(57)【要約】【課題】塩化物に対する耐食性及びカルボン酸に対する耐食性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼の提供。【解決手段】マルテンサイト系ステンレス鋼は、０．１５質量％以上０．４０質量％以下のＣ、１．０質量％以下のＳｉ、２．０質量％以下のＭｎ、０．６０質量％以下のＮｉ、１２．０質量％以上１７．０質量％以下のＣｒ、２．０質量％以下のＭｏ、０．１質量％以上１．５質量％以下のＣｕ、及び０．０７質量％以上０．１５質量％以下のＮを含む。残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。この鋼では、クロム当量とニッケル当量との比（Ｃｒｅｑ／Ｎｉｅｑ）は、１．９１以下である。ＨＶは、５０．０以上である。ＰＲは、１３．０以上である。ＧＣＲは、−８．０以上である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
０．１５質量％以上０．４０質量％以下のＣ、
１．０質量％以下のＳｉ、
２．０質量％以下のＭｎ、
０．６０質量％以下のＮｉ、
１２．０質量％以上１７．０質量％以下のＣｒ、
２．０質量％以下のＭｏ、
０．１質量％以上１．５質量％以下のＣｕ、
及び
０．０７質量％以上０．１５質量％以下のＮ
を含んでおり、残部がＦｅ及び不可避的不純物であり、
下記数式（１）で算出されるクロム当量Ｃｒｅｑと下記数式（２）で算出されるニッケル当量Ｎｉｅｑとの比（Ｃｒｅｑ／Ｎｉｅｑ）が、１．９１以下であり、
下記数式（３）で算出されるＨＶが５０．０以上であり、
下記数式（４）で算出されるＰＲが１３．０以上であり、
下記数式（５）で算出されるＧＣＲが−８．０以上である、マルテンサイト系ステンレス鋼。
Crｅｑ = Cr + 1.37Mo + 1.5Si    （１）
Niｅｑ = Ni + 0．31Mn + 22C + 14.2N + Cu    （２）
HV = 59.7 + 39.7C + 79.6N - 1.4Cr - 2.1Mo    （３）
PR = Cr + 3.3Mo + 16N - 30C    （４）
GCR = 3.6Ni - Cr + 4.7Mo + 11.5Cu + 1.4N - 2.1Mn    （５）
【請求項２】
焼入れ及び焼戻しがなされた状態でのδフェライトの面積率Ｐｄが０．５％以下である請求項１に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼。
【請求項３】
焼入れ及び焼戻しがなされた状態でのロックウェル硬さＨＲが５０．０以上である請求項１又は２に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルテンサイト系ステンレス鋼に関する。特には、本発明は、内燃機関の燃料系部品等に適したマルテンサイト系ステンレス鋼に関する。
【背景技術】
【０００２】
マルテンサイト系ステンレス鋼は強度に優れるので、様々な用途に用いられている。マルテンサイト系ステンレス鋼の改良についても、種々の提案がなされている。
【０００３】
特開平６−２６４１９４号公報には、１．０質量％以上のＮｉを含むマルテンサイト系ステンレス鋼が開示されている。この鋼は、屋外環境下での耐食性に優れている。この鋼は、タッピングネジ等に適している。
【０００４】
特開平１１−１０６８６９号公報には、Ｎ及びＭｏを含むマルテンサイト系ステンレス鋼が開示されている。この鋼は、熱間加工性に優れている。さらにこの鋼は、屋外環境下での耐食性に優れている。
【０００５】
特開２００３−４１３４８公報には、Ｃｒ、Ｍｏ及びＮを含むマルテンサイト系ステンレス鋼が開示されている。この鋼は、冷間加工性に優れている。さらにこの鋼は、屋外環境下での耐食性に優れている。
【０００６】
自動車エンジン等の内燃機関の燃料系部品には、強い応力がかかるので、強度が必要である。この燃料系部品に、マルテンサイト系ステンレス鋼が用いられている。具体的には、ＳＵＳ４４０Ｃ、ＳＵＳ４２０Ｊ２等のステンレス鋼が、燃料系部品に用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平６−２６４１９４号公報
