JP6747639B2 - 金属材料および加工処理方法 - Google Patents
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Description
これら三種のステンレス鋼を使用し、まず、ロール圧延を繰り返すことによる単純強圧延(冷間圧延)により、断面積減少率が92%となるまで塑性加工し、その後、絶対温度733Kにおいて、焼鈍時間を変更しながら複数の加工熱処理した金属材料を得た。
次に、SUS316およびDIN1.4462の二種類の基礎材料について、実験例1と同様に単純強圧延により断面積減少率が92%となるまで、室温において塑性加工し、その後、焼鈍時間を変化した複数の金属材料について引張試験を行った。その結果を応力−ひずみ曲線として図4に示す。なお、図中の「AR材」とは、単純強圧延のみの材料を意味する。また、「RD」は単純強圧延の際に延伸された方向への引張試験を意味し、「TD」は延伸方向に対して垂直な方向への引張試験を意味する。また、「T=293K」とあるのは室温を意味する。応力−ひずみ曲線に付された数字は、グラフの枠外に示した時効処理の時間に対応するものである。
そこで、DIN1.4462について、92%の単純強圧延後の状態(以下、供試材という場合がある)と、さらに絶対温度773Kにおける864×102秒の焼鈍後の状態との微視組織を、方位マッピング(OIM:Orientation Imaging Microscopy)で観察した。その結果を図5に示す。
SUS316ステンレス鋼の単純強圧延後の供試材のTEM像を図6に示す。このTEM像により観察され得る比較的大きい組織領域を観察すると、ラメラー状組織、変形双晶、せん断帯が複雑に入り組んだ超微細粒組織であることがわかる。なお、ラメラー組織はほぼ均一に発達しており、図6から判断されるところで、各層の平均間隔は約30nmであった。変形双晶は母相に対して初期方位が約60°ずれており、これは、圧延の回数ごとに徐々に変化する。また、せん断帯の初期方位は最大で約15°ずれていた。これも圧延の回数ごとに徐々に変化する。さらに、TEM像では判明しなかったが、マルテンサイトが含まれている可能性もあり得る。
念のため、DIN1.4462の単純強圧延後のTEM像を図7に示す。このTEM像においても、ラメラー状組織、変形双晶、せん断帯が複雑に入り組んだ超微細粒組織であることがわかる。なお、ラメラー組織は、フェライト相とオーステナイト相との双方に形成されており、両相によって複合材が形成されていることがわかる。また、中央に比較的大きく撮影されているのは、変形双晶によるグループ状組織であり、その周辺にせん断帯が形成されているのがわかる。このTEM像においてもマルテンサイトが確認されなかったが、マルテンサイトが含まれている可能性もあり得る。なお、図7からは明確ではないが、TEM像を精査すると、DIN1.4462の場合は、前記SUS316ステンレス鋼に比較して、変形双晶によるグループ状組織の形成が少なく、全体に占める体積率において5%を大幅に下回るものと判断された。
そこで、DIN1.4462の供試材について、35μm2の面積部分における変形双晶によるグループ状組織の面積割合をTEM像によって観察した。そのときのTEM像を図8に示す。この図には、僅かながらグループ状組織を見出すことができ、この面積部分全体に占める割合は約5%と判断し得る。グループ状組織の発見は、ラメラー状組織の境界線が歪んだ部分に存在するため、その歪みを目安にグループ状組織と断定した。比較のため、SUS316ステンレス鋼の供試材についても、35μm2の面積部分における変形双晶によるグループ状組織の面積割合をTEM像によって観察した。そのときのTEM像を図9に示す。この図には、広い範囲に点在するグループ状組織を明確に見出すことができる。この面積部分全体に占める割合は約50%と判断し得る。なお、グループ状組織が点在することから、全体的にラメラー状組織の境界線が歪んでいるが、その周辺においてもラメラー状組織は存在していることがわかる。
さらに、SUS316ステンレス鋼について、単純強圧延後に時効処理(焼鈍)後のTEM像を図10に示す。時効処理(焼鈍)としては、絶対温度773Kで7200秒の焼鈍を行ったものである。このTEM像によれば、単純強圧延後に得られたラメラー状組織の各層の間隔が約30nmであったのに対し、時効処理(焼鈍)後の間隔は約42nmまで広がっていることが判明した。これは、再結晶は起こっていないものの、回復により転位密度の減少と粒界移動により、ラメラー状組織の各層の間隔が増大したものと判断される。従って、より長時間の時効処理によって、ラメラー間隔はさらに広がるものと判断される。実際に、さらに長時間時効処理したものの中には再結晶が始まり、ラメラー状組織が消失したものもあった。ラメラー状組織が消失したものは強度も低下していた。
