(57)【要約】  焼入れ焼戻し後の薄物部品の全体を高硬度化できた上で、耐食性にも優れるマルテンサイト系ステンレス鋼薄板と、その製造方法を提供する。そして、薄物部品の製造方法を提供する。  質量％で、Ｃ：０．２５〜０．４５％、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：０．１〜１．５％、Ｃｒ：１２．０〜１５．０％、Ｍｏ：０．５〜３．０％、Ｎ：０．３０〜０．４５％、残部Ｆｅおよび不純物の成分組成でなり、厚さが０．１ｍｍ以下のマルテンサイト系ステンレス鋼薄板であって、断面組織中において、円相当径が０．５μｍ以上の炭化物の個数密度が０〜５０個／１０００μｍ２のマルテンサイト系ステンレス鋼薄板である。そして、このマルテンサイト系ステンレス鋼薄板の製造方法、および、このマルテンサイト系ステンレス鋼薄板に焼入れ焼戻しを行う薄物部品の製造方法である。
2019146743.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．２５〜０．４５％、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：０．１〜１．５％、Ｃｒ：１２．０〜１５．０％、Ｍｏ：０．５〜３．０％、Ｎ：０．３０〜０．４５％、残部Ｆｅおよび不純物の成分組成でなり、厚さが０．１ｍｍ以下のマルテンサイト系ステンレス鋼薄板であって、
断面組織中において、円相当径が０．５μｍ以上の炭化物の個数密度が０〜５０個／１０００μｍ２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薄板。
【請求項２】
前記成分組成が、さらに、質量％で、Ｎｉ：１．０％以下を含む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薄板。
【請求項３】
質量％で、Ｃ：０．２５〜０．４５％、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：０．１〜１．５％、Ｃｒ：１２．０〜１５．０％、Ｍｏ：０．５〜３．０％、Ｎ：０．１０％以下、残部Ｆｅおよび不純物の成分組成でなり、厚さが０．１ｍｍ以下のステンレス鋼薄板の素材に、窒素雰囲気中で１０００℃を越える温度に１〜１０分間加熱した後、冷却する熱処理を行うことを特徴とするマルテンサイト系ステンレス鋼薄板の製造方法。
【請求項４】
前記成分組成が、さらに、質量％で、Ｎｉ：１．０％以下を含むことを特徴とする請求項３に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼薄板の製造方法。
【請求項５】
請求項１または２に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼薄板に、焼入れ焼戻しを行うことを特徴とする薄物部品の製造方法。
【請求項６】
焼入れ温度を１０００〜１２５０℃とし、焼戻し温度を１５０〜６５０℃とすることを特徴とする請求項５に記載の薄物部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、刃物や摺動部材等の薄物部品に用いることができるマルテンサイト系ステンレス鋼薄板とその製造方法、および、薄物部品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、刃物や摺動部材等の薄物部品（製品）には、その材料として、高硬度でかつ耐食性に優れたマルテンサイト系の成分組成を有するステンレス鋼薄板が用いられてきた。そして、このステンレス鋼薄板の硬度と耐食性とをさらに向上させることができる手法として、質量％で、Ｃ：０．１０〜０．４０％、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：０．１０〜１．５０％、Ｃｒ：１０．０〜１８．０％、Ｎ：２．００％以下、残部Ｆｅおよび不純物の成分組成を有し、厚さが０．３ｍｍ以下であり、表面から少なくとも０．０５ｍｍの深さまでの範囲のＮ量が０．８０〜２．００質量％のステンレス鋼部材が提案されている（特許文献１）。このステンレス鋼部材は、上記の成分組成でなり、厚さが０．３ｍｍ以下のステンレス鋼を、窒素雰囲気中で８６０℃以上に加熱して保持した後、冷却することで作製することができる。【０００３】
特許文献１の手法によれば、ステンレス鋼を窒素雰囲気中で加熱して保持する「窒素吸収処理」によって、マルテンサイト系ステンレス鋼薄板の表面に、窒素が添加された「窒素富化層」を形成することができる。そして、この表面に窒素富化層が形成されたマルテンサイト系ステンレス鋼薄板に、焼入れ焼戻しを行うことで、マルテンサイト系ステンレス鋼薄板の表面の耐食性および耐摩耗性を向上させることができる。さらに、上記の窒素吸収処理によって、表面から添加された窒素が、ステンレス鋼薄板の中心にまで及んでいた場合には、焼入れ焼戻し後のステンレス鋼薄板において、その表面から板厚の中心に至るまでの全体の硬さが向上する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１７／１５０７３８号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ステンレス鋼薄板の全体を高硬度化することは、薄物部品の総合的な寿命特性の向上にとって効果的である。しかし、特許文献１のステンレス鋼薄板の場合、焼入れ焼戻し後において、その全体の硬さが向上したとしても、その一方で、期待された耐食性が不足しているものがあった。
