JPH079025B2 - オーステナイト系ステンレス鋼板及びオーステナイト系耐熱鋼板の強化方法 - Google Patents

オーステナイト系ステンレス鋼板及びオーステナイト系耐熱鋼板の強化方法

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JPH079025B2
JPH079025B2 JP63143305A JP14330588A JPH079025B2 JP H079025 B2 JPH079025 B2 JP H079025B2 JP 63143305 A JP63143305 A JP 63143305A JP 14330588 A JP14330588 A JP 14330588A JP H079025 B2 JPH079025 B2 JP H079025B2
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stainless steel
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austenitic stainless
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勲 松本
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Description

【発明の詳細な説明】 a.産業上の利用分野 本発明は、オーステナイト組織を有するステンレス鋼板
及び耐熱鋼板の表面強化方法に係り、特に高い耐疲労強
度及び耐摩耗性を要求されるオーステナイト系ステンス
鋼板及びオーステナイト系耐熱鋼板の強化方法に関する
ものである。
b.従来の技術 オーステナイト系ステンレス鋼板、例えば18Cr-8Ni鋼は
焼なまし状態では完全なオーステナイト組織であるが、
その組成はオーステナイト域の境界にあるため不安定
で、安定組織の(フェライト+炭化物)に移ろうとして
いる。そのため、例えば冷間加工等により、マルテンサ
イト変態を生じて硬化する。この性質を利用して高拡張
力のステンレス鋼板がつくられ、航空機用構造材やバネ
などに広く用いられている。
ところで、表面強化冷間加工方法としては冷間圧延法,
ショットピーニング法等がある。これら冷間加工方法の
うち、圧延法は多くの実用的な利点を有しているものの
板材の必要部分のみの部分的な強化が不可能であるとい
う大きな欠点を有している。一方、ショットピーニング
法は部材の全体的な強化或いは必要部分のみの部分的な
強化も可能であるという利点を有する。
このようなショットピーニング法によってオーステナイ
ト系ステンレス鋼板或いはオーステナイト系耐熱鋼板を
強化処理する場合、従来では、鋼板のうち強化すべき領
域の全面にショット粒を投射するようにしていた。すな
わち、オーステナイト系ステンレス鋼板(或いはオース
テナイト系耐熱鋼板)10をショットピーニング加工する
に当っては、このステンレス鋼板10を垂直状に立てた状
態で固定支持すると共に、その上下左右の縁部を覆う一
対の遮蔽部材11a,11bをステンレス鋼板10の表裏両面に
取付け、しかる後に、一対のショット粒投射装置(図示
せず)からスイテンレス鋼板10の両面に向けてショット
粒を第9図において矢印で示す如く投射し、遮蔽部材11
a,11bの中央開口12a,12bに対応するステンレス鋼板10の
領域B,Cにショットピーニング加工(塑性加工)を施す
ようにしている。これにより、ショット粒が投射された
部分に塑性変形を生じ、不安定オーステナイト組織から
マルテンサイト変態を生じて硬化する。
c.発明が解決しようとする課題 上述のようにショットピーニング加工を施した場合、ス
テンレス鋼板10に実用に供し得ないほどの大きな変形
(反り)が発生してしまうことが多々ある。この変形が
発生するのは、ショット粒投射前においてステンレス鋼
板10の有する残留応力が両面共に全く同じ大きさとなる
ことは非常に稀であり、両面の残留応力が互いに異なる
こと、初めから反りが発生していること、ショットピー
ニング加工時にマルテンサイト変態に伴う変態応力が発
