▶ エービー サンドビック マテリアルズ テクノロジーの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-08-05
(54)【発明の名称】マルテンサイト系ステンレス合金
(51)【国際特許分類】
C22C 38/00 20060101AFI20220729BHJP
C22C 38/46 20060101ALI20220729BHJP
C22C 38/52 20060101ALI20220729BHJP
C21D 9/46 20060101ALI20220729BHJP
【ＦＩ】
C22C38/00 302Z
C22C38/46
C22C38/52
C21D9/46 Q
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2021571522
(86)(22)【出願日】2020-06-04
(85)【翻訳文提出日】2022-01-31
(86)【国際出願番号】 EP2020065508
(87)【国際公開番号】W WO2020245285
(87)【国際公開日】2020-12-10
(31)【優先権主張番号】19178590.6
(32)【優先日】2019-06-05
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(31)【優先権主張番号】201910870222.1
(32)【優先日】2019-09-16
(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】519372032
【氏名又は名称】エービー サンドビック マテリアルズ テクノロジー
(74)【代理人】
【識別番号】110002077
【氏名又は名称】園田・小林特許業務法人
(72)【発明者】
【氏名】ヴィークルント， サラ
(72)【発明者】
【氏名】ニルソン， ジョナス
(72)【発明者】
【氏名】マットソン， スヴェン－インゲ
(72)【発明者】
【氏名】ホーエル， アンデシュ
(72)【発明者】
【氏名】チャイ， クオツァイ
【テーマコード（参考）】
4K037
【Ｆターム（参考）】
4K037EA01
4K037EA02
4K037EA07
4K037EA09
4K037EA10
4K037EA12
4K037EA13
4K037EA14
4K037EA15
4K037EA17
4K037EA18
4K037EA19
4K037EA20
4K037EA22
4K037EA23
4K037EA25
4K037EA27
4K037EA29
4K037EA31
4K037EA32
4K037EA33
4K037EA35
4K037EA36
4K037EB06
4K037EB07
4K037EB08
4K037EB09
4K037FA03
4K037FB00
4K037FE01
4K037FE02
4K037FE03
4K037FF02
4K037FF03
4K037FG00
4K037FJ04
4K037FJ05
4K037FK06
4K037FM04
(57)【要約】
重量パーセント（ｗｔ．％）で、Ｃ＞０．５０～０．６０；Ｓｉを０．１０～０．６０、Ｍｎを０．４０～０．８０；Ｃｒを１３．５０～１４．５０；Ｎｉを０～１．２０；Ｍｏを０．８０～２．５０；Ｎを０．０５０～０．１２；Ｃｕを０．１０～１．５０；Ｖを最大０．１０；Ｓを最大０．０３；Ｐを最大０．０３；を含み、残部はＦｅおよび不可避的不純物である、マルテンサイト系ステンレス合金。
【選択図】図１
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
重量パーセント（ｗｔ．％）で：Ｃ ＞０．５０～０．６０；
Ｓｉ ０．１０～０．６０，
Ｍｎ ０．４０～０．８０；
Ｃｒ １３．５０～１４．５０；
Ｎｉ ０～１．２０；
Ｍｏ ０．８０～２．５０；
Ｎ ０．０５０～０．１２；
Ｃｕ ０．４超～１．５０；
Ｖ 最大０．１０；
Ｓ 最大０．０３；
Ｐ 最大０．０３；
を含み、残部はＦｅおよび不可避的不純物である、マルテンサイト系ステンレス合金。
【請求項2】
Ｓｉの含有量が、０．２０～０．５５ｗｔ％、例えば０．３０～０．５０ｗｔ％である、請求項１に記載のマルテンサイト系ステンレス合金。
【請求項3】
Ｍｎの含有量が、０．５０～０．８０ｗｔ％、例えば０．６０～０．８０ｗｔ％である、請求項１または請求項２に記載のマルテンサイト系ステンレス合金。
