JPH10121209A - 焼入性に優れた高硬度ステンレス鋼 - Google Patents
焼入性に優れた高硬度ステンレス鋼Info
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- JPH10121209A JPH10121209A JP27277396A JP27277396A JPH10121209A JP H10121209 A JPH10121209 A JP H10121209A JP 27277396 A JP27277396 A JP 27277396A JP 27277396 A JP27277396 A JP 27277396A JP H10121209 A JPH10121209 A JP H10121209A
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Abstract
での良好な加工性を有したまま、焼入性を改善し、高周
波焼入処理でも58HRC(653HV)以上が得られ
るよう高周波焼入性を大幅に改善した高硬度ステンレス
鋼を提供すること。 【解決手段】 重量%で、C:0.40〜0.70%、
Si:0.5%以下、Mn:0.5〜2.0%、Ni:
0.25〜1.0%、Cr:11〜14%、Mo:1.
5%以下、N:0.05〜0.30%、B:0.001
〜0.015%、残部をFe及び不可避的不純物よりな
ることを特徴とする焼入性に優れた高硬度ステンレス
鋼。但し、C+N:0.55〜0.85%。また、上記
成分範囲に加えてV、W、Tiを単独で0.50%以
下、または複合で合計0.70%以下を含有することを
特徴とする焼入性に優れた高硬度ステンレス鋼。
Description
テンレス鋼で問題となる焼入性を改善し、特に高周波焼
入に適する高硬度ステンレス鋼に関するものである。
受やシャフトなどの用途向けに高硬度を有するSUS4
40C等の高C−16Cr系マルテンサイトステンレス
鋼やSUS420J2といった中C−13Cr系マルテ
ンサイトステンレス鋼が使用されている。この中でSU
S440Cは通常の焼入焼戻で58HRC(653HV
相当)以上の高硬度が得られるが、焼鈍状態で粗大共晶
炭化物が多く加工性が劣る問題がある。これに対しSU
S420J2はSUS440Cに比べるとC,Crとも
低いため、共晶炭化物が無く焼鈍状態での加工性は良好
であるが、逆に焼入焼戻状態での硬さが低いため耐摩耗
性が劣り、寿命が短くなるという問題点がある。以上の
ような従来のマルテンサイトステンレス鋼に対し、焼入
焼戻状態での高硬度と粗大共晶炭化物を低減して焼鈍状
態の良好な加工性とを両立させた0.7C−13Cr系
のマルテンサイトステンレス鋼が開発されている。
スコストを低減させるため、インラインで熱処理できる
高周波焼入れへの転換要求が強くなっているが、前述の
鋼種は基本的にクロム系炭化物にて強度を確保している
ため、マトリックス中への炭化物の固溶が遅くて焼入性
が悪く、高周波焼入れのような短時間加熱処理では通常
焼入焼戻処理で得られる高硬度を確保できないという問
題点が生じている。
点を解決してプロセスコストの低減を可能にする、焼鈍
状態での良好な加工性を有したまま、焼入性を改善し、
高周波焼入処理でも58HRC(653HV)以上が得
られるよう高周波焼入性を大幅に改善した高硬度ステン
レス鋼を提供することである。
定する最も主要な成分の炭素の一部を同じ固溶型元素で
ある窒素に置換すると、クロム炭化物の組成がクロム炭
窒化物となりクロム炭化物単体の場合よりも非常に微細
分散でき、加えてより低温で且つ短時間にその微細炭窒
化物の固溶を促進させるためMn,Ni量を最適に制御
してA1 変態点を低下させると共に焼入硬化能を高める
Bを数十ppm程度添加することを併せることで、本成
分系の焼入性を大幅に改善し、かつC+Nの総量を制御
することにより、高周波焼入処理においても硬さが58
HRC(653HV)以上を確保できることを見いだし
た。さらに、炭化物が微細分散していることにより、界
面の剥離などによる割れ起点となり難く、焼鈍時の加工
性も確保できる。
0.5%以下、Mn:0.5〜2.0%、Ni:0.2
5〜1.0%、Cr:11〜14%、Mo:1.5%以
下、N:0.05〜0.30%、B:0.001〜0.
