説明

起歪体用析出硬化型ステンレス鋼

【課題】強度、靱性、および、耐食性に優れるだけでなく、起歪体性能に優れた起歪体用析出硬化型ステンレス鋼を提供する。
【解決手段】質量%で、C:0.010〜0.060%、Si:1.0%以下、Mn:1.0%以下、P:0.05%以下、S:0.03%以下、Cu:2.0〜4.0%、Ni:2.5〜5.0%、Cr:13.0〜17.0%、Mo:1.0%以下、Al:0.030%以下、O:0.020%以下、N:0.010〜0.050%、および、Nb:0.10〜0.40%を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、C+N:0.025〜0.095%、Cu+Ni:8.5%以下、以下の式で示されるα値が510以下である析出硬化型ステンレス鋼とする。α=1320([C]+[N])+52[Ni]+14[Cu]+10[Cr]+20[Mo]+26[Mn]+20[Si]

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、起歪体用析出硬化型ステンレス鋼に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、圧力センサー、重量センサー、ロードセル等では、外力により歪を発生させる部材として起歪体が使用されている。起歪体の材質として一般的にニッケルクロムモリブデン鋼やステンレス鋼が知られている。腐食が比較的穏やかな環境下では、SUS410やSUS420J2等のマルテンサイト系ステンレス鋼が使用され、腐食が比較的激しい環境下では、SUS304等のオーステナイト系ステンレス鋼の冷間加工材やSUS630等の析出硬化型ステンレス鋼が使用されている。
【0003】
上記ステンレス鋼のうち、オーステナイト系ステンレス鋼の冷間加工材は、板形状等の単純形状の起歪体には適用可能である。しかし、複雑形状の起歪体については、要求される強度が得られない場合がある上に、溶接等が施されると当該溶接部で強度低下が生じる。また、溶接後に熱処理を施すことにより強度を向上させることもできない。そのため、複雑形状の起歪体、溶接を伴う起歪体については、析出硬化型ステンレス鋼であるSUS630が使用されることが多い。
【0004】
他にも、特許文献1には、圧力センサー等に適用される析出硬化型ステンレス鋼として、質量%で、C:0.005%を越え0.10%以下、Si:0.50を越えて2.0%以下、Mn:0.6%以下、S:0.005%以下、Ni:5.5〜7.5%、Cr:13.0以上15.0%未満、MoとWとをMo+0.5×Wで1.5を越えて3.0%以下、Cu:0.2〜1.0%、N:0.05%以下、Al:0.001〜0.05%、Ti:0〜0.05%、B:0.0005〜0.01%、更にNb、V、Taから選ばれる1種または2種以上を合計で0.05〜1.0%の範囲で含有し残部が実質的にFeからなり、かつ、(1)式で示されるA値が21以下、(2)式で示されるB値が21以下、(3)式で示されるC値が20以上である析出硬化型ステンレス鋼が開示されている。
A値=−20×(%C)+(%Si)−0.1×(%Mn)−1.25×(%Ni)+1.8×(%Cr)+1.4×(%Mo)+0.7×(%W)−0.5×(%Cu)+2.5×(%Nb)+1.5×(%V)+0.75×(%Ta)+1.8×(%Ti)−24×(%N)・・・(1)
B値=(%Ni)+0.7×(%Cr)+0.98×(%Mo)+0.49×(%W)+1.05×(%Mn)+0.35×(%Si)+0.48×(%Cu)+0.15×(%Nb)+0.75×(%V)+0.6×(%Ta)+0.3×(%Ti)+12.5×(%C)+10×(%N)・・・(2)
C値=(%Cr)+3.3×(%Mo)+1.65×(%W)+30×(%N)・・・(3)
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2005−298840号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、従来より起歪体材料として多用されているSUS630は、以下の点で問題があった。すなわち、起歪体に用いられるステンレス鋼は、構造物としての強度、靱性に優れている必要がある。また、腐食環境下で使用されることもあることから、耐食性に優れている必要がある。
