JP2002146488A

JP2002146488A - 加工性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼

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Publication number: JP2002146488A
Application number: JP2001263693A
Authority: JP
Inventors: Toshimitsu Nagaya; 敏光長屋; Toshihiro Kasashige; 利広笠茂
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2000-08-31
Filing date: 2001-08-31
Publication date: 2002-05-22
Anticipated expiration: 2021-08-31
Also published as: JP4655437B2

Abstract

(57)【要約】【課題】安定した焼入れ硬度が得られるとともに、焼
き入れ前における、打ち抜き加工性、曲げ加工性に優れ
たマルテンサイト系ステンレス鋼を提供する。【解決手段】質量％で、Ｃ＋Ｎ：0.04超〜0.10％、S
i：0.5％以下、Mn：1.0〜2.5％、Cr：10.0超〜14.5％、
Al：0.100％以下を含み、かつＶ：0.40％以下、Ti：0.4
0％以下、Zr：0.40％以下、Ta：0.40％以下、Hf：0.40
％以下から選ばれる１種または２種以上を合計で0.02〜
0.40％含有し、さらに必要に応じて、Ni，Cu，Mo，Ｂ，
Co，Ｗ，Ca，Mgを含有し、残部はFeおよび不可避的不純
物から成る成分組成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば二輪車のデ
ィスクブレーキ材などの車輌部材や機械部材などの用途
に好適な、焼入れたままで用いるマルテンサイト系ステ
ンレス鋼に関し、必要な焼入れ特性のほか、とくに焼き
入れ前には優れた加工性（打抜加工性、曲げ加工性な
ど）を有するマルテンサイト系ステンレス鋼を提案する
ものである。なお、本発明にいう％は、特にことわらな
いかぎり、すべて質量％を意味するものとする。

【０００２】

【従来の技術】二輪車のディスクブレーキ材には、ブレ
ーキとしての性能を長期間維持するために耐摩耗性が必
要である。この耐摩耗性は、一般に硬度が高くなるに従
い良好となるが、一方、靱性は逆に低下する。これらの
点を考慮して、耐摩耗性と靱性の両方を要求される車両
や機械の部材には、ロックウェル硬度ＨＲＣで30〜40の
範囲に制御された鋼が用いられる場合が多い。従来、こ
の用途に使用されるステンレス鋼としては、Ｃ：0.2％
の SUS 420J1およびＣ：0.3％の SUS 420J2等の高Ｃマ
ルテンサイト系ステンレス鋼か、低Ｃ高Mnマルテンサイ
ト系ステンレス鋼が用いられてきた。

【０００３】しかし、上記 SUS 420J1、SUS 420J2等の
高Ｃマルテンサイト系ステンレス鋼では、焼入れ温度が
変動したときの硬度の変化が大きいために、焼入れのみ
で所定の硬度を得るには、極めて精度の高い熱処理管理
が必要であった。また、仮に焼戻しにより焼入れ条件の
管理を緩和できたとしても、焼戻しによって析出するCr
炭窒化物の周囲に、低Cr濃度の領域が生じて、耐食性が
低下するという難点があった。

【０００４】一方、特公昭60−2380号公報に示されるよ
うな低Ｃ高Mnマルテンサイト系ステンレス鋼では、焼入
れ温度に対する硬度の変動が少ないため、高Ｃマルテン
サイト系ステンレス鋼におけるような過酷な熱処理条件
の管理は不要となる。しかし、この材料を用いてディス
クブレーキなどの部材を製造する際には、焼入れ前の打
ち抜き工程で、打ち抜き型で剪断される近傍が塑性変形
域に引きずり込まれて、「ダレ（垂れ下がり・反り上が
りともいう）」（図１参照）になりやすく、加工精度を
低下させるという問題が残されていた。打ち抜き部の縁
辺部にダレが発生すると、外形の維持、他部材と摺動し
たときのビビリ防止等の必要性から、その後の工程で、
ダレを除去するために、切削・研摩作業を余分に行わな
ければならず、工数負荷の増大と歩止ロスを招くことに
なる。

