JP7568497B2 - Martensitic stainless steel material and its manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、マルテンサイト系ステンレス鋼材およびその製造方法に関する。 The present invention relates to martensitic stainless steel materials and their manufacturing methods.
従来、導電性部品(例えば電気接点部品)等にステンレス鋼材を適用するために、ステンレス鋼材の導電性を向上させる技術が各種提案されている。 Traditionally, various techniques have been proposed to improve the electrical conductivity of stainless steel materials in order to apply the stainless steel materials to conductive parts (e.g. electrical contact parts).
例えば、ステンレス鋼材の表面にNi若しくはNi合金からなる層を形成する(特許文献1)、または、ステンレス鋼材の表面を改質する(特許文献2)ことにより、ステンレス鋼材の表面接触抵抗を低減する技術が知られている。 For example, there are known techniques for reducing the surface contact resistance of stainless steel materials by forming a layer of Ni or a Ni alloy on the surface of the stainless steel material (Patent Document 1) or by modifying the surface of the stainless steel material (Patent Document 2).
特許文献2には、ステンレス鋼材の表面を改質することに関し、具体的には、(i)ステンレス鋼材の不動態皮膜または最表層にCuを濃化させること、並びに、(ii)ステンレス鋼材の表面にCuを主体とする第2相を析出させて不動態皮膜の形成を部分的に阻害すること、が記載されている。 Patent Document 2 describes how to modify the surface of a stainless steel material, specifically, (i) concentrating Cu in the passive film or the outermost surface layer of the stainless steel material, and (ii) precipitating a second phase mainly composed of Cu on the surface of the stainless steel material to partially inhibit the formation of the passive film.
また、例えば、特許文献3には、フェライト相マトリクス中にCuリッチ相を時効析出させることにより、母材の電気抵抗を低減したステンレス鋼材が記載されている。 For example, Patent Document 3 describes a stainless steel material in which the electrical resistance of the base material is reduced by precipitating a Cu-rich phase in a ferrite phase matrix.
しかしながら、特許文献1に記載の技術では、ステンレス鋼材の母材がオーステナイト系ステンレス鋼であること、および母材表面にNi含有層を形成することを要するため、製造コストを低減することが難しい。また、一般に、ステンレス鋼では、合金成分の含有量が多くなる(高合金となる)ほど、母材の電気抵抗が高くなる傾向にある。
However, the technology described in
特許文献2に記載の技術においては、ステンレス鋼材の表面接触抵抗を低減することができる一方で、ステンレス鋼材における母材の電気抵抗を低減させることについて改善の余地がある。 While the technology described in Patent Document 2 can reduce the surface contact resistance of the stainless steel material, there is room for improvement in reducing the electrical resistance of the base material in the stainless steel material.
特許文献3に記載の技術においては、ステンレス鋼材における母材の電気抵抗を低減することができる一方で、ステンレス鋼材の表面接触抵抗を低減させることについて改善の余地がある。 While the technology described in Patent Document 3 can reduce the electrical resistance of the base material in stainless steel materials, there is room for improvement in reducing the surface contact resistance of the stainless steel materials.
本発明の一態様は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、電気抵抗および表面接触抵抗の両方を低減したマルテンサイト系ステンレス鋼材およびその製造方法を提供することにある。 One aspect of the present invention has been made in consideration of the above-mentioned problems in the conventional art, and its purpose is to provide a martensitic stainless steel material and a manufacturing method thereof that reduce both electrical resistance and surface contact resistance.
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るマルテンサイト系ステンレス鋼材は、1.0質量%以上15.0質量%以下のCuを含有するマルテンサイト系ステンレス鋼材であって、マトリクス中に500nm未満の粒径を有する第1のCuリッチ相が形成された母材と、前記マルテンサイト系ステンレス鋼材の表面に形成された、前記母材よりもCuが濃化したCu濃化表層部と、を備えている。 In order to solve the above problems, the martensitic stainless steel material according to one embodiment of the present invention is a martensitic stainless steel material containing 1.0 mass% or more and 15.0 mass% or less of Cu, and is provided with a base material in which a first Cu-rich phase having a grain size of less than 500 nm is formed in a matrix, and a Cu-enriched surface layer portion formed on the surface of the martensitic stainless steel material, in which Cu is more concentrated than in the base material.
また、本発明の一態様に係るマルテンサイト系ステンレス鋼材の製造方法は、1.0質量%以上15.0質量%以下のCuを含有するマルテンサイト系ステンレス鋼の成分組成を有する圧延材に対して、780℃以上830℃以下の温度で6時間以上加熱する焼鈍工程と、前記焼鈍工程の後、少なくとも第1の酸洗工程を含む中間工程を施して得られた第1の中間材に対して、下記(1)式で定義されるA値が15.0以上20.0以下となる条件で時効処理を施すことによりマトリクス中に500nm未満の粒径を有する第1のCuリッチ相を形成する時効処理工程と、前記時効処理工程によって得られた第2の中間材に対して、(i)50g/L以上150g/L以下の硝酸と(ii)5g/L以上15g/L以下のフッ化水素酸とを含有する混合液を用いて、該混合液の液温を30℃以上60℃以下として酸洗処理を施す第2の酸洗工程と、を含む;
A=T(20+logt)×10-3 ・・・(1)
(ここで、
T:時効温度(K)
t:時効時間(h)
である)。
A method for producing a martensitic stainless steel material according to one embodiment of the present invention includes an annealing step of heating a rolled material having a martensitic stainless steel composition containing 1.0 mass% or more and 15.0 mass% or less of Cu at a temperature of 780°C or more and 830°C or less for 6 hours or more, an aging treatment step of forming a first Cu-rich phase having a particle size of less than 500 nm in a matrix by performing an aging treatment on a first intermediate material obtained by performing an intermediate step including at least a first pickling step after the annealing step under conditions where the A value defined by the following formula (1) is 15.0 to 20.0, and a second pickling step of performing a pickling treatment on a second intermediate material obtained by the aging treatment step using a mixed solution containing (i) 50 g/L to 150 g/L of nitric acid and (ii) 5 g/L to 15 g/L of hydrofluoric acid, with the mixed solution temperature being 30°C to 60°C;
A=T(20+logt)× 10-3 ...(1)
(where:
T: Aging temperature (K)
t: aging time (h)
(It is.)
本発明の一態様によれば、電気抵抗および表面接触抵抗の両方を低減したマルテンサイト系ステンレス鋼材およびその製造方法を提供することができる。 According to one aspect of the present invention, it is possible to provide a martensitic stainless steel material and a manufacturing method thereof that reduce both electrical resistance and surface contact resistance.
以下、本発明の一実施形態について説明する。なお、以下の記載は発明の趣旨をよりよく理解させるためのものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、本明細書において、「A~B」とは、A以上B以下であることを示している。 One embodiment of the present invention will be described below. Note that the following description is provided to provide a better understanding of the gist of the invention, and does not limit the present invention unless otherwise specified. In this specification, "A to B" means greater than or equal to A and less than or equal to B.
本発明の一実施形態におけるマルテンサイト系ステンレス鋼材は、1.0質量%以上15.0質量%以下のCuを含有するマルテンサイト系ステンレス鋼材である。当該マルテンサイト系ステンレス鋼材は、マトリクス中に500nm未満の粒径を有する第1のCuリッチ相が形成された母材と、上記マルテンサイト系ステンレス鋼材の表面に形成された、上記母材よりもCuが濃化したCu濃化表層部と、を備えている。 The martensitic stainless steel material in one embodiment of the present invention is a martensitic stainless steel material containing 1.0 mass% or more and 15.0 mass% or less of Cu. The martensitic stainless steel material comprises a base material in which a first Cu-rich phase having a grain size of less than 500 nm is formed in a matrix, and a Cu-enriched surface layer portion formed on the surface of the martensitic stainless steel material, in which Cu is more concentrated than in the base material.
また、上記母材に含まれるマトリクスは、フェライト相と50体積%以上のマルテンサイト相との複相組織を含んでもよい。上記複相組織とは、母材の金属組織においてCuリッチ相以外の部分(素地)が実質的にフェライト相とマルテンサイト相との複相組織からなることを意味する。前記Cuリッチ相以外の部分に含まれるマルテンサイト相は、母材の金属組織全体に対して50体積%以上を占める。「実質的に」とは、概ね3体積%以下の範囲でその他の相(例えば析出物や介在物)の混在が許容されることを意味する。また、上記母材のマトリクスは、実質的にマルテンサイト単相組織であってもよい。マルテンサイト単相組織とは、母材の金属組織においてCuリッチ相以外の部分(素地)が実質的にマルテンサイト相からなる組織を意味する。「実質的に」は上記と同様の意味である。 The matrix contained in the base material may also include a multi-phase structure of a ferrite phase and 50% by volume or more of a martensite phase. The multi-phase structure means that the part (base material) other than the Cu-rich phase in the metal structure of the base material is substantially composed of a multi-phase structure of a ferrite phase and a martensite phase. The martensite phase contained in the part other than the Cu-rich phase accounts for 50% by volume or more of the entire metal structure of the base material. "Substantially" means that other phases (e.g., precipitates and inclusions) are allowed to be mixed in a range of approximately 3% by volume or less. The matrix of the base material may also be substantially a martensite single-phase structure. The martensite single-phase structure means that the part (base material) other than the Cu-rich phase in the metal structure of the base material is substantially composed of a martensite phase. "Substantially" has the same meaning as above.
