JPH09291344A - 低硬度マルテンサイト系ステンレス鋼 - Google Patents

低硬度マルテンサイト系ステンレス鋼

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JPH09291344A
JPH09291344A JP12712996A JP12712996A JPH09291344A JP H09291344 A JPH09291344 A JP H09291344A JP 12712996 A JP12712996 A JP 12712996A JP 12712996 A JP12712996 A JP 12712996A JP H09291344 A JPH09291344 A JP H09291344A
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less
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stainless steel
martensitic stainless
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Masaharu Oka
正春 岡
Toshiharu Sakamoto
俊治 坂本
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Nippon Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 軟化焼鈍工程省略を可能とする低硬度マルテ
ンサイト系ステンレス鋼を提供する。 【解決手段】 重量%で、C:0.025%以下、S
i:0.5%以下、Mn:1.5%以下、P:0.03
%以下、S:0.01%以下、Cr:11〜17%、N
i:4.5〜7.0%、Al:0.06%以下、N:
0.025%以下、Mo:1.0〜3.0%を含有し、
さらに必要に応じて、Ca:0.001〜0.02%、
Cu:0.5〜3.0%の1種または2種を含有し、な
おかつ、Ceq=C+N+0.017Ni+0.015M
o≦0.15を満足し、残部がFe及び不可避的不純物
からなる低硬度マルテンサイト系ステンレス鋼。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、低硬度のマルテン
サイト系ステンレス鋼に関するものである。
【0002】
【従来の技術】マルテンサイト系ステンレス鋼は、AI
SI420鋼に代表されるように、強度、耐食性に優れ
比較的安価であることから1980年頃より刃物、ダイ
ス、機械部品、油井管などとして幅広く適用されてきて
いる。最近、420鋼より優れた耐食性を有する、特開
平3−120337号公報などに見られるような、低C
及びNi−Mo添加鋼、あるいは特開平2−24736
0号公報などに見られるような、低C及びCu−Ni−
Mo添加鋼といった鋼種(いわゆるModified 13Cr
鋼と称される鋼種)が開発されてきている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】かかる鋼はその製造工
程において、鋳造ままあるいは分塊圧延後のスラブ、ブ
ルーム、ビレットを所要の長さに切断する工程が必須で
あるが、上記Modified13Cr鋼は焼入れマルテンサイ
ト組織での硬さがビッカーズ硬さで370程度と硬いた
めこのままでは通常の冷間鋸断工具で切断できず、軟化
焼鈍を程してビッカーズ硬さで270程度まで軟化させ
た後切断せざるをえず、コスト高となる問題があった。
そこで、本発明は軟化焼鈍工程省略を可能とする鋸断性
に優れた低硬度マルテンサイト系ステンレス鋼を提供す
ることを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、合金添加
量の異なる種々の素材に対して焼入れマルテンサイト組
織でのビッカーズ硬さを調査するとともに、通常の冷間
鋸断工具で切断できる材料の限界硬さを求めた。その結
果、焼入れマルテンサイト組織での硬さをビッカーズ硬
さで330程度に低下させれば軟化焼鈍工程が省略で
き、その分コストを低廉化できることを知見した。ま
た、各添加元素が焼入れマルテンサイト組織でのビッカ
ーズ硬さに及ぼす影響を解明し、Ceq=C+N+0.0
17Ni+0.015Mo≦0.15を満足すれば焼入
れマルテンサイト組織での硬さをビッカーズ硬さで33
0以下にできることを見いだした。さらに、焼入れマル
テンサイト組織での硬さをビッカーズ硬さで300以下
に低下させれば冷間鋸断工具のチッピングは起こらず、
工具の長寿命化が可能であることを知見し、Ceq≦0.
13を満足すれば焼入れマルテンサイト組織での硬さを
ビッカーズ硬さ300以下にできることを見いだした。
【0005】一方、重量%でNの添加量の3.4倍以上
のTiを加えた場合には、凝固過程でTiNが析出する
ので固溶N量が減少するためNの影響は無視でき、
eq’=C+0.017Ni+0.015Mo≦0.1
5を満足すれば焼入れマルテンサイト組織での硬さをビ
ッカーズ硬さ330以下にできることを見いだした。さ
らに、重量%でNの添加量の3.4倍以上のTiを加え
た場合には、Ceq’≦0.13を満足すれば焼入れマル
テンサイト組織での硬さをビッカーズ硬さ300以下に
できることを見いだした。
【0006】本発明はこのような知見に基づいて構成し
たものであり、その要旨は、(1)重量%で、 C :0.025%以下、 Si:0.5%以下、 Mn:1.5%以下、 P :0.03%以下、 S :0.01%以下、 Cr:11〜17%、 Ni:4.5〜7.0%、 Al:0.06%以下、 N :0.025%以下、 Mo:1.0〜3.0% を含有し、さらに必要に応じて、 Ca:0.001〜0.02%、 Cu:0.5〜3.0%、 の1種または2種を含有し、なおかつ、 Ceq=C+N+0.017Ni+0.015Mo≦0.
