(57)【要約】【課題】  従来の超高強度鋼に比べて強度、靭性、延性、大気腐食耐性を同時に向上させた超高強度鋼を開発すること、この鋼を高価で時間のかかる真空溶解・真空鋳造を必要とせずに大気中で鋳造できるようにすることである。【解決手段】  Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｗ、Ｆｅを配合して大気中鋳造した超高強度ステンレス鋼であって、降伏強さ１４８１ＭＰａ（２１５，０００ｐｓｉ）以上、引張強さ１６５４ＭＰａ（２４０，０００ｐｓｉ）以上、伸び６％以上であることを特徴とする超高強度ステンレス鋼が提供される。この大気中鋳造超高強度ステンレス鋼は、Ｃ、Ｍｎ、Ｖおよびこれらの混合物から成る群から選択した１種以上の成分を更に含有しても良い。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｗ、Ｆｅを配合して大気中鋳造した超高強度ステンレス鋼であって、降伏強さ１４８１ＭＰａ以上、引張強さ１６５４ＭＰａ以上、伸び６％以上であることを特徴とする大気中鋳造超高強度ステンレス鋼。
【請求項２】
請求項１において、降伏強さ１５８５〜１７９１ＭＰａ、引張強さ１７２３〜１９２９ＭＰａ、伸び８〜１４％であることを特徴とする大気中鋳造超高強度ステンレス鋼。
【請求項３】
請求項１において、Ｃ、Ｍｎ、Ｖおよびこれらの混合物から成る群から選択した少なくとも1種の成分を更に含むことを特徴とする大気中鋳造超高強度ステンレス鋼。
【請求項４】
請求項１において、
Ｓｉ：０．３〜１．５wt％、
Ｃｒ：９〜１３wt％、
Ｍｏ：２．５〜４．５wt％、
Ｎｉ：４〜７wt％、
Ｃｏ：７〜１３wt％、
Ｗ  ：０．２〜２wt％、および
残部：Ｆｅ
であることを特徴とする大気中鋳造超高強度ステンレス鋼。
【請求項５】
請求項１において、Ｃ含有量が０．０８wt％以下、Ｍｎ含有量が１．５wt％以下、Ｖ含有量が０．５wt％以下であることを特徴とする大気中鋳造超高強度ステンレス鋼。
【請求項６】
請求項１において、ＡｌおよびＴｉを実質的に含有しないことを特徴とする大気中鋳造超高強度ステンレス鋼。
【請求項７】
請求項１において、
Ｓｉ：０．４〜１．２wt％、
Ｃｒ：１０．５〜１３wt％、
Ｍｏ：２．７５〜４．２５wt％、
Ｎｉ：４．５〜６wt％、
Ｃｏ：８〜１２．５wt％、
Ｃｕ：０．４〜１．５wt％、
Ｍｎ：０．２〜１wt％、および
Ｗ  ：０．２〜１wt％
であることを特徴とする大気中鋳造超高強度ステンレス鋼。
【請求項８】
請求項７において、
Ｃ  ：０．０５wt％以下、および
Ｖ  ：０．２５wt％以下
を更に含有することを特徴とする大気中鋳造超高強度ステンレス鋼。
【請求項９】
請求項１において、
Ｓｉ：０．４〜０．９wt％、
Ｃｒ：１０．５〜１２wt％、
Ｍｏ：３．５〜４．１５wt％、
Ｎｉ：４．５〜５．５wt％、
Ｃｏ：８．３〜１０．６wt％、
Ｍｎ：０．２〜０．６wt％、
Ｃｕ：０．４〜１wt％、および
Ｗ  ：０．２〜０．６wt％
であることを特徴とする大気中鋳造超高強度ステンレス鋼。
【請求項１０】
請求項９において、
Ｃ  ：０．０３wt％以下、および
Ｖ  ：０．１５wt％以下
を更に含有することを特徴とする大気中鋳造超高強度ステンレス鋼。
【請求項１１】
下記の成分：
Ｓｉ：０．３〜１．５wt％、
Ｃｒ：９〜１３wt％、
Ｍｏ：２．５〜４．５wt％、
Ｎｉ：４〜７wt％、
Ｃｏ：７〜１３wt％、
Ｃｕ：０．３〜３wt％、
Ｗ  ：０．２〜２wt％、および
残部：Ｆｅ
から実質的に成ることを特徴とする超高強度ステンレス鋼。
【請求項１２】
請求項１１において、Ｃ、Ｍｎ、Ｖおよびこれらの混合物から成る群から選択した少なくとも1種の成分を更に含むことを特徴とする超高強度ステンレス鋼。
