JP3470660B2

JP3470660B2 - ばね用複層組織クロム系ステンレス鋼材およびその製造方法

Info

Publication number: JP3470660B2
Application number: JP32465299A
Authority: JP
Inventors: 正治秦野; 信二柘植
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1999-11-15
Filing date: 1999-11-15
Publication date: 2003-11-25
Anticipated expiration: 2019-11-15
Also published as: JP2001140041A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、優れたばね特性と
加工性および耐食性を兼ね備えたクロム系ステンレス鋼
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ばね用ステンレス鋼帯または鋼板
（単に「鋼板」と記す）としては、例えばＪＩＳ−Ｇ４
３１３によれば、オ−ステナイト系としてＳＵＳ３０１
−ＣＳＰおよびＳＵＳ３０４−ＣＳＰ、マルテンサイト
系としてＳＵＳ４２０Ｊ２−ＣＳＰ、析出硬化系として
ＳＵＳ６３１−ＣＳＰが規定されている。

【０００３】オ−ステナイト系ばね用鋼板は、冷間圧延
による加工硬化により強度を高めてばね特性を得るもの
で、冷間圧延率の変更により得られる３〜４種類の硬さ
レベルのものが規定されている。上記鋼板は、素材メ−
カ−から冷間圧延状態で出荷され、加工メ−カ−におい
て所望形状に加工される。加工後には、ばね特性向上を
目的として時効熱処理が施される場合が多い。

【０００４】オ−ステナイト系ばね用鋼板は、良好な耐
食性と加工性を有するのでばね用鋼板として優れた鋼板
である。しかしながら、高価なＮｉを多量に含有するも
のであることから鋼材コストが高いという問題がある。
また厚さが０．３ｍｍ以下の極薄鋼板を製造する場合に
は、冷間圧延時の圧延負荷が高く、形状が良好な鋼板を
得るのが困難であるという問題もある。

【０００５】マルテンサイト系ばね用鋼板はその化学組
成がクロム系であるのでオーステナイト系ばね用鋼板に
比較すると安価である。マルテンサイト系ばね用鋼板は
焼き入れまたは焼き入れ−焼き戻し処理後の高強度状態
では加工が困難であるため、通常は、鋼板メ−カ−から
は焼き鈍し状態で出荷される。このばね用鋼板は、加工
メ−カ−で各種の形状に加工した後、焼き入れ−焼き戻
し処理を施すことにより強度を高めてばね特性を得てい
る。しかしながら加工後に焼き入れ−焼き戻し処理を要
するため、最終製品のコストが高くなるという問題があ
る。またＣｒ含有量が１２〜１４％と低いために耐食性
が不十分な場合が生じるという問題がある。

【０００６】析出硬化系ばね用鋼板は、固溶化熱処理を
施して出荷されるＳＵＳ６３１−ＣＳＰ−０を除き、他
はオ−ステナイト系ばね用鋼板と同様に素材メ−カ−か
ら冷間圧延状態で出荷され、加工メ−カ−において所望
形状に加工された後析出硬化熱処理が施される。析出硬
化系ばね用鋼板はＮｉを大量に含有するため高価である
うえ、加工硬化が大きいために冷間圧延時の圧延負荷が
高く、例えば０．３ｍｍ以下の極薄鋼板を製造する場合
には形状が良好な鋼板を得るのが困難である、等の問題
を有する。

【０００７】クロム系ステンレス鋼板の性能を改善する
製造方法として、特開昭６３−１６９３３０号公報に
は、化学組成が質量％でＣｒ：１０〜２０％、Ｃ：０．
１５％以下、Ｎ：０．１２％以下、かつ、（Ｃ＋Ｎ）：
０．０２〜０．２０％の関係を満足するＡｃ１点以上１
１００℃以下の２相域温度に加熱した後急冷し、結晶組
織をフェライト＋マルテンサイトの混合組織とした延性
に優れた高強度複相クロムステンレス鋼帯の製造方法が
開示されている。

