JPH0526846B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 この発明は、常温付近でフエライト相とオース
テナイト相の２相を呈する、Fe、Cr及びNiを主
成分とした２相ステンレス鋼の熱間加工方法に関
するものである。 〔従来の技術〕 一般に、２相ステンレス鋼は、耐食性に優れた
効果を発揮するのみならず、強度、靭性及び溶接
性等においても優れた性質を具備することが知ら
れており、各種の分野で幅広く使用されるように
なつてきた材料の１つであるが、これはまた所謂
難加工材の部類に属するものとしても知られてい
た。 このようなことから、従来、２相ステンレス鋼
の上記特性を生かした製品の量産手段について
様々な研究が続けられてきたが、これらの研究結
果を踏まえた「熱間加工に有害なＳやＯを低減す
る」等の対策が取り入れられるようになり、板や
管のように形状の単純なものや、比較的簡単な形
状の鍛造品については、どうにかその製造が可能
となつてきている。 しかしながら、複雑な形状の部品、例えば管継
手やバルブ等の製造は極めて困難であり、未だに
歩留りや能率の悪い機械加工に頼らざるを得ない
のが現状であつた。 〔発明の目的〕 この発明は、上述のような状況の下でなされた
ものであり、その主たる目的は、２相ステンレス
鋼に任意の形状を安定して付与し得る熱間加工方
法を提供することにある。 〔発明の構成〕 本発明者等は、この発明をなすにあたり、ま
ず、耐食性をはじめ諸性質に優れている２相ステ
ンレス鋼の熱間加工性改善を目指して、該２相ス
テンレス鋼の熱間加工性に及ぼす組織状態や変形
条件等の影響について系統的な検討を加えながら
研究を行つた結果、 所定の組織をもたせた２相ステンレス鋼材に、
温度や歪速度を厳密に管理した状態で変形を与え
ると、その延性が飛躍的に向上する、所謂“超塑
性”を呈するようになる、 との知見が得られたのである。 ところが、超塑性現象を実現するには、一般に
低歪速度変形に条件が限られるので塑性加工に比
較的長時間を要する上、それがために加工中の温
度低下防止策として加熱しながらの加工が必要と
なるなどの制約も多い。 そこで、本発明者等は上記のような問題点をふ
まえた上で更に研究を進めたところ、 かかる超塑性変形には、変形中にσ相が析出す
る過程が極めて重要な役割を果しており、このσ
相の析出と、より高い温度へ再加熱して一旦析出
させたσ相を再固溶させる処理とを繰り返し実施
することで所謂“変態超塑性”が容易に実現さ
れ、極く低い外力の付加によつても大変形が可能
となる、 との新たな知見を得るに至つた。 この発明は、上記知見に基づいてなされたもの
であり、２相ステンレス鋼の加工を、通常では考
えられないような大きな変形が可能となる超塑性
現象を利用して行う方法に関するもので、現在の
加工方法では製造できないような複雑な形状の製
品であつてもその製造を可能とし、また、切削工
程をともなつて既に製造がなされているようなも
のであつても、その切削工程を不要として歩留り
の向上やコストの低減を図ろうとするものであつ
て、その特徴とするところは、 Fe、Cr及びNiを主成分とし、常温付近でフエ
ライト相とオーステナイト相の２相を呈する２相
ステンレス鋼を〔フエライト単相となる温度−
200℃〕以上の温度域に加熱後、水冷又は強制冷
却によつて500℃以下に冷却し、その後必要に応
じて200℃以下の温度域にて加工率：10％以上の
加工を加え、次いでσ相が析出する温度域とσ相
が再固溶する温度域との間で昇温と降温を繰り返
しながら変形することにより、容易に任意形状の
製品とする点、 に存するものである。 次に、この発明の方法において、加工条件を上
記の如くに限定した理由を詳述する。 ２相ステンレス鋼の主成分をFe、Cr及びNiと
限定したのは、他の元素を用いた組合せでもフエ
ライト相とオーステナイト相の２相混合組織を得
ることができるけれども、それによつて得られる
材料の性質とコストとを考慮した場合に、Fe−
Cr−Niの３元素を基本とした方が有利となるか
らであり、この発明の方法で対象となる２相ステ
ンレス鋼には、これらの成分の他に、必要に応じ
て、 Mo：５％以下（以下、成分割合を表わす％は重
量％とする）、 Cu：１％以下、Ti：１％以下、 Zr：１％以下、Nb：１％以下、 Ｖ：１％以下、Ｗ：１％以下、 Ｃ：0.1％以下、Ｎ：0.2％以下 を含有し、或いは更に、溶解時の脱酸剤として Si：5.0％以下、Mn：3.0％以下 のうちの１種以上の含んだものや、更には、少量
のRe、La、Ce及びCaや、或いは不可避的不純物
を含んだものも入ることはもちろんである。 第１回目の加熱の温度を〔フエライト単相とな
る温度−200℃〕以上とし、水冷又は強制冷却す
るのは、変形前の再加熱時に、マトリツクスであ
るフエライト中にオーステナイトを微細に析出さ
せるためであり、このようにして得られたフエラ
イトとオーステナイトの微細混合組織を変形前に
もつことが超塑性実現の条件となるのである。 この第１回目の加熱温度は高い方が好ましい
が、フエライト単相となる温度よりもわずかに低
くするのがより好ましい。しかし、この温度があ
まりにも低いと、島状に凝集し粗大化したオース
テナイトが残留して超塑性に悪影響を及ぼすの
で、加熱温度の下限を上記のように定めた。 また、加熱後の冷却速度は、新たなオーステナ
イトが析出して粗大化することがないためにも大
きい程良く、水冷が好ましいが、噴霧冷却等の強
制冷却でもかまわない。 この場合の急冷を500℃以下まで行うのは、そ
の温度が500℃よりも高いとオーステナイトの粗
