JPH0314899B2

JPH0314899B2 -

Info

Publication number: JPH0314899B2
Application number: JP62002606A
Authority: JP
Inventors: Masaomi Tsuda; Juji Ikegami; Masao Sato
Original assignee: Nippon Yakin Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nippon Yakin Kogyo Co Ltd
Priority date: 1987-01-10
Filing date: 1987-01-10
Publication date: 1991-02-27
Also published as: JPS63171857A

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野）本発明は、連続鋳造材の如き急冷材から得られ
る疲労特性に優れたマルテンサイト系析出硬化型
ステンレス鋼板帯に関するもので、原子力材料や
海洋材料ならびに化学装置材料の分野で好適に用
いられる鋼板帯についての提案である。この種のマルテンサイト系析出硬化型ステンレ
ス鋼は、オーステナイトには固溶するが、マルテ
ンサイトにはほとんど溶解度を有しない金属をオ
ーステナイト→マルテンサイト変態後に、マルテ
ンサイト地より析出させたもので、マルテンサイ
ト変態と析出硬化を組合わせ利用したところに特
徴を有するものである。（従来の技術）上記マルテンサイト系析出硬化型ステンレス鋼
板帯の耐疲労強度を向上させる方法として、従来
例えば、金属表面技術便覧（昭和51年）第1204頁
などに見られるようなシヨツトピーニング処理が
知られている。この処理は、要するに、シヨツト
ピーニングによつて表面層に圧縮残留応力を生じ
させる処理である。一般に、金属が疲労破壊する
ケースは、引張り応力によるものが多く、特に引
張り残留応力は材料の強さを低下させるが、逆に
圧縮残留応力はそれを軽減させる作用をする。す
なわち、シヨツトピーニングは、鋼板帯の表面に
無数の小球を衝突させる表面処理加工なので、鋼
板帯の表面には圧縮残留応力が発生し、所謂疲労
強度が改善されるのである。（発明が解決しようとする課題）鋼板帯表面に圧縮残留応力を付与すれば、疲労
特性は改善されるものの、上記従来技術の場合、
シヨツトピーニングという表面処理工程が不可欠
で、そのために製造の効率・コストの面で不利が
あつた。本発明の目的は、上述したシヨツトピーニング
という表面処理工程に拠ることなしに、従来の一
般的な製造工程によつて、表面がマルテンサイト
組織で、中心部がオーステナイト組織を有する疲
労特性に優れたステンレス鋼板帯を提供しようと
するものである。（課題を解決するための手段）本発明者らは、上述した目的を実現するために
開発・研究を重ねた結果、化学成分に基いて決定
されるマルテンサイト変態点（以下これを「Ms
点」と略記する）を特定の範囲とすることによつ
て、凝固偏析、特に析出硬化元素などが濃化した
中心偏析を生じさせ、最終製品の表面層に圧縮残
留応力を付与でき、その結果として疲労特性が改
善されることを突き止めた。すなわち、本発明は、疲労特性に優れたステン
レス鋼板帯であつて、Ｃ：0.1wt％以下、Si：
2wt％以下、Mn：1wt％以下、Cr：10〜20wt％、
Ni：３〜10wt％、Ｎ：0.2wt％以下、Mo：0.1〜
3wt％、Nb：0.1〜1wt％およびCu：0.5〜5wt％
を有し、残部がFeおよび不可避的不純物よりな
り、下記のMs点 Ms（℃）＝1229.9−1666.7（Ｃ＋Ｎ）−27.8Si−33.3Mn
−41.7Cr−61.1Ni−44.3Mo ＋140.8Nb−30.6Cu が80〜200℃であつて、表面がマルテンサイト組
織、中心部がオーステナイト組織を有することを
特徴とする。（作用）本発明の着想の基礎とするところは、所要成分
組成の析出硬化型ステンレス鋼について、その
Ms点が80〜200℃となるように合金設計すること
によつて、連続鋳造のように急冷に伴つて最終凝
固域の厚み中心部に特定成分（Ni、Cr、Mo
etc）が濃化した正偏析を生じ、シヨツトピーニ
ングが不要となるというところにある。要するに、上記成分組成の鋼を連続鋳造するこ
とにより、連鋳スラブ中心部に、Ni、Cr等の主
要合金元素およびCu等の析出硬化元素の富化し
た部分を偏析として残すことができ、その結果、
中心部のMs点は、表層部より低くなつて室温以
下において表層部がマルテンサイト変態しても、
中心部の方はオーステナイトとして残留する。従
つて、中心部と表層部とでは組織に差が生じ、表
層部に圧縮残留応力を付与することができるので
ある。そこで、本発明者らは、まず、化学成分とMg
点との関係を詳細に調べた。以下その結果を説明
する。各種成分組成の溶製材（５Kg）を、鋳造−圧延
し、1050℃に加熱して熱処理し、その後熱膨脹試
験機によりMs点を測定した。その後、Ｃ、Si、
