JP2020104145A - 高珪素ステンレス鋼の成形加工方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ひび割れや内部欠陥等の不具合を生じさせることなく、高珪素ステンレス鋼を所望の形状に成形する加工方法を提供する。【解決手段】高珪素ステンレス鋼１０を複数回加圧して成形加工する。その際、前半の加圧における加圧力を後半の加圧における加圧力よりも小さく設定する。【選択図】図３
Description
本発明は、珪素（Ｓｉ）の含有率が比較的高いステンレス鋼を成形加工する方法に関する。
従前より、耐食性、耐熱性、耐摩耗性、耐疲労性等に優れる、珪素の含有率が比較的高いステンレス鋼が提案されている（例えば、特許文献１）。
しかしながら、一般に珪素の含有率が比較的高い（２．０％［質量％］以上）ステンレス鋼（以下、単に「高珪素ステンレス鋼」という。）は延性が乏しいという性質を有していることから、高珪素ステンレス鋼を成形加工したときに、ひび割れや内部欠陥等の不具合が生じる可能性が高いという問題があった。
本発明は、このような従来技術の問題に鑑みて開発されたものである。それゆえに本発明の主たる課題は、ひび割れや内部欠陥等の不具合を生じさせることなく、高珪素ステンレス鋼を所望の形状に成形する加工方法を提供することにある。
本発明の一局面によれば、
珪素の含有率が２．０質量％以上である高珪素ステンレス鋼を複数回加圧して成形加工する方法であって、
前半の加圧における加圧力は、後半の加圧における加圧力よりも小さいことを特徴とする
高珪素ステンレス鋼の成形加工方法が提供される。
珪素の含有率が２．０質量％以上である高珪素ステンレス鋼を複数回加圧して成形加工する方法であって、
前半の加圧における加圧力は、後半の加圧における加圧力よりも小さいことを特徴とする
高珪素ステンレス鋼の成形加工方法が提供される。
好適には、
前記高珪素ステンレス鋼の温度が１１５０℃から１２００℃の間ですべての回数の加圧が実施される。
前記高珪素ステンレス鋼の温度が１１５０℃から１２００℃の間ですべての回数の加圧が実施される。
好適には、
最初の加圧から、最後の加圧まで、前記高珪素ステンレス鋼に対する追加の加熱なしで成形加工する。
最初の加圧から、最後の加圧まで、前記高珪素ステンレス鋼に対する追加の加熱なしで成形加工する。
好適には、
前記前半の加圧には、荒加工用金型を使用し、
前記後半の加圧には、仕上加工用金型を使用する。
前記前半の加圧には、荒加工用金型を使用し、
前記後半の加圧には、仕上加工用金型を使用する。
好適には、
前記前半における１回の加圧の加圧力は、前記後半における１回の加圧の加圧力の１／３である。
前記前半における１回の加圧の加圧力は、前記後半における１回の加圧の加圧力の１／３である。
好適には、
前記前半における加圧の加圧力の和は、前記後半における加圧の加圧力の和と同じである。
前記前半における加圧の加圧力の和は、前記後半における加圧の加圧力の和と同じである。
本発明によれば、ひび割れや内部欠陥等の不具合を生じさせることなく、珪素の含有率が２．０質量％以上である高珪素ステンレス鋼を所望の形状に成形する加工方法を提供できる。
（高珪素ステンレス鋼１０の例）
本発明に係る成形加工方法が適用される高珪素ステンレス鋼について説明する。なお、本明細書全体を通して、例えば「２〜５％」との記載は「２％以上５％以下」であることを意味している。高珪素ステンレス鋼の例としては、特許第４１７６４７１号に開示されている以下のものが考えられる。
本発明に係る成形加工方法が適用される高珪素ステンレス鋼について説明する。なお、本明細書全体を通して、例えば「２〜５％」との記載は「２％以上５％以下」であることを意味している。高珪素ステンレス鋼の例としては、特許第４１７６４７１号に開示されている以下のものが考えられる。
（例１）
