JPS5953327B2 - 破壊靭性のすぐれた18%Niマルエ−ジング鋼の製造方法 - Google Patents

破壊靭性のすぐれた18%Niマルエ−ジング鋼の製造方法

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JPS5953327B2
JPS5953327B2 JP14972681A JP14972681A JPS5953327B2 JP S5953327 B2 JPS5953327 B2 JP S5953327B2 JP 14972681 A JP14972681 A JP 14972681A JP 14972681 A JP14972681 A JP 14972681A JP S5953327 B2 JPS5953327 B2 JP S5953327B2
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JP
Japan
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temperature
fracture toughness
maraging steel
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reheating
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JP14972681A
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JPS5852418A (ja
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信二 佐藤
忠広 篠原
寛 小野
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JFE Steel Corp
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Kawasaki Steel Corp
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/001Heat treatment of ferrous alloys containing Ni

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  • Organic Chemistry (AREA)
  • Heat Treatment Of Steel (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は破壊靭性のすぐれた18%Niマルエージング
鋼の製造方法に関する。
18%Niマルエージング鋼は通常重量比にてC■00
03%以下 Si■0010%以下、Mn■ 0、10
%以下、P ■ 00010%以下、S■0、010%
以下Ni■ 17、0〜1900%、Co■ 7、0〜
1205、Mo■ 3、0〜660%、Ti■ 0、2
〜105%、Al■0.3%以下を含み、更に必要に応
じてB、CaおよびZr等を含有する析出硬化鋼である
が、比較的簡単な熱処理により、高い強度と良好な靭性
を併せ有するため、固体燃料ロケットモーターケース、
深海潜水艇およびウラン遠心分離機回転円筒などに用い
られている。
通常、本鋼は、800〜900℃の温度範囲に加熱後常
温に冷却する溶体化処理を行い、ついで500℃前後に
加熱後冷却する時効処理を施したのち使用に供される。
このような熱処理を施した状態の18%Niマルエージ
ング鋼は175〜245kgf/rmlの引張強さと1
00〜400kgf/Jの破壊靭性値に1Cを有してい
る。しかしながら、破壊靭性値は引張強さが高くなるに
つれて低下し、引張強さ175kgf/一で380〜4
50kgf/m¥J)つたものが、引張強さ200kg
f/一においては250〜300kgf/J、引張強さ
が230kgf/dになると130〜170kgf/v
tmまで低下する。このような高強度化に伴う破壊靭性
の低下は上記諸機器に18%Niマルエージング鋼を適
用する場合に、信頼性の観点から、強度に上限を設ける
ことになり、その結果、高い強度が得られるという本鋼
の最大の特徴を十分発揮することができない。
上記の如き欠点を解消するため、18%Niマルエージ
ング鋼の靭性改善のこころみか従来次のように数多くな
されており、(A)溶体化処理後冷却してマルテンサイ
ト組織としたものの冷間加工とそれにつづくオーステナ
イト域への再加熱。
(B)再結晶温度以下のオーステナイト域における加工
とそれにつづくオーステナイト域への再加熱。
(C)オーステナイト化とマルテンサイト化の繰返し。
の3つに大別されている。
これらは、いずれも、オーステナイト結晶粒の微細化を
通じて主として延性の向上を図るもので、引張試験にお
ける伸びおよび絞りはある程度改善される。
しかしながら、近年構造物の設計に取り入れるようにな