015%、残部をFe及び不可避的不純物よりなること
を特徴とする焼入性に優れた高硬度ステンレス鋼。但
し、C+N:0.55〜0.85% (2)上記成分範囲に加えてV、W、Tiを単独で0.
50%以下、または複合で合計0.70%以下を含有す
ることを特徴とする焼入性に優れた高硬度ステンレス鋼
である。
添加量の限定理由を示す。Cは、焼入後の硬さを上昇さ
せると共にA1 変態点を低下させるのに有効な元素であ
る。しかし多量に添加すると焼鈍状態での粗大な共晶炭
化物が存在して加工性を著しく損ねる。0.40%未満
では所定の窒素を添加しても焼入焼戻硬さ58HRC
(653HV)以上を確保できなくなる。また、0.7
0%を超えて添加すると粗大な共晶炭化物が析出して加
工性を著しく損ねるようになる。そのためCは0.40
〜0.70%とした。
0.5%を超えて添加した場合、焼鈍し硬さの増加を招
き加工性を損ねるようになる。そのため、上限を0.5
%とした。Mnは焼入性を向上させると共に、オーステ
ナイト生成傾向を高めA1 変態点を低下させる。これに
より炭窒化物のマトリックスへの固溶を促進させ、焼入
性を向上させることができるが、0.5%未満では他の
成分との兼ね合いでその効果が十分ではない。また、
2.0%を超えて添加すると焼鈍し硬さを増加させて加
工性を損ねる。そのため、Mn量を0.5〜2.0%と
限定した。
1 変態点を低下させる。そのため、焼入れ時の炭窒化物
のマトリックスへの固溶を促進させる効果を持つ。ま
た、Niは電気化学的に貴な元素であり添加により組織
全体を電気化学的に安定方向に作用させ耐食性を向上さ
せる。これらは0.25%以上の添加でその効果が現れ
る。しかし、1.0%を超えて添加するとマルテンサイ
ト変態開始温度(Ms点)が低下し、焼入後に残留オー
ステナイトが生成して焼入れ硬さを低下させると共に焼
鈍し硬さを増加させる作用があるため、焼鈍状態での加
工性を著しく損ねる。そのため、Niは0.25〜1.
0%とした。
するために必要不可欠な元素であり、その耐食性を確保
するためには11%以上の添加が必要である。しかし、
14%を超えると硬質の炭窒化物の生成傾向が高くなり
焼鈍状態での加工性が損なわれると共に、炭窒化物が粗
大化しやすいためマトリックスへの固溶が遅れ、焼入れ
硬さが低下する。また、マトリックス中の有効Cr量が
低下して耐食性を損ねる結果となる。そのため、Cr量
を11〜14%と限定した。Moはステンレス鋼の耐食
性を保つCr酸化膜(不動態化膜)を強化して耐食性を
高める効果を有している。但し1.5%を超えて多量添
加すると焼鈍し状態での炭化物の粗大化を促進すると共
に焼鈍し硬さを向上させるため加工性が劣化する。その
ため、Moの上限を1.5%とした。
入れ硬さを確保する為に必須の元素である。Nを添加し
た場合、その材料のC+Nと同量のCを持つ材料に比べ
て、炭化物の微細化が促進されると共に、A1 変態点を
下げるために焼入れ硬さのピーク温度が低下する作用が
ある。ただし、0.05%未満ではCを本発明範囲上限
に持っていっても焼入焼戻状態で硬さを58HRCを確
保できない。また、0.30%を超えて添加した場合、
Nは強力なオーステナイト生成元素のため残留オーステ
ナイトの増加を招き焼入焼戻硬さが低下すると共に焼鈍
時の炭窒化物の析出が多量になり加工性を損ねる。ま
た、これ以上の窒素添加は加圧溶解が必要になるなど現
状ではコストアップ要因となる。よってNは0.05〜
0.30%とした。
界を強化して熱間加工時の加工性を向上させる働きもあ
る。しかし、0.015%を超えて添加してもその効果
が飽和すると共に粒界偏析が強くなり脆化するのでその
上限を0.015%とした。C+Nは焼入焼戻状態での
硬さ58HRC(653HV)以上を確保するために
は、総量として0.55%以上が必要である。しかし、
0.85%を超えるとC,Nとも強力なオーステナイト
生成元素であるため残留オーステナイトが増加して焼入
硬さが低下すると共に、焼鈍状態では炭窒化物が粗大化
