JPS63227790A - 高強度ステンレス鋼とその製造方法 - Google Patents

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】 （産業上の利用分野） 本発明は窒化法により表面処理され念オーステナイト系
ステンレス鋼において、該ステンレス鋼の表面から内部
に窒化層あるいは滲炭窒化層を拡散して高温の再加熱に
耐える高強度化をはかつた高強度ステンレス鋼の製造方
法、その表面処理方法並びに高強度ステンレス鋼に関す
るものである。

（従来の技術） 従来から窒化法による鋼の表面処理技術はすでに公知で
あり、耐磨耗性、耐疲労性、耐食性が向上するとして利
用されている。また溶解時に窒素を添加しステンレス鋼
の内部に窒素を含む窒化ステンレス５Ｕ８２０／、２０
２．３０弘Ｎなどがある。

これらは一般にニッケルＮｌの節約を目的とし、マンガ
ンＭｎ　′ｔ−同時添加してオーステナイト相の安定化
や、低温における強度の増加をはかったものである。

このほか、ステンレス鋼における強化法には、冷間加工
による加工硬化を利用したり１合金添加元葉による析出
硬化を低温熱処理によって得るなどの方法がとられてい
る。

（発明が解決しようとする問題点） 上述したような従来の表面処理技術によって表面のみ強
化されたステンレス鋼は、たとえば、＃接や硬ろう付の
ような高温度の熱履歴を受けると、あるいはまた加熱環
境下においてその強さが低下するという欠点がおうた。

また冷間加工や析出硬化によって強化されたステンレス
鋼も同様に強度が低下する欠点があった。

すなわち、硬ろう付の場合、ステンレス鋼部材の全部ま
たはその一部の硬ろう付部分が約７００℃からりＯＯ℃
程度の温度で焼鈍したと同じ影響を受ける。

このため部材としてのステンレス鋼の全部に強さの低下
を招き、ｔたろう付のみが加熱されたとしてもその部分
にクラックの源となる組織変化や、明らかな強さの低下
が起る。この組織変化はろう付より、より高温の溶接に
おいて著しく強さの低下することは当然である。

また、このようなことはステンレス鋼に限らず、一般に
金属材料に共通している欠点である。すなわち金属材料
の強化を行う場合析出等によって得ているが、この処理
は、はとんどｔｏｏ”ｃ以下のような低温度で処理して
いるためである。

このため、高温度下でろつ付や゛嵜ａ等がされてもまた
使用環境が高温であっても強さの減少が全くなく、ある
いは強さの減少が非常に少ないステンレス鋼が期待され
ておシ、とくに薄肉、６１細材料の部品化の分野での安
値が強かった。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、窒化法により表面処理されたオーステナイト
系ステンレス鋼ｔ７００″Ｃからり００℃の間で７！分
から６００分間熱処理を行い、該ステンレス鋼の表面か
ら内部に窒化層あるいは滲炭窒化層を拡散せしめるよう
にし、高強度化したものであり、その目的とするところ
は高温度の再加熱を受けてもあるいはまたそのように環
境下に長時間おかれても引張強さが低下しないようにし
たものである。以下、図面を用いて詳細に説明する。

（製造方法） 本発明は、まずオーステナイト系ステンレス鋼の表面か
ら内部に窒化膜を形成させる。この窒化処理はｆｆｌ索
含有ガスま７′？、は塩浴で３００℃からｔｏｏ”ｃ間
で実施される。ｉた窒化と同時に塩浴の組成からｒｇ炭
効果もあることが知られているが、公知のこのようない
ずれの方法によっても、窒化膜を形成することは容易で
ある。

ここで本発明は、表面窒化層ｔ、従来のように表ｍ＜限
定して利用するのでなく、これを内部に拡散して利用す
る点が従来技術と異なっている。

しかもこの内部に拡散させる温度は７００”ＣからりＯ
Ｏ°Ｃ間で１時間は比較的長時間熱処理した場合にこれ
を高温の環境下においても強さの変化が殆んどないこと
の効果があることが新たに確認された・ 本発明における強化の理由は、物理的に内部歪が特定の
温度９時間の範囲で最適化されたか、または化学的に窒
化物が拡散の過程で形成され＠細分散が特定の条件でｇ
＋られたと考えられ、以下のように限定された条件で強
化効果が得られている。

