JP5162954B2 - 高強度非磁性ステンレス鋼、並びに、高強度非磁性ステンレス鋼部品及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、高強度非磁性ステンレス鋼、並びに、高強度非磁性ステンレス鋼部品及びその製造方法に関し、さらに詳しくは、ドリルカラー、ばね、シャフト、ボルト、ネジ等に用いられる高強度非磁性ステンレス鋼、並びに、これを用いた高強度非磁性ステンレス鋼部品及びその製造方法に関する。

従来、ドリルを用いて石油掘削を行う場合において、地表から先端のドリルの位置などを磁気感知により特定・制御するために、ビット近くのドリルカラーに測定器が入れられる。その際に方位・傾斜を測定するには、地磁気の影響を遮断する必要があるので、ドリルカラーには非磁性鋼を用いる必要がある。
従来、これらの用途には、１３Ｃｒ−１８Ｍｎ−０．５Ｍｏ−２Ｎｉ−０．３Ｎ、１６．５Ｃｒ−１６Ｍｎ−１Ｍｏ−１．３Ｎｉ−０．５Ｃｕ−０．４Ｎなどの高Ｍｎ系非磁性ステンレス鋼が用いられてきた。また、非磁性に加えて、耐食性、応力腐食割れ、強度、靱性等が改良された各種の非磁性ステンレス鋼も開発されている。

例えば、特許文献１には、Ｃ：０．０４〜０．０６重量％、Ｍｎ：１９．３９〜１９．８３重量％、Ｃｒ：１９．６８〜２０．１２重量％、Ｎ：０．６１６〜０．６７４重量％、Ｍｏ：１．４４〜１．６２重量％、Ｎｉ：０〜２．９７重量％、及び、ＲＥＭ：０〜０．０６２重量を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる非磁性鉄基合金から構成される発電機用リテーニングリング材が開示されている。
同文献には、このような組成にすることによって、強度を損なうことなく、靱性及び耐食性が向上する点が記載されている。

また、特許文献２には、Ｃ：０．０４〜０．０６重量％、Ｓｉ：０．４９〜０．５８重量％、Ｍｎ：１９．３８〜１９．８７重量％、Ｎｉ：０〜２．８３重量％、Ｃｒ：１９．６５〜２０．１８重量％、Ｎ：０．６１２〜０．７０５重量％、ＲＥＭ：０．００５〜０．０７２重量％を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる非磁性鉄基合金から構成される発電機用リテーニングリング材が開示されている。
同文献には、ＲＥＭを添加することによって、靱性の低下が改善される点が記載されている。

また、特許文献３には、Ｃ：０．０２〜０．０３重量％、Ｎ：０．３４〜０．４４重量％、Ｓｉ：０．４８〜０．７０重量％、Ｃｒ：１６．５〜２２．０重量％、Ｎｉ：９．０〜１７．５重量％、Ｍｎ：４．５〜１３．２重量％を含み、かつ、Ｃｒ＋０．９Ｍｎ：２６．１〜３０．９重量％であり、残部が実質的にＦｅであり、清浄度が０．０２１〜０．０５４である極低温構造用オーステナイト系ステンレス鋼が開示されている。
同文献には、ＣｒとＭｎの複合添加によりＮの溶解度を増加させることができる点、並びに、Ｎを固溶させることによって極低温における耐力及び靱性が向上する点が記載されている。

また、特許文献４には、Ｃ：０．０５７〜０．１３５重量％、Ｓｉ：０．２１〜０．５０重量％、Ｍｎ：９．５０〜２０．１０重量％、Ｎｉ：０．９０〜５．８０重量％、１９．９８〜２０．９５重量％、Ｃｒ：１９．９８〜２１．００重量％、Ｍｏ：０．０５〜２．１５重量％、Ｎ：０．４０８〜０．６４０重量％を含み、残部がＦｅからなる鋼塊を所定の条件下で熱処理及び加工することにより得られる高強度非磁性鋼が開示されている。
同文献には、熱間鍛造後、１０００℃以上の温度で加工率１０％以上の加工を行うと、結晶粒が微細化する点、及び、引き続き６００〜１０００℃で加工率１０％以上の加工を行うと、結晶粒の微細化と炭窒化物の微細析出を図ることができる点が記載されている。