【0007】
さらに、上記に加え、起歪体性能を低下させないことが要求される。この点、従来のSUS630の成分系(17Cr−4Ni−4Cu−Nb)は、固溶化処理後に時効処理を行う熱処理後の組織中に、約10体積%程度の残留オーステナイト相を含んでいる。そのため、これを起歪体に用いた場合、センサー使用中に軟質な残留オーステナイト相が微小降伏し、ヒステリシスが増大して基準点が次第に変動し、起歪体性能が低下するといった問題があった。
【0008】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、本発明が解決しようとする課題は、強度、靱性、および、耐食性に優れるだけでなく、起歪体性能に優れた起歪体用析出硬化型ステンレス鋼を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明に係る起歪体用析出硬化型ステンレス鋼は、質量%で、C:0.010〜0.060%、Si:1.0%以下、Mn:1.0%以下、P:0.05%以下、S:0.03%以下、Cu:2.0〜4.0%、Ni:2.5〜5.0%、Cr:13.0〜17.0%、Mo:1.0%以下、Al:0.030%以下、O:0.020%以下、N:0.010〜0.050%、および、Nb:0.10〜0.40%を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、C+N:0.025〜0.095%、Cu+Ni:8.5%以下、以下の式で示されるα値が510以下であることを要旨とする。
α=1320([C]+[N])+52[Ni]+14[Cu]+10[Cr]+20[Mo]+26[Mn]+20[Si]
【0010】
ここで、上記起歪体用析出硬化型ステンレス鋼は、残留オーステナイト量が2.0体積%以下の組織を有していることが好ましい。
【0011】
また、上記起歪体用析出硬化型ステンレス鋼は、質量%で、Co:0.05〜1.0%、および、W:0.05〜1.0%から選択される1種または2種以上をさらに含有していても良い。
【0012】
また、上記起歪体用析出硬化型ステンレス鋼は、質量%で、V:0.005〜0.20%、Ti:0.005〜0.10%、Ta:0.005〜0.10%、および、Zr:0.005〜0.10%から選択される1種または2種以上をさらに含有していても良い。
【0013】
また、上記起歪体用析出硬化型ステンレス鋼は、質量%で、B:0.0005〜0.0100%、Mg:0.0005〜0.0100%、および、Ca:0.0005〜0.0100%から選択される1種または2種以上をさらに含有していても良い。
【発明の効果】
【0014】
本発明に係る起歪体用析出硬化型ステンレス鋼は、特に、C、Nの単独量および合計量、Cu、Niの単独量および合計量、Cr、Nbの単独量を特定範囲内とし、他の成分を特定量以下に規制したことにより、強度、靱性および耐食性に優れる。さらに、特定の式で規定されるα値を510以下としたことにより、固溶化熱処理時のMs点が上昇し、残留オーステナイト量を低下させることができる。そのため、起歪体として使用した際に、繰り返し応力が負荷された場合でも、微小降伏を抑制することができる。したがって、本発明に係る起歪体用析出硬化型ステンレス鋼は、強度、靱性、および、耐食性に優れるだけでなく、起歪体性能にも優れる。
【0015】
ここで、残留オーステナイト量が2.0体積%以下の組織を有する場合には、微小降伏を抑制しやすくなり、起歪体性能を向上させやすくなる。
【0016】
また、Co、および、Wから選択される1種または2種以上をさらに特定量含有している場合には、耐食性の向上に寄与できる。また、残留オーステナイト量の増加を抑制しやすくなり、時効処理後の強度低下の抑制、起歪体性能の低下の抑制に寄与できる。
【0017】
また、V、Ti、TaおよびZrから選択される1種または2種以上をさらに特定量含有している場合には、固溶化熱処理時の結晶粒粗大化を抑制でき、靱性の向上に寄与できる。また、熱間加工性の向上、時効処理後の強度低下の抑制に寄与できる。
