WO1999024633A1 - Acier inoxydable revetu d'un compose intermetallique et son procede de production - Google Patents

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WO1999024633A1
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layer
stainless steel
intermetallic compound
laminated material
hard coating
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PCT/JP1998/005082
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Hiroaki Yoshida
Hiroshi Yamada
Fumio Iwane
Junji Imai
Tadashi Hamada
Shinji Fujimoto
Shuji Yamada
Shigetoshi Sakon
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Daido Steel Co., Ltd.
Matsushita Electric Works, Ltd.
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    • Y10T428/12972—Containing 0.01-1.7% carbon [i.e., steel]
    • Y10T428/12979—Containing more than 10% nonferrous elements [e.g., high alloy, stainless]

Definitions

  • the present invention is applicable to parts requiring high rigidity, toughness, wear resistance and corrosion resistance, for example, structural members such as gears and bearings, blades and tools that repeatedly slide such as hair clippers and blades for electric razors.
  • the present invention relates to an optimal intermetallic compound-coated stainless steel and a method for producing the same.
  • tool steel, high-carbon stainless steel, precipitation-hardening stainless steel, etc. have been used for component parts such as gears and bearings, and blades, especially blades that renew sliding, such as blades for electric razors.
  • these materials have high toughness but insufficient abrasion resistance.
  • ceramics may be used to improve wear resistance.However, ceramics have poor toughness and poor workability.
  • the above steel materials are coated with a hard material such as alumina, which has excellent corrosion resistance, by PVD (Physical Vapor Deposition) or CVD (Chemical Vapor Deposition) to modify the surface.
  • PVD Physical Vapor Deposition
  • CVD Chemical Vapor Deposition
  • the thickness of the formed hard material is as thin as 0.1 ⁇ m, and it has not yet been possible to provide sufficient wear resistance. Another problem is that the adhesion between the hard material coating and the steel is not sufficient. Disclosure of the invention
  • An object of the present invention is to provide an intermetallic compound-coated stainless steel having excellent rigidity, toughness, wear resistance and corrosion resistance. That is, the coated stainless steel is a martensitic stainless steel as a substrate, and a hard coating in which the lower surface is in close contact with the stainless steel and the upper surface is exposed.
  • the base material, stainless steel has a Vickers hardness of 400 or more, and the hard coating is composed of Ti-Ni intermetallic compound, Ti-Fe intermetallic compound, and Ti-Ni.
  • the outermost layer has a layer made of any one of a mixture of a Ti-Cu-based intermetallic compound and a Ti-Cu-based intermetallic compound.
  • the hard coating should include a TiFe2 layer and a TiFe layer as an outermost layer formed on the TiFe2 layer. Is preferred.
  • the hard coating includes a TiNi3 layer and a TiNi layer as an outermost layer formed on the TiNi3 layer. Is preferred.
  • the hard coating should include the outermost layer composed of a mixture of NiTi and TiCu. Is preferred.
  • One of Ti and Ti alloys either directly on the surface of martensitic stainless steel or through an intermediate layer consisting of Ni, Fe and Ni-Cu alloys
  • the outer layer is clad to form a laminate.
  • the laminated plate is subjected to a quenching process characterized by heating and holding at 90 ° C. to 115 ° C. for 30 seconds to 5 minutes and then cooling at a cooling rate of 1 ° C. or more per second.
  • the stainless steel Quench hardens to a Vickers hardness of 400 or more and forms a hard coating on stainless steel.
  • the above heat treatment results in a hard coating on the stainless steel having the outermost layer of an intermetallic compound of the metal of the intermediate layer and the outer layer of Ti. It is formed.
  • the heat treatment described above allows the TiC layer, the TiFe2 layer formed on the TiC layer, and the TiFe2 layer to be formed on the TiFe layer.
  • a hard coating including a TiFe layer formed as an outer layer is formed on the stainless steel.
  • the thickness of the outer layer in the laminate is 1 to 10 ⁇ m, and the thickness of the intermediate layer is 1 to 3 times the thickness of the outer layer.
  • the laminated plate when plastic working is performed on the laminated material prior to heat treatment, the laminated plate is subjected to an annealing process of heating and holding at 700 to 800 ° C for 15 seconds to 2 minutes, followed by plastic working. Is preferably applied.
  • FIG. 1 is a diagram showing the concentration changes of Ti, Ni, Cr and Fe in the depth direction from the surface of the laminated material before heat treatment in Example 1.
  • FIG. 2 is a diagram showing the concentration changes of Ti, Ni, Cr, and Fe in the depth direction from the surface of the hard coating after heat treatment in Example 1.
  • FIG. 3 is a diagram showing a change in hardness in the depth direction from the surface of the intermetallic compound-coated stainless steel of Example 1.
  • Figure 4 shows a cross-sectional SEM photograph of the intermetallic compound-coated stainless steel of Example 22. Is true.
  • FIG. 5 is an SEM photograph of the interface between the hard coating of Example 22 and stainless steel.
  • FIG. 6 is a photograph showing the distribution of Fe at the interface shown in FIG.
  • FIG. 7 is a photograph showing the distribution of Cr at the interface shown in FIG.
  • FIG. 8 is a photograph showing the distribution of Ti at the interface in FIG.
  • FIG. 9 is a photograph showing the distribution of C at the interface in FIG. Detailed description of the invention.
  • the intermetallic compound-coated stainless steel of the present invention is composed of a martensitic stainless steel as a substrate and a hard coating that is in close contact with the stainless steel and has an upper surface exposed.
  • the base stainless steel has a Vickers hardness of 400 or more. When the Vickers hardness is less than 400, the hardness of the coated stainless steel of the present invention when applied to structural members such as gears and bearings, blades and tools that repeatedly slide such as clippers and blades for electric razors, etc. Insufficient strength and rigidity.
  • the martensitic stainless steel used in the present invention has, for example, a composition of 12 to 20 weight. /. Cr, 0.3-0.8 wt% ⁇ , 2.5 wt. /.
  • the following Mo and the balance are preferably iron. Since the stainless steel is quenched and hardened by the heat treatment described below, the carbon content needs to be 0.3% by weight or more. If necessary, a predetermined amount of Si, Mn, V or Nb may be added to the above composition.
  • the hard coating is made of one of a Ti-Ni intermetallic compound, a Ti-Fe intermetallic compound, and a mixture of a Ti-Ni intermetallic compound and a Ti-Cu intermetallic compound.
  • T i-Ni metal If between compounds, hard coating T i N i 3 layer, and T i N i preferably includes a T i N i layer as the outermost layer to be formed on the third layer. It is preferable that the total thickness of the TiNi layer and the TiNi3 layer is 1 to 15 ⁇ m.
  • the improvement in wear resistance is small at less than 1 ⁇ , while chipping occurs at the cutting edge when it exceeds 15 ⁇ . there is a possibility.
  • the total thickness of the TiNi layer and the TiNi3 layer is within the above range, chipping or the like is hardly generated at the cutting edge, and excellent shaving performance can be provided over a long period of time.
  • the hard coating may include a TiFe2 layer and a TiFe layer as an outermost layer formed on the TiFe2 layer.
  • the total thickness of T i F e layer and T i F e 2 layers for the same reason as described above in 1 to 15 / m.
  • the hard coating is composed of the TiC layer, the TiFe2 layer formed on the TiC layer, and the outermost layer formed on the TiFe2 layer. It is preferable to include a T i Fe layer as a substrate. Also in this case, it is preferable that the total thickness of the TiC layer, the TiFe layer, and the TiFe2 layer be 1 to 15 for the same reason as described above. _
  • the hard coating may include, as the outermost layer, a first mixed layer in which TiNi and TiCu are mixed. preferable. Below the first mixed layer, a second mixed layer in which TiNi3, Ti2CU3 and TiCU2 are mixed is formed. For the same reason as above, the total thickness of the first mixed layer and the second mixed layer is preferably set to 1 to 15 ⁇ .
  • the first method for producing the intermetallic compound coated stainless steel of the present invention The second method and the second method will be described.
  • one of Ti and Ti alloys is formed on one or both sides of a martensitic stainless steel sheet via an intermediate layer made of any of Ni, Fe and Ni-Cu alloy.
  • the cladding is applied to the outer layer made of the material to produce a laminated material.
  • a Ti-Pd-based alloy such as a highly ductile Ti-0.15% by weight Pd alloy, a Ti-0.3% by weight 1 ⁇ 0-0.8% by weight N It is preferable to use a Ti-Mo-Ni alloy such as an i-alloy or a Ti-Ta alloy such as a Ti-5 weight 0 / oTa alloy.
  • the copper content is preferably set to 10 to 35% by weight.
  • the laminated material is subjected to a heat treatment of cooling at a cooling rate of 1 or more per second.
  • a heat treatment of cooling at a cooling rate of 1 or more per second.
  • This heat treatment hardens and hardens the stainless steel to a Vickers hardness of 400 or more, and at the same time minimizes the intermetallic compound of one of Fe and Ni of the intermediate layer and Ti of the outer layer.
  • a hard coating having an outer layer, or a hard coating having a layer of a mixture of a Ti-Ni intermetallic compound and a Ti-Cu intermetallic compound as an outermost layer is formed on the stainless steel. If the heat treatment time exceeds 5 minutes, the outer layer T i diffuses into the stainless steel through the intermediate layer and reacts with the carbon in the stainless steel to generate T i C, thereby reducing the carbon content in the stainless steel. As a result, sufficient quench hardening cannot be obtained. In other words, it becomes impossible to obtain stainless steel having a Vickers hardness of 400 or more as a base material for supporting a hard film. If the heat treatment time is less than 30 seconds, it is difficult to perform uniform heat treatment on the laminated material.
  • the quench hardening of the material is uneven, and the formation of a hard coating is also insufficient.
  • the heat treatment temperature exceeds 115 O :, the diffusion rate of Ti increases, and as a result, the same problem occurs as when the heat treatment time exceeds 5 minutes.
  • the heat treatment temperature is lower than 900 ° C., the formation of intermetallic compounds in the hard coating is insufficient and the base material cannot be hardened and hardened, and the Vickers hardness is 400 or more. It is not possible to obtain a stainless steel having a hardness of 10%. Even when cooling at a cooling rate of less than 1 ° C per second, quenching and hardening of stainless steel cannot be performed.
  • This heat treatment is preferably performed in a vacuum, in an inert gas atmosphere such as Ar, or in a reducing gas atmosphere.
  • a laminated material is prepared by directly cladding Ti or Ti alloy without inserting an intermediate layer on one or both sides of a martensite stainless steel plate.
  • the same Ti alloy as described in the first method is used.
  • the heat treatment applied to the laminated material is the same as the first method.
  • the TiC layer, the TiFe2 layer formed on the TiC layer, and the TiFe layer formed as the outermost layer on the TiFe2 layer are formed.
  • a hard coating is formed on the stainless steel.
  • One of the first and second methods is selected based on the following conditions. (1) Ratio of outer layer thickness to stainless steel plate thickness.
  • the ratio ( ⁇ ) of the thickness of the outer layer (Ti or Ti alloy) of the laminated material to the thickness of the stainless steel plate can be expressed by the following equation:
  • DS is the thickness of the stainless steel plate
  • DL is the thickness of the outer layer on one side of the stainless steel rice.
  • Ni, Fe or Ni-Cu alloy is inserted as an intermediate layer between the stainless steel and the outer layer to control the generation of TiC.
  • this intermediate layer forms an intermetallic compound with Ti of the outer layer. That is, when forming the Fe intermediate layer, the heat treatment causes the Fe of the intermediate layer to react with Ti to form a Fe—Ti-based intermetallic compound layer in the hard coating.
  • This Fe—Ti-based intermetallic compound layer is usually in close contact with the stainless steel through a diffusion layer formed by mutual diffusion of the stainless steel component and the intermediate layer Fe, so that the hard coating and the stainless steel Adhesion with steel is good. When the Fe layer is thick, a thin Fe layer may remain between the Fe—Ti-based intermetallic compound layer and this diffusion layer.
  • Ni of the intermediate layer reacts with Ti by the heat treatment, and a Ti—Ni system intermetallic compound layer is formed in the hard coating.
  • This Ti-Ni-based intermetallic compound layer is usually in close contact with the stainless steel through a diffusion layer formed by the interdiffusion between the stainless steel component and the intermediate layer Ni, so that the hard coating and the stainless steel Adhesion with steel is good.
  • the Ni layer is thick, a thin Ni layer may remain between the Ti—Ni based intermetallic compound layer and the diffusion layer.
  • Ni and Cu of the intermediate layer react with Ti by heat treatment to form Ti—Ni-based intermetallic compounds and ⁇ Ti
  • a layer composed of a mixture of Cu-based intermetallic compounds is formed.
  • This intermetallic compound layer usually consists of the stainless steel components and the intermediate layers Ni and Cu. Adhesion between the hard coating and the stainless steel is good because it is in close contact with the stainless steel via the diffusion layer formed by the mutual diffusion of the steel.
  • a thin Ni-Cu alloy layer may remain between the intermetallic compound layer and the diffusion layer.
  • the second method is chosen.
  • the heat treatment causes a reaction to form T i C between the outer layer Ti and C (carbon) in the stainless steel, but the outer layer is thicker than the base stainless steel. Since it is thin, the amount of carbon in the stainless steel used to form TiC is small, and has little effect on the quench hardening of the stainless steel by heat treatment. Therefore, there is no need to provide an intermediate layer between the stainless steel and the outer layer. As a result, as shown in Fig.
  • the outer layer Ti reacts with the carbon in the stainless steel to form a thin TiC layer, and reacts with the Fe in the stainless steel to form a Ti Fe Generate two layers and a T i Fe layer.
  • the adhesion between the hard coating and the stainless steel can be improved because mutual diffusion between the stainless steel component and the outer layer Ti occurs during heat treatment.
  • the quenching and hardening of the stainless steel will be performed if the carbon in the stainless steel is used to generate TiC during heat treatment. It will be difficult to achieve. Therefore, in order to control the reaction between the Ti layer and the carbon in the stainless steel, it is necessary to form an intermediate layer of Fe, Ni or Ni-Cu alloy between the stainless steel and the outer layer. Method 1 is selected. On the other hand, the carbon content in the stainless steel to zero.
  • a portion of the carbon content of stainless steel during heat treatment is T i Since the stainless steel can be quenched and hardened even if used for c generation, it is not always necessary to provide an intermediate layer, and the second method is selected.
