(57)【要約】  優れた特性をもつ高硬度かつ高靭性の刃物を得ることを最終目的とするものであり、そのための刃物用ステンレス鋼の中間素材、焼鈍材及び冷間圧延鋼帯並びにこれらの製造方法を提供する。  焼鈍を適用するための熱間圧延された中間素材であって、組成が質量％でＣ：０．４６〜０．７２％、Ｓｉ：０．１５〜０．５５％、Ｍｎ：０．４５〜１．００％、Ｃｒ：１２．５〜１３．９％、Ｍｏ：０〜１．５％、Ｂ：０〜０．０１２％、残部はＦｅ及び不純物からなり、縦断面のエックス線回折におけるｆｃｃ相からの回折ピーク面積（（２００）面、（２２０）面及び（３１１）面からの回折ピーク面積の総和）とｂｃｃ相からの回折ピーク面積（（２００）面及び（２１１）面からの回折ピーク面積の総和）の比（ｆｃｃ相からの回折ピーク面積／ｂｃｃ相からの回折ピーク面積）が３０以下である刃物用ステンレス鋼の中間素材。
2013047237.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱間圧延後焼鈍前の刃物用ステンレス鋼の中間素材であって、組成が質量％でＣ：０．４６〜０．７２％、Ｓｉ：０．１５〜０．５５％、Ｍｎ：０．４５〜１．００％、Ｃｒ：１２．５〜１３．９％、Ｍｏ：０〜１．５％、Ｂ：０〜０．０１２％、残部はＦｅ及び不純物からなり、縦断面のエックス線回折におけるｆｃｃ相からの回折ピーク面積（（２００）面、（２２０）面及び（３１１）面からの回折ピーク面積の総和）とｂｃｃ相からの回折ピーク面積（（２００）面及び（２１１）面からの回折ピーク面積の総和）の比（ｆｃｃ相からの回折ピーク面積／ｂｃｃ相からの回折ピーク面積）が３０以下であることを特徴とする刃物用ステンレス鋼の中間素材。
【請求項２】
Ｂを０．０００５〜０．００５０％の範囲で含有することを特徴とする請求項１に記載の刃物用ステンレス鋼の中間素材。
【請求項３】
熱間圧延後焼鈍前の刃物用ステンレス鋼の中間素材の製造方法であって、組成が質量％でＣ：０．４６〜０．７２％、Ｓｉ：０．１５〜０．５５％、Ｍｎ：０．４５〜１．００％、Ｃｒ：１２．５〜１３．９％、Ｍｏ：０〜１．５％、Ｂ：０〜０．０１２％、残部はＦｅ及び不純物からなる素材を１１００〜１２５０℃に加熱し、熱間圧延終了温度を７００〜１０００℃とする熱間圧延を行って、縦断面のエックス線回折におけるｆｃｃ相からの回折ピーク面積（（２００）面、（２２０）面及び（３１１）面からの回折ピーク面積の総和）とｂｃｃ相からの回折ピーク面積（（２００）面及び（２１１）面からの回折ピーク面積の総和）の比（ｆｃｃ相からの回折ピーク面積／ｂｃｃ相からの回折ピーク面積）が３０以下の中間素材とすることを特徴とする刃物用ステンレス鋼の中間素材の製造方法。
【請求項４】
Ｂを０．０００５〜０．００５０％の範囲で含有することを特徴とする請求項３に記載の刃物用ステンレス鋼の中間素材の製造方法。
【請求項５】
請求項３または４に記載の製造方法によって製造された刃物用ステンレス鋼の中間素材に対して８００〜８６０℃で１〜１００時間の焼鈍を行うことを特徴とする刃物用ステンレス鋼の焼鈍材の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の製造方法によって製造された刃物用ステンレス鋼の焼鈍材に対して冷間圧延と焼鈍を行って、厚さを１．０ｍｍ未満とすることを特徴とする刃物用ステンレス鋼の冷間圧延鋼帯の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、剃刀、カッター、包丁、ナイフなどに用いられる刃物用ステンレス鋼およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、マルテンサイト系ステンレス鋼は、剃刀、カッター、包丁、ナイフ等の刃物用の材料として広く使用されてきた。特に、質量％で１３％程度のＣｒと０．６５％程度のＣを含む高炭素マルテンサイト系ステンレス鋼の帯材は、剃刀用の材料として最適であることが知られている。このような用途に用いられる高炭素マルテンサイト系ステンレス鋼（以下「刃物用ステンレス鋼」という。）は、通常焼入れ焼戻しを施して使用されるものであり、使用時の高硬度、高靭性と言った特性が求められている。