(用語の定義)
「マルテンサイト系ステンレス鋼材」は、鋼帯、鋼板等の具体的な形状は限定されない。本実施形態では、マルテンサイト系ステンレス鋼材の一例としてマルテンサイト系ステンレス鋼帯について説明する。また、「鋼板」は「鋼帯」の一部分であると考えることができるので、「マルテンサイト系ステンレス鋼板」との用語は、「マルテンサイト系ステンレス鋼帯」を含む意味で用いる。
(Definition of terms)
The "martensitic stainless steel material" is not limited to a specific shape such as a steel strip or a steel plate. In this embodiment, a martensitic stainless steel strip will be described as an example of a martensitic stainless steel material. In addition, since a "steel plate" can be considered to be a part of a "steel strip", the term "martensitic stainless steel plate" is used to include a "martensitic stainless steel strip".
また、「表面接触抵抗値」は、ステンレス鋼材の表面における接触電気抵抗を表す指標であり、一般に、ステンレス鋼材の表面接触抵抗値は高い値を示す。これは、ステンレス鋼材の表面には不働態皮膜が存在するためである。 In addition, the "surface contact resistance value" is an index that represents the contact electrical resistance on the surface of a stainless steel material, and generally, the surface contact resistance value of stainless steel material is high. This is because a passive film exists on the surface of stainless steel material.
「電気抵抗率」は、ステンレス鋼材の鋼全体における電流の流れにくさを表す指標である。一般に、ステンレス鋼材は、高合金であることから比較的高い電気抵抗率を示す。 "Electrical resistivity" is an index that expresses the difficulty of electric current flowing through the entire steel of stainless steel. In general, stainless steel exhibits a relatively high electrical resistivity because it is a high alloy material.
「耐疵付き性」とは、ステンレス鋼材の表面における疵付きの生じ難さに関する性質である。ステンレス鋼材の表面が硬いほど、耐疵付き性が向上するといえる。 "Scratch resistance" refers to the property of how difficult it is for scratches to form on the surface of a stainless steel material. The harder the surface of the stainless steel material, the better the scratch resistance.
「Cuリッチ相」とは、Cuを含むステンレス鋼の材料組織中に生成した、Cuを主体とする第2相のことであり、Cuを80原子%以上含む相である。 "Cu-rich phase" refers to a second phase that is mainly composed of Cu and is formed in the material structure of stainless steel containing Cu, and is a phase that contains 80 atomic % or more of Cu.
(一般的な製法について)
始めに、一般的なステンレス鋼帯の製造工程の一例について概略的に説明する。一般的なステンレス鋼帯の製造工程は、一例では、製鋼工程、熱間圧延工程、焼鈍工程、酸洗工程、冷間圧延工程、焼鈍・酸洗工程、および仕上圧延工程をこの順に含む。従来の製造工程におけるこれらの各工程については、公知の内容であることから、以下に説明することを除いて詳細な説明を省略する。
(General manufacturing method)
First, an example of a typical manufacturing process for stainless steel strip will be described in outline. In one example, the typical manufacturing process for stainless steel strip includes a steelmaking process, a hot rolling process, an annealing process, a pickling process, a cold rolling process, an annealing and pickling process, and a finish rolling process, in this order. Each of these steps in the conventional manufacturing process is publicly known, and therefore will not be described in detail except as described below.
上記熱間圧延工程以降の各工程は、通常、巻かれたステンレス鋼帯により形成されたコイルを用いて行われる。つまり、コイルから引き出されたステンレス鋼帯に対して処理が連続的に施され、処理後のステンレス鋼帯がコイルとして再び巻き取られる。 The processes after the hot rolling process are usually carried out using a coil formed from a wound stainless steel strip. In other words, the stainless steel strip is continuously processed as it is pulled out of the coil, and the processed stainless steel strip is then wound up again as a coil.
近年では、上記焼鈍工程において、低コスト化の観点からステンレス鋼帯を連続焼鈍することが多く、この場合、コイルから引き出されたステンレス鋼帯に対して焼鈍処理ラインにて連続的に焼鈍処理が施される。これに対し、上記コイルをそのまま加熱炉(例えばベル型焼鈍炉)内にて比較的長時間の焼鈍を施す方法もあり、このような方法はバッチ焼鈍(箱焼鈍またはベル焼鈍とも称される)と呼ばれる。 In recent years, in order to reduce costs, the stainless steel strip is often annealed continuously in the annealing process. In this case, the stainless steel strip drawn from the coil is continuously annealed in an annealing line. In contrast, there is also a method in which the coil is annealed directly in a heating furnace (e.g., a bell-type annealing furnace) for a relatively long period of time, and this method is called batch annealing (also called box annealing or bell annealing).
焼鈍されたステンレス鋼帯に対して酸洗を施す際には、各種の方法を用いてステンレス鋼帯表面のスケールを酸洗する。例えば、酸洗に用いる酸洗液としては、硝酸とフッ化水素酸との混合液、硫酸を含む酸液、等が用いられる。また、焼鈍されたステンレス鋼帯に対して、例えば硝酸を用いて電解酸洗を施すこともある。 When pickling the annealed stainless steel strip, various methods are used to pickle the scale on the surface of the stainless steel strip. For example, the pickling solution used for pickling is a mixture of nitric acid and hydrofluoric acid, an acid solution containing sulfuric acid, etc. In addition, the annealed stainless steel strip may be subjected to electrolytic pickling using, for example, nitric acid.
(発明の知見の概要)
導電性部品等にステンレス鋼材を適用する場合、ステンレス鋼材は、表面接触抵抗を低減するとともに、母材の電気抵抗を低減することが求められる。
(Summary of findings of the invention)
When stainless steel materials are applied to conductive parts, etc., the stainless steel materials are required to have low surface contact resistance and low electrical resistance of the base material.
また、導電性部品の一種である電気接点部品にステンレス鋼材を適用することが検討されている。例えば端子等の部品においては他の回路との接続時に抜き差しが行われることによって部品表面に疵付きが生じる。そのような表面の疵付きは、部品の安定性を低下させる。 The use of stainless steel materials for electrical contact parts, a type of conductive part, is also being considered. For example, parts such as terminals can become scratched on their surfaces when they are inserted and removed when connecting to other circuits. Such surface scratches reduce the stability of the parts.
そのため、電気接点部品用のステンレス鋼材としては、電気抵抗および表面接触抵抗の両方が低減されているとともに、耐疵付き性が向上していることが求められる。また、電気接点部品用のステンレス鋼材としては、製造コストが嵩まないようにすることについても要求される。 Therefore, stainless steel materials for electrical contact parts are required to have both reduced electrical resistance and surface contact resistance, as well as improved scratch resistance. In addition, stainless steel materials for electrical contact parts are also required to keep manufacturing costs low.
本発明者らは、比較的安価なマルテンサイト系ステンレス鋼材において、電気接点部品等に好適に適用できるマルテンサイト系ステンレス鋼材について鋭意検討した。その結果、以下の知見を得て本願発明を想到した。 The inventors of the present invention have conducted extensive research into relatively inexpensive martensitic stainless steel materials that can be suitably used for electrical contact parts and the like. As a result, they have obtained the following findings and arrived at the present invention.
すなわち、Cuを含むマルテンサイト系ステンレス鋼の成分組成を有する鋼材に対して、長時間のバッチ焼鈍を施すことにより、母材中に粒径の比較的大きいCuリッチ相を多量に析出させることができる。そして、バッチ焼鈍後に中間処理が施されて得られた中間材(第1の中間材)に対して、時効処理を施すことにより、母材中にCuリッチ相をさらに析出させる。この時効処理における条件を規定することにより、上記バッチ焼鈍により生じたCuリッチ相(第2のCuリッチ相)よりも粒径が小さく微細な微細Cuリッチ相(第1のCuリッチ相)を母材中に析出させることができる。 That is, by subjecting a steel material having a composition of martensitic stainless steel containing Cu to a long-term batch annealing, a large amount of Cu-rich phase with a relatively large grain size can be precipitated in the base material. Then, by subjecting an intermediate material (first intermediate material) obtained by intermediate processing after batch annealing to an aging treatment, the Cu-rich phase is further precipitated in the base material. By specifying the conditions for this aging treatment, a fine Cu-rich phase (first Cu-rich phase) with a smaller grain size and finer grain size than the Cu-rich phase (second Cu-rich phase) generated by the above-mentioned batch annealing can be precipitated in the base material.
