特許 6987651 熱間加工性に優れ、サブゼロ処理を要しない高硬度析出硬化型ステンレス鋼

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6987651

(24)【登録日】2021年12月3日

(45)【発行日】2022年1月5日

(54)【発明の名称】熱間加工性に優れ、サブゼロ処理を要しない高硬度析出硬化型ステンレス鋼

(51)【国際特許分類】

   C22C 38/00 20060101AFI20211220BHJP

   C22C 38/50 20060101ALI20211220BHJP

   C22C 38/60 20060101ALI20211220BHJP

   C21D 6/00 20060101ALI20211220BHJP

【ＦＩ】

   C22C38/00 302Z

   C22C38/50

   C22C38/60

   C21D6/00 102J

   C21D6/00 102R

【請求項の数】4

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2018-8811(P2018-8811)

(22)【出願日】2018年1月23日

(65)【公開番号】特開2019-127613(P2019-127613A)

(43)【公開日】2019年8月1日

【審査請求日】2020年11月16日

(73)【特許権者】

【識別番号】000180070

【氏名又は名称】山陽特殊製鋼株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100101085

【弁理士】

【氏名又は名称】横井 健至

(74)【代理人】

【識別番号】100134131

【弁理士】

【氏名又は名称】横井 知理

(74)【代理人】

【識別番号】100185258

【弁理士】

【氏名又は名称】横井 宏理

(72)【発明者】

【氏名】渕上 太一

【審査官】 河野 一夫

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１７−０７８１９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−１７１８５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−２５５７３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−１１２８５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１６１３４３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２２Ｃ ３８／００

Ｃ２２Ｃ ３８／５０

Ｃ２２Ｃ ３８／６０

Ｃ２１Ｄ ６／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

質量％で、Ｃ：０．０１〜０．１０％、Ｓｉ：０．３０〜２．００％、Ｍｎ：０．０１〜１．００％、Ｎｉ：４．００〜９．００％、Ｃｒ：８．００〜１４．５０％、Ｍｏ：０．１０〜２．００％、Ｃｕ：０．５０〜４．００％、Ｔｉ：０．５０〜３．５０％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなり、下記の式（１）および式（２）を満足し、硬さが５５ＨＲＣ以上、残留オーステナイト量が１％以下、熱間引張試験（グリーブル試験）における絞り６０％以上となる温度が１００℃以上であることを特徴とする製造性に優れた高硬度析出硬化型ステンレス鋼。
５．００≦Ｎｉ_eq≦９．５０・・・式（１）
Ｎｉ_eq≦−０．８３×Ｃｒ_eq＋２５．５・・・式（２）
ただし、Ｎｉ_eq＝［％Ｎｉ］＋３０×（［％Ｃ］＋［％Ｎ］）＋０．５×［％Ｍｎ］＋０．３×［％Ｃｕ］で、Ｃｒ_eq＝［％Ｃｒ］＋［％Ｍｏ］＋１．５×［％Ｓｉ］＋０．５×［％Ｎｂ］でる。
なお、上記の［％Ｍ］には、いずれも対応する元素の含有量の数値（質量％）が代入される。

【請求項2】

請求項１の化学成分に加えて、質量％で、Ａｌ：０．００１〜０．１５０％、Ｎｂ：０．０１〜２．００％、Ｎ：０．００２〜０．０５０％、およびＳ：０．００１〜０．１００％から選択したいずれか１種または２種以上を含有し、ただし、請求項１の化学成分の中のＣｒについては、Ｃｒ：８．００〜１３．００％未満とし、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなり、下記の式（１）および式（２）を満足し、硬さが５５ＨＲＣ以上、残留オーステナイト量が１％以下、熱間引張試験（グリーブル試験）における絞り６０％以上となる温度が１００℃以上であることを特徴とする製造性に優れた高硬度析出硬化型ステンレス鋼。
５．００≦Ｎｉ_eq≦９．５０・・・式（１）
Ｎｉ_eq≦−０．８３×Ｃｒ_eq＋２５．５・・・式（２）
ただし、Ｎｉ_eq＝［％Ｎｉ］＋３０×（［％Ｃ］＋［％Ｎ］）＋０．５×［％Ｍｎ］＋０．３×［％Ｃｕ］で、Ｃｒ_eq＝［％Ｃｒ］＋［％Ｍｏ］＋１．５×［％Ｓｉ］＋０．５×［％Ｎｂ］である。
なお、上記の［％Ｍ］には、いずれも対応する元素の含有量の数値（質量％）が代入される。

【請求項3】

請求項１の化学成分に加えて、質量％で、Ｃａ：０．０００１〜０．０２５０％、Ｍｇ：０．０００１〜０．０２５０％、Ｂ：０．０００１〜０．０２５０％から選択したいずれか１種または２種以上を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなり、下記の式（１）および式（２）を満足し、硬さが５５ＨＲＣ以上、残留オーステナイト量が１％以下、熱間引張試験（グリーブル試験）における絞り６０％以上となる温度が１００℃以上であることを特徴とする製造性に優れた高硬度析出硬化型ステンレス鋼。
５．００≦Ｎｉ_eq≦９．５０・・・式（１）
Ｎｉ_eq≦−０．８３×Ｃｒ_eq＋２５．５・・・式（２）
ただし、Ｎｉ_eq＝［％Ｎｉ］＋３０×（［％Ｃ］＋［％Ｎ］）＋０．５×［％Ｍｎ］＋０．３×［％Ｃｕ］で、Ｃｒ_eq＝［％Ｃｒ］＋［％Ｍｏ］＋１．５×［％Ｓｉ］＋０．５×［％Ｎｂ］である。
なお、上記の［％Ｍ］には、いずれも対応する元素の含有量の数値（質量％）が代入される。

