WO2004015160A1 - 窒素吸収処理によるステンレス鋼製製品の製造方法とこれにより得られるステンレス製鋼製品 - Google Patents

Abstract

フェライト型ステンレス鋼製であり、溶製され、所望の形状に加工されたバルク状の製品を、窒素ガスを含む不活性ガスと800℃以上で接触させ、製品全体をオーステナイト化させる又は一部をオーステナイト化させ、フェライトとオーステナイトの2相組織を形成させることにより、難加工材とされるオーステナイト型ステンレス鋼の加工コストを十分低く抑えることができ、強度、耐食性のいずれにおいても十分に満足するのできる特性を有するステンレス鋼製製品を製造可能とする。

Description

明 細 書 窒素吸収処理によるステンレス鋼製製品の製造方法と これにより得られるステンレス鋼製製品 技術分野

この出願の発明は、 窒素吸収処理によるステンレス鋼製製品の製造方 法とこれにより得られるステンレス鋼製製品に関するものである。 きら に詳しくは、 この出願の発明は、 難加工材とされるオーステナイト型ス テンレス鋼の加工コストを十分低く抑えることができ、 強度、 耐食性の いずれにおいても十分に満足することのできる特性を有するステンレ ス鋼製製品を製造可能とする、窒素吸収処理によるステンレス鋼製製品 の製造方法とこれにより得られるステンレス鋼製製品に関するもので ある。 背景技術

オーステナイ ト型ステンレス鋼は難加工材であり、 それゆえ、 所望の 形状への加工が難しく、 加工コストの高騰を招いている。 オーステナイ ト型ステンレス鋼は耐食性、 強度ともに優れるものであるだけに所望の 形状品、 複雑な形状を有する製品をも安価に提供することが望まれる。 粉末冶金法では、 焼結成形時に窒素を吸収させるという試みがなされ ているが、 粉末冶金法により成形された製品を製造するためには大規模 な装置が必要であり、 製造可能な製品の大きさや形状に制約がある。 ま た、 粉末冶金法により得られた製品にはポアと呼ばれる無数の空孔がぁ り、 これが製品の機械的特性に反映し、 力学的信頼性に問題がある。 一方、 溶製により製造されるバルク材については窒素吸収処理は行わ れていない。 その理由は、 一般に金属材料を高温度の窒素雰囲気中に長 時間保持すると、 ミクロ組織が粗大化し、 機械的特性が大幅に低下する ことが常識となっていたからである。 つまり、 バルク材の力学的信頼性 の低下が強く危惧されていたのである。

この出願の発明は、 このような事情に鑑みてなされたものであり、 難 加工材とされるオーステナイ ト型ステンレス鋼の加工コストを十分低 く抑えることができ、 強度、 耐食性のいずれにおいても十分に満足する のできる特性を有するステンレス鋼製製品を製造可能とする、窒素吸収 処理によるステンレス鋼製製品の製造方法とこれにより得られるステ ンレス鋼製製品を提供することを解決すべき課題としている。 発明の開示

この出願の発明は、 以上の課題を解決するものとして、 フェライト型 ステンレス鋼製であり、 溶製され、 所望の形状に加工されたバルク状の 製品を、 窒素ガスを含む不活性ガスと 800で以上で接触させ、 製品全体 をオーステナイト化させる又は一部をオーステナイト化させ、 フェライ 卜とオーステナイ トの 2相組織を形成させることを特徴とする窒素吸 収処理によるステンレス鋼製製品の製造方法 （請求項 1 ) を提供する。 またこの出願の発明は、 フヱライト型ステンレス鋼製であり、 溶製さ れ、 所望の形状に加工されたバルク状の製品に、 窒素ガスを含む不活性 ガスにより窒素が添加され、製品全体がオーステナイト化されたことを 特徴とするステンレス鋼製製品 （請求項 2 ) を提供する。

さらにこの出願の発明は、 フェライト型ステンレス鋼製であり、 溶製 され、 所望の形状に加工されたパルク状の製品に、 窒素ガスを含む不活 性ガスにより窒素が添加され、 製品の一部がオーステナイ ト化され、 フ ェライ 卜とオーステナイ トの 2相組織を有することを特徴とするステ ンレス鋼製製品 （請求項 3 ) をも提供する。

以下、 実施例を示しつつ、 この出願の発明の窒素吸収処理によるステ ンレス鋼製製品の製造方法とこれにより得られるステンレス鋼製製品 についてさらに詳し.く説明する。 図面の簡単な説明

