JP3378346B2 - Precipitation-hardened martensitic stainless steel with excellent strength and toughness - Google Patents

Precipitation-hardened martensitic stainless steel with excellent strength and toughness

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JP3378346B2
JP3378346B2 JP05862694A JP5862694A JP3378346B2 JP 3378346 B2 JP3378346 B2 JP 3378346B2 JP 05862694 A JP05862694 A JP 05862694A JP 5862694 A JP5862694 A JP 5862694A JP 3378346 B2 JP3378346 B2 JP 3378346B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、連続時効炉,バッチ式
時効炉等で時効処理した後に高強度を発現すると共に高
靭性を維持し、溶接部においても優れた強靭性を呈する
析出硬化型マルテンサイト系ステンレス鋼に関する。
FIELD OF THE INVENTION The present invention is a precipitation hardening type that exhibits high strength and maintains high toughness after aging treatment in a continuous aging furnace, a batch aging furnace, etc. and exhibits excellent toughness in the welded portion. Regarding martensitic stainless steel.

【0002】[0002]

【従来の技術】析出硬化型マルテンサイト系ステンレス
鋼は、時効処理前の硬さが低く、打ち抜き加工性や成形
加工性に優れている。時効処理を施した後では、析出硬
化により高強度を発現し、溶接軟化抵抗にも優れてい
る。この特性を活用し、溶接が必要なスチールベルト等
の構造用材料や各種バネ材料として多用されている。本
出願人も、この種の析出硬化型マルテンサイト系ステン
レス鋼として、高強度で且つ靭性に優れたスチールベル
ト用材料を特公昭59−49303号として紹介した。
この析出硬化型マルテンサイト系ステンレス鋼において
は、溶体化処理状態や溶接後の熱影響部に多量のオース
テナイト相が残留しないようにC,Ti,Mn,Ni,
Cr,Cu及びAlの間で成分調整を図っている。これ
により、特に溶接部のマルテンサイト化を促進させ、時
効処理による強度向上を図っている。また、Moの添加
によって靭性を向上させたマルテンサイト系ステンレス
鋼を、特開昭60−36649号公報で紹介した。
2. Description of the Related Art Precipitation hardening type martensitic stainless steel has low hardness before aging treatment and is excellent in punching workability and forming workability. After the aging treatment, it exhibits high strength due to precipitation hardening and is excellent in welding softening resistance. Utilizing this property, it is widely used as a structural material such as a steel belt that requires welding and various spring materials. The present applicant also introduced, as a precipitation hardening type martensitic stainless steel of this type, a steel belt material having high strength and excellent toughness as Japanese Patent Publication No. 59-49303.
In this precipitation hardening type martensitic stainless steel, C, Ti, Mn, Ni, so that a large amount of austenite phase does not remain in the solution treated state or the heat affected zone after welding.
The composition is adjusted among Cr, Cu and Al. As a result, the martensite formation of the welded portion is particularly promoted, and the strength is improved by the aging treatment. A martensitic stainless steel whose toughness has been improved by adding Mo was introduced in JP-A-60-36649.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】特公昭59−4930
3号のステンレス鋼は、強度の面で要求特性を満足する
ものの、用途によっては要求される靭性を満足しないこ
とがある。この点、特開昭60−36649号公報のス
テンレス鋼では、Mo添加によって靭性を向上させてい
る。析出硬化型マルテンサイト系ステンレス鋼は、多岐
にわたる用途で使用され始めている。用途の展開に伴
い、使用条件によっては強度不足や靭性不足が問題にな
ることがある。高い靭性が要求される場合、単にMo添
加だけで要求特性を満足させることができない。析出硬
化型マルテンサイト系ステンレス鋼は、連続時効炉,バ
ッチ式時効炉等で時効処理されているが、昇温及び降温
速度に応じて靭性,強度等の性質が変動する。特に、昇
温及び降温に長時間が費やされるバッチ式時効炉では、
比較的昇温・降温時間が短時間の連続時効炉を用いた場
合に比較して、時効処理温度によっては靭性の低下が大
きくなる。そのため、連続時効炉又はバッチ式時効炉に
よる何れの場合も、用途に応じて更に高強度及び高靭性
の鋼材を開発することが要求される。本発明は、このよ
うな要求に応えるべく案出されたものであり、Cu低減
条件下でNi,C等の成分バランスを図ることにより、
母材及び溶接部共に、高強度領域において従来の鋼材で
は得られなかった優れた靭性を有する析出硬化型マルテ
ンサイト系ステンレス鋼を提供することを目的とする。
[Problems to be Solved by the Invention] Japanese Patent Publication No. 59-4930
The No. 3 stainless steel satisfies the required properties in terms of strength, but may not satisfy the required toughness depending on the application. In this regard, in the stainless steel disclosed in JP-A-60-36649, the toughness is improved by adding Mo. Precipitation-hardening martensitic stainless steels are beginning to be used in a wide variety of applications. With the development of applications, insufficient strength or insufficient toughness may become a problem depending on the usage conditions. When high toughness is required, the required characteristics cannot be satisfied simply by adding Mo. Precipitation hardening type martensitic stainless steel is aged in a continuous aging furnace, a batch type aging furnace, etc., but the properties such as toughness and strength vary depending on the temperature rising and cooling rates. Especially in the batch type aging furnace where a long time is spent for raising and lowering the temperature,
Compared with the case of using a continuous aging furnace in which the temperature rising / falling time is relatively short, the toughness is greatly reduced depending on the aging temperature. Therefore, in either case of the continuous aging furnace or the batch aging furnace, it is required to develop a steel material having higher strength and higher toughness depending on the application. The present invention has been devised to meet such a demand, and by balancing the components of Ni, C, etc. under Cu reducing conditions,
It is an object of the present invention to provide a precipitation hardening type martensitic stainless steel which has excellent toughness in both the base material and the welded portion, which has not been obtained by conventional steel materials in the high strength region.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明の析出硬化型マル
テンサイト系ステンレス鋼は、その目的を達成するた
め、特に連続時効炉による時効処理に適したものとし
て、C:0.03重量%以下,Si:0.5〜2.0重
量%,Mn:3.0重量%以下,P:0.02〜0.0
6重量%,S:0.005重量%以下,Ni:7.5〜
9.5重量%,Cr:12.0〜15.0重量%,C
u:0.3重量%以下,Mo:1.0〜3.0重量%,
Ti:0.15〜0.60重量%,N:0.015重量
%以下及びAl:0.30重量%以下を含み、式(1)
で定義されるE値が0.075以下に規制されている。 E=[(Si%)×(Ti%)]/(Ni%) ・・・・(1) バッチ式時効炉による時効処理に適したものとしては、
C含有量を0.02重量%以下に規制する。また、溶接
状態で使用される場合、式(2)で定義されるF値が4
0.0以下となるように成分調整される。 F=0.7×(Mn%)+(Ni%)+0.6×(Cr%) +0.76×(Cu%)+0.35×(Si%)−0.36×(Al%) +0.6×(Mo%)+21.5 ・・・・(2)
The precipitation hardening type martensitic stainless steel of the present invention has a C content of 0.03% by weight or less as a material suitable for aging treatment by a continuous aging furnace in order to achieve the object. , Si: 0.5 to 2.0 wt%, Mn: 3.0 wt% or less, P: 0.02 to 0.0
6% by weight, S: 0.005% by weight or less, Ni: 7.5
9.5% by weight, Cr: 12.0 to 15.0% by weight, C
u: 0.3% by weight or less, Mo: 1.0 to 3.0% by weight,
Ti: 0.15 to 0.60% by weight, N: 0.015% by weight or less and Al: 0.30% by weight or less, formula (1)
The E value defined by is regulated to 0.075 or less. E = [(Si%) × (Ti%)] / (Ni%) (1) Suitable for aging treatment by a batch type aging furnace,
The C content is regulated to 0.02% by weight or less. When used in a welded state, the F value defined by equation (2) is 4
The components are adjusted so as to be 0.0 or less. F = 0.7x (Mn%) + (Ni%) + 0.6x (Cr%) + 0.76x (Cu%) + 0.35x (Si%)-0.36x (Al%) + 0. 6 × (Mo%) + 21.5 ・ ・ ・ ・ (2)

