JP2021507109A - マルエイジング鋼から物品を製造する方法 - Google Patents
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Abstract
Description
ニッケルは、マルエイジング鋼中で最も重要な合金元素である。マルエイジング合金中では炭素含有量が低いので、FeへのNiの添加は、立方晶Fe−Niマルテンサイトの形成をもたらす。Ni含有量の制御も重要であり、これはNiがオーステナイト安定化元素であり、従ってNiが再転換されたオーステナイトの形成に決定的であるためである。Niは、Al、Ti、およびMnのような多数の元素を有する金属間析出物を形成し、従って、析出促進元素として追加の決定的役割を果たす。
アルミニウムは、析出元素としてマルエイジング鋼に添加される。それは固溶強化を増加させ、特にNiと共に金属間析出物を形成する。より高いAl含有量は微細構造中にδフェライトの存在をもたらし得、これは機械的性質と耐食性に対して負の影響を及ぼす。
チタンは、マルエイジング鋼中の最も活性な元素の一つであると見られる。それは時効中に析出し、マルエイジング鋼中の析出物の形成に最も重要な合金元素と考えることができる。それは、開発され、今日複雑な合金化系で使用されている最初のマルエイジング鋼中の析出促進元素として使用された。
Mo含有量の増加に伴い、MoがNiと金属間化合物を形成するため、時効後の硬度の増加が観察できる(図2)。Moの析出挙動は、他の元素によって、特に、中でもコバルト(Co)によって強く影響される。Coの添加は、マトリックスへのMoの溶解度を減少させ、Moも、強制的に析出物を形成させる。これにより、硬度の増加につながる(図2)。さらに、Moは固溶強化も増加させ(図2)、高Cr含有マルエイジング鋼の耐食性を改善する。
マルエイジング鋼の耐食性を改善するためにクロムを添加する。これにより、例えばプラスチック成形鋼として使用できる鋼が得られ、プラスチックの製造中に化学的侵食に曝される。合金へのCrの添加は、Laves相の析出を促進する。しかし、より高いCr含有量は、σ位相の形成をもたらし得、それは、機械的特性に負の影響を及ぼす。更に、長期時効では、Feに富む、およびCrに富む相へのスピノーダル偏析が起こり得、これはノッチ衝撃強さを低下させる。
経済的なマルエイジング鋼を開発するために、時々、Mnを用いて、より高価なNiを代替した。Niと一致して、MnはMnマルテンサイトを形成するが、オーステナイト安定化効果がより少なく、従ってFe−Mn合金中にかなりの量のδフェライトが存在する。このδフェライトは、機械的特性と耐食性に対して負の影響を及ぼす。
炭素は、マルエイジング鋼の合金元素ではない。マルエイジング鋼は炭化物から高強度を得ることができないため、鋼の製造中は炭素含有量をできるだけ低く保つ。このため、マルエイジング鋼の炭素含有量は、1/100%の範囲である。
Cuは、マルエイジング鋼中の析出促進元素として働く;それは、しかしながら、他の元素との化合物を形成しない。初期には、それは、Feマトリックス中に立方晶の体心構造で析出した。時効中、それは、9R構造を発生し、終了時には、それは、平衡においてその立方晶面心構造を形成する。銅の役割は、急速に析出し、他の析出の核形成部位として役立つことである。
ケイ素は、通常、鋼中の不純物元素と考えられる。しかし、マルエイジング鋼では、Siは金属間相を形成し、特にTiを含む合金では、いわゆるNi16Si7Ti6 G相を形成する。「G相」という用語は、相が顆粒境界で初めて発見されたために使用される;しかしながら、これは、マルエイジング鋼ではそうではない。
(i)金属間相の析出
(ii)マルテンサイトの回収
(iii)再転換したオーステナイトの形成
・2段階の熱処理だけが必要である
・時効していない状態で複雑な形状を容易に加工することができる
・最小の変形を伴うその後の硬化
・析出密度およびタイプを修正することにより、硬度および強度値の増加を達成した。析出促進元素AlおよびTiの含有量も増加した。
・靭性を増加させるために、再転換されたオーステナイトのパーセンテージを増加させた。Ni含有量の増加によりこれを達成することができた。
Claims (10)
- マルエイジング鋼から物品を製造する方法であって、
前記物品を、溶体化焼鈍および時効熱処理に順次供し、
前記鋼が、重量%で以下の組成:
C=0.01〜0.05
Si=0.4〜0.8
Mn=0.1〜0.5
Cr=12.0〜13.0
Ni=9.5〜10.5
Mo=0.5〜1.5
Ti=0.5〜1.5
Al=0.5〜1.5
Cu=0.0〜0.05
残留鉄および製錬誘導不純物
を有する、方法。 - 鋼材料を真空誘導炉中で溶融し、ESUまたはVLBOにより再溶融し、次いで鋳造することを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記材料を所望の形態にし、次いで900〜1000℃で溶体化焼鈍することを特徴とする、請求項1または2に記載の方法。
- 前記材料を0.5〜1.5時間溶体化焼鈍することを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
- 前記溶体化焼鈍後、前記材料を475℃〜525℃で時効処理することを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記時効時間は2〜6時間であることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。
- 前記溶体化焼鈍および時効の後、前記材料が50HRC超の硬度を有することを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。
- 525℃の温度で時効した後、前記材料は、4〜8体積%、特に5〜7.5体積%の再転換オーステナイト含有量を有することを特徴とする、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。
- 請求項1〜8のいずれか一項に記載の方法で製造されたマルエイジング鋼から構成される物品であって、前記鋼が重量%で以下の組成:
C=0.01〜0.05
Si=0.4〜0.8
Mn=0.1〜0.5
Cr=12.0〜13.0
Ni=9.5〜10.5
Mo=0.5〜1.5
Ti=0.5〜1.5
Al=0.5〜1.5
Cu=0.0〜0.05
残留鉄および製錬誘導不純物
を有する、物品。 - 50 HRC超の硬度および4〜8体積%、特に5〜7体積%の再転換オーステナイトのパーセンテージを有することを特徴とする、請求項9に記載の主題。
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