刃物用ステンレス鋼は通常以下の製造工程を経て製造される。
まず、原料を溶解、鋳造して素材を製造する。次に、素材を熱間圧延して中間素材を製造する。素材に対して熱間鍛造や熱間圧延による分塊工程を経る場合もある。
次に、中間素材に最初の焼鈍を行って焼鈍材を製造する。さらに、焼鈍材に対して冷間圧延とそれに続く歪除去焼鈍とを必要な回数だけ繰り返し、目的とする厚さを有する冷間圧延鋼帯を製造する。そして、冷間圧延鋼帯に焼入れ焼戻しを施して、刃物用ステンレス鋼が完成する。
さらに、刃物用ステンレス鋼は刃付けや切断などの加工工程を経て最終製品となる。なお、刃物用ステンレス鋼の市場における取引は、一般に、焼鈍材又は冷間圧延鋼帯のいずれかの形態でなされる場合が多い。
上述した刃物用ステンレス鋼において、高硬度、高靱性を達成する技術として従来から種々の提案がなされている。例えば、代表的な例として、本願出願人の提案による特開平５−０３９５４７号公報（特許文献１）では、焼入れ焼戻し前の刃物用ステンレス鋼の冷間圧延鋼帯の炭化物密度を高める提案を行っている。この提案によれば、冷間圧延鋼帯の短時間焼入れ性が大幅に改善され、且つ、焼入れ後の刃物用ステンレス鋼の硬さを高めることができ、剃刀として優れた切れ味を持たせることが可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−０３９５４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したように、刃物用ステンレス鋼について焼入れ焼戻し前の冷間圧延鋼帯の素性に着目した技術に関しては、従来から種々の提案がなされている。
しかしながら、熱間圧延後焼鈍前の中間素材の素性に着目した検討はほとんどなされていないといってよく、当該中間素材の素性と、半製品として流通する焼鈍後焼入れ前の刃物用ステンレス鋼の焼鈍材の特性及び冷間圧延鋼帯の特性との関係については、十分に解明されているとはいい難かった。
このため、前記中間素材の素性はいかにあるべきかについての知見が乏しいことに起因して、刃物用ステンレス鋼が本来有する優れた特性を十分に引き出せず、特に高硬度と高靱性とを両立させることができないという課題があった。また、前記中間素材の素性が何らかの要因で変動した場合に、前記中間素材を作製した段階で不具合を察知して後工程における品質不良の発生を未然に防止する手段は知られていなかったので、前記中間素材の段階で発生していた不具合が察知されないまま、硬度や靱性の低下が下工程で初めて顕在化すると、それまでに行った工程が無駄になり、製品のコストが増大するという課題があった。
本発明は、焼入れ前の刃物用ステンレス鋼の組織に影響する前記中間素材の適正化により、優れた特性をもつ高硬度かつ高靭性の刃物を効率よく得ることを最終目的とするものであり、そのための刃物用ステンレス鋼の中間素材、焼鈍材及び冷間圧延鋼帯並びにこれらの製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは、刃物用ステンレス鋼の素性のうち、特に、その硬度及び靱性を左右する因子として炭化物の形態に着目して検討を行った。
まず、刃物用ステンレス鋼の冷間圧延鋼帯の組織中において炭化物が偏在していたり、粗い結晶粒を有する炭化物と細かい結晶粒を有する炭化物とが混合していたりして、炭化物の分布が不均一である場合には、炭化物が均一に分布している場合に比べて、その冷間圧延鋼帯を焼入れ焼戻ししたときの硬度および靱性が低下することを確認した。
次に、刃物用ステンレス鋼の中間素材の素性のうち特に組成およびｆｃｃ相の量が、前記中間素材から得られる冷間圧延鋼帯の組織中の炭化物の分布に影響を与えていることを突き止めた。
