二相ステンレス鋼並びにそれを用いた鋼材及び鋼製品
【課題】本発明は、低コスト化を図りつつ、良好な耐食性及び強度を発現することができるフェライト相及びマルテンサイト相を含む二相ステンレス鋼並びにそれを用いた鋼材及び鋼製品を提供すること。
【解決手段】０．０８０≦Ｃ≦０．１２０質量％、０．２０≦Ｓｉ≦１．００質量％、１．００≦Ｍｎ≦３．００質量％、１．００＜Ｃｕ≦３．００質量％、２０．０≦Ｃｒ≦２３．０質量％、０．５０≦Ｎｉ≦１．００質量％、Ｎ≦０．０３０質量％を含有し、次式（１）で表される［Ａ］が、０．１５≦［Ａ］≦０．３０であり、かつ、フェライト相及びマルテンサイト相を含み断面組織のマルテンサイト相が面積率で１０％以上６０％以下であることを特徴とする二相ステンレス鋼。但し、［Ａ］＝（１．４［Ｍｎ］＋［Ｃｕ］）／［Ｃｒ］）…式（１）
【解決手段】０．０８０≦Ｃ≦０．１２０質量％、０．２０≦Ｓｉ≦１．００質量％、１．００≦Ｍｎ≦３．００質量％、１．００＜Ｃｕ≦３．００質量％、２０．０≦Ｃｒ≦２３．０質量％、０．５０≦Ｎｉ≦１．００質量％、Ｎ≦０．０３０質量％を含有し、次式（１）で表される［Ａ］が、０．１５≦［Ａ］≦０．３０であり、かつ、フェライト相及びマルテンサイト相を含み断面組織のマルテンサイト相が面積率で１０％以上６０％以下であることを特徴とする二相ステンレス鋼。但し、［Ａ］＝（１．４［Ｍｎ］＋［Ｃｕ］）／［Ｃｒ］）…式（１）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二相ステンレス鋼並びにそれを用いた鋼材及び鋼製品に関し、更に詳しくは、耐食性及び強度を高めるとともに、低コスト化を実現した、フェライト相及びマルテンサイト相を含む二相ステンレス鋼並びにそれを用いた鋼材及び鋼製品に関する。
【背景技術】
【０００２】
フェライト系ステンレス鋼は、オーステナイト系ステンレス鋼よりも一般的には耐食性や強度が劣る。そこで、耐食性を向上させるため、Ｃｒを増量した鋼種が開発されている。そのようなＣｒを増量した鋼種としては、例えば、特許文献１に、重量％で、Ｓｉ：０．０５〜３．０％，Ｍｎ：０．１〜２．０％，Ｐ：０．０４％以下，Ｓ：０．０１％以下，Ｃｒ：１４．０〜２４．０％，Ｃ＋Ｎ：０．００５〜０．１５％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなるフェライト系ステンレス鋼線が開示されている。
【０００３】
その他にも、板バネ、フラッパーバルブ、メタルガスケット等の高い強度、平坦度が要求される用途に用いられる鋼種として、特許文献２には、Ｃ：０．１０〜０．２０質量％，Ｓｉ：２．０質量％以下，Ｍｎ：２．０質量％以下，Ｐ：０．０４０質量％以下，Ｓ：０．０１０質量％以下，Ｎｉ：０．５０〜４．０質量％，Ｃｒ：１０．０〜２０．０質量％，Ｎ：０．１０質量％以下，Ｂ：０〜０．０１５質量％を含み、残部が実質的にＦｅの組成をもち、（フェライト＋オーステナイト）二相域に加熱された後の冷却過程でオーステナイト相がマルテンサイト変態することにより生成した、フェライト及びマルテンサイトの複相組織になっていることを特徴とするビッカース硬さがＨＶ４００以上で硬度変動の少ない高強度複相ステンレス鋼が開示されている。
【０００４】
更に、特許文献３には、高強度ステンレス鋼板素材を鋼帯として提供するのに好適な鋼種として、質量％で、Ｃ：０．１０％以下、Ｓi：２．０％以下，Ｍｎ：４．０％以下，Ｐ：０．０４０％以下，Ｓ：０．０１０％以下,Ｎi：４．０％以下，Ｃｒ：１０．０〜２０．０％，Ｎ：０．１２％以下，Ｂ：０．００５０超え〜０．０３００％，Ｏ：０．０２％以下，Ｃｕ：４．０％以下を含有し，且つ，０．０１％≦Ｃ＋Ｎ≦０．２０％、０．２０％≦Ｎｉ＋（Ｍｎ＋Ｃｕ）／３≦５．０％の関係を満足するようにこれらの成分を含有し，残部がＦe及び不可避的不純物からなり, ２０ｖｏｌ．％以上９５ｖｏｌ．％以下で且つ平均粒径が１０μｍ以下のマルテンサイト相と残部が実質的にフェライト相とからなる複相組織を有し，そして硬さがＨＶ２００以上である高強度高延性複相組織ステンレス鋼が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−７７４４４
【特許文献２】特開２００２−１０５６０１
【特許文献３】特開平７−１３８７０４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のフェライト系ステンレス鋼線は、Ｃｒを増量したといっても耐食性がオーステナイト系ステンレス鋼には及ばず、強度は改善されていない。更に、特許文献２〜３のフェライト相及びマルテンサイト等からなるステンレス鋼は、複相組織とし、製造性を改善しているが強度が十分ではない。従って、強度及び耐食性の両者に優れたフェライト相及びマルテンサイト相を含む二相ステンレス鋼が要求されている。
【０００７】
一方、一般的なオーステナイト系ステンレス鋼であるＳＵＳ３０４や、ねじ等に特に用いられるＳＵＳＸＭ７等は、Ｎｉを約８〜１０％程度含有するため、コスト高となるという問題がある。そのため、ＳＵＳ３０４やＳＵＳＸＭ７等と同等の耐食性を有しながら、低コストな鋼種が求められている。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明は、低コスト化を図りつつ、良好な耐食性及び強度を発現することができるフェライト相及びマルテンサイト相を含む二相ステンレス鋼並びにそれを用いた鋼材及び鋼製品を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明者等は、Ｎｉを低減させても、Ｃｒ増量により耐食性を改善でき、Ｍｎ，Ｃｕ等のオーステナイト形成元素の増量によりマルテンサイトを生成させて二相組織化することで、高強度化を実現できるとの知見を得た。本発明は、かかる知見に基づいてなされたものである。
【００１０】
本発明に係る二相ステンレス鋼は、
０．０８０≦Ｃ≦０．１２０質量％、０．２０≦Ｓｉ≦１．００質量％、１．００≦Ｍｎ≦３．００質量％、１．００＜Ｃｕ≦３．００質量％、２０．０≦Ｃｒ≦２３．０質量％、０．５０≦Ｎｉ≦１．００質量％、Ｎ≦０．０３０質量％を含有し、
次式（１）で表される［Ａ］が、０．１５≦［Ａ］≦０．３０であり、かつ、
フェライト相及びマルテンサイト相を含み断面組織のマルテンサイト相が面積率で１０％以上６０％以下であることを要旨とする。
但し、［Ａ］＝（１．４［Ｍｎ］＋［Ｃｕ］）／［Ｃｒ］）…式（１）
【００１１】
この場合に、更に、
０．１０≦Ｍｏ≦１．００質量％を含有してもよい。
更に、
０．０００５≦Ｂ≦０．００５０質量％、及び／又は、
０．２０≦Ａｌ≦０．８０質量％を含有してもよい。
更に、
Ｏ≦０．０３０質量％を含有してもよい。
更に、
Ｎｂ，Ｔｉ，Ｖ，Ｗ，Ｔａ及びＨｆからなる群から選ばれる１種又は２種以上を総量で０．０１質量％以上０．６０質量％以下含有してもよい。
更に、
０．０１≦Ｃｏ≦０．６０質量％を含有してもよい。
更に、
Ｃａ，Ｍｇ及びＲＥＭからなる群から選ばれる１種又は２種以上を総量で０．０００５質量％以上０．０１００質量％以下含有してもい。
そして、ロックウエル硬さが８５ＨＲＢ以上１００ＨＲＢ以下であることが好ましい。
【００１２】