【請求項4】
Ｍｏの含有量が、０．８０～２．００ｗｔ％、より好ましくは０．８０～１．３０ｗｔ％、またはさらにより好ましくは０．９０～１．３０ｗｔ％である、請求項１から３のいずれか一項に記載のマルテンサイト系ステンレス合金。
【請求項5】
Ｎｉ含有量が、≦０．８０ｗｔ％、例えば０．４０ｗｔ％未満である、請求項１から４のいずれか一項に記載のマルテンサイト系ステンレス合金。
【請求項6】
Ｎ含有量が、０．０５０～０．１０ｗｔ％、例えば０．０５０～０．０９０ｗｔ％である、請求項１から５のいずれか一項に記載のマルテンサイト系ステンレス合金。
【請求項7】
Ｖ含有量が、０．０３０～０．１０ｗｔ％である、請求項１から６のいずれか一項に記載のマルテンサイト系ステンレス合金。
【請求項8】
Ｃ含有量が、０．５１～０．６０ｗｔ％、またはより好ましくは０．５１～０．５６ｗｔ％である、請求項１から７のいずれか一項に記載のマルテンサイト系ステンレス合金。
【請求項9】
ステンレス合金が、０．５０～１．５ｗｔ％のＣｕを含む、請求項１から８のいずれか一項に記載のマルテンサイト系ステンレス合金。
【請求項10】
請求項１から９のいずれか一項に記載のマルテンサイト系ステンレス合金を含む、ステンレス鋼物品。
【請求項11】
物品がストリップである、請求項１０に記載のステンレス鋼物品。
【請求項12】
前記物品が冷間圧延、硬化および焼戻しされた、請求項１０および１１に記載のステンレス鋼物品。
【請求項13】
微細構造が、金属炭窒化物；Ｍ２３Ｃ６およびＭ７Ｃ３炭化物（式中、Ｍは１個または複数個の金属原子を表す。）；および／または他のタイプの炭化物の存在によってさらに特徴付けられる、請求項１２に記載のステンレス鋼物品。
【請求項14】
微細構造が、Ｃｕ沈殿物および／またはクラスタを含む、請求項１２および１３に記載のステンレス鋼物品。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、マルテンサイト系ステンレス合金、マルテンサイト系ステンレス合金およびそれでできた異なる構成要素を含むステンレス鋼ストリップに関する。
【背景技術】
【0002】
今日のマルテンサイト系ステンレス鋼は、一般に高い性能および良好な特性、例えば高い強度および高い延性を有し、それによって様々なストリップ用途での使用に適している。
【0003】
欧州特許ＥＰ ３０３ １９４２は、フラッパー弁に使用できるマルテンサイト系ステンレス鋼を開示している。しかしながら、この鋼は、使用するその組成および製造工程が原因でその機械的強度を失うことになるので、要求が厳しい用途および高温用途での使用に適していない。したがって、使用する場合、この鋼は、必要な機械的性質を有していないことになり、さらに耐用年数が短くなる。
【0004】
したがって、良好な機械的性質と温度安定性の組合せを有している、すなわち要求が厳しい用途および高温（温度約３００℃）で良好な機械的性質を有している、かつ維持しているマルテンサイト系ステンレス合金が必要とされている。
【0005】
本開示の態様の１つは、したがってこの問題の解決策を提供することまたはこの問題を減らすことである。
【発明の概要】
【0006】
本開示は、したがって、以下の組成を重量パーセント（ｗｔ．％）で有するマルテンサイト系ステンレス合金に関する：
Ｃ ＞０．５０～０．６０；
Ｓｉ ０．１０～０．６０；
Ｃｕ ＞０．４～１．５０；
Ｍｎ ０．４０～０．８０；
Ｃｒ １３．５０～１４．５０；
Ｎｉ ０～１．２０；
Ｍｏ ０．８０～２．５０；
Ｎ ０．０５０～０．１２；
Ｖ 最大０．１０；
Ｓ 最大０．０３；
Ｐ 最大０．０３；
を含み、残部はＦｅおよび不可避的不純物である。
Ｃ ＞０．５０～０．６０；
Ｓｉ ０．１０～０．６０；
Ｃｕ ＞０．４～１．５０；
Ｍｎ ０．４０～０．８０；
Ｃｒ １３．５０～１４．５０；
Ｎｉ ０～１．２０；
Ｍｏ ０．８０～２．５０；
Ｎ ０．０５０～０．１２；
Ｖ 最大０．１０；
Ｓ 最大０．０３；
Ｐ 最大０．０３；
を含み、残部はＦｅおよび不可避的不純物である。
【0007】
本開示はまた、マルテンサイト系ステンレス合金を含む、またはマルテンサイト系ステンレス合金からなる構成要素に関する。さらに、本開示はまた、そのような構成要素を製造するための方法を提供する。
【0008】
