(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ  ：０．０３〜０．１４％、
Ｓｉ：０．１〜３．０％、
Ｍｎ：０．１〜５．０％、
Ｎｉ：５．０〜９．０％、
Ｃｒ：１４．０〜１９．０％、
Ｎ  ：０．００５〜０．２０％、
Ｃｕ：０．８％以下、
Ｍｏ：０．１〜２．０％
を含有し、また、
Ａｌ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｗのいずれか１種以上を合計で
０．０１〜０．３％と、Ｖ：０．１〜０．５％とのいずれか１種
または２種以上
を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなり、さらに、２Ｃ＋Ｎが０．１７〜０．３２％、下記（１）式で表されるＭｄ３０の値が−２０（℃）〜４０（℃）であることを特徴とする高強度ステンレス鋼線。
Ｍｄ３０＝５５１−４６２（Ｃ＋Ｎ）−９．２Ｓｉ―８．１Ｍｎ
−２９（Ｎｉ＋Ｃｕ）−１３．７Ｃｒ−１８．５Ｍｏ  …（１）
式中の元素記号は、当該元素の含有量（質量％）を示す。
【請求項２】
伸線加工前の初期のオーステナイト粒径が３０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の高強度ステンレス鋼線。
【請求項３】
さらに質量％で、Ｐ：０．０２％以下を含有することを特徴とする請求項１又は２に記載の高強度ステンレス鋼線。
【請求項４】
さらに質量％で、
Ｈ：１．５ppm 以下、
Ｏ：０．０１％以下
のいずれかまたは両方に規制してなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の高強度ステンレス鋼線。
【請求項５】
伸線加工後の強度が１９００Ｎ／mm２  以上、加工誘起マルテンサイト量が２０〜８０％であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の高強度ステンレス鋼線。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高強度ステンレス鋼線に関わり、さらに詳しくは高強度オーステナイト系ステンレス鋼の伸線加工時の縦割れ防止技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ばね用等のステンレス鋼線においては軽量化のニーズが高まっており、高強度化が要望されるようになってきた。この種の材料としてＳＵＳ３０４，ＳＵＳ３０１，ＳＵＳ３０２等のオーステナイト系ステンレス線材を強伸線加工した鋼線が使用されてきた。とりわけ、伸線加工後に１９００Ｎ／mm2 以上の強度が求められる。
【０００３】
しかしながら、これらの鋼は強伸線加工を施すと伸線加工時および伸線加工後に縦方向に冷間加工割れ（時効割れ）が発生する場合があった。そのため、一部の伸線縦割れ材の判別のため、多大な労力を要し、生産性を著しく低下させていた。
【０００４】
また、近年、この冷間加工割れ（縦割れ）に対して、成分、水素量（Ｈ）や加工誘起マルテンサイト量を規制して防止する技術が提案されている（特開平１０−１２１２０８号公報）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術では、組織、成分の規制に加えて組織の微細化の観点から防止方法を検討していない。
そこで、本発明では、結晶粒微細化と組織、成分の規制から伸線縦割れを抑制し、高強度オーステナイト系ステンレス鋼を安定して提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するために種々検討した結果、オーステナイト系ステンレス鋼において、マトリックスの成分、加工誘起マルテンサイト量、強度を限定し、かつ、結晶粒微細化で、耐伸線割れ性に優れる高強度オーステナイト系ステンレス鋼線を安定して得ることを見い出した。本発明は、この知見に基づいてなされた。
