JP2000265211A - 高ｃ含有ステンレス鋼片の熱処理方法とこれを利用したステンレス鋼製部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】高Ｃ含有ステンレス鋼からなる各種の部品を容
易且つ確実に鍛造できる高Ｃ含有ステンレス鋼片の熱処
理方法とこれを利用したステンレス鋼製部品の製造方法
を提供する。 【解決手段】高Ｃ含有ステンレス鋼片をＡ１変態温度直
下の例えば８００℃に加熱(ｈ)し、且つ所要時間(ｔ)に
渉り保持(s1)する焼き鈍し工程Ｓ１と、その後で該ステ
ンレス鋼片を７００℃以下まで徐冷する工程Ｓ２と、を
含む高Ｃ含有ステンレス鋼片の熱処理方法。徐冷工程Ｓ
２の後で空冷ＡＣされた鋼片は、５００℃〜４００℃で
温間鍛造されるか、常温付近で冷間鍛造されて所定形状
のステンレス鋼製部品となる。上記熱処理方法によれ
ば、上記鋼片のマルテンサイト等の組織をオーステナイ
ト変態させず、硬度をＨＲＢで１００未満に確実に低下
させ得るので、係る鋼片を鍛造しても割れることなく、
形状・寸法精度に優れた部品を成形することが可能とな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、Ｃ(炭素)を約０.
８wt％〜２.０wt％程度含む主にマルテンサイト系の高
Ｃ含有ステンレス鋼片の熱処理方法とこれを利用したス
テンレス鋼製部品の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車部品や機械部品等における成形方
法には、形状及び寸法精度に優れた冷間鍛造や温間鍛造
が広く活用されている。また、その材質も軟鋼や構造用
鋼等の他に、種々のステンレス鋼が適用されている。と
ころで、Ｃを約０.９wt％〜１.２wt％含むＳＵＳ４４０
Ｃ等のマルテンサイト系ステンレス鋼は、鍛造の前処理
として約８６０℃で４時間程度の焼き鈍しを施し、その
後ゆっくり徐冷しても、その硬度はＨＲＢで約１０４程
度に下がるに過ぎない。このため、係る焼き鈍しを施し
たステンレス鋼の鋼片を鍛造すると割れが発生し易く歩
留まりが低くなるため、生産性を阻害するという問題が
あった。

【０００３】

【発明が解決すべき課題】本発明は、以上におい説明し
た従来の技術における問題点を解決し、主にマルテンサ
イト系の高Ｃ含有ステンレス鋼からなる各種の部品を容
易且つ確実に鍛造できる高Ｃ含有ステンレス鋼片の熱処
理方法とこれを利用したステンレス鋼製部品の製造方法
を提供することを課題とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため、鍛造に先立って施す焼き鈍し(熱処理)を高
Ｃ含有ステンレス鋼のマルテンサイト等の組織がオース
テナイト変態しない温度領域で行い且つ低い冷却速度で
徐冷することに着想して成されたものである。即ち、本
発明の高Ｃ含有ステンレス鋼片の熱処理方法は、高Ｃ含
有ステンレス鋼片をそのＡ１変態温度直下の温度領域に
加熱し且つ所要時間に渉り保持する焼き鈍し工程と、そ
の後で係るステンレス鋼片を７００℃以下まで徐冷する
工程と、を含む、ことを特徴とする。尚、上記直下はＡ１
変態温度−５℃〜−４０℃を指す。

【０００５】この熱処理方法によれば、上記鋼片のマル
テンサイト等の組織をオーステナイト変態させることな
く、硬度をＨＲＢで１００未満、例えばＨＲＢ９４〜９
７程度に確実に低下させることができる。しかも、７０
０℃以下まで徐冷するので、鋼片をマルテンサイト等の
組織に保ちつつ確実に上記硬度にすることができる。従
って、追って係る鋼片を鍛造しても割れを招くことな
く、形状・寸法精度に優れたステンレス鋼製部品を成形
することが可能となる。

