JP2007302991A

JP2007302991A - オーステナイト系ステンレス鋼

Info

Publication number: JP2007302991A
Application number: JP2007017521A
Authority: JP
Inventors: Toshiro Eto; 寿郎江渡; Tetsuya Shimizu; 哲也清水
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 2006-04-14
Filing date: 2007-01-29
Publication date: 2007-11-22

Abstract

【課題】冷間加工性および熱間加工性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼を提供すること。
【解決手段】Ｃ：０．０２０ｗｔ％以下、Ｓｉ：０．５０ｗｔ％以下、Ｍｎ：１．５０ｗｔ％未満、Ｐ：０．０５０ｗｔ％以下、Ｓ：０．００５ｗｔ％以下、Ｎｉ：８．０〜１２．０ｗｔ％、Ｃｒ：１６．０〜２０．０ｗｔ％、Ｃｕ：４．０〜６．０ｗｔ％、Ａｌ：０．００５ｗｔ％以下、Ｏ：０．０２０ｗｔ％以下、Ｎ：０．０４０ｗｔ％以下を含有し、残部が実質的にＦｅおよび不可避的不純物よりなり、かつ、下式（１）で規定されるＣ_ＳＬの値が０以上であるオーステナイト系ステンレス鋼とする。
Ｃ_ＳＬ＝（ｗｔ％Ｎｉ）−１．８４×（ｗｔ％Ｃｕ）−（ｗｔ％Ｍｎ）−７８×（ｗｔ％Ｎ）−（ｗｔ％Ｓ）−（ｗｔ％Ａｌ）−（ｗｔ％Ｏ）・・・（１）
【選択図】なし

Description

本発明は、オーステナイト系ステンレス鋼に関し、さらに詳しくは、ネジ、ボルト、ナットなどに用いて好適なオーステナイト系ステンレス鋼に関するものである。

従来、オーステナイト系ステンレス鋼としては、例えば、ＳＵＳＸＭ７などが知られている。このＳＵＳＸＭ７は、冷間加工性が比較的良好であるため、ネジやボルトなどの材料として用いられている。

上記ＳＵＳＸＭ７は、基本的には、代表的なオーステナイト系ステンレス鋼であるＳＵＳ３０４にＣｕを添加することにより、冷間加工性を向上させたものである。上記ＳＵＳＸＭ７は、具体的には、Ｃ：０．０８ｗｔ％以下、Ｓｉ：１．００ｗｔ％以下、Ｍｎ：２．００ｗｔ％以下、Ｐ：０．０４０ｗｔ％以下、Ｓ：０．０３０ｗｔ％以下、Ｎｉ：８．５〜１０．５ｗｔ％、Ｃｒ：１７．０〜１９．０ｗｔ％、Ｃｕ：３．０〜４．０ｗｔ％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなっている。

また、他のオーステナイト系ステンレス鋼としては、例えば、特許文献１に、Ｃ：０．０５ｗｔ％以下、Ｓｉ：０．５ｗｔ％以下、Ｍｎ：２．０ｗｔ％以下、Ｐ：０．０４５ｗｔ％以下、Ｓ：０．００５ｗｔ％以下、Ｎｉ：８．５〜１０．５ｗｔ％、Ｃｒ：１７．０〜１９．０ｗｔ％、Ｃｕ：４．０〜５．０ｗｔ％、Ｎ：０．０６０ｗｔ％以下を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなるオーステナイト系ステンレス鋼が開示されている。

特開平１１−１８１５５０号公報

ここで、上記ＳＵＳＸＭ７におけるＣｕの含有量は、その上限値が４．０ｗｔ％までとされている。これは、この化学成分系では、Ｃｕをこれ以上過剰に添加すると、熱間加工性が低下し、製造性が悪くなることが経験的に分かっているなどの理由による。

そのため、実際に上市されている他のＣｕ含有オーステナイト系ステンレス鋼も、そのＣｕ含有量の上限が３．９％までである。

このような状況下、本発明者らは、Ｃｕを４．０ｗｔ％以上添加して冷間加工性をより向上させつつ、かつ、それによっても熱間加工性を損ない難い、他の化学成分系のオーステナイト系ステンレス鋼を開発できるのではないか、と考えるに至った。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、冷間加工性および熱間加工性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明者らは、種々の実験を重ね、次のような知見を得ることができた。

