(57)【要約】      （修正有）【課題】マルテンサイト系ステンレス鋼およびその製造方法の提供。【解決手段】組成が質量比で、Ｃ：０．０１〜０．１８％、Ｓｉ：０．４〜１．５％、Ｍｎ：０．４〜３．０％、Ｐ：≦０．０４％、Ｓ：０．００２〜０．０１％、Ｃｒ：１１．０〜１５．０％、Ｎ：０．０１〜０．１５％、Ｎｂ：０．００１〜０．０１％、Ｖ：０．０５〜０．２５％、Ｔｉ：０．００１〜０．０１％、Ｍｏ：０．０１〜１．５０％、Ｂ：０．０００５〜０．００１％、残部がＦｅおよび不可避不純物であり、マルテンサイトと残留オーステナイトの複合組織を呈する鋼板。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学元素組成が、質量％で、Ｃ：０．０１〜０．１８ｗｔ％、Ｓｉ：０．４〜１．５ｗｔ％、Ｍｎ：０．４〜３．０ｗｔ％、Ｐ：≦０．０４ｗｔ％、Ｓ：０．００２〜０．０１ｗｔ％、Ｃｒ：１１．０〜１５．０ｗｔ％、Ｎ：０．０１〜０．１５ｗｔ％、Ｎｂ：０．００１〜０．０１ｗｔ％、Ｖ：０．０５〜０．２５ｗｔ％、Ｔｉ：０．００１〜０．０１ｗｔ％、Ｍｏ：０．０１〜１．５０ｗｔ％、Ｂ：０．０００５〜０．００１ｗｔ％であり、残部がＦｅおよび不可避不純物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。
【請求項２】
化学元素組成が、質量％で、Ｃ：０．０３〜０．１５ｗｔ％、Ｓｉ：０．５３〜１．２５ｗｔ％、Ｍｎ：０．４５〜２．４５ｗｔ％、Ｃｒ：１１．２〜１４．５ｗｔ％、Ｎ：０．０１〜０．０８ｗｔ％ Ｎｂ：０．００１〜０．００７ｗｔ％、Ｖ：０．０５〜０．２３ｗｔ％、Ｔｉ：０．００２〜０．００８ｗｔ％、Ｍｏ：０．０１〜１．１０ｗｔ％、Ｂ：０．０００５〜０．０００９ｗｔ％であり、残部がＦｅおよび不可避不純物である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。
【請求項３】
さらに、化学元素組成が、質量％で、０．０２ｗｔ％≦Ｃ＋Ｎ≦０．２０ｗｔ％を満足することを特徴とする請求項１または２に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼。
【請求項４】
さらに、化学元素組成が、質量％で、Ｖ＋Ｔｉ＋Ｎｂ≦０．２５ｗｔ％を満足することを特徴とする請求項１または２に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼。
【請求項５】
前記マルテンサイト系ステンレス鋼の微細組織がマルテンサイトと残留オーステナイトとの複相組織であることを特徴とする請求項１または２に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼。
【請求項６】
前記微細組織における前記マルテンサイト相の割合が５５〜６５％であり、前記残留オーステナイト相の割合が３５〜４５％であることを特徴とする請求項５に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼。
【請求項７】
前記マルテンサイト系ステンレス鋼が、
（１）ビレットまたは連続鋳造ビレットを熱間圧延により鋼板または帯鋼にし、焼鈍を行う工程、および
（２）焼鈍後に熱間圧延された鋼板または帯鋼を８５０〜１０００℃まで加熱して５〜３０ｍｉｎ保温し、その後、３０℃／ｓ以上の速度でマルテンサイトとオーステナイトの二相域まで急冷し、冷却終了温度を１５０〜２２０℃とし、３５０〜５００℃まで再加熱し、室温まで空冷し、前記マルテンサイト系ステンレス鋼を得る工程、
により製造されることを特徴とする請求項１または２に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼。
【請求項８】
マルテンサイト系ステンレス鋼の製造方法であって、
（１）ビレットまたは連続鋳造ビレットを熱間圧延により鋼板または帯鋼にし、焼鈍を行う工程と、
（２）焼鈍後に熱間圧延された鋼板または帯鋼を８５０〜１０００℃まで加熱し５〜３０ｍｉｎ保温し、その後、３０℃／ｓ以上の速度でマルテンサイトとオーステナイトの二相域まで急冷し、冷却終了温度を１５０〜２２０℃とし、３５０〜５００℃まで再加熱し、室温まで空冷し、マルテンサイト系ステンレス鋼を得る工程と、を含み、
ここで、前記マルテンサイト系ステンレス鋼の化学元素組成が、質量％で、Ｃ：０．０１〜０．１８ｗｔ％、Ｓｉ：０．４〜１．５ｗｔ％、Ｍｎ：０．４〜３．０ｗｔ％、Ｐ：≦０．０４ｗｔ％、Ｓ：０．００２〜０．０１ｗｔ％、Ｃｒ：１１．０〜１５．０ｗｔ％、Ｎ：０．０１〜０．１５ｗｔ％、Ｎｂ：０．００１〜０．０１ｗｔ％、Ｖ：０．０５〜０．２５ｗｔ％、Ｔｉ：０．００１〜０．０１ｗｔ％、Ｍｏ：０．０１〜１．５０ｗｔ％、Ｂ：０．０００５〜０．００１ｗｔ％であり、残部がＦｅおよび不可避不純物であることを特徴とする製造方法。
