高強度・高耐食性ステンレス鋼並びにこれを用いた鋼材及び鋼製品
【目的】Ｎｉ及びＣｕの複合添加及びそのバランス並びにこれら複合添加とＣｒ量及びＣ量との調整により、従来のフェライト系ステンレス鋼以上の強度を備えるとともに、耐食性にも優れた高強度・高耐食性ステンレス鋼を提供すること。
【解決手段】０．００５≦Ｃ≦０．０２０質量％、０．２≦Ｓｉ≦１．０質量％、０．２≦Ｍｎ≦１．０質量％、１．０＜Ｎｉ≦３．０質量％、２０．０≦Ｃｒ≦２３．０質量％、及び、１．０＜Ｃｕ≦３．０質量％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる高強度・高耐食性ステンレス鋼。但し、［I］＝［Ｃｕ］＋［Ｎｉ］で表される［I］が、２．５≦［I］≦５．０、［II］ ＝［Ｃｕ］／［Ｎｉ］で表される［II］が、０．５≦［II］≦１．５、［III］＝（［Ｃｕ］＋［Ｎｉ］）×［Ｃｒ］／［Ｃ］で表される［III］が、３０００≦［III］≦９０００、（ここで、［Ｍ］は、元素Ｍの質量％）。
【解決手段】０．００５≦Ｃ≦０．０２０質量％、０．２≦Ｓｉ≦１．０質量％、０．２≦Ｍｎ≦１．０質量％、１．０＜Ｎｉ≦３．０質量％、２０．０≦Ｃｒ≦２３．０質量％、及び、１．０＜Ｃｕ≦３．０質量％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる高強度・高耐食性ステンレス鋼。但し、［I］＝［Ｃｕ］＋［Ｎｉ］で表される［I］が、２．５≦［I］≦５．０、［II］ ＝［Ｃｕ］／［Ｎｉ］で表される［II］が、０．５≦［II］≦１．５、［III］＝（［Ｃｕ］＋［Ｎｉ］）×［Ｃｒ］／［Ｃ］で表される［III］が、３０００≦［III］≦９０００、（ここで、［Ｍ］は、元素Ｍの質量％）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高強度・高耐食性ステンレス鋼並びにこれを用いた鋼材及び鋼製品に関し、更に詳しくは、Ｎｉ及びＣｕの複合添加及びそのバランス並びにこれら複合添加とＣｒ量及びＣ量との調整により高強度化及び高耐食性化を図った高強度・高耐食性ステンレス鋼並びにこ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（ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ４３４、ＳＵＳ４４４等）は、オーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ３０１、ＳＵＳ３０２、ＳＵＳ３０４等）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を増量した種々の鋼種が開発されている。
例えば、特許文献１には、親水性フェライト系ステンレス鋼材として、光輝焼鈍された表面を有し、表面から深さ１００ｎｍまでの表層部におけるＳｉ＋Ｍｎの平均濃度が５．０質量％以上でＣｒを１０．０〜５０．０質量％を含む鋼材が開示されている。
【０００３】
また、特許文献２には、高純度フェライト系ステンレス鋼板として、耐食性を決定するＣｒを１１．０〜３５．０質量％含有させるとともに、Ｂ添加、Ｃ量・Ｎ量の低減によって耐食性・加工性・低温靱性に優れた鋼板が開示されている。
また、特許文献３には、耐食性に優れた高強度フェライト系ステンレス鋼として、耐食性の要求レベルに応じてＣｒを９〜４０質量％含有させるとともに、Ｎｉ，Ａｌ，Ｃｕの三元素を特定量以上含有させ、Ｘ＝Ｎｉ＋２．２５Ａｌ＋１．５Ｃｕで定義される強化指数Ｘを５．０〜９．０の範囲に調節した鋼が開示されている。
【０００４】
更に、特許文献４には、耐銹性に優れたフェライト系ステンレス鋼材として、Ｃｒを１４．０〜２４．０重量％含有させるとともに、表面粗度Ｒｍａｘを１０μｍ以下、又は表面粗度Ｒａを１μｍ以下に制御した鋼材が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２７９３８９
【特許文献２】特開２００６−１０４４９８
【特許文献３】特開２００６−１９３７８９
【特許文献４】特開２００７−０７７４４４
【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、特許文献１の親水性フェライト系ステンレス鋼材は、車両外装材を用途とし、特許文献２の高純度フェライト系ステンレス鋼板は、耐食性を保持しつつ加工性・低温靱性を高めることを目的としている。また、特許文献３に記載の耐食性に優れた高強度フェライト系ステンレス鋼は、耐食性を確保しながら非金属材料との接合性を念頭において開発されたものである。更に、特許文献４の耐銹性に優れたフェライト系ステンレス鋼材は、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、強度が改善されていない。
従って、特許文献１〜４のフェライト系ステンレス鋼は、耐食性・強度、コスト等の点で全ての要求特性に見合うものではない。
【０００７】
一方、オーステナイト系ステンレス鋼は、Ｎｉを比較的多く含有するため高価であり、中でも特に、ＳＵＳ３０４やねじ等に特に用いられるＳＵＳＸＭ７等は、Ｎｉを約８〜１０％程度含有する為に高価であり、同等の耐食性を有しながら安価な素材の需要が高まっている。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、Ｎｉ及びＣｕの複合添加及びそのバランス並びにこれら複合添加とＣｒ量及びＣ量との調整により、従来のフェライト系ステンレス鋼以上の強度を備えるとともに、耐食性にも優れた高強度・高耐食性ステンレス鋼並びにこれを用いた鋼材及び鋼製品を低コストで提供することにある。
【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及びＣｕの複合添加及びそのバランス並びにこれら複合添加とＣｒ量及びＣ量との調整により、Ｎｉ量を低減させても、従来のフェライト系ステンレス鋼以上の強度を備えるとともに、耐食性にも優れた高強度・高耐食性ステンレス鋼並びにこれを用いた鋼材及び鋼製品を低コストで提供しうるとの知見を得た。本発明は、この知見に基づいてなされたものである。
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明に係る高強度・高耐食性ステンレス鋼は、０．００５≦Ｃ≦０．０２０質量％、０．２≦Ｓｉ≦１．０質量％、０．２≦Ｍｎ≦１．０質量％、１．０＜Ｎｉ≦３．０質量％、２０．０≦Ｃｒ≦２３．０質量％、及び、１．０＜Ｃｕ≦３．０質量％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる高強度・高耐食性ステンレス鋼であって、
次式（１）で表される［I］が、２．５≦［I］≦５．０、
次式（２）で表される［II］が、０．５≦［II］≦１．５、
次式（３）で表される［III］が、３０００≦［III］≦９０００、
であることを要旨とする。
但し、
［I］＝［Ｃｕ］＋［Ｎｉ］ … 式（１）
［II］ ＝［Ｃｕ］／［Ｎｉ］ … 式（２）
［III］＝（［Ｃｕ］＋［Ｎｉ］）×［Ｃｒ］／［Ｃ］ … 式（３）
（ここで、［Ｍ］は、元素Ｍの質量％）
【００１１】
この場合に、本発明に係る高強度・高耐食性ステンレス鋼は、更に、
Ｍｏ≦１．０質量％を含有してもよく、更に、
０．０００５≦Ｂ≦０．００５０質量％、及び／又は、０．１０≦Ａｌ＜０．５０質量％を含有してもよい。尚、Ｏ及びＮについては、Ｏ≦０．０３０質量％、及び／又は、Ｎ＜０．０３０質量％とするとよい。
本発明に係る高強度・高耐食性ステンレス鋼は、更に、
Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆからなる群のいずれか１種または２種以上を合計で０．０１質量％以上０．６質量％以下含有してもよく、更に、