また、特許文献５には、Ｍｎ：２４．６〜２８．１重量％、Ｃｒ：１７．５〜１８．３重量％、Ｖ：１．０８〜１．５７重量％、Ｃ：０．０９〜０．１２重量％、Ｎ：０．４２〜０．６６重量％、Ｍｏ：２．１〜３．２重量％、Ｎｉ：３．６〜５．４重量％を含み、残部がＦｅ及び付随的不純物からなる高強度非磁性鋼が開示されている。
同文献には、合金元素を最適化することによって、非磁性で高強度、高耐食部材が得られる点が記載されている。

さらに、特許文献６には、Ｃ：０．０９〜０．１２重量％、Ｍｎ：２４．６〜２８．１重量％、Ｃｒ：１７．５〜１８．３重量％、Ｎｉ：３．６〜５．４重量％、Ｍｏ：２．１〜３．２重量％、Ｖ：１．２１〜１．５７重量％、Ｎ：０．４２〜０．６６重量％を含み、残部がＦｅ及び付随的不純物からなる合金で構成された電子力発電プラント用制御棒駆動装置が開示されている。
同文献には、合金元素を最適化することによって、Ｃｏを添加することなく、耐摩耗性、及び耐食性を向上させることができる点が記載されている。

特開平５−１９５１５５号公報 特開平５−１０５９８７号公報 特開昭６０−１３０６３号公報 特開昭５９−２０５４５１号公報 特開昭６１−１８３４５１号公報 特開昭６１−２１０１５９号公報

上述した各種の非磁性ステンレス鋼において、合金元素を最適化すると、強度や耐食性をある程度改善することができる。しかしながら、ここ最近、石油需要が非常に旺盛であり、掘削領域も多岐にわたっている。また、掘削領域の高深度化も進んでいる。そのため、これらの用途には、さらなる高強度、高耐食な材料が求められている。
さらに、一般に、材料が高強度化するに伴い、加工性も低下する。しかしながら、各種部品の製造コストを低減するためには、高い特性を維持したまま、加工性を向上させる必要がある。

本発明が解決しようとする課題は、強度、耐食性、及び加工性に優れた高強度非磁性ステンレス鋼、並びに、これを用いた高強度非磁性ステンレス鋼部品及びその製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明に係る高強度非磁性ステンレス鋼は、
０．０１≦Ｃ≦０．０６ｍａｓｓ％、
０．１０≦Ｓｉ≦０．５０ｍａｓｓ％、
２０．５≦Ｍｎ≦２４．５ｍａｓｓ％、
Ｐ≦０．０４０ｍａｓｓ％、
Ｓ≦０．０１０ｍａｓｓ％、
３．１≦Ｎｉ≦６．０ｍａｓｓ％、
０．１０≦Ｃｕ≦０．８０ｍａｓｓ％、
２０．５≦Ｃｒ≦２４．５ｍａｓｓ％、
０．１０≦Ｍｏ≦１．５０ｍａｓｓ％、
０．００１０≦Ｂ≦０．００５０ｍａｓｓ％、
Ｏ≦０．０１０ｍａｓｓ％、
０．６５≦Ｎ≦０．９０ｍａｓｓ％、及び、
０．００１≦Ａｌ≦０．１０ｍａｓｓ％
を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、
次の（１）〜（４）式を満たすことを要旨とする。
≪Ｐ．Ｉ≫＝[Ｃｒ]＋３．３×[Ｍｏ]＋１６×[Ｎ]≧３０ ・・・（１）
{Ｎｉ}／{Ｃｒ}≧０．１５ ・・・（２）
但し、{Ｎｉ}＝[Ｎｉ]＋[Ｃｕ]＋[Ｎ]、{Ｃｒ}＝[Ｃｒ]＋[Ｍｏ]
２．０≦[Ｎｉ]／[Ｍｏ]≦３０．０ ・・・（３）
[Ｃ]×１０００／[Ｃｒ]≦２．５ ・・・（４）