【請求項９】
前記マルテンサイト系ステンレス鋼の化学元素組成が、質量％で、Ｃ：０．０３〜０．１５ｗｔ％、Ｓｉ：０．５３〜１．２５ｗｔ％、Ｍｎ：０．４５〜２．４５ｗｔ％、Ｃｒ：１１．２〜１４．５ｗｔ％、Ｎ：０．０１〜０．０８ｗｔ％、Ｎｂ：０．００１〜０．００７ｗｔ％、Ｖ：０．０５〜０．２３ｗｔ％、Ｔｉ：０．００２〜０．００８ｗｔ％、Ｍｏ：０．０１〜１．１０ｗｔ％、Ｂ：０．０００５〜０．０００９ｗｔ％であり、残部がＦｅおよび不可避不純物であることを特徴とする請求項８に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼の製造方法。
【請求項１０】
さらに、前記マルテンサイト系ステンレス鋼の化学元素組成が、質量％で、０．０２ｗｔ％≦Ｃ＋Ｎ≦０．２０ｗｔ％を満足することを特徴とする請求項８または９に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼の製造方法。
【請求項１１】
さらに、前記マルテンサイト系ステンレス鋼の化学元素組成が、質量％で、Ｖ＋Ｔｉ＋Ｎｂ≦０．２５ｗｔ％を満足することを特徴とする請求項８または９に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼の製造方法。
【請求項１２】
前記マルテンサイト系ステンレス鋼の微細組織がマルテンサイトと残留オーステナイトとの複相組織であることを特徴とする請求項８または９に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼の製造方法。
【請求項１３】
前記微細組織における前記マルテンサイト相の割合が５５〜６５％であり、前記残留オーステナイト相の割合が３５〜４５％であることを特徴とする請求項１２に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属材料およびその加工方法に関し、特にマルテンサイト系ステンレス鋼およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マルテンサイト系ステンレス鋼は、クロム系ステンレス鋼であり、カッターやハサミ、ゲージ、水車のブレードなどの強靭性および耐食性が要求される分野に広く適用される。使用者の低炭素マルテンサイト系ステンレス鋼に対する要求は、高い硬度（３０〜４０ＨＲＣ）と優れた靭性（Ｖノッチシャルピーの衝撃エネルギーが３０Ｊを超える）を兼ね備えることである。マルテンサイト系ステンレス鋼は、主に炭素を添加することにより熱処理後の強度と硬度を向上させる。しかしながら、炭素含有量を増加すると靭性が低下するため、高強度および高靭性は常にマルテンサイト鋼が両立することができない２つの特性である。使用中に使用者がマルテンサイト系ステンレス鋼に対して熱処理を行うが、高温熱処理によりマルテンサイト系ステンレス鋼の表面で厚い酸化層を生成することで、下流側の使用者の表面研磨加工に大きな困難を与えるため、高温耐酸化性もマルテンサイト系ステンレス鋼の性能の重要な指標である。
【０００３】
従来技術において、中国特許ＣＮ１０１９０６５８７Ａには、ブレーキディスク用低炭素マルテンサイト系ステンレス鋼が提案され、該ステンレス鋼は低い炭素含有量（０．０３−０．１ｗｔ％）および高いマンガン含有量（１−２．５ｗｔ％）により、高い強度および靭性を有するマルテンサイト系ステンレス鋼が得られる。しかし、この特許では、不純物元素としてシリコンが０．５ｗｔ％以下に制御されるが、これにより該特許発明の高温抗酸化性が劣っている。中国特許ＣＮ１０３２５５３４０Ｂでは、高強度の自動車用鋼の成形後の強度が高く、靭性が不足している問題を解決するために、高強靭性の熱成形鋼板およびその製造方法が提案されており、鋼板を２０−１００℃の速度でオーステナイト化温度まで加熱し所定の時間を保持し、その後、熱間圧延を行い、オーステナイト結晶粒を微細化させ、５０−１２０℃／ｓの速度で５０−３７０℃まで焼入れ、一部の過飽和のマルテンサイトと未変態の残留オーステナイトが得られ、２００−５００℃の焼戻し温度で５−６００ｓ保温し、炭素をマルテンサイトから残留オーステナイトへ分配させオーステナイトを安定化させ、最後に、室温まで焼入れ、微細化されたマルテンサイトと残留オーステナイトとの複相組織が得られ、高強度および高靭性の鋼が得られる。