  • a thickness ratio ( ⁇ ) of 85% and a carbon content of 5% were used as judgment values in selecting the first method and the second method, respectively. It is not limited to. Slight changes are possible depending on the actual shape and dimensions of the manufactured product.
  • the stainless steel of the base material has a hardness of 400 or more in Vickers hardness. If it is determined that quenching and hardening is difficult, the first method is adopted.
  • the outer layer preferably has a thickness of 1 to 10 ⁇ .
  • the thickness is preferably 1 fm or more in order to impart good wear resistance to the obtained intermetallic compound-coated stainless steel.
  • the thickness of the intermediate layer is preferably set to be 1 to 3 times the thickness of the outer layer.
  • the laminated material is subjected to plastic processing such as bending or drawing to obtain a desired shape and then heat treatment for forming a hard coating is performed, the following steps must be taken prior to plastic processing. It is preferable to perform an annealing treatment. That is, the rolled laminated material is in a state where plastic working is difficult due to work hardening.
  • the annealing treatment is performed by heating and holding at 700 to 800 ° C. for 15 seconds to 2 minutes to cool. Annealing below 700 ° C is not enough to remove work hardening, and annealing above 800 ° C starts the formation of intermetallic compounds, so the surface of the laminated material during plastic working Cracks may occur.
  • the annealing time If the time is less than 15 seconds, the removal of work hardening is uneven, and peeling and cracking are likely to occur during plastic working. Also, when the annealing time exceeds 2 minutes, the same problem occurs as when annealing at a temperature exceeding 800 o Examples
  • compositions of the alloy sheets of stainless steel and the intermediate layer described in the examples are weight. /. It is.
  • Tables 1 and 3 show the layer structure and hardness of the intermetallic compound-coated stainless copper obtained in the examples and comparative examples.
  • Tables 2 and 4 show the production conditions of the intermetallic compound-coated stainless steel in Examples and Comparative Examples.
  • a martensitic stainless steel having the composition shown in Table 1 as a substrate a Ni sheet was disposed on one surface, and a Ti sheet was further disposed thereon, and integrated by clad rolling to obtain a laminated material.
  • This laminated material was further rolled so that the thickness of the intermediate layer was 8 ⁇ m and the thickness of the outer Ti layer was 3 ⁇ m at a total thickness force of 0.1 mm.
  • the laminated material was subjected to an annealing process of heating and holding at 700 at 2 minutes, and then plastically processed into a predetermined shape by bending. Next, the laminated material was heated in an atmosphere of 99.99% Ar for 105 ° ⁇ for 2 minutes, and then cooled at a cooling rate of 50 ° CZ seconds.
  • Figure 2 shows that the atomic ratio of Ni: Ti in the outermost layer is approximately 1: 1, and that the layer (second layer) with the atomic ratio of Ni: Ti approximately 3: 1 It is formed.
  • Fig. 3 shows the measurement results of the hardness change in the depth direction from the surface of the hard coating.
  • Ni sheets were arranged on both sides thereof, and a Ti sheet was further arranged thereon, and integrated by clad rolling to obtain a laminated material.
  • the laminated material was further rolled so that the total thickness was 0.05 mm, the Ni layer of the intermediate layer was 5 ⁇ m, and the Ti layer of the outer layer was 3 ⁇ .
  • the laminated material was subjected to an annealing treatment by heating at 700 for 30 seconds, and then plastically formed into a predetermined shape by bending. Next, the laminated material was heated and maintained at 1130 for 30 seconds in a 99.99% Ar atmosphere, and then cooled at a cooling rate of 50 ° C. nosec.
  • This heat treatment hardens and hardens the stainless steel, as well as a 3 ⁇ thick TiNi layer as the outermost layer, a 4 ⁇ m thick TiNi3 layer below the TiNi layer, A diffusion layer having a thickness of 1 ⁇ formed by mutual diffusion between the stainless steel and the Ni layer under the TiNi3 layer was obtained on the stainless steel.
  • Ni sheets are arranged on both sides of the substrate, and a Ti-0.2% Pd alloy sheet is arranged thereon, and then integrated by clad rolling to form a laminated material.
  • the laminated material was further rolled so that the total thickness was 0.1 mm, the intermediate Ni layer was 13 ⁇ m, and the outer Ti alloy layer was.
  • the laminated material was subjected to an annealing treatment at 750 ° C. for 1 minute by heating, and then plastically worked into a predetermined shape by deep drawing. Next, the laminated material was heated in a 99.99% Ar atmosphere at 1000 for 5 minutes, and then cooled at a cooling rate of 1 / sec.
  • the stainless steel is quenched and hardened, and the outermost layer is a 5 im thick TiNi layer, and the 7 ⁇ thick TiNi3 layer formed under the TiNi layer.
  • a 7 im thick diffusion layer formed by interdiffusion between the stainless steel and the Ni layer under the TiNi3 layer was obtained on the stainless steel.
  • Ni sheets were arranged on both sides thereof, and a Ti sheet was further arranged thereon, and integrated by clad rolling to obtain a laminated material.
  • This laminated material was further rolled so that the total thickness was 0.08 mm, the middle Ni layer was 6 ⁇ m, and the outer Ti layer was 3 / m.
  • the laminated material was subjected to an annealing treatment at 800 ° C. for 15 seconds, and then plastically formed into a predetermined shape by bending. Next, this laminated material was heated and maintained at 930 ° (:, 5 minutes in an atmosphere of 99.99% Ar, and then cooled at a cooling rate of 20 ° C.
  • the heat treatment hardened and hardened the stainless steel.
  • a 3 ⁇ m thick TiNi layer, a 4 ⁇ m thick TiNi3 layer formed below the TiNi layer, and a TiNi3 layer A 3 jum thick diffusion layer formed by mutual diffusion between the stainless steel and the Ni layer was obtained on the stainless steel.
  • Example 5 Using a martensitic stainless steel having the composition shown in Table 1 as a substrate, Ni sheets were arranged on both sides thereof, and a Ti sheet was arranged thereon, and integrated by clad rolling to obtain a laminated material. This laminated material was further rolled so that the total thickness was 0.1 mm, the intermediate Ni layer was 3 ⁇ m, and the outer Ti layer was 3 ⁇ m. The laminated material was subjected to an annealing treatment for holding at 80 ° C. for 30 seconds, and then plastically formed into a predetermined shape by deep drawing. This laminated material was heated in a 99.99% Ar atmosphere for 100 minutes and then cooled at a cooling rate of 1 O ⁇ Z seconds.
  • This heat treatment hardens and hardens the stainless steel, and forms a 2 ⁇ m thick TiNi layer as the outermost layer and a 3 ⁇ m thick TiNi3 layer formed under the TiNi layer.
  • a 1 ⁇ m-thick diffusion layer formed by the interdiffusion between the stainless steel and the Ni layer under the three TiNi layers was obtained on the stainless steel.
  • Ni sheets were arranged on both sides thereof, and a Ti sheet was further arranged thereon, and integrated by clad rolling to obtain a laminated material.
  • This laminated material was further rolled so that the total thickness was 0.1 mm, the Ni layer of the intermediate layer was 5 ⁇ m, and the Ti layer of the outer layer was 3 ⁇ m.
  • the laminated material was subjected to an annealing treatment of heating and holding at 800 at 1 minute, and then plastically processed into a predetermined shape by bending. Next, the laminated material was heated and held for 2 minutes at 105 O: in a 99.9% Ar atmosphere, and then cooled at a cooling rate of 5 ° CZ seconds.
  • Ni sheets were arranged on both sides thereof, and a Ti sheet was further arranged thereon, and integrated by clad rolling to obtain a laminated material.
  • This laminated material was further rolled so that the total thickness was 0.2 mm and the intermediate Ni layer was 35 ⁇ and the outer Ti layer was 10 ⁇ .
  • the laminated material was heated and held at 1050 ° C for 3 minutes in an atmosphere of 99.99% Ar, and then cooled at a cooling rate of 10 seconds.
  • This heat treatment hardens and hardens the stainless steel, and as the outermost layer, a TiNi layer with a thickness of ⁇ ⁇ ⁇ and a TiNi layer with a thickness of 12 // m formed under the TiNi layer. Under the three TiNi layers, a diffusion layer having a thickness of 23 / xm formed by interdiffusion between the stainless steel and the Ni layer was obtained on stainless copper.
  • a martensitic stainless steel having the composition shown in Table 1 was used as a substrate, Fe sheets were arranged on both sides thereof, and a Ti sheet was further arranged thereon.
  • the laminated material was further rolled so that the total thickness was 0.05 mm, the intermediate Fe layer was 4 ⁇ m, and the outer Ti layer was 4 / zm.
  • the laminated material was subjected to an annealing treatment of heating and holding at 800 ° C. for 30 seconds, and then plastically worked into a predetermined shape by deep drawing. This laminated material was heated in a 99.9% 9% Ar atmosphere at 950 ° (: for 2 minutes, and then cooled at a cooling rate of 1 ⁇ / sec.
  • a martensite stainless steel substrate having the composition shown in Table 1 was used as a substrate, Fe sheets were placed on both sides thereof, and a Ti sheet was further placed thereon.
  • This laminated material was further rolled so that the total thickness was 0.1 mm, the intermediate Fe layer was 8 ⁇ m, and the outer Ti layer was 4 ⁇ m.
  • This laminate was subjected to an annealing treatment of heating and holding at 750 ⁇ for 1 minute, and then plastically processed to a predetermined shape by bending.
  • the laminated material was heated in a 99.99% Ar atmosphere at 1,050 for 1 minute, and then cooled at a cooling rate of 5 / sec.
  • the stainless steel is quenched and hardened, and a 4 ⁇ thick ⁇ i Fe layer and a 5 ⁇ thick Ti Fe 2 layer formed below the Ti Fe layer as the outermost layer. Then, a diffusion layer having a thickness of 3 ⁇ formed by interdiffusion between the stainless steel and the Fe layer under the two Ti Fe layers was obtained on the stainless steel.
  • a martensitic stainless steel having the composition shown in Table 1 was used as a substrate, Fe sheets were arranged on both sides thereof, and a Ti sheet was further arranged thereon.
  • This laminated material was further rolled so that the total thickness was 0.3 mm, the intermediate Fe layer was 25 / xm, and the outer Ti layer was 10 m.
  • This laminate was subjected to an annealing treatment by heating at 800 ° C. for 2 minutes, and then plastically formed into a predetermined shape by bending. This laminated material was heated in a 99.99% Ar atmosphere for 1150 for 30 seconds, and then cooled at a cooling rate of 10 seconds.
  • a martensitic stainless steel substrate shown in Table 1 as a substrate, a Ni-20% Cu alloy sheet was placed on one side, and a Ti sheet was placed on top of it, and a Ti-sheet was placed on the sheet and integrated by clad rolling to obtain a laminated material .
  • This laminated material was further rolled so that the overall thickness was 0.05 mm, the intermediate layer of the Ni-20% Cu alloy was 5 ⁇ m, and the outer layer of Ti was 2 / xm.
  • the laminated material was heated in a 99.99% Ar atmosphere at 1050 for 2 minutes, and then cooled at a cooling rate of 25 ° C.Z seconds.
  • This heat treatment hardens and hardens the stainless steel, and as the outermost layer, a mixed layer of TiNi and TiCu with a thickness of 2 / zm, and a thickness of 3 jam formed below the outermost layer.
  • a martensitic stainless steel substrate shown in Table 1 as a substrate, a Ni-25% Cu alloy sheet was placed on one side, and a Ti-0.2% Pd alloy sheet was placed on that It was integrated to obtain a laminated material.
  • This laminated material was further rolled so that the total thickness was 0.09 mm, the intermediate layer of the Ni—25% Cu alloy was 4 ⁇ , and the outer layer of the Ti alloy was 4 ⁇ m.
  • the laminated material was heated in a 99.99% Ar atmosphere at 1000 for 30 seconds, and then cooled at a cooling rate of 1 ° CZ seconds.
  • the stainless steel is quenched and hardened, and the outermost layer is a mixed layer of TiNi and TiCu with a thickness of 3 ⁇ , and the Ti layer with a thickness of 4 ⁇ formed below the outermost layer.
  • a mixed layer (second layer) of Ni3, Ti2Cu3 and TiCu2 A diffusion layer having a thickness of 1 ⁇ formed by mutual diffusion between the stainless steel formed below the second layer and the Ni-Cu alloy layer was obtained on the stainless copper.
  • a martensitic stainless steel substrate shown in Table 1 as a substrate, a Ni- 15 Cu alloy sheet is placed on one side, and a Ti sheet is placed on top of it, and a Ti-sheet is placed on it and integrated by clad rolling to obtain a laminated material.
  • This laminate was further rolled so that the total thickness was 0.04111111, the intermediate layer of i-Cu alloy was 8 ⁇ m, and the outer layer of Ti was 2 ⁇ .
  • the laminated material was heated at 1100 ° C. for 5 minutes in an atmosphere of 99.9% Ar, and then cooled at a cooling rate of 10 seconds.
  • This heat treatment hardens and hardens stainless steel, and as the outermost layer, a mixed layer of TiNi and TiCu with a thickness of 2 // m, and a Ti with a thickness of 3 ⁇ formed below the outermost layer. formed by mutual diffusion between the N i 3, a mixed layer of T i 2 Cu 3 and T i Cu 2 (second layer), stainless steel is formed below the second layer and the N i one Cu alloy layer A diffusion layer with a thickness of 5 ⁇ was obtained on stainless steel.
  • Example 2 The same laminated material as in Example 2 was prepared, subjected to the same annealing treatment as in Example 2, and then plastically worked into a predetermined shape by bending. Next, the laminated material was heated and maintained at 1170 ° C. for 30 seconds in a 99.99% Ar atmosphere, and then cooled at a cooling rate of 50 / sec. As a result of this heat treatment, a Ti im Ni layer with a thickness of 3 im and a Ti Ni 3 layer having a thickness of 4 ⁇ m below the Ti Ni layer were formed on the stainless steel as the outermost layer. No diffusion layer was observed between the iNi3 layer and the stainless steel. It is also possible to harden stainless steel to a Vickers hardness of 400 or more. And could't.