本発明の目的は、焼入れ焼戻し後の薄物部品の全体を高硬度化できた上で、上記した耐食性の不足も十分に補うことができるマルテンサイト系ステンレス鋼薄板と、その製造方法を提供することである。そして、薄物部品の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、特許文献１に係るマルテンサイト系ステンレス鋼薄板の耐食性が不足する要因を調査した。その結果、上記の窒素吸収処理のときに、ステンレス鋼薄板の表面から多量の窒素を、しかもその板厚の中心に及ぶまで吸収させるような条件では、組織中の炭化物も粗大に成長して、これが焼入れ焼戻し後のステンレス鋼薄板の耐食性不足の要因となっていることを突きとめた。そして、この組織中の炭化物が粗大に成長することを抑制してなお、焼入れ焼戻し後の薄物部品の全体の硬さを向上できる要件を明確にして、本発明に到達した。【０００７】
すなわち、本発明は、質量％で、Ｃ：０．２５〜０．４５％、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：０．１〜１．５％、Ｃｒ：１２．０〜１５．０％、Ｍｏ：０．５〜３．０％、Ｎ：０．３０〜０．４５％、残部Ｆｅおよび不純物の成分組成でなり、厚さが０．１ｍｍ以下のマルテンサイト系ステンレス鋼薄板であって、断面組織中において、円相当径が０．５μｍ以上の炭化物の個数密度が０〜５０個／１０００μｍ２のマルテンサイト系ステンレス鋼薄板である。
そして、好ましくは、上記の成分組成が、さらに、質量％で、Ｎｉ：１．０％以下を含むマルテンサイト系ステンレス鋼薄板である。【０００８】
また、本発明は、質量％で、Ｃ：０．２５〜０．４５％、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：０．１〜１．５％、Ｃｒ：１２．０〜１５．０％、Ｍｏ：０．５〜３．０％、Ｎ：０．１０％以下、残部Ｆｅおよび不純物の成分組成でなり、厚さが０．１ｍｍ以下のステンレス鋼薄板の素材に、窒素雰囲気中で１０００℃を越える温度に１〜１０分間加熱した後、冷却する熱処理を行うマルテンサイト系ステンレス鋼薄板の製造方法である。
そして、好ましくは、上記の成分組成が、さらに、質量％で、Ｎｉ：１．０％以下を含むマルテンサイト系ステンレス鋼薄板の製造方法である。【０００９】
そして、本発明は、上記のマルテンサイト系ステンレス鋼薄板に、焼入れ焼戻しを行う薄物部品の製造方法である。好ましくは、上記の焼入れ焼戻しにおいて、焼入れ温度を１０００〜１２５０℃とし、焼戻し温度を１５０〜６５０℃とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ステンレス鋼薄板を焼入れ焼戻ししたときに、その表面から板厚の中心に至るまでの全体で高硬度を得ることができる。そして、その焼入れ焼戻しされたステンレス鋼薄板の耐食性を不足なく維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例で評価した試料Ｎｏ．３（本発明例）のマルテンサイト系ステンレス鋼薄板の断面組織を示す走査型電子顕微鏡写真である。
【図２】実施例で評価した試料Ｎｏ．９（比較例）のマルテンサイト系ステンレス鋼薄板の断面組織を示す走査型電子顕微鏡写真である。
【図３】図１のマルテンサイト系ステンレス鋼薄板から作製した薄物部品の断面組織を示す走査型電子顕微鏡写真である。
【図４】図２のマルテンサイト系ステンレス鋼薄板から作製した薄物部品の断面組織を示す走査型電子顕微鏡写真である。
【図５】図３の薄物部品の塩水噴霧試験後の錆の発生状況を示す図面代用写真である。
【図６】図４の薄物部品の塩水噴霧試験後の錆の発生状況を示す図面代用写真である。
【図７】実施例で評価した試料Ｎｏ．１（比較例）のマルテンサイト系ステンレス鋼薄板から作製した薄物部品の塩水噴霧試験後の錆の発生状況を示す図面代用写真である。
【図８】実施例で評価した試料Ｎｏ．３（本発明例）のマルテンサイト系ステンレス鋼薄板の厚さ方向におけるＮ含有量の分布状況を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の特徴は、ステンレス鋼薄板を焼入れ焼戻ししたときに、その全体を高硬度化できるとともに、耐食性をも不足なく十分に維持することができる手法を見いだしたところにある。
本発明者は、まず、焼入れ焼戻し後の「薄物部品」の全体を高硬度化できる条件を見直した。その結果、焼入れ焼戻し前の「マルテンサイト系ステンレス鋼薄板」の状態において、その全体で０．３０質量％以上の窒素含有量を確保しておけば、特許文献１のように、その表面で０．８０質量％以上といった高い窒素含有量を付加しなくても、例えば、６００ＨＶ以上の焼入れ焼戻し硬さを達成できることを知見した。
そして、この６００ＨＶ以上といった焼入れ焼戻し硬さの達成のためには、一方で、マルテンサイト系ステンレス鋼薄板の組織中の炭化物の分布状態を調整しておくことが重要である。そして、この炭化物の分布状態を調整しておくことは、薄物部品の耐食性を不足なく十分に維持することにとってこそ重要である。