すなわち、Ｃｕを過剰添加することによって熱間加工性が低下するのは、固溶しきらないＣｕが、熱間加工時の温度範囲で液体として晶出するためであった。

そうすると、Ｃｕを過剰添加するには、Ｃｕの固溶限を拡大するような合金設計が必要となる。

さらに、上記実験の結果、液体として晶出するＣｕは、必ずしも単体の純Ｃｕではなく、他の成分元素とＣｕとが結びついた、低融点のＣｕ化合物（共晶Ｃｕと考えられる）であることを突き止めた。

特に、Ｍｎは、Ｃｕと結びつきやすく、多量にＭｎを含有させるとＣｕの固溶限が狭くなる。また、酸化物、窒化物、硫化物などの介在物は、上記低融点Ｃｕ化合物が晶出する際の核となりやすい。したがって、Ｏ、Ｎ、Ｓの含有量なども、Ｃｕを過剰添加するときの重要な要素になりうる。

また、Ｃｕ含有量を増加していけば、冷間加工性を向上させ続けられるといったわけではなく、ある一定範囲を超えると、かえって冷間加工性が低下することも分かった。

以上のような知見に基づき、本発明者らは本発明を完成させるに至ったものである。

すなわち、本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼は、Ｃ：０．０２０ｗｔ％以下、Ｓｉ：０．５０ｗｔ％以下、Ｍｎ：１．５０ｗｔ％未満、Ｐ：０．０５０ｗｔ％以下、Ｓ：０．００５ｗｔ％以下、Ｎｉ：８．０〜１２．０ｗｔ％、Ｃｒ：１６．０〜２０．０ｗｔ％、Ｃｕ：４．０〜６．０ｗｔ％、Ａｌ：０．００５ｗｔ％以下、Ｏ：０．０２０ｗｔ％以下、Ｎ：０．０４０ｗｔ％以下を含有し、残部が実質的にＦｅおよび不可避的不純物よりなり、かつ、下式（１）で規定されるＣ_ＳＬの値が０以上であることを要旨とする。
Ｃ_ＳＬ＝（ｗｔ％Ｎｉ）−１．８４×（ｗｔ％Ｃｕ）−（ｗｔ％Ｍｎ）−７８×（ｗｔ％Ｎ）−（ｗｔ％Ｓ）−（ｗｔ％Ａｌ）−（ｗｔ％Ｏ）・・・（１）

ここで、上記ステンレス鋼は、Ｍｏ：０．１〜２．５ｗｔ％、および、Ｗ：０．１〜２．５ｗｔ％から選択される１種または２種以上をさらに含有していても良い。

また、上記ステンレス鋼は、Ｃａ：０．００１０〜０．０１００ｗｔ％、Ｍｇ：０．００１０〜０．０１００ｗｔ％、および、Ｂ：０．００１０〜０．０５００ｗｔ％から選択される１種または２種以上をさらに含有していても良い。

また、上記ステンレス鋼は、Ｔｉ：０．５０ｗｔ％以下、Ｎｂ：０．５０ｗｔ％以下、Ｖ：０．５０ｗｔ％以下、および、Ｚｒ：０．５０ｗｔ％以下から選択される１種または２種以上をさらに含有していても良い。

一方、本発明に係るネジ、ボルト、ナットは、それぞれ、上記ステンレス鋼より形成されてなることを要旨とする。

本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼は、特定成分の含有量が特定範囲内とされており、さらに、上記式（１）で規定されるＣ_ＳＬの値が０以上である。そのため、Ｃｕが４％以上過剰添加されていても、冷間加工性および熱間加工性に優れる。

これは、本発明による要件を満たすことで、Ｃｕ含有量の増加による冷間加工性の向上効果と、熱間加工時における低融点Ｃｕ化合物の晶出抑制効果とのバランスが適度に取れているためであると思われる。

また、本発明に係るネジ、ボルト、ナットは、上記ステンレス鋼より形成されているので、従来材を用いた場合に比較して、優れた製造性を有している。

以下、本発明の一実施形態について詳細に説明する。本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼（以下、「本ステンレス鋼」ということがある。）は、以下のような元素を含有し、残部が実質的にＦｅおよび不可避的不純物よりなり、特定の式により規定されるＣ_ＳＬの値が０ｗｔ％以上である。その添加元素の種類、成分範囲および限定理由などは、次の通りである。

（１）Ｃ：０．０２０ｗｔ％以下。
Ｃは、固溶強化元素であり、鋼の強度向上に寄与する。しかし、Ｃ含有量が多くなると、材料が硬くなり過ぎる、冷間加工時の変形抵抗が大きくなるなど、冷間加工性が低下する傾向が見られる。また、Ｃ含有量が多くなると、Ｃｒ炭化物が生成しやすくなり、Ｃｒが消費されて耐食性が低下する傾向が見られる。また、生成したＣｒ炭化物が破壊起点となって冷間加工時に割れが生じやすくなり、これによっても冷間加工性が低下する傾向が見られる。

