JPH04173926A - マルテンサイト系ステンレス鋼帯に疲労特性を付与する方法 - 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】 〔技術分野〕 本発明はマルテンサイト系ステンレス鋼帯の疲労特性を
改善する方法に関する。

〔発明の背景〕

マルテンサイト系ステンレス鋼板は、焼鈍または熱処理
時においてγ単相域への加熱から通常の空冷（厚内のも
のでは急冷）によってマルテンサイト組織としたもので
あるが、繰返し応力を受ける用途に使用されることも多
く、その疲労特性が問題となることがある。

例えばスチールベルトにマルテンサイト系ステンレス鋼
板を適用する場合には、従来においては低炭素Ｃｒ−Ｎ
　ｉ系のステンレス鋼板を焼入れしてマルテンサイト組
織とするか、焼入れたあと形状修正圧延したものが使用
されている。この場合。

高強度が要求されることはもとより、疲労限が高いこと
が必要となる。従来のマルテンサイト系ステンレス鋼を
用いたスチールベル・トにおいて、その疲労限は１０７
サイクルで約５２ｋｇｆ／ｍ＋ｗ”といったところが最
大である。

本発明の一つの目的は、このようなマルテンサイト系ス
テンレス鋼に優れた疲労特性を付与することにある。し
かも、この疲労特性を引張強さが１００ｋｇｆ／ａｍ”
クラスの高強度特性と共に付与することにある。

他方、スチールメーカにおいて既にマルテンサイト組織
としたマルテンサイト系ステンレス鋼帯を製造し、この
鋼帯を出荷する場合に、この鋼帯自体が既に優れた疲労
特性を有するように改質されておれば、ユーザー側での
熱処理等が省略されるので極めて有利であると共に、用
途拡販も望める。

したがって９本発明の他の目的は、疲労特性に優れたマ
ルテンサイト系ステンレス鋼帯を工業的有利に製造する
技術を確立するにある。

〔目的を達成する手段〕

前記の目的を達成せんとしてなされた本発明の要旨とす
るところは、既にマルテンサイト組織を有するマルテン
サイト系ステンレス鋼帯を通常の製造法によって工業的
に製造したうえ、この鋼帯を連続熱処理炉に通板し、当
該鋼のＡｓ点＋３０°Ｃ以上でＡｆ点以下の温度範囲で
連続熱処理する点に特徴があり、この低温連続熱処理に
よって該鋼帯に優れた疲労特性を付与するものである。

ここで、Ａｓ点は昇温過程でマルテンサイト相からオー
ステナイト相へ変態が開始する温度であり、Ａｆ点は昇
温過程でマルテンサイト相からオーステナイト相へ変態
が終了する温度である。

なお、該熱処理に供されるマルテンサイト組織を有する
鋼帯は２０容積％以下のフェライト相またはオーステナ
イト相を有していても、意図する疲労特性の改善が行わ
れ得る。また、Ａｆ点が９００℃を越えるような鋼帯で
ある場合には該熱処理温度は９００°Ｃ以下とするのが
よい。

〔作用〕

実質的にマルテンサイト組織を有するステンレス鋼帯を
連続熱処理炉に連続通板して、（Ａｓ点＋３０°Ｃ〕〜
（Ａｆ点〕の温度範囲に加熱し、常温に冷却（空冷）す
ると、マルテンサイト相の一部が逆変態して０．３〜２
μ閘の粒径の微細なオーステナイト相と未変態のマルテ
ンサイト相の二相組織とすることができる。この微細な
二相組織を得ることにより、高い耐力が発現し、ひいて
は綱帯の疲労限が著しく高くなる。組織が微細化すると
強度が高くなることはＨａｌｌ−Ｐｅｔｃｈの式でも知
られたところであるが１本発明によれば、高強度と共に
疲労限が向上する。

