JPH08199310A

JPH08199310A - 高強度マルテンサイト系ステンレス鋼部材の製造方法

Info

Publication number: JPH08199310A
Application number: JP672695A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Miyasaka; 明博宮坂
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1995-01-19
Filing date: 1995-01-19
Publication date: 1996-08-06
Anticipated expiration: 2018-06-30
Also published as: JP3422865B2

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は高強度マルテンサイト系ステンレス
鋼部材の製造方法に係り、さらに詳しくは高強度マルテ
ンサイト系ステンレス鋼部材を低コストで容易に製造す
る方法に関する。【構成】Ｓｉ：０．０１〜１．０％、Ｍｎ：０．０２
〜３．０％、Ｃｒ：７．５〜１４．０％、Ｃｕ：１．５
〜４．５％、Ｎｉ：０．２〜１．０％、Ａｌ：０．００
５〜０．５％を含有し、Ｃ、Ｎ、ＰおよびＳを低減した
鋼片を、１０５０〜１３００℃に加熱した後に、１０５
０℃以下における累積圧下量が６５％以上で、かつ圧延
終了温度を８００℃以上とし、少なくとも５００℃まで
を０．０５℃／秒未満の冷却速度で冷却し、冷間あるい
は温間で最終形状に加工した後に、焼入熱処理あるいは
焼入焼戻熱処理する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高強度マルテンサイト系
ステンレス鋼部材の製造方法に係り、さらに詳しくは例
えば、Ｃｒを７．５％以上を含有し、部材の加工段階で
は冷間あるいは温間における加工性が良く、最終製品で
は高強度であるマルテンサイト系ステンレス鋼部材を、
低コストかつ容易に製造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】マルテンサイト系ステンレス鋼は、耐食
性と高強度を満足できる材料として、既に広く使用され
ている。代表的なものとしては、ＪＩＳＧ４３０４あ
るいはＧ４３０５等に定められた、ＳＵＳ４０３、ＳＵ
Ｓ４１０、ＳＵＳ４２０Ｊ１、ＳＵＳ４２０Ｊ２、ＳＵ
Ｓ４２９Ｊ１、ＳＵＳ４４０Ａなどがある。しかし、こ
れらの鋼はいずれもマルテンサイト組織を得るためにＣ
を多量に含有しており、耐食性および靭性が劣るという
難点があった。

【０００３】また、これらの鋼はいずれもＣ量が高いた
めに、熱間圧延まま（熱間圧延後放冷）でも強度が非常
に高く、冷間あるいは温間における加工性や切削性が悪
いという難点があった。そのため、加工性が必要な場合
には、焼戻、焼入焼戻などの熱処理を施して強度を低下
させているが、かかる熱処理では強度が充分に低下しな
いために、熱処理を施してもなお冷間加工性が充分では
ない。従って、こうした鋼を用いて複雑な形状の部材を
製造するに際しては、塑性加工ではなく切削を主体とせ
ざるを得ず、多大なる時間と費用を要する。

【０００４】一方、高Ｃｒ鋼のＣ量を低減させ、Ｃに代
わる置換型オーステナイト生成元素を添加したマルテン
サイト系ステンレス鋼として、特開昭６２−５４０６３
号公報、特開平２−２４３７３９号公報、特開平２−２
４３７４０号公報、などが提案されている。しかし、こ
れらの鋼では、いずれもＮｉを多量に含有しており、か
つ通常の焼入焼戻熱処理による強度調整しか考慮されて
いないので、高強度材は製造が容易である反面、焼戻温
度で軟化挙動が制限されるために、強度を低下させるこ
とは困難であり、複雑な形状の部材の製造には、やはり
多大なる時間と費用を要する。

【０００５】特開平５−２５５７３６号公報には、成分
を限定した鋼を１１００℃以下の温度域で６５％以上の
加工度を加える、マルテンサイトステンレス鋼の製造方
法が提案されている。しかし、この方法においては、主
たる目的は管の鋸断あるいはブルームの鋸断のために必
要な程度に、管あるいはブルームを軟化させることにあ
って、マルテンサイト系ステンレス鋼の冷間加工性を考
慮したものではなく、強度、耐食性および溶接性のよう
な重要な特性を同時に得ることを目的としたものでもな
い。ましてやステンレス鋼部材の製造に適したものでは
ない。

