(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ：０．００５〜０．０５％、
Ｓｉ：０．５％以下、
Ｍｎ：０．５％以下、
Ｃｒ：１６．００〜１９．００％、
Ｎｂ：０．１０％超〜０．２７％、
Ｎ：０．００５〜０．０５％、
Ａｌ：０．００１〜０．１０％、
Ｓ：０．０１％以下、
Ｃ＋Ｎ：＞０．０２４％
残部がＦｅおよび不可避不純物からなり、且つ１＜Ｎｂ／（Ｃ＋Ｎ）＜２５であることを特徴とする冷鍛性、高温加熱後の耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼。
【請求項２】
質量％で、
Ｔｉ：０．０５％以下、
Ｂ：０．０１％以下
を１種または２種を含有した請求項１に記載の、冷鍛性、高温加熱後の耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種プラント部品、産業機械部品、精密機械部品および自動車部品等の材料として用いられる、冷鍛性、高温加熱後の耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼を提供する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、各種プラント、産業機械、精密機械および自動車部品には、１７Ｃｒ系のフェライト系ステンレス鋼が使用されており、切削による成形が主流であったために、快削元素であるＳを含有したＳＵＳ４３０Ｆを用いていた。ところが、複雑形状を呈する部品は切削による削り代が大きく歩留まりが悪いため、コストダウンを目的として冷鍛による成形が行われるようになった。これに伴い材料もそれほど快削性を求められなくなり、ＳＵＳ４３０Ｆから快削元素を含まないＳＵＳ４３０へと変更された。
【０００３】
しかしながら、汎用のＳＵＳ４３０は変形抵抗が高いため、必ずしも冷鍛性に優れているとは言えず、変形抵抗を低下させるためＣやＮを低減させると結晶粒の粗大化を招き、かえって冷鍛性を悪化させる結果となっていた。このため、例えば特開平１１−２１６５６号公報では、変形抵抗の低下と割れ感受性を高める析出物の制御を目的として、ＣおよびＮを低減し、且つこれらの有害元素を固定するためにＴｉとＮｂを適量複合添加することにより、冷鍛性に優れた材料を得るとしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが最近では、ニアネットシェイプ型のような厳しい冷間加工や、コスト削減のため工程の中間焼鈍なしの過酷な冷間加工が増加しており、より優れた冷鍛性が要求されるようになっている。上記特許の内容では、ＴｉとＮｂを複合適量添加することにより冷鍛性を改善するとしているが、ＴｉはＮｂよりもＣおよびＮと親和力が強いため析出物を生成しやすく、Ｔｉ系析出物はＮｂ系析出物に比べて巨大で角型の形状を呈しているため、割れの起点になりやすい。このため、ＴｉとＮｂの複合添加では、過酷な冷間加工に対して、必要とされる冷鍛性を確保したフェライト系ステンレス鋼を得るには不十分である。
【０００５】
また、部品の接合時に行う溶接等の影響によって、材料自身が８００℃以上に加熱された場合、冷却後の接合部において、鋭敏化による粒界腐食が生じることがあり、高温加熱後の優れた耐食性も必要とされるが、ＴｉとＮｂ各０．１０％以下の少量の添加では十分な耐食性は得られない。そこで、本発明の目的は、冷鍛性および高温加熱後の耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するにあたり、本発明者らが鋭意研究を進めた結果、ＣとＮを低減させ、更に、これらの元素を固定するためにＮｂ単独添加とすることで最も優れた冷鍛性が得られることを見出した。更に、Ｎｂ添加の範囲について特開平１１−２１６５６号公報では０．０１〜０．