０．０１≦Ｃｏ≦０．６質量％を含有してもよく、更に、
Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭからなる群のいずれか１種又は２種以上を合計で０．０００１質量％以上０．０１００質量％以下含有してもよい。
【００１２】
本発明に係る鋼材及び鋼製品は、本発明に係る高強度・高耐食性ステンレス鋼を使用したことを要旨とする。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）を含む。「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】
本発明に係る高強度・高耐食性ステンレス鋼並びに鋼材及び鋼製品は、上記成分組成を有するとともに、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃの含有量（質量％）によって規定される上記式（１）〜式（３）の値が所定範囲であるため、従来のフェライト系ステンレス鋼以上の強度を備えるとともに、耐食性にも優れるという効果がある。
また、本発明に係る高強度・高耐食性ステンレス鋼並びに鋼材及び鋼製品は、Ｎｉ量が抑えられているため低コスト化が実現されるという効果がある。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明の一実施形態に係る高強度・高耐食性ステンレス鋼について説明する。
本実施形態に係る高強度・高耐食性ステンレス鋼は、以下の必須元素及び任意元素を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、以下の式（１）〜式（３）の値が所定範囲となる。
【００１５】
（高強度・高耐食性ステンレス鋼の成分組成及びその限定理由）
本実施形態に係る高強度・高耐食性ステンレス鋼は、必須元素として、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕを含有し、これらのうち、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｃの含有量が高強度・高耐食性を両立させる所定の関係を有する。以下にこれらについて詳細に説明する。
（１）０．００５≦Ｃ≦０．０２０質量％
Ｃは、必須元素であるが、Ｃｒ炭化物を形成して耐食性を劣化させる為、０．０２０質量％以下とする。しかし、０．００５質量％未満とするには長時間の脱炭処理が必要となりコストアップとなる。そこで、Ｃ含有量は、０．００５〜０．０２０質量％が好ましく、０．００５〜０．０１５質量％がより好ましい。
【００１６】
（２）０．２≦Ｓｉ≦１．０質量％
Ｓｉは、鋼の脱酸剤となるため、０．２質量％を下限として添加する必須元素である。しかし、Ｓｉ含有量が過大となると靱性の低下を招くばかりでなく、鋼の熱間加工性を劣化させるため、上限を１．０質量％とする。尚、冷間加工性を特に重視する場合には、Ｓｉ含有量は、０．５質量％以下とするのがより好ましい。
【００１７】
（３）０．２≦Ｍｎ≦１．０質量％
Ｍｎは、脱酸元素であるため、０．２質量％を下限として添加する必須元素である。一方で、Ｍｎを過剰に添加すると加工硬化能が上昇し、冷間加工性を阻害し、また耐食性を低下させる。そこで、Ｍｎ含有量は１．０質量％を上限とする。Ｍｎ含有量は、０．２〜０．８質量％がより好ましく、０．２〜０．５質量％が更に好ましい。
【００１８】
（４）１．０＜Ｎｉ≦３．０質量％
Ｎｉは、オーステナイト形成元素であり、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ことから、１．０質量％超を下限として添加する必須元素である。ただし、Ｎｉを過剰に添加すると、コストの上昇を招くことから３．０質量％を上限とする。Ｎｉ含有量は、１．５〜２．５質量％がより好ましい。
【００１９】
（５）２０．０≦Ｃｒ≦２３．０質量％
Ｃｒは、耐食性を確保する上で必須元素であり、２０．０質量％以上の添加が必要である。一方、Ｃｒを過剰に添加すると、熱間加工性を害するとともに、σ相析出による靱性の劣化を招くため、Ｃｒ含有量は２３．０質量％を上限とする。Ｃｒ含有量は、耐食性が十分確保でき、靱性の劣化が少ない２０．５〜２２．０質量％がより好ましい。
【００２０】
（６）１．０＜Ｃｕ≦３．０％
Ｃｕは、必須元素であり、本発明において重要な元素である。Ｃｕは、Ｃｕの微細粒子の粒内析出による強化及びＣｕが粒界に析出することにより粒界を強化することで強度を向上させる。また、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り、加工硬化能を低下させて冷間加工性も向上させる。このように強度・耐食性の両方を向上させることができることから、Ｃｕは、１．０％超を下限として添加する。しかし、Ｃｕを過剰に添加すると、熱間加工性を劣化させるため、Ｃｕ含有量は３．０％を上限とする。Ｃｕ含有量は、１．５〜３．０質量％がより好ましい。また、Ｃｕは、熱処理等を施すことにより抗菌性を向上させることができる。
【００２１】
（７）上記［Ｎ］、［Ｃｒ］、［Ｃｕ］、［Ｃ］（［Ｍ］は元素Ｍの含有量（質量％）を示す）を用いて表される以下の式（１）〜式（３）の値が所定範囲にあること。
［I］＝［Ｃｕ］＋［Ｎｉ］ … 式（１）
式（１）によって求められる値［I］は、本発明の特徴であるＣｕとＮｉの複合添加の効果を表す値である。値［I］は、強度を得るためには少なくとも２．５（単位：質量％）が必要である。しかし、Ｃｕ及びＮｉのいずれか一方又は両者の添加が合計で過剰になると、加工性の低下やコストアップを招来する。そこで、値［I］は５．０（単位：質量％）を上限とする。従って、値［I］は、２．５〜５．０とするが、２．５〜４．５がより好ましい。
【００２２】
［II］ ＝［Ｃｕ］／［Ｎｉ］ … 式（２）
式（２）によって求められる値［II］は、本発明の特徴であるＣｕとＮｉの複合添加におけるバランス効果を表す値である。値［II］は、強度を確保するためには少なくとも０．５（単位：無し）以上必要である。しかし、値［II］が１．５を超えると加工性の低下を起こす。そこで、値［II］は、０．５〜１．５とするが、０．７〜１．４がより好ましく、０．９〜１．３が更に好ましい。
【００２３】
［III］＝（［Ｃｕ］＋［Ｎｉ］）×［Ｃｒ］／［Ｃ］ … 式（３）
式（３）によって求められる値［III］は、耐食性と強度のバランス（耐食性及び強度の両者が良好であることを意味する）を得るために各成分量を調整するときの尺度となる値である。値［III］は、３０００未満では十分な耐食性を得ることが出来ない。しかし、値［III］が９０００超では加工性が低下する上にコストアップとなる。そこで、値［III］は、耐食性と強度のバランスを得るには３０００〜９０００とする。値［III］は、３０００〜８５００がより好ましく、３５００〜８０００が更に好ましい。
【００２４】
本実施形態に係る高強度・高耐食性ステンレス鋼は、Ｍｏの他、以下の任意元素（Ｂ、Ａｌ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｃｏ、Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭ）を含有してもよく、残部がＦｅ及び不可避的不純物（Ｏ、Ｎ、Ｐ、Ｓ等）からなる。
【００２５】
（８）Ｍｏ≦１．０質量％
Ｍｏは、強度を低下させずに、耐食性を向上させることができるため、添加してもよい。Ｍｏを過剰に添加すると、熱間加工性を害するほか、コストの上昇を招くため、上限を１．０質量％とする。Ｍｏ含有量は、０．２〜０．５質量％がより好ましい。
【００２６】
（９）０．０００５≦Ｂ≦０．００５０質量％
