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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024102658
(43)【公開日】2024-07-31
(54)【発明の名称】マルテンサイト系ステンレス鋼
(51)【国際特許分類】
C22C 38/00 20060101AFI20240724BHJP
C22C 38/54 20060101ALI20240724BHJP
C21D 9/00 20060101ALN20240724BHJP
【ＦＩ】
C22C38/00 302Z
C22C38/54
C21D9/00 D
【審査請求】未請求
【請求項の数】2
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023006697
(22)【出願日】2023-01-19
(71)【出願人】
【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】110000556
【氏名又は名称】弁理士法人有古特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】三浦 滉大
【テーマコード（参考）】
4K042
【Ｆターム（参考）】
4K042AA14
4K042BA02
4K042BA03
4K042CA02
4K042CA05
4K042CA07
4K042CA08
4K042CA10
4K042CA16
4K042DA01
4K042DA02
4K042DA03
4K042DC02
4K042DC03
4K042DD02
4K042DD05
4K042DE02
4K042DE03
4K042DE04
4K042DE05
4K042DE06
(57)【要約】 （修正有）
【課題】十分に硬く、かつ靱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、Ｃ：０．１００質量％以上０．１５０質量％以下、Ｓｉ：１．００質量％以下、Ｍｎ：１．００質量％以下、Ｐ：０．０４０質量％以下、Ｓ：０．０３０質量％以下、Ｎｉ：０．６０質量％以下、Ｃｒ：１１．３０質量％以上１３．５０質量％以下、Ｍｏ：０．５０質量％以下、Ｃｕ：０．３０質量％以下、Ａｌ：０．０５０質量％以下、Ｏ：０．０１０質量％以下、Ｎ：０．０４０質量％以下、及びＢ：０．０１００質量％以下を含有する。残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。下記数式で算出される値Ｐは、０．１３０以上である。
Ｐ＝１／（（Ｃ％＋６／７×Ｎ％＋Ａｌ％）×Ｈａ）
この数式におけるＨａは、ロックウェル硬さ（ＨＲＣ）である。
【選択図】図２
【解決手段】マルテンサイト系ステンレス鋼は、Ｃ：０．１００質量％以上０．１５０質量％以下、Ｓｉ：１．００質量％以下、Ｍｎ：１．００質量％以下、Ｐ：０．０４０質量％以下、Ｓ：０．０３０質量％以下、Ｎｉ：０．６０質量％以下、Ｃｒ：１１．３０質量％以上１３．５０質量％以下、Ｍｏ：０．５０質量％以下、Ｃｕ：０．３０質量％以下、Ａｌ：０．０５０質量％以下、Ｏ：０．０１０質量％以下、Ｎ：０．０４０質量％以下、及びＢ：０．０１００質量％以下を含有する。残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。下記数式で算出される値Ｐは、０．１３０以上である。
Ｐ＝１／（（Ｃ％＋６／７×Ｎ％＋Ａｌ％）×Ｈａ）
この数式におけるＨａは、ロックウェル硬さ（ＨＲＣ）である。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
Ｃ：０．１００質量％以上０．１５０質量％以下
Ｓｉ：１．００質量％以下
Ｍｎ：１．００質量％以下
Ｐ：０．０４０質量％以下
Ｓ：０．０３０質量％以下
Ｎｉ：０．６０質量％以下
Ｃｒ：１１．３０質量％以上１３．５０質量％以下
Ｍｏ：０．５０質量％以下
Ｃｕ：０．３０質量％以下
Ａｌ：０．０５０質量％以下
Ｏ：０．０１０質量％以下
Ｎ：０．０４０質量％以下
及び
Ｂ：０．０１００質量％以下
を含有しており、
残部がＦｅ及び不可避的不純物であり、
下記数式（１）で算出される値Ｐが０．１３０以上である、マルテンサイト系ステンレス鋼。
Ｐ＝１／（（Ｃ％＋６／７×Ｎ％＋Ａｌ％）×Ｈａ） （１）
（上記数式（１）において、Ｃ％はＣの質量含有率を表し、Ｎ％はＮの質量含有率を表し、Ａｌ％はＡｌの質量含有率を表し、ＨａはＣスケールで測定されたロックウェル硬さ（ＨＲＣ）を表す。）