【０００８】上記公報は、２相域への加熱とその後の急
冷処理により、鋼の組織を軟質なフェライト相と硬質な
マルテンサイト相からなる複相組織とすることにより高
強度と加工性とを兼ね備えさせる製造方法である。特開
平３−５６６２１号公報には、質量％でＣｒ：１０〜２
０％、Ｃ：０．０１〜０．１５％、Ｎｉ、ＭｎまたはＣ
ｕのうち１種または２種以上を０．１〜４％含有する冷
間圧延鋼板を複相化熱処理してその結晶組織をフェライ
ト＋マルテンサイトの混合組織とし、その後必要により
調質圧延を施し、次いで時効処理を施すことによる高強
度ばね用ステンレス鋼板の製造方法が開示されている。
特開平８−３１９５１９号公報には、質量％でＣ：０．
０１〜０．１５％、Ｃｒ：１０〜２０％、Ｎｉ、Ｍｎま
たはＣｕのうち１種または２種以上を合計で０．３〜
５．０％含み、マルテンサイトが３０〜９０体積％、残
部がフェライトからなり、目標硬さに応じて冷間圧延の
圧下率を設定することにより、ＨＶ３００以上で反動幅
が小さく面内異方性が小さいばね特性を有する複相組織
ステンレス鋼板の製造方法が開示されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】特開平３−５６６２１
号公報に開示されている製造方法でオ−ステナイト系ば
ね用鋼板のＨ仕様材と同等の高いばね特性を得るには、
Ｎｉ含有量を増して複相化熱処理時に生じるマルテンサ
イト相の比率を増加させると共に、Ｃおよび／またはＮ
含有量を増して高強度のマルテンサイト相とする必要が
ある。

【００１０】しかしながらマルテンサイト相の比率を増
加させ、かつこれを高強度化すると熱間加工性が劣化し
熱間圧延の際に耳割れ等の欠陥を生じる場合がある。ま
た、Ｎｉを増量させることにより鋼のコストが高くなる
という問題もある。さらに、これらステンレス鋼は、複
相化熱処理時の鋭敏化現象により耐食性が劣化するとい
う欠点を有し、これを回避するために冷却速度を速く制
御する設備改造にコストがかかるという問題がある。

【００１１】フェライト＋マルテンサイトの２相組織か
らなるステンレス鋼では、高強度を得るためにオーステ
ナイト形成元素含有量を増してマルテンサイト相比率を
高くすることがおこなわれているが、マルテンサイト量
を多くすると鋼の熱間加工性が損なわれて熱間圧延が困
難となる。またマルテンサイト量を増すためにＣやＮ含
有量を増すと鋼の耐食性も損なわれるという問題もあ
る。

【００１２】特開平８−３１９５１９号公報では、この
ような悪影響を避けるために、鋼のＣ含有量を低く制限
し、複相化熱処理ままの強度レベルの低下を、目標強度
に応じた冷間圧延率を設定することにより所望の強度と
耐食性を得るものである。しかしながらここに開示され
ている方法では、冷間圧延により鋼板の延性が低下し、
加工性が劣化するという問題が生じる。以上述べたよう
にこれまでに開示されている鋼は、加工性、ばね特性、
耐食性および経済性などばね鋼に要求される性能を総合
的に満たすものではなかった。

【００１３】本発明の目的はこれらの問題点を解決し、
オ−ステナイト系ばね用鋼板のＨ仕様材と同等の加工性
（例えば曲げ性）とそれを上回るばね特性を具備し、マ
ルテンサイト系ばね鋼よりも優れた耐食性、例えばＳＵ
Ｓ４３０鋼（１６％Ｃｒ）と同等以上の耐食性を備えた
安価なクロム系ステンレス鋼、および安価かつ容易なそ
の製造方法を提供することに有る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、クロム系
ステンレス鋼の上記のような各種の性能を改善すべく、
鋼の結晶組織の影響等種々研究を重ねた結果、以下に記
す新たな知見を得た。

【００１５】鋼に曲げ加工などの加工した際の変形量
は、鋼の内部（内層部）よりも表面（表層部）の方が大
きい。鋼の表層部に残留オーステナイト相（γ相）を存
在させ、加工時に生じるγ相の加工誘起変態に伴う変形
能の向上効果を活用することにより、加工時の破断の起
点となる表面割れ（ミクロクラック）の発生を抑制し、
鋼の加工性能を向上させることができる。従って鋼の表
層部をマルテンサイト相と残留オ−ステナイト相を含有
する混合組織とすることにより、マルテンサイト相の量
に応じた高い強度と、残留オーステナイト相を含有する
ことによる優れた加工性とを兼ね備えた鋼が得られる。

