特許 7196837 刃物用鋼帯の製造方法および刃物用鋼帯

(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】

(24)【登録日】2022-12-19

(45)【発行日】2022-12-27

(54)【発明の名称】刃物用鋼帯の製造方法および刃物用鋼帯

(51)【国際特許分類】

   C21D 9/46 20060101AFI20221220BHJP

   C22C 38/00 20060101ALI20221220BHJP

   C22C 38/18 20060101ALI20221220BHJP

   C22C 38/28 20060101ALN20221220BHJP

【ＦＩ】

C21D9/46 R

C22C38/00 302Z

C22C38/18

C22C38/28

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2019518787

(86)(22)【出願日】2018-05-15

(86)【国際出願番号】 JP2018018685

(87)【国際公開番号】W WO2018212155

(87)【国際公開日】2018-11-22

【審査請求日】2021-04-12

(31)【優先権主張番号】P 2017098914

(32)【優先日】2017-05-18

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000005083

【氏名又は名称】日立金属株式会社

(72)【発明者】

【氏名】妹尾 亘

【審査官】櫛引 明佳

(56)【参考文献】

【文献】特開平０５－０３９５４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－１４５９０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２２４４０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－０２０９２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１４／１６２９９７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１６／０８５２０３（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２１Ｄ ９／４６－９／４８

Ｃ２２Ｃ ３８／００－３８／６０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

質量％で、Ｃ：０．５５～０．８０％、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：１．０％以下、Ｃｒ：１２．０～１４．０％を含み、残部Ｆｅ及び不可避的不純物よりなる組成を有する刃物用鋼帯の製造方法において、
前記組成を有する冷間圧延用素材をバッチ式の焼鈍炉内で焼鈍するバッチ焼鈍工程と、
前記バッチ焼鈍工程後の冷間圧延用素材に、１回以上の冷間圧延を施して鋼帯とする冷間圧延工程と、を含み、
前記バッチ焼鈍工程は、炉内温度４５０℃超７７０℃未満で１～１２時間加熱保持する第一均熱工程と、第一均熱工程の後に行われ、炉内温度７７０℃超９００℃未満で１～１６ｈ加熱保持する第二均熱工程と、を含み、
前記刃物用鋼帯の金属組織は、炭化物が分散しているフェライト組織であり、
前記炭化物の密度は、１００～２００個／１００μｍ ^２ である、刃物用鋼帯の製造方法。

【請求項2】

前記刃物用鋼帯の炭化物平均径は、０．３０～０．４５μｍである、請求項１に記載の刃物用鋼帯の製造方法。

【請求項3】

質量％で、Ｃ：０．５５～０．８０％、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：１．０％以下、Ｃｒ：１２．０～１４．０％を含み、残部Ｆｅ及び不可避的不純物よりなる組成を有する刃物用鋼帯において、
前記刃物用鋼帯の金属組織は、炭化物が分散しているフェライト組織であり、
前記炭化物の密度は、１００～２００個／１００μｍ^２であり、
前記刃物用鋼帯の炭化物平均径は、０．３０～０．４５μｍである、刃物用鋼帯。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、刃物用鋼帯の製造方法および刃物用鋼帯に関するものである。

【背景技術】

【0002】

カッター等の刃物に用いられている刃物用鋼帯には、高硬度かつ耐摩耗性や耐食性に優れた、質量％でＣを１．０％以下、Ｃｒを１２．０～１４．０％程度含むマルテンサイト系ステンレス鋼が使用されている。このようなマルテンサイト系ステンレス鋼帯は通常、熱間圧延後の熱延鋼帯に冷間圧延・軟化焼鈍を施して所望の製品形状に加工された後、焼入れ焼戻しを施されることで、高硬度組織を得ることが出来る。