Ｓｉ：１．００質量％以下
Ｍｎ：１．００質量％以下
Ｐ：０．０４０質量％以下
Ｓ：０．０３０質量％以下
Ｎｉ：０．６０質量％以下
Ｃｒ：１１．３０質量％以上１３．５０質量％以下
Ｍｏ：０．５０質量％以下
Ｃｕ：０．３０質量％以下
Ａｌ：０．０５０質量％以下
Ｏ：０．０１０質量％以下
Ｎ：０．０４０質量％以下
及び
Ｂ：０．０１００質量％以下
を含有しており、
残部がＦｅ及び不可避的不純物であり、
下記数式（１）で算出される値Ｐが０．１３０以上である、マルテンサイト系ステンレス鋼。
Ｐ＝１／（（Ｃ％＋６／７×Ｎ％＋Ａｌ％）×Ｈａ） （１）
（上記数式（１）において、Ｃ％はＣの質量含有率を表し、Ｎ％はＮの質量含有率を表し、Ａｌ％はＡｌの質量含有率を表し、ＨａはＣスケールで測定されたロックウェル硬さ（ＨＲＣ）を表す。）
【請求項2】
上記硬さＨａが４０ＨＲＣ以上である、請求項１に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本明細書は、マルテンサイト系ステンレス鋼を開示する。
【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、種々の提案がなされている。特開２０１５－１３７３８１公報には、Ｃ、Ｍｎ及びＳの含有率が調整されたステンレス鋼が開示されている。特開平８－６７９５０号公報には、焼入れにおける急冷処理が、微細炭化物がマトリックスに分散した状態でなされる、マルテンサイト系ステンレス鋼が開示されている。特開２００１－１５８９４１公報には、Ｃ、Ｍｎ、Ｃｒ及びＮの含有率が調整されたマルテンサイト系ステンレス鋼が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１５－１３７３８１公報
【特許文献2】特開平８－６７９５０号公報
【特許文献3】特開２００１－１５８９４１公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特開２０１５－１３７３８１公報に開示されたステンレス鋼は、耐食性に優れるが、硬さが低く、かつ靱性に劣る。特開平８－６７９５０号公報に開示されたステンレス鋼は、靱性に優れるが、硬さが低い。特開２００１－１５８９４１公報に開示されたステンレス鋼は、靱性に劣る。
【0005】
本出願人の意図するところは、十分に硬く、かつ靱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】
【0006】
本明細書が開示するマルテンサイト系ステンレス鋼は、
Ｃ：０．１００質量％以上０．１５０質量％以下
Ｓｉ：１．００質量％以下
Ｍｎ：１．００質量％以下
Ｐ：０．０４０質量％以下
Ｓ：０．０３０質量％以下
Ｎｉ：０．６０質量％以下
Ｃｒ：１１．３０質量％以上１３．５０質量％以下
Ｍｏ：０．５０質量％以下
Ｃｕ：０．３０質量％以下
Ａｌ：０．０５０質量％以下
Ｏ：０．０１０質量％以下
Ｎ：０．０４０質量％以下
及び
Ｂ：０．０１００質量％以下
を含有する。残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。このステンレス鋼の、下記数式（１）で算出される値Ｐは、０．１３０以上である。
Ｐ＝１／（（Ｃ％＋６／７×Ｎ％＋Ａｌ％）×Ｈａ） （１）
この数式（１）において、Ｃ％はＣの質量含有率を表し、Ｎ％はＮの質量含有率を表し、Ａｌ％はＡｌの質量含有率を表し、ＨａはＣスケールで測定されたロックウェル硬さ（ＨＲＣ）を表す。
Ｃ：０．１００質量％以上０．１５０質量％以下
Ｓｉ：１．００質量％以下
Ｍｎ：１．００質量％以下
Ｐ：０．０４０質量％以下
Ｓ：０．０３０質量％以下
Ｎｉ：０．６０質量％以下
Ｃｒ：１１．３０質量％以上１３．５０質量％以下
Ｍｏ：０．５０質量％以下
Ｃｕ：０．３０質量％以下
Ａｌ：０．０５０質量％以下
Ｏ：０．０１０質量％以下
Ｎ：０．０４０質量％以下
及び
Ｂ：０．０１００質量％以下
を含有する。残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。このステンレス鋼の、下記数式（１）で算出される値Ｐは、０．１３０以上である。
Ｐ＝１／（（Ｃ％＋６／７×Ｎ％＋Ａｌ％）×Ｈａ） （１）
この数式（１）において、Ｃ％はＣの質量含有率を表し、Ｎ％はＮの質量含有率を表し、Ａｌ％はＡｌの質量含有率を表し、ＨａはＣスケールで測定されたロックウェル硬さ（ＨＲＣ）を表す。
