JPH06264189A - 低温衝撃特性のすぐれた高強度高靭性ステンレス鋼およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、従来にない高強度、高靭性および
良好な耐食性を併せ持つステンレス鋼の開発を目的と
し、例えば航空機の脚材、ボルト材などの部材に使用す
ることができる。 【構成】 重量％にて、Ｃ 0.16%を越え0.30%未満、Ｓi
2.0%以下、Ｍn 2.0%以下、Ｎi 2.0%以下、Ｃr 10〜15
%、Ｗ 0.5〜6%、ＭoとＷは複合で3%≦(Ｍo＋1/2Ｗ)≦6%
を満足し、Ｃo 12〜21%、残部実質的にＦeよりなり、12
0〜475℃で焼もどしした後の組織が2〜25%の残留オース
テナイトと残部実質的に焼戻しマルテンサイトからな
り、必要に応じて、Ｎ 0.1%未満単独またはＶ 0.1〜0.5
%、Ｎb 0.1%未満を複合で添加することができる。ま
た、上記ステンレス鋼を1000〜1150℃で固溶化処理した
のち急冷し、その後、-50℃以下でサブゼロ処理し、さ
らに120〜475℃で焼もどしを行なうことを特徴とする低
温衝撃特性のすぐれた高強度高靭性ステンレス鋼および
その製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高強度かつ高靭性と、
すぐれた低温衝撃特性が共に要求される部材に使用され
るのに適した低温衝撃特性のすぐれた高強度高靭性ステ
ンレス鋼およびその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高強度材料としては、AISI4340,300M等
に代表される低合金系高抗張力鋼が一般に良く知られて
いる。これらは、熱処理条件を選べば、約180kgf/mm²以
上の高強度を得ることができる。しかし、これらは低合
金鋼であり、耐食性に大きく寄与するＣrが1%弱と少な
いため、耐食性が不十分である。そこで、これらの材料
を耐食性が要求される用途に用いる場合には、従来より
Ｃrメッキ、Ｎiメッキなどの表面処理が施されていた。
しかし、これらの表面処理による耐食性向上の方法は、
工数がかかる上、表面処理層が剥がれた場合、腐食がそ
の部分で局部的に進行することがあり、また、部品、部
位によっては表面処理を行なうことが困難であることな
どの問題があった。

【０００３】一方、耐食性が重視される用途に対して
は、一般にステンレス鋼がよく使用される。ステンレス
鋼は耐食性が優れているものの、一般によく知られてい
るSUS304に代表されるオーステナイト系ステンレス鋼
や、SUS430に代表されるフェライト系ステンレス鋼など
は強度が低いため、耐食性だけでなく強度も同時に要求
されるような用途には適さない。これに対して、高い強
度を持つステンレス鋼として、析出硬化型ステンレス鋼
がある。これは、時効処理によって時効硬化させて強度
を高めることができるステンレス鋼であり、市販の析出
硬化型ステンレス鋼としては、17-4PH,15-5PH,PH13-8Ｍ
oなどがよく知られている。これらの析出硬化型ステン
レス鋼の強度レベルは、時効処理条件によって変わる
が、概略、17-4PHで約120kgf/mm²、15-5PHで約135kgf/m
m²、PH13-8Ｍoで約150kgf/mm²である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】これらの析出硬化型ス
テンレス鋼は、高強度を有しているが、低合金系高抗張
力鋼である4340, 300Mなどに比べれば、まだ強度が低い
レベルにある。したがって、4340,300M並の高強度が要
求され、かつ、ステンレス鋼並の耐食性が要求される用
途に対しては、耐食性に関しては問題ないものの、強度
の点からこれら既存の析出硬化型ステンレス鋼を適用す
ることは不可能である。そこで、4340,300M並の高強度
を持つ耐食性の優れたステンレス鋼があれば、これらの
厳しい用途に対して広く利用できる可能性がある。ま
た、一般に高強度材は靭性が低いので、高強度材を実用
的に使用し、また、その高強度という利点を十分生かす
ためには、靭性はなるべく高い値の方へ改善することが
望まれていた。

【０００５】低合金系高抗張力鋼である4340は180kgf/m
m²の強度レベルで、破壊靭性値（Ｋ_ＩＣ値）が約200kgf
/mm²×(mmの1/2乗)であり、また、既存の析出硬化型ス
テンレス鋼の靭性レベルは、破壊靭性値(K_IC値)で、17-
4 PH 約200kgf/mm²×(mmの1/2乗)、15-5PH,PH13-8Ｍo
約250kgf/mm²×(mmの1/2乗)である。すなわち、析出硬
化型ステンレス鋼は、強度レベルが低合金系高抗張力鋼
に比べて低い割には、必ずしも靭性が高くない。