このような焼入れ−分配の方法により複相組織を達成し、高強度および高靭性の組み合わせを得る方法は、炭素鋼で多く応用され、例えば、ＣＮ１０３１６０６８０Ａには鋼の成分が提案され、焼入れの合わせ技術によりマルテンサイトと残留オーステナイトとの複相組織が得られ、鋼の引張強度と伸びの積が３０ＧＰ ｗｔ％以上に達し、ＣＮ１０３２４３２７５Ｂには高強度低合金鋼が提案され、分配処理および焼戻し処理により、ベイナイトとマルテンサイトとオーステナイトの複相組織が得られ、良好な強塑性と靭性の組み合わせに達し、ＣＮ１０３０４５９５０Ｂにも低合金・低コスト化鋼が提案され、急速な焼入れおよび炭素の再分配により鋼の強度を増加させ、良好な靭性を確保する。焼入れ−分配の方法はステンレス鋼での応用が多くなく、従来技術において、ＣＮ１０３６１４６４９Ｂには、炭素を０．１５〜０．４ｗｔ％、窒素を０〜０．１２ｗｔ％、クロムを１３．０〜１７．０ｗｔ％、ニッケルを０〜５ｗｔ％、モリブデンを０−２．０ｗｔ％など含むマルテンサイト系ステンレス鋼が提案され、従来材により熱間圧延スラブを製造し、９５０〜１１００℃まで加熱し０．５〜２ｈ保温した後、２５〜２００℃まで空冷し、その後３５０〜５００℃まで加熱し１０〜６０ｍｉｎ保温し、室温まで空冷し、焼入れ−分配の方法により顕微鏡組織に分散させた残留オーステナイトを導入し、マルテンサイト系ステンレス鋼の強塑性のレベルを大幅に向上させる。
【０００４】
以上により、従来技術では、マルテンサイト系ステンレス鋼の高硬度と高靭性を両立させることができない問題、およびマルテンサイト系ステンレス鋼の高温耐酸化性を同時に向上させる問題が存在する。
【発明の概要】
【０００５】
上記問題を解決するために、本発明の第１の目的は、高硬度と高靭性であり、高温耐酸化性に優れた特定の配合比の成分を有するマルテンサイト系ステンレス鋼を提供することにある。
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は、化学元素組成が、質量％で、Ｃ：０．０１〜０．１８ｗｔ％、Ｓｉ：０．４〜１．５ｗｔ％、Ｍｎ：０．４〜３．０ｗｔ％、Ｐ：≦０．０４ｗｔ％、Ｓ：０．００２〜０．０１ｗｔ％、Ｃｒ：１１．０〜１５．０ｗｔ％、Ｎ：０．０１〜０．１５ｗｔ％、Ｎｂ：０．００１〜０．０１ｗｔ％、Ｖ：０．０５〜０．２５ｗｔ％、Ｔｉ：０．００１〜０．０１ｗｔ％、Ｍｏ：０．０１〜１．５０ｗｔ％、Ｂ：０．０００５〜０．００１ｗｔ％であり、残部がＦｅおよび不可避不純物であるマルテンサイト系ステンレス鋼を提供する。
【０００７】
あるいは、化学元素組成は、質量％で、Ｃ：０．０３〜０．１５ｗｔ％、Ｓｉ：０．５３〜１．２５ｗｔ％、Ｍｎ：０．４５〜２．４５ｗｔ％、Ｃｒ：１１．２〜１４．５ｗｔ％、Ｎ：０．０１〜０．０８ｗｔ％、Ｎｂ：０．００１〜０．００７ｗｔ％、Ｖ：０．０５〜０．２３ｗｔ％、Ｔｉ：０．００２〜０．００８ｗｔ％、Ｍｏ：０．０１〜１．１０ｗｔ％、Ｂ：０．０００５〜０．０００９ｗｔ％であり、残部はＦｅおよび不可避不純物である。
【０００８】
あるいは、さらに、その化学元素組成は、質量％で、０．０２ｗｔ％≦Ｃ＋Ｎ≦０．２０ｗｔ％を満足する。
【０００９】
あるいは、さらに、その化学元素組成は、質量％で、Ｖ＋Ｔｉ＋Ｎｂ≦０．２５ｗｔ％を満足する。
【００１０】
あるいは、マルテンサイト系ステンレス鋼の微細組織がマルテンサイトと残留オーステナイトとの複相組織である。
【００１１】
あるいは、微細組織におけるマルテンサイト相の割合が５５〜６５％であり、残留オーステナイト相の割合が３５〜４５％である。
【００１２】
あるいは、マルテンサイト系ステンレス鋼は、
（１）ビレットまたは連続鋳造ビレットを熱間圧延により鋼板または帯鋼にし、焼鈍を行う工程、および
（２）焼鈍後に熱間圧延された鋼板または帯鋼を８５０〜１０００℃まで加熱して５〜３０ｍｉｎ保温し、その後、３０℃／ｓ以上の速度でマルテンサイトとオーステナイトの二相域まで急冷し、冷却終了温度を１５０〜２２０℃とし、３５０〜５００℃まで再加熱し、室温まで空冷し、マルテンサイト系ステンレス鋼を得る工程、
により製造される。
【００１３】
本発明は、合金がＣ−Ｓｉ−Ｍｎ−Ｃｒ−Ｎ−Ｎｂ−Ｖ−Ｔｉ−Ｍｏ−Ｂであるマルテンサイト系ステンレス鋼を提供するものであり、その化学成分の配合作用により、該ステンレス鋼が高硬度、高靭性と優れた耐酸化性を有することができる。具体的な化学成分を決定した理由は次のとおりである。
【００１４】
炭素は重要なオーステナイト化元素であり、一定な炭素含有量で高温で完全なオーステナイト組織を得ることを確保することができ、熱処理後の硬度を確保する重要な要素である。炭素は重要な固溶強化元素および析出強化元素であり、格子間原子の形式で鋼に存在し、焼入れ後の再加熱過程において相間の拡散により再分配し、残留のオーステナイト組織を安定させることができる。多すぎる炭素含有量は、脆性を増加させると共に、耐食性を損なう。所望の効果を達成するために、本発明における炭素の含有量を０．０１〜０．１８ｗｔ％とし、且つ窒素元素と組み合わせて使用し、好ましくは０．０３〜０．１５ｗｔ％とする。
【００１５】