以下、本発明のマルテンサイト系ステンレス鋼薄板について、その達成に好ましい製造方法も合わせて、説明する。
【００１３】
（１）本発明のマルテンサイト系ステンレス鋼薄板は、質量％で、Ｃ：０．２５〜０．４５％、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：０．１〜１．５％、Ｃｒ：１２．０〜１５．０％、Ｍｏ：０．５〜３．０％、Ｎ：０．３０〜０．４５％、残部Ｆｅおよび不純物の成分組成でなるものである。
本発明のステンレス鋼薄板は、これを用いて作製される薄物部品に優れた耐摩耗性（つまり、高硬度）を付与するために、まず、この材料となるステンレス鋼自体が、焼入れ焼戻しによって“マルテンサイト組織を発現する”成分組成に調整されたものである。そして、このマルテンサイト系ステンレス鋼の成分組成に対して、更に、「０．３０〜０．４５質量％」の窒素を含有させたことで、後述する組織中の炭化物の分布状態と相まって、焼入れ焼戻し後に、例えば、６００ＨＶ以上もの高硬度を達成できるものである。そして同時には、上記のマルテンサイト系ステンレス鋼の成分組成において、その炭素含有量を低めに調整したことで、粗大な炭化物の晶出を抑制でき、かつ、後述する組織中の炭化物の分布状態と相まって、薄物部品の耐食性も不足なく十分に維持することができるものである。
【００１４】
・Ｃ：０．２５〜０．４５質量％（以下、単に「％」と表記する。）
Ｃは、焼入れ焼戻し後のマルテンサイト組織の硬度を高めるのに有効な元素である。しかし、Ｃが多すぎると、薄板の作製に係る、溶製工程の凝固時において、鋳塊の凝固組織に粗大なクロム系炭化物が晶出する。そして、この粗大なクロム系炭化物は、薄板の組織にも残って、かつ、焼入れ焼戻し後のマルテンサイト組織でも消失せず、これが腐食の起点となって、薄物部品の耐食性不足が生じる。また、上記の鋳塊から薄板を作製するときにおいては、Ｃが多すぎると、その作製の過程で冷間加工性が低下して、所定の板厚の薄板に仕上げることが容易でない。
よって、Ｃの含有量は、０．２５〜０．４５％とする。好ましくは０．３０％以上である。また、好ましくは０．４３％以下である。より好ましくは０．４０％以下である。
【００１５】
・Ｓｉ：１．０％以下
Ｓｉは、溶製工程時の脱酸剤等として使用され、不可避的に含まれ得る元素である。そして、Ｓｉが多すぎると、冷間加工性が低下する。
よって、Ｓｉの含有量は、１．０％以下とする。好ましくは０．８％以下である。より好ましくは０．６５％以下である。さらに好ましくは０．５％以下である。なお、下限は特に要しないが、０．０１％以上の含有が現実的である。
【００１６】
・Ｍｎ：０．１〜１．５％
Ｍｎは、溶製工程時の脱酸剤等として使用され、不可避的に含まれ得る元素である。そして、特に、本発明においては、後述する窒素吸収処理で、薄板組織への窒素の固溶を促進する効果を有する元素である。しかし、Ｍｎが多すぎると、オーステナイト組織が安定化されて、マルテンサイト組織が得られ難くなる。
よって、Ｍｎの含有量は、０．１〜１．５％とする。好ましくは０．２％以上、より好ましくは０．３％以上、さらに好ましくは０．４％以上である。また、好ましくは１．３％以下、より好ましくは１．１％以下、さらに好ましくは１．０％以下である。
【００１７】
・Ｃｒ：１２．０〜１５．０％
Ｃｒは、ステンレス鋼の表面に非晶質の不動態皮膜を形成して、薄物部品に耐食性を付与する元素である。また、ステンレス鋼に固溶できる窒素量を増加させる効果もあり、本発明においては、後述する窒素吸収処理で、薄板組織への窒素の固溶促進に働く元素である。但し、Ｃｒが多すぎると、フェライト組織が安定化されて、マルテンサイト組織が得られ難くなる。
よって、Ｃｒの含有量は、１２．０〜１５．０％とする。好ましくは１４．０％未満である。
【００１８】
・Ｍｏ：０．５〜３．０％
Ｍｏは、ステンレス鋼の耐食性を高めるのに効果的な元素である。そして、固溶状態で、Ｃｒによる不動態皮膜の機能を強化する効果を有する元素である。Ｃｒによる不動態皮膜は、それ自体にも自己修復機能がある。そして、Ｍｏには、Ｃｒによる不動態皮膜が疵ついたときに、その疵ついた場所のＣｒ量を高めて、不動態皮膜の修復力を強める働きがある。さらに、Ｍｏには、ステンレス鋼の窒素吸収を促す大きな効果がある。但し、Ｍｏが多すぎると、Ｃｒと同様、フェライト組織が安定化されて、マルテンサイト組織が得られ難くなる。
よって、Ｍｏの含有量は、０．５〜３．０％とする。好ましくは０．７％以上、より好ましくは１．０％以上である。また、好ましくは２．５％以下、より好ましくは２．０％以下である。
【００１９】
・窒素（以下、「Ｎ」とも記す。）：０．３０〜０．４５％
Ｎは、本発明のマルテンサイト系ステンレス鋼薄板の特徴を決定付ける要件の一つであり、焼入れ焼戻し後の薄物部品の高硬度化および耐食性の向上に重要な役割を果たす元素である。そして、焼入れ焼戻し前のマルテンサイト系ステンレス鋼薄板の時点で、Ｎの含有量を０．３０％以上としておくことで、後述する薄板組織中の炭化物の分布状態と相まって、焼入れ焼戻し後の薄物部品で、例えば、６００ＨＶ以上の硬度を達成することができる。但し、Ｎの含有量が多すぎると、このＮを含んだ炭化物（つまり、炭窒化物）が焼入れで固溶せずに、薄物部品の組織中に多く残存して、これが耐食性不足の要因となる。また、焼入れ後の残留オーステナイト組織が安定化されて、高硬度を得難くなる。