第１図は本発明の製造方法に基づく温度条件を・説明す
るための図であり、加熱温度（横軸）に対する引張りの
強さく縦軸）を示す。

本発明において７００”Ｃからり００℃の温度範囲でか
つ／よ分から６００分熱処理をおこなう限定理由はつぎ
による。

試料弘例（線／〜≠）はそれぞれ後述するオーステナイ
ト系ステンレス鋼の各Ｉｎ示し、線／は従来のもの、＠
２〜≠は本発明によるものである。

それらの温度範囲は第１図線λ〜弘に示すように７００
°Ｃ以上で強さが向上するためであり、これ以下では特
性の向上が顕著でない、またろう付や溶接による再加熱
を受けたとき、６りダＣ以下で焼鈍されたものでは、再
加熱部分と受けない部分の組織の差は大きい、従つて（
Ｊ！ｌｌ！壊の源泉となるため実用上不都合を来たすた
めである。一方りｏ　ｏ”ｃを越えると、急激に強さが
減少するため、上限温度を７００℃とした。

第２図は本発明の製造方法に基づく加熱時間（横軸）と
引張り強さく縦軸）を試料３（３／。

３２で示す）について示したものである。加熱時間の７
３分から６００分は第２図においてｒｊＯ″Ｃ１Ｐ００
℃の熱処理温度における時間であり、このときの試料３
／、３コの強さがどう変化するかを示し、３乙Ｏ分から
７５０分で強さが最大となることが確められた。

また加熱時間がｔｏｏ分以上の場合１強さは／　００ｋ
ｆ／ｍ”以下となり強化の効果が失なわれる。

従って加熱時間を最大２００分とした。一方１５分以下
では窒素の拡散が不充分で析出物形成所要時間不足で強
さの向上が得られていないためである。

（実施例／） ８Ｕ８３０弘の圧延板ｏ、　ＯＪ−ｍ厚さを作製した。

これから引張試験片を圧延と平行に切り出し、窒化全行
また。板厚は窒化層の効果を明確にするため極薄板とし
たものである。これをタフトライド処理によって各種の
窒化厚さの試料を作製した。

タフトライド処理においては滲炭作用も一部起こること
がわかっているが、主として従来から窒化処理とされて
いるのでこの名称を使用する。ここで窒化浴温度はｊｌ
Ｏ”ｃ付近とした。膜形成速度は、加工のままの状態で
７分間に約１μｍで能率的に埃形成が行われた。

第１図Ｕ、７００″ｃ−ｉｏｏｏ″Ｃ１−ｔ’（７）各
温ｆ　テ３０分間熱処理を行った結果を示したものであ
る０図中、試料μ例（線ｌ−弘）のうち、線／ｒＪ、窒
化処理を行っていない従来の薄板の引張り強さの変化で
ある。

また、線２．線３及び線ＩＩＬは本発明による薄板で、
線コは５μｍの膜厚、すなわち断面積率で、２０チの窒
化層となる。線３，４Ａはそれぞれ窒化層が７０μｍ、
／ｊμｍのもので、これらの窒化Ｊ−の断面４＊率はそ
れぞれ４４０チ、ｔＯＳである。

ここで元の板厚と総室化膜の断面厚さく両面合計）比を
幅一定であるから断面積比と称しているが、窒化膜厚が
厚い１０チ程度の断面積では熱処理後も伸率が少なく脆
い、従うて７０チ以下の断面積の窒化膜厚さが適当であ
る。

図から窒化層を含んだ状態のものＶｉ、７００″Ｃ以上
の鍋温度で熱処理したとき１強さが向上する場合（＠μ
）と１強さの低下がゆるやかな場合があることがわかる
。線コの５μｍの窒化層の厚さにおいて、ｒｚｏ″Ｃの
熱処理温度で約／ＪＱｋｐ／ｗ”が得られ、無窒化の場
合より約３０ｋｙ／Ｍ”と高い。

