(57)【要約】      （修正有）【課題】  高温耐熱性に優れるステンレス繊維、及び切削性に優れており、同繊維を生産性よく製造することができるステンレス繊維製造用鋼線を提供する。【解決手段】  質量％で、C:0.10％以下、Si:0.3〜1.5％、Mn:1.0％以下、Cr:17.0〜26.0％、Ni:0.60％以下、Al:2.0〜6.0％、Mo:0.5〜1.5％、S:0.02〜0.08％、希土類元素:0.05〜0.1％を含み、残部がFe及び不可避的不純物からなるステンレス繊維である。このステンレス繊維は、上記化学成分からなり、ビッカース硬度がHv310以上であり、アスペクト比が5.0以上の結晶粒の繊維組織からなるステンレス繊維製造用鋼線を切削することで得られる。【選択図】図１
2006200023.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、C:0.10％以下、Si:0.3〜1.5％、Mn:1.0％以下、Cr:17.0〜26.0％、Ni:0.60％以下、Al:2.0〜6.0％、Mo:0.5〜1.5％、S:0.02〜0.08％、希土類元素:0.05〜0.1％を含み、残部がFe及び不可避的不純物からなることを特徴とするステンレス繊維。
【請求項２】
更に、質量％で、Ti：0.05％以下、Nb：0.05％以下を含むことを特徴とする請求項1に記載のステンレス繊維。
【請求項３】
質量％で、C:0.10％以下、Si:0.3〜1.5％、Mn:1.0％以下、Cr:17.0〜26.0％、Ni:0.60％以下、Al:2.0〜6.0％、Mo:0.5〜1.5％、S:0.02〜0.08％、希土類元素:0.05〜0.1％を含み、残部がFe及び不可避的不純物からなり、
ビッカース硬度がHv310以上であり、
アスペクト比が5.0以上の結晶粒の繊維組織からなることを特徴とするステンレス繊維製造用鋼線。
【請求項４】
更に、質量％で、Ti：0.05％以下、Nb：0.05％以下を含むことを特徴とする請求項3に記載のステンレス繊維製造用鋼線。
【請求項５】
請求項3又は4に記載のステンレス繊維製造用鋼線に切削加工を施して得られたことを特徴とするステンレス繊維。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車や自動二輪車などの排気系部品などにおいて触媒保持材料や消音材料などに適したステンレス繊維、及びステンレス繊維の製造に適したステンレス繊維製造用鋼線に関するものである。特に、1000℃といった超高温域においても優れた耐熱性を有するステンレス繊維、及び優れた切削性を有することで、高温耐熱性に優れたステンレス繊維を生産性よく製造することができるステンレス繊維製造用鋼線に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車用、自動二輪車などの排気系部品、例えば、触媒コンバータなどの触媒保持材やマフラー内の消音材(吸音材)は、従来、排気ガスにより700〜800℃近くといった高温環境に曝される。特に、近年は、地球温暖化防止や公害防止の面から自動車などの排気ガス規制が厳しく、触媒分解温度が高温化してきている。そのため、上記排気系部品が使用される温度は、触媒分解温度の高温化に伴い、800℃以上の高温となってきており、今後1000℃といった超高温に達することが予想される。
【０００３】
上記触媒保持材や消音材の材料として、従来、耐熱性及び消音性(吸音率)に優れるガラス繊維が用いられてきたが、ガラス繊維は、ガラスの粉末が飛散する恐れがあり、環境保全の観点から好ましくないため、SUS434やSUS430MoSからなるステンレス繊維が利用されている。これらステンレス繊維は、ステンレス鋼線を極細径に伸線加工したり、伸線加工により得られたステンレス鋼線をバイトなどの切削工具により切削して繊維状に加工することで得られる。
【０００４】
しかし、SUS434やSUS430MoSは、耐熱温度が650℃程度であり、より高温な環境での使用に適さない。そこで、より高温環境においても使用できるように耐熱性を向上した高Al含有のフェライト系ステンレス鋼からなるステンレス繊維が知られている(特許文献1,2参照)。