【0005】[0005]

【作用】本発明者等は、特開昭60−36649号公報
で紹介したマルテンサイト系ステンレス鋼において更に
高い靭性を得るために種々調査検討した結果、Cu含有
量を低く押えることが有効であることを見い出した。し
かし、析出硬化元素であるCuを低減すると、時効処理
後の強度不足が問題になる。そこで、Cu含有量を低減
した鋼について所定の強度を確保するため、更に調査・
研究を重ねた。その結果、Ni含有量を高いレベルに維
持し、且つC含有量を低く抑え、他の合金元素のバラン
スを調整することにより、時効処理後及び溶接を施した
際にも従来の析出硬化型マルテンサイト系ステンレス鋼
と同等以上の強度が得られることを解明した。また、N
i,Ti,Si等のバランスを図り、且つ一定量以上の
Pを含有させることにより、高強度領域においても高い
靭性が維持され、強度−靭性バランスの優れたマルテン
サイト系ステンレス鋼が得られることが判った。更に、
バッチ式時効炉で時効処理されるマルテンサイト系ステ
ンレス鋼では、連続時効炉を用いる場合よりもC含有量
の上限を低く抑えることにより、従来鋼よりも高い靭性
を呈する鋼材が得られることを解明した。
The present inventors have conducted various investigations to obtain even higher toughness in the martensitic stainless steel introduced in JP-A-60-36649. As a result, it is effective to keep the Cu content low. I found a thing. However, if Cu, which is a precipitation hardening element, is reduced, insufficient strength after aging treatment becomes a problem. Therefore, in order to ensure the prescribed strength for steel with reduced Cu content, further investigation and
Repeated research. As a result, by maintaining the Ni content at a high level, suppressing the C content to be low, and adjusting the balance of other alloy elements, the conventional precipitation hardening type martensite can be used even after aging treatment and during welding. It has been clarified that the strength is equal to or higher than that of site-based stainless steel. Also, N
By maintaining a balance of i, Ti, Si, etc., and by containing a certain amount or more of P, high toughness is maintained even in the high strength region, and a martensitic stainless steel having an excellent strength-toughness balance can be obtained. I understood. Furthermore,
For martensitic stainless steel that is aged in a batch aging furnace, it has been clarified that a steel material exhibiting higher toughness than conventional steel can be obtained by keeping the upper limit of C content lower than when using a continuous aging furnace. did.

【0006】以下、本発明の析出硬化型マルテンサイト
系ステンレス鋼に含まれる合金成分及びその含有量につ
いて説明する。 C:0.03重量%以下,バッチ式で時効される場合に
は0.02重量%以下鋼の強度を向上させ、且つ高温で
生成するδフェライト相を抑制する上で有効な元素であ
る。しかし、C含有量が多量になるに従って、焼入れ後
に多量のオーステナイトが残留し、その後の調質圧延に
よってもマルテンサイト単相が得られない。そのため、
時効処理時に高強度を得ることが困難になる、またTi
Cの生成が促進される結果として靭性が低下する。更
に、TiCの再固溶に起因して多量のオーステナイトが
溶接時に残留し、高強度が得られない。そこで、本発明
においては、C含有量の上限を0.03重量%に規定し
た。バッチ式時効炉で時効処理する場合、連続時効炉に
比較して昇温及び降温に長時間が費やされる。そのた
め、C含有量が0.02重量%を超えると、炭化物の析
出によって靭性が低下することがある。したがって、こ
の場合にはC含有量を0.02重量%以下に規制する。
The alloy components and their contents contained in the precipitation hardening type martensitic stainless steel of the present invention will be described below. C: 0.03% by weight or less, 0.02% by weight or less when aged in a batch system. It is an element effective for improving the strength of steel and suppressing the δ ferrite phase generated at high temperature. However, as the C content increases, a large amount of austenite remains after quenching, and the martensite single phase cannot be obtained even by subsequent temper rolling. for that reason,
It becomes difficult to obtain high strength during aging treatment, and Ti
As a result of promoting the generation of C, the toughness decreases. Further, a large amount of austenite remains during welding due to the re-dissolution of TiC, and high strength cannot be obtained. Therefore, in the present invention, the upper limit of the C content is specified to be 0.03% by weight. When aging treatment is performed in a batch type aging furnace, a longer time is spent to raise and lower the temperature as compared with a continuous aging furnace. Therefore, if the C content exceeds 0.02% by weight, the toughness may decrease due to the precipitation of carbides. Therefore, in this case, the C content is restricted to 0.02% by weight or less.

【0007】Si:0.5〜2.0重量% Siは、固溶強化能が大きく、マトリックスを強化する
作用を呈する。また、Ti及びNiと共に複合添加する
ことによって、時効処理時にSi,Ti,Ni等の元素
からなる金属間化合物の微細整合析出が生じ、鋼の強度
を向上させる。このとき析出する金属間化合物は、Ni
16Ti6 Si7 で表されるG相である。このような作用
は、Si含有量が0.5重量%以上で顕著にみられる。
しかし、2.0重量%を超える多量のSiを含有させる
と、δフェライト相の生成が助長され、強度及び靭性が
低下する。 Mn:3.0重量%以下 Mnは、高温域におけるδフェライト相の生成を抑制す
る作用を呈する。しかし、多量のMn添加は、溶接部の
靭性低下や溶接作業性低下を引き起こし易い。そこで、
本発明においては、Mn含有量の上限を3.0重量%に
規定した。
Si: 0.5 to 2.0 wt% Si has a large solid solution strengthening ability and exhibits a function of strengthening the matrix. In addition, the composite addition with Ti and Ni causes the fine matching precipitation of the intermetallic compound consisting of elements such as Si, Ti, and Ni during the aging treatment to improve the strength of the steel. The intermetallic compound precipitated at this time is Ni
It is a G phase represented by 16 Ti 6 Si 7 . Such an effect is remarkable when the Si content is 0.5% by weight or more.
However, when a large amount of Si exceeding 2.0% by weight is contained, the formation of the δ ferrite phase is promoted, and the strength and toughness decrease. Mn: 3.0 wt% or less Mn has an action of suppressing the formation of the δ ferrite phase in a high temperature range. However, addition of a large amount of Mn tends to cause deterioration of the toughness of the welded part and deterioration of welding workability. Therefore,
In the present invention, the upper limit of the Mn content is specified to be 3.0% by weight.

【0008】P:0.02〜0.06重量% 本発明のようにC含有量を低減した合金系では、TiC
の分布量が減少し、TiCによるピンニング効果が小さ
くなり、靭性低下の原因となる結晶粒の粗大化が生じ易
い。Pは、この低Cステンレス鋼において溶体化処理時
又は焼鈍時に結晶粒が粗大化することを抑制し、時効処
理後に高靭性を得る上で有効な合金元素である。時効処
理後に高靭性を得るためには、0.02重量%以上のP
を含有させることが必要である。しかし、0.06重量
%を超える多量のPを含有させても、P含有量の増加に
見合った結晶粒微細化の効果が小さく、却って靭性を劣
化させる原因となる。また、多量にPを含有させること
は、耐食性を確保する上でも好ましくない。
P: 0.02-0.06% by weight In the alloy system in which the C content is reduced as in the present invention, TiC
The distribution amount of Fe decreases, the pinning effect of TiC becomes smaller, and coarsening of crystal grains, which causes deterioration of toughness, easily occurs. P is an alloying element effective in suppressing coarsening of crystal grains during solution treatment or annealing in this low C stainless steel and obtaining high toughness after aging treatment. In order to obtain high toughness after aging treatment, 0.02% by weight or more of P
Is required to be contained. However, even if a large amount of P exceeding 0.06% by weight is contained, the effect of grain refinement commensurate with the increase in the P content is small, which rather causes deterioration of toughness. Moreover, it is not preferable to contain a large amount of P in order to secure the corrosion resistance.

