JP3397250B2 - マルテンサイト系ステンレス鋼熱間線材圧延材の軟化熱処理方法および同軟化熱処理後の熱間線材圧延材加工製品の熱処理方法 - Google Patents

マルテンサイト系ステンレス鋼熱間線材圧延材の軟化熱処理方法および同軟化熱処理後の熱間線材圧延材加工製品の熱処理方法

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は焼戻し軟化抵抗の高い高
強度マルテンサイト系ステンレス鋼熱間線材圧延材のね
じ、ボルト、釘、ばね等の成形性を改善するための軟
化熱処理方法および同軟化熱処理後の熱間線材圧延材
工製品の熱処理方法関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、普通鋼代替材として、マルテンサ
イト系ステンレス鋼熱間線材圧延材が建築・建材や車両
等に幅広く使用されるようになってきた。この種のステ
ンレス鋼製品には強度、耐銹性、靭性等が要求され、S
US410、SUS420J1等のマルテンサイト系ス
テンレス鋼にNi、Mo、N、Nb、Ti、V等の合金
元素を積極的に添加した析出強化型を含めた高強度マル
テンサイト系ステンレス鋼熱間線材圧延材が使用されて
きた。
【0003】マルテンサイト系ステンレス鋼熱間線材圧
延材は軟化焼鈍後、冷間成形加工によりねじ、ボルト、
釘、ばね等の製品に成形し、その後焼入・焼戻しを行
う。そのため、高冷間成形加工性を必要とする製品に対
しては、冷間成形加工前の素材硬さがビッカース硬さで
270未満が要求される。従来、マルテンサイト系ステ
ンレス鋼熱間線材圧延材の軟化熱処理方法は、(a)フ
ェライト変態による完全焼鈍方法、(b)Ac1 点直下
で加熱後冷却する低温焼鈍方法、(c)フェライト変態
後Ac1 点直下まで冷却し保持後さらに冷却する等温焼
鈍方法等が行われている。
【0004】しかし、Ni、Mo、N、Nb、Ti、V
等の合金元素を積極的に添加した高強度マルテンサイト
熱間線材圧延材は上記(a)〜(c)の方法では十分
な軟化ができず、冷間成形加工における製品成形時に加
工割れを起こしたりする等の問題がある。このため、こ
のような合金元素を添加した高強度マルテンサイト系ス
テンレス鋼熱間線材圧延材の高冷間成形加工は殆ど実施
できない現状にある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明はビッカース硬
さが270以上ある焼戻し軟化抵抗の高い高強度マルテ
ンサイト系ステンレス鋼熱間線材圧延材の短時間軟化熱
処理方法に係わり、高強度のねじ、釘、ばね等の加工製
品への冷間成形性に優れた高強度マルテンサイト系ステ
ンレス鋼熱間線材圧延材を提供することを目的とするも
のである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、高強度マルテ
ンサイト系ステンレス鋼熱間線材圧延材の軟化熱処理方
法を種々検討した結果、以下の知見を得たことに基づく
ものである。すなわち、高強度マルテンサイト系ステン
レス鋼熱間線材圧延材をAc1 〜(Ac1 +Ac3 )/
2の温度範囲で一回目の焼鈍を施し、さらにAc1 以下
の温度で下記1式に示すLMPの値が17.0以上を満
足する条件で二回目の焼鈍を施すことにより、従来方法
の焼鈍に比べて大幅に軟化が可能であり、高冷間成形加
工性を得ることで製品成形が容易にできることを知見し
たことによる。
【0007】 LMP=(T+273)×(20+logt)×10-3 …1式 T:加熱温度(℃)、t:加熱時間(h) さらに、製品成形後続いて加熱・焼入および焼戻しを
施すことにより、高強度の製品が得られることを知見し
たことによる。
【0008】
【作用】以下に本発明の限定理由を述べる。本発明熱処
理の請求項1における一回目の焼鈍(以下S処理とい
う)はマルテンサイト系ステンレス鋼熱間線材圧延材
Ac1 〜(Ac1 +Ac3 )/2の温度範囲で焼鈍する
ことにより図2に示すように焼戻しマルテンサイト組織
から炭化物を析出させると同時にオーステナイト相を生
成させるものである。焼戻しマルテンサイトとオーステ
ナイトの2相組織にすることにより原子拡散が助長さ
れ、焼戻しマルテンサイトとオーステナイト領域の境界
から低転位密度域を生じ、硬さを低下させる。しかし、
S処理温度がAc1 より低いと、原子拡散は助長され
ず、硬さはあまり低下しない。逆に、S処理温度が(A
1 +Ac3 )/2より高いとオーステナイト量が多く
なり、冷却時に焼きが入って硬さは上昇する。そのた