【０００５】
また、特許文献3,4には、触媒コンバータの基材、排気ガス用管などの排気系部品材料の他、暖房機器や電熱線などの材料として、フェライト系ステンレス鋼に希土類元素を添加させた優れた耐熱性を有するステンレス鋼材が記載されている。更に、特許文献5には、高温耐酸化性に優れる材料としてFe−Cr−Al−Y合金からなるファイバ(繊維)を用いた燃焼バーナが記載されている。
【０００６】
【特許文献１】特許第3242573号公報
【特許文献２】特開2003-113447号公報
【特許文献３】特開平7-233451号公報
【特許文献４】特開平6-172932号公報
【特許文献５】特許第2593459号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のように自動車用、自動二輪車用排気系部品の使用温度が800℃以上になってきており、触媒保持材や消音材などの材料に使用されるステンレス繊維には、このような高温下であっても、十分な耐熱性(耐酸化性)を有することが求められる。特に、今後の動向を踏まえると、1000℃といった超高温下であっても、十分な耐熱性を有することが望まれる。また、放射バーナ用シート材料の場合、1000℃程度の耐熱性が求められる。更に、これら排気系部品の材料には、常温時において耐食性に優れることも望まれる。これらの要求に加えて、耐熱性、耐食性に優れるステンレス繊維を生産性よく製造できることが望まれている。しかし、特許文献1〜5に記載されるステンレス鋼からなる線では、切削性がよくなく、生産性の低下を招いていた。
【０００８】
そこで、本発明の主目的は、高温耐熱性に優れるステンレス繊維を提供することにある。また、本発明の他の目的は、高温耐熱性に優れるステンレス繊維を生産性よく製造することができるステンレス繊維製造用鋼線を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、切削性を向上するべくSを添加し、S添加による耐熱特性の低下を低減するべく、Sの含有量を規定すると共に、耐熱性の更なる向上を図るべく、希土類元素を添加することを規定する。即ち、本発明ステンレス繊維は、質量％で、C:0.10％以下、Si:0.3〜1.5％、Mn:1.0％以下、Cr:17.0〜26.0％、Ni:0.60％以下、Al:2.0〜6.0％、Mo:0.5〜1.5％、S:0.02〜0.08％、希土類元素:0.05〜0.1％を含み、残部がFe及び不可避的不純物からなることを特徴とする。また、このようなステンレス繊維の製造に適した本発明ステンレス繊維製造用鋼線は、質量％で、C:0.10％以下、Si:0.3〜1.5％、Mn:1.0％以下、Cr:17.0〜26.0％、Ni:0.60％以下、Al:2.0〜6.0％、Mo:0.5〜1.5％、S:0.02〜0.08％、希土類元素:0.05〜0.1％を含み、残部がFe及び不可避的不純物からなり、ビッカース硬度がHv310以上であり、アスペクト比が5.0以上の結晶粒の繊維組織からなることを特徴とする。
【００１０】
従来、高温耐熱性に優れたステンレス鋼として特許文献1〜5に記載されるものがある。そして、ステンレス繊維を生産性よく得るには、特許文献5に記載されるように伸線加工(バンドルドローイング)により極細径の線状体とするよりも、伸線加工により得られたステンレス鋼線を切削加工により繊維状とすることが好ましい。しかし、特許文献3,4では、板材を想定しており、繊維を得ることに対して何ら検討されていない。また、上記特許文献に記載のステンレス鋼からなる線では、以下の事情により、切削加工によってステンレス繊維を生産性よく得ることが難しい。まず、文献に記載のステンレス鋼は、熱伝導性がよくない上に切削抵抗が大きいことから、ステンレス鋼線をバイトなどの切削工具にて切削する際の摩擦熱が大きく、この摩擦熱により、切削工具の寿命を短くしていた。加えて、従来のステンレス鋼では、耐熱性、耐食性を向上するべく成分中に含有させたAlが硬い非金属介在物AlNをつくることも切削工具の寿命を短命にしていた。そのため、工具交換を頻繁に行う必要があり、生産性の低下を招いていた。上記AlNなどの介在物の発生を低減するべく、真空二重溶解などが考えられるが、この場合、コストの増加により生産性を低下させる。また、上記摩擦熱を低減するべく、冷却されたオイルや水溶性潤滑剤などを切削時に使用して強制冷却を行うことが考えられるが、異物の混入を避けるためにオイルや潤滑剤などを洗浄する工程を別途設ける必要があり、作業工程の増加により生産性を低下させる。