15 を満足し、残部がFe及び不可避的不純物からなる低硬
度マルテンサイト系ステンレス鋼。および、(2)重量
%で、 C :0.005%以下、 Si:0.5%以下、 Mn:1.5%以下、 P :0.03%以下、 S :0.01%以下、 Cr:11〜17%、 Ni:4.5〜7.0%、 Al:0.06%以下、 N :0.005%以下、 Mo:1.0〜3.0% を含有し、さらに必要に応じて、 Ca:0.001〜0.02%、 Cu:0.5〜3.0% の1種または2種を含有し、なおかつ、 Ceq=C+N+0.017Ni+0.015Mo≦0.
13 を満足し、残部がFe及び不可避的不純物からなる低硬
度マルテンサイト系ステンレス鋼。さらに、(3)重量
%で、 C :0.025%以下、 Si:0.5%以下、 Mn:1.5%以下、 P :0.03%以下、 S :0.01%以下、 Cr:11〜17%、 Ni:4.5〜7.0%、 Al:0.06%以下、 N :0.025%以下、 Mo:1.0〜3.0%、 Ti:3.4N〜0.3% を含有し、さらに必要に応じて、 Ca:0.001〜0.02%、 Cu:0.5〜3.0% の1種または2種を含有し、なおかつ、 Ceq’=C+0.017Ni+0.015Mo≦0.1
5 を満足し、残部がFe及び不可避的不純物からなる低硬
度マルテンサイト系ステンレス鋼であり、(4)重量%
で、 C :0.005%以下、 Si:0.5%以下、 Mn:1.5%以下、 P :0.03%以下、 S :0.01%以下、 Cr:11〜17%、 Ni:4.5〜7.0%、 Al:0.06%以下、 N :0.025%以下、 Mo:1.0〜3.0%、 Ti:3.4N〜0.3% を含有し、さらに必要に応じて、 Ca:0.001〜0.02%、 Cu:0.5〜3.0% の1種または2種を含有し、なおかつ、 Ceq’=C+0.017Ni+0.015Mo≦0.1
3 を満足し、残部がFe及び不可避的不純物からなる低硬
度マルテンサイト系ステンレス鋼である。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。本発明におけるマルテンサイト系ステンレス鋼の
成分限定理由は以下の通りである。 C:CはCr炭化物などを形成し耐食性を劣化させる元
素である。また、マルテンサイトの硬さを増大させる。
このため上限を0.025%とした。特に、0.005
%以下にすれば被切削性がさらによくなる。下限は低い
ほど良い。 Si:Siは製鋼工程において脱炭剤として添加される
ものである。0.5%を超えて含有されると靱性が劣化
することから、上限を0.5%とした。
【0008】Mn:Mnはオーステナイト安定化元素で
あり、熱間加工時にδ相の析出を抑制することにより圧
延疵防止に有効であるが、1.5%を超えて添加すると
粒界強度を低下させ靱性が劣化するので1.5%を上限
とした。 P:Pは粒界に偏析して粒界強度を低下させ、靱性を劣
化させる不純物元素であり、可及的低レベルが望ましい
が、現状製錬技術の到達可能レベルとコストを考慮し
て、上限を0.03%とした。 S:Sは硫化物系の介在物を形成し、熱間加工性を劣化
させる不純物元素であり、可及的低レベルが望ましい
が、現状製錬技術の到達可能レベルとコストを考慮し
て、上限を0.01%とした。
【0009】Cr:Crは耐食性向上の基本元素であ
り、十分な耐食性を得るには11%以上の添加が必要で
あるが、フェライト安定化元素でもあり、多すぎると熱
間加工時にδ相が析出して熱間加工性を劣化するため、
上限を17%とした。 Ni:Niは耐腐食性向上及び靱性向上に有効である。
また、オーステナイト安定化元素であり、圧延疵につな
がるδ相の生成を抑止する。これらの効果は添加量4.
