JPH03215625A - 超塑性二相ステンレス鋼の製造方法及びその熱間加工方法 - 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、優れた超塑性を示す２相ステンレス鋼の製造
方法およびその熱間加工方法に関する。

（従来の技術） 一般に、２相ステンレス鋼は、その最終工程で１０００
〜１１００℃近辺に加熱後急冷する溶体化処理を施して
使用され、その状態でα相とＴ相の２相を呈している。

このような２相ステンレス鋼は、耐食性に優れた効果を
発揮するのみならず、強度、靭性および溶接性などにお
いても優れた性質を具備することが知られており、近年
、種々の分野での需要が増大している。しかし、２相組
織であるためいわゆる難加工材に属するものとしても知
られているように、その加工の面から用途が著しく制限
されることがあった。

そこで２相ステンレス鋼の有する上記特性を備えた製品
の量産手段を模索した今までの研究結果をふまえ、例え
ば熱間加工に有害なＳやＯなどの不純物を低減する対策
がとられるようになってきて、管や板などの形状の単純
なものや、比較的簡単な形状の鍛造品の製造は可能とな
ってきているが、複雑な形状の部品、例えば管継手やバ
ルブ等の製造は極めて困難であり、未だに能率や歩留の
悪い機械加工や鋳物に頼らざるを得ないのが現状であっ
た。

（発明が解決しようとする課題） ところで、このような難加工材を複雑な形状に加工する
方法として近年その研究の進歩が著しい超塑性加工技術
を利用した方法の適用が２相ステンレス鋼に対しても研
究されている。本発明者は成分系と適当な前処理を選べ
ば１０−’ｓ−’の歪速度で２０００％以上の加工変形
が可能であり、１０−’ｓという比較的速い歪速度でも
２００％程度の超塑性変形が可能なことを明らかにした
（鉄と鋼、ｖｏｌ．７０、Ｎα１５、ｐ．２１６８〜２
１７５）。その結果、今日では、二相ステンレス鋼の超
塑性加工や超塑性固相接合への適用が活発に図られるよ
うになってきた。

しかしながら従来の材料ではやはり通常の熱間加工に比
べて変形速度が遅く、量産工程に適さないという難点が
あった。

本発明は上述のような問題を解決すべくなされたもので
あり、その主たる目的は二相ステンレス鋼の通常の熱間
加工に比べ遜色のない速い歪速度での超塑性変形が可能
な高歪速度超塑性二相ステンレス鋼の製造方法およびそ
の方法で得た綱に適した熱間加工方法を提供することに
ある。

（課題を解決するための手段） 本発明者は、前記のような観点から鋭意研究を重ね、従
来言われているところの二相混合組織による微細粒超塑
性のみでは上記目的の達成が困難であるが、加工変形中
のδ−フェライト→オーステナイト　（γ）相への変態
を同時に利用すれば超塑性現象が大幅に加速されること
、さらに適当な前処理によって上記変態速度が加速され
、さらにはより微細化が可能な状態で上記変態が進行し
超塑性現象が一層加速されることを知見して本発明を完
成した。

かくして、本発明の要旨とするところは、Ｐｅ、Ｃ『、
Ｎｉを主成分とする二相ステンレス鋼を実質的にフェラ
イト単相となる温度−１００℃以上の温度に加熱して、
溶体化の後、７００℃以下で５０％以上の加工を施すこ
とを特徴とする超塑性二相ステンレス鋼の製造方法であ
る。

また、別の面からは、本発明は、Ｆｅ，　Ｎｉ，　Ｃｒ
を主成分とする二相ステンレス鋼を溶融、凝固後、実質
的にフェライト単相となる温度から７００℃までの冷却
速度が３℃／ｓ以上となるようにして鋳造した鋼片に７
００　’Ｃ以下で５０％以上の加工を施すことを待徴と
する超塑性二相ステンレス鋼の製造方法である。

このように本発明により製造された超塑性二相ステンレ
ス鋼は、９００〜１１００℃に加熱後１０−２ｓ−’以
上１０２ｓ−’以下の歪速度で変形することにより超塑
性現象を効果的に現出させることが可能となる．また、
その際に、熱間加工温度へ加熱する際の昇温速度を０．
５℃／Ｓ以上としかつ変形までの均熱時間を１０分未満
とすることによって、超塑性現象をより一層効果的に現
出させることができる。

（作用） 本発明の構成と作用について説明する。

本発明により優れた特性を発揮するための二相ステンレ
ス鋼はＦｅ，　Ｃｒ，　Ｎｉを主成分とするものである
ならいずれでもよいが、好ましくは超塑性変形温度であ
る１０００℃近辺での熱平衡状態においてδ−フェライ
ト地中にＴ相が３０〜５０％（体積％）混在するものが
よい。

対象となる綱は、好ましくは．Ｎｉ：４〜１８％、Ｃｒ
：１５〜３５％、残部Ｆｅから成る基本組成を有するも
のである。さらにＳｉ≦５％およびＭｎ≦５％の一種以
上を含有していてもよい。なお、以下にあって特にこと
わりのない限り、ｒ％」は「重量％」である。

