JPS5913055A - ステンレス鋼およびその製造方法 - Google Patents

ステンレス鋼およびその製造方法

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JPS5913055A
JPS5913055A JP12056482A JP12056482A JPS5913055A JP S5913055 A JPS5913055 A JP S5913055A JP 12056482 A JP12056482 A JP 12056482A JP 12056482 A JP12056482 A JP 12056482A JP S5913055 A JPS5913055 A JP S5913055A
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steel
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resistance
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Terutaka Tsumura
津村 輝隆
Yasuo Otani
大谷 泰夫
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Nippon Steel Corp
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Sumitomo Metal Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、焼入れ一部戻しあるいは焼ならし一部戻しの
熱処理をして使用されるマルテンサイト系クロムステン
レス鋼およびその製造方法に関し、更に詳細には、高温
での焼戻しを行なっても優れた軟化抵抗を示して大きな
強度を有するマルテンサイト系クロムステンレス鋼およ
びこれを廉価に製造する方法に関するものである。
マルテンサイト系クロムステンレス鋼は、強度および耐
食性の要求される種々の用途に広く使用されておシ、そ
のステンレス鋼全体の生産に於ける割合もかなル大きい
。また、このマルテンサイト系クロムステンレス鋼はい
わゆる構造用鋼として用いられることが多いが、その場
合一般に焼入れ一部戻しあるいは焼ならし一部戻しをし
てから使用される。
しかし、マルテンサイト系ステンレス鋼全体入れのま\
、あるいは素材の寸法、形状によって紘焼ならしのまま
の状態で強度及び耐食性は高いが、切欠靭性が低く且つ
応力腐食割れ等の問題を生じ易い。したがって、耐食性
に加えて構造用鋼として切欠靭性等衝撃性能などの面で
も優れ友性能を付与するためには焼戻し処理が必要とな
る。
と仁ろで、マルテンサイト系ステンレス鋼の焼戻し処理
は刃物類、食卓用金物類等に対しては150〜180℃
、バネ類等に対しては400〜450℃でいわゆる低温
焼戻しが施されることが多いが、上述のような構造用部
材に対しては特に靭性に重点がおかれるために少なくと
も600 ’0以上、望ましくは650 ”0以上での
高温焼戻しが必要である。
しかしながら、このような高温度で焼戻しを施した場合
、従来の通常のマルテンサイト系ステンレス鋼では、強
度低下が著しく、これは焼戻し軟化と呼ばれている。し
たがって、所望の強度と靭性を具備させるためには焼戻
し軟化抵抗を付与することが必要である。従来は、この
焼戻し軟化抵抗を与えるために、Mo +V等の元素を
格・別に添加したp(例: Mo ≧0.2 ’A、’
V≧0.1 ・・& S )、またNの固溶強化作用を
利用するために意識的に高N、14とすることが必反不
可欠のことと考えられていた。           
       ・しかしながら、いたずらに合金元素の
含有量を高めることは、焼戻し軟化抵抗の向上の□ため
に往効果があっても、省資源コスト低減などの観点から
は問題である。また、当 や■はいわゆるフェライト形
成蕃誠元素であるゆえに、これの多量添加はδ−フェラ
イト・の生成をきたして熱間′加工性を損なう場合があ
る。一方・、゛意識的なNの多量添加も分塊、圧延時あ
るいは熱処理時に鋼材に割れを発生させる場合があって
、歩・留り低下をもた、らすなどやは9問題がないとは
言い難いものである。
かくして、本発明の目的とするところは□、合金元素の
添加を極力控えた、特に650℃以上での高温焼戻しに
よっても優れた強度、靭性および耐食性を有し、且つ歩
留シの良い弯ルチンサイF系クロムステンレス鋼および
それを廉価に製造する方法を提供することを目的とする
こ仁に、本発明者らは、かかる目的を達成すべく鋭★研
凭を続けたところ、鋼自身の化学成分を調整し、好壕じ
くけさらに焼入れあるいは焼ならしの条件を制限するこ
とによって現状の問題点が解決され□る仁とを知見し、
本発明を完成した。
すなわち、本発明は、重量%で、c : o、i o〜
0.40 % 、 83: 1.0 %以下、MZI 
: 0.1 % 〜1.0 %。
Ni :1.01G、以下、Cr: 11.0−16.