本発明に係る鋼材及び鋼製品は、本発明に係る二相ステンレス鋼からなることを要旨とする。ここで、「鋼材」とは、例えば、ビレットを対象とする条鋼、該条鋼を熱間圧延した形材や線材、更に、これら形材や線材を加工した板材や鋼線（ワイヤ）を含み、該鋼線としては、例えば、加工率９０％以下で冷間伸線し細径化したものの他、これを更に温度７００〜１０００℃で溶体化処理した硬質乃至軟質状のものが好適である。特に、溶体化処理した軟質状のものや、その後に３０％以下の冷間伸線を行ったものが加工性が良好で好ましい。「鋼製品」とは、電子機器、事務機器、電気通信機器、車両、食品設備、化学設備、キッチン厨房設備、キッチン厨房雑貨等の電子機械部品、機械構造用部品、建築構造用強度部材、車両用部品、シャフト、ばね、金網、釘、ねじ、ボルト、ワイヤーロープ、ケーブルワイヤー、コンクリート補強鋼線、キッチン用籠をいう。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る二相ステンレス鋼並びにそれを用いた鋼材及び鋼製品は、上記成分組成を有するとともに、上記（１）式を満たし、かつ、フェライト相及びマルテンサイト相を含みマルテンサイト相が所定の面積率であるため、耐食性が改善され良好な強度を備える。これは、Ｃｒ増量による耐食性改善の効果が得られるとともに、Ｃｒ量に対するＭｎ量及びＣｕ量の調整による相バランス効果によるものである。また、Ｎｉ量を抑えたため、低コスト化が図られる。更に、本発明によれば、上記成分組成を有するとともに、上記（１）式を満たし、かつ、フェライト相及びマルテンサイト相を含みマルテンサイト相が所定の面積率であるため、良好な耐力比や絞りが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】発明鋼１の断面組織の顕微鏡写真である（１００倍）。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明の一実施形態に係るフェライト相及びマルテンサイト相を含む二相ステンレス鋼について説明する。
（フェライト相及びマルテンサイト相を含む二相ステンレス鋼の成分組成、組織、特性等及びこれらの限定理由）
（１）Ｃ：０．０８０≦Ｃ≦０．１２０質量％
Ｃは、必須元素であり、高強度を得るために重要な元素である。Ｃ量は、０．０８０質量％未満では十分なマトリックス強度が得られないので、０．０８０質量％を下限とした。一方、Ｃ量が０．１２０質量％を超えると炭化物量が多くなり、耐食性を劣化させるため、０．１２０質量％を上限とした。より好ましいＣ量は、十分なマトリックス強度が得られ、耐食性が良好である０．０８０質量％以上０．１００質量％以下である。
【００１６】
（２）Ｓｉ：０．２０≦Ｓｉ≦１．００質量％
Ｓｉは、必須元素であり、鋼の脱酸剤である。そこで、Ｓｉ量は、０．２０質量％を下限とする。一方、Ｓｉ量が多すぎると靱性の低下を招来し、鋼の熱間加工性を劣化させるため、上限を１．００質量％とする。尚、冷間加工性を特に重視する場合には、Ｓｉ量の上限を０．５０質量％とする。
【００１７】
（３）１．００≦Ｍｎ≦３．００質量％
Ｍｎは、必須元素であり、強度上昇に寄与するマルテンサイト相の生成に必要な元素である。従って、Ｍｎ量は、十分なマルテンサイト相を確保するため、１．００質量％を下限とする。一方、Ｍｎを過剰に添加すると加工硬化能が上昇し、冷間加工性を阻害するため、Ｍｎ量は、３．００質量％を上限とする。より好ましいＭｎ量は、１．５０質量％以上２．５０質量％以下である。
【００１８】
（４）１．００＜Ｃｕ≦３．００質量％
Ｃｕは、必須元素であり、本発明において重要な元素であり、耐食性、特に、還元性酸環境中での耐食性を向上させるのに有効であるほか、マルテンサイト相の確保に必要であり、マルテンサイト相を増加させて強度を向上させる。Ｃｕは、更に、加工硬化能を低下させ、冷間加工性を向上させ、また、熱処理等を施せば抗菌性を向上させる。このように、Ｃｕは、強度・耐食性の両者を向上させることができる。従って、Ｃｕ量は、１．００質量％超を下限とする。一方、Ｃｕの過剰添加は、熱間加工性を劣化させるため、Ｃｕ量は、３．００質量％を上限とする。より好ましいＣｕ量は、１．５０質量％以上３．００質量％以下である。
【００１９】
（５）２０．０≦Ｃｒ≦２３．０質量％
Ｃｒは、必須元素であり、耐食性を確保するために必須の元素である。そこで、Ｃｒ量は、２０質量％を下限とする。一方、Ｃｒを過剰に含有させると熱間加工性を害するとともに、σ相析出による靭性の低下を招く。そこで、Ｃｒ量は、２３．０質量％を上限とする。より好ましいＣｒ量は、耐食性が十分確保でき、靱性の劣化が少ない２０．５質量％以上２２．０質量％以下である。
【００２０】
（６）０．５≦Ｎｉ≦１．０質量％
Ｎｉは、必須元素であり、耐食性、特に、還元性酸環境中での耐食性を向上させるのに有効である。そこで、Ｎｉ量は、０．５質量％を下限とする。一方、Ｎｉを過剰に含有させると製造コストの上昇を招く。そこで、Ｎｉ量は、１．０質量％を上限とする。より好ましいＮｉ量は、０．５質量％以上０．７質量％以下である。
【００２１】
（７）Ｎ≦０．０３０質量％
Ｎは、不可避的不純物であり、冷間加工性や切削性を劣化させる窒化物を形成することから極力低く抑制すべき元素である。そこで、Ｎ量は、０．０３０質量％以下とする。より好ましいＮ量は、製造コストとの兼ね合いから、０．０２０質量％以下であり、更に好ましいＮ量は、０．０１５質量％以下である。
【００２２】
（８）次式（１）で表される［Ａ］が０．１５≦［Ａ］≦０．３０である。但し、［Ａ］＝（１．４［Ｍｎ］＋［Ｃｕ］）／［Ｃｒ］）…式（１）。
［Ａ］は、耐食性と強度の両方に拘わっており、Ｍｎ及びＣｕは、マルテンサイトの確保に必要であるが、Ｃｒに対して添加量が多いと耐食性を低下させるため、［Ａ］は、０．３０を上限値とする。一方、［Ａ］が０．１５を下回るとマルテンサイトが少なくなり強度を確保できないので、［Ａ］は、０．１５を下限値とする。［Ａ］は、より好ましくは、０．２０以上０．２５である。
【００２３】
（９）断面組織のマルテンサイト相が面積率で１０％以上６０％以下である。
二相組織化することによって耐食性及び強度を良好なものとするためである。マルテンサイト相の断面組織の面積率の下限を１０％としたのは、これ未満ではマルテンサイトが過少となり、強度が低くなるためである。また、マルテンサイト相の断面組織の面積率の上限を６０％としたのは、これを超えるとマルテンサイトが過多となり、絞りや耐食性が悪くなるためである。マルテンサイト相の面積率は、より好ましくは、１５％以上４０％以下、更に好ましくは、２０％以上３５％以下である。
【００２４】
（１０）０．１０≦Ｍｏ≦１．００質量％
Ｍｏは、任意元素であり、強度を低下させることなく耐食性を向上させることができるため、必要に応じて含有させることができる。そこで、Ｍｏ量は、０．１０質量％を下限とする。一方、Ｍｏを過剰に含有させると、熱間加工性を低下させるほか、製造コストの上昇を招く。そこで、Ｍｏ量は、１．００質量％を上限とする。より好ましいＭｏ量は、０．２０質量％以上０．５０質量％以下である。
【００２５】
（１１）０．０００５≦Ｂ≦０．００５０質量％
Ｂは、任意元素である。Ｂは、粒界強度を高め、鋼の熱間加工性を改善する。そこで、Ｂ量は、０．０００５質量％以上とする。ただし、過剰な添加は、熱間加工性を害する硼化物を形成させるため、Ｂ量は、０．００５０質量％を上限とする。より好ましいＢ量は、０．０００５質量％以上０．００３０質量％以下であり、更に好ましいＢ量は、０．０００５質量％以上０．００２０質量％以下である。