った破壊靭性値KrcすなわちアメリカのASTME3
99に規定される予亀裂入試片について求めた亀裂進展
に必要な応力拡大係数は、オーステナイト結晶粒径には
ほとんど依存しないことが認められており、オーステナ
イト結晶粒の微細化は破壊靭性値の改善に寄与しない。
更に(A)および(B)については、延性の改善に限っ
てみても、比較的小型で単純な形状の製品にのみその適
用が限定されるという欠点がある。本発明の目的は上記
従来技術の問題点を解決し、破壊靭性のすぐれた18%
Niマルエージング鋼の製造方法を提供するにある。
本発明の要旨とするところは次のとおりである。
すなわち、18%Niマルエージング鋼素材を850〜
950℃の温度範囲に加熱して溶体化処理後常温に冷却
して組織をマルテンサイト化する工程と800〜850
℃の温度範囲に再加熱した後常温まで冷却する処理を1
回あるいは2回以上繰返す工程と、を有して成ることを
特徴とする破壊靭性のすぐれた18%Niマルエージン
グ鋼の製造方法である・
※※ 本発明者らは、18%Niマル
エージング鋼の破壊靭件の向上を図るべく研究を重ねた
結果、オーステナイトの再結晶温度以上の比較的高温に
おける溶体化処理と、オーステナイトの再結晶温度以下
の比較的低温の溶体化処理を組合せることにより、破壊
靭件の大幅な向上が得られることを見出だした。すなわ
ち、本発明においては、まず熱間圧延した18%Niマ
ルエージング鋼を850〜950℃の温度範囲に加熱後
溶体化処理した後常温まで冷却しマルテンサイト組織と
する。
この処理の目的は十分な温度における加熱により加工歪
を除去し均質、等方的な組織を得るとともに、析出相の
基地への固溶を十分行わせることにある。第1図は2重
真空溶解後熱間圧延された厚み12mmの18%Niマ
ルエージング鋼を溶体化処理後時効処理した場合の圧延
方向に平行に採取した試片Lと直角に採取した試片Tの
機械的性質と溶体化処理温度との関係を示したものであ
る。
試片の具体的処理方法は、溶体化処理温度に1時間保持
後空冷し、480℃において5時間の時効を施したもの
で、この18%Niマルエージング鋼の化学成分は第1
表の如くである。第1図から明らかなように、溶体化処
理温度が850℃未満の場合には、試片採取方向による
機械的性質の差が大きく、特に圧延方向に直角方向の延
性が著しく低いのに対し、850℃以上になると試片採
取方向による機械的性質の差はほとんどなくなる。
これは18%Niマルエージング鋼のオーステナイト相
の再結晶温度が約850℃であり、850℃以上の温度
における溶体化によりはじめて、熱延伸長組織が消滅し
、均質、等方的なオーステナイト相となり、常温への冷
却時に生成するマルテンサイト相も均質、等方的なもの
になるためである。上記の如く均質、等方的なマルテン
サイト組織とそれに伴う機械的性質の等方性を確保する
には本発明の限定の如<850℃以上における溶体化処
理が必要である。
なお上限温度を950℃に限定したのは、本処理の目的
である均質、等方的なマルテンサイト組織を得るために
は850℃以上の温度における溶体化で十分であり、必
要以上に高い温度における溶体化処理はコスト高の要因
になり又オーステナイト結晶粒の粗大化をまねくためで
ある。本発明は、上記の如き溶体化処理によって得られ
た均質、等方的なマルテンサイト組織を有する18%N
iマルエージング鋼板を800〜850℃間ノ温度に再
加熱したのち常温に冷却してマルテンサイト化する工程
を1回あるいは2回以上繰返す熱処理を施すが、これは
本発明の要件の一つである。
この処理の必要性および効果について本発明者らが実施
した実験結果によって説明する。すなわち第2図は第1
図において説明したと同一の18%Niマルエージング
鋼熱延板を890℃において1時間溶体化処理した後、
常温に冷却してマルテンサイト化後種々の温度で再加熱
し常温に冷却し、次いで480℃において5時間時効し
た場合の圧延方向に採取した試片Lと直角に採取した試
片Tの機械的性質と再加熱温度との関係を示した線図で
ある。第2図から明らかなように本発明において限定し
た800〜850℃の再加熱によって等方的で、しかも
高い破壊靭性KICが得られるが、850℃より高い温
度における再加熱によって破壊靭性は劣化する。
この理由は明確ではないが下記の如く推定される。マル
テンサイト組織を有する18%Niマルエージング鋼を
再加熱すると約680℃からオーステナイト相への逆変
態を開始し、約780℃でこの変態を完了しオーステナ
イト単相となる。このオーステナイト相への逆変態は主
として無拡散機構により進行し、これにより生成される
オーステナイト相は約850℃に至って再結晶する。こ
の再結晶しないオーステナイト相を常温まで冷却して得
られるマルテンサイト相は再結晶したオーステナイト相
からのそれに較べてラスサイズが微細である。このこと
が本発明に限定する800〜850℃間の温度範囲にお
ける再加熱によるすぐれた破壊靭性をもたらすものと推
定される。また再加熱の温度の下限を800℃に限定し