【０００６】一方、高強度を有し、比較的高い靭性を有
するステンレス鋼の例は、非常に高い強度をもつステン
レス鋼として、米国特許Re.26,225号に耐熱高強度ステ
ンレス鋼が、また、米国特許3,756,808号にステンレス
鋼がそれぞれ開示されている。米国特許Re.26,225号に
開示されている耐熱高強度ステンレス鋼 Steel77(AFC7
7, 0.16%Ｃ-14.36% Ｃr-0.48%Ｖ-4.90%Ｍo-13.60%Ｃo-
0.05%Ｎ-0.042%Ａl-残部Ｆe)および米国特許3,756,808
号に開示されているステンレス鋼 AFC260(0.07%Ｃ-0.25
%Ｓi-0.25%Ｍn-1.85%Ｎi-15.5%Ｃr-4.5%Ｍo-13.0%Ｃo-
0.15%Ｎb-0.03%Ｎ-残部Ｆe)およびAlloyB(0.16%Ｃ-1.03
%Ｎi-13.94%Ｃr-0.09%Ｖ-5.22%Ｍo-13.67%Ｃo-0.22%Ｎb
-0.032%Ｎ-残部Ｆe)は、17-4PH,15-5PH,PH13-8Ｍoなど
に代表される他の析出硬化型の高強度ステンレス鋼に比
べて高い強度と高い靭性を持っていることが米国特許3,
756,808号の第２図に示されている。この中でもっとも
強度、靭性が高いレベルに位置しているAlloyBでは、強
度が180kgf/mm²(約260Ksi)であり、この強度レベルでの
靭性は、約400kgf/mm²×(mmの1/2乗)｛約115Ksi×(inの
1/2乗)｝であることが示されている。

【０００７】この合金の強度、靭性は熱処理条件に大き
く依存することが、米国特許3,756,808号および米国特
許3,873,378号に示されている。米国特許3,756,808号に
よると、AlloyBにおいて、このような高強度高靭性が得
られる熱処理条件は、927℃で1時間のオーステナイト化
を行ない、室温まで冷却した後、1150℃に加熱保持後、
そのまま1038℃まで冷却し、1038℃で、1時間保持後、
冷却するというオーステナイト化を行ない、さらに-73
℃で1時間サブゼロ処理し、最後に427℃で2時間の2回の
焼もどしを行なうという条件である。

【０００８】ここで、1段目の927℃のオーステナイト化
処理は、Ｎb炭化物のサイズと分布を調整するための処
理であり、これによって次の２段目の高温のオーステナ
イト化処理時の結晶粒粗大化を防ぐものである。また、
２段目の1150℃と1038℃のオーステナイト化処理は、11
50℃という高温でオーステナイトを安定化させ、この時
同時に生成する脆い相であるデルタ・フェライトを1038
℃で保持することによって消失させるものであり、この
オーステナイト化処理後、冷却すると残留オーステナイ
トが多く残るため、靭性と伸びを高くすることができ
る。ただし、残留オーステナイト量の調整によって、靭
性および伸びを高めるためには、残留オーステナイト量
および分布をうまく制御しなければならないが、残留オ
ーステナイト量が多いために、大型化した場合に残留オ
ーステナイト量および分布の制御が難しくなることが心
配される。また、427℃での焼もどしは、強度を高める
効果が大きい。

【０００９】本発明者は、AlloyBの組成を有する合金に
ついて実験的手法によって詳細に調べた結果、実施例に
示す通り、上記の熱処理を施しても、米国特許3,756,80
8号に示されるような高強度かつ高靭性が得られず、ま
た、耐力についても低い値しか得られなかった。このよ
うにステンレス鋼において高強度と高靭性の両特性を共
に得ることは非常に難しい。さらに低温衝撃特性につい
ては、実質的にマルテンサイト組織またはフェライト組
織あるいは両者の２相組織からなる合金は、一般に低温
になるにつれて衝撃値が低下することが良く知られてい
る。実質的にマルテンサイト組織からなる高強度材で
は、室温の衝撃値が低いレベルであり、室温より低温側
では、さらに衝撃値が低下する。したがって、マルテン
サイト組織を有する高強度材を使用する場合には、使用
条件が室温以下の低温となる可能性がある時には、低温
の衝撃値が低いことが問題となる。