よって、Ｃ含有量は、０．０２０ｗｔ％以下とする。好ましくは、０．０１８ｗｔ％以下、より好ましくは、０．０１６ｗｔ％以下とすると良い。

（２）Ｓｉ：０．５０ｗｔ％以下。
Ｓｉは、Ｃと同様に、固溶強化元素であり、鋼の強度向上に寄与する。また、脱酸剤としても作用する。しかし、Ｓｉ含有量が多くなると、材料が硬くなり過ぎる、冷間加工時の変形抵抗が大きくなるなど、冷間加工性が低下する傾向が見られる。

よって、Ｓｉ含有量は、０．５０ｗｔ％以下とする。好ましくは、０．３０ｗｔ％以下、より好ましくは、０．２５ｗｔ％以下とすると良い。

（３）Ｍｎ：１．５０ｗｔ％未満。
Ｍｎは、特にＣｕと結びつきやすい。そのため、Ｍｎ含有量が多くなると、Ｃｕの固溶限が狭くなる。また、熱間加工時に低融点Ｃｕ化合物が液体として晶出しやすくなり、熱間加工性が低下する傾向が見られる。また、ＭｎＳが生成しやすくなり、耐食性が低下する傾向も見られる。

よって、Ｍｎ含有量は、１．５０ｗｔ％未満とする。好ましくは、１．３０ｗｔ％以下、より好ましくは、０．８０ｗｔ％以下、最も好ましくは、０．８０ｗｔ％未満とすると良い。

一方、Ｍｎは、オーステナイト生成元素であるので、オーステナイト相の安定化にも寄与する。そのため、比較的高価な他のオーステナイト生成元素であるＮｉの代替にもなりうる。したがって、コストなどを考慮してＮｉ含有量とＭｎ含有量とのバランスを取っても良い。コスト低減効果を得るため、Ｍｎ含有量は、好ましくは、０．１０ｗｔ％以上、より好ましくは、０．３０ｗｔ％以上とすると良い。

（４）Ｐ：０．０５０ｗｔ％以下。
Ｐは、鋼材の不純物元素である。Ｐ含有量が多くなると、熱間加工性が低下する傾向が見られるので、少ない方が好ましい。しかし、必要以上の低減は、コストの上昇を招く。

よって、Ｐ含有量は、０．０５０ｗｔ％以下とする。好ましくは、０．０４０ｗｔ％以下、より好ましくは、０．０３０ｗｔ％以下とすると良い。

（５）Ｓ：０．００５ｗｔ％以下。
Ｓは、Ｐと同様に、鋼材の不純物元素である。Ｓ含有量が多くなると、ＭｎＳが生成しやすくなり、耐食性が低下する傾向が見られる。また、生成したＭｎＳが破壊起点となって冷間加工時に割れなどが生じやすく、冷間加工性が低下する傾向が見られる。また、生成したＭｎＳは、低融点Ｃｕ化合物が晶出する際の核となりやすく、これにより熱間加工性が低下する傾向が見られる。

よって、Ｓ含有量は、０．００５ｗｔ％以下とする。好ましくは、０．００４ｗｔ％以下、より好ましくは、０．００３ｗｔ％以下とすると良い。

（６）Ｎｉ：８．０〜１２．０ｗｔ％。
Ｎｉは、オーステナイト生成元素であり、オーステナイト相の安定化に寄与する。その効果を得るため、Ｎｉ含有量は、８．０ｗｔ％以上とする。好ましくは、９．０ｗｔ％以上、より好ましくは、１０．０ｗｔ％以上とすると良い。

一方、Ｎｉ含有量が多くなると、コストの上昇を招く。そのため、Ｎｉ含有量は、１２．０ｗｔ％以下とする。好ましくは、１１．５ｗｔ％以下、より好ましくは、１１．０ｗｔ％以下とすると良い。

（７）Ｃｒ：１６．０〜２０．０ｗｔ％。
Ｃｒは、耐食性、耐酸化性を向上させるのに必要な元素である。その効果を得るため、Ｃｒ含有量は、１６．０ｗｔ％以上とする。好ましくは、１６．５ｗｔ％以上、より好ましくは、１７．０ｗｔ％以上とすると良い。

一方、Ｃｒは、フェライト生成元素であるので、Ｃｒ含有量が多くなると、オーステナイト単相組織を維持し難くなる傾向が見られる。そのため、Ｃｒ含有量は、２０．０ｗｔ％以下とする。好ましくは、１９．５ｗｔ％以下、より好ましくは、１９．０ｗｔ％以下とすると良い。