【0009】Ni:7.5〜9.5重量% Niは、析出硬化に寄与するG相として析出すると共
に、δフェライト相の生成を抑制する。本発明の合金系
においては、焼鈍後δフェライト相の生成を抑制し、高
強度且つ高靭性を確保することから、Ni含有量の下限
を7.5重量%に規定した。しかし、9.5重量%を超
える多量のNiを含有させると、焼鈍後又は溶接後に多
量のオーステナイトが残留し、高強度を得ることが困難
になる。 Cr:12.0〜15.0重量% ステンレス鋼としての耐食性を得るため、少なくとも1
2.0重量%以上のCrを含有させることが必要であ
る。しかし、15.0重量%を超える多量のCrを含有
させると、δフェライト相及び残留オーステナイト相が
多量に生成し、溶接部の強度を低下させる原因となる。
Ni: 7.5-9.5 wt% Ni precipitates as a G phase that contributes to precipitation hardening, and suppresses the formation of a δ ferrite phase. In the alloy system of the present invention, the lower limit of the Ni content is specified to be 7.5 wt% in order to suppress the formation of the δ ferrite phase after annealing and to secure high strength and high toughness. However, when a large amount of Ni exceeding 9.5 wt% is contained, a large amount of austenite remains after annealing or welding, and it becomes difficult to obtain high strength. Cr: 12.0 to 15.0 wt% To obtain corrosion resistance as stainless steel, at least 1
It is necessary to contain 2.0% by weight or more of Cr. However, when a large amount of Cr exceeding 15.0% by weight is contained, a large amount of δ ferrite phase and retained austenite phase are generated, which causes a decrease in strength of the welded portion.

【0010】Cu:0.3重量%以下 本発明の合金系は、Cuの析出強化作用に依らず、高強
度が得られる。そのため、高強度化した場合、特に低温
時効での靭性を劣化させる原因となり易いCuの含有量
を低く抑えることが可能となる。また、多量のCu添加
は、熱間加工性を低下させ、表面割れ発生の原因にな
る。そこで、本発明においては、Cu含有量の上限を
0.3重量%に規定した。 Mo:1.0〜3.0重量% Moは、析出硬化による強度及び靭性の向上に有効な合
金元素である。有効な時効硬化能を発現するためには、
1.0重量%以上のMoを含有させることが必要であ
る。しかし、3.0重量%を超えるMoを含有させて
も、Mo含有量の増加に見合った強度及び靭性の向上が
得られない。しかも、多量のMoを含有させると、δフ
ェライト相の生成が助長され、溶接部の強度及び靭性が
低下し易くなる。
Cu: 0.3% by weight or less The alloy system of the present invention provides high strength regardless of the precipitation strengthening action of Cu. Therefore, when the strength is increased, it is possible to suppress the content of Cu to be low, which tends to cause deterioration of toughness particularly at low temperature aging. Further, addition of a large amount of Cu deteriorates hot workability and causes surface cracking. Therefore, in the present invention, the upper limit of the Cu content is specified to be 0.3% by weight. Mo: 1.0 to 3.0 wt% Mo is an alloying element effective in improving strength and toughness due to precipitation hardening. In order to develop effective age hardening ability,
It is necessary to contain 1.0% by weight or more of Mo. However, even if Mo is contained in excess of 3.0% by weight, the improvement in strength and toughness commensurate with the increase in Mo content cannot be obtained. Moreover, when a large amount of Mo is contained, the formation of the δ ferrite phase is promoted, and the strength and toughness of the welded portion are likely to decrease.

【0011】Ti:0.15〜0.60重量% Tiは、析出硬化に寄与する合金元素であり、高強度を
得るために0.15重量%以上のTiを含有させること
が必要である。しかし、0.60重量%を超えて多量の
Tiを含有させると、強度の向上が図られるものの、過
度の析出硬化反応によって靭性の低下が生じる。 N:0.015重量%以下 Nは、Tiとの親和力が大きく、析出硬化元素として働
く有効TiをTiNの生成によって消費する。また、N
含有量の増加に応じTiN介在物が多くなり、疲労強度
や靭性を低下させる原因となる。したがって、N含有量
は低いほど好ましく、本発明においてはN含有量の上限
を0.015重量%に規定した。
Ti: 0.15 to 0.60 wt% Ti is an alloying element that contributes to precipitation hardening, and it is necessary to contain 0.15 wt% or more of Ti in order to obtain high strength. However, when a large amount of Ti is contained in excess of 0.60% by weight, the strength is improved, but the toughness is lowered due to an excessive precipitation hardening reaction. N: 0.015 wt% or less N has a large affinity with Ti and consumes effective Ti acting as a precipitation hardening element by the formation of TiN. Also, N
The TiN inclusions increase as the content increases, which causes a decrease in fatigue strength and toughness. Therefore, the lower the N content is, the more preferable. In the present invention, the upper limit of the N content is specified to be 0.015% by weight.

【0012】S:0.005重量%以下 Sは、MnS等の非金属介在物として鋼中に存在し、疲
労強度,靭性,耐食性等に悪影響を与える。この点で、
S含有量は低いほど好ましく、上限を0.005重量%
に規定した。 Al:0.30重量%以下 Alは、脱酸剤として使用される元素であると共に、T
iと同様に析出硬化にも有効に働く。しかし、Al含有
量が0.30重量%を超えると、靭性が低下する傾向が
みられる。そこで、本発明においては、Al含有量の上
限を0.30重量%に規定した。
S: 0.005 wt% or less S is present in the steel as a non-metallic inclusion such as MnS and adversely affects fatigue strength, toughness, corrosion resistance and the like. In this respect,
The lower the S content, the more preferable, and the upper limit is 0.005% by weight.
Stipulated in. Al: 0.30 wt% or less Al is an element used as a deoxidizing agent, and T
Like i, it also works effectively for precipitation hardening. However, if the Al content exceeds 0.30% by weight, the toughness tends to decrease. Therefore, in the present invention, the upper limit of the Al content is specified to be 0.30% by weight.

【0013】E値:0.075以下 以上の合金元素を含む成分系において、更に式(1)で
定義されるE値を0.075以下に規制した。E値は、
本発明者等による多数の実験から導き出された合金成分
間の関係である。 E=[(Si%)×(Ti%)]/(Ni%) ・・・・(1) E値は、高靭性を維持するために必要なSi,Ti及び
Ni間のバランスを表す指標である。E値が0.075
を超えるように成分調整されたものでは、時効処理で高
強度化したとき靭性が低下する。
E value: In a component system containing an alloying element of 0.075 or less, the E value defined by the formula (1) was further restricted to 0.075 or less. E value is
It is a relationship between alloy components derived from many experiments by the present inventors. E = [(Si%) × (Ti%)] / (Ni%) (1) The E value is an index showing the balance between Si, Ti and Ni necessary for maintaining high toughness. is there. E value is 0.075
If the component is adjusted to exceed, the toughness decreases when the strength is increased by aging treatment.

【0014】F値:40.0以下 以上のように成分設計された鋼を溶接される用途で使用
する場合、更に式(2)で定義されるF値を40.0以
下に規制する。式(2)も、本発明者等による多数の実
験から導き出された合金成分間の関係である。 F=0.7×(Mn%)+(Ni%)+0.6×(Cr%) +0.76×(Cu%)+0.35×(Si%)−0.36×(Al%) +0.6×(Mo%)+21.5 ・・・・(2) F値は、焼鈍状態及び溶接部の高強度を確保するために
必要な各合金成分間のバランスを示す指標である。F値
が40.0を超えるように成分調整されたものでは、焼
鈍状態や溶接後の熱影響部及びボンド部に多量のオース
テナイトが残留する。焼鈍状態での残留オーステナイト
は、若干の冷間圧延によって容易にマルテンサイトに変
態する。しかし、冷間加工等の後処理を施し難い溶接部
では、残留オーステナイトをマルテンサイト化すること
が容易でないため、その後の時効処理によっても十分に
高強度化しない。この点から、F値の上限を40.0に
規定した。F値は、焼鈍後の残留オーステナイトを25
%以下に抑えるため、好ましくは39.0〜40.0の
範囲に設定する。
F value: 40.0 or less When the steel whose composition is designed as above is used for welding, the F value defined by the formula (2) is further restricted to 40.0 or less. Formula (2) is also a relationship between alloy components derived from many experiments by the present inventors. F = 0.7x (Mn%) + (Ni%) + 0.6x (Cr%) + 0.76x (Cu%) + 0.35x (Si%)-0.36x (Al%) + 0. 6 × (Mo%) + 21.5 (2) F value is an index showing the balance between the alloy components necessary for ensuring the annealed state and the high strength of the welded portion. When the composition is adjusted so that the F value exceeds 40.0, a large amount of austenite remains in the heat-affected zone and the bond zone after annealing or after welding. The retained austenite in the annealed state is easily transformed into martensite by some cold rolling. However, since it is not easy to convert retained austenite to martensite in a welded portion where post-treatment such as cold working is difficult, the strength does not sufficiently increase even after the aging treatment. From this point, the upper limit of the F value is defined as 40.0. The F value is 25 for the retained austenite after annealing.
% Or less, the range is preferably set to 39.0 to 40.0.