窒素は炭素と同様にオーステナイト化元素であり、格子間原子の形式で存在することができ、固溶強化作用を有する。窒素は、オーステナイトにおける溶解度が炭素よりも高く、熱処理過程において析出物が少なく、基材に固溶した窒素がステンレス鋼の耐食性能を向上させることができるから、マルテンサイト系ステンレス鋼の強度を向上させるばかりでなく、耐食性能を向上させることもできる元素である。本発明における窒素の含有量を０．０１〜０．１５ｗｔ％、好ましくは０．０１〜０．０８ｗｔ％とする。
【００１６】
ケイ素は主に脱酸素剤として鋼に添加され、固溶強化の役割を果たし、明らかな高温耐酸化性能も有する。しかし、鋼におけるケイ素の含有量が高すぎると、展延性が低下するため、ステンレス鋼の耐酸化性を向上させながら、加工性を低下させない観点から、本発明におけるケイ素の含有量を０．４〜１．５ｗｔ％、好ましくは０．５３〜１．２５ｗｔ％とする。
【００１７】
マンガンは脱酸元素であり、固溶強化元素でもあり、鋼の強度を大幅に向上させることができる。また、マンガンはオーステナイト化元素であるため、マンガンを添加することにより、マルテンサイト系ステンレス鋼を高温でオーステナイトをより生成しやすくなり、冷却時により多くのマルテンサイトが得られる。しかし、マンガンの含有量が多すぎると焼鈍軟化に不利であり、本発明における含有量を０．４〜３．０ｗｔ％、好ましくは０．４５〜２．４５ｗｔ％とする。
【００１８】
リンは有害元素であるため、生産管理のレベルに応じてできるだけその含有量を減らさせる。
【００１９】
硫黄も有害元素であり、形成される硫黄化物が熱脆現象（鋼を１１００〜１２００℃で熱間加工を行う場合、結晶粒界に分散する低融点の共晶が融解することにより亀裂が発生することになり、いわゆる硫黄の「熱脆」現象である）を生成するのみならず、耐食性を低下させることになる。通常、硫黄の有害な影響を避けるために、硫黄の含有量は０．０１ｗｔ％未満に制御される。
【００２０】
クロムはステンレス鋼の耐食性を向上させる元素であるが、強いフェライト生成元素であり、その含有量が高いと、低炭素マルテンサイト系鋼のオーステナイト化が困難になり、コストも増加し、本発明におけるクロムの含有量を１１．０〜１５．０ｗｔ％、好ましくは１１．２〜１４．５ｗｔ％とする。
【００２１】
オーステナイトに高硬度（３０〜５０ＨＲＣ）と高靭性を具備させる目的を達成するために、炭素と窒素との併用は０．０２ｗｔ％≦Ｃ＋Ｎ≦０．１５ｗｔ％が必要であり、ＣおよびＮ元素の合計含有量が高すぎると、材料の硬度が高くなりすぎ、靭性が低下する。
【００２２】
モリブデンは鋼の焼入性および高温強度を向上させ、焼入れ脆性を防止し、かつマルテンサイト系ステンレス鋼の空気や水の通常の媒体における耐食性能を効果的に向上させる。しかし、Ｍｏの増加もステンレス鋼でＦｅＣｒＭｏ相の析出を増加させ、ステンレス鋼の靭性および耐食性に影響を及ぼすため、Ｍｏの含有量を厳密に制限する必要があり、本発明におけるＭｏの含有量を０．０１〜１．５０ｗｔ％、好ましくは０．０１〜１．１０ｗｔ％とする。
【００２３】
バナジウム、チタン、ニオブは、いずれも強い炭化物元素であり、熱間加工または熱処理の時に格子間元素と炭化物、窒化物を生成しやすくなり、原子を相間での拡散の再分配能力を失わせるため、好ましくは、本発明でバナジウム、チタン、ニオブの含有量をＶ＋Ｔｉ＋Ｎｂ≦０．２５ｗｔ％に制御する。
【００２４】
ホウ素は、オーステナイトの変態過程において、フェライトが結晶粒界で最も容易に核形成になり、Ｂが結晶粒界に吸着するため、欠陥が充填され、結晶粒界エネルギーを低減させ、新しい相の核形成が困難になり、オーステナイトの安定性を増加させ、焼入性を向上させ、本発明における含有量を０．０００５〜０．００１ｗｔ％、好ましくは０．０００５〜０．０００９ｗｔ％とする。
【００２５】
マルテンサイト系ステンレス鋼の強化合金元素において、炭素および窒素は強度を向上させるために最も効果的な元素である。炭素の添加は、圧延および熱処理の過程で炭素偏析が形成されやすくなり、マルテンサイト系ステンレス鋼の耐食性能を低下する一方、窒素の添加は、ステンレス鋼の基材で多数の気孔を生成しやすくなり、成形加工および研磨に影響を与える。そのため、本発明では、炭素および窒素元素を適切に制御し、そして、Ｓｉ、Ｍｎなどの製鋼する際の不純物元素を適切に使用し、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｂなどの合金元素の添加と配合比などの手段と組み合わせることにより、中・低炭素のマルテンサイト系ステンレス鋼が強度と硬度において高炭素マルテンサイト系ステンレス鋼の指標に達する一方、靭性および耐食性において低炭素マルテンサイト系ステンレス鋼の特性を保持することで、マルテンサイト系ステンレス鋼の強度、靭性、耐食性など相互に矛盾し一致しない問題を効果的に解決することができる。