【００１６】また、表層部に残留オーステナイト相を含
有する鋼は、加工誘起変態による強度上昇とそれに見合
ったばね特性の向上も期待できる。さらに、表層部に残
留オーステナイト相を含有する混合組織を備えることに
より、従来フェライト系ステンレス鋼やフェライト−マ
ルテンサイト２相組織鋼で観察されている鋭敏化現象を
抑制することができる。このため、優れた耐食性を示
す。これは、表層部にＣ、Ｎなどの吸収能の大きいオ−
ステナイト相を配することにより、溶接時や熱処理時に
鋭敏化現象の原因となるＣやＮを吸収し、粒界への析出
を防ぐ作用によるものと推察される。質量％でＣを０．
０１％以上、Ｃｒを１６％以上含有するクロム系ステン
レス鋼は、Ａｃ１点以上の温度域でＮ含有雰囲気中で光
輝焼鈍して冷却すると、鋼の表層部に残留オーステナイ
ト相を生成させることができる。これは、光輝焼鈍時に
鋼の表層部に窒素を吸収させることによりオ−ステナイ
ト相が安定になるためと考えられる。

【００１７】本発明はこれらの新たに得られた知見を基
にして完成されたものであり、その要旨は下記（１）〜
（３）に記載のばね特性に優れたクロム系ステンレス鋼
および（４）に記載のその製造方法にある。る。

【００１８】（１）表層部がマルテンサイト相と残留オ
−ステナイト相を含有する混合組織からなり、内層部が
フェライト相とマルテンサイト相からなる２相混合組織
からなることを特徴とするばね用複層組織クロム系ステ
ンレス鋼材。

【００１９】（２）鋼組成が質量％でＣ：０．０１〜
０．１０％、Ｃｒ：１６〜２０％を含有するものである
ことを特徴とする請求項１に記載のばね用複層組織クロ
ム系ステンレス鋼材。

【００２０】（３）表層部のＮ含有量が０．１〜０．５
質量％であることを特徴とする請求項１または２に記載
のばね用複層組織クロム系ステンレス鋼材。

【００２１】（４）質量％でＣ：０．０１〜０．１０
％、Ｃｒ：１６〜２０％、含有する鋼のスラブを製造
し、これを熱間圧延する工程、得られた熱間圧延鋼材を
焼鈍し酸洗する工程、焼鈍し酸洗した熱間圧延鋼材を冷
間圧延する工程、得られた冷間圧延鋼材を、水素：５０
体積％以上、窒素：２０体積％以上５０体積％未満、露
点：−４０℃以下である雰囲気中で、Ａｃ１変態点以上
のフェライト＋オーステナイト２相温度域に加熱して冷
却して表層部にマルテンサイト相と残留オーステナイト
相を含有する混合組織とする光輝焼鈍を施す工程を有す
ることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記
載のばね用複層組織クロム系ステンレス鋼材の製造方
法。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて具体的に説明する。なお、以下に述べる化学組成の
％表示は質量％を意味する。

【００２３】ａ．化学組成Ｃｒ：Ｃｒはフェライト相を形成すると共に、耐食性を
確保するために必要な元素である。さらに、Ａｃ１点以
上の温度域で光輝焼鈍を施した際に、雰囲気ガスから供
給される窒素を吸収して鋼表層部のオ−ステナイト相を
安定化させ、冷却後に残留オーステナイト相を生じさせ
るのに有効である。

【００２４】鋼表層部に残留オーステナイト相を生成さ
せ、かつ、ＳＵＳ４３０鋼と同等以上の耐食性を確保す
るために、好ましくはＣｒを１６％以上含有させる。他
方、Ｃｒを過剰に含有させると鋼材コストが高価になる
ばかりでなく、オーステナイト相が生成する温度（Ａｃ
１点）が過度に高くなり、鋼の高温強度不足により光輝
焼鈍時の通板困難などの操業上の問題が生じる場合があ
る。これを避けるために、好ましくはＣｒ含有量は２０
％以下とする。より好ましくは１８％以下である。

【００２５】Ｃ：Ｃはオ−ステナイト形成元素であり、
また、マルテンサイト硬化能に大きく影響する。オ−ス
テナイト系ばね用鋼板のＨ仕様材を上回るばね特性を得
るために、好ましくはＣを０．０１％以上含有させる。
Ｃ含有量を過度に増すとマルテンサイト相の割合が高く
なりすぎると共に、マルテンサイト相の硬さも増し、熱
間加工性および製品の加工性が低下する。さらに、Ａｃ
１点以上の温度域で光輝焼鈍を施した際に鋭敏化現象を
起こしやすくなり耐食性が劣化する。これらの不都合を
避けるためにＣ含有量は０．１０％以下とするのが望ま
しい。