【０００６】特開平６−１３６４９０号公報には、成分
を限定した鋼を７５０℃以上１１００℃以下の温度で、
全圧下量が６５％以上の加工度を加え、かつ冷却速度≦
０．１℃／ｓで冷却させた後に、再度オーステナイト化
温度で焼準化処理を行い、次にＡｃ₁点直下で焼き戻し
処理を行うマルテンサイトステンレス鋼の製造方法が提
案されている。しかし、この方法においては、中間製品
の鋸切断に必要な程度の軟化しか得られず、充分な冷間
加工性や製品としての必要特性を得ることは困難であ
る。

【０００７】一方、Ｃを０．２％以上含有し、Ｃｒを１
２〜１４％含有する高炭素マルテンサイト系ステンレス
鋼では、熱延条件とその後の冷却条件等を制御すること
によって、粗大なＣｒ炭化物を析出させてインラインで
軟化させることができることは良く知られている。しか
し、低Ｃ材においてはかかる技術は確立されていない。
また、高炭素マルテンサイトは衝撃靭性と耐食性が劣
り、溶接性が非常に悪いという難点がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこうした現状
に鑑みて、部材の形状に冷間あるいは温間加工すること
が容易で、かつ最終形状で高強度、高靭性、耐食性が得
られるマルテンサイト系ステンレス鋼部材を、低コスト
かつ容易に製造する方法を提供すること、を目的として
いる。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明が要旨とするとこ
ろは、下記（１）〜（８）にある。（１）重量％で、Ｓｉ：０．０１〜１．０％、Ｍ
ｎ：０．０２〜３．０％、Ｃｒ：７．５〜１
４．０％、Ｃｕ：１．５〜４．５％、Ｎｉ：０．
２〜１．０％、Ａｌ：０．００５〜０．５％、
を含有し、Ｃを０．０５％以下、Ｎを０．０３％以下、
Ｐを０．０３％以下、Ｓを０．０１％以下、に低減し、
残部はＦｅおよび不可避不純物からなる鋼片を、１０５
０〜１３００℃の温度に加熱した後に、１０５０℃以下
の温度における累積圧下量が６５％以上で、かつ圧延終
了温度が８００℃以上で熱間圧延を終了し、少なくとも
５００℃までを０．０５℃／秒未満の冷却速度で冷却し
て、金属組織がフェライト分率５０％以上からなる鋼と
した後、冷間あるいは温間で該鋼を所定の部材の形状に
加工した後に、焼入熱処理あるいは焼入焼戻熱処理し
て、マルテンサイトを主体とする金属組織とすることを
特徴とする高強度マルテンサイト系ステンレス鋼部材の
製造方法。

【００１０】（２）熱間圧延後の鋼が３００℃以下に
冷却された後であって、かつ部材形状に加工する前の段
階で、６００℃以上Ａｃ₁変態点以下の温度に再加熱す
る、前記（１）の高強度マルテンサイト系ステンレス鋼
部材の製造方法。（３）再加熱条件が下記の条件を満足する、前記
（２）の高強度マルテンサイト系ステンレス鋼部材の製
造方法。Ｔ×（log ｔ＋２１）≧２１０００ここで、Ｔは再加熱温度（Ｋ）、ｔは再加熱の保持時間
（min ）

【００１１】（４）部材の焼入条件が、８５０℃以上
１０５０℃以下の温度に再加熱して５min 以上保持した
後に３００℃以下まで冷却するものであり、焼戻条件
が、６００℃以上Ａｃ₁変態点以下の温度に再加熱して
５min 以上保持した後に冷却する前記（１）、（２）ま
たは（３）の高強度マルテンサイト系ステンレス鋼部材
の製造方法。（５）鋼片が付加成分としてさらに、重量％で、Ｍ
ｏ：３．０％以下、Ｗ：３．０％以下、の１種あるい
は２種以上を含有し、Ｍｏ＋０．５Ｗで表わされる合計
含有量は３．０％以下である前記（１）、（２）、
（３）あるいは（４）の高強度マルテンサイト系ステン
レス鋼部材の製造方法。

【００１２】（６）鋼片が付加成分としてさらに、重
量％で、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａの１種または２種
以上の合計含有量で１．０％以下を含有する前記
（１）、（２）、（３）、（４）または（５）の高強度
マルテンサイト系ステンレス鋼部材の製造方法。（７）鋼片のＣとＮの含有量が、重量％で、Ｃを０．
０１５％以下、Ｎを０．０１５％以下、に低減し、かつ
Ｃ＋Ｎの合計含有量が０．０２％以下、である前記
（１）、（２）、（３）、（４）、（５）または（６）
の高強度マルテンサイト系ステンレス鋼部材の製造方
法。