そして、マルテンサイト系ステンレス鋼材の製造工程において含まれ得る複数の酸洗処理のうち、少なくとも、上記時効処理後の酸洗処理の条件を規定する。これにより、時効処理後の酸洗処理において、以下の現象を生じさせる。すなわち、時効処理後の中間材(第2の中間材)の表面から溶出して酸洗液中に含まれるCuイオンが、酸洗処理中の中間材の表面に再付着する。ここで、上記バッチ焼鈍および時効処理が施されていることにより、上記中間材の母材にはCuリッチ相および微細Cuリッチ相が含まれている。そのため、上記中間材の表面近傍に存在するCuリッチ相および微細Cuリッチ相が溶解することにより、酸洗液中に溶出するCuイオンの濃度を高めることができる。その結果、マルテンサイト系ステンレス鋼材の表面およびその近傍にCuが濃化した部分を適切に形成することができる。本明細書において、Cuが濃化した部分が形成されたマルテンサイト系ステンレス鋼材の表面およびその近傍を、Cu濃化表層部と称する。このCu濃化表層部には、酸洗液中のCuイオンが析出して形成されたCu付着層、Cuリッチ相、および微細Cuリッチ相が含まれている。これにより、表面接触抵抗を低減することができる。 Among the multiple pickling treatments that may be included in the manufacturing process of the martensitic stainless steel material, at least the conditions of the pickling treatment after the aging treatment are specified. As a result, the following phenomenon occurs in the pickling treatment after the aging treatment. That is, Cu ions dissolved from the surface of the intermediate material (second intermediate material) after the aging treatment and contained in the pickling solution are reattached to the surface of the intermediate material during the pickling treatment. Here, by performing the batch annealing and aging treatment, the base material of the intermediate material contains a Cu-rich phase and a fine Cu-rich phase. Therefore, the Cu-rich phase and the fine Cu-rich phase present in the vicinity of the surface of the intermediate material are dissolved, thereby increasing the concentration of Cu ions dissolved in the pickling solution. As a result, a Cu-enriched portion can be appropriately formed on the surface of the martensitic stainless steel material and in its vicinity. In this specification, the surface of the martensitic stainless steel material on which the Cu-enriched portion is formed and its vicinity are referred to as a Cu-enriched surface layer portion. This Cu-enriched surface layer contains a Cu adhesion layer formed by the precipitation of Cu ions in the pickling solution, a Cu-rich phase, and a fine Cu-rich phase. This makes it possible to reduce the surface contact resistance.
なお、微細Cuリッチ相は、Cuリッチ相と同様に、Cuを含むステンレス鋼の材料組織中に生成した、Cuを主体とする相のことであり、Cuを80原子%以上含む相である。 The fine Cu-rich phase, like the Cu-rich phase, is a phase that is mainly composed of Cu and is formed in the material structure of stainless steel containing Cu, and contains 80 atomic % or more of Cu.
これらの効果により、表面の硬さを向上させつつ、電気抵抗および表面接触抵抗の両方が低減されたマルテンサイト系ステンレス鋼材を実現した。また、本発明の一態様におけるマルテンサイト系ステンレス鋼材が備える母材のマトリクスは、フェライト相と、母材の50体積%以上のマルテンサイト相との複相組織、またはマルテンサイト単相組織である。さらに、上記マルテンサイト系ステンレス鋼材には、Cu濃化表層部に微細Cuリッチ相が含まれている。これらの構成により、当該マルテンサイト系ステンレス鋼材では、表面硬さが向上しており、耐疵付き性についても改善している。このようなマルテンサイト系ステンレス鋼材を用いれば、安定した導電性を有する電気接点部品を製造することができる。 These effects have resulted in a martensitic stainless steel material that has improved surface hardness while reducing both electrical resistance and surface contact resistance. In addition, the matrix of the base material of the martensitic stainless steel material in one embodiment of the present invention is a multiphase structure of a ferrite phase and a martensite phase that accounts for 50 volume % or more of the base material, or a martensite single-phase structure. Furthermore, the martensitic stainless steel material contains a fine Cu-rich phase in the Cu-enriched surface layer. Due to these configurations, the martensitic stainless steel material has improved surface hardness and scratch resistance. By using such a martensitic stainless steel material, electrical contact parts with stable conductivity can be manufactured.
<マルテンサイト系ステンレス鋼材>
本発明の一実施形態におけるマルテンサイト系ステンレス鋼材について、図1を参照して以下に説明する。図1は、本発明の一実施形態におけるマルテンサイト系ステンレス鋼材1について、模式的に示す断面図である。
<Martensitic stainless steel material>
A martensitic stainless steel material according to one embodiment of the present invention will be described below with reference to Fig. 1. Fig. 1 is a cross-sectional view that shows a schematic diagram of a martensitic
図1に示すように、本実施形態のマルテンサイト系ステンレス鋼材1は、マトリクス25中に、500nm未満の粒径を有する微細Cuリッチ相(第1のCuリッチ相)21と、500nm以上の粒径を有するCuリッチ相(第2のCuリッチ相)22とが形成されている。また、本実施形態のマルテンサイト系ステンレス鋼材1は、マトリクス25よりもCuが濃化したCu濃化表層部10が母材20の表面およびその近傍に形成されている。マトリクス25は、母材20における主相(母相)であって、フェライト相と、母材20の50体積%以上のマルテンサイト相との複相組織またはマルテンサイト単相組織である。
As shown in FIG. 1, the martensitic
また、Cu濃化表層部10は、不動態皮膜11と、Cu付着層13と、マトリクス25の表層部分であるマトリクス表層25Aと、を含む。マトリクス表層25Aには微細Cuリッチ相21およびCuリッチ相22が含まれている。これらの各部について詳しくは後述する。
The Cu-enriched
なお、図1において、Cu濃化表層部10および母材20の組織構造を模式的に示しているが、Cu濃化表層部10および母材20に含まれる各部の形状、大きさ、および位置は、図示のために仮に設定しており、発明を限定するものではない。
Note that in FIG. 1, the structure of the Cu-enriched
(成分組成)
マルテンサイト系ステンレス鋼材1は、Cu:1.0質量%以上15.0質量%以下を含有する。マルテンサイト系ステンレス鋼材1は、マルテンサイト系ステンレス鋼の組成を基本として、Cuを含有する組成である。すなわち、マルテンサイト系ステンレス鋼材1は、Ni含有量が1.0質量%以下である。
(Component Composition)
The martensitic
Cuはマルテンサイト系ステンレス鋼材1の導電性向上のために添加する。Cuの含有量が1.0質量%未満では後述の処理によって導電性を向上させることが十分にできない。一方、Cu含有量が多過ぎると熱間加工性および耐食性が低下し得ることから、Cu含有量は15.0質量%以下に制限される。なお、鋼板を製造する場合など、熱間加工性劣化によるコスト増が顕著になる場合には8.0質量%以下の範囲でCuを含有させることが望ましい。
Cu is added to improve the electrical conductivity of the martensitic
Crは鋼の耐食性を改善するために必須の元素であり、マルテンサイト系ステンレス鋼材1は、Cr:9.0質量%以上13.0質量%以下を含有することが好ましい。Crを過剰に添加すると導電性の低下、製造性の劣化が生じ得ることから、Cr含有量は13.0質量%以下に制限される。
Cr is an essential element for improving the corrosion resistance of steel, and it is preferable that martensitic
マルテンサイト系ステンレス鋼材1は、熱間加工性および電気抵抗の両方のバランスを鑑みて、Cu:1.5質量%以上5.0%質量%以下、Cr:11.0%質量%以上13.0質量%以下を含有することが好ましい。
In consideration of the balance between hot workability and electrical resistance, it is preferable that martensitic
Cr,Cu以外の合金元素については、質量%でC+N:0.10%以下,Mn:2.0%以下,Si:2.0%以下とし、必要に応じてTi:0.5%以下,Nb:0.5%以下のうち1種または2種を含有させ、残部をFeおよび不可避的不純物とすることができる。その他、質量%で、Mo:3.0%以下,Al:5.0%以下,V:2.0%以下,W:2.0%以下,Zr:1.0%以下,REM:0.1%以下の範囲でこれらの元素を必要に応じて1種または2種以上含有させてもよい。 As for alloying elements other than Cr and Cu, the mass percentages are C+N: 0.10% or less, Mn: 2.0% or less, Si: 2.0% or less, and if necessary, one or two of Ti: 0.5% or less, Nb: 0.5% or less may be included, with the balance being Fe and unavoidable impurities. In addition, if necessary, one or more of these elements may be included within the mass percentages of Mo: 3.0% or less, Al: 5.0% or less, V: 2.0% or less, W: 2.0% or less, Zr: 1.0% or less, and REM: 0.1% or less.