  • Example 2 The same laminated material as in Example 2 was prepared, subjected to the same annealing treatment as in Example 2, and then plastically worked into a predetermined shape by bending. Next, the laminated material was heated and maintained at 850 ° C. for 5 minutes in a 99.99% Ar atmosphere, and then cooled at a cooling rate of 5 ° / sec. As a result of this heat treatment, a 2 ⁇ thick TiNi layer, a 3 ⁇ m thick TiNi3 layer below the TiNi layer, and a stainless steel layer below the TiNi3 layer A diffusion layer with a thickness of 3 ⁇ formed by interdiffusion between the steel and the Ni layer was obtained on stainless steel. However, due to the low temperature heat treatment, stainless steel could not be quenched and hardened to a Vickers hardness of 400 or more.
  • Example 2 The same laminated material as in Example 2 was prepared, subjected to the same annealing treatment as in Example 2, and then plastically worked into a predetermined shape by bending. Next, the laminated material was heated and held at 1050 ° C. for 15 seconds in a 99.99% Ar atmosphere, and then cooled at a cooling rate of 50 ° C./sec. As a result of this heat treatment, a 2 ⁇ thick TiNi layer, a 3 ⁇ m thick TiNi3 layer below the TiNi layer, and a stainless steel layer below the TiNi3 layer were used as the outermost layers. A 3 im thick diffusion layer, formed by mutual diffusion between the steel and the Ni layer, was obtained on stainless steel. However, since the heat treatment time was short, the laminated material was not uniformly heated, and the stainless steel could not be quenched and hardened to a Vickers hardness of 400 or more. Comparative Example 4
  • Example 2 The same laminated material as in Example 2 was prepared, subjected to the same annealing treatment as in Example 2, and then plastically worked into a predetermined shape by bending. Next, the laminated material was heated and held at 1050 ⁇ for 8 minutes in a 99.99% Ar atmosphere, and then cooled at a cooling rate of 50 ° CZ seconds. As a result of this heat treatment, a TiNi layer having a thickness of 3 ⁇ as an outermost layer and a TiNi layer having a thickness of 4 ⁇ m under the TiNi layer were formed on the stainless steel. No diffusion layer was found between the iNi3 layer and the stainless steel. Also, stainless steel could not be quenched and hardened to a Vickers hardness of 400 or more. This is because of the long-term heat treatment at 1050, the Ti in the outer layer diffuses to the stainless steel through the intermediate layer of Ni and reacts with the carbon in the stainless steel, resulting in the carbon in the stainless steel. It is considered that the amount decreased.
  • Example 2 The same laminated material as that of Example 2 was prepared, and the laminated material was subjected to an annealing process of heating and holding at 650 ° C. for 2 minutes in a 99.99% Ar atmosphere, followed by plastic working into a predetermined shape by bending. Since the work hardening introduced by rolling was not sufficiently removed by the annealing treatment, cracks occurred in the plastically worked portion of the laminated material. Therefore, heat treatment for forming a hard coating was not performed.
  • Example 2 The same laminated material as in Example 2 was prepared, and the laminated material was subjected to an annealing process of heating and holding at 850 ° C. for 5 seconds in an atmosphere of 99.99% Ar, followed by plastic working into a predetermined shape by deep drawing. . Since the work hardening introduced by rolling was not sufficiently removed by the annealing treatment, the plastic material A crack was generated in the part. Therefore, no heat treatment was performed to form a hard coating.
  • Example 14 The same laminated material as in Example 2 was prepared, subjected to the same annealing treatment as in Example 2, and then plastically worked into a predetermined shape by bending. Next, the laminated material was heated and held at 113.degree. For 30 seconds in a 99.9% Ar atmosphere, and then cooled at a cooling rate of 0.5.degree. C. second. As a result of this heat treatment, a 3 ⁇ m-thick TiNi layer as the outermost layer, a 4 ⁇ m-thick Ti ii3 layer below the TiNi layer, and a TiNi3 layer below the TiNi layer Then, a diffusion layer having a thickness of 1 ⁇ formed by the mutual diffusion between the stainless steel and the Ni layer was obtained on the stainless steel. However, due to the slow cooling rate, stainless steel could not be quenched and hardened to a Vickers hardness of 400 or more.
  • Example 14 Example 14
  • a martensitic stainless steel sheet having the composition shown in Table 3 was used as a substrate, and Ti sheets were directly arranged on both sides of the substrate and clad and rolled to obtain a laminated material.
  • the laminated material was further rolled so that the total thickness was 0.2 mm and the thickness of each Ti layer was 5 ⁇ .
  • the laminated material was heated at 950 ° C. for 1 minute in an Ar gas atmosphere, and then cooled at a cooling rate of about 300 / sec.
  • the stainless steel is quenched and hardened to a Vickers hardness of 400 or more, and a TiC layer having a thickness of 1 Aim and a 2 ⁇ m thick layer formed on the TiC layer are formed.
  • a hard coating consisting of two layers of TiFe and a layer of TiFe with a thickness of 2 ⁇ formed on the two layers of TiFe was obtained on stainless steel.
  • a martensite stainless steel sheet having the composition shown in Table 3 was used as the substrate.
  • Laminated materials were obtained by directly placing Ti sheets on both sides and performing clad rolling.
  • the laminated material was further rolled to reduce the total thickness to 0.1 mm and the thickness of each Ti layer to 4 ⁇ .
  • After heating this laminated material at 70 O for 2 minutes in an Ar gas atmosphere it was plastically worked into a desired shape by bending.
  • the laminated material subjected to plastic working was heated at 950 ° C for 1 minute, and cooled at a cooling rate of 2 ° CZ seconds.
  • the stainless steel is quenched and hardened, and is formed on the 1111-thick iC layer, 2 ⁇ m thick layer formed on the TiC layer and 2 ⁇ m thick TiFe layer.
  • a hard coating consisting of a 2 ⁇ thick TiFe layer was obtained on stainless steel.
  • a martensitic stainless steel sheet having the composition shown in Table 3 was used as a substrate, and Ti sheets were directly arranged on both sides of the substrate, followed by clad rolling to obtain a laminated material.
  • the laminated material was further rolled so that the total thickness was 0.05 mm and the thickness of each Ti layer was 3 ⁇ .
  • this laminated material was heated in an Ar gas atmosphere at 800 at 30 seconds, and then plastically worked into a desired shape by deep drawing.
  • the plasticized forest was heated at 110 ° C for 30 seconds and cooled at a cooling rate of 100 ° C for 30 seconds.
  • the stainless steel is quenched and hardened, and a 1 / zm thick TiC layer, a 1 ⁇ m thick TiFe2 layer formed on the TiC layer, and a TiFe2 A hard coating consisting of a 1 ⁇ Ti Fe layer formed on the layer was obtained on stainless steel.
  • a martensitic stainless steel sheet having the composition shown in Table 3 was used as a substrate, and Ti sheets were directly arranged on both sides of the substrate, followed by clad rolling to obtain a laminated material.
  • This laminated material is further rolled to reduce the overall thickness to 0.4 mm, The thickness of each Ti layer was set to 1 ⁇ .
  • this laminated material was heated at 70 O ⁇ for 2 minutes in an Ar gas atmosphere, and then plastically worked into a desired shape by deep drawing.
  • the plastically processed laminate was heated at 950 ° C. for 5 minutes and cooled at a cooling rate of 7 ° C./sec.
  • the stainless steel is quenched and hardened, and a 1 ⁇ m-thick TiC layer, 2 ⁇ m-thick 4 ⁇ m-thick TiFe and 2 ⁇ m-thick TiFe layers A hard coating consisting of a 5 ⁇ m thick TiFe layer formed thereon was obtained on stainless steel.
  • a martensitic stainless steel sheet having the composition shown in Table 3 was used as a substrate, and Ti sheets were directly arranged on both sides of the substrate, followed by clad rolling to obtain a laminated material.
  • the laminated material was further rolled so that the total thickness was 1 mm and the thickness of each Ti layer was 12 ⁇ .
  • this laminated material was heated and held at 150 ° C. for 2 minutes, and cooled at a cooling rate of 50 seconds.
  • the stainless steel is quenched and hardened, and the TiC layer with a thickness of 1111, the TiFe2 layer and the TiFe2 layer with a thickness of 5 ⁇ m formed on the TiC layer are formed.
  • a hard coating consisting of a 6 ix m thick TiFe layer formed on the stainless steel was obtained.
  • a martensitic stainless steel sheet having the composition shown in Table 3 was used as a substrate, and Ti sheets were directly arranged on both sides of the substrate, followed by clad rolling to obtain a laminated material.
  • the laminated material was further rolled so that the total thickness was 0.04 mm and the thickness of each Ti layer was 3 ⁇ . Thereafter, the laminated material was heated and held at 110 ° C. for 30 seconds in an Ar gas atmosphere, and cooled at a cooling rate of 2 CTCZ seconds. As a result, the stainless steel is quenched and hardened, and a 1 / ⁇ m thick TiFe 2 A hard coating consisting of an iFe layer with a thickness of 1 formed on two layers of TiFe was obtained on stainless steel.
  • a martensitic stainless steel sheet having the composition shown in Table 3 was used as a substrate, and Ti sheets were directly arranged on both sides of the substrate and clad and rolled to obtain a laminated material.
  • the laminated material was further rolled so that the total thickness was 0.2 mm and the thickness of each Ti layer was 4 ⁇ .
  • the laminated material was heated at 100 ° C. for 1 minute in an Ar gas atmosphere, and cooled at a cooling rate of 1 OtZ seconds.
  • the stainless steel is quenched and hardened, and is formed into a 1 m thick TiC layer, a 1 m thick TiFe2 layer and a TiFe2 layer that cannot be formed on the TiC layer.
  • a hard coating consisting of a 2111-thick i-Fe layer was obtained on stainless steel.
  • a laminated material was obtained by using a martensitic stainless steel sheet having the composition shown in Table 3 as a base material, and directly placing Ti-0.2% Pd alloy sheets on both surfaces thereof and clad rolling. The laminated material was further rolled so that the total thickness was 0.08 mm and the thickness of each Ti alloy layer was 5 ⁇ m. Thereafter, this laminated material was heated and held at 100 ° C. for 30 seconds in an Ar gas atmosphere, and cooled at a cooling rate of 5 OtZ seconds. As a result, the stainless steel is quenched and hardened, and a two-layer Ti Fe layer and a two-micron thick Ti Fe layer formed on the TiC layer with a thickness of 1111 are formed. A hard coating consisting of a 2 ⁇ m thick TiFe layer formed thereon was obtained on stainless steel.
  • a martensitic stainless steel sheet having the composition shown in Table 3 was used as a substrate, and Ti sheets were directly placed on both sides of the substrate and clad and rolled. A layer material was obtained. The laminated material was further rolled so that the total thickness was 0.1 mm and the thickness of each Ti layer was 7 ⁇ . Thereafter, the laminated material was heated at 1050 ° C for 1 minute in an Ar gas atmosphere, and cooled at a cooling rate of about 300 ° C / sec.
  • FIG. 4 shows a cross-sectional SEM photograph of stainless steel coated with an intermetallic compound of the present example.
  • FIG. 5 is a SEM photograph of the interface between the hard coating of this example and the stainless steel. 6 to 9 show the concentration distributions of Fe, Cr, Ti and C at the interface in Fig. 5, respectively. From these, it can be seen that a TiC layer is formed between the Ti-Fe-based intermetallic compound layer and the substrate.
  • a laminated material was obtained by using a martensitic stainless steel sheet having the composition shown in Table 3 as a base material, directly arranging Ti sheets on both sides thereof, and performing clad rolling. The laminated material was further rolled so that the total thickness was 0.2 mm and the thickness of each Ti layer was 10 ⁇ m. Thereafter, the laminated material was heated at 1 120 ° C. for 2 minutes in an Ar gas atmosphere, and cooled at a cooling rate of 2 ° C.Z seconds.
  • the stainless steel is quenched and hardened, and the TiC layer with a thickness of 2 m, the TiFe2 layer with a thickness of 4 ⁇ m formed on the TiC layer, and the TiFe2 layer with a thickness of 4 ⁇ m A hard coating composed of a 5 IX m thick TiFe layer was formed on stainless steel.
  • a martensitic stainless steel sheet with the composition shown in Table 3 was used as the base material, and Ti sheets were directly placed on both sides of the base material and clad and rolled. A layer material was obtained. The laminated material was further rolled to reduce the total thickness to 0.1 mm and the thickness of each Ti layer to 10 ⁇ . Thereafter, the laminated material was heated in an Ar gas atmosphere at 1100 ° C. for 7 minutes, and cooled at a cooling rate of 10 / sec.
  • a laminated material was obtained by using a martensitic stainless steel sheet having the composition shown in Table 3 as a base material, directly arranging Ti sheets on both sides thereof, and performing clad rolling.
  • the laminated material was further rolled so that the total thickness was 0.1 mm and the thickness of each Ti layer was 2 ⁇ m.
  • the laminated material was heated at 1050 ° C. for 15 seconds in an Ar gas atmosphere, and cooled at a cooling rate of 10 ° C. Z seconds.
  • a TiC layer having a thickness of 0.5 / xm was formed, but generation of an intermetallic compound of Ti and Fe was not observed.
  • the stainless steel could not be quenched and hardened to a Pickers hardness of 400 or more.
  • the same laminated material as that of Comparative Example 8 was prepared. This laminated material was heated at 870 ° C. for 5 minutes in an Ar gas atmosphere, and then cooled at a cooling rate of 10 ° C./sec. As a result, the T i C layer having a thickness of 0.5 ⁇ and the thickness formed on the T i C layer A hard coating consisting of a 3 ⁇ m thick TiFe layer and a 3 ⁇ m thick TiFe layer formed on the TiFe2 layer was obtained on stainless steel. Due to the heat treatment, stainless steel could not be quenched and hardened to a hardness of 400 or more in Pickers hardness.
  • the same laminated material as that of Comparative Example 8 was prepared. This laminated material was heated and maintained at 150 in an Ar gas atmosphere for 2 minutes, and then cooled at a cooling rate of 0.5 / sec. As a result, a TiC layer having a thickness of 1 ⁇ , a TiFe 2 layer having a thickness of 4 ⁇ m formed on the TiC layer, and a thickness 5 formed on the TiFe 2 layer having a thickness of 5 ⁇ m A hard coating consisting of 111 layers of FeFe was obtained on stainless steel, but due to the slow cooling rate, sufficient quenching and hardening could not be applied to stainless steel.