よって、Ｎの含有量は、０．３０〜０．４５％とする。好ましくは０．３５％以上である。このＮの含有量は、後述する（４）の窒素吸収処理で付与することが好ましい。
【００２０】
本発明のマルテンサイト系ステンレス鋼薄板では、上記の元素種を含み、残部がＦｅおよび不純物でなる成分組成を基本的な成分組成とすることができる。そして、この基本的な成分組成に対して、以下の元素を含有することも可能である。
【００２１】
・Ｎｉ：必要に応じて、１．０％以下
Ｎｉは、ステンレス鋼に生じる腐食の初期において、これ以上の腐食が進行することを抑える効果を有する。また、組織における基地の靱性を高める効果を有する。更には、オーステナイト組織を安定化させて、Ｎの固溶限を上げ、後述する熱処理で多くの窒素を吸収させるのに働く元素である。但し、Ｎｉが多すぎると、オーステナイト組織が過度に安定化されて、マルテンサイト組織が得られ難くなる。そして、本発明の場合、ステンレス鋼薄板の成分組成が、焼入れ焼戻しによってマルテンサイト組織を発現するものに調整されていることが重要であることから、Ｎｉは、含有しないか（添加されないか）、または、含有するとしても、必要量以上を含有しないことが求められる。
よって、Ｎｉは、必要に応じて、１．０％以下を含有することができる。好ましくは０．９％以下である。より好ましくは０．８％以下である。なお、Ｎｉを含有する場合、好ましくは０．１％以上、より好ましくは０．２％以上、さらに好ましくは０．４％以上である。
【００２２】
（２）本発明のマルテンサイト系ステンレス鋼薄板は、厚さが０．１ｍｍ以下のものである。
本発明のマルテンサイト系ステンレス鋼薄板によれば、上述した（１）の成分組成に加えて、後述する（３）の炭化物の分布状態をも満たすことで、その厚さが０．１ｍｍ以下という実に薄い材料であっても、薄物部品の強度を向上させることができる。そして、厚さの下限の設定は、特に要しない。但し、製造効率やハンドリング性等の面で、例えば、０．０２ｍｍ以上の厚さであることが現実的である。
【００２３】
（３）本発明のマルテンサイト系ステンレス鋼薄板は、その断面組織中において、円相当径が０．５μｍ以上の炭化物の個数密度が０〜５０個／１０００μｍ２のものである。
上述した（１）の成分組成でなるマルテンサイト系ステンレス鋼薄板の組織に炭化物が存在する場合、その炭化物の中には、上記の成分組成に含まれるＮの一部が、基地中に固溶せずに、Ｃｒ、Ｍｏ等の窒化物形成元素と結合して生成された「炭窒化物」も含まれ得る。そして、これら炭化物および炭窒化物（以下、本発明では、纏めて「炭化物」として扱う。）は、焼入れ焼戻し後の薄物部品の組織において、その数が多い程、硬度（耐摩耗性）を高める点で効果的である。しかし、この一方で、個々の炭化物が大きいと、これを起点とした腐食が発生しやすく、薄物部品の耐食性が不足する要因となる。
【００２４】
そこで、薄板部品の硬度を高めながらも、耐食性を不足させないためには、薄物部品の組織中にある炭化物を微細にすることが求められる。そして、このためには、焼入れ焼戻し前のマルテンサイト系ステンレス鋼薄板において、その組織中に炭化物を形成させないか（つまり、炭化物を固溶させた状態に維持するか）、または、その組織中に炭化物がある場合であっても、その炭化物を小さくすることが、効果的である。つまり、マルテンサイト系ステンレス鋼薄板の組織中に炭化物がある場合であっても、その炭化物を小さくすることで、これらの炭化物は焼入れによって組織中に固溶しやすくなる。そして、続く焼戻しによって析出するとしても、析出した炭化物（二次炭化物）は微細なので、薄板部品の耐食性を不足させることなく、硬度を高めることができる。
【００２５】
そして、本発明者が検討した結果、薄板の組織中に炭化物が存在するかしないかに依らず、上記の焼入れで固溶し難い未固溶炭化物として、薄板の断面組織中において、円相当径が０．５μｍ以上の炭化物を対象とし、これの個数密度を０〜５０個／１０００μｍ２に低減することが、薄板部品の耐食性不足の解決に効果的であることを突きとめた。好ましくは４５個／１０００μｍ２以下、より好ましくは４０個／１０００μｍ２以下、さらに好ましくは３５個／１０００μｍ２以下、よりさらに好ましくは３０個／１０００μｍ２以下である。このことにより、薄板の組織中では、焼入れで固溶し難い炭化物が低減できて、薄物部品の組織中における粗大な炭化物の形成を抑制することができる。そして、薄板の組織中に“固溶した状態で”維持されていた炭化物（炭化物形成元素）は、焼戻しによって析出するとしても、微細に析出する。そして、薄板の組織中に、円相当径が０．５μｍ未満の炭化物があったとしても、この炭化物もまた、上記の焼入れで固溶しやすく、かつ、焼戻しによって析出するとしても、上記と同様、微細に析出する。よって、薄板部品の組織中の微細炭化物の増量に加えて、薄板部品の組織中の固溶Ｃ、Ｎの増量による基地の硬度向上にも繋がり、薄板部品の耐摩耗性の向上に効果的である。
【００２６】