【００１０】一例として、引張強さが180kgf/mm²レベル
の低合金系高抗張力鋼 4340の衝撃値を2mmVノッチ・シャ
ルピー衝撃値で評価したところ、室温(20℃)で２ｋｇｆ
・ｍ／ｃｍ^２、低温（−５０℃)で約1〜1.5kgf・m/cm²で
あった。このように室温や低温側の衝撃値が低いレベル
では、高強度材を使用するうえで著しい制約を受ける。
本発明が対象とする高強度ステンレス鋼は、室温や低温
側の衝撃値が従来の高強度材に比較して、より向上させ
て実用範囲の拡大を図るものである。すなわち、本発明
の目的は、従来の市販の高強度ステンレス鋼並の耐食性
を有し、より高い強度と高い靭性を兼ね備えた低温衝撃
特性のすぐれた高強度高靭性ステンレス鋼およびその製
造方法を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者は、前記のAFC7
7,AFC260およびAlloyBの強度、靭性および低温衝撃値
を、耐食性を劣化させずに大幅に改良することを目的と
して、化学成分および熱処理条件を広範にわたり、鋭意
検討した。まず、マルテンサイト系の鋼の靭性および低
温衝撃値を高めるには、少量のオーステナイト相を残留
させることが有効である。また、強度、靭性、低温衝撃
値をバランスよく高めるには、残留させるオーステナイ
ト量が大きく影響する。この残留オーステナイト量と靭
性、強度の関係は、文献(Transaction of theASM,volum
e61,1968, P.816〜P.828)に、AFC77について述べられて
いる。ここでは、ある程度の高強度レベルにおいても、
少量の残留オーステナイトを残すことによって、靭性を
高められていることが記述されている。

【００１２】しかしながら、本文献では、AFC77につい
ての熱処理条件の制御のみでは、十分な高強度高靭性を
達成することはできず、オースフォーム、あるいは歪時
効等の加工熱処理を行なうことによって、さらに高い強
度、靭性をバランス良く得られることが示されている。
ここで、述べられているオースフォームの条件は、1149
℃で熱間圧延し、1093℃で1hのオーステナイト化処理
後、538℃で50%の圧延を行ない、そのまま油冷し、さら
に-73℃でサブゼロ処理し、最後に焼もどしを行なうも
のであり、また、歪時効の条件は、1149℃で熱間圧延
し、1093℃でオーステナイト化処理後、油冷し、-73℃
でサブゼロ処理後、260℃で焼もどししたものを10%冷間
圧延し、最後に24〜593℃で焼もどしするものである。
なお、この場合の焼もどしはオースフォームでの焼もど
しであり、通常の熱処理における焼もどしとは異なるも
のである。このように、オースフォームあるいは歪時効
は、熱間圧延温度よりもかなり低い温度で塑性加工を加
えるために、これらの処理を行なうことのできる寸法に
かなり制約があり、太物への適用が困難である等、実用
的に適用しにくい面があった。

【００１３】これに対し、本発明者らは、オースフォー
ムや歪時効のような加工熱処理を行なうことなく、通常
の熱処理のみで、十分な高強度高靭性を得られる合金を
開発すべく、鋭意検討を行なった。その結果、Ｃ，Ｃo
等のオーステナイト形成元素を高め、Ｃr,Ｍo,Ｗ等のフ
ェライト形成元素を低めに調整することで、熱処理後に
2〜25%の均一分散した残留オーステナイトを含む焼もど
しマルテンサイトからなる組織を得ることができ、この
組織制御によって、熱処理のみで高強度、高靭性をバラ
ンスよく得ることができることを新規に見出した。

【００１４】また、低温衝撃値を高めることを目的とし
て、さらに鋭意検討した結果、Ｗを積極的に添加するこ
とで、Ｍo当量(Ｍo＋1/2Ｗ)を高めることが低温衝撃値
を向上させるのに有効であることを新たに見出した。一
般にＷはＭoと同様、フェライト形成元素として位置づ
けられているが、本発明鋼においては、Ｗを添加する
と、むしろ残留オーステナイト量が増加することがわか
り、残留オーステナイト量が増すことで低温衝撃値を改
善できる知見を得た。ＷはＭoと同様に焼もどしによっ
て二次硬化させる元素でもあるため、Ｗを添加すること
でＭo当量(Ｍo＋1/2Ｗ)を高めることは、残留オーステ
ナイト量の増加による強度低下を抑えるためにも有効に
作用する。さらに既存のステンレス鋼ではむしろ不純物
として位置づけられていたＳiを強度を高めるために積
極的に添加し、この鋼を本発明の熱処理方法の特徴の一
つである焼もどし条件の120〜475℃の温度範囲内で行な
うことによって、高強度、高靭性をバランス良く得るこ
とができることも新規に見出した。

