに粒界腐食を防止するには、C量は0.02%以下が好ましく、0.015%以下の範囲にすることが更に望ましい。
また、過度の低減は製造コストの増加を招くため、0.0005%を下限にすることが好ましい。強度を高くする観点から、0.001%以上が更に好ましい。
Si:0.01%以上2.0%以下
Siは、脱酸剤として、またSiO2の酸化皮膜を形成して酸化の進行を抑制するので耐高温酸化性に有用な元素であるが、含有量が2.0%超になると硬くなり延性等の機械的性質が劣化する。従って、Si量は2.0%以下とした。また、0.01%未満では脱酸効果が得られないため0.01%以上含有させる。好ましくは0.1〜1.0%の範囲である。
Mn:2.0%以下
MnもCと同様マトリックスのフェライト組織の強度を高め、更に、オーステナイト相生成元素であるが、Mn含有量が 2.0%を超えると鋼中に残存する介在物が多くなり耐食性が劣化する場合がある。また、延性が劣化して絞りが低下するため、Mn量は2.0%以下の範囲とした。好ましくは1.0%以下である。
また、含有量が0.1%より少ないと鋼線の強度が低く、また、溶接後も強度不足となる。したがって0.1%以上含有することが望ましい。
P:0.04%以下
Pは、延性、靱性等の機械的性質を劣化させるのみならず、耐食性に対しても有害な元素であり、特にP含有量が0.04%超になるとその悪影響が顕著になるので、P量は0.04%以下とした。
S:0.03%以下
Sは、Mnと結合してMnSを形成し、初期発銹の起点となる。またSは、結晶粒界に偏析して粒界脆化を促進する有害元素でもあるので、極力低減することが好ましい。また、延性を劣化させる悪影響もある。特にS含有量が0.03%を超えるとその悪影響が顕著になるので、S量は0.03%以下とした。
Cr:15.0%以上30.0%以下
Crは、本発明における耐食性発現成分として重要な元素である。本発明で対象にする鋼線材と鋼線は、耐食性に必要なCr量として、少なくとも15.0%が必要である。これは、15.0%未満になると強固な不動態皮膜が生成され難くなるためである。一方、Cr濃度が30.0%超になると、耐食性は良くなるものの、フェライト相の生成量が多くなり、靱性不足が生じることやコストアップに繋がる。また、延性が劣化して絞りが低下する。そのため、Cr濃度は30.0%以下とした。好ましくは15.0%以上25.0%以下、更に好ましくは、15.0%以上20.0%未満である。
N:0.025%以下
Nは、マトリックスのフェライト組織の強度を高め、更に、オーステナイト相および窒化物の生成元素であり強度を高めるが、耐食性、冷間鍛造性を劣化させるため上限を0.025%とした。また、0.001%未満では鋼線の窒化物の生成が少なく強度向上の効果が得られないため0.001%以上とすることが望ましい。
Cu、Mo、Niは何れも耐食性を向上させる元素であり、これら元素のうち1種、または2種以上を下記の範囲で含有させる。
Cu:0.1%以上3.0%以下
Cuは、耐食性および強度を向上させる有用な元素であるが、含有量が3.0%超になると靭性が劣化するばかりか冷間鍛造性が劣化する。従って、3.0%以下とした。好ましくは2.0%以下であり、更に好ましくは1.0%以下である。また、0.1%未満では耐食性向上効果が得られ難いため、添加する場合は下限を0.1%とする。好ましくは0.2%以上である。
Mo:0.05%以上5.0%以下、
Moは、耐食性を高めるが、0.05%より少ないと耐食性が発現されない。一方5.0%を超えるとσ相が析出しやすく脆化し、冷間鍛造性が劣化するので0.05〜5.0%とする。好ましくは、0.2〜3.0%であり、更に好ましくは0.2〜2.5%である。
Ni:0.05%以上5.0%以下
Niは、Cuと同様に耐食性および強度を向上させる有効な元素であるが、含有量が5.0%超になると冷間鍛造性が劣化する。従って、5.0%以下とした。
また、0.05%未満では耐食性および強度向上効果が得られ難いため、添加する場合は0.05%を下限とする。好ましくは0.2%以上である。
TiとNbは、何れも粒界腐食を防止する元素であり、1種または2種を下記範囲で含有させる。
Nb:0.1%以上0.8%以下