【０００７】
すなわち、本発明の要旨とするところは以下の通りである。
（１）質量％で、
Ｃ  ：０．０３〜０．１４％、    Ｓｉ：０．１〜３．０％、
Ｍｎ：０．１〜５．０％、        Ｎｉ：５．０〜９．０％、
Ｃｒ：１４．０〜１９．０％、    Ｎ  ：０．００５〜０．２０％、
Ｃｕ：０．８％以下、 Ｍｏ：０．１〜２．０％
を含有し、また、
Ａｌ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｗのいずれか１種以上を合計で０．０１
〜０．３％と、Ｖ：０．１〜０．５％とのいずれか１種または２種以上
を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなり、さらに、２Ｃ＋Ｎが０．１７〜０．３２％、下記（１）式で表されるＭｄ３０の値が−２０（℃）〜４０（℃）であることを特徴とする高強度ステンレス鋼線。
Ｍｄ３０＝５５１−４６２（Ｃ＋Ｎ）−９．２Ｓｉ―８．１Ｍｎ
−２９（Ｎｉ＋Ｃｕ）−１３．７Ｃｒ−１８．５Ｍｏ  …（１）
式中の元素記号は、当該元素の含有量（質量％）を示す。
（２）伸線加工前の初期のオーステナイト粒径が３０μｍ以下であることを特徴とする前記（１）に記載の高強度ステンレス鋼線。
（３）さらに質量％で、Ｐ：０．０２％以下を含有することを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の高強度ステンレス鋼線。
（４）さらに質量％で、Ｈ：１．５ppm 以下、Ｏ：０．０１％以下のいずれかまたは両方に規制してなることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載の高強度ステンレス鋼線。
（５）伸線加工後の強度が１９００Ｎ／mm２  以上、加工誘起マルテンサイト量が２０〜８０％であることを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれかに記載の高強度ステンレス鋼。
【０００８】
【発明の実施の形態】
先ず、本発明のステンレス鋼の成分範囲について述べる。
ＣはＮと合わせて伸線加工後に高強度（とりわけ１９００Ｎ／mm2 以上）を得るために、質量％で０．０３％以上（以下％は全て質量％）添加する。しかし、０．１４％を超えて添加すると、粒界にＣｒ炭化物が析出し、縦割れ感受性を高めることから０．１４％以下とした。
【０００９】
Ｓｉは脱酸のため、０．１％以上添加する。しかし、３．０％を超えて添加するとその効果は飽和するばかりか、靭性が劣化し、Ｍｄ３０の値が−２０（℃）未満になり、伸線加工後の強度が低下するため、３．０％以下とした。
【００１０】
Ｍｎは脱酸のため、また、Ｍｄ３０の値を４０（℃）以下にするため、０．１％以上添加する。しかし、５．０％を超えて添加すると、Ｍｄ３０の値が−２０（℃）未満になり、伸線加工後の強度が低下するため、上限を５．０％とした。
【００１１】
Ｎｉは伸線加工後の靭性を確保し、また、Ｍｄ３０の値を４０（℃）以下にするため、５．０％以上添加する。しかし、９．０％を超えて添加すると、Ｍｄ３０の値が−２０（℃）未満となり、伸線加工後の強度が低下するため、上限を９．０％とした。
【００１２】
Ｃｒは耐食性を確保するため、１４．０％以上添加する。しかし、１９．０％を超えて添加すると、Ｍｄ３０の値が−２０（℃）未満になり、伸線加工後の強度が低下するため、上限を１９．０％とした。
【００１３】