また必要により、Ｍｏ≦６％、Ｃｕ≦１％、Ｔｉ≦０．
５　％、Ｚｒ≦０．５　％、Ｎｂ≦０．５　％、■≦０
．５　％、Ｗ≦１％、Ｃ≦０．１％、Ｎ≦０．８％、お
よびＢ≦０．０１％のうちの一種または二種以上を含有
し、場合によっては、さらにＲｅやＣａをも少量含有し
ていてもよい。

これらのうち、固熔Ｎはδ→Ｔ変態を促進し、超塑性を
加速するので０．０５〜０．２５％添加するのが好まし
く、逆に窒化物としてＮを固溶してしまうＴｉＸＺｒ．
　Ｎｂ、■は余り添加しない方が好ましい。

次に、本発明にがかる超塑性二相ステンレス鋼の製造方
法の各工程について説明する。

まず、上記組成を有する鋼は通常の工程で熔解した後、
連続鋳造法やインゴノト法によって鋳塊とし、分塊圧延
や熱間圧延によって鋼板、棒鋼あるいは管材とする。

このようにして用意された素材を、次いで、フェライト
単相となる温度−１００℃以上の温度に加熱するが、こ
れはそれによってδ−フェライト相を増し超塑性変形中
のδ一Ｔ変態量を充分確保するためである。したがって
、この温度はδ単相域であることが好ましく、γが少量
残存するフェライト単相となる温度−１００″Ｃ以上で
も構わない。

この温度での保持時間は特に制限されないが、通常は、
３０〜６０分間保持後、急冷して溶体化する．このよう
に加熱後、溶体化してから、通常は水冷などによって７
００℃以下に象，冷し、７００℃以下で５０％以上の加
工を行う。これは加工を与えることによって超塑性変形
温度への加熱中もしくは変形中に加工によって導入した
転位を核としてＴを６−フェライト粒内に微細に析出さ
せ、かつ変態速度も上昇させて高歪速度超塑性を可能に
するためである。

加工温度の上限を７００℃としたのはそれを超えた温度
では回復により加工歪が解消する他、δ→Ｔ変態が進行
してしまうからである。また、加工度は高い方が好まし
＜５０％未満だと効果がないので下限を５０％とした。

好ましくは室温で５０％以上の冷間加工を施す。

ここに、上記加工度は板厚圧下量で示す。

以上の場合、素材は一旦板、棒、管などの加工素材に加
工してから本発明によって、超塑性を付与すべく上述の
条件で加熱、加工するのである。

一方、本発明の別の変更例によれば、鋳造プロセスと組
み合わせた前処理法も可能である．この場合、当該鋼を
鋳造、凝固後δ単相となる温度をすぎてから７００℃ま
での冷却速度制御が重要となり、十分なフェライト量を
確保するには冷却速度を３’Ｃ／ｓ以上とする必要があ
り、例えば連続鋳造法を採用する場合、鋳片断面形状寸
法と冷却速度とのかねあいが重要となる。上記冷却速度
は好ましくは１０℃／Ｓ以上とする。

かくして製造される超塑性２相ステンレス鋼は、超塑性
を発渾しながら熱間加工されるが、本発明によれば、熱
間加工に際して超塑性変形温度を９００〜１１００℃と
したのはこの範囲で最も超塑性が得られ易いためであり
、一方、歪速度を１０−２〜１０°２Ｓ−１としたのは
、この範囲をはずれると超塑性が得にくいからである。

本発明にかかる加工方法においては超塑性変形温度への
昇温速度や加熱後変形前の保持時間も重要である。すな
わち、昇温速度が遅すぎたり、保持時間が長すぎるとそ
の間にδ→Ｔ変態が進んで超塑性特性が劣化するので下
限および上限をそれぞれ０．５℃／ｓ、１０分とした．
好ましくは１℃／ｓ以上、５分以内である。

なお、本発明における超塑性加工とは、鍛造、バルジ成
形、線引、押出し等を包含し、上記条件の加工を施すも
のは全て対象となる他、超塑性を利用した拡散接合を含
むものももちろん本発明の範囲に包含される。

本発明によって加工した製品の後処理としては、特に必
要としないが、場合によってはスケール除去の場合の酸
洗やσ相が析出した場合などでは溶体化処理が必要なこ
ともある。

このようにして得られた製品は超塑性加工によって組織
が著しく微細化しているので、その機械的性質や耐食性
において通常工程で製造されたちの以上のすぐれた性質
をも有するようになるのである。

次に、実施例により、本発明を一層具体的に説明する． 実施例１ 第１表に示す成分の綱゜を実験室の高周波炉で大気中溶
解し、それぞれ５０ｋｇのインゴノトとした。

熱間鍛造と熱間圧延によって厚さ２０〜５ｍｍの種々の
鋼板に圧延加工した。

（以下余白） まずＡ鋼の５ｍｍ厚の鋼板を種々の温変に３０分加熱し
てから５０’Ｃにまで水冷して溶体化処理を行った後、
厚さ１＋ｎ＋まで（加工度８０％）冷間圧延した。

