(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量パーセントで：
‐クロム：１０＜Ｃｒ＜２１％；
‐マンガン：１０＜Ｍｎ＜２０％；
‐モリブデン：１≦Ｍｏ≦２％；
‐銅：０．５≦Ｃｕ＜４％；
‐炭素：０．１５＜Ｃ＜１％；
‐窒素：０＜Ｎ≦１％；及び
‐ニッケル：０≦Ｎｉ＜０．５％
を含む、ニッケル非含有オーステナイトステンレス鋼であって、
前記ニッケル非含有オーステナイトステンレス鋼は、前記鋼が質量パーセントで１５≦Ｍｎ＜２０％のマンガンを含む場合に、０．２５＜Ｃ＜１％の炭素を含み、
残部は鉄と、溶融物からの不純物とで形成される、ニッケル非含有オーステナイトステンレス鋼。
【請求項２】
質量パーセントで表される前記ニッケル非含有オーステナイトステンレス鋼の組成は、式Ｆｅ‐１７Ｃｒ‐１１Ｍｎ‐２Ｍｏ‐１Ｃｕ‐０．２５Ｃ‐０．４Ｎで与えられることを特徴とする、請求項１に記載のニッケル非含有オーステナイトステンレス鋼。
【請求項３】
質量パーセントで表される前記ニッケル非含有オーステナイトステンレス鋼の組成は、式Ｆｅ‐１７Ｃｒ‐１２Ｍｎ‐２Ｍｏ‐２Ｃｕ‐０．３３Ｃ‐０．４Ｎで与えられることを特徴とする、請求項１に記載のニッケル非含有オーステナイトステンレス鋼。
【請求項４】
質量パーセントで表される前記ニッケル非含有オーステナイトステンレス鋼の組成は、式Ｆｅ‐１７Ｃｒ‐１４．５Ｍｎ‐２Ｍｏ‐２Ｃｕ‐０．２２Ｃ‐０．３５Ｎで与えられることを特徴とする、請求項１に記載のニッケル非含有オーステナイトステンレス鋼。
【請求項５】
質量パーセントで表される前記ニッケル非含有オーステナイトステンレス鋼の組成は、式Ｆｅ‐１７Ｃｒ‐１７Ｍｎ‐２Ｍｏ‐１Ｃｕ‐０．３Ｃ‐０．５Ｎで与えられることを特徴とする、請求項１に記載のニッケル非含有オーステナイトステンレス鋼。
【請求項６】
前記鋼鉄は、質量パーセントで０．２≦Ｃ＜１％の炭素を含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のニッケル非含有オーステナイトステンレス鋼。
【請求項７】
前記鋼鉄は、それぞれ最高１質量％の濃度で存在してよいＳ、Ｐｂ、Ｂ、Ｂｉ、Ｐ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｅ、Ｃａ、Ｃｏ、Ｍｇからの少なくとも１つの元素を含有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のニッケル非含有オーステナイトステンレス鋼。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載のニッケル非含有オーステナイトステンレス鋼で作製された、時計又は宝飾品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ニッケル非含有オーステナイトステンレス鋼組成物に関する。より具体的には、本発明は、腕時計製作及び宝飾品の分野における利用に特に好適な、ニッケル非含有オーステナイトステンレス鋼に関する。
【背景技術】
【０００２】
ニッケル非含有オーステナイトステンレス鋼組成物は、非磁性かつ低アレルギー性であるため、腕時計製作及び宝飾品の分野での応用に有利である。
【０００３】
５０年以上に亘り、多数のニッケル非含有オーステナイトステンレス鋼が提案されてきた。実際のところ、まずはコスト的な理由、そして最近ではニッケルがアレルギー反応を引き起こすことが知られたことにより公衆衛生的な理由から、オーステナイトステンレス鋼組成物からニッケルを除去することが、初期から求められてきた。
【０００４】
