JPH01312029A - オーステナイト系ステンレス鋼板及びオーステナイト系耐熱鋼板の強化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ａ、　産業上の利用分野 本発明は、オーステナイト組織を有するステンレス鋼板
及び耐熱鋼板の表面強化方法に係り、特に高い耐疲労強
度及び耐摩耗性を要求されるオーステナイト系ステンレ
ス鋼板及びオーステナイト系耐熱鋼板の強化方法に関す
るものである。

ｂ、従来の技術 オーステナイト系ステンレス鋼板、例えば１８Ｃｒ−８
Ｎｉ鋼は焼なまし状態では完全なオーステナイト組織で
あるが、その組成はオーステナイト域の境界にあるため
不安定で、安定組織の（フェライト＋炭化物）に移ろう
としている。そのため、例えば冷間加工等により、マル
テンサイト変態を生じて硬化する。この性質を利用して
高拡張力のステンレス鋼板がつくられ、航空機用構造材
やハネなどに広く用いられている。

ところで、表面強化冷間加工方法としては冷間圧延法、
ショットピーニング法等がある。これら冷間加工方法の
うち、圧延法は多くの実用的な利点を有しているものの
板材の必要部分のみの部分的な強化が不可能であるとい
う大きな欠点を有している。−方、ショットピーニング
法は部材の全体的な強化或いは必要部分のみの部分的な
強化も可能であるという利点を有する。

このようなショットピーニング法によってオーステナイ
ト系ステンレス鋼板或いはオーステナイト系耐熱鋼板を
強化処理する場合、従来では、鋼板のうち強化すべき領
域の全面にショット粒を投射するようにしていた。すな
わち、オーステナイト系ステンレス鋼板（或いはオース
テナイト系耐熱鋼板）１０をショットピーニングカロエ
するに当っては、このステンレス鋼板１０を垂直状に立
てた状態で固定支持すると共に、その上下左右の縁部を
覆う一対の遮蔽部材１１ａ、　ｌｌｂをステンレス鋼板
１０の表裏両面に取付け、しかる後に、一対のショット
粒投射装置（図示せず）からステンレス鋼板１０の両面
に向けてシヨ・ノド粒を第９図において矢印で示す如く
投射し、遮蔽部材１１ａ、Ｉｌｂの中央開口１２ａ、１
２ｂに対応するステンレス鋼板１０の領域Ｂ、Ｃにショ
ットピーニング加工（塑性加工）を施すようにしている
。これにより、ショット粒が投射された部分に塑性変形
を生じ、不安定オーステナイト組織からマルテンサイト
変態を生じて硬化する。

Ｃ０発明が解決しようとする課題 上述のようにショットピーニング加工を施した場合、ス
テンレス鋼板１０に実用に供し得ないほどの大きな変形
（反り）が発生してしまうことが多々ある。

この変形が発生するのは、ショット粒投射前においてス
テンレス鋼板１０の有する残留応力が両面共に全く同じ
大きさとなることは非常に稀であり、両面の残留応力が
互いに異なること、初めから反りが発生していること、
ショットピーニング加工時にマルテンサイト変態に伴う
変態応力が発生ずること等に起因する。なお、この変形
の形状は、異なる残留応力を有する両面に向って、両側
より同一速度のショット粒を投射した場合、どちらか一
方の側の面が湾曲状にへこみ、その反対側の面が湾曲状
にふくらむ形状となる（第１０図、第１１図及び第１２
図参照）。また、ステンレス鋼板１０の変形量は、ショ
ット粒投射速度が高速であればあるほど大きくなる。

従って、この変形を小さく押えるためには、ショット粒
投射速度を比較的低速に抑えざるを得ない。

しかしながら、ショット粒投射速度をステンレス鋼板１
０に変形が発生しない程度の速度にしてショット粒投射
時間を長く設定することによって成る程度の圧縮応力を
ステンレス鋼板１０に付与することは可能であるが、材
料強化に必要な程度の大きさの圧縮応力値を得ることが
できない場合が多々ある。