鋼帯の最終製造工程で形状修正圧延を行わなかった鋼帯
を使用しても、該連続熱処理炉においてはロール間に所
要の張力下で架は渡した状態で通板されるので、ｍ帯の
長手方向に張力が加わりながらマルテンサイトの一部が
オーステナイトに逆変態し、この逆変態の進行につれて
材料が平坦化されるという作用もある。

また、逆変態で生成したオーステナイト相は微細で安定
であり、室温まで冷却しても焼入れマルテンサイトに再
度変態しない。このため、焼入れひずみを発生すること
なく平坦度を保ったまま常温においてマルテンサイト相
と逆変態オーステナイト相との微細な二相組織が得られ
る。

このような諸作用は、連続熱処理炉に通板される前の鋼
帯が実質的にマルテンサイト組織を有しておればよく１
例えば２０容積％以下のフェライト相またはオーステナ
イト相を有していてもそれほど損なわれない。

なお、鋼帯の加熱温度がＡｓ点＋３０°Ｃ以下では生成
される逆変態オーステナイト量が少なすぎるため、また
Ａｆ点以上では逆にマルテンサイト量が残留しなくなる
か、残留量が少なくなりすぎるため、安定した微細な二
相組織が得られない。またＡｆ点が９００°Ｃを越える
ような鋼帯である場合には該熱処理温度は９００℃以下
とするのがよい。

９００°Ｃを越える温度ではマルテンサイト量が残留量
が少なくなりすぎることがあるからである。

〔発明の好ましいｔｉｉ様］ 連続熱処理炉においてマルテンサイト組織を有するステ
ンレス鋼帯を通板させるさいに、その張力の程度はＡｓ
点に近い低温域では０．５ｋｇｆ／ｍｓ”以上の高い張
力が望ましく、Ａｆ点に近い高温域では０．５ｋｇｆ／
ｍＩ＋＋”未満の低い張力が望ましい、このような張力
の調整は、鋼帯を架は渡すロール間距離の調節によって
行い得る。鋼帯の垂れ下がる自重量の調節によって張力
を調整し得るか゛らである。

また熱処理時間は低温域では長く、高温域では短く調節
するようにするのがよい、いずれにしてもこのような張
力と保持時間は、綱の成分組成や熱処理温度とも関係す
るが、マルテンサイト相の一部がオーステナイト相に逆
変態し、微細な二相組織となるように且つ平坦化が達成
されるように調節することが肝要であり、これは処理対
象鋼帯の数層の試験によって知ることができる。

本発明法を適用するステンレス鋼は、焼鈍状態でマルテ
ンサイト組織を呈するマルテンサイト系ステンレス鋼が
本旨である。連続熱処理炉に通板する前の鋼帯の組織状
態は実質的にマルテンサイト組織であることが必要であ
り、このマルテンサイト組織は鋼中の成分とも関係する
が、鋼帯の最終製造工程が焼鈍工程であるマルテンサイ
ト組織とした焼鈍鋼帯、この焼鈍鋼帯を仕上冷間圧延し
た冷延鋼帯（場合によっては冷間圧延によって加工誘起
マルテンサイトを生成させた冷延鋼帯）を素材鋼帯とす
る。しかし、１００％マルテンサイト相である必要は必
ずしもなり、２０容量％までのフェライト相或いはオー
ステナイト相が存在したものでもよい、いずれにしても
、得られる複相組織の状態で引張強さが１００ｋｇ／ｍ
＋＊”クラス以上の高強度を得ることのできるものがよ
く、この要件を満たす範囲の綱の成分と組織割合を本発
明は包含するものである。

鋼の成分については、１０〜１７％のＣｒと０．１５％
以下のＣを含有する低炭素マルテンサイト系ステンレス
鋼を中心とする。Ｎｉも主要な成分の一つとすることが
でき、また前記の要件を満たすかぎり、この種の鋼に含
有させる通常の合金元素の添加も勿論可能である。

