JPH0681033A - 不安定オーステナイト鋼から非常に高い破壊荷重の製品を製造する方法及びその方法によって得られる製品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 不安定オーステナイト鋼から非常に高い破壊
荷重の製品を製造する方法及びその方法によって得られ
る製品を提供する。 【構成】 変形によるマルテンサイト形成の限界温度
（Ｍｄ）より高く且つ再結晶化温度より低い温度で鋼に
第１の塑性変形を起こさせ、そしてその後、前記限定温
度（Ｍｄ）より低い温度でこの鋼に第２の変形を起こさ
せるような、不安定オーステナイト鋼から非常に高い破
壊荷重の製品を製造する工程からなり：第２の変形の
間、鋼をマルテンサイト変形用の所定の温度範囲で、
０．１の追加的なラショナルディフォメーション（rati
onal deformation)についてマルテンサイト形成の割合
がいかなるときも２０％を超えて増大しないように変形
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、不安定オーステナイト
鋼から非常に高い破壊荷重の製品を製造する方法、及
び、この方法によって得られる製品、特にワイヤ又はス
トリップ状の製品に関する。この方法は、オーステナイ
ト鋼に、変形によってマルテンサイトを形成するために
限界温度（Ｍｄ）より高く且つ再結晶化温度より低い温
度で第１の塑性変形を起こさせ、その後に、前記鋼に前
記温度（Ｍｄ）より低い温度で第２の変形を起こさせる
ような種類の方法である。

【０００２】

【従来の技術】一般に、第１の変形の前に熱間圧延した
鋼を、過硬化処理（hyperhardening）として知られてい
る１０００〜１１００℃で約３０分おくような標準焼き
なまし処理をする。

【０００３】このような種類の方法は知られている。数
多くの研究が、前以て前記限界温度（Ｍｄ）の上の温度
で冷間硬化した不安定オーステナイト材の、変形による
マルテンサイト形成の限界温度（Ｍｄ）の下の周囲温度
と周囲温度より低い温度での張力を受けたときのふるま
いについて行われて来た。なお、前記限界温度は、オー
ステナイト鋼の組成によって変わり、−１５０〜＋２５
０℃の間で変化する。

【０００４】米国特許第４，４１５，３７７号明細書に
ついて言及すると、これには、不安定なオーステナイト
鋼、特にステンレス鋼の圧延の方法及び装置が詳述され
ている。その方法は、 − 限界温度（Ｍｄ）を超える温度で第１の圧延をし；
その後に、 − 限界温度（Ｍｄ）未満の温度で第２の圧延をする；
ことからなる。

【０００５】これらの２つの圧延により所定の大きさの
製品がより容易に得られる、すなわち、前記冷間圧延に
よる前記製品の製造に比べて、圧延パスの数を減らすこ
とができ、同時に、同様な機械的特性を製品に保持でき
る。

【０００６】言及した特許明細書に記載されている方法
は、冷間圧延と比べて特別な機械的特性は得られない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、マル
テンサイトの形成を、張力を受けたときに特別に良好な
特性を示す製品が得られるように調整することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】第１の工程の終わりまで
に、変形によるマルテンサイトの形成用の限界温度（Ｍ
ｄ）より高く且つ再結晶化温度より低い温度で鋼に塑性
変形を起こさせる。張力を受けたときに非常に良好な機
械的特性を示すようにするためには、塑性変形の後に、
鋼の破壊荷重は１０００ＭＰａより高く、１３００ＭＰ
ａより高いのが好ましい。

【０００９】第２の工程において、（Ｍｄ）より低い温
度のマルテンサイト形成用の所定の温度範囲内におい
て、０．１の追加的なラショナルディフォメーション
（ratio-nal deformation）について、形成されるマル
テンサイトの割合が如何なる場合も２０％を超さない範
囲で増大するように、鋼を変形する。

【００１０】鋼を（Ｍｄ）より低い温度で変形して累積
ラショナルディフォメーションが０．７〜３となるよう
にするのが好ましい。これは、５０〜９５％の断面の減
少率に相当する。

【００１１】従来技術の線引き加工で予想される破壊荷
重を達成又は僅かに超えるためには、少なくとも０．７
の累積ラショナルディフォメーションが必要である。

【００１２】他方、累積ラショナルディフォメーション
が３を超えないのが望ましい。この値は変形した鋼の脆
性のために最大限許容できるしきい値である第２の変形
の後、鋼に時効処理を施すのが好ましい。

【００１３】８０％を超える断面の減少率に相当するよ
うな１．６２を超えるラショナルディフォメーションに
より、鋼に転位の結晶欠陥がかなり多く発生して、適応
（a-ccommodation）を促進する、すなわち、冷間変形に
よるマルテンサイトのプレートレット(platelets)の発
現を促進する。減少率はこの最小率よりかなり高くても
よい。