Ｂは、粒界強度を高め、鋼の熱間加工性を改善することから効果が発現する０．０００５質量％以上を添加することができる任意元素である。ただし、Ｂを過剰に添加すると、熱間加工性を害する硼化物を形成させるため、上限を０．００５０質量％とする。Ｂ含有量は、０．０００５〜０．００３０質量％がより好ましく、０．０００５〜０．００２０質量％が更に好ましい。
【００２７】
（１０）０．１０≦Ａｌ＜０．５０質量％
Ａｌは、強靱な脱酸元素であり、Ｏを極力低減するため、若しくは耐酸化性を改善するため必要に応じて添加することができる任意元素である。Ａｌ含有量は、その効果が確認できる０．１０質量％を下限とするが、Ａｌを過剰に添加すると、熱間加工性を劣化させることから上限を０．５０質量％未満とする。
【００２８】
（１１）Ｏ≦０．０３０質量％
Ｏは、原料からＯ≦０．０５質量％程度混入する不可避的不純物であり、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めに抑制すべきである。そこで、Ｏ含有量は、０．０３０質量％以下が好ましく、製造コストとの兼ね合いによれば、０．０１５質量％以下がより好ましく、０．０１０質量％以下が更に好ましい。
【００２９】
（１２）Ｎ＜０．０３０質量％
Ｎは、原料からＮ≦０．０５質量％程度混入する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めに抑制すべきである。そこで、Ｎ含有量は、０．０３０質量％未満が好ましく、製造コストとの兼ね合いによれば、０．０２０質量％以下がより好ましく、０．０１５質量％以下が更に好ましい。
【００３０】
（１３）Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆのいずれか１種又は２種以上を合計で０．０１質量％以上０．６質量％以下
Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆは、任意元素であるが、これらの添加は、炭窒化物を形成して鋼の結晶粒を微細化し、強靱性を高める効果がある。そこで、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆのいずれか１種又は２種以上を合計で０．０１質量％以上０．６質量％以下含有させてもよい。しかし、これらを過剰に添加すると、コストの上昇を招くため、その含有量は、０．３質量％以下がより好ましい。
【００３１】
（１４）０．０１≦Ｃｏ≦０．６質量％
Ｃｏは、固溶強化による高強度化に寄与する任意元素である。そこで、Ｃｏ含有量は、その効果が明瞭となる０．０１質量％を下限とする。しかし、Ｃｏを過剰に添加すると、コストの大幅上昇を招くため、Ｃｏ含有量は上限を０．６質量％とする。Ｃｏ含有量は、０．３質量％以下がより好ましい。
【００３２】
（１５）Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭのいずれか１種又は２種以上を合計で０．０００１質量％以上０．０１００質量％以下
Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭは、鋼の熱間加工性を向上させるのに有効な任意元素である。そこで、Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭのいずれか１種又は２種以上を合計で０．０００１質量％を下限として含有させてもよい。しかし、これらを過剰に添加すると、効果が飽和し、逆に熱間加工性を低下させるため、その含有量は上限を０．０１００質量％とするが、０．００５０質量％以下がより好ましい。尚、ここでいうＲＥＭは、Ｃｅ、Ｌａ又はそれらの合金からなるものを含む意味である。
【００３３】
（１６）Ｐ≦０．０４質量％
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、靱性の低下を招くため低いほうが望ましいが、必要以上の低減はコストの上昇を招くため、０．０４質量％以下がより好ましく、０．０３質量％以下が更に好ましい。
【００３４】
（１７）Ｓ≦０．０１０％
Ｓは、不可避的不純物であり、熱間加工性を低下させるため極力抑制すべく０．０１０質量％を上限とする。製造コストとの兼ね合いによれば、Ｓ含有量は、０．００５質量％以下がより好ましい。
【００３５】
（高強度・高耐食性ステンレス鋼及びこれを用いた鋼線の製造方法及び得られた鋼及び鋼線の特性）
本実施形態に係る高強度・高耐食性ステンレス鋼は、上記所定成分を含有する鋼塊を溶製し、熱間加工により適当な形状・サイズに加工した後、７００〜１０００℃で約１〜２４時間熱処理後空冷する、より好ましくは、７５０〜９５０℃で約１〜８時間熱処理後空冷することにより得られる。ここで、空冷時の冷却速度は１５〜２５０℃／分であればよい。
【００３６】
このような製造方法により熱処理条件を調整しながら製造された本実施形態に係る高強度・高耐食性ステンレス鋼は、ロックウェル硬さがＨＲＢ８５〜１００となり、引張試験（ＪＩＳ Ｚ ２２４１）による耐力比が７０〜９０％となり、絞りが５０%以上となる。従って、良好な強度と加工性が得られる。
ちなみに、本実施形態においては、ロックウエル硬さとして、８５〜１００ＨＲＢが好ましく、８８〜９８ＨＲＢがより好ましい。８５ＨＲＢ未満では十分な強度が得られず、１００ＨＲＢ超では加工性が低下するからである。
また、本実施形態においては、耐力比として、７０〜９０％が好ましく、７５〜９０％がより好ましい。耐力比が７０％未満では十分な強度が得られず、オーステナイト系ステンレス鋼代替用途として使用が困難となり、９０％超では加工性が低下するためである。
尚、ロックウエル硬さ、絞り、耐力比は上記の熱処理条件によって調節可能である。
【００３７】
また、本実施形態に係る高強度・高耐食性ステンレス鋼に対して、熱間加工時に適当な形状・サイズにした後、更に、伸線加工を行って所望のサイズに細径化し、上記と同様の条件で熱処理を行うことにより所望の鋼線が得られる。得られる鋼線もまた、上記と同様に要求特性を満たす。
【実施例】
【００３８】
（発明鋼及び比較鋼並びに供試材の作製）
（ステンレス鋼）
表１に示した成分組成（残部はＦｅ及び不可避的不純物からなる）の鋼種の５０ｋｇ鋼塊を高周波誘導炉にて溶製したのち冷却してインゴットを作製した。各インゴットを１０００〜１２００℃に加熱し、熱間鍛造により２０ｍｍの丸棒に加工した。それら丸棒を更に大気熱処理炉で８００℃で４時間保持した後、空冷（焼きなまし処理：冷却速度５０℃／分）し、供試材（ステンレス鋼）とした。
【００３９】
（ステンレス鋼線・ステンレス鋼線伸線）
表１に示す発明鋼１〜４、比較鋼１〜４の５０ｋｇインゴットを１０００〜１２００℃に加熱後に熱間圧延によりφ５．５ｍｍの線材に加工し、そこからφ４．０ｍｍまで伸線加工を行い、線径４．０ｍｍの鋼線を作製した。それら鋼線に対して更に大気熱処理炉で８００℃で４時間保持した後、空冷（焼なまし処理：冷却速度５０℃／分）し、供試材（ステンレス鋼線）とした。また、それらの線径４．０ｍｍの鋼線から冷間伸線加工により線径３．８ｍｍ（伸線加工率１０％）に加工し、供試材（ステンレス鋼線伸線）とした。
【００４０】
【表１】
【００４１】
（評価試験）
（ステンレス鋼−引張試験）
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。引張強さ、絞り、及び、オフセット法により０．２％耐力を求めた。耐力比（％）は、耐力比（％）＝｛０．２％耐力（ＭＰａ）／引張強さ（ＭＰａ）｝×１００により求めた。また、ロックウエル硬さも測定した。これらの試験結果を表２に示す。
【００４２】
（ステンレス鋼−塩水噴霧試験）
