(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
組成が、
Ｃ：０．０５〜２ｗｔ％
Ｍｎ＋Ｎｉ：６〜２０ｗｔ％
Ｃｒ：１５〜２８ｗｔ％
Ｗ：９〜２８ｗｔ％
Ｎ：０．１〜０．３ｗｔ％
Ｆｅ：残部
であることを特徴とする硬質ステンレス鋼。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐かじり特性に優れた硬質ステンレス鋼に係り、特に、Ｗを含む硬質ステンレス鋼に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、耐かじり特性に優れた材料として、コバルト基ステライトが知られている。コバルト基ステライトは、ＣｏにＣｒ，Ｎｉ，ＷおよびＣ等を添加した耐摩耗性材料であり、様々な機械装置部品、特に室温あるいは高温での耐かじり特性が高度に要求される部材に幅広く用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、コバルト基ステライトは、Ｃｏが偏った地域にしか産出しないと共に年間生産量が約２万トン程度のレアメタルであるため高価であり、コスト上採用しずらい場合がある。また、コバルト基ステライトは、Ｃｏが放射化元素であるため、原子力機器（バルブ等）への適用は適さない。
【０００４】
すなわち、コバルト基ステライトを原子力機器に使用すると、Ｃｏが中性子照射を受けてＣｏ−６０という放射性同位元素になるため、作業員の被爆が問題になる。また、コバルト基ステライトを原子炉（軽水炉）の一次冷却水系のバルブに用いた場合、一次冷却水は高温高圧で循環されているため、３００℃程度における耐かじり特性が特に要求される。
【０００５】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、Ｃｏを含有しない３００℃程度の高温における耐かじり特性に優れた硬質ステンレス鋼を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく本発明に係る硬質ステンレス鋼は、
組成が、
Ｃ：０．０５〜２ｗｔ％
Ｍｎ＋Ｎｉ：６〜２０ｗｔ％
Ｃｒ：１５〜２８ｗｔ％
Ｗ：９〜２８ｗｔ％
Ｎ：０．１〜０．３ｗｔ％
Ｆｅ：残部
であるものである。
【０００７】
なお、ｗｔ％は、重量％を表す。
【０００８】
【発明の実施の形態】
Ｃは、オーステナイト組織安定化に有効な元素であり、高温（２００〜３００℃程度、以下同じ）における耐かじり特性向上に寄与する。ここで、Ｃが０．０５ｗｔ％より少ないと鋼を硬化する効果がなく、Ｃが２ｗｔ％より多いと過剰な硬化により溶接割れや脆性破壊を起こす。よって、Ｃを０．０５〜２ｗｔ％とした。
【０００９】
Ｍｎは、オーステナイト組織安定化に有効であると共に、加工硬化に効果がある元素である。Ｎｉは、Ｍｎより更にオーステナイト組織安定化に有効であると共に、多量のフェライト組織の生成を抑制する元素である。ここで、Ｍｎ＋Ｎｉが６ｗｔ％より少ないと、多量のフェライト組織が生成されてしまう。また、Ｍｎ＋Ｎｉが２０ｗｔ％より多いと、鋼の硬化と溶接性とに寄与する２〜１０ｖｏｌ％のフェライト組織の生成が抑制されてしまう。よって、Ｍｎ＋Ｎｉを６〜２０ｗｔ％とした。
【００１０】
なお、ＭｎはＮｉ量との関係で０％となってもよく、ＮｉはＭｎ量との関係で０％となってもよい。但し、Ｍｎは、少なすぎると加工硬化に効果がなく、多すぎると加工性が悪化すると共に鋼の脆性が生じる点に留意する必要がある。また、ｖｏｌ％は、容積％である。
【００１１】
Ｓｉは、鋼に通常含まれる元素である。Ｓｉが２．５ｗｔ％より多いと多量の金属間化合物の析出により鋼の脆性が生じる。また、Ｓｉは全く含まれてなくとも高温における耐かじり特性上特に問題ない。よって、Ｓｉを０〜２．５ｗｔ％とすることが好ましい。
【００１２】
Ｃｒは、耐蝕性を向上させるのに有効な元素である。Ｃｒが１５ｗｔ％より少ないと析出強化に硬化がなく、Ｃｒが２８ｗｔ％より多いと鋼の脆化が生じる。よって、Ｃｒを１５〜２８ｗｔ％とした。
【００１３】