そして、刃物用ステンレス鋼の中間素材の組成を適正化するとともに、ｆｃｃ相の量を抑制することにより、冷間圧延鋼帯中の炭化物の分布を均一にすることができ、さらには最終製品である刃物の特性を大きく改善できることを見いだし本発明に到達した。
即ち本発明は、熱間圧延後焼鈍前の刃物用ステンレス鋼の中間素材であって、組成が質量％でＣ：０．４６〜０．７２％、Ｓｉ：０．１５〜０．５５％、Ｍｎ：０．４５〜１．００％、Ｃｒ：１２．５〜１３．９％、Ｍｏ：０〜１．５％、Ｂ：０〜０．０１２％、残部はＦｅ及び不純物からなり、縦断面のエックス線回折におけるｆｃｃ相からの回折ピーク面積（（２００）面、（２２０）面及び（３１１）面からの回折ピーク面積の総和）とｂｃｃ相からの回折ピーク面積（（２００）面及び（２１１）面からの回折ピーク面積の総和）の比（ｆｃｃ相からの回折ピーク面積／ｂｃｃ相からの回折ピーク面積）が３０以下である刃物用ステンレス鋼の中間素材である。
前述のＢは、０．０００５〜０．００５０％の範囲で含有することが好ましい。【０００６】
また、本発明は、前述の刃物用ステンレス鋼の中間素材の製造方法であって、前述の組成に調整した熱間圧延用素材を１１００〜１２５０℃に加熱し、熱間圧延終了温度を７００〜１０００℃とする熱間圧延を行って、縦断面のエックス線回折におけるｆｃｃ相からの回折ピーク面積（（２００）面、（２２０）面及び（３１１）面からの回折ピーク面積の総和）とｂｃｃ相からの回折ピーク面積（（２００）面及び（２１１）面からの回折ピーク面積の総和）の比（ｆｃｃ相からの回折ピーク面積／ｂｃｃ相からの回折ピーク面積）が３０以下とする刃物用ステンレス鋼の中間素材の製造方法である。
本発明では、前述の熱間圧延後に、８００〜８６０℃で１〜１００時間の焼鈍を行う刃物用ステンレス鋼の焼鈍材の製造方法である。
また、本発明は、前述の焼鈍材を用いて、冷間圧延と焼鈍の工程を行って、厚さを１．０ｍｍ未満とする刃物用ステンレス鋼の冷間圧延鋼帯の製造方法である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の刃物用ステンレス鋼を用いて製造した刃物は高硬度と高靭性を両立することが可能なため、特に、厚みの薄い剃刀などの用途に最適である。また、本発明によれば、最終製品ではなく中間素材の段階で品質管理を行うことが可能となるため、不良の発生を抑え、製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】試験片採取位置と評価面を示す模式図である。
【図２】本発明の刃物用ステンレス鋼の中間素材の金属組織の一例を示す図面代用写真である。
【図３】比較例の刃物用ステンレス鋼の中間素材の金属組織の一例を示す図面代用写真である。
【図４】本発明の刃物用ステンレス鋼の中間素材の金属組織の一例を示す図面代用写真である。
【図５】比較例の刃物用ステンレス鋼の中間素材の金属組織の一例を示す図面代用写真である。
【図６】本発明の刃物用ステンレス鋼の中間素材の金属組織の一例を示す図面代用写真である。
【図７】本発明の刃物用ステンレス鋼の中間素材の金属組織の一例を示す図面代用写真である。
【図８】本発明の刃物用ステンレス鋼の焼鈍材に焼入れ−サブゼロ−焼戻しを行った後の金属組織の一例を示す図面代用写真である。
【図９】比較例の刃物用ステンレス鋼の焼鈍材に焼入れ−サブゼロ−焼戻しを行った後の金属組織の一例を示す図面代用写真である。
【図１０】本発明の刃物用ステンレス鋼の焼鈍材に焼入れ−サブゼロ−焼戻しを行った後の金属組織の一例を示す図面代用写真である。
【図１１】比較例の刃物用ステンレス鋼の焼鈍材に焼入れ−サブゼロ−焼戻しを行った後の金属組織の一例を示す図面代用写真である。
【図１２】本発明の刃物用ステンレス鋼の焼鈍材に焼入れ−サブゼロ−焼戻しを行った後の金属組織の一例を示す図面代用写真である。
【図１３】本発明の刃物用ステンレス鋼の焼鈍材に焼入れ−サブゼロ−焼戻しを行った後の金属組織の一例を示す図面代用写真である。
【図１４】本発明の刃物用ステンレス鋼の冷間圧延鋼帯の金属組織の一例を示す図面代用写真である。