め、S処理の温度範囲をAc1 〜(Ac1 +Ac3 )/
2に限定した。
【0009】その後、S処理により焼きが入ったマルテ
ンサイト部をAc1 以下の温度で焼鈍する。しかし、焼
鈍温度がAc1 を超えるとオーステナイト組織が出現
し、冷却時に焼きが入って硬さは上昇する。そのため、
S処理後の焼鈍温度をAc1 以下に限定した。この時、
このマルテンサイト組織をAc1 以下の温度で十分軟化
し、ビッカース硬さでHv:270未満にするには、温
度と時間で表される拡散の指標であるラルソンミラー・
パラメータ(LMP)の値が17.0以上であることが
必要である。そのため、S処理後の焼鈍条件はAc1
下の温度でLMPの値が17.0以上に限定した。
【0010】
【実施例】表1に適用した材料の成分を示す。また、表
2、表3に本発明の熱処理を比較例と比較した結果を示
す。これらの実施例は、通常のステンレス鋼線の製造工
程で、溶製・熱間線材圧延後、一部を20時間保定で従
来の軟化焼鈍である完全焼鈍、恒温焼鈍および低温焼鈍
を施し、その後、硬さを測定した。
【0011】残りの熱間線材圧延材はS処理を施し、続
いて焼鈍を行った。S処理はAc1点直下からAc3
の間の温度範囲で30〜1000分保定し、焼鈍を施し
た。その後、Ac1 前後の温度で10〜1000分保定
し、S処理後の焼鈍を行った。そして、軟化硬さと冷間
加工性評価の試験を行った。その後、1100℃に加熱
し焼入れを施し、続いて200℃で焼戻し処理を施し、
硬さを測定した。
【0012】硬さはJISZ2244により線材の縦断
面中心の位置を測定した。本発明例の軟化硬さはビッカ
ース硬さで270未満である。冷間加工性は軟化焼鈍後
の素材をコールドダブルヘッダーにてつば付き6角頭に
ヘッディング加工し、その時の割れの有無で判断した。
割れなく加工できた場合は冷間加工性を○、割れた場合
は冷間加工性を×として評価した。本発明例の冷間加工
性は○である。
【0013】適用鋼〜C、OはC量の異なる成分にお
いて熱処理条件を変化させて、軟化硬さ、冷間加工性お
よび焼入・焼戻し硬さへの影響を調査し、本発明効果を
確認したものである。すべての適用材料において本発明
効果を確認できる。特にC量が0.13%以上のNo.
3、5は、従来の軟化焼鈍後の硬さがいずれもビッカー
ス硬さで270以上であるのに対して、本発明軟化熱処
理後の硬さが270未満であり、その効果の大きさが著
しい。No.29はC量が低いため、従来の軟化焼鈍に
対して優位でない。比較例No.4はS処理後の焼鈍条
件:LMPが17.0未満であるため軟化硬さが高く、
冷間加工性が悪い。比較例No.6はS処理温度が(A
1 +Ac3 )/2を超えているため軟化硬さが高く
冷間加工性が悪い。
【0014】適用鋼B、DはSi量の異なる成分におい
て熱処理条件を変化させて軟化硬さ、冷間加工性および
焼入・焼戻し硬さへの影響を調査し、本発明効果を確認
したものである。すべての適用材料において本発明効果
を確認できる。No.3、7は、従来の軟化焼鈍後の硬
さがいずれもビッカース硬さで270以上であるのに対
して、本発明軟化熱処理後の硬さが270未満であり、
その効果の大きさが著しい。比較例No.8はS処理温
度が(Ac1 +Ac3 )/2を超えているため軟化硬さ
が高く、冷間加工性が悪い。
【0015】適用鋼B、EはMn量の異なる成分におい
て熱処理条件を変化させて軟化硬さ、冷間加工性および
焼入・焼戻し硬さへの影響を調査し、本発明効果を確認
したものである。すべての適用材料において本発明効果
を確認できる。No.3、9は、従来の軟化焼鈍後の硬
さがいずれもビッカース硬さで270以上であるのに対
して、本発明軟化熱処理後の硬さが270未満であり、
その効果の大きさが著しい。比較例No.10はS処理
後の焼鈍温度がAc1 を超えているため軟化硬さが高
く、冷間加工性が悪い。
【0016】適用鋼F〜H、P、QはNi量の異なる成
分において熱処理条件を変化させて軟化硬さ、冷間加工
性および焼入・焼戻し硬さへの影響を調査し、本発明効
果を確認したものである。すべての適用材料において本
発明効果を確認できる。特にNi量が0.6〜6.0%
の成分における本発明例No.11、13、15は、従
来の軟化焼鈍後の硬さがいずれもビッカース硬さで27
0以上であるのに対して、本発明軟化熱処理後の硬さが
270未満であり、その効果の大きさが著しい。本発明
例No.30はNi量が低いため、従来の軟化焼鈍に対
して優位でない。本発明例No.31はNi量が高いた
め、従来の軟化焼鈍に対して優位でない。比較例No.