【００２６】Ｎ：ＮはＣとともに代表的なオ−ステナイ
ト形成作用があり、ばね特性の向上に効果的な元素であ
る。しかしながら、鋼の製造時にＮを大量に含有させる
のは通常の方法では困難であるうえ、Ｎを大量に含有し
た鋼は熱間加工性がよくなく、熱間圧延時に耳割れ不良
発生などの原因となる。従って、本発明が規定するクロ
ム系ステンレス鋼におけるＮ含有量は、光輝焼鈍以前の
段階においては特に限定する必要はなく、通常の製造方
法で得られる０．０１〜０．０４％程度の含有量でよ
い。

【００２７】本発明においては、Ａｃ１点以上の温度域
で窒素を含む雰囲気中で光輝焼鈍を施して鋼表層部にＮ
を吸収させる。これによりオ−ステナイト相を安定化さ
せ、冷却後の表層部の結晶組織を残留オーステナイト相
を含有する混合組織とする。光輝焼鈍後の鋼板表層部に
おけるＮ含有量は、ばね特性を向上させるのに必要な残
留オーステナイト相を含有させるために０．１％以上と
するのが望ましい。より望ましくは０．２％以上であ
る。他方、Ｎ含有量を増すには熱処理時間を長くする必
要があるなどの生産上の問題が生じるので、その上限は
０．５０％とするのがよい。より好ましくは０．４０％
以下である。

【００２８】Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｕ：これらは、いずれもオ
−ステナイト形成元素であり、焼鈍後のマルテンサイト
相の量と硬さを調整するのに有効な元素である。また、
これらの元素を含有させることにより、（Ｃ＋Ｎ）含有
量を低減することができるので、マルテンサイト相を軟
質なものとすることができる。従って鋼の加工性を向上
させるのに好適である。さらに、これらの元素はＡｃ１
点を低下させる作用があり、高温での光輝焼鈍による窒
化を促進させる効果がある。

【００２９】従って必須ではないが、上記の効果を得る
ためにこれらの元素を含有させても構わない。含有させ
る場合は、それぞれを０．３％以上含有させるのがよ
い。他方ＮｉまたはＣｕを過剰に含有させると経済性を
損なうだけでなく、光輝焼鈍時の窒素吸収能を低下させ
る作用があるので、含有させる場合でもその上限をそれ
ぞれ２．０％とするのがよい。Ｍｎは光輝焼鈍時の窒素
吸収能を高める作用があるが、過剰に含有させると経済
性を損なううえ耐食性を低下させる作用があるので、含
有させる場合でもその上限を２．０％とするのがよい。

【００３０】Ｎｂ：Ｎｂはフェライト形成元素であると
ともに、Ａｃ１点以上の温度域で光輝焼鈍を施した際に
冷却過程で生じる鋭敏化現象を抑制し、さらに、フェラ
イト相とオ−ステナイト相（冷却後にはマルテンサイト
相と残留オーステナイト相となる）に固溶し、加工性を
低下させることなく強度を上昇させる作用がある。従っ
て必須ではないが、上記効果を得るために含有させても
構わない。含有させる場合には０．０１％以上含有させ
るのがよい。他方Ｎｂを過剰に含有させると鋼中のＣ、
Ｎ元素を固定して強度低下の原因となるので、含有させ
る場合でもその上限は０．１％とするのがよい。Ｍｏ：
Ｍｏは必須元素ではないが、フェライト形成元素である
とともに、耐食性を著しく向上させる作用があるので、
Ｃｒ含有量が少ない場合でもＭｏを含有させることによ
り目標とする耐食性を得ることができる。含有させる場
合には０．１％以上含有させるのがよい。しかしながら
Ｍｏは高価であり過剰に含有させると経済性を損なうの
で、含有させる場合でもその上限は３．０％とするのが
よい。

【００３１】Ｖ：必須元素ではないが、強度を得るため
に効果的な元素であるため、含有させても構わない。含
有させる場合には０．０５％以上含有させるのがよい。
しかしながら上記効果は０．３％を超えると飽和するの
で含有させる場合でも０．３％以下とするのがよい。

【００３２】希土類元素：通常は含有させないが、鋼の
耐酸化性を向上させる作用があるので含有させても構わ
ない。しかしながら合計量で０．１％を超えて含有させ
ると効果が飽和するうえコストが高くなるので含有させ
る場合でも０．１％以下とするのがよい。