なお、上記において、炭化物の分布状態を測定する「薄板の断面組織」は、マルテンサイト系ステンレス鋼薄板の、圧延加工の延伸方向（つまり、薄板の長さ方向）に対して平行な断面であり、一具体的には、この平行な断面のうちで、ＴＤ方向（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ  Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ；延伸直角方向）に垂直な断面（いわゆる、ＴＤ断面）とすることができる。そして、このＴＤ断面で、板厚方向の中心に位置する組織を、視野面積が１０００μｍ２以上の走査型電子顕微鏡で観察し、それを画像解析することで、円相当径（面積円相当径である。）が０．５μｍ以上の炭化物の個数をカウントすることができる。なお、炭化物の同定は、走査型電子顕微鏡に付属する、ＥＰＭＡ（電子線マイクロアナライザ）による元素マッピングで確認することができる。
【００２７】
本発明のマルテンサイト系ステンレス鋼薄板の断面組織中においては、上述した円相当径が０．５μｍ以上の炭化物の個数密度が０〜５０個／１０００μｍ２であることに加えて、更に、円相当径が５μｍ以上の炭化物が確認されないことが好ましい。すなわち、上記の断面組織中において、円相当径が５μｍ以上の炭化物の個数密度が１．０個／１０００μｍ２未満（０個のときを含む）のマルテンサイト系ステンレス鋼薄板である。
【００２８】
（４）本発明のマルテンサイト系ステンレス鋼薄板の製造方法は、質量％で、Ｃ：０．２５〜０．４５％、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：０．１〜１．５％、Ｃｒ：１２．０〜１５．０％、Ｍｏ：０．５〜３．０％、Ｎ：０．１０％以下、残部Ｆｅおよび不純物の成分組成でなり（必要に応じて、１．０％以下のＮｉを含有することができる）、厚さが０．１ｍｍ以下のステンレス鋼薄板の素材に、窒素雰囲気中で１０００℃を越える温度に１〜１０分間加熱した後、冷却する熱処理を行うものである。
本発明のマルテンサイト系ステンレス鋼薄板の場合、それに焼入れ焼戻しを行った後の薄物部品において、その全体を高硬度化させるために、上述した０．３０〜０．４５％という効果的なＮの含有量を、マルテンサイト系ステンレス鋼薄板の全体に付与する必要がある。そして、このＮの含有量の付与は、予め上記の「０．１ｍｍ以下」の厚さに薄板化されたマルテンサイト系ステンレス鋼薄板の素材を準備して、この薄板の素材に、窒素雰囲気中で加熱して保持する「窒素吸収処理」を行って達成することが好適である。以下に、本発明に係る窒素吸収処理について、説明する。
【００２９】
まず、上記の窒素吸収処理を行う前のマルテンサイト系ステンレス鋼薄板の素材の成分組成は、Ｎが「０．１０％以下」であることを除いて、上述した本発明のマルテンサイト系ステンレス鋼薄板の成分組成の範囲と同じである。そして、この窒素吸収処理が行われる前の薄板の素材が含み得る窒素は、規制元素（不純物）であることを想定している。好ましくは０．０５％以下、さらに好ましくは０．０３％以下である。
薄板の素材の窒素量が多すぎると、この素材を鋳塊から得るときに、鋳塊が加工硬化しやすく、冷間加工性が悪くなるので、０．１ｍｍ以下の厚さまで仕上げようとすると中間焼鈍を数回繰り返さなければならない。つまり、厚さが０．１ｍｍ以下という実に薄い材料を提供する本発明にとっては、従来のように、最初の溶製工程で窒素を付与した鋳塊を作製してしまうと、この鋳塊を加工して薄板化するのが容易でない。そこで、本発明であれば、マルテンサイト系ステンレス鋼を薄板の素材にしてから窒素を付与するので、鋳塊からの薄板化が容易である。そして、この薄板化された素材の時点で、それが窒素を含まないとしても、素材の板厚は０．１ｍｍ以下という実に薄いものなので、後述の窒素吸収処理で板厚の中心にまで十分に窒素を付与することができる。このような素材は、その薄板化の後に、例えば、７００〜８００℃の範囲で焼鈍処理を行った、焼鈍材とすることができる。
【００３０】
なお、本発明の場合、上記の鋳塊には、例えば、１２００℃前後の高い温度で長時間保持するソーキング処理を行うことができる。本発明に係るステンレス鋼の成分組成は、溶製工程での凝固時に粗大なＣｒ系炭化物が晶出し難いものとなっている。しかし、鋳塊が大きくなると、偏析によって、粗大なＣｒ系炭化物が少なからず晶出する場合がある。このような場合、上記のソーキング処理によって、この粗大なＣｒ系炭化物を組織中に固溶させるのに効果的である。
【００３１】
そして、上記によって既に０．１ｍｍ以下の厚さに薄板化された素材に行う「窒素吸収処理」は、窒素雰囲気中で１０００℃を越える温度に１〜１０分間加熱した後、冷却する熱処理とすることが、上記の素材に「０．３０〜０．４５％」のＮを付与する本発明にとって、実に有効である。そして、この熱処理によって、本発明に係る上記の「断面組織中において、円相当径が０．５μｍ以上の炭化物の個数密度が０〜５０個／１０００μｍ２である」という炭化物の分布状態を達成することができる。
【００３２】
まず、本発明に係るマルテンサイト系ステンレス鋼の場合、それがオーステナイト温度に加熱されたときのＮの固溶量は、その加熱温度が高くなると少なくなる。しかし、本発明においては、マルテンサイト系ステンレス鋼の薄板の素材に、少なくとも０．３０％のＮ量を付与できれば、薄物部品の高硬度化にとって十分である。そして、本発明においては、薄板の素材に多量のＮを付与することよりも、この薄板の素材の中心に至るまでの全体にＮを付与することこそが重要である。そして、このときに、上記の加熱温度を高くすることで、薄板の素材中におけるＮの拡散速度を大きくすることができるので、薄板の素材の厚さを０．１ｍｍ以下に薄くしたことと相まって、薄板の素材の全体に０．３０％以上のＮを付与することが可能になる。