【００１４】本発明は、不安定なオーステナイト鋼から
変形によって得られる、非常に高い破壊荷重の、特にワ
イヤ又はストリップ状の製品に関する。製品の特性は以
下の通りである。すなわち： − オーステナイト鋼の組成は、 炭素 ０．０１〜０．１５％ クロム １３〜２２％ ニッケル ５〜１３％ マンガン ０．２〜２．５％ 珪素 ０．２〜３％ 窒素 ０．０１〜０．１５％ 鉄 残部 からなる。

【００１５】− 鋼は０．５〜２％のアルミニウムを同
様に含む。

【００１６】− 鋼は２％未満のモリブデンを同様に含
む。

【００１７】− オーステナイト鋼の組成は、 炭素 ０．２〜１％ マンガン １５〜３０％ 窒素 ０．０１〜０．７％ 鉄 残部 からなる。

【００１８】− 鋼は５％未満のクロム及び７％未満の
アルミニウムを同様に含む。

【００１９】− 時効前の破壊荷重は２３００ＭＰａを
超える。

【００２０】− オーステナイト鋼の組成は、 炭素 ０．１〜０．６％ ニッケル ６〜２５％ クロム ０〜１３％ モリブデン ０〜４％ 珪素 ０〜３％ 鉄 残部 からなる。

【００２１】− 時効後の破壊荷重は２５００ＭＰａを
超える。

【００２２】以下の非制限的な実施例として記載されて
いる詳細な説明及び図面により、本発明がより良く理解
されるであろう。

【００２３】これらの図面において、 − 曲線１Ａ乃至３Ａは、実施例として選択した３つの
鋼の、中温で及び中温のの後冷却したときの２種類の圧
延作業における、種々の累積ラショナルディフォメーシ
ョンの関数として得られたマルテンサイトの割合を表
し、 − 曲線１Ｂ乃至３Ｂは、実施例として選択した３つの
鋼の張力を受けたときの特性を、種々の処理条件下で、
累積ラショナルディフォメーションの関数として表した
ものである。

【００２４】本発明の非常に高い破壊荷重の製品、特
に、ワイヤ又はストリップ状の製品は、変形による塑性
効果によって得られる。

【００２５】変形によるマルテンサイトの形成の限界温
度（Ｍｄ）より高い温度で冷間硬化させた（”中温（mo
derate temperature）”で冷間硬化したとも言う。）鋼
は特別な使用特性をもたない。

【００２６】鋼を中温で冷間硬化しその後冷間で冷間硬
化したときに、特定の条件下において、冷間での継続的
なパスによる機械的な変態を可能とするような特別に高
い塑性、例えば、２５％の減少率及び２３００ＭＰａを
超える破壊荷重レベルの製品を、前者のパスから後者の
パスまで良好な延性を保持しつつ、製造できる。

【００２７】中温で冷間硬化した鋼の破壊荷重が大きく
なる程、中温で冷間硬化した後の冷間における塑性の効
果は大きくなる。

【００２８】中温で冷間硬化した鋼を時効処理し、次
に、本発明の方法に従って冷間で冷間硬化すると、約２
００ＭＰａだけ破壊荷重が増大し、更に、使用する鋼の
種類によって時によるとより大きく増大する。

【００２９】高い破壊荷重を得る条件は、中温で冷間硬
化しているときに得られる機械的特性に一方で関係して
おり、そのときに鋼は少なくとも１０００ＭＰａを超え
る破壊荷重を有さなけらばならず、且つ、他方で冷間で
の冷間硬化条件に関係しており、これらの条件に従っ
て、鋼の冷間硬化を、マルテンサイト変形用の臨界温度
範囲として知られる所定の温度範囲で、０．１の追加的
なラショナルディフォメーションのためにマルテンサイ
トの割合がいつでも２０％を超えないように実施する。

【００３０】ラショナルディフォメーションは、初期断
面の表面積（Ｓｏ）に対する変形後の断面の表面積
（Ｓ）の比率の対数である（ｌｎＳ／Ｓｏ）。

【００３１】使用する不安定なオーステナイト鋼又は合
金のグレードによって、マルテンサイト形成の臨界温度
範囲及び０．７〜３の累積ラショナルディフォメーショ
ンに関係するマルテンサイトの形成速度は、良好な機械
的特性を得るために調整しなければならない、すなわ
ち、冷間での冷間硬化の際にあまりにも急速にマルテン
サイトが形成しないようにすることが必要であることに
着目されたい。