  • a martensite stainless steel sheet having the composition shown in Table 3 was used as the substrate.
  • Laminated materials were obtained by directly placing Ti sheets on both sides and performing clad rolling.
  • the laminated material was further rolled so that the total thickness was 0.05 mm and the thickness of each Ti layer was 3 ⁇ .
  • the laminated material was subjected to an annealing process of heating at 850 ⁇ for 1 minute in an Ar gas atmosphere, and then plastically processed into a predetermined shape by bending, but cracks occurred near the plastically processed portion. This is presumably because the TiC layer and intermetallic compound were formed during annealing at a temperature exceeding 800 ° C, and the steel could not withstand subsequent plastic working. Therefore, heat treatment for forming a hard coating was not performed. Comparative Example 1 4
  • a laminated material was obtained by using a martensitic stainless steel sheet having the composition shown in Table 3 as a base material, directly arranging Ti sheets on both sides thereof, and performing clad rolling.
  • the laminate was further rolled to a total thickness of 0.1 mm and a thickness of each Ti layer of 4 / xm.
  • the laminated material was subjected to an annealing treatment in which heating was performed at 650 ⁇ for 2 minutes in an Ar gas atmosphere, and then plastically processed into a predetermined shape by bending, but cracks occurred near the plastically processed portion. It is considered that the work hardening introduced into the laminated material by rolling was not sufficiently removed due to the low annealing temperature, and cracks occurred in the plastically worked part. Therefore, no heat treatment for forming a hard coating was performed. Comparative Example 15
  • a laminated material was obtained by using a martensitic stainless steel sheet having the composition shown in Table 3 as a base material, directly arranging Ti sheets on both sides thereof, and performing clad rolling. The laminated material was further rolled so that the total thickness was 0.05 mm and the thickness of each Ti layer was 3 ⁇ . Next, the laminated material was subjected to an annealing process of heating at 700 ° C. for 5 minutes in an Ar gas atmosphere, and then plastically processed into a predetermined shape by bending, but cracks occurred near the plastically processed portion. .
  • a martensitic stainless steel sheet having the composition shown in Table 3 was used as a substrate, and Ti sheets were directly arranged on both sides of the substrate, followed by clad rolling to obtain a laminated material.
  • the laminated material was further rolled so that the total thickness was 0.1 mm and the thickness of each Ti layer was 4 ⁇ .
  • the laminated material was subjected to an annealing process of heating at 700 in an Ar gas atmosphere for 5 seconds, and then plastically processed into a predetermined shape by bending, but cracks occurred near the plastically processed portion. It is considered that the work hardening introduced into the laminated material by rolling was not sufficiently removed due to the short annealing treatment time, and cracks were generated in the plastically worked part.
  • a Ti-Ni-based intermetallic compound layer, a Ti-Fe-based intermetallic compound layer, And a hard coating having at least one of a mixed layer of a Ti-Ni-based intermetallic compound and a Ti-Cu-based intermetallic compound as the outermost layer is quenched and hardened to a Vickers hardness of 400 or more. It can be formed on martensitic stainless steel.
  • the hard coating has a Vickers hardness of 800 or more and is excellent in corrosion resistance. In combination with the stainless steel base material having the Vickers hardness, the hard coating can be used for structural members such as gears and bearings, hair clippers and electric cables. It is a suitable material for razor blades and other tools that repeatedly slide, tools, and the like.
  • the stainless steel substrate cannot be quenched and hardened to a Vickers hardness of 400 or more.
  • 700 to 80 before plastic working to remove the work hardening introduced into the laminated material by rolling. It is necessary to apply an annealing treatment to the laminated material by heating at 0 ⁇ for 15 seconds to 2 minutes.
  • annealing treatment is important in the method for producing the intermetallic compound-coated stainless steel of the present invention.
  • Example 1 0.1mm Ti 3utn Ni 8 ⁇ 700 ⁇ ⁇ 2min 1 05 OV 2min 50
  • Example 2 0.05mm Ti 3 ⁇ m Ni 5 ⁇ m 70 O ⁇ C 30 seconds 1 1 3 OVx 30 seconds 50
  • Example 3 0.1 mm Ti-0.2Pd 5 / im Ni 13 / xm 750: 1 minute 100 O x 5 minutes 1
  • Example 8 0.05mm Ti 4j ni Fe 4ju m 800 ⁇ x 30 seconds 95 Otx 2 minutes 10
  • Example 10 0.3mm 11 10 ⁇ m re 25 ⁇ m 800 * x 2 minutes 1 1 50 "Cx 30 seconds 10 t
  • Example 1 1 0.05mm Ti 2um Ni-20Cu 5 / im 1 050" Cx 2 minutes 25
  • Example 1 2 0.09mm Ti-0.2Pd 4M m Ni-25Cu 4 / x m 1000X ⁇ x 30 seconds 1
  • Example 1 3 0.04mm Ti 2 z m Ni-15Cu 8 ⁇ m 1 10 Otx 5min 10
  • Example 1 5 0.1mm Ti 4 ai 70 O'Cx 2 minutes 95 O'Cx 1 minute 2
  • Example 16 0.05mm Ti 3m 80 O'Cx 30 seconds 1 100 at X 30 seconds 100
  • Example 1 7 0.4mm Ti 10 um 7003 ⁇ 4 ⁇ 2 minutes 95 O ⁇ x 5 minutes 7
  • Example 1 8 1 mm Ti 1 2 m 105 O'Cx 2 minutes 50
  • Example 1 9 0.04mm Ti 3 ⁇ m 1 10 O'Cx 30 seconds 20
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Description

明細書 金属間化合物被覆ステンレス鋼およびその製造方法 技術分野
本発明は、 高い剛性、 靭性、 耐摩耗性および耐食性を必要とす る部品、 例えば、 歯車や軸受け等の構造部材や、 バリカンや電気かみ そり用の刃など摺動を繰り返す刃物、 工具等に最適な金属間化合物被 覆ステンレス鋼およびその製造方法に関するものである。
背景技術
従来、 歯車ゃ軸受等の構成部品や刃物、 特に電気かみそり用の 刃などの摺動を操り返すような刃物には工具鋼、 高炭素ステンレス鋼、 析出硬化型ステンレス鋼等が利用されているが、 これらの材料は靭性 には傻れるものの耐摩耗性が十分でない。 例えば、 耐摩耗性を改善す る目的でセラミックスを使用することが考えられるが、 セラミックス は靭性に欠けるとともに加工性が乏しいためシャープなエッジ形状を 必要とする刃物等の用途や複雑形状を必要とする用途においては実用 化に至っていない。 また、 上記鋼材料に P V D (物理気相成長法） や C V D (化学気相成長法） 等で耐食性に優れるアルミナのような硬質 材料を被覆して表面改質することが実施されている。 しかしながら、 形成される硬質材料の厚さが 0 . 1 μ m程度と薄く、 十分な耐摩耗性を 提供するには至っていない。 また、 硬質材料被膜と鋼との間の密着性 が十分でないという問題もある。 発明の開示
本発明の目的は、 優れた剛性、 靭性、 耐摩耗性および耐食性を 有する金属間化合物被覆ステンレス鋼を提供することである。 すなわ ち、 この被覆ステンレス鋼は基板としてのマルテンサイ ト系ステンレ ス鋼、 および下面でステンレス鋼に密着し上面が露出されている硬質 被膜でなる。 基材のステンレス銅はビッカース硬度で 4 0 0あるいは それ以上の硬度を有し、 硬質被膜は T i一 N i系金属間化合物、 T i 一 F e系金属間化合物、 および T i一 N i系金属間化合物と T i一 C u系金属間化合物の混合物のいずれかでなる層を最外層に有する。
最外層が T i一 F e系金属間化合物でなる場合、 硬質被膜は T i F e 2層、 および T i F e 2層上に形成される最外層としての T i F e層を含むことが好ましい。
最外層が T i - N i系金属間化合物でなる場合、 硬質被膜は T i N i 3層、 および T i N i 3層上に形成される最外層としての T i N i層を含むことが好ましい。
最外層が T i - N i系金属間化合物と T i—C u系金属間化合 物の混合物でなる場合、 硬質被膜は N i T iおよび T i C uの混合物 でなる最外層を含むことが好ましい。