固溶したNbは強度を高めるとともに、炭窒化物を形成するので、Cr炭化物の生成を抑制し、その結果Cr欠乏層の生成を抑制するので粒界腐食を防止することができる。Nbは、耐食性を向上させる有用な元素であるが、含有量が 0.8%超になると冷間鍛造性が劣化する。従って、0.8%以下とした。また、0.1%未満では耐食性向上効果が得られ難いため下限を0.1%とした。好ましくは0.3%以上である。
Ti:0.05%以上0.5%以下
Tiは、Nbと同様、炭化物や窒化物を形成するので、Cr炭化物の生成を抑制し、その結果Cr欠乏層の生成を抑制するので粒界腐食を防止することができる。
Tiは、耐食性を向上させる有用な元素であるが、含有量が0.50%超になると冷間鍛造性が劣化する。従って、0.5%以下とした。また、0.05%未満であるとTiの効果を発現させることができないため、0.05%以上とした。
Sn:0.05%以上0.5%以下
Snは、酸中での活性溶解を抑制させる有用な元素であり、必要に応じて添加することが出来る。しかし、含有量が0.5%超になると熱間加工性が劣化する。また、延性が劣化して絞りが低下する。従って、0.5%以下とした。また、0.05%未満であるとSnの効果を発現させることができないため、添加する場合は0.05%以上とした。
その他、熱間加工性向上元素として、B:0.0001%以上0.01%以下、REM:0.01%以上0.5%以下、Ca:0.001%以上0.02%以下を添加することが出来る。また、脱酸効果を向上させる元素としてAl:0.001%以上0.5%以下、Zr:0.01%以上0.5%以下を添加しても良い。また、耐食性向上のためにV:0.01%以上0.5%以下、耐食性及び強度向上のためにCo:0.01%以上0.5%以下、脱酸及び組織微細化のためにMg:0.0001%以上0.01%以下をそれぞれ添加することが出来る。
次に、本発明のフェライト系ステンレス鋼線材が有する特性について説明する。まず、耐隙間腐食性について説明する。(1)式のCr+3.3Moは隙間腐食の発生に関する合金指標である。また、(2)式のNi+1.2Mo+1.8Cuは隙間腐食の進展に関する合金指標である。これらは実験により見出された指標であり、各種合金成分のマルチクレビス隙間形成材付隙間腐食試験片の塩水噴霧試験を行った結果、(1)式が19以上、且つ(2)式が3.0以上であれば隙間腐食による流れさびが発生し難いことが判明した。それぞれ、好ましい範囲は、20以上、3.5以上であり、更に好ましくは、21以上、4.0以上である。
Cr+3.3Mo≧19 ・・・(1)
Ni+1.2Mo+1.8Cu≧3.0 ・・・(2)
次に、捩りトルクに対する強度について説明する。本発明者らの検討によれば、捩りトルクに対する強度と引張強度は相関関係にあり、鋼線の引張強度が500N/mm2以上であれば、捩りトルクに対する強度が十分な値(後述する実施例における3.5N・m以上)になることが分かった。そこで、鋼線の引張強度を500N/mm2以上にするための条件を調査したところ、鋼線材や鋼線を製造する際の熱処理温度と、成分組成が影響することを見出した。成分組成に関しては以下の指標(Ts-cal)と相関があることを見出し、ねじとして十分な500N/mm2以上の強度を有するためには、Ts-cal.が450以上の必要があることが分かった。Ts-cal.が450未満では捩りトルクに対する強度不足を生じる。また、熱処理温度については、最終の熱処理を1100℃以下で行うことが必要である。つまり、後述する鋼線の製造方法において、伸線加工後に熱処理を行わない場合は、鋼線材を製造する際のインライン熱処理温度、伸線加工後に熱処理を行う場合は当該熱処理の温度を1100℃以下で行う必要がある。
Ts-cal.=28Ni+5Cr+24Mo+13Cu≧100 ・・・(3)
次に表面粗さを15μm以下とした理由について説明する。表面粗さは、表面美麗さの指標である。一般的に表面美麗さは、鋼板においては光沢度として測定され、定量化できるものであるが、本発明が対象とする鋼線や鋼線材においては、測定表面が円弧状となっているため、正確な測定値を得ることが出来ない。そのため、視覚的に光沢度が異なる鋼線試料を対比したところ、表面粗さ15μmを光沢良悪の判断基準とすることで、表面美麗さの指標とすることが可能であることが判明した。表面粗さの好ましい範囲は、10μm以下である。また、表面粗さは後述の絞りを制御するとともに、後述する製造条件を制御して整粒にすることで15μm以下にすることが出来る。