Mn、Cr、Niの各係数については“Eicherman”
の式と同等とし、Mo、NbおよびCuの各係数に
ついては多重回帰によつて求めた。得られた下記
の式と実測値とは±10℃の範囲にあり、極めて相
関が高いものであつた。 Ms（℃）＝1229.9−1666.7（Ｃ＋Ｎ）−27.8Si−33.3Mn
−41.7Cr−61.1Ni−44.3Mo ＋140.8Nb−30.6Cu 次に、上記Ms点と連続鋳造工程を施した製品
の組織との関係を調べた。その結果、計算された
Ms点が80℃以下の場合、中心部は合金元素富化
層によるオーステナイト組織を示すが表面近傍も
オーステナイト・マルテンサイト混合組織を示し
ていた。また、計算されたMs点が200℃以上の場
合は、中心部まですべてマルテンサイト組織であ
つた。一方、Ms点が80〜200℃のものは中心部の
みにオーステナイト組織が見られた。こうしたこ
とからMs点によつて組織の決定できることが確
められた。さらに、上記３つのケースについて曲げ疲労試
験を実施したところ、中心部にのみオーステナイ
ト組織を有する鋼が最も高い疲労強度を示すこと
もわかつた。これは次のように理解される。すな
わち、凝固過程において、通常凝固偏析が生ず
る。角型鋼塊の場合、プレス工程を経るため、こ
の偏析はかなり軽減され内部は均質化している。
ところが、スラブ型鋼塊および連続鋳造のような
急冷スラブの場合、中心部に生じた合金元素等富
化層による凝固偏析が最終製品まで消滅すること
なくそのまま残る。しかも、表層部及び中心部の
Ni、Cr等の合金元素の富化した部分のMs点が室
温以上であれば、表層部から中心部まですべてマ
ルテンサイトとなるのに対し、表層部のMs点が
室温以上で中心部のMs点が室温以下となる場合
には、表層と中心部とではそれぞれマルテンサイ
トとオーステナイトとなり、いわゆる組織差を生
ずることとなる。その結果、表層部はマルテンサイト変態によつ
て体積膨脹が起るため、残留オーステナイトのま
まである中心部との間では歪が導入され、表面層
に圧縮残留応力が生成し、その結果として疲労強
度が向上することになる。次に、本発明ステンレス鋼板帯について、その
成分を限定する理由について述べる。Ｃ：強度を確保するために必要な元素であり、
0.1wt％（以下は単に「％」で略記する）を超
えると鋼板が硬質化するから、上限を0.1％と
した。 Si：Ｃと同様に強度の確保と共に脱酸剤として有
効であるが、２％を超えると靱性が劣化するか
ら、上限を２％とした。 Mn：強度および靱性の向上に有効であるが、１
％を超えると鋼板の機械的性質が劣化するか
ら、上限を１％とした。 Cr：マルテンサイト系析出硬化型ステンレス鋼
としての主要元素であり、必要な耐食性を得る
ために10％以上の含有が不可決であり、一方20
％以上含有する場合、δフエライト量を急増さ
せ熱間加工性を劣化させるので、10〜20％に限
定した。 Ni：δフエライト相の生成を抑制する元素であ
り、Cr量によつてある程度左右されるが、あ
まり低くすると本発明で限られる鋼の特徴であ
る析出硬化現象を低下させるため、最低３％と
した。一方高すぎると残留オーステナイト相が
生成しやすくなるので10％を上限とした。Ｎ：Ｎは強度を向上させるが0.2％を超えると鋼
板が硬質化するから、0.2％以下とした。 Mo：析出硬化のための元素であり、0.1％未満で
はその効果が少なく、３％を超えると相のバラ
ンスをくずし、フエライト相が生じやすくなる
ため、0.1〜３％とする。 Nb：析出硬化の他Ｃを安定化するために添加さ
れ、0.1％未満ではその効果が少なく、１％を
超えると熱間加工性の低下を招くため、0.1〜
１％とする。 Cu：析出硬化のためには最も重要な元素であつ
て、Mo、Nbと複合添加したときにその効果は
さらに大きくなる。0.5％未満ではその効果が
少なく、５％を超えると靭性、溶接性を悪化さ
せるため、0.5〜５％とする。（実施例）第１表に示す成分組成からなるマルテンサイト
系析出硬化型ステンレス鋼を、18トン溶解し、連
続鋳造にて鋳込んだスラブと普通造塊後プレスを
行つたスラブとについて、同じように熱間圧延−
熱処理−冷間圧延を経て、最終１mmの帯を製造
し、その後1050℃での溶体化処理後480℃×1hr
Ａ、Ｃの析出硬化処理を施こして供試材１〜10と
した。この供試材についてMs点の計算、組織観
察による中心部の残留オーステナイトの有無及び
曲げ疲労試験を行つた。曲げ疲労試験としては西原式両振り板曲げ疲労
試験機を用いた。その結果を第１表に示す。この
第１表より明らかなように、計算されたMs点が
80〜200℃のものは、普通造塊−プレス工程を経
たものに比較すると連続鋳造工程を経たものの方
が疲労強度が優れている。第１図に本発明材と比
較材の各ミクロ組織の写真を示すが、本発明によ
る鋼帯の中心部に残留オーステナイト（白い層状
のもの）が確認された。また、本発明による鋼帯が示している疲労強度
のレベルは、Fe系材料で得られる最高水準のも
のであるにもかかわらず比較的合金元素添加量が
少なくかつ単純な製造工程で製造できる。