本発明は、炭素含有量が０．５０超（＞０．５０）～０．６０ｗｔ％のマルテンサイト系ステンレス合金を含む構成要素では、高い延性と併せて引張強度および硬度が改善し、それによって耐疲労性が向上するという発見に基づいている。さらに、上記または以下に定義されているマルテンサイト系ステンレス合金の組成物は、良好な温度安定性をもたらし、それによって材料は、高温用途で優れていることが分かっている。一般にこの高い炭素含有量（０．５０ｗｔ％超）は、一次炭化物と粗い炭化物粒子の炭化物分布の両方をもたらし、機械的性質に悪影響を与えることになるので、この発見は、非常に驚くべきものである。
【0009】
その上、上記または以下に定義されている本発明のマルテンサイト系ステンレス合金では、意図的に銅を添加すると、強度などの機械的性質が改善することが分かっている。さらに、銅を添加すると、Ａ１温度の低下がもたらされることが驚くべきことに分かっている。これは、焼鈍中および硬化中のオーステナイト化中に使用される温度の低下を可能にするので、熱処理に良い影響を与えることになり、言い換えるとエネルギー効率およびコストの観点から有益である。
【0010】
さらに、意図的に添加したＣｕと大量の炭素の組合せは、熱処理後に高い機械的強度をもたらすことになることが分かっている。いかなる理論にも拘泥するものではないが、これは、マルテンサイトの強度を増加させるＣの効果、オーステナイトとマルテンサイトに固溶体強化効果をもたらすＣｕの効果によるものであり、またクラスタおよび沈殿物の形成によって硬化効果も得られるものと考えられる。得られた最終生成物は、したがって、機械的強度が高いので冷後に焼戻し温度が高くなる可能性があるため、温度安定性が改善されることになる。
【0011】
その上、上記または以下に定義されているマルテンサイト系ステンレス合金を含む、またはそれからなる物品、例えば機械構成要素またはストリップは、高温環境（温度約３００℃）における改善された疲労強度および引張強度、高い硬度および良好な温度安定性ならびに改善された耐摩耗性の組合せを有している。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【発明を実施するための形態】
【0013】
本開示は、重量パーセント（ｗｔ．％）で：
Ｃ ＞０．５０～０．６０；
Ｓｉ ０．１０～０．６０，
Ｍｎ ０．４０～０．８０；
Ｃｒ １３．５０～１４．５０；
Ｎｉ ０～～１．２０；
Ｍｏ ０．８０～２．５０；
Ｎ ０．０５０～０．１２；
Ｃｕ ＞０．４～１．５０；
Ｖ 最大０．１０；
Ｓ 最大０．０３；
Ｐ 最大０．０３；
を含み、残部はＦｅおよび不可避的不純物である、マルテンサイト系ステンレス合金に関する。
Ｃ ＞０．５０～０．６０；
Ｓｉ ０．１０～０．６０，
Ｍｎ ０．４０～０．８０；
Ｃｒ １３．５０～１４．５０；
Ｎｉ ０～～１．２０；
Ｍｏ ０．８０～２．５０；
Ｎ ０．０５０～０．１２；
Ｃｕ ＞０．４～１．５０；
Ｖ 最大０．１０；
Ｓ 最大０．０３；
Ｐ 最大０．０３；
を含み、残部はＦｅおよび不可避的不純物である、マルテンサイト系ステンレス合金に関する。
【0014】
本発明のマルテンサイト系ステンレス合金は、以下「ステンレス合金」または「ステンレス鋼」とも呼ばれ、硬化および焼戻し後、マルテンサイト、残留オーステナイト、炭化物および炭窒化物ならびに銅沈殿物を含む微細構造を有する。上記または以下に定義されている硬化および焼戻しマルテンサイト系ステンレス合金の微細構造は、金属炭窒化物；Ｍ２３Ｃ６およびＭ７Ｃ３炭化物；および／または他のタイプの炭化物の存在によってさらに特徴付けられ、式中Ｍは１個または複数の金属原子を表す。
【0015】
本発明のステンレス合金は、従来のマルテンサイト系ステンレス鋼と比較して、温度安定性を損なうことなく硬度の増加をもたらすことになる。高温安定性は、ステンレス合金が高温用途（約３００℃）で使用できることを意味するため、重要である。
【0016】
本発明のマルテンサイト系ステンレス合金に適した硬化温度は、９８０～１１００℃、例えば１０２０～１０６０℃の温度範囲内にある。適当な焼戻し温度は、用途に応じて、２００～５００℃の範囲内にあり得る。これらの温度で焼戻し工程を行なうことにより、本発明のステンレス合金を含むまたはそれからなる構成要素は、高温（約３００℃）で安定な温度になる。一実施形態によれば、本発明のマルテンサイト系ステンレス鋼は、４００～４５０℃の温度で焼戻してもよい。得られた材料は、所望の用途で使用するのに十分高い硬度を有することになる。