【００１１】
一方、切削性を向上するには、SやPbなどの元素を添加することが効果的であり、これらの元素を添加した快削材が知られている。しかし、快削材は、通常、切削性を向上させるべく、切屑ができるだけ細かく粉砕されて切り粉となるようにとの観点からSやPbを添加しており、ステンレス繊維のように切屑が長尺な線状となるように切削を行うものに対してSやPbなどの元素を添加することは、従来、検討されていなかった。特に、Pbは、昨今の環境規制物質に該当するため、添加が好ましくなく、Sは、耐熱性を著しく低下させる元素であって、800℃以上、特に1000℃といった高温環境で使用される材料において不可避的な含有を除き意図的に含有させることが検討されていなかった。
【００１２】
しかし、本発明者らが検討した結果、特定量であればSを添加しても、1000℃の超高温環境で使用される材料として十分な耐熱性を有しながら、切削性に優れたステンレス鋼が得られるとの知見を得た。また、このステンレス鋼からなる線材を利用することで、切削加工により簡単に高温耐熱性に優れるステンレス繊維を得ることができるとの知見を得た。上記知見に基づき、本発明を規定する。
【００１３】
本発明ステンレス繊維、及びステンレス繊維製造用鋼線は、化学成分を質量％で、C:0.08％以下、Si:0.3〜1.0％、Mn:1.0％以下、Cr:18.0〜21.0％、Ni:0.60％以下、Al:3.0〜4.0％、Mo:0.7〜1.3％、S:0.020〜0.030％、希土類元素:0.06〜0.08％を含み、残部がFe及び不可避的不純物とすることがより好ましい。更に、本発明繊維、鋼線は、Ti及びNbの含有量を制御することが好ましい。具体的には、Ti,Nbの含有量をTi：0.05％以下、Nb：0.05％以下とすることで、高温耐熱特性を低下させずにステンレス繊維製造用鋼線の成形性(冷間伸線加工性)を改善することができる。より具体的には、伸線の際に用いるダイスの寿命をより長くすることができ、ステンレス繊維製造用鋼線の生産性の更なる向上を実現する。これらの限定により、ステンレス繊維製造用鋼線により得られたステンレス繊維の成形性(編み加工性)をより一層向上する、具体的には、繊維の編成に利用する編み針をより摩耗しにくくすることができる。
【００１４】
本発明鋼線及び繊維における組成の限定理由を説明する。
＜C:0.10質量％以下(特に0.08質量％以下)＞
Cは多量に含有されると、Cr炭化物を結晶粒界に生成して耐酸化性を低下させるため、その上限を0.10質量％とする。また、ステンレス鋼は、Cの含有量に伴って硬くなる。そのため、本発明鋼線の成形性をより良好するには、上限を0.08質量％とすることが好ましい。下限は特に設けないが、0.02〜0.05質量％程度含有されることが好ましい。
【００１５】
＜Si:0.3〜1.5質量％(特に0.3〜1.0質量％)＞
Siはフェライト系ステンレス鋼において高温での耐酸化性を著しく向上させる元素であり、この効果を得るためには、0.3質量％以上の添加が必要である。一方、Siが多量に含有されると靭性の低下を招くため、冷間伸線加工性を確保するには、1.5質量％以下とすることが望ましい。特に、鋼線の成形性を確保するには、1.0質量％以下とすることが望ましい。
【００１６】
＜Mn:1.0質量％以下＞
Mnは、後述するSと化合してMnSを生成することで快削性を向上させる重要な元素である。しかし、Mnが多量に含有されると、鋼の靭性が低下し、冷間伸線加工性を悪化させるため、上限を1.0質量％とする。下限は特に設けないが、0.50〜1.00質量％程度含有されることが好ましい。