次に、鋼線材の絞りを60%以上に限定した理由について説明する。鋼線材の絞り値が60%以上の場合、伸線加工後の鋼線においても加工性が高く、成形後の表面粗さも小さいので冷間鍛造性及び成形後の表面の美麗さの目標を達成できる。望ましくは65%以上である。60%未満の場合、伸線加工後の鋼線の加工性が低くなり、成形途中で大きな割れが生じるなど成形そのものが難しくなる。絞りは大きいほど加工性が高く、成形後の表面も美麗になるため絞りの上限は規定しない。また、絞りを60%以上とするためには、上述した成分組成制御と、後述する製造条件が重要となる。
次に本発明の鋼線について説明する。本発明の鋼線は、上述してきた鋼線材を伸線して製造されるものである。一般的に行われている範囲の条件で製造することで、鋼線材としての特性を損なうことなく、鋼線として使用することが可能である。
次に本発明の鋼線材の製造方法について説明する。本発明の鋼線材は、図1の工程で製造することが出来る。即ち、線材圧延工程、熱処理工程、酸洗工程とを含む。本発明においては、該熱処理工程をインライン熱処理で行う点に特徴を有する。即ち、本発明では線材圧延工程において熱間圧延を行った後,900℃以上1100℃以下の温度でインライン熱処理を行う。線材圧延工程では減面率((ビレットの断面積)−(熱間圧延後の断面積))/(ビレットの断面積)が大きいため、全断面にわたって歪が導入される。熱間圧延に引き続き常温まで冷却することなく900℃以上1100℃以下の温度でインライン熱処理を施すことにより、熱間圧延で導入された歪が余熱で回復する前に歪を核とした再結晶が表層から中心部全体にかけて進行し、熱処理後は線材断面のミクロ組織が混粒のない整粒組織となり、しかも所定の結晶粒度(粒度番号No.5〜No.9)とすることができる。また、所定のインライン熱処理を施した線材は結晶粒径の小さい整粒組織であるため、線材の表面粗さが小さく美麗な表面とすることができる。900℃未満では再結晶が不十分であり、また、絞り値を60%以上とするためにも下限は900℃以上、望ましくは950℃超である。また、1100℃を超えると結晶が粗大粒となり、粒度番号がNo.5より小さくなるため上限を1100℃としている。なお、インライン熱処理時間は2〜10分が望ましい。また、ここでいう混粒とは、JIS G 0551(2005)(鋼-結晶粒度の顕微鏡試験方法)で規定される方法にて5視野測定し、1視野内において、最大頻度をもつ粒度番号の粒から3以上異なった粒度番号の粒が20%以上の面積を占める状態にあるもの、又は、視野間において3以上異なった粒度番号の視野が存在するもの、とする。
次に、本発明の鋼線の製造方法について説明する。本発明の鋼線は、前述してきた鋼線材を図1に示す伸線工程で伸線することにより、製造することが出来る。また、必要に応じて伸線工程後に熱処理工程やスキンパス伸線を導入することも出来る。これらの伸線条件、熱処理条件は、一般的に行われている条件範囲内で適宜設定すれば良い。前記条件範囲とは、伸線の減面率5%以上55%以下、熱処理900℃以上1100℃以下である。この範囲を外れた条件で処理すると、鋼線材として得られていた特性を損なう可能性がある。
また、本発明では、上述の製造方法において、延性に有害なラーフェス相の析出を抑制することで、絞りを更に向上させることが出来る。ラーフェス相の析出量は、公知の方法で測定できる鋼線材または鋼線のFe抽出残渣量に対応する。Fe残渣量が0.1%超であると延性が劣化し、絞りが低下する。そのため、Feの抽出残渣量を0.1%以下にすることが望ましい。更に好ましくは0.07%以下である。ラーフェス相は少ない程好ましく、焼鈍温度と冷却速度を調整することで、0%にすることが可能である。
焼鈍温度としては、850℃以上とすることが望ましい。つまり、鋼線材の段階で上記効果を得ようと思えば、上述したように鋼線材の製造にインライン熱処理が必要なため、900〜1100℃とすれば良い。また、鋼線の段階で上記効果を得るためには、伸線工程後の熱処理工程を省略する場合は鋼線材同様の条件にすれば良く、伸線工程後の熱処理工程を行う場合は、該熱処理を900〜1100℃の範囲で行えばよい。冷却速度は5℃/秒以上とすることが好ましい。更に好ましくは10℃/秒以上である。したがって、鋼線材の段階で上記効果を得るためには、インライン熱処理後の冷却速度を5℃/秒以上とすれば良い。また、鋼線の段階で上記効果を得るためには、伸線工程後の熱処理工程を省略する場合は鋼線材同様の条件にすれば良く、伸線工程後の熱処理工程を行う場合は、該熱処理後の冷却速度を5℃/秒以上とすれば良い。