【請求項１３】
請求項１１において、降伏強さ１４８１ＭＰａ以上、引張強さ１６５４ＭＰａ以上、伸び６％以上であることを特徴とする超高強度ステンレス鋼。
【請求項１４】
下記の成分：
Ｃ  ：０．０８wt％以下、
Ｓｉ：０．３〜１．５wt％、
Ｃｒ：９〜１３wt％、
Ｍｏ：２．５〜４．５wt％、
Ｎｉ：４〜７wt％、
Ｃｏ：７〜１３wt％、
Ｗ  ：０．２〜２wt％、
Ｖ  ：０．５wt％以下、
Ｍｎ：１．５wt％以下、および
残部：Ｆｅ
を含んで成ることを特徴とする超高強度ステンレス鋼。
【請求項１５】
請求項１４において、降伏強さ１７５７〜２０６７ＭＰａ、引張強さ１７５７〜２２０５ＭＰａ、伸び１０〜１４％であることを特徴とする超高強度ステンレス鋼。
【請求項１６】
下記の工程：
ステンレス鋼製の鋳造部材に、温度１０９３℃以上で１〜６時間の均質化処理を施す工程、
上記鋳造部材に、温度８７１〜１１４９℃で１〜４時間保持した後に室温まで冷却する溶体化熱処理を施す工程、
上記鋳造部材に、温度−４６℃以下に１〜８時間保持するサブゼロ処理を施す工程、および
上記鋳造部材に、温度４２７〜５３８℃で４〜５時間保持の時効処理を施す工程
により作製したステンレス鋼製鋳造品。
【請求項１７】
請求項１６において、上記均質化処理工程の前に、下記の工程：
上記鋳造部材に、温度１０３８℃以上、圧力９６ＭＰａ以上で３〜５時間の熱間等方加圧を施す工程
が施されることを特徴とするステンレス鋼製鋳造品。
【請求項１８】
請求項１６において、上記熱間等方加圧工程の前に、下記の工程：
Ｓｉ：０．３〜１．５wt％、
Ｃｒ：９〜１３ｗ％、
Ｃｕ：０．３〜３wt％、
Ｍｏ：２．５〜４．５wt％、
Ｎｉ：４〜７wt％、
Ｃｏ：７〜１３wt％、
Ｗ  ：０．２〜２wt％、および
残部：Ｆｅ
を配合する工程、
上記配合した成分を溶解してステンレス鋼の溶湯を作成する工程、および
上記ステンレス鋼の溶湯を鋳造して上記鋳造部材を形成する工程
により形成されることを特徴とするステンレス鋼製鋳造品。
【請求項１９】
請求項１７において、上記配合工程で、Ｃ、Ｖ、Ｍｎおよびこれらの混合物から成る群から選択した少なくとも1種の成分を更に添加することを特徴とするステンレス鋼製鋳造品。
【請求項２０】
請求項１７において、上記溶解工程および上記鋳造工程が大気環境中で行なわれることを特徴とするステンレス鋼製鋳造品。
【請求項２１】
請求項１６において、上記時効処理工程後の上記鋳造部材が、降伏強さ１４８１ＭＰａ以上、引張強さ１６５４ＭＰａｐｓｉ以上、伸び６％以上であることを特徴とするステンレス鋼製鋳造品。
【請求項２２】
請求項１６において、上記均質化処理が１１７７〜１２１６℃で行われ、上記溶体化熱処理が９８２〜１０６６℃で行なわれ、上記サブゼロ処理が−７９〜−５９℃で行なわれ、上記時効処理が４８２〜５３８℃で行なわれることを特徴とするステンレス鋼製鋳造品。
【請求項２３】
請求項１６において、上記熱間等方加圧が１０９３〜１２２７℃で行なわれることを特徴とするステンレス鋼製鋳造品。
【請求項２４】
請求項１６において、上記熱間等方加圧工程の前に、下記の工程：
Ｃ  ：０．０８wt％以下、
Ｓｉ：０．４〜１．２wt％、
Ｃｒ：１０．５〜１３wt％、
Ｍｏ：２．７５〜４．２５wt％、
Ｎｉ：４．５〜６wt％、
Ｃｏ：８〜１２．５wt％、
Ｗ  ：０．２〜１wt％、および
残部：Ｆｅ
を配合する工程、
上記配合した成分を溶解してステンレス鋼の溶湯を作成する工程、および
上記ステンレス鋼の溶湯を鋳造して上記鋳造部材を形成する工程
により形成されることを特徴とするステンレス鋼製鋳造品。
【請求項２５】
請求項２２において、上記配合工程で、Ｖ、Ｍｎおよびこれらの混合物から成る群から選択した少なくとも1種の成分を更に添加することを特徴とするステンレス鋼製鋳造品。