【００１５】また、本発明鋼に対しては、前述のような
複雑な高温、低温の２段のオーステナイト化処理を行な
わなくても、単純な１段のオーステナイト化処理のみ
で、デルタ・フェライトを残留させず、かつ靭性を高め
るのに必要な残留オーステナイト量を十分確保できるこ
とを実験的に新たに見出した。また、本発明鋼に対して
焼もどし温度についても詳細に検討した結果、高強度か
つ高靭性を得る焼もどし条件を新たに見出した。

【００１６】すなわち、本発明の第１発明は、重量％に
て、Ｃ 0.16%を越え0.30%未満、Ｓi2.0%以下、Ｍn 2.0%
以下、Ｎi 2.0%以下、Ｃr 10〜15%、Ｗ 0.5〜6%、Ｍoと
Ｗは複合で3%≦(Ｍo＋1/2Ｗ)≦6%を満足し、Ｃo 12〜21
%、残部実質的にＦeよりなり、120〜475℃で焼もどしし
た後の組織が2〜25%の残留オーステナイトと残部実質的
に焼戻しマルテンサイトからなることを特徴とする低温
衝撃特性のすぐれた高強度高靭性ステンレス鋼であり、
第２発明は重量％にて、Ｃ 0.17〜0.25%、Ｓi 0.25%を
越え0.8%以下、Ｍn 1.0%以下、Ｎi 0.5〜1.5%、Ｃr 12
〜14%、Ｗ 0.5〜6%、ＭoとＷは複合で3%≦(Ｍo＋1/2Ｗ)
≦6%を満足し、Ｃo 13〜17%、残部実質的にＦeよりな
り、120〜475℃で焼もどしした後の組織が2〜25%の残留
オーステナイトと残部実質的に焼戻しマルテンサイトか
らなることを特徴とする低温衝撃特性のすぐれた高強度
高靭性ステンレス鋼であり、第３発明は重量％にて、Ｃ
0.16%を越え0.30%未満、Ｓi 2.0%以下、Ｍn 2.0%以
下、Ｎi 2.0%以下、Ｃr 10〜15%、Ｗ 0.5〜6%、ＭoとＷ
は複合で3%≦(Ｍo＋1/2Ｗ)≦6%を満足し、Ｃo 12〜21
%、Ｎb 0.1%未満、残部実質的にＦeよりなり、120〜475
℃で焼もどしした後の組織が2〜25%の残留オーステナイ
トと残部実質的に焼戻しマルテンサイトからなることを
特徴とする低温衝撃特性のすぐれた高強度高靭性ステン
レス鋼であり、第４発明は重量％にて、Ｃ 0.17〜0.25
%、Ｓi 0.25%を越え0.8%以下、Ｍn 1.0%以下、Ｎi 0.5
〜1.5%、Ｃr 12〜14%、Ｗ 0.5〜6%、ＭoとＷは複合で3%
≦(Ｍo＋1/2Ｗ)≦6%を満足し、Ｃo 13〜17%、Ｎb 0.1%
未満、残部実質的にＦeよりなり、120〜475℃で焼もど
しした後の組織が2〜25%の残留オーステナイトと残部実
質的に焼戻しマルテンサイトからなることを特徴とする
低温衝撃特性のすぐれた高強度高靭性ステンレス鋼であ
る。