／　０　／Ａｍの窒化ノー厚さの場合、約／Ｑｋｙ／舗
”程度。

窒化層厚さ５μｍの場合より強くなっている。

かくして／ｊμｍの窒化膜となると、初期の窒化直後の
１直＜　ｓｒｏ″Ｃで約７！分加熱されて窒化層が形成
されるため、初期値はそれなりに低い、）窒化の初期効
果は、このように膜厚に比例して強さが低下することが
わかる。これはまた窒化膜が表面に形成されただけでは
全体の強化にならないことを示している。線弘における
窒化後の強さ／　２０　ｋｙ／　＝”は％り００’Ｃ３
０分の熱処理によって／　Ｆ　ＯｋＰ／””　＆！　Ｉ
ｔとなる。この状、帽にしてあれば、さらにｒＯＯ″Ｃ
付近の銀ろう付温度で再加熱されても強さの変化はほと
んどない、また高温の使用環境において耐熱的特性が得
られていることになる。この４↓夫Ｖｉ、第２図に示す
ように温度と時間の関係によって、１００分〜ｊ００分
間熱処理１−たとＡＩ弘Ｏｋグ／−２以トの強さが得ら
れることからさらに強調される。

なお、第２図は第１図における線３に相当するものであ
うで、熱処理時間によって強さが急激に変化しているこ
とを示している。ここでｗ／はｒｚｏ”ｃ、線２はＰ０
０℃における熱処理である１゜以上の試験結果において
、伸び率は示していないが７００℃〜２００℃％３０分
〜！ＯＯ分までにおいて７チル１３％の範囲である。こ
の値は窒化直後の値の／〜２ｑＩＩＩより高くなるが、
比較的低い伸び率となっている。

本実施例は、各櫨薄板ばねに溶接、ろう付を行フても破
壊の心配のないあるいは高温の使用環境においても優れ
た部品構成材料を提供できることを示している。

（実施例コ） 前述の板の場合は両面に窒化層が形成されるが。

中空パイプで外側のみを窒化した実施例を以下に示す、
パイプは外径０．３−、内径０．／ｌ−ｍで肉厚は７０
Ａｍである。これｔ−２０μｍ、３０μｍ窒化した場合
と窒化しない場合を試験した。試験した結果は第３図の
とおり、第７図に示した結果と同様である。すなわち、
窒化層厚さ３０μｍのものは、り００’Ｃ３０分の熱処
理で約ｔｓｏｋｔ／ｍ”　　となる０本ＳＡ砲−］のパ
イプは、例えば高速で動作し。

軽くて耐疲労性が要求されるワイヤートッドプリンタの
ワイヤーに好適でｆｂＣ，長寿命化がはかられる。

（発明の効果） 以上述べたように１本発明はステンレス鋼において、窒
化膜を形成させ、これを再加熱温度に対応した７００″
Ｃから２００℃で１５分以上２００分加熱保持すること
によりて、強さを低下させない。

すぐれ九ステンレス鋼が得られる。したがって、部品化
にさいして、尋接、硬ろう付等で強さの低下を免かれな
かワた要素材料に対して何等心配することがない保証を
与えるほか、ステンレス鋼の強度の基本的改質法として
も充分有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は８Ｕ８３０≠材（以下筒じ）において。 窒化層形成後７００℃〜１０００”Ｃ３０分熱処理した
場合の引張り強さの変化を示し、線ｌは無処理の従来の
方法、線２，３．弘はそれぞれ本発明にもとづく窒化層
が５μｍ、７０μｍ、／ｊμｍ（もとの板厚ｚ□ｔｔｍ
）形成された場合である。 第２図はｒ！Ｏ″Ｃ１およびりＯＯ″Ｃで加熱時間を変
化させたときの引張り強さの変化を示す図である。線３
／はｒｚｏ℃、線３．２はり００°Ｃを示す。 第３図はパイプ形状の場合を示し加熱温度による引張り
強さの変化である。 ヤ　１　回 Ｙ−３回

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）窒化法により表面処理されたステンレス鋼を７０
   ０℃から９００℃の間で１５分から５００分間焼鈍し、
   該ステンレス鋼に表面処理された窒化層を表面から内部
   に拡散形成したことを特徴とする高強度ステンレス鋼の
   製造方法。
2. （２）窒化法により表面処理されたステンレス鋼を熱処
   理し得られた窒素拡散層を有することを特徴とする高強
   度ステンレス鋼。