【００３３】Ｓｉ：Ｓｉは鋼の脱酸剤として有効な元素
であるうえ、強度を高める作用もあるので含有させても
構わない。しかしながら過剰に含有させると鋼の靭性を
損なうので、含有させる場合でもその上限は２．０％と
するのがよい。Ａｌ：Ａｌは鋼の脱酸剤として有効な元
素であるので含有させてもよい。しかしながらＡｌは窒
化物を形成するため、過剰に含有させると光輝焼鈍時の
固溶窒素量を減少させる作用がある。従って含有させる
場合でもその上限は０．０５％とするのがよい。残部は
Ｆｅおよび不可避的不純物である。

【００３４】ｂ．金属組織本発明の鋼は、表層部においてはマルテンサイト相と残
留オ−ステナイト相を含有する混合組織であり、内層部
においてはフェライト相とマルテンサイト相からなる２
相混合組織を有する鋼とする。

【００３５】マルテンサイト相には鋼の強度と硬さを高
めるうえ、時効熱処理を施して固溶元素（Ｃ、Ｎ）を析
出させることにより鋼の弾性比例限を高めてばね特性を
向上させる効果が得られる。この効果を得るにはマルテ
ンサイト相の比率を４０体積％以上とするのが好まし
い。より好ましくは５０体積％以上である。他方マルテ
ンサイト相の比率を過度に高くすると鋼の延性が低下
し、加工性がそこなわれるので、表層部のマルテンサイ
ト比率は９５体積％以下とするのが好ましい。より好ま
しくは９０％以下である。

【００３６】残留オーステナイト相はマルテンサイト相
に比べて軟質で加工性に富むうえ、加工を受けた際に加
工誘起変態して組織を極めて強靭にする作用がある。ま
た、焼き入れ鋼の靭性を増す作用もある。また、加工誘
起変態して得られる強靭な組織を時効熱処理して固溶元
素を時効析出させることにより、鋼の弾性比例限を高め
てばね特性を向上させる効果も得られる。さらに表層部
にＣ、Ｎなどの吸収能の大きいオ−ステナイト相を配す
ることにより、鋭敏化現象の原因となるＣやＮを吸収し
て溶接時や熱処理時の耐食性を向上させることができ
る。

【００３７】これらの効果を得るために表層部における
オーステナイト相の比率は５体積％以上とするのが好ま
しい。より好ましくは１０体積％以上である。

【００３８】表層部には上記２相以外にフェライト相を
含むものであっても構わない。表層部のフェライト相の
含有は必須ではないが、フェライト相があると加工性改
善効果がある。しかしながらフェライト相の比率が高く
なるとばね特性が損なわれるので、フェライト相を含有
する場合であってもその上限は１０体積％以下とするの
がよい。

【００３９】表層部におけるマルテンサイト相、残留オ
ーステナイト相およびフェライト相の体積比率は、これ
らの総和が１００％を超えない範囲である。なお、本発
明における金属組織の比率は、体積％に替えて金属組織
観察面における面積％で近似しても構わない。

【００４０】鋼の表層部がマルテンサイト相と残留オー
ステナイト相を含有する混合組織を有すれば加工性、ば
ね特性および耐食性を改善できる。上記表層部の厚さ
は、より有効な効果を得るために、鋼の厚さの（線材や
条鋼であるばいにはその直径の）３％以上とするのが望
ましい。鋼板であればその表裏面それぞれにおいて鋼板
厚さの３％以上である。より好ましくは５％以上であ
る。

【００４１】表層部の厚さが厚くなるにつれてばね特性
改善作用が飽和するうえ、過度に厚くしすぎると鋼の加
工性が損なわれる場合がある。従って表層部の厚さは、
好ましくは鋼の厚さの（線材や条鋼であるばいにはその
直径の）２０％以下とする。より好ましくは１５％以下
である。内層部の金属組織は、加工性と強度を確保する
ために、フェライト相とマルテンサイト相からなる２相
混合組織とする。その理由は、鋼の内層部では曲げ加工
などによる加工変形量が小さいく、残留オーステナイト
相があっても加工誘起変態による強度向上が期待できな
いからである。

【００４２】内層部のフェライト相比率は鋼の加工性を
確保するために３０体積％以上とするのが望ましい。よ
り好ましくは５０体積％以上である。鋼の強度を確保す
るためにマルテンサイト相の比率を２０体積％以上とす
るのが望ましい。より好ましくは３０体積％以上であ
る。内層部におけるフェライト相とマルテンサイト相の
体積比率は、これら２相の和が１００体積％を超えない
範囲である。