（８）Ｃｕ：４．０〜６．０ｗｔ％。
Ｃｕは、基本的には、材料硬度を小さくする、冷間加工時の変形抵抗を小さくするなど、冷間加工性を向上させる元素である。その効果を得るため、Ｃｕ含有量は、４．０ｗｔ％以上とする。好ましくは、４．３ｗｔ％以上、より好ましくは、４．５ｗｔ％以上とすると良い。

一方、Ｃｕ含有量が多くなると、固溶化熱処理などを行っても、Ｃｕが晶出しやすくなり、耐食性が低下する傾向が見られる。また、Ｃｕ含有量を増加させればさせるほど、冷間加工性が向上するわけではなく、ある一定範囲を超えると、かえって冷間加工性が低下し、さらには、熱間加工性までもが低下する傾向が見られる。

よって、Ｃｕ含有量は、６．０ｗｔ％以下とする。好ましくは、５．５ｗｔ％以下、より好ましくは、５．０ｗｔ％以下とすると良い。

（９）Ａｌ：０．００５ｗｔ％以下。
Ａｌは、Ｓｉと同様に、脱酸剤として作用する。しかし、Ａｌ含有量が多くなると、Ｎと結びついて生成したＡｌＮが破壊起点となって冷間加工時に割れなどが生じやすくなり、冷間加工性が低下する傾向が見られる。また、生成したＡｌＮは、低融点Ｃｕ化合物が晶出する際の核となりやすく、これにより熱間加工性が低下する傾向が見られる。

よって、Ａｌ含有量は、０．００５ｗｔ％以下とする。好ましくは、０．００４ｗｔ％以下、より好ましくは、０．００３ｗｔ％以下とすると良い。

（１０）Ｏ：０．０２０ｗｔ％以下。
Ｏは、他の元素と結びついて酸化物を生成する。Ｏ含有量が多くなると、生成した酸化物が破壊起点となって冷間加工時に割れなどが生じやすくなり、冷間加工性が低下する傾向が見られる。また、生成した酸化物は、低融点Ｃｕ化合物が晶出する際の核となりやすく、これにより熱間加工性が低下する傾向が見られる。また、酸化物により耐食性が低下する傾向が見られる。

よって、Ｏ含有量は、０．０２０ｗｔ％以下とする。好ましくは、０．０１８ｗｔ％以下、より好ましくは、０．０１５ｗｔ％以下とすると良い。

（１１）Ｎ：０．０４０ｗｔ％以下。
Ｎは、固溶強化元素であり、Ｃ、Ｓｉと同様に、鋼の強度向上に寄与する。しかし、Ｎ含有量が多くなると、材料が硬くなり過ぎる、冷間加工時の変形抵抗が大きくなるなど、冷間加工性が低下する傾向が見られる。また、他の元素と結びついて生成した窒化物が破壊起点となって冷間加工時に割れなどが生じやすくなり、これによっても冷間加工性が低下する傾向が見られる。また、生成した窒化物は、低融点Ｃｕ化合物が晶出する際の核となりやすく、これにより熱間加工性が低下する傾向が見られる。

よって、Ｎ含有量は、０．０４０ｗｔ％以下とする。好ましくは、０．０３５ｗｔ％以下、より好ましくは、０．０３０ｗｔ％以下とすると良い。

ここで、本ステンレス鋼は、下式（１）で算出されるＣ_ＳＬの値が０ｗｔ％以上である。
Ｃ_ＳＬ［ｗｔ％］＝（ｗｔ％Ｎｉ）−１．８４×（ｗｔ％Ｃｕ）−（ｗｔ％Ｍｎ）−７８×（ｗｔ％Ｎ）−（ｗｔ％Ｓ）−（ｗｔ％Ａｌ）−（ｗｔ％Ｏ）・・・（１）

本ステンレス鋼では、Ｃｕの含有量をＳＵＳＸＭ７よりも増量しているので、Ｃｕの固溶限を拡大するため、Ｃｕの固溶に寄与する合金元素の添加量を適正化する必要がある。

上記（１）式によるＣ_ＳＬの値によれば、鋼中にＣｕが固溶しているか否かを概ね判断することが可能である。式中、Ｎｉは、Ｃｕの固溶限を増加させるので、係り方が正となっている。一方、Ｍｎ、Ｎ、Ｓ、Ａｌ、Ｏは、Ｃｕの固溶限を減少させるので、係り方が負となっている。また、Ｃｕの含有量が過度に多くなれば、Ｃｕが晶出しやすくなるので、係り方が負となっている。なお、各ｗｔ％元素の係数の大小は、Ｃｕの固溶限に対する寄与度合いを表している。