本発明のさらなる目的は、 金属間化合物被覆ステンレス鋼の製 造方法を提供することである。 すなわち、 マルテンサイ ト系ステンレ ス鋼の表面に直接、 あるいは N i、 F e、 および N i— C u合金のい ずれかでなる中間層を介して、 T iおよび T i合金のいずれか一方で なる外層をクラッドして積層板を作成する。 次に、 9 O 0 °C〜1 1 5 0 °Cで 3 0秒〜 5分間加熱保持した後毎秒 1 °C以上の冷却速度で冷却 することを特徴とする焼入れ処理を積層板に施して、 ステンレス鋼を ビッカース硬度で 4 0 0あるいはそれ以上に焼き入れ硬化するととも に、 ステンレス鋼上に硬質被膜を形成する。 ステンレス鋼の表面に中 間層を介して外層をクラッドした場合、 上記熱処理により中間層の金 属と外層の T i との金属間化合物でなる層を最外層に有する硬質被膜 がステンレス鋼上に形成される。 一方、 ステンレス鋼の表面に直接外 層をクラッドした場合、 上記熱処理により T i C層、 T i C層上に形 成される T i F e 2層、 および T i F e 2層上に最外層として形成さ れる T i F e層を含む硬質被膜がステンレス鋼上に形成される。
中間層を形成する場合、 積層板における外層の厚さを 1〜1 0 μ m、 中間層の厚さを外層の厚さの 1〜3倍とすることが好ましい。
上記の製造方法において、 熱処理に先立って積層材に塑性加工 を施す場合は、 積層板を 7 0 0〜8 0 0 °Cで 1 5秒〜 2分間加熱保持 する焼鈍処理を実施した後塑性加工を施すことが好ましい。
本発明のさらなる特徴およびそれがもたらす効果は， 添付され た図面を参照して以下に述べる発明の詳細な説明および実施例から理 解されるだろう。 図面の簡単な説明
図 1は， 実施例 1の熱処理前の積層材の表面から深さ方向における T i , N i , C rおよび F eそれぞれの濃度変化を示す図である。
図 2は， 実施例 1の熱処理後の硬質被膜の表面から深さ方向における T i， N i， C rおよび F eそれぞれの濃度変化を示す図である。 図 3は、 実施例 1の金属間化合物被覆ステンレス鋼の表面から深さ方 向における硬度変化を示す図である。
図 4は、 実施例 2 2の金属間化合物被覆ステンレス鋼の断面 S E M写 真である。
図 5は、 実施例 2 2の硬質被膜とステンレス鋼の界面部の S E M写真 である。
図 6は、 図 5の界面部における F eの分布を示す写真である。
図 7は、 図 5の界面部における C rの分布を示す写真である。
図 8は、 図 5の界面部における T iの分布を示す写真である。
図 9は、 図 5の界面部における Cの分布を示す写真である。 発明の詳細な説明
本発明の金属間化合物被覆ステンレス鋼は、 基板としてのマル テンサイト系ステンレス鋼、 およびステンレス鋼に密着し上面が露出 されている硬質被膜でなる。 基材のステンレス鋼はビッカース硬度で 4 0 0あるいはそれ以上の硬度を有する。 ビッカース硬度が 4 0 0未 満であると、 本発明の被覆ステンレス鋼を齒車ゃ軸受け等の構造部材 や、 バリカンや電気かみそり用の刃など摺動を繰り返す刃物、 工具等 に応用するにあたって硬度、 強度および剛性が不充分である。 本発明 で使用されるマルテンサイ ト系ステンレス鋼としては、 例えば、 その 組成を 1 2〜2 0重量。/。 C r、 0 . 3〜0 . 8重量％< 、 2 . 5重量。/。 以下の M o、 残りを鉄とすることが好ましい。 後述の熱処理によりス テンレス鋼を焼き入れ硬化するため炭素量は 0 . 3重量％あるいはそ れ以上である必要がある。 また、 必要に応じて上記組成に所定量の S i 、 M n、 Vあるいは N bを添加しても良い。
硬質被膜は、 T i一 N i系金属間化合物、 T i一 F e系金属間 化合物、 および T i一 N i系金属間化合物と T i— C u系金属間化合 物の混合物のいずれかでなる層を最外層に有する。 T i一 N i系金属 間化合物の場合、 硬質被膜は T i N i 3層、 および T i N i 3層上に 形成される最外層としての T i N i層を含むことが好ましい。 この T i N i層と T i N i 3層の厚さの合計は 1〜 1 5 μ mであることが好 ましい。 本発明の金属間化合物被覆ステンレス鋼を電気かみそり用の 刃等に使用する場合は、 1 μΐη未満では耐摩耗性の向上が小さく、 一 方、 15 μπιを超える場合は、 刃先にチッビングが発生する可能性が ある。 T i N i層と T i N i 3層の厚さの合計が上記範囲にある時、 刃先にチッピング等が生じにくく優れたひげそり性能を長期間にわ たって提供できる。
—方、 T i一 F e系金属間化合物の場合、 硬質被膜は T i F e 2 層、 および T i F e 2層上に形成される最外層としての T i F e層を 含むことが好ましい。 上記と同じ理由から T i F e層と T i F e 2層 の厚さの合計を 1〜15 / mにすることが好ましい。 また、 以下に詳 述する条件下では、 硬質被膜は、 T i C層、 T i C層上に形成される T i F e 2層、 および T i F e 2層上に形成される最外層としての T i F e層を含むことが好ましい。 この場合も上記と同じ理由から T i C層、 T i F e層および T i F e 2層の厚さの合計を 1〜15 に することが好ましい。 _
T i -N i系金属間化合物と T i一 C u系金属間化合物の混合 物の場合、 硬質被膜は最外層として T i N i と T i Cuが混在する第 1混合層を含むことが好ましい。 第 1混合層の下には T i N i 3、 T i 2 C U 3および T i C U 2が混在する第 2混合層が形成されている。 上記と同じ理由から第 1混合層および第 2混合層の厚さの合計を 1〜 1 5 μιηにすることが好ましい。
本発明の金属間化合物被覆ステンレス鋼を製造するための第 1 の方法と第 2の方法について説明する。 第 1の方法においては、 マル テンサイ ト系ステンレス鋼板の片面あるいは両面に N i、 F eおよび N i一 C u合金のいずれかでなる中間層を介して、 T iおよび T i合 金のいずれかでなる外層をクラッドして積層材を作成する。 T i合金 としては、 延性の高い T i - 0 . 1 5重量％P d合金のような T i一 P d系合金、 T i一 0 . 3重量％1^ 0— 0 . 8重量％N i合金のような T i一 M o— N i系合金、 あるいは T i - 5重量0 /o T a合金のような T i一 T a系合金を使用することが好ましい。 中間層として N i一 C u合金を使用する場合は、 銅の含有量を 1 0〜3 5重量％とすること が好ましい。
次に、 9 0 0 *C〜1 1 5 0 °Cで 3 0秒〜 5分間加熱保持した後、 毎秒 1 以上の冷却速度で冷却する熱処理を積層材に施す。 特に、 1 0 5 0 °Cで 1〜2分間加熱し、 毎秒 5 0 ¾の冷却速度で冷却すること が好ましい。 この熱処理により、 ステンレス銅がビッカース硬度で 4 0 0あるいはそれ以上に焼き入れ硬化されるとともに、 中間層の F e および N iのうちの一方と外層の T iの金属間化合物でなる層を最外 層に有する硬質被膜、 あるいは T i— N i系金属間化合物と T i - C u系金属間化合物の混合物でなる層を最外層に有する硬質被膜がステ ンレス鋼上に生成される。 熱処理時間が 5分を超えると、 外層の T i が中間層を介してステンレス銅に拡散しステンレス鋼中の炭素と反応 して T i Cを生成するためステンレス鋼中の炭素量が減少する、 その 結果十分な焼き入れ硬化が得られなくなる。 換言すれば、 ビッカース 硬度で 4 0 0あるいはそれ以上の硬度を有するステンレス銅を硬質被 膜を支持する基材として得ることができなくなる。 また、 熱処理時間 が 3 0秒未満では積層材に均一な熱処理を施すことが困難であり、 基 材の焼き入れ硬化が不均—であるとともに硬質被膜の生成も不充分で ある。 熱処理温度が 1 1 5 O :を超える場合、 T iの拡散速度が高く なり、 結果的に熱処理時間が 5分を超える場合と同様の不具合が生じ る。 一方、 熱処理温度が 9 0 0 °C未満である場合、 硬質被膜の金属間 化合物の生成が不充分であるとともに基材に焼入れ硬化を施すことが できず、 ビッカース硬度で 4 0 0あるいはそれ以上の硬度を有するス テンレス鋼を得ることができない。 また、 毎秒 1 °Cに満たない冷却速 度で冷却する場合においてもステンレス鋼に焼き入れ硬化を施すこと ができない。 この熱処理は、 真空中、 A rなどの不活性ガス雰囲気中 あるいは還元性ガス雰囲気で実施することが好ましい。
第 2の方法においては、 マルテンサイ ト系ステンレス銅板の片 面あるいは両面に中間層を挿入することなく直接 T iあるいは T i合 金をクラッドして積層材を作成する。 T i合金は、 第 1の方法で説明 したのと同じ物が使用される。 また、 積層材に施す熱処理も第 1の方 法と同じである。 この第 2の方法により、 T i C層、 T i C層上に形 成される T i F e 2層、 および T i F e 2層上に最外層として形成さ れる T i F e層を含む硬質被膜が前記ステンレス鋼上に生成される。
第 1と第 2の方法の一方が以下の条件に基づいて選択される。 ( 1 ) 外層の厚さとステンレス鋼板の厚さの比。
積層材の外層 （T iあるいは T i合金） の厚さとステンレス鋼 板の厚さとの比（α )は次式により表せる ：
Figure imgf000009_0001
ここに、 D sはステンレス鋼板の厚さの 1 2、 D Lはステンレス鋼 飯の片面における外層の厚さである。 例えば、 8 5 %〉αである場合、 以下の理由で第 1の方法が採用される。 積層材の熱処理においては外 層の T i とステンレス鋼中に含まれる C (炭素）が反応して Τ i Cのよ うな T i炭化物が生成するが、 ステンレス鋼中の炭素が過剰に T i と の反応に使用されると熱処理によるステンレス鋼の焼入れ硬化が不充 分となり、 その結果ビッカース硬度で 4 0 0あるいはそれ以上の基材 硬度を得ることができなくなる。 したがって、 第 1の方法においては、 T i Cの生成を制御するためにステンレス鋼と外層の間に N i、 F e あるいは N i— C u合金を中間層として挿入するのである。 また、 こ の中間層は外層の T i と金属間化合物を形成する。 すなわち、 F e中 間層を形成する場合、 熱処理により中間層の F eが T i と反応して硬 質被膜中に F e— T i系金属間化合物層が形成される。 この F e— T i系金属間化合物層は、 通常ステンレス鋼成分と中間層の F eとの相 互拡散により形成される拡散層を介してステンレス鋼に密着している ので、 硬質被膜とステンレス鋼と間の密着性は良好である。 F e層が 厚い場合は、 F e— T i系金属間化合物層とこの拡散層との間に薄い F e層が残存する場合がある。 N i中間層を形成する場合、 熱処理に より中間層の N iが T i と反応して硬質被膜中に T i— N i系金属間 化合物層が形成される。 この T i - N i系金属間化合物層は、 通常ス テンレス銅成分と中間層の N i との相互拡散により形成される拡散層 を介してステンレス鋼に密着しているので、 硬質被膜とステンレス鋼 と間の密着性は良好である。 N i層の厚い場合は、 T i— N i系金属 間化合物層とこの拡散層との間に薄い N i層が残存する場合がある。
N i— C u合金の中間層を形成する場合、 熱処理により中間層の N i と C uが T i と反応して硬質被膜中に T i— N i系金属間化合物およ ぴ T i 一 C u系金属間化合物の混合物でなる層が形成される。 この金 属間化合物層は、 通常ステンレス鋼成分と中間層の N iおよび C uと の相互拡散により形成される拡散層を介してステンレス鋼に密着して いるので、 硬質被膜とステンレス鋼と間の密着性は良好である。 N i 一 C u合金の中間層が厚い場合は、 この金属間化合物層と拡散層の間 に薄い N i— C u合金層が残存する場合がある。
一方、 8 5 %≤ひである場合、 第 2の方法が選択される。 すな わち、 熱処理により外層の T i とステンレス鋼中の C (炭素）との間で T i Cの生成反応が生じるが、 外層の厚さが基材のステンレス鋼の厚 さに対して薄いため T i Cの生成に使用されるステンレス鋼中の炭素 の量が少量であり、 熱処理によるステンレス鋼の焼入れ硬化にほとん ど影響を及ぼさない。 したがって、 ステンレス鋼と外層との間に中間 層を設ける必要がない。 その結果、 図 5に示すように、 熱処理により 外層の T iはステンレス鋼中の炭素と反応して薄い T i C層を形成す るとともにステンレス鋼中の F eと反応して T i F e 2層および T i F e層を生成する。 尚、 硬質被膜とステンレス鋼との密着性は、 熱処 理時にステンレス鋼成分と外層の T i との相互拡散が生じるので良好 でめる。
( 2 ) マルテンサイト系ステンレス鋼中の炭素量
基材として使用するマルテンサイ ト系ステンレス銅中の炭素量 が 0 . 5重量％未満である場合は、 熱処理時にステンレス鋼中の炭素 が T i Cの生成に使用されるとステンレス鋼の焼入れ硬化を達成する ことが困難になる。 したがって、 T i層とステンレス鋼中の炭素との 反応を制御するために F e、 N iあるいは N i一 C u合金の中間層を ステンレス鋼と外層との間に形成する必要があり、 第 1の方法が選択 される。 一方、 ステンレス鋼中の炭素量が 0 . 5重量0 /0あるいはそれ 以上である場合は、 熱処理時にステンレス鋼中の炭素量の一部が T i c生成に使用されてもステンレス銅を焼入れ硬化することができるの で必ずしも中間層を設ける必要がなく、 第 2の方法が選択される。 尚、 本明細書では、 一例として厚さ比 （α ) 8 5 %、 炭素量 5 %をそれぞ れ第 1の方法と第 2の方法の選択にあたっての判定値として使用した が必ずしもこれらの数値に限定されない。 製造品の実際の形状や寸法 等に応じて若干の変更が可能である。
このように、 本発明の金属間化合物被覆ステンレス鋼を製造す るにあたっては、 上記 （1 ) および （2 ) の少なくとも一方において 基材のステンレス鋼をビッカース硬度で 4 0 0あるいはそれ以上の硬 度に焼入れ硬化するのが困難であると判定された場合、 第 1の方法が 採用される。
第 1および第 2の方法の各々において、 外層の厚さを 1〜1 0 μ πιとすることが好ましい。 得られる金属間化合物被覆ステンレス鋼 に良好な耐摩耗性を付与するため 1 f m以上であることが好ましい。 中間層を形成 "る第 1の方法においては、 中間層の厚さを外層の厚さ の 1〜 3倍に設定することが好ましい。
第 1および第 2の方法の各々において、 積層材に曲げや絞りな どの塑性加工を施して所望の形状にした後に硬質被膜を形成するため の熱処理を実施する場合は、 塑性加工に先立って以下の焼鈍処理を実 施することが好ましい。 すなわち、 圧延された積層材は加工硬化によ り塑性加工が困難な状態になっているからである。 焼鈍処理としては 7 0 0〜8 0 0 °Cで 1 5秒〜 2分間加熱保持して冷却する。 7 0 0 °C 未満の焼鈍では加工硬化を除去するのに充分でなく、 8 0 0 °Cを超え る温度での焼鈍では金属間化合物の生成が始まるので塑性加工の際に 積層材の表面にクラックが発生する可能性がある。 一方、 焼鈍時間が 1 5秒未満の場合は、 加工硬化の除去が不均一であり塑性加工時に剥 離やクラックが発生しやすい。 また、 焼鈍時間が 2分を超える場合に おいては、 8 0 0 を超える温度で焼鈍した場合と同様の不具合が生 しる o 実施例