これらのニッケル非含有オーステナイトステンレス鋼は、原理的には元素Ｆｅ‐Ｃｒ‐Ｍｎ‐Ｍｏ‐Ｃ‐Ｎをベースとする。実際には、オーステナイト構造を保証するニッケルを置換するために、マンガン、窒素、炭素といった元素の使用が提案されてきた。しかしながらこれらの元素は、得られる合金の硬度、弾性限界、強度といった何らかの機械的特性を上昇させる効果を有し、これは、腕時計製作及び宝飾品のための構成部品の製作において通常使用される操作である機械加工及び鍛造による成形を極めて困難とする。
【０００５】
特許文献１は、ニッケル非含有オーステナイトステンレス鋼の一例を開示している。この文献では、合金形成元素を大気圧で溶融及び固化させることによって、Ｂｅｒｎｓ及びＧａｖｒｉｌｊｕｋが提案する組成物を得ることができるが、上記元素は、機械的特性を最大化するためにマンガン、炭素、窒素を高濃度で含有する。これにより、機械加工及び鍛造による成形が極めて困難になる。更に、高濃度のマンガンは、腐食耐性の観点から不利である。
【０００６】
最近提案された特定の組成物は、特に、ヒトの身体に接触し得る部品（腕時計、宝飾品、医療用補綴物）の製造における使用を目的としたものである。ヒトの身体に接触する部品の製造に使用できるニッケル非含有オーステナイトステンレス鋼の例は、Ｂｏｅｈｌｅｒ  Ｅｄｅｌｓｔａｈｌ  ＧｍｂＨによる特許文献２に開示されている。この文献に開示されている組成物は特に、医療分野でこのような合金を使用できるようにするための腐食耐性を得るために、高濃度のモリブデンを有する。しかしながら、高いモリブデン濃度を呈しながらマンガン、炭素、窒素の濃度を低くするために、これらの合金は、窒素過圧、即ち大気圧より高い窒素圧下での溶融及び固化ステップを経なければならず、これにより、得られる合金のコストが著しく上昇する。
【０００７】
窒素過圧下で合金を溶融及び固化させるための特別な設備の使用を回避するために、特に特許文献３に組成物が開示されている。それにも関わらずこれらの組成物は、マンガンの濃度が低いものの、炭素、窒素の濃度が高く、これもまた機械加工及び鍛造による成形を困難にする。特許文献４に開示されているように、モリブデンを除去することにより、合金を大気圧で製造することによって炭素、窒素の濃度を低下させることができるが、腐食耐性が、腕時計製作及び宝飾品への応用には不十分となる。
【０００８】
従って、複雑な形状を有することが多い多数の一連の部品を製作する必要がある、腕時計製作及び宝飾品の分野において、成形性（機械加工性及び鍛造性）と腐食耐性との間での妥協が必要となる。更に、コストを理由として、大気圧で得られる合金が好ましい。
【０００９】
ヒトの身体との接触に好適なオーステナイト（従って非磁性）ステンレス鋼を得るために、オーステナイト構造を強化する他のγ生成元素によって、ニッケルの不在を補償する必要がある。選択肢は限られており、最も一般的なγ生成元素は窒素、炭素、マンガンである。
【００１０】
窒素及び炭素は、ニッケルの不在を完全に補償できる唯一の元素である。しかしながらこれらのγ生成元素は、組織内の固溶体により、得られるオーステナイト鋼の硬度をかなり上昇させる効果を有し、これにより、特に腕時計製作及び宝飾品の分野において、このような鋼の機械加工及び打ち抜き加工等の成形操作が極めて困難になる。得られるオーステナイト鋼の硬度に関して、窒素の影響は炭素の影響よりも大幅に顕著である。従って窒素濃度は可能な限り低くする必要がある。しかしながら、窒素とは異なり、炭素は単独では沈殿のないオーステナイト構造をもたらすことができないため、完全なオーステナイト構造を得るためには最低限の濃度の窒素が必要となる。このような沈殿は、オーステナイト鋼の研磨性及び腐食耐性に関して有害である。
【００１１】
マンガンはオーステナイト構造を殆ど促進しない。しかしながらマンガンの存在は、窒素の溶解性を上昇させるため、従ってニッケル非含有の完全なオーステナイト構造の生成を保証するために不可欠である。実際には、マンガンの添加が多いほど、窒素の溶解性は高くなる。しかしながらマンガンは、オーステナイト鋼の腐食耐性を損ない、またオーステナイト鋼の硬度の上昇の原因となる。従ってマンガンは、得られる鋼の機械加工性及び鍛造性に関して有害である。