【0007】
好ましくは、硬さＨａは、４０ＨＲＣ以上である。
【発明の効果】
【0008】
このマルテンサイト系ステンレス鋼は、０．１００質量％以上のＣを含有するので、十分に硬い。値Ｐが０．１３０以上なので、このマルテンサイト系ステンレス鋼は靱性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【発明を実施するための形態】
【0010】
本実施形態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。このステンレス鋼は、Ｃ及びＣｒを含んでいる。このステンレス鋼は、他の元素を含みうる。このステンレス鋼は、焼入れ及び焼戻しを経て得られうる。このステンレス鋼が、焼入れ前の熱間加工を経て、得られてもよい。
【0011】
このステンレス鋼の、下記数式で算出される値Ｐは、０．１３０以上である。
Ｐ＝１／（（Ｃ％＋６／７×Ｎ％＋Ａｌ％）×Ｈａ） （１）
この数式（１）において、Ｃ％はＣの質量含有率を表し、Ｎ％はＮの質量含有率を表し、Ａｌ％はＡｌの質量含有率を表し、ＨａはＣスケールで測定されたロックウェル硬さ（ＨＲＣ）を表す。
Ｐ＝１／（（Ｃ％＋６／７×Ｎ％＋Ａｌ％）×Ｈａ） （１）
この数式（１）において、Ｃ％はＣの質量含有率を表し、Ｎ％はＮの質量含有率を表し、Ａｌ％はＡｌの質量含有率を表し、ＨａはＣスケールで測定されたロックウェル硬さ（ＨＲＣ）を表す。
【0012】
図１は、本発明者が実験によって得たグラフである。このグラフには、値Ｐと衝撃値との関係が示されている。このグラフから明らかなように、値Ｐは衝撃値と相関する。換言すれば、値Ｐは靱性と相関する。本発明者は、値Ｐが０．１３０以上であるマルテンサイト系ステンレス鋼が靱性に優れることを、見いだした。靱性の観点から、値Ｐは０．１４０以上がより好ましく、０．１５０以上が特に好ましい。マルテンサイト系ステンレス鋼の強度の観点から、値Ｐは０．２５０以下が好ましく、０．２２０以下がより好ましく、０．２００以下が特に好ましい。
【0013】
図２は、値Ｐが０．１４６であるマルテンサイト系ステンレス鋼の（００１）面の極点図である。この（００１）面は、マルテンサイトのへき開面である。この極点図は、（００１面）における結晶の配向性を表わす。図３は、値Ｐが０．１２２であるマルテンサイト系ステンレス鋼の（００１）面の極点図である。本明細書では、ＦＥＳＥＭ－ＥＢＳＰ法によって測定されるαＦｅ（マルテンサイト）の方位マップに基づき、極点図が製作される。測定条件は、以下の通りである。
視野：５０μｍ×５０μｍ
ピッチ：０．０５μｍ
ソフトウェア：ＯＩＭ－Ａｎａｌｙｓｉｓ（ＴＳＬソリューションズ）
視野：５０μｍ×５０μｍ
ピッチ：０．０５μｍ
ソフトウェア：ＯＩＭ－Ａｎａｌｙｓｉｓ（ＴＳＬソリューションズ）
【0014】
上記数式（１）における（Ｃ％＋６／７×Ｎ％＋Ａｌ％）の値は、マルテンサイト系ステンレス鋼の（００１）面における結晶の配向性と、相関する。図３との対比から明らかなように、図２に示されたマルテンサイト系ステンレス鋼では、黒色部分が分散している。換言すれば、図２では、（００１）面における結晶の配向性が小さい。この配向性は、靱性と負の相関を有する。図２に示された、値Ｐが０．１４６であるマルテンサイト系ステンレス鋼は、図３に示された、値Ｐが０．１２２であるマルテンサイト系ステンレス鋼に比べ、靱性に優れる。後述されるように、図２に示されたマルテンサイト系ステンレス鋼の硬さは、図３に示されたマルテンサイト系ステンレス鋼の硬さと、同等である。本発明者は、値Ｐの調整によって配向性が制御され、これによって十分な硬さと靱性とが両立されたステンレス鋼が得られることを、見出した。
【0015】
［組成］
このマルテンサイト系ステンレス鋼は、
Ｃ：０．１００質量％以上０．１５０質量％以下
Ｓｉ：１．００質量％以下
Ｍｎ：１．００質量％以下
Ｐ：０．０４０質量％以下
Ｓ：０．０３０質量％以下
Ｎｉ：０．６０質量％以下
Ｃｒ：１１．３０質量％以上１３．５０質量％以下
Ｍｏ：０．５０質量％以下
Ｃｕ：０．３０質量％以下
Ａｌ：０．０５０質量％以下
Ｏ：０．０１０質量％以下
Ｎ：０．０４０質量％以下
及び
Ｂ：０．０１００質量％以下
を含有している。好ましくは、残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。以下、各元素の詳細が説明される。
このマルテンサイト系ステンレス鋼は、
Ｃ：０．１００質量％以上０．１５０質量％以下