以下に本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。 尚、 実施 例において記載されているステンレス銅および中間層の合金シートの 組成は重量。 /。である。 実施例および比較例で得られた金属間化合物被 覆ステンレス銅の層構成および硬度を表 1、 表 3に示す。 また、 実施 例および比較例における金属間化合物被覆ステンレス鋼の製造条件を 表 2および表 4に示す。
実施例 1
表 1に示す組成のマルテンサイ ト系ステンレス鋼を基板として、 一方の面に N i シートを配置し、 さらにその上に T iシートを配置し てクラッド圧延により一体化し積層材を得た。 この積層材を全体の厚 さ力 0 . 1 mmで中間層の N i層が 8 μ m、 外層の T i層が 3 μ mと なるようにさらに圧延した。 この積層材に 7 0 0でで 2分間加熱保持 する焼鈍処理を施したの後、 曲げ加工で所定の形状に塑性加工した。 次に、 この積層材を 9 9 . 9 9 % A r雰囲気中で 1 0 5 0 ^、 2分間 加熱した後、 5 0 °CZ秒の冷却速度で冷却した。 この熱処理により、 ステンレス鋼をビッカース硬度で 6 0 0に焼き入れ硬化するとともに、 最外層として厚さ 3 μ mの T i N i層、 T i N i層の下に形成される 第 2層として厚さ 4 μ mの T i N i 3層、 および T i N i 3層の下に ステンレス鋼と N i層との間の相互拡散によって形成される厚さ 4 μ mの拡散層をステンレス鋼上に得た。 熱処理前の積層材の表面からの 深さ方向における EPMA分析の結果を図 1、 熱処理後の積層材の表 面からの深さ方向における E PMA分析の結果を図 2に示す。 図 2は、 最外層において N i ： T iの原子比がほぼ 1 ： 1であること、 さらに その下に N i ： T iの原子比がおよそ 3 ： 1である層（第 2層）が形成 されていることを示している。 さらに、 硬質被膜の表面からの深さ方 向における硬度変化の測定結果を図 3に示す。
実施例 2
表 1に示す組成のマルテンサイ ト系ステンレス鋼を基板として、 その両面に N iシートを配置し、 さらにその上に T iシートを配置し てクラッド圧延により一体化して積層材を得た。 この積層材を、 全体 の厚さが 0.05 mmで中間層の N i層が 5 μ m, 外層の T i層が 3 μπιとなるようにさらに圧延した。 この積層材に 700でで 30秒間 加熱保持する焼鈍処理を施したの後、 曲げ加工で所定の形状に塑性加 ェした。 次に、 この積層材を 99.99%A r雰囲気中で 1 130で で 30秒間加熱保持した後、 50°Cノ秒の冷却速度で冷却した。 この 熱処理により、 ステンレス鋼を焼き入れ硬化するとともに、 最外層と して厚さ 3 μπιの T i N i層、 T i N i層の下に厚さ 4 μ mの T i N i 3層、 および T i N i 3層の下にステンレス鋼と N i層との間の相 互拡散によって形成される厚さ 1 μπιの拡散層をステンレス鋼上に得 た。
実施例 3
表 1に示す組成のマルテンサイ ト系ステンレス鋼を基板として、 その両面に N iシートを配置し、 さらにその上に T i - 0.2 % P d 合金シートを配置してクラッド圧延により一体化して積層材を得た。 この積層材を、 全体の厚さが 0. 1mmで中間層の N i層が 1 3 μ m, 外層の T i合金層が となるようにさらに圧延した。 この積層材 に 750°Cで 1分間加熱保持する焼鈍処理を施したの後、 深絞り加工 で所定の形状に塑性加工した。 次に、 この積層材を 99.99%A r 雰囲気中で 1000で、 5分間加熱した後、 1 /秒の冷却速度で冷 却した。 この熱処理により、 ステンレス鋼を焼き入れ硬化するととも に、 最外層として厚さ 5 i mの T i N i層、 T i N i層の下に形成さ れる厚さ 7 μπιの T i N i 3層、 T i N i 3層の下にステンレス鋼と N i層との間の相互拡散によって形成される厚さ 7 i mの拡散層をス テンレス鋼上に得た。
実施例 4
表 1に示す組成のマルテンサイト系ステンレス鋼を基板として、 その両面に N iシートを配置し、 さらにその上に T iシートを配置し てクラッド圧延により一体化して積層材を得た。 この積層材を、 全体 の厚さが 0.08 mmで中間層の N i層が 6 μ m、 外層の T i層が 3 / mとなるようにさらに圧延した。 この積層材に 800°Cで 1 5秒間 加熱保持する焼鈍処理を施したの後、 曲げ加工で所定の形状に塑性加 ェした。 次に、 この積層材を 99.99%Ar雰囲気中で 930° (：、 5分間加熱保持した後、 20°Cノ秒の冷却速度で冷却した。 この熱処 理により、 ステンレス鋼を焼き入れ硬化するとともに、 最外層として 厚さ 3 μ mの T i N i層、 T i N i層の下に形成される厚さ 4 μ mの T i N i 3層、 T i N i 3層の下にステンレス鋼と N i層との間の相 互拡散によって形成される厚さ 3 jumの拡散層をステンレス鋼上に得 た。
実施例 5 表 1に示す組成のマルテンサイ ト系ステンレス鋼を基板として、 その両面に N iシートを配置し、 さらにその上に T iシ一トを配置し てクラッド圧延により一体化して積層材を得た。 この積層材を、 全体 の厚さが 0 . 1 mmで中間層の N i層が 3 μ m、 外層の T i層が 3 μ mとなるようにさらに圧延した。 この積層材に 8 0 0でで 3 0秒間加 熱保持する焼鈍処理を施したの後、 深絞り加工で所定の形状に塑性加 ェした。 この積層材を 9 9 . 9 9 %A r雰囲気中で 1 0 0 0 ^、 2分 間加熱した後、 1 O ^Z秒の冷却速度で冷却した。 この熱処理により、 ステンレス鋼を焼き入れ硬化するとともに、 最外層として厚さ 2 μ m の T i N i層、 T i N i層の下に形成される厚さ 3 μ mの T i N i 3 層、 T i N i 3層の下にステンレス鋼と N i層間の相互拡散によって 形成される厚さ 1 μ mの拡散層をステンレス鋼上に得た。
実施例 6
表 1に示す組成のマルテンサイ ト系ステンレス鋼を基板として、 その両面に N iシートを配置し、 さらにその上に T iシートを配置し てクラッド圧延により一体化して積層材を得た。 この積層材を、 全体 の厚さが 0 . 1 mmで中間層の N i層が 5 μ m、 外層の T i層が 3 μ mとなるようにさらに圧延した。 この積層材に 8 0 0でで 1分間加熱 保持する焼鈍処理を施したの後、 曲げ加工で所定の形状に塑性加工し た。 次に、 この積層材を 9 9 . 9 9 % A r雰囲気中で 1 0 5 O ：、 2 分間加熱保持した後、 5 °CZ秒の冷却速度で冷却した。 この熱処理に より、 ステンレス鋼を焼き入れ硬化するとともに、 最外層として厚さ 3 mの T i N i層、 T i N i層の下に形成される厚さ 4 μ mの T i N i 3層、 T i N i 3層の下にステンレス鋼と N i層との間の相互拡 散によって形成される厚さ 1 μ πιの拡散層をステンレス鋼上に得た。 実施例 7
表 1に示す組成のマルテンサイ ト系ステンレス鋼を基板として、 その両面に N iシートを配置し、 さらにその上に T iシートを配置し てクラッド圧延により一体化して積層材を得た。 この積層材を、 全体 の厚さが 0.2 mmで中間層の N i層が 35 μπκ 外層の T i層が 1 0 μπιとなるようにさらに圧延した。 この積層材を 99.99%A r 雰囲気中で 1050°C、 3分間加熱保持した後、 10^ 秒の冷却速 度で冷却した。 この熱処理により、 ステンレス鋼を焼き入れ硬化する とともに、 最外層として厚さ Ι Ο ΙΠの T i N i層、 T i N i層の下 に形成される厚さ 12 // mの T i N i 3層、 T i N i 3層の下にステ ンレス鋼と N i層間の相互拡散によって形成される厚さ 23 /xmの拡 散層をステンレス銅上に得た。
実施例 8
表 1に示す組成のマルテンサイト系ステンレス鋼を基板として、 その両面に F eシートを配置し、 さらにその上に T iシートを配置し てクラッド圧延により一体化して積層材を得た。 この積層材を、 全体 の厚さが 0.05 mmで中間層の F e層が 4 μ m、 外層の T i層が 4 /zmとなるようにさらに圧延した。 この積層材に 800°Cで 30秒間 加熱保持する焼鈍処理を施したの後、 深絞り加工で所定の形状に塑性 加工した。 この積層材を 9 9. 9 9%Ar雰囲気中で 9 50° (：、 2分 間加熱した後、 1 οτ/秒の冷却速度で冷却した。 この熱処理により、 ステンレス鋼を焼き入れ硬化するとともに、 最外層として厚さ 4 /z m の T i F e層、 T i F e層の下に形成される厚さ 3 mの T i F e 2 層、 T i F e 2層の下にステンレス鋼と F e層との間の相互拡散に よって形成される厚さ 1 μ mの拡散層をステンレス鋼上に得た。 実施例 9
表 1に示す組成のマルテンサイ ト系ステンレス銅を基板として、 その両面に F eシートを配置し、 さらにその上に T iシ一トを配置し てクラッド圧延により一体化して積層材を得た。 この積層材を、 全体 の厚さが 0. 1 mmで中間層の F e層が 8 μ m、 外層の T i層が 4 μ mとなるようにさらに圧延した。 この積層材に 750^で1分間加熱 保持する焼鈍処理を施したの後、 曲げ加工で所定の形状に塑性加工し た。 この積層材を 99.99%Ar雰囲気中で 1050 、 1分間加 熱した後、 5で /秒の冷却速度で冷却した。 この熱処理により、 ステ ンレス鋼を焼き入れ硬化するとともに、 最外層として厚さ 4 μπιの Τ i F e層、 T i F e層の下に形成される厚さ 5 μιηの T i F e 2層、 T i F e 2層の下にステンレス鋼と F e層との間の相互拡散によって 形成される厚さ 3 μΐηの拡散層をステンレス鋼上に得た。
実施例 10
表 1に示す組成のマルテンサイ ト系ステンレス鋼を基板として、 その両面に F eシートを配置し、 さらにその上に T iシートを配置し てクラッド圧延により一体化して積層材を得た。 この積層材を、 全体 の厚さが 0.3mmで中間層の F e層が 25 /x m、 外層の T i層が 1 0 mとなるようにさらに圧延した。 この積層材に 800°Cで 2分間 加熱保持する焼鈍処理を施したの後、 曲げ加工で所定の形状に塑性加 ェした。 この積層材を 99.99%Ar雰囲気中で 1 1 50 、 30 秒間加熱した後、 10で 秒の冷却速度で冷却した。 この熱処理によ り、 ステンレス鋼を焼き入れ硬化するとともに、 最外層として厚さ 1 Ο μπιの T i F e層、 T i F e層の下に形成される厚さ 9 μ mの T i F e 2層、 T i F e 2層の下にステンレス鋼と F e層との間の相互拡 散によって形成される厚さ 6 μπιの拡散層をステンレス鋼上に得た。 実施例 1 1
表 1に示すマルテンサイ ト系ステンレス鋼を基板として、 その 片面に N i - 20%C u合金シートを配置し、 その上に T iシートを 配置してクラッド圧延により一体化して積層材を得た。 この積層材を、 全体の厚さが 0.05mmでN i― 20%C u合金の中間層が 5 μ m、 T iの外層が 2 /xmとなるようにさらに圧延した。 この積層材を 99. 99%Ar雰囲気中で 1050 、 2分間加熱した後、 25°CZ秒の 冷却速度で冷却した。 この熱処理により、 ステンレス鋼を焼き入れ硬 化するとともに、 最外層として厚さ 2 /zmの T i N iと T i C uの混 合層、 最外層の下に形成される厚さ 3 jamの T i N i 3、 T i 2C 11 3および T i C u2の混合層（第 2層）、 第 2層の下に形成されるステ ンレス鋼と N i一 Cu合金層との間の相互拡散によって形成される厚 さ 2 μ mの拡散層をステンレス鋼上に得た。
実施例 12
表 1に示すマルテンサイ ト系ステンレス鋼を基板として、 その 片面に N i - 25%Cu合金シートを配置し、 その上に T i一 0. 2%P d合金シートを配置してクラッ ド圧延により一体化して積層材 を得た。 この積層材を、 全体の厚さが 0.09mmで N i— 25%C u合金の中間層が 4 μπι、 T i合金の外層が 4 μ mとなるようにさら に圧延した。 この積層材を 99.99%Ar雰囲気中で 1000で、 30秒間加熱した後、 1°CZ秒の冷却速度で冷却した。 この熱処理に より、 ステンレス鋼を焼き入れ硬化するとともに、 最外層として厚さ 3 μπιの T i N i と T i Cuの混合層、 最外層の下に形成される厚さ 4 μ πιの T i N i 3、 T i 2C u 3および T i C u 2の混合層（第 2層）、 第 2層の下に形成されるステンレス鋼と N i一 Cu合金層との間の相 互拡散によって形成される厚さ 1 μπιの拡散繒をステンレス銅上に得 た。
実施例 13
表 1に示すマルテンサイ ト系ステンレス鋼を基板として、 その 片面に N i— 1 5 C u合金シートを配置し、 その上に T iシートを配 置してクラッド圧延により一体化して積層材を得た。 この積層材を、 全体の厚さが 0.04111111で i一 C u合金の中間層が 8 μ m、 T i の外層が 2 μπιとなるようにさらに圧延した。 この積層材を 99.9 9%Ar雰囲気中で 1 100°C、 5分間加熱した後、 10で 秒の冷 却速度で冷却した。 この熱処理により、 ステンレス銅を焼き入れ硬化 するとともに、 最外層として厚さ 2 // mの T i N i と T i Cuの混合 層、 最外層の下に形成される厚さ 3 μπιの T i N i 3、 T i 2Cu 3 および T i Cu 2の混合層（第 2層）、 第 2層の下に形成されるステン レス鋼と N i 一 Cu合金層との間の相互拡散によって形成される厚さ 5 μπιの拡散層をステンレス鋼上に得た。
比較例 1
実施例 2と同じ積層材を作成し、 実施例 2と同じ焼鈍処理を施 した後、 曲げ加工で所定の形状に塑性加工した。 次に、 この積層材を 99.99 %Ar雰囲気中で 1 1 70°Cで 30秒間加熱保持した後、 50 /秒の冷却速度で冷却した。 この熱処理により、 最外層として 厚さ 3 i mの T i N i層、 および T i N i層の下に厚さ 4 μ mの T i N i 3層がステンレス鋼上に形成されたが、 T i N i 3層とステンレ ス鋼の間に拡散層の生成は認められなかった。 また、 ステンレス鋼を ビッカース硬度で 400あるいはそれ以上の硬度に焼入れ硬化するこ とができなかった。 これは 1 150°Cを超える高温での熱処理のため 外層の T iが N iの中間層を介してステンレス鋼にまで拡散してステ ンレス鋼中の炭素と反応し、 結果的にステンレス鋼中の炭素量が減少 したためと考えられる。
比較例 2