【0018】
また、B、MgおよびCaから選択される1種または2種以上をさらに特定量含有している場合には、熱間加工性の向上等に寄与できる。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、本発明の一実施形態に係る起歪体用析出硬化型ステンレス鋼(以下、「本ステンレス鋼」ということがある。)について詳細に説明する。本ステンレス鋼は、以下の元素を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる。また、特定の式にて規定されるα値が特定の値以下である。
【0020】
本ステンレス鋼における各添加元素の種類、含有量、限定理由ならびに各式の技術的意義などは以下の通りである。なお、含有量の単位は、質量%である。
【0021】
C:0.010〜0.060%
Cは、δ−フェライト量を低下させるのに有効である。また、Cは、NbおよびNと結合して炭窒化物を形成し、固溶化熱処理時の結晶粒粗大化を防止し、靱性、延性の向上に寄与する。その効果を得るため、C含有量の下限を0.010%以上とする。C含有量の下限は、好ましくは0.020%以上、より好ましくは0.030%以上である。
【0022】
しかし、Cの過剰添加は、Cr系炭化物の生成により母相の固溶Crを低下させ、耐食性を低下させる傾向がある。また、Ms点を低下させて残留オーステナイト量を増加させ、時効処理後の強度の低下と起歪体性能の低下を招く。よって、C含有量の上限を0.060%以下とする。C含有量の上限は、好ましくは0.045%以下、より好ましくは0.040%以下である。
【0023】
Si:1.0%以下
Siは、脱酸元素として有効である。しかしながら、その量が多くなるとδ−フェライト量を増加させ、時効処理後の強度を低下させる。また、Siの過剰添加は、Ms点を低下させて残留オーステナイト量を増加させ、時効処理後の強度低下と起歪体特性の低下を招く。よって、Si含有量の上限を1.0%以下とする。Si含有量の上限は、好ましくは0.5%以下である。
【0024】
Mn:1.0%以下
Mnは、脱酸、脱硫元素として有効である。また、δ−フェライト量を低下させるのに有効である。しかしながら、Mnの過剰添加は、Ms点を低下させて残留オーステナイト量を増加させ、時効処理後の強度低下と起歪体特性の低下を招く。よって、Mn含有量の上限を1.0%以下とする。Mn含有量の上限は、好ましくは0.6%以下である。
【0025】
P:0.05%以下
Pは、鋼材の不純物元素である。Pの過剰添加は、熱間加工性、靱性を低下させるため、できる限り低減することが好ましい。しかし、Pの必要以上の低減は、コストの上昇を招く。よって、P含有量の上限を0.05%以下とする。P含有量の上限は、好ましくは0.03%以下である。
【0026】
S:0.03%以下
Sの過剰添加は、熱間加工性、靱性、耐食性を低下させるため、できる限り低減することが好ましい。しかし、Sの必要以上の低減は、コストの上昇を招く。よって、S含有量の上限を0.03%以下とする。S含有量の上限は、好ましくは0.01%以下である。
【0027】
Cu:2.0〜4.0%
Cuは、析出硬化成分として必須の成分であり、耐食性向上にも有効である。また、δ−フェライト量を低下させるのにも有効である。その効果を得るため、Cu含有量の下限を2.0%以上とする。Cu含有量の下限は、好ましくは2.7%以上、より好ましくは2.9%以上である。
【0028】
しかし、Cuの過剰添加は、Ms点を低下させて残留オーステナイト量を増加させ、時効処理後の強度の低下と起歪体性能の低下を招く。また、熱間加工性を低下させる。よって、Cu含有量の上限を4.0%以下とする。Cu含有量の上限は、好ましくは3.5%以下、より好ましくは3.2%以下である。
【0029】
Ni:2.5〜5.0%
Niは、δ−フェライト量を低下させるのに有効であり、耐食性向上にも有効である。その効果を得るため、Ni含有量の下限を2.5%以上とする。Ni含有量の下限は、好ましくは3.0%以上、より好ましくは3.5%以上である。
【0030】