質量％で、Ｓｉ：２〜５％、Ｃｒ：８〜２５％、Ｎｉ：４〜１６％、Ｍｎ：０．０５〜５％、Ｃｕ：４％以下、Ｃｏ：８％以下、Ｍｏ：０．２〜４％、Ｎｂ：３％以下、Ｔａ：３％以下、Ｔｉ：３％以下、Ｗ：４％以下、Ｖ：４％以下、Ｂ：０．０１％以下、Ｍｇ：０．０１０％以下、Ｃａ：０．０１％以下、希土類元素：０．０１％以下で、残部がＦｅと不純物とからなる鉄基合金であって、不純物としてのＣが０．０４％以下、Ｐが０．０３％以下、Ｓが０．０２％以下、Ａｌが０．０３％以下、Ｎ（窒素）が０．０５％以下、Ｏ（酸素）が０．００５％以下、Ｈ（水素）が０．０００３％以下である高珪素ステンレス鋼。
質量％で、Ｓｉ：２〜５％、Ｃｒ：８〜２５％、Ｎｉ：４〜１６％、Ｍｎ：０．０５〜５％、Ｃｕ：４％以下、Ｃｏ：８％以下、Ｍｏ：０．２〜４％、Ｎｂ：３％以下、Ｔａ：３％以下、Ｔｉ：３％以下、Ｗ：４％以下、Ｖ：４％以下、Ｂ：０．０１％以下、Ｍｇ：０．０１０％以下、Ｃａ：０．０１％以下、希土類元素：０．０１％以下で、残部がＦｅと不純物とからなる鉄基合金であって、不純物としてのＣが０．０４％以下、Ｐが０．０３％以下、Ｓが０．０２％以下、Ａｌが０．０３％以下、Ｎ（窒素）が０．０５％以下、Ｏ（酸素）が０．００５％以下、Ｈ（水素）が０．０００３％以下である高珪素ステンレス鋼。
（例２）
質量％で、Ｓｉ：２．５〜４．５％、Ｃｒ：９〜２０％、Ｎｉ：５〜１５％、Ｍｎ：０．０５〜５％、Ｃｏ：６％以下、Ｍｏ：０．２〜４％、Ｗ：１．５％以下、Ｖ：１．５％以下、Ｂ：０．００６％以下、残部がＦｅと不純物とからなる鉄基合金であって、不純物としてのＣが０．０４％以下、Ｐが０．０１５％以下、Ｓが０．０１％以下、Ａｌが０．０１％以下、Ｎ（窒素）が０．０３％以下、Ｏ（酸素）が０．００２％以下、Ｈ（水素）が０．０００２％以下である高珪素ステンレス鋼。
質量％で、Ｓｉ：２．５〜４．５％、Ｃｒ：９〜２０％、Ｎｉ：５〜１５％、Ｍｎ：０．０５〜５％、Ｃｏ：６％以下、Ｍｏ：０．２〜４％、Ｗ：１．５％以下、Ｖ：１．５％以下、Ｂ：０．００６％以下、残部がＦｅと不純物とからなる鉄基合金であって、不純物としてのＣが０．０４％以下、Ｐが０．０１５％以下、Ｓが０．０１％以下、Ａｌが０．０１％以下、Ｎ（窒素）が０．０３％以下、Ｏ（酸素）が０．００２％以下、Ｈ（水素）が０．０００２％以下である高珪素ステンレス鋼。
（例３）
質量％で、Ｓｉ：２．５〜４．５％、Ｃｒ：９〜２０％、Ｎｉ：５〜１５％、Ｍｎ：０．０５〜５％、Ｃｏ：６％以下、Ｍｏ：０．２〜４％、Ｗ：１．５％以下、Ｖ：１．５％以下、Ｂ：０．００６％以下、ならびにＣｕ：０．５〜４％、それぞれ０．１〜１．５％のＮｂ、ＴａおよびＴｉの中の少なくとも１種を含有し、残部がＦｅと不純物とからなる鉄基合金であって、不純物としてのＣが０．０４％以下、Ｐが０．０１５％以下、Ｓが０．０１％以下、Ａｌが０．０１％以下、Ｎ（窒素）が０．０３％以下、Ｏ（酸素）が０．００２％以下、Ｈ（水素）が０．０００２％以下である高珪素ステンレス鋼。
質量％で、Ｓｉ：２．５〜４．５％、Ｃｒ：９〜２０％、Ｎｉ：５〜１５％、Ｍｎ：０．０５〜５％、Ｃｏ：６％以下、Ｍｏ：０．２〜４％、Ｗ：１．５％以下、Ｖ：１．５％以下、Ｂ：０．００６％以下、ならびにＣｕ：０．５〜４％、それぞれ０．１〜１．５％のＮｂ、ＴａおよびＴｉの中の少なくとも１種を含有し、残部がＦｅと不純物とからなる鉄基合金であって、不純物としてのＣが０．０４％以下、Ｐが０．０１５％以下、Ｓが０．０１％以下、Ａｌが０．０１％以下、Ｎ（窒素）が０．０３％以下、Ｏ（酸素）が０．００２％以下、Ｈ（水素）が０．０００２％以下である高珪素ステンレス鋼。
また、高珪素ステンレス鋼の他の例としては、特許第６１９３８３号に開示されている以下のものであってもよい。
（例４）
質量％で、Ｃ：０．０８％以下、Ｓｉ：３．５〜６％、Ｍｎ：５％以下、Ｎｉ：３〜９％、Ｃｒ：６〜１５％、残部Ｆｅより成り、ＮｉとＭｎの含有量の和をＳｉの含有量の和の２倍、Ｃｒの含有量をＳｉの含有量の２．５倍を目標に加減することにより、Ａ３変態点を７５０℃以下にした高珪素ステンレス鋼。