【００１２】
少量のモリブデンの存在は、ＩＳＯ規格９２２７で規定された塩水噴霧試験によって定義される十分な腐食耐性をもたらすため、不可欠である。実際のところ、合金１．３８１６、１．３８１５によって示されるように、クロム単独では時計外装部品には不十分な腐食耐性しか生成されない。これによっても、多数の研究によって証明されているように、得られるオーステナイト鋼の腐食耐性を改善する、少量のモリブデンを有することが必要となる。更に、窒素が固溶体であれば、窒素含有量によって腐食耐性が上昇する。しかしながら、モリブデン及びクロムは、オーステナイト構造にとって有害なフェライト構造を促進するため、合金中のこれらの元素の濃度を制限する必要がある。その結果、モリブデン及びクロムの影響を補償するために、合金中の窒素又は炭素等の元素の濃度を上昇させなければならず、これは合金の機械加工性及び鍛造性といった特性に負の影響を及ぼす。
【００１３】
ニッケル非含有オーステナイト鋼を製造するための、２つの可能な方法が存在する。
【００１４】
従来の方法は、鋳造によって半製品を得た後、再溶融によって合金の組成を精製し、様々な熱機械的処理を施すことからなる。ここでは窒素は液体合金中に導入されるため、ニッケル非含有オーステナイトステンレス鋼の固化は結果的に極めて重要となる。実際のところ、特に合金の組成及び窒素の分圧に応じて、液体状態からフェライトが形成される場合があり、固化した合金に小孔が発生し得る。窒素の溶解性はオーステナイトよりもフェライトにおいて遥かに高いため、窒素は塩となって気体として液体から放出され得、これによって望ましくない小孔が生成される。
【００１５】
上述のような小孔の形成を防止する、又は少なくとも制限するために、２つの主な可能性が存在する。第１の可能性は、鋳造又は再溶融中に、例えば加圧誘導融解又は加圧エレクトロスラグ再溶融として公知の技術を用いることによって、窒素の過圧を得ることからなる。これにより、液体合金中の窒素量を、周囲大気圧における溶解性を超えて上昇させることができ、これにより固化中のフェライトの形成を制限又は防止できる。更に、固化する合金に過圧を印加することにより、小孔の形成をより困難にする。しかしながら、特に製造設備が高価であるため、これらの技術の使用により、得られる合金の価格は大幅に上昇する。
【００１６】
合金の固化中の小孔の形成を防止又は制限するための第２の可能性は、γ生成元素（Ｃ、Ｍｎ、Ｃｕ）の濃度を上昇させることによって、及び／又はα生成元素（Ｃｒ、Ｍｏ）の濃度を低下させることによって、及び／又は窒素の溶解性を上昇させる元素（Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ）の濃度を上昇させることによって、合金組成に含まれる元素を注意深く選択することである。いくつかの特定の元素は相反する効果を有するが、必ずしも同一の比率でなくてよい。従って、フェライトの形成による窒素の塩化を回避する完全なオーステナイト性固化が、周囲大気圧又はそれ未満において可能となる。
【００１７】
このように、周囲大気圧での鋼の鋳造及び再溶融からなる解決策は、窒素の過圧下で作業を行うことからなる解決策よりも安価であり、従って好ましい。しかしながら、周囲大気圧において鋳造され得る合金の組成に影響を及ぼす制約が存在する。
【００１８】
ニッケル非含有オーステナイト鋼を製作するために使用できる他の技術は、例えばＭＩＭとしても公知の技術である金属射出成形による、粉末冶金法を利用する。この場合、１００％オーステナイトである粉末を使用する必要はない。というのは、焼結中にも窒素を添加することによって、フェライトの残部をオーステナイトに変換できるためである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】欧州特許第１７８６９４１Ｂ１号