（１２）０．２０≦Ａｌ≦０．８０質量％
Ａｌは、任意元素である。Ａｌは、鋼の強力な脱酸剤であり、Ｏを極力低減させるため、又は、耐酸化性を改善するために必要に応じて添加する。Ａｌ量は、その効果が確認できる０．２０質量％を下限とする。Ａｌを過剰に含有させると熱間加工性を劣化させることから、Ａｌ量は、０．８０質量％を上限とする。より好ましいＡｌ量は、０．５０質量％以下である。
【００２６】
（１３）Ｏ≦０．０３０質量％
Ｏは、任意元素であり、冷間加工性や切削性に有害な酸化物を形成することから極力低く抑制すべき元素である。そこで、Ｏ量は、０．０３０質量％以下とする。より好ましいＯ量は、製造コストとの兼ね合いから、０．０１５質量％以下、更に好ましくは、０．０１０質量％以下である。
【００２７】
（１４）Ｎｂ，Ｔｉ，Ｖ，Ｗ，Ｔａ及びＨｆからなる群及びＣｏから選ばれる１種又は２種以上を総量で０．０１質量％以上０．６０質量％以下
Ｎｂ，Ｔｉ，Ｖ，Ｗ，Ｔａ及びＨｆは、任意元素であり、Ｃと炭化物、又は、Ｎ、Ｃと炭窒化物を形成して、鋼の結晶粒を微細化し、靭性を高める効果がある。そこで、これらのいずれか１種又は２種以上を総量で、０．０１質量％以上０．６０質量％以下含有させるとよい。製造コストを抑える観点によれば、これらのいずれか１種又は２種以上の総量は、０．３０質量％以下がより好ましい。
（１５）０．０１≦Ｃｏ≦０．６０質量％
Ｃｏは、任意元素であり、固溶強化による高強度が図れることから、Ｃｏ量は、その効果が明瞭となる０．０１質量％を下限とする。ただし、Ｃｏを過剰に含有させるとコストの大幅上昇を招来することから、Ｃｏ量は、０．６０質量％を上限とし、０．３０質量％以下がより好ましい。
【００２８】
（１６）Ｃａ，Ｍｇ及びＲＥＭからなる群から選ばれる１種又は２種以上を総量で０．０００５質量％以上０．０１００質量％以下
Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭ（Rare Eatrh Metal）は、任意元素であり、鋼の熱間加工性を向上させるのに有効な元素である。そこで、これらのいずれか１種又は２種以上を総量で、０．０００５質量％以上含有させてもよい。しかし、これらを過剰に含有させると、その効果を飽和させ、逆に熱間加工性を低下させる。そこで、それらの１種又は２種以上の総量を、０．０１００質量％以下とする。より好ましいこれらの総量は、０．００５０質量％以下である。尚、ＲＥＭは、Ｃｅ、Ｌａ又はそれらの合金からなる。
【００２９】
（１７）ロックウェル硬さ８５ＨＲＢ以上１００ＨＲＢ以下
ロックウェル硬さを８５ＨＲＢ以上１００ＨＲＢ以下としたのは、８５ＨＲＢ未満では十分な強度が得られないからであり、１００ＨＲＢ超えでは加工性が低下するからである。より好ましいロックウエル硬さは、８８ＨＲＢ以上９８ＨＲＢ以下である。また、オーステナイトステンレス鋼代替用途としての使用が可能な強度と十分な加工性を確保するためには、耐力比を６５％以上８０％以下にするとよい。尚、絞りを５５％以上確保すれば、更に、加工性が良好となる。
【００３０】
尚、Ｐは、不可避的不純物であり、粒界に偏析し、粒界腐食感受性を高めるほか、靭性の低下を招くため、含有量が低いほうが望ましいが、必要以上の含有量の低減は製造コストの上昇を招く。そこで、Ｐ量は、０．０４０質量％以下としておくことが望ましい。より好ましいＰ量は、０．０３０質量％以下である。
また、Ｓは、不可避的不純物であり、熱間加工性を低下させる。そこで、Ｓ量は、０．０１０質量％以下とすることが望ましい。より好ましいＳ量は、製造コストとの兼ね合いから、０．００５質量％以下である。
【００３１】
（フェライト相及びマルテンサイト相を含む二相ステンレス鋼の製造方法）
（１）まず、上記所定成分を含有する鋼塊を溶製し、冷却して、インゴットとし、熱間鍛造により所定サイズの鋼を作製する。
（２）次に、この鋼を７００〜１０００℃（好ましくは７５０〜９５０℃）で、約１〜２４時間（好ましくは約１〜８時間）熱処理後空冷（焼き鈍し処理）する（空冷時の冷却速度は、１５〜２５０℃／分）。
以上（１）〜（２）の工程を経て得られた上記所定成分を備えた鋼は、フェライト相及びマルテンサイト相を含み、断面組織のマルテンサイト相が面積率で１０％以上６０％以下となり、耐力比６５％以上８０％以下、絞り５５％以上、ロックウェル硬さ８５ＨＲＢ以上１００ＨＲＢ以下を達成する。
【実施例】
【００３２】
（実施例Ａ）
（供試材の作製）
表１に示す発明鋼及び比較鋼を以下のようにして作製した。すなわち、表１に示す成分組成（残部はＦｅ及び不可避的不純物からなる）の５０ｋｇの各鋼塊を高周波誘導炉で溶製し、冷却して、インゴットを作製した。次に、各インゴットを１０００〜１２００℃に加熱し、熱間鍛造により、直径２０ｍｍの丸棒に加工した。
そして、各丸棒を更に８００℃で４時間加熱した後、冷却速度５０℃／分〜１００℃／分で空冷（焼き鈍し処理）し、得られた各発明鋼及び各比較鋼を供試材とした。尚、表１に、成分組成、上記（１）式の［Ａ］及びマルテンサイトの面積率（％）をまとめて示す。尚、マルテンサイトの面積率については後述する。
【００３３】
【表１】
【００３４】
（各種試験）
次に、得られた供試材を用いて、マルテンサイトの面積率（％）、引張強さ（ＭＰａ）、０．２耐力（ＭＰａ）、耐力比（％）、絞り（％）、ロックウェル硬さ、耐食性を調べた。以下に、これらの試験について説明する。
【００３５】
（面積率）
上記供試材の１／２Ｒ付近から１０ｍｍ×１０ｍｍ×１０ｍｍサイズの試験片を作製し、これを縦断面を観察できるように、樹脂に埋め込み研磨し、ビレラ（エタノールと塩酸とピクリン酸の混合液）を用いてエッチングした。エッチング後のミクロ組織を倍率１００倍にて白黒写真撮影し、エッチング腐食により変色した相をマルテンサイト相として画像解析処理により色抽出し、１視野あたりの面積率を測定し、３０視野の平均値を面積率とした。図１に、発明鋼１の写真を示す。同図に示したように、マルテンサイト相が生成していることがわかる。各発明鋼及び各比較鋼の面積率の測定結果は、表１にまとめて示す。
【００３６】
（引張強さ（ＭＰａ）、０．２耐力（ＭＰａ）、耐力比（％）、絞り（％））
上記供試材からＪＩＳ４号試験片を作製し、ＪＩＳ Ｚ ２２４１に基づき引張試験を行った。引張試験で測定された最大応力を引張強さとした。そして、オフセット法により０．２％耐力を求め、次式（２）により耐力比（％）を求めた。
耐力比（％）＝０．２％耐力（ＭＰａ）／引張強さ（ＭＰａ）×１００…式（２）
絞りは、上記引張試験による試験片破断後における最小断面積と試験前の原断面積との差の原断面積に対する比である。これらの結果を表２に示す。
【００３７】
（ロックウェル硬さ）
ＪＩＳ Ｚ ２２４５に基づいて硬さを測定することにより、ロックウエル硬さを求めた。この結果を表２に示す。
【００３８】
（耐食性）
ＪＩＳ Ｚ ２３７１に基づいて塩水噴霧試験を行うことにより、耐食性を評価した。上記供試材からφ１０ｍｍ×５０ｍｍサイズの試験片を作製し、表面を＃４００まで研磨仕上げした円柱形状の試験片を作製し、３５℃、５％塩化ナトリウム水溶液噴霧環境中で、９６時間の暴露試験を行った。この暴露試験にて、試験表面に生じた発銹面積から耐食性を評価した。発銹ランクは、Ａ：全面発銹無し（目視で発銹確認できず），Ｂ：部分的に発銹確認でき、面積５０％未満，Ｃ：半分以上の面積で発銹（５０％以上７５％未満発銹），Ｄ：全面に発銹（７５％以上発銹）とした。この結果を表２に示す。