冷間圧延温度は３０℃であった．このようにして得た材
料より引張試験片を採取し、加熱温度と超塑性伸びとの
関係を見た。超塑性加工は１０００″Ｃに加熱し、歪速
度ｔ　＝ＩＸ１０−’ｓ−’で行った。

結果を第１図にグラフで示す。

これからも判るように、本発明方法の範囲で優れた超塑
性が得られている。超塑性変形温度には３℃八で昇温し
、変形前に２分間保持した。

第２図は同しくＡ鋼の５ｍ＋ｓ厚材を１３５０℃に加熱
、３０分間保持してから５０℃にまで水冷した後ＩＩま
で３０℃で冷間圧延し、このようにして得た材料から引
張試験片を採取し超塑性変形温度の影響を調べたもので
あり、９００〜１１００℃の範囲で２００％以上の伸び
が得られている。超塑性加工は歪速度ｔ”７Ｘ１０−’
ｓ−’で行った。なお、上限の歪速度＜１＞であるＩ　
Ｘ１０２ｓ−’ニおイテも９００　〜１１００゜ｃでは
２００％以上の超塑性伸びが得られた．超塑性変形温度
ヘの加熱条件は第１図の場合と同しであった。

第３図は前加工条件の影響を同じ＜　１３５０℃溶体化
材について調べたものであり、溶体化後７００℃以下で
の圧延によって優れた結果が得られた。前加工は５ＩＩ
Ｉｆｉ→２．５　ｍｍと、加工度５０％で行った。

超塑性加工は１０００℃に加熱し、歪速度ｔ−１×１０
−’ｓ−’で行った。超塑性変形温度には３℃／ｓで昇
温し、変形前に２分間保持した。

実施例２ 本例では、Ａ鋼を用いて超塑性加工温度への昇温速度な
らびに変形前保持時間の影響を調べた。

前処理としては１３５０℃で溶体化後室温にまで水冷し
てからその温度で５１→ｌＩＩＩｍまで冷間加工したも
のである． 超塑性加工は１０００℃に加熱し、歪速度ｔ−２×１０
−’ｓ−’で行った。超塑性変形温度には３℃八で昇温
し、変形前に２分間保持した。

結果を第４図および第５図にグラフで示すがこれにより
本発明方法の効果は明らかである。

なお、第６図には同様な試験によって行った加工伸びの
結果の鋼種による比較を示す．実施例３ 最後にＡ鋼と全て同じものを溶解し、内容積厚さ２０＋
＊＊の分割金型中に鋳込み、凝固後直ちに金型をはずし
て水冷した。このときの鋳片中心部の１３５０〜７００
℃までの平均冷却速度は５℃八であった。

鋳片の表層黒皮部をそれぞれ５１１１Ｎずつ除去後、３
ＩＩＩ１まで冷間加工して試験片を採取した。

各試験片を加熱温度１０００″Ｃ、歪速度ｔ　＝　ｌ　
ＸＩＯ１ｓ−１で超塑性加工を行ったところ、８００％
以上の超塑性伸びを示した。超塑性加工は昇温速度３℃
／Ｓ、変形前に２分保持して行った。

一方、鋳込み後放冷したもの（中心部の冷却速度は０．
２℃　／ｓ）では超塑性伸びは１５０％しか得られなか
った。

（発明の効果） 本発明は以上説明したように構成されたことにより、通
常の熱間加工と比べ遜色のない速い歪速度での超塑性変
形を可能ならしめるという顕著な効果が奏され、産業上
益とするところ極めて大である．

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第６図は、 本発明により得られた 超塑性材の特性を示すグラフである．

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉを主成分とする二相ステンレス
   鋼を実質的にフェライト単相となる温度−１００℃以上
   の温度に加熱して、溶体化の後、７００℃以下で５０％
   以上の加工を施すことを特徴とする超塑性二相ステンレ
   ス鋼の製造方法。
2. （２）Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒを主成分とする二相ステンレス
   鋼を溶融、凝固後、実質的にフェライト単相となる温度
   から７００℃までの冷却速度が３℃／ｓ以上となるよう
   にして鋳造して得た鋼片に７００℃以下で５０％以上の
   加工を施すことを特徴とする超塑性二相ステンレス鋼の
   製造方法。
3. （３）特許請求の範囲１または２記載の方法で製造した
   超塑性二相ステンレス鋼を９００〜１１００℃に加熱後
   １０＾−＾２ｓ＾−＾１以上１０＾２ｓ＾−＾１以下の
   歪速度で変形することを特徴とする超塑性二相ステンレ
   ス鋼の熱間加工方法。
4. （４）熱間加工温度へ加熱する際の昇温速度を０．５℃
   ／ｓ以上としかつ変形までの均熱時間が１０分未満とす
   る請求項３記載の超塑性二相ステンレス鋼の熱間加工方
   法。