【００１７】
＜Cr:17.0〜26.0質量％(特に、18.0〜22.0質量％)＞
Crはステンレス鋼において、耐食性及び耐酸化性を確保する基本的な元素であり、この効果を得るためには17.0質量％以上の含有が必要である。一方、多量に含有されると、σ脆性や475℃脆性に特に敏感となり、靭性低下を招くため26.0質量％以下とする。鋼線のより一層の成形性向上と靭性低下の抑制とを図るには、含有量を22.0質量％以下とすることがより好ましい。成形性を向上するべくSiなどの耐酸化性を向上させる元素の添加を抑制しているため、耐酸化性の向上を補うには、Crを18.0％以上含有させることが好ましい。
【００１８】
＜Ni:0.60質量％以下＞
Niはフェライト組織の不安定化を招いたり、過剰の添加により高温での耐酸化性に悪影響を及ぼす。特に、本発明においてNiの含有量が0.60質量％を越えると800℃以上、特に1000℃といった超高温度域での耐酸化性が大幅に低下するとの知見から、0.60質量％以下とする。下限は特に設けないが、0.05〜0.20質量％程度であることが好ましい。
【００１９】
＜Al:2.0〜6.0質量％(特に3.0〜5.5質量％)＞
AlはCrと同様に耐食性を向上させる上で重要な元素であり、添加により鋼表面にアルミナ(Al2O3)被膜が形成され、優れた耐食性が得られる。また、このAl2O3被膜が高温耐熱特性の向上に寄与する。これらの効果を得るためには2.0質量％以上の含有が必要である。しかし、多量に含有すると、靭性を低下させ、冷間伸線加工性を低下させるため、6.0質量％以下とする。特に、鋼線の成形性を確保するには、5.5質量％以下が好ましく、上記Crと同様に耐酸化性の向上を補うには3.0％以上含有させることが好ましい。
【００２０】
＜Mo:0.5〜1.5質量％(特に0.7〜1.3質量％)＞
MoはAlと同様に常温での耐食性を向上させる上で重要な元素であると同時に、高温強度も向上させる元素である。この効果を得るためには、0.5質量％以上の添加が必要である。しかし、多量に添加すると鋼の靭性悪化を招く上、原料コストを上昇させるため、上限を1.5質量％とする。また、鋼線の成形性を確保するには、1.3質量％以下が好ましく、上記Crと同様に耐酸化性の向上を補うには0.7質量％以上含有させることが好ましい。
【００２１】
＜S:0.02〜0.08質量％(特に、0.020〜0.030質量％)＞
本発明は、耐熱材料でありながらSを添加していることを特徴とする。Sを添加することで母材中にMnSの介在物をつくる。この介在物の存在により、展延性に優れると共に潤滑能を有するため、バイトなどの切削工具との親和性が増して、鋼線の切削性を良好にする。快削材として汎用されている鋼材では、Sが0.3質量％程度含有されている。しかし、Sの添加は、切削性を向上させる反面、耐熱性を低下させる。本発明では、1000℃といった超高温域において十分な耐熱性を有し、かつ良好な切削性を有するべく、Sの含有量を0.02質量％以上0.08質量％以下とする。Sが0.02質量％未満では、十分な切削性を得られず、生産性よくステンレス繊維を得ることが難しい。Sが0.08質量％超では、耐熱性の低下が著しくなるばかりでなく、ステンレス繊維製造用鋼線の製造工程のうち熱間圧延工程において、極めて疵が出やすく、歩留まりが悪くなって経済性に劣る。耐熱性を考慮すると、より好ましい含有量は、0.020質量％以上0.030質量％以下である。
【００２２】
＜希土類元素:0.05〜0.1質量％(特に0.06〜0.08質量％)＞