【００１７】第５発明は重量％にて、Ｃ 0.16%を越え0.
30%未満、Ｓi 2.0%以下、Ｍn 2.0%以下、Ｎi 2.0%以
下、Ｃr 10〜15%、Ｗ 0.5〜6%、ＭoとＷは複合で3%≦
(Ｍo＋1/2Ｗ)≦6%、Ｖ 0.01〜0.5%、Ｎb 0.1%未満、残
部実質的にＦeよりなり、120〜475℃で焼もどしした後
の組織が2〜25%の残留オーステナイトと残部実質的に焼
戻しマルテンサイトからなることを特徴とする低温衝撃
特性のすぐれた高強度高靭性ステンレス鋼であり、第６
発明は重量％にて、Ｃ 0.17〜0.25%、Ｓi 0.25%を越え
0.8%以下、Ｍn 1.0%以下、Ｎi 0.5〜1.5%、Ｃr 12〜14
%、Ｗ 0.5〜6%、ＭoとＷは複合で3%≦(Ｍo＋1/2Ｗ)≦6
%、Ｖ 0.01〜0.5%、Ｎb 0.1%未満、残部実質的にＦeよ
りなり、120〜475℃で焼もどしした後の組織が2〜25%の
残留オーステナイトと残部実質的に焼戻しマルテンサイ
トからなることを特徴とする低温衝撃特性のすぐれた高
強度高靭性ステンレス鋼であり、さらに第７発明は第１
発明ないし第６発明のいずれかに記載の組成よりなるス
テンレス鋼を1000〜1150℃で固溶化処理したのち急冷
し、その後、-50℃以下でサブゼロ処理し、さらに120〜
475℃で焼もどしを行なうことを特徴とする低温衝撃特
性のすぐれた高強度高靭性ステンレス鋼の製造方法であ
る。

【００１８】

【作用】以下に本発明における各元素の作用、組織、お
よび熱処理条件の限定理由について述べる。Ｃは、マル
テンサイト相の強度および適度な残留オーステナイト量
を確保して基地の強度および靭性に大きく影響する元素
であり、従来知られているこの種の合金よりは高目にす
る。0.16%以下では靭性は高くなるが強度が低下し、一
方0.30%以上では強度は高くなるが靭性が低下すること
から、強度と靭性のバランスを考慮し、0.16%を越え0.3
0%未満とした。望ましくは0.17〜0.25%がよい。

【００１９】Ｓiは、焼もどし軟化抵抗を高めるのに有
効な元素であり、Ｓiを高めることによって焼もどし温
度を高めることができるだけでなく、同一焼もどし温度
での強度を高めることができる元素である。特に焼もど
し温度が120℃付近よりも300〜475℃付近での強度向上
の効果が大きい。しかし、2.0%を越えて添加すると粒界
にＣr炭化物の形成を促進し靭性に有害であることか
ら、2.0%以下とした。最も強度と靭性のバランスがよい
のは、0.25%を越え、0.8%以下である。強度および熱処
理条件との兼ね合いで焼もどし温度が低くても差し支え
ない場合には、必ずしも多量に添加する必要はないが、
Ｓiが添加されている方がより好ましい。

【００２０】Ｍnは脱酸剤、脱硫剤として作用する元素
であるが、脱酸、脱硫が十分行なわれている場合には、
必ずしも必要がなく、2%を越えて添加してもより一層の
向上効果はないことから2%以下とした。望ましくは1%以
下がよい。Ｎiは靭性を高めるのに有効な元素である
が、2%を越えて添加すると、オーステナイトが安定化し
すぎるため耐力が低下することから、2%以下とした。強
度、靭性のバランスを考慮すると、望ましくは0.5〜1.5
%がよい。Ｃrは、耐食性を高める重要な元素であり、ス
テンレス鋼には不可欠の元素であるが、10%より少ない
と効果が少なく、一方、15%を越えて添加してもより一
層の向上効果が少なく、また焼もどし軟化抵抗が低下す
るために強度が低下することから10〜15%とした。望ま
しくは12〜14%がよい。Ｗは、残留オーステナイト量を
増加させることによって、低温衝撃値を高めるのに有効
な元素であるが、0.5%より少ないと効果が少なく、一
方、6%を越えて添加すると残留オーステナイトが多くな
り過ぎるため、耐力が低下することから、強度、低温衝
撃値のバランスを考慮して、0.5〜6%とした。

【００２１】Ｍo，Ｗは、共に焼もどし時に炭化物を形
成することで強度を高めるのに有効な元素であり、通
常、Ｍo当量(Ｍo＋1/2Ｗ)で整理される。しかし、Ｍo単
独でＭo当量を高めると、ＭoはＷに比べて、炭化物を形
成するだけでなく、脆い金属間化合物も形成しやすいこ
とから、靭性を害する。そこで、強度を高めるのと同時
に靭性および低温衝撃特性を害さないためには、Ｍoよ
りもむしろ、残留オーステナイト量も同時に増す効果の
あるＷを必須添加することが非常に有効である。一方、
Ｍoは耐食性を高めるのに非常に有効な元素であること
から、強度、靭性、低温衝撃特性および耐食性をバラン
スよく得るためにＭo,Ｗ複合添加とした。Ｍo,Ｗ複合添
加でＭo当量(Ｍo＋1/2Ｗ)は、3%より少ないと低温衝撃
特性が十分でなく、一方、6%を越えてもより一層の向上
効果がないことから、Ｍo当量は3〜6%とした。また、Ｍ
o,ＷのうちＭoは望ましくは0.5〜3%がよい。Ｃoは、オ
ーステナイトを安定化させるとともに、焼もどし軟化抵
抗を高めることによって強度、靭性を高めるのに有効な
元素であるが、12%より少ないと効果が少なく、一方21%
を越えて添加すると靭性を害することから12〜21%とし
た。望ましくは13〜17%がよい。