【００３９】
【表２】
【００４０】
（評価）
発明鋼１〜２１は、いずれも要求特性を満足した。これは、発明鋼１〜２１が表１に規定する成分を所定量含有するとともに、上記式（１）を満たすため、フェライト相及びマルテンサイト相を含み、組織の相バランスとして、断面組織のマルテンサイト相が面積率で１０％以上６０％以下となり、強度と耐食性を兼ね備えたためと考えられる。
【００４１】
これに対し、比較鋼１〜３は、いずれもフェライト系ステンレス鋼であり、強度が低く耐食性も悪い結果となった。
比較鋼４，５は、Ｃ量の影響を確認するためのものであり、他の成分組成等が所定の条件を満たしていても、比較鋼４のようにＣ量が低いと強度が低くなり、比較鋼５のようにＣ量が多いと耐食性が悪い結果となることがわかった。
比較鋼６，７は、Ｃｒ量の影響を確認するためのものであり、他の成分組成等が所定の条件を満たしていても、Ｃｒ量が低いと耐食性が悪くなり、Ｃｒ量が多いと強度が低くなることがわかった。
【００４２】
比較鋼８，９は、Ｃｒ量とＣｕ量及びＭｎ量の成分バランスの影響を確認するためのものであり、他の成分組成等が所定の条件を満たしていても、Ｃｕ量とＭｎ量が共に低いと耐食性は良くても強度が低くなり、Ｃｕ量とＭｎ量が共に多いと逆に強度は良くても絞りや耐食性が低くなることがわかった。
比較鋼１０，１１は、［Ａ］値の影響を確認するためのものである。比較鋼１０によれば、Ｍｎ量、Ｃｕ量、Ｃｒ量が所定範囲であっても、Ｃｒ量に対してＭｎ量及びＣｕ量が多すぎると、マルテンサイトが生成しすぎ、その面積率が過多となり、相バランスが悪くなり、絞りや耐食性が不足するという結果となった。一方、比較鋼１１によれば、Ｍｎ量、Ｃｕ量、Ｃｒ量が所定範囲であっても、Ｃｒ量に対してＭｎ量及びＣｕ量が少なすぎると、マルテンサイトが少なく、その面積率が過小となり、相バランスが悪くなり、強度が不足するという結果となった。
【００４３】
これらのことから、発明鋼１〜２１は、表１に規定する成分を所定量含有するとともに、上記式（１）を満たすため、フェライト相及びマルテンサイト相を含み、組織の相バランスとして、断面組織のマルテンサイト相が面積率で１０％以上５８％以下となり、強度と耐食性を兼ね備えたものとなったことが確認できた。
【００４４】
（実施例Ｂ）
（試験片の作製及び各種試験）
表１の発明鋼１〜４及び比較鋼１〜３の成分組成の５０ｋｇの各鋼塊を高周波誘導炉で溶製し、冷却して、インゴットを作製した。次に、各インゴットを１０００〜１２００℃に加熱し、熱間圧延により、直径５．５ｍｍの丸棒に加工した後、更に、直径４．０ｍｍに冷間伸線加工を行った。そして、マルテンサイトの面積率（％）を実施例Ａと同様の手法により測定した。更に、大気熱処理炉にて８００℃×４時間の焼き鈍し処理を行い、表面を＃８００まで研磨後、ＪＩＳ Ｚ ２２４１に基づき引張試験を行った。更に、同様に仕上げた鋼線を用いてＪＩＳ Ｚ ２３７１に基づき塩水噴霧試験を行った。結果を表３に示す。
【００４５】
【表３】
【００４６】
（評価）
発明鋼１〜４を伸線加工して得た鋼線は、引張強さ（ＭＰａ）、０．２耐力（ＭＰａ）、耐力比（％）、絞り（％）、耐食性について優れた特性を示したが、比較鋼１〜３を伸線加工して得た鋼線は、絞り以外については要求特性を満たさなかった。このことから、発明鋼１〜４は、伸線加工を施しても強度・耐食性を兼ね備えることが確認できた。従って、その他の発明鋼５〜２１に伸線加工を施しても、発明鋼１〜４と同様に強度・耐食性を兼ね備えるものといえる。尚、上記の冷間伸線加工により得られた鋼線（ワイヤー）の断面組織にはフェライト相とマルテンサイト相とが存在し、マルテンサイト相の面積率は３０〜３５％であった。この面積率は、素材状態（実施例Ａにおいて面積率を測定した時の状態）の面積率と同じであった。
【００４７】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、上記実施形態は一例にすぎず、本発明を限定するものではない。すなわち、上記実施形態は本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明に係るフェライト相及びマルテンサイト相を含む二相ステンレス鋼及びそれを用いた鋼材は、耐食性及び強度が高いため、電子機器、事務機器、電気通信機器、車両、食品設備、化学設備、キッチン厨房設備、キッチン厨房雑貨等の機械構造用部品、建築構造用強度部材、車両用部品、シャフト、ばね、釘、小ねじ、ワイヤーロープ、ケーブルワイヤー、コンクリート補強鋼線、キッチン用籠等に用いられる鋼及び鋼材に好適であるため、鋼材メーカーにとって産業上利用価値が高い。
本発明に係る鋼製品は、耐食性及び強度が高いため、電子機器、事務機器、電気通信機器、車両、食品設備、化学設備、キッチン厨房設備等の製造メーカーからエンドユーザーに到るまで産業上利用価値が高い。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二相ステンレス鋼並びにそれを用いた鋼材及び鋼製品に関し、更に詳しくは、耐食性及び強度を高めるとともに、低コスト化を実現した、フェライト相及びマルテンサイト相を含む二相ステンレス鋼並びにそれを用いた鋼材及び鋼製品に関する。
【背景技術】
【０００２】
フェライト系ステンレス鋼は、オーステナイト系ステンレス鋼よりも一般的には耐食性や強度が劣る。そこで、耐食性を向上させるため、Ｃｒを増量した鋼種が開発されている。そのようなＣｒを増量した鋼種としては、例えば、特許文献１に、重量％で、Ｓｉ：０．０５〜３．０％，Ｍｎ：０．１〜２．０％，Ｐ：０．０４％以下，Ｓ：０．０１％以下，Ｃｒ：１４．０〜２４．０％，Ｃ＋Ｎ：０．００５〜０．１５％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなるフェライト系ステンレス鋼線が開示されている。
【０００３】
その他にも、板バネ、フラッパーバルブ、メタルガスケット等の高い強度、平坦度が要求される用途に用いられる鋼種として、特許文献２には、Ｃ：０．１０〜０．２０質量％，Ｓｉ：２．０質量％以下，Ｍｎ：２．０質量％以下，Ｐ：０．０４０質量％以下，Ｓ：０．０１０質量％以下，Ｎｉ：０．５０〜４．０質量％，Ｃｒ：１０．０〜２０．０質量％，Ｎ：０．１０質量％以下，Ｂ：０〜０．０１５質量％を含み、残部が実質的にＦｅの組成をもち、（フェライト＋オーステナイト）二相域に加熱された後の冷却過程でオーステナイト相がマルテンサイト変態することにより生成した、フェライト及びマルテンサイトの複相組織になっていることを特徴とするビッカース硬さがＨＶ４００以上で硬度変動の少ない高強度複相ステンレス鋼が開示されている。
【０００４】
