JPH0448052A - 高温延性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼の熱間加工方法 - 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、熱間加工時にオーステナイト相（γ相）と加
工誘起マルテンサイト相（α′相）の微細な二相組織を
有し、優れた高温延性を呈するオーステナイト系ステン
レス鋼の熱間加工方法に関する。

〈従来の技術〉 超塑性材料は機能性材料の一つとして注目されており、
Ａ１合金、Ｔｉ合金など種々の合金系で超塑性材料が見
出されている。この超塑性を発現するに□はミクロンオ
ーダーの微細でかつ均一な組織を得ることが必要と言わ
れている。ステンレス鋼においてもフェライト・オース
テナイト相組織を呈する鋼について超塑性を有するもの
が見出されており、例えば、特公昭６３−６６３６４号
には超塑性を付与する熱間加工方法が開示されており、
また特公平２−４６５６号には超塑性二相鋼板の製造方
法が開示されている。

〈発明が解決しようとする問題点〉 現在のところ、超塑性を呈するステンレス鋼としては上
述したようにフェライト・オーステナイト二相鋼がよく
知られている。しかしながら、これ以外のステンレス鋼
で超塑性を呈する系としては特開昭６３−２０６４５４
号に高Ｎ含有オーステナイト系ステンレス鋼が見出され
ている程度であり、その他のステンレス系の超塑性材料
については充分な検討がなされていない。

〈問題解決の手段〉 本発明者等は上述したフェライト・オーステナイト二相
鋼や高Ｎ含有オーステナイト系ステンレス鋼とは異なる
系において超塑性を発現する加工方法について検討し、
オーステナイト系ステンレス鋼において、先ず冷間圧延
により多量のマルテンサイト相を生成させ、次いで熱間
加工の際あるいはそれに先立ち、マルテンサイト相をオ
ーステナイト相に逆変態して加工誘起マルテンサイト相
とオーステナイト相の微細な二相組織を維持するように
処理温度を調整し、かつ加工歪み速度も所定範囲に調整
して熱間加工を施すことにより、高温延性が飛躇的に向
上し、超塑性を発現することを知見し、本発明に至った
。

本発明は上記知見に基づき従来の前記問題点を解決した
熱間加工方法を提供するものである。

〈発明の構成〉 本発明は、重量％で、Ｃ：　０．１５％以下、Ｓｉ　：
　６．０％以下、Ｍｎ　：　１０．０％以下、Ｎｉ　：
　４．０〜１２．０％、Ｃｒ：１０．０〜１９．０％、
Ｎ　：　０．３％以下、を含有し、あるいは上記成分に
加え、必要に応じてＮｏ　：　４．０％以下、Ｃｕ　：
　４．０％以下、Ｃｏ：４．０％以下の１種または２種
以上、およびＴｉ、Ａ１．　Ｎｂ、　Ｖ、　Ｚｒのそれ
ぞれ１％以下のうち１種または２種以上でこれらの合計
が１％以下、を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物
からなり、焼鈍後に常温でオーステナイト相（γ相）と
なる鋼を、冷間圧延により６０％以上の加工誘起マルテ
ンサイト相を生成させ１次いでＡｓ点（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）＋３０
℃以上〜Ａｆ点（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）以下でかつ９００℃以下の温
度域に加熱することによりマルテンサイト相とオーステ
ナイト相の均一微細な二相組織とし、ｌＸｌ０’″５／
ｓｅｃ以上〜１Ｘ１／ｓｅｃ以下の歪み速度で変形する
ことを特徴とする高温延性に優れたオーステナイト系ス
テンレス鋼の熱間加工方法を提供する。

更に本発明は上記鋼を、冷間圧延により６０％以上の加
工誘起マルテンサイト相を生成させ、次いでＡｓ点＋３
０℃以上〜Ａｆ点以下で予備熱処理し、マルテンサイト
相とオーステナイト相の均一微細な二相組織とした後、
Ａｓ点以上〜Ａｆ点以下でかつ９００℃以下の温度域に
加熱し、　Ｉ　Ｘ　１０””／ｓｅｅ以上〜Ｉ　Ｘ　１
０””／ｓｅｅ以下の歪み速度で変形することを特徴と
する高温延性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼の
熱間加工方法を提供する。