【００４３】ｃ．製造方法本発明の鋼の好適な製造方法を製品形状が鋼板である場
合を例としては説明する。

【００４４】ａ項で述べた化学組成範囲に調整した鋼の
スラブを公知の方法、例えば、転炉や電気炉で鋼を溶解
した後、真空脱ガス処理を施し、連続鋳造法や、鋼塊に
した後に分塊圧延するなどの方法でスラブを製造する。
得られたスラブを公知の方法で熱間圧延して熱間圧延鋼
板を製造する。この熱間圧延鋼板には、常法にしたがっ
て焼鈍し酸洗など公知の方法でその表面のスケールを除
去する。

【００４５】その後公知の方法で冷間圧延して冷間圧延
鋼板を製造する。冷間圧延は、中間焼鈍を含む複数回の
冷間圧延でおこなってもよいし、中間焼鈍を含まない冷
間圧延としてもよい。冷間圧延鋼板の寸法は特に限定す
るものではなく、通常使用されている厚さ（例えば、
０．１〜２．０ｍｍ）とすればよい。

【００４６】最終の冷間圧延を施した後に、水素：５０
体積％以上、窒素：２０体積％以上５０体積％未満、露
点：−４０℃以下である雰囲気中で、Ａｃ１変態点以上
のフェライト＋オーステナイトの２相温度域に加熱し、
その後急速冷却する光輝焼鈍を施す。

【００４７】鋼の表層部の残留オ−ステナイト相を含有
する混合組織は、光輝焼鈍中にオーステナイト相に窒素
原子を吸収させてオーステナイト相の安定性を増すこと
で得られる。雰囲気の水素濃度は、焼鈍雰囲気から鋼表
層部への窒素吸収を迅速に行わせるために、５０体積％
以上とするのがよい。鋼表面に酸化皮膜が形成されると
雰囲気からの窒素吸収が阻害されるが、雰囲気の水素濃
度を上記範囲とし、かつ、露点を低く保つことにより酸
化皮膜の生成を抑制することができる。より好ましくは
７０体積％以上である。酸化皮膜の厚さは１００Å未満
にするのがよい。

【００４８】鋼表層部への窒素吸収を促進するために、
雰囲気の窒素濃度は２０体積％以上とすることが好まし
い。より好ましくは２５体積％以上である。

【００４９】雰囲気の露点が高いと、鋼材表面には厚さ
が１００Åを超え、かつ緻密な酸化皮膜が形成され、表
層部へ窒素の吸収が進行しなくなるため、雰囲気ガスの
露点は−４０℃以下に制御することが好ましい。より好
ましくは−４５℃以下である。雰囲気ガスには表面酸化
の恐れのないＡｒガス等の不活性ガス、および、窒化反
応を促進させるＮＨ₃ 等の触媒を含んでいても差し支え
ない。

【００５０】光輝焼鈍温度はＡｃ１点以上とする。通常
のクロム系ステンレス鋼はＡｃ１点未満の温度域で焼鈍
される。Ａｃ１点未満で光輝焼鈍を行うと、熱力学的に
鋼材表面に生成する酸化皮膜（Ｃｒ₂Ｏ₃）が安定であ
り、さらにフェライト相の窒素固溶量が小さいことか
ら、窒素ガス相から鋼表層部への窒素の吸収は起こらな
い。

【００５１】他方Ａｃ１点を超える温度域で焼鈍する
と、熱力学的に酸化物の安定度が低下するため、酸素ポ
テンシャルが低い低露点雰囲気中では、鋼表面のＣｒ₂
Ｏ₃が還元されてＣｒ₂Ｏ₃層の厚さが１００Å未満に薄
くなる。また上記温度域ではＣｒ ₂Ｏ₃中および鋼中の窒
素原子の拡散速度が速く、鋼の窒素固溶量も大きくなる
ことなどの相乗効果で、鋼表層部への窒素吸収が促進さ
れる。他方、保持温度が１１００℃を超えると鋼の高温
強度が低下し、焼鈍作業に支障が生じることがあるの
で、保持温度は１１００℃以下とするのがよい。

【００５２】光輝焼鈍温度での保持時間は特に限定する
必要はなく、通常おこなわれている連続焼鈍の処理時間
である１０〜６０秒の範囲であればよい。光輝焼鈍後の
冷却速度は特に限定する必要はなく、通常連続焼鈍炉で
おこなわれている１０〜４０℃／秒の範囲とすればよ
い。本発明の鋼の表層部の厚さの制御は光輝焼鈍温度で
の保持時間で調整してもよいが、保持温度を調整するこ
とでおこなうのがより好適である。保持温度が高いほど
窒素の吸収速度が速くなるが、９５０℃〜１０５０℃の
範囲がよい。