【0003】

上述したような刃物用鋼帯の焼入れ焼戻し前の組織は、フェライト組織中に炭化物が分散した状態を呈しており、この炭化物の分布状態により硬度などの特性が変動する。炭化物の分布に関しては従来より多くの検討がなされており、例えば本願出願人が過去に提案した特許文献１には、短時間の熱処理で優れた硬さを得られるステンレスかみそり用鋼を提供するために、重量％でＣ：０．５５を越え０．７３％以下、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：１．０％以下、Ｃｒ：１２％以上１４％以下、Ｍｏ：０．２％以上１．０％以下、Ｎｉ：無添加～１．０％、残部Ｆｅ及び不純物よりなり、焼鈍状態での炭化物密度を１４０～２００個／１００μｍ^２とした焼入れ性の優れたステンレスかみそり用鋼の発明がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開平６－１４５９０７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載されたステンレスかみそり用鋼は、焼入れ性と冷間圧延性に優れた発明であるが、炭化物の密度向上のために高価な原料であるＭｏの添加を必須としており、Ｍｏを添加せずに炭化物密度を向上させることについては記載されておらず、検討の余地が残されている。そこで本発明の目的は、Ｍｏを添加せずに炭化物密度を適正な範囲に制御することができ、生産性の向上も期待できる刃物用鋼帯の製造方法および刃物用鋼帯を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明者は、Ｍｏを含有させずに適正な炭化物密度を有した鋼帯を得るために、バッチ式焼鈍炉の加熱条件について鋭意研究した。その結果、バッチ式焼鈍炉の昇温速度、加熱保持時間、温度を適正範囲に調整することで、Ｍｏを含有した特許文献１の鋼帯と同等の特性が得られることを知見し、本発明に想到した。
すなわち本発明の一態様は、質量％で、Ｃ：０．５５～０．８０％、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：１．０％以下、Ｃｒ：１２．０～１４．０％を含み、残部Ｆｅ及び不可避的不純物よりなる刃物用鋼帯の製造方法において、前記組成を有する冷間圧延用素材をバッチ式の焼鈍炉内で焼鈍するバッチ焼鈍工程と、前記バッチ焼鈍工程後の冷間圧延用素材に、１回以上の冷間圧延を施して鋼帯とする冷間圧延工程と、を含み、前記バッチ焼鈍工程は、炉内温度４５０℃超７７０℃未満で１～１２時間加熱保持する第一均熱工程と、第一均熱工程の後に行われ、炉内温度７７０℃超９００℃未満で１～１６時間加熱保持する第二均熱工程と、を含む、刃物用鋼帯の製造方法である。
好ましくは前記刃物用鋼帯の金属組織は、炭化物が分散しているフェライト組織であり、前記炭化物の密度は、１００～２００個／１００μｍ^２である。
好ましくは前記刃物用鋼帯の炭化物平均径は、０．３０～０．４５μｍである。
本発明の別の一態様は、質量％で、Ｃ：０．５５～０．８０％、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：１．０％以下、Ｃｒ：１２．０～１４．０％を含み、残部Ｆｅ及び不可避的不純物よりなる組成を有する刃物用鋼帯において、
前記刃物用鋼帯の金属組織は、炭化物が分散しているフェライト組織であり、
前記炭化物の密度は、１００～２００個／１００μｍ^２である、刃物用鋼帯である。
好ましくは前記刃物用鋼帯の炭化物平均径は、０．３０～０．４５μｍである。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、高価なＭｏを添加せずに炭化物密度を適正な範囲に制御することができ、従来の連続焼鈍式よりも良好な生産性を有する刃物用鋼帯を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の刃物用鋼帯の表面の部位を観察した電子顕微鏡写真である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の一実施形態について説明する。ただし本発明は、ここで取り挙げた実施形態に限定されるものではなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜組み合わせや改良が可能である。まず本発明に係る刃物用鋼帯の組成について限定理由を説明する。
Ｃ：０．５５～０．８０％
Ｃは、本発明に適した炭化物密度に調整し、かつ焼入れ時オーステナイト化温度において炭化物から基地（マトリックス）に固溶し、焼入れで生成するマルテンサイトの硬さを決定する重要な元素である。本発明に適した炭化物密度を得るために、Ｃの含有量は０．５５％以上とする。好ましいＣの下限は０．６０％であり、更に好ましくは０．６３％である。またＣを過剰に含有すると、大型の共晶炭化物の生成や、耐食性の低下を招く可能性があるため、上限は０．８０％とする。好ましいＣの上限は０．７８％であり、さらに好ましくは０．７５％である。