生すること等に起因する。なお、この変形の形状は、異
なる残留応力を有する両面に向って、両側より同一速度
のショット粒を投射した場合、どちらか一方の側の面が
湾曲状にへこみ、その反対側の面が湾曲状にふくらむ形
状となる。(第10図,第11図及び第12図参照)。また、
ステンレス鋼板10の変形量は、ショット粒投射速度が高
速であればあるほど大きくなる。
従って、この変形を小さく押えるためには、ショット粒
投射速度を比較的低速に抑えざるを得ない。しかしなが
ら、ショット粒投射速度をステンレス鋼板10に変形が発
生しない程度の速度にしてショット粒投射時間を長く設
定することによって或る程度の圧縮応力をステンレス鋼
板10に付与することは可能であるが、材料強化に必要な
程度の大きさの圧縮応力値を得ることができない場合が
多々ある。
本発明は、上述の如き実状に鑑みてなされたものであっ
て、その目的は、ショットピーニング加工にてオーステ
ナイト系ステンレス鋼板或いはオーステナイト系耐熱鋼
板に充分な圧縮応力を付与でき、しかもショットピーニ
ング加工による変形の発生を極めて少く抑えることがで
きるようなオーステナイト系ステンレス鋼板及びオース
テナイト系耐熱鋼板の強化方法を提供することにある。
d.課題を解決するための手段 上述の目的を達成するために、本発明では、多数の散在
箇所に開孔を形成して成る遮蔽部材を強化すべきオース
テナイト系ステンレス鋼板又はオーステナイト系耐熱鋼
板に当てがった状態の下でショット粒を投射して前記鋼
板の散在箇所にショットピーニング加工を施すことによ
り、前記鋼板のオーステナイト組織をマルテンサイト組
織に変態させる一方、それ以外の箇所を未変態状態とし
て存在させ、これに応じて、マルテンサイト組織の前記
散在箇所に相対的に大きな圧縮応力を付与すると共に、
オーステナイト組織の領域に相対的に小さな圧縮応力を
付与して前記鋼板の強化を図るようにしている。
以下、本発明の一実施例に付き第1図〜第4図を参照し
て説明する。
第1図及び第2図は本発明に係る強化方法を説明するた
めのものであって、本例においては、被加工物であるオ
ーステナイト系ステンレス鋼板(以下、単にステンレス
鋼板と称す)1の外形寸法と同一の寸法を有する一対の
遮蔽部材2a,2bが用いられる。これら一対の遮蔽部材2a,
2bは矩形板に多数の円形開孔3を縦方向及び横方向にそ
れぞれ規則正しく整列配置して成るものである。
次に、上述の遮蔽部材2a,2bを用いてステンレス鋼板1
をショットピーニング加工する場合に付き説明する。
まず、一対の遮蔽部材2a,2bをステンレス鋼板1の両面
に外縁を合わせた状態で当てがって、これらの遮蔽部材
2a,2b間にステンレス鋼板1を挾持する。そして、図外
の締付治具によってステンレス鋼板1及び遮断部材2a,2
bを三者一体の状態で固定すると共に、図外の保持手段
にてこれを所定位置に保持する。
これにより、ステンレス鋼板1は前記円形開孔3に対応
する部分Aが露出された状態で保持手段に取付けられ、
かつ第2図に示すように、表裏一体の遮蔽部材2a,2bの
各円形開孔3が互いに対向配置させられる。
このようにいて、ステンレス鋼板1をセッティングした
後に、これを第1図において矢印方向に回転させると共
に左右両側のショット粒投射装置を作動させて多数のシ
ョット粒をステンレス鋼板1の表裏両面に対してそれぞ
れ直角方向に投射し、前記円形開孔3に対応する散在箇
所Aにショットピーニング加工(塑性加工)を施す。な
お、この際、ステンレス鋼板1の表裏両面のうち前記円
形開口3に対応する散在箇所A以外の部分は、既述の如
く完全にマスキングされているのでショットピーニング
加工は全く施されない。以上のようにして、所定時間に
亘るショット粒の投射により塑性加工を完了した後、シ
ョット粒の投射を停止し、一連のショットピーニング加
工作業を終了する。
次に、上述の如きショットピーニング加工の具体例を以
下に示す。