【特許文献２】欧州特許第８７５５９１Ｂ１号
【特許文献３】欧州特許出願第２４５５５０８Ａ１号
【特許文献４】米国特許出願第２０１３／０１４９１８８Ａ１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本発明の目的は特に、特に周囲大気圧における従来の冶金法（鋳造法）又は粉末冶金法によって得ることができる、十分な腐食耐性を有する、成形操作が容易となったニッケル非含有オーステナイトステンレス鋼の組成物を提供することによって、上述の課題を解決することである。「十分な腐食耐性」は、特に塩水噴霧試験（ＩＳＯ規格９２２７）によって定義される、時計外装部品の分野及び宝飾品の分野に関して十分な耐性を意味する。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
この目的のために、本発明は、質量パーセントで：
‐クロム：１０＜Ｃｒ＜２１％；
‐マンガン：１０＜Ｍｎ＜２０％；
‐モリブデン：０＜Ｍｏ＜２．５％；
‐銅：０．５≦Ｃｕ＜４％；
‐炭素：０．１５＜Ｃ＜１％；
‐窒素：０＜Ｎ≦１％；
‐ニッケル：０≦Ｎｉ＜０．５％
を含む、ニッケル非含有オーステナイトステンレス鋼に関する。このニッケル非含有オーステナイトステンレス鋼は、この鋼が質量パーセントで１５≦Ｍｎ＜２０％のマンガンを含む場合に、０．２５＜Ｃ＜１％の炭素を含み、残部は鉄と、溶融物からのいずれの不純物とで形成される。
【００２２】
本発明の別の特徴によると、上記ニッケル非含有オーステナイトステンレス鋼は、質量パーセントで：
‐クロム：１５＜Ｃｒ＜２１％；
‐マンガン：１０＜Ｍｎ＜２０％；
‐モリブデン：０＜Ｍｏ＜２．５％；
‐銅：０．５≦Ｃｕ＜４％；
‐炭素：０．１５％＜Ｃ＜１％；
‐窒素：０＜Ｎ≦１％；
‐ケイ素：０≦Ｓｉ＜２％；
‐ニッケル：０≦Ｎｉ＜０．５％；
‐タングステン：０≦Ｗ＜４％；
‐アルミニウム：０≦Ａｌ＜３％
を含み、残部は鉄と、溶融物からのいずれの不純物とで形成される。
【００２３】
本発明の更に別の特徴によると、上記ニッケル非含有オーステナイトステンレス鋼は、それぞれ最高１質量％の濃度で存在してよいＳ、Ｐｂ、Ｂ、Ｂｉ、Ｐ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｅ、Ｃａ、Ｃｏ、Ｍｇからの少なくとも１つの元素を含有する。
【００２４】
本発明の意味において、「ニッケル非含有オーステナイトステンレス鋼」は、０．５質量パーセント以下のニッケルを含有する合金を意味する。
【００２５】
「いずれの不純物」は、合金の１つ（又は複数）の特性を修正する目的ではないものの、溶融プロセスのために必然的に存在する、元素を意味する。これらの不純物は特に合金中に、得られる合金の腐食耐性及び研磨性に関して有害な結果を有し得る酸化物、硫化物、珪化物といった非金属内包物を形成し得るため、特に腕時計製作及び宝飾品の分野では、これらの不純物の存在を可能な限り制限する必要がある。
【００２６】
本発明によるニッケル非含有オーステナイトステンレス鋼組成物中では、モリブデンの質量濃度は２．５％未満でなければならない。実際には、モリブデンの存在は、得られる鋼の腐食耐性、特に孔食に対する耐性を増強するため、必要である。しかしながら、モリブデンはフェライト構造を促進するという欠点を有するため、モリブデンの濃度を少量に制限する必要がある。結果として、モリブデンの濃度が高いほど、窒素、炭素、マンガン等の元素を添加する必要が高まり、これらの元素はオーステナイト構造を促進するものの、得られる合金をより硬質にすることによって機械加工及び鍛造をより困難にするという欠点を有する。
【００２７】