【００２２】Ｎbは、Ｃと反応して炭化物を形成し、強
度、靭性に有効なＣの効果を減じることから、0.1%未満
とした。また、Ｎbは炭化物を形成することによって結
晶粒の粗大化を防止する効果があるが、0.1%以上添加す
ると、粗大な一次炭化物を形成して、靭性および熱間加
工性を害することからも0.1%未満とすることが重要であ
る。Ｖは、Ｎbと同様、Ｃと反応して炭化物を形成し、
結晶粒の粗大化を防止する効果があるが、Ｖのみでは効
果が少なく、Ｎbと共に添加する方が有効である。しか
し、0.01%より少ないと効果が少なく、一方0.5%を越え
て添加してもより一層の向上効果が少なく、一方、過剰
の添加では粗大な一次炭化物を形成し靭性および熱間加
工性を害することから0.01〜0.5%とした。上述のように
Ｎb,Ｖの少量の添加は、一次炭化物を形成し、結晶粒の
粗大化を防止する効果があり、小型鋼塊では、上記の規
定量で粗大な炭化物を形成することもなく有効に働く。
しかし、大型鋼塊の場合には、Ｎb,Ｖの上記規定量の添
加によっても粗大な一次炭化物を形成し、熱間加工性お
よび靭性を害することから、大型のものに対しては実用
上、Ｎb,Ｖはむしろ添加しない方が望ましい。

【００２３】次に組織について説明する。本発明合金の
熱処理後の組織は、少量の残留オーステナイトを含むマ
ルテンサイト組織である。残留オーステナイトは、マル
テンサイト組織に比べて軟らかく靭性が高いため、ま
た、オーステナイトは低温においても衝撃値が低下しに
くいため、残留オーステナイトの存在は、合金の靭性お
よび低温衝撃特性を向上させる効果がある。一方、マル
テンサイトは硬い相であるため、合金の強度を高める効
果がある。したがって、靭性および低温衝撃値の高い残
留オーステナイトと強度の高いマルテンサイトを適量で
組み合わせることによって、強度、靭性および低温衝撃
値がともに高い合金を得ることができる。しかし、マル
テンサイト中の残留オーステナイト量が2%未満では、靭
性が十分高くなく、また、25%を越えて残留オーステナ
イトを含んでもより一層の向上効果がなく、また残留オ
ーステナイトの分布が不均一となることから、本発明合
金の熱処理後、すなわち120〜475℃の焼もどしを行なっ
た後の組織は、2〜25%の残留オーステナイトと残部実質
的に焼もどしマルテンサイトからなる組織とした。

【００２４】次に製造方法について説明する。本発明合
金において、上述の組織を得るためには次に示す熱処理
を行なうことが有効である。固溶化処理は、合金元素を
母相中に固溶させるだけでなく、高温でオーステナイト
組織を得るために行なう処理であり、オーステナイト組
織から急冷することによってマルテンサイト組織を得る
ものである。固溶化処理温度が高い方がオーステナイト
が安定化するため、急冷後もオーステナイトが残留し易
くなる。固溶化処理温度は、1000℃より低いと合金元素
が十分固溶せず、固溶化処理時にオーステナイトが十分
安定化しないため、急冷後に適正量の残留オーステナイ
トを残留させることができず、一方、1150℃より高いと
結晶粒が粗大化およびデルタフェライトの生成が起こり
やすく、機械的性質を害することから、1000〜1150℃と
した。

【００２５】本発明合金は、マルテンサイト変態終了点
(Ｍf点)が室温より低いため1000〜1150℃の固溶化処理
後の急冷のみでは、オーステナイト組織が必要以上に多
く残留し、耐力が大幅に低下するので、固溶化処理の
後、室温まで急冷したのち、さらに-50℃以下でサブゼ
ロ処理を行なう必要がある。サブゼロ処理を行なうこと
によって残留オーステナイト量を2〜25%に制御し、引張
強さ、破壊靭性、耐力、低温衝撃特性などの機械的特性
を改善できる。