Ｓｉ：１．００質量％以下
Ｍｎ：１．００質量％以下
Ｐ：０．０４０質量％以下
Ｓ：０．０３０質量％以下
Ｎｉ：０．６０質量％以下
Ｃｒ：１１．３０質量％以上１３．５０質量％以下
Ｍｏ：０．５０質量％以下
Ｃｕ：０．３０質量％以下
Ａｌ：０．０５０質量％以下
Ｏ：０．０１０質量％以下
Ｎ：０．０４０質量％以下
及び
Ｂ：０．０１００質量％以下
を含有している。好ましくは、残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。以下、各元素の詳細が説明される。
【0016】
［炭素（Ｃ）］
Ｃは、焼入れによりＦｅに固溶する。Ｃが固溶した鋼は、高硬さかつ高強度である。Ｃは、焼戻しによって微細炭化物として析出する。この微細炭化物は、鋼の強度に寄与する。これらの観点から、Ｃの含有率は０．１００質量％以上が好ましく、０．１１０質量％以上がより好ましく、０．１２０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、鋼の靱性を損なう。靱性の観点から、Ｃの含有率は０．１７質量％以下が好ましく、０．１６質量％以下がより好ましく、０．１５質量％以下が特に好ましい。
Ｃは、焼入れによりＦｅに固溶する。Ｃが固溶した鋼は、高硬さかつ高強度である。Ｃは、焼戻しによって微細炭化物として析出する。この微細炭化物は、鋼の強度に寄与する。これらの観点から、Ｃの含有率は０．１００質量％以上が好ましく、０．１１０質量％以上がより好ましく、０．１２０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、鋼の靱性を損なう。靱性の観点から、Ｃの含有率は０．１７質量％以下が好ましく、０．１６質量％以下がより好ましく、０．１５質量％以下が特に好ましい。
【0017】
［ケイ素（Ｓｉ）］
Ｓｉは、製鋼工程での脱酸に寄与する。Ｓｉはさらに、焼入れ性にも寄与する。これらの観点から、Ｓｉの含有率は０．１０質量％以上が好ましく、０．１５質量％以上がより好ましく、０．２０質量％以上が特に好ましい。過剰のＳｉは、焼入れによってフェライトを生成させ、鋼の靱性を損なう。靱性の観点から、Ｓｉの含有率は１．００質量％以下が好ましく、０．５０質量％以下がより好ましく、０．４０質量％以下が特に好ましい。Ｓｉは、このマルテンサイト系ステンレス鋼にとって必須の元素ではない。換言すれば、Ｓｉの含有率が検出限界未満であってよい。
Ｓｉは、製鋼工程での脱酸に寄与する。Ｓｉはさらに、焼入れ性にも寄与する。これらの観点から、Ｓｉの含有率は０．１０質量％以上が好ましく、０．１５質量％以上がより好ましく、０．２０質量％以上が特に好ましい。過剰のＳｉは、焼入れによってフェライトを生成させ、鋼の靱性を損なう。靱性の観点から、Ｓｉの含有率は１．００質量％以下が好ましく、０．５０質量％以下がより好ましく、０．４０質量％以下が特に好ましい。Ｓｉは、このマルテンサイト系ステンレス鋼にとって必須の元素ではない。換言すれば、Ｓｉの含有率が検出限界未満であってよい。
【0018】
［マンガン（Ｍｎ）］
Ｍｎは、製鋼工程での脱酸に寄与する。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。これらの観点から、Ｍｎの含有率は０．１０質量％以上が好ましく、０．２０質量％以上がより好ましく、０．３０質量％以上が特に好ましい。過剰のＭｎは、焼入後の組織において多量のオーステナイトの残留を招く。この残留オーステナイトは、ステンレス鋼の硬さを阻害する。硬さの観点から、Ｍｎの含有率は１．００質量％以下が好ましく、０．８０質量％以下がより好ましく、０．７０質量％以下が特に好ましい。Ｍｎは、このマルテンサイト系ステンレス鋼にとって必須の元素ではない。換言すれば、Ｍｎの含有率が検出限界未満であってよい。
Ｍｎは、製鋼工程での脱酸に寄与する。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。これらの観点から、Ｍｎの含有率は０．１０質量％以上が好ましく、０．２０質量％以上がより好ましく、０．３０質量％以上が特に好ましい。過剰のＭｎは、焼入後の組織において多量のオーステナイトの残留を招く。この残留オーステナイトは、ステンレス鋼の硬さを阻害する。硬さの観点から、Ｍｎの含有率は１．００質量％以下が好ましく、０．８０質量％以下がより好ましく、０．７０質量％以下が特に好ましい。Ｍｎは、このマルテンサイト系ステンレス鋼にとって必須の元素ではない。換言すれば、Ｍｎの含有率が検出限界未満であってよい。