【表】

【表】＊＊表面近傍オーステナイト、マルテンサ
イト混合組織
（発明の効果）以上説明したように、本発明によるマルテンサ
イト系析出硬化型ステンレス鋼板帯は、特別の処
理（シヨツトピーニング）を施すことなく、表面
層に圧縮残留応力を生じさせることができるの
で、簡単にかつ安価に疲労強度を向上させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明によるステンレス鋼板帯と比
較ステンレス鋼板帯についての表層部と中心部に
おける金属組織写真である。

Claims

【特許請求の範囲】１Ｃ：0.1wt％以下、Si：2wt％以下、Mn：
1wt％以下、Cr：10〜20wt％、Ni：３〜10wt％、
Ｎ：0.2wt％以下、Mo：0.1〜3wt％、Nb：0.1〜
1wt％およびCu：0.5〜5wt％を有し、残部がFe
および不可避的不純物よりなり、下記のMs点が
80〜200℃であつて、表面がマルテンサイト組織、
中心部がオーステナイト組織を有することを特徴
とする疲労特性に優れたステンレス鋼板帯。記 Ms（℃）＝1229.9−1666.7（Ｃ＋Ｎ）−27.8Si−33.3Mn
−41.7Cr−61.1Ni−44.3Mo ＋140.8Nb−30.6Cu