【０００５】前述した部材を製造するのに求められるこ
のほかの特性としては、焼入れ前の成形性（曲げ成形
性）、被削性（穴あけ性等）が、さらにまた、焼入れ加
熱時の耐酸化性などが挙げられる。しかし、これら何れ
の特性についても、従来の成分系の鋼では限界があり、
改善の余地が残されていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の低
Ｃ高Mnマルテンサイト系ステンレス鋼は、焼入れ硬度の
焼入れ温度依存性が小さいために、熱処理管理が容易で
あると言う利点を有していたものの、一方では、焼入れ
前の加工成形段階において、特に打ち抜き加工でダレが
生じるという問題があった。さらに、焼入れ前の加工成
形においては、厳しい曲げ加工のときに割れが発生する
という問題もあった。このほか、従来技術では、焼入れ
前の被削性（穴あけ性）や焼入れ加熱時の耐酸化性も、
必ずしも十分ではなかった。そこで、本発明は、従来技
術が抱えているかかる問題を解消して、所定の焼入れ硬
度が安定して得られるとともに、焼入れ前における、打
ち抜き加工性、曲げ加工性に優れたマルテンサイト系ス
テンレス鋼を提供することにある。さらに、本発明は、
被削性、焼入れ時の耐酸化性をも一段と改善したマルテ
ンサイト系ステンレス鋼を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨構成は以下
のとおりである。 (1) 質量％で、Ｃ＋Ｎ：0.04超〜0.10％、Si：0.5％以
下、Mn：1.0〜2.5％、Cr：10.0超〜14.5％、Al：0.100
％以下を含み、かつＶ：0.40％以下、Ti：0.40％以下、
Zr：0.40％以下、Ta：0.40％以下、Hf：0.40％以下から
選ばれる１種または２種以上を合計で0.02〜0.40％含有
し、残部はFeおよび不可避的不純物から成ることを特徴
とする加工性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼。

【０００８】(2)上記(1)に記載の成分に加え、さらに、
質量％で、Ni：0.6％以下、Cu：0.5％以下から選ばれる
１種または２種を含むことを特徴とする加工性に優れた
マルテンサイト系ステンレス鋼。

【０００９】(3)上記(1)または(2)に記載の成分に加
え、さらに、質量％で、Mo：0.012〜0.500％を含むこと
を特徴とする加工性に優れたマルテンサイト系ステンレ
ス鋼。

【００１０】(4)上記(1)〜(3)のいずれか１つに記載の
成分に加え、さらに、質量％で、Ｂ：0.0002〜0.0050％
を含むことを特徴とする加工性に優れたマルテンサイト
系ステンレス鋼。

【００１１】(5)上記(1)〜(4)のいずれか１つに記載の
成分に加え、さらに、質量％で、Co：0.50％以下、Ｗ：
0.30％以下から選ばれる１種または２種を含むことを特
徴とする加工性に優れたマルテンサイト系ステンレス
鋼。

【００１２】(6)上記(1)〜(5)のいずれか１つに記載の
成分に加え、さらに、質量％で、Ca：0.0050％以下、M
g：0.0050％以下から選ばれる１種または２種を含むこ
とを特徴とする加工性に優れたマルテンサイト系ステン
レス鋼。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明のマルテンサイト系
ステンレス鋼の成分組成を、上記範囲に限定した理由に
ついて説明する。 (Ｃ＋Ｎ)：0.04超〜0.10％ＣおよびＮは、いずれも硬度を高め、耐摩耗性を向上さ
せるのに有効な元素であり、本発明のMn量の範囲におい
て、焼入れ時の硬度をＨＲＣ30〜40にするためには、
(Ｃ＋Ｎ)量は、0.04％を超え0.10％以下の範囲とする必
要がある。

【００１４】Si：0.5％以下 Siは、高温においてフェライトを生成させる元素であ
る。しかし、0.5％を超えると焼入れ硬度を低下させる
のみならず、靱性に悪影響を与えるので、その上限を0.
50％とする。なお、Si量は少ないほど好ましい。

【００１５】Mn：1.0〜2.5％ Mnは、高温におけるδ−フェライトの生成を抑制するの
に有効な元素である。1.0％未満の含有量ではδ−フェ
ライトを生成し、ＨＲＣ30〜40の焼入れ硬度が得られな
くなる。なお、ＨＲＣ30〜40の焼入れ硬度を、高(Ｃ＋
Ｎ)の成分系で達成しようとすると、(Ｃ＋Ｎ)量の適正
範囲が著しく狭くなるため、製造性が低下する。また、
Mn量が低すぎると、ＨＲＣ30〜40の焼入れ硬度を得るた
めの焼入れ熱処理の温度範囲が極端に狭小となるため、
温度管理も難しくなるので、その下限を1.0％とする。
一方、Mn量が2.5％を超えると、高温での耐酸化性が低
下し、鋼板の製造工程におけるスケール生成量が多くな
り、板面に肌荒を生じて、鋼板の寸法精度を著しく低下
させるので、その上限を2.5％に限定する。