更に、特許文献３には、高強度ステンレス鋼板素材を鋼帯として提供するのに好適な鋼種として、質量％で、Ｃ：０．１０％以下、Ｓi：２．０％以下，Ｍｎ：４．０％以下，Ｐ：０．０４０％以下，Ｓ：０．０１０％以下,Ｎi：４．０％以下，Ｃｒ：１０．０〜２０．０％，Ｎ：０．１２％以下，Ｂ：０．００５０超え〜０．０３００％，Ｏ：０．０２％以下，Ｃｕ：４．０％以下を含有し，且つ，０．０１％≦Ｃ＋Ｎ≦０．２０％、０．２０％≦Ｎｉ＋（Ｍｎ＋Ｃｕ）／３≦５．０％の関係を満足するようにこれらの成分を含有し，残部がＦe及び不可避的不純物からなり, ２０ｖｏｌ．％以上９５ｖｏｌ．％以下で且つ平均粒径が１０μｍ以下のマルテンサイト相と残部が実質的にフェライト相とからなる複相組織を有し，そして硬さがＨＶ２００以上である高強度高延性複相組織ステンレス鋼が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−７７４４４
【特許文献２】特開２００２−１０５６０１
【特許文献３】特開平７−１３８７０４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のフェライト系ステンレス鋼線は、Ｃｒを増量したといっても耐食性がオーステナイト系ステンレス鋼には及ばず、強度は改善されていない。更に、特許文献２〜３のフェライト相及びマルテンサイト等からなるステンレス鋼は、複相組織とし、製造性を改善しているが強度が十分ではない。従って、強度及び耐食性の両者に優れたフェライト相及びマルテンサイト相を含む二相ステンレス鋼が要求されている。
【０００７】
一方、一般的なオーステナイト系ステンレス鋼であるＳＵＳ３０４や、ねじ等に特に用いられるＳＵＳＸＭ７等は、Ｎｉを約８〜１０％程度含有するため、コスト高となるという問題がある。そのため、ＳＵＳ３０４やＳＵＳＸＭ７等と同等の耐食性を有しながら、低コストな鋼種が求められている。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明は、低コスト化を図りつつ、良好な耐食性及び強度を発現することができるフェライト相及びマルテンサイト相を含む二相ステンレス鋼並びにそれを用いた鋼材及び鋼製品を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明者等は、Ｎｉを低減させても、Ｃｒ増量により耐食性を改善でき、Ｍｎ，Ｃｕ等のオーステナイト形成元素の増量によりマルテンサイトを生成させて二相組織化することで、高強度化を実現できるとの知見を得た。本発明は、かかる知見に基づいてなされたものである。
【００１０】
本発明に係る二相ステンレス鋼は、
０．０８０≦Ｃ≦０．１２０質量％、０．２０≦Ｓｉ≦１．００質量％、１．００≦Ｍｎ≦３．００質量％、１．００＜Ｃｕ≦３．００質量％、２０．０≦Ｃｒ≦２３．０質量％、０．５０≦Ｎｉ≦１．００質量％、Ｎ≦０．０３０質量％を含有し、
次式（１）で表される［Ａ］が、０．１５≦［Ａ］≦０．３０であり、かつ、
フェライト相及びマルテンサイト相を含み断面組織のマルテンサイト相が面積率で１０％以上６０％以下であることを要旨とする。
但し、［Ａ］＝（１．４［Ｍｎ］＋［Ｃｕ］）／［Ｃｒ］）…式（１）
【００１１】
この場合に、更に、
０．１０≦Ｍｏ≦１．００質量％を含有してもよい。
更に、
０．０００５≦Ｂ≦０．００５０質量％、及び／又は、
０．２０≦Ａｌ≦０．８０質量％を含有してもよい。
更に、
Ｏ≦０．０３０質量％を含有してもよい。
更に、
Ｎｂ，Ｔｉ，Ｖ，Ｗ，Ｔａ及びＨｆからなる群から選ばれる１種又は２種以上を総量で０．０１質量％以上０．６０質量％以下含有してもよい。
更に、
０．０１≦Ｃｏ≦０．６０質量％を含有してもよい。
更に、
Ｃａ，Ｍｇ及びＲＥＭからなる群から選ばれる１種又は２種以上を総量で０．０００５質量％以上０．０１００質量％以下含有してもい。
そして、ロックウエル硬さが８５ＨＲＢ以上１００ＨＲＢ以下であることが好ましい。
【００１２】
本発明に係る鋼材及び鋼製品は、本発明に係る二相ステンレス鋼からなることを要旨とする。ここで、「鋼材」とは、例えば、ビレットを対象とする条鋼、該条鋼を熱間圧延した形材や線材、更に、これら形材や線材を加工した板材や鋼線（ワイヤ）を含み、該鋼線としては、例えば、加工率９０％以下で冷間伸線し細径化したものの他、これを更に温度７００〜１０００℃で溶体化処理した硬質乃至軟質状のものが好適である。特に、溶体化処理した軟質状のものや、その後に３０％以下の冷間伸線を行ったものが加工性が良好で好ましい。「鋼製品」とは、電子機器、事務機器、電気通信機器、車両、食品設備、化学設備、キッチン厨房設備、キッチン厨房雑貨等の電子機械部品、機械構造用部品、建築構造用強度部材、車両用部品、シャフト、ばね、金網、釘、ねじ、ボルト、ワイヤーロープ、ケーブルワイヤー、コンクリート補強鋼線、キッチン用籠をいう。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る二相ステンレス鋼並びにそれを用いた鋼材及び鋼製品は、上記成分組成を有するとともに、上記（１）式を満たし、かつ、フェライト相及びマルテンサイト相を含みマルテンサイト相が所定の面積率であるため、耐食性が改善され良好な強度を備える。これは、Ｃｒ増量による耐食性改善の効果が得られるとともに、Ｃｒ量に対するＭｎ量及びＣｕ量の調整による相バランス効果によるものである。また、Ｎｉ量を抑えたため、低コスト化が図られる。更に、本発明によれば、上記成分組成を有するとともに、上記（１）式を満たし、かつ、フェライト相及びマルテンサイト相を含みマルテンサイト相が所定の面積率であるため、良好な耐力比や絞りが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】発明鋼１の断面組織の顕微鏡写真である（１００倍）。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明の一実施形態に係るフェライト相及びマルテンサイト相を含む二相ステンレス鋼について説明する。
（フェライト相及びマルテンサイト相を含む二相ステンレス鋼の成分組成、組織、特性等及びこれらの限定理由）
（１）Ｃ：０．０８０≦Ｃ≦０．１２０質量％
Ｃは、必須元素であり、高強度を得るために重要な元素である。Ｃ量は、０．０８０質量％未満では十分なマトリックス強度が得られないので、０．０８０質量％を下限とした。一方、Ｃ量が０．１２０質量％を超えると炭化物量が多くなり、耐食性を劣化させるため、０．１２０質量％を上限とした。より好ましいＣ量は、十分なマトリックス強度が得られ、耐食性が良好である０．０８０質量％以上０．１００質量％以下である。
【００１６】
（２）Ｓｉ：０．２０≦Ｓｉ≦１．００質量％
Ｓｉは、必須元素であり、鋼の脱酸剤である。そこで、Ｓｉ量は、０．２０質量％を下限とする。一方、Ｓｉ量が多すぎると靱性の低下を招来し、鋼の熱間加工性を劣化させるため、上限を１．００質量％とする。尚、冷間加工性を特に重視する場合には、Ｓｉ量の上限を０．５０質量％とする。
【００１７】
（３）１．００≦Ｍｎ≦３．００質量％
Ｍｎは、必須元素であり、強度上昇に寄与するマルテンサイト相の生成に必要な元素である。従って、Ｍｎ量は、十分なマルテンサイト相を確保するため、１．００質量％を下限とする。一方、Ｍｎを過剰に添加すると加工硬化能が上昇し、冷間加工性を阻害するため、Ｍｎ量は、３．００質量％を上限とする。より好ましいＭｎ量は、１．５０質量％以上２．５０質量％以下である。
【００１８】
（４）１．００＜Ｃｕ≦３．００質量％