よって、本発明において、上記の熱処理の加熱温度は、１０００℃を超える高温に設定する。好ましくは１０５０℃以上である。なお、上限については、薄板の素材が溶融しない温度であればよいが、例えば、１２００℃以下が好ましい。より好ましくは１１５０℃以下である。１１００℃前後の加熱温度であることが、窒素の吸収量が高くなり、短時間で所定量の窒素を付与できる点で効果的である。
【００３３】
そして、ここで本発明にとって重要となるのが、上記の高温での熱処理を行う際の「加熱時間」である。つまり、本発明の場合、上記の熱処理を施す薄板の素材が０．１ｍｍ以下と薄いことから、上記の高温での熱処理を行ったときに、その加熱温度で保持する加熱時間が長いと、素材の全体が所定量のＮを吸収できたとしても、組織中の炭窒化物を含む炭化物が粗大に成長してしまう。この時点で炭化物が粗大になると、これら粗大な炭化物は、次の焼入れでも十分に固溶せず、薄物部品の組織に残って、薄物部品の耐食性不足の要因となる。そこで、本発明の場合、この炭化物の成長を抑制するために、上記の熱処理における加熱時間を短くする必要がある。そして、この加熱時間を、１〜１０分間の範囲にすることよって、薄板の中心にまで十分量の窒素を均一に吸収させながらも、上記の炭化物の分布状態に調整することが可能である。好ましくは９分以下である。より好ましくは８分以下である。また、好ましくは２分以上である。より好ましくは３分以上である。
これらの熱処理条件によって、特許文献１のように、長時間の熱処理を要せずに、マルテンサイト系ステンレス鋼薄板を製造できるので、その製造時間や製造コストの短縮にも効果的である。
【００３４】
そして、熱処理の雰囲気は「窒素雰囲気」とする。この窒素雰囲気として、例えば、窒素ガスを使用できる。具体例として、この窒素ガスが９０体積％以上含まれた雰囲気である。そして、好ましくは、この窒素雰囲気を「加圧雰囲気」とすることで（大気圧を含む）、薄板素材の表面からの窒素の吸収が促進されるので、製造時間や製造コストの短縮に更に効果的である。これについては、窒素雰囲気中でプラズマを発生させ、より活性なラジカル窒素を利用することも、製造時間や製造コストの短縮に効果的である。
【００３５】
そして、薄板の素材に対し、上記の熱処理（すなわち、窒素吸収処理）に係る加熱を終えた後には、それを室温まで“一旦冷却して”、焼入れ焼戻し前の「マルテンサイト系ステンレス鋼薄板」とすることが重要である。このとき、上記の一旦冷却することについては、例えば、空冷等によって急冷してマルテンサイト変態させてもよいし、マルテンサイト変態しない冷却速度でゆっくりと冷却してフェライト組織にしてもよい。このとき、急冷することは、薄板の組織中で、炭化物を固溶させた状態に維持できる点で、または、炭化物を微細にできる点で、好ましい。そして、この冷却したマルテンサイト系ステンレス鋼薄板を、改めて、焼入れ温度に加熱して、焼入れを行えば、その加熱工程で再びオーステナイト変態し、新たなオーステナイト粒が生成されて、かつ、その変態点を繰り返し通過することで、結晶粒が微細化された薄物部品を得ることができる。焼入れ加熱を行うことにより、薄板の組織には新しいオーステナイト粒が形成されるため、結晶粒は細分化される。
【００３６】
以上の熱処理によって、マルテンサイト系ステンレス鋼薄板の全体で、窒素の含有量を高めることができる。そして、この熱処理で薄板中に吸収された窒素は、組織中に固溶するか、または、炭化物として組織に存在するとしても、その炭化物は、上述の通り、微細である。これによって、上記の炭化物は焼入れで組織中に固溶しやすく、そして、続く焼戻しによって析出するとしても、析出した炭化物は微細なので、薄板部品の組織には腐食の起点となる場所が少なく、薄物部品の耐食性を不足なく十分に維持することができる。そして、薄物部品の中心に至るまでの全体を高硬度化することもできる。
【００３７】
上記の熱処理には、例えば、連続熱処理を適用することが好ましい。すなわち、上記のマルテンサイト系ステンレス鋼薄板の素材に、窒素雰囲気中で連続的に加熱した後、連続的に冷却する連続熱処理を行うマルテンサイト系ステンレス鋼薄板の製造方法である。
連続熱処理とは、薄板を、雰囲気温度が所定温度に制御されている熱処理装置に連続的に通過させる（通板させる）熱処理のことである。そして、この熱処理装置には、薄板が連続して送給されながら加熱される加熱室を備えてなるものや、さらに、この加熱室の下流側に連設されている、薄板が連続して送給されながら冷却される冷却室を備えてなるもの等がある。連続熱処理であれば、薄板素材が加熱室内に滞留する時間が短いので、加熱温度（つまり、加熱室の雰囲気温度）を、１０００℃を超える温度に設定して、かつ、加熱時間（つまり、加熱室内に入った薄板素材の全体が１０００℃を越える温度に到達してからの、加熱室内の滞留時間）が１〜１０分になるように、通板速度を調節することが容易である。
【００３８】
上記の熱処理を行った後のマルテンサイト系ステンレス鋼薄板が硬い場合、例えば、これに冷間圧延を行って、厚さを更に薄くしたい等のときに、冷間加工が困難になり、薄物部品の形状に整えることが容易でないかも知れない。よって、本発明のマルテンサイト系ステンレス鋼薄板の硬度は、４００ＨＶ以下とすることが好ましい。より好ましくは３５０ＨＶ以下である。なお、下限については、特に要しないが、ハンドリング性を確保する点で、例えば、２００ＨＶ以上が好ましい。これらの硬度は、薄板の板厚方向の中心の位置で測定することができる。
