JP4187624B2 - ドア部材用マルテンサイト系ステンレス鋼及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、住居等のドア部材に用いられるマルテンサイト系ステンレス鋼に関する。

マンション等の住居のドア部材には、意匠性の他に耐食性をも要求されるため、化粧鋼板に代わってオーステナイト系ステンレス鋼板が使用されようとしている。また、特許文献１では、ＳＵＳ３０４等のオーステナイト系ステンレス鋼板を使用したドア部材の問題点を改善するために、３０質量％以上のＣｒと２質量％以上のＭｏを含有したステンレス鋼板を使用することが提案されている。
また、住居用のドア部材ではないが、溶断を防ぐための対策を講じたドア構造が特許文献２で提案されている。

特開２００１−３２３７４６号公報 特開平９−３１９９２４号公報

ところで、近年、住居のドアの鍵穴近傍にドリルで穴を開け、手で鍵を開けて住居内に侵入する手口の盗難が急増している。
ＳＵＳ３０４のステンレス鋼板や特許文献１で提案された高Ｃｒステンレス鋼板は、硬さがさほど高くないので、ドリルにより容易に穴あけを行うことができる。したがって上記のような盗難対策には効果的ではない。特許文献２で提案された対策は、現金自動取引装置（ＡＴＭ）等、厳重な盗難対策を必要とする扉等に講じられるものであるから、この対策を一般の住居に適用することは、コストの点からも有効ではない。
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、住居のドア部材として、ドリルでの切削が困難なほどに硬いマルテンサイト系ステンレス鋼を提供することを目的とする。

本発明のドア部材用マルテンサイト系ステンレス鋼は、その目的を達成するため、Ｃ：０．０５〜１．２質量％，Ｃｒ：８〜１８質量％，Ｓｉ：１．０質量％以下，Ｍｎ：１．０質量％以下を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる組成を有するとともに、マルテンサイト組織を呈し、かつビッカース硬度で５００ＨＶ以上の硬さを有することを特徴とする。
この鋼は、さらに、Ｔｉ，Ｎｂ，Ｖ，Ｗ及びＭｏの少なくとも１種以上を合計で０．０５〜１．０質量％を含むものでもよい。
上記組成を有する鋼を、１０００〜１１５０℃で保持した後、焼入れ処理することにより、マルテンサイト組織を呈し、かつビッカース硬度で５００ＨＶ以上の硬さを有するものが得られる。
焼入れ後、さらに４００℃以下の温度で焼戻し処理すると、靭性をも有するものが得られる。

本発明により、ドリルにより穴を開けようとしても開穴に時間を要し、場合によってはドリルそのものが破損されるほどの硬質なマルテンサイト系ステンレス鋼が得られる。したがって当該ステンレス鋼を、ドア部材の表板や裏板に用いることにより、あるいは鍵穴周辺の表板と裏板間に介在させることにより、鍵穴近傍のドア部材をドリルで穴開けすることは困難となる。すなわち、本発明により、防犯効果に優れるドア部材用素材を、比較的低コストで提供することができる。

本発明者等は、課題解決のため鋭意検討した結果、マルテンサイト系ステンレス鋼の硬さを調整することにより、ドリルでの切削が困難な材料を提供できることを見出した。
すなわち、本発明者等は、成分、製造条件を種々変動させることにより硬さを変えた５．０ｍｍのステンレス鋼板を実験室的に作製し、それぞれの鋼板にドリルで穴を開け、穴が貫通するまでの時間を調査した。
その結果、材料の硬さが５００ＨＶを超えるとドリルで穴を貫通させるまでに要する時間（以下、「ドリル貫通時間」という。）が急激に増加することが判明した。

図１に、材料の硬さとドリル貫通時間の関係を示す。ドリル貫通時間は、硬さの増加にともない緩やかに増加し、硬さが５００ＨＶを超えると急増することがわかる。
なお、硬さは、ビッカース硬度計を用いて荷重９８Ｎで測定したものである。また、ドリル試験の条件は表１に示す通りであり、用いたドリルは一般的なＪＩＳ Ｂ４３０１に規定されているＨＳＳストレートドリルである。