【００１３】（８）鋼片の成分が、下記の式で与えら
れるＭＣ値（［％Ｘ］は重量％で表わした元素Ｘの含有
量）が０以上である、前記（１）、（２）、（３）、
（４）、（５）、（６）または（７）の高強度マルテン
サイト系ステンレス鋼部材の製造方法。ＭＣ値＝８０＋４２０［％Ｃ］＋４４０［％Ｎ］＋３０（［％Ｎｉ］＋［％Ｃｕ］＋［％Ｃｏ］）＋１５［％Ｍｎ］ −１２（［％Ｓｉ］＋［％Ｃｒ］＋［％Ｍｏ］）−２４［％Ｎｂ］ −４８（［％Ｖ］＋［％Ｔｉ］＋［％Ａｌ］）−６［％Ｗ］

【００１４】

【作用】以下に、本発明において各成分の範囲を限定し
た理由を述べる。なお、本発明において％は、特に明記
しない限り、重量％を意味する。Ｓｉ：Ｓｉは、Ｃｒを７．５〜１４．０％含有する鋼
に、脱酸剤および強化元素として添加することが有効で
あるが、含有量が０．０１％未満ではその脱酸効果が充
分ではなく、１．０％を超えて含有させてもその効果は
飽和するばかりか加工性と衝撃靭性を低下させるので、
Ｓｉの含有量範囲は０．０１〜１．０％に限定する。

【００１５】Ｍｎ：Ｍｎは、Ｃｒを７．５〜１４．０
％含有する鋼の脱酸剤および強化元素として必要で、
０．０２％以上を含有させる必要がある。また、Ｍｎは
高温におけるオーステナイト組織を安定にする上でも有
用な元素である。しかし、３．０％を超えて含有させて
も、その効果はもはや飽和しているばかりか、過剰にＭ
ｎを含有させることは製鋼上の困難を招くので、上限含
有量は３．０％とする。

【００１６】Ｃｒ：Ｃｒは、マルテンサイト系ステン
レス鋼が目的とする耐食性を確保するために、７．５％
以上を含有させることが必要であるが、１４．０％を超
えて含有させると、コストをいたずらに上昇させるばか
りではなく、高温でオーステナイト相を確保することが
困難になる。従って、Ｃｒの含有量は７．５〜１４．０
％とする。

【００１７】Ｃｕ：Ｃｕは、ＣとＮを低減した高Ｃｒ
含有鋼に添加して、高温における金属組織をオーステナ
イト単相とするためにも、必要かつ有用な元素である。
Ｃｕの含有量が１．５％未満では、高温でオーステナイ
トが安定ではなく、フェライトが生成しやすくなる。熱
間加工時にフェライトが既に生成し、オーステナイト中
に混在していると、熱間加工性を低下させる上に、冷却
後の衝撃靭性が著しく低下する。高温での金属組織をオ
ーステナイト単相とするために、Ｃｕは１．５％以上添
加しなければならない。一方、Ｃｕを４．５％を超えて
添加すると、熱間加工後に冷却速度を制御して冷却した
としても、フェライト変態させることが困難になるの
で、Ｃｕの上限含有量は４．５％とする。

【００１８】Ｎｉ：Ｎｉは強度と靭性を確保する目的
で０．２％以上を添加する。Ｎｉが０．２％未満では、
部材の段階で焼入熱処理あるいは焼入焼戻熱処理を施し
たとしても、マルテンサイト系ステンレス鋼としての強
度が充分ではない。一方、１．０％を超えてＮｉを添加
すると、熱間圧延条件および熱間加工後の冷却速度をい
かに制御しても、フェライト変態させることが困難、従
って冷間加工性が低下するので、Ｎｉの上限含有量は
１．０％とする。なお、Ｎｉ含有量を０．２％未満とし
た場合にも、熱延条件の制御で軟化が可能である。しか
し、この場合には、部材形状に加工した後に焼入熱処理
あるいは焼入焼戻熱処理しても高強度が得にくい。かか
る場合には、従来からのフェライト系ステンレス鋼に比
べてあまりメリットが無い。