その代表的な化学成分と含有量を挙げると次のとおりで
ある。

Ｃ：０．１５％以下（０を含まず）。

Ｓ　ｉ　：　６．０％以下（０を含まず）。

Ｍｎ：１０．０％以下（０を含まず）。

Ｎｔ：８．０％以下（０を含まず）。

Ｃｒ　：　１０．０〜１７．０％。

Ｎ：０．３％以下（０を含まず）。

Ｍｏ　：　４．０％以下（０を含む）。

Ｃｕ　：　４．０％以下（無添加を含む）。

Ｃｏ：４．０％以下（０を含む）。

さらに＋　　Ｔｉ＋ＡＩｔＮｂ、Ｖ、Ｚｒ、Ｂ、希土類
元素を総量で１．０％以下や、不可避的不純物も含有す
ることができる。

ただし、Ｔｉ、Ａ１．Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒ、Ｂ、希土類元素
を含まない組成の場合は。

Ｎｉ、、＝　Ｎｉ＋Ｍｎ＋　Ｃｕ＋Ｍｏ＋０．２Ｃｏ＋
０．５Ｃｒ＋Ｓ０３ｉ＋２０（Ｃ＋Ｎ）Ｔｉ、Ａｌ、Ｎ
ｂ、Ｖ、Ｚｒ、Ｂ、希土類元素を含む組成の場合は。

Ｎｉｅｑ＝Ｎｉ＋Ｍｎ＋　Ｃｕ＋Ｍｏ＋０．２Ｃｏ＋０
．５Ｃｒ＋Ｓ０３ｉ で定義されるＮｉｅｑ（Ｎｉ当量）の値が８．０〜１７
．５の範囲内となるように各成分量を調整する。これら
主要元素の含有量範囲をこのように規制するのは次のよ
うな理由による。

Ｃはオーステナイト生成元素で、Ａｓ点＋３０°Ｃ以上
、Ａｆ点以下の温度域での熱処理により生成される逆変
態オーステナイト相の安定化に有効に作用するとともに
、逆変態オーステナイト相とマルテンサイト相の強化に
有効に作用する。しかしながら、多量に含有すると逆変
態処理時にＣｒ炭化物が生成され耐食性が劣化するため
、その上限を０．１５％とする。

Ｃｒはステンレス鋼の基本成分であり、良好な耐食性を
得るには１０．０％以上含有させる必要がある。しかし
ながら＋　　Ｃｒはフェライト生成元素であり、多量に
含有すると多量のδフェライト相が生成され９本発明で
適用する熱処理以前の鋼帯製造時の焼鈍後に、常温でマ
ルテンサイト単相組織が得られ難くなるため、上限を１
７．０％とする。

Ｎｉはオーステナイト生成元素でＡｓ点＋３０°Ｃ以上
、Ａｆ点以下の温度域での熱処理により生成される逆変
態オーステナイト相の安定化に有効に作用する。しかし
、多量に含有すると鋼帯製造時の焼鈍後、常温でマルテ
ンサイト単相組織が得られ難くなるので８．０％以下の
範囲で含有させるのがよい。

ＳｉはＡｓ点とＡｆ点の温度範囲を広げるのでオーステ
ナイト相とマルテンサイト相の安定した二相組織を得る
のに有利に作用し、また熱処理後の逆変態オーステナイ
ト相とマルテンサイト相の強化にも有効な元素である。

しかし多量に含有すると製造性が劣化するため、６．０
％以下の範囲で含有させるのがよい。

Ｍｎはオーステナイト生成元素でありＡｓ点＋３０°Ｃ
以上、Ａｆ点以下の温度域での熱処理により生成される
逆変態オーステナイト相の安定化に有効に作用する。し
かし多量に含有すると鋼の溶製時にＭｎヒユームが生成
する等、鋼の製造性が悪くなるので１０．０％以下とす
るのがよい。