【請求項２６】
請求項２２において、上記溶解工程および上記鋳造工程が大気環境中で行なわれることを特徴とするステンレス鋼製鋳造品。
【請求項２７】
請求項２２において、上記時効処理工程後の上記鋳造部材が、降伏強さ１４８１ＭＰａ以上、引張強さ１６５４ＭＰａ以上、伸び６％以上であることを特徴とするステンレス鋼製鋳造品。
【請求項２８】
ステンレス鋼の鋳造部材を製造する方法であって、下記の工程：
Ｃ  ：０．０８wt％以下、
Ｓｉ０．３〜１．５wt％以下、
Ｃｒ：９〜１３wt％、
Ｃｕ：０．３〜３wt％、
Ｍｏ：２．５〜４．５wt％、
Ｎｉ：４〜７wt％、
Ｃｏ：７〜１３wt％、
Ｗ  ：０．２〜２wt％、および
残部：Ｆｅ
を配合する工程、
上記配合せいた成分を溶解してステンレス鋼の溶湯を作成する工程、および
上記ステンレス鋼の溶湯を鋳造して上記鋳造部材を形成する工程
を含んで成る方法。
【請求項２９】
請求項２６において、上記配合工程で、Ｖ、Ｍｎおよびこれらの混合物から成る群から選択した少なくとも1種の成分を更に添加することを特徴とする方法。
【請求項３０】
請求項２６において、上記溶解工程および上記鋳造工程を大気環境中で行なうことを特徴とする方法。
【請求項３１】
請求項２６において、更に下記の工程：
上記鋳造部材に、温度１１４９℃以上で１〜６時間の均質化処理を施す工程、
上記鋳造部材に、温度８７１〜１１４９℃で１〜４時間保持した後に室温まで冷却する溶体化熱処理を施す工程、
上記鋳造部材に、温度−４６℃以下に１〜４時間保持するサブゼロ処理を施す工程、および
上記鋳造部材に、温度４２７〜５３８℃で４〜５時間の時効処理を施す工程
を含むことを特徴とする方法。
【請求項３２】
請求項３１において、上記均質化処理の前に、更に下記の工程：
上記鋳造部材に、温度１０３８℃以上、圧力９６ＭＰａ以上で３〜５時間の熱間等方加圧を施す工程
を含むことを特徴とする方法。
【請求項３３】
請求項２９において、上記時効処理工程後の上記鋳造部材が、降伏強さ１４８１ＭＰａ以上、引張強さ１６５４ＭＰａ以上、伸び６％以上であることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超高強度鋼に関し、詳しくは大気中鋳造が可能であり、従来の超高強度鋼に比べて強度、延性、靭性、耐食性が優れた超高強度鋼に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の超高強度鋼には種々の欠点があった。例えば、大部分のマルテンサイト鋼およびマルエージ鋼は、特に鋳造時の大気腐食耐性に欠けている。従来のマルエージ鋼は侵入元素や不純物元素を厳しく制限するために高純度原料を用いて真空中で溶解している。
【０００３】
マルエージ鋼等の超高強度析出硬化鋼は、チタンやアルミニウムのような反応性の高い必須成分を大気に晒さないように、溶解および鋳造を真空中で行って環境との反応を防止する。反応性元素の酸化を防止するために、溶解および鋳造中に大気との接触を極力回避する。反応性元素が酸化物として存在すると鋼の機械的性質が著しく劣化することが知られている。
【０００４】
しかし、真空溶解や真空鋳造には費用がかかる。また、従来の超高強度鋼の多くは必要な高純度を達成するために真空溶解と真空鋳造を何回も行なう必要があった。溶解および鋳造により得られた鋼は、所定の機械的性質を得るために十分に熱間加工する必要がある。熱間加工が必要なため、所定の形状および機械的性質を達成するために種々のダイが必要であり、製造コストと製造期間が増加する。更に、従来の超高強度鋼の多くは、耐食性を付与するために殆どの用途でクロムめっきやカドミウムめっきをする必要があった。
【０００５】
表１に、従来の超高強度マルエージ鋼の典型的な合金成分（wt％）を示す。