【００１６】Cr：10.0超〜14.5％ Crは、耐食性を保持するために10.0％超の含有量が不可
欠である。しかし、14.5％を超えると、Mn，NiおよびCu
のそれぞれ上限量を添加しても、850〜1050℃の焼入れ
温度範囲でδ−フェライトが出現するようになり、ＨＲ
Ｃ30〜40の焼入れ硬度が得られなくなる。よって、Cr含
有量は10.0超〜14.5％の範囲とする。

【００１７】Ｖ：0.40％以下、Ti：0.40％以下、Zr：0.
40％以下、Ta：0.40％以下、Hf：0.40％以下、かつこれ
らの合計量：0.02〜0.40％Ｖ，Ti，Zr，Ta，Hfは、本発明においては極めて重要な
元素である。Ｖ，Ti，Zr，Ta，Hfの量を、単独で0.40％
以下、合計量で0.02〜0.40％含有することにより、鋼板
の結晶粒を微細化し、かつ再結晶後の粒成長を抑制する
効果を有する。

【００１８】これら元素を少なくとも１種添加すること
により、結晶粒の細粒化が達成されて、焼き入れ前にお
ける打ち抜き加工の際のダレが改善され、同時に焼入れ
後の靱性も維持される。このような効果が得られる機構
は、必ずしも明らかではないが、以下によるものと考え
ている。 (1)結晶粒内の転位が結晶粒界に集積し易くなり、塑性
変形に対する抵抗力が大きくなる。そのため、打ち抜き
加工の際の塑性変形領域が、剪断面近傍に限定されてダ
レが小さくなる。 (2)粒界は、応力集中が大きく、亀裂の伝播経路になる
が、細粒化により粒界面積が増大し、単位粒界面積当り
の応力集中が緩和され、靱性が維持される。なお、この
ような細粒化に伴う硬質化の傾向があるにもかかわら
ず、焼入れ後の硬度が従来材並みの値を示している理由
として、Ｖ，Ti，Zr，Ta，Hfがフェライト生成を促進し
て、焼入れによる硬化を低減するので、細粒化の効果と
相殺されることが考えられる。こうしたＶ，Ti，Zr，T
a，Hfの作用は、合計量で0.02％以上の含有で得られる
が、単独、合計いずれでも0.40％を超えると、高温での
耐酸化性が低下し、鋼板製造工程におけるスケール起因
の表面欠陥を防止する上で不利となる。よって、上記範
囲に限定する。ところで、Ｖは、含有量が0.18％を超え
ると、焼入れ前における打ち抜き加工時の剪断面の割
れ、荒れが発生する場合があるため、0.18％以下とする
のが好ましい。0.09％以下とするとさらに好ましい。

【００１９】Al：0.100％以下 Alは、脱酸に有効な元素であるため、必要に応じて含有
してもよい。ただし、多すぎるとＮと結合して、成形
性、特に伸びを低下させるので、上限を0.100％とす
る。

【００２０】Ni：0.6％以下、Cu：0.5％以下 NiおよびCuは、いずれもMnと同様に、高温におけるδフ
ェライトの生成を防止するのに有効である。本発明にお
いては、Mn量1.0〜2.5％の添加によってその目的を達せ
られるので、必要に応じて添加することができる。その
際、Niは、過度に添加すると、焼入れ後の硬度のばらつ
きを大きくし、またCuは、高温での熱間圧延時に表面疵
を発生し、歩留を低下させるので、Ni：0.6％以下、C
u：0.5％以下の範囲で含有させる。

【００２１】Mo：0.012〜0.500％ Moは、ステンレス鋼の耐食性を付加的に高めるので、必
要に応じて、添加される元素である。耐食性向上の効果
を発揮させるには、0.012％以上の添加が必要である
が、過度に添加すると、焼入れ後の硬度のばらつきを大
きくし、また、コスト上昇の要因ともなるので、上限を
0.500％に限定する。