塩水噴霧試験は、ＪIＳ Ｚ ２３７１に基づいて行った。すなわち、供試材から、表面を♯４００まで研磨仕上げしたφ１０×５０ｍｍの円柱形状の試験片を作製し、この試験片を３５℃、５％塩化ナトリウム水溶液噴霧環境中に９６時間暴露することにより試験を行った。耐食性は、試料表面に生じた発銹面積から評価した。これらの試験結果を表２に示す。
【００４３】
【表２】
【００４４】
（ステンレス鋼−評価）
発明鋼１〜２１は、強度（引張強さ、０．２％耐力、耐力比、ロックウエル硬さ）、加工性（絞り）、耐食性（発銹ランク）のいずれもが良好であり、要求特性を満たした。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、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃの含有量（質量％）で規定される式（１）〜式（３）の値が所定範囲であるため、ＣｕとＮｉの複合添加の効果、ＣｕとＮｉとのバランスの効果、更に、ＣｕとＮｉの複合添加とＣｒ及びＣとのバランスの効果が得られ、これにより、強度と耐食性が兼ね備えられたためと考えられる。
【００４５】
これに対し、比較鋼１〜１６は、強度（引張強さ、０．２％耐力、耐力比、ロックウエル硬さ）、加工性（絞り）、耐食性（発銹ランク）のいずれかに要求特性を満たさないものがあった。比較鋼１〜１６は、表１に規定する成分のうちいずれかを所定量含有していなかったり、式（１）〜式（３）の値のいずれかが所定範囲でなかったりしたため、発明鋼１〜２１では得られたＣｕとＮｉの複合添加の効果、ＣｕとＮｉとのバランスの効果、更に、ＣｕとＮｉの複合添加とＣｒ及びＣとのバランスの効果が得られなかったためと考えられる。
【００４６】
まず、比較鋼１〜３は従来のフェライト系ステンレス鋼、比較鋼４はその改良鋼であるが、いずれも強度や耐食性が劣ることが確認できた。
比較鋼５，６は、Ｃｕ量、Ｎｉ量はそれぞれが所定範囲ではあるものの、比較鋼５が［I］値超であったため絞りが低く加工性が悪くなり、比較鋼６が［I］値未満であったため十分な強度が得られないことが分かった。
比較鋼７，８は、Ｃｕ量、Ｎｉ量はそれぞれが所定範囲ではあるものの、比較鋼７がＣｕが過剰で［II］値超となり絞りが低く加工性が悪くなり、比較鋼８がＮｉが過剰で［II］値未満であったため十分な強度が得られないことが分かった。
【００４７】
比較鋼９，１０は、Ｃｕ量、Ｎｉ量はそれぞれが所定範囲ではあるものの、比較鋼９がＣ量、Ｃｒ量とのバランスが悪く［III］値超となり絞りが低く加工性が悪くなり、比較鋼１０もまたＣ量、Ｃｒ量とのバランスが悪く［III］値未満であったため十分な耐食性が得られないことが分かった。
【００４８】
比較鋼１１はＣ量過多であったため絞りが低く加工性が悪くなり、耐食性も悪いことが分かった。
比較鋼１２はＣｕ量過少であったためＮｉとの複合添加の効果が十分発現されず、硬さが不十分となることが分かった。
比較鋼１３はＮｉ量過少であったため耐食性が悪くなることが分かった。
比較鋼１４はＣｒ量過少であったため耐食性が悪くなることが分かった。
比較鋼１５はＣ量過少であったため硬さが不十分となることが分かった。
比較鋼１６はＣｕ量過多、Ｎｉ量過多であったため硬くなりすぎ絞りが低く加工性が悪くなることが分かった。
【００４９】
（ステンレス鋼線・ステンレス鋼線伸線−引張試験）
ＪIＳ Ｚ ２２４１に基づき、供試材（線径４．０ｍｍの鋼線、線径３．８ｍｍの鋼線伸線）を試験片として用いて引張試験を行った。これらの試験結果を表３に示す。
【００５０】
（ステンレス鋼線・ステンレス鋼線伸線−塩水噴霧試験）
塩水噴霧試験は、ＪIＳ Ｚ ２３７１に基づいて行った。すなわち、供試材（線径４．０ｍｍの鋼線、線径３．８ｍｍの鋼線伸線）の表面を＃８００まで研磨した試験片を３５℃、５％塩化ナトリウム水溶液噴霧環境中に９６時間暴露することにより試験を行った。耐食性は、試料表面に生じた発銹面積から評価した。これらの試験結果を表３に示す。
【００５１】
【表３】
【００５２】
（ステンレス鋼線・ステンレス鋼線伸線−評価）
発明鋼１〜４を用いた鋼線・鋼線伸線は、強度（引張強さ、０．２％耐力、耐力比、ロックウエル硬さ）、加工性（絞り）、耐食性（発銹ランク）のいずれもが良好であり、要求特性を満たした。ステンレス鋼の場合と同様の理由によるものと考えられる。これに対し、比較鋼１〜３を用いた鋼線・鋼線伸線は、従来のフェライト系ステンレス鋼を用いたものであり、いずれも強度や耐食性が劣ることが確認できた。
【００５３】
（まとめ）
以上説明したことから明かなように、所定の成分組成を備えるとともに、Ｎｉ及びＣｕの複合添加及びそのバランス並びにこれら複合添加とＣｒ量及びＣ量との調整により、強度及び耐食性に優れたステンレス鋼が得られることがわかった。また、Ｎｉ量を低めにしているためコストを抑えることができることも分かった。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明に係る高強度・高耐食性ステンレス鋼及び鋼材は、オーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ３０１、ＳＵＳ３０２、ＳＵＳ３０４等）、フェライト系ステンレス鋼（ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ４３４、ＳＵＳ４４４等）又はこれらの類似鋼種の全用途に用いて好適であるため、鋼材メーカーにとって産業上利用価値が高い。本発明に係る高強度・高耐食性ステンレス鋼及び鋼材は、例えば、高強度及び高耐食性を要求される電子機器、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用いられる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高強度・高耐食性ステンレス鋼並びにこれを用いた鋼材及び鋼製品に関し、更に詳しくは、Ｎｉ及びＣｕの複合添加及びそのバランス並びにこれら複合添加とＣｒ量及びＣ量との調整により高強度化及び高耐食性化を図った高強度・高耐食性ステンレス鋼並びにこ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（ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ４３４、ＳＵＳ４４４等）は、オーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ３０１、ＳＵＳ３０２、ＳＵＳ３０４等）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を増量した種々の鋼種が開発されている。
例えば、特許文献１には、親水性フェライト系ステンレス鋼材として、光輝焼鈍された表面を有し、表面から深さ１００ｎｍまでの表層部におけるＳｉ＋Ｍｎの平均濃度が５．０質量％以上でＣｒを１０．０〜５０．０質量％を含む鋼材が開示されている。
【０００３】
また、特許文献２には、高純度フェライト系ステンレス鋼板として、耐食性を決定するＣｒを１１．０〜３５．０質量％含有させるとともに、Ｂ添加、Ｃ量・Ｎ量の低減によって耐食性・加工性・低温靱性に優れた鋼板が開示されている。
また、特許文献３には、耐食性に優れた高強度フェライト系ステンレス鋼として、耐食性の要求レベルに応じてＣｒを９〜４０質量％含有させるとともに、Ｎｉ，Ａｌ，Ｃｕの三元素を特定量以上含有させ、Ｘ＝Ｎｉ＋２．２５Ａｌ＋１．５Ｃｕで定義される強化指数Ｘを５．０〜９．０の範囲に調節した鋼が開示されている。
【０００４】
更に、特許文献４には、耐銹性に優れたフェライト系ステンレス鋼材として、Ｃｒを１４．０〜２４．０重量％含有させるとともに、表面粗度Ｒｍａｘを１０μｍ以下、又は表面粗度Ｒａを１μｍ以下に制御した鋼材が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２７９３８９