【０００６】
【表１】
2006316325.tif 000002
【０００７】
チタンとアルミニウムはマルエージ鋼の強度および硬さを高めるために必須の成分である。しかし、チタンおよびアルミニウムを用いた鋼は、脆化の原因となる化合物が生成しやすいため、上述のように大気中で溶解できない。そのため、チタンおよびアルミニウムを用いた超高強度鋼は真空溶解および真空鋳造をしなくてはならない。
【０００８】
また、ＡＩＳＩ４３４０、Ｈ１１、３００Ｍといった既存の超高強度マルテンサイト鋼は、望みの靭性と屋外用途等のある程度の耐食性とを兼備する必要のある多くの高強度鋼用途で実用性を持つには靭性レベルが不十分であるし、大気腐食耐性も低い。その上、これらの鋼の製造に用いる合金成分が原因となって、鋼の溶接性が劣化するし（一般に０．２５wt％以上の高Ｃのため）、鋳造製品の機械的性質が熱間加工品に比べて劣っている。
【０００９】
これに対して、超高強度マルエージ鋼は靭性および溶接性が優れていることが知られている。しかし、既に述べたように、マルエージ鋼は大気腐食に弱いし、それに関連して応力腐食割れにも弱い。なおかつ、マルエージ鋼は非常に高価でもある。
【００１０】
既に簡単に述べたように、超高強度マルエージ鋼を製造するための最も一般的なプロセスは、真空中での溶解・精錬サイクルを少なくとも１回行なう二重または三重溶解プロセスである。この溶解・精錬サイクル後に一般に鍛造および圧延を行なってシート材またはバー材とする。マルエージ鋼は熱間加工により製造した場合に最良の性質が得られる。マルエージ鋼は鋳造材でも良好な強度が得られることが知られているが、ネットシェイプ鋳造の場合は下記の表２に示すように延性が劣る（熱間加工後機械加工したものと比較）。
【００１１】
【表２】
2006316325.tif 000003
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
そこで本発明の目的は、上記従来の超高強度鋼に比べて強度、靭性、延性、大気腐食耐性を同時に向上させた超高強度鋼を新たに開発することである。更に、このような鋼を高価で時間のかかる真空溶解・真空鋳造を必要とせずに大気中で鋳造できるようにすることも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
第１発明によれば、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｗ、Ｆｅを配合して大気中鋳造した超高強度ステンレス鋼であって、降伏強さ１４８１ＭＰａ（２１５，０００ｐｓｉ）以上、引張強さ１６５４ＭＰａ（２４０，０００ｐｓｉ）以上、伸び６％以上であることを特徴とする超高強度ステンレス鋼が提供される。この大気中鋳造超高強度ステンレス鋼は、Ｃ、Ｍｎ、Ｖおよびこれらの混合物から成る群から選択した１種以上の成分を更に含有しても良い。
【００１４】
第２発明によれば、本発明の超高強度ステンレス鋼の成分は、Ｓｉ：０．３〜１．５wt％、Ｃｒ：９〜１３wt％、Ｍｏ：２．５〜４．２wt％、Ｎｉ：４〜７wt％、Ｃｏ：７〜１３wt％、Ｃｕ：０．３〜３wt％、Ｗ：０．２〜２wt％であってよい。更に、Ｃ：０．０８wt％以下、Ｍｎ：１．５wt％以下、Ｖ：０．５wt％以下を含有してよい。残部はＦｅである。
【００１５】
第３発明によれば、本発明の超高強度ステンレス鋼の成分は、Ｓｉ：０．４〜１．２wt％、Ｃｒ：１０．５〜１３wt％、Ｍｏ：２．７５〜４．２５wt％、Ｎｉ：４．５〜６wt％、Ｃｏ：８〜１２．５wt％、Ｃｕ：０．４〜１．５wt％、Ｗ：０．２〜１wt％であってよい。更に、Ｃ：０．０５wt％以下、Ｍｎ：０．２〜１wt％、Ｖ：０．２５wt％以下を含有してよい。残部はＦｅである。
【００１６】