【0010】

Ｓｉ：１．０％以下
Ｓｉは、刃物用鋼帯の精錬時に脱酸剤として用いる他、鋼中に固溶し、低温焼戻しにおける軟化を抑制する元素である。しかし、過度の含有はＳｉＯ_２等の硬質介在物として刃物用鋼中に残存する確率が高く、刃欠けや点錆の原因となるため含有量を１．０％以下とする。なお、Ｓｉによる低温焼き戻しの軟化抵抗の効果を確実とし、硬質介在物の形成を防止するには、０．１～０．７％の範囲とするのが好ましい。更に好ましいＳｉの下限は０．１５％であり、更に好ましいＳｉの上限は０．５％である。
Ｍｎ：１．０％以下
ＭｎもＳｉと同様に精錬時の脱酸剤として用いることができる。しかし、Ｍｎが１．０％を越えると熱間加工性を低下させるため、Ｍｎの含有量は１．０％以下とする。なお、Ｍｎを脱酸剤として用いた場合、Ｍｎは少なからず刃物鋼中に残留する。そのため、Ｍｎの下限は特に規定しないが、０％を超えるものとなる。好ましいＭｎの範囲は０．１～０．９％である。

【0011】

Ｃｒ：１２．０～１４．０％
Ｃｒは、刃物用鋼帯が有する優れた耐食性を維持し、本発明に適した炭化物密度を得るために必要なＣｒ系炭化物を形成する重要元素である。前述のＣｒの効果を得るためには、少なくとも１２．０％のＣｒが必要となる。一方、Ｃｒが１４．０％を超えると、共晶炭化物の晶出量が増加することにより、刃物に刃欠けが発生する原因となる。そのため、Ｃｒの含有量は１２．０～１４．０％の範囲とする。前記のＣｒの効果をより確実に得るための好ましいＣｒの下限は１２．５％であり、好ましいＣｒの上限は１３．５％である。

【0012】

本発明では上記以外の成分はＦｅ及び不可避的不純物とする。特にＭｏは従来では炭化物密度を向上させるために添加されているが、原料コストを低減させ、かつ本発明に適した炭化物密度を得るために、添加しない。その他の不可避的不純物元素としては、Ｐ、Ｓ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎ及びＯが挙げられるが、本発明の効果を阻害しない下記に示す範囲内であれば、含有されていてもよい。
Ｐ≦０．０３％、Ｓ≦０．００５％、Ｃｕ≦０．５％、Ａｌ≦０．１％、Ｔｉ≦０．１％、Ｎ≦０．０５％及びＯ≦０．０５％。

【0013】

続いて本実施形態の製造方法について説明する。
本実施形態では、前述した組成を有する熱間圧延材を冷間圧延用素材とし、この冷間圧延用素材にバッチ焼鈍を行い（バッチ焼鈍工程）、バッチ焼鈍後の冷間圧延用素材に、１回以上の冷間圧延を施す（冷間圧延工程）ことで作製される。ここでバッチ焼鈍工程に移行する前に熱間圧延後の材料表面に存在するスケールや圧延疵を除去する目的で、熱間圧延材の表面を研磨してもよい。

【0014】

[バッチ焼鈍工程]
本実施形態では冷間圧延工程前に、コイル状に巻き取られた冷間圧延用素材（以下、コイルともいう）をバッチ式焼鈍炉を用いて真空中でバッチ焼鈍する。このバッチ焼鈍を適用することによって、複数のコイルを一度に焼鈍することができるため、連続焼鈍よりも生産性良く焼鈍することが可能である。本実施形態ではこのバッチ焼鈍の焼鈍条件において、前段加熱として素材の変態点未満の温度で加熱して、微細な炭化物を析出させる第一均熱工程と、第一均熱工程の後に行い、素材の変態点以上の温度で加熱して炭化物を球状化させる第二均熱工程とを有することが特徴である。本実施形態での第一均熱工程は、炉内温度４５０℃超７７０℃未満で１～１２時間加熱保持する。この工程により、サイズが揃った微細な炭化物を析出させることが可能となる。炉内温度が４５０℃以下、または加熱保持時間が１時間未満の場合、炭化物が十分に析出せず好ましくない。温度が７７０℃以上、または加熱保持時間が１２時間を超える場合、過剰に成長した炭化物同士が凝集してしまい、最終的な炭化物個数が減少するため好ましくない。より好ましい温度の下限は４７０℃である。さらに好ましい温度の下限は、６００℃である。より好ましい温度の上限は７５０℃未満である。またより好ましい加熱保持時間の下限は３時間であり、より好ましい加熱保持時間の上限は９時間である。さらに好ましい加熱保持時間の上限は８時間であり、最も好ましい加熱保持時間の上限は７時間である。なお特に記載がない限り、本実施形態における「変態点」とは、Ａｃ１点（オーステナイトが生成し始める温度）を示す。