また、本発明に係る高強度非磁性ステンレス鋼部品は、本発明に係る高強度非磁性ステンレス鋼を用いたことを要旨とする。
さらに、本発明に係る高強度非磁性ステンレス鋼部品の製造方法は、本発明に係る高強度非磁性ステンレス鋼を、表面温度が５００〜９００℃で、かつ減面率が１５〜６０％の仕上げ加工を施すことを要旨とする。

本発明に係る高強度非磁性ステンレス鋼は、従来の材料に比べて、Ｃｒ量及びＭｎ量を増加させたので、Ｎ含有量を増加させることができる。そのため、従来の材料に比べて、高強度が得られる。
一方、Ｎ含有量を増加させることにより、オーステナイト単相組織を得ることが難しくなり、熱間加工性も低下する。しかしながら、本発明においては、Ｃｒ量及びＭｎ量を増加すると同時に、Ｎｉ量及びＢ量を最適化したので、高強度、高耐食性、及び非磁性を維持しながら、熱間加工性を向上させることができる。

以下、本発明の一実施の形態について詳細に説明する。
本発明に係る高強度非磁性ステンレス鋼は、以下のような元素を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる。成分元素の種類、その成分範囲、及び、その限定理由は、以下の通りである。

（１） ０．０１≦Ｃ≦０．０６ｍａｓｓ％。
Ｃは、オーステナイト形成元素として不可欠であり、強度に寄与する。そのためには、Ｃ含有量は、０．０１ｍａｓｓ％以上が好ましい。Ｃ含有量は、さらに好ましくは、０．０３ｍａｓｓ％以上である。
一方、Ｃ含有量が過剰になると、粗大な炭化物が晶出し、加工性及び耐食性が劣化する。従って、Ｃ含有量は、０．０６ｍａｓｓ％以下が好ましい。Ｃ含有量は、さらに好ましくは、０．０５ｍａｓｓ％以下である。

（２） ０．１０≦Ｓｉ≦０．５０ｍａｓｓ％。
Ｓｉは、鋼の脱酸剤として添加される。十分な脱酸効果を得るためには、Ｓｉ含有量は、０．１０ｍａｓｓ％以上が好ましい。Ｓｉ含有量は、さらに好ましくは、０．２０ｍａｓｓ％以上である。
一方、Ｓｉ含有量が過剰になると、靱性の低下を招き、鋼の熱間加工性を低下させる。従って、Ｓｉ含有量は、０．５０ｍａｓｓ％以下が好ましい。Ｓｉ含有量は、さらに好ましくは、０．４０ｍａｓｓ％以下である。

（３） ２０．５≦Ｍｎ≦２４．５ｍａｓｓ％。
Ｍｎは、鋼の脱酸剤として作用するだけでなく、Ｎ固溶量を増加させる作用がある。必要なＮ固溶量を確保するためには、Ｍｎ含有量は、２０．５ｍａｓｓ％以上が好ましい。Ｍｎ含有量は、さらに好ましくは、２１．０ｍａｓｓ％以上である。
一方、Ｍｎ含有量が過剰になると、耐食性を劣化させる。従って、Ｍｎ含有量は、２４．５ｍａｓｓ％以下が好ましい。Ｍｎ含有量は、さらに好ましくは、２３．０ｍａｓｓ％以下である。

（４） Ｐ≦０．０４０ｍａｓｓ％。
Ｐは、粒界に偏析し、粒界腐食感受性を高めるほか、靱性の低下を招く。そのため、Ｐ含有量は、低い方が望ましい。一方、必要以上の低減は、コストの上昇を招く。従って、Ｐ含有量は、０．０４０ｍａｓｓ％以下が好ましい。Ｐ含有量は、さらに好ましくは、０．０３０ｍａｓｓ％以下である。