たのは、800℃未満の再加熱では上記の再結晶が不十
分で良好な等方性が得られないからである。第3図は第
1図において説明したと同一の18%Niマルエージン
グ鋼熱延鋼板を890℃において溶体化処理し常温に冷
却後、830℃に再加熱し、常温に冷却後480℃にお
いて5時間時効した試片の組織を示す。
第4図は再加熱温度を860℃とした以外は第3図の試
片と同一の熱処理を加えた試片の組織を示す。
第3図にて示す本発明の800〜850℃の温度範囲の
再加熱によりマルテンサイトを構成するラスサイズは第
4図に示す860℃に再加熱したものに比較して微細化
されていることが明らかである。
第5図は第1図において説明したと同一の18%Niマ
ルエージング鋼熱延板を830℃において1時間溶体化
し、常温に冷却してマルテンサイト化後、種々の温度で
再加熱し常温に冷却し、480℃5時間の時効をした場
合の圧延方向に平行Lと直角Tに採取した試片の機械的
性質と再加熱温度との関係を示した線図である。第5図
から本発明の限定温度850〜950℃よりも低い温度
で溶体化した場合には、本発明の限定温度800〜85
0℃において再加熱しても、等方的なすぐれた破壊靭性
を持つ18%Niマルエージング鋼が得られないことが
わかる。第6図は第1図において説明したと同一の18
%Niマルエージング鋼熱延鋼板供試材A,B,C,D
をそれぞれ第2表の如く処理した場合の圧延方向に平行
に採取した試片について機械的性質を測定した結果を示
す。
第6図から800〜850℃の温度範囲への再加熱と常
温への冷却の繰返しにより破壊靭性の改善が得られるが
、その結果は3回でほとんど飽和することがわかる。実
施例 第3表に示す組成の18%Niマルエージング鋼を真空
誘導炉で溶製し、コンセルアーク炉で真空再溶解後、通
常の方法で熱間鍛造、熱間圧延し厚さ11mmの板とし
た。
この板から切出した試片を第4表に示す種々の熱処理を
加えた後、引張試験および破壊靭性試験、を行った。
破壊靭性はASTME399に従い3点曲げ試験により
求めた。
なお比較例の供試材A7および716.9は溶体化温度
が本発明の限定範囲外であり、またA7およびA8は本
発明の再加熱処理が実施されていない。試験結果を第5
表に示した。第5表から明らかなように本発明法により
製造された18%Niマルエージング鋼はすぐれた破壊
靭性を有している。
上記の実施例からも明らかな如く、本発明は18%Ni
マルエージング鋼を850〜950℃の温度範囲に溶体
化処理し常温に冷却し、ついで800〜850℃の温度
範囲に再加熱した後冷却処理をすることによって破壊靭
性のすぐれた18%Niマルエージング鋼を製造するこ
とができた。
【図面の簡単な説明】
第1図は18%Niマルエージング鋼熱延板を溶体化処
理後時効処理したときの溶体化処理温度と機械的性質と
の関係を示す線図、第2図は同熱延板を890℃で溶体
化処理後再加熱し常温に冷却した後、時効処理した場合
の再加熱温度と機械的性質との関係を示す線図、第3図
同熱延板を890℃で溶体化処理後830℃に再加熱し
常温に冷却後時効した場合の組織の顕微鏡写真、第4図
は同熱延板を890℃で溶体化処理後860℃に再加熱
し、常温に冷却後、時効した場合の組織の顕微鏡写真、
第5図は同熱延板を830℃において溶体化処理後再加
熱し、常温に冷却した後時効処理した場合の再加熱温度
と機械的性質との関係を示す線図、第6図は同熱延板を
890℃で溶体化処理後830℃への再加熱と常温への
冷却を3回まで繰返したのち時効処理した場合の再加熱
繰返し数と機械的性質との関係を示す線図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 18%Niマルエージング鋼素材を850〜950
    ℃の温度範囲に加熱して溶体化処理後常温に冷却して組
    織をマルテンサイト化する工程と、800〜850℃の
    温度範囲に再加熱した後常温まで冷却する処理を1回あ
    るいか2回以上繰返す工程と、を有して成ることを特徴
    とする破壊靭性のすぐれた18%Niマルエージング鋼
    の製造方法。
JP14972681A 1981-09-22 1981-09-22 破壊靭性のすぐれた18%Niマルエ−ジング鋼の製造方法 Expired JPS5953327B2 (ja)

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JP5606453B2 (ja) * 2009-12-25 2014-10-15 本田技研工業株式会社 マルエージング鋼の窒化処理方法
EP3202923B1 (en) * 2014-09-29 2019-03-20 Hitachi Metals, Ltd. Method for producing precipitation-strengthening-type martensitic stainless steel
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