実施例 2と同じ積層材を作成し、 実施例 2と同じ焼鈍処理を 施した後、 曲げ加工で所定の形状に塑性加工した。 次に、 この積層材 を 99.99%Ar雰囲気中で 850 °Cで 5分間加熱保持した後、 5 o /秒の冷却速度で冷却した。 この熱処理により、 最外層として厚 さ 2 μπιの T i N i層、 T i N i層の下に厚さ 3 μ mの T i N i 3層、 および T i N i 3層の下にステンレス鋼と N i層との間の相互拡散に よって形成される厚さ 3 μπιの拡散層をステンレス鋼上に得た。 しか し、 低温での熱処理のためステンレス銅をビッカース硬度で 400あ るいはそれ以上の硬度に焼入れ硬化することができなかった。
比較例 3
実施例 2と同じ積層材を作成し、 実施例 2と同じ焼鈍処理を施 した後、 曲げ加工で所定の形状に塑性加工した。 次に、 この積層材を 99.99%A r雰囲気中で 1050°Cで 1 5秒間加熱保持した後、 50°C/秒の冷却速度で冷却した。 この熱処理により、 最外層として 厚さ 2 μπιの T i N i層、 T i N i層の下に厚さ 3 μ mの T i N i 3 層、 および T i N i 3層の下にステンレス鋼と N i層との間の相互拡 散によって形成される厚さ 3 i mの拡散層をステンレス鋼上に得た。 しかし、 熱処理時間が短時間であったため積層材が均一に加熱されず、 ステンレス鋼をビッカース硬度で 400あるいはそれ以上の硬度に焼 入れ硬化することができなかった。 比較例 4
実施例 2と同じ積層材を作成し、 実施例 2と同じ焼鈍処理を施 した後、 曲げ加工で所定の形状に塑性加工した。 次に、 この積層材を 99.99%Ar雰囲気中で 1050 ^で 8分間加熱保持した後、 5 0°CZ秒の冷却速度で冷却した。 この熱処理により、 最外層として厚 さ 3 μπιの T i N i層、 および T i N i層の下に厚さ 4 μ mの T i N i 3層がステンレス鋼上に形成されたが、 T i N i 3層とステンレス . 鋼との間に拡散層の生成は認められなかった。 また、 ステンレス鋼を ビッカース硬度で 400あるいはそれ以上の硬度に焼入れ硬化するこ とができなかった。 これは 1050ででの長時間の熱処理のため外層 の T iが N iの中間層を介してステンレス鋼にまで拡散してステンレ ス鋼中の炭素と反応し、 結果的にステンレス鋼中の炭素量が減少した ためと考えられる。
比較例 5
実施例 2と同じ積層材を作成し、 この積層材に 99.99 %Ar 雰囲気中で 650°C、 2分間加熱保持する焼鈍処理を施した後、 曲げ 加工により所定の形状に塑性加工した。 焼鈍処理によって圧延により 導入された加工硬化が充分に除去されなかったため積層材の塑性加工 部にクラックが発生した。 そのため硬質被膜を生成するための熱処理 は実施しなかった。
比較例 6
実施例 2と同じ積層材を作成し、 この積層材に 99.99%A r 雰囲気中で 850°C、 5秒間加熱保持する焼鈍処理を施した後、 深絞 り加工により所定の形状に塑性加工した。 焼鈍処理によって圧延によ り導入された加工硬化が充分に除去されなかったため積層材の塑性加 ェ部にグラックが発生した。 そのため硬質被膜を生成するための熱処 理は実施しなかった。
比較例 7
実施例 2と同じ積層材を作成し、 実施例 2と同じ焼鈍処理を施 した後、 曲げ加工で所定の形状に塑性加工した。 次に、 この積層材を 9 9 . 9 9 %A r雰囲気中で 1 1 3 0でで 3 0秒間加熱保持した後、 0 . 5 °CZ秒の冷却速度で冷却した。 この熱処理により、 最外層とし て厚さ 3 μ mの T i N i層、 T i N i層の下に厚さ 4 μ mの T i Ν i 3層、 および T i N i 3層の下にステンレス鋼と N i層との間の相互 拡散によって形成される厚さ 1 μ πιの拡散層をステンレス鋼上に得た。 しかし、 冷却速度が遅かったためステンレス鋼をビッカース硬度で 4 0 0あるいはそれ以上の硬度に焼入れ硬化することができなかった。 実施例 1 4
表 3に示す組成のマルテンサイト系ステンレス鋼板を基板とし、 その両面に T iシートを直接配置してクラッド圧延することにより積 層材を得た。 この積層材をさらに圧延して全体の厚さを 0 . 2 mm、 各 T i層の厚さを 5 μ πιにした。 次に、 この積層材を A rガス雰囲気 中、 9 5 0 °Cで 1分間加熱した後、 約 3 0 0で/秒の冷却速度で冷却 した。 これによりステンレス鋼をビッカース硬度で 4 0 0あるいはそ れ以上の硬度に焼き入れ硬化するとともに、 厚さ 1 Ai mの T i C層、 T i C層上に形成される厚さ 2 μ mの T i F e 2層、 T i F e 2層上 に形成される厚さ 2 μ πιの T i F e層でなる硬質被膜をステンレス鋼 上に得た。
実施例 1 5
表 3に示す組成のマルテンサイ ト系ステンレス鋼板を基板とし、 その両面に T iシートを直接配置してクラッド圧延することにより積 層材を得た。 この積層材をさらに圧延して全体の厚さを 0. lmm、 各 T i層の厚さを 4 μπιにした。 次に、 この積層材を A rガス雰囲気 中、 70 O で 2分間加熱した後、 曲げ加工により所望の形状に塑性 加工した。 そして、 塑性加工を施した積層材を 950°Cで 1分間加熱 し、 2°CZ秒の冷却速度で冷却した。 これによりステンレス鋼を焼き 入れ硬化するとともに、 厚さ 1 111の丁 i C層、 T i C層上に形成さ れる厚さ 1 μπι Τ i F e 2層、 T i F e 2層上に形成される厚さ 2 μπιの T i F e層でなる硬質被膜をステンレス鋼上に得た。
実施例 16
表 3に示す組成のマルテンサイ ト系ステンレス鋼板を基板とし、 その両面に T iシートを直接配置してクラッド圧延することにより積 層材を得た。 この積層材をさらに圧延して全体の厚さを 0.05mm、 各 T i層の厚さを 3 μπιにした。 次に、 この積層材を A rガス雰囲気 中、 800でで 30秒間加熱した後、 深絞り加工により所望の形状に 塑性加工した。 そして、 塑性加工を施した積層林を 1 10 O :で 30 秒間加熱し、 100°Cノ秒の冷却速度で冷却した。 これによりステン レス鋼を焼き入れ硬化するとともに、 厚さ 1 /zmの T i C層、 T i C 層上に形成される厚さ 1 μ mの T i F e 2層、 T i F e 2層上に形成 される厚さ 1 μΐηの T i F e層でなる硬質被膜をステンレス鋼上に得 た。
実施例 1 7
表 3に示す組成のマルテンサイ ト系ステンレス鋼板を基板とし、 その両面に T iシートを直接配置してクラッド圧延することにより積 層材を得た。 この積層材をさらに圧延して全体の厚さを 0.4mm、 各 T i層の厚さを 1 Ο μ πιにした。 次に、 この積層材を A rガス雰囲 気中、 7 0 O^ で 2分間加熱した後、 深絞り加工により所望の形状に 塑性加工した。 塑性加工を施した積層材を 9 5 0°Cで 5分間加熱し、 7 °C/秒の冷却速度で冷却した。 これによりステンレス鋼を焼き入れ 硬化するとともに、 厚さ 1 μ mの T i C層、 T i C層上に形成される 厚さ 4 μ mの T i F e 2層、 T i F e 2層上に形成される厚さ 5 μ m の T i F e層でなる硬質被膜をステンレス鋼上に得た。
実施例 1 8
表 3に示す組成のマルテンサイ ト系ステンレス鋼板を基板とし、 その両面に T iシートを直接配置してクラッド圧延することにより積 層材を得た。 この積層材をさらに圧延して全体の厚さを l mm、 各 T i層の厚さを 1 2 μ πιにした。 次に、 この積層材を 1 0 5 0°Cで 2分 間加熱保持し、 5 0で 秒の冷却速度で冷却した。 これによりステン レス鋼を焼き入れ硬化するとともに、 厚さ 1 111の丁 i C層、 T i C 層上に形成される厚さ 5 μ mの T i F e 2層、 T i F e 2層上に形成 される厚さ 6 ix mの T i F e層でなる硬質被膜をステンレス鋼上に得 た。
実施例 1 9
表 3に示す組成のマルテンサイ ト系ステンレス鋼板を基板とし、 その両面に T iシートを直接配置してクラッド圧延することにより積 層材を得た。 この積層材をさらに圧延して全体の厚さを 0. 0 4 mm、 各 T i層の厚さを 3 μ πιにした。 その後、 この積層材を A rガス雰囲 気中、 1 1 0 0°Cで 3 0秒間加熱保持し、 2 CTCZ秒の冷却速度で冷 却した。 これによりステンレス鋼を焼き入れ硬化するとともに、 厚さ 1 111の丁 1 ( 層、 T i C層上に形成される厚さ 1 /^ mの T i F e 2 層、 T i F e 2層上に形成される厚さ 1 の i F e層でなる硬質 被膜をステンレス鋼上に得た。
実施例 2 0
表 3に示す組成のマルテンサイト系ステンレス鋼板を基板とし、 その両面に T iシートを直接配置してクラッド圧延することにより積 層材を得た。 この積層材をさらに圧延して全体の厚さを 0 . 2 mm、 各 T i層の厚さを 4 μ πιにした。 その後、 この積層材を A rガス雰囲 気中、 1 0 0 0 ¾で 1分間加熱し、 1 O tZ秒の冷却速度で冷却した。 これによりステンレス鋼を焼き入れ硬化するとともに、 厚さ 1 mの T i C層、 T i C層上に形成ざれる厚さ 1 mの T i F e 2層、 T i F e 2に形成される厚さ 2 111の丁 i F e層でなる硬質被膜をステン レス鋼上に得た。
実施例 2 1
表 3に示す組成のマルテンサイ ト系ステンレス鋼板を基材とし、 その両面に T i一 0 . 2 % P d合金シートを直接配置してクラッド圧 延することにより積層材を得た。 この積層材をさらに圧延して全体の 厚さを 0 . 0 8 mm、 各 T i合金層の厚さを 5 μ mにした。 その後、 この積層材を A rガス雰囲気中、 1 0 0 0でで 3 0秒間加熱保持し、 5 O tZ秒の冷却速度で冷却した。 これによりステンレス鋼を焼き入 れ硬化するとともに、 厚さ 1 111の丁 i C層、 T i C層上に形成され る厚さ 2 μ πιの T i F e 2層、 T i F e 2層上に形成される厚さ 2 μ mの T i F e層でなる硬質被膜をステンレス鋼上に得た。
実施例 2 2
表 3に示す組成のマルテンサイ ト系ステンレス鋼板を基板とし、 その両面に T iシートを直接配置してクラッド圧延することにより積 層材を得た。 この積層材をさらに圧延して全体の厚さを 0. lmm、 各 T i層の厚さを 7 μπιにした。 その後、 この積層材を Arガス雰囲 気中、 1050°Cで 1分間加熱し、 約 300°C/秒の冷却速度で冷却 した。 これによりステンレス鋼を焼き入れ硬化するとともに、 厚さ 1 μπιの T i C層、 T i C層上に形成される厚さ 3 μ mの T i F e 2層、 T i F e 2層上に形成される厚さ 3 111の丁 i F e層でなる硬質被膜 をステンレス鋼上に得た。 図 4に、 本実施例の金属間化合物被覆ステ ンレス銅の断面 S EM写真を示す。 図 5は、 本実施例の硬質被膜とス テンレス鋼と間の界面部の S EM写真である。 図 6〜 9は図 5の界面 部における F e， C r, T iおよび Cそれぞれの元素の濃度分布を示 す。 これらより、 T i一 F e系金属間化合物層と基材との間に T i C 層が形成されているのがわかる。
実施例 23
表 3に示す組成のマルテンサイ ト系ステンレス鋼板を基材とし、 その両面に T iシートを直接配置してクラッド圧延することにより積 層材を得た。 この積層材をさらに圧延して全体の厚さを 0.2mm、 各 T i層の厚さを 10 μ mにした。 その後、 この積層材を Arガス雰 囲気中、 1 120°Cで 2分間加熱し、 2 °CZ秒の冷却速度で冷却した。 これによりステンレス鋼を焼き入れ硬化するとともに、 厚さ 2 mの T i C層、 T i C層上に形成される厚さ 4 μ mの T i F e 2層、 T i F e 2層上に形成される厚さ 5 IX mの T i F e層でなる硬質被膜をス テンレス鋼上に得た。
比較例 8
表 3に示す組成のマルテンサイ ト系ステンレス鋼板を基材とし、 その両面に T iシートを直接配置してクラッド圧延することにより積 層材を得た。 この積層材をさらに圧延して全体の厚さを 0· lmm、 各 T i層の厚さを 10 μπιにした。 その後、 この積層材を Arガス雰 囲気中、 1100°Cで 7分間加熱し、 10で/秒の冷却速度で冷却し た。 これにより、 厚さ 2 /xmの T i C層、 T i C層上に形成される厚 さ 4 μπιの T i F e 2層、 T i F e 2層上に形成される厚さ 5 mの T i F e層でなる硬質被膜をステンレス鋼上に得たが、 ステンレス鋼 をビッカース硬度で 400あるいはそれ以上の硬度に焼入れ硬化する ことができなかった。 これは長時間の熱処理のためステンレス鋼中の 炭素と T i との反応が過剰に進行した結果、 ステンレス鋼中の炭素量 が減少したためと考えられる。
比較例 9
表 3に示す組成のマルテンサイ ト系ステンレス鋼板を基材とし、 その両面に T iシートを直接配置してクラッド圧延することにより積 層材を得た。 この積層材をさらに圧延して全体の厚さを 0. lmm、 各 T i層の厚さを 2 μ mにした。 その後、 この積層材を A rガス雰面 気中、 1050°Cで 1 5秒間加熱し、 10°CZ秒の冷却速度で冷却し た。 これにより、 厚さ 0.5 /xmの T i C層が形成されたが、 T i と F eの金属間化合物の生成は認められなかった。 また、 熱処理時間が 短時間で基材が均一に加熱されなかったためステンレス鋼をピッカー ス硬度で 400あるいはそれ以上の硬度に焼入れ硬化することができ なかった。
比較例 10
比較例 8と同じ積層材を作成し、 この積層材を A rガス雰囲気 中、 870°Cで 5分間加熱した後、 10°C/秒の冷却速度で冷却した。 これにより、 厚さ 0.5 μιηの T i C層、 T i C層上に形成される厚 さ 3 μ mの Τ i F e 2層、 T i F e 2層上に形成される厚さ 3 μ mの T i F e層でなる硬質被膜をステンレス鋼上に得たが、 低温での熱処 理のためステンレス鋼をピツカ—ス硬度で 4 0 0あるいはそれ以上の 硬度に焼入れ硬化することができなかった。
比較例 1 1
比較例 8と同じ積層材を作成し、 この積層材を A rガス雰囲気 中、 1 1 7 0 °Cで 3 0秒間加熱保持した後、 1 O ^Z秒の冷却速度で 冷却した。 これにより、 厚さ 2 ιηの T i C層、 T i C層上に形成さ れる厚さ 3 IX mの T i F e 2層、 T i F e 2層上に形成される厚さ 5 の T i F e層でなる硬質被膜をステンレス鋼上に得たが、 ステン レス鋼をビッカース硬度で 4 0 0あるいはそれ以上の硬度に焼入れ硬 化することができなかった。 これは 1 1 5 0 ^を超える高温での熱処 理のため T iがステンレス鋼に過剰に拡散してステンレス鋼中の炭素 と反応し、 結果的にステンレス鋼中の炭素量が減少したためと考えら れる。
比較例 1 2