【0019】
［リン（Ｐ）］
Ｐは、不純物である。Ｐは、鋼の延性及び靱性を阻害する。Ｐはさらに、熱間加工性を阻害する。これらの観点から、Ｐの含有率は０．０４０質量％以下が好ましく、０．０３５質量％以下がより好ましく、０．０３３質量％以下が特に好ましい。Ｐの含有率が検出限界未満であってよい。
Ｐは、不純物である。Ｐは、鋼の延性及び靱性を阻害する。Ｐはさらに、熱間加工性を阻害する。これらの観点から、Ｐの含有率は０．０４０質量％以下が好ましく、０．０３５質量％以下がより好ましく、０．０３３質量％以下が特に好ましい。Ｐの含有率が検出限界未満であってよい。
【0020】
［硫黄（Ｓ）］
Ｓは、不純物である。Ｓは、鋼の延性及び靱性を阻害する。Ｓはさらに、熱間加工性を阻害する。これらの観点から、Ｓの含有率は、０．０３０質量％以下が好ましく、０．０２５質量％以下がより好ましく、０．０２２質量％以下が特に好ましい。Ｓの含有率が検出限界未満であってよい。
Ｓは、不純物である。Ｓは、鋼の延性及び靱性を阻害する。Ｓはさらに、熱間加工性を阻害する。これらの観点から、Ｓの含有率は、０．０３０質量％以下が好ましく、０．０２５質量％以下がより好ましく、０．０２２質量％以下が特に好ましい。Ｓの含有率が検出限界未満であってよい。
【0021】
［ニッケル（Ｎｉ）］
Ｎｉは、マルテンサイト系ステンレス鋼の靱性に寄与する。この観点から、Ｎｉの含有率は０．１０質量％以上が好ましく、０．１５質量％以上がより好ましく、０．２０質量％以上が特に好ましい。過剰のＮｉは、マルテンサイト系ステンレス鋼の高コストを招来する。コストの観点から、Ｎｉの含有率は０．６０質量％以下が好ましく、０．５０質量％以下がより好ましく、０．４５質量％以下が特に好ましい。Ｎｉは、このマルテンサイト系ステンレス鋼にとって必須の元素ではない。換言すれば、Ｎｉの含有率が検出限界未満であってよい。
Ｎｉは、マルテンサイト系ステンレス鋼の靱性に寄与する。この観点から、Ｎｉの含有率は０．１０質量％以上が好ましく、０．１５質量％以上がより好ましく、０．２０質量％以上が特に好ましい。過剰のＮｉは、マルテンサイト系ステンレス鋼の高コストを招来する。コストの観点から、Ｎｉの含有率は０．６０質量％以下が好ましく、０．５０質量％以下がより好ましく、０．４５質量％以下が特に好ましい。Ｎｉは、このマルテンサイト系ステンレス鋼にとって必須の元素ではない。換言すれば、Ｎｉの含有率が検出限界未満であってよい。
【0022】
［クロム（Ｃｒ）］
Ｃｒは、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、鋼の腐食を抑制する。耐食性の観点から、Ｃｒの含有率は１１．３０質量％以上が好ましく、１１．４０質量％以上がより好ましく、１１．５０質量％以上が特に好ましい。過剰のＣｒは焼入れ時にフェライトを生成させ、鋼の靱性を損なう。靱性の観点から、Ｃｒの含有率は１３．５０質量％以下が好ましく、１２．６０質量％以下がより好ましく、１２．００質量％以下が特に好ましい。
Ｃｒは、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、鋼の腐食を抑制する。耐食性の観点から、Ｃｒの含有率は１１．３０質量％以上が好ましく、１１．４０質量％以上がより好ましく、１１．５０質量％以上が特に好ましい。過剰のＣｒは焼入れ時にフェライトを生成させ、鋼の靱性を損なう。靱性の観点から、Ｃｒの含有率は１３．５０質量％以下が好ましく、１２．６０質量％以下がより好ましく、１２．００質量％以下が特に好ましい。
【0023】
［モリブデン（Ｍｏ）］
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０．０５質量％以上が好ましく、０．０７質量％以上がより好ましく、０．１０質量％以上が特に好ましい。Ｍｏは、高価である。さらに、過剰のＭｏは焼入れ時にフェライトを生成させ、鋼の靱性を損なう。コスト及び靱性の観点から、Ｍｏの含有率は０．５０質量％以下が好ましく、０．３５質量％以下がより好ましく、０．２５質量％以下が特に好ましい。Ｍｏは、このマルテンサイト系ステンレス鋼にとって必須の元素ではない。換言すれば、Ｍｏの含有率が検出限界未満であってよい。