【００３９】
そして、本発明のマルテンサイト系ステンレス鋼薄板の製造方法では、上記の熱処理を行った後に、更に焼鈍処理を行ってもよい。この焼鈍処理を行うことで、上述した炭化物の分布状態を維持したままで、マルテンサイト系ステンレス鋼薄板の硬度を下げることができる。このような焼鈍処理は、上記の熱処理（窒素吸収処理）に係る冷却で、特に、急冷した場合に、行うことが好ましい。
上記の焼鈍処理は、ＡＣ１点以下の温度で、短時間の加熱とすることが好ましい。加熱温度が高すぎたり、加熱時間が長すぎたりすると、組織中の炭化物が成長し粗大化する。よって、例えば、７００〜８００℃で１〜１５分程度の焼鈍処理が好ましい。そして、さらに好ましくは、この焼鈍処理を複数回（例えば、２回や３回）繰り返すことで、残留オーステナイトを十分に分解させることもできる。この焼鈍処理に係る冷却は、空冷とすることができる。
【００４０】
（５）本発明の薄物部品の製造方法は、上述した本発明のマルテンサイト系ステンレス鋼薄板に、焼入れ焼戻しを行うものである。
上述した本発明のマルテンサイト系ステンレス鋼薄板に焼入れを行うことで、その薄板組織中の炭化物はもとより微細であり、かつ、それら炭化物を十分に固溶させることができる。このとき、焼入れ温度は、例えば、１０００〜１２５０℃とすることができる。焼入れ温度での保持時間は、例えば、３０秒〜１０分とすることができる。また、焼入れ時の加熱は、薄板中の炭素や窒素が抜けていくことを抑制できる点で、不活性（非反応性）の雰囲気（真空や、減圧された雰囲気を含む）で行うことが好ましい。例えば、アルゴン等の不活性ガス雰囲気である。
なお、焼入れ後には、マルテンサイト組織への変態促進および微細化された結晶粒の安定化のために、サブゼロ処理を行うことが可能である。処理温度は、例えば、−５０℃以下とすることができる。そして、処理温度での保持時間は、例えば、３０秒〜１時間とすることができる。
【００４１】
そして、上記の焼入れを終えたマルテンサイト系ステンレス鋼薄板に、焼戻しを行うことで、組織中には微細な炭化物が析出するので、薄板部品の耐食性を不足させることなく、耐摩耗性を向上させることができる。そして、これに、上述した窒素含有の効果も相まって、薄物部品の硬度を、例えば、６００ＨＶ以上に高硬度化することができる。好ましくは６５０ＨＶ以上である。なお、この硬度の上限を指定する必要はないが、８００ＨＶ程度が現実的である。この硬度は、薄物部品の板厚方向の中心の位置で測定することができる。
焼戻し温度は、例えば、１５０〜６５０℃とすることができる。焼戻し温度での保持時間は、例えば、３０秒〜１時間とすることができる。この焼戻し温度について、耐食性を重視する場合は、例えば、２００〜４００℃の「低温焼戻し」とすることができる。焼戻し温度を低くすることによって、Ｃｒ系の炭化物や窒化物等の析出を適当に抑制し、この析出箇所に隣接する部分のＣｒの欠乏を低減できるので、耐食性不足の解決により効果的である。
上記の焼入れ焼戻しは、そのいずれか一方、または両方の処理を、連続熱処理によって行うことができる。
【実施例】
【００４２】
高周波誘導溶解炉で溶解した１０ｋｇの溶湯を鋳造して、複数の成分組成を有するマルテンサイト系ステンレス鋼の鋳塊を作製した。次に、これらの鋳塊に、鍛造比（鍛造前の断面積／鍛造後の断面積）が１０程度の熱間鍛造を行って冷却した後、７８０℃で焼鈍して、焼鈍材を得た。そして、これらの焼鈍材から厚さ１ｍｍの板材を切り出して、この板材に冷間圧延を行い、厚さが０．０８ｍｍ（８０μｍ）の帯材に仕上げた後に、これを７８０℃で焼鈍して、「薄板の素材」を得た。これら薄板の素材の成分組成を、表１に示す（素材Ａ〜Ｃ、Ｅ、ＧのＮｉは不純物（無添加）である）。【００４３】
【表１】
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【００４４】
表１のステンレス鋼の「薄板の素材」に、大気圧の窒素ガス（純度９９％）でなる窒素雰囲気中で加熱した後、空冷により室温まで急冷する「熱処理（窒素吸収処理）」を行って、ステンレス鋼の「薄板」を得た。上記の熱処理における「加熱温度」および「加熱時間」は、表２の通りである。得られた薄板はマルテンサイト組織を有していた。また、得られた薄板のそれぞれの硬度は、その板厚方向の中心の位置で測定して、概ね５００ＨＶであった。
上記の熱処理後の薄板のＮ含有量を、表２に示す。Ｎ含有量の測定は、薄板の全体を溶融させて発生した窒素の量を、熱伝導度から求める「不活性ガス溶融−ガスクロマトグラフ法」によった。なお、表２に示したＮ含有量については、その値が、薄板の厚さ方向の全域に亘って、ほぼ同値であったことを、ＥＰＭＡによるライン分析で確認済みである。図８は、後述する試料Ｎｏ．３の薄板の厚さ方向におけるＮ含有量の値を、ＥＰＭＡによるライン分析で、その薄板の一表面から他表面に向けて測定した結果である。薄板の厚さ方向におけるＮ含有量は、表２に示したＮ含有量（薄板全体としてのＮ含有量）に対して、このＮ含有量に相当するＸ線強度の値で均一に分布していることがわかる。【００４５】