ＮはＣと同様のオーステナイト生成元素でＡｓ点＋３０
°Ｃ以上、Ａｆ点以下の温度域で熱処理により生成され
る逆変態オーステナイト相の安定化に有効に作用すると
ともに、逆変態オーステナイト相とマルテンサイト相の
強化にも有効な元素である。しかしながら、多量に含有
すると鋼の溶製時にブローホールが生成し、健全な鋼塊
が得られなくなるので０．３０％以下とするのがよい。

Ｍｏは耐食性を向上させるとともに、熱処理後の逆変態
オーステナイト相とマルテンサイト相の強化に有効な元
素である。しかしながら、Ｍｏはフェライト生成元素で
あり、多量に含有すると多量のδフェライトが生成され
、鋼帯製造時の焼鈍後、常温でマルテンサイト単相組織
が得られ難くなるので４．０％以下とするのがよい。

ＣｕはＮｉと同様にオーステナイト生成元素であり、熱
処理後のオーステナイト相の形成に有効であるが、多量
に含有すると鋼帯製造時の熱間加工性が低下するので４
．０％以下とするのがよい。

ＣｏはＮｉと同様にオーステナイト生成元素であり、熱
処理後のオーステナイト相の形成に有効であるが、多量
に含有すると鋼が高価になるので。

４．０％以下とするのがよい。

Ｔｉ、Ａｌ、Ｎｂ、ＶおよびＺｒはいずれも逆変態処理
によって生成したオーステナイト・マルテンサイト相組
織を安定した微細且つ均一な組織に維持スルノに有効で
あるとともに、Ｃｒ炭化物の生成を抑制し、耐食性を維
持するのにも有効な元素である。しかしながら、多量に
含有すると鋼の製造が困難となるのでそれぞれ１．０％
以下とすると共にこれらの合計量も１％以下とするのが
よい。

Ｎｉ、、（Ｎｉ当量値）については次の通りである。

本発明では、鋼帯の熱処理時にマルテンサイト相から微
細なオーステナイト相が逆変態で生じて微細な二相組織
となり、この微細な二相組織を維持することにより、疲
労特性に優れた高強度鋼帯となる。したがって９本発明
では安定した微細な二相組織を得ることが鍵となる。Ｎ
　ｊ　ａ　ｑが８．０未満であるとＡｓ点＋３０°Ｃ以
上、Ａｆ点以下の温度範囲の低温熱処理を施しても逆変
態オーステナイト量が少なくなり、またＮＬｑが１７．
５を越えると逆変態オーステナイト量が多すぎるように
なり、いずれも安定した微細な二相組織を得難くなる。

従ってＮｉ＊ｑが８．０〜１７．５となるように各成分
量を調整するのが好ましい。

なお１以上はマルテンサイトの一部逆変態の熱処理を連
続熱処理炉（例えばカテナリー炉等の連続焼鈍炉）を用
いて行う例について述べたが、またこの連続熱処理炉を
用いることは操業性や平坦性確保の意味で好ましいので
あるが、ボックス型のバッチ焼鈍炉で実施できない訳で
はない。後者の場合には各温度域での保持時間の調節が
容易に行い得る利点がある。いずれにしてもＡｓ点＋３
゜°Ｃ付近の低温域では１〜１０時間と長く、高温域で
は１分から１時間と短するといった操作で意図する微細
な二相組織をえることができる。炉内雰囲気は調帯の酸
化防止を考慮する場合は還元性ガスや不活性ガスが望ま
しいが、大気雰囲気でも特に支障はない。加熱方式は電
気抵抗発熱体方式、ガス・油燃焼方式等いかような方式
でもよい。

［実施例］ 第１表により示す組成の鋼を通常の方法によって熔製し
、＠造、熱間圧延により６ＩＩＩＩｎ厚さとし。

溶体化処理・酸洗を施した後、冷間圧延、焼鈍し。

次いで所定の圧延率で仕上げ冷間圧延し１１の冷間圧延
材とした。一部の仕上冷間圧延材は１０００°Ｃで焼鈍
した後、酸洗を施して供試材とした。第１表には各供試
材の組織並びにＡｓ点とＡｆ点も合わせて示した。これ
らの変態点は電気抵抗測定装置により１°Ｃ／■ｉｎの
加熱速度にて得た温度−電気抵抗の関係曲線の変曲点か
ら求めた。