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０．０５質量％以上が好ましく、０．０７質量％以上がより好ましく、０．１０質量％以上が特に好ましい。Ｍｏは、高価である。さらに、過剰のＭｏは焼入れ時にフェライトを生成させ、鋼の靱性を損なう。コスト及び靱性の観点から、Ｍｏの含有率は０．５０質量％以下が好ましく、０．３５質量％以下がより好ましく、０．２５質量％以下が特に好ましい。Ｍｏは、このマルテンサイト系ステンレス鋼にとって必須の元素ではない。換言すれば、Ｍｏの含有率が検出限界未満であってよい。
【0024】
［銅（Ｃｕ）］
Ｃｕは、不純物である。Ｃｕは、熱間加工性を阻害する。熱間加工性の観点から、Ｃｕの含有率は０．３０質量％以下が好ましく、０．２０質量％以下がより好ましく、０．１５質量％以下が特に好ましい。Ｃｕの含有率が検出限界未満であってよい。
Ｃｕは、不純物である。Ｃｕは、熱間加工性を阻害する。熱間加工性の観点から、Ｃｕの含有率は０．３０質量％以下が好ましく、０．２０質量％以下がより好ましく、０．１５質量％以下が特に好ましい。Ｃｕの含有率が検出限界未満であってよい。
【0025】
［アルミニウム（Ａｌ）］
Ａｌは、製鋼工程での脱酸に寄与する。脱酸の観点から、Ａｌの含有率は０．００１質量％以上が好ましく、０．００５質量％以上がより好ましく、０．０１０質量％以上が特に好ましい。Ａｌは、酸化物として鋼に介在する。この酸化物は、鋼の靱性を阻害する。過剰のＡｌは焼入れ時にフェライトを生成させ、鋼の靱性を損なう。さらにＡｌは、Ｎと結合してＡｌＮを形成しうる。このＡｌＮは、鋼の靱性を損なう。靱性の観点から、Ａｌの含有率は０．０５０質量％以下が好ましく、０．０４０質量％以下がより好ましく、０．０３０質量％以下が特に好ましい。Ａｌは、このマルテンサイト系ステンレス鋼にとって必須の元素ではない。換言すれば、Ａｌの含有率が検出限界未満であってよい。
Ａｌは、製鋼工程での脱酸に寄与する。脱酸の観点から、Ａｌの含有率は０．００１質量％以上が好ましく、０．００５質量％以上がより好ましく、０．０１０質量％以上が特に好ましい。Ａｌは、酸化物として鋼に介在する。この酸化物は、鋼の靱性を阻害する。過剰のＡｌは焼入れ時にフェライトを生成させ、鋼の靱性を損なう。さらにＡｌは、Ｎと結合してＡｌＮを形成しうる。このＡｌＮは、鋼の靱性を損なう。靱性の観点から、Ａｌの含有率は０．０５０質量％以下が好ましく、０．０４０質量％以下がより好ましく、０．０３０質量％以下が特に好ましい。Ａｌは、このマルテンサイト系ステンレス鋼にとって必須の元素ではない。換言すれば、Ａｌの含有率が検出限界未満であってよい。
【0026】
［酸素（Ｏ）］
Ｏは、不純物である。Ｏは酸化物を形成し、鋼の靱性を阻害する。靱性の観点から、Ｏの含有率は０．０１０質量％以下が好ましく、０．００８質量％以下がより好ましく、０．００６質量％以下が特に好ましい。Ｏの含有率が検出限界未満であってよい。
Ｏは、不純物である。Ｏは酸化物を形成し、鋼の靱性を阻害する。靱性の観点から、Ｏの含有率は０．０１０質量％以下が好ましく、０．００８質量％以下がより好ましく、０．００６質量％以下が特に好ましい。Ｏの含有率が検出限界未満であってよい。
【0027】
［窒素（Ｎ）］
Ｎは、焼入れによりＦｅに固溶する。Ｎが固溶した鋼は、高硬さかつ高強度である。Ｎは、焼戻しによって微細炭窒化物として析出する。この微細炭窒化物は、鋼の強度に寄与する。これらの観点から、Ｎの含有率は０．００５質量％以上が好ましく、０．００８質量％以上がより好ましく、０．０１０質量％以上が特に好ましい。過剰のＮは、過剰の固溶によって鋼の靱性を阻害する。過剰のＮは、窒化物を生成し、鋼の靱性を阻害する。靱性の観点から、Ｎの含有率は０．０４０質量％以下が好ましく、０．０３５質量％以下がより好ましく、０．０３０質量％以下が特に好ましい。Ｎは、このマルテンサイト系ステンレス鋼にとって必須の元素ではない。換言すれば、Ｎの含有率が検出限界未満であってよい。
Ｎは、焼入れによりＦｅに固溶する。Ｎが固溶した鋼は、高硬さかつ高強度である。Ｎは、焼戻しによって微細炭窒化物として析出する。この微細炭窒化物は、鋼の強度に寄与する。これらの観点から、Ｎの含有率は０．００５質量％以上が好ましく、０．００８質量％以上がより好ましく、０．０１０質量％以上が特に好ましい。過剰のＮは、過剰の固溶によって鋼の靱性を阻害する。過剰のＮは、窒化物を生成し、鋼の靱性を阻害する。靱性の観点から、Ｎの含有率は０．０４０質量％以下が好ましく、０．０３５質量％以下がより好ましく、０．０３０質量％以下が特に好ましい。Ｎは、このマルテンサイト系ステンレス鋼にとって必須の元素ではない。換言すれば、Ｎの含有率が検出限界未満であってよい。
【0028】
［ホウ素（Ｂ）］