【００２６】サブゼロ処理の後、焼もどしを行なうこと
によって、強度、靭性は種々変化する。高強度、高靭性
をバランス良く得るためには、120〜475℃で焼もどしを
行なう必要がある。焼もどし温度は、120℃より低いと
Ｆe炭化物の析出によるマルテンサイトの分解が起りに
くく、強度は高いが靭性が低くなり、一方475℃より高
いと、焼もどしによる炭化物および金属間化合物の析出
硬化で強度は高くなるが、靭性が劣化することから、焼
もどし温度は120〜475℃とした。また、この焼もどし温
度範囲内において、高目の焼もどし温度を用いるのが望
ましく、その範囲は250〜450℃であり、さらに望ましく
は330〜430℃とするとよい。また、熱処理条件が一定の
場合でも、より高い強度と高い靭性を得るには、前述の
とおりＳiが添加されていることが望ましい。

【００２７】

【実施例】以下に本発明を実施例により説明する。表１
に示す組成の鋼を真空炉にて溶解し、10kgのインゴット
を作製した。これを均質化処理の後熱間加工により、20
mmt×45mmWの平角材に仕上げ、さらに760℃で焼鈍し
た。ここで表１の鋼１〜７は発明鋼、鋼８はＭo当量が
低い比較鋼、また鋼９はＭo当量が高い比較鋼である。
これらの鋼１〜９に対して、表２に示すように本発明方
法である1040℃の温度で1時間の固溶化処理を行ない、
油冷し、さらに-75℃で2時間のサブゼロ処理を行ない、
その後、385℃の温度で2時間保持後、空冷する焼もどし
を2回行なった。

【００２８】以上の鋼について常温引張試験を行ない、
0.2%耐力、引張強さ、伸び、絞りを測定した。また、破
壊靭性試験を室温で行ない、破壊靭性値(K_IC)を測定し
た。さらに、室温(20℃)および低温(-55℃)で2mmVノッ
チシャルピー衝撃試験を行ない、衝撃値を測定した。ま
た、残留オーステナイト量をＸ線回折法によって測定し
た。

【００２９】

【表１】

【００３０】

【表２】

【００３１】表２に示すように、本発明鋼１〜７は、本
発明方法によると、いずれも約175kgf/mm²以上の高い引
張強さと約300kgf/mm²×(mmの1/2乗)以上の高い破壊靭
性を併せ持つことがわかる。一方、比較鋼８，９は、本
発明方法によっても、破壊靭性が300kgf/mm²×(mmの1/2
乗)より低く、高強度と高靭性を併せ持ってはいない。
また、本発明鋼１〜７は、いずれも室温だけでなく、低
温(-55℃)でのシャルピー衝撃値が高く、低温衝撃特性
がすぐれている。これに対して、Ｍo当量が低い比較鋼
８およびＭo当量の高い比較鋼９は、室温および低温で
のシャルピー衝撃値が低い値しか得られていない。

【００３２】また、本発明鋼１〜５について、塩水噴霧
試験によって耐食性を調べた。その結果を表３に示す
が、本発明鋼は錆の発生は起らず、良好な耐食性を持つ
ことがわかる。

【００３３】

【表３】

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明鋼は従来に
ない高強度、高靭性、良好な低温衝撃特性および耐食性
を併せ持つステンレス鋼であり、本発明による適正な熱
処理を施すことにより、例えば航空機の脚材、ボルト材
などに代表されるような高強度、高靭性、高い低温衝撃
特性、高耐食性が同時に要求されるような部材、部品に
使用すれば従来の鋼と比較して軽量化がはかれるとか、
厳しい腐食環境の高強度材として信頼性と寿命が向上す
るなどの工業上顕著な効果を有するものである。

【手続補正書】

【提出日】平成４年８月２１日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３２】また、本発明鋼１〜７について、塩水噴霧
試験によって耐食性を調べた。その結果を表３に示す
が、本発明鋼は錆の発生は起らず、良好な耐食性を持つ
ことがわかる。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３３】

