(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耐食性に優れる高剛性鋼を提供する。【解決手段】質量％で、Ｃ：０．５〜６．０％、Ｃｒ：５．０％超〜３０％、Ｖ：１５％超〜４０％、残部Ｆｅと不可避的不純物からなる粉末を成形した鋼で、かつヤング率２２０ＧＰａ以上である耐食性に優れる高剛性鋼。上記に、さらに加えて、質量％で、Ｓｉ：≦２．０％、Ｍｎ：≦２．０％、Ｎｉ：≦５．０％、Ｍｏ：≦５．０％、Ｔｉ：≦５．０％、Ｔａ：≦５．０％、Ｃｏ：≦５．０％、Ｎｂ：≦５．０％、Ｗ：≦５．０％、Ｎ：≦１．０％の１種または２種以上を含有する粉末を成形した鋼で、耐食性に優れることを特徴とする高剛性鋼。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ：０．５〜６．０％、
Ｃｒ：５．０％超〜３０％、
Ｖ：１５％超〜４０％
残部Ｆｅと不可避的不純物からなる粉末を成形した鋼で、かつヤング率２２０ＧＰａ以上であることを特徴とする耐食性に優れる高剛性鋼。
【請求項２】
請求項１に加えて、質量％で、
Ｓｉ：≦２．０％、
Ｍｎ：≦２．０％、
Ｎｉ：≦５．０％、
Ｍｏ：≦５．０％、
Ｔｉ：≦５．０％、
Ｔａ：≦５．０％、
Ｃｏ：≦５．０％、
Ｎｂ：≦５．０％、
Ｗ：≦５．０％、
Ｎ：≦１．０％
の１種または２種以上を含有する粉末を成形した鋼で、かつ耐食性に優れることを特徴とする高剛性鋼。
【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耐食性に優れる高剛性鋼に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車部品や機械部品に用いられている鉄鋼材料に要求される特性として、強度、靱性および剛性がある。この強度および靱性については、これまで幅広い研究が進められており、含有させる合金元素や熱処理の適正化により大幅な向上が実現されている。しかしながら、高剛性鋼については、軽量化によるエンジンの高出力化、低燃費化等を目的とし、ヤング率は機械部品の設計時には重要な因子であり、ヤング率を向上させることにより著しい部品の小型化を図るためのこのヤング率の高い機械構造用高剛性鋼の開発の要求が強くなってきた。
【０００３】
上述した高ヤング率を得る材料として、例えば特開平１１−９２８０１号公報（特許文献１）や特開平１１−１２６０２号公報（特許文献２）に開示されているように、重量％で、Ｔｉ：１５．０〜４０．０％、Ｃ：３．０〜１１．０％、残部実質的にＦｅの組成を有する高ヤング率焼結体用の粉末や、重量％で、Ｃ：１．０〜４．５％、Ｓｉ：≦２．０％、Ｍｎ：≦２．０％、Ｃｒ：３．０〜２０．０％、Ｍｏ、Ｖ、Ｔｉの一種以上をＭｏ：≦２５．０％、Ｖ：≦１５％、Ｔｉ：≦１２％、Ｍｏ＋Ｖ＋Ｔｉ：≧１０％で含有し、残部実質的にＦｅから成り、且つＷ：≦２％、Ｔａ：≦２％、Ｃｏ：≦２％に規制されていることを特徴とする高ヤング率粉末が知られている。
【０００４】
また、特開２００１−７３０６８号公報（特許文献３）や特開２００１−１９２７６３号公報（特許文献４）に開示されているように、重量％で、Ｃ：１〜４％、Ｓｉ：０．０１〜２％、Ｍｎ：０．１〜２％、Ｃｒ：０．０１〜５％、Ｖ：５〜２０％、ｓ−Ａｌ：０．００５〜０．０５％及びＮ：０．００５〜０．０５％を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなる機械構造用高剛性鋼や重量％で、Ｃ：０．１〜４．０％、Ｖ：３〜２０％、Ｍｏ：１．０％以下、Ｗ：１．０％以下、Ｃｒ：１．０％以下を含み、１８４．６×Ｖ（ｗｔ％）−１０００×Ｃ（ｗｔ％）≦１４８であることを特徴とする高耐摩耗高剛性鋼が知られている。
【０００５】
【引用文献】
（１）特許文献１（特開平１１−９２８０１号公報）
（２）特許文献２（特開平１１−１２６０２号公報）
（３）特許文献３（特開２００１−７３０６８号公報）
（４）特許文献４（特開２００１−１９２７６３号公報）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記した特許文献はいずれも炭化物分散型の高剛性鋼に関するもので、特許文献１にはＣｒが含有せず、また、特許文献３および４はＣｒ含有量が低く、耐食性が悪い。また、特許文献２のように、Ｃｒ添加量が多い場合でも、形成される炭化物中にＣｒが多く含まれる場合は、マトリックス中のＣｒ量が減少してしまうため耐食性が劣化するため、耐食性に優れた高剛性鋼が要求される場合の機械構造用部品等には問題があった。
【０００７】
【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、炭化物易形成元素であるＶを多く添加して、Ｖ系炭化物の形成によるヤング率の実現と、炭化物中に含まれるＣｒを低減して、マトリックス中のＣｒ量を確保し優れた耐食性を得る耐食性に優れる高剛性鋼を提供するものである。その発明の要旨とするところは、
（１）質量％で、Ｃ：０．５〜６．０％、Ｃｒ：５．０％超〜３０％、Ｖ：１５％超〜４０％、残部Ｆｅと不可避的不純物からなる粉末を成形した鋼で、かつヤング率２２０ＧＰａ以上であることを特徴とする耐食性に優れる高剛性鋼。