そして、薄板の断面組織中にある「円相当径が０．５μｍ以上の炭化物の個数密度」を確認した。この炭化物の個数密度を確認した断面は、上記で説明したＴＤ断面とした。まず、このＴＤ断面で、板厚方向の中心の位置の組織を、視野面積が１０００μｍ２の走査型電子顕微鏡で観察した（倍率３０００倍）。図１は、本発明例の薄板（後述する実施例の試料Ｎｏ．３）の顕微鏡像であり、図２は、比較例の薄板（同試料Ｎｏ．９）の顕微鏡像である。図１、２において、粒状または棒状の白色コントラスト相で確認される分布物が炭化物（炭窒化物を含む）である。このことについては、走査型電子顕微鏡に付属するＥＰＭＡによる元素マッピングで確認済みである。そして、この視野面積で確認された炭化物について画像解析することで、円相当径が０．５μｍ以上の炭化物の個数をカウントして、個数密度（個／１０００μｍ２）を算出した。なお、上記の画像解析には、アメリカ国立衛生研究所（ＮＩＨ）が提供しているオープンソース画像処理ソフトウェアＩｍａｇｅＪ（ｈｔｔｐ:／／ｉｍａｇｅＪ．ｎｉｈ．ｇｏｖ／ｉｊ／）を用いた。これらの結果も、表２に示す。本発明例の薄板の断面組織中には、円相当径が５μｍ以上の炭化物は確認されなかった。すなわち、円相当径が５μｍ以上の炭化物の個数密度は１．０個／１０００μｍ２未満（０個のときを含む）であった。【００４６】
そして、上記の薄板に、焼入れ焼戻しを行って、薄物部品を作製した。焼入れは、１１００℃に加熱したアルゴンガス（大気圧、純度９９％）でなる雰囲気の炉内に、上記の薄板を２分間投入した後、これを急冷（空冷）するものとした。なお、焼入れ後には、−７５℃の液化二酸化炭素を用いて、これに３０分保持するサブゼロ処理を行った。焼戻しは、３５０℃の焼戻し温度で３０分保持するものとした。これらの薄物部品について、その板厚方向の中心の位置で測定した硬度を、表２に示す。【００４７】
そして、上記の薄物部品の表面に３５℃の５％塩水を５時間噴霧する塩水噴霧試験を行って、耐食性を評価した。耐食性の評価は、塩水噴霧試験後の表面における錆の発生状況を観察して行った。評価基準は、図５〜７に示した錆の発生状況を基準として、図６（錆の発生部分が約５面積％）よりも錆の発生が軽微なものを「〇」、図６よりも錆の発生が顕著であるが、図７（同約３０面積％）のそれよりも軽微なものを「△」、図７よりも錆の発生が顕著なものを「×」とした。そして、錆の発生が認められなかったもの（図５）を「◎」とした。これらの結果も、併せて表２に示す。【００４８】
【表２】
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【００４９】
試料Ｎｏ．１の薄板は、その素材におけるＣ含有量を高めて、かつ、本発明に係る熱処理（窒素吸収処理）を行わなかった比較例である。その結果、薄板の組織には粗大な炭化物が多く観察されて、焼入れ焼戻し後の薄物部品では、６００ＨＶ以上の高硬度は得られたが、塩水噴霧試験で錆が多数発生した（図７）。【００５０】
試料Ｎｏ．２〜４の薄板は、同じ成分組成のステンレス鋼を素材として、これに異なる条件の熱処理を行った本発明例である。いずれの薄板においても、その組織に観察される炭化物は微細であった（図１）。そして、焼入れ焼戻し後の薄物部品において、６００ＨＶ以上の高硬度が達成され、かつ、塩水噴霧試験でも錆が確認されなかった。その中でも、１１００℃の加熱温度で熱処理を行った試料Ｎｏ．３の薄板は、同じ加熱時間でもＮ含有量が高く、薄物部品で６１８ＨＶの硬度を達成した。また、薄物部品の組織には、粗大な炭化物が認められず（図３；ＴＤ断面で、板厚方向の中心の位置の組織を、倍率３０００倍の走査型電子顕微鏡で観察したもの。）、耐食性にも優れていた（図５）。【００５１】
試料Ｎｏ．５〜８の薄板は、異なる成分組成のステンレス鋼を素材として、これに同じ条件の熱処理を行った本発明例である。いずれの薄板においても、その組織に観察される炭化物は微細であった。そして、焼入れ焼戻し後の薄物部品においても、６００ＨＶ以上の高硬度が達成され、かつ、耐食性にも優れていた。その中でも、Ｃ含有量が多い試料Ｎｏ．５の薄板は、薄物部品で６５０ＨＶ以上の高硬度を達成した。また、試料Ｎｏ．８の薄板は、ＣｒおよびＭｏの含有量が高いものの、Ｎｉ含有量が多いことで、十分なＮ含有量を達成した。そして、薄物部品で６５０ＨＶ以上の高硬度を達成した。【００５２】
試料Ｎｏ．９、１０の薄板は、熱処理のときの加熱時間を「３時間」の長時間とした比較例である。加熱時間を長くしたことで、加熱温度が１０００℃以下であっても、薄板のＮ含有量は増加した。しかし、いずれの薄板においても、その組織には粗大な炭化物が多く観察された（図２）。そして、その結果、焼入れ焼戻し後の薄物部品において、６００ＨＶ以上の高硬度は達成されたもの、塩水噴霧試験で錆が発生した。
試料Ｎｏ．９の薄板は、Ｎ含有量こそ、試料Ｎｏ．４の薄板のそれと同程度である。しかし、その組織中の粗大な炭化物が、焼入れ焼戻し後の薄物部品の組織でも固溶しきらずに多く残存して（図４；ＴＤ断面で、板厚方向の中心の位置の組織を、倍率３０００倍の走査型電子顕微鏡で観察したもの。粒状の白色コントラスト相が炭化物である。）、耐食性が不足した（図６）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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