【0015】

本実施形態では、上述したように第一均熱工程の後に、７７０℃超、かつ９００℃未満の炉内温度で１～１６時間加熱保持する、第二均熱工程を有する。第二均熱工程での温度を素材の変態点以上である７７０℃超、かつ９００℃未満に設定することで、上述したように素材に固溶する炭化物を減少させつつ球状化熱処理することが可能であり、炭化物密度を高めることが可能である。炉内温度が７７０℃以下であると、組織がオーステナイト化せず炭化物が粗大化し、球状化が十分に進行しない可能性があるため好ましくない。温度が９００℃以上であると、炭化物が過剰に固溶するため、その後の徐冷工程により再析出する炭化物が粗大化してしまう傾向にあるため、好ましくない。より好ましい温度の下限は８００℃であり、より好ましい温度の上限は８６０℃である。また、より好ましい第二均熱工程の保持時間上限は１３時間であり、さらに好ましくは１１時間である。第二均熱工程の保持時間が１時間未満の場合、保持時間が短すぎるため、鋼帯の寸法不良や破断が発生する傾向にあり、好ましくない。本実施形態ではバッチ炉を適用しているため、一回の焼鈍時に複数のコイルを投入する（例えば、最大外径サイズがφ１０００ｍｍのコイルを１０個投入する）ことが可能であるため、高い生産性を有する。なお、第二均熱工程の後には、十分に素材に炭化物を析出させるために、素材温度が６００～８００℃（ただし、第二均熱工程での炉内温度よりも低い温度）になるまで素材を徐冷する徐冷工程を行うことが好ましい。

【0016】

[冷間圧延工程]
本実施形態ではバッチ焼鈍工程を終えた冷間圧延用素材に、１回以上の冷間圧延を施すことで所望の板厚に調整された鋼帯を得ることが出来る。なおこの冷間圧延は複数回行っても良く、冷間圧延の間に鋼帯を軟化させるための中間焼鈍を行っても良い。また、最終冷間圧延の後に歪取りを目的とした歪取り焼鈍を行っても良い。

【0017】

[金属組織]
上述した本発明の製造方法を適用して得られた刃物用鋼帯の焼入れ焼戻し前の金属組織は、炭化物が分散しているフェライト組織であり、この炭化物の密度は、１００～２００個／１００μｍ^２に調整することができる。この範囲内に収めることで、焼入れ性に優れた鋼帯を得ることが出来る。炭化物の密度が１００個／１００μｍ^２未満の場合、焼入れ時の炭化物の固溶量が少なくなって所望の硬さが得られなくなる傾向にある。炭化物の密度が２００個／１００μｍ^２超の場合、鋼帯の硬度が高くなり、生産性が低下する傾向にある。より好ましい炭化物密度の下限は１２０個／１００μｍ^２、さらに好ましい炭化物密度の下限は１３０個／１００μｍ^２、最も好ましい炭化物密度の下限は１４０個／１００μｍ^２である。また好ましい炭化物密度の上限は、１９０個／１００μｍ^２であり、より好ましい炭化物密度の上限は１８０個／１００μｍ^２である。