【請求項4】

請求項１の化学成分に加えて、質量％で、Ａｌ：０．００１〜０．１５０％、Ｎｂ：０．０１〜２．００％、Ｎ：０．００２〜０．０５０％、Ｓ：０．００１〜０．１００％から選択したいずれか１種または２種以上を含有し、さらに、Ｃａ：０．０００１〜０．０２５０％、Ｍｇ：０．０００１〜０．０２５０％、Ｂ：０．０００１〜０．０２５０％から選択したいずれか１種または２種以上を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなり、下記に記載の式（１）および式（２）を満足し、硬さが５５ＨＲＣ以上、残留オーステナイト量が１％以下、熱間引張試験（グリーブル試験）における絞り６０％以上となる温度が１００℃以上であることを特徴とする製造性に優れた高硬度析出硬化型ステンレス鋼。
５．００≦Ｎｉ_eq≦９．５０・・・式（１）
Ｎｉ_eq≦−０．８３×Ｃｒ_eq＋２５．５・・・式（２）
ただし、Ｎｉ_eq＝［％Ｎｉ］＋３０×（［％Ｃ］＋［％Ｎ］）＋０．５×［％Ｍｎ］＋０．３×［％Ｃｕ］で、Ｃｒ_eq＝［％Ｃｒ］＋［％Ｍｏ］＋１．５×［％Ｓｉ］＋０．５×［％Ｎｂ］である。
なお、上記の［％Ｍ］には、対応する元素の含有量の数値（質量％）が代入される。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この出願は、プロペラシャフト、ドライブシャフト、軸受およびロールなどの高硬度、高耐食性が求められる部材として使用するためのステンレス鋼に関し、特に熱間加工性に優れ、サブゼロ処理を要しない高硬度析出硬化型ステンレス鋼に関する。

【背景技術】

【0002】

析出硬化型ステンレス鋼は、ステンレス鋼としての耐食性に加えて、析出硬化による強度を付与したものであり、基質組織によってマルテンサイト系、セミマルテンサイト系、オーステナイト系に分類される。オーステナイト系は非磁性用途に使用できる。マルテンサイト系、セミマルテンサイト系は、オーステナイトに固溶し、マルテンサイトにはほとんど溶解度をもたない金属または化合物をマルテンサイト変態後にマルテンサイト地より析出させるものである。マルテンサイト変態と析出硬化とを組み合わせて利用する点に特長がある。

【0003】

析出硬化型ステンレス鋼としては、Ｃ≦０．０５ｍａｓｓ％、０．５≦Ｓｉ＜２．０ｍａｓｓ％、Ｍｎ≦１．５０ｍａｓｓ％、２．０≦Ｃｕ≦５．０ｍａｓｓ％、２．０≦Ｎｉ＜７．０ｍａｓｓ％、１０．０≦Ｃｒ≦１５．０ｍａｓｓ％、１．０≦Ｃｏ≦５．０ｍａｓｓ％、２．０＜Ｍｏ≦５．０ｍａｓｓ％、０．５＜Ｔｉ≦３．０ｍａｓｓ％、及び、Ｎ≦０．０５ｍａｓｓ％を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、Ｓｉ＋Ｔｉ＋Ｃｏ≧４．５及びＳｉ／Ｍｏ≦０．７を満たす析出硬化型ステンレス鋼が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
この特許文献１は、所定の元素を含む鋼中に、Ｃｕを添加すると、固溶化熱処理および時効処理によりε−Ｃｕ相およびＧ相を析出させることにより硬度を増し、さらに質量比でＳｉ／Ｍｏ比を最適化することにより熱間加工性を向上させようとしている。もっとも、この特許は、鋼の成分としてＣｏが必須元素とされている。またＳｉ／Ｍｏ≦０．７を満足させることにより、熱間加工性を改善しようとしているが、さらに一層の熱間加工性の向上を図った析出硬化型ステンレス鋼の開発や、またＣｏやＭｏなどの高価な元素の使用をできるだけ減らすことが求められている。

【0004】

一方、本願の出願人は、質量％で、Ｃ：０．０１〜０．１０％、Ｓｉ：０．３０〜２．００％、Ｍｎ：０．０１〜１．００％、Ｐ：０．０４０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｎｉ：４．０〜９．０％、Ｃｒ：１３．０〜２２．０％、Ｍｏ：０．２０〜２．００％、Ｃｕ：０．６０〜４．００％、Ｔｉ：０．５０〜３．５０％、Ｎｂ：０．０１〜２．００％、Ｎ：０．０５０％以下を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる、耐食性および製造性に優れた高硬度ステンレス鋼に関する特許出願をしている（特許文献２参照。）。この特許文献２には、高硬度および高耐食性を両立させ、かつ、高硬度が得られる熱処理範囲が広いことに着目した記載があり、耐食性を向上させるためにＣｒを１３．０％以上必要としている。しかしながら、この特許文献２では、残留オーステナイトをマルテンサイト変態させるために、−２０℃ないし−９０℃に１０分以上保持したサブゼロ処理を要しており、製造にコストが掛かるものであった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第５８８７８９６号公報

【特許文献2】特開２０１７−７８１９５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

高硬度材が必要とされる用途では、マルテンサイト系ステンレス鋼であるＳＵＳ４２０などが用いられている。ところがマルテンサイト系ステンレス鋼はＣ含有量が相対的に多く、耐食性が低い。それに比べて、ＳＵＳ６３０などの析出硬化型ステンレス鋼は、耐食性に優れているものの、硬度が低いという問題がある。そこで、従来これを両立させるための調整が試みられてきたが十分ではなく、さらなる熱間加工性の向上や、またＣｏやＭｏなどの高価な元素をできるだけ減らすことが求められている。また、Ｍｓ点（マルテンサイト変態開始温度）が低いと残留オーステナイトが生成して硬さが低くなるため、それを回避するべくサブゼロ処理を用いることもある。しかし、サブゼロ処理ではドライアイスや液体窒素などの冷却剤を用いて冷却することから、非常にコストが掛かるという問題がある。