（５） Ｓ≦０．０１０ｍａｓｓ％。
Ｓは、熱間加工性を低下させる。従って、Ｓ含有量は、０．０１０ｍａｓｓ％以下が好ましい。製造コストとの兼ね合いであるが、Ｓ含有量は、好ましくは、０．００５ｍａｓｓ％以下である。

（６） ３．１≦Ｎｉ≦６．０ｍａｓｓ％。
Ｎｉは、耐食性、特に還元性酸環境中での耐食性を向上させるのに有効である。また、Ｎｉ添加によって、固溶加熱処理時にオーステナイト単相組織が得られる。このような効果を得るためには、Ｎｉ含有量は、３．１ｍａｓｓ％以上が好ましい。Ｎｉ含有量は、さらに好ましくは、３．５ｍａｓｓ％以上である。
一方、Ｎｉ含有量が過剰になると、コストの上昇を招く。従って、Ｎｉ含有量は、６．０ｍａｓｓ％以下である。Ｎｉ含有量は、さらに好ましくは、５．０ｍａｓｓ％以下である。

（７） ０．１０≦Ｃｕ≦０．８０ｍａｓｓ％。
Ｃｕは、耐食性、特に還元性酸環境中の耐食性を向上させるために有効である。また、オーステナイト単相組織を得るためにも有効である。このような効果を得るためには、Ｃｕ含有量は、０．１０ｍａｓｓ％以上が好ましい。
一方、Ｃｕ含有量が過剰になると、熱間加工性を低下させる。従って、Ｃｕ含有量は、０．８０ｍａｓｓ％以下が好ましい。

（８） ２０．５≦Ｃｒ≦２４．５ｍａｓｓ％。
Ｃｒは、耐食性を確保する上で必須の元素であり、かつ、Ｎ固溶量を確保する作用がある。このような効果を得るためには、Ｃｒ含有量は、２０．５ｍａｓｓ％以上が好ましい。Ｃｒ含有量は、さらに好ましくは、２１．０ｍａｓｓ％以上である。
一方、Ｃｒ含有量が過剰になると、熱間加工性を害するとともに、靱性の低下を招く。従って、Ｃｒ含有量は、２４．５ｍａｓｓ％以下が好ましい。Ｃｒ含有量は、さらに好ましくは、２３．０ｍａｓｓ％以下である。

（９） ０．１０≦Ｍｏ≦１．５０ｍａｓｓ％。
Ｍｏは、必要な耐食性が得られ、強度をより向上させることができる。このような効果を得るためには、Ｍｏ含有量は、０．１０ｍａｓｓ％以上が好ましい。Ｍｏ含有量は、さらに好ましくは、０．５０ｍａｓｓ％以上である。
一方、Ｍｏ含有量が過剰になると、熱間加工性を害するほか、コストの上昇を招く。従って、Ｍｏ含有量は、１．５０ｍａｓｓ％以下である。Ｍｏ含有量は、さらに好ましくは、１．０ｍａｓｓ％以下である。

（１０） ０．００１０≦Ｂ≦０．００５０ｍａｓｓ％。
Ｂは、鋼の熱間加工性を向上させるのに有効な元素である。従って、Ｂ含有量は、０．００１０ｍａｓｓ％以上が好ましい。
一方、Ｂ含有量が過剰になると、ＢＮなどの窒化物を形成し、加工性を低下させる。従って、Ｂ含有量は、０．００５０ｍａｓｓ％以下が好ましい。Ｂ含有量は、さらに好ましくは、０．００３０ｍａｓｓ％以下である。

（１１） Ｏ≦０．０１０ｍａｓｓ％。
Ｏは、冷間加工性や疲労特性などに対して有害な酸化物を形成することから、極力低く抑制すべきである。そのためには、Ｏ含有量は、０．０１０ｍａｓｓ％以下が好ましい。製造コストとの兼ね合いであるが、Ｏ含有量は、さらに好ましくは、０．００７ｍａｓｓ％以下、さらに好ましくは、０．００５ｍａｓｓ％以下である。