【0018】

本発明に係る刃物用鋼帯の焼入れ焼戻し前の炭化物平均径は、０．３０～０．４５μｍであることが好ましい。上述した範囲内に炭化物サイズを制御することで、焼入れ時の炭化物が固溶しやすくなる傾向にある。また、より好ましくは、平均径が０．３０μｍ～０．４０μｍの微細な炭化物が多い方が好ましい。このように０．４０μｍ以下の微細な炭化物を主に析出させることで、より良好な焼入れ性を得ることが可能である。なお、本実施形態における炭化物の測定方法は、例えば、鋼帯の表面（圧延面）をエッチングし、現出した組織を電子顕微鏡で１００００倍で観察し、得られた画像について画像解析を行い、炭化物の個数および平均径（面積円相当径）を算出することにより、測定することができる。

【実施例】

【0019】

以下の実施例で本発明を更に詳しく説明する。表１のＮｏ．１に示す組成を有する厚み１．５ｍｍの熱間圧延材（φ１０００ｍｍサイズのコイル１０個）をバッチ炉で焼鈍した。そのバッチ焼鈍は、第一均熱工程として６９０～７４５℃で５時間加熱した後、第二均熱工程として８００～８５０℃で６時間加熱するバッチ焼鈍とし、第二均熱工程後の材料が６００～７５０℃の温度範囲に入るよう、徐冷した。その後冷間圧延と中間焼鈍を繰り返して厚さ０．１ｍｍの厚さに仕上げ、本発明例１の刃物用鋼帯とした。また本発明例２として、第一均熱工程の条件を４７０～５３０℃で２時間加熱に設定し、第二均熱工程の温度を８００～８５０℃で１１時間加熱に設定し、他の条件はＮｏ．１と同様の条件で刃物用鋼帯とした。対して表１のＮｏ．１１およびＮｏ．１２に示す組成を有し、厚み１．５ｍｍの熱間圧延材を８４０℃に調整したバッチ炉で５時間バッチ焼鈍（本発明の第一均熱工程無し）し、本発明例と同じく冷間圧延と焼鈍を繰り返して厚さ０．１ｍｍの厚さに仕上げ、刃物用鋼帯とした。Ｎｏ．１１の組成からなるものを比較例、Ｎｏ．１２の組成からなるものを従来例とする。

【0020】

【表1】

【0021】

続いて作製した本発明例１、２、比較例、従来例の刃物用鋼帯から観察用試料を採取し、炭化物密度を測定した。また、本発明例１、比較例、従来例のビッカース硬さを測定した。炭化物密度測定については、試料の表面（圧延面）を酸性溶液でエッチングして炭化物を露出させた後、電子顕微鏡を用いて観察した。得られた画像は画像解析装置を用いて、１００μｍ^２における炭化物密度を測定した。また本発明例１のみ、画像解析装置を用いて炭化物の平均径（面積円相当径）も測定した。ビッカース硬さはＪＩＳ－Ｚ２２４４に規定された方法に従い、２００Ｎの荷重により鋼帯の幅方向中央部の硬さを測定した。図１に本発明例１の金属組織の電子顕微鏡写真を示す。また表２に炭化物密度の測定結果を、表３に硬さの測定結果を示す。なお本発明例１の炭化物平均径は、０．３５μｍであった。なお追加の実験として、第二均熱工程の温度を８００～８５０℃で約１８時間程度の加熱に設定し、他の条件は本発明例１と同様の条件で刃物用鋼帯を作製し、得られた試料の炭化物密度を確認した結果、１００個／μｍ^２未満であったことも確認した。

【0022】

【表2】

【0023】

【表3】

【0024】

図１の結果より、本発明例１の刃物用鋼帯はフェライト組織中に白色の炭化物が分散している金属組織を呈していることが確認できた。また表２より、本発明例１、２の刃物用鋼帯は、ほぼ同等組成である比較例よりも炭化物密度が高く、Ｍｏを添加している従来例と同等または同等以上の炭化物密度に調整できたことを確認した。また、本発明例１の刃物用鋼帯は硬さもＨＶ２００以上を示しており、従来例と比較しても遜色ない値であることも確認できた。さらに本発明の実施例においてはバッチ焼鈍炉で一度に１０コイル熱処理することが可能であった。このため、本発明によれば、連続焼鈍式と比較して生産性も高くすることができる。
以上より本発明の刃物用鋼帯は、良好な焼入れ性を発揮するために必要な炭化物密度を、Ｍｏ無しでも達成していることが分かる。

【図1】