比較例 8と同じ積層材を作成し、 この積層材を A rガス雰囲気 中、 1 0 5 0でで 2分間加熱保持した後、 0 . 5 /秒の冷却速度で 冷却した。 これにより、 厚さ 1 μ ιηの T i C層、 T i C層上に形成さ れる厚さ 4 μ mの T i F e 2層、 T i F e 2層上に形成される厚さ 5 111の丁 i F e層でなる硬質被膜をステンレス鋼上に得たが、 冷却速 度が遅いためにステンレス鋼に十分な焼入れ硬化を施すことができな 力つた。
比較例 1 3
表 3に示す組成のマルテンサイ ト系ステンレス鋼板を基板とし、 その両面に T iシートを直接配置してクラッド圧延することにより積 層材を得た。 この積層材をさらに圧延して全体の厚さを 0 . 0 5 m m、 各 T i層の厚さを 3 μ ΐηにした。 次に、 この積層材に A rガス雰囲気 中、 8 5 0 ^で 1分間加熱する焼鈍処理を施した後、 曲げ加工により 所定の形状に塑性加工したが塑性加工部付近にクラックが発生した。 これは、 8 0 0 °Cを超える温度での焼鈍処理で T i C層や金属間化合 物の生成が進行し、 その後の塑性加工に耐えられなかったためと考え られる。 そのため硬質被膜を生成するための熱処理は実施しなかった。 比較例 1 4
表 3に示す組成のマルテンサイ ト系ステンレス鋼板を基材とし、 その両面に T iシートを直接配置してクラッド圧延することにより積 層材を得た。 この積層材をさらに圧延して全体の厚さを 0 . l mm、 各 T i層の厚さを 4 /x mにした。 次に、 この積層材に A rガス雰囲気 中、 6 5 0 ^で 2分間加熱する焼鈍処理を施した後、 曲げ加工により 所定の形状に塑性加工したが塑性加工部付近にクラックが発生した。 焼鈍処理の温度が低かったため圧延により積層材に導入された加工硬 化が充分に除去されず、 塑性加工部にクラックが発生したと考えられ る。 このため硬質被膜を生成するための熱処理は実施しなかった。 比較例 1 5
表 3に示す組成のマルテンサイ ト系ステンレス鋼板を基材とし、 その両面に T iシートを直接配置してクラッド圧延することにより積 層材を得た。 この積層材をさらに圧延して全体の厚さを 0 . 0 5 m m、 各 T i層の厚さを 3 μ πιにした。 次に、 この積層材に A rガス雰囲気 中、 7 0 0 °Cで 5分間加熱する焼鈍処理を施した後、 曲げ加工により 所定の形状に塑性加工したが塑性加工部付近にクラックが発生した。 これは、 7 0 0ででの長時間の焼鈍処理で T i C層や金属間化合物の 生成が進行しその後の塑性加工に耐えられなかったためと考えられる。 このため硬質被膜を生成するための熱処理は実施しなかった。
比較例 1 6
表 3に示す組成のマルテンサイ ト系ステンレス鋼板を基板とし、 その両面に T iシートを直接配置してクラッド圧延することにより積 層材を得た。 この積層材をさらに圧延して全体の厚さを 0 . l mm、 各 T i層の厚さを 4 μ πιにした。 次に、 この積層材に A rガス雰囲気 中、 7 0 0でで 5秒間加熱する焼鈍処理を施した後、 曲げ加工により 所定の形状に塑性加工したが塑性加工部付近にクラックが発生した。 焼鈍処理の時間が短かったため圧延により積層材に導入された加工硬 化が充分に除去されず、 塑性加工部にクラックが発生したと考えられ る。 このため硬質被膜を生成するための熱処理は実施しなかった。 実施例 1〜 2 3に示すように、 本発明の金属間化合物被覆ステ ンレス鋼の製造法によれば、 T i一 N i系金属間化合物層、 T i— F e系金属間化合物層、 および T i - N i系金属間化合物と T i一 C u 系金属間化合物の混合層のいずれかを最外層に有する硬質被膜をビッ カース硬度で 4 0 0あるいはそれ以上の硬度に焼入れ硬化されたマル テンサイ ト系ステンレス鋼上に形成することができる。 硬質被膜は ビッカース硬度で 8 0 0あるいはそれ以上の硬度を有するとともに耐 食性に優れ、 上記ビッカース硬度を有するステンレス鋼基材との組み 合わせにより、 歯車や軸受け等の構造部材や、 バリカンや電気かみそ り用の刃など摺動を繰り返す刃物、 工具等にとって好適な材料となる。
一方、 比較例 1〜5および 8〜 1 2に示すように、 適切な熱処 理条件が採用されないとステンレス鋼基材をビッカース硬度で 4 0 0 あるいはそれ以上の硬度に焼入れ硬化することができない。 また、 硬 質被膜を形成するための熱処理に先立って積層材に塑性加工を施す場 合は、 圧延により積層材に導入された加工硬化を除去するため塑性加 ェ前に 7 0 0〜8 0 0 ^で 1 5秒〜 2分間加熱保持する焼鈍処理を積 層材に施す必要がある。 比較例 6， 7および 1 3〜1 6に示すように、 この焼鈍条件が適切でないと積層材にクラックが発生する。 したがつ て、 このような場合において、 上記の焼鈍処理は本発明の金属間化合 物被覆ステンレス鋼の製造法において重要である。
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表 2
積層材の寸法 焼鈍条件 焼入条件 冷却速度
Figure imgf000034_0001
全体の厚さ 外層 外層の 中間層 中間層の
(重量％) 厚さ (重量0 /o) 厚さ
実施例 1 0.1mm Ti 3u tn Ni 8μ 700^χ 2分 1 05 OV 2分 50
実施例 2 0.05mm Ti 3μ m Ni 5μ m 70 O^C 30秒 1 1 3 OVx 30秒 50
実施例 3 0.1mm Ti-0.2Pd 5/i m Ni 13/xm 750 : 1分 100 O x 5分 1
実施例 4 0.08mm Ti 3 M m Ni 6 m 80 O ^ 1 5秒 930¾χ 5分 20
実施例 5 0.1mm Ti 3 z m Ni 3μ m 80 Ot 30秒 1 00 OVx 2分 1 0
実施例 6 0.1mm Ti 3u η Ni 5 m 800 : 1分 105 OVx 2分 5
実施例 7 0.2mm Ti lOjtxm Ni 35 μ m 105 OVx 3分 10
実施例 8 0.05mm Ti 4j ni Fe 4ju m 800^x 30秒 95 Otx 2分 1 0
実施例 9 0.1mm Ti 4 m Fe 8ju m 750°Cx 1分 1 050"Cx 1分 5
実施例 10 0.3mm 11 10 μ m re 25 μ m 800* x 2分 1 1 50"Cx 30秒 1 0 t 実施例 1 1 0.05mm Ti 2u m Ni-20Cu 5/i m 1 050"Cx 2分 25
実施例 1 2 0.09mm Ti-0.2Pd 4M m Ni-25Cu 4/x m 1000X^x 30秒 1
実施例 1 3 0.04mm Ti 2 z m Ni-15Cu 8μ m 1 10 Otx 5分 10
比較例 1 0.05mm Ti 3 z m Ni Bu 700で x 30秒 1 1 70"Cx 30秒 50
比較例 2 0.05mm Ti 3 m Ni 5ju m 700*Cx 30秒 85 Otx 5分 50
比較例 3 0.05mm Ti 3/x m Ni δμ m 70 OVx 30秒 105 O x 15秒 50
比較例 4 0.05mm Ti 3μ m Ni 5 i m 70 O x 30秒 1 05 O x 8分 50
比較例 5 0.05mm Ti 3μ m Ni 5 x m 65 O'Cx 2分
比較例 6 0.05mm Ti 3 m Ni 5JEZ m 850¾χ 5秒
比較例 7 0.05ram Ti 3/i m Ni 5μ m 70 OVx 30秒 1 130 :x 30秒 0.5
表 3
マルテンサイト系ステンレス钢の組成 T i C眉の厚さ 硬質層の厚さ 基材硬度 硬質層の (重量0 /0) TiFe TiFe2 Ην 硬度 Ην 実施例 1 4 Fe-13.5Cr-l.2Mo-0.4C-0.3Si-0.3Mn 1 ju m 2 μ ϊα 2 μ m 5 0 0 8 0 0 実施例 1 5 Fe-13.5Cr-0.6C-0.2Mo-0.2V 1 t m 2 β να. 1 μ m 5 0 0 8 5 0 実施例 1 6 Fe-14.0Cr-0.5C-0.2Mo-0.2V 1 ju m 1 μ τη 1 μ ι 5 5 0 8 5 0 実施例 1 7 Fe-14.5Cr-0.7C-0.2Mo-0.2V 1 m 5 μ τη 4 μ m 5 0 0 8 0 0 実施例 1 8 Fe-14Cr-l.lC-0.2Mo-0.2V 1 u 6 u m 5 u m 5 5 0 8 0 0 実施例 1 9 Fe-13Cr-0.6C-0. IMo-O.lV 1 μ m 1 ju m 1 μ tn 6 0 0 9 0 0 実施例 2 0 Fe-12.5Cr-0.5C-l.5Mo 1 μ m 2 μ m 1 /x m 5 5 0 8 5 0 実施例 2 1 Fe-13.5Cr-0.6C-0. IMo-O. IV 1 τη 2 μ τη 2 μ m 5 5 0 8 0 0 実施例 2 2 Fe-13.5Cr-0.6C-l.2Mo-0.3Si-0.3Mn 1 3 u m 3 M m 5 5 0 8 5 0 実施例 2 3 Fe-13.5Cr-0.6C-0.2Mo-0.2V 2 u m 5 m 4 μ πι 4 5 0 8 5 0 比較例 8 Fe-13.5Cr-0.6C-0.2Mo-0.2V 2 μ m 5 /z m 4 μ m 3 0 0 8 5 0 比較例 9 Fe-13.5Cr-0.6C-0.2Mo-0.2V 0 .5 μ m 3 5 0 6 0 0 比較例 1 0 Fe-13.5Cr-0.6C.0.2Mo-0.2V 0 . 5 m 3 μ m 3 μ ι 3 5 0 5 0 0 比較例 1 1 Fe-13.5Cr-0.6C-0.2Mo-0.2V 2 μ τη 5 μ, τη 3 μ m 3 0 0 8 0 0 比較例 1 2 Fe-13.5Cr-0.6C-0.2Mo-0.2V 1 li ra 5 μ τη 4 μ ιη 2 5 0 7 0 0 比較例 1 3 Fe-13.5Cr-0.6C-0.2Mo-0.2V
比較例 1 4 Fe-13.5Cr-0.6C-0.2Mo-0.2V
比較例 1 5 Fe-13.5Cr-0.6C-0.2Mo-0.2V 一 · 比較例 1 6 Fe-13.5Cr-0.6C-0.2Mo-0.2V
表 4
積層材の寸法 焼鈍条件 焼入条件 冷却速度
CZ秒）
全体の厚さ 外層 外層の厚さ
(重量％)
実施例 14 0.2mm Ti 5 μ tn 95 Ο^Χ 1分 300
実施例 1 5 0.1mm Ti 4 ai 70 O'Cx 2分 95 O'Cx 1分 2
実施例 16 0.05mm Ti 3 m 80 O'Cx 30秒 1 100で X 30秒 100
実施例 1 7 0.4mm Ti 10 um 700¾χ 2分 95 O^x 5分 7
実施例 1 8 1mm Ti 1 2 m 105 O'Cx 2分 50
実施例 1 9 0.04mm Ti 3 μ m 1 10 O'Cx 30秒 20
実施例 20 0.2mm Ti 4 um 100 O'Cx 1分 10
実施例 21 0.08mm Ti-0.2Pd 5 μ m 100 Otx 30秒 50
実施例 22 0.1mm Ti 7 um 1 05 O'Cx 1分 300
実施例 23 0.2mm Ti 1 0 um 1 1 2 O^ 2分 2
CO
比較例 8 0.1mm Ti 10 u 1 10 O'Cx 7分 10
比較例 9 0.1mm Ti 2 μτη 105 O'Cx 15秒 10
比較例 10 0.1mm Ti 10 um 87 O x 5分 10
比較例 1 1 0.1mm Ti 10 inn 1 1 7 O'Cx 30秒 10
比較例 1 2 0.1mm Ti 10 m 1 05 O'Cx 2分 0.5
比較例 13 0.05mm Ti 3 m 85 O'Cx 1分
比較例 14 0.1mm Ti 4 m 65 O'Cx 2分
比較例 15 0.05mm Ή 3 μτη 70 OlCx 5分
比較例 1 6 0.1mm Ti 4 m 70 O'Cx 5秒

Claims

請求の範囲
1 .以下の構成でなる金属間化合物被覆ステンレス鋼 ：
基板としてのマルテンサイト系ステンレス鋼、 前記ステンレス鋼は ビッカース硬度で 4 0 0あるいはそれ以上の硬度を有する ：および 下面で前記基板に密着し上面が露出されている硬質被膜、 前記硬質被 膜は T i一 N i系金属間化合物、 T i— F e系金属間化合物、 および T i - N i系金属間化合物と T i一 C u系金属間化合物の混合物のい ずれか一つでなる層を最外層に有する。
2 .請求項 1の被覆ステンレス鋼において、
前記硬質被膜は、 T i F e 2層、 および T i F e 2層上に形成される 前記最外層としての T i F e層を含む。
3 .請求項 2の被覆ステンレス銅において、
前記硬質被膜は、 T i F e 2層の下に T i C層を有する,
4 .請求項 1の被覆ステンレス鋼において、
前記硬質被膜は、 T i N i 3層、 および T i N i 3層上に形成される 前記最外層としての T i N i層を含む。
5.請求項 1の被覆ステンレス鋼において、
前記硬質被膜の最外層は、 N i T iおよび T i Cuの混合層である。
6.請求項 1の被覆ステンレス鋼において、
前記マルテンサイト系ステンレス鋼は、 12〜20重量％(： 1：、 0. 3〜0. 8重量％C、 2.5重量％以下の Moを含む„
7. 以下のステップを特徴とする金属間化合物被覆ステンレス鋼の 製造方法：
マルテンサイト系ステンレス鋼の表面に N i、 F eおよび N i— Cu 合金のいずれかでなる中間層を介して、 T iおよび T i合金のいずれ か一方でなる外層をクラッドして積層板を作成する ；
900°C〜1 150°Cで 30秒〜 5分間加熱保持した後毎秒 1°C以上 の冷却速度で冷却することを特徴とする焼入れ処理を前記積層板に施 して、 前記ステンレス鋼をビッカース硬度で 400あるいはそれ以上 に焼き入れ硬化するとともに、 前記中間層の金属と外層の T iとの金 属間化合物でなる層を最外層に有する硬質被膜を前記ステンレス鋼上 に生成する。
8. 請求項 7の製造方法において、
前記積層板における外層の厚さが 1〜1 O /zmであり、 中間層の厚さ が外層の厚さの 1〜3倍である。
9 . 以下のステップを特徴とする金属間化合物被覆ステンレス鋼の製 造方法：
マルテンサイ ト系ステンレス鋼の表面に直接 T iおよび T i合金のい ずれか一方をクラッドして積層板を作成する ；
9 0 0 °C〜1 1 5 0 °Cで 3 0秒〜 5分間加熱保持した後毎秒 1 °C以上 の冷却速度で冷却することを特徴とする焼入れ処理を前記積層板に施 して、 前記ステンレス鋼をビッカース硬度で 4 0 0あるいはそれ以上 に焼き入れ硬化するとともに、 T i C層、 T i C層上に形成される T i F e 2層、 および T i F e 2層上に最外層として形成される T i F e層を含む硬質被膜を前記ステンレス鋼上に生成する。
1 0 . 請求項 7あるいは 9の製造方法において、
前記熱処理に先立って、 7 0 0〜8 0 0 °Cで 1 5秒〜 2分間加熱保持 することを特徴とする焼鈍処理が前記積層板に施される。
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