第４発明によれば、本発明の超高強度ステンレス鋼の成分は、Ｓｉ：０．４〜０．９wt％、Ｃｒ：１０．５〜１２wt％、Ｍｏ：３．５〜４．１wt％、Ｎｉ：４．５〜５．５wt％、Ｃｏ：８．３〜１０．６wt％、Ｃｕ：０．４〜１wt％、Ｗ：０．３〜０．６wt％、残部Ｆｅであってよい。更に、Ｃ：０．０３wt％以下、Ｍｎ：０．２〜０．６wt％、Ｖ：０．１５wt％以下を含有してよい。残部はＦｅである。
【００１７】
第５発明によれば、下記の工程：
配合成分を溶解してステンレス鋼の溶湯を作成し、この溶湯を鋳造して鋳造部材を形成する工程、ここで溶解および鋳造は共に大気中で行なってよい、
ステンレス鋼製の鋳造部材に、温度１１４９℃（２，１００°Ｆ）以上で１〜６時間の均質化処理を施す工程、
上記鋳造部材に、温度８７１〜１１４９℃（１，６００〜２，１００°Ｆ）で１〜４時間保持した後に室温まで冷却する溶体化熱処理を施す工程、
上記鋳造部材に、温度−４６℃（−５０°Ｆ）以下に１〜８時間保持するサブゼロ処理を施す工程、および
上記鋳造部材に、温度４２７〜５３８℃（８００〜１，０００°Ｆ）で４〜５時間保持の時効処理を施す工程、
により作製したステンレス鋼製鋳造品が提供される。
【００１８】
その際、機械的性質を更に高める必要があれば、鋳造部材に温度１０３８℃（１９００°Ｆ）以上、圧力９６ＭＰａ（１４，０００ｐｓｉ）以上で３〜５時間の熱間等方加圧を施すことができる。これは均質化処理の前に行なう。
【００１９】
本発明による超高強度鋼は、前述した従来の超高強度鋼よりも強度、靭性、延性および大気腐食耐性が同時に向上した大気中鋳造可能な鋼である。また、本発明の超高強度ステンレス鋼は大気中で製造できるので、高価で時間のかかる真空中での溶解、多重溶解、鋳造を必要としない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明は、超高強度ステンレス鋼（以下「ステンレス鋼」）およびその製造方法に関する。本発明のステンレス鋼は、基本的な合金成分として、シリコン、クロム、モリブデン、ニッケル、コバルト、銅、およびタングステンを含有しており、更に必要に応じて炭素、マンガン、およびバナジウムが少量添加され、残部が鉄である。これらの合金成分を特定の構成とし且つ特定の熱処理を用いたことにより、従来の超高強度鋼に比べて強度、延性、靭性、および大気腐食耐性が向上し、大気中で鋳造でき、主たる組織であるマルテンサイトが金属間化合物の析出によって硬化される本発明の鋼が得られた。必要なら、本発明のステンレス鋼は真空溶解して直接鋳型に鋳造すれば（インべストメント鋳造）、あるいはインゴットにして鍛造を施せば、靭性および疲労特性が更に高まる。
【００２１】
本発明のステンレス鋼の大きな特徴は、チタンおよび／またはアルミニウムのような反応性元素の使用を意図的に避けつつ、優れた特性を達成できた点にある。典型的なマルエージ鋼の製造には硬さを確保するためにこれらの元素を用いることが一般的である。したがって、これらの元素の使用を意図的に避けつつ高い硬さレベルを達成できたことは、従来技術からは予期できない驚異的なことである。
【００２２】
これらの反応性元素を意図的に排除したことにより本発明のステンレス鋼は大気溶解が可能になった。他の合金元素を厳格に選択し且つ全体の成分バランスを調整したことによって機械的な諸特性の望ましい組合せが達成できた。このように反応性元素に代えて他の元素を用いたことにより、非反応性環境中で溶解および鋳造のサイクルを繰り返す必要がなくなったので、低廉且つ短時間で済む大気環境下での製造が可能になった。
【００２３】
ステンレス鋼は、下記合金元素：Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｏ、ＣｕおよびＷから構成することができる。上述したように、本発明鋼をマルエージ鋼等の従来の超高強度鋼と峻別する大きな特徴は、反応性元素であるチタンおよびアルミニウムの使用を意図的に排除したことである。