【0015】靭性を低下させる要因の一つに、δフェラ
イトの存在が掲げられる。焼鈍後の組織にδフェライト
が観察されると、時効処理後に引張り試験を行った靭性
評価試験片の破面上にδフェライトに起因した脆性破面
が観察され、靭性が低下していることが確認される。こ
のようなδフェライトの影響を防止するためには、次式
(3)で定義されるD値が2.35以下となるように各
合金成分を調整することが好ましい。 D=[Cr%+3.5×(Ti%+Al%)+1.5×Si%+Mo%]/ [Ni%+0.3×Cu%+0.65×Mn%+10×C%] ・・・・(3) D値は、本発明で規定した成分系におけるCr当量/N
i当量の限定式である。D値が2.35を超えるように
成分調整されると、均熱温度に鋼材が加熱されたとき多
量のδフェライトが生成し、熱間加工性を低下させる。
更に、焼鈍後や溶接後においてもδフェライト相が残留
し、マトリックス及び溶接部の強度及び靭性を低下させ
る原因となる。
One of the factors that lower the toughness is the presence of δ ferrite. When δ ferrite is observed in the structure after annealing, a brittle fracture surface due to δ ferrite is observed on the fracture surface of the toughness evaluation test piece that has been subjected to a tensile test after aging treatment, and the toughness may decrease. It is confirmed. In order to prevent such an influence of δ ferrite, it is preferable to adjust each alloy component so that the D value defined by the following equation (3) is 2.35 or less. D = [Cr% + 3.5 × (Ti% + Al%) + 1.5 × Si% + Mo%] / [Ni% + 0.3 × Cu% + 0.65 × Mn% + 10 × C%] ... ( 3) D value is Cr equivalent / N in the component system specified in the present invention.
It is a limited formula of i equivalent. When the components are adjusted so that the D value exceeds 2.35, a large amount of δ ferrite is generated when the steel material is heated to the soaking temperature, and the hot workability is deteriorated.
Furthermore, the δ-ferrite phase remains after annealing or welding, which causes a decrease in the strength and toughness of the matrix and the weld.

【0016】本発明に従った合金系は、残部が基本的に
Feである。しかし、脱硫を目的としたCa,希土類金
属や熱間加工性を向上させるために添加された0.01
重量%以下のB等を含むこともできる。また、Moとの
複合添加により、優れた靭性を維持したままで高強度が
得られるため、3.0〜6.0重量%のCoを含有させ
ることもできる。Coを含有する合金系においては、
0.2×(Co%)の修正項を式(3)に加える。以上
の合金系において、F値が40.0以下となるように成
分設計される。F値が39.5以上の場合、ある程度の
オーステナイトが焼鈍後に残留し、時効処理によっても
十分な時効硬化能が得られず、高強度を得ることが困難
な場合がある。このような場合、残留オーステナイトを
マルテンサイト化し、且つ形状を矯正するための調質圧
延を施すことが好ましい。形状特性を改善し、且つ残留
オーステナイトをマルテンサイト化して時効処理時に高
強度を得る上では、調質圧延の圧延率を3%以上に設定
することが有効である。しかし、圧延率をあまり大きく
しても形状改善効果が小さく、却って靭性の低下を引き
起こす。したがって、調質圧延する場合、圧延率を3〜
50%の範囲で設定する。
The balance of the alloy system according to the invention is essentially Fe. However, Ca for the purpose of desulfurization, rare earth metal, and 0.01 added to improve hot workability.
It is also possible to include B or the like in an amount of not more than wt%. In addition, since high strength can be obtained while maintaining excellent toughness by the combined addition with Mo, 3.0 to 6.0% by weight of Co can be contained. In the alloy system containing Co,
A correction term of 0.2 × (Co%) is added to the equation (3). In the above alloy system, the components are designed so that the F value is 40.0 or less. When the F value is 39.5 or more, a certain amount of austenite remains after annealing, and it may not be possible to obtain sufficient age hardening ability even by aging treatment, and it may be difficult to obtain high strength. In such a case, it is preferable to perform temper rolling to convert the retained austenite into martensite and to correct the shape. It is effective to set the rolling ratio of the temper rolling to 3% or more in order to improve the shape characteristics and obtain the high strength during the aging treatment by converting the retained austenite into martensite. However, even if the rolling rate is increased too much, the effect of improving the shape is small, and rather causes deterioration of the toughness. Therefore, when temper rolling, the rolling rate is 3 to
Set in the range of 50%.

【0017】本発明では、疲労予亀裂を付けた試験片の
切欠引張試験における最大応力JMにより靭性を評価し
ている。JM 値は、従来の切欠き引張り試験に比較し
て、合金元素,加工熱処理等の諸因子が靭性に与える影
響の詳細な調査を可能にする。このJM 値が1400N
/mm2 以上であると、強度及び靭性共に優れた材料が
得られる。焼鈍後のステンレス鋼は、適宜の調質圧延を
経て時効処理される。連続時効炉における時効処理とし
ては、一般的に析出硬化型鋼で行われている425〜5
50℃で10分以上加熱する熱処理が採用される。バッ
チ式時効炉における時効処理には、1〜10℃/分の昇
温速度で425〜550℃まで昇温し、110分以上の
均熱処理を行った後、冷却する熱処理条件が採用され
る。冷却速度は、特段の制約を受けるものではないが、
通常0.1〜5℃/分の範囲に設定される。時効処理に
よって、高強度が発現され、JM 値が1400N/mm
2 以上の靭性に優れた材料が得られる。JM 値が140
0N/mm2 以上であることから、引張り強さも少なく
とも1400N/mm2 以上になっている。たとえば、
引張り強さが1650N/mm2 程度であっても、JM
値が1400N/mm2 以上であれば、相当に優れた靭
性が得られる。すなわち、高強度の領域において高い靭
性を得るためには、1400N/mm2 以上のJM 値が
必要である。
In the present invention, the toughness is evaluated by the maximum stress J M in the notch tensile test of the fatigue pre-cracked test piece. The J M value enables a detailed investigation of the influence of various factors such as alloying elements and thermomechanical treatment on toughness, as compared with the conventional notch tensile test. This J M value is 1400N
When it is / mm 2 or more, a material excellent in both strength and toughness can be obtained. The annealed stainless steel is subjected to an appropriate temper rolling to be aged. As the aging treatment in the continuous aging furnace, 425 to 5 which is generally performed on precipitation hardening steels.
A heat treatment of heating at 50 ° C. for 10 minutes or more is adopted. For the aging treatment in the batch type aging furnace, heat treatment conditions are employed in which the temperature is raised to 425 to 550 ° C. at a temperature raising rate of 1 to 10 ° C./min, soaking is performed for 110 minutes or more, and then cooling is performed. The cooling rate is not particularly limited,
It is usually set in the range of 0.1 to 5 ° C./minute. High strength is developed by aging treatment, and J M value is 1400 N / mm
A material having a toughness of 2 or more can be obtained. J M value is 140
Since it 0N / mm 2 or more, tensile strength is also increased at least 1400 N / mm 2 or more. For example,
Even if the tensile strength is about 1650 N / mm 2 , J M
When the value is 1400 N / mm 2 or more, considerably excellent toughness is obtained. That is, in order to obtain high toughness in the high strength region, a J M value of 1400 N / mm 2 or more is required.