【0007】

そこで、本願が解決しようとする課題は、上記のようなサブゼロ処理を不要とし、かつ熱間加工性を向上させることで、製造性に優れた、高硬度析出硬化型のステンレス鋼を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記の課題を解決するための手段の、第１の手段では、質量％で、Ｃ：０．０１〜０．１０％、Ｓｉ：０．３０〜２．００％、Ｍｎ：０．０１〜１．００％、Ｎｉ：４．００〜９．００％、Ｃｒ：８．００〜１４．５０％、Ｍｏ：０．１０〜２．００％、Ｃｕ：０．５０〜４．００％、Ｔｉ：０．５０〜３．５０％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなり、下記の式（１）および式（２）を満足し、硬さが５５ＨＲＣ以上、残留オーステナイト量が１％以下、熱間引張試験（グリーブル試験）における絞り（ＲＡ）が６０％以上となる温度の範囲が１００℃以上であることを特徴とする製造性に優れた高硬度析出硬化型ステンレス鋼である。
５．００≦Ｎｉ_eq≦＜９．５０・・・式（１）
Ｎｉ_eq≦−０．８３×Ｃｒ_eq＋２５．５・・・式（２）
ただし、Ｎｉ_eq＝［％Ｎｉ］＋３０×（［％Ｃ］＋［％Ｎ］）＋０．５×［％Ｍｎ］＋０．３×［％Ｃｕ］であり、Ｃｒ_eq＝［％Ｃｒ］＋［％Ｍｏ］＋１．５×［％Ｓｉ］＋０．５×［％Ｎｂ］である。
なお、上記の［％Ｍ］には、いずれも対応する元素の含有量の数値（質量％）が代入される。

【0009】

第２の手段では、第１の手段の化学成分に加えて、質量％で、Ａｌ：０．００１〜０．１５０％、Ｎｂ：０．０１〜２．００％、Ｎ：０．００２〜０．０５０％、およびＳ：０．００１〜０．１００％から選択したいずれか１種または２種以上を含有し、ただし、第１の手段の化学成分の中のＣｒについては、Ｃｒ：８．００〜１３．００％未満とし、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなり、下記の式（１）および式（２）を満足し、硬さが５５ＨＲＣ以上、残留オーステナイト量が１％以下、熱間引張試験（グリーブル試験）における絞り（ＲＡ）が６０％以上となる温度の範囲が１００℃以上であることを特徴とする製造性に優れた高硬度析出硬化型ステンレス鋼である。
５．００≦Ｎｉ_eq≦９．５０・・・式（１）
Ｎｉ_eq≦−０．８３×Ｃｒ_eq＋２５．５・・・式（２）
ただし、Ｎｉ_eq＝［％Ｎｉ］＋３０×（［％Ｃ］＋［％Ｎ］）＋０．５×［％Ｍｎ］＋０．３×［％Ｃｕ］であり、Ｃｒ_eq＝［％Ｃｒ］＋［％Ｍｏ］＋１．５×［％Ｓｉ］＋０．５×［％Ｎｂ］である。
なお、上記の［％Ｍ］には、いずれも対応する元素の含有量の数値（質量％）が代入される。

【0010】

第３の手段では、第１の手段の化学成分に加えて、質量％で、Ｃａ：０．０００１〜０．０２５０％、Ｍｇ：０．０００１〜０．０２５０％、Ｂ：０．０００１〜０．０２５０％から選択したいずれか１種または２種以上を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなり、下記に記載の式（１）および式（２）を満足し、硬さが５５ＨＲＣ以上、残留オーステナイト量が１％以下、熱間引張試験（グリーブル試験）における絞り（ＲＡ）が６０％以上となる温度の範囲が１００℃以上であることを特徴とする製造性に優れた高硬度析出硬化型ステンレス鋼である。
５．００≦Ｎｉ_eq≦９．５０・・・式（１）
Ｎｉ_eq≦−０．８３×Ｃｒ_eq＋２５．５・・・式（２）
ただし、Ｎｉ_eq＝［％Ｎｉ］＋３０×（［％Ｃ］＋［％Ｎ］）＋０．５×［％Ｍｎ］＋０．３×［％Ｃｕ］であり、Ｃｒ_eq＝［％Ｃｒ］＋［％Ｍｏ］＋１．５×［％Ｓｉ］＋０．５×［％Ｎｂ］である。
なお、上記の［％Ｍ］には、いずれも対応する元素の含有量の数値（質量％）が代入される。

【0011】

第４の手段では、第１の手段の化学成分に加えて、質量％で、Ａｌ：０．００１〜０．１５０％、Ｎｂ：０．０１〜２．００％、Ｎ：０．００２〜０．０５０％、Ｓ：０．００１〜０．１００％から選択したいずれか１種または２種以上を含有し、さらに、質量％で、Ｃａ：０．０００１〜０．０２５０％、Ｍｇ：０．０００１〜０．０２５０％、Ｂ：０．０００１〜０．０２５０％から選択したいずれか１種または２種以上を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなり、下記に記載の式（１）および式（２）を満足し、硬さが５５ＨＲＣ以上、残留オーステナイト量が１％以下、熱間引張試験（グリーブル試験）における絞り（ＲＡ）が６０％以上となる温度の範囲が１００℃以上であることを特徴とする製造性に優れた高硬度析出硬化型ステンレス鋼である。
５．００≦Ｎｉ_eq≦９．５０・・・式（１）
Ｎｉ_eq≦−０．８３×Ｃｒ_eq＋２５．５・・・式（２）
ただし、Ｎｉ_eq＝［％Ｎｉ］＋３０×（［％Ｃ］＋［％Ｎ］）＋０．５×［％Ｍｎ］＋０．３×［％Ｃｕ］であり、Ｃｒ_eq＝［％Ｃｒ］＋［％Ｍｏ］＋１．５×［％Ｓｉ］＋０．５×［％Ｎｂ］である。
なお、上記の［％Ｍ］には、いずれも対応する元素の含有量の数値（質量％）が代入される。