【図１５】本発明の刃物用ステンレス鋼の冷間圧延鋼帯に焼入れ−サブゼロ−焼戻しを行った後の金属組織の一例を示す図面代用写真である。
【図１６】本発明の刃物用ステンレス鋼の冷間圧延鋼帯の金属組織の一例を示す図面代用写真である。
【図１７】本発明の刃物用ステンレス鋼の冷間圧延鋼帯に焼入れ−サブゼロ−焼戻しを行った後の金属組織の一例を示す図面代用写真である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
上述したように、本発明の重要な特徴は、炭化物の形態に影響する合金組成を適正化するのに加えて、焼鈍前の中間素材におけるｆｃｃ相の量を制御することにより、最終製品である刃物に対して高硬度と高靭性の両立を達成したことである。
先ず、本発明で規定する基本的な特性を付与する合金組成について説明する。なお、各元素の含有量は質量％である。
Ｃ：０．４６〜０．７２％
Ｃを０．４６〜０．７２％としたのは、刃物として十分な硬度を達成し、かつ、鋳造・凝固時の共晶炭化物の晶出を最低限に抑制するためである。Ｃが０．４６％未満であれば刃物として十分な硬度が得られない。また、０．７２％を超えるとＣｒ量とのバランスで共晶炭化物の晶出量が増加し刃付け時の刃欠けの原因となる。好ましいＣ量の下限は、０．５０％であり、さらに好ましくは、０．６５％である。また、好ましいＣ量の上限は、０．７０％である。
Ｓｉ：０．１５〜０．５５％
Ｓｉは精錬時の脱酸剤として添加する。十分な脱酸効果を得ようとすると、Ｓｉが０．１５％以上は残存することとなる。一方、０．５５％を超えると介在物量が増加し刃付け時の刃欠けの原因となる。そのため、Ｓｉは０．１５〜０．５５％とする。また、Ｓｉは焼戻し軟化抵抗を高める効果がある。Ｓｉの０．２０％以上の添加が刃物として十分な硬度を得ることができる。そのため、好ましいＳｉ量の下限は０．２０％である。また、好ましいＳｉ量の上限は、０．３５％である。
Ｍｎ：０．４５〜１．００％
ＭｎもＳｉと同様に精錬時の脱酸剤として添加する。十分な脱酸効果を得ようとすると、Ｍｎが０．４５％以上は残存することとなる。一方、１．００％を超えると熱間加工性が低下する。そのためＭｎは０．４５〜１．００％とする。好ましいＭｎ量の下限は、０．６５％である。また、好ましいＭｎ量の上限は、０．８５％である。
【００１０】
Ｃｒ：１２．５〜１３．９％
Ｃｒを１２．５〜１３．９％としたのは、十分な耐食性を達成し、かつ、鋳造・凝固時の共晶炭化物の晶出を最低限に抑制するためである。Ｃｒが１２．５％未満であればステンレス鋼として十分な耐食性は得られず、１３．９％を超えると共晶炭化物の晶出量が増加し刃付け時の刃欠けの原因となる。好ましいＣｒ量の下限は１３．０％である。また、好ましいＣｒ量の上限は１３．６％である。
Ｍｏ：０〜１．５％
Ｍｏは耐食性を向上させる元素であるため必要に応じて１．５％を上限として添加することができる。しかし、Ｍｏが１．５％を超えると固溶強化が強くなり、変形抵抗が高くなって熱間加工性を劣化させるためＭｏの含有量を０〜１．５％とする。
Ｂ：０〜０．０１２％、
Ｂは硬度と靭性を向上させる有効な元素である。本発明では、後述するエックス線の強度比の調整によっても靭性を向上させることが可能であるが、予めＢを添加することで靭性向上の効果を確実に得ることができる。そのため、Ｂについては０．０１２％を上限に添加しても良い。ただし、Ｂが０．０１２％を超えると熱間加工性として延性が著しく低下する。そのため、Ｂの上限を０．０１２％とする。なお、Ｂ添加による硬度及び靭性向上効果をより確実に得ようとするならば、０．０００５％未満であればＢ添加の効果が十分でないため、Ｂを０．０００５〜０．００５０％の範囲内とすると良い。
以上、述べた元素以外はＦｅ及び不純物とする。
代表的な不純物元素として、Ｐ、Ｓ、Ｎｉ、Ｗ、Ｖ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎ及びＯがあり、これらの元素は以下の範囲に規制することが好ましい。