【0018】[0018]

【実施例】【Example】

−連続時効処理− 表1及び表2に示した成分をもつ各ステンレス鋼につい
て、100kgの鋼塊から熱間圧延を経て板厚6mmの
熱延板を製造した。熱延板を切削加工した後、溶体化処
理し、次いで圧延率40%の冷間圧延及び1030℃に
60秒加熱する焼鈍を施し、更に15%の調質圧延によ
り板厚2mmの鋼帯に成形した。なお、表1におけるA
グループは、本発明鋼である。他方、表2のBグループ
は、比較鋼であり、C,Ni,P,Cu,Mo等の合金
元素含有量或いはE値,F値が本発明で規定した範囲を
外れている。また、Cグループは、従来鋼を示す。
—Continuous Aging Treatment— For each stainless steel having the components shown in Table 1 and Table 2, a hot rolled sheet having a thickness of 6 mm was manufactured from a steel ingot of 100 kg through hot rolling. After cutting the hot rolled sheet, it is solution heat treated, then cold rolled at a rolling rate of 40% and annealed by heating at 1030 ° C. for 60 seconds. Molded. In addition, A in Table 1
The group is the invention steel. On the other hand, Group B in Table 2 is a comparative steel, and the content of alloying elements such as C, Ni, P, Cu and Mo, or E value and F value are out of the ranges specified in the present invention. Group C indicates conventional steel.

【0019】[0019]

【表1】 [Table 1]

【0020】[0020]

【表2】 [Table 2]

【0021】各ステンレス鋼について、調質圧延状態,
連続時効炉で時効処理した際の母材の時効処理状態及び
時効処理された溶接部の引張り強さ,JM 値等の機械的
特性を調査した。時効処理には、連続時効炉を使用し4
0℃/分の昇温速度で525℃まで昇温し、均熱処理を
60分継続する熱処理条件を採用した。以下、この熱処
理を連続時効処理という。本発明鋼A1〜9,比較鋼B
1〜10及び従来鋼C1,2について、525℃で連続
時効処理した際の母材及び溶接部における硬さ,JM
等を、調質材の特性と合せて表3及び表4に示す。JM
値の測定には、図1に示す試験片1を使用した。試験片
1は、長さ160mm及び幅45mmの矩形状に成形
し、それぞれの両端から28mmの位置に直径16mm
の円形孔2,3を開けた。また、試験片1の中央部に直
径4mmの中心孔4を開け、中心孔4から幅方向に延び
た長さ2.5mm及び幅0.3mmのノッチ5,6を放
電加工により切り込んだ。そして、疲労試験機で長さ
3.5mmの疲労予亀裂7,8を導入した。この試験片
1を使用した引張り試験は、亀裂の発生及び進展抵抗が
同時に評価される従来の切欠き引張り試験と異なり、亀
裂の進展のみが評価できる。また、疲労予亀裂7,8へ
の応力集中度が従来の切欠き引張り試験片に比較して高
いことから、亀裂底における材料の靭性がより厳密に評
価される。
For each stainless steel, temper rolling condition,
The mechanical properties such as the aging state of the base material and the tensile strength and J M value of the aged welded part during the aging treatment in the continuous aging furnace were investigated. Use continuous aging furnace for aging treatment 4
A heat treatment condition was employed in which the temperature was raised to 525 ° C. at a temperature increase rate of 0 ° C./min, and soaking was continued for 60 minutes. Hereinafter, this heat treatment is referred to as continuous aging treatment. Invention Steels A1 to 9 and Comparative Steel B
About 1 to 10 and conventional steels C1,2, shown in Table 3 and Table 4 combined hardness at the base metal and the weld at the time of continuous aging treatment at 525 ° C., the J M value or the like, the characteristics of tempered material . J M
The test piece 1 shown in FIG. 1 was used for the measurement of the value. The test piece 1 is formed into a rectangular shape having a length of 160 mm and a width of 45 mm, and has a diameter of 16 mm at a position 28 mm from each end.
The circular holes 2 and 3 were opened. A center hole 4 having a diameter of 4 mm was opened in the center of the test piece 1, and notches 5 and 6 having a length of 2.5 mm and a width of 0.3 mm extending in the width direction from the center hole 4 were cut by electric discharge machining. Then, fatigue pre-cracks 7 and 8 having a length of 3.5 mm were introduced by a fatigue tester. The tensile test using this test piece 1 is different from the conventional notch tensile test in which the occurrence of cracks and the resistance to progress are simultaneously evaluated, and only the progress of cracks can be evaluated. Further, since the stress concentration on the fatigue pre-cracks 7 and 8 is higher than that of the conventional notched tensile test piece, the toughness of the material at the crack bottom is evaluated more strictly.

【0022】[0022]

【表3】 [Table 3]

【0023】[0023]

【表4】 [Table 4]

【0024】図2は、一部の鋼について表3及び表4に
示した525℃連続時効処理後の母材及び溶接部のJM
値を、Si,Ti及びNiの含有量を因子とするE値で
整理したグラフである。図2から明らかなように、E値
が0.075以下の領域では、1400N/mm2 以上
の高いJM 値が得られている。JM 値は、E値が0.0
75を超えるとき急激に低下している。Aグループの本
発明鋼及びBグループの比較鋼では、共に、時効処理時
に主としてNi16Ti6 Si7 で表される金属間化合物
が析出し、この析出によって硬化する。しかし、高靭性
を維持するためには、これら構成合金元素をバランス良
く含有させ、E値を0.075以下にする必要があるこ
とが図2から判る。比較鋼B7及び従来鋼C1では、本
発明で規定した範囲よりもE値が高くなっているにも拘
らずJM 値が高く、良好な靭性が示されている。これ
は、比較鋼B7及び従来鋼C1のように、本発明で規定
した範囲よりもC含有量が高い鋼では、熱間圧延後の冷
却時にTiの一部がTiCとして固定され、時効後の強
度や靭性に影響を及ぼすTi量がC含有量の低い鋼に比
較して小さくなっていることに原因があるものと推察さ
れる。
FIG. 2 shows J M of the base metal and the welded part after continuous aging treatment at 525 ° C. shown in Tables 3 and 4 for some steels.
It is the graph which arranged the value by the E value which made the content of Si, Ti, and Ni a factor. As is clear from FIG. 2, a high J M value of 1400 N / mm 2 or more is obtained in the region where the E value is 0.075 or less. J M value is E value is 0.0
When it exceeds 75, it drops sharply. In both the invention steels of group A and the comparative steels of group B, the intermetallic compound mainly represented by Ni 16 Ti 6 Si 7 is precipitated during the aging treatment, and the precipitation is hardened. However, in order to maintain high toughness, it is understood from FIG. 2 that these constituent alloy elements must be contained in a well-balanced manner and the E value should be 0.075 or less. In Comparative Steel B7 and Conventional Steel C1, although the E value was higher than the range specified in the present invention, the J M value was high and good toughness was shown. This is because in steels having a C content higher than the range specified in the present invention, such as Comparative Steel B7 and Conventional Steel C1, a part of Ti was fixed as TiC during cooling after hot rolling, and after aging. It is presumed that this is because the amount of Ti, which affects the strength and toughness, is smaller than that of steel having a low C content.

