JPH07258729A

JPH07258729A - マルテンサイト系析出硬化型ステンレス鋼の製造方法

Info

Publication number: JPH07258729A
Application number: JP4923094A
Authority: JP
Inventors: Junichi Nishida; 純一西田
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1994-03-18
Filing date: 1994-03-18
Publication date: 1995-10-09

Abstract

(57)【要約】【目的】マルテンサイト系析出硬化型ステンレス鋼の
製造方法を改良して、従来よりも高い強度が安定して得
られる製造方法を提供する。【構成】マルテンサイト系析出硬化型ステンレス鋼に
固溶化熱処理を施し、加工により0.5〜20%の歪を与えて
残留オーステナイトをマルテンサイト化した後、時効処
理を行なうことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、船舶機器や化学プラン
トなどの構造用部材および蒸気タービン翼などの耐熱材
料として使用されるマルテンサイト系析出硬化型ステン
レス鋼の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】析出硬化型ステンレス鋼は、固溶化熱処
理状態（固溶化熱処理温度に所定時間保持して溶体化し
た後、油冷や空冷によって冷却する）でオーステナイト
組織になるオーステナイト系と、マルテンサイト組織が
得られるマルテンサイト系がある。オーステナイト系析
出硬化型ステンレス鋼は、固溶化熱処理状態でほぼ完全
なオーステナイト組織になって、高い耐食性と成形性が
得られるが、用途によっては強度が不足することがあ
る。そこでオーステナイト系ステンレス鋼に特有の耐食
性と成形性を維持しながら高い強度を得るには、変態処
理と時効処理からなる２回の熱処理を施すことによっ
て、マルテンサイト鋼と同等の強さが得られることが知
られている。この変態処理の方法としては、50〜60%
以上の強い冷間加工を施す方法、Ｍs点以下でサブゼ
ロ処理を行なう方法、約760℃で加熱してＣr炭化物を
析出させ、Ｍs点を上昇させる方法、等がある。

【０００３】固溶化熱処理を施した後、上述した３種類
の変態処理のうちのいずれかの方法を用いて、オーステ
ナイトをマルテンサイト化し、その後時効処理によっ
て、マルテンサイト地に析出硬化を行なわせている。変
態処理と時効処理の２つの処理を使用して強度を向上さ
せるので２重処理マルテンサイト鋼とも呼ばれる。そし
て、オーステナイト系ステンレス鋼に冷間加工を施して
高強度を得るためには、加工誘起マルテンサイトを利用
する方法がよく使われており、特開平４−１９１３５２
号、特開平５−１９５０５４号公報に開示されたものが
知られている。一方、マルテンサイト系析出硬化型ステ
ンレス鋼は、焼入れ処理に相当する固溶化熱処理によっ
てほぼマルテンサイト組織が得られるので、その後１回
だけ時効処理を施して、マルテンサイト地に析出物を微
細に析出させて硬化する方法が採用されている。