【０００６】また、前記焼き鈍し工程における加熱温度
領域が、７５０℃〜８５０℃である高Ｃ含有ステンレス
鋼片の熱処理方法も含まれる。即ち、上記加熱温度が８
５０℃を超えると上記ステンレス鋼の組織がオーステナ
イト変態し始め、一方７５０℃未満になると鋼片の焼き
鈍し自体が不十分になり始めて所要の硬度に低下させる
ことが困難になり得る。そこで、上記温度範囲とするこ
とにより健全な焼き戻しを確実に施すことができる。
尚、係る加熱の保持時間は、鋼種やその処理量にもよる
が、数時間〜１０時間程度の範囲内で適宜選択される。
また、本発明は主にマルテンサイト系の高Ｃ含有ステン
レス鋼を対象とするが、オーステナイト系を除くその他
の系の高Ｃ含有ステンレス鋼もその本質を逸脱しない範
囲で含まれ、且つそのＡ１変態温度が約７５０℃〜８５
０℃付近のものを包含する。更に、上記徐冷工程が５℃
〜２０℃／時間の冷却速度で行われる、高Ｃ含有ステン
レス鋼片の熱処理方法も含まれる。これにより、マルテ
ンサイト等の組織を保ったまま確実に硬度を低下させる
ことができる。尚、係る徐冷は上記鋼片を加熱して焼き
鈍しした炉内中で、引き続いて炉冷することにより行う
のが望ましい。

【０００７】一方、本発明におけるステンレス鋼製部品
の製造方法は、以上における熱処理方法を行った後に、
係る前記鋼片を常温付近において冷間鍛造するか、又は
４００℃〜５００℃の温度範囲内に保ちつつ温間鍛造す
る鍛造工程を含む、ことを特徴とする。これによれば、
塑性変形に適した硬度のステンレス鋼片にして鍛造する
ので、鍛造中において割れを生じることなく所定の形状
及び寸法のステンレス鋼製部品を精度良く確実に成形す
ることができる。

【０００８】また、前記熱処理方法と前記鍛造工程とを
交互に複数回に渉り繰返して行う、ステンレス鋼製部品
の製造方法も含まれる。これによれば、割れを生じるこ
となく複雑な形状の部品を精度良く確実に鍛造により成
形することが可能となる。尚、上記方法において当初の
鍛造工程では粗成形(荒地成形)し、次の鍛造工程で仕上
げ成形する形態としたり、或いは、粗成形、中間成形、及
び精密仕上げ成形の３段階の成形工程を含む形態とする
こともできる。また、２回目又はその後に行う熱処理方
法は、当初の熱処理方法に比べて相対的に加熱温度を下
げ且つ保持時間を短くすることにより、鍛造中の鋼片
(中間部品)の表面のみを硬くし、その後で施される鍛造
や切削等の機械加工を一層容易にすることもできる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下において本発明の実施に好適
な形態を図面と共に説明する。図１(Ａ)は、本発明のプ
ロセス全体の流れを示し、高Ｃ含有ステンレス鋼片を焼
き鈍しする焼き鈍し工程Ｓ１及び徐冷する徐冷工程Ｓ２
からなる熱処理方法と、その後で係る鋼片を冷間又は熱
間鍛造する鍛造工程Ｓ３とを有する。尚、複雑な形状の
部品を得るため、粗成形する当初の鍛造工程Ｓ３の後で
再度焼き鈍し工程Ｓ１及び徐冷工程Ｓ２を行い、且つ仕
上げ成形する２回目の鍛造工程Ｓ３を行うことも可能で
ある。

【００１０】図１(Ｂ)は、本発明の熱処理方法の一形態
を示すヒートパターンである。予め熱間圧延又は熱間鍛
造等の熱間加工により所定の形状に成形された高Ｃ含有
ステンレス鋼片を用意し、先ずそのＡ１変態温度直下の
７５０℃〜８５０℃の温度領域に加熱(ｈ)した後、当該
温度において数時間〜約１０時間(ｔ)に渉り保持(ｓ１)
する焼き鈍し工程Ｓ１を行う。上記高Ｃ含有ステンレス
鋼が例えばマルテンサイト系のＳＵＳ４４０Ｃである場
合、上記加熱温度領域は８００℃直下であり、その組織
はオーステナイトに変態することなくマルテンサイトの
ままに保たれると共に、係る組織内の加工歪みや残留応
力等が除去又は低減される。