上記ドリル穿穴試験で用いたＨＳＳドリルの硬さは表面の刃の部分で８２０ＨＶ、断面で５８０ＨＶである。図１の結果とあわせて考えると、ドリルでの切削は、材料の硬さがドリル断面の硬さに近づくと困難になることがわかる。ドリルでの切削では、ドリル刃を被切削材に回転させながら押し付けることにより、刃によって被切削材を削り取っていく作業であるから、当然ながら、切削のためにはドリル刃は被切削材よりも硬くなくてはならない。逆にいえば、被切削材がドリル刃と同等以上の硬さを有する時には切削は困難になる。

この点をふまえると、被切削材の硬さが５００ＨＶでドリル貫通時間が急増した理由は以下のように考えられる。
被切削材が硬いとドリル刃が材料の凝着摩耗等により損傷し、内部の軟らかい箇所が表面に現れる。ドリル内部の硬さは上述したように５８０ＨＶであるから、被切削材の硬さがそれに近い５００ＨＶ以上であると、切削が困難となってドリル貫通時間も急増する。また、ドリル貫通試験を行った後のドリルの刃先を観察してみた。ＨＶ１６８の鋼板では４秒で貫通でき、貫通させた後のドリルもわずかに摩耗している程度で、外観的にはほとんど変形を受けていない。ＨＶ５７２の鋼板では、貫通までの１５３秒を要し、貫通させた後のドリルは、摩耗も激しく、部分的に破損していた。さらに、ＨＶ６２９の鋼板では、ドリルを貫通させることはできず、ドリル表面を見ると破損が激しかった。

一般的なＨＳＳストレートドリルの刃の硬さは表面で７７２ＨＶ以上とＪＩＳ Ｂ４３０１で規定されているが、その断面硬さはいずれも５８０ＨＶ程度である。したがって、上記の結果から考えると、ドリルでの切削を困難にするためには、被切削材の硬さは５００ＨＶ以上にする必要がある。そこで、本発明では、ドア部材用マルテンサイト系ステンレス鋼の硬さを５００Ｈ以上に規定した。

以下に、本発明ドア部材用鋼の成分組成、組織、その製造条件等について詳しく説明する。
Ｃ：０．０５〜１．２質量％
Ｃは、焼入れ処理によりマルテンサイト組織を得るために０．０５質量％以上含有させる必要がある。しかし、Ｃ含有量が１．２質量％を超えると、共晶炭化物が多量に析出し、熱間加工性を低下させる。したがって、Ｃ含有量は０．０５〜１．２質量％の範囲とする。

Ｃｒ：８〜１８質量％
Ｃｒは、耐食性を付与するために必要な成分である。本発明材が用いられる環境を考慮すると、８質量％以上含まれることが必要である。しかし、過剰に含ませることは製造コストの上昇を招くので上限は１８質量％とした。
Ｓｉ：１．０質量％以下，Ｍｎ：１．０質量％以下
Ｓｉ，Ｍｎは鋼の脱酸に必要な成分である。しかし、過剰の添加は、その効果を飽和させるばかりでなく、製造コストを上昇させることにもなる。したがって、その上限はそれぞれ１．０質量％とした。

Ｔｉ，Ｎｂ，Ｖ，Ｗ及びＭｏの少なくとも１種以上を合計で０．０５〜１．０質量％
Ｔｉ，Ｎｂ，Ｖ，ＷあるいはＭｏは、その炭化物を鋼の基地中に分散させることにより硬さを増加させる作用を有しているので、必要に応じて添加される。ただし、炭化物の分散量が少ないとその効果が低いため、それぞれ単独で、あるいは組み合わせで、０．０５質量％以上添加することが好ましい。しかし、これらの成分を過剰に添加すると、金属間化合物の生成による靭性の低下を招くため、その上限は１．０質量％とした。

マルテンサイト組織
マルテンサイト組織は、高密度の転位を内蔵するとともに過飽和の炭素を固溶しているため、高い硬さを有している。本発明で規定される成分範囲の鋼を焼入れ処理することにより、マルテンサイト組織を得ることができる。他のフェライト組織やオーステナイト組織では焼入れ処理により５００ＨＶ以上の硬さを得ることは困難であることから、組織はマルテンサイト組織に限定した。