【発明の効果】

【0012】

本願の発明は、上記した手段とすることで、硬さが５５ＨＲＣ以上であり、耐候性があるので発銹し難く、残留オーステナイト量が１％以下であり、熱間引張試験の絞り（ＲＡ）が６０％以上となる温度の範囲が１００℃以上であり、熱間加工性に優れ、サブゼロ処理を要しない製造性に優れた、高硬度析出硬化型ステンレス鋼を製造することができる。

【発明を実施するための形態】

【0013】

本願の発明を実施するための形態について記載するに先立って、本願の上記の各手段におけるＦｅを除く化学成分の限定理由および式（１）および式（２）について以下に説明する。なお、化学成分の％は質量％である。

【0014】

Ｃ：０．０１〜０．１０％
Ｃは、鋼の強度および耐食性を維持するために必要な元素である。Ｃが０．０１％より少ないと強度不足となる。一方、Ｃが０．１０％より多いと耐食性が低下する。そこで、Ｃは０．０１〜０．１０％とする。

【0015】

Ｓｉ：０．３０〜２．００％
Ｓｉは、鋼の製錬時の脱酸材であり、かつ鋼の析出強化に寄与するために必要な元素である。Ｓｉが０．３０％より少ないと製錬時に脱酸剤として不足し、かつ鋼の析出強化元素として不足となる。一方、Ｓｉが２．００％より多いと、鋼の熱間加工性が低下する。そこで、Ｓｉは０．３０〜２．００％とする。

【0016】

Ｍｎ：０．０１〜１．００％
Ｍｎは、鋼の製錬時の脱酸材として必要な元素である。Ｍｎが０．０１％より少ないと製錬時に脱酸剤として不足する。一方、Ｍｎが１．００％より多いと、鋼の熱間加工性が低下する。そこで、Ｍｎは０．０１〜１．００％とする。

【0017】

Ｎｉ：４．００〜９．００％
Ｎｉは、鋼の析出強化に寄与する元素である。Ｎｉが４．００％より少ないと鋼の析出強化元素として不足する。一方、Ｎｉは高価な元素であるので、９．００％より多いとコストの増加となる。そこで、Ｎｉは４．００〜９．００％とする。

【0018】

Ｃｒ：８．００〜１４．５０％
Ｃｒは、鋼の耐食性に寄与する元素である。Ｃｒが８．００％より少ないと耐食性が低下する。一方、Ｃｒが１４．５０％より多いと、熱間加工性が低下し、かつＣｒは高価な元素であるのでコストの増加となる。そこで、Ｃｒは８．００〜１４．５０％とし、好ましくは８．００〜１３．００未満とする。

【0019】

Ｍｏ：０．１０〜２．００％
Ｍｏは、鋼の耐食性に寄与する元素である。Ｍｏが０．１０％より少ないと耐食性が低下する。一方、Ｍｏが２．００より多いと熱間加工性が低下しかつ高価な元素であるのでコストの増加となる。そこで、Ｍｏは０．１０〜２．００％とする。

【0020】

Ｃｕ：０．５０〜４．００％
Ｃｕは、鋼の耐食性に寄与し、かつ析出強化に寄与する元素である。Ｃｕが０．５０％より少ないと鋼の耐食性が低下し、析出強化に寄与する元素として不足する。一方、Ｃｕが４．００％より多いと熱間加工性が低下する。そこで、Ｃｕは０．５０〜４．００％とする。

【0021】

Ｔｉ：０．５０〜３．５０％
Ｔｉは、鋼の析出強化に寄与する元素である。Ｔｉが０．５０％より少ないと鋼の析出強化元素として不足する。一方、Ｔｉが３．５０％より多いと熱間加工性が低下しかつコストの増加となる。そこで、Ｔｉは０．５０〜３．５０％とする。

【0022】

次に、本発明に用いる選択的な化学成分の元素について以下に説明する。

【0023】

Ａｌ：０．００１〜０．１５０％
Ａｌは、鋼の耐食性を低下させ、また、熱間加工性も低下させる成分である。そこで、０．１５０％を上限とする。他方、Ａｌを無理に低減しようとすると、かえってコスト高を招くため、経済的観点から０．００１％以上としてもよい。

【0024】

Ｎｂ：０．０１〜２．００％
Ｎｂは、鋼の結晶粒粗大化を抑制する成分として添加しうる。もっとも、０．０１％より少ないと、結晶粒粗大化抑制の効果が得られない。他方、２．００％を超えると、熱間加工性が低下し、コストが増加することとなる。そこで、Ｎｂは、０．０１〜２．００％とする。

【0025】

Ｎ：０．００２〜０．０５０％
Ｎは、鋼の熱間加工性を低下させる成分である。また、０．０５０％を超えると、フェライトが不安定となる。そこで、０．０５０％を上限とする。他方、Ｎを無理に低減しようとすると、かえってコスト高を招くため、経済的観点から０．００２％以上としてもよい。