【００３２】実施例として選択した鋼に関しては、マル
テンサイト形成の所定の温度範囲は−２０℃から＋１８
０℃の範囲である。事実、＋１８０℃を超えると、マル
テンサイトはもはや評価できる量を形成せず、且つ、−
２０℃を下回ると、マルテンサイトは過剰に形成され
る。

【００３３】

【実施例】線引き試験を実施して、本発明の方法で処理
した不安定なオーステナイト鋼が有することになった驚
くべき塑性を立証した。

【００３４】本発明を立証する３つの実施例を以下に詳
述する。

【００３５】これら３つの実施例で使用する基材ワイヤ
は、直径が約５．６ｍｍの機械ワイヤである。このワイ
ヤを２５０℃の中温で数パス中に冷間硬化させて直径を
２ｍｍとし、その後に、冷間の２０℃の周囲温度で線引
きして直径が約０．５ｍｍのワイヤを得る。このとき、
１線引き当たり断面の減少率を約２５％とする。それぞ
れの線引きのパスの後に、ワイヤを周囲温度まで戻して
次のパスを行う。中温におけるパスの数は約２０であっ
て、冷間におけるパスの数は約１０である。

【００３６】実施例１：本発明の方法を実施するのに使
用した鋼は、０．０８重量％の炭素、１８．６重量％の
クロム、８．５重量％のニッケル、０．３重量％のマン
ガン、０．５重量％の珪素及び０．０４重量％の窒素を
含有する。

【００３７】中温での冷間硬化の間、マルテンサイトは
形成されず且つ得られた破壊荷重は約１５００ＭＰａで
あり、冷間線引きの後、鋼ワイヤの破壊荷重は約２５０
０ＭＰａである。

【００３８】４００℃での１時間の時効処理により、約
２７００ＭＰａの破壊荷重をワイヤが有する。

【００３９】曲線１Ａは、試料の鋼１に関して、ラショ
ナルディフォメーションの関数としてマルテンサイトの
割合の変化を表している。マルテンサイトの割合は、冷
間線引きの後、約６０％に達する。

【００４０】曲線１Ｂは、中温で冷間硬化する間の１４
００ＭＰａまでの破壊荷重の変化、次に、冷間で線引き
の間の破壊荷重の変化を表しており、その後に２５００
ＭＰａに達する。時効により、約２７００ＭＰａの破壊
荷重が得られうる。

【００４１】破壊荷重は、前者の線引きのパスから後者
の線引きのパスまでのマルテンサイトの形成の増大を調
整することによって増大する。

【００４２】実施例２：使用した鋼は、０．０９重量％
の炭素、１７．３重量％のクロム、８．３重量％のニッ
ケル、０．９重量％のマンガン、０．８重量％の珪素及
び０．０６重量％の窒素を含有する。

【００４３】曲線２Ａは、試料の鋼２に関して、累積ラ
ショナルディフォメーションの関数として、マルテンサ
イトの割合の約４５％に達するまでの変化を示してい
る。

【００４４】曲線２Ｂは、中温での冷間硬化の間の破壊
荷重の変化を１６００ＭＰａまで示し、次に、冷間での
線引きの間の破壊荷重の変化を２５００ＭＰａまで示し
ている。

【００４５】４００℃での１時間の時効処理により、破
壊荷重が約２００ＭＰａ増大する。 実施例３：使用した鋼は、０．０９％の炭素、１７．３
％のクロム、７．７％のニッケル、０．５％のマンガ
ン、０．８％の珪素、０．１５％の窒素及び１％のアル
ミニウムを含有する。

【００４６】曲線３Ａは、試料の鋼３に関して、ラショ
ナルディフォメーションの関数として、マルテンサイト
の割合を表している。マルテンサイトの割合が９５％ま
でとなることが可能である。

【００４７】曲線３Ｂは、中温での冷間硬化の間の破壊
荷重の約１６００ＭＰａになるまでの変化、次に、冷間
での線引きの間の破壊荷重の約２３００ＭＰａになるま
での変化を表している。

【００４８】４５分間にわたる４８０℃における熱処理
の後、この実施例においては約３００ＭＰａだけ改善す
る。

【００４９】このような種類の特性は、冷間線引きの間
のマルテンサイトの形成の結果として得られる。マルテ
ンサイトの形成は、冷間での機械ワイヤの直接線引きに
よって得られる製品より中温で前以て冷間硬化した製品
の方がゆっくりである。

【００５０】更に良好な特性が − 中温での冷間硬化を最適化し； − モリブデン、珪素等のような元素をその組成に加え
て形成するマルテンサイトを硬化し； − 銅、アルミニウム等のような元素を加えて、最終的
な時効の間に析出硬化を促進する；ことによって得られ
る。

【００５１】第１の変形又は”中温”における冷間硬化
作業は、実施例の中で記載されているような線引きでも
よいが、圧延、ハンマ加工（hammering）若しくは鍛
造、ねじり加工、別の曲げ加工、又は、他の処理でも同
様によい。