焼入れ温度：１０００〜１１５０℃
焼入れ処理とは、鋼を加熱して高温でオーステナイト組織にした後、冷却して室温でマルテンサイト組織を得るために行うものである。本発明で規定する範囲の成分組成を有する鋼は、１０００〜１１５０℃の範囲でオーステナイト組織となる。そこで、焼入れ温度の範囲は１０００〜１１５０℃とした。
焼戻し温度：４００℃以下
焼戻しとは、焼入れ処理で得たマルテンサイト組織をＡｃ１点以下の温度に加熱し、冷却する処理のことである。この処理は、固溶している炭素を炭化物として析出させるとともに、基地組織を回復させて靭性を付与するために、必要に応じて行うものである。
４００℃を超える温度で焼戻し処理を行うと、炭化物の析出と回復が進行し、硬さが５００ＨＶ以下となってしまう。そこで、焼戻しの温度範囲は４００℃以下とした。

表２に示す成分組成を有する鋼３０ｇを真空溶解炉にて溶解し、各鋼とも熱間圧延を経て板厚５．０ｍｍの熱延板を製造した。なお、表２において、供試鋼Ａ１〜Ａ３が本発明で規定する成分組成を有する発明対象鋼，Ｂ１，Ｂ２が比較鋼である。
各熱延版を、９００℃あるいは１０５０℃で１０分間均熱後に水冷した。さらに、１０５０℃で１０分間均熱後水冷した供試鋼Ａ１−Ａ３については、焼入れ処理後、２５０℃×１分保持後空冷、あるいは４５０℃×１分保持後空冷の条件で焼戻し処理を施した。

焼入れ処理、あるいは焼入れ処理と焼戻し処理を施した各熱延板について、硬さ試験，光学顕微鏡観察及びドリル穿穴試験を行った。
なお、硬さは、ビッカース硬度計を用いて荷重９８Ｎで測定し、５個の測定点の平均値で評価した。光学顕微鏡観察は、圧延方向に垂直な断面をバフ研磨後、混酸でエッチングした試料で組織を確認した。またドリル穿穴試験は、前記表１で示す条件にて穿穴を行い、ドリル貫通時間で評価した。
その試験結果を表３に示す。

１０５０℃で１０分間均熱後に水冷処理を施したＡ１〜Ａ３鋼、あるいは１０５０℃で１０分間均熱後に水冷処理を施し、さらにその後２５０℃の焼戻し処理を施したＡ１〜Ａ３鋼は、成分組成，焼入れ温度，焼戻し温度，組織，硬さともに本発明で規定する範囲にあり、優れた耐ドリル貫通性を示していた。
これに対して、９００℃で１０分間均熱後に水冷処理を施したＡ１〜Ａ３鋼、あるいは１０５０℃で１０分間均熱後に水冷処理を施し、さらにその後４５０℃の焼戻し処理を施したＡ１〜Ａ３鋼は、硬さが低下し本発明で規定する範囲外であるために、耐ドリル貫通性は不良であった。
また、比較鋼であるＢ−１鋼は、Ｃ含有量が少ないために焼入れ処理を施してもマルテンサイト組織にならず、所望の硬さが得られないので、ドリル貫通時間は著しく短かった。同じく比較例であるＢ−２鋼は、オーステナイト組織を呈する鋼であるために、所望の硬さが得られず、ドリル貫通時間は著しく短かった。

材料の硬さとドリル貫通時間の関係を示す図

Claims (4)

1. Ｃ：０．０５〜１．２質量％，Ｃｒ：８〜１８質量％，Ｓｉ：１．０質量％以下，Ｍｎ：１．０質量％以下を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる組成を有するとともに、マルテンサイト組織を呈し、かつビッカース硬度で５００ＨＶ以上の硬さを有することを特徴とするドア部材用マルテンサイト系ステンレス鋼。
2. さらに、Ｔｉ，Ｎｂ，Ｖ，Ｗ及びＭｏの少なくとも１種以上を合計で０．０５〜１．０質量％を含む請求項１に記載のドア部材用マルテンサイト系ステンレス鋼。
3. 請求項１又は２に記載の組成を有する鋼を、１０００〜１１５０℃で保持した後、焼入れ処理することを特徴とするドア部材用マルテンサイト系ステンレス鋼の製造方法。
4. 焼入れ後、さらに４００℃以下の温度で焼戻し処理する請求項３に記載のドア部材用マルテンサイト系ステンレス鋼の製造方法。

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