【特許文献２】特開平１１−１０６８６９号公報
【特許文献３】特開２００３−４１３４８公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
自動車は、道路を走行する。この道路には、融雪剤が散布されることが多い。融雪剤の主成分は、塩化カリウム等の塩化物である。この塩化物は、燃料系部品に付着する。燃料系部品には、塩化物に対する耐食性が必要である。マルテンサイト系ステンレス鋼の耐食性の、さらなる向上が望まれている。
【０００９】
ガソリンの品質には、ばらつきがある。粗悪ガソリンや劣化したガソリンが、内燃機関に用いられることがある。さらに、ガソリンとアルコールとの混合燃料が、内燃機関に用いられることもある。粗悪ガソリン、劣化したガソリン、混合燃料等は、ギ酸、酢酸等のカルボン酸を含む。内燃機関の燃料系部品は、カルボン酸と接触する。この燃料系部品には、カルボン酸に対する耐食性が必要である。
【００１０】
塩化物に対する耐食性及びカルボン酸に対する耐食性の向上は、燃料系部品以外の用途でも、望まれている。
【００１１】
本発明の目的は、塩化物に対する耐食性及びカルボン酸に対する耐食性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係るマルテンサイト系ステンレス鋼は、
０．１５質量％以上０．４０質量％以下のＣ、
１．０質量％以下のＳｉ、
２．０質量％以下のＭｎ、
０．６０質量％以下のＮｉ、
１２．０質量％以上１７．０質量％以下のＣｒ、
２．０質量％以下のＭｏ、
０．１質量％以上１．５質量％以下のＣｕ、
及び
０．０７質量％以上０．１５質量％以下のＮ
を含む。この鋼の残部は、実質的にＦｅ及び不可避的不純物である。この鋼では、下記数式（１）で算出されるクロム当量Ｃｒｅｑと下記数式（２）で算出されるニッケル当量Ｎｉｅｑとの比（Ｃｒｅｑ／Ｎｉｅｑ）は、１．９１以下である。
Crｅｑ = Cr + 1.37Mo + 1.5Si    （１）
Niｅｑ = Ni + 0．31Mn + 22C + 14.2N + Cu    （２）
この鋼では、下記数式（３）で算出されるＨＶは、５０．０以上である。
HV = 59.7 + 39.7C + 79.6N - 1.4Cr - 2.1Mo    （３）
この鋼では、下記数式（４）で算出されるＰＲは、１３．０以上である。
PR = Cr + 3.3Mo + 16N - 30C    （４）
この鋼では、下記数式（５）で算出されるＧＣＲは、−８．０以上である。
GCR = 3.6Ni - Cr + 4.7Mo + 11.5Cu + 1.4N - 2.1Mn    （５）
上記数式（１）−（５）における元素記号は、鋼における当該元素の含有率（質量％）を表す。
【００１３】
好ましくは、この鋼では、焼入れ及び焼戻しがなされた状態でのδフェライトの面積率Ｐｄは、０．５％以下である。
【００１４】
好ましくは、この鋼では、焼入れ及び焼戻しがなされた状態でのロックウェル硬さＨＲは、５０．０以上である。
【００１５】
この鋼は、内燃機関の燃料系部品に適している。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係るマルテンサイト系ステンレス鋼は、塩化物に対する耐食性及びカルボン酸に対する耐食性に優れる。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明に係るマルテンサイト系ステンレス鋼の主成分は、Ｆｅである。この鋼は、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕ及びＮを含む。これらの元素の残部は、実質的には、Ｆｅ及び不可避的不純物である。この鋼では、γループに昇温された状態からの焼入れにより、マルテンサイト組織が得られる。この鋼は、比較的多量のＣｒを含む。この鋼から得られた製品では、その表面にＣｒの不働態被膜が形成される。この不働態被膜は、この製品の耐食性に寄与する。