【0017】
硬化および焼戻し時間は、製品の用途および寸法によって異なっていてもよい。硬化および焼戻しは、炉内で行なわれる。
【0018】
一実施形態によれば、本発明のマルテンサイト系合金は、０．５ｗｔ％以下の不可避的不純物、好ましくは０．３ｗｔ％以下の不可避的不純物を含む。不可避的不純物は、ステンレス合金の製造に使用される原料またはリサイクル材料で自然に発生することがある。
【0019】
不可避的不純物の例は、意図的に添加されたものではないが、通常不純物として発生するため完全に回避することができない元素および化合物である。不可避的不純物は、したがって、最終的な特性に非常に限られた影響しか与えない濃度で合金中に存在する。ステンレス合金中に存在する不可避的不純物には、例えば１種または複数のＣｏ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｗ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｂ、ＣｅおよびＯが含まれていてもよい。
【0020】
また、少量の合金元素は、製造プロセス、例えば脱酸素工程中に、または他の特性を改善するために添加することができる。そのような合金元素の例は、それだけには限らないが、ＡｌおよびＭｇおよびＣａである。どの元素が使用されるかに応じて、当業者は、どのくらい必要か知っているはずである。しかしながら、一実施形態によれば、これらの元素は、ステンレス合金に≦０．０２ｗｔ％添加されてもよい。
【0021】
提案されたマルテンサイト系ステンレス合金の合金元素について以下に論じる。しかしながら、下記のそれらの効果は、限定として解釈されるべきものではない。
【0022】
炭素（Ｃ）
Ｃは、金属炭窒化物；Ｍ２３Ｃ６およびＭ７Ｃ３炭化物；および／または他のタイプの炭化物の形成のための重要な元素であり、式中Ｍは１個または複数の金属原子を表す。Ｃはまた、鋼の焼入れ性に重要である。Ｃの含有量が多すぎると、しかしながら、他の合金元素と併せて、一次製造段階中に形成される大きくて不要な一次炭化物が発生し得る。さらに、Ｃの含有量が多いと、マルテンサイトがより脆くなり、マルテンサイトが形成し始めるＭｓ－温度が下がり、また残留オーステナイトの量が高すぎるレベルに増加し得る。したがって、本発明の合金の最大Ｃ含有量は、０．６０ｗｔ％、例えば０．５８ｗｔ％、例えば０．５６ｗｔ％である。
Ｃは、金属炭窒化物；Ｍ２３Ｃ６およびＭ７Ｃ３炭化物；および／または他のタイプの炭化物の形成のための重要な元素であり、式中Ｍは１個または複数の金属原子を表す。Ｃはまた、鋼の焼入れ性に重要である。Ｃの含有量が多すぎると、しかしながら、他の合金元素と併せて、一次製造段階中に形成される大きくて不要な一次炭化物が発生し得る。さらに、Ｃの含有量が多いと、マルテンサイトがより脆くなり、マルテンサイトが形成し始めるＭｓ－温度が下がり、また残留オーステナイトの量が高すぎるレベルに増加し得る。したがって、本発明の合金の最大Ｃ含有量は、０．６０ｗｔ％、例えば０．５８ｗｔ％、例えば０．５６ｗｔ％である。
【0023】
本発明の合金の高い炭素含有量は、驚くべきことに、炭化物の高い粒子密度および高い粒子面積率ももたらした。さらに、かつ驚くべきことに、形成された炭化物は、細かく分散していた。より小さいサイズおよびより多数の炭化物が存在すると、機械的性質が改善される。
【0024】
これは、耐摩耗性に良い影響を与え得る。高い炭素含有量は、したがって、＞０．５０、例えば０．５１ｗｔ％、例えば０．５２ｗｔ％、例えば０．５３ｗｔ％である。
【0025】
Ｃの量は、本発明の合金において＞０．５０～０．６０ｗｔ％、好ましくは０．５１～０．５６ｗｔ％に制限されている。
【0026】
銅（Ｃｕ）
本発明のステンレス合金では、Ｃｕは、意図的に添加される。Ｃｕは、オーステナイト安定剤であり、驚くべきことに、本発明の鋼において鋼の代替固溶体強化に寄与し、それによって優れた特性に新しい可能性をもたらすことが分かっている。Ｃｕはまた、強度を高める一種のクラスタおよび／または沈殿物を形成することになる。
本発明のステンレス合金では、Ｃｕは、意図的に添加される。Ｃｕは、オーステナイト安定剤であり、驚くべきことに、本発明の鋼において鋼の代替固溶体強化に寄与し、それによって優れた特性に新しい可能性をもたらすことが分かっている。Ｃｕはまた、強度を高める一種のクラスタおよび／または沈殿物を形成することになる。