【００１９】Ａｌ：Ａｌは、脱酸剤として０．００５
％以上の添加が必要である。しかし、０．５％を超えて
添加すると、粗大な酸化物系介在物を形成して耐食性を
低下させるので、上限含有量は０．５％とする。Ｃ：Ｃは、Ｃｒと炭化物を形成して靭性および耐食性
を低下させ、また溶接性を低下させるので、Ｃの含有量
は０．０５％以下に限定する。熱間加工後の靭性、溶接
熱影響部の衝撃靭性および低硬度、等を必要とする場合
には、Ｃを０．０３％以下とするとより好ましい。

【００２０】Ｎ：Ｎも、Ｃｒと結合して耐食性を低下
させるので、Ｎの含有量は０．０３％以下に限定する。
熱間加工後の靭性、溶接熱影響部の衝撃靭性および低硬
度、等を必要とする場合には、Ｎを０．０２％以下とす
るとより好ましい。さらに、部材が溶接構造物であっ
て、溶接熱影響部の硬さを低減し、溶接性を改善する必
要が特に高い場合には、Ｃ含有量は０．０１５％以下、
Ｎ含有量は０．０１５％以下とし、Ｃ＋Ｎ合計含有量を
０．０２％以下とすることがより好ましい。

【００２１】Ｐ：Ｐは多量に存在すると靭性と溶接性
を低下させるので、少ない方が望ましく、０．０３％以
下に低減することが必要であり、少ないほど好ましく、
より好ましくは０．０１８％以下とする。Ｓ：Ｓも多量に存在すると、熱間加工性、延性および
耐食性を低下させるので、少ない方が望ましく、０．０
１％以下に低減することが必要であり、より好ましくは
０．００５％以下とする。

【００２２】以上が、本発明が対象とする鋼の基本的成
分であるが、本発明においては必要に応じて、さらに以
下の元素を添加して、特性を一段と向上させた鋼も対象
としている。Ｍｏ、Ｗ：Ｍｏ、Ｗは、Ｃｒを７．５〜１４．０％含
有する鋼に添加して、耐食性を改善する効果があるが、
いずれも３．０％を超えて添加しても、その効果はもは
や飽和する。両元素単独の含有量が３．０％を超える
と、あるいはＭｏ＋０．５Ｗで表わされる合計含有量が
３．０％を超えると、熱間加工性や高温における組織安
定性を確保するために、Ｎｉ、Ｍｎ等の合金元素を上記
の上限量を超えて、さらに多量に含有させなければなら
なくなり、熱延条件やその後の冷却条件の制御で、鋼中
のフェライト量、従って冷間加工性を確保することが困
難になる。従って、ＭｏおよびＷの上限含有量は３．０
％以下とし、かつＭｏ＋０．５Ｗで表わされる合計含有
量も３．０％以下とする。

【００２３】Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａ：Ｎｂ、
Ｖ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａは、Ｃｒを７．５〜１４．０％含
有する鋼に添加すると、加工性と耐食性を改善する効果
もあるので、添加が有効である。しかし、過剰に添加し
てもこれらの効果は飽和するのに対して、母材の靭性を
低下させるので、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａの１種ま
たは２種以上の合計含有量が１．０％を超えないものと
する。

【００２４】特に優れた母材靭性を必要とする場合に
は、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａの１種または２種以上
の合計含有量は０．５％を超えないことが好ましい。一
方、溶接熱影響部の硬さを充分に低下させるため、ある
いは加工性を一段と改善するためには、Ｎｂ、Ｖ、Ｔ
ｉ、Ｚｒ、Ｔａの１種または２種以上の合計含有量が、
０．１％以上であることが好ましい。

【００２５】さらに本発明では各元素の含有量の組み合
わせとして、下記の式で定義されるＭＣ値が０以上であ
ることがより好ましい。ＭＣ値＝８０＋４２０［％Ｃ］＋４４０［％Ｎ］＋３０（［％Ｎｉ］＋［％Ｃｕ］＋［％Ｃｏ］）＋１５［％Ｍｎ］ −１２（［％Ｓｉ］＋［％Ｃｒ］＋［％Ｍｏ］）−２４［％Ｎｂ］ −４８（［％Ｖ］＋［％Ｔｉ］＋［％Ａｌ］）−６［％Ｗ］ここで、［％Ｘ］は重量％で表わした場合の元素Ｘの含
有量を示している。