更に、本発明によるニッケル非含有オーステナイトステンレス鋼組成物中では、銅の質量濃度は０．５％超かつ４％未満でなければならない。従来技術では不純物と見做されている銅は、オーステナイト構造を促進することによって窒素及び炭素の濃度を制限できるため、本発明の組成物には意図的に添加される。更に銅の存在により、合金の全体的な腐食耐性が改善され、本発明による合金の機械加工性及び鍛造性が本質的に増強される。しかしながら、銅は高温において鋼を脆性とする傾向があり、これにより熱機械的処理が困難になり得るため、銅の濃度は４％までに制限しなければならない。
【００２８】
同様に、本発明の合金中のマンガンの濃度は、１０％超かつ２０％未満でなければならない。マンガンは、ニッケル非含有オーステナイトステンレス鋼組成物中の窒素の溶解性を増強することが知られている。しかしながら、マンガンの濃度が高いほど、合金は硬質になり、合金の機械加工性及び鍛造性が低下する。更に合金の腐食耐性が低下する。結果として、ニッケル非含有ステンレス鋼合金中のマンガンの濃度を制限する必要があるという教示により、本発明は、これらの合金の腐食耐性、並びにその機械加工性及び鍛造性を増強できる。しかしながら、特に周囲大気圧において合金を固化させるために、窒素の十分な溶解性を保証するための、最低濃度のマンガンしか必要でない。
【００２９】
本発明の更に別の特徴によると、ニッケル非含有オーステナイトステンレス鋼は、質量パーセントで０．２≦Ｃ＜１％の炭素を含む。
【００３０】
本発明の更に別の特徴によると、ニッケル非含有オーステナイトステンレス鋼は、質量パーセントで１≦Ｍｏ≦２％のモリブデンを含む。
【００３１】
組成の好ましい例は、以下の式によって与えられる：
‐Ｆｅ‐１７Ｃｒ‐１７Ｍｎ‐２Ｍｏ‐１Ｃｕ‐０．３Ｃ‐０．５Ｎ
‐Ｆｅ‐１７Ｃｒ‐１２Ｍｎ‐２Ｍｏ‐２Ｃｕ‐０．３３Ｃ‐０．４Ｎ
‐Ｆｅ‐１７Ｃｒ‐１１Ｍｎ‐２Ｍｏ‐１Ｃｕ‐０．２５Ｃ‐０．４Ｎ
‐Ｆｅ‐１７Ｃｒ‐１４．５Ｍｎ‐２Ｍｏ‐２Ｃｕ‐０．２２Ｃ‐０．３５Ｎ。
【００３２】
初めの２つの組成は、従来の冶金法（鋳造、再溶融、熱機械的処理）によって対応するニッケル非含有オーステナイト鋼を得る場合に特に有利である。実際のところ、過圧を用いず周囲大気圧において固化が完全にオーステナイト系となり、これにより合金中の望ましくない小孔の形成が回避される。更にこれらの組成は、炭化物又は窒化物といった沈殿物が出現する温度を可能な限り低くすることができるように最適化されている。これによりオーステナイト形成温度範囲が最大化され、これによっていずれの熱機械的処理が容易となる。
【００３３】
１％の銅を含有する第１の組成の利点は、銅を２％含有する第２の組成よりもオーステナイト形成温度範囲が高い点である。しかしながら、銅を２％含有する第２の組成は、機械加工及び打ち抜き加工による成形がより容易である。実際のところ、銅は本来的に、合金の機械加工性及び鍛造性を増強する。更に、より多量の銅を使用することは、オーステナイト構造を保証しながら窒素及び炭素含有量を低減できることを意味する。
【００３４】
初めの２つの組成が従来の冶金法によって得られるという事実に加えて、これらはまた、粉末冶金法による成形の場合に有利であり得る。実際のところ、これらの組成は、特に超固相液相焼結として知られる技術により、焼結後に特に密な組成物を得ることができる。
【００３５】
第３、第４の組成は、粉末冶金法による成形に特に好適である。これらは特に、窒素の分圧が低い大気中での固相焼結を可能とする。これにより、例えば焼結中のステンレス鋼の緻密化を改善することが知られている水素を大気に補うことができる。また、これらの合金は焼結後に組織内の元素の含有量が低くなるため、焼結後の機械加工又は鍛造といったいずれの成形操作も促進される。同様にこれら２つの組成は、炭化物又は窒化物といった沈殿物が出現する温度を可能な限り低くすることができるように最適化されている。しかしながら、第３、第４の組成は粉末冶金法による成形に特に好適であるものの、これらの組成は従来の手段、例えば溶融及び固化中に窒素の過圧を使用することによっても得ることができることに留意されたい。