12はS処理後の焼鈍条件:LMPが17.0未満であ
るため軟化硬さが高く、冷間加工性が悪い。比較例N
o.14はS処理温度がAc1 未満のため軟化硬さが高
く、冷間加工性が悪い。比較例No.16はS処理後の
焼鈍条件:LMPが17.0未満であるため軟化硬さが
高く、冷間加工性が悪い。
【0017】適用鋼G、I、J、RはCr量の異なる成
分において熱処理条件を変化させて軟化硬さ、冷間加工
性および焼入・焼戻し硬さへの影響を調査し、本発明効
果を確認したものである。すべての適用材料において本
発明効果を確認できる。特にCr量が10.0〜16.
5%の成分におけるNo.13、17、19は、従来の
軟化焼鈍後の硬さがいずれもビッカース硬さで270以
上であるのに対して、本発明軟化熱処理後の硬さが27
0未満であり、その効果の大きさが著しい。本発明例N
o.32はCr量が高いため、従来の軟化焼鈍に対して
優位でない。比較例No.18はS処理温度がAc1
下のため軟化硬さが高く、冷間加工性が悪い。比較例N
o.20はS処理後の焼鈍温度がAc1 を超えているた
め軟化硬さが高く、冷間加工性が悪い。
【0018】適用鋼G、K、L、S、TはMo量の異な
る成分において熱処理条件を変化させて軟化硬さ、冷間
加工性および焼入・焼戻し硬さへの影響を調査し、本発
明効果を確認したものである。すべての適用材料におい
て本発明効果を確認できる。特にMo量が0.5〜4.
0%の成分におけるNo.13、21、23は、従来の
軟化焼鈍後の硬さがいずれもビッカース硬さで270以
上であるのに対して、本発明軟化熱処理後の硬さが27
0未満であり、その効果の大きさが著しい。本発明例N
o.33はMo量が低いため、従来の軟化燃鈍に対して
優位でない。本発明例No.34はMo量が高いため、
従来の軟化焼鈍に対して優位でない。比較例No.22
はS処理温度が(Ac1 +Ac3 )/2を越えているた
め軟化硬さが高く、冷間加工性が悪い。比較例No.2
4はS処理後の焼鈍条件:LMPが17.0未満である
ため軟化硬さが高く、冷間加工性が悪い。
【0019】適用鋼J、M、N、UはN量の異なる成分
において熱処理条件を変化させて軟化硬さ、冷間加工性
および焼入・焼戻し硬さへの影響を調査し、本発明効果
を確認したものである。すべての適用材料において本発
明効果を確認できる。特にN量が0.03〜0.14%
の成分におけるNo.19、25、27は、従来の軟化
焼鈍後の硬さがいずれもビッカース硬さで270以上で
あるのに対して、本発明軟化熱処理後の硬さが270未
満であり、その効果の大きさが著しい。本発明例No.
35はN量が低いため、従来の軟化焼鈍に対して優位で
ない。比較例No.26はS処理温度が(Ac1 +Ac
3 )/2を超えているため軟化硬さが高く、冷間加工性
が悪い。比較例No.28はS処理後の焼鈍温度がAc
1 を超えているため軟化硬さが高く、冷間加工性が悪
い。
【0020】以上の実施例が示すように、焼戻し軟化抵
抗の大きい高強度マルテンサイト系ステンレス鋼熱間線
材圧延材への本発明軟化処理方法の優位性が明らかであ
る。
【0021】
【表1】
【0022】
【表2】
【0023】
【表3】
【0024】
【発明の効果】本発明により焼戻し軟化抵抗の大きい高
強度マルテンサイト系ステンレス鋼 間線材圧延材
時間軟化熱処理方法を提供することが可能であるから、
本発明は産業上裨益するところがきわめて大である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の軟化熱処理方法のヒートパターンを示
す図である。
【図2】2相組織による原子拡散を伴う低転移密度域の
生成状態を模式的に示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村田 亘 山口県光市大字島田3434番地 新日本製 鐵株式会社光製鐵所内 (56)参考文献 特開 平5−195054(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C21D 9/52 103 C21D 6/00 102

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 高強度マルテンサイト系ステンレス鋼
    間線材圧延材をAc1 〜(Ac 1 +Ac3 )/2の温度
    範囲で一回目の焼鈍を施し、さらにAc1 以下の温度で
    下記1式に示すLMPの値が17.0以上を満足する条
    件で二回目の焼鈍を施すことを特徴とするマルテンサイ
    ト系ステンレス鋼熱間線材圧延材軟化熱処理方法。 LMP=(T+273)×(20+logt)×10-3 …1式 T:加熱温度(℃)、t:加熱時間(h)
  2. 【請求項2】 請求項1記載の熱処理に続いて冷間成形
    加工されたマルテンサイト系ステンレス鋼熱間線材圧延
    の加工製品を1050〜1200℃に加熱して焼入れ
    し、100〜400℃で焼戻しを施すことを特徴とする
    マルテンサイト系ステンレス鋼熱間線材圧延材の加工製
    品の熱処理方法。
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