【００１８】
Ｃは、焼入れによりＦｅに固溶する。この固溶により、鋼が強化される。Ｃが固溶した鋼は、高硬度かつ高強度である。さらにＣは、オーステナイト安定化元素である。従ってＣは、後に詳説されるδフェライトの形成を抑制する。換言すれば、Ｃは鋼の耐食性に寄与しうる。これらの観点から、Ｃの含有率は０．１５質量％以上が好ましく、０．１８質量％以上がより好ましく、０．２０質量％以上が特に好ましい。Ｃの含有率が過剰であると、このＣの一部がＦｅに固溶せず、炭化物を形成する。この炭化物は、鋼の耐食性を損なう。耐食性の観点から、Ｃの含有率は０．４０質量％以下が好ましく、０．３５質量％以下がより好ましく、０．３０質量％以下が特に好ましい。
【００１９】
Ｓｉは、鋼の脱酸に寄与しうる。この観点から、Ｓｉの含有率は０．０１質量％以上が好ましく、０．１質量％以上がより好ましく、０．２質量％以上が特に好ましい。鋼が、Ｓｉを実質的に含まなくてもよい。換言すれば、この鋼におけるＳｉの含有率は、０．０以上である。過剰のＳｉは、鋼の冷間加工性を低下させる。冷間加工性の観点から、Ｓｉの含有率は１．０質量％以下が好ましく、０．８質量％以下がより好ましく、０．６質量％以下が特に好ましい。
【００２０】
Ｍｎは、鋼の脱酸に寄与しうる。Ｍｎは、焼入れ前の加熱において、オーステナイトの形成に寄与する。さらにＭｎは、後述されるＮのＦｅへの固溶を促す。これらの観点から、Ｍｎの含有率は０．１質量％以上が好ましく、０．２質量％以上がより好ましく、０．５質量％以上が特に好ましい。過剰のＭｎを含む鋼では、ＭｎＳが形成される。このＭｎＳは、鋼の耐食性を損なう。耐食性の観点から、Ｍｎの含有率は２．０質量％以下が好ましく、１．５質量％以下がより好ましく、１．０質量％以下が特に好ましい。
【００２１】
Ｎｉを含む鋼は、焼入れ及び焼戻しの後の靱性に優れる。この観点から、Ｎｉの含有率は０．０１質量％以上が好ましく、０．１質量％以上がより好ましく、０．２質量％以上が特に好ましい。過剰のＮｉを含む鋼の焼鈍後の硬さは、大きい。この鋼は、冷間加工性に劣る。冷間加工性の観点から、Ｎｉの含有率は０．６０質量％以下が好ましく、０．５５質量％以下がより好ましく、０．５０質量％以下が特に好ましい。
【００２２】
Ｃｒは、前述の通り、鋼の表面において不働態被膜を形成する。この不働態被膜は、塩化物に対する鋼の耐食性に寄与する。耐食性の観点から、Ｃｒの含有率は１２．０質量％以上が好ましく、１２．５質量％以上がより好ましく、１３．０質量％以上が特に好ましい。Ｃｒは、フェライト形成元素である。このＣｒを過剰に含む鋼では、後述されるδフェライトが形成されうる。このδフェライトは、鋼の耐食性を阻害する。耐食性の観点から、Ｃｒの含有率は１７．０質量％以下が好ましく、１６．５質量％以下がより好ましく、１６．０質量％以下が特に好ましい。
【００２３】
Ｍｏを含む鋼では、Ｃｒの不働態被膜が緻密である。Ｍｏは、鋼の耐食性に寄与しうる。耐食性の観点から、Ｍｏの含有率は０．１質量％以上が好ましく、０．５質量％以上がより好ましく、１．０質量％以上が特に好ましい。Ｍｏは、高価である。鋼の低コストのの観点から、Ｍｏの含有率は２．０質量％以下が好ましく、１．８質量％以下がより好ましく、１．７質量％以下が特に好ましい。
【００２４】
Ｃｕを含む鋼は、カルボン酸に対する耐食性に優れる。耐食性の観点から、Ｃｕの含有率は０．１質量％以上が好ましく、０．５質量％以上がより好ましく、０．８質量％以上が特に好ましい。Ｃｕを過剰に含む鋼は、熱間加工性に劣る。熱間加工性の観点から、Ｃｕの含有率は１．５質量％以下が好ましく、１．４質量％以下がより好ましく、１．３質量％以下が特に好ましい。
【００２５】
Ｎを含む鋼は、塩化物に対する耐食性に優れる。耐食性の観点から、Ｎの含有率は０．０７質量％以上が好ましく、０．０８質量％以上がより好ましく、０．１０質量％以上が特に好ましい。Ｎを過剰に含む鋼では、凝固欠陥が生じやすい。凝固欠陥の抑制の観点から、Ｎの含有率は０．１５質量％以下が好ましく、０．１４質量％以下がより好ましく、０．１３質量％以下が特に好ましい。