5%以下では小さいため、下限を4.5%とした。ま
た、7%を超えて添加しても効果が飽和するとともにA
1 変態点を低下させ強度調質を困難にすることから、
最適添加範囲を1.5〜7%とした。ただし、4.5%
を超えて添加すると焼き入れままのマルテンサイトの硬
さを増加させるため、添加量は良好な熱間加工性維持の
ための必要最小量にするのが望ましい。
【0010】Al:Alは脱酸の目的で添加されるが、
0.06%以下の添加で十分な効果が得られ、また0.
06%を超えて添加すると靱性が低下するため、上限を
0.06%とした。 N:NはMn、Moと同様に強力なオーステナイト安定
化元素であり、圧延疵防止に有効であるが、Cと同様に
マルテンサイトの硬さを増大させる。このため上限を
0.025%とした。特に、0.005%以下にすれば
被切削性がさらに良くなる。下限は低いほど良い。 Mo:Moは耐孔食性、耐応力腐食割れ性を向上させる
のに必須の元素である。これらの効果は1.0%未満の
添加では改善効果が小さいため、下限を1.0%とし
た。また、強力なフェライト安定化元素であり、3%を
超える添加によりδ相を生成しやすくなる上、マルテン
サイト硬さも上昇することから、最適添加量を1.0〜
3%とした。
【0011】Cu:CuはNiと同様に耐腐食性向上に
有効な元素であるとともに、オーステナイト安定化元素
でありδ相の生成を抑止し圧延疵防止に有効であるため
必要に応じて添加するが、0.5%未満ではこれらの効
果が十分に得られないため、下限を0.5%とした。ま
た、3.0%を超えて添加すると粒界に過剰に偏析して
粒界強度を低下させるため熱間加工性が著しく劣化する
ため、最適添加範囲を0.5〜3.0%とした。 Ca:CaはSによる熱間加工性劣化を抑制するもので
あり、必要に応じて添加するが、0.001%未満では
その効果が発現されず、0.02%を超えて添加しても
その効果は飽和するため、最適添加量を0.001%〜
0.02%とした。
【0012】Ti:重量%でNの添加量の3.4倍以上
のTiを加えると凝固過程でTiNが析出するので固溶
N量が減少し、焼入れマルテンサイト組織での硬さを低
減できるため、必要に応じて添加し、下限はNの添加量
の3.4倍とした。また、必要以上に添加すると合金コ
ストが高くつくことから上限を効果の飽和する0.3%
とした。
【0013】次に、かかる組成の鋼のCeqを制限する理
由について述べる。本発明者らは、合金添加量の異なる
種々の素材に対して焼入れマルテンサイト組織でのビッ
カーズ硬さを調査するとともに、通常の冷間鋸断工具で
切断試験を行った。その結果、図1に示すごとく、ビッ
カーズ硬さ330を境として、それ以下で冷間鋸断工具
のチッピングが著しく減少し、良好に切断可能であるこ
とを知見した。特に、ビッカーズ硬さで300以下にす
れば被切削性がいっそう良くなり、冷間鋸断工具のチッ
ピングが起こらず、工具の長寿命化が可能であることを
知見した。さらに、各添加元素が焼入れマルテンサイト
組織でのビッカーズ硬さに及ぼす影響を解明した。すな
わち、マルテンサイト組織でのビッカーズ硬さはCeq
C+N+0.017Ni+0.015Moで整理できる
ことを見いだし、Ceqとマルテンサイト組織での硬さの
関係は図2のごとく求まった。これらより、Ceq≦0.