【００２６】
本発明の第２の目的は、マルテンサイト系ステンレス鋼の製造方法を提供することにある。該マルテンサイト系ステンレス鋼の製造方法により、高硬度、高靭性、高温耐酸化性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼が最終的に製造される。
【００２７】
本発明は、
（１）ビレットまたは連続鋳造ビレットを熱間圧延により鋼板または帯鋼にし、焼鈍を行う工程と、
（２）焼鈍後に熱間圧延された鋼板または帯鋼を８５０〜１０００℃まで加熱して５〜３０ｍｉｎ保温し、その後、３０℃／ｓ以上の速度でマルテンサイトとオーステナイトの二相域まで急冷し、冷却終了温度を１５０〜２２０℃とし、３５０〜５００℃まで再加熱し、室温まで空冷し、マルテンサイト系ステンレス鋼を得る工程と、
を含むマルテンサイト系ステンレス鋼の製造方法を提供する。
【００２８】
ここで、前記マルテンサイト系ステンレス鋼の化学元素組成は、質量％で、Ｃ：０．０１〜０．１８ｗｔ％、Ｓｉ：０．４〜１．５ｗｔ％、Ｍｎ：０．４〜３．０ｗｔ％、Ｐ：≦０．０４ｗｔ％、Ｓ：０．００２〜０．０１ｗｔ％、Ｃｒ：１１．０〜１５．０ｗｔ％、Ｎ：０．０１〜０．１５ｗｔ％、Ｎｂ：０．００１〜０．０１ｗｔ％、Ｖ：０．０５〜０．２５ｗｔ％、Ｔｉ：０．００１〜０．０１ｗｔ％、Ｍｏ：０．０１〜１．５０ｗｔ％、Ｂ：０．０００５〜０．００１ｗｔ％であり、残部はＦｅおよび不可避不純物である。
【００２９】
あるいは、マルテンサイト系ステンレス鋼の化学元素組成は、質量％で、Ｃ：０．０３〜０．１５ｗｔ％、Ｓｉ：０．５３〜１．２５ｗｔ％、Ｍｎ：０．４５〜２．４５ｗｔ％、Ｃｒ：１１．２〜１４．５ｗｔ％、Ｎ：０．０１〜０．０８ｗｔ％、Ｎｂ：０．００１〜０．００７ｗｔ％、Ｖ：０．０５〜０．２３ｗｔ％、Ｔｉ：０．００２〜０．００８ｗｔ％、Ｍｏ：０．０１〜１．１０ｗｔ％、Ｂ：０．０００５〜０．０００９ｗｔ％であり、残部はＦｅおよび不可避不純物である。
【００３０】
あるいは、さらに、マルテンサイト系ステンレス鋼の化学元素組成は、質量％で、０．０２ｗｔ％≦Ｃ＋Ｎ≦０．２０ｗｔ％を満足する。
【００３１】
あるいは、さらに、マルテンサイト系ステンレス鋼の化学元素組成は、質量％で、Ｖ＋Ｔｉ＋Ｎｂ≦０．２５ｗｔ％を満足する。
【００３２】
あるいは、マルテンサイト系ステンレス鋼の微細組織は、マルテンサイトと残留オーステナイトとの複相組織である。
【００３３】
あるいは、微細組織におけるマルテンサイト相の割合は５５〜６５％であり、残留オーステナイト相の割合は３５〜４５％である。
【００３４】
設定される成分のビレットまたは連続鋳造ビレットを熱間圧延により鋼板または帯鋼に製造、焼鈍を行い、焼鈍後の組織は低硬度と高延性を有するフェライトおよび炭化物であり、打ち抜き、切断、圧延加工に適する。
【００３５】
焼鈍後の帯鋼を８５０〜１０００℃まで加熱し５〜３０ｍｉｎ保温することは、主に鋼が完全にオーステナイト化され、炭化物、窒化物が十分に固溶されることを保証するためである。
【００３６】
その後、３０℃／ｓ以上の速度でマルテンサイトとオーステナイトの二相域まで急冷し、すなわち、温度をマルテンサイト変態開始温度（Ｍｓ）と終了温度（Ｍｆ）との間の温度まで冷却し、マルテンサイトとオーステナイトの二相組織が得られる。Ｍｓ温度の算出方法は、Ｍｓ（℃）＝５３９−４３０×［Ｃ＋Ｎ］−３０×［Ｍｎ］−１２×［Ｃｒ］−５．０×［Ｓｉ］であり、ここで、［Ｃ］、［Ｓｉ］、［Ｍｎ］、［Ｃｒ］、［Ｎ］は、それぞれ、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎのマルテンサイト系ステンレス鋼における重量％を示す。Ｍｆ温度の算出方法は、Ｍｆ（℃）＝Ｍｓ−２５０である。３０℃／ｓ以上の速度による急冷は、冷却中に炭化物、窒化物の析出を回避することができる。焼入れ−分配の方法により顕微鏡組織中に分散させた残留オーステナイトを導入し、マルテンサイト系ステンレス鋼の強塑性を著しく増加させる。
【００３７】
３５０〜５００℃まで再加熱し１０〜３０ｍｉｎ保温し、格子間原子である炭素および窒素をマルテンサイト組織から拡散によりオーステナイト組織に入り、マルテンサイト変態が未完了であるオーステナイト組織の安定性を増加させ、ステンレス鋼の安定性を向上させる。
【００３８】
室温まで空冷し、マルテンサイトと残留オーステナイトとの複相組織が得られ、高硬度と高靭性を兼ね備える。
【００３９】