【特許文献２】特開２００６−１０４４９８
【特許文献３】特開２００６−１９３７８９
【特許文献４】特開２００７−０７７４４４
【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、特許文献１の親水性フェライト系ステンレス鋼材は、車両外装材を用途とし、特許文献２の高純度フェライト系ステンレス鋼板は、耐食性を保持しつつ加工性・低温靱性を高めることを目的としている。また、特許文献３に記載の耐食性に優れた高強度フェライト系ステンレス鋼は、耐食性を確保しながら非金属材料との接合性を念頭において開発されたものである。更に、特許文献４の耐銹性に優れたフェライト系ステンレス鋼材は、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、強度が改善されていない。
従って、特許文献１〜４のフェライト系ステンレス鋼は、耐食性・強度、コスト等の点で全ての要求特性に見合うものではない。
【０００７】
一方、オーステナイト系ステンレス鋼は、Ｎｉを比較的多く含有するため高価であり、中でも特に、ＳＵＳ３０４やねじ等に特に用いられるＳＵＳＸＭ７等は、Ｎｉを約８〜１０％程度含有する為に高価であり、同等の耐食性を有しながら安価な素材の需要が高まっている。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、Ｎｉ及びＣｕの複合添加及びそのバランス並びにこれら複合添加とＣｒ量及びＣ量との調整により、従来のフェライト系ステンレス鋼以上の強度を備えるとともに、耐食性にも優れた高強度・高耐食性ステンレス鋼並びにこれを用いた鋼材及び鋼製品を低コストで提供することにある。
【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及びＣｕの複合添加及びそのバランス並びにこれら複合添加とＣｒ量及びＣ量との調整により、Ｎｉ量を低減させても、従来のフェライト系ステンレス鋼以上の強度を備えるとともに、耐食性にも優れた高強度・高耐食性ステンレス鋼並びにこれを用いた鋼材及び鋼製品を低コストで提供しうるとの知見を得た。本発明は、この知見に基づいてなされたものである。
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明に係る高強度・高耐食性ステンレス鋼は、０．００５≦Ｃ≦０．０２０質量％、０．２≦Ｓｉ≦１．０質量％、０．２≦Ｍｎ≦１．０質量％、１．０＜Ｎｉ≦３．０質量％、２０．０≦Ｃｒ≦２３．０質量％、及び、１．０＜Ｃｕ≦３．０質量％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる高強度・高耐食性ステンレス鋼であって、
次式（１）で表される［I］が、２．５≦［I］≦５．０、
次式（２）で表される［II］が、０．５≦［II］≦１．５、
次式（３）で表される［III］が、３０００≦［III］≦９０００、
であることを要旨とする。
但し、
［I］＝［Ｃｕ］＋［Ｎｉ］ … 式（１）
［II］ ＝［Ｃｕ］／［Ｎｉ］ … 式（２）
［III］＝（［Ｃｕ］＋［Ｎｉ］）×［Ｃｒ］／［Ｃ］ … 式（３）
（ここで、［Ｍ］は、元素Ｍの質量％）
【００１１】
この場合に、本発明に係る高強度・高耐食性ステンレス鋼は、更に、
Ｍｏ≦１．０質量％を含有してもよく、更に、
０．０００５≦Ｂ≦０．００５０質量％、及び／又は、０．１０≦Ａｌ＜０．５０質量％を含有してもよい。尚、Ｏ及びＮについては、Ｏ≦０．０３０質量％、及び／又は、Ｎ＜０．０３０質量％とするとよい。
本発明に係る高強度・高耐食性ステンレス鋼は、更に、
Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆからなる群のいずれか１種または２種以上を合計で０．０１質量％以上０．６質量％以下含有してもよく、更に、
０．０１≦Ｃｏ≦０．６質量％を含有してもよく、更に、
Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭからなる群のいずれか１種又は２種以上を合計で０．０００１質量％以上０．０１００質量％以下含有してもよい。
【００１２】
本発明に係る鋼材及び鋼製品は、本発明に係る高強度・高耐食性ステンレス鋼を使用したことを要旨とする。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）を含む。「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】
本発明に係る高強度・高耐食性ステンレス鋼並びに鋼材及び鋼製品は、上記成分組成を有するとともに、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃの含有量（質量％）によって規定される上記式（１）〜式（３）の値が所定範囲であるため、従来のフェライト系ステンレス鋼以上の強度を備えるとともに、耐食性にも優れるという効果がある。
また、本発明に係る高強度・高耐食性ステンレス鋼並びに鋼材及び鋼製品は、Ｎｉ量が抑えられているため低コスト化が実現されるという効果がある。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明の一実施形態に係る高強度・高耐食性ステンレス鋼について説明する。
本実施形態に係る高強度・高耐食性ステンレス鋼は、以下の必須元素及び任意元素を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、以下の式（１）〜式（３）の値が所定範囲となる。
【００１５】
（高強度・高耐食性ステンレス鋼の成分組成及びその限定理由）
本実施形態に係る高強度・高耐食性ステンレス鋼は、必須元素として、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕを含有し、これらのうち、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｃの含有量が高強度・高耐食性を両立させる所定の関係を有する。以下にこれらについて詳細に説明する。
（１）０．００５≦Ｃ≦０．０２０質量％
Ｃは、必須元素であるが、Ｃｒ炭化物を形成して耐食性を劣化させる為、０．０２０質量％以下とする。しかし、０．００５質量％未満とするには長時間の脱炭処理が必要となりコストアップとなる。そこで、Ｃ含有量は、０．００５〜０．０２０質量％が好ましく、０．００５〜０．０１５質量％がより好ましい。
【００１６】
（２）０．２≦Ｓｉ≦１．０質量％
Ｓｉは、鋼の脱酸剤となるため、０．２質量％を下限として添加する必須元素である。しかし、Ｓｉ含有量が過大となると靱性の低下を招くばかりでなく、鋼の熱間加工性を劣化させるため、上限を１．０質量％とする。尚、冷間加工性を特に重視する場合には、Ｓｉ含有量は、０．５質量％以下とするのがより好ましい。
【００１７】
（３）０．２≦Ｍｎ≦１．０質量％
Ｍｎは、脱酸元素であるため、０．２質量％を下限として添加する必須元素である。一方で、Ｍｎを過剰に添加すると加工硬化能が上昇し、冷間加工性を阻害し、また耐食性を低下させる。そこで、Ｍｎ含有量は１．０質量％を上限とする。Ｍｎ含有量は、０．２〜０．８質量％がより好ましく、０．２〜０．５質量％が更に好ましい。
【００１８】
（４）１．０＜Ｎｉ≦３．０質量％
Ｎｉは、オーステナイト形成元素であり、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ことから、１．０質量％超を下限として添加する必須元素である。ただし、Ｎｉを過剰に添加すると、コストの上昇を招くことから３．０質量％を上限とする。Ｎｉ含有量は、１．５〜２．５質量％がより好ましい。
【００１９】
（５）２０．０≦Ｃｒ≦２３．０質量％
