JP5386370B2

JP5386370B2 - オーステナイト鋼物品の製造方法

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Publication number: JP5386370B2
Application number: JP2009545959A
Authority: JP
Inventors: テロタウラブオリ、; アンテロキロライネン、; テルホトルビネン、
Original assignee: Outokumpu Oyj
Current assignee: Outokumpu Oyj
Priority date: 2007-01-17
Filing date: 2008-01-15
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2028-01-15
Also published as: EP2106453A4; TWI433936B; BRPI0806667B1; BRPI0806667A2; WO2008087249A1; CN101583727A; EP2106453A1; KR20090110301A; FI20070038A0; US20090314394A1; CN101583727B; ZA200904282B; FI20070038A; US9441281B2; JP2010516890A; FI125650B; TW200840873A

Description

詳細な説明

本発明は、延性があり高い強度をもつオーステナイトステンレス鋼物品の製造方法に関し、この方法では物品の機械的性質を少なくとも１段階の熱処理により改善する。

オーステナイトステンレス鋼の高変形および短時間アニール処理によって、微細粒マルテンサイトおよびオーステナイト粒子構造の形成が可能となり、これにより高強度・高延性をもつ優れた機械的性質が実現する。この現象は、たとえばStainless Steel ^'05. 5th European Congress Stainless Steel Science and Market, Seville, Spain, Sept. 27-30, 2005, pp.37-42に掲載されているSomani M.C.らの「Microstructure and mechanical properties of reversion-annealed cold-rolled 17Cr-7Ni type austenitic steels」に記載されている。この文献によれば、オーステナイトステンレス帯鋼を冷間圧延し、この冷間圧延によりマルテンサイトの形成が促進される。700℃より高い温度で短時間のインラインアニール処理を行うと、高延性マルテンサイトと超微細粒オーステナイトとからなる二重相微細組織を形成することができる。35〜45％の冷間圧延率でも超微細粒オーステナイト相が容易に得られる。この二重相微細組織により、降伏強度1000MPaおよび全伸長36％が達成される。

特開平04-063247号には高強度かつ高延性のステンレス鋼が記載されていて、このステンレス鋼は相変態処理として冷間圧延されてマルテンサイト単一相の微細組織となる。その後、このステンレス鋼を600〜900℃の温度範囲で熱処理して、微細組織をオーステナイト単一相またはオーステナイトとマルテンサイトとの混合相とする。この鋼に再びマルテンサイト変態化処理を行い、600〜900℃の温度範囲で熱処理を行う。この様にして、オーステナイトおよびマルテンサイトの混合層のオーステナイト単一層からなる微細組織が形成され、この微細組織は粒径が最大でも1マイクロメートルの微細粒を有する。

特開平07-216451号には、溶接軟化抵抗、高強度および高延性を有するステンレス鋼の製品が開示されている。この鋼は、マルテンサイト相とオーステナイト相からなる二重相微細組織を有する。3％以下の歪みを与えた後、400〜600℃の温度範囲で30分以内の熱処理を行う。これにより、0.2％の耐力が900N/mm²より大きくなる。

これらの参考文献は、板、シートまたは鋼片といった扁平な製品の試験結果について記載しているため、各特性値の分布は被加工物の全体にわたって本質的に均一である。

本発明の目的は、オーステナイトステンレス鋼物品を製造するための改良された方法を達成することであり、この物品は少なくとも部分的に曲状の内部形状および／または外部形状を有し、延性と高い強度とを有するという良好な機械的性質を得るために少なくとも１段階の熱処理が施される。本発明の本質的な特徴は、特許請求の範囲に記載したとおりである。

本発明によれば、オーステナイトステンレス帯鋼に対し、まず冷間加工、有利には圧延加工を施すことにより微細組織のマルテンサイト相の形成を促進する。かかるマルテンサイトの形成は、延性および高い強度を有するという所望の機械的性質を達成する上で有益であることが知られている。冷間加工後、帯鋼を所望の物品に成形し、この物品は少なくとも１ヶ所の曲状または弧状の外部形状および／または内部形状を有する。成形された物品を復元アニールして、マルテンサイトをオーステナイトに戻し、物品の少なくとも曲状部または弧状部において細かく延性のある粒状構造を実現する。さらに、この復元アニール中および／または復元アニール後の別段階で、物品の硬化効果が得られる。この硬化効果は、加工硬化および／または焼付硬化により行われる。焼付硬化を行う場合は、歪時効が促進され、復元アニールの効果が小さい領域で物品の強度が増す。