【0026】

Ｓ：０．００１〜０．１００％
Ｓは、鋼の被削性向上のために添加しうる化学成分である。もっとも、０．００１％未満であると、少なすぎてその効果が得られない。他方、０．１００％を超えると、熱間加工性が低下する。そこで、Ｓは、０．００１〜０．１００％とする。

【0027】

なお、上記のＡｌ、Ｎｂ、Ｎ、およびＳの化学成分は、選択的に１種または２種以上が添加できる。

【0028】

さらに、本発明に用いる上記以外の選択的な化学成分について以下に説明する。

【0029】

Ｍｇ：０．０００１〜０．０２５０％
Ｍｇは、鋼の熱間加工性に寄与するために添加しうる化学成分である。もっとも、０．０００１％未満では、熱間加工性への寄与がみられない。他方、０．０２５０％を超えて過剰であると、かえって熱間加工性が低下する。そこで、０．０００１〜０．０２５０％とする。

【0030】

Ｃａ：０．０００１〜０．０２５０％
Ｃａは、鋼の熱間加工性に寄与するために添加しうる化学成分である。もっとも、０．０００１％未満では、熱間加工性への寄与がみられない。他方、０．０２５０％を超えて過剰であると、かえって熱間加工性が低下する。そこで、０．０００１〜０．０２５０％とする。

【0031】

Ｂ：０．０００１〜０．０２５０％
Ｂは、鋼の熱間加工性に寄与するために添加しうる化学成分である。もっとも、０．０００１％未満では、熱間加工性への寄与がみられない。他方、０．０２５０％を超えて過剰であると、かえって熱間加工性が低下する。そこで、０．０００１〜０．０２５０％とする。

【0032】

なお、上記のＭｇ、Ｃａ、およびＢの化学成分は、選択的に１種または２種以上が添加できる。

【0033】

式（１）：５．００≦Ｎｉ_eq≦９．５０
式（１）のＮｉ_eqの値は、５．００以上の大きさ、かつ９．５０以下であることが必要である。式（１）が上記の条件を満足しないときは、鋼の熱間加工性が低下する。そこで、式（１）は、５．００≦Ｎｉ_eq≦９．５０とする。
ただし、上記式（１）におけるＮｉ_eq＝［％Ｎｉ］＋３０×（［％Ｃ］＋［％Ｎ］）+０．５×［％Ｍｎ］＋０．３×［％Ｃｕ］である。

【0034】

式（２）：Ｎｉ_eq≦−０．８３×Ｃｒ_eq＋２５．５
式（２）に示すように、Ｎｉ_eqの値は、−０．８３×Ｃｒ_eq＋２５．５の値以下であることが必要である。式（２）が上記の条件を満足しないときは、残留オーステナイト量が大きくなるからである。そこで、式（２）は、Ｎｉ_eq≦−０．８３×Ｃｒ_eq＋２５．５とする。
ただし、Ｎｉ_eqは、Ｎｉ_eq＝［％Ｎｉ］＋３０×（［％Ｃ］＋［％Ｎ］）＋０．５×［％Ｍｎ］＋０．３×［％Ｃｕ］であり、さらに、Ｃｒ_eq＝［％Ｃｒ］＋［％Ｍｏ］＋１．５×［％Ｓｉ］＋０．５×［％Ｎｂ］である。
なお、（１）式および（２）式における［％Ｍ］（「Ｍ」は化学成分を示す。）の値はいずれも、質量％の数値の大きさ、すなわち、対応する元素の含有量の数値（質量％）が代入される。

【0035】

次いで、本願の発明を実施するための形態について、実施例に基いて以下に説明する。

【実施例】

【0036】

表１に示す第１の手段の発明鋼の化学成分、表２に示す第２の手段の発明鋼の化学成分、表３に示す第３の手段の発明鋼および第４の手段の発明鋼の各化学成分の実施例鋼と、さらに、表４に示す比較鋼１（第１の手段に対する比較鋼）および比較鋼２（第２の手段に対する比較鋼）の各化学成分の比較例と、表５に示す比較鋼３（第３の手段に対する比較鋼）および比較鋼４（第４の手段に対する比較鋼）の各化学成分の比較例をそれぞれ有し、かつ、それぞれの残部であるＦｅおよび不可避不純物からなる実施例および比較例の各鋼を、それぞれ１００ｋｇＶＩＭ（真空誘導溶解炉）にて溶解して、インゴットに鋳造した。
これらのインゴットを１１５０℃で径２０ｍｍの棒鋼に鍛伸した。さらに、これらの棒鋼を９００〜１２００℃に１時間保持した後、水冷して固溶化熱処理を行った。さらに、これらの固溶化熱処理した棒鋼を３００〜８００℃で１時間保持した後、空冷して時効熱処理を行った。

【0037】

上記の時効熱処理後にそれぞれのサイズに調整した各素材から以下の試験を実施した。試験の結果は、それぞれの表１、表２、および表３の各請求鋼の発明鋼の化学成分と合せてそれら発明鋼の特性を示し、さらに、表４および表５に第１〜第４の手段の発明の比較例である比較鋼の化学成分と合わせてそれらの各特性を示す。
なお、各特性としては、（１）式、（２）式を満足するものは○、満足しないものは×とし、表１、表２、および表３、並びに表４および表５に表記した。また、耐候性試験では発銹したものを×、発銹しなかったものを○とし、表１、表２、および表３、並びに表４および表５に表記した。なお、表４および表５の下線部は本発明の範囲外であることを示している。

