JP2020050916A - 冷間加工性に優れる高硬度・高耐食性用途のマルテンサイト系ステンレス鋼及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(1)質量%で、
C:0.12〜0.70%、
Si:0.1〜1.0%、
Mn:0.1〜1.5%、
S:0.01%以下、
P:0.05%以下、
Ni:1.5%以下、
Cr:10.5〜16.0%、
Mo:0.9〜3.0%、
N:0.14%以下、
Al:0.008%未満を含有し、
残部Feおよび不可避的不純物からなる化学成分を有し、
C+N/2:0.14%〜0.70%であり、
かつ、1.0μm以上の炭窒化物が1600μm2中に10個以上であり、Hv硬さが200以下であることを特徴とするマルテンサイト系ステンレス鋼。
(2)更に質量%で
O:0.004〜0.01%を含有し、
1〜5μmサイズの酸化物の平均Mn濃度が5〜35質量%であることを特徴とする前記(1)に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼。
(3)更に質量%で、
Cu:1.5%以下、
W:1.5%以下、
Co:1.5%以下、
B:0.01%以下、
Sn:0.3%以下、
Sb:0.3%以下の内、1種類以上を含有することを特徴とする前記(1)または(2)に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼。
(4)更に質量%で、
Nb:0.1%以下、
Ti:0.1%以下、
V:0.2%以下、
Ta:0.2%以下の内、1種類以上を含有することを特徴とする前記(1)〜(3)のいずれか1つに記載のマルテンサイト系ステンレス鋼。
(5)更に質量%で、
Mg:0.01%以下、
Ca:0.01%以下、
Hf:0.01%以下、
REM:0.01%以下の内、1種類以上を含有することを特徴とする前記(1)〜(4)のいずれか1つに記載のマルテンサイト系ステンレス鋼。
870℃よりも高く、C濃度と下記(a)式で表される炭化物の固溶温度:Tよりも20〜120℃低い温度範囲で1〜48hの熱処理を施し、引き続き平均60℃/h以下の冷却速度でTよりも250℃低い温度まで除冷することを特徴とする前記(1)〜(5)のいずれか1つに記載のマルテンサイト系ステンレス鋼の製造方法。
log(C) = −6100/(T+273) + 4 ・・・・・(a)
(a)式で「C」はC濃度(質量%)、「T」は炭化物の固溶温度(℃)を意味する。
脱酸生成物は熱間圧延時に分解・微細化するため軟化焼鈍時の素材の軟質化を抑制する。そのため、脱酸元素のMn量とO量,Al量規制や凝固条件等で脱酸生成物の組成を制御すると共に、脱酸生成物が転位や結晶粒界をピン止めせず、冷間加工割れを誘発しないサイズに制御することが軟質化を更に促進することができるので好ましい。以下にその要件について述べる。
鋼中のOが0.01%を超えると、脱酸生成物中の平均Mn濃度が35%を超え、平均直径が5μmを超える粗大な酸化物が生成するために冷間加工時に割れ等が発生し、冷間加工性が劣化する懸念がある。即ち、鋼中のO量を0.01%以下とすることにより、凝固時の脱酸生成物の平均直径を5μm以下に微細化することができる。
一方、鋼中のO量が0.004%未満の場合、微細な脱酸生成物(酸化物)中の平均Mn濃度が5%未満となり、微細な脱酸生成物が熱力学的に不安定となって熱間圧延時に1μm未満のサイズに分解・微細化が進んで、軟化焼鈍時に転位や結晶粒界の動きをピンニングして金属組織が微細構造のままになって軟化を阻害する懸念がある。好ましくは、0.005〜0.008%である。
Cuは、製品の耐食性を向上させるため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、1.5%を超えて含有させても、その効果は飽和し、冷間加工性を劣化させるため、含有量は1.5%以下とする。好ましくは、0.35%以下である。
Nb,Tiは、製品の靭性や耐食性を向上させるため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、0.1%を超えて含有させても、その効果は飽和するし、逆に粗大な炭窒化物を生成して冷間加工性が劣化させるため、含有量は0.1%以下とする。好ましくは、0.06%以下である。
Mg,Ca,Hf、REMは、脱酸生成物の熱力学的な安定度を増加して軟化焼鈍時の軟質化に効果があるため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、0.01%を超えて添加しても、その効果は飽和するし、逆に粗大な酸化物を生成して冷間加工性を劣化させるため、含有量を0.01%以下とする。好ましくは、0.005%以下である。
代表的な不可避的不純物としては、前述のP、Sに加え、Zn,Bi,Pb,Ge,Se,Ag,Se,Te等が挙げられ、通常、鉄鋼の製造プロセスで不可避的不純物として、0.1%程度の範囲で混入する。
また、任意添加元素について、代表的なものを上記(3)〜(5)で規定しているが、本明細書中に記載されていない元素であっても、本発明の効果を損なわない範囲で含有させることができる。