本発明において希土類元素は、高Alフェライト系ステンレス鋼の高温耐酸化特性を改善するために重要な合金元素である。Y,La,Ceなどといった希土類元素を添加すると、鋼表面に形成されるAl2O3などの酸化被膜が緻密化し、安定性に優れたものとなる。その結果、鋼に対する酸化被膜の密着性を向上することができ、耐酸化性の向上に寄与する。このような効果は、希土類元素を0.05質量％以上、より好ましくは0.06質量％以上含有させることで顕著になる。しかし、0.1質量％超含有すると、母材中に介在物として析出するようになり、逆に高温耐酸化性を低下させるだけでなく、熱間加工性、靭性などの特性も悪化し、鋼線の製造が困難になる。介在物の析出をより低減するには、0.08質量％以下とすることが好ましい。含有する希土類元素としては、周期表3族に属する元素の少なくとも1種が挙げられ、1種でも複数種でもよい。2種以上の元素を含有する場合、合計含有量が0.05〜0.1質量％を満たすものとする。好ましい元素としては、Y,Ce,La、その他これらの元素の混合物であるミッシュメタルなどが挙げられる。
【００２３】
＜Ti:0.05質量％以下,Nb:0.05質量％以下＞
Ti,Nbは、硬質の金属間化合物(Nb,Ti,Fe,Cr,Alを中心とするもの)を形成し、冷間伸線加工時に伸線ダイスなどの工具の摩耗を促進させてしまうという知見を得た。そのため、伸線加工に使用するダイスなどの工具の寿命を延ばして生産コストの低減を図るべく、これらの元素は、少ないほど好ましく、0.05質量％以下とすることが好ましい。一方、Ti,Nbの制限は、炭化物の析出を低減して金属母材の靭性を向上させることになり、切削性の観点からは逆効果となる。しかし、本発明では、Sの添加により、Ti,Nbを低減させても切削性を維持することができ、また、後述するように強加工の冷間伸線を行うことができる。Ti,Nbを0.05質量％以下にするには、例えば、精錬時間を延長することが挙げられる。
【００２４】
上記組成からなる本発明ステンレス繊維は、平均直径φ0.01〜0.5mm程度であり、長さが直径の500〜3000倍程度の長尺な線状体である。平均直径とは、ステンレス繊維の断面形状が半月状であるため、繊維の長径寸法を複数箇所(例えば、50箇所)測定し、平均したものである。このような本発明ステンレス繊維は、上記組成からなるステンレス繊維製造用鋼線をバイトなどの切削工具にて切削加工することにて得られる。切削加工は、ステンレス繊維製造用鋼線を直線状に走行させ、この状態において同鋼線の表面を超硬合金などからなるバイトにて切削することが挙げられる。この切削加工により得られた長尺な線状の切屑がステンレス繊維となる。
【００２５】
上記本発明ステンレス繊維を切削加工にて製造するには、上記のように特定量のSを添加して切削性を向上させた本発明ステンレス繊維製造用鋼線を利用することが最適である。特に、本発明鋼線は、Sの添加に加えて、ビッカース硬度及び金属組織を特定することで、切削加工を良好に行うことができ、本発明ステンレス繊維を生産性よく製造できる。具体的には、本発明鋼線は、ビッカース硬度をHv310以上とし、アスペクト比が5.0以上の結晶粒(フェライト結晶粒)の繊維組織からなるものとする。本発明者らが検討した結果、上記特定量のSを含有した化学成分であっても、ビッカース硬度がHv310未満の鋼線、或いはビッカース硬度がHv310以上であっても、伸線加工による繊維組織ができておらず結晶粒のアスペクト比が5.0未満の鋼線では、良好な切削性を得られないことがわかった。そこで、本発明では、Sの含有量に加えて、ビッカース硬度及び金属組織を規定する。
【００２６】
上記本発明鋼線は、溶製→熱間圧延→冷間伸線加工により製造することができる。特に、冷間伸線は、トータル加工度(断面減少率):75％以上85％程度といった強加工を行う。このとき、一回の加工度を15〜20％程度とし、所望の線径となるまで複数回の伸線加工を繰り返し行うことが好ましい。また、圧延後で伸線加工前や、複数回の伸線加工を行う場合、ある回の伸線加工と次の回の伸線加工との間に焼き鈍し処理を施してもよい。焼き鈍し条件は、800〜850℃×1〜60分とすることが挙げられる。
【００２７】