【0025】F値を変動させた鋼について、表3及び表
4に示した525℃連続時効処理後の溶接部の引張り強
さとF値との関係を図3に示す。F値40.0以下で溶
接部が1700N/mm2 以上の高い引張り強さを示し
ているが、F値が40.0を超えると溶接部の強度が急
激に低下していることが図3から判る。なお、本発明鋼
A9及び比較鋼B2はF値が40.0を超えており、比
較鋼B7はC含有量が本発明範囲を外れている。本発明
鋼A3及び比較鋼B2について、溶接部の残留オーステ
ナイト量及び硬さを調査した。残留オーステナイト量
は、本発明鋼A3の熱影響部では35%程度であった
が、比較鋼B2では45%以上になっていた。また、溶
接部の硬さは、本発明鋼A3でHV400以上であるの
に対し、比較鋼B2では局部的にHV350程度まで低
下していた。この対比から、F値が40.0を超えると
溶接部の残留オーステナイト量が多量になり、強度低下
を起こすことが確認された。更に、本発明鋼A9におい
ても、前述の表3から明らかなように、母材部で高い強
度及び靭性を示すものの、F値が40.0を超えている
ことから溶接部の靭性が低下している。すなわち、溶接
部の高強度を確保する上では、F値が40.0以下にな
るように各合金成分をバランスさせることが望ましい。
FIG. 3 shows the relationship between the F value and the tensile strength of the welded portion after continuous aging treatment at 525 ° C. shown in Tables 3 and 4 for the steels with varying F values. When the F value is 40.0 or less, the weld shows a high tensile strength of 1700 N / mm 2 or more, but when the F value exceeds 40.0, the strength of the weld decreases sharply. I understand from In addition, the invented steel A9 and the comparative steel B2 have F values exceeding 40.0, and the comparative steel B7 has a C content outside the scope of the present invention. With respect to the present invention steel A3 and the comparative steel B2, the retained austenite amount and hardness of the welded portion were investigated. The amount of retained austenite was about 35% in the heat-affected zone of the invention steel A3, but was 45% or more in the comparative steel B2. Further, the hardness of the welded portion was HV400 or more in the invention steel A3, whereas it was locally reduced to about HV350 in the comparative steel B2. From this comparison, it was confirmed that when the F value exceeds 40.0, the amount of retained austenite in the welded portion becomes large and the strength is reduced. Further, in Steel A9 of the present invention, as is clear from Table 3 above, although the base metal portion shows high strength and toughness, the toughness of the welded portion deteriorates because the F value exceeds 40.0. ing. That is, in order to secure high strength of the welded portion, it is desirable to balance each alloy component so that the F value is 40.0 or less.

【0026】一方、比較鋼B7は、F値が40.0以下
になっているものの、溶接部の強度が低くなっている。
これは、比較鋼B7のC含有量が本発明で規定した範囲
よりも高いことに由来する。すなわち、多量のCに起因
してTiCが未固溶の状態で存在し、溶接時の入熱によ
ってTiCがマトリックスに固溶する結果、溶接後に多
量のオーステナイトが残留するものと推察される。した
がって、高強度の溶接部を得るためには、本発明で規定
した範囲までC含有量を低減し、TiCの生成を抑制す
ることが必要である。P含有量を変動させた鋼につい
て、表3及び表4に示した525℃連続時効処理後の母
材及び溶接部のJM 値を、P含有量との関係で整理して
図4に示す。P含有量が約0.02重量%である本発明
鋼A4は、JM 値が1400N/mm2以上の高い値に
なっている。他方、P含有量が0.005重量%と低い
比較鋼B3では、JM 値に大幅な低下がみられる。
On the other hand, in Comparative Steel B7, the F value is 40.0 or less, but the strength of the welded portion is low.
This is because the C content of comparative steel B7 is higher than the range specified in the present invention. That is, it is presumed that TiC exists in a non-solid solution state due to a large amount of C, and TiC is solid-solved in the matrix due to heat input during welding, and as a result, a large amount of austenite remains after welding. Therefore, in order to obtain a high-strength welded portion, it is necessary to reduce the C content to the range specified in the present invention and suppress the generation of TiC. For steels with varying P content, the J M values of the base metal and welds after continuous aging treatment at 525 ° C. shown in Tables 3 and 4 are arranged in relation to the P content and shown in FIG. . Inventive steel A4 having a P content of about 0.02% by weight has a high J M value of 1400 N / mm 2 or more. On the other hand, in comparative steel B3 having a low P content of 0.005% by weight, the J M value is significantly reduced.

【0027】本発明鋼A4及び比較鋼B3について、焼
鈍後の旧オーステナイト粒径を調査した。その結果、比
較鋼B3では30μmであったのに対し、本発明鋼A4
では旧オーステナイト粒が10〜15μmと細粒化さ
れ、比較鋼4よりも微細な組織であった。P含有によっ
て微細粒が得られるメカニズムは明らかでないが、この
Pの効果によって図4に示した高靭性が得られるものと
推察される。高いJM 値は、P含有量を0.06重量%
まで増量しても維持される。しかし、0.06重量%を
超えてPを含有させたとき、JM 値が1400N/mm
2 以下に低下し、靭性が悪化した。このことから、高靭
性を得るために、P含有量を0.02〜0.06重量%
の範囲に定める必要があることが確認された。425〜
525℃で連続時効処理した本発明鋼A4のJM 値を、
比較鋼B8のJM 値と対比して図5に示す。なお、比較
鋼B8は、Cu含有量が本発明で規定した範囲よりも高
いが、母材及び溶接部の強度を本発明鋼A4と同等にし
て靭性を比較するため、オーステナイト生成元素である
Niの含有量を本発明鋼A4よりも低くし、Ti含有量
を調整した鋼である。
For the invention steel A4 and the comparative steel B3, the prior austenite grain size after annealing was investigated. As a result, the comparative steel B3 had a thickness of 30 μm, whereas the inventive steel A4 had a thickness of 30 μm.
In the former, the austenite grains were refined to 10 to 15 μm, and the structure was finer than that of Comparative Steel 4. Although the mechanism of obtaining fine particles by the P content is not clear, it is presumed that the high toughness shown in FIG. 4 is obtained by the effect of P. High J M value gives P content of 0.06% by weight
It is maintained even if the dose is increased. However, when P is contained in an amount of more than 0.06% by weight, the J M value is 1400 N / mm.
It fell below 2 and the toughness deteriorated. From this, in order to obtain high toughness, the P content is 0.02 to 0.06% by weight.
It has been confirmed that it is necessary to set within the range. 425
The J M value of the steel A4 of the present invention continuously aged at 525 ° C.
It is shown in FIG. 5 in comparison with the J M value of comparative steel B8. Although the comparative steel B8 has a Cu content higher than the range specified in the present invention, in order to compare the toughness by making the strength of the base metal and the welded portion equal to that of the steel A4 of the present invention, the austenite forming element Ni is used. The content of is lower than that of the steel A4 of the present invention, and the Ti content is adjusted.

【0028】500℃以上で高温時効したとき、本発明
鋼A4及び比較鋼B8が同等なJM値を呈することが図
5に示されている。しかし、比較鋼B8のJM 値は、5
00℃以下の低温時効によるとき本発明鋼A4のJM
よりも低くなっている。JM値の低下は、特に450℃
及び480℃時効材で顕著になっており、1400N/
mm2 を下回っている。この靭性低下は、450℃前後
の時効処理によるCu系析出物の時効析出に起因するも
のと推察される。したがって、低温時効でも高靭性を得
るためには、Cu含有量を低減した条件下で成分バラン
スをとることが必要である。表3及び表4に示した52
5℃連続時効処理後の引張り強さとJM 値との関係を、
図6及び図7に示す。図6は母材部、図7は溶接部につ
いて示す。比較鋼B5及びB6は、Ni含有量が本発明
で規定した範囲を外れており、溶接部の強度が低く、或
いは母材及び溶接部のJM 値が低くなっている。従来鋼
C1は母材及び溶接部共に比較的良好な靭性を示してい
るが、更に強度を向上させた比較鋼C2では靭性が低下
している。
It is shown in FIG. 5 that the invention steel A4 and the comparative steel B8 exhibit equivalent J M values when aged at a high temperature of 500 ° C. or higher. However, the J M value of comparative steel B8 is 5
It is lower than the J M value of the invention steel A4 due to low temperature aging of 00 ° C. or less. The decrease in J M value is especially 450 ° C
And 480 ° C aged material, which is remarkable, 1400N /
less than mm 2 . It is speculated that this decrease in toughness is due to the aging precipitation of Cu-based precipitates due to the aging treatment at around 450 ° C. Therefore, in order to obtain high toughness even at low temperature aging, it is necessary to balance the components under the condition where the Cu content is reduced. 52 shown in Table 3 and Table 4
The relationship between the tensile strength and the J M value after continuous aging treatment at 5 ° C is
This is shown in FIGS. 6 and 7. FIG. 6 shows the base metal portion, and FIG. 7 shows the welded portion. In Comparative Steels B5 and B6, the Ni content is outside the range specified in the present invention, and the strength of the welded portion is low, or the J M value of the base material and the welded portion is low. The conventional steel C1 shows relatively good toughness in both the base material and the welded portion, but the comparative steel C2 having further improved strength has reduced toughness.