（１２） ０．６５≦Ｎ≦０．９０ｍａｓｓ％。
Ｎは、非磁性、高強度、及び良好な耐食性を得るために添加される。このような効果を得るためには、Ｎ含有量は、０．６５ｍａｓｓ％以上が好ましい。Ｎ含有量は、さらに好ましくは、０．７０ｍａｓｓ％以上である。
一方、Ｎ含有量が過剰になると、Ｎブローを発生させる。従って、Ｎ含有量は、０．９０ｍａｓｓ％以下が好ましい。Ｎ含有量は、さらに好ましくは、０．８０ｍａｓｓ％以下である。

本発明に係る高強度非磁性ステンレス鋼は、上述した元素を含むことに加えて、以下の条件を満たしている必要がある。
（Ａ） ≪Ｐ．Ｉ≫
≪Ｐ．Ｉ≫は、耐食性の指標であり、次の（１）式を満たしている必要がある。≪Ｐ．Ｉ≫が大きいほど、耐食性が良好であることを示す。
≪Ｐ．Ｉ≫＝[Ｃｒ]＋３．３×[Ｍｏ]＋１６×[Ｎ]≧３０ ・・・（１）
十分な耐食性を得るためには、≪Ｐ．Ｉ≫は、３０以上が好ましい。より厳しい環境下においても使用できるようにするためには、≪Ｐ．Ｉ≫は、３５以上が好ましい。

（Ｂ） {Ｎｉ}／{Ｃｒ}
{Ｎｉ}／{Ｃｒ}は、オーステナイト相の安定性の指標であり、次の（２）式を満たしている必要がある。{Ｎｉ}／{Ｃｒ}が大きいほど、オーステナイトの安定性が高いことを示す。なお、{Ｎｉ}は、Ｎｉ当量を表し、{Ｃｒ}は、Ｃｒ当量を表す。
{Ｎｉ}／{Ｃｒ}≧０．１５ ・・・（２）
但し、{Ｎｉ}＝[Ｎｉ]＋[Ｃｕ]＋[Ｎ]、{Ｃｒ}＝[Ｃｒ]＋[Ｍｏ]
本発明においては、耐食性を十分確保するためにＣｒ、Ｍｏを添加するが、それに伴いオーステナイト相の安定性が低下する。従って、オーステナイト相の安定化を図るためには、それに見合うだけの{Ｎｉ}を増加させれば良い。オーステナイト相を安定化させるためには、{Ｎｉ}／{Ｃｒ}は、０．１５以上が好ましい。{Ｎｉ}／{Ｃｒ}は、さらに好ましくは、０．２０以上である。

（Ｃ） [Ｎｉ]／[Ｍｏ]
[Ｎｉ]／[Ｍｏ]は、オーステナイト相の安定性、耐食性等のバランスを表す尺度であり、次の（３）式を満たしている必要がある。
２．０≦[Ｎｉ]／[Ｍｏ]≦３０．０ ・・・（３）
Ｎｉは、オーステナイト相の安定性に必要な元素であり、Ｍｏは、耐食性に必要な元素である。Ｎｉ含有量が過剰になると、温間加工での加工硬化度を低下させ、強度減少を招く。一方、Ｎｉ含有量が少なすぎると、オーステナイト相が不安定となる。
また、Ｍｏ含有量が過剰になると、σ相形成による脆化を招く。一方、Ｍｏ含有量が少なすぎると、十分な耐食性が得られない。
以上のことから、[Ｎｉ]／[Ｍｏ]は、２．０〜３０．０が好ましい。[Ｎｉ]／[Ｍｏ]は、さらに好ましくは、３．０〜１５．０である。

（Ｄ） [Ｃ]×１０００／[Ｃｒ]
[Ｃ]×１０００／[Ｃｒ]は、耐食性の指標を表し、次の（４）式を満たしている必要がある。[Ｃ]×１０００／[Ｃｒ]が小さいほど、耐食性が良好であることを示す。
[Ｃ]×１０００／[Ｃｒ]≦２．５ ・・・（４）
Ｃは、Ｃｒと結合して炭化物を形成し、マトリックス中のＣｒ含有量を減少させ、耐食性の劣化を招く。良好な耐食性を維持するためには、[Ｃ]×１０００／[Ｃｒ]は、２．５以下が好ましい。[Ｃ]×１０００／[Ｃｒ]は、さらに好ましくは、２．０以下である。