しかし、Niの過剰添加は、Ms点を低下させて残留オーステナイト量を増加させ、時効処理後の強度の低下と起歪体性能の低下を招く。また、熱間加工性を低下させる。よって、Ni含有量の上限を5.0%以下とする。Ni含有量の上限は、好ましくは4.0%以下、より好ましくは3.9%以下である。
【0031】
Cr:13.0〜17.0%
Crは、耐食性を向上させる元素として必須の元素である。その効果を得るため、Cr含有量の下限を13.0%以上とする。Cr含有量の下限は、好ましくは13.5%以上、より好ましくは14.0%以上である。
【0032】
しかしながら、その量が多くなるとδ−フェライト量を増加させ、時効処理後の強度を低下させる。また、Crの過剰添加は、Ms点を低下させて残留オーステナイト量を増加させ、時効処理後の強度低下と起歪体特性の低下を招く。よって、Cr含有量の上限を17.0%以下とする。Cr含有量の上限は、好ましくは16.0%以下、より好ましくは14.5%以下である。
【0033】
Mo:1.0%以下
Moは、耐食性の向上に有効である。しかしながら、その量が多くなるとδ−フェライト量を増加させ、時効処理後の強度を低下させる。また、Moの過剰添加は、Ms点を低下させて残留オーステナイト量を増加させ、時効処理後の強度低下と起歪体特性の低下を招く。よって、Mo含有量の上限を1.0%以下とする。Mo含有量の上限は、好ましくは0.5%以下である。
【0034】
Al:0.030%以下
Alは、脱酸元素として有効である。しかしながら、その量が多くなるとδ−フェライト量を増加させ、時効処理後の強度を低下させる。また、粗大な窒化物が形成されやすくなり、靱性の低下を招く。よって、Al含有量の上限を0.030%以下とする。Al含有量の上限は、好ましくは0.010%以下である。
【0035】
O:0.020%以下
Oの過剰添加は、熱間加工性、靱性、耐食性を低下させるため、できる限り低減することが好ましい。しかし、Oの必要以上の低減は、コストの上昇を招く。よって、O含有量の上限を0.020%以下とする。O含有量の上限は、好ましくは0.010%以下である。
【0036】
N:0.010〜0.050%
Nは、δ−フェライト量を低下させるのに有効である。また、Nは、NbおよびCと結合して炭窒化物を形成し、固溶化熱処理時の結晶粒粗大化を防止し、靱性、延性の向上に寄与する。その効果を得るため、N含有量の下限を0.010%以上とする。N含有量の下限は、好ましくは0.020%以上、より好ましくは0.025%以上である。
【0037】
しかし、Nの過剰添加は、靱性を低下させる。また、Ms点を低下させて残留オーステナイト量を増加させ、時効処理後の強度の低下と起歪体性能の低下を招く。よって、N含有量の上限を0.050%以下とする。N含有量の上限は、好ましくは0.035%以下、より好ましくは0.030%以下である。
【0038】
Nb:0.10〜0.40%
Nbは、CおよびNと結合して炭窒化物を形成し、固溶化熱処理時の結晶粒粗大化を防止し、靱性、延性の向上に寄与する。また、固溶C、Nを減少させるため、Ms点が上昇し、残留オーステナイト量を減少させるのに有効である。その効果を得るため、Nb含有量の下限を0.10%以上とする。Nb含有量の下限は、好ましくは0.15%以上である。
【0039】
しかし、Nbの過剰添加は、熱間加工性を害するとともに、δ−フェライト量を増加させ、時効処理後の強度を低下させる。よって、Nb含有量の上限を0.40%以下とする。Nb含有量の上限は、好ましくは0.35%以下である。
【0040】
C+N:0.025〜0.095%
C含有量とN含有量との合計量は、時効処理後の靱性に影響を与える。良好な靱性を得るためには、C含有量とN含有量との合計量の下限を0.025%以上とする。C含有量とN含有量との合計量の下限は、好ましくは0.045%以上、より好ましくは0.050%以上である。
【0041】
しかし、これら元素の過剰添加は、Ms点を低下させて残留オーステナイト量を増加させ、時効処理後の強度の低下と起歪体性能の低下を招く。よって、C含有量とN含有量との合計量の上限を0.095%以下とする。C含有量とN含有量との合計量の上限は、好ましくは0.075%以下、より好ましくは0.065%以下である。
【0042】
Cu+Ni:8.5%以下