Ｃｕは、必須元素であり、本発明において重要な元素であり、耐食性、特に、還元性酸環境中での耐食性を向上させるのに有効であるほか、マルテンサイト相の確保に必要であり、マルテンサイト相を増加させて強度を向上させる。Ｃｕは、更に、加工硬化能を低下させ、冷間加工性を向上させ、また、熱処理等を施せば抗菌性を向上させる。このように、Ｃｕは、強度・耐食性の両者を向上させることができる。従って、Ｃｕ量は、１．００質量％超を下限とする。一方、Ｃｕの過剰添加は、熱間加工性を劣化させるため、Ｃｕ量は、３．００質量％を上限とする。より好ましいＣｕ量は、１．５０質量％以上３．００質量％以下である。
【００１９】
（５）２０．０≦Ｃｒ≦２３．０質量％
Ｃｒは、必須元素であり、耐食性を確保するために必須の元素である。そこで、Ｃｒ量は、２０質量％を下限とする。一方、Ｃｒを過剰に含有させると熱間加工性を害するとともに、σ相析出による靭性の低下を招く。そこで、Ｃｒ量は、２３．０質量％を上限とする。より好ましいＣｒ量は、耐食性が十分確保でき、靱性の劣化が少ない２０．５質量％以上２２．０質量％以下である。
【００２０】
（６）０．５≦Ｎｉ≦１．０質量％
Ｎｉは、必須元素であり、耐食性、特に、還元性酸環境中での耐食性を向上させるのに有効である。そこで、Ｎｉ量は、０．５質量％を下限とする。一方、Ｎｉを過剰に含有させると製造コストの上昇を招く。そこで、Ｎｉ量は、１．０質量％を上限とする。より好ましいＮｉ量は、０．５質量％以上０．７質量％以下である。
【００２１】
（７）Ｎ≦０．０３０質量％
Ｎは、不可避的不純物であり、冷間加工性や切削性を劣化させる窒化物を形成することから極力低く抑制すべき元素である。そこで、Ｎ量は、０．０３０質量％以下とする。より好ましいＮ量は、製造コストとの兼ね合いから、０．０２０質量％以下であり、更に好ましいＮ量は、０．０１５質量％以下である。
【００２２】
（８）次式（１）で表される［Ａ］が０．１５≦［Ａ］≦０．３０である。但し、［Ａ］＝（１．４［Ｍｎ］＋［Ｃｕ］）／［Ｃｒ］）…式（１）。
［Ａ］は、耐食性と強度の両方に拘わっており、Ｍｎ及びＣｕは、マルテンサイトの確保に必要であるが、Ｃｒに対して添加量が多いと耐食性を低下させるため、［Ａ］は、０．３０を上限値とする。一方、［Ａ］が０．１５を下回るとマルテンサイトが少なくなり強度を確保できないので、［Ａ］は、０．１５を下限値とする。［Ａ］は、より好ましくは、０．２０以上０．２５である。
【００２３】
（９）断面組織のマルテンサイト相が面積率で１０％以上６０％以下である。
二相組織化することによって耐食性及び強度を良好なものとするためである。マルテンサイト相の断面組織の面積率の下限を１０％としたのは、これ未満ではマルテンサイトが過少となり、強度が低くなるためである。また、マルテンサイト相の断面組織の面積率の上限を６０％としたのは、これを超えるとマルテンサイトが過多となり、絞りや耐食性が悪くなるためである。マルテンサイト相の面積率は、より好ましくは、１５％以上４０％以下、更に好ましくは、２０％以上３５％以下である。
【００２４】
（１０）０．１０≦Ｍｏ≦１．００質量％
Ｍｏは、任意元素であり、強度を低下させることなく耐食性を向上させることができるため、必要に応じて含有させることができる。そこで、Ｍｏ量は、０．１０質量％を下限とする。一方、Ｍｏを過剰に含有させると、熱間加工性を低下させるほか、製造コストの上昇を招く。そこで、Ｍｏ量は、１．００質量％を上限とする。より好ましいＭｏ量は、０．２０質量％以上０．５０質量％以下である。
【００２５】
（１１）０．０００５≦Ｂ≦０．００５０質量％
Ｂは、任意元素である。Ｂは、粒界強度を高め、鋼の熱間加工性を改善する。そこで、Ｂ量は、０．０００５質量％以上とする。ただし、過剰な添加は、熱間加工性を害する硼化物を形成させるため、Ｂ量は、０．００５０質量％を上限とする。より好ましいＢ量は、０．０００５質量％以上０．００３０質量％以下であり、更に好ましいＢ量は、０．０００５質量％以上０．００２０質量％以下である。
（１２）０．２０≦Ａｌ≦０．８０質量％
Ａｌは、任意元素である。Ａｌは、鋼の強力な脱酸剤であり、Ｏを極力低減させるため、又は、耐酸化性を改善するために必要に応じて添加する。Ａｌ量は、その効果が確認できる０．２０質量％を下限とする。Ａｌを過剰に含有させると熱間加工性を劣化させることから、Ａｌ量は、０．８０質量％を上限とする。より好ましいＡｌ量は、０．５０質量％以下である。
【００２６】
（１３）Ｏ≦０．０３０質量％
Ｏは、任意元素であり、冷間加工性や切削性に有害な酸化物を形成することから極力低く抑制すべき元素である。そこで、Ｏ量は、０．０３０質量％以下とする。より好ましいＯ量は、製造コストとの兼ね合いから、０．０１５質量％以下、更に好ましくは、０．０１０質量％以下である。
【００２７】
（１４）Ｎｂ，Ｔｉ，Ｖ，Ｗ，Ｔａ及びＨｆからなる群及びＣｏから選ばれる１種又は２種以上を総量で０．０１質量％以上０．６０質量％以下
Ｎｂ，Ｔｉ，Ｖ，Ｗ，Ｔａ及びＨｆは、任意元素であり、Ｃと炭化物、又は、Ｎ、Ｃと炭窒化物を形成して、鋼の結晶粒を微細化し、靭性を高める効果がある。そこで、これらのいずれか１種又は２種以上を総量で、０．０１質量％以上０．６０質量％以下含有させるとよい。製造コストを抑える観点によれば、これらのいずれか１種又は２種以上の総量は、０．３０質量％以下がより好ましい。
（１５）０．０１≦Ｃｏ≦０．６０質量％
Ｃｏは、任意元素であり、固溶強化による高強度が図れることから、Ｃｏ量は、その効果が明瞭となる０．０１質量％を下限とする。ただし、Ｃｏを過剰に含有させるとコストの大幅上昇を招来することから、Ｃｏ量は、０．６０質量％を上限とし、０．３０質量％以下がより好ましい。
【００２８】
（１６）Ｃａ，Ｍｇ及びＲＥＭからなる群から選ばれる１種又は２種以上を総量で０．０００５質量％以上０．０１００質量％以下
Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭ（Rare Eatrh Metal）は、任意元素であり、鋼の熱間加工性を向上させるのに有効な元素である。そこで、これらのいずれか１種又は２種以上を総量で、０．０００５質量％以上含有させてもよい。しかし、これらを過剰に含有させると、その効果を飽和させ、逆に熱間加工性を低下させる。そこで、それらの１種又は２種以上の総量を、０．０１００質量％以下とする。より好ましいこれらの総量は、０．００５０質量％以下である。尚、ＲＥＭは、Ｃｅ、Ｌａ又はそれらの合金からなる。
【００２９】
（１７）ロックウェル硬さ８５ＨＲＢ以上１００ＨＲＢ以下
ロックウェル硬さを８５ＨＲＢ以上１００ＨＲＢ以下としたのは、８５ＨＲＢ未満では十分な強度が得られないからであり、１００ＨＲＢ超えでは加工性が低下するからである。より好ましいロックウエル硬さは、８８ＨＲＢ以上９８ＨＲＢ以下である。また、オーステナイトステンレス鋼代替用途としての使用が可能な強度と十分な加工性を確保するためには、耐力比を６５％以上８０％以下にするとよい。尚、絞りを５５％以上確保すれば、更に、加工性が良好となる。
【００３０】
尚、Ｐは、不可避的不純物であり、粒界に偏析し、粒界腐食感受性を高めるほか、靭性の低下を招くため、含有量が低いほうが望ましいが、必要以上の含有量の低減は製造コストの上昇を招く。そこで、Ｐ量は、０．０４０質量％以下としておくことが望ましい。より好ましいＰ量は、０．０３０質量％以下である。
また、Ｓは、不可避的不純物であり、熱間加工性を低下させる。そこで、Ｓ量は、０．０１０質量％以下とすることが望ましい。より好ましいＳ量は、製造コストとの兼ね合いから、０．００５質量％以下である。