【００５３】上記光輝焼鈍が終了した鋼板はそのままば
ね用鋼として使用できるが、さらにばね特性の向上を目
的として時効熱処理などの熱処理を施しても構わない。

【００５４】以上の説明において本発明のばね用複層組
織クロム系ステンレス鋼の形状を鋼板として説明した
が、本発明鋼の形状は鋼板に限定する必要はなく、線
材、条鋼、管状など他の形態であっても本発明の効果は
十分に発揮される。

【００５５】

【実施例】表１に示す種々の化学組成を有するクロム系
ステンレス鋼スラブを１２００℃に加熱し、仕上温度９
５０℃で熱間圧延を終了して、厚さが３．２ｍｍの熱延
鋼板を得た。

【００５６】

【表１】これらの熱延鋼板に８００℃での熱延板焼鈍を施した
後、ショットブラストと硝弗酸酸洗を施して脱スケール
した後、中間焼鈍を挟む冷間圧延を施して厚さが０．２
５ｍｍの冷間圧延鋼板とし、さらに以下に述べる条件で
光輝焼鈍を実施した。焼鈍雰囲気は、窒素２５体積％、
水素７５体積％からなり、露点を−４０℃以下に制御し
た混合ガスを使用した。焼鈍温度は８５０〜１０５０℃
とし、加熱速度は平均で２０℃／秒とし、均熱保持時間
は１０〜４０秒の範囲とし、均熱後の冷却速度は平均で
１５〜３０℃／秒とした。

【００５７】鋼１と鋼３の冷間圧延鋼板には比較例とし
て、上記と同一焼鈍サイクルではあるが、露点が＋５０
℃になるように加湿した窒素ガスを雰囲気とする酸化性
焼鈍をおこなった。さらに、比較例として、市販のオ−
ステナイト系ばね用鋼板ＳＵＳ３０４（Ｈ仕様材）、マ
ルテンサイト系ばね用鋼板４２０Ｊ２（焼入れ・焼戻し
材）、および、フェライト系ステンレス鋼板ＳＵＳ４３
０を準備した。これらの鋼板の金属組織と、４５０℃で
３０分間均熱する時効熱処理を施した後の硬さ、ばね特
性、加工性および耐食性を以下の方法により評価した。
一部の鋼板には時効熱処理を施す前に３〜８％の範囲の
引張り歪みを付与し、ばね特性と耐食性に対する加工歪
みの影響も調査した。

【００５８】表層部の厚さは腐食した試験片の断面をＳ
ＥＭ観察して測定した。表層部のマルテンサイト相の比
率は、常法により研磨し腐食した試料を顕微鏡観察して
測定した。残留オーステナイト相の比率は、Ｘ線回折法
によりα−Ｆｅとγ−Ｆｅの積分強度を測定し、γ−Ｆ
ｅの積分強度値／（α−Ｆｅの積分強度値＋γ−Ｆｅの
積分強度値）×１００により求めた。残部をフェライト
相の比率とした。内層部組織のマルテンサイト相とフェ
ライト相の体積率は表層部と同様に顕微鏡観察して測定
した。表層部の窒素含有量は窒素測定専用の分光結晶Ｌ
ＡＤ（人工多層膜）を有するＥＰＭＡ装置により定量し
た。表２に各鋼の金属組織を光輝焼鈍条件と共に示す。

【００５９】

【表２】硬さは、ビッカ−ス硬さ試験法により、１ｋｇ荷重の条
件にて測定した。ばね特性は圧延方向（Ｌ方向）と圧延
直角方向（Ｔ方向）の試験片を使用し、平面曲げ試験機
によりＪＩＳ−Ｈ３７３２に規定されているばね限界値
（Ｋｂ）とばね疲労限を測定した。Ｋｂは、曲げによる
表面最大応力が３６．２５ＧＰａとなるときの弾性変形
と同等の永久変形を生じさせる表面最大応力と定義され
る。ばね疲労限は、３０Ｈｚの一定振幅の繰り返し曲げ
試験において１０⁷ 回を上限として試験片が破断に至ら
なかった最大応力を測定した。加工性はＬ方向とＴ方向
の試験片にＪＩＳ−Ｚ２２４８に規定されているＶ曲げ
試験をおこない、曲げ加工可能な最小曲げ半径の鋼板厚
さに対する比（Ｒ／ｔ）を測定した。