Ｎは伸線加工後の強度を確保するために、質量％で０．００５％以上添加する。しかし、０．２０％を超えて添加すると、鋼中への固溶量を超えて気泡を生成するばかりか、粒界にＣｒ窒化物が析出し、縦割れ感受性を高めることから、上限を０．２０％とした。
【００１４】
Ａｌ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｗは、微細な炭窒化物を形成し、鋼線の結晶粒径を安定的に微細化させるため、１種以上を合計で０．０１％以上添加する。しかし、０．３％以上添加してもその効果は飽和し、経済的でないばかりか、逆に耐伸線縦割れ性を低下させる。そのため、上限を０．３％とした。
特にＡｌおよびＮｂにおいては、熱間加工性を促進するとともに、析出強化効果による高強度化に寄与することから有効である。
【００１５】
Ｖは微細な炭窒化物を形成し、鋼線の結晶粒径を安定的に微細化させるため、必要に応じ、０．１％以上添加する。しかし、０．５％以上添加してもその効果は飽和するし、逆に耐伸線縦割れ性を低下させる。そのため、上限を０．５％に限定した。
【００１６】
Ｐは伸線割れを助長する元素であるため、必要に応じて０．０２％以下に低減することが望ましい。
【００１７】
Ｃｕはオーステナイトの加工硬化を抑制し、伸線加工後の鋼線の強度を低減させるため、０．８％以下に低減する。
【００１８】
Ｍｏは耐食性に有効であるため、０．１％以上添加する。しかし、２．０％を超えて添加してもその効果は飽和するため、上限を２．０％とする。
【００１９】
Ｈは耐伸線縦割れ性を低下させるため、必要に応じて１．５ppm 以下に低減することが望ましい。
【００２０】
Ｏは粗大な酸化物を生成させ、耐伸線縦割れ性を低下させるため、必要に応じて０．０１％以下に低減することが望ましい。
【００２１】
次に伸線加工前のオーステナイトの結晶粒径について説明する。
結晶粒径が３０μｍを超える場合、伸線加工後の靭性が低下し、耐伸線縦割れ性が劣化する。そのため、伸線加工前のオーステナイト結晶粒径を３０μｍ以下に限定した。
【００２２】
次に、伸線加工後の強度および加工誘起マルテンサイト量について説明する。
伸線加工後の強度が１９００Ｎ／mm２  未満の場合、伸線縦割れ感受性が低いため、本発明の効果が顕著に現れない。それに対し伸線加工後の強度が１９００Ｎ／mm２  以上の超高強度の場合、伸線縦割れ感受性が高くなるため、本発明の効果が明確となる。そのため伸線加工後の強度が１９００Ｎ／mm２  以上が好ましい。
【００２３】
伸線加工後の加工誘起マルテンサイトが２０％未満の場合、本発明の成分系では通常の伸線加工では強度が１９００Ｎ／mm2 未満となり、本発明の効果が顕著に現れない。そのため、加工誘起マルテンサイト量が２０％以上が好ましい。一方、伸線加工後の加工誘起マルテンサイト量が８０％を超えると伸線縦割れ感受性が高くなるため、上限を８０％とした。
なお、この加工誘起マルテンサイト量の測定は、例えば、直流磁化特性自動記録装置などによるＢ−Ｈ曲線から求めることができる。
【００２４】
次に本発明で規定した２Ｃ＋Ｎ量（％）および（１）式について説明する。
２Ｃ＋Ｎ（％）は母材中の引張強さに及ぼすＣ，Ｎの影響を調査した結果得られたものである。伸線加工後の引張強さを１９００Ｎ／mm2 以上確保するため２Ｃ＋Ｎ（％）を０．１７（％）以上にする。しかし、０．３２（％）を超えると伸線縦割れ感受性が高くなるため、０．３２（％）以下とした。
【００２５】
（１）式のＭｄ３０は伸線加工した後の母材中の加工誘起マルテンサイト量に及ぼす各元素の影響を調査した結果得られたもので、加工誘起マルテンサイト量に対し、効果のある元素と影響度を示すものである。Ｍｄ３０の値が−２０（℃）未満になると伸線加工後の加工誘起マルテンサイト量が少なく、強度が１９００Ｎ／mm２  未満となり、本発明の効果が薄れることから−２０℃以上とした。また、Ｍｄ３０の値が４０℃を超えると伸線加工後の加工誘起マルテンサイト量が８０％を超える可能性が高くなり耐伸線縦割れ性を低下するため、Ｍｄ３０の値を４０（℃）以下とした。