本発明者らは、特定量のSを添加した同一組成の鋼材を用い、製造条件を異ならせて金属組織やビッカース硬度が異なる種々のステンレス鋼線を作製したところ、熱間圧延直後の線材、或いは焼き鈍し処理後に伸線加工を施していない線材では、ビッカース硬度がHv200程度となり、良好な切削を行うことができないことがわかった。また、伸線加工を行っても、トータル加工度が低い線材では、ビッカース硬度がHv310以上であっても、アスペクト比が小さくなっており、靭性が乏しく、切削抵抗よりも破断強度が低く、切削中に断線が多発して現実的な生産に適さないことがわかった。そこで、上記のように熱間圧延後、或いは焼き鈍し処理後に伸線加工を施すことで、ビッカース硬度をHv310以上とすると共に、アスペクト比5.0以上の結晶粒からなる繊維組織を有する本発明鋼線を得ることができる。このような本発明鋼線は、線径φ3mm程度の場合、ステンレス繊維の製造に好適である。
【００２８】
なお、上記ビッカース硬度は、本発明鋼線の断面(鋼線の長手方向の断面(横断面)、鋼線の径方向の断面(縦断面)のいずれでもよい)において表面部だけでなく中央部(内部)を含むあらゆる部分がHv310以上を満たすものとする。ビッカース硬度をHv310以上とするには、上記のような条件にて第一伸線加工、第二伸線加工を行うとよい。ビッカース硬度は、公知のビッカース硬度計を用いて、鋼線断面の任意の箇所で測定するとよい。また、繊維組織とは、多結晶集合体において、そのほとんどの結晶粒のある結晶学的方向が試料の特定方向(繊維軸)に平行になっている組織をいい、本発明では、上記結晶粒のアスペクト比が5.0以上とする。組織は、鋼線の横断面において電子顕微鏡などにより観察することで確認することができる。また、アスペクト比は、鋼線の横断面において、単位面積(1mm2)あたりに存在する各結晶粒の最大径及び最小径をそれぞれ測定し、各結晶粒の最大径/最小径を求めて、この比をその結晶粒のアスペクト比とし、単位面積内に存在する全結晶粒のアスペクト比の平均とする。
【００２９】
上記本発明ステンレス繊維製造用鋼線から製造された本発明ステンレス繊維は、多孔質で比表面積が大きいことが望まれる材料に好適に利用できる。例えば、自動車や自動二輪車用排気系部品、特に直接排気ガスが接触する部品材料、具体的には、例えば、排気ガスが流れる排気通路内に設けられる触媒保持材料や消音材料が挙げられる。これらの材料は、本発明ステンレス繊維を集積した繊維集積体とするもので、消音材の場合、隣接する繊維間に形成される間隙に音波を通過させることで、音波を分散させて互いに干渉させることにより消音することができる。また、燃焼バーナ用シート材料などにも利用できる。
【発明の効果】
【００３０】
以上説明したように本発明ステンレス繊維製造用鋼線によれば、特定量のSを含有すると共に、特定の硬度及び金属組織を有することで切削性に優れ、生産性よくステンレス繊維を得ることができるという優れた効果を奏し得る。また、本発明ステンレス繊維は、Sを含有していながらも、800℃以上、特に1000℃程度といった高温環境において使用される材料として十分な耐熱性を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
表1に示す化学成分(単位:質量％、残部Fe及び不純物)の鋼材を溶解し、溶製→熱間圧延→焼き鈍し→冷間伸線加工により直径φ3.0mmのステンレス鋼線を作製した。焼き鈍しは、800℃×60分とした。冷間伸線加工は、焼き鈍し処理後、室温程度まで冷却し、1回あたりの加工度:15〜20％、トータル加工度:75〜85％として行った。試料No.1は、SUS430Mo相当材、試料No.2は、SUS430Moに含有されるCr,Al,Moを増加させた特許文献1記載のステンレス鋼相当材、試料No.5は、燃焼バーナなどに利用されるFe-Cr-Al-Y合金相当材である。試料No.1,2,5のSは、不可避的な含有である。REM.は、希土類元素を示す。
【００３２】
【表１】
2006200023.tif 000003
【００３３】
(試験例1)
各試料に対し、高温耐酸化性を評価してみた。試験は、以下のサイクル試験によって行った。20サイクル終了後、各試料に生じた酸化増量(酸化により増加した質量：g/kg)を測定してみた。800℃におけるサイクル試験の結果を図1に、1000℃におけるサイクル試験の結果を図2に示す。