【００５２】冷間における変形用の第２の作業では、線
引き、圧延等のような種々の形態を同様に採用し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１Ａは、実施例として選択した鋼の、中温で
及び中温の後冷却したときの２種類の圧延作業におけ
る、種々の累積ラショナルディフォメーションの関数と
して得られたマルテンサイトの割合を表す。図１Ｂは、
実施例として選択した鋼の張力を受けたときの特性を、
種々の処理条件下における累積ラショナルディフォメー
ションの関数として表したものである。

【図２】図２Ａは、実施例として選択した鋼の、中温で
及び中温の後冷却したときの２種類の圧延作業におけ
る、種々の累積ラショナルディフォメーションの関数と
して得られたマルテンサイトの割合を表す。図２Ｂは、
実施例として選択した鋼の張力を受けたときの特性を、
種々の処理条件下における累積ラショナルディフォメー
ションの関数として表したものである。

【図３】図３Ａは、実施例として選択した鋼の、中温で
及び中温の後冷却したときの２種類の圧延作業におけ
る、種々の累積ラショナルディフォメーションの関数と
して得られたマルテンサイトの割合を表す。図３Ｂは、
実施例として選択した鋼の張力を受けたときの特性を、
種々の処理条件下における累積ラショナルディフォメー
ションの関数として表したものである。

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 変形によるマルテンサイト形成の限界温
   度（Ｍｄ）より高く且つ再結晶化温度より低い温度で鋼
   に第１の塑性変形を起こさせ、そしてその後、前記限定
   温度（Ｍｄ）より低い温度でこの鋼に第２の変形を起こ
   させるような、不安定オーステナイト鋼から非常に高い
   破壊荷重の製品を製法する方法であって：第２の変形の
   間、鋼をマルテンサイト変形用の所定の温度範囲で、
   ０．１の追加的なラショナルディフォメーションについ
   てマルテンサイト形成の割合がいかなるときも２０％を
   超えて増大しないように変形することを特徴とする、前
   記方法。
2. 【請求項２】 鋼を（Ｍｄ）より低い温度で変形して、
   累積ラショナルディフォメーションを０．７〜３にする
   ことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】 第２の変形の後に鋼を時効処理すること
   を特徴とする、請求項１に記載の方法。
4. 【請求項４】 第１の塑性変形によりラショナルデフォ
   メーションが１．６５を超えることを特徴とする、請求
   項１に記載の方法。
5. 【請求項５】 第１の塑性変形の後、鋼の破壊荷重は１
   ３００ＭＰａより高くなることを特徴とする、請求項１
   乃至４のいずれか１項に記載の方法。
6. 【請求項６】 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の
   方法によって製造されたことを特徴とし、特にワイヤ又
   はストリップ状の不安定なオーステナイト鋼から得られ
   る非常に高い破壊荷重の製品。
7. 【請求項７】 オーステナイト鋼は、 炭素 ０．０１〜０．１５％ クロム １３〜２３％ ニッケル ５〜１３％ マンガン ０．２〜２．５％ 珪素 ０．２〜３％ 窒素 ０．０１〜０．１５％ 鉄 残部 の組成からなる鋼である、請求項６に記載の製品。
8. 【請求項８】 鋼は０．５〜２％のアルミニウムをその
   組成に同様に含むことを特徴とする、請求項７に記載の
   製品。
9. 【請求項９】 鋼は２％未満のモリブデンをその組成に
   同様に含むことを特徴とする、請求項７に記載の製品。
10. 【請求項１０】 オーステナイト鋼は、 炭素 ０．２〜１％ マンガン １５〜３０％ 窒素 ０．０１〜０．７％ 鉄 残部 の組成からなる鋼であることを特徴とする、請求項６に
    記載の製品。
11. 【請求項１１】 鋼は５％未満のクロムと７％未満のア
    ルミニウムを同様に含むことを特徴とする、請求項１０
    に記載の製品。
12. 【請求項１２】 オーステナイト鋼は、 炭素 ０．１〜０．６％ ニッケル ６〜２５％ クロム ０〜１３％ モリブデン ０〜４％ 珪素 ０〜３％ 鉄 残部 の組成からなる鋼であることを特徴とする、請求項６に
    記載の製品。
13. 【請求項１３】 時効の前に、破壊荷重が２３００ＭＰ
    ａを超えることを特徴とする、請求項６乃至１２のいず
    れか１項に記載の製品。
14. 【請求項１４】 時効の後に、破壊荷重が２５００ＭＰ
    ａを超えることを特徴とする、請求項６項乃至１３のい
    ずれか１項に記載の製品。