本発明における鋼組成および加工条件の限定理由を以下
に述べる。

まず鋼組成の限定理由は以下の通りである。

Ｃはオーステナイト生成元素であり、焼鈍後に常温でオ
ーステナイト相を得るに有効な元素である。またＣはＡ
ｓ点＋３０℃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
作用すると共に、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、Ｃはオ
ーステナイト安定化元素であるため、多量に含有すると
冷間圧延によるマルテンサイト相化処理が困難になり、
また超塑性を発現する熱間加工時に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
。

Ｓｉは冷間圧延によるマルテンサイト相の生成を促進さ
せる本発明鋼の必須の元素である。さらにＳｉは超塑性
を発現する熱間加工温度を広げると共に、熱処理後の逆
変態オーステナイト相および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、多量に含有すると熱
間加工性が劣化するため、上限を６．０％とする。

Ｍｎはオーステナイト生成元素であり、焼鈍後に常温で
オーステナイト相を得るに有効な元素である。またＭｎ
はＡｓ点＋３０℃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。しかしながら、Ｍｎはオーステナイト安
定化元素であるため、多量に含有すると冷間圧延による
マルテンサイト相化処理が困難になり、また溶製時にＭ
ｎヒユームが生成するなど製造が困難となるため、上限
を１０．０％とする。

Ｎｉはオーステナイト生成元素であり、焼鈍後に常温で
オーステナイト相を得るのに必須の元素であると共に、
Ａｓ点＋３０℃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。含有量が４．０％未満ではこの作用が不充
分となる。しかしながら、Ｎｉはオーステナイト安定化
元素であるため、多量に含有すると冷間圧延によるマル
テンサイト相化処理が困難になり、また熱間加工を行っ
ても超塑性を発現しなくなるため、上限を１２．０％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るため、
多量に含有すると焼鈍後に常温で多量のδフェライト相
が残留し、所望のオーステナイト相組織が得られなくな
るため、上限を１９．０％とする。

ＮはＣと同様のオーステナイト生成元素であり。

焼鈍後に常温でオーステナイト相を得るに有効な元素で
ある。またＮはＡｓ点＋３０℃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共に、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、Ｎはオーステナイト安定化元素であるため、
多量に含有すると冷間圧延によるマルテンサイト相化処
理が困難になり、また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ため、その上限を０．３％
とする。

Ｍｏは耐食性を向上させるとともに、熱処理後の逆変態
オーステナイト相および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
素であるため多量に含有すると多量のδフェライト相が
生成され、焼鈍後に常温で所望のオーステナイト相組織
が得られなくなるため、上限を４．０％とする。

ＣｕはＮｉと同様オーステナイト生成元素で、焼鈍後に
常温でオーステナイト相を得るに有効な元素であると共
に、ＡＳ点＋３０℃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
有効に作用するが、Ｃｕを多量に含有すると熱間加工性
が劣化するため、上限を４．０％とする。

ＣｏはＮｉと同様にオーステナイト生成元素で、焼鈍後
に常温でオーステナイト相を得るに有効な元素であると
共に、Ａｓ点＋３０℃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
に有効に作用するが、高価であるため多量に含有すると
製品価格を高くするので、上限を４．０％とする。

Ｔｉ、　ＡＩ、Ｎｂ、ＶおよびＺｒは炭化物を形成し、
熱間加工温度において結晶粒の成長を抑制して微細化に
寄与し、より安定した超塑性を発現させる。

また、Ｃｒ炭化物の生成を抑制し、耐食性を維持するの
に有効な元素である。しかしながら、多量に含有すると
δフェライト相が生成され熱間圧延性が劣化するので、
それぞれの上限を１．０％とし、かつその合計量を１％
以下とする。