本発明の方法により処理される帯鋼の原料は、鉄以外の主成分としてクロム15〜22重量％、ニッケル1〜10重量％、マンガン0.5〜20重量％、および炭素0.01〜0.1重量％、より好ましくは炭素0.01〜0.05重量％を含むオーステナイトステンレス鋼である。

オーステナイトステンレス帯鋼は、有利には圧延成形されて所望の物品になるが、成形はたとえば曲げ加工により行ってもよい。物品の形状は、長手方向の断面で見た時に円形、楕円形、正方形、長方形、または少なくとも２種類のこれらの形状または他の形状との組合せとすることができ、物品の形状は少なくとも部分的に曲状または弧状である。管は物品の好ましい形状の一つであるが、物品が他の形状であっても好ましい。物品の長さ方向に閉じた形状は、好ましくは溶接により実現されるが、他の機械的接合方法も用いることもできる。物品はまた、その長さ方向において少なくとも部分的に開口していてもよい。さらに物品は、その長さ方向に一列並んだ、または横方向に隣接した少なくとも２つの少なくとも部分的に曲状または弧状の領域を有していてもよい。これらの領域は、その水平位置または垂直位置または傾斜位置において本質的に平坦な部位により互いに連結されている。

本発明によれば、オーステナイトステンレス帯鋼はまず冷間圧延され、微細組織のマルテンサイト相が形成されるのを促進する。冷間圧延率は5〜50％、有利には10〜30％である。圧延後、帯鋼中のマルテンサイト部分は10〜50％、有利には15〜35％であり、残部は変形オーステナイト相である。次に、かかる冷間圧延された二重相帯鋼を所望の物品の形状に成形し、この物品はその外面および／または内面が少なくとも部分的に曲状または弧状である。物品の成形中、帯鋼の異なる部位が異なる圧下率で変形され、マルテンサイトの体積は圧下率に比例する。たとえば、成形された物品が管である場合、管の内側領域は外側領域より大きく変形し、長手方向から見たその断面が正方形である場合には、その正方形の物品の角部はその直線領域よりも大きく変形している。物品の変形度合の大きい領域は、マルテンサイト含量が30〜60％、有利には40〜50％であり、さらに加工硬化する。物品の変形度合の小さい領域は、マルテンサイトが30％未満であり、復元アニール中、あるいは復元アニール後に行われる別工程の焼付アニール処理において焼付硬化する。別工程の焼付アニール処理が好ましく行われる場合、この処理はその物品の全体に及ぶ。別工程の焼付アニールによって、焼付硬化し、また必要に応じて物品の断面にわたって本質的に均一な機械的性質がもたらされる。

成形された物品を誘導されたマルテンサイト相をオーステナイト相に戻すための復元アニールは500〜900℃、有利には700〜800℃の温度範囲で、5〜60秒間、有利には10〜20秒間行われる。別工程の焼付アニール処理は、好ましくは復元アニールの冷却段階において100〜450℃の温度範囲で1〜60分間、有利には150〜250℃の温度範囲で5〜20分間、より有利には160〜200℃の温度範囲で10〜15分間行われる。別工程の焼付アニール処理は、復元アニールされた物品をまず室温まで冷却し、続いて所望の温度まで加熱して焼付硬化させた後に行うことも可能である。

鉄以外の主要成分としてクロム17.7重量％、ニッケル6.5重量％、炭素0.02重量％を含むグレードが1.4318のオーステナイトステンレス鋼（AISI 301LM）からなる帯鋼を、延性を改善しおよび強度を高くするために本発明の方法に従って処理した。オーステナイト片を、マルテンサイト相を形成するために圧延率15％にて冷間圧延し、この帯鋼の微細組織を約30％のマルテンサイトと残余のオーステナイトとを含む二重相とした。

二重相の帯鋼をさらに圧延して管を形成し、帯鋼の対向辺同士を溶接により接合した。この結果、本発明にしたがってさらに処理されるこの鋼管は、外部および内部に曲状のまたは弧状の領域を少なくとも１つ有する。二重相微細組織を含む管を復元アニール工程に移し、700℃で10秒間アニールする。この復元アニールの後、この管のより変形度合の大きい領域には粒径が微細で密で延性に富む微細組織が形成され、降伏応力は1000〜1200MPaのレベルとなる。