Ti:0.5%以下,Nb:0.5%以下の1種または2種を含有させる場合、下記(2)式を満たすようにすることが望ましい;
7(C+N)≦Ti+Nb≦7(C+N)+0.3・・・(2)。
When one or both of Ti: 0.5% or less and Nb: 0.5% or less are contained, it is desirable to satisfy the following formula (2):
7(C+N)≦Ti+Nb≦7(C+N)+0.3 (2).
(Cuリッチ相・微細Cuリッチ相)
微細Cuリッチ相21は、後述の時効析出処理によって、マトリクス25中に分散して析出した時効析出物である。微細Cuリッチ相21の粒径は、0より大きく500nm未満である。前記粒径の下限値は特に限定されず、透過型電子顕微鏡を用いて観察できる程度の粒径であればよい。微細Cuリッチ相21の粒径は、好ましくは、5nm以上20nm以下である。微細Cuリッチ相21の個々の粒子の粒径は、当該粒子の最大径によって表される。個々の極微粒子の粒径を定量的に測定することは難しいが、透過型電子顕微鏡を用いて観察することにより、マトリクス25中に分散して存在する異種相の粒径が500nm未満の範囲内にあるか否かを判別することは十分可能である。また、微細Cuリッチ相21の粒径が5nm以上20nm以下の範囲内にあるか否かを判別することもできる。
(Cu-rich phase/fine Cu-rich phase)
The fine Cu-
Cuリッチ相22は、後述のバッチ焼鈍処理によって、マトリクス25中に分散して析出した析出物である。Cuリッチ相22の粒径は、500nm以上であり、好ましくは、1500nm以上である。
The Cu-
本発明の一態様におけるマルテンサイト系ステンレス鋼材は、マトリクス25中に少なくとも微細Cuリッチ相21を含む。これにより、母材20の電気抵抗率を低減することができる。本実施形態におけるマルテンサイト系ステンレス鋼材1では、マトリクス25中に微細Cuリッチ相21とCuリッチ相22とが共存した組織構造を有しており、母材20の電気抵抗率をより一層効果的に低減することができる。特に、粒径5nm以上20nm以下の微細Cuリッチ相21と粒径1500nm以上のCuリッチ相22とをマルテンサイト相であるマトリクス25中に共存分散させることにより、導電性向上効果が大きくなる。
The martensitic stainless steel material in one aspect of the present invention contains at least a fine Cu-
この理由については明らかでは無いが、例えば、母材20中において、微細Cuリッチ相21とCuリッチ相22との互いの距離が短くなることにより、電気伝導パスが形成されることが考えられる。
The reason for this is unclear, but it is thought that, for example, an electrical conduction path is formed by shortening the distance between the fine Cu-
(Cu濃化表層部)
図1に示すように、マルテンサイト系ステンレス鋼材1の表面には、マトリクス25よりもCuが濃化したCu濃化表層部10が形成されている。Cu濃化表層部10は、後述のバッチ焼鈍処理および時効処理によって、母材20中に少なくともCuリッチ相22を含む状態とした後、後述の酸洗処理(混酸を用いた酸洗処理)を行うことにより形成される。以下、本明細書において、Cu濃化表層部10を形成するような酸洗処理をCu付着酸洗処理と称する。このCu付着酸洗処理は、マルテンサイト系ステンレス鋼材1の製造工程において、少なくとも最終的な酸洗処理として行われる。Cu付着酸洗処理は、バッチ焼鈍後、最終的な酸洗処理までの間の中間工程においても行われることが好ましい。この理由については後述する。
(Cu-enriched surface layer)
As shown in FIG. 1, a Cu-enriched
Cu濃化表層部10について、図2を用いて説明する。図2は、マルテンサイト系ステンレス鋼材1の表面に対してグロー放電発光表面分析を行うことにより検出された、深さ方向におけるCu強度の変化の一例について示すグラフである。具体的には、幅50mm×長さ50mmの試験片を用いてグロー放電発光表面分析法(GDS)にて、マルテンサイト系ステンレス鋼材1の表面から深さ方向におけるCuの分布状態を測定した。マトリクス25のCu濃度は、例えば深さ40nm~50nmの部分における平均値を採用した。
The Cu-enriched
図2に示すように、本実施形態のマルテンサイト系ステンレス鋼材1は、組成分析をしたときに表面およびその近傍部分におけるCu濃度(表層強度I)がマトリクス25におけるCu濃度の強度I0よりも明らかに大きくなる。マルテンサイト系ステンレス鋼材1におけるこのような表層部を、Cu濃化表層部10と称する。Cu濃化表層部10は、マルテンサイト系ステンレス鋼材1の表面から深さ約3nmまでの領域に形成されている。表層強度Iは、Cu濃化表層部10おけるCu濃度を示すグラフのピークの強度を意味する。図2に示す例では、表層強度Iは、約0.84である。本実施形態におけるマルテンサイト系ステンレス鋼材1は、マトリクス25におけるCu濃度の強度I0に対する、Cu濃化表層部10における表層強度Iの比(表層Cu強度比)が1.5以上であり、例えば、1.6以上2.5以下である。マルテンサイト系ステンレス鋼材1は、表面接触抵抗値の安定性の観点から、表層Cu強度比が1.7以上であることが好ましい。また、マルテンサイト系ステンレス鋼材1は、表層Cu強度比が2.0以下であることが好ましい。表層Cu強度比が2.0を超えると、マルテンサイト系ステンレス鋼材1の耐食性が低下する可能性があるためである。マルテンサイト系ステンレス鋼材1は、表層Cu強度比が1.7以上2.0以下であることが好ましい。
2, in the martensitic
Cu濃化表層部10の詳細な構造については明らかでは無いが、上記のように表層Cu強度比が1.5以上であることから、Cu付着層13と、不動態皮膜11と、マトリクス表層25Aと、を含む構造を有していると考えられる。マトリクス表層25Aは、マトリクス25の最表面の近傍の部分(例えば最表面から数nmの深さまでの部分)であって、微細Cuリッチ相21およびCuリッチ相22を含む(図1を参照)。マトリクス表層25Aは、マトリクス25の一部である。
The detailed structure of the Cu-enriched
Cu濃化表層部10は、上記Cu付着酸洗処理において酸洗液中に溶出したCuイオンが母材20の表面に付着(再付着)することにより形成されるCu付着層13を含む。Cu付着層13は、Cuを80原子%以上含む相であって、酸化または水酸化されたCuを含んでいてもよい。Cu付着層13は、例えば厚さが2nm~20nmである。また、Cu付着層13は、Cuイオンが母材20の表面に付着することにより、空間的に疎な状態(例えばポーラスな状態)にて形成される。そのため、Cu付着層13は、大気とマトリクス表層25Aとを互いに連通する連通孔を有するように形成される。この連通孔は、少なくとも酸素が、大気中からマトリクス表層25Aまで移動することを可能とする形状である。
The Cu-enriched
本実施形態におけるマルテンサイト系ステンレス鋼材1のCu濃化表層部10は、大気中にてCu付着層13の下面に形成された不動態皮膜11を有する。
In this embodiment, the Cu-enriched
不動態皮膜11は、(i)ポーラスなCu付着層13(具体的には上記連通孔)を通じてマトリクス表層25Aに接触した酸素と、(ii)マトリクス表層25Aに含まれるCr等と、の反応により、Cu付着層13とマトリクス表層25Aとの界面の少なくとも一部に形成される。
The
より詳しくは、上記Cu付着酸洗処理において、処理前に存在していた不動態皮膜は破壊され、マトリクス25(またはマトリクス表層25A)の表面にはCu付着層13が生成される。上記Cu付着酸洗処理の後、大気中において、ポーラスな状態のCu付着層13を通じて酸素が供給されることにより、マトリクス表層25AとCu付着層13との界面に不動態皮膜11が形成される。
More specifically, in the above-mentioned Cu adhesion pickling treatment, the passivation film that existed before the treatment is destroyed, and a
また、Cu濃化表層部10におけるマトリクス表層25Aは、微細Cuリッチ相21およびCuリッチ相22を含む。
In addition, the
図1に示すように、Cu濃化表層部10は、マトリクス25の表面(すなわちCu付着層13とマトリクス表層25Aとの界面)に微細Cuリッチ相21またはCuリッチ相22が存在する領域には、不動態皮膜11が形成されていなくてもよい。これは、当該領域においてCrの存在量が不足し、不動態皮膜11が形成し難くなるためである。この場合、Cu付着層13と、微細Cuリッチ相21またはCuリッチ相22とが接していてもよい。
As shown in FIG. 1, in the Cu-enriched
また、Cu濃化表層部10は、ポーラスなCu付着層13を介した酸素の供給が不十分な領域においては、Cu付着層13とマトリクス表層25Aとが互いに接しており導電性の比較的高い良導電領域が形成されていてもよい。
In addition, in the Cu-enriched
Cu濃化表層部10は、表面にCu付着層13およびマトリクス表層25Aを含み、それらの界面の少なくとも一部に不動態皮膜11を含む。Cu濃化表層部10は、Cu付着層13と、微細Cuリッチ相21またはCuリッチ相22と、によって比較的導電性の高い電気伝導パスが形成されている。これにより、マルテンサイト系ステンレス鋼材1は、一般的なマルテンサイト系ステンレス鋼材よりも、表面接触抵抗を低減することができる。
The Cu-enriched
(導電性)
本実施形態のマルテンサイト系ステンレス鋼材1は、電気抵抗率が60μΩ・cm以下に低減されているとともに、表面接触抵抗値が45mΩ以下に低減されている。マルテンサイト系ステンレス鋼材1は、好ましくは、電気抵抗率が60μΩ・cm以下に低減されているとともに、表面接触抵抗値が30mΩ以下に低減されている。
(Conductive)
The martensitic
<製造方法>
本実施形態のマルテンサイト系ステンレス鋼板の製造方法の一例について、以下に説明する。
<Production Method>
An example of a method for manufacturing the martensitic stainless steel sheet of this embodiment will be described below.