【００１１】次いで、焼き鈍しＳ１された上記鋼片を５
℃〜２０℃／時間の冷却速度により７００℃以下まで徐
冷する徐冷工程Ｓ２を行う。この徐冷に要する時間は数
１０時間になる。これにより、鋼片はマルテンサイト組
織等で且つ当該組織を構成する各結晶の粒径を微細化さ
せることなく７００℃以下まで徐冷される。尚、係る徐
冷工程Ｓ２は、例えば前記焼き鈍し工程Ｓ１を行った同
じ加熱炉内で数１０時間かけて炉冷することで行われ
る。また、係る炉内の雰囲気は大気のままでも良いが、
窒素や炭酸ガス等の不活性ガスからなる雰囲気とするこ
とが望ましい。

【００１２】更に、図１(Ｂ)に示すように、７００℃以
下に徐冷Ｓ２された鋼片は、炉外に出され空冷ＡＣによ
り急冷される。この温度領域では、鋼片の組織が変態し
ないため空冷ＡＣすることができる。空冷ＡＣされた鋼
片は、常温付近に冷却されて追って説明する冷間鍛造さ
れるか、或いは、４００℃〜５００℃の温度範囲内に保
った状態で温間鍛造を施される。以上のように、焼き鈍
しＳ１、徐冷Ｓ２、及び空冷ＡＣされた鋼片は、焼き鈍
し時の大きめの結晶粒からなるマルテンサイト組織等を
保っているので、その硬度をＨＲＢで１００未満、好ま
しくはＨＲＢ９６以下にできる。従って、次工程の鍛造
Ｓ３において割れを招くことなく、精度の良い成形が可
能となる。

【００１３】図１(Ｃ)は図１(Ｂ)で示した熱処理方法の
変形形態を示す。この熱処理方法は高Ｃ含有ステンレス
鋼片を加熱炉内に装入し、先ずＡ１変態点直下である例
えば８００℃に加熱(ｈ)し当該温度で時間(ｔ１)に渉り
保持(ｓ１ａ)した後、例えば２０℃／時間の冷却速度で
炉冷(徐冷)(ｓ１ｃ)して例えば７５０℃に時間(ｔ２)に
渉り保持(ｓ１ｂ)する焼き鈍し工程Ｓ１を行う。次に、
焼き鈍しＳ１された上記鋼片を５℃〜２０℃／時間の冷
却速度にて７００℃以下まで徐冷する徐冷工程Ｓ２を行
い、更に、鋼片を炉外に出して空冷ＡＣにより急冷する
ものである。係る熱処理方法によれば、鋼片は、高温域
での保持(ｓ１ａ)の時間(ｔ１)を短くして組織のオース
テナイト化を確実に防ぎ、そのマルテンサイト組織等を
保ち且つ硬度をＨＲＢで１００未満、好ましくはＨＲＢ
９６以下にできるので、次工程の鍛造Ｓ３において割れ
を生じることなく、精度の良い成形が可能となる。

【００１４】図２は、前記熱処理した鋼片を所定形状の
部品に鍛造する工程Ｓ３に関する。図２(Ａ)に示すよう
に、鋼片１は円筒形を呈する本体２を有し、予め本体２
の中心軸に沿った同心の透孔４と、その下端の面取り部
５とが形成されている。一方、鍛造装置１０は、上下方
向の略中間に傾斜したリング部分１６を有する円筒形の
雌孔１４を有するダイ１２と、雌孔１４の中心軸に沿っ
て進入する円筒形のポンチ１８とを含む。ポンチ１８の
外径は、鋼片１の透孔４の内径と略同じである。図示の
ように、先ずダイ１２の雌孔１４内の上部に鋼片１を挿
入する。