【0027】
マトリックス中のＣｕの溶解度は、平衡状態で０．４ｗｔ％超である。本開示では、発明者らは、硬化および焼戻し後のマルテンサイトと残留オーステナイトの相の固溶体強化の最大化を確実にするために、Ｃｕを過飽和にすることが重要であり、さらに過飽和はクラスタ強化および沈殿硬化を可能にすることを発見した。Ｃｕは、ステンレス合金の耐食性も改善することになる。
【0028】
したがって、Ｃｕの含有量は、０．４超～１．５０ｗｔ％、例えば０．５０～１．５０ｗｔ％Ｃｕ、例えば０．５５～１．３０ｗｔ％である。
【0029】
ケイ素（Ｓｉ）
Ｓｉは、フェライト安定剤であり、脱酸素剤として作用する。Ｓｉはまた、炭素活性を高め、固溶体強化による強度増大に寄与する。含有量が多すぎると、不要な介在物の形成をもたらす可能性がある。Ｓｉの量は、したがって０．１０～０．６０ｗｔ％、例えば０．２０～０．５５ｗｔ％、例えば０．３０～０．５０ｗｔ％に制限されている。
Ｓｉは、フェライト安定剤であり、脱酸素剤として作用する。Ｓｉはまた、炭素活性を高め、固溶体強化による強度増大に寄与する。含有量が多すぎると、不要な介在物の形成をもたらす可能性がある。Ｓｉの量は、したがって０．１０～０．６０ｗｔ％、例えば０．２０～０．５５ｗｔ％、例えば０．３０～０．５０ｗｔ％に制限されている。
【0030】
マンガン（Ｍｎ）
Ｍｎは、オーステナイト安定剤であり、脱酸素剤として作用する。Ｍｎは、Ｎの溶解度を高め、熱間加工性を改善する。含有量が多すぎると、Ｓと併せてＭｎＳ介在物の形成に寄与し得る。Ｍｎの量は、したがって０．４０～０．８０ｗｔ％、例えば０．５０～０．８０ｗｔ％に制限されている。
Ｍｎは、オーステナイト安定剤であり、脱酸素剤として作用する。Ｍｎは、Ｎの溶解度を高め、熱間加工性を改善する。含有量が多すぎると、Ｓと併せてＭｎＳ介在物の形成に寄与し得る。Ｍｎの量は、したがって０．４０～０．８０ｗｔ％、例えば０．５０～０．８０ｗｔ％に制限されている。
【0031】
クロム（Ｃｒ）
Ｃｒは、鋼マトリックス中のＣｒの量によって決定される鋼の耐食性に必須である。Ｃｒは、炭化物（Ｍ２３Ｃ６、Ｍ７Ｃ３、炭窒化物）を形成し、ＣおよびＮの溶解度を高める。Ｃｒは、フェライト安定剤であり、量が多すぎると、デルタフェライトの形成をもたらし得る。Ｃｒの量は、したがって１３．５０～１４．５０ｗｔ％に制限されている。
Ｃｒは、鋼マトリックス中のＣｒの量によって決定される鋼の耐食性に必須である。Ｃｒは、炭化物（Ｍ２３Ｃ６、Ｍ７Ｃ３、炭窒化物）を形成し、ＣおよびＮの溶解度を高める。Ｃｒは、フェライト安定剤であり、量が多すぎると、デルタフェライトの形成をもたらし得る。Ｃｒの量は、したがって１３．５０～１４．５０ｗｔ％に制限されている。
【0032】
モリブデン（Ｍｏ）
Ｍｏは、フェライト安定剤であり、強力な炭化物形成剤である。Ｍｏは、鋼の耐食性と焼入れ性の両方に良い影響を与える。Ｍｏはまた、延性の改善に寄与する。Ｍｏは高価な元素なので、含有量は、経済的な理由で必要以上に高くすべきではない。Ｍｏの量は、したがって０．８０～２．５０ｗｔ％、好ましくは０．８０～２．００ｗｔ％、より好ましくは０．９０～１．３０ｗｔ％に制限されている。
Ｍｏは、フェライト安定剤であり、強力な炭化物形成剤である。Ｍｏは、鋼の耐食性と焼入れ性の両方に良い影響を与える。Ｍｏはまた、延性の改善に寄与する。Ｍｏは高価な元素なので、含有量は、経済的な理由で必要以上に高くすべきではない。Ｍｏの量は、したがって０．８０～２．５０ｗｔ％、好ましくは０．８０～２．００ｗｔ％、より好ましくは０．９０～１．３０ｗｔ％に制限されている。
【0033】
窒素（Ｎ）
Ｎは、オーステナイト安定剤であり、侵入型固溶体強化により鋼の強度を高める。Ｎは、マルテンサイトの硬度の増加に寄与する。Ｎは、窒化物および炭窒化物を形成することになる。Ｎの量が多すぎると、しかしながら熱間加工性が低下することになる。Ｎの量は、したがって０．０５０～０．１２ｗｔ％、好ましくは０．０５０～０．１０ｗｔ％、例えば０．０５５～０．０８５ｗｔ％に制限されている。
Ｎは、オーステナイト安定剤であり、侵入型固溶体強化により鋼の強度を高める。Ｎは、マルテンサイトの硬度の増加に寄与する。Ｎは、窒化物および炭窒化物を形成することになる。Ｎの量が多すぎると、しかしながら熱間加工性が低下することになる。Ｎの量は、したがって０．０５０～０．１２ｗｔ％、好ましくは０．０５０～０．１０ｗｔ％、例えば０．０５５～０．０８５ｗｔ％に制限されている。