本発明は、上述の如き実状に鑑みてなされたものであっ
て、その目的は、ショットピーニング加工にてオーステ
ナイト系ステンレス銅板或いはオーステナイト系耐熱鋼
板に充分な圧縮応力を付与でき、しカモショットピーニ
ング加工による変形の発生を極めて少く抑えることがで
きるようなオーステナイト系ステンレス鋼板及びオース
テナイト系耐熱鋼板の強化方法を提供することにある。

６０課題を解決するための手段 上述の目的を達成するために、本発明では、多数の散在
箇所に開孔を形成して成る遮蔽部材を強化すべきオース
テナイト系ステンレス鋼板或いはオーステナイト系耐熱
鋼板に当てかった状態の下でシヨ・ノド粒を投射して前
記鋼板の散在箇所にシヨ・ノドピーニング加工を施すこ
とにより、前記鋼板の散在箇所のオーステナイト組織を
マルテンサイト組織に変態させる一方、それ以外の箇所
を未変態状態として存在させるようにしている。

以下、本発明の一実施例に付き第１図〜第４図を参照し
て説明する。

第１図及び第２図は本発明に係る強化方法を説明するた
めのものであって、本例においては、被加工物であるオ
ーステナイト系ステンレス鋼板（以下、単にステンレス
鋼板と称す）１の外形寸法と同一の寸法を有する一対の
遮蔽部材２ａ、２ｂが用いられる。

これら一対の遮蔽部材２ａ、２ｂは矩形板に多数の円形
開孔３を縦方向及び横方向にそれぞれ規則正しく整列配
置して成るものである。

次に、上述の遮蔽部材２ａ、２ｂを用いてステンレス鋼
板１をショットピーニング加工する場合に付き説明する
。

まず、一対の遮蔽部材２ａ、２ｂをステンレス鋼板１の
両面に外縁を合わせた状態で当てがって、これらの遮蔽
部材２ａ、２ｂ間にステンレス鋼板１を挟持する。

そして、図外の締付治具によってステンレス鋼板１及び
遮蔽部材２ａ、２ｂを三者一体の状態で固定すると共に
、図外の保持手段にてこれを所定位置に保持する。

これにより、ステンレス鋼板１は前記円形開孔３に対応
する部分へが露出された状態で保持手段に取付けら・れ
、かつ第２図に示すように、表裏一体の遮蔽部材２ａ、
２ｂの各円形開孔３が互いに対向配置させられる。

このようにして、ステンレス鋼板１をセソティン゛グし
た後に、これを第１図において矢印方向に回転させると
共に左右両側のショット粒投射装置を作動させて多数の
ショット粒をステンレス鋼板１の表裏両面に対してそれ
ぞれ直角方向に投射し、前記円形開孔３に対応する散在
箇所Ａにショットピーニング加工（塑性加工）を施す。

なお、この際、ステンレス鋼板１の表裏両面のうち前記
円形開口３に対応する散在箇所Ａ以外の部分は、既述の
如く完全にマスキングされているのでショットピーニン
グ加工は全く施されない。以上のようにして゛、所定時
間に亘るショット粒の投射により塑性加工を完了した後
、ショット粒の投射を停止し、一連のショットピーニン
グ加工作業を終了する。

次に、上述の如きショットピーニング加工の具体例を以
下に示す。

具体例 （１）オーステナイト系ステンレス鋼板１の材質ＳＵＳ
　３０４ （２）オーステナイト系ステンレス鋼板１の寸法横１８
５龍 縦１００■璽 厚さ２璽１ （３）オーステナイト系ステンレス鋼板１の強化領域機
１１５Ｎ 縦　　１００璽１ （４）遮蔽部材２ａ、２ｂの円形開孔３の直径Ｌ１０ｍ （５）縦方向に沿って隣接する円形開孔３の間隔Ｌ２（
６）横方向に沿って隣接する円形開孔３の間隔し。