また、前記組織解析5で使用したSUS316ステンレス鋼について、その組織中に形成されたラメラー状組織の内部を観察するために拡大したTEM像を撮影した。このTEM像を図11に示す。この図から明らかなとおり、約100nm間隔で形成されるラメラー状組織の内部に、変形双晶が微細に斜状に形成されているのがわかる。図のほぼ中央に撮影されているラメラー状組織の内部では、変形双晶が明確に表れているが、他のラメラー状組織の内部にも同様の変形双晶が形成されている。このことから、ラメラー状組織の一部は、変形双晶の発現によってさらに微細な組織に分断されている。圧延の初期過程で発生した変形双晶はグループ状組織を形成し、残りの部分はラメラー状組織へと発達するがその過程で内部に変形双晶が導入されると考えられる。なお、時効処理(焼鈍)により、ラメラー状組織の界面移動に伴う結晶粒の成長と回復によって、その間隔は変化するが、時効処理後の平均的な間隔は前記のとおり約42nmとなり、100nm以下に収まる状態となっている。
つぎに、焼鈍温度および時間と強度の関係を把握するための実験を行った。実験には、DIN1.4462を使用し、実験例1と同様に単純強圧延により断面積減少率が92%となるまで塑性加工し、焼鈍の温度を絶対温度773Kのほかに、絶対温度873Kおよび1023Kとした場合のそれぞれについて、時効時間ごとのビッカース硬さを測定した。なお、絶対温度773による焼鈍の結果は、実験例1のものを使用した。
また、前記実験例3において時効処理されたDIN1.4462について、実験例2と同様の引張試験を行った。引張試験は、絶対温度1023Kにおける時効処理後のDIN1.4462のみとし、複数の時効時間により処理したものについて行った。この結果を図14に示す。絶対温度1023Kにおける時効の場合は、適当な焼鈍時間においてビッカース硬さの値が大きかったが、この図14に示されるとおり、引張強度は、逆に低下している。これは、シグマ相の析出に起因するものと考えられる。なお、シグマ相はCrまたはMoによって析出が促進されることから、これらの総量が多く含まれる二相ステンレス鋼において顕著であったと考えられる。
Claims (6)
- 単純強圧延後に時効処理した場合における延伸方向に対する垂直方向の引張強度が2.2GPa以上となる安定オーステナイトステンレス鋼による板状の金属材料であって、
単純強圧延による強ひずみ加工の後に生成される微細粒組織が、ラメラー状を形成する各層の平均間隔が30nm〜100nmであるラメラー状組織を基礎とし、前記ラメラー状組織に形成されるせん断帯によって包囲される領域に形成される変形双晶によるグループ状組織が1μmよりも小さくかつ母相に対して結晶方位がずれた状態で分散してなる変形誘起の微視組織を含む構成である
ことを特徴とする金属材料。 - 単純強圧延後における延伸方向に対する垂直方向の引張強度が2.0GPa以上となるフェライト/オーステナイト二相ステンレス鋼による板状の金属材料であって、
単純強圧延による強ひずみ加工の後に生成される微細粒組織が、ラメラー状を形成する各層の平均間隔が30nm〜300nmであるラメラー状組織を基礎とし、フェライト相およびオーステナイト相の双方に跨がって形成されるせん断帯によってオーステナイト相において包囲される領域に形成される変形双晶によるグループ状組織が分散してなる変形誘起の微視組織を含む構成である
ことを特徴とする金属材料。 - 前記ラメラー状組織は、内部に変形双晶が形成されている請求項1または2に記載の金属材料。
- 規格名SUS316LNで示される安定オーステナイトステンレス鋼を加工処理してなる板状の金属材料であって、
単純強圧延による強ひずみ加工の後に生成される微細粒組織が、ラメラー状を形成する各層の平均間隔が30nm〜100nmであるラメラー状組織を基礎とし、前記ラメラー状組織に形成されるせん断帯によって包囲される領域に形成される変形双晶によるグループ状組織が1μmよりも小さくかつ母相に対して初期方位がずれた状態で分散してなる変形誘起の微視組織を含む構成であり、時効処理後における延伸方向に対する垂直方向の引張強度が2.2GPa以上である
ことを特徴とする金属材料。 - 規格名DIN1.4462で示されるフェライト/オーステナイト二相ステンレス鋼を加工処理してなる板状の金属材料であって、
単純強圧延による強ひずみ加工の後に生成される微細粒組織が、フェライト相とオーステナイト相とのそれぞれに各層の平均間隔を30nm〜300nmとするラメラー状に形成されるラメラー状組織を基礎とし、前記フェライト相および前記オーステナイト相の双方に跨がって形成されるせん断帯によって前記オーステナイト相において包囲される領域に形成される変形双晶によるグループ状組織が分散してなる変形誘起の微視組織を含む構成であり、延伸方向に対する垂直方向の引張強度が2.0GPa以上である
ことを特徴とする金属材料。 - 前記微細粒組織は、さらにマルテンサイト相を含んでいる請求項1または4に記載の金属材料。
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