この（１）式によるＣ_ＳＬの値が０ｗｔ％以上であると、概ねＣｕが固溶しており、冷間加工性および熱間加工性に優れる。これに対し、Ｃ_ＳＬの値が０未満であると、Ｃｕが晶出しやすくなり、冷間加工性、熱間加工性の何れか一方またはその両方に劣る。

また、本ステンレス鋼は、（ｗｔ％Ｃ）＋（ｗｔ％Ｎ）の値が、好ましくは、０．０２５ｗｔ％以下、より好ましくは、０．０２３ｗｔ％以下であると良い。

（ｗｔ％Ｃ）＋（ｗｔ％Ｎ）の値、つまりＣ、Ｎ両者の合計ｗｔ％が上記範囲内にあれば、冷間加工時の変形抵抗が適切な範囲内に収まりやすいなどの利点があるからである。

また、本ステンレス鋼は、上述した元素に加えて、さらに、必要に応じて、ＭｏおよびＷから選択される１種または２種以上の元素を含有していても良い。ＭｏおよびＷの成分範囲およびその限定理由は、次の通りである。

（１２）Ｍｏ：０．１〜２．５ｗｔ％。
Ｍｏは、耐食性を向上させる元素である。その効果を得るため、Ｍｏ含有量は、好ましくは、０．１ｗｔ％以上、より好ましくは、０．１５ｗｔ％以上とすると良い。

但し、Ｍｏ含有量が多くなると、生成したＭｏ炭化物が破壊起点となって冷間加工時に割れなどが生じやすくなり、冷間加工性が低下する傾向が見られる。

よって、Ｍｏ含有量は、好ましくは、２．５ｗｔ％以下、より好ましくは、２．０ｗｔ％以下とすると良い。

（１３）Ｗ：０．１〜２．５ｗｔ％。
Ｗは、耐食性を向上させる元素である。その効果を得るため、Ｗ含有量は、好ましくは、０．１ｗｔ％以上、より好ましくは、０．１５ｗｔ％以上とすると良い。

但し、Ｗ含有量が多くなると、Ｍｏと同様に、生成したＷ炭化物が破壊起点となり、冷間加工時に割れなどが生じやすく、冷間加工性が低下する傾向が見られる。

よって、Ｗ含有量は、好ましくは、２．５ｗｔ％以下、より好ましくは、２．０ｗｔ％以下とすると良い。

また、本ステンレス鋼は、上述した元素に加えて、さらに、必要に応じて、Ｃａ、ＭｇおよびＢから選択される１種または２種以上の元素を含有していても良い。Ｃａ、ＭｇおよびＢの成分範囲およびその限定理由は、次の通りである。

（１４）Ｃａ：０．００１０〜０．０１００ｗｔ％。
Ｃａは、熱間加工性を向上させるのに有効な元素である。その効果を得るため、Ｃａ含有量は、好ましくは、０．００１０ｗｔ％以上、より好ましくは、０．００１５ｗｔ％以上とすると良い。

但し、Ｃａ含有量が多くなると、酸素と結びつき、酸化物を生成するため、耐食性、冷間加工性が低下する傾向が見られる。

よって、Ｃａ含有量は、好ましくは、０．０１００ｗｔ％以下、より好ましくは、０．００８０ｗｔ％以下とすると良い。

（１５）Ｍｇ：０．００１０〜０．０１００ｗｔ％。
Ｍｇは、Ｃａと同様に、熱間加工性を向上させるのに有効な元素である。その効果を得るため、Ｍｇ含有量は、好ましくは、０．００１０ｗｔ％以上、より好ましくは、０．００１５ｗｔ％以上とすると良い。

但し、Ｍｇ含有量が多くなると、酸素と結びつき、酸化物を生成するため、耐食性、冷間加工性が低下する傾向が見られる。

よって、Ｍｇ含有量は、好ましくは、０．０１００ｗｔ％以下、より好ましくは、０．００８０ｗｔ％以下とすると良い。

（１６）Ｂ：０．００１０〜０．０５００ｗｔ％。
Ｂは、熱間加工性を向上させるのに有効な元素である。その効果を得るため、Ｂ含有量は、好ましくは、０．００１０ｗｔ％以上、より好ましくは、０．００２０ｗｔ％以上とすると良い。