図1に示すように、ビレット(直径178mm丸断面)−(1)線材圧延−(2)インライン熱処理−(3)酸洗−線材(直径5.5mm)の工程により線材を製造し、各線材について
線材(直径5.5mm)−(4)伸線−鋼線(直径4mm)の工程により鋼線を製造し、鋼線-(7)冷間鍛造−(8)転造(ねじ)−ねじ製品の工程でねじを製造した。ねじは、十字穴付きタッピントラスねじ(呼び径4mm)とした。
表1に、本発明と比較鋼のステンレス鋼線材、鋼線の化学成分を示す。
Figure 0006004653
Figure 0006004653
結晶粒度番号は、王水にてエッチングを行い、JIS G 0551(2005)(鋼-結晶粒度の顕微鏡試験方法)で規定される方法にて測定した。
鋼線材、鋼線の引張強度及び絞りについてはJIS Z 2241(金属材料引張試験方法)に準拠して実施した。
捩りトルクの測定については、JIS B 1054(1985)(ステンレス鋼製耐食ねじ部品の機械的性質)のねじり強さ試験に準拠して実施した。
冷間鍛造性については、各サンプルのサイズを揃えて10個を同一ねじ形状に冷間鍛造を行い、10個全てをねじ形状に成形できたものを合格、10個中1個でも加工中に破損が生じ、ねじ形状に成形できなかったものを不合格とした。
表面粗さは、JIS B 0633(2001)に準拠し、基準長さ2.5mmの条件にて測定した。表面の美麗さは表面粗さで評価し、評価長さ4mmのPt(断面曲線の最大断面高さ)が15μm以下を合格とした。
表1No.1〜No.23に、本発明の線材を示す。また、表2No.1〜No.23に本発明の鋼線を示す。
Figure 0006004653
Figure 0006004653
表3に伸線における減面率((伸線前断面の面積-伸線後断面の面積)/伸線前断面の面積×100(%))及び図1(5)の伸線工程後の熱処理を行うに際し、熱処理温度を変化させた場合の鋼線を示し、表3No.44〜No.46に本発明の鋼線を示す。いずれの鋼線についても、冷間鍛造性、表面の美麗さ、塩水噴霧試験による流れさび発生の評価において良好である。
表1No.24〜No.43,表2No.24〜No.43,及び表3No.47〜No.49に比較例を示す。
表1・表2No.24〜No.37に規定された成分範囲を外れた場合の比較例を示す。
表1・表2No.38〜No.43に、強度指標、腐食発生指標、腐食進展指標、インライン熱処理温度、結晶粒径のばらつき状況(整粒/混粒)、結晶粒度番号、絞りの規定範囲を超えた場合の比較例を示す。これらのうち、線材においては、線材の強度、表面粗さ、Fe残渣量のいずれかあるいは複数の評価において劣っている。鋼線においては、鋼線の強度、表面粗さ、Fe残渣量、ねじりトルク、冷間鍛造性、塩水噴霧試験による流れさび発生のいずれかあるいは複数の評価において劣っている。
また、表3No.47〜No.49に伸線後の熱処理温度において規定範囲を外れた場合の鋼線の比較例を示す。これらの鋼線においてはFe残渣量、ねじりトルク、表面粗さ、冷間鍛造性のいずれかあるいは複数の評価において劣っている。
以上の実施例から明らかなように、本発明により、高品質のねじが供給されるのみではなく,ワイヤー等の重なり部における緩い隙間においても優れた耐隙間腐食性を有しているので,ワイヤー等重なり部分を有する製品にも広く適用可能である。フェライト系ステンレス鋼線であるため合金量が節減でき、経済性の点で極めて有用である。

Claims (11)

  1. 質量%で、
    C :0.05%以下、
    Si:0.01%以上2.0%以下、
    Mn:2.0%以下、
    P:0.04%以下、
    S:0.03%以下、
    Cr:15.0%以上30.0%以下、
    N:0.025%以下を含有し、
    更に、
    Cu:0.1%以上3.0%以下
    Mo:0.05%以上5.0%以下
    Ni:0.05%以上5.0%以下
    の1種又は2種以上を含有し、
    更に、
    Nb:0.1%以上0.8%以下