【0038】

【表1】

【0039】

【表2】

【0040】

【表3】

【0041】

【表4】

【0042】

【表5】

【0043】

評価項目は、各発明鋼および各比較鋼のＮｉ_eqとＣｒ_eq、並びに、時効のピーク硬さ（ＨＲＣ）、耐候性（塩水噴霧試験で、５０ｐｐｍＮａＣｌを３５℃で１６時間噴霧による発銹無しを○、発銹有りを×）、残留オーステナイト量（％）、および熱間加工性（グリーブル試験）の絞り（ＲＡ）が６０％以上となる温度（℃）とした。

【0044】

評価方法は、Ｎｉ_eq（すなわちＮｉ当量）、Ｃｒ_eq（すなわちＣｒ当量）、マルテンサイト開始温度であるＭｓ点（℃）、式（１）および式（２）の各値の大きさと、これらの値に関連する、時効熱処理を行った時効硬さにおけるピーク硬さ、耐候性、残留オーステナイト量である残留γ量、および熱間加工性における絞りすなわちＲＡ６０％以上となる温度をそれぞれ以下に示す手段により測定した。

【0045】

すなわち、時効硬さにおけるピーク硬さでは、上記の種々の時効処理を施した丸棒を用い、鍛伸方向に垂直な断面の中周部におけるロックウェル硬さを測定し、得られた硬さのうち最も大きな値のものをピーク硬さとし、その値がＨＲＣ５５以上であるものを良好であると判断した。

【0046】

耐候性（塩水噴霧試験で、５０ｐｐｍＮａＣｌを３５℃で１６時間噴霧による）では、上記の種々の時効処理を施した丸棒を径１２ｍｍ、長さ２１ｍｍのサイズに調整し、耐候性試験を実施した。具体的には、試験片の表面に所定の濃度および温度の塩水を所定の時間噴霧し続け、試験後に、洗浄した試験片の表面の発銹の有無を調査した。

【0047】

残留オーステナイト量すなわち残留γ量では、上記の種々の時効処理を施した丸棒を用い、鍛伸方向に垂直な断面の中周部における残留オーステナイト量を測定した。測定には、湾曲ＩＰＸ線回折装置ＲＩＮＴ ＲＡＰＩＤ II（株式会社リガク、日本）を用いた。

【0048】

熱間加工性（グリーブル試験）における絞りすなわちＲＡ６０％以上の得られる温度では、上記の種々の時効処理を施した丸棒を、径８ｍｍ、長さ１００ｍｍのサイズの試験片に調整し、通電加熱による熱間引張試験（グリーブル試験）を実施した。試験温度は８００〜１３５０℃まで２５℃毎とし、破断後の試験片の熱間加工性における絞りＲＡが６０％以上である温度域を算出した。その温度域が１００℃以上のものを良好であると判断した。

【0049】

表１、表２および表３に示すように、本願の第１〜第４の手段の各Ｎｏ．の発明鋼は、表中の式（１）の欄には、式（１）を満足する場合を○として評価した。
なお、式（１）とは、５．００≦Ｎｉ_eq≦９．５０である。
さらに、表中の式（２）の列には、式（２）を満足する場合を○として評価した。
式（２）とは、Ｎｉ_eq≦−０．８３×Ｃｒ_eq＋２５．５である。
なお、Ｎｉ_eq＝［％Ｎｉ］＋３０×（［％Ｃ］＋［％Ｎ］）＋０．５×［％Ｍｎ］＋０．３×［％Ｃｕ］であり、Ｃｒ_eq＝［％Ｃｒ］＋［％Ｍｏ］＋１．５×［％Ｓｉ］＋０．５×［％Ｎｂ］である。

【0050】

本願の第１〜第４の手段の各Ｎｏ．の発明鋼の特性について
表１、表２、および表３における、Ｎｉ_eqの値はいずれも５．００以上９．５０以下である。さらに、Ｃｒ_eqの値は、Ｎｉ_eqの値に応じて変動し、９．４〜１５．７である。
また、Ｍｓ点（マルテンサイト変態開始温度）は１０６〜２６２℃である。さらに、式（１）および、式（２）を満足するものは○と表示しているとおり、いずれも双方の式を満足する値となっている。

【0051】

そして、これらを満足する表１、表２、および表３の第１〜第４の手段の各発明鋼では、以下の様な特性を備えている。時効熱処理を行った時効硬さにおけるピーク硬さは５５ＨＲＣ以上であり、耐候性は塩水噴霧試験において発銹が無く、これらを○で示し、残留オーステナイト量すなわち残留γ量は１．０％以下であり、さらに熱間引張試験（グリーブル試験）における絞り（ＲＡ）が６０％以上となる温度は１００℃以上である。

【0052】

以上の表１、表２、および表３の第１〜第４の手段の各発明鋼に対して、表４および表５に示す、これらと同順で対応する比較鋼１、比較鋼２、比較鋼３、比較鋼４の各Ｎｏ．についての上記試験の評価として、第１〜第４の手段の各発明の有する特性の範囲から外れる特性について以下に順次記載する。