本発明は、マルテンサイト系ステンレス鋼の製造方法を提供するものであり、該製造方法により得られるマルテンサイト系ステンレス鋼は、マルテンサイトと残留オーステナイトとの複相組織を有する。該ステンレス鋼は、高硬度と高靭性を兼ね備え、および高温耐酸化性に優れる。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下に、具体的な実施例により本発明の実施形態を説明するが、当業者は本明細書に開示される内容によって、本発明のその他の利点および効果を容易に理解することができる。本発明について、好ましい実施形態と合わせて説明するが、これは本発明の特徴がこの実施形態のみに限定されることを意味しない。逆に、実施形態と合わせて本発明を説明することは、本発明の請求項に基づく他の代替形態または変更を含むことを目的とする。本発明への深い理解を提供するために、以下の説明は多くの詳細を含む。本発明は、これらの詳細を使用せずに実施することもできる。さらに、本発明の重点を不明瞭や混乱にすることを避けるために、いくつの詳細な説明は省略する。
【００４１】
実施例１〜５と比較例１〜３の相違点は、表１および表２に示すように、化学成分の配合比とプロセスパラメータが異なることである。
【００４２】
実施例１
ビレットまたは連続鋳造ビレットを熱間圧延により鋼板または帯鋼に製造し、焼鈍を行った。焼鈍後の帯鋼を９６０℃まで加熱し２０ｍｉｎ保温した後、空冷方式でマルテンサイトとオーステナイトの二相域まで急冷し、冷却終了温度を２００℃とし、３５０℃まで再加熱し２０ｍｉｎ保温し、室温まで空冷し、該マルテンサイト系ステンレス鋼を得た。具体的な特性のパラメータは、表２における実施例１を参照した。表１に示すように、該マルテンサイト系ステンレス鋼の化学元素組成は、質量％で、Ｃ：０．０５ｗｔ％、Ｓｉ：０．５３ｗｔ％、Ｍｎ：２．４５ｗｔ％、Ｐ：０．０２ｗｔ％、Ｓ：０．００４ｗｔ％、Ｃｒ：１２．３ｗｔ％、Ｎ：０．０５ｗｔ％、Ｎｂ：０．００１ｗｔ％、Ｖ：０．０５ｗｔ％、Ｔｉ：０．００３ｗｔ％、Ｍｏ：０．０１ｗｔ％、Ｂ：０．０００５ｗｔ％であり、残部はＦｅおよび不可避不純物であった。
【００４３】
実施例２
ビレットまたは連続鋳造ビレットを熱間圧延により鋼板または帯鋼に製造し、焼鈍を行った。焼鈍後の帯鋼を９２０℃まで加熱し１０ｍｉｎ保温した後、空冷方式でマルテンサイトとオーステナイトの二相域まで急冷し、冷却終了温度を１７５℃とし、４００℃まで再加熱し１０ｍｉｎ保温し、室温まで空冷し、該マルテンサイト系ステンレス鋼を得た。具体的な特性のパラメータは、表２における実施例２を参照した。表１に示すように、該マルテンサイト系ステンレス鋼の化学元素組成は、質量％で、Ｃ：０．０８ｗｔ％、Ｓｉ：０．６３ｗｔ％、Ｍｎ：１．３４ｗｔ％、Ｐ：０．０２ｗｔ％、Ｓ：０．００６ｗｔ％、Ｃｒ：１１．２ｗｔ％、Ｎ：０．０７ｗｔ％、Ｎｂ：０．００２ｗｔ％、Ｖ：０．０７ｗｔ％、Ｔｉ：０．００２ｗｔ％、Ｍｏ：０．０１ｗｔ％、Ｂ：０．０００６ｗｔ％であり、残部はＦｅおよび不可避不純物であった。
【００４４】
実施例３
ビレットまたは連続鋳造ビレットを熱間圧延により鋼板または帯鋼に製造し、焼鈍を行った。焼鈍後の帯鋼を９２０℃まで加熱し５ｍｉｎ保温した後、空冷方式でマルテンサイトとオーステナイトの二相域まで急冷し、冷却終了温度を１６５℃とし、４００℃まで再加熱し１０ｍｉｎ保温し、室温まで空冷し、該マルテンサイト系ステンレス鋼を得た。具体的な特性のパラメータは、表２における実施例３を参照した。表１に示すように、該マルテンサイト系ステンレス鋼の化学元素組成は、質量％で、Ｃ：０．０７ｗｔ％、Ｓｉ：０．８７ｗｔ％、Ｍｎ：１．７８ｗｔ％、Ｐ：０．０３ｗｔ％、Ｓ：０．００２ｗｔ％、Ｃｒ：１３．８ｗｔ％、Ｎ：０．０８ｗｔ％、Ｎｂ：０．００５ｗｔ％、Ｖ：０．０８ｗｔ％、Ｔｉ：０．００５ｗｔ％、Ｍｏ：０．５ｗｔ％、Ｂ：０．０００７ｗｔ％であり、残部はＦｅおよび不可避不純物であった。
【００４５】
実施例４
ビレットまたは連続鋳造ビレットを熱間圧延により鋼板または帯鋼に製造し、焼鈍を行った。焼鈍後の帯鋼を８８０℃まで加熱し３０ｍｉｎ保温した後、空冷方式でマルテンサイトとオーステナイトの二相域まで急冷し、冷却終了温度を１６５℃とし、４５０℃まで再加熱し３０ｍｉｎ保温し、室温まで空冷し、該マルテンサイト系ステンレス鋼を得た。具体的な特性のパラメータは、表２における実施例４を参照した。表１に示すように、該マルテンサイト系ステンレス鋼の化学元素組成は、質量％で、Ｃ：０．０３ｗｔ％、Ｓｉ：１．２５ｗｔ％、Ｍｎ：０．４５ｗｔ％、Ｐ：０．０２ｗｔ％、Ｓ：０．００１ｗｔ％、Ｃｒ：１４．５ｗｔ％、Ｎ：０．０１ｗｔ％、Ｎｂ：０．００６ｗｔ％、Ｖ：０．１５ｗｔ％、Ｔｉ：０．００８ｗｔ％、Ｍｏ：１．１ｗｔ％、Ｂ：０．０００８ｗｔ％であり、残部はＦｅおよび不可避不純物であった。
【００４６】
実施例５