Ｐ≦０．０３％、Ｓ≦０．００５％、Ｎｉ≦０．１５％、Ｗ≦０．０５％、Ｖ≦０．２％、Ｃｕ≦０．１％、Ａｌ≦０．０１％、Ｔｉ≦０．０１％、Ｎ≦０．０５％及びＯ≦０．０５％。
【００１１】
本発明者の検討によれば、上述した組成を有する刃物用ステンレス鋼の中間素材のエックス線回折におけるｆｃｃ相からの回折ピーク面積（（２００）面、（２２０）面及び（３１１）面からの回折ピーク面積の総和）と、ｂｃｃ相からの回折ピーク面積（（２００）面及び（２１１）面からの回折ピーク面積の総和）の比（ｆｃｃ相からの回折ピーク面積／ｂｃｃ相からの回折ピーク面積）が、前記中間素材を用いて、焼鈍、冷間圧延、焼入れ、焼戻し等の製造工程を経て得られた刃物用ステンレス鋼の靭性と相関することを見出した。
具体的には、刃物用ステンレス鋼中間素材のエックス線回折におけるｆｃｃ相からの回折ピーク面積とｂｃｃ相からの回折ピーク面積の比が３０を超えると、ｆｃｃ相の量が多くなり過ぎた状態となる。そうすると、熱間加工後に焼鈍を行った場合、アスペクト比の高い炭化物が粒界に析出しやすくなる。その結果、例えば、刃物に用いる際に行われる焼入れ焼戻し後に靭性が著しく低下する。そのため、ｆｃｃ相からの回折ピーク面積／ｂｃｃ相からの回折ピーク面積の比を３０以下とする必要がある。好ましくは２０以下、さらに好ましくは５以下である。下限は０であっても良い。
なお、本発明でｆｃｃ相の（２００）面、（２２０）面及び（３１１）面と、ｂｃｃ相の（２００）面及び（２１１）面を選択したのは、本発明で規定する組成の合金系において、前記の方位がエックス線回折における主要なピークとなっているからである。前記の主要ピーク以外では、ピーク強度が低いため、ｆｃｃ相からの回折ピーク面積／ｂｃｃ相からの回折ピーク面積の比の影響は少ない。そのため、前記の主要ピークの測定で十分である。
なお、上述したｆｃｃ相からの回折ピーク面積／ｂｃｃ相からの回折ピーク面積の比は、それぞれの相の実際の体積比と相関があるため、構成相の比率に対応する値として評価することができる。
【００１２】
上記のエックス線回折を行う場合は、中間素材の縦断面にエックス線を照射して行う。本願において「縦断面」とは、図１に示すように、刃物用ステンレス鋼の中間素材１の幅の中心付近より採取された試験片の表面のうち図１に示す評価面２に該当する断面、すなわち、中間素材の幅方向に垂直な断面、をいう。縦断面を評価に使用する理由は、圧延材は圧延方向に依存した異方性があるため、評価面を固定することで同一条件での評価を可能とするためである。また、刃物とした場合には縦断面が高強度と靱性の両立をもっとも要求される刃先に対応する場合が多いためである。
エックス線回折に用いる試験片は、縦断面を鏡面研磨し、さらに電解研磨を行ってエックス線回折用試験片に調整する。そして、前述の電解研磨面を測定面としてエックス線回折を行い、その後、ｆｃｃ相の（２００）面、（２２０）面及び（３１１）面からの回折ピークの面積の総和とｂｃｃ相の（２００）面、（２１１）面からの回折ピークの面積の総和との比を算出する。それぞれの回折ピークの面積を求める場合は、バックグランドの強度を差し引いた回折ピークの面積を求めるものとする。
【００１３】
次に、本発明の刃物用ステンレス鋼の中間素材、焼鈍材及び冷間圧延鋼帯の製造方法について説明をする。
まず、刃物用ステンレス鋼の素材を溶解・鋳造により製造する。溶解は、真空溶解、大気溶解、真空アーク再溶解、エレクトロスラグ再溶解等の方法を適用することが可能である。鋳造は、鋳型への鋳造や連続鋳造等により素材を得ることが出来る。必要に応じて得られた素材に均質化熱処理を行っても良い。さらに、熱間鍛造や熱間圧延による分塊工程を加えても良い。
その後、前記素材を熱間圧延することにより刃物用ステンレス鋼の中間素材を製造する。熱間圧延は、１１００〜１２５０℃に加熱し、熱間圧延を行い、熱間圧延の終了温度を７００〜１０００℃として刃物用ステンレス鋼の中間素材を製造する。