15を満足すればマルテンサイト組織での硬さをビッカ
ーズ硬さで330以下にでき、軟化焼鈍なしに通常の工
具での冷間鋸断が可能となったのである。さらに、Ceq
≦0.13を満足すれば焼入れマルテンサイト組織での
硬さをビッカーズ硬さで300以下にでき、鋸断工具の
長寿命化も可能となったのである。
【0014】一方、重量%でNの添加量の3.4倍以上
のTiを加えた場合には、凝固過程でTiNが析出する
ので固溶N量が減少するためNの影響は無視でき、焼入
れマルテンサイト組織でのビッカーズ硬さは、Ceq’=
C+0.017Ni+0.015Moで整理できること
を見いだした。重量%でNの添加量の3.4倍以上のT
iを加えた場合において、Ceq’とマルテンサイト組織
での硬さの関係は、図3のごとく求まった。これらよ
り、重量%でNの添加量の3.4倍以上のTiを加えた
場合には、Ceq’≦0.15を満足すればマルテンサイ
ト組織での硬さをビッカーズ硬さ330以下にでき、軟
化焼鈍無しに通常の工具での冷間鋸断が可能となったの
である。さらに、Ceq’≦0.13を満足すればマルテ
ンサイト組織での硬さをビッカーズ硬さ300以下にで
き、鋸断工具の長寿命化が可能となったのである。
【0015】
【実施例】 [実施例1]表1に示す組成の鋼を真空溶解にて溶製
し、50kgインゴットに鋳造し、板厚12mmまで熱間圧
延した幅600mmの素材を用いて、圧延ままの硬さを調
べた。試験結果を表2に示す。これよりCeqが低いほど
圧延ままの硬さが低くなり、Ceqが0.15以下であれ
ば圧延ままの硬さがビッカーズ硬さで330以下にでき
ることがわかった。さらに、Ceqが0.13以下であれ
ば圧延ままの硬さがビッカーズ硬さで300以下にでき
ることがわかった。また、これらの素材を常温で100
枚を幅方向に、直径800mmの超硬丸鋸切断機で切断
し、工具(前記丸鋸刃)のチッピングの頻度を目視で調
べた。試験結果を表2に併せて示す。
【0016】Ceqが0.15より大きい鋼(Hv>33
0)を切断した場合は工具のチッピングが頻繁に生じ、
実用上切断不可能であるが、Ceqが0.15以下の鋼
(Hv≦330)を切断した場合は工具のチッピングの
頻度は実用上問題ない程度まで著しく減少した。これよ
り、Ceqを0.15以下とすれば、必然的にHv≦33
0となり、軟化焼鈍することなしに直接冷間で、通常の
鋸断工具により切断することが可能であるといえる。ま
た、Ceqが0.13以下の鋼(Hv≦300)を切断し
た場合は工具のチッピングは起こらなかった。これよ
り、Ceqを0.13以下とすれば、必然的にHv≦30
0となり、鋸断工具の長寿命化が可能であるといえる。
【0017】
【表1】
【0018】
【表2】
【0019】[実施例2]重量%でNの添加量の3.4
倍以上のTiを加えた場合の実施例について説明する。
表3に示す組成の鋼を真空溶解にて溶製し、50kgイン
ゴットに鋳造し、板厚12mmまで熱間圧延した幅600
mmの素材を用いて、圧延ままの硬さを調べた。試験結果
を表4に示す。これよりCeq’が低いほど圧延ままの硬
さが低くなり、Ceq’が0.15以下であれば圧延まま
の硬さがビッカーズ硬さで330以下にできることがわ
かった。さらに、Ceq’が0.13以下であれば圧延ま
まの硬さがビッカーズ硬さで300以下にできることが
わかった。また、これらの素材を常温で100枚を幅方
向に、直径800mmの超硬丸鋸切断機で切断し、工具
(前記丸鋸刃)のチッピングの頻度を目視で調べた。試
験結果を表4に併せて示す。
【0020】Ceq’が0.15より大きい鋼(Hv>3
30)を切断した場合は工具のチッピングが頻繁に生
じ、実用上切断不可能であるが、Ceq’が0.15以下
の鋼(Hv≦330)を切断した場合は工具のチッピン
グの頻度は実用上問題ない程度まで著しく減少した。こ
れより、Ceq’を0.15以下とすれば、必然的にHv
≦330となり、軟化焼鈍することなしに直接冷間で、
通常の鋸断工具により切断することが可能であるといえ
る。また、Ceq’が0.13以下の鋼(Hv≦300)
を切断した場合は工具のチッピングは起こらなかった。
これより、Ceq’を0.13以下とすれば、必然的にH
v≦300となり、鋸断工具の長寿命化が可能であると
いえる。
【0021】
【表3】
【0022】
【表4】
【0023】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、鋳造ま
まあるいは分塊圧延後のスラブ、ブルーム、ビレットを
軟化焼鈍することなしに直接冷間で、通常の鋸断工具に
より切断することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ビッカーズ硬さと鋸断工具のチッピングの頻度
の関係を示す図。
【図2】Ceq(=C+N+0.017Ni+0.015
Mo)と焼入れマルテンサイト組織での硬さの関係を示
す図。
【図3】Ceq’(=C+0.017Ni+0.015M
o)と焼入れマルテンサイト組織での硬さの関係を示す
図。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で、 C :0.025%以下、 Si:0.5%以下、 Mn:1.5%以下、 P :0.03%以下、 S :0.01%以下、 Cr:11〜17%、 Ni:4.5〜7.0%、 Al:0.06%以下、 N :0.025%以下、 Mo:1.0〜3.0% を含有し、かつ、 Ceq=C+N+0.017Ni+0.015Mo≦0.