して加工性を損ねるようになる。そのためC+Nの総量
で0.55〜0.85%とした。
またその炭化物が非常に硬質であるため焼入硬さの向上
に有効である。しかしながら、0.50%を超えて添加
するとその炭化物が粗大化すると共に焼鈍状態の硬さを
向上させて加工性を劣化させる。そのため上限を0.5
0%とした。TiはCrに比べて炭化物生成傾向が強
く、またその炭化物が非常に硬質であるため焼入硬さの
向上に有効である。しかしながら、0.50%を超えて
添加するとその炭化物が粗大化すると共に焼鈍状態の硬
さを向上させて加工性を劣化させる。そのため上限を
0.50%とした。
またその炭化物が非常に硬質であるため焼入硬さの向上
に有効である。しかしながら、0.50%を超えて添加
するとその炭化物が粗大化すると共に焼鈍状態の硬さを
向上させて加工性を劣化させる。そのため上限を0.5
0%とした。これらV,Ti,Wは焼入硬さを高めるた
めに複合添加される場合があるが、それぞれ炭窒化物生
成傾向が高いため、あわせて0.70%を超える多量添
加は粗大炭窒化物の生成を促進することになる。そのた
め、複合添加する場合の上限を0.70%とした。
本発明鋼および比較鋼を真空溶解炉にて溶製した後、φ
20棒鋼に鍛造し、870℃にて焼鈍した後、各種試験
に供した。焼鈍状態での加工性の評価として焼鈍硬さ測
定、限界据え込み率測定、焼入性の評価として高周波焼
入特性および耐候性の評価としてサイクル湿潤試験の各
試験項目を行った。
度計にて測定した。 ・限界据え込み率 焼鈍状態で長さL0 のTPを両端面拘束した状態で圧下
していき、試験片側面に割れが初めて生じたときの高さ
をLとしたとき、限界据え込み率(%)=1−(L−L
0 )/L0 ×100で表せる値で評価した。
速度232mm/min、回転数160rpm、加熱温
度1050〜1100℃の条件でφ20素材を高周波焼
入処理を行い、その後150℃×1h、空冷の焼戻処理
を行った。高周波焼入硬さは、上記熱処理後試料表面か
ら0.2mmの部位をビッカース硬度計で測定して評価
した。高周波焼入深さについては、上述の条件で高周波
焼入、焼戻処理を施した試験片にて、試料端から中心方
向に0.05mmピッチで硬度測定し、初めて515H
V(約50HRC相当)を下回る時の試料端からの距離
にて評価を行った。
%の環境下で20〜50℃のサイクルを20回繰り返す
サイクル湿潤試験を行い、その時の試験片の外観から発
銹程度をレイティングにより評価した。レイティングは
発銹無しを〇、やや発銹(発銹点の面積率10%以下)
が見られるものを△、激しく発銹(面積率10%以上)
が見られるのを×として評価した。
た加工性を示すためには、焼鈍硬さが低いこと及び冷間
加工性に優れていることが重要である。発明鋼は焼鈍硬
さが低く、かつ限界据え込み率も高い値を示しているの
に対し、比較鋼b,d,e,f,g,i,jおよび従来
鋼2は焼鈍硬さが高めで、限界据え込み率も低くなって
いる。これは、焼鈍状態で炭窒化物の析出が多いことと
その析出物が粗大化しているためである。
は全て653HV(58HRC相当)以上、515HV
を確保できる深さは3.50mm以上と良好な値を得ら
れるのに対し、比較鋼a,b,d,e,f,gおよび従
来鋼1、2、3では高周波焼入硬度が低く、高周波焼入
深さも浅くなっている。これは、比較鋼b,d,g及び
従来鋼1,2では焼鈍状態での炭窒化物が粗大なため、
高周波焼入のような短時間加熱では、基地中への固溶が
十分に進まなかったためである。また、比較鋼a及び従
来鋼3はC+N量がもともと少ないため、十分な高周波
焼入硬さが得られない。比較鋼b,eの焼入硬さが低い
のは残留オーステナイト量の増加も一因である。
十分でないため、高周波焼入硬さは高いものの焼入深さ
は発明鋼に比べて低くなっている。耐候性に関しては、
発明鋼、従来鋼ともサイクル湿潤試験で発銹が認められ
なかったが、Cr量の少ない比較鋼Cでは発銹が認めら
れる。また比較鋼jで発銹が認められるのは、V,Wの
