(57)【要約】【課題】自動車部品、機械部品、工具および金型等に用いられる窒化物分散型フェライト系高剛性鋼およびその製造方法を提供する。【解決手段】マトリックスがフェライト単相であり、該マトリックス中に窒化物を分散させ、ヤング率２１０ＧＰａ以上であることを特徴とする窒化物分散型フェライト系高剛性鋼。また、５００〜１３００℃の高温域に加熱してもオーステナイト変態を生じず、その後、冷却された場合でもマトリックス中の９０％以上がマルテンサイト変態せずにフェライト相であることを特徴とする窒化物分散型フェライト系高剛性鋼。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
マトリックスがフェライト単相であり、該マトリックス中に窒化物を分散させ、ヤング率２１０ＧＰａ以上であることを特徴とする窒化物分散型フェライト系高剛性鋼。
【請求項２】
５００〜１３００℃の高温域に加熱してもオーステナイト変態を生じず、その後、冷却された場合でもマトリックス中の９０％以上がマルテンサイト変態せずにフェライト相であることを特徴とする窒化物分散型フェライト系高剛性鋼。
【請求項３】
請求項１または２に記載の鋼であって、Ｎ：０．５質量％以上含有させたことを特徴とする窒化物分散型フェライト系高剛性鋼。
【請求項４】
請求項１〜３に記載の鋼であって、Ｃｒ：５０質量％以下含有することを特徴とする窒化物分散型フェライト系高剛性鋼。
【請求項５】
請求項１〜４に記載の鋼であって、質量％で、
Ｓｉ：３０％以下、
Ａｌ；３０％以下、
Ｔｉ：３０％以下、
Ｖ：３０％以下、
Ｍｏ：３０％以下、
Ｎｂ：３０％以下、
Ｗ：３０％以下
の１種または２種以上を含有することを特徴とする窒化物分散型フェライト系高剛性鋼。
【請求項６】
請求項１〜５に記載の鋼であって、質量％で、
Ｃ：０．５％以下、
Ｍｎ：１０％以下、
Ｎｉ：１０％以下、
Ｃｕ：１０％以下、
Ｃｏ：１０％以下
の１種または２種以上を含有することを特徴とする窒化物分散型フェライト系高剛性鋼。
【請求項７】
窒化物生成元素を含有する合金粉末を窒化処理し、その後、窒化粉末を熱間押出、ＨＩＰ、焼結等により固化成形して得られるもので、５００〜１３００℃の高温域に加熱してもオーステナイト変態を生じず、その後、冷却された場合でもマトリックス中の９０％以上がマルテンサイト変態せずに主にフェライト相であり、該マトリックス中に窒化物を分散させ、ヤング率２１０ＧＰａ以上としたことを特徴とする窒化物分散型フェライト系高剛性鋼の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車部品、機械部品、工具および金型等に用いられる窒化物分散型フェライト系高剛性鋼およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、高剛性鋼としては、例えば特許文献１または２に開示されているように、高温でオーステナイト相となり、その後の冷却でマルテンサイト変態を伴う炭化物分散型の高剛性鋼が知られている。しかし、５００〜１３００℃の高温に加熱してもマトリックスがオーステナイト変態せず、その後の冷却でマルテンサイト変態を伴わない窒化物分散型のフェライト系高剛性鋼に関しての文献は見出せないのが実状である。
【０００３】
【引用文献】
（１）特許文献１（特開平１１−１２６０２号公報）