【００２６】ＭＣ値は、本発明者らがマルテンサイト系
ステンレス鋼としての特性、特に母材強度、母材および
溶接熱影響部の衝撃靭性を得るために必要な、最適成分
組成および組み合わせについて詳細に検討した結果に基
づく知見であって、ＭＣ値が０未満では、高温において
δフェライトが生成する可能性がある。熱間圧延域でδ
フェライトが多量に存在すると、鋼の衝撃靭性および強
度が低下する。これを回避するためには、ＭＣ値を０以
上としておけば、高温でδフェライトが生成することは
なく、熱間加工温度域で実質的にオーステナイトからな
る組織が得られる。

【００２７】このオーステナイト組織を制御された熱間
加でフェライト変態させることによって、常温における
加工性を確保することができる。また、ＭＣ値を０以上
としておけば、部材形状に加工した後に焼入焼戻熱処理
することによって、部材として高強度、高靭性、高耐食
性を同時に達成することができる。ＭＣ値が０未満で
は、部材形状で焼入熱処理あるいは焼入焼戻熱処理した
としても、強度が不足したり、靭性が低下する場合があ
る。

【００２８】本発明が対象とする鋼においては、上記の
成分の他に、スクラップ等からの混入不純物として、あ
るいは靭性や加工性などを調整する目的で、Ｃｏ、Ｂ、
Ｈｆなどを含有することができる。あるいはさらに、熱
間加工性や耐食性の改善等を目的として、希土類元素
（ＲＥＭ）、Ｃａ、Ｍｇなどを含有させることも可能で
ある。これらの元素を添加したとしても、本発明方法の
範囲を逸脱するものではない。なお、ここで希土類元素
とは原子番号が５７〜７１番および８９〜１０３番の元
素およびＹを指す。

【００２９】また、本発明では酸素の含有量は特に限定
はしていないが、酸素は酸化物系非金属介在物を生成す
る根源となる不純物であるから、少ないほど好ましいの
は当然であり、０．００４％以下とするとより好まし
い。

【００３０】次に、本発明の工程とその限定理由を説明
する。本発明においては、鋼の組成と熱間圧延条件、冷
却条件、熱処理条件等を精密に選択・制御することによ
って、高温での熱間加工時にはオーステナイトを主体と
する組織とし、冷却後にフェライトを多量に生成させて
加工性の優れた鋼とした上で、部材としての最終形状に
冷間あるいは温間で加工し、最終形状で熱処理してマル
テンサイト主体の組織とすることで高強度かつ高靭性の
部材を製造するものである。

【００３１】鋼片加熱温度：鋼片をその中心部まで均一
に加熱して、熱間圧延における熱間加工性を確保する必
要がある。しかし、１３００℃を超えて加熱すると、酸
化スケール生成による材料損失が著しくなって、製造歩
留が低下するため好ましくない。一方、加熱温度が１０
５０℃未満では、熱間圧延における変形抵抗が大きくな
りすぎるので好ましくない。従って、鋼片加熱温度は１
０５０〜１３００℃とする。

【００３２】熱間圧延：熱間圧延は、通常の厚板圧延プ
ロセス、ホットコイル圧延プロセス、あるいは棒・線の
圧延プロセスを用いることができる。ホットコイルの場
合は、圧延可能サイズや強度部材としての適性から、板
厚は２．０mm以上２５．４mm以下とする。

【００３３】熱間圧延条件：熱間圧延後の冷却におい
て、金属組織を実質的にフェライトからなる鋼とするた
めには、金属組織が実質的にオーステナイト単相である
温度領域で熱間圧延を完了し、かつ１０５０℃以下の温
度における累積圧下量を６５％以上としなければならな
い。１０５０℃を超える高温での圧下には、その後の冷
却途中でフェライト変態を促進する効果がない。オース
テナイト域で熱延が終了した鋼を充分にフェライト変態
させるためには、低温、即ち１０５０℃以下の温度にお
ける累積圧下量を、６５％以上とする必要があるためで
ある。１０５０℃以下における累積圧下量が６５％未満
の場合には、熱間加工によるフェライト変態促進効果が
充分ではなく、オーステナイトの大部分がマルテンサイ
トに変態してしまい、常温での加工性が不足する。

【００３４】一方、熱延温度が低すぎると、熱延途中に
フェライト変態が始まって、フェライトが熱間加工され
て靭性が低下するか、あるいは鋼の温度がフェライト変
態可能な温度よりも低くなってしまうために、フェライ
ト変態が実効的に進行しなくなる。したがって、熱間圧
延は８００℃以上で終了しなければならない。さらに、
熱間圧延後により安定してフェライト組織を得るために
は、１０５０℃以下における累積圧下量を７５％以上と
するか、１０００℃以下における累積圧下量を６５％以
上とすると、より好ましい。