【０００４】固溶化熱処理後、１回だけ時効処理を施し
て高い強度を得るのでオーステナイト系析出硬化型ステ
ンレス鋼の２重処理マルテンサイト鋼に対応させて単一
処理マルテンサイト鋼とも呼ばれている。そして、日本
鉄鋼協会編「鋼の熱処理」改訂５版（昭和44年10月1日
発行)にも、析出硬化型ステンレス鋼のうちのオーステ
ナイト系の鋼は、固溶化熱処理状態でオーステナイト組
織を示し、高い強度を得るための変態処理として、50〜
60%以上の強い冷間加工によってマルテンサイト変態を
起こさせること、Ｍs点以下でサブゼロ処理を行なうこ
と、加熱してＣr炭化物を析出させる方法等が記載され
ている。しかし、マルテンサイト系の析出硬化型ステン
レス鋼については、固溶化熱処理後、時効処理を施して
析出硬化させる処理が通常であり、本発明が目的とする
マルテンサイト系析出硬化型ステンレス鋼をより高強度
化するために加工を施すという発想はなかったのであ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】マルテンサイト系析出
硬化型ステンレス鋼は、Ｍf点が室温付近にあるので、
固溶化熱処理をする時に冷却中止温度を室温にすると、
数%の残留オーステナイトが残る。そのため、固溶化熱
処理を行なった後、単に時効処理を行なっただけでは、
この残留オーステナイト地からの析出硬化が行なわれな
いので、強度が得られないという問題点があった。ま
た、固溶化熱処理時の冷却中止温度を室温にすると冷却
中止温度が季節により変化するため、固溶化熱処理後の
残留オーステナイト量が変化してしまい、そのため、強
度が室温、すなわち季節によって変動し、ランニング的
に安定した高い強度を有する製品を得ることが難しいと
いう問題点もある。したがって、マルテンサイト系析出
硬化型ステンレス鋼は、オーステナイト系ステンレス鋼
に匹敵する耐食性を有し、より高強度が得られるので、
広汎に使用されるが、さらに高い強度が要求される用途
には、強度不足になることもある。本発明は、上述した
問題点を解消し、より高い強度が安定して得られるマル
テンサイト系析出硬化型ステンレス鋼の製造方法を提供
しようとするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者は、マルテンサ
イト系析出硬化型ステンレス鋼の強度に及ぼす材質的な
要因の影響について調査を行なった。強度に及ぼす材質
要因として、マルテンサイト量（すなわち、逆に言え
ば、マルテンサイトに変態しないで残る残留オーステナ
イト量）、析出物のサイズ及び析出物の分布状態が考え
られ、これらの因子の強度への影響を調査した結果、残
留オーステナイト量の多少が強度へ最も大きく寄与して
いることがわかった。さらに、強度の安定化および高強
度化を図るためには、固溶化熱処理後に残留オーステナ
イトを完全にマルテンサイト化させておく必要があるこ
とも見出して本発明を完成したのである。残留オーステ
ナイトをマルテンサイトに変態させる方法として、本発
明では加工による方法を採用した。本発明は、マルテン
サイト系析出硬化型ステンレス鋼の製造方法において、
固溶化熱処理を施し、加工により0.5〜20%の歪を与えた
後、時効処理を行なうことを特徴とするものである。

【０００７】従来、オーステナイト系析出硬化型ステン
レス鋼を高強度化するため、冷間加工によってマルテン
サイト変態させる方法はよく知られているが、マルテン
サイト系析出硬化型ステンレス鋼に固溶化熱処理後、加
工を行なって高強度を得る方法は、知られていなかっ
た。そして、本発明者は残留オーステナイトをマルテン
サイトに変態させる方法として、Ｍs点以下でサブゼロ
処理をする方法あるいは冷間加工を行なう方法が知られ
ているが、単にサフゼロ処理を行なうよりも加工を行な
う方がより高い強度が容易に得られることを知見したの
で、本発明では加工によって高強度化する方法を採用し
て本発明を完成したのである。

【０００８】本発明が対象とするマルテンサイト系析出
硬化型ステンレス鋼は、例えば表１に示す組成のもの、
およびこれ等の改良鋼を総称するものである。成分的に
言えば、Ｃr 10〜20%、Ｎi 9%以下を必須として、他に
析出硬化元素としてＣu,Ａl,Ｎb,Ｔaなどを適宜含み、
必要に応じてＭoも含有する鋼である。本発明でいう加
工は、体積の減少を伴う機械加工等を除き、実質的に体
積の減少のない、引抜、圧延等の加工を意味しており、
その温度は再結晶しない500℃以下の温間並びに加熱を
しない冷間(常温)が適用できるものである。

【０００９】

【表１】

【００１０】

【作用】本発明の特徴は固溶化熱処理後、軽度の加工に
より加工歪を与え、その後時効処理を施して高強度を得
ることにある。マルテンサイト系析出硬化型ステンレス
鋼では、時効処理によってマルテンサイト地から微細な
析出物を析出して強度が上昇するが、固溶化熱処理後に
残留オーステナイトが存在していると時効処理後も得ら
れるべき強度が低下する原因となる。また、その残留オ
ーステナイト量の多少により強度が変動する。そこで、
本発明では固溶化熱処理後に何等かの方法により、残留
オーステナイトを分解し、均一なマルテンサイト組織を
得るようにするものである。