(前処理工程)
前処理工程では、先ず、真空溶解炉を用いて、本発明の範囲内となるように組成を調整した鋼を溶製する。この鋼を鋳造して鋼塊を製造する。
(Pretreatment process)
In the pretreatment step, first, a vacuum melting furnace is used to produce steel having a composition adjusted to fall within the range of the present invention. This steel is then cast to produce a steel ingot.
(熱間圧延工程)
熱間圧延工程では、上記前処理工程後の鋼塊を熱間圧延することにより、熱延鋼帯を製造する。圧延工程における温度は一般的な範囲内であってよく、例えば800℃~1250℃程度であってよい。
(Hot rolling process)
In the hot rolling process, the steel ingot after the pretreatment process is hot rolled to produce a hot rolled steel strip. The temperature in the rolling process may be within a general range, for example, about 800°C to 1250°C.
(第1の焼鈍工程)
本実施形態のマルテンサイト系ステンレス鋼板の製造方法は、上記熱延鋼帯に対して、例えばバッチ型焼鈍炉(ベル型焼鈍炉)を用いて、マルテンサイト系ステンレス鋼の成分組成を有する圧延材の焼鈍(バッチ焼鈍)を行う焼鈍工程を含む。この焼鈍工程を第1の焼鈍工程(バッチ焼鈍工程)と称する。第1の焼鈍工程における加熱温度は780℃以上830℃以下であり、加熱時間は6時間以上である。第1の焼鈍工程では、上記熱延鋼帯は、上記処理時間の間、上記加熱温度にて保持される。第1の焼鈍工程では、大気雰囲気、またはN2とH2との混合雰囲気、の何れの雰囲気で焼鈍が施されてもよい。
(First annealing step)
The manufacturing method of the martensitic stainless steel sheet of this embodiment includes an annealing step of annealing the rolled material having the component composition of martensitic stainless steel (batch annealing) using, for example, a batch annealing furnace (bell annealing furnace) for the hot rolled steel strip. This annealing step is called the first annealing step (batch annealing step). The heating temperature in the first annealing step is 780°C or higher and 830°C or lower, and the heating time is 6 hours or longer. In the first annealing step, the hot rolled steel strip is held at the heating temperature for the treatment time. In the first annealing step, annealing may be performed in either an air atmosphere or a mixed atmosphere of N2 and H2 .
上記熱延鋼帯に対して上記第1の焼鈍工程を施すことにより、マトリクス25中に多量のCuリッチ相22を析出させることができる。上記第1の焼鈍工程では、加熱温度を780℃以上とすることにより、上記熱延鋼帯を軟質化する。
By subjecting the hot-rolled steel strip to the first annealing process, a large amount of Cu-
また、上記第1の焼鈍工程では、上記熱延鋼帯のマトリクス25に相変態(α相→γ相)が生じないように、加熱温度を830℃以下とする。上記熱延鋼帯のマトリクス25は、その鋼組成によっては、オーステナイト相に変態する温度領域(いわゆる状態図におけるγループ)を有することがある。オーステナイト相は冷却後マルテンサイト相に変態するため、鋼帯の靭性を低下させ製造上不具合が生じる可能性がある。
In addition, in the first annealing process, the heating temperature is set to 830°C or lower so as to prevent phase transformation (α phase to γ phase) in the
そのため、第1の焼鈍工程における加熱温度の範囲は、780℃以上830℃以下という比較的狭い範囲として規定される。 Therefore, the heating temperature range in the first annealing process is specified as a relatively narrow range of 780°C or higher and 830°C or lower.
(中間工程)
本実施形態におけるマルテンサイト系ステンレス鋼材1の製造方法では、上記第1の焼鈍工程の後、少なくとも第1の酸洗工程を含む中間工程を施す。
(Intermediate process)
In the method for producing the martensitic
上記第1の焼鈍工程により得られた焼鈍鋼帯(第1の焼鈍材)に対して、第1の酸洗工程によって酸洗処理を施す。この第1の酸洗工程では、焼鈍鋼帯の脱スケール処理が行われる。 The annealed steel strip (first annealed material) obtained by the first annealing process is subjected to pickling treatment by the first pickling process. In this first pickling process, the annealed steel strip is descaled.
なお、第1の酸洗工程において、後述する最終酸洗工程と同様の条件にて混酸を用いてCu付着酸洗処理を行うことが好ましい。具体的には、(i)50g/L以上150g/L以下の硝酸と(ii)5g/L以上15g/L以下のフッ化水素酸とを含有する酸洗液(混酸)を用いるとともに、当該酸洗液の液温を30℃以上60℃以下として、上記焼鈍鋼帯に対して酸洗処理を行うことが好ましい。 In the first pickling step, it is preferable to perform Cu adhesion pickling treatment using a mixed acid under the same conditions as the final pickling step described below. Specifically, it is preferable to use a pickling solution (mixed acid) containing (i) nitric acid at 50 g/L or more and 150 g/L or less and (ii) hydrofluoric acid at 5 g/L or more and 15 g/L or less, and to perform the pickling treatment on the annealed steel strip with the temperature of the pickling solution set to 30°C or more and 60°C or less.
本実施形態におけるマルテンサイト系ステンレス鋼材1の製造方法では、上記第1の酸洗工程において、後述する最終酸洗工程と同様の条件にてCu付着酸洗処理を行う場合について説明する。
In the manufacturing method of the martensitic
上記第1の酸洗工程においてCu付着酸洗処理が行われることにより、上記焼鈍鋼帯の表面において脱スケールが生じるとともに、マトリクス25の一部(Cuリッチ相22を含む)が溶解し、酸洗液中にCuイオンが溶出する。上記第1の酸洗工程において、酸洗液中に含まれるCuイオンは上記焼鈍鋼帯の表面に再付着する。これにより、上記焼鈍鋼帯は、表面にCu付着層が形成される。以下では、マルテンサイト系ステンレス鋼材1の製造工程の途中において被処理材の表面に形成されるCu付着層を、マルテンサイト系ステンレス鋼材1におけるCu付着層13と区別するために中間Cu付着層と称する。この中間Cu付着層は、Cu付着層13と同様の組成であってもよい。中間Cu付着層に含まれるCuの合計量は、Cu付着層13に含まれるCuの合計量よりも比較的少ない。
In the first pickling process, the Cu adhesion pickling process is performed, whereby descaling occurs on the surface of the annealed steel strip, and part of the matrix 25 (including the Cu-rich phase 22) dissolves, and Cu ions are eluted into the pickling solution. In the first pickling process, the Cu ions contained in the pickling solution are redeposited on the surface of the annealed steel strip. As a result, a Cu adhesion layer is formed on the surface of the annealed steel strip. Hereinafter, the Cu adhesion layer formed on the surface of the treated material during the manufacturing process of the martensitic
上記中間工程は、上記第1の酸洗工程に次いで、冷間圧延工程を含んでいてもよい。上記中間工程において冷間圧延工程を含む場合、上記第1の酸洗工程によって脱スケールされた上記焼鈍鋼帯に対して、例えば圧下率50~80%にて冷間圧延を施すことにより冷延鋼帯とする。 The intermediate process may include a cold rolling process following the first pickling process. When the intermediate process includes a cold rolling process, the annealed steel strip descaled by the first pickling process is cold rolled, for example, at a reduction rate of 50 to 80%, to produce a cold-rolled steel strip.