多量添加により炭窒化物が多くなり、基地との炭窒化物
との電池作用が増加したためである。なお、以上の説明
及び実施例における、焼入は高周波焼入について述べて
きたが、高周波焼入に限定されることなく、一般の焼入
熱処理においても図1に示すように短時間処理が可能に
なることから、本発明として適応されることは明らかで
ある。
テンレス鋼に比べて焼入性に優れ、特に高周波焼入に適
した高硬度ステンレス鋼が得られることが分かる。
である。
Claims (2)
- 【請求項1】 重量%で、 C :0.40〜0.70%、 Si:0.5%以下、 Mn:0.5〜2.0%、 Ni:0.25〜1.0%、 Cr:11〜14%、 Mo:1.5%以下、 N :0.05〜0.30%、 B :0.001〜0.015%、 残部をFe及び不可避的不純物よりなることを特徴とす
る焼入性に優れた高硬度ステンレス鋼。但し、C+N:
0.55〜0.85% - 【請求項2】 請求項1の成分組成に加えてV、W、T
iを単独で0.50%以下、または複合で合計0.70
%以下を含有することを特徴とする焼入性に優れた高硬
度ステンレス鋼。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27277396A JP3262994B2 (ja) | 1996-10-16 | 1996-10-16 | 焼入性に優れた高硬度ステンレス鋼 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP27277396A JP3262994B2 (ja) | 1996-10-16 | 1996-10-16 | 焼入性に優れた高硬度ステンレス鋼 |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10121209A true JPH10121209A (ja) | 1998-05-12 |
JP3262994B2 JP3262994B2 (ja) | 2002-03-04 |
Family
ID=17518550
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
JP27277396A Expired - Fee Related JP3262994B2 (ja) | 1996-10-16 | 1996-10-16 | 焼入性に優れた高硬度ステンレス鋼 |
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---|---|
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007277639A (ja) * | 2006-04-07 | 2007-10-25 | Daido Steel Co Ltd | マルテンサイト鋼 |
JP2009097047A (ja) * | 2007-10-18 | 2009-05-07 | Daido Steel Co Ltd | プラスチック成形金型用鋼およびプラスチック成形金型 |
US8591673B2 (en) | 2008-09-01 | 2013-11-26 | Minebea Co., Ltd. | Martensitic stainless steel and antifriction bearing using the same |
JP2021116454A (ja) * | 2020-01-27 | 2021-08-10 | 日鉄ステンレス株式会社 | 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 |
-
1996
- 1996-10-16 JP JP27277396A patent/JP3262994B2/ja not_active Expired - Fee Related
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