【００２６】
本発明では、クロム当量Ｃｒｅｑは下記数式（１）で算出され、ニッケル当量Ｎｉｅｑは下記数式（２）で算出される。
Crｅｑ = Cr + 1.37Mo + 1.5Si    （１）
Niｅｑ = Ni + 0．31Mn + 22C + 14.2N + Cu    （２）
【００２７】
本発明に係る鋼では、比（Ｃｒｅｑ／Ｎｉｅｑ）は、１．９１以下である。比（Ｃｒｅｑ／Ｎｉｅｑ）が１．９１以下である鋼では、焼入れ及び焼戻しの後のδフェライトが少ない。この鋼は、耐食性に優れる。この観点から、比（Ｃｒｅｑ／Ｎｉｅｑ）は１．９０以下がより好ましく、１．８９以下が特に好ましい。比（Ｃｒｅｑ／Ｎｉｅｑ）は、１．５０以上が好ましい。
【００２８】
本発明では、ＨＶは、下記数式（３）で算出される。
HV = 59.7 + 39.7C + 79.6N - 1.4Cr - 2.1Mo    （３）
このＨＶは、鋼の硬さと相関する指標である。本発明に係る鋼では、ＨＶは５０．０以上である。ＨＶが５０．０以上である組成を有する鋼では、５０．０以上の硬さＨＲが達成されうる。硬さＨＲは、焼入れ及び焼戻しの後の鋼のロックウェル硬さである。硬さＨＲが５０．０以上である鋼は、強度に優れる。強度の観点から、ＨＶは５３．０以上がより好ましく、５５．０以上が特に好ましい。ＨＶは、６５．０以下が好ましい。
【００２９】
本発明では、ＰＲは、下記数式（４）で算出される。
PR = Cr + 3.3Mo + 16N - 30C    （４）
このＰＲは、塩化物に対する鋼の耐食性と相関する指標である。本発明に係る鋼では、ＰＲは１３．０以上である。ＰＲが１３．０以上である鋼では、塩害環境下で錆が発生しにくい。この観点から、ＰＲは１３．５以上がより好ましく、１４．０以上が特に好ましい。ＰＲは、１６．０以下が特に好ましい。
【００３０】
本発明では、ＧＣＲは、下記数式（５）で算出される。
GCR = 3.6Ni - Cr + 4.7Mo + 11.5Cu + 1.4N - 2.1Mn    （５）
このＧＣＲは、カルボン酸に対する鋼の耐食性と相関する指標である。本発明に係る鋼では、ＧＣＲは−８．０以上である。ＧＣＲが−８．０以上である鋼では、カルボン酸の存在下での腐食が生じにくい。この観点から、ＧＣＲは１．０以上がより好ましく、２．０以上が特に好ましい。ＧＣＲは、９．０以下が好ましい。
【００３１】
この鋼の、焼入れ及び焼戻しがなされた後におけるδフェライトの面積率Ｐｄは、０．５％以下が好ましい。面積率Ｐｄが０．５％以下である鋼は、耐食性に優れる。この観点から、面積率Ｐｄは０．３％以下が好ましく、０．１％以下が特に好ましい。理想的には、面積率Ｐｄは、０．０％である。
【００３２】
面積率Ｐｄは、１００倍に拡大された鋼の顕微鏡写真に基づいて算出される。算出は、画像解析装置によってなされる。
【００３３】
焼入れ及び焼戻しがなされた後における鋼のロックウェル硬さＨＲは、５０．０以上が好ましい。硬さＨＲが５０．０以上である鋼は、強度に優れる。この観点から、硬さＨＲは５２．０以上がより好ましく、５４．０以上が特に好ましい。硬さＨＲは、６５．０以下が好ましい。
【００３４】
硬さＨＲは、ロックウェルＣスケールによって測定される。測定は、鋼材の長手方向に対して垂直な断面においてなされる。測定は、この断面の、表面と中心との中間点においてなされる。５回の測定が繰り返され、平均値が算出される。
【００３５】
以下、本発明に係るマルテンサイト系ステンレス鋼からなる製品の製造方法の一例が説明される。まず、所定の組成を有する溶鋼から、鋳造によってビレットが形成される。このビレットに多段圧延が施され、条鋼が得られる。この条鋼に塑性加工、切削加工等が施され、加工品が得られる。この加工品が、高温環境下に保持される。この環境の温度は、通常は１０５０℃以上１３００℃以下である。この加工性が急冷される。換言すれば、加工性に焼入れが施される。この焼入れにより、加工性にマルテンサイト組織が生じる。この成形体に、焼戻しが施される。焼戻し温度は、通常は１００℃以上４００℃以下である。焼戻しでは、加工性が徐冷される。こうして、製品が得られる。この製品は、焼戻しマルテンサイト組織を有している。