【００２２】Ｂ：0.0002〜0.0050％Ｂは、粒界濃縮により粒界強度を強化し、ステンレス鋼
の加工性を付加的に高めるため、必要に応じて添加され
る元素である。加工性向上の効果を発揮させるには、0.
0002％以上の添加が必要である。しかし、過度に添加す
ると、Crとの共晶を形成し、熱間加工性に悪影響を及ぼ
すので、上限を0.0050％に限定する。

【００２３】Co：0.50％以下、Ｗ：0.30％以下 Co，Ｗは、結晶格子内の元素と置換されて、他元素の拡
散・移動を抑制し、耐酸化性を高める元素である。耐酸
化性が改善される詳細な機構については必ずしも明確で
はないが、高温酸化において形成され、耐酸化性を担っ
ているスピネル酸化物層(FeＯ・Cr₂Ｏ₃)外部へのCr元素
の離脱を抑制することによるものと思われる。このよう
な効果を発揮するためには、それぞれ0.01％以上の添加
が好ましい。しかし、過度に添加すると、逆に、地金内
部から酸化物層へのCrの供給を抑止する作用が大きくな
りすぎ、スピネル酸化物層が減衰してしまうので、上限
をCoは0.50％、Ｗは0.30％とする。

【００２４】Ca：0.0050％以下、Mg：0.0050％以下 Ca，Mgは、非金属介在物の形態と分布を制御して、切削
加工時の鋼の被削性を改善する。このような効果を発現
させるには、いずれも0.0002％以上含有させることが好
ましい。かかる効果が得られる理由は、必ずしも明確で
はないが、Ca，Mgの硫化物、珪酸塩、酸化物等が、工具
と母材の親和力を低下させるような形態で粒界に析出
し、溶着性構成刃先(工具刃先の近くで塑性変形を受け
て加工硬化した被削材の一部が、工具刃先に凝着し、二
次的に生成される新しい刃先)の成長を阻害することに
より、溶着性構成刃先脱落時の工具刃先のマイクロチッ
ピング(溶着性構成刃先が欠落する時に、同時に工具刃
先の先端が損傷を受ける現象)を抑止するからであると
思われる。しかし、Ca，Mgの量が、いずれも0.0050％を
超えると、Ca，Mgの硫化物、珪酸塩、酸化物を起点とし
た点錆が多発するため、耐食性維持の観点から、上限を
それぞれ0.0050％に限定する。

【００２５】上述した以外の成分は、Feとそれに、不可
避的に含有される成分とする。なお、本発明において
は、不可避的に含有される成分のうち、Ｐ量は、耐食性
と加工性劣化防止の観点から、0.035％以下に抑制する
ことが望ましい。Ｓ量は、耐食性劣化防止の観点から、
0.020％以下に抑制することが望ましい。またＯ量は、
靱性および耐食性に対して有害であるので、0.010％以
下に抑制することが望ましい。また、希土類元素を硫化
物の形態制御による耐食性の向上の目的で添加すること
も可能である。

【００２６】本発明によるマルテンサイト系ステンレス
鋼は、成分調整した溶鋼を、転炉または電気炉等の溶製
炉にて溶製したのち、真空脱ガス法（ＲＨ法）、ＶＯＤ
法、ＡＯＤ法等の公知の精錬方法で精錬し、ついで連続
鋳造法あるいは造塊法でスラブ等に鋳造して、鋼素材と
するのが好適である。

【００２７】

【実施例】表１、表２に示す成分の鋼を溶製し、連続鋳
造法により、厚さ200mmのスラブとし、1150℃に加熱し
たのち、熱間圧延して板厚5mmの熱延鋼板に仕上げ、800
℃で焼鈍した。この鋼板より、焼き入れ後のロックウェ
ル硬度、耐食性（塩水噴霧）測定のための試験片（厚
さ：5mm、幅：50mm、長さ：50mm）、JIS Z 2202に準拠
したサブサイズシャルピー衝撃試験片（厚さ：10mm、
幅：5mm、長さ：55mm）を採取した。また、焼き入れ前
の打抜性（打ち抜き時のダレ）、曲げ加工性、被削性
（穴あけ性）、加熱時の耐酸化性などを調べるための試
験片も採取した。曲げ試験には、JIS Z 2204に準拠した
３号曲げ試験片（厚さ：5mm、幅：20mm、長さ：150m
m）、加熱時の耐酸化性試験には厚さ5mm×幅100mm×長
さ100mmの試験片、耐食性試験にはJIS Z 2371に準拠し
た塩水噴霧試験片（厚さ：5mm、幅：60mm、長さ：80m
m）を用いた。

