JPH0310051A - 高強度高延性を有する高炭素窒素ステンレス鋼およびその製造方法 - Google Patents

高強度高延性を有する高炭素窒素ステンレス鋼およびその製造方法

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JPH0310051A
JPH0310051A JP1144059A JP14405989A JPH0310051A JP H0310051 A JPH0310051 A JP H0310051A JP 1144059 A JP1144059 A JP 1144059A JP 14405989 A JP14405989 A JP 14405989A JP H0310051 A JPH0310051 A JP H0310051A
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JP
Japan
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stainless steel
weight
temp
ductility
steel
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JP1144059A
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English (en)
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Tetsuya Shimada
鉄也 島田
Akio Yamamoto
章夫 山本
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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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】 (イ)産業上の利用分野 本発明は、準安定オーステナイト状態において室温で高
強度高延性を有し、加工成形後加工誘起マルテンサイト
の生成によって高い強度が得られ、しかも焼入れ処理に
よる硬化も可能な高炭素窒素ステンレス鋼およびその製
造方法に関する。特に浴槽、厨房用シンクをはじめとす
る大型のプレス成形品や各種ボルト類などの冷間で強加
工が施される強度部材、さらにはウェハスライサ用素材
としても適用可能な高炭素窒素Cr系ステンレス鋼の板
材および棒線材に係わるものである。
(ロ)従来の技術 ステンレス鋼は、耐食性の他に強度、延性、硬度および
耐摩耗性といった材質特性が要求される。
オーステナイト系ステンレス鋼は、高耐食性の他に優れ
た延性が要求される。また、析出硬化型ステンレス鋼は
、高強度や耐摩耗性が要求され、さらにマルテンサイト
系ステンレス鋼は、高硬度、耐摩耗性が要求される。
しかし、上述したように、耐食性、高強度、高延性、高
硬度、耐摩耗性の内いずれかを満足する鋼は多数党られ
るものの、これらの全てを満足する鋼は、特願昭63−
218468号(先願)で提案した高炭素ステンレス鋼
だけである。これは、高炭素ステンレス鋼に高温溶体化
処理を施すことによって準安定オーステナイト状態とし
、変態誘起塑性(TRIP)によって極めて優れた強度
−延性バランスを得る技術である。さらに、先願の対象
鋼は多量のCを含有するため、非常に優れた焼入れ硬化
能を有している。したがって、準安定オーステナイト状
態でプレス成形などの強加工を施し、その後焼入れ処理
あるいはサブゼロ処理によって極めて高い硬度および優
れた耐摩耗性が得られる。
しかし、この準安定オーステナイト状態における高炭素
ステンレス鋼の延性は、加工温度依存性が高く室温付近
で急激に低下する。そのため、冷間加工性が低く、主と
して100℃以上の温間で強加工が施されているのが現
状である。
(ハ)発明が解決しようとする課題 上記のように、室温付近で優れた延性を示し、かつ焼入
れ硬化能および耐摩耗性を有するステンレス鋼は従来皆
無であった。
本発明は、高温溶体化処理によって準安定オーステナイ
ト状態とし、室温付近で高強度−高延性を有する高炭素
窒素ステンレス鋼およびその製造方法を開示するもので
ある。さらに、加工後は加工誘起マルテンサイトの生成
あるいは焼入れ処理、サブゼロ処理によって高強度、高
硬度そして耐摩耗性を有する。
(ニ)課題を解決するための手段およびその作用高温溶
体化処理によって準安定オーステナイト状態となる従来
の高炭素ステンレス鋼は、溶体化処理後の冷却過程で、
粒界にマルテンサイト相が生成し易い。そのため、室温
付近の加工ではこのマルテンサイト相に沿う粒界破断が
生じ、著しい延性の低下を来すことを見出した。そこで
、この粒界マルテンサイト相の生成を抑制することを指
向して本発明を成し遂げた。
本発明者らは、この粒界マルテンサイト相の生成を抑制
するために、積層欠陥エネルギーを高めオーステナイト
安定化元素であるNの利用を考えた。多量にN添加する
ことによって、溶体化処理の冷却過程で粒界マルテンサ
イト相の生成が抑制され、室温付近の延性が向上し、破
断面も延性破面となることを見出した。この結果、通常
ステンレス鋼に含まれている以上にNを多量添加するこ
とによって、準安定オーステナイト状態における延性が
室温においても高く、さらに焼入れ硬化能および耐摩耗
性にも優れた高強度−高延性ステンレス鋼を発明した。
室温における準安定オーステナイト量は、溶体化処理に
おける加熱温度と冷却速度に密接に関連している。第1
図は、Cr含有量:17重量%、C含有量:0.7重量
%、N含有量二0.2重量%の高炭素窒素ステンレス鋼
の常温におけるオーステナイト量に及ぼす溶体化処理の
加熱温度および冷却速度の影響を示した図である。11
00℃以上に加熱し0.2℃/S以上の冷却速度で冷却
すると、室温におけるオーステナイト量が80%以上と
なることが明らかとなった。加熱温度が1100℃未満
では、固溶C量が低いためにMs点が高くなり、冷却過
程でマルテンサイト変態が生じ室温でのオーステナイト
量が80%未満となる。また、加熱温度が1100℃以
上であっても冷却速度が0.2℃/S未満では、−旦固
溶したCが炭化物として再析出し固溶C量が減少するた
め、Ms点が高くなりマルテンサイト変態によってオー
ステナイト量が80%未満となる。
第2図は、準安定オーステナイト状態となったCr含有
量:17重量%、0含有量:0.7重量%の高炭素ステ
ンレス鋼の全伸び挙動に及ぼすN含有量の影響を示して
いる。この結果から、N含有量が0.1重量%以上とな
るこ々によって、室温付近の全伸びが著しく向上するこ
とが認められる。この延性向上機構は、N添加による粒
界マルテンサイトの生成抑制によるものである。
第3図は、Cr含有i1:17重量%、C含有量:0.