ビレットまたは連続鋳造ビレットを熱間圧延により鋼板または帯鋼に製造し、焼鈍を行った。焼鈍後の帯鋼を８８０℃まで加熱し２０ｍｉｎ保温した後、空冷方式でマルテンサイトとオーステナイトの二相域まで急冷し、冷却終了温度を１６５℃とし、５００℃まで再加熱し２０ｍｉｎ保温し、室温まで空冷し、該マルテンサイト系ステンレス鋼を得た。具体的な特性のパラメータは、表２における実施例５を参照した。表１に示すように、該マルテンサイト系ステンレス鋼の化学元素組成は、質量％で、Ｃ：０．０３ｗｔ％、Ｓｉ：１．２５ｗｔ％、Ｍｎ：０．４５ｗｔ％、Ｐ：０．０２ｗｔ％、Ｓ：０．００８ｗｔ％、Ｃｒ：１４．５ｗｔ％、Ｎ：０．０１ｗｔ％、Ｎｂ：０．００６ｗｔ％、Ｖ：０．１５ｗｔ％、Ｔｉ：０．００８ｗｔ％、Ｍｏ：１．１ｗｔ％、Ｂ：０．０００８ｗｔ％であり、残部はＦｅおよび不可避不純物であった。
【００４７】
比較例１
ビレットまたは連続鋳造ビレットを熱間圧延により鋼板または帯鋼に製造し、焼鈍を行った。焼鈍後の帯鋼を９２０℃まで加熱し２０ｍｉｎ保温した後、空冷方式でマルテンサイトとオーステナイトの二相域まで急冷し、冷却終了温度を２５℃とし、２５０℃まで再加熱し３０ｍｉｎ保温し、室温まで空冷し、該マルテンサイト系ステンレス鋼を得た。具体的な特性のパラメータは、表２における比較例１を参照した。表１に示すように、該マルテンサイト系ステンレス鋼の化学元素組成は、質量％で、Ｃ：０．１３ｗｔ％、Ｓｉ：１．４２ｗｔ％、Ｍｎ：０．３５ｗｔ％、Ｐ：０．０３ｗｔ％、Ｓ：０．００１ｗｔ％、Ｃｒ：１１．５ｗｔ％、Ｎ：０．０３ｗｔ％、Ｎｂ：０．３ｗｔ％、Ｖ：０．０１ｗｔ％、Ｔｉ：０．３ｗｔ％、Ｍｏ：０ｗｔ％、Ｂ：０．０１ｗｔ％であり、残部はＦｅおよび不可避不純物であった。
【００４８】
比較例２
ビレットまたは連続鋳造ビレットを熱間圧延により鋼板または帯鋼に製造し、焼鈍を行った。焼鈍後の帯鋼を８８０℃まで加熱し２０ｍｉｎ保温した後、空冷方式でマルテンサイトとオーステナイトの二相域まで急冷し、冷却終了温度を１６５℃とし、５００℃まで再加熱し２０ｍｉｎ保温し、室温まで空冷し、該マルテンサイト系ステンレス鋼を得た。具体的な特性のパラメータは、表２における比較例２を参照した。表１に示すように、該マルテンサイト系ステンレス鋼の化学元素組成は、質量％で、Ｃ：０．１５ｗｔ％、Ｓｉ：１．５ｗｔ％、Ｍｎ：０．５６ｗｔ％、Ｐ：０．０４ｗｔ％、Ｓ：０．００９ｗｔ％、Ｃｒ：１２．６ｗｔ％、Ｎ：０．０４ｗｔ％、Ｎｂ：０ｗｔ％、Ｖ：０ｗｔ％、Ｔｉ：０ｗｔ％、Ｍｏ：１．１ｗｔ％、Ｂ：０ｗｔ％であり、残部はＦｅおよび不可避不純物であった。
【００４９】
比較例３
ビレットまたは連続鋳造ビレットを熱間圧延により鋼板または帯鋼に製造し、焼鈍を行った。焼鈍後の帯鋼を９８０℃まで加熱し１５ｍｉｎを保温した後、空冷方式でマルテンサイトとオーステナイトの二相域まで急冷し、冷却終了温度を２５℃とし、２５０℃まで再加熱し２０ｍｉｎ保温し、室温まで空冷し、該マルテンサイト系ステンレス鋼を得た。具体的な特性のパラメータは、表２における比較例３を参照した。表１に示すように、該マルテンサイト系ステンレス鋼の化学元素組成は、質量％で、Ｃ：０．０５ｗｔ％、Ｓｉ：０．３５ｗｔ％、Ｍｎ：２．０ｗｔ％、Ｐ：０．０３ｗｔ％、Ｓ：０．００５ｗｔ％、Ｃｒ：１３ｗｔ％、Ｎ：０．０４ｗｔ％、Ｎｂ：０．００５ｗｔ％、Ｖ：０．１ｗｔ％、Ｔｉ：０．００５ｗｔ％、Ｍｏ：０．７ｗｔ％、Ｂ：０．０００８ｗｔ％であり、残部はＦｅおよび不可避不純物であった。
【００５０】
【表１】
2019183255.tif 000002
【００５１】
【表２】
2019183255.tif 000003
【００５２】
本発明において、Ｘ線回折法による定量相組成分析法で測定したマルテンサイト系ステンレス鋼におけるマルテンサイトとオーステナイトの二相の割合は、それぞれ５５〜６５％、３５〜４５％であった。
【００５３】
表１に示した化学成分のビレットまたは連続鋳造ビレットを使用し、熱間圧延により鋼板または帯鋼に製造し、焼鈍を行った。その後、表２における熱処理プロセスに従い、加工を行い、マルテンサイトと残留オーステナイトとの複相組織を有する鋼板を得た。最後に性能測定を行った。表２に示すように、本発明で提供される鋼板は、ロックウェル硬度が３０〜５０ＨＲＣであり、Ｖノッチシャルピーの衝撃エネルギーが３０Ｊを超え、１０００℃、１００時間での酸化重量増加量が３．５ｍｇ／ｃｍ２未満であった。その中、Ｖノッチシャルピーの吸収エネルギー値（ジュール）が大きいほど、鋼板の靭性が良好であることを示し、鋼板におけるノッチまたは他の応力集中に鈍感である。１０００℃、１００時間の酸化重量増加量（ｍｇ／ｃｍ２）は、鋼板の高温耐酸化性を示し、重量増加量が小さいほど、鋼板の高温耐酸化性が良好である。
【００５４】