【0034】
ニッケル（Ｎｉ）
Ｎｉは、オーステナイト安定剤であり、ＣおよびＮの溶解度を低下させる。Ｎｉは高価な元素なので、含有量は、経済的な理由で低く保つべきであり、Ｎｉは通常、本発明のステンレス合金に意図的に添加されない。Ｎｉの量は、≦１．２０ｗｔ％、好ましくは≦０．４０ｗｔ％、より好ましくは≦０．３５ｗｔ％であるべきである。一実施形態によれば、Ｎｉは、０．１５～０．３５ｗｔ％である。
Ｎｉは、オーステナイト安定剤であり、ＣおよびＮの溶解度を低下させる。Ｎｉは高価な元素なので、含有量は、経済的な理由で低く保つべきであり、Ｎｉは通常、本発明のステンレス合金に意図的に添加されない。Ｎｉの量は、≦１．２０ｗｔ％、好ましくは≦０．４０ｗｔ％、より好ましくは≦０．３５ｗｔ％であるべきである。一実施形態によれば、Ｎｉは、０．１５～０．３５ｗｔ％である。
【0035】
バナジウム（Ｖ）
Ｖは、強力な炭化物形成剤であり、粒成長を制限する。炭化物形成元素として、Ｖは、マルテンサイト系合金中に存在していてもよく、意図的に添加してもよい。リサイクル材料が原因で存在する場合もあるが、その場合不純物としてみなされる。含有量もクロムの供給源によって決まることになる。しかしながら、Ｖの含有量が多すぎると、延性および焼入れ性が低下し、不要な一次炭化物をもたらし得る。ステンレス合金中に存在する場合、Ｖの量は、したがって０．０１０～０．１０ｗｔ％、例えば０．０３０～０．１０ｗｔ％に制限される。
Ｖは、強力な炭化物形成剤であり、粒成長を制限する。炭化物形成元素として、Ｖは、マルテンサイト系合金中に存在していてもよく、意図的に添加してもよい。リサイクル材料が原因で存在する場合もあるが、その場合不純物としてみなされる。含有量もクロムの供給源によって決まることになる。しかしながら、Ｖの含有量が多すぎると、延性および焼入れ性が低下し、不要な一次炭化物をもたらし得る。ステンレス合金中に存在する場合、Ｖの量は、したがって０．０１０～０．１０ｗｔ％、例えば０．０３０～０．１０ｗｔ％に制限される。
【0036】
リン（Ｐ）
Ｐは、脆化を引き起こす。Ｐは、通常添加されず、≦０．０３ｗｔ％に制限されるべきである。
Ｐは、脆化を引き起こす。Ｐは、通常添加されず、≦０．０３ｗｔ％に制限されるべきである。
【0037】
硫黄（Ｓ）
Ｓは、熱間加工性に悪影響を与えることになり、量が多すぎると、ＭｎＳ介在物の形成を引き起こすことになる。Ｓは、通常添加されず、≦０．０３ｗｔ％に制限されるべきである。
Ｓは、熱間加工性に悪影響を与えることになり、量が多すぎると、ＭｎＳ介在物の形成を引き起こすことになる。Ｓは、通常添加されず、≦０．０３ｗｔ％に制限されるべきである。
【0038】
一実施形態によれば、本発明のステンレス合金は、上記の範囲のいずれかの上述の合金元素のいずれかを含む。別の実施形態によれば、本発明のステンレス合金は、上記の範囲のいずれかの上述の合金元素のいずれかからなる。
【0039】
したがって、本発明の合金とそれから構成された物品は、本明細書に開示された範囲で意図的に添加されたＣｕによって固溶体硬化が最大化されるため、かつ微粉砕した炭化物による沈殿硬化のため、優れた強化があるであろう。さらに、延性は、微細構造の組成によって改善された。
【0040】
マルテンサイト系ステンレス合金は、構成要素、例えばストリップの形態で適切に製造できるが、ワイヤー、ロッド、バー、チューブなどの形態で製造することもできる。
【0041】
本発明のマルテンサイト系ステンレス合金は、異なる機械構成要素、例えばコンプレッサーのためのバルブ構成部品、例えばフラッパー弁として使用することができる。本発明のマルテンサイト系ステンレス鋼は、高い疲労強度および／または耐摩耗性およびエッジ性能が望ましい他の用途にも適している。
【0042】
一実施形態によれば、本発明のステンレス合金は、下記に応じて製造することができる：
－ 溶融－溶融プロセスは、ＥＡＦ－電気アーク炉－を用いて実施でき、続いてＡＯＤプロセスおよび任意選択の最終調整を実施してもよい；
－ 鋳造－所望の形状、例えば１００～６００ｍｍのブルームに鋳造する；
－ 加熱－材料が１２００～１３５０℃の温度に達するまでブルームを加熱する；