【0053】

先ず、第１の手段に対応する比較鋼１のＮｏ．１〜１５について、以下に説明する。
Ｎｏ．１は、マルテンサイト開始温度であるＭｓ点が６１℃と１００℃未満の低さであるので、残留オーステナイト量（すなわち表１の残留γ量）が２．４％で、本願発明の規定の１．０％より多く、熱間加工性の絞りＲＡは６０％以上となる温度の下限値の１００℃に満たず、２５℃と極めて低い。
Ｎｏ．２は、Ｃの含有量が０．１２％と本願発明の範囲より多く、Ｎｉ_eqが本願発明の９．５０より高い１０．５８で、Ｍｓ点が６９℃と１００℃未満の低さで、式（１）を満たしていないので×で、耐候性も×で、残留オーステナイト量（残留γ量）が２．８％で本願発明に規定の１．０％より多く、熱間加工性の絞りＲＡが６０％以上となる温度範囲が１００℃未満の７５℃と低い。
Ｎｏ．３は、Ｓｉの含有量が０．２０％と本願発明の範囲より少なく、時効処理のピーク硬さが５３．８ＨＲＣと本願発明の５５ＨＲＣより低い。
Ｎｏ．４は、Ｓｉの含有量が２．１６％と本願発明の範囲より多く、Ｎｉ_eqが本願発明の９．５０より高い１０．３４で、式（１）を満たしておらず×で、熱間加工性の絞りＲＡは６０％以上となる温度範囲の下限値の１００℃に満たず５０℃と低い。
Ｎｏ．５は、Ｍｎの含有量が１．１７％と本願発明の範囲より多く、Ｎｉ_eqが本願発明における９．５０より高く９．８０であり、式（１）を満たしておらず×で、熱間加工性の絞りＲＡは６０％以上となる温度範囲の下限値である１００℃に満たず５０℃と低い。
Ｎｏ．６は、Ｎｉの含有量が３．６１％と本願発明の範囲の４．００％より少なく、時効処理のピーク硬さが５２．６ＨＲＣと本願発明における５５ＨＲＣより低い。
Ｎｏ．７は、Ｎｉの含有量が９．５２％と本願発明の範囲の９．００％より多く、Ｎｉ_eqが本願発明における９．５０より高く、１２．１０で、Ｍｓ点が５２℃と１００℃未満の低さで、式（１）を満たして織らず×で、残留オーステナイト量（残留γ量）が５．２％で本願発明の規定の１．０％より多く、熱間加工性の絞りＲＡは６０％以上となる温度範囲の下限値の１００℃に満たず７５℃と低い。
Ｎｏ．８は、Ｃｒの含有量が４．０３％と本願発明の範囲の８．００％より少なく、耐候性が×である。
Ｎｏ．９は、Ｃｒの含有量が１４．８８％と本願発明の範囲の１４．５０％より多く、熱間加工性が低く、コスト増となる。
Ｎｏ．１０は、Ｍｏの含有量が０．０４％と本願発明の範囲の０．１０％より少なく、Ｎｉ_eqが９．５１と、本願発明の９．５０よりやや高い値で式（１）を満たしておらず×で、耐候性も×で、熱間加工性の絞りＲＡが６０％以上となる温度範囲が１００℃未満で７５℃と低い。
Ｎｏ．１１は、Ｍｏの含有量が２．１９％と本願発明の２．００％より多く、コスト高で、Ｎｉ_eqが１１．０１と本願発明の９．５０より高く、式（１）を満たしていないので×であり、熱間加工性の絞りＲＡは６０％以上となる温度範囲の下限値である１００℃に満たず、５０℃と低い。
Ｎｏ．１２は、Ｃｕの含有量が０．３２％と本願発明の０．５０％より少なく、時効処理のピーク硬さが５３．２ＨＲＣと本願発明における５５ＨＲＣより低い。
Ｎｏ．１３は、Ｃｕの含有量が０．４３％と本願発明の４．００％より多く、Ｎｉ_eqが９．８５と本願発明の９．５０より高く、式（１）を満たしておらず×で、熱間加工性の絞りＲＡは６０％以上となる温度の下限値である１００℃に満たず、７５℃と低い。
Ｎｏ．１４は、Ｔｉの含有量が０．１２％と本願発明の下限値の０．５０％より少なく、Ｎｉ_eqが１０．３１と本願発明の９．５０より高く、式（１）を満たしておらず×で、時効処理のピーク硬さが５２．９ＨＲＣと本願発明における５５ＨＲＣより低く、熱間加工性の絞りＲＡは６０％以上となる温度範囲の下限値である１００℃に満たず５０℃と低い。
Ｎｏ．１５は、Ｔｉの含有量が３．８０％と本願発明の上限値の３．５０％より多く、Ｎｉ_eqが１０．００と本願発明における９．５０より高く、式（１）を満たしておらず×で、熱間加工性の絞りＲＡは６０％以上となる温度範囲の下限値である１００℃に満たず、７５℃と低い。

【0054】

次いで、第２の手段に対応する比較鋼２のＮｏ．１６〜２１について以下に説明する。
Ｎｏ．１６は、Ａｌの含有量が０．１８６％と本願発明の上限値の０．１５０％より多い。しかしながら、Ａｌ以外の元素は規定の範囲内であるので、Ｎｉ_eq、Ｃｒ_eq、Ｍｓ点、式（１）、式（２）、時効硬さ（ピーク硬さ）、耐候性、残留オ−ステナイト量（残留γ量）、および熱間加工性の絞りＲＡに格別に影響は見られない。
Ｎｏ．１７は、Ｎｂの含有量が２．０９％と本願発明の上限値の２．００％より多い。そこで、Ｎｉ_eqが９．５２で本願発明の９．５０よりやや高い値であり、式（１）を満たしておらず×で、熱間加工性の絞りＲＡは６０％以上となる温度範囲の下限値である１００℃に満たず、７５℃と低い。
Ｎｏ．１８は、Ｎの含有量が０．０８４％と本願発明の上限の０．０５０％より多い。そこで、Ｎｉ_eqが１０．２５と本願発明における９．５０より高く、式（１）を満たしておらず×で、熱間加工性の絞りＲＡは６０％以上となる温度範囲の下限値である１００℃に満たず、７５℃と低い。
Ｎｏ．１９は、Ｓの含有量が０．１４５％と本願の上限の０．１００％より多い。そこで、熱間加工性の絞りＲＡは６０％以上となる温度範囲の下限値である１００℃に満たず、２５℃と極めて低い。
Ｎｏ．２０は、Ｎｂの含有量が２．１４％と本願発明の上限値の２．００％より多い。一方、Ｎを含有しているが、その含有量は本願発明の上限の０．０５０％以下の範囲内である。そこで、Ｎｉ_eqが９．６７と本願発明の９．５０より高く、式（１）を満たしておらず×で、熱間加工性の絞りＲＡは６０％以上となる温度範囲の下限値である１００℃に満たず、７５℃と低い。
Ｎｏ．２１は、Ｓの含有量が０．１２２％と本願発明の上限の０．１００％より多く、Ｎｂを含有しているが、その含有量は１．６９％と本願発明の０．０１〜２．００％の範囲内で、さらにＮを含有しているが、その含有量は本願の上限の０．０５０％より多い。そこで、Ｎｉ_eqは９．８０と本願発明の９．５０より高く、式（１）を満たしておらず×であり、熱間加工性の絞りＲＡは６０％以上となる温度範囲の下限値である１００℃に満たず、２５℃と極めて低い。