【００３６】
本発明に係るマルテンサイト系ステンレス鋼は、強度、塩化物に対する耐食性及びカルボン酸に対する耐食性に優れる。この鋼は、内燃機関の燃料系部品に、特に適している。この燃料系部品としては、例えば、燃料タンク、燃料ポンプ及び吸気用配管が例示される。
【実施例】
【００３７】
以下、実施例によって本発明の効果が明らかにされるが、この実施例の記載に基づいて本発明が限定的に解釈されるべきではない。
【００３８】
真空誘導溶解炉にて、下記の表１及び２に示される組成を有する鋼塊を溶製した。この鋼塊の質量は、１００ｋｇであった。この鋼塊に熱間鍛伸を施し、直径が２０ｍｍであり長さが約１０００ｍｍである円柱状の試験片を得た。この試験片に、焼鈍を施した。焼鈍温度は、８７０℃であった。この試験片に、焼入れを施した。この焼入れでは、１０３０℃の温度下に、試験片が３０分間保持された。この焼入れでは、試験片は油冷された。この試験片に、焼戻しを施した。この焼戻しでは、１８０℃の温度下に、試験片が１時間保持された。この焼戻しでは、試験片が空冷された。
【００３９】
［塩水噴霧試験］
前述の試験片に、温度が３５℃である５％塩化ナトリウム水溶液を噴霧した。１６時間の噴霧の後、試験片に発錆があるか否かを、目視で判定した。この結果が、下記の表３及び４に示されている。
【００４０】
［ギ酸水への浸漬試験］
前述の試験片の質量を測定した。この試験片を、温度が２５℃である５％ギ酸水溶液に浸漬した。２４時間の噴霧の後、試験片の質量を測定し、質量の減少量（腐食減量）を算出した。この結果が、下記の表３及び４に示されている。腐食減量が１０．０ｇ／ｍ２ｈ以下である鋼が、好ましい。
【００４１】
【表１】
2017150045.tif 000002
【００４２】
【表２】
2017150045.tif 000003
【００４３】
【表３】
2017150045.tif 000004
【００４４】
【表４】
2017150045.tif 000005
【００４５】
比較例２６に係る鋼では、オーステナイト安定化元素であるＣの含有率が低いので、δフェライトの面積率Ｐｄが大きい。従ってこの鋼は、塩化物に対する耐食性に劣る。
【００４６】
比較例２７に係る鋼では、Ｃの含有率が高いので、Ｆｅに固溶しないＣが炭化物を形成する。従ってこの鋼は、塩化物に対する耐久性に劣る。
【００４７】
比較例２８に係る鋼は、Ｓｉの含有率が高いので、冷間加工性に劣る。比較例２９に係る鋼は、Ｍｎの含有率が高いので、塩化物に対する耐食性に劣る。比較例３０に係る鋼は、Ｎｉの含有率が高いので、冷間加工性に劣る。比較例３１に係る鋼は、Ｃｒの含有率が低いので、塩化物に対する耐食性に劣る。比較例３２に係る鋼では、Ｃｒの含有率が高いので、δフェライト面積率Ｐｄが大きい。比較例３３に係る鋼は、Ｍｏの含有率が高いので、高価である。比較例３４に係る鋼は、Ｃｕの含有率が低いので、カルボン酸に対する耐食性に劣る。比較例３５に係る鋼は、Ｃｕの含有率が高いので、熱間加工性に劣る。比較例３６に係る鋼は、Ｎの含有率が低いので、塩化物に対する耐食性に劣る。比較例３７に係る鋼では、Ｎの含有率が高いので、凝固欠陥が形成される。比較例３８に係る鋼では、比（Ｃｒｅｑ／Ｎｉｅｑ）が大きいので、δフェライトの面積率Ｐｄが大きい。比較例３９に係る鋼では、ＨＶが小さいので、硬さＨＲが不十分である。比較例４０に係る鋼は、ＰＲが小さいので、塩化物に対する耐食性に劣る。比較例４１に係る鋼は、ＧＣＲが小さいので、カルボン酸に対する耐食性に劣る。
【００４８】
一方、実施例１−２５に係るマルテンサイト系ステンレス鋼は、諸性能に優れている。この評価結果から、本発明の優位性は明かである。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明に係るマルテンサイト系ステンレス鋼は、強度と耐食性とが要求される種々の用途に適している。