【００３５】冷却条件：熱間圧延が終了した鋼、あるい
は熱間圧延後巻き取ったホットコイルを冷却するに際し
ては、少なくとも５００℃までを０．０５℃／秒未満の
冷却速度で冷却しなければならない。これは、熱間加工
されたオーステナイトを、充分にフェライト変態させる
ためである。冷却速度が０．０５℃／秒以上では、熱間
加工されたオーステナイトであっても、変態後の組織は
マルテンサイトが主体となって、常温での加工性が低下
する。

【００３６】一方、本発明方法が対象とする鋼では、熱
間加工されたオーステナイトからのフェライト変態は５
００℃までには完了しているので、５００℃未満ではい
かなる冷却速度としても良い。設備、生産性、等を考慮
して、徐冷しても良いし、５００℃未満では急冷しても
良い。

【００３７】鋼板を徐冷するに際しては、１枚ごとに保
熱して徐冷しても良いが、２枚以上の複数の鋼板を重ね
た上で、徐冷カバー等をかぶせて徐冷すると効率的であ
る。ホットコイルの場合も、ホットコイル１本ごとに保
熱カバー等をかぶせて徐冷しても良いし、複数のホット
コイルを重ねて、あるいは横に並べて、ひとつの保熱カ
バーで複数コイルを徐冷すると効率的である。冷間加工
あるいは温間加工における加工性を充分なものとするた
めには、冷却後の金属組織におけるフェライト分率が５
０％以上であることが好ましい。

【００３８】再加熱：熱間加工されたオーステナイトか
ら変態したフェライトの強度を、さらに低下させて加工
性を改善するためには、再加熱が有効である。再加熱
は、熱間加工後の鋼が一旦３００℃以下に冷却されて、
充分にフェライト変態した後、かつ残留したオーステナ
イトがマルテンサイト変態した後に、行なわなければな
らない。３００℃以下に冷却される前に再加熱すると、
その効果が不充分である。これに対して、鋼あるいはホ
ットコイルの温度が３００℃以下になったならば、常温
まで冷却されないうちに再加熱しても良く、あるいは常
温まで冷却してから再加熱しても、いずれでも良い。

【００３９】本工程の目的は、熱間加工後の鋼を高温に
再加熱して、Ｃｕを過時効領域に保持して析出させると
ともに、熱間加工後に一部生成したマルテンサイトを焼
戻して、常温での加工性を一段と高めるものである。再
加熱温度が６００℃未満では常温での加工性の改善が不
充分であるし、特に、再加熱温度が５７０℃未満では、
逆にＣｕが微細析出して強度を上昇させ、従って常温で
の加工性を低下させる恐れがある。一方、再加熱温度が
Ａｃ₁変態点を超えると、その後の冷却でフレッシュ・
マルテンサイトを生成して、常温での加工性が低下する
とともに、母材の靭性や耐応力腐食割れ性が低下する。

【００４０】再加熱に際して、再加熱温度Ｔ（Ｋ）およ
び保持時間ｔ（min ）が、Ｔ×（log t ＋２１）≧２１
０００を満足するように、再加熱条件を設定すると、熱
間加工されたオーステナイトから変態したフェライトお
よびマルテンサイトの強度を充分に低下させ、冷間加工
性を一段と優れたものとするために、特に有効である。

【００４１】再加熱における雰囲気は大気でも良いが、
鋼表面の酸化スケールを低減し、耐食性を低下させず、
鋼管の製造歩留を向上させるためには、再加熱の雰囲気
は、弱酸化雰囲気、無酸化雰囲気あるいは還元性雰囲気
であるとより好ましい。例えば、５〜１５％の水素を含
有し、残部が窒素あるいはアルゴンガスからなる混合ガ
スを用いると効果的である。

【００４２】部材形状への加工：前述の組成と加工によ
って、冷間あるいは温間における加工性を高めたマルテ
ンサイト系ステンレス鋼が得られる。かかる鋼を、冷間
あるいは温間で所定の形状に加工するのであるが、加工
方法としては、塑性加工、切削等を適用することができ
る。本発明において、冷間加工とは常温における加工を
指し、温間加工とは再結晶温度およびＡｃ₁変態温度よ
りも低温における加工を意味する。