次に、上記鋼の加工条件を説明する。

本発明においては、冷間圧延でマルテンサイト相を６０
％以上生成させた後、ＡＳ点＋３０℃以上〜＾ｆ点であ
って９００℃以下の温度域で熱間加工を施す。

或いは、上記冷間圧延の後にＡｓ点＋３０℃以上〜Ａｆ
点の温度で予備熱処理を施し、その後にＡｓ点以上〜Ａ
ｆ点以下であって９００℃以下の温度で熱間加工を行な
う、何れの場合も加工歪み速度は、１ｘ１０””／ｓｅ
ｅ以上〜Ｉ　Ｘ　１／ｓｅｃ以下である。上記加工条件
の限定理由は以下の通りである。

怜」Ｕ【亙、：鋼は通常のインゴット法、あるいは連続
鋳造法にて製造される。得られた鋼塊を鍛造、熱間圧延
し、次いで冷間圧延と焼鈍を１回以上繰返し、焼鈍状態
でオーステナイト組織からなる鋼を得た後、冷間圧延を
施してマルテンサイト相を６０％以上生成させ超塑性用
素材とする。マルテンサイト相の量が６０％以下ではＡ
ｓ点＋３０℃以上〜Ａｆ点以下の温度範囲に加熱しても
マルテンサイト相とオーステナイト相の安定した二相組
織を得ることができず、従って上記温度範囲で熱間加工
しても、あるいは上記温度範囲で予備熱処理した後にＡ
Ｓ点以上〜Ａｆ点以下でかつ９００℃以下の温度域で加
工しても超塑性を呈しない。

冷間圧延率は高いほど生成するマルテンサイト相の量が
増加し、熱間加工時にマルテンサイト相とオーステナイ
ト相の微細な二相組織を維持することができ、良好な超
塑性を得ることができる。

但し、冷間圧延率が高すぎると圧延負荷が高くなり、耳
切れが発生するなど製造が困難となるため。

冷間圧延率は９０％以下とするのが望ましい。

を　わない　への　　　工　　（Ａｓ 点＋３０℃以上、Ａｆ点以下でかつ９００℃以下）：本
発明の特徴は熱間加工時にマルテンサイト相とオーステ
ナイト相の微細な二相組織を維持することにより超塑性
を発現させる。従って、熱間加工に際し安定なマルテン
サイト相とオーステナイト相の超微細二相組織が形成さ
れており、これを維持する加工温度であることが必要と
なる。加工温度は、マルテンサイト相からオーステナイ
ト相への変態が充分行なわれるようにＡｓ点より３０℃
程度高い温度を下限とする。Ａｓ点＋３０℃未満では生
成される逆変態オーステナイト相の量が少なく、一方、
加工温度がＡｆ点ないし９００℃を越えると大部分のマ
ルテンサイト相がオーステナイト相に変態して逆変態γ
単相となり、或いはマルテンサイト相の残留量が少なく
なり過ぎて適度なマルテンサイト相とオーステナイト相
の二相組織製維持することが出来ない。従って熱間加工
温度はＡｓ点＋３０℃以上〜Ａｆ点以下かつ９００℃以
下に定められる。

熱間加工直前に鋼を予め上記温度域に保持することによ
りマルテンサイト相がオーステナイト相に逆変態し微細
な二相組織となる。ここで保持時間を、加工温度下限（
Ａｓ点＋３０℃）付近の低温域では１０〜３０分間程度
と長くし、加工温度上限（９００’ＣないしＡｆ点）付
近の高温域では１全稈度の短時間とすることにより熱間
加工時にマルテンサイト相とオーステナイト相の微細な
二相組織を維持し易くなる。