7重量%の高炭素窒素ステンレス鋼の焼入れ硬化曲線で
ある。N含有量が高い本発明対象鋼(図中のΔ印)は、
従来の低N鋼(○印)と同様に最高焼入れ硬さH,C6
0以上の優れた焼入れ硬化能を有する。
以上の知見から、高炭素ステンレス鋼に従来以上の多量
Nを添加することによって室温付近の延性が大幅に改善
され、高強度高延性を有し焼入れ処理が可能なステンレ
ス鋼の製造が可能となった。
次いで本発明の限定理由を説明する。
Cr含有量は、ステンレス鋼として必要な耐食性を得る
に必要最小限度の10重量%を下限とした。
しかし、20重量%を越えると巨大炭化物および粒界炭
化物が生成しやすくなり延性が著しく低下するため、2
0重重量を上限とした。
C含有量は、高温溶体化処理によってMs点を室温付近
まで低下させ、準安定オーステナイト量を80%以上に
するために必要最小限度の0.3重量%を下限とした。
しかし、1.5重量%を越えると巨大な炭化物が生成す
ることや炭化物の粒界析出量が増えることによって延性
が著しく低下するため、1.5重量%を上限とした。
N含有量は、室温における延性を改善するのに必要最小
限の0.1重量%を下限とした。しかし、0.50重量
%を越えると熱間加工性が著しく低下するため、0.5
0!if%を上限とした。
本発明の溶体化加熱温度あるいは熱延後捲取り温度を1
100℃以上としたのは、鋼中のCおよびNの固溶量を
増大することによってMs点を室温付近まで低下させ、
準安定オーステナイト量を80%以上にするのに必要な
最低温度であるためである。しかし、固相線温度を超え
ると融液化してしまうため上限を固相線温度とした。
さらに溶体化後あるいは熱延捲取り後の冷却速度を0.
2℃/ s以上にするのは、これ未満では冷却途中でC
およびNがCr炭窒化物として再析出しCおよびNの固
溶量が低下するため、Ms点が高くなり多量のマルテン
サイト相を生成し延性が著しく低下するためである。
(*)実施例 第1表に示す成分の綱を150kg真空溶解炉にて溶製
後、熱延および球状化処理を行ない板厚1.5m(至)
に冷延した綱板に、第2表に示す種々の条件で熱処理を
施した。これらの材料からJIS13号Bの試験片を採
取し、室温(20℃)で引張試験を行ない、引張強さお
よび全伸びを調べた。
その結果、第2表に見られるように本発明である試料k
l〜9は、室温(20℃)で引張強さ90kgf/am
”以上、全伸び30%以上の良好な強度−延性バランス
を有するとともに、破断後の破面も延性破面を示す。こ
れに対し試料l14[llO〜11は、溶体化処理条件
は同じであるものの、N含有量が低くオーステナイト粒
界にマルテンサイト相が生成するため、全伸びが低く粒
界破面を呈する。また、試料随12〜13およびNa1
5〜16は溶体化加熱温度が低(、従ってCおよびNの
固溶量が、少なくMs点が高くなるため、冷却中に多量
のマルテンサイト相が生成し、全伸びが著しく低い。
また、試料k14は冷却速度が遅いため、冷却中にフェ
ライト相が析出し、引張強さおよび全伸びが低い。
次に、第1表に示す成分の鋼を溶製し熱間圧延でφ6m
線材コイルに仕上げた後、第3表に示す条件で捲取り、
加熱あるいは冷却−を行なった。また従来の熱延条件で
捲取り、750℃X5hの球状化処理を施した後、第3
表に示す条件で溶体化処理を施した。これらの試料から
試験片を採取し、室温(20℃)で引張試験および圧縮
試験を行ない、全伸びおよび冷間鍛造性を調べた。冷間
鍛造性は、φ5.0■−X 7.5 wmの試験片で据
込率60%の圧縮試験を行なった時の割れ発生の有無で
評価した。0印は割れが発生しなかったこと、X印は割
れが発生したことを示す。
その結果、第3表に見られるように本発明対象鋼および
本発明方法である試料Nal〜14は、いずれも全伸び
が30%以上の良好な延性を示し、冷間鍛造性にも優れ
ることが明らかである。これに対し、試料Nt115〜
1日はN含有量が低いため、オーステナイト粒界にマル
テンサイト相を生成し、全伸びが20%以下と低くなる
。また試料Na19〜20は捲取り温度あるいは溶体化
処理温度が低いため、はぼ全面マルテンサイト相になり