【００２６】
【実施例】
以下に本発明の実施例についてさらに具体的に説明する。
表１〜表５に実施例（本発明例および比較例）を示す。
実施例の供試材は通常のステンレス線材の製造工程で、溶製し、熱間で直径６．０mmまで線材圧延を行い、１０００℃で圧延を終了した。得られた線材を約１０５０℃の３min の熱処理を施し、水冷した。その後、一部の供試鋼を大気中で３００℃−２４ｈの脱水素処理を施した。引き続き、供試鋼で減面率で４５％〜７５％の冷間伸線加工を施し、直径２．３〜４．４mmの鋼線にした。
【００２７】
次に該製品の伸線前のオーステナイトの結晶粒径と伸線後の水素量（Ｈ）、加工誘起マルテンサイト量、引張強さ、伸線縦割れの有無を得るための試験を行った。
伸線前のオーステナイトの結晶粒径は、線材横断面を１０％硝酸液中で電解エッチを行い、その後、画像解析により求めた。本発明例のγの結晶粒径は３０μｍ以下であった。
水素量（Ｈ）は伸線後の鋼線から試料を取り出し、不活性ガス溶融−熱伝導測定法により測定した。本発明例で脱水素を行ったものは水素量（Ｈ）が１．５ppm 以下であった。
【００２８】
加工誘起マルテンサイト量は伸線後の鋼線を直流式のＢＨトレーサーにて測定した。本発明例の加工誘起マルテンサイト量は２０〜８０％の範囲内にあった。
引張試験はＪＩＳ  Ｚ２２４１により製品の引張強さを測定した。本発明例の伸線後の鋼線の引張強さはいずれも１９００Ｎ／mm2 以上であった。
伸線縦割れの有無は伸線後の各供試鋼よりランダムに１０カ所を横断面に埋め込み・鏡面研磨した。その後、光学顕微鏡観察にて縦割れの有無の判定を行った。この時の縦割れ発生率を縦割れの評価とした。本発明例の縦割れの発生率は２０％以下であった。
【００２９】
表１に、Ｃ，Ｎ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏの伸線縦割れに及ぼす影響を調査した結果を示す。
本発明例１〜３と比較例１０〜１２は、強度に寄与するＣ量（％）およびＮ量（％）を変化させたものである。
本発明例２，４，５と比較例１３は、フェライト生成元素であるＳｉ量（％）を変化させたものである。
【００３０】
本発明例２，６，７と比較例１４，１５，１６は、オーステナイト生成元素であるＭｎ量（％）とＮｉ量を変化させたものである。
本発明例２，８，９と比較例１７，１８，１９は、フェライト生成元素であるＣｒ量（％）とＭｏ量（％）を変化させたものである。
本発明例Ｎｏ．１〜９は、全て１９００Ｎ／mm2 以上を満足し、全てにおいて縦割れが観察されず、耐伸線縦割れ性に優れていた。
しかし、比較例Ｎｏ．１０では、Ｃ量が低く、縦割れは発生していないが、強度が低いため、本発明の効果が明確でなかった。
比較例Ｎｏ．１１では、Ｃ量（％）および２Ｃ＋Ｎ量（％）が高く、粒界炭化物が析出するために、耐伸線縦割れ性に劣っていた。
【００３１】
比較例Ｎｏ．１２では、Ｎ量（％）が高いため、ブローホールが発生し、製造性が悪く評価不可であった。
比較例Ｎｏ．１３では、Ｓｉ量（％）が高く、耐伸線縦割れ性に劣っていた。
比較例Ｎｏ．１４，１５では、Ｍｎ量（％）およびＮｉ量（％）が高く、Ｍｄ３０の値が低く、伸線縦割れが発生しなかったが、強度が低いため本発明の効果が明確でなかった。
比較例Ｎｏ．１６，１７では、Ｎｉ量（％）およびＣｒ量（％）が低く、Ｍｄ３０の値が高く、加工誘起マルテンサイト量が高いため、耐伸線縦割れ性に劣っていた。
比較例Ｎｏ．１８では、Ｃｒ量（％）が高い、耐伸線縦割れ性に劣っていた。
比較例Ｎｏ．１９では、Ｍｏ量（％）が高く、経済性に劣っていた。
【００３２】
表２に、Ｃｕ，Ｐ，Ｏの伸線縦割れに及ぼす影響を調査した結果を示す。