加熱温度を１１００〜１２５０℃としたのは、この温度域は変形抵抗が比較的低く、優れた熱間加工性を有するためである。１２５０℃を超えると、延性が極端に低下する温度域となり、熱間加工時に割れが発生しやすくなる。一方、１１００℃未満では、熱間圧延中の材料の変形抵抗が大きく、大きな加工率での加工が困難となり、熱間加工中に再加熱を繰り返す必要が生じる。加熱温度の好ましい下限は１１５０℃である。
【００１４】
また、本発明において、熱間圧延の終了温度を７００〜１０００℃としたのは、刃物用ステンレス鋼の中間素材とするときの熱間加工性を考慮しつつ、相制御、金属組織制御を行うためである。熱間圧延の終了温度が１０００℃を超えるとエックス線回折におけるｆｃｃ相からの回折ピーク面積とｂｃｃ相からの回折ピーク面積の比が３０を超えてしまいｆｃｃ相の量が多くなる。ｆｃｃ相の量が多すぎると、その後に実施される焼鈍において、ｆｃｃ相粒界に炭化物が析出しやすくなる。また、加工終了温度が高いと残留歪が少なく、かつ、結晶粒径も大きくなりやすいことより、焼鈍においてｆｃｃ相粒界に析出する炭化物がネットワークを形成しやすくなる。
一方、熱間圧延の終了温度が７００℃未満の時は、変形抵抗が大きくなり、熱間圧延が困難になるため。そのため、熱間圧延工程の加熱温度を１１００〜１２５０℃とし、熱間圧延の終了温度を７００〜１０００℃とする。好ましい加熱温度の下限は１１５０℃、好ましい終了温度の上限は９５０℃、より好ましい終了温度の上限は９００℃、好ましい終了温度の下限は７５０℃である。
【００１５】
上述した熱間圧延にて、熱間加工の終了温度を７００〜１０００℃とした刃物用ステンレス鋼の中間素材は、ランアウトテーブル上の通板中、或いは／さらに、巻取り装置で巻取っている最中に、水を用いて冷却を行うと良い。冷却は、熱間圧延の最終パス終了時点から５分以内に、巻取ったコイルを６００℃以下に冷却可能な冷却スピードが得られる程度の水量で行いと良い。
これは、巻取ったコイルでは、コイルが大気に接する面で一旦冷却が進行するものの、コイル自身が有する保有熱により、一旦冷却が進行したコイル表面が再び昇温して、コイルの先端領域、中央付近及び後端領域で金属組織が互いに異なってしまうおそれがあるからである。もし、熱間圧延の最終パス終了時点から５分以内に、巻取ったコイルの一部が６００℃を超えると、刃物としての靭性が低下するおそれがある。
そのため、好ましくは、熱間圧延の最終パス終了時点から５分以内に、巻取ったコイルを６００℃以下とするように水によって冷却すると良い。
以上の熱間圧延工程を終えると、本発明で規定する組織を有する刃物用ステンレス鋼の中間素材を得ることができる。
【００１６】
上述の製造方法で製造した刃物用ステンレス鋼の中間素材に７００℃〜８６０℃で１〜１００時間の最初の焼鈍を行うことにより、炭化物が析出した刃物用ステンレス鋼の焼鈍材を製造する。
さらに、上記の刃物用ステンレス鋼の焼鈍材を用いて厚さが１．０ｍｍ以下の刃物用ステンレス鋼の冷間圧延鋼帯を得る場合には、冷間圧延と焼鈍を繰り返すことにより、製造が可能となる。
上述した刃物用ステンレス鋼の冷間圧延鋼帯は、焼入れ、焼き戻し、刃付けを行い刃物とする場合は、必要に応じて焼入れ後にサブゼロ処理を行うことや、焼き戻し後表面にコーティングを行うこともある。
【実施例】
【００１７】
以下の実施例で本発明をさらに詳しく説明する。
真空溶解でＡ〜Ｆの６個の１０ｋｇ鋼塊（素材）を作製した。Ａ〜Ｆの鋼塊の化学成分を表１に示す。【００１８】
【表１】
2013047237.tif 000003
【００１９】
上記のＡ〜Ｄの鋼塊から、幅４５ｍｍ×長さ１０００ｍｍ×厚さ２０ｍｍの熱間圧延用素材を作製した。これらの熱間圧延用素材を用いて下記の３条件で熱間圧延を行い、刃物用ステンレス鋼の中間素材を得た。
（１）Ａ〜Ｄ素材：１１８０℃に加熱し、８５０℃で熱間圧延を終了させる工程。
（２）Ａ〜Ｃ素材：１２００℃に加熱し、１０５０℃で熱間圧延を終了させる工程。
（３）Ｅ、Ｆ素材：１１８０℃に加熱し、９００℃で熱間圧延を終了させる工程。