0%、v:o、o i 〜o、i 0 %、Ti : 
0.050%以下、At:0.10チ以下を看み、更に
必要によシ上記組成にMO=0.02〜0.151 、
”Nb: 0.005〜0.060%およびCu:0.
5チ以下の1種または2種以上を含み、残部”Feお倉
び不可避的不純物から成ル、次の2′式:%式% 全満足す′る組成を有することを特徴とする、高温での
−戻し軟化抵抗の優れたマルテレサイトクロムステンレ
ス鋼であル。
さらにまた、本発明は上記組成の鋼を好ましくは925
℃以上1100℃以下の加熱温度から焼入れあるいは焼
ならし全行ない、続いて650℃以上Ac1点以下の温
度で焼戻すことを特徴とする、高温での焼戻し軟化抵抗
の優れたマルテンサイト系クロムステンレス鋼の廉価な
製造方法である。
本発明は、要約すれば、Nを固定するためにTiを添加
した高Cr鋼に微量のVを添加したこと、およびさらに
必要により焼入れあるいは焼ならしに際しての加熱温度
を制限したことを主たる特徴とするものである。すなわ
ち、本発明者らの知見によれば、マルテンサイト系クロ
ムステンレス鋼が微量のvを含むとき、遊離N含有it
を低く抑え且つフェライト生成も抑えることによシ強度
を確保するとともに熱間加工性を改善するために、次の
2式を満足するへき; Ti(イ)−3,5X N(曽十0.007≧0.およ
び25 xC(J)−Cr&1=)−’rt(%+9.
5≧0焼入れ後するいは寸法形状によっては焼ならし後
の焼戻しの際、特に650℃以上での高温焼戻しに対し
て大きな焼戻し軟化抵抗が得られる。したがって、本発
明によればこの優れた焼戻し軟化抵抗を利用して特に強
度に優れた鋼が得られるものであって、後述の実施例に
示す如く著しい効果が認められるものである。
次に本発明において各添加元素の組成割合を限ずした理
由は次の通ルである。
C:Cは鋼の強度増加に対して、まにδ−7エライトの
生成を抑制するのに有効な元素であるが、0.40 %
を超えると炭酸ガス腐食感受性が著しく大きくなり、ま
た低温靭性の劣化をもたらす。更に0.40 %を超え
ると分塊、圧延熱処理工程で割れを発生することが多く
な)、歩留如の低下をきたすので好ましくない3一方、
o、ios未満にすると焼入れあるいは焼ならし時に出
現するδ−フェライトの生成割合が多く々るため材料の
均質化が困難となシ、熱間加工性も悪くなるので、C含
有量の下限は0.10チとする。
Si:Siは脱酸剤として有効であるほか、銅の強度上
昇にも有効である。しかしながら、Siを多mに含有す
るとδ−フェライトが生じやすいためAC3点以上に加
熱しても鋼を均質化しにくくなル、またSlの多量の添
加は靭性も劣化するので1.0 %以下に抑えることが
必要である。
Mn:Mnはオーステナイト域を広げまた強度・靭性の
向上にも有効であるが、0.1%未満ではその効果が十
分上がらず、一方、1.0%を超える範囲で添加しても
その効果は飽和の状態となシ特に効果がないので1.0
チを上限とした。
Ni : Niはm−フエライトを抑制して組織を改善
するのに有効であるほか、強度および靭性の向上に有効
な元素であるが、高価なため必ずしも多量に添加する必
要はなく経済的理由から上限を1.0チとした。
Cr:Crハクロムステンレス鋼としての本来の耐@性
を満足させる疎か炭酸ガス腐食速度を減少させるのに1
1.0%以上を含有することが必要である。一方、16
.0%を超えると、焼入れあるいは焼ならし温度に加熱
した際にδ−フェライトが多量に生成して不均一組織と
なり、熱間加工性が劣化するので好ましくないし、強度
も低下する。したがって、本発明においてCr含有量は
11.0〜16.0%とする。
v:vは遊離Nの少ないマルテンサイト系クロムステン
レス鋼において特に強度の向上に有効である。しかしな
がら、0.011未満ではその効果は小さく、また0、
10  %を超えると、δ−フェライト生成傾向が大き
くなシ、且つ靭性が劣化するので上限を0.10%とす
る。
Ti:Tiは遊離Nを少なくするために、換言すれば鋼
中N t−TiNとして固定するために添加されるもの