本発明例２０，２１と比較例２４は、強度に寄与するＣｕ量（％）を変化させたものである。
本発明例２０，２２，２３は、０．１％Ｃ−０．７％Ｓｉ−１％Ｍｎ−７％Ｎｉ−１７％Ｃｒ−０．６％Ｍｏ−０．０６％Ｎ−０．０３％Ａｌを基本成分として耐伸線縦割れ性に寄与するＰ量（％）とＯ量（％）を変化させたものである。
本発明例Ｎｏ．２０，２１および比較例Ｎｏ．２４より、Ｃｕ量（％）が０．８％以上になると伸線縦割れは発生していないが、引張強さが１９００Ｎ／mm2 以下となり、本発明の効果が明確でなかった。
本発明例Ｎｏ．２０，２２，２３より、低Ｐ化および低Ｏ化は耐伸線縦割れ性をさらに向上させるのに有効であった。
【００３３】
表３に、Ａｌ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｗ，Ｖおよび伸線加工前のオーステナイトの結晶粒径と伸線縦割れの関係を示す。
本発明例２０，２５〜３３と比較例３４〜４０は、オーステナイトの結晶粒を微細化させるＡｌ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｗ，Ｖを変化させたものである。
本発明例Ｎｏ．２０，２５〜３３は全て１９００Ｎ／mm2 以上、結晶粒径が３０μｍ以下を満足し、全てにおいて縦割れ発生率が１０％以下であり、耐伸線縦割れ性に優れていた。
【００３４】
しかし、比較例Ｎｏ．３４では、結晶粒微細化元素が添加されておらず、初期粒径が大きく、耐伸線縦割れ性に劣っていた。
比較例Ｎｏ．３５では、Ａｌ量（％）が高く、不経済であった。
比較例Ｎｏ．３６〜Ｎｏ．４０では、Ｎｂ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｗ量（％）が高く、耐伸線縦割れ性に劣っていた。
【００３５】
表４に水素の伸線縦割れに及ぼす影響を調査した結果を示す。
本発明例Ｎｏ．２，３，４２〜４５より、水素の低減は耐伸線縦割れ性をさらに向上させるのに有効であった。
【００３６】
また、表５に加工誘起マルテンサイト量と引張強さと伸線縦割れ性の関係を示す。
本発明例Ｎｏ．４，４７では、加工誘起マルテンサイト量が２０〜８０％の範囲内にあり、また、引張強さが１９００Ｎ／mm2 以上と高強度であり、縦割れ発生率も１０％以下と優れていた。
しかし、比較例４６では、加工誘起マルテンサイト量（％）が低く、伸線縦割れが発生していないが、引張強さが低いため本発明の効果が明確でなかった。
比較例Ｎｏ．４８では、加工誘起マルテンサイト量（％）が８０％超と高く、耐伸線縦割れ性に劣っていた。
以上の実施例からわかるように本発明の線材およびその鋼線の優位性が明らかである。
【００３７】
【表１】
0004489928.tif 000002
【００３８】
【表２】
0004489928.tif 000003
【００３９】
【表３】
0004489928.tif 000004
【００４０】
【表４】
0004489928.tif 000005
【００４１】
【表５】
0004489928.tif 000006
【００４２】
【発明の効果】
本発明の耐伸線縦割れ性に優れた高強度ステンレス鋼線によれば、第３元素としてＡｌ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｗ，Ｖのいずれかを添加したことにより、またはさらに線材の成分を調整してＭｄ３０を−２０〜４０℃、２Ｃ＋Ｎを０．１７〜０．３２％に制御して、伸線加工前の結晶粒径を３０μｍ以下にし、また伸線後の加工誘起マルテンサイト量を２０〜８０％に制御し、必要に応じて水素を１．５ppm 以下にすると伸線加工後の伸線縦割れを抑制でき、且つ、１９００Ｎ／mm2 以上の高強度ステンレス鋼線が安定して得ることができる。