【0029】比較鋼B7は、従来鋼と同レベルのC含有
量とし、Cu含有量の低減及びNi含有量の増加によっ
て従来鋼よりも強度及び靭性を向上させたものである
が、溶接部の強度が低くなっている。また、F値が4
0.0を超えている本発明鋼A9では、溶接部の靭性が
低くなっている。これに対し、本発明鋼A1〜A8は、
何れも母材部で1740N/mm2 以上、溶接部で17
00N/mm2 以上の高強度を呈し、且つ高いJM 値を
維持し、Bグループの比較鋼及びCグループの従来鋼に
比較して強靭性に優れている。
The comparative steel B7 has the same C content as that of the conventional steel and has improved strength and toughness as compared with the conventional steel by reducing the Cu content and increasing the Ni content. The strength is low. Also, the F value is 4
In the present invention steel A9 exceeding 0.0, the toughness of the welded portion is low. On the other hand, the invention steels A1 to A8 are
Both are 1740 N / mm 2 or more at the base metal and 17 at the weld.
It exhibits a high strength of 00 N / mm 2 or more, maintains a high J M value, and is superior in toughness as compared with the comparative steel of group B and the conventional steel of group C.

【0030】−バッチ式時効処理− 表1及び表2に示したステンレス鋼について、バッチ式
時効炉を用いて時効処理した後の硬さ,引張り強さ,J
M 値等の機械的性質を調査した。時効処理には、1℃/
分の昇温速度で525℃まで昇温し、この温度で均熱処
理を90分継続した後、1℃/分の降温速度で冷却する
熱処理条件を採用した。以下、この時効処理をバッチ式
時効処理という。なお、一部の試験片については、52
5℃で連続時効処理を施した際の靭性を、バッチ式時効
処理の場合と比較した。本発明鋼A1,3,4,7,
8,比較鋼B1,7,9,10及び従来鋼C1をバッチ
式時効処理した後の硬さ,JM 値等を、調質後の特性と
対比して表5に示す。
-Batch-type aging treatment-For the stainless steels shown in Tables 1 and 2, the hardness, tensile strength, and J after aging treatment in a batch-type aging furnace
The mechanical properties such as M value were investigated. For aging treatment, 1 ℃ /
A heat treatment condition was adopted in which the temperature was raised to 525 ° C. at a heating rate of 1 minute, the soaking treatment was continued at this temperature for 90 minutes, and then the cooling was performed at a cooling rate of 1 ° C./minute. Hereinafter, this aging treatment is referred to as batch type aging treatment. For some test pieces, 52
The toughness of continuous aging treatment at 5 ° C. was compared with that of batch aging treatment. Invention Steel A1, 3, 4, 7,
8, shown in Table 5 by comparing comparative steels B1,7,9,10 and conventional steel C1 batch aged the hardness after the J M value or the like, characteristics after refining and.

【0031】[0031]

【表5】 [Table 5]

【0032】図8は、一部の鋼について表5に示したバ
ッチ式時効処理後のJM 値を、Si,Ti及びNbの含
有量を因子とするE値で整理したグラフである。図8か
ら明らかなように、E値が0.075以下の領域では1
400N/mm2 以上の高いJM 値が得られている。し
かし、E値が0.075を超えると、JM 値が急激に低
下している。本発明鋼A1,3,4,7,8,比較鋼B
7,9,10及び従来鋼C1について、表5に示したバ
ッチ式時効処理後のJM 値とC含有量との関係を図9に
示す。また、連続時効処理した際の結果についても、図
9に併せ示した。なお、表5に示すように、各鋼ともバ
ッチ式時効処理によってほぼ同等の強度が得られるよう
に成分調整されており、実際には1727〜1749N
/mm2 の強度を示す。本発明鋼A8及び比較鋼B7,
9は、C含有量が0.02重量%を超え、或いはE値が
本発明で規定する範囲よりも高い。比較鋼B10は、M
o含有量が本発明で規定する範囲よりも低い。
FIG. 8 is a graph in which the J M values after batch aging treatment shown in Table 5 for some steels are arranged by E values having Si, Ti and Nb contents as factors. As is clear from FIG. 8, it is 1 when the E value is 0.075 or less.
A high J M value of 400 N / mm 2 or more is obtained. However, when the E value exceeds 0.075, the J M value sharply decreases. Inventive Steels A1, 3, 4, 7, 8 and Comparative Steel B
FIG. 9 shows the relationship between the J M value and the C content after the batch aging treatment shown in Table 5 for 7, 9, 10 and conventional steel C1. The results of continuous aging treatment are also shown in FIG. As shown in Table 5, the composition of each steel is adjusted by batch type aging treatment so as to obtain almost the same strength, and in reality, 1727 to 1749N.
/ Mm 2 The strength is shown. Invention Steel A8 and Comparative Steel B7,
In No. 9, the C content exceeds 0.02% by weight, or the E value is higher than the range specified in the present invention. Comparative steel B10 is M
The o content is lower than the range specified in the present invention.

【0033】比較鋼B10は、図9に示されているよう
に、時効処理条件に拘らずJM 値が1400N/mm2
以下と低い靭性を示している。すなわち、高靭性を得る
ためには、所定量のMoを含有させる必要があることが
確認される。比較鋼B10以外の鋼を連続時効処理した
ものでは、C含有量に依存せず1400N/mm2 以上
の高いJM 値を示しており、靭性に優れていることが判
る。一方、バッチ式時効処理を施した場合、C含有量が
0.02重量%以下の鋼では、連続時効処理に比較して
M 値が低いものの、その差が小さく、JM 値1400
N/mm2 以上の高い靭性が維持されている。しかし、
C含有量が0.02重量%を超えると、JM 値が140
0N/mm2 以下となっており、靭性の低下がみられ
る。従来鋼C1では、Ni含有量を低くし且つCuの析
出硬化を利用することにより、本発明鋼と同等の強度を
確保しているが、バッチ式時効処理後の靭性が比較鋼と
同様に低くなっている。C含有量の増加に伴ったバッチ
式時効処理後の靭性低下は、その理由は明確でないもの
の、時効処理時に炭化物が析出することに起因するもの
と推察される。しかし、バッチ式時効炉を使用した時効
処理で、連続時効炉を用いた場合と同様に高靭性を維持
するためには、C含有量を0.02重量%以下に抑制す
る必要がある。
As shown in FIG. 9, the comparative steel B10 had a J M value of 1400 N / mm 2 regardless of the aging treatment conditions.
It shows low toughness as below. That is, it is confirmed that it is necessary to contain a predetermined amount of Mo in order to obtain high toughness. Steels other than comparative steel B10 that were subjected to continuous aging treatment exhibited a high J M value of 1400 N / mm 2 or more irrespective of the C content, indicating that they have excellent toughness. On the other hand, when the batch aging treatment is performed, in steels having a C content of 0.02% by weight or less, the J M value is lower than that in the continuous aging treatment, but the difference is small and the J M value is 1400.
High toughness of N / mm 2 or more is maintained. But,
When the C content exceeds 0.02% by weight, the J M value is 140.
It is 0 N / mm 2 or less, and the toughness is reduced. In the conventional steel C1, the strength equivalent to that of the steel of the present invention is secured by lowering the Ni content and utilizing the precipitation hardening of Cu, but the toughness after the batch aging treatment is as low as that of the comparative steel. Has become. Although the reason for the decrease in toughness after the batch type aging treatment with the increase in the C content is not clear, it is presumed that it is due to the precipitation of carbides during the aging treatment. However, in the aging treatment using the batch aging furnace, in order to maintain high toughness as in the case of using the continuous aging furnace, it is necessary to suppress the C content to 0.02% by weight or less.