－ 圧延－ブルームをストリップに熱間圧延する。熱間圧延は、使用しているロールミルに応じて複数パスを実行することができる。この工程では、所望のストリップ寸法を得るために必要だと分かった場合、任意選択で１つまたは複数の熱処理工程を実行することができる。
－ 巻取り－ストリップの巻取り、冷却後の巻取温度は約５００～８００℃である
－ 焼鈍－７００～９００℃で少なくとも１ｈの熱間圧延ストリップの焼鈍。
－ 任意選択の表面処理
－ 圧延－例えば０．０４０～３ｍｍの最終厚さまでの冷間圧延。
－ 任意選択の焼鈍－約６５０～８００℃の温度での中間焼鈍が再結晶のために必要な場合がある。
－ 硬化－硬化は、以下の工程：オーステナイト化、急冷、追加冷却、焼戻し、室温までの冷却および研磨を含む連続硬化ラインで実施することができる。硬化ラインの速度は、材料の厚さまたは質量流量および炉（複数可）のサイズによって決まり、１００～１０００ｍ／ｈであってよい。オーステナイト化炉および焼戻し炉の長さは、ほぼ同じである。
〇 オーステナイト化温度は、９５０～１１００℃である。
〇 急冷は、脆性または耐食性の低下を回避するために、材料温度が急速に、通常２分以内に、約５００℃未満になるように行なうべきである。
〇 追加冷却は、材料をＭｓ温度未満で通過させ、所望のレベル残留オーステナイトを得るために、任意選択で行なわれる。冷却温度は、通常室温が適用されるが、最終用途に応じて－１００～１００℃であってよい。
〇 焼戻しは、目的とする最終引張強度に応じて２５０～５００℃に設定することができる。
－ 溶融－溶融プロセスは、ＥＡＦ－電気アーク炉－を用いて実施でき、続いてＡＯＤプロセスおよび任意選択の最終調整を実施してもよい；
－ 鋳造－所望の形状、例えば１００～６００ｍｍのブルームに鋳造する；
－ 加熱－材料が１２００～１３５０℃の温度に達するまでブルームを加熱する；
－ 圧延－ブルームをストリップに熱間圧延する。熱間圧延は、使用しているロールミルに応じて複数パスを実行することができる。この工程では、所望のストリップ寸法を得るために必要だと分かった場合、任意選択で１つまたは複数の熱処理工程を実行することができる。
－ 巻取り－ストリップの巻取り、冷却後の巻取温度は約５００～８００℃である
－ 焼鈍－７００～９００℃で少なくとも１ｈの熱間圧延ストリップの焼鈍。
－ 任意選択の表面処理
－ 圧延－例えば０．０４０～３ｍｍの最終厚さまでの冷間圧延。
－ 任意選択の焼鈍－約６５０～８００℃の温度での中間焼鈍が再結晶のために必要な場合がある。
－ 硬化－硬化は、以下の工程：オーステナイト化、急冷、追加冷却、焼戻し、室温までの冷却および研磨を含む連続硬化ラインで実施することができる。硬化ラインの速度は、材料の厚さまたは質量流量および炉（複数可）のサイズによって決まり、１００～１０００ｍ／ｈであってよい。オーステナイト化炉および焼戻し炉の長さは、ほぼ同じである。
〇 オーステナイト化温度は、９５０～１１００℃である。
〇 急冷は、脆性または耐食性の低下を回避するために、材料温度が急速に、通常２分以内に、約５００℃未満になるように行なうべきである。
〇 追加冷却は、材料をＭｓ温度未満で通過させ、所望のレベル残留オーステナイトを得るために、任意選択で行なわれる。冷却温度は、通常室温が適用されるが、最終用途に応じて－１００～１００℃であってよい。
〇 焼戻しは、目的とする最終引張強度に応じて２５０～５００℃に設定することができる。
【0043】
本開示を、以下の非制限的な実施例によってさらに説明する。
【実施例】
【0044】
実施例１
真空誘導溶解炉（ＶＩＭ）を用いて溶融させることによっていくつかの合金を製造した。ｗｔ％での合金の元素組成を表Ｉに示す。残部は、Ｆｅおよび不可避的不純物である。特定の元素に値が示されていない場合、その元素の量は検出限界未満である。合金１、２および３は、比較例として含まれているが、残りの合金は、本開示によるステンレス合金の様々な実施形態を表す。合金は、後述のように製造し、ステンレス合金であった。
真空誘導溶解炉（ＶＩＭ）を用いて溶融させることによっていくつかの合金を製造した。ｗｔ％での合金の元素組成を表Ｉに示す。残部は、Ｆｅおよび不可避的不純物である。特定の元素に値が示されていない場合、その元素の量は検出限界未満である。合金１、２および３は、比較例として含まれているが、残りの合金は、本開示によるステンレス合金の様々な実施形態を表す。合金は、後述のように製造し、ステンレス合金であった。
【0045】