【００３６】
従来技術の殆どの場合、求められている目的は、合金中の窒素及びモリブデンの高い濃度を促進することにより、オーステナイト鋼の腐食耐性及び硬度を最大化することであった。
【００３７】
しかしながら本発明の場合、腕時計製作及び宝飾品の分野で使用される外装部品の仕様は様々である。従って、本発明が提案する合金は、この合金が腕時計製作及び宝飾品の分野での使用に特に好適となるように最適化された特性を有する。
【００３８】
まず、本発明の合金中に存在する窒素の量が少ないことを主な理由として、これらの合金の機械加工性が改善される。実際のところ、モリブデン含有量を２．５重量％未満の値に制限し、炭素、銅といった他のγ生成元素を添加することによって、オーステナイト構造を保証しながら窒素の量を削減できる。少量（最高０．０１５重量％）の硫黄の添加によっても、硫化マンガンを形成することによって機械加工性を改善できるが、これは得られる合金の腐食耐性に影響を与え得るため、注意が必要である。「機械加工性」は、貫通、切削、穿孔又はその他の操作といったいずれのタイプの機械加工操作を意味するものとする。
【００３９】
第２に、本発明の合金の鍛造性も改善される。
【００４０】
窒素はこのタイプの合金の機械的特性を向上させる主要な元素であるため、窒素の濃度を制限することにより、変形による成形を容易に得ることができるようになる。
【００４１】
別の重要な元素である銅は、合金のひずみ硬化レベルを低減でき、これにより結果として変形による成形を容易にする。最後に、銅によって、全体的に改善された腐食耐性が観察される。
【００４２】
本発明はまた、時計の外装要素及び宝飾品の製造のための、上述のようなニッケル非含有オーステナイトステンレス鋼の使用にも関する。
【００４３】
本発明の他の特徴及び利点は、本発明によるニッケル非含有オーステナイトステンレス鋼の実施形態に関する以下の詳細な説明からより明らかになるであろう。この例は、添付の図面を参照して、単なる非限定的な例示として挙げられている。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】図１は、本発明によるニッケル非含有オーステナイトステンレス鋼の組成の第１の例、Ｆｅ‐１７Ｃｒ‐１７Ｍｎ‐２Ｍｏ‐１Ｃｕ‐０．３Ｃ‐０．５Ｎを示す、状態図である。
【図２】図２は、本発明によるニッケル非含有オーステナイトステンレス鋼の組成の第２の例、Ｆｅ‐１７Ｃｒ‐１２Ｍｎ‐２Ｍｏ‐２Ｃｕ‐０．３３Ｃ‐０．４Ｎを示す、状態図である。
【図３】図３は、本発明によるニッケル非含有オーステナイトステンレス鋼の組成の第３の例、Ｆｅ‐１７Ｃｒ‐１１Ｍｎ‐２Ｍｏ‐１Ｃｕ‐０．２５Ｃ‐０．４Ｎを示す、状態図である。
【図４】図４は、本発明によるニッケル非含有オーステナイトステンレス鋼の組成の第４の例、Ｆｅ‐１７Ｃｒ‐１４，５Ｍｎ‐２Ｍｏ‐２Ｃｕ‐０．２２Ｃ‐０．３５Ｎを示す、状態図である。
【図５】図５は、ニッケル非含有オーステナイトステンレス鋼の組成を質量パーセントで列挙した表である。
【図６】図６は、「Ｈｉｇｈ  Ｎｉｔｒｏｇｅｎ  Ｓｔｅｅｌｓ」（Ｓｐｒｉｎｇｅｒ  Ｅｄｉｔｉｏｎｓ  ２０１０）においてＧａｖｒｉｌｊｕｋ及びＢｅｒｎｓが定義したシェフラー図であり、これは組成に応じた硬化後の合金の構造を予測できる。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