熱間加工時の歪み速度（Ｉ　Ｘ　１０−’／５ｅｃ−Ｉ
　Ｘ１０−”／５ｅｃ）　：歪み速度がＩ　Ｘ　１／ｓ
ｅｃより大きいと超塑性による大きな変形が得られなく
なり、他方、歪み速度がＩ　Ｘ　１０−５／ｓｅｅより
小さいと作業能率が著しく低下するので、歪み速度はｌ
Ｘｌ０−５／ｓｅｃ　〜Ｉ　Ｘ　１０−５／ｓｅｃに定
められる。

以上のように冷間圧延の後に引続き上記熱間加工を施す
ことにより優れた高温延性が発現される。

この他に、冷間圧延の後に、予備熱処理を施しフルテン
サイ１〜相からオーステナイト相への変態を充分に行な
わせた後に熱間加工を施せば、常温で一層微細なマルテ
ンサイト相とオーステナイト相の二相組織を得ることが
でき、更に高温延性を高めることができる。この場合の
熱処理温度等は以下の通りである。

予備熱処理温度（Ａｓ点＋３０℃以上〜Ａｆ点以下）二
予備熱処理温度は、マルテンサイト相からオーステナイ
ト相への変態が充分に行なわれるようにＡｓ点より３０
℃高い温度を下限とする。予備熱処理温度がＡｓ点＋３
０℃未満では生成される逆変態オーステナイト相の量が
少なく、一方、予備熱処理温度がＡｆ点を越えると大部
分のマルテンサイト相がオーステナイト相に変態して逆
変態γ単相となり、或いはマルテンサイト相の残留量が
少なくなり過ぎて適度なマルテンサイト相とオーステナ
イト相の二相組織を維持することが出来ない。従って予
備熱処理温度はＡｓ点＋３０℃以上〜Ａｆ点以下に定め
られる。予備熱処理の時間は、下限（Ａｓ点＋３０℃）
付近の低温域では長時間行い、上限（Ａｆ点）付近の高
温域では短時間行なうとよい。

備　　理　の熱　加工　度（Ａｓ点以上〜Ａｆ点以下か
つ９００℃以下）：予備熱処理により既に微細なマルテ
ンサイト相とオーステナイト相の二相組織が得られてい
るので、加工温度の下限をＡｓ点より３０℃高くする必
要はなくＡｓ点で足りる。一方、加工温度がＡｆ点ない
し９００℃を越えると、前述のように適度なマルテンサ
イト相とオーステナイト相の二相組織を維持できない。

従って熱間加工温度はＡｓ点以上〜Ａｆ点以下かつ９０
０℃以下に定められる。

〈発明の具体的な開示〉 本発明の実施例を比較例と共に示す。

第１表に示す組成の鋼を通常の方法によって溶製し、鍛
造、熱間圧延により３＋ｕｎ厚さとし１次いで冷間圧延
して焼鈍した後に所定の圧延率で仕上げ板厚１ｍ１１１
まで冷間圧延を施して供試材とした。