【0034】本発明鋼についてみると、溶接部を525
℃でバッチ式時効処理した際の強度は、同一温度で連続
時効処理した場合に比較して強度が若干劣っているもの
の、その差が小さく、1650N/mm2 以上の強度が
維持されている。しかし、F値が40.0を超える比較
鋼B2やC含有量が0.03重量%を超える比較鋼B7
の溶接部をバッチ式時効処理した後の強度は、本発明鋼
に比較して低く、1600N/mm2 以下になってい
る。したがって、連続時効処理と同様にバッチ式時効処
理の場合においても、溶接部の強度を高いレベルに維持
する上でC含有量を0.03重量%以下、或いはF値を
40.0以下に設定する必要があることが判る。なお、
本発明に従ったAグループの鋼は、時効処理前において
何れも従来の析出硬化型鋼とほぼ同程度の硬さを呈して
いた。このことは、従来のマルテンサイト鋼の加工と同
様の加工技術によって、本発明鋼に各種の加工を施すこ
とが可能であることを示す。
As for the steel of the present invention, the welded portion is 525.
The strength of the batch type aging treatment at 0 ° C is slightly inferior to that of the continuous aging treatment at the same temperature, but the difference is small and the strength of 1650 N / mm 2 or more is maintained. However, comparative steel B2 having an F value of more than 40.0 and comparative steel B7 having a C content of more than 0.03% by weight.
The strength after the batch type aging treatment of the welded portion is lower than that of the steel of the present invention and is 1600 N / mm 2 or less. Therefore, in the case of batch-type aging treatment as well as continuous aging treatment, the C content is set to 0.03 wt% or less or the F value is set to 40.0 or less in order to maintain the strength of the welded portion at a high level. I know I need to In addition,
Each of the group A steels according to the present invention had hardness almost the same as that of the conventional precipitation hardening steel before the aging treatment. This indicates that the steel of the present invention can be subjected to various types of processing by the same processing technique as that used for processing conventional martensitic steel.

【0035】[0035]

【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、C,Si,Mn,P,Ni,Cr,Cu,Mo,T
i等の成分調整を図ると共に、Ni,Si及びTiの間
の成分バランスを適正化して、E値を0.075以下に
すると共に,溶接部に多量のオーステナイトが残留しな
いようにF値を40.0以下に規制している。これによ
り、連続時効炉又はバッチ式時効炉で時効処理した後に
高強度を維持しつつ、溶接部を含め従来よりも更に靭性
を向上させた材料が得られる。得られた析出硬化型マル
テンサイト系ステンレス鋼は、従来鋼と同等の強度が要
求され、更に高い靭性が要求される各種バネ,スチール
ベルト,その他の構造材料として使用され、特に溶接が
必要とされる部材に使用される用途で優れた長所が発揮
される。
As described above, in the present invention, C, Si, Mn, P, Ni, Cr, Cu, Mo, T are used.
In addition to adjusting the components such as i, the component balance among Ni, Si, and Ti is optimized so that the E value is 0.075 or less, and the F value is 40 so that a large amount of austenite does not remain in the welded portion. It is regulated to 0.0 or less. As a result, it is possible to obtain a material having a higher strength than the conventional one including the welded portion while maintaining high strength after the aging treatment in the continuous aging furnace or the batch aging furnace. The obtained precipitation hardening type martensitic stainless steel is used as various springs, steel belts and other structural materials that require strength equivalent to that of conventional steels and higher toughness, and welding is particularly required. It has excellent advantages in applications where it is used for parts.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 靭性を評価する指標JM 値の測定に使用した
試験片
FIG. 1 Test piece used to measure an index J M value for evaluating toughness

【図2】 525℃連続時効処理後の母材及び溶接部に
ついて、JM 値とE値との関係を示したグラフ
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the J M value and the E value for the base metal and welded portion after continuous aging treatment at 525 ° C.

【図3】 525℃連続時効処理後の溶接部について、
引張り強さとF値との関係を示したグラフ
FIG. 3 shows the welded part after continuous aging treatment at 525 ° C.
Graph showing the relationship between tensile strength and F value

【図4】 525℃連続時効処理後の母材及び溶接部に
ついて、JM 値とP含有量との関係を示したグラフ
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the J M value and the P content in the base metal and welds after continuous aging treatment at 525 ° C.

【図5】 本発明鋼A4と比較鋼B8のJM 値と時効処
理温度との関係を示したグラフ
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the J M value and the aging temperature of inventive steel A4 and comparative steel B8.

【図6】 525℃連続時効処理後の母材について、J
M 値と引張り強さとの関係を示したグラフ
[Fig. 6] Regarding the base metal after the continuous aging treatment at 525 ° C, J
Graph showing the relationship between M value and tensile strength

【図7】 525℃連続時効処理後の溶接部について、
M 値と引張り強さとの関係を示したグラフ
FIG. 7: Regarding the welded part after continuous aging treatment at 525 ° C.
Graph showing the relationship between J M value and tensile strength

【図8】 525℃バッチ式時効処理後の母材につい
て、JM 値とE値との関係を示したグラフ
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the J M value and the E value for the base material after the batch aging treatment at 525 ° C.

【図9】 525℃バッチ式時効処理後及び525℃連
続時効処理後のJM値とC含有量との関係を示したグラ
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the J M value and the C content after the batch aging treatment at 525 ° C. and after the continuous aging treatment at 525 ° C.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22C 38/00 - 38/60 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) C22C 38/00-38/60

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 C:0.03重量%以下,Si:0.5
〜2.0重量%,Mn:3.0重量%以下,P:0.0
2〜0.06重量%,S:0.005重量%以下,N
i:7.5〜9.5重量%,Cr:12.0〜15.0
重量%,Cu:0.3重量%以下,Mo:1.0〜3.
0重量%,Ti:0.15〜0.60重量%,N:0.
015重量%以下及びAl:0.30重量%以下を含
み、式(1)で定義されるE値が0.075以下である
強度及び靭性に優れた析出硬化型マルテンサイト系ステ
ンレス鋼。 E=[(Si%)×(Ti%)]/(Ni%) ・・・・(1)
1. C: 0.03 wt% or less, Si: 0.5
~ 2.0 wt%, Mn: 3.0 wt% or less, P: 0.0
2 to 0.06% by weight, S: 0.005% by weight or less, N
i: 7.5 to 9.5% by weight, Cr: 12.0 to 15.0
% By weight, Cu: 0.3% by weight or less, Mo: 1.0-3.
0% by weight, Ti: 0.15 to 0.60% by weight, N: 0.
Precipitation hardening type martensitic stainless steel containing 015% by weight or less and Al: 0.30% by weight or less and having an E value defined by the formula (1) of 0.075 or less and having excellent strength and toughness. E = [(Si%) × (Ti%)] / (Ni%) ... (1)
【請求項2】 請求項1記載のC含有量を0.02重量
%以下に規制したバッチ式時効処理用析出硬化型マルテ
ンサイト系ステンレス鋼。
2. A precipitation hardening martensitic stainless steel for batch aging, wherein the C content according to claim 1 is restricted to 0.02% by weight or less.
【請求項3】 式(2)で定義されるF値が40.0以
下である請求項1又は2記載の析出硬化型マルテンサイ
ト系ステンレス鋼。 F=0.7×(Mn%)+(Ni%)+0.6×(Cr%) +0.76×(Cu%)+0.35×(Si%)−0.36×(Al%) +0.6×(Mo%)+21.5 ・・・・(2)
3. The precipitation hardening type martensitic stainless steel according to claim 1, which has an F value defined by the formula (2) of 40.0 or less. F = 0.7x (Mn%) + (Ni%) + 0.6x (Cr%) + 0.76x (Cu%) + 0.35x (Si%)-0.36x (Al%) + 0. 6 × (Mo%) + 21.5 ・ ・ ・ ・ (2)
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