＜サイクル試験条件＞
試験装置：高温BOX炉
耐熱サイクル：800℃又は1000℃×20時間→室温×4時間
サイクル数：20サイクル(1サイクル24時間)
【００３４】
試料No.5は、図1に示すように800℃において6サイクル目以降、酸化増量がほぼ一定となっており、図2に示すように1000℃において酸化増量が少なく、試料No.1と比較して、高温耐酸化性に非常に優れている。そして、Sを意図的に添加した試料No.3,4,6は、図1に示すように800℃において上記試料No.5とほぼ同等か、同等以上の耐酸化特性を有しており、特に、希土類元素を添加した試料No.6は、図2に示すように1000℃においても上記試料No.5とほぼ同等の耐酸化特性を有している。これらのことから、特定量のSを含有させていても、希土類元素を添加することで、1000℃といった超高温域であっても十分な耐熱特性を有することが確認された。
【００３５】
(試験例2)
試験例1で用いた試料と同様の化学成分の鋼材を用意し、この鋼材を溶解し、溶製→熱間圧延(直径φ7.0mm)→焼き鈍し(800℃×60分)→冷間伸線加工(7枚の伸線ダイス使用、1回の伸線加工度:15〜25％)により、直径φ3.0mmのステンレス鋼線を作製した(トータル加工度:81.6％)。そして、得られた各試料に対して切削性を評価した。その結果を表2に示す。
【００３６】
切削は、ステンレス鋼線を連続的に走行させながら、鋼線表面に超硬合金製バイトを押し当てて行うワイヤ切削法にて行った。この試験では、キャプスタンを用いて鋼線を15ターンさせ、各ターンのそれぞれに超硬合金製バイトを13枚突き当てて切削した。被削材となるステンレス鋼線に対するバイトの突き当て量は、生成されるステンレス繊維の平均直径が0.1mmとなるように調整した。また、ステンレス鋼線の走行速度は、45m/minとした。
【００３７】
切削性の評価は、切屑の長繊維率、工具寿命を求めることにて行った。生成されるステンレス繊維には、繊維長が10mm未満(平均直径の100倍未満)の比較的短い繊維(以下、この繊維を短繊維と呼ぶ)と、切削長が10mm以上(平均直径の100倍以上)の比較的長い繊維(以下、この繊維を長繊維と呼ぶ)とがあり、短繊維は、他の長繊維に絡まず抜け落ちる。また、切削性が悪いほど、繊維が連続的に生成されずに断線するため、短繊維の割合が増加する。そこで、粉状となって抜け落ちた繊維(短繊維)の重量をWt、抜け落ちなかった繊維(長繊維)の重量をWfとし、Wf/(Wt+Wf)を長繊維率として、この長繊維率が大きいほど、切削性が良好であると評価した。長繊維率を表2に示す。
【００３８】
また、工具が摩耗して長繊維ができにくくなり、上記長繊維率が60％を下回る状態を工具寿命とし、抜け落ちた短繊維分を除いて1ton(1000kg)の長繊維を作製するまでに行った工具交換回数を調べ、この回数が少ないほど、工具寿命が長く切削性が良好であると評価した。交換回数を表2に示す。
【００３９】
【表２】
2006200023.tif 000004
【００４０】
表2に示すように特定量のSを含有した試料No.2-3,2-4,2-6は、切削性に優れ、切削法によるステンレス繊維の製造に適した材料であることがわかる。特に、試料No.2-6は、同じく希土類元素を含有している試料No.2-5と比較して切削性に優れている。従って、試験例1,2の結果から、特定量のS及び希土類元素を含有したステンレス鋼は、優れた高温耐熱性を有すると共に、切削性にも優れることが確認された。なお、試料No.2-5,2-6の組織は、歪みの方向がほぼ揃っていることも確認された。
【００４１】
また、試料No.2-6と同様の化学成分の鋼材を用意し、熱間圧延後焼き鈍し処理を施さない以外は同様の条件、即ち、溶製→熱間圧延(直径φ7.0mm)→冷間伸線加工(7枚の伸線ダイス使用、1回の伸線加工度:15〜25％)により、直径φ3.0mmのステンレス鋼線を作製した(試料No.2-7)。この試料に対して、試験例1と同様の条件で高温耐酸化性の評価(1000℃)、試験例2と同様の条件で切削性を評価した。その結果、試料No.2-7は、試料No.2-6と同様に、1000℃といった超高温での耐熱性及び切削性に優れることが確認された。