本発明に係る高強度非磁性ステンレス鋼は、上述した元素に加えて、以下のいずれか１以上の元素をさらに含んでいても良い。
（１３） ０．０１≦(Ｎｂ、Ｖ、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆ)≦２．０ｍａｓｓ％。
Ｎｂ、Ｖ、Ｗ、Ｔａ、及びＨｆの添加は、炭化物又は炭窒化物を形成し、鋼の結晶粒を微細化し、靱性を高める効果がある。このような効果を得るためには、Ｎｂ、Ｖ、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆのいずれか１種又は２種以上の元素の含有量は、０．０１ｍａｓｓ％以上が好ましい。
一方、これらの元素の含有量が過剰になると、コスト上昇を招く。従って、これらの元素の含有量は、２．０ｍａｓｓ％以下が好ましい。これらの元素の含有量は、さらに好ましくは、１．０ｍａｓｓ％以下である。

（１４） ０．０００１≦(Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭ)≦０．０１００ｍａｓｓ％。
Ｃａ、Ｍｇ、及びＲＥＭは、鋼の熱間加工性を向上させるのに有効な元素である。このような効果を得るためには、Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭのいずれか１種又は２種以上の元素の含有量は、０．０００１ｍａｓｓ％以上が好ましい。これらの元素の含有量は、さらに好ましくは、０．００５０ｍａｓｓ％以上である。
一方、これらの元素の含有量が過剰になると、効果が飽和し、逆に熱間加工性を低下させる。従って、これらの元素の含有量は、０．０１００ｍａｓｓ％以下が好ましい。これらの元素の含有量は、さらに好ましくは、０．００５０ｍａｓｓ％以下である。

（１４） ０．００１≦Ａｌ≦０．１０ｍａｓｓ％。
Ａｌは、強力な脱酸元素であり、Ｏを極力低減するために、必要に応じて添加する。このような効果を得るためには、Ａｌ含有量は、０．００１ｍａｓｓ％以上が好ましい。
一方、Ａｌ含有量が過剰になると、熱間加工性を劣化させる。従って、Ａｌ含有量は、０．１０ｍａｓｓ％以下が好ましい。Ａｌ含有量は、さらに好ましくは、０．０５０ｍａｓｓ％以下、さらに好ましくは、０．０１０ｍａｓｓ％以下である。

（１５） ０．０１≦Ｃｏ≦２．０ｍａｓｓ％。
Ｃｏは、オーステナイト単相組織を得るために有効である。また、固溶強化による高強度化が図れ、弾性率、剛性率を上昇させる作用があるので、必要に応じて添加しても良い。このような効果を得るためには、Ｃｏ含有量は、０．０１ｍａｓｓ％以上である。
一方、Ｃｏ含有量が過剰になると、コストの大幅な上昇を招く。従って、Ｃｏ含有量は、２．０ｍａｓｓ％以下が好ましい。Ｃｏ含有量は、さらに好ましくは、０．５ｍａｓｓ％以下である。

次に、本発明に係る高強度非磁性ステンレス鋼部品及びその製造方法について説明する。
本発明に係る高強度非磁性ステンレス鋼部品は、本発明に係る高強度非磁性ステンレス鋼を用いたことを特徴とする。本発明が適用可能な部品としては、具体的には、石油掘削用のドリルカラー、ばね、ＶＴＲ用のガイドピン、モータ用のシャフト、ボルト、ネジなどがある。