上記中間工程は、上記冷間圧延工程に次いで、上記冷延鋼帯に対して焼鈍処理および酸洗処理を行う第2の焼鈍工程および第2の酸洗工程を含んでいてもよい。 The intermediate process may include a second annealing process and a second pickling process in which the cold-rolled steel strip is annealed and pickled following the cold rolling process.
この第2の焼鈍工程は、連続焼鈍であってよく、処理時間は、例えば数十秒~数分程度であってよい。第2の焼鈍工程における均熱温度は1000℃以上とする。第2の焼鈍工程は、上記冷延鋼帯をフェライト相からオーステナイト相(冷却後はマルテンサイト相)へ変態させるために行われる。第2の焼鈍工程において、加熱後の鋼帯を空冷する。 This second annealing process may be continuous annealing, and the processing time may be, for example, several tens of seconds to several minutes. The soaking temperature in the second annealing process is 1000°C or higher. The second annealing process is performed to transform the cold-rolled steel strip from the ferrite phase to the austenite phase (martensite phase after cooling). In the second annealing process, the steel strip after heating is air-cooled.
次いで、第2の焼鈍工程後の焼鈍鋼帯に対して、第2の酸洗工程を施す。上記第2の酸洗工程によって、上記焼鈍鋼帯の脱スケール処理が行われる。この第2の酸洗工程においても、後述する最終酸洗工程と同様の条件にてCu付着酸洗処理を行うことが好ましい。具体的には、(i)50g/L以上150g/L以下の硝酸と(ii)5g/L以上15g/L以下のフッ化水素酸とを含有する酸洗液を用いるとともに、当該酸洗液の液温を30℃以上60℃以下として、上記焼鈍鋼帯に対して酸洗処理を行うことが好ましい。 Next, the annealed steel strip after the second annealing process is subjected to a second pickling process. The annealed steel strip is descaled by the second pickling process. In this second pickling process, it is preferable to perform Cu adhesion pickling under the same conditions as the final pickling process described below. Specifically, it is preferable to use a pickling solution containing (i) nitric acid of 50 g/L to 150 g/L and (ii) hydrofluoric acid of 5 g/L to 15 g/L, and to perform the pickling process on the annealed steel strip with the temperature of the pickling solution being 30°C to 60°C.
上記第2の酸洗工程では、上記焼鈍鋼帯の表面においてスケールが除去されるとともに、中間Cu付着層、不動態皮膜11、マトリクス25の一部(Cuリッチ相22を含む)が溶解する。ここで、上記焼鈍鋼帯の表面において、中間Cu付着層およびマトリクス表層25Aの一部が溶解することにより、酸洗液中のCuイオンの濃度を高めることができる。
In the second pickling process, scale is removed from the surface of the annealed steel strip, and the intermediate Cu adhesion layer, the
これにより、上記第2の酸洗工程後の上記焼鈍鋼帯は、表層に中間Cu付着層が効果的に形成される。 As a result, an intermediate Cu adhesion layer is effectively formed on the surface of the annealed steel strip after the second pickling process.
(時効処理工程)
本実施形態のマルテンサイト系ステンレス鋼材1の製造方法は、上記中間工程後の中間製品(第1の中間材)の鋼帯に対して時効処理を行う時効処理工程を含む。時効処理工程は、下記(1)式で定義されるA値が15.0以上20.0以下となる条件で行う。
A=T(20+logt)×10-3 ・・・(1)
ここで、Tは時効温度(K)であり、tは時効時間(h)である。
(Aging treatment process)
The method for producing the martensitic
A=T(20+logt)× 10-3 ...(1)
where T is the aging temperature (K) and t is the aging time (h).
上記のように時効処理工程を行うことにより、上記中間製品の鋼帯におけるマトリクス25中に微細Cuリッチ相21を分散して析出させることができる。
By carrying out the aging treatment process as described above, fine Cu-
上記時効処理工程において、時効時間tは、操業ラインでの処理を想定すると、0.016h以上(概算して略60sec以上)であることが好ましい。また、時効温度Tは、微細Cuリッチ相21が多量に析出できる830℃以下であることが好ましい。
In the above aging treatment process, the aging time t is preferably 0.016 h or more (approximately 60 sec or more) assuming processing on an operating line. In addition, the aging temperature T is preferably 830°C or less at which a large amount of fine Cu-
また、本実施形態におけるマルテンサイト系ステンレス鋼材1の製造方法では、下記(2)式により算出されるΔHVが35HVよりも大きい;
ΔHV=HV2-HV1 ・・・(2)
ここで、HV1は、時効処理工程の前における中間製品(第1の中間材)の硬さであり、HV2は、時効処理工程の後における中間製品(第2の中間材)の硬さである。
In addition, in the manufacturing method of the martensitic
ΔHV=HV2-HV1...(2)
Here, HV1 is the hardness of the intermediate product (first intermediate material) before the aging treatment process, and HV2 is the hardness of the intermediate product (second intermediate material) after the aging treatment process.
マルテンサイト系ステンレス鋼材1は、マトリクス25中に微細Cuリッチ相21を含むとともに、Cu濃化表層部10を有する。これにより、ΔHVが35HVよりも大きいように製造することができる。その結果、表面の硬度を高めることができる。したがって、耐疵付き性が向上する。また、マルテンサイト系ステンレス鋼材1は、ΔHVが60HVよりも大きいことが好ましく、200HVよりも大きいことがより好ましい。
The martensitic
(最終酸洗工程)
本実施形態におけるマルテンサイト系ステンレス鋼材1の製造方法は、上記時効処理工程によって得られた中間製品(第2の中間材)に対して、最終的な酸洗処理を行う最終酸洗工程を含む。最終酸洗工程では、混酸を用いて酸洗処理(混酸処理)を行う。最終酸洗工程にて用いる酸洗液(混酸)は、硝酸:50g/Lおよびフッ化水素酸:3~15g/Lを含み、液温30~60℃である。
(Final pickling process)
The manufacturing method of the martensitic
混酸処理では、溶解した酸化スケール中または母材中のCuイオンが他イオンに比べ優先的に表面へ析出(付着)する。そのため、表層にCuの濃縮が認められる。この効果により、表面接触抵抗値を低下させることが可能となる。一方で、硝酸電解では、常に電解処理で表面を溶解させている状態であることから、溶解したイオンの析出(付着)は認められない。 In mixed acid treatment, Cu ions in the dissolved oxide scale or base material are preferentially deposited (adhered) to the surface compared to other ions. As a result, Cu is concentrated in the surface layer. This effect makes it possible to reduce the surface contact resistance. On the other hand, in nitric acid electrolysis, the surface is constantly dissolved by the electrolytic treatment, so deposition (adhesion) of dissolved ions is not observed.
上記最終酸洗工程によって、上述した第1の酸洗工程および第2の酸洗工程と同様に、処理材の表面にCu付着層13が形成される。その結果、Cu濃化表層部10を有するマルテンサイト系ステンレス鋼材1を得ることができる。
By the above-mentioned final pickling process, a
(有利な効果)
以上のように、本実施形態におけるマルテンサイト系ステンレス鋼材1は、母材20に微細Cuリッチ相21およびCuリッチ相22を含むことにより、母材20の電気抵抗が低減されている。そして、Cu濃化表層部10を備えることにより表面接触抵抗が低減されている。さらに、上述のように、表面の硬度を高めることができる。つまり、マルテンサイト系ステンレス鋼材1は、電気抵抗および表面接触抵抗の両方が低減されているとともに、耐疵付き性が向上している。
(Advantageous Effects)
As described above, in the martensitic
マルテンサイト系ステンレス鋼材1は、以下のようにして形成されたCu付着層13を有している。すなわち、上述のように、中間工程にて混酸処理を行うことにより、第1の中間材の表面に中間Cu付着層を形成させる。そして、その後の時効処理工程にて、テンパーカラー(薄い酸化スケール)中に中間Cu付着層のCuを拡散させ、Cuリッチなテンパーカラーとする。その後、Cuリッチなテンパーカラーを最終酸洗工程にて溶解させる。これにより、最終酸洗工程にて、より多くのCuをマトリクス表層25Aの表面に付着させて、Cu付着層13を形成することができる。
The martensitic
また、マルテンサイト系ステンレス鋼材1は、Ni含有量が低い。そして、表面に特殊なコーティングを必要としない。そのため、製造コストが嵩まないようにすることができる。
In addition, the martensitic
したがって、マルテンサイト系ステンレス鋼材1は、例えば電気接点部品に適用した場合、電気抵抗および表面接触抵抗の両方が低減されていることから導電性に優れている。その上、耐疵付き性が向上していることから導電性が劣化する可能性を低減することができ、その結果、電気接点部品を安定的に使用することができる。よって、マルテンサイト系ステンレス鋼材1は、電気接点部品として好適に用いることができる。
Therefore, when the martensitic
〔附記事項〕
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、上記説明において開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
[Additional Notes]
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope of the claims. Embodiments obtained by appropriately combining the technical means disclosed in the above description are also included in the technical scope of the present invention.