図 1は、 実施例において、 真空アーク溶解炉を用いて溶製した 3.5kg のフヱライト型ステンレス鋼 （Fe- 24質量 Cr- 2質量 Mo) の錶塊を示し た図面に代わる写真である。

図 2は、 図 1に示した铸塊から熱間及び冷間鍛造により作製された丸 棒材を示した図面に代わる写真である。

図 3は、 図 1に示した铸塊から熱間及び冷間鍛造により作製された板 材を示した図面に代わる写真である。

図 4は、 図 2に示した丸棒材から作製された丸棒引張試験片を示した 平面図である。

図 5 (a) (b) は、 それぞれ、 窒素吸収処理後の試験片と； 窒素吸 収処理を行わなかった試験片同等品の X線回折パターンである。

図 6は、 試験片、 既存合金及び窒素吸収処理を行わなかった試験片同 等品の強度一延性のパランスを示した相関図である。

図 7 (a) (b) (c) (d) は、 それぞれ、 0.9¾NaCl溶液、 PBS (- )溶 液、 Hanks溶液、 Eagle's MEM溶液中に試験片、 316Lステンレス鋼及び 窒素吸収処理を行わなかった試験片同等品を浸漬し、 その耐食性を評価 した分極試験の結果を示した分極曲線である。

図 8 (a) (b) は、 それぞれ、 Eagle's MEM溶液中で分極試験した後 の試験片の表面、 316Lステンレス鋼の表面を観察した光学顕微鏡写真で あ 。 発明を実施するための最良の形態

この出願の発明の窒素吸収処理によるステンレス鋼製製品の製造方 法では、前述のとおり、フェライト型ステンレス鋼製であり、溶製され、 所望の形状に加工されたパルク状の製品を、 窒素ガスを含む不活性ガス と 800で以上で接触させ、 製品全体をオーステナイト化させる又は一部 をオーステナイト化させ、 フェライトとオーステナイトの 2相組織を形 成させる。所望の形状に加工されたバルク状の製品を窒素ガスを含む不 活性ガスと 800で以上で接触させるという上記手法は、 いわゆる固相吸 収法に分類される窒素吸収処理に属し、 窒素ガスを含む不活性ガス雰囲 気中で製品を 800で以上に加熱することにより製品の全体又は一部に窒 素が添加される。 この出願の発明の窒素吸収処理によるステンレス鋼製 製品の製造方法では、 窒素を添加する対象が、 フェライ ト型ステンレス 鋼製の溶製された製品であるため、 オーステナイト型ステンレス鋼に比 ベ加工が容易であり、 所望の形状を有する製品が得られる。 また、 粉末 冶金法における装置規模及び成形の制約、 ならびに溶製についても指摘 される力学的信頼性が解消される。

このようにして得られるこの出願の発明のステンレス鋼製製品は、製 品全体がオーステナイト化され、 又は製品の一部にオーステナイト化が 起こり、 フェライトとオーステナイトの 2相組織化された製品となる。 このため、 この出願の発明のステンレス鋼製製品は、 優れた耐食性と強 度を併せ持ち、 また、 複雑な形状を有するステンレス鋼製製品であって も、 その加工コストは低く抑えられ、 安価な製品であるという利点を有 する。 フェライ ト型ステンレス鋼のバルク状製品への窒素の添加量は、 おおむね 0. 5質量％以上であれば上記の効果は十分得られる。 実 施 例

真空アーク溶解炉を用いて、 図 1に示したような 3. 5kgのフェライト 型ステンレス鋼 （Fe- 24質量％Cr- 2質量％Mo) の铸塊を溶製した。 この铸 塊を 4つに分割、 切断し、 25min x 25miii x 110mm のブロックとした後、 1100でで熱間鍛造及び室温で冷間鍛造を行い、 図 2、 図 3にそれぞれ示 したような直径 9 mm X 90腿の丸棒材、厚さ 1. 5 mix 1 5顏 X 1 5 mmの板 材を作製した。 図 2に示した丸棒材からは、 さらに機械加工により図 4 に示した平面形状を有する丸棒引張試験片を作製した。 これら 2種類の 試験片に対し、 材料窒素化装置を用いて以下に示すような窒素吸収処理 を行った。