但し、Ｂ含有量が多くなると、酸素と結びつき、酸化物を生成するため、耐食性、冷間加工性が低下する傾向が見られる。

よって、Ｂ含有量は、好ましくは、０．０５００ｗｔ％以下、より好ましくは、０．０１００ｗｔ％以下とすると良い。

また、本ステンレス鋼は、上述した元素に加えて、さらに、必要に応じて、Ｔｉ、Ｎｂ、ＶおよびＺｒから選択される１種または２種以上の元素を含有していても良い。Ｔｉ、Ｎｂ、ＶおよびＺｒの成分範囲およびその限定理由は、次の通りである。

（１７）Ｔｉ：０．５０ｗｔ％以下。
Ｔｉは、固溶強化元素であり、鋼の強度向上に寄与する。しかし、Ｔｉ含有量が多くなると、冷間加工時の変形抵抗が大きくなるなど、冷間加工性が低下する傾向が見られる。

そのため、Ｔｉ含有量は、好ましくは、０．５０ｗｔ％以下、より好ましくは、０．４０ｗｔ％以下とすると良い。

（１８）Ｎｂ：０．５０ｗｔ％以下。
Ｎｂは、Ｔｉと同様に、固溶強化元素であり、鋼の強度向上に寄与する。しかし、Ｎｂ含有量が多くなると、冷間加工時の変形抵抗が大きくなるなど、冷間加工性が低下する傾向が見られる。

そのため、Ｎｂ含有量は、好ましくは、０．５０ｗｔ％以下、より好ましくは、０．４０ｗｔ％以下とすると良い。

（１９）Ｖ：０．５０ｗｔ％以下。
Ｖは、析出強化元素であり、鋼の強度向上に寄与する。しかし、Ｖ含有量が多くなると、冷間加工時の変形抵抗が大きくなるなど、冷間加工性が低下する傾向が見られる。

そのため、Ｖ含有量は、好ましくは、０．５０ｗｔ％以下、より好ましくは、０．４０ｗｔ％以下とすると良い。

（２０）Ｚｒ：０．５０ｗｔ％以下。
Ｚｒは、Ｖと同様に、析出強化元素であり、鋼の強度向上に寄与する。しかし、Ｚｒ含有量が多くなると、冷間加工時の変形抵抗が大きくなるなど、冷間加工性が低下する傾向が見られる。

そのため、Ｚｒ含有量は、好ましくは、０．５０ｗｔ％以下、より好ましくは、０．４０ｗｔ％以下とすると良い。

次に、本ステンレス鋼の製造方法の一例について説明する。本ステンレス鋼を得るには、例えば、以下のようにすれば良い。

上述した化学組成となるように各原料を秤量し、これらを、例えば、電気炉、高周波誘導炉などの溶解炉にて溶製した後、鋼塊に鋳造する。次いで、得られた鋼塊を、熱間加工し、所望の形状の鋼材とすれば、基本的には、本ステンレス鋼を得ることができる。

また、必要に応じて、得られた鋼材に対して、固溶化熱処理、冷間加工、時効処理などを行っても良い。

上記固溶化熱処理としては、具体的には、例えば、９５０〜１２５０℃の温度に加熱し、１０分〜２４時間保持した後、急冷する方法などを例示することができる。

上記時効処理は、具体的には、例えば、４００〜１０００℃、好ましくは、５００〜９００℃の温度で、１０分〜１００時間程度行うと良い。

以上説明した本ステンレス鋼の用途は、特に限定されるものではない。本ステンレス鋼の用途としては、具体的には、例えば、ネジ、ボルト、ナット、リベット、冷間または温間加工により成形される耐食性の求められる部材などを例示することができる。

以下、本発明を実施例を用いてより具体的に説明する。
１．オーステナイト系ステンレス鋼
表１〜表３に示す化学成分の合金を高周波誘導炉により溶製した後、５０ｋｇの塊状物に鋳造した。次いで、各塊状物を、１２００℃にて熱間鍛造することにより、直径６０ｍｍの丸棒をそれぞれ製造した。

次いで、得られた各丸棒に対して、１１００℃で１時間保持した後、水冷する固溶化熱処理を行った。

この本丸棒から各試験に適した試験片を採取し、以下の試験方法により、耐食性、冷間圧縮前後の硬さ（Ｈｖ）、冷間圧縮後の割れ発生率（％）、冷間圧縮歪が１の時の変形抵抗値（ＭＰａ）、熱間破断絞り（％）を測定した。なお、上記硬さ、割れ発生率、変形抵抗値は、冷間加工性を評価するためのものであり、上記熱間破断絞りは、熱間加工性を評価するためのものである。