以下、本発明の一態様におけるマルテンサイト系ステンレス鋼材の実施例について説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されない。 Below, examples of martensitic stainless steel materials according to one aspect of the present invention are described, but the present invention is not limited to these examples.
本実施例においては、表1に示す鋼種のマルテンサイト系ステンレス鋼を真空溶解炉で溶製し、熱間圧延(1200℃、2時間)にて板厚3mmの熱延板とした。次いで、加熱炉中にて600~800℃で6時間加熱することによりバッチ焼鈍を行った。その後、酸洗し、冷間圧延により板厚1.0mmの冷延板とした。各冷延板について、1050℃で1分間均熱して空冷する焼鈍を施した後、酸洗処理を施した。その後、350℃~900℃の種々の温度で時効処理を施し、混酸(成分組成は上述の実施形態を参照)を用いる酸洗処理または硝酸電解による酸洗処理を行った。時効処理条件を表2、3に示した。 In this embodiment, the martensitic stainless steels shown in Table 1 were melted in a vacuum melting furnace and hot-rolled (1200°C, 2 hours) to produce hot-rolled sheets with a thickness of 3 mm. Next, batch annealing was performed by heating in a heating furnace at 600 to 800°C for 6 hours. After that, the sheets were pickled and cold-rolled to produce cold-rolled sheets with a thickness of 1.0 mm. Each cold-rolled sheet was annealed by soaking at 1050°C for 1 minute and air-cooling, and then pickled. Then, aging treatment was performed at various temperatures from 350°C to 900°C, and pickling treatment was performed using mixed acid (see the above embodiment for the composition) or pickling treatment using nitric acid electrolysis. The aging treatment conditions are shown in Tables 2 and 3.
表1において数値の記載を省略しているが、鋼種C1~C8は、いずれもNi含有量が1.0質量%以下であった。表1の「区分」では、1.0質量%以上15.0質量%以下のCuを含む鋼種を「本発明対象鋼」と称し、Cuの含有量が1.0質量%未満の鋼種を「比較鋼」と称している。 Although numerical values are omitted in Table 1, the Ni content of steel types C1 to C8 was 1.0 mass% or less. In the "Classification" section of Table 1, steel types containing 1.0 mass% or more and 15.0 mass% or less of Cu are referred to as "steels subject to the present invention," and steel types with a Cu content of less than 1.0 mass% are referred to as "comparison steels."
バッチ焼鈍後および時効処理後の鋼板について、透過型電子顕微鏡観察を行い、マルテンサイト相マトリクスに分散しているCuリッチ相の粒径を調べた。時効処理後の鋼板については、バッチ焼鈍後と時効処理後に析出するCuリッチ相を区別するためバッチ焼鈍を施していない鋼板を別途製造し、その鋼板に時効処理を施し時効処理におけるCuリッチ相の粒径を観察した。 The steel sheets after batch annealing and aging treatment were observed with a transmission electron microscope to examine the grain size of the Cu-rich phase dispersed in the martensite phase matrix. Regarding the steel sheets after aging treatment, in order to distinguish between the Cu-rich phase precipitated after batch annealing and after aging treatment, a steel sheet that was not batch annealed was separately manufactured, and this steel sheet was subjected to aging treatment to observe the grain size of the Cu-rich phase after aging treatment.
また、時効処理後の鋼板について、表面接触抵抗値、電気抵抗率、および表層のCu濃度について試験を行った。表面接触抵抗値は、幅50mm×長さ50mmの試験片を用いて電気接点シミュレータにて測定した。電気抵抗率は、幅3mm×長さ100mmの試験片を用いて4端子法(JIS C 2525)にて測定した。幅50mm×長さ50mmの試験片を用いてGDSにて表層における表面からの深さ方向のCuの分布状態を測定した。求められたCu濃化表層部10におけるCu濃度のピーク値である表層強度Iを母材(マトリクス25)のCu濃度の強度I0で除した数値を表層Cu強度比とした。
The steel sheets after aging were also tested for surface contact resistance, electrical resistivity, and Cu concentration in the surface layer. Surface contact resistance was measured with an electrical contact simulator using a
また、時効処理前における鋼板の表面硬さ、および時効処理後における鋼板の表面硬さをそれぞれ測定し、それらの差を算出した。 In addition, the surface hardness of the steel sheet before and after aging treatment was measured, and the difference between them was calculated.
その結果を表2、3に示す。表3には、次の特性(A)および(B)を有する鋼板を「本発明鋼」として列挙している。表2には、特性(A)または(B)のいずれか一方でも有さない鋼板を「比較鋼」として列挙している。
特性(A):表面接触抵抗値が45mΩ以下である。
特性(B):電気抵抗率が60μΩ・cm以下である。
The results are shown in Tables 2 and 3. In Table 3, steel sheets having the following properties (A) and (B) are listed as "invention steels". In Table 2, steel sheets not having either property (A) or (B) are listed as "comparison steels".
Characteristic (A): The surface contact resistance is 45 mΩ or less.
Property (B): Electric resistivity is 60 μΩ·cm or less.
表2に示すように、仕上げ酸洗処理において硝酸電解を行った比較例No.2、4、6では、時効処理の有無に関わらず、表面接触抵抗値が高かった。比較例No.4では、微細Cuリッチ相21は形成されているものの、表面接触抵抗値が高かった。その理由としては、Cu濃化表層部10、特にCu付着層13が十分に形成されていないためだと考えられる。比較例No.4では、表層Cu強度比が1.1であり、基準となる1.5よりも小さいことから、Cu濃化表層部10が十分に形成されていないことが推測される。
As shown in Table 2, in Comparative Examples 2, 4, and 6, in which nitric acid electrolysis was performed in the final pickling treatment, the surface contact resistance was high regardless of whether aging treatment was performed or not. In Comparative Example 4, although a fine Cu-
また、比較例No.1の結果から分かるように、Cu濃度の低い鋼種C1を用いる場合、上述の実施形態の製造方法を用いても、表面接触抵抗値および電気抵抗率を低減することができなかった。 In addition, as can be seen from the results of Comparative Example No. 1, when using steel type C1 with a low Cu concentration, it was not possible to reduce the surface contact resistance and electrical resistivity even when using the manufacturing method of the above embodiment.
比較例No.3、5では、時効処理における条件が本発明の範囲外であり、微細Cuリッチ相の析出がほとんど生じなかった。特に、比較例No.5では、時効処理における温度が高く時間が長かったことから、微細Cuリッチ相が溶解し、Cuが母材に固溶した。また、比較例No.7では時効処理は行われず、微細Cuリッチ相の析出がほとんど生じなかった。これらの結果、比較例No.3、5、7では、母材の電気抵抗率が60μΩ・cmよりも高く、表面硬度を示すΔHVについても35以下であった。 In Comparative Examples 3 and 5, the conditions for the aging treatment were outside the scope of the present invention, and precipitation of the fine Cu-rich phase hardly occurred. In particular, in Comparative Example 5, the temperature and time for the aging treatment were high, so the fine Cu-rich phase dissolved and Cu dissolved in the base material. In Comparative Example 7, aging treatment was not performed, and precipitation of the fine Cu-rich phase hardly occurred. As a result, in Comparative Examples 3, 5, and 7, the electrical resistivity of the base material was higher than 60 μΩ·cm, and the ΔHV indicating the surface hardness was 35 or less.
これに対して、表3に示すように、本発明の範囲内の条件にて製造した実施例No.11~25の鋼板は、表面接触抵抗値および電気抵抗率の両方が低減されたとともに、ΔHVが大きく耐疵付き性に優れていた。 In contrast, as shown in Table 3, the steel sheets of Examples 11 to 25, which were manufactured under conditions within the scope of the present invention, had reduced surface contact resistance and electrical resistivity, and had large ΔHV and excellent scratch resistance.