Cu含有量とNi含有量との合計量が過剰になると、As点(加熱時のオーステナイト変態開始温度)が低下し、時効処理後の残留オーステナイト量を増加させ、起歪体性能の低下を招く。よって、Cu含有量とNi含有量との合計量の上限を8.5%以下とする。Cu含有量とNi含有量との合計量の上限は、好ましくは7.5%以下、より好ましくは7.0%以下である。
【0043】
本ステンレス鋼は、少なくとも以上の必須成分を含有している。ここで、本ステンレス鋼は、下記の式で規定されるα値が510以下である。
【0044】
α=1320([C]+[N])+52[Ni]+14[Cu]+10[Cr]+20[Mo]+26[Mn]+20[Si]
但し、[X]は、元素Xの質量%を表す。
【0045】
固溶化熱処理時に生じる残留オーステナイトの生成傾向は、上記α値で示される。上記α値が低いほど、固溶化熱処理時のMs点は上昇し、残留オーステナイト量が低下する。本発明では、上記α値を510以下とすることで、残留オーステナイト相の微小降伏によるヒステリシスの増大を抑制し、起歪体として使用した際に、繰り返し応力が負荷された場合でも基準点が次第に変動し難くなる等、起歪体性能を向上させることができる。上記α値は、起歪体性能の向上の観点から、好ましくは、500以下、より好ましくは、490以下であると良い。
【0046】
本ステンレス鋼は、その組織中の残留オーステナイト量が、2.0体積%以下であることが好ましい。残留オーステナイト相の微小降伏を抑制しやすくなり、起歪体性能を向上させやすくなる等の利点があるからである。上記残留オーステナイト量は、より好ましくは、1.0体積%以下であると良い。
【0047】
本ステンレス鋼は、上述した必須元素に加えて、必要に応じて、CoおよびWから選択される1種または2種以上の元素をさらに含有していても良い。CoおよびWの成分範囲およびその限定理由などは、次の通りである。
【0048】
Co:0.05〜1.0%
Coは、耐食性向上に有効である。また、δ−フェライト量を低下させるのにも有効である。その効果を得るため、Co含有量の下限を0.05%以上とする。Co含有量の下限は、好ましくは0.30%以上である。
【0049】
しかし、Coの過剰添加は、コストの上昇を招く上に、Ms点を低下させて残留オーステナイト量を増加させ、時効処理後の強度低下と起歪体特性の低下を招く。よって、Co含有量の上限を1.0%以下とする。Co含有量の上限は、好ましくは0.80%以下である。
【0050】
W:0.05〜1.0%
Wは、耐食性向上に有効である。その効果を得るため、W含有量の下限を0.05%以上とする。W含有量の下限は、好ましくは0.30%以上である。
【0051】
しかし、Wの過剰添加は、コストの上昇を招く上に、Ms点を低下させて残留オーステナイト量を増加させ、時効処理後の強度低下と起歪体特性の低下を招く。よって、W含有量の上限を1.0%以下とする。W含有量の上限は、好ましくは0.80%以下である。
【0052】
また、本ステンレス鋼は、上述した元素に加えて、必要に応じて、V、Ti、TaおよびZrから選択される1種または2種以上の元素をさらに含有していても良い。V、Ti、TaおよびZrの成分範囲およびその限定理由などは、次の通りである。
【0053】
V:0.005〜0.20%
Vは、Nbと同様に、C、Nと結合して炭窒化物を形成し、固溶化熱処理時の結晶粒の粗大化を防止し、靱性の向上に寄与する。その効果を得るため、V含有量の下限を0.005%以上とする。V含有量の下限は、好ましくは0.05%以上である。
【0054】
しかし、Vの過剰添加は、熱間加工性を害するとともに、δ−フェライト量を増加させ、時効処理後の強度を低下させる。よって、V含有量の上限を0.20%以下とする。V含有量の上限は、好ましくは0.12%以下である。
【0055】
Ti:0.005〜0.10%
Tiは、C、Nと結合して炭窒化物を形成し、固溶化熱処理時の結晶粒の粗大化を防止し、靱性の向上に寄与する。その効果を得るため、Ti含有量の下限を0.005%以上とする。Ti含有量の下限は、好ましくは0.01%以上である。
【0056】
しかし、Tiの過剰添加は、熱間加工性を害するとともに、δ−フェライト量を増加させ、時効処理後の強度を低下させる。よって、Ti含有量の上限を0.10%以下とする。Ti含有量の上限は、好ましくは0.05%以下である。