【００２８】

【表１】

【００２９】

【表２】

【００３０】打抜性、曲げ加工性、被削性、耐酸化性、
耐食性の各試験は、以下の方法で行った。・打抜性：熱延鋼板から150mmφ、50mmφの円板を打ち
抜き、側面から撮影した写真から、図１に示すダレ量を
測定した。・曲げ加工性：試験片を曲げ半径ｒ：2.5mmにて90°お
よび180°まで曲げ、割れがまったく発生しなかったも
のを○、0.5mm以下の割れに止まったものを△、0.5mmを
超える割れが発生したものを×として評価した。・被削性（穴あけ性）：ハイス製ドリル(φ12mm)によ
り、切削速度0.20m／sおよび0.35m／s、送り0.15mm／re
v、穴深さ20mm／回、切削油なしの条件で、繰り返し穴
あけを行い、１本のドリルで可能な積算穴あけ長さを測
定した。・耐酸化性：大気中で、850℃および1000℃の２水準で1
0時間加熱したときの、単位面積当たりの酸化増量を測
定した。・耐食性：JIS Z 2371に準拠し、４時間および12時間の
塩水噴霧試験を実施し、発銹の有無で評価した。発銹無
を○、発銹1〜4点有を△、実用上有害となる発銹5点以
上有を×とした。

【００３１】試験の結果を表３〜表８に示す。発明鋼は
いずれも、850℃以上の温度で焼入れすることにより、
比較鋼と同等以上の安定したロックウェル硬度を示し、
衝撃吸収エネルギーで表した靱性も、比較鋼と同等以上
であった。そして、発明鋼は、いずれもダレが少なく、
極めて良好な打抜性を有しており、また曲げ加工性も優
れていることがわかる。この曲げ加工性は、とくにＢ添
加により一層改善される。また、発明鋼は、大気中加熱
での酸化増量も少ない。さらに、発明鋼は、穴あけ性、
耐食性も良好であり、とくに、Moを添加した場合に優れ
た耐食性を示している。

【００３２】

【表３】

【００３３】

【表４】

【００３４】

【表５】

【００３５】

【表６】

【００３６】

【表７】

【００３７】

【表８】

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
所定の焼入れ硬度を安定して得られることに加えて、焼
き入れ前における、打ち抜き加工性、曲げ加工性などの
特性が改善されたマルテンサイト系ステンレス鋼を提供
することが可能になる。したがって、加工における製品
歩留りの向上、生産性の向上、製品コストの低減などに
大きく寄与することが期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】打ち抜き加工時に発生したダレ量を説明するた
めの図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】質量％で、Ｃ＋Ｎ：0.04超〜0.10％、S
i：0.5％以下、Mn：1.0〜2.5％、Cr：10.0超〜14.5％、
Al：0.100％以下を含み、かつＶ：0.40％以下、Ti：0.4
0％以下、Zr：0.40％以下、Ta：0.40％以下、Hf：0.40
％以下から選ばれる１種または２種以上を合計で0.02〜
0.40％含有し、残部はFeおよび不可避的不純物から成る
ことを特徴とする加工性に優れたマルテンサイト系ステ
ンレス鋼。
【請求項２】請求項１に記載の成分に加えさらに、質
量％で、Ni：0.6％以下、Cu：0.5％以下から選ばれる１
種または２種を含むことを特徴とする加工性に優れたマ
ルテンサイト系ステンレス鋼。
【請求項３】請求項１または２に記載の成分に加えさ
らに、質量％で、Mo：0.012〜0.500％を含むことを特徴
とする加工性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼。
【請求項４】請求項１〜３のいずれか１項に記載の成
分に加えさらに、質量％で、Ｂ：0.0002〜0.0050％を含
むことを特徴とする加工性に優れたマルテンサイト系ス
テンレス鋼。
【請求項５】請求項１〜４のいずれか１項に記載の成
分に加えさらに、質量％で、Co：0.50％以下、Ｗ：0.30
％以下から選ばれる１種または２種を含むことを特徴と
する加工性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼。
【請求項６】請求項１〜５のいずれか１項に記載の成
分に加えさらに、質量％で、Ca：0.0050％以下、Mg：0.
0050％以下から選ばれる１種または２種を含むことを特
徴とする加工性に優れたマルテンサイト系ステンレス
鋼。