質量％で、Ｃ：０．０８％以下、Ｓｉ：３．５〜６％、Ｍｎ：５％以下、Ｎｉ：３〜９％、Ｃｒ：６〜１５％、残部Ｆｅより成り、ＮｉとＭｎの含有量の和をＳｉの含有量の和の２倍、Ｃｒの含有量をＳｉの含有量の２．５倍を目標に加減することにより、Ａ３変態点を７５０℃以下にした高珪素ステンレス鋼。
さらに、高珪素ステンレス鋼の他の例としては、特許第６６１２４６号に開示されている以下のものであってもよい。
（例５）
質量％で、Ｃ：０．０５％以下、Ｓｉ：３．５〜６％、Ｍｎ：２〜６％、Ｎｉ：１〜４％、Ｃｒ：８〜１６％、Ｍｏ：０．３〜３％、Ｃｕ：１〜４％、残部Ｆｅよりなり、Ｍｎ、ＮｉおよびＣｕの含有量の和をＳｉの含有量の２．５倍、Ｃｒの含有量をＳｉの含有量の３倍を目標に加減することにより、Ａ３変態点を７５０℃以下にした高珪素ステンレス鋼。
質量％で、Ｃ：０．０５％以下、Ｓｉ：３．５〜６％、Ｍｎ：２〜６％、Ｎｉ：１〜４％、Ｃｒ：８〜１６％、Ｍｏ：０．３〜３％、Ｃｕ：１〜４％、残部Ｆｅよりなり、Ｍｎ、ＮｉおよびＣｕの含有量の和をＳｉの含有量の２．５倍、Ｃｒの含有量をＳｉの含有量の３倍を目標に加減することにより、Ａ３変態点を７５０℃以下にした高珪素ステンレス鋼。
また、高珪素ステンレス鋼の他の例としては、特許第１１６７７９１号に開示されている以下のものであってもよい。
（例６）
質量％で、Ｃ：０．０５％以下、Ｓｉ：２〜４％、Ｍｎ：２％以下、Ｍｏ：０．２〜１％、Ｃｕ：０．５〜３％、Ｎｉ：５〜１０％、Ｃｒ：８〜１３％、残部Ｆｅよりなり、Ｃｒの含有量の２倍とＳｉの含有量との和が２０〜３０％である高珪素ステンレス鋼。
質量％で、Ｃ：０．０５％以下、Ｓｉ：２〜４％、Ｍｎ：２％以下、Ｍｏ：０．２〜１％、Ｃｕ：０．５〜３％、Ｎｉ：５〜１０％、Ｃｒ：８〜１３％、残部Ｆｅよりなり、Ｃｒの含有量の２倍とＳｉの含有量との和が２０〜３０％である高珪素ステンレス鋼。
また、高珪素ステンレス鋼の他の例としては、特許第２９５４９２２号に開示されている以下のものであってもよい。
（例７）
質量％で、Ｃ：０．１０％以下、Ｓｉ：２．０〜９．０％、Ｍｎ：０．０５〜６．０％、Ｎｉ：１〜２４％、Ｃｒ：６〜２８％、Ｍｏ：０．２〜４．０％、Ｎｂ：０．０３〜２．０％、Ｃｕ：４．０％以下、Ｗ：４．０％以下、Ｃｏ：３．０％以下、Ａｌ：１．０％以下、Ｔｉ：２．０％以下、Ｖ：４．０％以下、Ｂ：３．０％以下、希土類元素：０．４％以下で、残部がＦｅと不純物とからなる高珪素ステンレス鋼。
質量％で、Ｃ：０．１０％以下、Ｓｉ：２．０〜９．０％、Ｍｎ：０．０５〜６．０％、Ｎｉ：１〜２４％、Ｃｒ：６〜２８％、Ｍｏ：０．２〜４．０％、Ｎｂ：０．０３〜２．０％、Ｃｕ：４．０％以下、Ｗ：４．０％以下、Ｃｏ：３．０％以下、Ａｌ：１．０％以下、Ｔｉ：２．０％以下、Ｖ：４．０％以下、Ｂ：３．０％以下、希土類元素：０．４％以下で、残部がＦｅと不純物とからなる高珪素ステンレス鋼。
もちろん、本発明に係る加工方法が適用される高珪素ステンレス鋼は、成形加工したときにひび割れや内部欠陥等の不具合が生じる可能性が高い、珪素の含有率が２．０質量％以上である高珪素ステンレス鋼であれば特に上記のものに限定されない。
（高珪素ステンレス鋼１０の成形加工に用いられる成形加工装置１００の例）
次に、上述した高珪素ステンレス鋼１０の成形加工に用いられる成形加工装置１００の一例を図１に示す。成形加工装置１００は、大略、加熱器１０２と、加圧機１０４とを備えている。
次に、上述した高珪素ステンレス鋼１０の成形加工に用いられる成形加工装置１００の一例を図１に示す。成形加工装置１００は、大略、加熱器１０２と、加圧機１０４とを備えている。
加熱器１０２は、成形に先立って高珪素ステンレス鋼１０を加熱するものである。加熱器１０２の大きさは成形する高珪素ステンレス鋼１０を収容できればよく、また、加熱器１０２の熱源についても、所望の温度まで高珪素ステンレス鋼１０を加熱できるものであれば、電気式や燃料式を問わずどのような熱源を使用してもよい。なお、加熱器１０２は、高珪素ステンレス鋼１０をできる限り均一に加熱できることが望ましい。