この供試材を用いて第２表に示す種々の条件で熱間加工
を施した後に熱間引張り試験を行い伸びを測定した。こ
の結果を第２表に併せて示す。

第２表に示される結果から明らかなように、本発明に係
る鋼種と加工条件の実施例はいずれも３００％以上の極
めて大きな伸びを示し、超塑性を呈していることが判る
。

一方、第２表において本発明の範囲から外れた比較例は
何れも伸びが１００％以下であり超塑性を有しない。

〈発明の効果〉 本発明の方法によれば、従来検討されていない鋼種のオ
ーステナイト系ステンレス鋼について、優れた高温延性
が発現され、従来困難であった複雑な形状の成形加工が
可能であり、従って顕著な工業的価値を有する。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％で Ｃ：０．１５％以下 Ｓｉ：６．０％以下 Ｍｎ：１０．０％以下 Ｎｉ：４．０〜１２．０％ Ｃｒ：１０．０〜１９．０％ Ｎ：０．３％以下 を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、焼
   鈍後に常温でオーステナイト相となる鋼を、冷間圧延に
   より６０％以上の加工誘起マルテンサイト相を生成させ
   た後、Ａｓ点（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）＋３０℃以上〜Ａｆ点（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
   ）以下でかつ９００℃以下の温度域に加熱することによ
   りマルテンサイト相とオーステナイト相の均一微細な二
   相組織とし、１×１０＾−＾５／ｓｅｃ以上〜１×１０
   ＾−＾１／ｓｅｃ以下の歪み速度で変形することを特徴
   とする高温延性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼
   の熱間加工方法。
2. （２）重量％で Ｃ：０．１５％以下 Ｓｉ：６．０％以下 Ｍｎ：１０．０％以下 Ｎｉ：４．０〜１２．０％ Ｃｒ：１０．０〜１９．０％ Ｎ：０．３％以下 を含有し、さらにＭｏ：４．０％以下、Ｃｕ：４．０％
   以下、Ｃｏ：４．０％以下の１種または２種以上、およ
   びＴｉ、Ａｌ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒのそれぞれ１％以下のう
   ち１種または２種以上でこれらの合計が１％以下、を含
   有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、焼鈍後
   に常温でオーステナイト相となる鋼を、冷間圧延により
   ６０％以上の加工誘起マルテンサイト相を生成させた後
   、Ａｓ点＋３０℃以上〜Ａｆ点以下でかつ９００℃以下
   の温度域に加熱することによりマルテンサイト相とオー
   ステナイト相の均一微細な二相組織とし、１×１０＾−
   ＾５／ｓｅｃ以上〜１×１０＾−＾１／ｓｅｃ以下の歪
   み速度で変形することを特徴とする高温延性に優れたオ
   ーステナイト系ステンレス鋼の熱間加工方法。
3. （３）重量％で Ｃ：０．１５％以下 Ｓｉ：６．０％以下 Ｍｎ：１０．０％以下 Ｎｉ：４．０〜１２．０％ Ｃｒ：１０．０〜１９．０％ Ｎ：０．３％以下 を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、焼
   鈍後に常温でオーステナイト相となる鋼を、冷間圧延に
   より６０％以上の加工誘起マルテンサイト相を生成させ
   、次いでＡｓ点＋３０℃以上〜Ａｆ点以下で予備熱処理
   することによりマルテンサイト相とオーステナイト相の
   均一微細な二相組織とした後、Ａｓ点以上〜Ａｆ点以下
   でかつ９００℃以下の温度域に加熱し、１×１０＾−＾
   ５／ｓｅｃ以上〜１×１０＾−＾１／ｓｅｃ以下の歪み
   速度で変形することを特徴とする高温延性に優れたオー
   ステナイト系ステンレス鋼の熱間加工方法。
4. （４）重量％で Ｃ：０．１５％以下 Ｓｉ：６．０％以下 Ｍｎ：１０．０％以下 Ｎｉ：４．０〜１２．０％ Ｃｒ：１０．０〜１９．０％ Ｎ：０．３％以下 を含有し、さらにＭｏ：４．０％以下、Ｃｕ：４．０％
   以下、Ｃｏ：４．０％以下の１種または２種以上、およ
   びＴｉ、Ａｌ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒのそれぞれ１％以下のう
   ち１種または２種以上でこれらの合計が１％以下、を含
   有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、焼鈍後
   に常温でオーステナイト相となる鋼を、冷間圧延により
   ６０％以上の加工誘起マルテンサイト相を生成させ、次
   いでＡｓ点＋３０℃以上〜Ａｆ点以下で予備熱処理する
   ことにより、マルテンサイト相とオーステナイト相の均
   一微細な二相組織とした後、Ａｓ点以上〜Ａｆ点以下で
   かつ９００℃以下の温度域に加熱し、１×１０＾−＾１
   ／ｓｅｃ以上〜１×１０＾−＾１／ｓｅｃ以下の歪み速
   度で変形することを特徴とする高温延性に優れたオース
   テナイト系ステンレス鋼の熱間加工方法。