Ｃｒは、耐食性を確保する上で必須元素であり、２０．０質量％以上の添加が必要である。一方、Ｃｒを過剰に添加すると、熱間加工性を害するとともに、σ相析出による靱性の劣化を招くため、Ｃｒ含有量は２３．０質量％を上限とする。Ｃｒ含有量は、耐食性が十分確保でき、靱性の劣化が少ない２０．５〜２２．０質量％がより好ましい。
【００２０】
（６）１．０＜Ｃｕ≦３．０％
Ｃｕは、必須元素であり、本発明において重要な元素である。Ｃｕは、Ｃｕの微細粒子の粒内析出による強化及びＣｕが粒界に析出することにより粒界を強化することで強度を向上させる。また、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り、加工硬化能を低下させて冷間加工性も向上させる。このように強度・耐食性の両方を向上させることができることから、Ｃｕは、１．０％超を下限として添加する。しかし、Ｃｕを過剰に添加すると、熱間加工性を劣化させるため、Ｃｕ含有量は３．０％を上限とする。Ｃｕ含有量は、１．５〜３．０質量％がより好ましい。また、Ｃｕは、熱処理等を施すことにより抗菌性を向上させることができる。
【００２１】
（７）上記［Ｎ］、［Ｃｒ］、［Ｃｕ］、［Ｃ］（［Ｍ］は元素Ｍの含有量（質量％）を示す）を用いて表される以下の式（１）〜式（３）の値が所定範囲にあること。
［I］＝［Ｃｕ］＋［Ｎｉ］ … 式（１）
式（１）によって求められる値［I］は、本発明の特徴であるＣｕとＮｉの複合添加の効果を表す値である。値［I］は、強度を得るためには少なくとも２．５（単位：質量％）が必要である。しかし、Ｃｕ及びＮｉのいずれか一方又は両者の添加が合計で過剰になると、加工性の低下やコストアップを招来する。そこで、値［I］は５．０（単位：質量％）を上限とする。従って、値［I］は、２．５〜５．０とするが、２．５〜４．５がより好ましい。
【００２２】
［II］ ＝［Ｃｕ］／［Ｎｉ］ … 式（２）
式（２）によって求められる値［II］は、本発明の特徴であるＣｕとＮｉの複合添加におけるバランス効果を表す値である。値［II］は、強度を確保するためには少なくとも０．５（単位：無し）以上必要である。しかし、値［II］が１．５を超えると加工性の低下を起こす。そこで、値［II］は、０．５〜１．５とするが、０．７〜１．４がより好ましく、０．９〜１．３が更に好ましい。
【００２３】
［III］＝（［Ｃｕ］＋［Ｎｉ］）×［Ｃｒ］／［Ｃ］ … 式（３）
式（３）によって求められる値［III］は、耐食性と強度のバランス（耐食性及び強度の両者が良好であることを意味する）を得るために各成分量を調整するときの尺度となる値である。値［III］は、３０００未満では十分な耐食性を得ることが出来ない。しかし、値［III］が９０００超では加工性が低下する上にコストアップとなる。そこで、値［III］は、耐食性と強度のバランスを得るには３０００〜９０００とする。値［III］は、３０００〜８５００がより好ましく、３５００〜８０００が更に好ましい。
【００２４】
本実施形態に係る高強度・高耐食性ステンレス鋼は、Ｍｏの他、以下の任意元素（Ｂ、Ａｌ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｃｏ、Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭ）を含有してもよく、残部がＦｅ及び不可避的不純物（Ｏ、Ｎ、Ｐ、Ｓ等）からなる。
【００２５】
（８）Ｍｏ≦１．０質量％
Ｍｏは、強度を低下させずに、耐食性を向上させることができるため、添加してもよい。Ｍｏを過剰に添加すると、熱間加工性を害するほか、コストの上昇を招くため、上限を１．０質量％とする。Ｍｏ含有量は、０．２〜０．５質量％がより好ましい。
【００２６】
（９）０．０００５≦Ｂ≦０．００５０質量％
Ｂは、粒界強度を高め、鋼の熱間加工性を改善することから効果が発現する０．０００５質量％以上を添加することができる任意元素である。ただし、Ｂを過剰に添加すると、熱間加工性を害する硼化物を形成させるため、上限を０．００５０質量％とする。Ｂ含有量は、０．０００５〜０．００３０質量％がより好ましく、０．０００５〜０．００２０質量％が更に好ましい。
【００２７】
（１０）０．１０≦Ａｌ＜０．５０質量％
Ａｌは、強靱な脱酸元素であり、Ｏを極力低減するため、若しくは耐酸化性を改善するため必要に応じて添加することができる任意元素である。Ａｌ含有量は、その効果が確認できる０．１０質量％を下限とするが、Ａｌを過剰に添加すると、熱間加工性を劣化させることから上限を０．５０質量％未満とする。
【００２８】
（１１）Ｏ≦０．０３０質量％
Ｏは、原料からＯ≦０．０５質量％程度混入する不可避的不純物であり、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めに抑制すべきである。そこで、Ｏ含有量は、０．０３０質量％以下が好ましく、製造コストとの兼ね合いによれば、０．０１５質量％以下がより好ましく、０．０１０質量％以下が更に好ましい。
【００２９】
（１２）Ｎ＜０．０３０質量％
Ｎは、原料からＮ≦０．０５質量％程度混入する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めに抑制すべきである。そこで、Ｎ含有量は、０．０３０質量％未満が好ましく、製造コストとの兼ね合いによれば、０．０２０質量％以下がより好ましく、０．０１５質量％以下が更に好ましい。
【００３０】
（１３）Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆのいずれか１種又は２種以上を合計で０．０１質量％以上０．６質量％以下
Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆは、任意元素であるが、これらの添加は、炭窒化物を形成して鋼の結晶粒を微細化し、強靱性を高める効果がある。そこで、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆのいずれか１種又は２種以上を合計で０．０１質量％以上０．６質量％以下含有させてもよい。しかし、これらを過剰に添加すると、コストの上昇を招くため、その含有量は、０．３質量％以下がより好ましい。
【００３１】
（１４）０．０１≦Ｃｏ≦０．６質量％
Ｃｏは、固溶強化による高強度化に寄与する任意元素である。そこで、Ｃｏ含有量は、その効果が明瞭となる０．０１質量％を下限とする。しかし、Ｃｏを過剰に添加すると、コストの大幅上昇を招くため、Ｃｏ含有量は上限を０．６質量％とする。Ｃｏ含有量は、０．３質量％以下がより好ましい。
【００３２】
（１５）Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭのいずれか１種又は２種以上を合計で０．０００１質量％以上０．０１００質量％以下
Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭは、鋼の熱間加工性を向上させるのに有効な任意元素である。そこで、Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭのいずれか１種又は２種以上を合計で０．０００１質量％を下限として含有させてもよい。しかし、これらを過剰に添加すると、効果が飽和し、逆に熱間加工性を低下させるため、その含有量は上限を０．０１００質量％とするが、０．００５０質量％以下がより好ましい。尚、ここでいうＲＥＭは、Ｃｅ、Ｌａ又はそれらの合金からなるものを含む意味である。
【００３３】
（１６）Ｐ≦０．０４質量％
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、靱性の低下を招くため低いほうが望ましいが、必要以上の低減はコストの上昇を招くため、０．０４質量％以下がより好ましく、０．０３質量％以下が更に好ましい。