１０％としているが、０．１０％超〜０．５０％とすることで、冷鍛性の改善に加え、８００℃以上の高温加熱後の耐食性にも優れた材料となることも見出した。ＴｉとＮｂの複合添加に比べＮｂのみの添加の場合、微細なＮｂ系析出物が均等に粒内に点在するため、結晶粒の成長抑制による冷鍛性向上の効果も大きく、Ｃを固定し、鋭敏化抑制による高温加熱後の耐食性向上も効果的に行われているといえる。また、ＴｉはＣ，Ｎを固定するには強力元素であるが、割れの起点となる巨大析出物を生成する可能性が高いため、無添加または制限添加とすることが好ましい。このような条件とすることで、優れた冷鍛性、高温加熱後の耐食性を有するフェライト系ステンレス鋼を得る。
【０００７】
すなわち、本発明の要旨とするところは、
（１）質量％で、Ｃ：０．００５〜０．０５％、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：０．５％以下、Ｃｒ：１６．００〜１９．００％、Ｎｂ：０．１０％超〜０．２７％、Ｎ：０．００５〜０．０５％、Ａｌ：０．００１〜０．１０％、Ｓ：０．０１％以下、Ｃ＋Ｎ：＞０．０２４％、残部がＦｅおよび不可避不純物からなり、且つ１＜Ｎｂ／（Ｃ＋Ｎ）＜２５であることを特徴とする冷鍛性、高温加熱後の耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼。（２）質量％で、Ｔｉ：０．０５％以下、Ｂ：０．０１％以下を１種または２種を含有した上記（１）に記載の、冷鍛性、高温加熱後の耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼にある。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明鋼の成分限定理由について説明する。
ＣおよびＮ：０．００５〜０．０５％
ＣおよびＮは、Ｎｂと炭化物を形成し、結晶粒の粗大化を抑制するため、０．００５％以上必要であるが、多量になると冷鍛性や耐食性を劣化させるため、上限を０．０５％とした。さらに望ましくは、Ｃ、Ｎともに上限０．０３％である。
Ｃ＋Ｎ：＞０．０２％
ＣおよびＮが上記成分範囲内であっても、Ｃ＋Ｎ量が０．０２％以下の場合では、結晶粒の成長を抑制するのに必要な炭窒化物が不足するため、０．０２％超とした。
【０００９】
Ｓｉ：０．５０％以下
Ｓｉは、脱酸に有効な元素であるが、多量になると固溶強化し冷鍛性を悪化させるため、上限は０．５０％とした。
Ｍｎ：０．５０％
Ｍｎは、Ｓｉと同様に脱酸元素であるが、多量になると冷鍛性、耐食性を劣化させるため、上限を０．５０％とした。
【００１０】
Ｓ：０．０１％以下
Ｓは、Ｍｎ，Ｃｒ等と硫化物を生成し被削性を向上させるが、多量になると冷鍛性、耐食性を劣化させるため、上限を０．０１％とした。
Ｃｒ：１６．００〜１９．００％
Ｃｒは、フェライト層を安定させ、耐食性向上に有効な元素であるが、１６．００％未満では耐食性改善効果が得られず、１９．００％を超えると冷鍛性を劣化させるため、その範囲を１６．００〜１９．００％とした。
【００１１】
Ｎｂ：０．１０％超〜０．２７％
Ｎｂは、ＣやＮを固定して炭化物や窒化物を生成し、結晶粒を微細化させて冷鍛性を向上するとともに、Ｃｒ系炭窒化物の粒界析出を抑制するため、耐食性の改善にも効果的である。これらの効果を得るためには、少なくとも０．１０％の添加が必要であり、０．２７％を超えると冷鍛性を劣化させるため、その範囲を０．１０％超〜０．２７％とした。
【００１２】
Ａｌ：０．００１〜０．１０％
Ａｌは、脱酸に有効な元素であるが、硬質の球状酸化物を生成しやすい。０．００１％未満では脱酸の効果が得られず、０．１０％を超えると球状酸化物が増加して表面疵が発生し、冷鍛性も劣化するため、その範囲を０．００１〜０．１０％とした。
Ｔｉ：０．０５％以下