大化が起きるとの理由からであり、この処理の
後、そのまま変形温度域に再加熱しても良いが、
一旦、200℃以下の温度域で10％以上の加工を行
う方が再加熱時に微細なオーステナイトを析出さ
せ易くするので、強く推奨される手段である。こ
の際の加工温度を200℃以下と定めたのは、この
温度を越えた領域で加工を行うと、加工中或いは
加工後にフエライトの回復が起こつて、再加熱時
のオーステナイト微細析出の核となる転位密度が
減少するためである。なお、加工率が10％未満で
あつてもオーステナイトの微細析出は不十分とな
るばかりか、その後の昇温過程において加工を加
えない場合よりもかえつてオーステナイトの粗大
化が起こり易いのでその下限を10％とした。 そして、このような処理を施した後、材料に応
力をかけながらσ相の析出する温度域と消失する
温度域との間に熱振動を与えると、δ−フエライ
トがσとオーステナイト（γ）とに相分離したり
元に戻つたりする繰り返しの反応（δσ＋γ）
により、σの析出時にも均一な（σ＋γ）の微細
混合組織となつて延性に及ぼされるσ相の悪影響
が極めて少なくなる上、これらの変態は早期に起
きるので、変態超塑性を利用した塑性加工の実施
が容易となるのである。 熱振動は、上述のように「σ相が析出する温度
域とσ相が再固溶する温度域との間で昇温と降温
を繰り返す」ことにより行うものであるが、実作
業上は、950℃を境としてその上下に昇温と降温
を繰り返すのが良い。なぜなら、σ相が析出する
温度域は750〜980℃であり、σ相が再固溶する温
度域は1000〜1100℃であるが、実際の作業ではσ
相の析出が容易に起きる950℃未満の温度域に主
眼を置いて、該温度域への降温と該温度域を越え
る温度への昇温とを目指せば、所望条件通りの熱
振動を容易に実現できるからである。なお、より
好ましい昇降温域として推奨されるのは、〔920℃
1020℃〕である。 また、低応力付加で、性加工を行うには、上記
変態を出来るだけ多く繰り返す方が有利であり、
好ましくは変態の回数を５回以上とするのが良
い。 このときの熱振動の周期は特に限定されるもの
ではなく、σ相の析出或いは消失が起これば十分
である。 次いで、この発明を実施例により比較例と対比
しながら説明する。 〔実施例〕 まず、第１表に示される如き成分組成の２相ス
テンレス鋼を通常の方法によつて溶製し、熱間鍛
造と熱間圧延により厚さ：７mmの鋼板とした。 次に、これらについて第２表に示す条件で熱処
理、或いは熱処理と加工を施してから、超塑性現
象による大変形の可能性を調べた。 変形能の評価試験は、前記鋼板の板厚中心部よ
り厚さ：２mm、直径：100mmの円盤状試験片を採
取後、第１図に示すような装置（フランジ付シリ
ンダー１、押え金２、ガスケツト３、及びボル
ト・ナツト４から成るバルジ成形機を炉５に挿入
したもので、第１図の符号６で示されるものは試
験片である）を用い、該装置のフランジ付シリン
ダー１内の圧力を７Kg／cm²と一定にした上で第２
図に示す熱サイクルを与えてバルジ加工を行いつ
つ、１時間経過した後のバルジ深さ(d)を測定する
ことで実施した。 このようにして得られた結果も、第２表に併せ
て示した。 第２表に示される結果からも、本発明方法によ
れば各２相ステンレス鋼板のバルジ深さ(d)はいず
れも著しく大きな値を示していることが明らかで
あり、この条件での大変形が十分に可能であるこ
とがわかる。 これに対して、処理条件が本発明範囲から外れ
ている（第２表中にて※印で示す）比較法では、
いずれも十分な変形能が得られていないことが明
らかである。

【表】

【表】 (注) ＊印は、本発明の条件から外れていることを示
す。
〔総括的な効果〕 以上説明したように、この発明によれば、耐食
性等の諸性質が優れているにもかかわらず難加工
材とされていたが故にその適用分野が制限されて
いた２相ステンレス鋼に、塑性加工のみによつて
複雑な形状を能率よく付与することが可能とな
り、その応用分野が一層拡大されるなど、産業上
有用な効果がもたらされるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例において使用したところの、
材料の変形能を評価するためのバルジ成形装置の
概略図、第２図は、実施例並びに比較例において
採用したヒートサイクルの模式図である。 図面において、１……フランジ付シリンダー、
２……押え金、３……ガスケツト、４……ボル
ト、ナツト、５……炉、６……試験片。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Fe、Cr及びNiを主成分とし、常温付近でフ
   エライト相とオーステナイト相の２相を呈する２
   相ステンレス鋼を〔フエライト単相となる温度−
   200℃〕以上の温度域に加熱後、水冷又は強制冷
   却によつて500℃以下に冷却し、次いでσ相が析
   出する温度域とσ相が再固溶する温度域との間で
   昇温と降温を繰り返しながら変形することを特徴
   とする、２相ステンレス鋼の熱間加工方法。 ２ Fe、Cr及びNiを主成分とし、常温付近でフ
   エライト相とオーステナイト相の２相を呈する２
   相ステンレス鋼を〔フエライト単相となる温度−
   200℃〕以上の温度域に加熱後、水冷又は強制冷
   却によつて500℃以下に冷却し、その後、200℃以
   下の温度域にて加工率：10％以上の加工を加え、
   次いでσ相が析出する温度域とσ相が再固溶する
   温度域との間で昇温と降温を繰り返しながら変形
   することを特徴とする、２相ステンレス鋼の熱間
   加工方法。