＜耐食性＞
耐食性は、ＪＩＳＺ２３７１に準拠する塩水噴霧試験にて評価した。すなわち、各ステンレス鋼につき、直径１０ｍｍ×長さ５０ｍｍの丸棒試験片を準備した。次いで、試験片の表面をエメリー紙により番手＃４００まで研磨加工し、脱脂洗浄した。次いで、これら各試験片を温度３５℃、５％ＮａＣｌの塩水噴霧雰囲気中に９６時間保存した。次いで、保存後の各試験片につき、目視にて発錆の有無を確認した。その結果、発錆がなかったものを「Ａ」とし、発錆の面積率が３％未満のものを「Ｂ」とし、発錆の面積率が３％以上のものを「Ｃ」として評価した。

＜硬さ＞
硬さは、冷間圧縮前後の試験片につき、ビッカース硬さ（Ｈｖ）を測定することにより行った。

なお、冷間圧縮後のビッカース硬さは、いわゆる、端面拘束圧縮試験、すなわち、直径１５ｍｍ×長さ２２．５ｍｍの円柱試験片を、長さ方向に７５％冷間圧縮する試験を行い、その後の試験片について測定したものである。

＜割れ発生率＞
冷間圧縮後の割れ発生率（％）は、上記端面拘束圧縮試験を１０回行ったときの、亀裂が発生した試験片の割合である。

＜変形抵抗値＞
上記端面拘束圧縮試験の際に、圧縮荷重を負荷して得られる応力−歪曲線において、冷間加圧縮歪が１となるときの応力を、変形抵抗値（ＭＰａ）とした。

＜熱間破断絞り＞
熱間破断絞りは、高温高速引張試験（グリーブル試験）により測定した。すなわち、先ず、両端にＭ６のネジが切ってある、直径６ｍｍ×長さ５５ｍｍの丸棒試験片を準備した。

次いで、上記試験片を通電加熱して所定温度まで昇温し、この所定温度に６０秒間保持した後、クロスヘッドスピード５０．８ｍｍ／ｓで試験片を引っ張って破断させ、破断絞り（％）（くびれ度合い）を測定した。

この際、上記温度は、８００℃、８５０℃、９００℃、９５０℃、１０００℃、１０５０℃、１１００℃、１１５０℃、１２００℃、１２５０℃、１３００℃の１１水準とした。また、各水準の温度に達するまでの所要時間は、何れも１００秒とした。また、本試験は、各水準Ｎ＝１で行い、各水準について得られた破断絞りの平均値を熱間破断絞りの値として採用した。

なお、この熱間破断絞りは、その値が高いほど変形能があり、熱間加工性に優れることを示すものである。

表１〜表３に作製したステンレス鋼の化学成分を、表４〜表６に各試験結果を示す。

表４〜表６の試験結果を相対評価すると、次のことが分かる。

すなわち、本願に規定される条件を満たしていない、比較例１（Ｃ過剰）、比較例２（Ｓｉ過剰）、比較例３（Ｍｎ過剰、Ｃ_ＳＬ値＜０）、比較例４（Ｐ過剰）、比較例５（Ｓ過剰、Ｃ_ＳＬ値＜０）、比較例６（Ｃｒ不足）、比較例７（Ａｌ過剰、Ｃ_ＳＬ値＜０）、比較例８（Ｎ過剰、Ｃ_ＳＬ値＜０）、比較例９（Ｏ過剰、Ｃ_ＳＬ値＜０）、比較例１０（Ｃｕ不足）、比較例１１（Ｃｕ過剰）、比較例１２（Ｃｕ過剰、Ｃ_ＳＬ値＜０）、比較例１３〜１６（各成分範囲は満たすが、Ｃ_ＳＬ値＜０）は、耐食性、冷間加工性、熱間加工性のうち少なくとも１つ以上が劣っていることが分かる。

これらに対し、本願に規定される条件を満足する、実施例１〜４８は、耐食性、冷間加工性および熱間加工性の何れにも優れていることが分かる。

２．ネジ、ボルト、ナットの製造
次に、後述する表７〜表９に示すように、上記実施例および比較例に係る何れかの鋼種を、５．５ｍｍ線径に線材圧延し、１０５０℃で５分間溶体化処理したものを伸線加工により３．８５ｍｍの線径にし、さらにこれを１０５０℃で５分間溶体化処理して得た線材を各ヘッディングマシンで加工することにより、ネジ、ボルト、ナットを製造し、その冷間鍛造性を評価した。