この供試材を用いて第２表に示す種々の条件により熱処
理を施した後、引張り試験、疲労試験を行った。第２表
にそれらの結果を合わせて示す。

なお１本発明方法で得られた材料の逆変態オーステナイ
ト粒の大きさは、いずれの試料においても０．３〜２μ
ｍであった。

第２表の結果から明らかなように１本発明方法によれば
各供試材はいずれも耐力８０ｋｇｆ／ａｍ”以上でしか
も、１０７サイクルでの疲労限が６０ｋｇｆ／ｍｍ”以
上と高い疲労特性を示す。これに対し、第２表中にて＊
印で示す比較法では耐力や疲労強度が低く不具合いが生
じている。

以上のように９本発明によればマルテンサイト組織を有
するマルテンサイト系ステンレス鋼帯に対して工業的有
利に疲労特性を付与することができる。そして、この鋼
帯は１００ｋｇｆ／ｓ＋ｉｗ”以上の高強度を有するこ
とができる。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）マルテンサイト組織を有するマルテンサイト系ス
   テンレス鋼の鋼帯を連続熱処理炉に通板し、当該鋼のＡ
   ｓ点＋３０℃以上でＡｆ点以下の温度範囲で連続熱処理
   することからなるマルテンサイト系ステンレス鋼帯に疲
   労特性を付与する方法。
2. （２）マルテンサイト系ステンレス鋼は、 Ｃ：０．１５％以下（０を含まず）、 Ｓｉ：６．０％以下（０を含まず）、 Ｍｎ：１０．０％以下（０を含まず）、 Ｎｉ：８．０％以下（０を含まず）、 Ｃｒ：１０．０〜１７．０％、 Ｎ：０．３％以下（０含まず）、 Ｍｏ：４．０％以下（０を含む）、 Ｃｕ：４．０％以下（無添加を含む） Ｃｏ：４．０％以下（０を含む）、 であって、且つ Ｎｉ＿ｅ＿ｑ＝Ｎｉ＋Ｍｎ＋Ｃｕ＋Ｍｏ＋０．２Ｃｏ＋
   ０．５Ｃｒ＋Ｓ０３ｉ＋２０（Ｃ＋Ｎ） で定義されるＮｉ＿ｅ＿ｑ（Ｎｉ当量）の値が８．０〜
   １７．５の範囲内となるように各成分量が調整され、残
   部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼である請求項
   １に記載の疲労特性を付与する方法。
3. （３）マルテンサイト系ステンレス鋼は、 Ｃ：０．１５％以下（０を含まず）、 Ｓｉ：６．０％以下（０を含まず）、 Ｍｎ：１０．０％以下（０を含まず）、 Ｎｉ：８．０％以下（０を含まず）、 Ｃｒ：１０．０〜１７．０％。 Ｎ：０．３％以下（０を含まず）、 Ｍｏ：４．０％以下（０を含む）、 Ｃｕ：４．０％以下（無添加を含む） Ｃｏ：４．０％以下（０を含む）、 さらに、Ｔｉ、Ａｌ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒ、Ｂ、希土類元素
   の一種または二種以上を総量で１．０％以下の量で含み
   、且つ Ｎｉ＿ｅ＿ｑ＝Ｎｉ＋Ｍｎ＋Ｃｕ＋Ｍｏ＋０．２Ｃｏ＋
   ０．５Ｃｒ＋０．３Ｓｉ で定義されるＮｉ＿Ｅ＿ｑ（Ｎｉ当量）の値が８．０〜
   １７．５の範囲内となるように各成分量が調整され、残
   部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼である請求項
   １に記載の疲労特性を付与する方法。