【００４３】熱処理：最終の部材形状に加工した後に、
熱処理を施して金属組織をマルテンサイト主体の組織と
することで、高強度が得られる。即ち、最終的に使用さ
れる段階では高強度を有し、耐食性と衝撃靭性にも優れ
る部材を、冷間あるいは温間で加工する段階では優れた
加工性を付与しておくことで、低コストで容易に製造す
ることが可能である。本発明が対象とする鋼は、焼入ま
までも靭性は比較的良好なので、特に高強度を優先する
場合には、最終熱処理は焼入ままとする。あるいは、強
度を所定の値に調整する目的、特に優れた衝撃靭性を得
る目的においては、最終熱処理は焼入焼戻熱処理とす
る。

【００４４】本発明において、マルテンサイトを主体と
する金属組織とは、マルテンサイト単相組織、あるいは
マルテンサイトに少量のフェライトおよび／または残留
オーステナイトを含有する組織を意味する。フェライト
が多量に存在すると強度と靭性が低下するので、フェラ
イト量は５％以下が好ましく、より好ましくは３％以下
とする。残留オーステナイトは靭性は低下させないもの
の強度をやや低下させるので、５％以下とすることが好
ましい。

【００４５】最終の熱処理条件は以下の範囲とする。焼入：充分にオーステナイト化させ、焼入後の強度を高
めるためには、加熱温度は８５０℃以上が必要である。
加熱温度が１０５０℃を超えると、オーステナイト結晶
粒が粗大化して衝撃靭性が低下する。特に優れた衝撃靭
性を必要とする場合には、加熱温度は９８０℃以下とす
ることが好ましい。保持時間は部材として均一な強度を
確保するために、５min 以上保持することが好ましく、
大型の部材では１５min 以上保持することがより好まし
い。その後の冷却においては、引き続き焼戻処理を施す
場合には、３００℃以下まで冷却しないとオーステナイ
トが残留して焼戻効果が充分ではない。

【００４６】本発明が対象とする鋼は、焼入性が非常に
高く、熱間で強加工しない限りフェライトは生成しな
い。最終熱処理では、熱間加工は加えないので、冷却速
度に対する制約は特に必要ない。即ち、水冷、油冷、空
冷、炉冷等いずれも適用が可能である。高Ｃｒ鋼は空冷
でマルテンサイト変態するために、焼入を焼準と称する
場合が多いが、両者は冶金学的には同義である。また、
本発明が対象とする鋼は水冷したとしても焼き割れを発
生する恐れは非常に小さいので、水冷を適用することも
できる。要するに冷却は、設備、生産性等を考慮して、
もっとも適切なものを選択すれば良い。

【００４７】焼戻：衝撃靭性を高める目的では、焼戻温
度は６００℃以上が必要である。焼戻温度が６００℃未
満ではＣｕが析出して衝撃靭性を逆に低下させる場合が
ある。一方、焼戻温度がＡｃ₁変態点を超えると、その
後の冷却でフレッシュ・マルテンサイトを生成して、母
材の衝撃靭性が低下する。比較的高強度を保ったまま強
度調整をする場合には、焼戻温度は２００〜４５０℃と
することもできる。この場合、焼戻温度が４５０℃を超
えると、Ｃｕが微細析出して衝撃靭性を低下させるので
注意が必要である。部材全体を均一に焼戻すためには、
焼戻の保持時間は５min 以上とすることが好ましく、大
型の部材では１５min 以上保持することがより好まし
い。

【００４８】

【実施例】表１に成分を示す鋼を溶製し、厚さ２４０mm
の鋼片とした後、通常の熱間圧延プロセスによって、表
２に示す条件で板厚２．６mmの熱延鋼板を製造した。な
お、熱間圧延における鋼片加熱温度は１２４０℃とし
た。表１において、比較例１７はＡＩＳＩ４２０相当鋼
である。各鋼板を素材として、冷間プレス加工で、自動
車用部品であるホイール・ディスクに加工した後、表２
に示す条件で最終熱処理を加えた。各部材から試験片を
採取して、断面について常温におけるビッカース硬度
（荷重１０kg）を測定した。

【００４９】

【表１】

【００５０】

【表２】

【００５１】試験結果を表２にあわせて示した。表２か
ら明らかな通り、本発明に従う本発明例Ｎｏ．１〜Ｎ
ｏ．１２は、最終部材で高硬度が得られている。これに
対して、熱延条件あるいは成分が適切ではなかった比較
例Ｎｏ．１３〜Ｎｏ．１７では、冷間における加工性が
不足したために、冷間プレス加工で割れを発生し、ホイ
ール・ディスクの形状に加工することができなかった。
比較例Ｎｏ．１８はホイール・ディスク形状への加工は
できたものの、最終熱処理後の硬度が低い。