この際、上記各部材の冷間鍛造性は、次のように評価した。

ネジについては、パンチ寿命、割れ発生率を評価した。上記パンチ寿命は、Ｍ５皿頭型小ネジ製造時に、パンチ摩耗によって十字穴寸法が規定範囲外となってパンチ交換するまでに製造することができたネジの個数を調べることにより評価した。また、上記割れ発生率は、据え込み加工時に、ネジ頭部割れ（亀裂）が発生した割合（サンプル数ｎ＝１０００）を求めることにより評価した。

また、ボルトについては、成型荷重、金型寿命を評価した。上記成型荷重は、Ｍ５六角ボルトネジを製造中、据え込み加工時にかかる成型荷重を測定（サンプル数ｎ＝２）することにより評価した。また、上記金型寿命は、頭部（つば部）の打ち抜き加工（トリミング）時に、金型パンチ交換までに製造することができたボルトの個数を調べることにより評価した。

また、ナットについては、成型荷重を評価した。上記成型荷重は、Ｍ５六角ナット（２種）を製造中、後方押出加工時にかかる成型荷重を測定（サンプル数ｎ＝２）することにより評価した。

以下の表７〜表９に各部材の評価結果を示す。

上記表７〜表９の結果を相対評価すると、次のことが分かる。

すなわち、ネジについては、実施例に係る鋼種を用いた方が、比較例に係る鋼種を用いた場合よりも、パンチ寿命が長く、かつ、割れ発生率も低い。このことから、実施例に係る鋼種を用いたネジは、優れた冷間鍛造性を有していることが確認できた。

同様に、ボルトについては、実施例に係る鋼種を用いた方が、比較例に係る鋼種を用いた場合よりも、成型荷重が低く、かつ、金型寿命も長い。このことから、実施例に係る鋼種を用いたボルトは、優れた冷間鍛造性を有していることが確認できた。

同様に、ナットについては、実施例に係る鋼種を用いた方が、比較例に係る鋼種を用いた場合よりも、成型荷重が低い。このことから、実施例に係る鋼種を用いたナットは、優れた冷間鍛造性を有していることが確認できた。

以上、本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼およびその用途について説明したが、本発明は、上記実施形態、実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改変が可能である。

Claims

Ｃ：０．０２０ｗｔ％以下、
Ｓｉ：０．５０ｗｔ％以下、
Ｍｎ：１．５０ｗｔ％未満、
Ｐ：０．０５０ｗｔ％以下、
Ｓ：０．００５ｗｔ％以下、
Ｎｉ：８．０〜１２．０ｗｔ％、
Ｃｒ：１６．０〜２０．０ｗｔ％、
Ｃｕ：４．０〜６．０ｗｔ％、
Ａｌ：０．００５ｗｔ％以下、
Ｏ：０．０２０ｗｔ％以下、
Ｎ：０．０４０ｗｔ％以下を含有し、残部が実質的にＦｅおよび不可避的不純物よりなり、かつ、下式（１）で規定されるＣ_ＳＬの値が０以上であることを特徴とするオーステナイト系ステンレス鋼。
Ｃ_ＳＬ＝（ｗｔ％Ｎｉ）−１．８４×（ｗｔ％Ｃｕ）−（ｗｔ％Ｍｎ）−７８×（ｗｔ％Ｎ）−（ｗｔ％Ｓ）−（ｗｔ％Ａｌ）−（ｗｔ％Ｏ）・・・（１）
Ｍｏ：０．１〜２．５ｗｔ％、および、
Ｗ：０．１〜２．５ｗｔ％、
から選択される１種または２種以上をさらに含有することを特徴とする請求項１に記載のオーステナイト系ステンレス鋼。
Ｃａ：０．００１０〜０．０１００ｗｔ％、
Ｍｇ：０．００１０〜０．０１００ｗｔ％、および、
Ｂ：０．００１０〜０．０５００ｗｔ％、
から選択される１種または２種以上をさらに含有することを特徴とする請求項１または２に記載のオーステナイト系ステンレス鋼。
Ｔｉ：０．５０ｗｔ％以下、
Ｎｂ：０．５０ｗｔ％以下、
Ｖ：０．５０ｗｔ％以下、および、
Ｚｒ：０．５０ｗｔ％以下、
から選択される１種または２種以上をさらに含有することを特徴とする請求項１から３の何れかに記載のオーステナイト系ステンレス鋼。
請求項１から４の何れかに記載のオーステナイト系ステンレス鋼より形成されたネジ。
請求項１から４の何れかに記載のオーステナイト系ステンレス鋼より形成されたボルト。
請求項１から４の何れかに記載のオーステナイト系ステンレス鋼より形成されたナット。