    15 を満足し、残部がFe及び不可避的不純物からなる低硬
    度マルテンサイト系ステンレス鋼。
  2. 【請求項2】 重量%で、 C :0.025%以下、 Si:0.5%以下、 Mn:1.5%以下、 P :0.03%以下、 S :0.01%以下、 Cr:11〜17%、 Ni:4.5〜7.0%、 Al:0.06%以下、 N :0.025%以下、 Mo:1.0〜3.0% を含有し、さらに、 Ca:0.001〜0.02%、 Cu:0.5〜3.0% の1種または2種を含有し、かつ、 Ceq=C+N+0.017Ni+0.015Mo≦0.
    15 を満足し、残部がFe及び不可避的不純物からなる低硬
    度マルテンサイト系ステンレス鋼。
  3. 【請求項3】 重量%で、 C :0.005%以下、 Si:0.5%以下、 Mn:1.5%以下、 P :0.03%以下、 S :0.01%以下、 Cr:11〜17%、 Ni:4.5〜7.0%、 Al:0.06%以下、 N :0.005%以下、 Mo:1.0〜3.0% を含有し、かつ、 Ceq=C+N+0.017Ni+0.015Mo≦0.
    13 を満足し、残部がFe及び不可避的不純物からなる低硬
    度マルテンサイト系ステンレス鋼。
  4. 【請求項4】 重量%で、 C :0.005%以下、 Si:0.5%以下、 Mn:1.5%以下、 P :0.03%以下、 S :0.01%以下、 Cr:11〜17%、 Ni:4.5〜7.0%、 Al:0.06%以下、 N :0.005%以下、 Mo:1.0〜3.0% を含有し、さらに、 Ca:0.001〜0.02%、 Cu:0.5〜3.0% の1種または2種を含有し、かつ、 Ceq=C+N+0.017Ni+0.015Mo≦0.
    13 を満足し、残部がFe及び不可避的不純物からなる低硬
    度マルテンサイト系ステンレス鋼。
  5. 【請求項5】 重量%で、 C :0.025%以下、 Si:0.5%以下、 Mn:1.5%以下、 P :0.03%以下、 S :0.01%以下、 Cr:11〜17%、 Ni:4.5〜7.0%、 Al:0.06%以下、 N :0.025%以下、 Mo:1.0〜3.0%、 Ti:3.4N〜0.3% を含有し、かつ、 Ceq’=C+0.017Ni+0.015Mo≦0.1
    5 を満足し、残部がFe及び不可避的不純物からなる低硬
    度マルテンサイト系ステンレス鋼。
  6. 【請求項6】 重量%で、 C :0.025%以下、 Si:0.5%以下、 Mn:1.5%以下、 P :0.03%以下、 S :0.01%以下、 Cr:11〜17%、 Ni:4.5〜7.0%、 Al:0.06%以下、 N :0.025%以下、 Mo:1.0〜3.0%、 Ti:3.4N〜0.3% を含有し、さらに、 Ca:0.001〜0.02%、 Cu:0.5〜3.0% の1種または2種を含有し、かつ、 Ceq’=C+0.017Ni+0.015Mo≦0.1
    5 を満足し、残部がFe及び不可避的不純物からなる低硬
    度マルテンサイト系ステンレス鋼。
  7. 【請求項7】 重量%で、 C :0.005%以下、 Si:0.5%以下、 Mn:1.5%以下、 P :0.03%以下、 S :0.01%以下、 Cr:11〜17%、 Ni:4.5〜7.0%、 Al:0.06%以下、 N :0.025%以下、 Mo:1.0〜3.0%、 Ti:3.4N〜0.3% を含有し、かつ、 Ceq’=C+0.017Ni+0.015Mo≦0.1
    3 を満足し、残部がFe及び不可避的不純物からなる低硬
    度マルテンサイト系ステンレス鋼。
  8. 【請求項8】 重量%で、 C :0.005%以下、 Si:0.5%以下、 Mn:1.5%以下、 P :0.03%以下、 S :0.01%以下、 Cr:11〜17%、 Ni:4.5〜7.0%、 Al:0.06%以下、 N :0.025%以下、 Mo:1.0〜3.0%、 Ti:3.4N〜0.3% を含有し、さらに、 Ca:0.001〜0.02%、 Cu:0.5〜3.0% の1種または2種を含有し、かつ、 Ceq’=C+0.017Ni+0.015Mo≦0.1
    3 を満足し、残部がFe及び不可避的不純物からなる低硬
    度マルテンサイト系ステンレス鋼。
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