具体例 (1)オーステナイト系ステンレス鋼板1の材質 SUS304 (2)オーステナイト系ステンレス鋼板1の寸法 横185mm 縦100mm 厚さ2mm (3)オーステナイト系ステンレス鋼板1の強化領域 横115mm 縦100mm (4)遮蔽部材2a,2bの円形開孔3の直径L1 10mm (5)縦方向に沿って隣接する円形開孔3の間隔L2 5mm (6)横方向に沿って隣接する円形開孔3の間隔L3 5mm (7)加工条件 〈イ〉ショット粒の直径 0.8mm 〈ロ〉ショット粒の硬度 HRC58 〈ハ〉ショット粒の材質 鋳鋼 〈ニ〉ショット粒の投射速度 50m/s 〈ホ〉ショット粒の投射時間 4分 〈ヘ〉アークハイト 0.5mm この具体例によって得られたステンレス鋼板1の表面の
在留応力を測定したところ第3図及び第4図に示す如き
結果となった。
第3図における実線は、横方向に沿って配列された散在
箇所Aの中心を結ぶ直線S上におけるY方向(縦方向)
の残留応力σrをプロットしたものであって、その測定
結果から明らかなように、ショット粒が投射された部分
すなわちショットピーニング加工部分Aには符号aで示
されるように充分に大きな圧縮応力(負の応力)の発生
が認められる。これは、ショットピーニング加工部分A
が塑性加工にてオーステナイト組織からマルテンサイト
組織に変態した結果である。また、横方向に沿って互い
に隣接するショットピーニング加工部分Aの間の中央箇
所(ショットピーニング加工されていない箇所)の残留
応力は、符号bで示すように両側のショットピーニング
加工部分Aの残留応力よりは小さい値であるが、圧縮応
力が発生していることが認められる。なお、上述のよう
にショットピーニング加工されない箇所にも小さな圧縮
応力が発生するのは、ショットピーニング加工部分Aに
おける大きな圧縮応力が周囲に分散されるためであると
考えられる。
第4図における実線は、前記直線S上におけるX方向
(横方向)の残留応力σtをプロットしたものであっ
て、その測定結果から明らかなように、既述の残留応力
σrと同様の残留応力特性を呈することが認められる。
第3図及び第4図に示す実験結果によれば、ステンレス
鋼板1の表面には、強度の低下をもたらす引張応力は存
在せず、ショットピーニング加工部分とそれ以外の部分
とでは残留応力の大きさが異なるものの、すべての表面
に圧縮応力が発生せしめられ、これによりステンレス鋼
板1の強化(強度の向上)がなされていることが確認さ
れた。
第5図はショットピーニング加工後におけるステンレス
鋼板1の表面から0.05mm深さの箇所の硬さをプロットし
たものであり、第6図はショットピーニング加工部分A
における厚さ方向の断面硬さを示すものである。また、
第7図はショットピーンニング加工部Aの残留応力及び
表面硬さとオーステナイト量との関係をプロットしたも
のである。これらの測定結果から明らかなように、ショ
ットピーニング加工を施した散在箇所Aのうち特にその
表面部分は非加工部よりも硬化(450〜470HMV程度)さ
れていることが認められる。
しかして、本例によれば、ショットピーニング加工を施
した散在箇所Aはオーステナイト組織からマルテンサイ
ト組織に変態せしめられて硬化される一方、その他の部
分は元の軟質状態(未変態状態)の下に置かれるため、
所定の強化箇所領域内における残留応力に強弱を生じる
と共に、硬さに高低を生じることとなる。
以上、本発明の実施例につき述べたが、本発明はこれら
の実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思
想に基づいて各種の変更が可能である。
例えば、ショット粒投射方向,投射速度,投射時間,粒
径材質等の加工条件並びに円形開孔3の直径及びその間
隔等を適宜変更することによって、圧縮応力の調整を容
易に行なうことが可能である。さらにステンレス鋼板1
の片面のみを固定状態の下でショットピーニング加工
し、その後に180°反転させてもう一方の片面をショッ
トピーニング加工するようにしてもよい。さらに、遮蔽
部材2a,2bに円形以外(四角形,楕円形)の形状の開孔
を設けてもよい。
また、既述の実施例においては、遮蔽部材2a,2bの円形
開孔3を縦横にそれぞれ等間隔に形成して単位面積当り
の円形開孔3の数を何れの箇所においても同一とした
が、単位面積当りの円形開孔3の数を箇所によって変え
るようにしてもよい。この場合には、その数を少なくし