【0057】
Ta:0.005〜0.10%
Taは、C、Nと結合して炭窒化物を形成し、固溶化熱処理時の結晶粒の粗大化を防止し、靱性の向上に寄与する。その効果を得るため、Ta含有量の下限を0.005%以上とする。Ta含有量の下限は、好ましくは0.05%以上である。
【0058】
しかし、Taの過剰添加は、熱間加工性を害するとともに、δ−フェライト量を増加させ、時効処理後の強度を低下させる。よって、Ta含有量の上限を0.10%以下とする。
【0059】
Zr:0.005〜0.10%
Zrは、C、Nと結合して炭窒化物を形成し、固溶化熱処理時の結晶粒の粗大化を防止し、靱性の向上に寄与する。その効果を得るため、Zr含有量の下限を0.005%以上とする。Zr含有量の下限は、好ましくは0.05%以上である。
【0060】
しかし、Zrの過剰添加は、熱間加工性を害するとともに、δ−フェライト量を増加させ、時効処理後の強度を低下させる。よって、Zr含有量の上限を0.10%以下とする。
【0061】
また、本ステンレス鋼は、上述した元素に加えて、必要に応じて、B、MgおよびCaから選択される1種または2種以上の元素をさらに含有していても良い。B、MgおよびCaの成分範囲およびその限定理由などは、次の通りである。
【0062】
B:0.0005〜0.0100%
Bは、熱間加工性の向上に有効である。その効果を得るため、B含有量の下限を0.0005%以上とする。B含有量の下限は、好ましくは0.0008%以上である。
【0063】
しかし、Bの過剰添加は、清浄度を低下させ、逆に熱間加工性を害する。よって、B含有量の上限を0.0100%以下とする。B含有量の上限は、好ましくは0.0030%以下である。
【0064】
Mg:0.0005〜0.0100%
Mgは、熱間加工性の向上に有効である。その効果を得るため、Mg含有量の下限を0.0005%以上とする。Mg含有量の下限は、好ましくは0.0008%以上である。
【0065】
しかし、Mgの過剰添加は、清浄度を低下させ、逆に熱間加工性を害する。よって、Mg含有量の上限を0.0100%以下とする。Mg含有量の上限は、好ましくは0.0030%以下である。
【0066】
Ca:0.0005〜0.0100%
Caは、熱間加工性の向上に有効である。その効果を得るため、Ca含有量の下限を0.0005%以上とする。Ca含有量の下限は、好ましくは0.0010%以上である。
【0067】
しかし、Caの過剰添加は、清浄度を低下させ、逆に熱間加工性を害する。よって、Ca含有量の上限を0.0100%以下とする。Ca含有量の上限は、好ましくは0.0080%以下である。
【0068】
上述した本ステンレス鋼は、具体的には、圧力センサー、重量センサー、燃焼圧センサー用ダイアフラム、ロードセル等の起歪体として好適に用いることができる。
【0069】
次に、本ステンレス鋼の製造方法の一例について説明する。上記した本ステンレス鋼を得るには、例えば、以下のようにすれば良い。
【0070】
例えば、真空誘導炉などの溶解炉にて、上述した化学成分の鋼塊を溶製し、これを熱間鍛造、熱間圧延等の熱間加工を施して所望形状の鋼材とする。次いで、得られた鋼材について固溶化熱処理、時効処理を行えば、本ステンレス鋼を得ることができる。
【0071】
上記固溶化熱処理としては、鋼の組成に応じた最適な温度に加熱した後、一定時間その温度に保持し、空冷する方法などを例示することができる。
【0072】
上記固溶化熱処理時の熱処理温度の下限は、好ましくは950℃以上、より好ましくは1020℃以上であると良い。一方、上記固溶化熱処理時の熱処理温度の上限は、好ましくは1080℃以下、より好ましくは1050℃以下であると良い。
【0073】
固溶化熱処理時の熱処理温度が上記範囲内にあれば、良好な冷間加工性、耐食性、時効処理後の強度が得られるからである。
【0074】
また、上記時効処理としては、鋼の組成に応じた最適な温度に加熱した後、一定時間その温度に保持し、空冷する方法などを例示することができる。
【0075】
上記時効処理時の熱処理温度の下限は、好ましくは460℃以上、より好ましくは470℃以上であると良い。一方、上記時効処理時の熱処理温度の上限は、好ましくは590℃以下、より好ましくは570℃以下であると良い。