、全伸びが1.2〜1.5%と低く冷間鍛造性に著しく
劣る。
さらに、試料Na21は捲取り後の冷却速度が遅いため
、フェライト+マルテンサイト+Cr炭化物の複合組織
となり、伸びが低く鍛造性にも劣る。
以上の実施例から、本発明は成分および熱処理条件が密
接に関連して極めて効果的に作用し、優れた強度−延性
バランスを有することが明らかである。
(へ)発明の効果 以上の実施例からも明らかなように、本発明によって室
温の全伸びが30%以上、かっ引張強度90)cgf/
−以上の高強度−高延性ステンレス鋼の製造が可能とな
った。さらに、この鋼は、加工成形後加工誘起マルテン
サイトの生成によって高い強度が得られ、しかも焼入れ
処理あるいはサブゼロ処理による硬化も可能である。こ
の技術によって、浴槽、厨房用シンクをはじめとする大
型のプレス成形品や各種ボルトiなど冷間で強加工を施
す強度部材の製造が可能となり、産業上の寄与は極めて
大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は、Cr含有I:17重量%、C含有量=0.7
重量%、N含有量80.2重量%の高炭素窒素ステンレ
ス鋼における溶体化処理の加熱温度および冷却速度とオ
ーステナイト量との関係を示した図である。 第2図は、Cr含有量:17重量%、C含有量:0.7
重量%の高炭素ステンレス鋼の準安定オーステナイト状
態のおける全伸びとN含有量の関係を示した図である。 第3図は、Cr含有量:17重量%、C含有量=0.7
重量%、N含有量;0.2重量%の高炭素窒素ステンレ
ス鋼の焼入れ硬化曲線である。 2 4 0.6 N@壱量 CwtZ) 第1図 (で/5ec) 第3図 000 〃θ0 〃r 溶体化処理if(’C)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)Cr:10.0〜20.0重量%、C:0.3〜
    1.5重量%、N:0.10〜0.50重量%を含み常
    温で80%以上のオーステナイト相を有することを特徴
    とする高強度高延性を有する高炭素窒素ステンレス鋼。
  2. (2)Cr:10.0〜20.0重量%、C:0.3〜
    1.5重量%、N:0.10〜0.50重量%を含む高
    炭素窒素ステンレス鋼を1100℃以上固相線温度以下
    に溶体化加熱した後、冷却速度0.2℃/s以上で冷却
    することを特徴とする高強度高延性を有する高炭素窒素
    ステンレス鋼の製造方法。
  3. (3)Cr:10.0〜20.0重量%、C:0.3〜
    1.5重量%、N:0.10〜0.50重量%を含む高
    炭素窒素ステンレス鋼を熱間圧延した後、1100℃以
    上固相線温度以下で捲取り冷却速度0.2℃/s以上で
    冷却することを特徴とする高強度高延性を有する高炭素
    窒素ステンレス鋼の製造方法。
  4. (4)Cr:10.0〜20.0重量%、C:0.3〜
    1.5重量%、N:0.10〜0.50重量%を含む高
    炭素窒素ステンレス鋼を熱間圧延した後、1100℃以
    上固相線温度以下に溶体化加熱し冷却速度0.2℃/s
    以上で冷却することを特徴とする高強度高延性を有する
    高炭素窒素ステンレス鋼の製造方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010024486A (ja) * 2008-07-17 2010-02-04 Daido Steel Co Ltd 高窒素マルテンサイト系ステンレス鋼
JP2014077172A (ja) * 2012-10-10 2014-05-01 Tokyo Gakugei Univ ステンレス鋼の製造方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS484694B1 (ja) * 1969-08-01 1973-02-10

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