【0055】

次いで、第３の手段に対応する比較鋼３のＮｏ．２２〜２４について説明する。
Ｎｏ．２２は、Ｃａの含有量が０．０３１２％と本願発明の上限値の０．０２５０％より多く、Ｂの含有量が０．０３４０％と本願発明の上限の０．０２５０％より多い。そこで、熱間加工性の絞りＲＡは６０％以上となる温度範囲の下限値である１００℃に満たず、７５℃と低い。
Ｎｏ．２３は、Ｍｇの含有量が０．０２８９％と本願発明の上限値の０．０２５０％より多い。そこで、熱間加工性の絞りＲＡは６０％以上となる温度範囲の下限値である１００℃に満たず、７５℃と低い。
Ｎｏ．２４は、Ｍｇの含有量が０．０２７４％と本願発明の上限値の０．０２５０％より多く、さらにＢの含有量が０．０３４０％と本願発明の上限値の０．０２５０％より多い。そこで、Ｎｉ_eqは１１．３９と本願発明の上限値の９．５０より高く、Ｍｓ点が１０６℃よりも低い９２℃の低さであり、式（１）を満たしておらず×であり、残留オーステナイト量（残留γ量）が２．７％で本願発明の規定の１．０％を超えており、熱間加工性の絞りＲＡは６０％以上となる温度範囲の下限値である１００℃に満たず、５０℃と低い。

【0056】

最後に、第４の手段に対応する比較鋼４のＮｏ．２５〜３０について説明する。
Ｎｏ．２５は、Ａｌの含有量が０．０９９％と本願発明の上限値の０．１５０％以下の範囲内で、Ｎｂの含有量が０．９２％と本願発明の上限値の２．００％以下の範囲内で、Ｂの含有量が、０．０４０１％と本願発明の上限値の０．０２５０％を超えており、Ｎｉ_eqは１２．１２と本願発明の上限値の９．５０より高く、式（１）を満たしておらず×で、熱間加工性の絞りＲＡは６０％以上となる温度範囲の下限値である１００℃に満たず、７５℃と低い。
Ｎｏ．２６は、Ａｌを含有しておらず、Ｃａは０．００５２％と本願発明の０．０００１〜０．０２５０％の範囲内であるが、Ｍｇは０．０２９０％と本願発明の上限値の０．０２５０％より多く、熱間加工性の絞りＲＡは６０％以上となる温度範囲の下限値である１００℃に満たず、７５℃と低い。
Ｎｏ．２７は、Ａｌの含有量が０．０８３％と本願発明の上限値の０．１５０％の範囲内で、Ｎは０．０４１％と本願発明の０．００２〜０．０５０％の範囲内であるが、Ｍｇは０．０２６７％で本願発明の上限値の０．０２５０％より多いので、熱間加工性の絞りＲＡは６０％以上となる温度範囲の下限値である１００℃に満たず、５０℃と低い。
Ｎｏ．２８は、Ｓ含有量は０．０８９％と本願発明の０．００１〜０．１００％の範囲内で、Ａｌの含有量は０．０４１％と本願発明の０．００１〜０．１５０％の範囲内であるが、Ｃａは０．０３６１％と本願発明の上限値の０．０２５０％より多い。したがって、Ｎｉ_eqは１１．２１と本願発明の上限値の９．５０より高く、式（１）を満たしておらず×で、熱間加工性の絞りＲＡは６０％以上となる温度範囲の下限値である１００℃に満たず、５０℃と低い。
Ｎｏ．２９は、Ｓ含有量は０．０２６％と本願発明の０．００１〜０．１００％の範囲内で、Ａｌの含有量は無く、Ｎｂの含有量は０．２０％と本願発明の０．０１〜２．００％の範囲内で、さらにＭｇは０．０２１３％と本願発明の０．０１〜２．００％の範囲内で、Ｂは０．０２７４％で本願発明の上限値の０．０２５０％より多い。そこで、Ｎｉ_eqは１１．９０と本願発明の上限値の９．５０より高く、式（１）を満たしておらず×で、熱間加工性の絞りＲＡは６０％以上となる温度範囲の下限値である１００℃に満たず、７５℃と低い。
Ｎｏ．３０は、Ｓ含有量は０．０４７％と本願発明の０．００１〜０．１００％で、Ａｌは０．１８６％と本願発明の０．００１〜０．１５０％で、Ｃａは０．０２８４％で本願発明の上限値の０．０２５０％より多く、さらに、Ｍｇは０．０３１６％と本願発明の上限値の２．００％より多いが、Ｂは０．００３４％と本願発明の０．０００１〜０．０２５０％の範囲内である。そこで、熱間加工性の絞りＲＡは６０％以上となる温度範囲の下限値である１００℃に満たず、２５℃と極めて低い。