降伏応力が1000〜1200MPaのレベルに達している場合には、復元アニールされた管に対しさらに170℃で10分間焼付けアニールを行って、管の変形度合の小さい領域の性質を改善する。

クロム17.5重量％、ニッケル6.5重量％、マンガン1.11重量％、窒素0.14重量％、炭素0.026重量％、および残部の鉄と未同定の不純物を含む化学組成を有するステンレス帯鋼に対して厚み減少率9％で圧延することにより冷間圧延を行った。この段階で、当初の降伏強度が360 MPaから650 MPaまで増した。冷間加工された材料の破断伸びはA₅₀＝32％であった。

冷間加工後された帯鋼を成形して長手方向断面が長方形の中空部とし、この局所変形により物品は部分的にマルテンサイト化した。測定されたマルテンサイトの割合は、得られた局所変形に依存して3〜50％であった。最も変形度合とマルテンサイトの割合が高かったのは中空部の角部であった。

機械的性質を回復させるためのマルテンサイト−オーステナイト復元には、850℃、１秒間の急速熱処理で十分であった。物品の変形度合の最も大きい角部において、最終的な降伏強度は980 MPa、破断伸びはA₁₀＝42％となった。

熱処理を適切に制御することにより、中空部の変形度合の少ない部分の焼付アニール処理を復元アニール処理と当時に行うことができる。物品のこれらの部分の温度は450℃より低く、強度が増した。この場合、別工程の焼付硬化は不要と考えられたが、より優れた機械的性質が求められる場合には別工程の焼付硬化を170℃で行うこともできる。

Claims

オーステナイトステンレス帯鋼を冷間加工してマルテンサイトの形成を促進し、二相組織を有する該帯鋼をさらに処理するオーステナイトステンレス鋼物品を製造する方法において、前記帯鋼を少なくとも１つの曲状領域または弧状領域を有する所望の物品に成形し、該物品の成形中に該帯鋼の異なる組織領域を異なる度合に変形することにより加工硬化を付与し、該所望の物品を復元アニールによりマルテンサイトからオーステナイトに戻し、焼付アニールにより硬化効果を付与したオーステナイトステンレス鋼の物品を製造する方法。
請求項１に記載の方法において、前記復元アニールは500〜900℃の温度範囲で5〜60秒間行われることを特徴とする方法。
請求項１に記載の方法において、前記復元アニールは700〜800℃の温度範囲で10〜20秒間行われることを特徴とする方法。
請求項１に記載の方法において、前記硬化効果は焼付アニールにより達成されることを特徴とする方法。
請求項４に記載の方法において、前記焼付アニールは100〜450℃の温度範囲で1〜60分間行われることを特徴とする方法。
請求項４に記載の方法において、前記焼付アニールは150〜250℃の温度範囲で5〜20分間行われることを特徴とする方法。
請求項４に記載の方法において、前記焼付アニールは160〜200℃の温度範囲で10〜15分間行われることを特徴とする方法。
請求項１に記載の方法において、前記硬化効果は前記復元アニール中の冷却段階における焼付アニールにより達成されることを特徴とする方法。
請求項１に記載の方法において、前記硬化効果は前記復元アニール後の焼付アニールにより達成されることを特徴とする方法。
請求項１ないし９のいずれかに記載の方法において、前記物品の長手方向断面が円形であることを特徴とする方法。
請求項１ないし９のいずれかに記載の方法において、前記物品の長手方向断面が楕円形であることを特徴とする方法。
請求項１ないし９のいずれかに記載の方法において、前記物品の長手方向断面が正方形であることを特徴とする方法。
請求項１ないし９のいずれかに記載の方法において、前記物品の長手方向断面が長方形であることを特徴とする方法。
請求項１ないし９のいずれかに記載の方法において、前記物品の長手方向断面が円形、楕円形、正方形および長方形のうち少なくとも２種類の形状の組合せであることを特徴とする方法。
請求項１ないし１４のいずれかに記載の方法において、前記帯鋼の材料が、鉄以外の主要成分としてクロム15〜22質量％、ニッケル1〜10質量％、マンガン0.5〜20質量％、および炭素0.01〜0.1質量％を含むことを特徴とする方法。
請求項１ないし１４のいずれかに記載の方法において、前記帯鋼の材料が、鉄以外の主要成分としてクロム15〜22質量％、ニッケル1〜10質量％、マンガン0.5〜20質量％、および炭素0.01〜0.05質量％を含むことを特徴とする方法。