【００３４】
（１７）Ｓ≦０．０１０％
Ｓは、不可避的不純物であり、熱間加工性を低下させるため極力抑制すべく０．０１０質量％を上限とする。製造コストとの兼ね合いによれば、Ｓ含有量は、０．００５質量％以下がより好ましい。
【００３５】
（高強度・高耐食性ステンレス鋼及びこれを用いた鋼線の製造方法及び得られた鋼及び鋼線の特性）
本実施形態に係る高強度・高耐食性ステンレス鋼は、上記所定成分を含有する鋼塊を溶製し、熱間加工により適当な形状・サイズに加工した後、７００〜１０００℃で約１〜２４時間熱処理後空冷する、より好ましくは、７５０〜９５０℃で約１〜８時間熱処理後空冷することにより得られる。ここで、空冷時の冷却速度は１５〜２５０℃／分であればよい。
【００３６】
このような製造方法により熱処理条件を調整しながら製造された本実施形態に係る高強度・高耐食性ステンレス鋼は、ロックウェル硬さがＨＲＢ８５〜１００となり、引張試験（ＪＩＳ Ｚ ２２４１）による耐力比が７０〜９０％となり、絞りが５０%以上となる。従って、良好な強度と加工性が得られる。
ちなみに、本実施形態においては、ロックウエル硬さとして、８５〜１００ＨＲＢが好ましく、８８〜９８ＨＲＢがより好ましい。８５ＨＲＢ未満では十分な強度が得られず、１００ＨＲＢ超では加工性が低下するからである。
また、本実施形態においては、耐力比として、７０〜９０％が好ましく、７５〜９０％がより好ましい。耐力比が７０％未満では十分な強度が得られず、オーステナイト系ステンレス鋼代替用途として使用が困難となり、９０％超では加工性が低下するためである。
尚、ロックウエル硬さ、絞り、耐力比は上記の熱処理条件によって調節可能である。
【００３７】
また、本実施形態に係る高強度・高耐食性ステンレス鋼に対して、熱間加工時に適当な形状・サイズにした後、更に、伸線加工を行って所望のサイズに細径化し、上記と同様の条件で熱処理を行うことにより所望の鋼線が得られる。得られる鋼線もまた、上記と同様に要求特性を満たす。
【実施例】
【００３８】
（発明鋼及び比較鋼並びに供試材の作製）
（ステンレス鋼）
表１に示した成分組成（残部はＦｅ及び不可避的不純物からなる）の鋼種の５０ｋｇ鋼塊を高周波誘導炉にて溶製したのち冷却してインゴットを作製した。各インゴットを１０００〜１２００℃に加熱し、熱間鍛造により２０ｍｍの丸棒に加工した。それら丸棒を更に大気熱処理炉で８００℃で４時間保持した後、空冷（焼きなまし処理：冷却速度５０℃／分）し、供試材（ステンレス鋼）とした。
【００３９】
（ステンレス鋼線・ステンレス鋼線伸線）
表１に示す発明鋼１〜４、比較鋼１〜４の５０ｋｇインゴットを１０００〜１２００℃に加熱後に熱間圧延によりφ５．５ｍｍの線材に加工し、そこからφ４．０ｍｍまで伸線加工を行い、線径４．０ｍｍの鋼線を作製した。それら鋼線に対して更に大気熱処理炉で８００℃で４時間保持した後、空冷（焼なまし処理：冷却速度５０℃／分）し、供試材（ステンレス鋼線）とした。また、それらの線径４．０ｍｍの鋼線から冷間伸線加工により線径３．８ｍｍ（伸線加工率１０％）に加工し、供試材（ステンレス鋼線伸線）とした。
【００４０】
【表１】
【００４１】
（評価試験）
（ステンレス鋼−引張試験）
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。引張強さ、絞り、及び、オフセット法により０．２％耐力を求めた。耐力比（％）は、耐力比（％）＝｛０．２％耐力（ＭＰａ）／引張強さ（ＭＰａ）｝×１００により求めた。また、ロックウエル硬さも測定した。これらの試験結果を表２に示す。
【００４２】
（ステンレス鋼−塩水噴霧試験）
塩水噴霧試験は、ＪIＳ Ｚ ２３７１に基づいて行った。すなわち、供試材から、表面を♯４００まで研磨仕上げしたφ１０×５０ｍｍの円柱形状の試験片を作製し、この試験片を３５℃、５％塩化ナトリウム水溶液噴霧環境中に９６時間暴露することにより試験を行った。耐食性は、試料表面に生じた発銹面積から評価した。これらの試験結果を表２に示す。
【００４３】
【表２】
【００４４】
（ステンレス鋼−評価）
発明鋼１〜２１は、強度（引張強さ、０．２％耐力、耐力比、ロックウエル硬さ）、加工性（絞り）、耐食性（発銹ランク）のいずれもが良好であり、要求特性を満たした。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、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃの含有量（質量％）で規定される式（１）〜式（３）の値が所定範囲であるため、ＣｕとＮｉの複合添加の効果、ＣｕとＮｉとのバランスの効果、更に、ＣｕとＮｉの複合添加とＣｒ及びＣとのバランスの効果が得られ、これにより、強度と耐食性が兼ね備えられたためと考えられる。
【００４５】
これに対し、比較鋼１〜１６は、強度（引張強さ、０．２％耐力、耐力比、ロックウエル硬さ）、加工性（絞り）、耐食性（発銹ランク）のいずれかに要求特性を満たさないものがあった。比較鋼１〜１６は、表１に規定する成分のうちいずれかを所定量含有していなかったり、式（１）〜式（３）の値のいずれかが所定範囲でなかったりしたため、発明鋼１〜２１では得られたＣｕとＮｉの複合添加の効果、ＣｕとＮｉとのバランスの効果、更に、ＣｕとＮｉの複合添加とＣｒ及びＣとのバランスの効果が得られなかったためと考えられる。
【００４６】
まず、比較鋼１〜３は従来のフェライト系ステンレス鋼、比較鋼４はその改良鋼であるが、いずれも強度や耐食性が劣ることが確認できた。
比較鋼５，６は、Ｃｕ量、Ｎｉ量はそれぞれが所定範囲ではあるものの、比較鋼５が［I］値超であったため絞りが低く加工性が悪くなり、比較鋼６が［I］値未満であったため十分な強度が得られないことが分かった。
比較鋼７，８は、Ｃｕ量、Ｎｉ量はそれぞれが所定範囲ではあるものの、比較鋼７がＣｕが過剰で［II］値超となり絞りが低く加工性が悪くなり、比較鋼８がＮｉが過剰で［II］値未満であったため十分な強度が得られないことが分かった。
【００４７】
比較鋼９，１０は、Ｃｕ量、Ｎｉ量はそれぞれが所定範囲ではあるものの、比較鋼９がＣ量、Ｃｒ量とのバランスが悪く［III］値超となり絞りが低く加工性が悪くなり、比較鋼１０もまたＣ量、Ｃｒ量とのバランスが悪く［III］値未満であったため十分な耐食性が得られないことが分かった。
【００４８】
比較鋼１１はＣ量過多であったため絞りが低く加工性が悪くなり、耐食性も悪いことが分かった。
比較鋼１２はＣｕ量過少であったためＮｉとの複合添加の効果が十分発現されず、硬さが不十分となることが分かった。
比較鋼１３はＮｉ量過少であったため耐食性が悪くなることが分かった。
比較鋼１４はＣｒ量過少であったため耐食性が悪くなることが分かった。
比較鋼１５はＣ量過少であったため硬さが不十分となることが分かった。
比較鋼１６はＣｕ量過多、Ｎｉ量過多であったため硬くなりすぎ絞りが低く加工性が悪くなることが分かった。
【００４９】
（ステンレス鋼線・ステンレス鋼線伸線−引張試験）
ＪIＳ Ｚ ２２４１に基づき、供試材（線径４．０ｍｍの鋼線、線径３．８ｍｍの鋼線伸線）を試験片として用いて引張試験を行った。これらの試験結果を表３に示す。
【００５０】
（ステンレス鋼線・ステンレス鋼線伸線−塩水噴霧試験）
塩水噴霧試験は、ＪIＳ Ｚ ２３７１に基づいて行った。すなわち、供試材（線径４．０ｍｍの鋼線、線径３．８ｍｍの鋼線伸線）の表面を＃８００まで研磨した試験片を３５℃、５％塩化ナトリウム水溶液噴霧環境中に９６時間暴露することにより試験を行った。耐食性は、試料表面に生じた発銹面積から評価した。これらの試験結果を表３に示す。
【００５１】
【表３】
【００５２】
（ステンレス鋼線・ステンレス鋼線伸線−評価）