加圧機１０４は、一例として、第1金型１１０および第２金型１１２を有する金型１１４と、第２金型１１２が載置固定されたベッド１１６と、図中下端に第1金型１１０が固定されたスライダ１１８とを備えている。なお、図１に示す加圧機１０４はあくまで一例であり、他のタイプの加圧機１０４を使用してもよい。
第1金型１１０および第２金型１１２における互いに向かい合う面には、高珪素ステンレス鋼１０を成形するための凹凸形状が形成されている。
また、金型１１４は、必要に応じて、荒加工用の金型（以下、「荒加工用金型」という。）と、仕上げ加工用の金型（以下、「仕上加工用金型」という。）と個別に用意してもよい。
ベッド１１６は、その上端面に第２金型１１２が固定される部材であり、その下端が床面等に固定されることにより、第1金型１１０が第２金型１１２に押し付けられる力（＝加圧力）を受け止めるようになっている。
スライダ１１８は、第1金型１１０を上下方向に移動させるとともに、高珪素ステンレス鋼１０を第1金型１１０と第２金型１１２との間に挟んで加圧する力を与える役割を有している。
（高珪素ステンレス鋼の成形加工方法）
次に、本発明が適用された、高珪素ステンレス鋼１０の成形加工方法について、図２を用いて説明する。この成形加工方法は、大略、準備工程１５０と、加熱工程１５２と、加圧工程１５４とを有している。
次に、本発明が適用された、高珪素ステンレス鋼１０の成形加工方法について、図２を用いて説明する。この成形加工方法は、大略、準備工程１５０と、加熱工程１５２と、加圧工程１５４とを有している。
準備工程１５０は、上述した高珪素ステンレス鋼１０や、金型１１４を用意する工程である。
加熱工程１５２は、用意した高珪素ステンレス鋼１０を所定の温度まで加熱する工程である。
加圧工程１５４は、上述した加熱工程１５２で所定の温度まで加熱された高珪素ステンレス鋼１０を第1金型１１０および第２金型１１２の間で複数回加圧する工程である。
「複数回加圧」について詳しく説明する。図３に示すように、複数回の加圧は、大略、「前半の加圧」と「後半の加圧」とに分けられる。そして、前半の加圧における加圧力（単位は「Ｎ・ｍ」。以下同じ。）は、後半の加圧における加圧力に比べて小さくなるように設定されている。例えば、図３に示す例では、前半における１回の加圧における加圧力は、後半における１回の加圧における加圧力に比べて１／３に設定されている。なお、「前半の加圧」および「後半の加圧」における、「加圧回数」や「所用時間」については、同一となるように設定してもよいし、互いに異なるように設定してもよい。
また、図４に示すように、高珪素ステンレス鋼１０の温度（高珪素ステンレス鋼１０全体で均一化させたときの温度）が、１１５０℃から１２００℃の間にあるときに、すべての回数の加圧を実施して加圧工程１５４を完了させるのが好適である。
このため、高珪素ステンレス鋼１０が上記温度範囲にあるうちに、当該高珪素ステンレス鋼１０を成形加工する「複数回の加圧」をできるだけ短い時間で完了させる必要がある。もちろん、図示しないヒーター等で金型１１４を加熱して、加圧工程下にある高珪素ステンレス鋼１０に加熱工程とは別の「追加の加熱」を行うことにより、当該高珪素ステンレス鋼１０の温度低下が遅くなるので、比較的長い時間をかけて「複数回の加圧」を実施させてもよい。
ただし、「追加の加熱」を行う場合、加圧機１０４にヒーター等の設備を追加しなければならないので、「追加の加熱」を行う必要がない程度の短い時間で「複数回の加圧」を完了させるのが好適である。
また、前半における各回の加圧における「加圧力」の和が、後半における各回の加圧における「加圧力」の和と同じになるように設定してもよい。例えば、図５に示すように、前半における１回の加圧における加圧力を、後半における１回の加圧における加圧力の１／３に設定し、かつ、前半における加圧回数を６回、後半における加圧回数を２回にする。これにより、前半における加圧の「加圧力」の和（合計）が、後半における加圧の「加圧力」の和（合計）と同じになる。