【表３】

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％にて、Ｃ 0.16%を越え0.30%未
   満、Ｓi 2.0%以下、Ｍn2.0%以下、Ｎi 2.0%以下、Ｃr 1
   0〜15%、Ｗ 0.5〜6%、ＭoとＷは複合で3%≦(Ｍo＋1/2
   Ｗ)≦6%を満足し、Ｃo 12〜21%、残部実質的にＦeより
   なり、120〜475℃で焼もどしした後の組織が2〜25%の残
   留オーステナイトと残部実質的に焼戻しマルテンサイト
   からなることを特徴とする低温衝撃特性のすぐれた高強
   度高靭性ステンレス鋼。
2. 【請求項２】 重量％にて、Ｃ 0.17〜0.25%、Ｓi 0.25
   %を越え0.8%以下、Ｍn 1.0%以下、Ｎi 0.5〜1.5%、Ｃr
   12〜14%、Ｗ 0.5〜6%、ＭoとＷは複合で3%≦(Ｍo＋1/2
   Ｗ)≦6%を満足し、Ｃo 13〜17%、残部実質的にＦeより
   なり、120〜475℃で焼もどしした後の組織が2〜25%の残
   留オーステナイトと残部実質的に焼戻しマルテンサイト
   からなることを特徴とする低温衝撃特性のすぐれた高強
   度高靭性ステンレス鋼。
3. 【請求項３】 重量％にて、Ｃ 0.16%を越え0.30%未
   満、Ｓi 2.0%以下、Ｍn2.0%以下、Ｎi 2.0%以下、Ｃr 1
   0〜15%、Ｗ 0.5〜6%、ＭoとＷは複合で3%≦(Ｍo＋1/2
   Ｗ)≦6%を満足し、Ｃo 12〜21%、Ｎb 0.1%未満、残部実
   質的にＦeよりなり、120〜475℃で焼もどしした後の組
   織が2〜25%の残留オーステナイトと残部実質的に焼戻し
   マルテンサイトからなることを特徴とする低温衝撃特性
   のすぐれた高強度高靭性ステンレス鋼。
4. 【請求項４】 重量％にて、Ｃ 0.17〜0.25%、Ｓi 0.25
   %を越え0.8%以下、Ｍn 1.0%以下、Ｎi 0.5〜1.5%、Ｃr
   12〜14%、Ｗ 0.5〜6%、ＭoとＷは複合で3%≦(Ｍo＋1/2
   Ｗ)≦6%を満足し、Ｃo 13〜17%、Ｎb 0.1%未満、残部実
   質的にＦeよりなり、120〜475℃で焼もどしした後の組
   織が2〜25%の残留オーステナイトと残部実質的に焼戻し
   マルテンサイトからなることを特徴とする低温衝撃特性
   のすぐれた高強度高靭性ステンレス鋼。
5. 【請求項５】 重量％にて、Ｃ 0.16%を越え0.30%未
   満、Ｓi 2.0%以下、Ｍn2.0%以下、Ｎi 2.0%以下、Ｃr 1
   0〜15%、Ｗ 0.5〜6%、ＭoとＷは複合で3%≦(Ｍo＋1/2
   Ｗ)≦6%、Ｖ 0.01〜0.5%、Ｎb 0.1%未満、残部実質的に
   Ｆeよりなり、120〜475℃で焼もどしした後の組織が2〜
   25%の残留オーステナイトと残部実質的に焼戻しマルテ
   ンサイトからなることを特徴とする低温衝撃特性のすぐ
   れた高強度高靭性ステンレス鋼。
6. 【請求項６】 重量％にて、Ｃ 0.17〜0.25%、Ｓi 0.25
   %を越え0.8%以下、Ｍn 1.0%以下、Ｎi 0.5〜1.5%、Ｃr
   12〜14%、Ｗ 0.5〜6%、ＭoとＷは複合で3%≦(Ｍo＋1/2
   Ｗ)≦6%、Ｖ 0.01〜0.5%、Ｎb 0.1%未満、残部実質的に
   Ｆeよりなり、120〜475℃で焼もどしした後の組織が2〜
   25%の残留オーステナイトと残部実質的に焼戻しマルテ
   ンサイトからなることを特徴とする低温衝撃特性のすぐ
   れた高強度高靭性ステンレス鋼。
7. 【請求項７】 請求項１ないし６のいずれかに記載の組
   成よりなるステンレス鋼を1000〜1150℃で固溶化処理し
   たのち急冷し、その後、-50℃以下でサブゼロ処理し、
   さらに120〜475℃で焼もどしを行なうことを特徴とする
   低温衝撃特性のすぐれた高強度高靭性ステンレス鋼の製
   造方法。