Ｂは、焼き入れ性に寄与しうる。一方で、過剰なＢは窒素と結合してＢＮを形成し、鋼の靱性を阻害する。Ｂはさらに、熱間加工性を阻害する。靱性及び熱間加工性の観点から、Ｂの含有率は０．０１００以下が好ましく、０．００５０以下がより好ましく、０．００３０以下が特に好ましい。Ｂは、このマルテンサイト系ステンレス鋼にとって必須の元素ではない。換言すれば、Ｂの含有率が検出限界未満であってよい。
Ｂは、焼き入れ性に寄与しうる。一方で、過剰なＢは窒素と結合してＢＮを形成し、鋼の靱性を阻害する。Ｂはさらに、熱間加工性を阻害する。靱性及び熱間加工性の観点から、Ｂの含有率は０．０１００以下が好ましく、０．００５０以下がより好ましく、０．００３０以下が特に好ましい。Ｂは、このマルテンサイト系ステンレス鋼にとって必須の元素ではない。換言すれば、Ｂの含有率が検出限界未満であってよい。
【0029】
［製造方法］
以下、本実施形態に係る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、塑性加工等を経て、中間品が得られる。好ましくは、この中間品に、焼きなましが施される。この中間品に、焼入れが施される。この中間品に焼戻しが施され、マルテンサイト系ステンレス鋼からなる金属製品が得られる。以下、各工程が詳説される。
以下、本実施形態に係る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、塑性加工等を経て、中間品が得られる。好ましくは、この中間品に、焼きなましが施される。この中間品に、焼入れが施される。この中間品に焼戻しが施され、マルテンサイト系ステンレス鋼からなる金属製品が得られる。以下、各工程が詳説される。
【0030】
［焼きなまし］
焼きなましでは、中間品が高温環境下に保持される。この温度（焼きなまし温度）は、８００℃以上９００℃以下が好ましい。保持の時間は、２時間以上が好ましい。この保持の後、中間品は徐冷される。中間品の温度が６００℃に達するまでの冷却速度は、３０℃／時間以下が好ましい。この焼きなましにより、均質な金属組織が得られる。
焼きなましでは、中間品が高温環境下に保持される。この温度（焼きなまし温度）は、８００℃以上９００℃以下が好ましい。保持の時間は、２時間以上が好ましい。この保持の後、中間品は徐冷される。中間品の温度が６００℃に達するまでの冷却速度は、３０℃／時間以下が好ましい。この焼きなましにより、均質な金属組織が得られる。
【0031】
［焼入れ］
焼入れでは、中間品が高温環境下に保持される。この温度（焼入れ温度）は、９５０℃以上１０５０℃以下が好ましい。焼入れ温度は、９８０℃以上が特に好ましい。焼入れ温度は、１０３０℃以下が特に好ましい。保持の時間は、３０分以上が好ましい。この保持により、中間品の組織はオーステナイトとなる。この保持の後、中間品は冷却される。冷却の方法として、水冷、油冷及び空冷が例示される。この冷却により、中間品にマルテンサイト組織が生じる。
焼入れでは、中間品が高温環境下に保持される。この温度（焼入れ温度）は、９５０℃以上１０５０℃以下が好ましい。焼入れ温度は、９８０℃以上が特に好ましい。焼入れ温度は、１０３０℃以下が特に好ましい。保持の時間は、３０分以上が好ましい。この保持により、中間品の組織はオーステナイトとなる。この保持の後、中間品は冷却される。冷却の方法として、水冷、油冷及び空冷が例示される。この冷却により、中間品にマルテンサイト組織が生じる。
【0032】
［焼戻し］
焼戻しでは、中間品が高温環境下に保持される。この温度（焼戻し温度）は、２００℃以上３００℃以下が好ましい。焼戻し温度が２００℃以上である焼戻しを経て得られたマルテンサイト系ステンレス鋼は、靱性に優れる。この観点から、焼戻し温度は２２０℃以上がより好ましく、２４０℃以上が特に好ましい。焼戻し温度が３００℃以下である焼戻しを経て得られたマルテンサイト系ステンレス鋼は、硬さ及び耐食性に優れる。これらの観点から、焼戻し温度は２９０℃以下がより好ましく、２８０℃以下が特に好ましい。中間品が焼戻し温度に保持される時間は、１時間以上が好ましい。この中間品は、徐冷される。典型的には、中間品は、空冷される。この処理により、金属組織が安定したマルテンサイト系ステンレス鋼が得られうる。