【００２４】
本発明のステンレス鋼の合金成分の含有量（wt％）を表３に示す。いずれの数値も概数である。
【００２５】
【表３】
2006316325.tif 000004
【００２６】
本発明のステンレス鋼は、市販マルエージ鋼に含有される通常の不純物を含有していても良い。例えば、表３に示したように、本発明のステンレス鋼は微量元素として、０．０１wt％以下のＳ、０．０３wt％以下のＰ、０．０５wt％以下のＮを含有していても良い。
【００２７】
Ｓｉは、鋼製造時の鋳造性と流動性を高めるために添加する。Ｓｉ含有量は０．３〜１．５wt％である。Ｃｒは、耐食性、強度および焼入れ性（硬化性）を高めるために添加する。Ｃｒ含有量は９〜１３wt％である。Ｃｕは、仕上製品の耐食性と耐候性を高めるために添加する。ＣｕはＣｒ、Ｎｉ、Ｍｏと協働して望む程度の耐食性を付与する。Ｃｕの含有量は０．３〜３wt％である。
【００２８】
Ｍｏは、焼入れ性（硬化性）を高めるために添加する。Ｍｏ含有量は２．５〜４．５wt％である。Ｎｉは、強度と靭性を付加するために添加する。Ｎｉ含有量は４〜７wt％である。Ｃｏは、強度向上のために添加する。Ｃｏ含有量は７〜１３wt％である。Ｗは強度と硬さを高めるために添加する。Ｗ含有量は０．２〜２wt％である。
【００２９】
合金元素Ｃ、Ｍｎ、Ｖは任意成分である。Ｃは熱処理による強度および焼入れ性（硬化性）を高めるために添加する。Ｃ添加量は０．０８wt％以下である。Ｍｎは、鋳造性を高めるために添加する。Ｍｎ添加量は１．５wt％以下である。Ｖは硬さを高め、同じ硬さレベルでの靭性を高めるために添加する。Ｖ添加量は０．５wt％以下である。
【００３０】
本発明のステンレス鋼は、従来のマルエージ鋼などの析出硬化型超高強度鋼に用いられていたアルミニウムおよび／またはチタンといった反応性の高い元素の代わりに、悪影響の少ない元素を用いたことにより、大気腐食に対する抵抗力が高まった。高反応性元素を低反応性元素に意図的に代替したことにより、本発明のステンレス鋼は大気中での一回の溶解および鋳造で製造しても安定性および鋳造性（流動性）が極めて優れている。
【００３１】
望ましい実施形態においては、本発明のステンレス鋼はインべストメント鋳造により所望形状に鋳造される。望ましくは、本発明のステンレス鋼は、従来のマルエージ鋼とは異なり、非反応性環境中で行なう必要の無い一回の溶解・鋳造サイクルで製造される。本発明のステンレス鋼は、容易に複雑形状に大気鋳造できる。
【００３２】
大気溶解を用いることが望ましいが、保護雰囲気を用いても良い。例えば、Ａｒを液体または気体の状態で、要請中の溶湯表面に供給すると、鋳造性を高めることができる。また、鋳造時に凝固開始から１０分程度までの期間に、冷却シェルを缶で覆って冷却シェルの周囲の空気を遮断してやると、鋳肌の品質が良くなる。ただし、これに限定する必要はない。
【００３３】
本発明のステンレス鋼は機械的性質として一般に、（ｉ）降伏強さ１４８１ＭＰａ（２１５，０００ｐｓｉ）以上、望ましくは１７２３〜１９２９ＭＰａ（２３０，０００〜２６０，０００ｐｓｉ）、（ii）引張強さ１６５４ＭＰａ（２４０，０００ｐｓｉ）以上、望ましくは１７２３〜１９２９ＭＰａ（２５０，０００〜２８０，０００ｐｓｉ）、（iii）伸び６％以上、望ましくは８〜１４％である。これら機械的性質に加えて、本発明のステンレス鋼は、鋳造性、流動性、溶接性、および大気腐食耐性が優れている。
【００３４】
本発明のステンレス鋼は、上記範囲内で特定の用途に合わせて、強度、靭性、伸びおよび耐食性の各レベルを調整することができる。合金元素の種類および／または含有量を選択することにより、特性レベルを種々に変えることができる。