なお、上記の（２）の熱間圧延を行ったＣ合金は、熱間圧延中に割れが発生したため作業を中断した。
また、今回の試験では、コイルに巻取るだけの長さが得られなかったが、熱間圧延の最終パス終了時点から５分以内に、刃物用ステンレス鋼の中間素材が６００℃まで冷却されていることを確認した。【００２０】
上記の刃物用ステンレス鋼の中間素材の幅の中心付近より試験片を採取した。なお、試験片の採取位置は図１で示す位置であり、評価面２として記す縦断面を金属組織観察、エックス線回折及び硬度の評価面とした。
採取した試験片の縦断面にて金属組織観察とエックス線回折におけるｆｃｃ相からの回折ピーク面積とｂｃｃ相からの回折ピーク面積の比及び硬度を測定した。なお、エックス線回折に用いる試験片は縦断面を鏡面研磨し、さらに電解研磨を行ってエックス線回折用試験片に調整した。
金属組織観察を行った素材Ｎｏ．１〜６の金属組織を示す図面代用写真を図２〜７に示す。また、エックス線回折におけるｆｃｃ相からの回折ピーク面積とｂｃｃ相からの回折ピーク面積の比及び硬度を表２に示す。また、表３には、ｆｃｃ相およびｂｃｃ相からの回折ピーク面積を面指数ごとに示す。【００２１】
前述の金属組織観察は、試験片の縦断面を鏡面に研磨した後、塩化第二鉄水溶液で腐食を行い、走査型電子顕微鏡を用いて観察を行った。
エックス線回折におけるｆｃｃ相からの回折ピーク面積とｂｃｃ相からの回折ピーク面積の比は、エックス線回折におけるｆｃｃ相からの回折ピーク面積（（２００）面、（２２０）面及び（３１１）面からの回折ピーク面積の総和）とｂｃｃ相からの回折ピーク面積（（２００）面及び（２１１）面からの回折ピーク面積の総和）の比（ｆｃｃ相からの回折ピーク面積／ｂｃｃ相からの回折ピーク面積）で求めた。なお、Ｘ線回折測定には（株）リガク製ＲＩＮＴ２５００Ｖを使用し、線源にはＣｏを用いた。
硬度は、切り出した試験片を＃１２００研磨紙までペーパー研磨した後、ビッカース硬度計を用いて、荷重９８．１（Ｎ）で測定した。なお、硬度は５点平均のデータである。【００２２】
【表２】
2013047237.tif 000004
【００２３】
【表３】
2013047237.tif 000005
【００２４】
次に、前述の表２に示した刃物用ステンレス鋼の中間素材を用いて刃物として使用する際に適用される焼入れ、サブゼロ処理、焼戻しを行った。
刃物用ステンレス鋼の中間素材から幅４０ｍｍ×長さ１００ｍｍ×厚さ１ｍｍの試験片採取用中間素材を切り出した。このとき、図１に示した圧延材の幅の中心付近を含むように試験片採取用中間素材を切り出した。
前述の試験片採取用中間素材に８４０℃×５時間の焼鈍を行って焼鈍材とした後、焼入れとして、１１００℃×３分間保持した後に水冷を行った。さらに、前記焼入れの後、−７５℃で３０分保持のサブゼロ処理を行い、前記サブゼロ処理後に１５０℃で３分間保持した焼戻しを行った。
前記の熱処理を行った各試験片採取用中間素材から、幅５ｍｍ×長さ７０ｍｍ×厚さ０．５ｍｍの三点曲げ試験用の試験片を５個作製した。
また、図１に示す位置に相当する位置（圧延材の幅の中心付近）より他の試験片を採取し、評価面２として記す縦断面が金属組織観察及び硬度の評価面となるように試験片を採取した。金属組織写真（Ｎｏ．１〜６）を図８〜１３、硬度、三点曲げ試験による吸収エネルギー、抗折力及びたわみを表４に示す。
金属組織観察は、評価面を鏡面に研磨した後、塩化第二鉄水溶液で腐食を行い、走査型電子顕微鏡を用いて観察を行った。三点曲げ試験は、幅５ｍｍ×長さ７０ｍｍ×厚さ０．５ｍｍの試験片をスパン５０ｍｍで測定した。なお、硬度及び三点曲げ試験は５点平均のデータである。【００２５】
【表４】
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【００２６】