本発明は、時計外装部品に特有の問題を考慮して、機械加工性及び鍛造性と腐食耐性との間の極めて良好な妥協点を提示するニッケル非含有オーステナイトステンレス鋼を提案することからなる、一般的発明概念に由来するものである。更に、本発明が提案する組成物は、特に周囲大気圧において（これは製造コストの観点から極めて有利である）従来の冶金法（鋳造法）を用いて、又は焼結後に密度が極めて高くなる粉末冶金法によって、得ることができる。クロム、モリブデン等のα生成元素の濃度は、十分な腐食耐性が得られるように画定される。マンガン、炭素、窒素の濃度は、得られる合金の機械加工性及び鍛造性を増強するために十分に低く、ただし大気圧における溶融及び固化によって合金を得られるよう、又は粉末冶金法によって極めて密な部品を得られるよう、十分に高い。更に、濃度は最大のオーステナイト形成温度範囲を得られるように最適化される。最後に、銅により、上述のγ生成元素の濃度を低減でき、機械加工又は変形による成形を促進でき、全体的な腐食耐性を改善できる。しかしながら銅はオーステナイト形成温度範囲を低下させ、オーステナイト鋼を高温において脆性とし、いずれの熱機械的処理（鍛造／積層、アニーリング等）をより困難にするため、銅の濃度を制限する必要がある。
【００４６】
図１に状態図が示されている組成の第１の例（Ｆｅ‐１７Ｃｒ‐１７Ｍｎ‐２Ｍｏ‐１Ｃｕ‐０．３Ｃ‐０．５Ｎ）に関して、大気圧において完全なオーステナイト性の固化を得ることができること、及び固化後に得られる窒素濃度に関して、沈殿物が出現する温度が可能な限り低い（線１と線３との交点）ことが分かる。従って、オーステナイト形成温度範囲は可能な限り広範囲である。この組成はまた、粉末冶金法によって極めて密な部品を得るために有利である。実際には、９００ｍｂａｒの窒素における広範な「オーステナイト‐液」相（線４、５、６の間）の存在により、窒素の損失なしに、液相焼結を実施できる。この場合焼結温度は、焼結中に液体のおよそ３０％が得られるよう画定される。
【００４７】
図２に状態図が示されている組成の第２の例（Ｆｅ‐１７Ｃｒ‐１２Ｍｎ‐２Ｍｏ‐２Ｃｕ‐０．３３Ｃ‐０．４Ｎ）に関して、銅の濃度の上昇により、オーステナイト形成範囲の境界線（線６）を窒素の濃度が低い方へと移動させることができる。従ってマンガンの濃度を低減でき、固化後に得られる合金はより少量の窒素しか含有しない。このように銅の濃度がより高く、窒素、マンガンの濃度が低減された結果、合金の機械加工性及び変形性は、第１の組成に比べて促進される。銅の濃度がより高いことによってオーステナイト形成温度範囲は低下するものの、この範囲は意図した窒素の濃度に関して最大である（１３００℃〜１０５０℃）。
【００４８】
図３に示されている組成の第３の例（Ｆｅ‐１７Ｃｒ‐１１Ｍｎ‐２Ｍｏ‐１Ｃｕ‐０．２５Ｃ‐０．４Ｎ）に関して、大気圧での固化の場合にフェライトが形成され、これは固化した合金中に小孔を発生させ得る。しかしながらこの組成は、粉末冶金法による成形のために最適化されている。実際のところ、この組成に関して、窒素の分圧を低減して（約６００ｍｂａｒ）、高温（１３００℃）で焼結を実施できる。従って焼結雰囲気に水素を補うことができ、これはその強い還元力により、焼結後の部品の緻密化を改善する。
【００４９】
図４に示されている組成の第４の例（Ｆｅ‐１７Ｃｒ‐１４，５Ｍｎ‐２Ｍｏ‐２Ｃｕ‐０．２２Ｃ‐０．３５Ｎ）もまた、粉末冶金法のために有利である。第３の例に比べて、焼結は、窒素の分圧を更に低減して（およそ４００ｍｂａｒ）、高温（１３００℃）で実施できる。最後にこの合金は組織内の元素の濃度が極めて低く、従って焼結後のいずれの機械加工又は鍛造操作を促進する。
【００５０】
図５に示す表は、上述の組成の例のＭＡＲＣ（Ｍｅａｓｕｒｅ  ｏｆ  Ａｌｌｏｙｉｎｇ  ｆｏｒ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  ｔｏ  Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ）指標値を、標準的なニッケル含有オーステナイトステンレス鋼、及び市販されているニッケル非含有オーステナイトステンレス鋼と比較したものである。ＭＡＲＣ指標は、オーステナイト鋼、特にニッケル非含有オーステナイト鋼の腐食耐性を比較する優れた手段である。ＭＡＲＣ指標が高いほど、合金の腐食耐性は高くなる。