５璽璽 （７）加工条件 〈イ〉　ショット粒の直径　　　　　　　　０．８璽ｌ
くロンショット粒の硬度　　　　　　　ＨＩ？Ｃ５８く
ハ〉ショット粒の材質　　　　　　　　鋳鋼く二〉ショ
ット粒の投射速度　　　　　５０ｍ／ｓ〈ホ）ショット
粒の投射時間　　　　　　４分くへン　アークハイト　
　　　　　　　　　　９．５ｍｍこの具体例によって得
られたステンレス鋼板１の表面の残留応力を測定したと
ころ第３図及び第４図に示す如き結果となった。

第３図における実線は、横方向に沿って配列された散在
箇所Ａの中心を結ぶ直線Ｓ上におけるＹ方向（縦方向）
の残留応力σ１をプロットしたものであって、その測定
結果から明らかなように、ショット粒が投射された部分
すなわちショットピーニング加工部分Ａには符号ａで示
されるように充分に大きな圧縮応力（負の応力）の発生
が認められる。これば、ショットピーニング加工部分Ａ
がワ性加工にてオーステナイト組織からマルテンサイト
組織に変態した結果である。また、横方向に沿って互い
に隣接するショットピーニング加工部分Ａの間の中央箇
所（シヨツトピーニング加工されていない箇所）の残留
応力は、符号すで示すように両側のショットピーニング
加工部分Ａの残留応力よりは小さ値であるが、圧縮応力
が発生していることが認められる。

第４図における実線は、前記直線Ｓ上におけるＸ方向（
横方向）の残留応力σ、をプロットしたものであって、
その測定結果から明らかなように、既述の残留応力σ、
と同様の残留応力特性を呈することが認められる。

第５図はショットピーニング加工後におけるステンレス
鋼板１の表面から０．０５ｍｍ深さの箇所の硬さをプロ
ットしたものであり、第６図はショットピーニング加工
部分Ａにおける厚さ方向の断面硬さを示すものである。

また、第７図はショットピーニング加工部Ａの残留応力
及び表面硬さとオーステナイト量との関係をプロットし
たものである。これらの測定結果から明らかなように、
ショットピーニング加工を施した散在箇所Ａのうち特に
その表面部分は非加工部よりも硬化（４５０〜４７０Ｈ
ＭＶ程度）されているこ表が認められる。

しかして、本例によれば、ショットピーニング加工を施
した散在箇所Ａはオーステナイト組織からマルテンサイ
ト組織に変態せしめられて硬化される一方、その他の部
分は元の軟質状態（未変態状態）の下に置かれるため、
所定の強化箇所領域内における残留応力に強弱を生じる
と共に、硬さに高低を生しることとなる。

以上、本発明の実施例につき述べたが、本発明はこれら
の実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思
想に基づいて各種の変更が可能である。

例えば、ショット粒投射方向、投射速度、投射時間２粒
径材質等の加工条件並びに円形開孔３の直径及びその間
隔等を適宜変更することによって、圧縮応力の調整を容
易に行なうことが可能である。さらにステンレス鋼板１
の片面のみを固定状態の下でショットピーニング加工し
、その後に１８０°反転させてもう一方の片面をショッ
トピーニング加工するようにしてもよい。さらに、遮蔽
部材２ａ、２ｂに円形以外（四角形、楕円等）の形状の
開孔を設けてもよい。

また、既述の実施例においては、遮蔽部材２ａ、２ｂの
円形開孔３を縦横にそれぞれ等間隔に形成して単位面積
当りの円形開孔３の数を何れの箇所においても同一とし
たが、単位面積当りの円形開孔３の数を箇所によって変
えるようにしてもよい。この場合には、その数を少なく
した箇所におけるショットピーニング加工部分（散在箇
所Ａ）の間の領域Ｂの圧縮応力が相対的に小さくなり、
その数を多くした箇所においては相対的に大きくなるた
め、強度の強弱をつけることが可能である。