本発明の実施例において、マルテンサイトと残留オーステナイトとの複相組織の温度は、マルテンサイト変態の開始温度（Ｍｓ）と終了温度（Ｍｆ）の間の温度であった。Ｍｓの温度による算出方法は、Ｍｓ（℃）＝５３９−４３０×［Ｃ＋Ｎ］−３０×［Ｍｎ］−１２×［Ｃｒ］−５．０×［Ｓｉ］であり、ここで、［Ｃ］、［Ｓｉ］、［Ｍｎ］、［Ｃｒ］、［Ｎ］がそれぞれマルテンサイト系ステンレス鋼におけるＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎの重量％である。Ｍｆの温度の算出方法は、Ｍｆ（℃）＝Ｍｓ−２５０である。本発明の実施例において、マルテンサイトと残留オーステナイトとの複相組織の温度である冷却終了温度は、１５０〜２２０℃（Ｍｓ〜 Ｍｆの範囲内）に制御された。表１に示すように、実施例１の冷却終了温度は２００℃であり、対応するＭｓ（℃）が２７２．２５であり、Ｍｆ（℃）が２２．２５であり、マルテンサイトと残留オーステナイトとの複相組織の温度がマルテンサイト変態の開始温度（Ｍｓ）と終了温度（Ｍｆ）との間にあることを満足し、同様に実施例２〜５における冷却終了温度はそれに対応する温度範囲（対応するＭｓ〜Ｍｆの温度範囲）を満足した。
【００５５】
上記算出方法により、比較例１において、Ｍｓ（℃）が３０５．６であり、Ｍｆ（℃）が５５．６であり、対応する冷却終了温度が２５℃であり、５５．６〜３０５．６℃の範囲外であった。比較例２において、冷却終了温度が１６０℃であり、対応するＭｓ〜Ｍｆの温度範囲（３１．８〜２８１．８℃）を満足した。比較例３における冷却終了温度が２５℃であり、対応するＭｓ〜Ｍｆの温度範囲（５１．４５〜３０１．４５℃）を満足していない。
【００５６】
比較例１について、冷却終了温度（２５℃）がマルテンサイト変態終了温度Ｍｆ（５５．６℃）より低い場合、マルテンサイト変態過程が延長され、帯鋼における組織がマルテンサイトにより多く変態し、これにより、帯鋼における残留オーステナイトが相応に減少するが、マルテンサイトが鋼部品を強化する重要な手段であり、オーステナイトの靭性または塑性が良好であり、また比較例１の再加熱温度が２５０℃（本発明の熱処理プロセスにおける再加熱温度である３５０〜５００℃より低い）であり、残留オーステナイトの安定性に影響を与えた。表１における比較例１の化学成分から分かるように、バナジウム、チタン、ニオブ元素の重量％の合計が０．２５ｗｔ％を超え、対応するビレットまたは連続鋳造ビレットを熱処理プロセスで格子間元素とより多くの炭化物や窒化物を形成させることで、格子間原子である炭素や窒素がマルテンサイト組織からオーステナイト組織へ拡散することに影響を与えた。すなわち、オーステナイトの安定性に影響を与えた。しかも、マンガンはオーステナイト化元素であり、マンガンの添加によりマルテンサイト系ステンレス鋼が高温でオーステナイトをより容易に形成することができるが、Ｍｎ元素の重量％が０．３５ｗｔ％であり、本発明におけるＭｎ元素の重量％である０．４〜３．０ｗｔ％より小さいこともオーステナイトの安定性に影響を与えた。そのため、表２における比較例１の特性のパラメータから分かるように、最終的に得られたマルテンサイト系ステンレス鋼のロックウェル硬度が高い（４０ＨＲＣ）が、その靭性に劣り（衝撃エネルギーが１３Ｊであり、本発明における実施例の衝撃エネルギーの平均値である３４Ｊより低い）、高硬度と高靭性を兼ね備えるマルテンサイト系ステンレス鋼が得られていない。
【００５７】
同様に、比較例２および比較例３における化学成分の含有量は、本発明で提供されるマルテンサイト系ステンレス鋼の範囲外であり、その製造方法も本発明の熱処理プロセス（表２の比較例２および比較例３参照）を満足しておらず、最終的に得られるマルテンサイト系ステンレス鋼は硬度が低く、靭性と高温耐酸化性が悪い（表２の比較例２および比較例３参照）。若し、両方とも本発明で提供されるマルテンサイト系ステンレス鋼の化学成分含有量および熱処理プロセスパラメータの範囲外であると、最終的に得られるマルテンサイト系ステンレス鋼は高温耐酸化性が悪く、且つ高硬度と高靭性を兼ね備えることができない。
【００５８】
以上により、本発明によるマルテンサイト系ステンレス鋼およびその製造方法では、最終的に高硬度と高靭性を兼ね備え、高温耐酸化性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼が得られ、ブレーキディスクに適用される。
【００５９】
上記した実施形態は、本発明の原理およびその効果を単に例示するにすぎず、本発明を限定することを意図するものではない。当業者は、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、上記の実施形態を修正または変更することができる。従って、当業者によって本発明に開示された精神および技術思想から逸脱することなく行ったすべての均等な修正または変更は、何れも本発明の請求の範囲内に含まれる。
【外国語明細書】
2019183255000001.pdf