    Ti:0.05%以上0.5%以下
    の1種又は2種を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなり、
    下式(1)〜(3)を満たし、且つ、表面粗さが15μm以下、絞り値が60%以上であることを特徴とするフェライト系ステンレス鋼線材。
    Cr+3.3Mo≧19 ・・・(1)
    Ni+1.2Mo+1.8Cu≧3.0 ・・・(2)
    28Ni+5Cr+24Mo+13Cu≧100 ・・・(3)
    但し、式中の元素記号は、当該元素の含有量(質量%)を意味する。
  2. 質量%で、更に
    B:0.0001〜0.01%、Ca:0.001〜0.02%、Al:0.001〜0.5%、REM:0.01〜0.5%、Mg:0.0001〜0.01%、V:0.01〜0.5%、Co:0.01〜0.5%、Zr:0.01〜0.5%、及びSn:0.05〜0.5%から1種以上を含有する請求項1に記載のフェライト系ステンレス鋼線材。
  3. 質量%で、Feの抽出残渣量が0.1%以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載のフェライト系ステンレス鋼線材。
  4. 質量%で、
    C :0.05%以下、
    Si:0.01%以上2.0%以下、
    Mn:2.0%以下、
    P:0.04%以下、
    S:0.03%以下、
    Cr:15.0%以上30.0%以下、
    N:0.025%以下を含有し、
    更に、
    Cu:0.1%以上3.0%以下
    Mo:0.05%以上5.0%以下
    Ni:0.05%以上5.0%以下
    の1種又は2種以上を含有し、
    更に、
    Nb:0.1%以上0.8%以下
    Ti:0.05%以上0.5%以下
    の1種又は2種を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなり、
    下式(1)〜(3)を満たし、且つ、表面粗さが15μm以下、引張強度が500N/mm 2 以上であることを特徴とする冷間鍛造性に優れたフェライト系ステンレス鋼線。
    Cr+3.3Mo≧19 ・・・(1)
    Ni+1.2Mo+1.8Cu≧3.0 ・・・(2)
    28Ni+5Cr+24Mo+13Cu≧100 ・・・(3)
    但し、式中の元素記号は、当該元素の含有量(質量%)を意味する。
  5. 質量%で、更に
    B:0.0001〜0.01%、Ca:0.001〜0.02%、Al:0.001〜0.5%、REM:0.01〜0.5%、Mg:0.0001〜0.01%、V:0.01〜0.5%、Co:0.01〜0.5%、Zr:0.01〜0.5%、及びSn:0.05〜0.5%から1種以上を含有する請求項4に記載の冷間鍛造性に優れたフェライト系ステンレス鋼線。
  6. 質量%で、Feの抽出残渣量が0.1%以下であることを特徴とする請求項4又は5に記載の冷間鍛造性に優れたフェライト系ステンレス鋼線。
  7. 線材圧延工程、熱処理工程、酸洗工程とを含むステンレス鋼線材の製造方法であって、該線材圧延工程において熱間圧延を行った後、常温まで冷却することなく該熱処理工程として900〜1100℃の温度でインライン熱処理を行うことを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載のフェライト系ステンレス鋼線材の製造方法。
  8. インライン熱処理後の冷却速度を5℃/秒以上とすることを特徴とする請求項7に記載のフェライト系ステンレス鋼線材の製造方法。
  9. 請求項1〜3の何れか1項に記載の鋼線材を、減面率5〜55%の範囲で伸線加工することを特徴とする、請求項4〜6の何れか1項に記載のフェライト系ステンレス鋼線の製造方法。
  10. 前記伸線加工後に900〜1100℃で熱処理する工程を有することを特徴とする請求項9に記載のフェライト系ステンレス鋼線の製造方法。
  11. 熱処理後の冷却速度を5℃/秒以上とすることを特徴とする請求項10に記載のフェライト系ステンレス鋼線の製造方法。
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