【００３１】
（フェライト相及びマルテンサイト相を含む二相ステンレス鋼の製造方法）
（１）まず、上記所定成分を含有する鋼塊を溶製し、冷却して、インゴットとし、熱間鍛造により所定サイズの鋼を作製する。
（２）次に、この鋼を７００〜１０００℃（好ましくは７５０〜９５０℃）で、約１〜２４時間（好ましくは約１〜８時間）熱処理後空冷（焼き鈍し処理）する（空冷時の冷却速度は、１５〜２５０℃／分）。
以上（１）〜（２）の工程を経て得られた上記所定成分を備えた鋼は、フェライト相及びマルテンサイト相を含み、断面組織のマルテンサイト相が面積率で１０％以上６０％以下となり、耐力比６５％以上８０％以下、絞り５５％以上、ロックウェル硬さ８５ＨＲＢ以上１００ＨＲＢ以下を達成する。
【実施例】
【００３２】
（実施例Ａ）
（供試材の作製）
表１に示す発明鋼及び比較鋼を以下のようにして作製した。すなわち、表１に示す成分組成（残部はＦｅ及び不可避的不純物からなる）の５０ｋｇの各鋼塊を高周波誘導炉で溶製し、冷却して、インゴットを作製した。次に、各インゴットを１０００〜１２００℃に加熱し、熱間鍛造により、直径２０ｍｍの丸棒に加工した。
そして、各丸棒を更に８００℃で４時間加熱した後、冷却速度５０℃／分〜１００℃／分で空冷（焼き鈍し処理）し、得られた各発明鋼及び各比較鋼を供試材とした。尚、表１に、成分組成、上記（１）式の［Ａ］及びマルテンサイトの面積率（％）をまとめて示す。尚、マルテンサイトの面積率については後述する。
【００３３】
【表１】
【００３４】
（各種試験）
次に、得られた供試材を用いて、マルテンサイトの面積率（％）、引張強さ（ＭＰａ）、０．２耐力（ＭＰａ）、耐力比（％）、絞り（％）、ロックウェル硬さ、耐食性を調べた。以下に、これらの試験について説明する。
【００３５】
（面積率）
上記供試材の１／２Ｒ付近から１０ｍｍ×１０ｍｍ×１０ｍｍサイズの試験片を作製し、これを縦断面を観察できるように、樹脂に埋め込み研磨し、ビレラ（エタノールと塩酸とピクリン酸の混合液）を用いてエッチングした。エッチング後のミクロ組織を倍率１００倍にて白黒写真撮影し、エッチング腐食により変色した相をマルテンサイト相として画像解析処理により色抽出し、１視野あたりの面積率を測定し、３０視野の平均値を面積率とした。図１に、発明鋼１の写真を示す。同図に示したように、マルテンサイト相が生成していることがわかる。各発明鋼及び各比較鋼の面積率の測定結果は、表１にまとめて示す。
【００３６】
（引張強さ（ＭＰａ）、０．２耐力（ＭＰａ）、耐力比（％）、絞り（％））
上記供試材からＪＩＳ４号試験片を作製し、ＪＩＳ Ｚ ２２４１に基づき引張試験を行った。引張試験で測定された最大応力を引張強さとした。そして、オフセット法により０．２％耐力を求め、次式（２）により耐力比（％）を求めた。
耐力比（％）＝０．２％耐力（ＭＰａ）／引張強さ（ＭＰａ）×１００…式（２）
絞りは、上記引張試験による試験片破断後における最小断面積と試験前の原断面積との差の原断面積に対する比である。これらの結果を表２に示す。
【００３７】
（ロックウェル硬さ）
ＪＩＳ Ｚ ２２４５に基づいて硬さを測定することにより、ロックウエル硬さを求めた。この結果を表２に示す。
【００３８】
（耐食性）
ＪＩＳ Ｚ ２３７１に基づいて塩水噴霧試験を行うことにより、耐食性を評価した。上記供試材からφ１０ｍｍ×５０ｍｍサイズの試験片を作製し、表面を＃４００まで研磨仕上げした円柱形状の試験片を作製し、３５℃、５％塩化ナトリウム水溶液噴霧環境中で、９６時間の暴露試験を行った。この暴露試験にて、試験表面に生じた発銹面積から耐食性を評価した。発銹ランクは、Ａ：全面発銹無し（目視で発銹確認できず），Ｂ：部分的に発銹確認でき、面積５０％未満，Ｃ：半分以上の面積で発銹（５０％以上７５％未満発銹），Ｄ：全面に発銹（７５％以上発銹）とした。この結果を表２に示す。
【００３９】
【表２】
【００４０】
（評価）
発明鋼１〜２１は、いずれも要求特性を満足した。これは、発明鋼１〜２１が表１に規定する成分を所定量含有するとともに、上記式（１）を満たすため、フェライト相及びマルテンサイト相を含み、組織の相バランスとして、断面組織のマルテンサイト相が面積率で１０％以上６０％以下となり、強度と耐食性を兼ね備えたためと考えられる。
【００４１】
これに対し、比較鋼１〜３は、いずれもフェライト系ステンレス鋼であり、強度が低く耐食性も悪い結果となった。
比較鋼４，５は、Ｃ量の影響を確認するためのものであり、他の成分組成等が所定の条件を満たしていても、比較鋼４のようにＣ量が低いと強度が低くなり、比較鋼５のようにＣ量が多いと耐食性が悪い結果となることがわかった。
比較鋼６，７は、Ｃｒ量の影響を確認するためのものであり、他の成分組成等が所定の条件を満たしていても、Ｃｒ量が低いと耐食性が悪くなり、Ｃｒ量が多いと強度が低くなることがわかった。
【００４２】
比較鋼８，９は、Ｃｒ量とＣｕ量及びＭｎ量の成分バランスの影響を確認するためのものであり、他の成分組成等が所定の条件を満たしていても、Ｃｕ量とＭｎ量が共に低いと耐食性は良くても強度が低くなり、Ｃｕ量とＭｎ量が共に多いと逆に強度は良くても絞りや耐食性が低くなることがわかった。
比較鋼１０，１１は、［Ａ］値の影響を確認するためのものである。比較鋼１０によれば、Ｍｎ量、Ｃｕ量、Ｃｒ量が所定範囲であっても、Ｃｒ量に対してＭｎ量及びＣｕ量が多すぎると、マルテンサイトが生成しすぎ、その面積率が過多となり、相バランスが悪くなり、絞りや耐食性が不足するという結果となった。一方、比較鋼１１によれば、Ｍｎ量、Ｃｕ量、Ｃｒ量が所定範囲であっても、Ｃｒ量に対してＭｎ量及びＣｕ量が少なすぎると、マルテンサイトが少なく、その面積率が過小となり、相バランスが悪くなり、強度が不足するという結果となった。
【００４３】
これらのことから、発明鋼１〜２１は、表１に規定する成分を所定量含有するとともに、上記式（１）を満たすため、フェライト相及びマルテンサイト相を含み、組織の相バランスとして、断面組織のマルテンサイト相が面積率で１０％以上５８％以下となり、強度と耐食性を兼ね備えたものとなったことが確認できた。
【００４４】
（実施例Ｂ）
（試験片の作製及び各種試験）
表１の発明鋼１〜４及び比較鋼１〜３の成分組成の５０ｋｇの各鋼塊を高周波誘導炉で溶製し、冷却して、インゴットを作製した。次に、各インゴットを１０００〜１２００℃に加熱し、熱間圧延により、直径５．５ｍｍの丸棒に加工した後、更に、直径４．０ｍｍに冷間伸線加工を行った。そして、マルテンサイトの面積率（％）を実施例Ａと同様の手法により測定した。更に、大気熱処理炉にて８００℃×４時間の焼き鈍し処理を行い、表面を＃８００まで研磨後、ＪＩＳ Ｚ ２２４１に基づき引張試験を行った。更に、同様に仕上げた鋼線を用いてＪＩＳ Ｚ ２３７１に基づき塩水噴霧試験を行った。結果を表３に示す。
【００４５】
【表３】
【００４６】
（評価）
発明鋼１〜４を伸線加工して得た鋼線は、引張強さ（ＭＰａ）、０．２耐力（ＭＰａ）、耐力比（％）、絞り（％）、耐食性について優れた特性を示したが、比較鋼１〜３を伸線加工して得た鋼線は、絞り以外については要求特性を満たさなかった。このことから、発明鋼１〜４は、伸線加工を施しても強度・耐食性を兼ね備えることが確認できた。従って、その他の発明鋼５〜２１に伸線加工を施しても、発明鋼１〜４と同様に強度・耐食性を兼ね備えるものといえる。尚、上記の冷間伸線加工により得られた鋼線（ワイヤー）の断面組織にはフェライト相とマルテンサイト相とが存在し、マルテンサイト相の面積率は３０〜３５％であった。この面積率は、素材状態（実施例Ａにおいて面積率を測定した時の状態）の面積率と同じであった。