【0076】
時効処理時の熱処理温度が上記範囲内にあれば、残留オーステナイトの生成量が少なく、高い強度と良好な起歪体性能が得られるからである。
【実施例】
【0077】
以下、本発明を実施例を用いてより具体的に説明する。
真空誘導炉にて表1および表2に示す各種化学成分の鋼塊150kgを溶製し、これを熱間鍛造した後、熱間圧延を施し、直径18mmの線材コイルを製造した。そして、この線材コイルを、1040℃±20℃の温度範囲で1時間保持した後、空冷する固溶化熱処理を行った。その後、480℃で4時間保持した後、空冷する時効処理(H900処理)、または、550℃で4時間保持した後、空冷する時効処理(H1025処理)を行った。そして、以下に示す試験を実施した。
【0078】
(残留オーステナイト量の測定)
上記時効処理後の素材より試験片を採取し、X線回折法により残留オーステナイト量を測定した。
【0079】
(引張試験)
上記時効処理後の素材よりJIS4号引張試験片を採取し、これを用いて0.2%耐力、破断伸びを測定した。
【0080】
(衝撃試験)
上記時効処理後の素材よりJIS3号2mmUノッチ衝撃試験片を採取し、シャルピー衝撃値を測定した。
【0081】
(耐食性試験)
上記時効処理後の素材より試験片を採取し、JISZ2371に準拠し、35℃、5%NaCl溶液にて96時間までの塩水噴霧試験を行い、錆の発生の有無を確認した。錆の無かった場合を「○」、錆が発生した場合を「×」とした。
【0082】
(起歪体特性)
上記時効処理後の素材より、平行部の径が5.0mm、長さ15mmの棒状の引張試験片を採取し、これに歪ゲージを貼り付け、10回繰返し荷重を負荷した後、ヒステリシス(弾性域で繰返し応力を負荷したときの初期位置からのずれ)の増加量を調査した。その結果を、一般的なSUS630(市販材料成分)である比較例1と比較した。比較例1と比較してヒステリシスが10分の1以下であった場合を「○」、比較例1よりもヒステリシスが大きかった場合を「×」と評価した。
【0083】
表1、2に作製した実施例および比較例に係る起歪体用ステンレス鋼の化学成分を、表3、4に各試験結果を示す。
【0084】
【表1】

【0085】
【表2】

【0086】
【表3】

【0087】
【表4】

【0088】
表3、4の結果を相対評価すると、次のことが分かる。
【0089】
すなわち、比較例1は、一般的なSUS630である。そのため、α値が510を上回っており、固溶化処理、時効処理を行った後の組織中に10体積%以上の残留オーステナイト相を含んでいる。そのため、残留オーステナイト相の微小降伏によるヒステリシス増大により基準点が次第に変動し、起歪体性能が低下しやすいと言える。
【0090】
比較例2〜4は、C+Nが本願で規定される量を下回っている。また、比較例5は、C+Nが本願で規定される量を上回っている。そのため、比較例2〜5は、破断伸び、衝撃値が低く、靱性に劣る。
【0091】
比較例6は、Cu+Niが本願で規定される量を上回っており、α値も510を越えている。そのため、固溶化処理、時効処理を行った後の組織中に10体積%以上の残留オーステナイト相を含んでおり、残留オーステナイト相の微小降伏によるヒステリシス増大により基準点が次第に変動しやすく、起歪体性能に劣る。
【0092】
比較例7は、Crが本願で規定される量を上回っている。そのため、時効処理後の強度低下や起歪体特性の低下が見られる。
【0093】
比較例8は、Crが本願で規定される量を下回っている。そのため、耐食性に劣る。
【0094】
比較例9は、Cが本願で規定される量を上回っており、α値も高い。そのため、Cr炭化物を生じやすく、その結果、母相の固溶Cr量を低下させるので耐食性に劣る。
【0095】
比較例10は、Nが本願で規定される量を上回っており、α値も高い。そのため、破断伸び、衝撃値が低くなり、靱性に劣る。また、Ms点の低下により残留オーステナイト相が増加しやすく、時効処理後の強度低下、起歪体特性の低下が見られる。
【0096】