前記に記載の炭窒化物のサイズ・分散状態にして軟質化したステンレス鋼とするためには、軟化焼鈍処理として、870℃以上の高温で、かつ、下記(a)式で計算される炭化物の固溶温度:Tよりも20〜120℃低い温度範囲で1〜48hの保定熱処理を施し、引き続き平均60℃/h以下の冷却速度で徐冷することが好ましい。保定熱処理時間が1hよりも短いと炭窒化物サイズが微細となり、軟質化が期待できず、逆に48hよりも長いと効果は飽和するし、工業的に経済合理性を失う。そのため、保定熱処理時間を1〜48hに限定する。好ましい範囲は、2〜10hである。なお、(a)式でC量による炭化物の固溶温度を計算できる。
log(C) = −6100/(T+273) + 4 ・・・・・(a)
(a)式で「C」はC濃度(質量%)、「T」は炭化物の固溶温度(℃)を意味する。
150kgの真空溶解炉にて表1、表2に示す化学組成の鋼を溶解し、直径200mmの鋳型に鋳造した。その後、1200℃加熱後に熱間鍛造して直径70mmまで加工した。次に、800℃で1時間焼鈍し、直径66mmにピーリングした後、熱間圧延を想定して1150℃の熱間押し出しにより直径14mmの棒鋼に熱間加工、常温まで空冷した。その後、軟化焼鈍として、表1、表2に示す各温度で5hの保定熱処理を施し、20℃/hで650℃まで徐冷して製品のステンレス鋼とした。そして、軟質化状況、冷間加工性および炭窒化物や微細酸化物の状態に及ぼす成分の影響について調査した。表3、表4に調査結果について示す。
高硬度特性については、冷間加工後にT+50℃の温度から空冷の焼き入れを行い、Hv硬さ評価を行った。Hv500以上であれば本発明の要件を具備している。実施例において、焼き入れ後にHv500未満の場合に表4の備考欄に「焼き入れ硬さ不足」と記載した。
耐食性特性については、冷間加工後にT+50℃の温度から空冷の焼き入れを行い、表面を#500研磨後にJISの中性塩水噴霧試験で24hの塩水噴霧で耐食性評価を行い、赤錆が発生しなければ良好な耐食性を具備している。実施例において、赤錆びが発生した場合(端部除く)に表4の備考欄に「耐食性不足」と記載した。
次に、軟化焼鈍材の製造方法の影響を調査した。前述で製造した本発明鋼Cの熱間押し出し材のφ14mm棒鋼について、表5に示す種々の条件で軟化焼鈍を施し、軟質化、冷間加工性および炭窒化物の状態に及ぼす製造方法の影響について調査した。なお、軟化焼鈍時には微細酸化物の状態は変化しないため本項では調査は実施していない。表5に軟化焼鈍材の製造方法と調査結果を示す。
Claims (6)
- 質量%で、
C:0.12〜0.70%、
Si:0.1〜1.0%、
Mn:0.1〜1.5%、
S:0.01%以下、
P:0.05%以下、
Ni:1.5%以下、
Cr:10.5〜16.0%、
Mo:0.9〜3.0%、
N:0.14%以下、
Al:0.008%未満を含有し、
残部Feおよび不可避的不純物からなる化学成分を有し、
C+N/2:0.14%〜0.70%であり、
かつ、1.0μm以上の炭窒化物が1600μm2中に10個以上であり、Hv硬さが200以下であることを特徴とするマルテンサイト系ステンレス鋼。 - 更に質量%で、
O:0.004〜0.01%を含有し、
1〜5μmサイズの酸化物の平均Mn濃度が5〜35質量%であることを特徴とする請求項1に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼。 - 更に質量%で、
Cu:1.5%以下、
W:1.5%以下、
Co:1.5%以下、
B:0.01%以下、
Sn:0.3%以下、
Sb:0.3%以下の内、1種類以上を含有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼。 - 更に質量%で、
Nb:0.1%以下、
Ti:0.1%以下、
V:0.2%以下、
Ta:0.2%以下の内、1種類以上を含有することを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼。 - 更に質量%で、
Mg:0.01%以下、
Ca:0.01%以下、
Hf:0.01%以下、
REM:0.01%以下の内、1種類以上を含有することを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼。 - 軟化焼鈍処理として、
870℃よりも高く、C濃度と下記(a)式で表される炭化物の固溶温度:Tよりも20〜120℃低い温度範囲で1〜48hの熱処理を施し、引き続き平均60℃/h以下の冷却速度でTよりも250℃低い温度まで除冷することを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼の製造方法。
log(C) = −6100/(T+273) + 4 ・・・・・(a)
(a)式で「C」はC濃度(質量%)、「T」は炭化物の固溶温度(℃)を意味する。
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