【００１５】次いで、ポンチ１８を下降し鋼片１の透孔
４内に進入させ、図２(Ｂ)に示すように、ポンチ１８の
先端を鋼片１の下端から下方に突出させる。この結果、
図示のように、鋼片１の本体２はその略下半分がダイ１
２の雌孔１４とポンチ１８とに挟まれ且つ上下方向に沿
って薄く延ばされる。最後に、ポンチ１８を上昇して鋼
片１から離脱させ、且つ、成形後の鋼片(１)を図示しな
いノックアウトピンにより上昇させて、ダイ１２内から
取り出す。その結果、図２(Ｃ)に示すように、本体２に
おける外周面の略中間位置で下向きに傾斜して縮径した
リング面７と下方の薄肉部８とを有するステンレス鋼製
部品６を得ることができる。

【００１６】上記鍛造工程Ｓ３において、前記熱処理さ
れた鋼片１は、硬度がＨＲＢ１００未満と比較的軟質化
されているため、ダイ１２とポンチ１８によって冷間又
は温間鍛造されても、その塑性変形に対し鋼片１の内部
組織が良好に追従する。このため、図２(Ｃ)に示した部
品６において、特に薄肉部８に割れや欠けを生じること
なく、所定の形状及び寸法精度を確実に付与することが
できる。従って、本発明の熱処理方法及びこれを利用し
たステンレス鋼製部品の製造方法によれば、当初のマル
テンサイト組織等を保ち、その硬度をＨＲＢで１００未
満、例えばＨＲＢ９６以下に軟質化できると共に、鍛造
工程Ｓ３において割れを生じることなく、精度の良い成
形が可能となる。

【００１７】

【実施例】以下において本発明の具体的な実施例を比較
例と共に説明する。ＳＵＳ４４０Ｃ相当の組成(１wt％
Ｃ,０.２wt％Ｓｉ，０.３７wt％Ｍｎ,０.３wt％Ｎｉ,１
６.１wt％Ｃｒ，０.４wt％Ｍｏ，残Ｆｅ)からなり直径
３６mmの鋼片を６本用意し、表１に示す焼き戻しとその
後の徐冷を行い実施例１〜４及び比較例１，２とした。
各例の鋼片を薄くスライスしてその中心、中間、周辺の３
個所で硬度(ＨＲＢ)を測定し、各例ごとに平均値を算出
した。その結果を表１に示す。

【００１８】

【表１】

【００１９】また、各例の鋼片を長さ７０mm、外径３６m
m、内径１８mmの円筒体のブランクとし、予め４５０℃に
加熱した状態で前記図２(Ａ)のようにダイ１２中にセッ
トした。次に前記図２(Ｂ)のように、ポンチ１８の進入
による前方押出により、鋼片の長さを４０mm延ばす温間
鍛造を最大荷重４００tonのプレスに用いて行った。そ
して、図２(Ｂ)で示した薄肉部(８)の成形時に要した鍛
造荷重(ton)を測定し、その結果を表１に示した。同時に
得られた各例の部品６において、特に薄肉部８に半径方
向の割れの有無を目視で観察し、その結果も併せて表１
中に示した。

【００２０】表１の結果は、実施例１〜４は硬度がＨＲ
Ｂで１００未満で、鍛造時の荷重も１６４〜１６７ton
であり、且つ何れの実施例の成形部品にも割れは見られ
なかった。これに対し、比較例１，２は硬度がＨＲＢで
約１０４と高く、鍛造時の荷重も１７０〜１７１tonで
あり、且つ何れの成形部品にも割れが発見された。即
ち、実施例１〜４の各鋼片は、焼き鈍し時の大きめの結
晶粒からなるマルテンサイト組織を保っていたため、そ
の硬度をＨＲＢで１００未満に軟質化でき、且つ各鋼片
から得たブランクを用いた次工程の温間鍛造において成
形した部品に割れを生じることなく、精度の良い塑性加
工が可能となったものと思われる。

【００２１】一方、比較例の各鋼片は焼き鈍し温度が従
来と同様８６０℃と高く、マルテンサイト組織の一部が
オーステナイト変態したため硬度が高くなり、比較例１
のようにゆっくり徐冷しても、これらのブランクを温間
鍛造した際に流動性の高い薄肉部８において割れを生じ
たものと思われる。以上に示した各実施例の結果から、
本発明の高Ｃ含有ステンレス鋼片の熱処理方法、及びこ
れを利用したステンレス鋼製部品の製造方法の作用と効
果が、裏付けられたことが容易に理解されよう。