【００５２】

【発明の効果】本発明は高強度マルテンサイト系ステン
レス鋼部材を、低コストかつ生産性良く製造することを
可能としたものであり、産業の発展に貢献するところが
極めて大である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、Ｓｉ：０．０１〜１．０％、Ｍｎ：０．０２〜３．０％、Ｃｒ：７．５〜１４．０％、Ｃｕ：１．５〜４．５％、Ｎｉ：０．２〜１．０％、Ａｌ：０．００５〜０．５％、を含有し、Ｃを０．０５％以下、Ｎを０．０３％以下、Ｐを０．０３％以下、Ｓを０．０１％以下、に低減し、残部はＦｅおよび不可
避不純物からなる鋼片を、１０５０〜１３００℃の温度
に加熱した後に、１０５０℃以下の温度における累積圧
下量が６５％以上で、かつ圧延終了温度が８００℃以上
で熱間圧延を終了し、少なくとも５００℃までを０．０
５℃／秒未満の冷却速度で冷却して、金属組織がフェラ
イト分率５０％以上からなる鋼とした後、冷間あるいは
温間で該鋼を所定の部材の形状に加工した後に、焼入熱
処理あるいは焼入焼戻熱処理して、マルテンサイトを主
体とする金属組織とすることを特徴とする高強度マルテ
ンサイト系ステンレス鋼部材の製造方法。
【請求項２】熱間圧延後の鋼が３００℃以下に冷却さ
れた後であって、かつ部材形状に加工する前の段階で、
６００℃以上Ａｃ₁変態点以下の温度に再加熱する、請
求項１に記載の高強度マルテンサイト系ステンレス鋼部
材の製造方法。
【請求項３】再加熱条件が下記の条件を満足する、請
求項２に記載の高強度マルテンサイト系ステンレス鋼部
材の製造方法。Ｔ×（log ｔ＋２１）≧２１０００ここで、Ｔは再加熱温度（Ｋ）、ｔは再加熱の保持時間
（min ）
【請求項４】部材の焼入条件が、８５０℃以上１０５
０℃以下の温度に再加熱して５min 以上保持した後に３
００℃以下まで冷却するものであり、焼戻条件が、６０
０℃以上Ａｃ₁変態点以下の温度に再加熱して５min 以
上保持した後に冷却する請求項１、２または３に記載の
高強度マルテンサイト系ステンレス鋼部材の製造方法。
【請求項５】鋼片が付加成分としてさらに、重量％
で、Ｍｏ：３．０％以下、Ｗ：３．０％以下、の１種あるいは２種以上を含有
し、Ｍｏ＋０．５Ｗで表わされる合計含有量は３．０％
以下である請求項１、２、３あるいは４に記載の耐食性
および溶接性に優れた鋼管の製造方法。
【請求項６】鋼片が付加成分としてさらに、重量％
で、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａの１種または２種以上の合
計含有量で１．０％以下を含有する請求項１、２、３、
４または５に記載の高強度マルテンサイト系ステンレス
鋼部材の製造方法。
【請求項７】鋼片のＣとＮの含有量が、重量％で、Ｃを０．０１５％以下、Ｎを０．０１５％以下、に低減し、かつＣ＋Ｎの合計含
有量が０．０２％以下、である請求項１、２、３、４、
５または６に記載の高強度マルテンサイト系ステンレス
鋼部材の製造方法。
【請求項８】鋼片の成分が、下記の式で与えられるＭ
Ｃ値（［％Ｘ］は重量％で表わした元素Ｘの含有量）が
０以上である、請求項１、２、３、４、５、６または７
に記載の高強度マルテンサイト系ステンレス鋼部材の製
造方法。ＭＣ値＝８０＋４２０［％Ｃ］＋４４０［％Ｎ］＋３０（［％Ｎｉ］＋［％Ｃｕ］＋［％Ｃｏ］）＋１５［％Ｍｎ］ −１２（［％Ｓｉ］＋［％Ｃｒ］＋［％Ｍｏ］）−２４［％Ｎｂ］ −４８（［％Ｖ］＋［％Ｔｉ］＋［％Ａｌ］）−６［％Ｗ］