であるが、0.050%を超えると靭性が劣化し、また
−一フエライト生成傾向が大きくなるので、Ti添加の
上限は0.050 %に制限する。
At:Atは脱酸剤として有効であるが、0.10%を
超えるとその効果は飽和し、むしろ介在物の増大による
疵が発生し、靭性も劣化するから、0.10%以下とす
るが、焼入れあるいは焼ならし時のδ−フェライト抑制
のために脱酸に必要十分な量に抑えるのが望ましい。
Mo 、Nb 、Cu : Mo 、Nb 、Cuはい
ずれも強度の向上に有効である。Moは高価であるため
必ずしも多量に添加する必要はなく、また多量の添加は
δ−フェライトの生成を助長して強度に対する効果を飽
和あるいは減少せしめる。したがって、盾は添加する場
合の上限を0.15%とした。
一方、0.02%未満では強度向上に対する効果が小さ
い。Nbについても多量の添加はδ−フェライトの生成
を助長して強度に対する効果を飽和あるいは減少せしめ
るためその上限は0.05%とする。一方、0.005
チ未満では強度向上に対する効果が小さい。Cuは強度
向上の他にフェライト抑制にも有効であるが0.5%を
超えると靭性が劣化するため上限を0.5チとする。 
    ・ さらに、Ti 、 Nについて式: Tt(%)−3,
5XN(イ)十0.007 が負の値となるとき做量■
の焼戻し軟化抵抗に対する効果がなくなり、またC 、
 Cr 、 Tiについて式: 25 X C@−Cr
 1%)−Ti (%)+ 9.5 が負の値となると
きδ−フェライトが多量に生成して不均一組織となシ、
また熱間加工性が損なわれるのでTi(イ)−3,5X
 Nじ)+ 0.OQ 7≧0且つ25 X Ce@−
Cr (%)−Tt (1+ 9.5≧0とする以上の
成分で構成された鋼を溶製した後、鋼板、鋼管等に加工
後焼入れ一部戻しまたは焼ならし一部戻し処理を施こす
この際の焼入れあるいは焼ならしの加熱温度は好ましく
は925℃以上、1100”C以下、さらに好ましくは
950〜1050”Cとする。これはこの温度範囲でδ
−フェライトの生成傾向が減少することに基づく、一方
1100℃を超える加熱では結晶粒の粗大化をも生じ、
強度の低下、靭性の劣化を招く。
さらに、上記温度域に加熱保持した後、適当な冷却媒体
に焼入れし、あるいは焼々らじすればδ−フェライトの
生成が抑制され且つ成分系として特に高温域での焼戻し
軟化抵抗に優れるべく調整したため、その後の650℃
以上、Ac1点以下の高い温度での焼戻しでも高強度が
得られる。
また、このようにして得られる均質微細な焼戻しマルテ
ンサイトを主体とする組織は、低温靭性に優れ、したが
って耐銹性に加えて、高強度、高靭性且つ優れた耐炭酸
ガス腐食性能をも有する。
かくして、本発明によれば、650℃以上の高温焼戻し
によってもすぐれた軟化抵抗を示して大きな強度を有す
るマルテンサイト系ステンレス鋼が安価にしかも歩留シ
よく製造′することができる。
次に実施例によシ本発明の効果をさらに具体的に説明す
る。
実施例1 下記m1表に示す化学組成を有する各鋼種について、加
熱圧延後975℃・から油焼入れし、640〜760℃
で焼戻しして、引張シ強度を調べた。
その試験結果を第2表にまとめて示す。
この第2表に示した結果によれば、本発明に係る鋼は高
温焼戻しに際して優れた軟化抵抗を示し、したがって、
高強度が得られることが明らかである。     ・ このような結果は、合金元素を低減した廉価な成分系で
あっても特に650℃以上の高温焼戻しによって高靭性
、高強度さらに、高耐食性のマルテンサイト系クロムス
テンレス鋼を製造する仁とが可能なことを示すものであ
シ、したがって本発明はその工業的価値が非常に高いも
のである。
実施例2 下記第3表に示す化学組成を有する各鋼種について加熱
圧延後1000℃から鋼成分に応じて水または油焼入れ
した後710〜740℃の温度範囲で焼戻し処理して供
試材を得、それぞれに、ついて引張試験と衝撃試験を行
なった。
その試験結果を第4表にまとめて記す。
この第4表に示す結果によれば本発明に係る鋼が焼戻し
軟化抵抗付与のための元累を格別多量に添加することな