【００６０】耐食性は、Ｃｌ濃度を１％に調整したｐＨ
４の４５℃のＮａＣｌ水溶液に１００時間浸漬した後、
錆発生状況を目視観察し、ＳＵＳ４３０と同等以上の耐
錆性を備えている場合を合格（○）と判断した。さら
に、鋭敏化現象の詳細を調べるために透過型電子顕微鏡
を用いて表層部の結晶粒界を観察し、Ｃｒ炭窒化物の粒
界析出の有無を確認した。

【００６１】表３に得られた各鋼の性能測定結果を示
す。

【００６２】

【表３】表２に示すように、符号１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、２Ａ、３Ａ
および５Ａの鋼板は、いずれも表層部にマルテンサイト
相と残留オーステナイト相を含有し、内層部はフェライ
ト相とマルテンサイト相の２相混合組織を備えている。
符号１Ｄ、３Ｂおよび４Ａはいずれも表層部にオーステ
ナイト相が無いものである。

【００６３】表３に示すように試番１〜６、８〜１０、
１３および１４の鋼板は、いずれも目標とするＳＵＳ３
０４（試番１５）と同等以上のばね限界値を示し、ばね
疲労限に関してはこれを上回る優れた特性が得られた。
加工性はＳＵＳ３０４（試番１５）と同等、耐食性はＳ
ＵＳ４３０（試番１７）と同等以上の性能を有してい
た。さらに、電子顕微鏡観察結果においてもクロム炭窒
化物の粒界析出も観察されなかった。

【００６４】試番７、試番１１および試番１２では、ば
ね特性、曲げ性および耐食性の内のいずれかの性能が劣
っていた。全てを満足することができなかったも試番７
と同様に表層部に残留オーステナイ試番１２の鋼はＣｒ
含有量が１４％と少ないためにＳＵＳ４３０に比較する
とやや劣ったが、ＳＵＳ４２０Ｊ２とほぼ同様の性能で
あった。試番１６に示したＳＵＳ４２０Ｊ２は良好なば
ね特性は得られているものの、目標とする加工性と耐食
性が得られなかった。試番１７に示したＳＵＳ４３０は
良好な加工性と耐食性は得られているものの、目標とす
るばね特性が得られなかった。

【００６５】

【発明の効果】本発明の鋼は、安価なクロム系ステンレ
ス鋼でありながら、オ−ステナイト系ばね用鋼と同等の
加工性、およびそれを上回る極めて優れたばね特性を兼
ね備えている。その耐食性はＳＵＳ４３０鋼と同等以上
の優れた性能を有する。また、本発明のクロム系ステン
レス鋼は、製造コストの上昇を招くことなく容易に製造
することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C22C 38/00 - 38/60 C21D 6/00 102 C21D 9/46

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】表層部がマルテンサイト相と残留オ−ス
テナイト相を含有する混合組織からなり、内層部がフェ
ライト相とマルテンサイト相からなる２相混合組織から
なることを特徴とするばね用複層組織クロム系ステンレ
ス鋼材。
【請求項２】鋼組成が質量％でＣ：０．０１〜０．１
０％、Ｃｒ：１６〜２０％を含有するものであることを
特徴とする請求項１に記載のばね用複層組織クロム系ス
テンレス鋼材。
【請求項３】表層部のＮ含有量が０．１〜０．５質量
％であることを特徴とする請求項１または２に記載のば
ね用複層組織クロム系ステンレス鋼材。
【請求項４】質量％でＣ：０．０１〜０．１０％、Ｃ
ｒ：１６〜２０％を含有する鋼のスラブを製造し、これ
を熱間圧延する工程、得られた熱間圧延鋼材を焼鈍し酸
洗する工程、焼鈍し酸洗した熱間圧延鋼材を冷間圧延す
る工程、得られた冷間圧延鋼材を、水素：５０体積％以
上、窒素：２０体積％以上５０体積％未満、露点：−４
０℃以下である雰囲気中で、Ａｃ１変態点以上のフェラ
イト＋オーステナイト２相温度域に加熱して冷却して表
層部にマルテンサイト相と残留オーステナイト相を含有
する混合組織とする光輝焼鈍を施す工程を有することを
特徴とする請求項１〜３のいずかに記載のばね用複層組
織クロム系ステンレス鋼材の製造方法。