【０００８】
（２）前記（１）に加えて、質量％で、Ｓｉ：≦２．０％、Ｍｎ：≦２．０％、Ｎｉ：≦５．０％、Ｍｏ：≦５．０％、Ｔｉ：≦５．０％、Ｔａ：≦５．０％、Ｃｏ：≦５．０％、Ｎｂ：≦５．０％、Ｗ：≦５．０％、Ｎ：≦１．０％の１種または２種以上を含有する粉末を成形した鋼で、かつ耐食性に優れることを特徴とする高剛性鋼である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る成分組成の限定理由について説明する。
Ｃ：０．５〜６．０％
Ｃは、炭化物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、０．５％未満ではその効果は十分でなく、また、多量の添加は、製造性の劣化を招くため、その上限を６．０％とした。
Ｃｒ：５．０％超〜３０％
Ｃｒは、優れた耐食性を確保するために必要な元素である。しかし、５．０％以下ではその効果は十分でなく、また、多量の添加は、靱性が劣化するため、その上限を３０％とした。
【００１０】
Ｖ：１５％超〜４０％
Ｖは、Ｃと同様に、炭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り、また、同時に優れた耐食性を得るために必要な元素である。このＶ量が少ないと形成される炭化物に多くのＣｒが含有されて、マトリックス中のＣｒ量が減少するため耐食性が劣化してしまうので、最低１５％超必要である。しかし、多量の添加は、製造性が劣化するため、その上限を４０％とした。
【００１１】
Ｓｉ：≦２．０％
Ｓｉは、脱酸に有効な元素である。しかし、多量の添加は、加工性や靱性を劣化させることから、その上限を２．０％とした。
Ｍｎ：≦２．０％
Ｍｎは、Ｓｉと同様に、脱酸に有効な元素である。しかし、多量の添加は加工性を劣化させることから、その上限を２．０％とした。
【００１２】
Ｎｉ：≦５．０％
Ｎｉは、靱性の向上に有効な元素である。しかし、多量の添加は逆に加工性を劣化させることから、その上限を５．０％とした。
Ｍｏ：≦５．０％
Ｍｏは、炭化物を形成し、ヤング率を高める上で有効な元素である。しかし、多量の添加は加工性を劣化させることから、その上限を５．０％とした。
【００１３】
Ｔｉ：≦５．０％
Ｔｉは、Ｍｏと同様に、炭化物を形成し、ヤング率を高める上で有効な元素である。しかし、多量の添加は加工性を劣化させることから、その上限を５．０％とした。
Ｔａ：≦５．０％
Ｔａは、ＭｏおよびＴｉと同様に、炭化物を形成し、ヤング率を高める上で有効な元素である。しかし、多量の添加は加工性を劣化させることから、その上限を５．０％とした。
【００１４】
Ｎｂ：≦５．０％
Ｎｂは、Ｍｏ，Ｔｉと同様に、炭化物を形成し、ヤング率を高める上で有効な元素である。しかし、多量の添加は加工性を劣化させることから、その上限を５．０％とした。
Ｗ：≦５．０％
Ｗは、Ｍｏ，Ｔｉと同様に、炭化物を形成し、ヤング率を高める上で有効な元素である。しかし、多量の添加は加工性を劣化させることから、その上限を５．０％とした。
【００１５】
Ｃｏ：≦５．０％
Ｃｏは、耐熱強度を高める上で有効な元素である。しかし、多量の添加は加工性を劣化させることから、その上限を５．０％とした。
Ｎ：≦１．０％
Ｎは、炭窒化物を形成することにより、高いヤング率を得ることができる。しかし、多量の添加は製造上困難となる。従って、その上限を１．０％とした。
上述した成分組成の合金粉末を熱間押出やＨＩＰ（高温高圧処理）または焼結などの成形方法によって、合金粉末を固化成形するものである。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明について実施例をもって具体的に説明する。
真空誘導溶解炉で１００ｋｇ鋼塊を溶製し、窒素アトマイズ法により合金粉末を製造し、その合金粉末を熱間押出（φ５０ｍｍ、押出比９．２、加熱温度１１４０℃、押出温度１１００℃）やＨＩＰ（容器に充填、真空脱気後、１１００℃、１５０ＭＰａ、３時間のＨＩＰ処理）または焼結により固化成形した。そのときの成分組成を表１に示す。この表１に示す成分組成の各固化成形材を用いて８７０℃で焼鈍を行い、試験片を採取し、ヤング率の測定、および塩水噴霧試験（３５℃、ＮａＣｌ、１６ｈ）による耐食性の評価を行った。
【００１７】
本発明例Ｎｏ．１〜１２は、２２０ＧＰａ以上のヤング率を有し、かつ、比較例Ｎｏ．１３〜１６に比較して耐食性が良好であった。これに対し、比較例Ｎｏ．１３〜１６は、いずれもＶ含有量が低く、特にＮｏ．１３はＶ含有量が低いために、ヤング率が劣る。また、比較例Ｎｏ．１４〜１６はいずれも耐食性が劣ることが分かる。
【００１８】
【表１】
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【００１９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明による炭化物易形成元素であるＶを多く添加して、Ｖ系炭化物の形成によるヤング率の実現と、炭化物中に含まれるＣｒを低減して、マトリックス中のＣｒ量を確保し優れた耐食性を有する鋼剛性鋼を提供するものである。