本発明に係る高強度非磁性ステンレス鋼部品は、以下の手順により製造することができる。すなわち、まず、所定の組成に配合された原料を溶解鋳造する。次いで、鋳塊を熱間鍛造し、溶体化処理を行う。さらに、仕上げ加工を行うことにより、部品が得られる。この時、仕上げ加工を特定の条件下で行うと、部品を高強度化することができる。
一般に、仕上げ加工時の鋼材の表面温度が低すぎると、変形抵抗が大きくなり、加工が困難となる。従って、表面温度は、５００℃以上が好ましい。
一方、表面温度が高すぎると、加工中に歪みの開放が起こり、高い強度が得られない。従って、表面温度は、９００℃以下が好ましい。
また、仕上げ加工時の減面率が低すぎると、加工硬化が不十分となる。従って、減面率は、１５％以上が好ましい。
一方、減面率が高すぎると、変形抵抗が大きくなり、加工が困難となる。従って、減面率は、６０％以下が好ましい。

次に、本発明に係る高強度非磁性ステンレス鋼、並びに、高強度非磁性ステンレス鋼部品及びその製造方法の作用について説明する。
本発明に係る高強度非磁性ステンレス鋼は、従来の材料に比べて、Ｃｒ量及びＭｎ量を増加させたので、Ｎ含有量を増加させることができる。そのため、従来の材料に比べて、高強度が得られる。
一方、Ｎ含有量を増加させることにより、オーステナイト単相組織を得ることが難しくなり、熱間加工性も低下する。しかしながら、本発明においては、Ｃｒ量及びＭｎ量を増加すると同時に、Ｎｉ量及びＢ量を最適化したので、高強度、高耐食性、及び非磁性を維持しながら、熱間加工性を向上させることができる。
さらに、本発明に係る高強度非磁性ステンレス鋼を用いて部品を製造する場合において、特定の条件下で仕上げ加工を行うと、加工硬化により高強度を図ることができる。

（実施例１〜３、参考例４、実施例５〜１２、参考例１３、実施例１４、参考例１５、実施例１６〜１７、参考例１８、実施例１９〜２０、参考例２１、実施例２２〜２６、比較例１〜９）
［１． 試料の作製］
表１及び表２に示す化学成分を有する５０ｋｇ鋼塊を高周波誘導炉にて溶製し、熱間鍛造加工にて直径２０ｍｍの棒材を作製した。さらに、１０５０〜１１５０℃での溶体化処理を行った。その後、７００℃又は９００℃において、３０％の減面率の温間押出加工を実施した。

［２． 試験方法］
温間押出材を各種試験片に加工し、以下の試験を行った。
（１） 引張強さ、０．２％耐力、及び弾性率
引張強さ、０．２％耐力、及び弾性率は、ＪＩＳ４号試験片を用いて、ＪＩＳ−Ｚ２２４１に準拠して、それぞれ、引張荷重を加えた際の破断応力、０．２％の歪みが生じたときの応力、及び弾性領域内での傾き（弾性率）として求めた。
（２） 衝撃値
衝撃試験は、ＪＩＳ４号２ｍｍＶノッチ試験片を用いて、ＪＩＳ−Ｚ２２４２に準拠して試験を行った。
（３） 透磁率
透磁率は、外部磁界を２００[Ｏｅ]とし、ＶＳＭ法に従って測定した。
（４） 耐食性
耐食性は、ＪＩＳ−Ｇ０５７５（硫酸−硫酸銅腐食曲げ試験）に準拠し、硫酸−硫酸銅腐食液の中に２０ｍｍ×７０ｍｍ×５ｍｍｔの板状の試験片を浸漬させて曲げ試験を行った。曲げ角度は、１５０°とした。この結果、割れないものを「○」、割れが発生したものを「×」とした。
（５） 製造性
鋼塊時点での窒素ブローの有無を調査した。
また、熱間高速引張試験の１０００℃での絞りを測定し、絞りが６０％以上であるものを良好な加工性を有すると判断し、「○」と判定した。