Ｔｉ系炭窒化物はＮｂ系炭窒化物よりも添加量の増加に伴って巨大になりやすく、角型をしているため冷鍛性の劣化させる可能性が高くなる。Ｔｉは無添加とし、不純物レベルで含有するＴｉでも０．０５％を超えてしまうと冷鍛性が損なわれるため、その上限を０．０５％とした。
【００１３】
Ｏ：０．００５％以下
Ｏは多量になると、酸化物が多くなり冷鍛性に有害であるため、少ない方がよく、好ましくは、その上限を０．００５％とする。
Ｂ：０．０１％以下
Ｂは粒界強度を上昇させるが、多量の添加は加工性を劣化させるため、上限を０．０１０％とした。
【００１４】
１＜Ｎｂ／（Ｃ＋Ｎ）＜２５
ＣおよびＮ量がＮｂ量に対して多すぎた場合は、ＣおよびＮがＮｂによって十分に固定されないため、耐食性は改善されない。また、ＣおよびＮ量がＮｂ量に対して少なすぎた場合は、Ｎｂが過剰になり固溶してマトリクスを硬化させるため、冷鍛性を劣化させる。よって、Ｃ及びＮ量とそれらを固定するＮｂ量の比率は重要であり、１＜Ｎｂ／（Ｃ＋Ｎ）＜２５とした。
【００１５】
【実施例】
表１に供試材の化学成分を示す。
冷鍛性については、変形抵抗、切欠限界据込で評価を行った。変形抵抗はφ１４ｍｍ×高さ２１ｍｍの棒状試験片を用い、据込率（Ｈ0 −Ｈ／Ｈ0 ）×１００（％）が４０％のときの値が７００ＭＰａ以下のものを○、７００ＭＰａ〜７５０ＭＰａを△、７５０ＭＰａ以上を×とした。切欠限界据込率はφ１４ｍｍ×高さ２１ｍｍのノッチ付き試験片を用い、限界割れが生じるまでの限界据込率を測定した。測定を１０回繰り返し行って平均値を計算し、据込率７５％以上のものを○、７０〜７５％を△、７０％以下を×とした。
【００１６】
また、高温加熱後の耐食性については、据込率５０％の冷間加工後、１０００℃−５ｓ保持（降温：１０℃／ｓ）の熱処理を施した試験片を用いて、塩水噴霧試験（５％ＮａＣｌ、３５℃−１６ｈ）を実施し評価を行った。素材ままの耐食性に優れていても高温加熱後の耐食性が劣る場合には、用途上、耐久性が低いとされてしまう。評価は、発銹なしが○、やや発銹が△、発銹ありが×とした。
【００１７】
【表１】
0003842112.tif 000002
【００１８】
【表２】
0003842112.tif 000003
【００１９】
表２に各種試験結果を示す。Ｎｏ．１〜６の本発明鋼は変形抵抗、限界据込率、高温加熱後の耐食性の全てに優れており、良好な結果である。一方、比較鋼７は、Ｎｂ添加が０．１％以下、かつＮｂ／（Ｃ＋Ｎ）＜１であり、ＣおよびＮの固定が十分にされていないため、限界据込率と高温加熱後の耐食性が悪化している。比較鋼８は、Ｔｉが０．０５％を超えているため、限界据込率が劣化し、高温加熱後の耐食性においても若干劣っている。Ｔｉは無添加とし、含有される場合でも、０．０５％以下と制限することが必要である。また、比較鋼９は成分は満足しているが、Ｃ＋Ｎが０．０２４％以下、かつＮｂ／（Ｃ＋Ｎ）＞２５であり、ＣおよびＮに対するＮｂが過剰になっているため、比較鋼８と同等の結果である。
【００２０】
比較鋼１０は、ＣおよびＮが高いため変形抵抗が高く、Ｎｂ無添加でＣが固定されないためＣｒ系の粒界析出炭化物が多く、高温加熱後の耐食性にも劣っている。比較鋼１１はＳやＭｎが高く硫化物を生成しやすいため、冷鍛性、高温加熱後の耐食性の劣化が著しい。比較鋼１２は比較鋼１０と同様にＮｂ無添加であるが、Ｃが低いため変形抵抗のみ若干良好である。ＴｉとＮｂを複合添加した比較鋼１３は、Ｃが低いため変形抵抗は良好であるが、限界据込率、高温加熱後の耐食性については、若干劣っている。
【００２１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明は、各種プラント、産業機械、精密機械および自動車部品等の材料として用いられる、冷鍛性と高温加熱後の耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼を提供できる。