ヒートから、円柱状の試験ロッドの形態の試料を試験用に製造した。
【0046】
プロセスフローは、したがって；
原料の真空誘導溶解炉（ＶＩＭ）での溶融、
鋳造、
熱間加工前に予熱７００℃（３０分）、続いて１１５０℃（３０分）での熱処理、
焼鈍（８２５～８７５℃で６ｈ）および
試料の機械加工；
続いて硬化および焼戻し
であった。
原料の真空誘導溶解炉（ＶＩＭ）での溶融、
鋳造、
熱間加工前に予熱７００℃（３０分）、続いて１１５０℃（３０分）での熱処理、
焼鈍（８２５～８７５℃で６ｈ）および
試料の機械加工；
続いて硬化および焼戻し
であった。
【0047】
試験試料は、１０３０℃および１０５０℃で硬化し、続いて急冷（ＲＴまで）し、次いで焼戻しを４５０℃（１０５０℃での硬化のため）と２５０および４５０℃（１０３０℃での硬化のため）で２ｈ行ない、結果を表ＩＩＡおよび表ＩＩＢで見ることができる。
【0048】
これらの硬度（ＨＶ１）測定は、ＳＳ－ＥＮ ＩＳ Ｏ ６５０７に基づいて実施した。値は、５回の測定の平均値である。
【0049】
表ＩＩＡを見ても分かるように、結果は、１０３０℃で硬化した２組のデータについて硬度の増加を示した。データは、焼戻し温度が高くても硬度の明らかな増加を示し、Ｃｕの添加による硬度の増加を示した。
【0050】
表ＩＩＡは、より高温、４５０℃での焼戻しにより、本発明の合金の硬度がより高くなった（それにより引張強度がより高くなった）ことをさらに示す。これは、本発明の合金が、高温用途で使用した場合に、より高い性能を有することを意味する。
【0051】
表ＩＩＢは、本発明の合金の硬度が、１０５０ ＨＶ、４５０℃で比較の合金よりも高いことを示す。これは、本発明の合金が、それらのより高い性能を保持するので、高温用途で使用するのに適していることを示唆する。
【0052】
疲労測定
【0053】
合金の疲労特性を測定するために、合金１１を製造し、上記の組成を有し、最終厚さが０．３０５ｍｍであり、次に、約８０Ｈｚの共振で動作する１０％予圧で変動引張試験機ＡＭＳＬＥＲを使用して、階段法を用いて、疲労特性を試験した。試験の不足は、５＊１０６サイクルと定義される。いくつかの試料を製造し、試料は、胴体中央部１０ｍｍ、長さ１５ｍｍで構成されている。
【0054】
方法は、完全な断面を加えられる応力条件に曝露し、それによって制限要因についてより大きな体積で材料特性を試験することを意味する。試料は、適切なエッジおよび高い表面残留応力を保証するためにタンブルさせる。実施した疲労試験で破損する確率は５０％である。
【0055】
図１では、疲労試験結果の結果を示す。関係Ｒは、疲労限度と引張強度の比を表す。得られた標準偏差は、それぞれ、各ボックスのサイズで示されている。図から分かるように、本発明の材料は、１５０５ＭＰａの疲労限度を示し、一方参照物質（ＥＮ １．４０３１に基づく）は、１３９０を示した。
【0056】
沈殿物
表ＩＩＩ 炭化物を測定するのに使用した合金の組成。合金Ａは、本開示の範囲内である。合金Ａ（製造時ＨＶ１ ５９３）、Ｂ（製造時ＨＶ１ ５２０）およびＣ（製造時ＨＶ１ ５５２）およびＤ（製造時ＨＶ１ ６１２）は、比較用の合金である。
表ＩＩＩ 炭化物を測定するのに使用した合金の組成。合金Ａは、本開示の範囲内である。合金Ａ（製造時ＨＶ１ ５９３）、Ｂ（製造時ＨＶ１ ５２０）およびＣ（製造時ＨＶ１ ５５２）およびＤ（製造時ＨＶ１ ６１２）は、比較用の合金である。
【0057】
本発明の表から分かるように、本開示の合金は、粒子密度が５０を超えている。
【0058】
表Ｖのデータは、画像処理されたＳＥＭ画像から得られた。その例を図３に示す。本発明の合金のＣｕ粒子は、Ｔｈｅｒｍｏ Ｃａｌｃ計算によれば、Ａ１温度未満の温度で安定である。画像中のＣｕ粒子の存在は、最大化された固溶体に加えて、目に見えないＣｕクラスタおよび目に見えないより細かいＣｕ粒子も存在していることを示している。Ｃｕ沈殿物とＣｕクラスタの両方とも、機械的性質に寄与することになる。
【0059】
表ＩＩＩの一部の合金の熱安定性を評価した。結果を図２に示す。
【0060】
図２は、合金Ｄが、焼戻し中に安定化されている温度よりも高い温度に曝露されると、それらの特性を失うことになることを示す。合金Ａの場合、温度範囲全体でほとんど影響を受けない硬度として示される熱安定性を損なうことなく、より高い硬度とそれによってより高い引張強度が得られる。
【図1】
【図2】
【図3】
【国際調査報告】