発明鋼１〜４を用いた鋼線・鋼線伸線は、強度（引張強さ、０．２％耐力、耐力比、ロックウエル硬さ）、加工性（絞り）、耐食性（発銹ランク）のいずれもが良好であり、要求特性を満たした。ステンレス鋼の場合と同様の理由によるものと考えられる。これに対し、比較鋼１〜３を用いた鋼線・鋼線伸線は、従来のフェライト系ステンレス鋼を用いたものであり、いずれも強度や耐食性が劣ることが確認できた。
【００５３】
（まとめ）
以上説明したことから明かなように、所定の成分組成を備えるとともに、Ｎｉ及びＣｕの複合添加及びそのバランス並びにこれら複合添加とＣｒ量及びＣ量との調整により、強度及び耐食性に優れたステンレス鋼が得られることがわかった。また、Ｎｉ量を低めにしているためコストを抑えることができることも分かった。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明に係る高強度・高耐食性ステンレス鋼及び鋼材は、オーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ３０１、ＳＵＳ３０２、ＳＵＳ３０４等）、フェライト系ステンレス鋼（ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ４３４、ＳＵＳ４４４等）又はこれらの類似鋼種の全用途に用いて好適であるため、鋼材メーカーにとって産業上利用価値が高い。本発明に係る高強度・高耐食性ステンレス鋼及び鋼材は、例えば、高強度及び高耐食性を要求される電子機器、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用いられる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
０．００５≦Ｃ≦０．０２０質量％、
０．２≦Ｓｉ≦１．０質量％、
０．２≦Ｍｎ≦１．０質量％、
１．０＜Ｎｉ≦３．０質量％、
２０．０≦Ｃｒ≦２３．０質量％、及び、
１．０＜Ｃｕ≦３．０質量％を含有し、
残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる高強度・高耐食性ステンレス鋼であって、
次式（１）で表される［I］が、２．５≦［I］≦５．０、
次式（２）で表される［II］が、０．５≦［II］≦１．５、
次式（３）で表される［III］が、３０００≦［III］≦９０００、
であることを特徴とする高強度・高耐食性ステンレス鋼。
但し、
［I］＝［Ｃｕ］＋［Ｎｉ］ … 式（１）
［II］ ＝［Ｃｕ］／［Ｎｉ］ … 式（２）
［III］＝（［Ｃｕ］＋［Ｎｉ］）×［Ｃｒ］／［Ｃ］ … 式（３）
（ここで、［Ｍ］は、元素Ｍの質量％）
【請求項２】
更に、
Ｍｏ≦１．０質量％を含有することを特徴とする請求項１に記載の高強度・高耐食性ステンレス鋼。
【請求項３】
更に、
０．０００５≦Ｂ≦０．００５０質量％、及び／又は、
０．１０≦Ａｌ＜０．５０質量％を含有することを特徴とする請求項１又は２に記載の高強度・高耐食性ステンレス鋼。
【請求項４】
更に、
Ｏ≦０．０３０質量％、及び／又は、
Ｎ＜０．０３０質量％としたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の高強度・高耐食性ステンレス鋼。
【請求項５】
更に、
Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆからなる群のいずれか１種または２種以上を合計で０．０１質量％以上０．６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高強度・高耐食性ステンレス鋼。
【請求項６】
更に、
０．０１≦Ｃｏ≦０．６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高強度・高耐食性ステンレス鋼。
【請求項７】
更に、
Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭからなる群のいずれか１種又は２種以上を合計で０．０００１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高強度・高耐食性ステンレス鋼。
【請求項８】
請求項１から７に記載の高強度・高耐食性ステンレス鋼を使用した鋼線。
【請求項９】
請求項１から７に記載の高強度・高耐食性ステンレス鋼を使用した鋼製品。
【請求項１】
０．００５≦Ｃ≦０．０２０質量％、
０．２≦Ｓｉ≦１．０質量％、
０．２≦Ｍｎ≦１．０質量％、
１．０＜Ｎｉ≦３．０質量％、
２０．０≦Ｃｒ≦２３．０質量％、及び、
１．０＜Ｃｕ≦３．０質量％を含有し、
残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる高強度・高耐食性ステンレス鋼であって、
次式（１）で表される［I］が、２．５≦［I］≦５．０、
次式（２）で表される［II］が、０．５≦［II］≦１．５、
次式（３）で表される［III］が、３０００≦［III］≦９０００、
であることを特徴とする高強度・高耐食性ステンレス鋼。
但し、
［I］＝［Ｃｕ］＋［Ｎｉ］ … 式（１）
［II］ ＝［Ｃｕ］／［Ｎｉ］ … 式（２）
［III］＝（［Ｃｕ］＋［Ｎｉ］）×［Ｃｒ］／［Ｃ］ … 式（３）
（ここで、［Ｍ］は、元素Ｍの質量％）
【請求項２】
更に、
Ｍｏ≦１．０質量％を含有することを特徴とする請求項１に記載の高強度・高耐食性ステンレス鋼。
【請求項３】
更に、
０．０００５≦Ｂ≦０．００５０質量％、及び／又は、
０．１０≦Ａｌ＜０．５０質量％を含有することを特徴とする請求項１又は２に記載の高強度・高耐食性ステンレス鋼。
【請求項４】
更に、
Ｏ≦０．０３０質量％、及び／又は、
Ｎ＜０．０３０質量％としたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の高強度・高耐食性ステンレス鋼。
【請求項５】
更に、
Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆからなる群のいずれか１種または２種以上を合計で０．０１質量％以上０．６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高強度・高耐食性ステンレス鋼。
【請求項６】
更に、
０．０１≦Ｃｏ≦０．６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高強度・高耐食性ステンレス鋼。
【請求項７】
更に、
Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭからなる群のいずれか１種又は２種以上を合計で０．０００１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高強度・高耐食性ステンレス鋼。
【請求項８】
請求項１から７に記載の高強度・高耐食性ステンレス鋼を使用した鋼線。
【請求項９】
請求項１から７に記載の高強度・高耐食性ステンレス鋼を使用した鋼製品。
【公開番号】特開２０１１−１５９２（Ｐ２０１１−１５９２Ａ）
【公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１４４９３０（Ｐ２００９−１４４９３０）
【出願日】平成２１年６月１８日（２００９．６．１８）
【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)
【公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月１８日（２００９．６．１８）
【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)
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