く大きな強度が得られ且つ強度−靭性のバランスの面で
極めて優れたものであることが明らかである。
第4表 引張ル降伏強さおよび衝撃性能注)秦 平行部
直径4鴎の丸棒引張試験片]11[*  5X10X5
5“−2vノツチサブサイズシヤルピ一試験片 実施例3 □ 第5表に示す化学組成を有する各鋼種について、加熱圧
延後、鋼成分に応じて900〜1000 ”0の温度か
ら水または油焼入れした後、700 ’Oで焼戻し処理
して供試材を得、これから厚さ3調、幅40′″′、長
さ501の試験片を切シ出し320香エメリーで研磨し
て、次の条件で腐食試験を行なった。
すなわち、上記の研磨した試験片を脱脂、乾燥させ、次
いでオートクレーブに入れ真空脱気後、オートクレーブ
内に脱気済みの人工海水を加え良。
その後、炭酸ガスで30メ圧に加圧し液温を120℃と
し500時間維持した。この間試料表面に約1.5m/
秒の流速を与えるように撹拌を行なった。
試験後は付着物を除いて試験前後の重量差を求め友。
なお腐食特性値としては、比較鋼である調香22の試験
片の腐食量を100とした時の座食率で表わした。
試験結果を第6表にま゛とめて示す。これによれば本発
明に係わる鋼種が耐炭酸ガス腐食性能にも優れている7
こと、が明らかである。
第6表   炭酸ガス腐食性能 実施例4 下記第7表に示す本発明に係る鋼を加熱圧延後、種々の
温度から油焼入れして2−7エライト量を測定した。そ
の結果を第8表に示す。この結果、δ−フェライトの生
成を抑えて組織を均質化するためには、925〜110
0℃好ましくは950〜1050℃の温度域からの焼入
れあるい紘焼ならしが効果のあることが明らかである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (i)  重量%で、C: 0.10〜0.40チ、S
    l:1.0−以下、Mn: 0.1〜1.0%、Ni 
    : 1.0 l以下、Cr: 11.0〜16.0%、
     V : 0.01〜0.10% 、Ti:0.050
    %以下、At:0.10チ以下を含み、残部Feおよび
    不可避的不純物から成り、次の2式; %式% を満足する組成を有することを特徴とする、高温での焼
    戻し軟化抵抗の優れたマルテンサイト系クロムステンレ
    ス鋼。 (2)重量%で、C: 0.10〜0.40チ、 Si
     :1.0チ以下、Mn : 0.1〜1.0%、Ni
     : 1.0 l以下、Cr:11.0〜16.01%
    、 V : 0.01〜0.10% 、Tt: 0.0
    5(l以下、ju: 0.10%以下に加、tて、Mo
    : 0.02〜0.151s−1iJb: 0.005
    〜0.050 ToおよびCu:0.5%以下の1種ま
    たは2種以上を含み、残部Feおよび不可避的不純物か
    ら成p1次の2式:%式% を満足する組成を有することを特徴とする。 高温での焼戻し軟化抵抗の優れたマルテンサイト系クロ
    ムステンレス鋼。 (3)  重量係で、C: 0.10〜0.40係、 
    St :1.0−以下、Mn : 0.1〜1.0 %
     、 Ni : 1.0%以下、Cr : 11.0〜
    16.0%、 V : 0.01〜0.10% 、Ti
     : 0.050%以下、AA:0.10チ以下に加え
    て、必要によj)Mo : 0.02〜0.15チ、N
    b : 0.005〜0.050チおよびCu:0.5
    %以下の1mまたは2′種以上を含み、残部Paおよび
    不可避的不純物から成)次の2式: %式% を満足する組成の鋼を925℃以上、1100℃以下の
    加熱温度から焼入れあるいは焼ガらしを行ない、続いて
    650℃以上Ac1点以下の温度で焼戻すことを特徴と
    する、高温での焼戻し軟化抵抗の優れたマルテンサイト
    系クロムステンレス鋼の製造方法。
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