焼戻しでは、中間品が高温環境下に保持される。この温度（焼戻し温度）は、２００℃以上３００℃以下が好ましい。焼戻し温度が２００℃以上である焼戻しを経て得られたマルテンサイト系ステンレス鋼は、靱性に優れる。この観点から、焼戻し温度は２２０℃以上がより好ましく、２４０℃以上が特に好ましい。焼戻し温度が３００℃以下である焼戻しを経て得られたマルテンサイト系ステンレス鋼は、硬さ及び耐食性に優れる。これらの観点から、焼戻し温度は２９０℃以下がより好ましく、２８０℃以下が特に好ましい。中間品が焼戻し温度に保持される時間は、１時間以上が好ましい。この中間品は、徐冷される。典型的には、中間品は、空冷される。この処理により、金属組織が安定したマルテンサイト系ステンレス鋼が得られうる。
【0033】
［硬さ］
Ｃスケールで測定されたマルテンサイト系ステンレス鋼のロックウェル硬さは、４０ＨＲＣ以上が好ましく、４１ＨＲＣ以上がより好ましく、４２ＨＲＣ以上が特に好ましい。このロックウェル硬さは、４５ＨＲＣ以下が好ましい。
Ｃスケールで測定されたマルテンサイト系ステンレス鋼のロックウェル硬さは、４０ＨＲＣ以上が好ましく、４１ＨＲＣ以上がより好ましく、４２ＨＲＣ以上が特に好ましい。このロックウェル硬さは、４５ＨＲＣ以下が好ましい。
【実施例0034】
以下、実施例に係るマルテンサイト系ステンレス鋼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明細書で開示された範囲が限定的に解釈されるべきではない。
【0035】
［実施例１］
真空誘導溶解炉にて、下記の表１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、５０ｋｇであった。この鋼塊に熱間鍛伸を施し、直径が１５ｍｍである円柱状のバーを得た。このバーに、焼きなましを施した。焼きなまし温度は、８７０℃であった。焼きなまし時間は、３時間であった。このバーに、焼入れを施した。焼入れ温度は、９８０℃であった。この焼入れでは、バーは油冷された。このバーに、焼戻しを施した。焼戻し温度は、２６０℃であった。この焼戻しでは、焼戻し温度下に、バーが１時間保持された。この焼戻しでは、バーが空冷された。
真空誘導溶解炉にて、下記の表１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、５０ｋｇであった。この鋼塊に熱間鍛伸を施し、直径が１５ｍｍである円柱状のバーを得た。このバーに、焼きなましを施した。焼きなまし温度は、８７０℃であった。焼きなまし時間は、３時間であった。このバーに、焼入れを施した。焼入れ温度は、９８０℃であった。この焼入れでは、バーは油冷された。このバーに、焼戻しを施した。焼戻し温度は、２６０℃であった。この焼戻しでは、焼戻し温度下に、バーが１時間保持された。この焼戻しでは、バーが空冷された。
【0036】
［実施例２－９及び比較例１－６］
組成を下記の表１に示される通りとし、かつ熱処理の条件を下記の表２に示される通りとした他は実施例１と同様にして、バーを得た。
組成を下記の表１に示される通りとし、かつ熱処理の条件を下記の表２に示される通りとした他は実施例１と同様にして、バーを得た。
【0037】
［硬さ］
焼戻し後のバーの、常温下での硬さを、ロックウェル硬さ計（Ｃスケール）にて測定した。この結果が、下記の表２に示されている。
焼戻し後のバーの、常温下での硬さを、ロックウェル硬さ計（Ｃスケール）にて測定した。この結果が、下記の表２に示されている。
【0038】
［靱性］
焼戻し後のバーから試験片を切り出し、「ＪＩＳ Ｚ ２２４２：２００５」の規定に準拠してシャルピー衝撃試験を施して、衝撃値を測定した。条件は、下記の通りである。
試験片：ＪＩＳ－３号 縦：１０ｍｍ、横：１０ｍｍ、長さ：５０ｍｍ
ノッチ：２ｍｍのＶノッチ
温度：常温
この結果が、下記の表２に示されている。さらに、値Ｐと衝撃値との関係が、図１のグラフに示されている。
焼戻し後のバーから試験片を切り出し、「ＪＩＳ Ｚ ２２４２：２００５」の規定に準拠してシャルピー衝撃試験を施して、衝撃値を測定した。条件は、下記の通りである。
試験片：ＪＩＳ－３号 縦：１０ｍｍ、横：１０ｍｍ、長さ：５０ｍｍ
ノッチ：２ｍｍのＶノッチ
温度：常温
この結果が、下記の表２に示されている。さらに、値Ｐと衝撃値との関係が、図１のグラフに示されている。
【0039】
【表1】
【0040】
【表2】
【0041】
表２に示されるように、各実施例のマルテンサイト系ステンレス鋼は、靱性に優れている。以上の評価結果から、このステンレス鋼の優位性は明らかである。
【産業上の利用可能性】
【0042】
前述のマルテンサイト系ステンレス鋼は、種々の金属製品の材料として用いられ得る。このマルテンサイト系ステンレス鋼は、構造用部品及び機械部品に、特に適している。
【図1】
【図2】
【図3】