た箇所におけるショットピーニング加工部分(散在箇所
A)の間の領域Bの圧縮応力が相対的に小さくなり、そ
の数を多くした箇所においては相対的に大きくなるた
め、強度の強弱をつけることが可能である。
また、既述の実施例では、ステンレス鋼板1の表裏両面
の対向箇所を同時にショットピーニング加工するように
したが、ステンレス鋼板1が薄板の場合には、片面のみ
ショットピーニング加工するだけでもよい。
また、本発明に係る強化方法はSUS304に限らずMn-Cr系
オーステナイト鋼板等の各種のオーステナイト系ステン
レス鋼板に適用可能であり、さらに常温でオーステナイ
ト組織を有する耐熱鋼板にも適用可能である。
e.発明の効果 以上の如く、本発明は、オーステナイト系ステンレス鋼
板及びオーステナイト系耐熱鋼板の強化すべき領域内の
散在箇所にショット粒を投射することによって、この散
在箇所(ショットピーニング加工箇所)のオーステナイ
ト組織をマルテンサイト組織に変態せしめて硬化させる
一方、その他の箇所(ショットピーニング加工されない
部分)は未変態状態すなわち軟質状態とせしめ、もって
強化箇所領域内に強弱の残留応力(すなわち圧縮応力)
及び硬さの高低を発生させるようにしたものであるか
ら、前記鋼板に充分な圧縮応力を付与し得て強化を図る
ことができ、しかも強弱の平均値に相当する残留応力が
均一に付与されている場合に比べて、より効果的な衝撃
力吸収能を有することとなる。
しかも、ショットピーニング加工を散在箇所のみ施すよ
うにしているので、ショットピーニング加工領域の面積
が小さく、従ってショットピーニング加工による前記鋼
板の変形の程度もそれに応じて少なく(実用に充分に供
し得る程度)抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第7図は本発明の一実施例を説明するためのも
のであって、第1図はオーステナイト系ステンレス鋼板
に遮蔽部材を取付けた状態を示す正面図、第2図は第1
図におけるII-II線断面図、第3図及び第4図は本発明
の強化方法にてオーステナイト系ステンレス鋼板を強化
した場合の残留応力の測定結果を示すグラフ、第5図及
び第6図は本発明の強化方法にてオーステナイト系ステ
ンレス鋼板を強化した場合の硬さの測定結果を示すグラ
フ、第7図は本発明の強化方法にてオーステナイト系ス
テンレス鋼板を強化した場合の残留応力,硬さ及びオー
ステナイト量をそれぞれ示すグラフ、第8図〜第12図は
従来例を説明するためのものであって、第8図は第1図
と同様の正面図、第9図は第8図におけるIX-IX線断面
図、第10図は第8図におけるX-X線断面図、第11図は第
8図におけるXI-XI線断面図、第12図は第8図におけるX
II-XII線断面図である。 1……オーステナイト系ステンレス鋼板、2a,2b……遮
蔽部材、3……円形開孔、A……散在箇所(ショットピ
ーニング加工部分)。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】多数の散在箇所に開孔を形成して成る遮蔽
    部材を強化すべきオーステナイト系ステンレス鋼板又は
    オーステナイト系耐熱鋼板に当てがった状態の下でショ
    ット粒を投射して前記鋼板の散在箇所にショットピーニ
    ング加工を施すことにより、前記鋼板のオーステナイト
    組織をマルテンサイト組織に変態させる一方、それ以外
    の箇所を未変態状態として存在させ、これに応じて、マ
    ルテンサイト組織の前記散在箇所に相対的に大きな圧縮
    応力を付与すると共に、オーステナイト組織の領域に相
    対的に小さな圧縮応力を付与して前記鋼板の強化を図る
    ようにしたことを特徴とするオーステナイト系ステンレ
    ス鋼板及びオーステナイト系耐熱鋼板の強化方法。
JP63143305A 1988-06-10 1988-06-10 オーステナイト系ステンレス鋼板及びオーステナイト系耐熱鋼板の強化方法 Expired - Lifetime JPH079025B2 (ja)

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