また、既述の実施例では、ステンレス鋼板１の表裏両面
の対向箇所を同時にショットピーニング加工するように
したが、ステンレス鋼板１が薄板の場合には、片面のみ
ショットピーニング加工するだけでもよい。

また、本発明に係る強化方法はＳＵＳ　３０４に限らず
Ｍｎ　−Ｃｒ系オーステナイト鋼板等の各種のオーステ
ナイト系ステンレス鋼板に適用可能であり、さらに常温
でオーステナイト組織を有する耐熱鋼板にも適用可能で
ある。

ｅ０発明の効果 以上の如く、本発明は、オーステナイト系ステンレス鋼
板及びオーステナイト系耐熱鋼板の強化すべき領域内の
散在箇所にショット粒を投射することによって、この散
在箇所（ショットピーニング加工箇所）のオーステナイ
ト組織をマルテンサイト組織に変態せしめて硬化させる
一方、その他の箇所（ショットピーニング加工されない
部分）は未変態状態すなわち軟質状態とせしめ、もって
強化箇所領域内に強弱の残留応力及び硬さの高低を発生
させるようにしたものであるから、前記鋼板に充分な圧
縮応力を付与し得て強化を図ることができ、しかも強弱
の平均値に相当する残留応力が均一に付与されている場
合に比べて、より効果的な衝撃力吸収能を有することと
なる。

しかも、ショットピーニング加工を散在箇所のみ施すよ
うにしているので、ショットピーニング加工領域の面積
が小さく、従ってショットピーニング加工による前記銅
板の変形の程度もそれに応して少なく　（実用に充分に
供し得る程度）抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第７図は本発明の一実施例を説明するためのも
のであって、第１図はオーステナイト系ステンレス鋼板
に遮蔽部材を取付けた状態を示す正面図、第２図は第１
図におけるｎ−ｎ線断面図、第３図及び第４図は本発明
の強化方法にてオーステナイト系ステンレス鋼板を強化
した場合の残留応力の測定結果を示すグラフ、第５図及
び第６図は本発明の強化方法にてオーステナイト系ステ
ンレス鋼板を強化した場合の硬さの測定結果を示すグラ
フ、第７図は本発明の強化方法にてオーステナイト系ス
テンレス鋼板を強化した場合の残留応力、硬さ及びオー
ステナイト量をそれぞれ示すグラフ、第８図〜第１２図
は従来例を説明するためのものであって、第８図は第１
図と同様の正面図、第９図は第８図におけるＩＸ−ＩＸ
線断面図、第１０図は第８図におけるＸ−Ｘ線断面図、
第１１図は第８図におけるＸＩ−ＸＩ線断面図、第１２
図は第８図におけるｘ■−ｘｎ線断面図である。 ■・・・オーステナイト系ステンレス鋼板、２ａ、２ｂ
・・・遮蔽部材、　　　　　　３・・・円形開孔、Ａ・
・・散在箇所（ショットピーニング加工部分）。 へ　　　へ ・△　　　・△ ミ　　　　〉 川　　　　　　田 ・八　　　、八 、２ Ｖ研ゆＲｂ　　ヨ ＼ Ｌ 〉　　　　公 ７八　　　、八 二゛ 憶祷ゆ保芭ε ＼、 ＃］

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 多数の散在箇所に開孔を形成して成る遮蔽部材を強化す
   べきオーステナイト系ステンレス鋼板或いはオーステナ
   イト系耐熱鋼板に当てがった状態の下でショット粒を投
   射して前記鋼板の散在箇所にショットピーニング加工を
   施すことにより、前記鋼板の散在箇所のオーステナイト
   組織をマルテンサイト組織に変態させる一方、それ以外
   の箇所を未変態状態として存在させるようにしたことを
   特徴とするオーステナイト系ステンレス鋼板及びオース
   テナイト系耐熱鋼板の強化方法。