【００１１】すなわち、固溶化熱処理後に加工により0.
5〜20%の歪を与えることにより、残留オーステナイトの
ほとんどを分解しマルテンサイトにするのである。固溶
化熱処理後に均一なマルテンサイト組織を得るために加
工で与える歪みは最低でも0.5%が必要であり、1%程度の
加工歪で強度の向上効果が最も大きいが、それ以上の加
工歪を与えても強度の向上は徐々に減少し、さらに与え
る歪が20%を越えるような加工は加工そのものができな
いので、上限を20%とした。すなわち、本発明は前述し
たようにオーステナイト系析出硬化型ステンレス鋼で実
施されているように50〜60%もの大きな加工を施さなく
ても、加工により最低でも0.5%程度の歪を付与しておい
て、時効処理を施せば残留オーステナイトが大幅に減少
し、安定して強度の向上ができることを見出してなされ
たものである。

【００１２】

【実施例】表２に示す化学成分のＳＵＳ６３０鋼を溶製
し、50mmφに熱間で圧延した後、表３に示す温度で30分
保持後衝風冷却して10℃以下まで冷却する固溶化熱処理
を施した後、冷間で引抜き加工により表３に示す歪を与
えた後、時効処理を施した。時効処理後、引張試験と残
留オーステナイト量の測定等を行ない、その結果を表３
に併記した。

【００１３】

【表２】

【００１４】

【表３】

【００１５】Ｎo.1〜4は1030℃で固溶化熱処理をしてH9
00の時効処理が施してある。Ｎo.1は従来の方法により
固溶化熱処理後に時効処理だけ行なったもので、残留オ
ーステナイト量は5%を示し、0.2%耐力、引張強さともＮ
o.2,3,4に比べ、やや低めで日本工業規格（ＪＩＳＧ４
３０３）で定められるH900処理の規格下限に近い強度を
示している。Ｎo.2は本発明の方法により固溶化熱処理
後冷間で引抜き加工により1%の歪を与え、H900の時効処
理を施したものである。時効処理後の残留オーステナイ
ト量は、1%を示し、ほとんどマルテンサイト化してお
り、0.2%耐力が100MPa程度向上し、1324MPaを示した。
Ｎo.3,4は、さらに歪量を増加させたものであり、Ｎo.2
に比べ僅かではあるが、さらに強度が向上するという効
果が認められた。

【００１６】Ｎo.5〜8は、1050℃で保持する固溶化熱処
理を施し、H1075の時効処理を行なったもので、Ｎo.1〜
4と同じように、固溶化熱処理後に付与する歪量が強度
に及ぼす影響を調べた。この時効処理温度 H1075では、
時効処理中に逆変態オーステナイトが生成するため、10
50℃で固溶化熱処理をした後、時効処理をしても7%程度
の残留オーステナイトが認められ、残留オーステナイト
量が僅かに増加する。しかも、固溶化熱処理後に施す冷
間での引抜加工による加工歪の効果はH900の時効処理を
施した場合と同様に歪み量の増加と共に強度が向上する
効果が認められた。すなわち、固溶化熱処理後、1〜10%
の歪みを与えて時効処理を施すと、残留オーステナイト
量は、7%から2〜3%に減少し、引張強さも1104MPaから11
18〜1154MPaに向上した。

【００１７】

【表４】

【００１８】表４は室温が5℃および35℃の時に1030℃
の固溶化熱処理を施した後、引抜きを行なって、H900の
時効処理を行ない引張試験を行なった実験の結果であ
る。引抜きを行なわない場合には、時効処理後の引張特
性が室温の違いによるバラツキが大きいが、引抜きによ
る歪み量の増加と共に、室温の差による引張特性のバラ
ツキが大幅に減少していることがわかる。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば固
溶化熱処理後の数%の残留オーステナイトを加工を施し
て0.5〜20%の加工歪みを与えることにより、マルテンサ
イトに変態させることができる。その結果、残留オース
テナイト量により強度が著しく変動していたが、加工に
よる変態処理を行なうことにより、マルテンサイト系析
出硬化型ステンレス鋼の強度の安定性が大幅に向上し、
そのうえ強度の向上も達成できる。したがって、本発明
によれば強度不足が発生してやや使いづらかった用途に
も安心して使用することができて、マルテンサイト系析
出硬化型ステンレス鋼の信頼性を高めることができ、さ
らにはこのステンレス鋼を用いる各部材を小径にして小
型化することができるという経済的効果も生じるもので
ある。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マルテンサイト系析出硬化型ステンレス
鋼に固溶化熱処理を施し、加工により0.5〜20%の歪を与
えた後、時効処理を行なうことを特徴とするマルテンサ
イト系析出硬化型ステンレス鋼の製造方法。