Ｗは、高温における耐かじり特性向上に関し、Ｃ以上に寄与する元素である。Ｗが９ｗｔ％より少ないと耐かじり特性に寄与せず、Ｗが２８ｗｔ％より多いと金属間化合物が多量に析出して鋼が脆くなる。よって、Ｗを９〜２８ｗｔ％とした。
【００１４】
Ｎは、Ｃと同様の機能を有すると共にχ相を安定化させる元素である。Ｎが０．３ｗｔ％より多いとχ相の生成が抑制されて軟らかくなってしまう。よって、Ｎを０．１〜０．３ｗｔ％とした。
【００１５】
Ｆｅは、不可避不純物を含んでいてもよい。
【００１６】
【実施例】
（実施例１）
実施例１に係る硬質ステンレス鋼の組成は、
0003750275.tif 000002
である。
【００１７】
この硬質ステンレス鋼（Fe-19Cr-8Mn-3Ni-13W-0.45C-0.1N）は、特許請求の範囲に記載された元素の組成範囲からなり、以下実施例１という。
【００１８】
（実施例２）
実施例２に係る硬質ステンレス鋼の組成は、
0003750275.tif 000003
である。
【００１９】
この硬質ステンレス鋼（Fe-18Cr-7Mn-2.5Ni-18W-0.45C-0.1N）は、特許請求の範囲に記載された元素の組成範囲からなり、以下実施例２という。
【００２０】
（比較材）
比較材に係る硬質ステンレス鋼の組成は、
0003750275.tif 000004
である。
【００２１】
この硬質ステンレス鋼は、特許請求の範囲に記載された元素の組成範囲からＷが外れており（Ｗ：９〜２８ｗｔ％）、以下比較材という。
【００２２】
（従来材）
従来材には、以前から広く用いられている公知のコバルト基ステライトを採用した。
【００２３】
以上の実施例１、実施例２、比較材および従来材を用いて、図１に示すような直径４ｍｍ長さ２５ｍｍのピン１と、１０ｍｍ×１０ｍｍ×８ｍｍの角ディスク２とをそれぞれ製作し、それぞれかじり試験を行った。
【００２４】
試験は、ピン１に負荷する荷重Ｐを３８０kgf （ピンの荷重は約３０kgf ／ｍｍ2 となる）、温度を３００℃とし、角ディスク２の載置台３をピン１の保持部材４を回転固定した状態で矢印５のように回転させて行う。なお、ピン１と角ディスク２とは勿論共材である。
【００２５】
耐かじり特性の評価は、試験の前後の角ディスク２のピン１接触部の中心線平均粗さ（以下Ｒａという）を測定し、ΔＲａ＝試験後のＲａ−試験前のＲａを算出して行う。ΔＲａが大きければ耐かじり特性が悪く、ΔＲａが小さければ耐かじり特性がよいということになる。
【００２６】
試験結果を表１に示す。
【００２７】
【表１】
0003750275.tif 000005
【００２８】
表１から明らかなように、実施例１および実施例２は、従来材（コバルト基ステライト）よりも遥かにΔＲａが小さく、耐かじり特性がコバルト基ステライトより良好であることが証明された。特に、実施例２は実施例１より３倍以上耐かじり特性が良く、これは実施例２と実施例１の組成の成分割合を考察すると、Ｗが耐かじり特性向上に効果的であることが分かる。
【００２９】
また、実施例１および実施例２と同じ元素を有するがその組成割合が特許請求の範囲から逸脱する比較材は、実施例１および実施例２に比べて大幅にΔＲａが大きく、耐かじり特性が悪い。よって、実施例１，２と同じ元素を含んでいてもその組成の割合が特許請求の範囲から逸脱すると、大幅に耐かじり特性が悪化してしまうことが分かる。
【００３０】
また、実施例１および実施例２は、従来材のようにＣｏを含んでいないため、原子炉（軽水炉）の一次冷却水系（高温高圧）のバルブに用いた場合に、中性子照射を受けても放射化（コバルト−６０化）することはなく、原子力機器の材料に特に適している。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、Ｃｏを含有しない３００℃程度の高温における耐かじり特性に優れた硬質ステンレス鋼を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】かじり試験装置を示す斜視図である。
【符号の説明】
１  ピン（硬質ステンレス鋼）
２  角ディスク（硬質ステンレス鋼）
【図１】
0003750275.tif 000006