【００４７】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、上記実施形態は一例にすぎず、本発明を限定するものではない。すなわち、上記実施形態は本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明に係るフェライト相及びマルテンサイト相を含む二相ステンレス鋼及びそれを用いた鋼材は、耐食性及び強度が高いため、電子機器、事務機器、電気通信機器、車両、食品設備、化学設備、キッチン厨房設備、キッチン厨房雑貨等の機械構造用部品、建築構造用強度部材、車両用部品、シャフト、ばね、釘、小ねじ、ワイヤーロープ、ケーブルワイヤー、コンクリート補強鋼線、キッチン用籠等に用いられる鋼及び鋼材に好適であるため、鋼材メーカーにとって産業上利用価値が高い。
本発明に係る鋼製品は、耐食性及び強度が高いため、電子機器、事務機器、電気通信機器、車両、食品設備、化学設備、キッチン厨房設備等の製造メーカーからエンドユーザーに到るまで産業上利用価値が高い。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
０．０８０≦Ｃ≦０．１２０質量％、
０．２０≦Ｓｉ≦１．００質量％、
１．００≦Ｍｎ≦３．００質量％、
１．００＜Ｃｕ≦３．００質量％、
２０．０≦Ｃｒ≦２３．０質量％、
０．５０≦Ｎｉ≦１．００質量％、
Ｎ≦０．０３０質量％を含有し、
次式（１）で表される［Ａ］が、０．１５≦［Ａ］≦０．３０であり、かつ、
フェライト相及びマルテンサイト相を含み断面組織のマルテンサイト相が面積率で１０％以上６０％以下であることを特徴とする二相ステンレス鋼。
但し、［Ａ］＝（１．４［Ｍｎ］＋［Ｃｕ］）／［Ｃｒ］）…式（１）
【請求項２】
更に、
０．１０≦Ｍｏ≦１．００質量％を含有することを特徴とする請求項１に記載の二相ステンレス鋼。
【請求項３】
更に、
０．０００５≦Ｂ≦０．００５０質量％、及び／又は、
０．２０≦Ａｌ≦０．８０質量％を含有することを特徴とする請求項１又は２に記載の二相ステンレス鋼。
【請求項４】
更に、
Ｏ≦０．０３０質量％を含有することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の二相ステンレス鋼。
【請求項５】
更に、
Ｎｂ，Ｔｉ，Ｖ，Ｗ，Ｔａ及びＨｆからなる群から選ばれる１種又は２種以上を総量で０．０１質量％以上０．６０質量％以下含有することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の二相ステンレス鋼。
【請求項６】
更に、
０．０１≦Ｃｏ≦０．６０質量％を含有することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の二相ステンレス鋼。
【請求項７】
更に、
Ｃａ，Ｍｇ及びＲＥＭからなる群から選ばれる１種又は２種以上を総量で０．０００５質量％以上０．０１００質量％以下含有することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の二相ステンレス鋼。
【請求項８】
ロックウエル硬さが８５ＨＲＢ以上１００ＨＲＢ以下であることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の二相ステンレス鋼。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載の二相ステンレス鋼からなる鋼材。
【請求項１０】
請求項１から８のいずれかに記載の二相ステンレス鋼からなる鋼製品。
【請求項１】
０．０８０≦Ｃ≦０．１２０質量％、
０．２０≦Ｓｉ≦１．００質量％、
１．００≦Ｍｎ≦３．００質量％、
１．００＜Ｃｕ≦３．００質量％、
２０．０≦Ｃｒ≦２３．０質量％、
０．５０≦Ｎｉ≦１．００質量％、
Ｎ≦０．０３０質量％を含有し、
次式（１）で表される［Ａ］が、０．１５≦［Ａ］≦０．３０であり、かつ、
フェライト相及びマルテンサイト相を含み断面組織のマルテンサイト相が面積率で１０％以上６０％以下であることを特徴とする二相ステンレス鋼。
但し、［Ａ］＝（１．４［Ｍｎ］＋［Ｃｕ］）／［Ｃｒ］）…式（１）
【請求項２】
更に、
０．１０≦Ｍｏ≦１．００質量％を含有することを特徴とする請求項１に記載の二相ステンレス鋼。
【請求項３】
更に、
０．０００５≦Ｂ≦０．００５０質量％、及び／又は、
０．２０≦Ａｌ≦０．８０質量％を含有することを特徴とする請求項１又は２に記載の二相ステンレス鋼。
【請求項４】
更に、
Ｏ≦０．０３０質量％を含有することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の二相ステンレス鋼。
【請求項５】
更に、
Ｎｂ，Ｔｉ，Ｖ，Ｗ，Ｔａ及びＨｆからなる群から選ばれる１種又は２種以上を総量で０．０１質量％以上０．６０質量％以下含有することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の二相ステンレス鋼。
【請求項６】
更に、
０．０１≦Ｃｏ≦０．６０質量％を含有することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の二相ステンレス鋼。
【請求項７】
更に、
Ｃａ，Ｍｇ及びＲＥＭからなる群から選ばれる１種又は２種以上を総量で０．０００５質量％以上０．０１００質量％以下含有することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の二相ステンレス鋼。
【請求項８】
ロックウエル硬さが８５ＨＲＢ以上１００ＨＲＢ以下であることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の二相ステンレス鋼。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載の二相ステンレス鋼からなる鋼材。
【請求項１０】
請求項１から８のいずれかに記載の二相ステンレス鋼からなる鋼製品。
【図１】
【公開番号】特開２０１０−１７４３３４（Ｐ２０１０−１７４３３４Ａ）
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１８５３６（Ｐ２００９−１８５３６）
【出願日】平成２１年１月２９日（２００９．１．２９）
【出願人】（０００００３７１３）大同特殊鋼株式会社 (916)
【出願人】（０００２３１５５６）日本精線株式会社 (47)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月２９日（２００９．１．２９）
【出願人】（０００００３７１３）大同特殊鋼株式会社 (916)
【出願人】（０００２３１５５６）日本精線株式会社 (47)
【Ｆターム（参考）】
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