比較例11は、Niが本願で規定される量を上回っており、α値も高い。そのため、Ms点の低下により残留オーステナイト相が著しく増加しやすく、時効処理後の強度低下、起歪体特性の低下が見られる。
【0097】
比較例12は、Niが本願で規定される量を下回っている。そのため、時効処理後の強度低下、起歪体特性の低下が見られる。
【0098】
比較例13は、Cuが本願で規定される量を上回っており、α値も高い。そのため、熱間加工時に割れが生じ、熱間加工性に劣る。
【0099】
比較例14は、Cuが本願で規定される量を下回っている。そのため、析出硬化が不十分となり、強度に劣る。また、起歪体特性も低い。
【0100】
比較例15は、SUS420J2である。SUS420J2は、発錆が生じ、耐食性が低かった。
【0101】
このように、本願に規定される条件を満たしていない、比較例1〜15は、何れも、強度、靱性、耐食性、起歪体性能のうち、少なくとも1つ以上が劣っていることが分かる。
【0102】
これらに対し、本願に規定される条件を満足する、実施例1〜25は、強度、靱性、耐食性、起歪体性能のいずれにも優れていることが分かる。そのため、これを起歪体に適用すれば、基準点の変動が少ないセンサー等を得ることが可能となる。とりわけ、残留オーステナイト量が2.0体積%以下であれば、微小降伏を抑制しやすくなり、起歪体性能を向上させやすくなるので、信頼性に優れたセンサー等を提供することができる。
【0103】
以上、本発明に係る起歪体用析出硬化型ステンレス鋼について説明したが、本発明は、上記実施形態、実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改変が可能である。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
質量%で、
C :0.010〜0.060%、
Si:1.0%以下、
Mn:1.0%以下、
P :0.05%以下、
S :0.03%以下、
Cu:2.0〜4.0%、
Ni:2.5〜5.0%、
Cr:13.0〜17.0%、
Mo:1.0%以下、
Al:0.030%以下、
O :0.020%以下、
N :0.010〜0.050%、および、
Nb:0.10〜0.40%を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、
C+N:0.025〜0.095%、
Cu+Ni:8.5%以下、
以下の式で示されるα値が510以下であることを特徴とする起歪体用析出硬化型ステンレス鋼。
α=1320([C]+[N])+52[Ni]+14[Cu]+10[Cr]+20[Mo]+26[Mn]+20[Si]
【請求項2】
残留オーステナイト量が2.0体積%以下の組織を有することを特徴とする起歪体用析出硬化型ステンレス鋼。
【請求項3】
質量%で、
Co:0.05〜1.0%、および、
W :0.05〜1.0%
から選択される1種または2種以上をさらに含有することを特徴とする請求項1または2に記載の起歪体用析出硬化型ステンレス鋼。
【請求項4】
質量%で、
V :0.005〜0.20%、
Ti:0.005〜0.10%、
Ta:0.005〜0.10%、および、
Zr:0.005〜0.10%、
から選択される1種または2種以上をさらに含有することを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の起歪体用析出硬化型ステンレス鋼。
【請求項5】
質量%で、
B :0.0005〜0.0100%、
Mg:0.0005〜0.0100%、および、
Ca:0.0005〜0.0100%、
から選択される1種または2種以上をさらに含有することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の起歪体用析出硬化型ステンレス鋼。

【公開番号】特開2011−26644(P2011−26644A)
【公開日】平成23年2月10日(2011.2.10)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−171903(P2009−171903)
【出願日】平成21年7月23日(2009.7.23)
【出願人】(000003713)大同特殊鋼株式会社 (916)
【Fターム(参考)】