【００２２】本発明は以上に説明した実施の形態や実施
例に限定されるものではない。例えば本発明は、Ｃを約
０.８wt％〜２.０wt％程度含む主にマルテンサイト系の
高Ｃ含有ステンレス鋼片、例えば前記の他にＳＵＳ４４
０Ａ，同４４０Ｂ，同４０３，又は同４１０について適
用することも可能である。また、前記焼き鈍し工程にお
いて鋼片を所要温度に加熱した後、その温度のまま保持
する他、加熱炉内において極く緩い温度勾配で炉冷する
ことにより、所定の下限温度まで保持することも可能で
ある。更に、前記焼き鈍し工程と徐冷工程とをそれぞれ
専用の加熱炉又は保持炉内で個別に行うことも可能であ
る。また、鍛造工程は常温の鋼片を冷間鍛造する他、例
えば２００℃〜３００℃に鋼片を加熱して成形する冷間
鍛造を適用できるも明らかである。更に、鍛造形態も、
各種の型鍛造や据え込み又は伸ばし鍛造等を行うことも
可能である。

【００２３】

【発明の効果】以上に説明した本発明の熱処理方法によ
れば、高Ｃ含有ステンレス鋼片のマルテンサイト等の組
織をオーステナイト変態させることなく、硬度をＨＲＢ
１００未満に確実に低下させることができるので、追っ
て係る鋼片を鍛造しても割れを招くことなく、形状・寸
法精度に優れた部品を成形することが可能となる。ま
た、本発明のステンレス鋼製部品の製造方法によれば、
塑性変形に適した硬度のステンレス鋼片にして鍛造する
ので、鍛造中において割れを生じることなく所定の形状
及び寸法の部品を精度良く確実に成形することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】(Ａ)は本発明全体の流れを示すフローチャー
ト、(Ｂ)及び(Ｃ)は本発明の熱処理方法における各形態
のヒートパターンを示す概略図。

【図２】(Ａ)及び(Ｂ)は本発明の製造方法における各工
程を示す概略図、(Ｃ)は得られた部品を示す断面図。

【符号の説明】

１………鋼片， ６………部
品，Ｓ１……焼き鈍し工程， Ｓ２……
徐冷工程，Ｓ３……鍛造工程

フロントページの続き Ｆターム(参考） 4E087 AA05 AA08 AA10 BA01 BA02 CB01 CB02 CB03 CB04 CB11 DA04 DA05 DB11 DB14 DB15 DB16 DB22 DB24 HA00 4K032 AA06 AA07 AA13 AA16 AA19 AA23 AA31 BA02 CF01 CF02 CF03

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高Ｃ含有ステンレス鋼片をそのＡ１変態温
   度直下の温度領域に加熱し且つ所要時間に渉り保持する
   焼き鈍し工程と、 その後で係るステンレス鋼片を７００℃以下まで徐冷す
   る工程と、 を含む、ことを特徴とする高Ｃ含有ステンレス鋼片の熱
   処理方法。
2. 【請求項２】前記焼き鈍し工程における加熱温度領域
   が、７５０℃〜８５０℃である、 ことを特徴とする請求項１に記載の高Ｃ含有ステンレス
   鋼片の熱処理方法。
3. 【請求項３】前記徐冷工程が５℃〜２０℃／時間の冷却
   速度で行われる、ことを特徴とする請求項１又は２に記
   載の高Ｃ含有ステンレス鋼片の熱処理方法。
4. 【請求項４】請求項１乃至３の何れかに記載の熱処理方
   法を行った後に、係る前記鋼片を常温付近において冷間
   鍛造するか、又は４００℃〜５００℃の温度範囲内に保
   ちつつ温間鍛造する鍛造工程を含む、 ことを特徴とするステンレス鋼製部品の製造方法。
5. 【請求項５】請求項１乃至３の何れかに記載の熱処理方
   法と前記鍛造工程とを交互に複数回に渉り繰返して行
   う、 ことを特徴とする請求項４に記載のステンレス鋼製部品
   の製造方法。