（２）特許文献２（特開２００１−１９２７６３号公報）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した特許文献１または２に開示されているような、従来の高Ｃの炭化物分散型の高剛性鋼は、高温域でのマトリックス中のマルテンサイトまたはフェライトはオーステナイト変態による体積の膨張収縮のため熱疲労特性等に劣るため、変態点近傍等で使用される高温用の高剛性鋼としては使用困難である。また、Ｔｉ、Ｖ等の易炭化物生成元素を含有する炭化物分散型の高剛性鋼において、耐食性確保のためにＣｒを添加した場合、Ｃｒが炭化物に吸収されて、マトリックス中のＣｒ濃度が低下し、耐食性の劣化を招き易いという問題がある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述したような問題を解消するために、発明者らは、鋭意開発を進めた結果、５００〜１３００℃の高温に加熱してもマトリックスがオーステナイト変態を生じぜ、その後、冷却された場合でもマルテンサイト変態を伴わない、高温用途に適した窒化物分散型のフェライト系高剛性鋼を見出したもので、この本発明の窒化物分散型のフェライト系高剛性鋼は、高温域でも窒化物が安定でマトリックス中への固溶が少なく、オーステナイト変態を生じないため、マトリックスは常にフェライト単相組織であって、高温域での体積の膨張収縮が少なく熱疲労特性等に優れた窒化物分散型のフェライト系高剛性鋼にある。
【０００６】
その発明の要旨とするところは、
（１）マトリックスがフェライト単相であり、該マトリックス中に窒化物を分散させ、ヤング率２１０ＧＰａ以上であることを特徴とする窒化物分散型フェライト系高剛性鋼。
（２）５００〜１３００℃の高温域に加熱してもオーステナイト変態を生じず、その後、冷却された場合でもマトリックス中の９０％以上がマルテンサイト変態せずにフェライト相であることを特徴とする窒化物分散型フェライト系高剛性鋼。
【０００７】
（３）前記（１）または（２）に記載の鋼であって、Ｎ：０．５質量％以上含有させたことを特徴とする窒化物分散型フェライト系高剛性鋼。
（４）前記（１）〜（３）に記載の鋼であって、Ｃｒ：５０質量％以下含有することを特徴とする窒化物分散型フェライト系高剛性鋼。
（５）前記（１）〜（４）に記載の鋼であって、質量％で、Ｓｉ：３０％以下、Ａｌ；３０％以下、Ｔｉ：３０％以下、Ｖ：３０％以下、Ｍｏ：３０％以下、Ｎｂ：３０％以下、Ｗ：３０％以下の１種または２種以上を含有することを特徴とする窒化物分散型フェライト系高剛性鋼。
【０００８】
（６）前記（１）〜（５）に記載の鋼であって、質量％で、Ｃ：０．５％以下、Ｍｎ：１０％以下、Ｎｉ：１０％以下、Ｃｕ：１０％以下、Ｃｏ：１０％以下の１種または２種以上を含有することを特徴とする窒化物分散型フェライト系高剛性鋼。
（７）窒化物生成元素を含有する合金粉末を窒化処理し、その後、窒化粉末を熱間押出、ＨＩＰ、焼結等により固化成形して得られるもので、５００〜１３００℃の高温域に加熱してもオーステナイト変態を生じず、その後、冷却された場合でもマトリックス中の９０％以上がマルテンサイト変態せずに主にフェライト相であり、該マトリックス中に窒化物を分散させ、ヤング率２１０ＧＰａ以上としたことを特徴とする窒化物分散型フェライト系高剛性鋼の製造方法にある。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明において、マトリックス相への窒化物分散させたことにより、高温域でも窒化物が安定でマトリックス中への固溶が少なく、マトリックスは常にフェライト単相組織であって、オーステナイト変態を生じないため、変態による体積の膨張収縮を伴わないため熱疲労特性等に優れ、高温用の高剛性鋼として適している。また、窒化物の分散により、ヤング率２１０ＧＰａ以上、望ましくは２４０ＧＰａ以上の高剛性鋼が得られる。
【００１０】
窒化物生成元素を含有する合金粉末の窒化処理として、通常の溶製法では窒素含有量０．５％程度が限度である。しかしながら、窒化物生成元素を含有する固相状態の合金粉末を窒化処理した場合、窒化物を形成しながら、０．５％、さらには３％、５％を超える多量のＮを含有させることが可能である。さらに、上記合金粉末を窒化処理し、それらを熱間押出、ＨＩＰ、焼結等によって固化形成すると、多量の窒化物を均一に分散した合金を得ることが可能となる。
【００１１】
次に、合金成分組成の限定理由について述べる。