さらに、前半の加圧には荒加工用金型を使用し、かつ、後半の加圧には仕上加工用金型を使用してもよい。
（高珪素ステンレス鋼の成形加工方法の特徴）
このように、成形加工における前半は比較的小さな加圧力で成形を開始し、後半は比較的大きな加圧力で最終的な形状まで成形を実施することにより、ひび割れや内部欠陥等の不具合を生じさせやすい高珪素ステンレス鋼１０であってもそのような不具合なく所望の形状に成型することができる。
このように、成形加工における前半は比較的小さな加圧力で成形を開始し、後半は比較的大きな加圧力で最終的な形状まで成形を実施することにより、ひび割れや内部欠陥等の不具合を生じさせやすい高珪素ステンレス鋼１０であってもそのような不具合なく所望の形状に成型することができる。
（変形例）
上述した実施形態では、成形加工方法において互いに加圧力が異なる「前半の加圧」および「後半の加圧」の２段階が設定されていたが、３段階以上の互いに加圧力が異なる段階があってもよい。
上述した実施形態では、成形加工方法において互いに加圧力が異なる「前半の加圧」および「後半の加圧」の２段階が設定されていたが、３段階以上の互いに加圧力が異なる段階があってもよい。
例えば、図６に示すように、「前半の加圧」と「後半の加圧」との間に、前半の加圧における加圧力よりも大きく、かつ、後半の加圧による加圧力よりも小さい「中間の加圧」を設定してもよい。
この「中間の加圧」における加圧力は、図７に示すように、前半の加圧における加圧力よりも小さく設定されてもよい。
さらに言えば、加圧ごとに加圧力を変化させてもよい。例えば、図８に示す例では、加圧の回数が増加するについて、当該加圧の加圧力が少しずつ大きくなるように設定されている。もちろん、途中の何回かの加圧が同じ加圧力に設定されてもよい。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
１０…高珪素ステンレス鋼
１００…成形加工装置、１０２…加熱器、１０４…加圧機、１１０…第1金型、１１２…第２金型、１１４…金型、１１６…ベッド、１１８…スライダ
１５０…準備工程、１５２…加熱工程、１５４…加圧工程
１００…成形加工装置、１０２…加熱器、１０４…加圧機、１１０…第1金型、１１２…第２金型、１１４…金型、１１６…ベッド、１１８…スライダ
１５０…準備工程、１５２…加熱工程、１５４…加圧工程
Claims (6)
- 珪素の含有率が２．０質量％以上である高珪素ステンレス鋼を複数回加圧して成形加工する方法であって、
前半の加圧における加圧力は、後半の加圧における加圧力よりも小さいことを特徴とする
高珪素ステンレス鋼の成形加工方法。 - 前記高珪素ステンレス鋼の温度が１１５０℃から１２００℃の間ですべての回数の加圧が実施されることを特徴とする
請求項１に記載の成形加工方法。 - 最初の加圧から、最後の加圧まで、前記高珪素ステンレス鋼に対する追加の加熱なしで成形加工することを特徴とする
請求項１または２に記載の成形加工方法。 - 前記前半の加圧には、荒加工用金型を使用し、
前記後半の加圧には、仕上加工用金型を使用することを特徴とする
請求項１から３のいずれか１項に記載の成形加工方法。 - 前記前半における１回の加圧の加圧力は、前記後半における１回の加圧の加圧力の１／３であることを特徴とする
請求項１から４のいずれか１項に記載の成形加工方法。 - 前記前半における加圧の加圧力の和は、前記後半における加圧の加圧力の和と同じであることを特徴とする
請求項１から５のいずれか１項に記載の成形加工方法。
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|---|---|---|---|---|
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-
2018
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