すなわち、 試験片を SUS304製のメッシュ状ボードに載せ、 アセトン で脱脂洗浄後、 材料窒素化装置の窒素化部内に挿入、 配置し、 2Paまで ロータリ一ポンプにより真空引きした。 次いで窒素化部に 2リットル /min の流量で窒素ガスを含む不活性ガスを導入し、 室温から 5 /] iiin の速度で 1200Tまで窒素化部を昇温させて試験片と窒素ガスを 1200で で 24時間接触させた。

以上の窒素吸収処理後、試験片を 1200でから氷水中に焼入れした。表 面のスケールを研磨により除去した後、 X線回折装置を用いてミクロ組 織の同定を行った。 この X線回折においては C u Κ α管球を用い、 2 Θ /Θ = 40 ° 〜 90 ° まで 1 ° /minずつ変化させた。 図 5 (a) は得ら れた X線回折パターンである。 比較のために、 図 5 (b) に窒素吸収処 理を行わなかった試験片同等品の X線回折パターンを示した。図 5 ( a) (b) の対比から明らかなように、 窒素吸収処理後の試験片は、 完全に オーステナイト型ステンレス鋼となっていることが確認される。窒素の 添加量はほぼ 0.9質量％であった。

次に、容量 lOOkNのインスト口ン型引張試験機を用いてクロスへッド 速度 5mm/ffliiiで試験片の引張試験を行った。窒素吸収処理後の試験片、 窒素吸収処理を行わなかった試験片同等品及び既存合金の強度及び延 性のパランスを図 6に示した。 図 6から確認されるように、 窒素吸収処 理を行うと、既存合金及び窒素吸収処理を行わなかった試験片同等品に 比べ、 強度及び延性のパランスが優れる。 窒素吸収処理の有効性が確認 される。

さらに、 試験片について耐食性の評価を行った。

3 7でに調整し、 窒素ガスを用いて脱気した 0.9¾NaCl 溶液、 PBS (-） 溶液、 Hanks溶液、 Eagle's MEM溶液中に試験片、 316Lステンレス鋼及 び窒素吸収処理を行わなかった試験片同等品を浸漬した。 図 7 (a) 〜 (d) は、 それぞれ、 耐食性の評価のために行った分極試験の結果であ る分極曲線である。 図 7 (a) 〜 （d) から確認されるように、 いずれ の試験溶液に対しても窒素吸収処理した試験片は、 316Lステンレス鋼及 び窒素吸収処理を行わなかった試験片同等品に比較して優れた耐食性 を示し、 また、 図 8 ( a ) に示したように、 孔食の発生は認められなか つた。 316Lステンレス鋼には、 図 8 ( b ) に示したように、 孔食が発生 した。

この出願の発明の窒素吸収処理によるステンレス鋼製製品の製造方. 法とこれにより得られるステンレス鋼製製品は、 オーステナイト型ステ ンレス鋼が有する難加工性という欠点を解消し、 たとえ複雑な形状を有 する製品も低コス卜で実現可能であり、十分な強度及び耐食性を有する。

もちろん、 この出願の発明は、 以上の実施形態及び実施例により限定 されるものではない。 ステンレス鋼の組成、 製品の形状及び大きさ、 窒 素吸収処理条件などの細部については様々な態様が可能であることは いうまでもない。 · 産業上の利用可能性

以上詳しく説明した通り、 この出願の発明によって、 難加工材とされ るオーステナイト型ステンレス鋼から形成され.、 所望の形状を有し、 加 ェコストを十分低く抑えることができ、 強度、 耐食性のいずれにおいて も十分に満足するのできる特性を有するステンレス鋼製製品とその製 造方法が提供される。

Claims

請求の範囲

1 . フェライト型ステンレス鋼製であり、 溶製され、 所望の形状に加 ェされたバルク状の製品を、 窒素ガスを含む不活性ガスと 800で以上で 接触させ、 製品全体をオーステナイト化させる又は一部をオーステナイ ト化させ、 フェライ 卜とオーステナイトの 2相組織を形成させることを 特徴とする窒素吸収処理によるステンレス鋼製製品の製造方法。

2 . フェライト型ステンレス鋼製であり、 溶製され、 所望の形状に加 ェされたバルク状の製品に、窒素ガスを含む不活性ガスにより窒素が添 加され、製品全体がオーステナイト化されたことを特徴とするステンレ ス鋼製製品。

3 . フェライト型ステンレス鋼製であり、 溶製され、 所望の形状に加 ェされたパルク状の製品に、窒素ガスを含む不活性ガスにより窒素が添 加され、 製品の一部がオーステナィト化され、 フェライ卜とオーステナ ィトの 2相組織を有することを特徴とするステンレス鋼製製品。