Ｎ：０．５％以上
Ｎは、窒化物形成による高いヤング率を得るためであって、０．５％未満ではその効果が十分でないことから、その下限を０．５％とした。望ましくは、０．５〜１０％とする。
Ｃｒ：５０％以下
Ｃｒは、耐食性を向上させるために必要な元素である。しかし、炭化物分散型の高剛性鋼の場合、Ｃｒを含有する炭化物の形成により、マトリックス中のＣｒ量が減少し耐食性が劣化しやすい。一方、窒化物分散型の高剛性鋼の場合は、他の易窒化物生成元素の影響も伴って、Ｃｒ系窒化物の生成をある程度抑制できるため耐食性にも優れる。ただし、多量添加は靱性の低下となることから、その上限を５０％とした。
【００１２】
Ｓｉ：３０％以下、Ａｌ；３０％以下、Ｔｉ：３０％以下、Ｖ：３０％以下、Ｍｏ：３０％以下、Ｎｂ：３０％以下、Ｗ：３０％以下の１種または２種以上
Ｓｉ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｖ，Ｍｏ，Ｎｂ，Ｗは、窒化物形成による高いヤング率を得るために必要な元素である。しかし、多量の添加はコストアップとなること、および加工性を劣化させることから、その上限をそれぞれ３０％とした。
特に、易窒化物生成元素であるこれらの元素を含有する窒化物分散型の高剛性鋼の場合は、Ｃｒ系窒化物の生成能が低いため、マトリックス中のＣｒ濃度の低下を抑制でき、優れた耐食性を確保できる。
【００１３】
Ｃ：０．５％以下、Ｍｎ：１０％以下、Ｎｉ：１０％以下、Ｃｕ：１０％以下、Ｃｏ：１０％以下
Ｃ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｃｏは、常温強度および高温強度の向上に有効な元素である。しかし、多量の添加はコストアップとなること、および加工性の低下となることから、その上限をそれぞれ１０％ないし０．５％とした。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明について実施例によって具体的に説明する。
表１に示す成分組成の粉末を窒化処理後、固化成形し、固化成形材を製造した。各固化成形材を直径２０ｍｍの丸棒に鍛伸後、８００℃で焼鈍を行い、試験片を作製した。この試験片を採取し、幅１０ｍｍ、長さ６０ｍｍ、厚さ２ｍｍのテストピースを作製し、電磁駆動振動検出法にてヤング率の測定を行った。また、直径２０ｍｍの丸棒伸材を９００〜１２００℃で２０分保持後、水冷し、マルテンサイト変態の有無の確認を行った。
さらに、Ｎｏ．１とＮｏ．１８の比較、Ｎｏ．４とＮｏ．１９の比較にて、塩水噴霧試験（３５℃、ＮａＣｌ、１６時間）を行い、発錆度合いの比較調査を行った。その結果、発錆の少ない方を○、発錆の多い方を×として評価した。
【００１５】
【表１】
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【００１６】
表１に示すように、Ｎｏ．１〜１７は本発明例であり、Ｎｏ．１８〜２１は比較例である。比較例Ｎｏ．１８〜２１のいずれも、マトリックス中の１０％以上がマルテンサイト変態が存在し、かつ、Ｃの高い成分組成であることから、耐食性が悪いことが判る。これに対し、本発明例であるＮｏ．１〜１７のいずれも、マトリックス中の９０％以上がマルテンサイト変態せずにフェライト相であり、２１０ＧＰａ以上、望ましくは２４０ＧＰａ以上のヤング率を有しており、また、耐食性も良好であることが判る。
【００１７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明による窒化物分散型の高剛性鋼は高温域でも窒化物が安定でマトリックス中へ固溶が少なく、マトリックスは常にフェライト単相組織であって、オーステナイト変態を生じないため、変態による体積の膨張収縮を伴わないため熱疲労特性等に優れ、高温用途の高剛性鋼としての新しい分野の拡販が可能となる等の優れた高剛性鋼を提供するものである。