【００３５】
前述したように、本発明のステンレス鋼は大気環境中で溶解および鋳造することができる。すなわち大気中で、溶解し、注湯し、望みの形状に鋳造することができる。鋳造後の典型的な処理プロセスは、（ａ）均質化処理、（ｂ）溶体化熱処理、（ｃ）冷却、および（ｄ）時効であり、（ｅ）高温・高圧圧密化を必要に応じて行なえるが、ただし均質化処理工程より前に行なう。
【００３６】
高温・高圧圧密化工程は、熱間等方加圧（ＨＩＰ）により行なうことが望ましい。ＨＩＰ工程では、インベストメント鋳造した部材を特別な圧力容器に入れて、９６ＭＰａ（１４，０００ｐｓｉ）以上の不活性ガス圧力下において所定温度に加熱する。高温・高圧により、鋳造部材内のボイド、気泡、引け巣等の内部欠陥を潰す。これにより鋳造部材の内部欠陥が低減し機械的性質が向上する。
【００３７】
鋳造部材の望ましいＨＩＰ条件は、圧力約１０３ＭＰａ（１５，０００ｐｓｉ）、温度約１０３８℃（１，９００°Ｆ）以上であり、より望ましくは１０３８〜１２３２℃（１，９００°Ｆ〜２，２５０°Ｆ）であり、アルゴンガス等の不活性ガスを充填したチャンバー内で行なう。圧力チャンバーにアルゴンガスを所定圧力まで充填した後にチャンバーを加熱する。チャンバー内の温度を所望温度まで上昇させると、チャンバー内の圧力が所望レベルにまで上昇する。この所望温度に３〜５時間程度保持した後に、鋳造部材を室温まで冷却する。ＨＩＰ処理後、適当な手段により欠陥閉鎖を検査する。
【００３８】
均質化熱処理は、中性雰囲気中で、温度範囲１０９３〜１２１８℃（２，０００°Ｆ〜２，２２５°Ｆ）、保持時間１〜６時間で行なう。均質化熱処理工程により、ＨＩＰサイクル中に生じたミクロ組織変化を回復させ且つ鋳造時の成分偏析を最少化する。
【００３９】
溶体化熱処理工程は、中性雰囲気中で温度範囲８７１〜１１４９℃（１，６００°Ｆ〜２，１００°Ｆ）で保１〜４時間の保持後に、ガスを用いたファン冷却により室温まで急冷する。溶体化熱処理工程は、上記温度での保持によりミクロ組織をオーステナイト状態にした後、急冷によりマルテンサイトに変態させる。
【００４０】
冷却工程は、室温の鋳造部材を溶体化完了から２４時間以内に、−４６℃（−５０°Ｆ）以下、望ましくは−６８〜−７３℃（−９０°Ｆ〜−１００°Ｆ）に１〜４時間保持するサブゼロ処理により、オーステナイトからマルテンサイトへの変態を完全に行なわせる。時効処理工程は、温度範囲４２７℃〜５３８℃（８００°Ｆ〜１，０００°Ｆ）で１〜６時間の保持を行うことにより、前述の機械的性質を望みの組み合わせ状態にする。
【００４１】
下記の表４に、本発明のステンレス鋼を製造するための処理条件として、望ましい条件、より望ましい条件、最も望ましい条件を示した。表中の各値は概数である。
【００４２】
【表４】
2006316325.tif 000005
【００４３】
以下に実施例により、本発明のステンレス鋼およびその製造方法を更に詳しく説明する。
【実施例】
【００４４】
本発明の方法により、本発明の実施例としてステンレス鋼サンプルを製造した。これらを下記の表５中で、ＭＲ０４−１、ＭＲ−０４−２、ＭＲ０４Ｂ、ＭＲ０４Ｃ、ＭＲ０４Ｄ、ＭＲ０４Ｅ、ＭＲ０４Ｌ、ＭＲ０６Ｃ、ＭＲ０８Ａ、ＭＲ０８Ｂで表示した。合金成分を表５に示したように配合し、大気中にて溶解、注湯、鋳造して鋳造部材を得た。
【００４５】
【表５】
2006316325.tif 000006
【００４６】
上記のように本発明のステンレス鋼サンプルは、従来の超高強度ステンレス鋼の真空溶解・熱間加工材と同等の降伏強さと引張強さとを備えている。しかし、本発明のステンレス鋼サンプルは大気溶解・大気鋳造によるインべストメント鋳造材である。
【００４７】