［３． 試験結果］
表３及び表４に、試験結果を示す。
比較例１は、Ｎ量が過剰であるために、Ｎブローが発生した。比較例２は、Ｎ量が少ないために、強度が低く、透磁率も高い。比較例３は、Ｃｒが過剰であるために、透磁率が高く、耐食性も低い。比較例４は、Ｃｒ量が少ないために、Ｎブローが発生した。比較例５は、Ｂ量が過剰であるために、透磁率が高く、熱間加工性も悪い。比較例６は、Ｂが添加されておらず、{Ｎｉ}／{Ｃｒ}が低いために、透磁率が高く、熱間加工性も悪い。比較例７、８は、[Ｃ]×１０００／[Ｃｒ]が高いために、強度が低く、耐食性も悪い。比較例９は、Ｎ量が少なく、Ｐ．Ｉが低いために、強度が低く、耐食性も低い。
これに対し、実施例１〜３、実施例５〜１２、実施例１４、実施例１６〜１７、実施例１９〜２０、実施例２２〜２６は、成分元素が最適化されているために、高強度、高耐食性、及び非磁性を維持しながら、良好な熱間加工性が得られた。

以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態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。

本発明に係る高強度非磁性ステンレス鋼は、石油掘削用のドリルカラー、ばね、ＶＴＲ用のガイドピン、モータ用のシャフト、ボルト、ネジなどに用いることができる。

Claims (7)

1. ０．０１≦Ｃ≦０．０６ｍａｓｓ％、
   ０．１０≦Ｓｉ≦０．５０ｍａｓｓ％、
   ２０．５≦Ｍｎ≦２４．５ｍａｓｓ％、
   Ｐ≦０．０４０ｍａｓｓ％、
   Ｓ≦０．０１０ｍａｓｓ％、
   ３．１≦Ｎｉ≦６．０ｍａｓｓ％、
   ０．１０≦Ｃｕ≦０．８０ｍａｓｓ％、
   ２０．５≦Ｃｒ≦２４．５ｍａｓｓ％、
   ０．１０≦Ｍｏ≦１．５０ｍａｓｓ％、
   ０．００１０≦Ｂ≦０．００５０ｍａｓｓ％、
   Ｏ≦０．０１０ｍａｓｓ％、
   ０．６５≦Ｎ≦０．９０ｍａｓｓ％、及び、
   ０．００１≦Ａｌ≦０．１０ｍａｓｓ％
   を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、
   次の（１）〜（４）式を満たす高強度非磁性ステンレス鋼。
   ≪Ｐ．Ｉ≫＝[Ｃｒ]＋３．３×[Ｍｏ]＋１６×[Ｎ]≧３０ ・・・（１）
   {Ｎｉ}／{Ｃｒ}≧０．１５ ・・・（２）
   但し、{Ｎｉ}＝[Ｎｉ]＋[Ｃｕ]＋[Ｎ]、{Ｃｒ}＝[Ｃｒ]＋[Ｍｏ]
   ２．０≦[Ｎｉ]／[Ｍｏ]≦３０．０ ・・・（３）
   [Ｃ]×１０００／[Ｃｒ]≦２．５ ・・・（４）
2. さらに、Ｎｂ、Ｖ、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆのいずれか１種又は２種以上を０．０１〜２．０ｍａｓｓ％含む請求項１に記載の高強度非磁性ステンレス鋼。
3. さらに、Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭのいずれか１種又は２種以上を０．０００１〜０．０１００ｍａｓｓ％含む請求項１又は２に記載の高強度非磁性ステンレス鋼。
4. さらに、Ｃｏを０．０１〜２．０ｍａｓｓ％含む請求項１から３までのいずれかに記載の高強度非磁性ステンレス鋼。
5. 請求項１から４までのいずれかに記載の高強度非磁性ステンレス鋼を用いた高強度非磁性ステンレス鋼部品。
6. ドリルカラー、ばね、シャフト、ボルト、又はネジとして用いられる請求項５に記載の高強度非磁性ステンレス鋼部品。
7. 請求項１から４までのいずれかに記載の高強度非磁性ステンレス鋼を、表面温度が５００〜９００℃で、かつ減面率が１５〜６０％の仕上げ加工を施す高強度非磁性ステンレス鋼部品の製造方法。