表２及び表４から、刃物用ステンレス鋼中間素材に焼鈍−焼入れ−サブゼロ処理−焼戻しの熱処理をおこなったエックス線回折におけるｆｃｃ相からの回折ピーク面積とｂｃｃ相からの回折ピーク面積の比が３０以下の場合においては、焼鈍−焼入れ−サブゼロ処理−焼戻しの熱処理を行った後でも高硬度を維持しつつ、三点曲げ試験の吸収エネルギで評価される靭性が優れることが確認される。
これは、焼鈍−焼入れ−サブゼロ処理−焼戻しという熱処理を行った後の金属組織の違いによるものと考えることができる。具体的には、刃物用ステンレス鋼圧延材のエックス線回折におけるｆｃｃ相からの回折ピーク面積とｂｃｃ相からの回折ピーク面積の比が３０を超える場合、図９および図１１より確認されるように、熱処理後の刃物用ステンレス鋼圧延材のアスペクト比の高い炭化物が粒界に連なっていて靭性低下をもたらしているものと考えられる。
一方、エックス線回折におけるｆｃｃ相からの回折ピーク面積とｂｃｃ相からの回折ピーク面積の比が３０以下の場合には、図８、図１０、図１２および図１３より確認されるように、熱処理後の炭化物がより均質に分散され靭性の点でより好ましい組織となっているからであると考えられる。
これらの結果より、本発明の刃物用ステンレス鋼中間素材は焼鈍−焼入れ−サブゼロ処理−焼戻しの熱処理を行うことにより、刃物として高硬度で高靭性であることが確認される。
また、エックス線回折におけるｆｃｃ相からの回折ピーク面積とｂｃｃ相からの回折ピーク面積の比に加えて、Ｂを０．００５０％以下含有することにより、硬度と靭性のバランスがより優れることがわかる。【００２７】
次に、前述のＮｏ．１およびＮｏ．３で示した刃物用ステンレス鋼の中間素材から幅４０ｍｍ×長さ１００ｍｍ×厚さ１．５ｍｍの試験片採取用中間素材を切り出した。このとき、図１に示した中間素材の幅の中心付近を含むように試験片採取用中間素材を切り出した。
前述の試験片採取用中間素材に８４０℃で１０時間の焼鈍処理を行った後、小型冷間圧延機で冷間圧延を実施したところ、厚さが０．０７５ｍｍとなるまで破断することなく冷間圧延材を得ることが可能であった。これにより、冷間圧延鋼帯とすることも可能であることが確認された。
次に、前述の冷間圧延材に焼入れとして、１１００℃×４０秒間保持した後に水冷を行った。さらに、前述の焼入れの後、−７５℃で３０分保持のサブゼロ処理を行い、前記サブゼロ処理後に１５０℃で３０秒間保持した焼戻しを行った。
前述の冷間圧延材および焼鈍−焼入れ−サブゼロ処理−焼戻しを行った熱処理後の試験片採取用素材を用いて、図１に示す位置に相当する位置（圧延材の幅の中心付近）より試験片を採取し、評価面２として示す縦断面が金属組織観察及び硬度の評価面となるように試験片を採取した。前述の熱処理前後の金属組織（Ｎｏ．１および３）を示す図面代用写真を図１４〜１７に、硬度を表５にそれぞれ示す。【００２８】
【表５】
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【００２９】
図１４〜１７及び表５の結果から、本発明の冷間圧延材並びに焼入れ、サブゼロ処理及び焼戻し後の刃物用ステンレス鋼は、靭性を劣化させるアスペクト比の高い炭化物は見られず、良好な靭性が得られる球状の炭化物が微細に分散していることが分かる。また、焼入れ、サブゼロ処理及び焼戻し後の硬さも７９０ＨＶ以上の高硬度が得られている。
以上の結果から、本発明の刃物用ステンレス鋼の中間素材を用いて焼鈍、冷間圧延を行い、さらに焼入れ、サブゼロ処理及び焼戻しを行うことで、刃物に好適な金属組織及び硬度を実現できることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明の刃物用ステンレス鋼の中間素材及び冷間圧延鋼帯を用いて製造した刃物は硬度及び靭性に優れるため、剃刀等への適用が期待できる。
【符号の説明】
【００３１】
１  刃物用ステンレス鋼の中間素材
２  縦断面
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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