【００４２】
(試験例3)
試験例1で用いた試料No.6と同様の化学成分の鋼材を用意し、製造条件を以下のように変化させて特性が異なるステンレス鋼線(直径φ3.0mm)を作製した。
試料No.3-1:溶解→溶製→熱間圧延→冷間伸線加工→焼き鈍し
この試料は、試料No.6と同様に圧延後冷間伸線加工(トータル加工度:81.6％)を行ってから焼き鈍し(800℃×3分)を行い、その後、伸線加工を行っていないものである。
試料No.3-2:溶解→溶製→熱間圧延→焼き鈍し(800℃×60分)→冷間伸線加工
この試料は、熱間圧延材として直径φ5.5mmのものを用意し、焼き鈍し処理後、トータル加工度:70.2％の冷間伸線加工を行ったものである。
【００４３】
上記作製した試料No.3-1,3-2に対し、試験例2と同様にして切削性を評価してみた。また、試料No.6,3-1,3-2の各試料の横断面においてビッカース硬度(Hv)、金属組織、及び結晶粒のアスペクト比をそれぞれ調べた。これらの結果を表3に示す。ビッカース硬度は、切削前の状態のものを測定した。金属組織は、顕微鏡にて組織観察を行うことで調べた。アスペクト比は、試料の横断面において任意の5箇所を選択し、各箇所の一定の面積(1mm2)に存在する全ての結晶粒において最大径と最小径、及び最大径/最小径を求め、全箇所の最大径/最小径の平均とした。
【００４４】
【表３】
2006200023.tif 000005
【００４５】
表3に示すようにSを特定量含有させたステンレス鋼線であっても、ビッカース硬度がHv310を下回る試料(試料No.3-1,3-2)、繊維組織ではなく再結晶組織である試料(試料No.3-1)、繊維組織ではあるがアスペクト比が小さい試料(試料No.3-2)では、良好な切削性が得られないことがわかる。従って、この試験から、生産性よく高温耐熱性に優れたステンレス繊維を得るには、特定量のSを含有すると共に、ビッカース硬度が高く、アスペクト比が大きな結晶粒からなる繊維組織であるステンレス鋼線が好適であることが確認された。
【００４６】
(試験例4)
表1の試料No.6においてTi,Nbの含有量を変化させた鋼材を用意し、試験例1と同様の条件にて直径φ3.0mmのステンレス鋼線を作製した。Ti,Nbの含有量は、精錬時間を変化させることで調整した。
試料No.4-1:Tiを0.06質量％含有する試料
試料No.4-2:Nbを0.06質量％含有する試料
試料No.4-3:Ti及びNbを0.06質量％含有する試料
すると、Ti,Nbの含有量が0.05質量％以下である試料No.6に対し、試料No.4-1〜4-3は、伸線ダイスの寿命が著しく短かった。従って、耐熱性及び切削性に優れるステンレス鋼線を生産性よく得るには、Ti及びNbの含有量を制御することが好ましいことが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明ステンレス繊維製造用鋼線は、800℃以上、特に1000℃といった超高温域で使用されるステンレス繊維の材料として使用される。特に、本発明鋼線は、切削性に優れることで、伸線加工ではなく切削法にてステンレス繊維を製造することができ、生産性がよい。また、本発明ステンレス繊維は、自動車や自動二輪車用排気系部品、特に直接排気ガスが接触する材料、放射バーナ用シート材料に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】高温耐酸化性を調べるサイクル試験(800℃)の結果を表わすグラフであり、各サイクルにおける酸化増量を示す。
【図２】高温耐酸化性を調べるサイクル試験(1000℃)の結果を表わすグラフであり、各サイクルにおける酸化増量を示す。
【図１】
2006200023.tif 000006
【図２】
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