1 マルテンサイト系ステンレス鋼材
10 Cu濃化表層部
11 不動態皮膜
13 Cu付着層
20 母材
21 微細Cuリッチ相
22 Cuリッチ相
25 マトリクス
25A マトリクス表層
Claims (11)
さらに、必要に応じて、Ti:0.5%以下、Nb:0.5%以下のうち1種または2種を含有し、
Ni含有量が1.0質量%以下であり、
残部がFeおよび不可避的不純物からなる化学組成を有するマルテンサイト系ステンレス鋼材であって、
マトリクス中に500nm未満の粒径を有する第1のCuリッチ相が形成された母材と、
前記マルテンサイト系ステンレス鋼材の表面に形成された、前記母材よりもCuが濃化したCu濃化表層部と、を備え、
Cuに関する組成分析によって検出される、前記母材におけるCu強度の値に対する、前記Cu濃化表層部におけるCu強度のピーク値の比が1.5以上であり、
前記母材は、前記マトリクス中に500nm以上2000nm以下の粒径を有する第2のCuリッチ相が形成されており、
前記Cu濃化表層部は、(i)Cuを80原子%以上含む、ポーラスな状態のCu付着層と、(ii)当該Cu付着層と前記マトリクスの表層との界面に部分的に位置する不働態皮膜と、を含み、
電気抵抗率が60μΩ・cm以下かつ表面接触抵抗値が45mΩ以下である、マルテンサイト系ステンレス鋼材。 In mass%, Cu: 1.0% or more and 15.0 % or less, Cr: 9.0% or more and 13.0% or less, C + N: 0.10% or less, Mn: 2.0% or less, Si: 2.0% or less,
Further, if necessary, one or both of Ti: 0.5% or less and Nb: 0.5% or less are contained;
The Ni content is 1.0 mass% or less,
A martensitic stainless steel material having a chemical composition consisting of the balance being Fe and unavoidable impurities ,
A base material in which a first Cu-rich phase having a grain size of less than 500 nm is formed in a matrix;
A Cu-enriched surface layer portion formed on a surface of the martensitic stainless steel material, in which Cu is enriched more than in the base material ,
A ratio of a peak value of Cu intensity in the Cu-enriched surface layer portion to a value of Cu intensity in the base material, which is detected by a composition analysis of Cu, is 1.5 or more;
The base material has a second Cu-rich phase having a grain size of 500 nm or more and 2000 nm or less formed in the matrix,
The Cu-enriched surface portion includes: (i) a porous Cu adhesion layer containing 80 atomic % or more of Cu; and (ii) a passive film partially located at the interface between the Cu adhesion layer and a surface layer of the matrix,
A martensitic stainless steel material having an electrical resistivity of 60 μΩ·cm or less and a surface contact resistance of 45 mΩ or less .
前記表面接触抵抗値が、10mΩ以下である、請求項1に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼材。2. The martensitic stainless steel material according to claim 1, wherein the surface contact resistance is 10 mΩ or less.
厚さが2~20nmであり、The thickness is 2 to 20 nm,
前記マトリクスの表層に連通する連通孔を有し、having communicating holes communicating with a surface layer of the matrix,
前記連通孔は、大気中から前記マトリクスの表層に酸素が移動可能となる形状を有している、請求項1または2に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼材。3. The martensitic stainless steel material according to claim 1, wherein the communicating pores have a shape that allows oxygen to move from the atmosphere to a surface layer of the matrix.
さらに、必要に応じて、Ti:0.5%以下、Nb:0.5%以下のうち1種または2種を含有し、
Ni含有量が1.0質量%以下であり、
残部がFeおよび不可避的不純物からなるマルテンサイト系ステンレス鋼の成分組成を有する圧延材に対して、780℃以上830℃以下の温度で6時間以上加熱する焼鈍工程と、
前記焼鈍工程の後、少なくとも第1の酸洗工程を含む中間工程を施して得られた第1の中間材に対して、下記(1)式で定義されるA値が15.0以上20.0以下となる条件で時効処理を施すことによりマトリクス中に500nm未満の粒径を有する第1のCuリッチ相を形成する時効処理工程と、
前記時効処理工程によって得られた第2の中間材に対して、(i)50g/L以上150g/L以下の硝酸と(ii)5g/L以上15g/L以下のフッ化水素酸とを含有する混合液を用いて、該混合液の液温を30℃以上60℃以下として酸洗処理を施す最終酸洗工程と、を含み、
前記最終酸洗工程により得られるマルテンサイト系ステンレス鋼材は、電気抵抗率が60μΩ・cm以下かつ表面接触抵抗値が45mΩ以下である、マルテンサイト系ステンレス鋼材の製造方法;
A=T(20+logt)×10-3 ・・・(1)
(ここで、
T:時効温度(K)
t:時効時間(h)
である)。 In mass%, Cu: 1.0% or more and 15.0 % or less, Cr: 9.0% or more and 13.0% or less, C + N: 0.10% or less, Mn: 2.0% or less, Si: 2.0% or less,
Further, if necessary, one or both of Ti: 0.5% or less and Nb: 0.5% or less are contained;
The Ni content is 1.0 mass% or less,
An annealing process in which a rolled material having a component composition of martensitic stainless steel, the balance of which is Fe and unavoidable impurities , is heated at a temperature of 780°C to 830°C for 6 hours or more;
After the annealing step, an aging treatment step is performed on a first intermediate material obtained by performing an intermediate step including at least a first pickling step, under conditions in which the A value defined by the following formula (1) is 15.0 or more and 20.0 or less, thereby forming a first Cu-rich phase having a grain size of less than 500 nm in a matrix;
a final pickling step in which the second intermediate material obtained by the aging treatment step is subjected to a pickling treatment using a mixed solution containing (i) 50 g/L to 150 g/L of nitric acid and (ii) 5 g/L to 15 g/L of hydrofluoric acid, with the mixed solution having a temperature of 30° C. to 60° C .;
a method for producing a martensitic stainless steel material, wherein the martensitic stainless steel material obtained by the final pickling step has an electrical resistivity of 60 μΩ cm or less and a surface contact resistance of 45 mΩ or less ;
A=T(20+logt)× 10-3 ...(1)
(where:
T: Aging temperature (K)
t: aging time (h)
(It is.)
ΔHV=HV2-HV1 ・・・(2)
(ここで、
HV1:前記第1の中間材の硬さ
HV2:前記第2の中間材の硬さ
である)。 The method for producing a martensitic stainless steel material according to claim 7 or 8 , wherein ΔHV calculated by the following formula (2) is greater than 35HV;
ΔHV=HV2-HV1...(2)
(where:
HV1: hardness of the first intermediate material, HV2: hardness of the second intermediate material).
マトリクス中に前記第1のCuリッチ相が形成された母材と、A base material in which the first Cu-rich phase is formed in a matrix;
前記マルテンサイト系ステンレス鋼材の表面に形成された、前記母材よりもCuが濃化したCu濃化表層部と、を備え、A Cu-enriched surface layer portion formed on a surface of the martensitic stainless steel material, in which Cu is enriched more than in the base material,
Cuに関する組成分析によって検出される、前記母材におけるCu強度の値に対する、前記Cu濃化表層部におけるCu強度のピーク値の比が1.5以上であり、A ratio of a peak value of Cu intensity in the Cu-enriched surface layer portion to a value of Cu intensity in the base material, which is detected by a composition analysis of Cu, is 1.5 or more;
前記母材は、前記マトリクス中に500nm以上2000nm以下の粒径を有する第2のCuリッチ相が形成されており、The base material has a second Cu-rich phase formed in the matrix, the second Cu-rich phase having a grain size of 500 nm or more and 2000 nm or less,
前記Cu濃化表層部は、(i)Cuを80原子%以上含む、ポーラスな状態のCu付着層と、(ii)当該Cu付着層と前記マトリクスの表層との界面に部分的に位置する不働態皮膜と、を含む、請求項7~9のいずれか1項に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼材の製造方法。The method for producing a martensitic stainless steel material according to any one of claims 7 to 9, wherein the Cu-enriched surface layer portion includes: (i) a porous Cu adhesion layer containing 80 atomic % or more of Cu; and (ii) a passive film partially located at the interface between the Cu adhesion layer and a surface layer of the matrix.
前記表面接触抵抗値が、10mΩ以下である、請求項10に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼材の製造方法。The method for producing a martensitic stainless steel material according to claim 10, wherein the surface contact resistance is 10 mΩ or less.
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