この表は、腕時計製作及び宝飾品において一般に使用される２つの標準的なニッケル含有オーステナイトステンレス鋼、６つの市販のニッケル非含有オーステナイトステンレス鋼、上述の組成の４つの好ましい例を含む。更に、表の最後の行は、各合金に関して、「Ｎｉｔｒｏｇｅｎ  ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ  ａｕｓｔｅｎｉｔｉｃ  ｓｔａｉｎｌｅｓｓ  ｓｔｅｅｌ」（Ｍａｔｅｒｉａｌｗｉｓｓｅｎｓｃｈａｆｔ  ｕｎｄ  Ｗｅｒｋｓｔｏｆｆｔｅｃｈｎｉｋ，  ３７（２００６），  ｐｐ．  ８７５‐８８０）においてＳｐｅｉｄｅｌ，  Ｍ．Ｏ．が定義しているようなＭＡＲＣ指標値を列挙している。これは、問題となっているオーステナイトステンレス鋼の組成中の元素の濃度の合計である：
ＭＡＲＣ＝Ｃｒ（％）＋３．３Ｍｏ（％）＋２０Ｃ（％）＋２０Ｎ（％）‐０．５Ｍｎ（％）‐０．２５Ｎｉ（％）
【００５１】
本発明による組成の例は、腕時計製作及び宝飾品において最も一般的に使用される鋼であるオーステナイトステンレス鋼１．４４３５よりも高いＭＡＲＣ指標値を有する。本発明による組成の４つの例のうちの３つは更に、その優れた腐食耐性で知られる鋼１．４５３９よりも高いＭＡＲＣ指標値を有する。
【００５２】
本発明は、ニッケル非含有オーステナイトステンレス鋼中の炭素及び窒素の含有量の削減、並びに銅の添加という教示により、これらの合金の機械加工性及び変形性を増強することを求めている。従って、本発明が提案する合金は、合金１．４４５６、１．４４５２、ＵＮＳ  Ｓ２９２２５、ＵＮＳ  Ｓ２９１０８よりも低い指標値を有するものの、これらの合金は合金１．３８１６、１．３８１５よりも高い指標値を有し、これは、これらの合金を塩水噴霧試験に合格できるようにするために十分である。更に、窒素の過圧下での溶融及び固化ステップを経る合金１．４４５６、１．４４５２、ＵＮＳ  Ｓ２９２２５、ＵＮＳ  Ｓ２９１０８に比べて、本発明による組成の第１、第２、第４の例は、大気圧においてオーステナイトとして固化し、これにより特別な設備の使用が回避される。これは結果として、得られる合金のコストを低減する。
【００５３】
最後に、シェフラー図上でのこれらの様々な合金の位置を図６において図示する。組成の４つの好ましい例は、提示されている他の合金と同様に、全てこの図のオーステナイト形成範囲内にある。これにより、必要であれば、本発明による組成物に関するオーステナイト構造の安定性が確認される。また、これらの組成の例は、合金１．３８１６／１．３８１５（腐食耐性が極めて低い）と合金１．４４５６／１．４４５２／ＵＮＳ  Ｓ２９２２５／ＵＮＳ  Ｓ２９１０８（機械加工及び鍛造による成形が極めて困難であり、窒素の過圧下で製造されるためコストが高い）との間に位置することも分かる。
【００５４】
本発明は上述の実施形態に限定されないこと、並びに当業者は、添付の請求項によって定義される本発明の範囲から逸脱することなく、様々な簡単な修正例及び変形例を考案できることは、言うまでもない。特に、本発明が提案する合金は、腐食耐性、成形性（機械加工性及び鍛造性）並びに焼結後の部品の密度の間の優れた妥協点を提供することに留意されたい。実際のところ、低い窒素圧下で部品を焼結でき、また水素で補償できる。更に、金属マトリクスとの複合材料の場合、金属マトリクスは、本発明による鋼組成物を用いて得ることができる。また、焼結した部品を高い等方圧力下で処理できる。また、圧縮によって又は金属射出成形によって成形された部品を高い等方圧力下で焼結できる。また、半完成品を高い等方圧力下で製造できる。最後に、部品を焼結後に鍛造できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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