下記の表６に、上記の本発明のステンレス鋼サンプルの物理的／機械的性質のデータを熱処理条件のデータと共に示す。鋳造部材には、１１４９〜１２１５℃（２，１００〜２，２２０°Ｆ）の範囲内の温度で４時間の均質化処理（個々のサンプルについては表を参照）を施した後、１０３８℃（１，９００°Ｆ）で１．５時間の溶体化熱処理を施してある。溶体化熱処理後に、ガスによる急速ファン冷却により室温まで冷却し、次いで−７３℃（−１００°Ｆ）で４〜６時間のサブゼロ処理（個々のサンプルについては表を参照）を施して残留オーステナイトをマルテンサイトに変態させた。次いで、温度５１０℃（９５０°Ｆ）で４〜６時間の時効処理を行なって所望の機械的性質を得た。
【００４８】
表６の熱処理の欄に示した温度と時間は、左から順に均質化熱処理、溶体化熱処理、サブゼロ処理、時効処理の条件である。
【００４９】
【表６】
2006316325.tif 000007
【００５０】
下記の表７に、上記の本発明のステンレス鋼サンプルの物理的／機械的性質のデータを従来鋼と比較して示す。
【００５１】
【表７】
2006316325.tif 000008
【００５２】
上記の特性データによると、本発明のステンレス鋼は降伏強さおよび引張強さが従来鋼より優れており、同時に、伸びおよび耐食性が従来鋼と同等である。
【００５３】
したがって、本発明のステンレス鋼は、大気鋳造可能であり、前述した従来の超高強度鋼の欠点を解消した。本発明のステンレス鋼は従来のマルテンサイト鋼およびマルエージ鋼より大気腐食耐性が優れており、大部分の熱間加工硬化ステンレス鋼や時効硬化ステンレス鋼よりも機械的性質のバランスが良く、降伏強さ１４８１ＭＰａ（２１５，０００ｐｓｉ）以上、引張強さ１６５４ＭＰａ（２４０，０００ｐｓｉ）以上、伸び６％以上、絞り２０％以上である。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明のステンレス鋼は、流動性および鋳造性が優れているので、複雑な形状の薄肉材の鋳造が可能である。本発明のステンレス鋼は、他のマルエージ鋼より反応性が低いので、大気溶解・大気鋳造が可能であり、複数回の真空溶解および熱間加工を必要とせずにバランスの良い機械的性質が得られる。反応性が低いので、鋳型との反応やポロシティーの生成が少ない。また、インべストメント鋳造により直接にニアネットシェープ鋳造できる。従来のマルエージ鋼より大幅に廉価であり入手し易い。高純度原料を必要とせずに、望ましい機械的性質が得られる。リサイクルが容易なため、コストが低減し、環境への負荷も小さい。低合金マルテンサイト鋼（４１４０、３００Ｍ）よりも溶接性が良い。大部分の用途においてクロムめっきやカドミウムめっきが不要なので、従来の超高強度鋼に比べて環境負荷が少ない。
【００５５】
本発明のステンレス鋼は溶解工程が１回でよいので、製造コストが大幅に低減する。大気溶解および大気鋳造で複雑形状品が製造できるので、真空鋳造炉のための設備投資が必要ない。大気鋳造できるので、真空溶解する場合に比べて生産性（時間当たり製造量）が大幅に向上する。納期が短縮し、製造サイクルタイムが速く、製造コストが安い。製造工程が簡潔であり、製造スループットおよびサイクルタイム（準備時間と運転時間）が高速であるから、在庫を低減できる。熱間加工を必要とせずに良好な特性が得られるので、所定の形状および機械的性質を得るための一連のダイが不要である。用途により更に良好な性質が必要な場合には、コストをかけて熱間加工および真空溶解することができる。
【００５６】
以上、特定のサンプルを示して説明したが、本発明はこれに限定する必要はなく、個々の製品用途に応じて種々に化学組成を調整できる。また、開示した温度、時間、圧力等はほんの一例であり、本発明の範囲内で種々の変更が可能である。
【外国語明細書】
2006316325000001.pdf