JPH0453940B2

JPH0453940B2 -

Info

Publication number: JPH0453940B2
Application number: JP57120564A
Authority: JP
Inventors: Terutaka Tsumura; Yasuo Ootani
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1982-07-13
Filing date: 1982-07-13
Publication date: 1992-08-28
Also published as: JPS5913055A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、焼入れ−焼戻しあるいは焼ならし−
焼戻しの熱処理をして使用されるマルテンサイト
系クロムステンレス鋼およびその製造方法に関
し、更に詳細には、高温での焼戻しを行なつても
優れた軟化抵抗を示して大きな強度を有するマル
テンサイト系クロムステンレス鋼およびこれを廉
価に製造する方法に関するものである。マルテンサイト系クロムステンレス鋼は、強度
および耐食性の要求される種々の用途に広く使用
されており、そのステンレス鋼全体の生産に於け
る割合もかなり大きい。また、このマルテンサイ
ト系クロムステンレス鋼はいわゆる構造用鋼とし
て用いられることが多いが、その場合一般に焼入
れ−焼戻しあるいは焼ならし−焼戻しをしてから
使用される。しかし、マルテンサイト系ステンレス鋼は焼入
れのまゝ、あるいは素材の寸法、形状によつては
焼ならしのままの状態で強度及び耐食性は高い
が、切欠靭性が低く且つ応力腐食割れ等の問題を
生じ易い。したがつて、耐食性に加えて構造用鋼
として切欠靭性等衝撃性能などの面でも優れた性
能を付与するためには焼戻し処理が必要となる。ところで、マルテンサイト系ステンレス鋼の焼
戻し処理は刃物類、食卓用金物類等に対しては
150〜180℃、バネ類等に対しては400〜450℃でい
わゆる低温焼戻しが施されることが多いが、上述
のような構造用部材に対しては特に靭性に重点が
おかれるために少なくとも600℃以上、望ましく
は650℃以上での高温焼戻しが必要である。しかしながら、このような高温度で焼戻しを施
した場合、従来の通常のマルテンサイト系ステン
レス鋼では、強度低下が著しく、これは焼戻し軟
化と呼ばれている。したがつて、所望の強度と靭
性を具備させるためには焼戻し軟化抵抗を付与す
ることが必要である。従来は、この焼戻し軟化抵
抗を与えるために、MoやＶ等の元素を格別に添
加したり（例：Mo≧0.2％、Ｖ≧0.15％）、また
Ｎの固溶強化作用を利用するために意識的に高Ｎ
鋼とすることが必要不可欠のことと考えられてい
た。しかしながら、いたずらに合金元素の含有量を
高めることは、焼戻し軟化抵抗の向上のためには
効果があつても、省資源コスト低減などの観点か
らは問題である。また、MoやＶはいわゆるフエ
ライト形成元素であるゆえに、これの多量添加は
δ−フエライトの生成をきたして熱間加工性を損
なう場合がある。一方、意識的なＮの多量添加も
分塊、圧延時あるいは熱処理時に鋼材に割れを発
生させる場合があつて歩留り低下をもたらすなど
やはり問題がないとは言い難いものである。かくして、本発明の目的とするところは、合金
元素の添加を極力控えた、特に650℃以上での高
温焼戻しによつても優れた強度、靭性および耐食
性を有し、且つ歩留りの良いマルテンサイト系ク
ロムステンレス鋼およびそれを廉価に製造する方
法を提供することを目的とする。ここに、本発明者らは、かかる目的を達成すべ
く鋭意研究を続けたところ、鋼自身の化学成分を
調整し、好ましくはさらに焼入れあるいは焼なら
しの条件を制限することによつて現状の問題点が
解決されることを知見し、本発明を完成した。すなわち、本発明は、重量％で、Ｃ：0.10〜
0.40％、Si：1.0％以下、Mn：0.1％〜1.0％、
Ni：1.0％以下、Cr：11.0％超16.0％以下、Ｖ：
0.01〜0.10％、Ti：0.050％以下、Al：0.10％以下
を含み、更に必要により上記組成にMo：0.02〜
0.15％、Nb：0.005〜0.050％およびCu：0.5％以
下のいずれか１種を含み、残部Feおよび不可避
的不純物から成り、次の２式： Ti（％）−3.5×Ｎ（％）＋0.007０、および 25×Ｃ（％）−Cr（％）−Ti（％）＋9.5０を満足する組成を有することを特徴とする、高温
での焼戻し軟化抵抗の優れたマルテンサイト系ク
ロムステンレス鋼である。さらにまた、本発明は上記組成の鋼を好ましく
は925℃以上1100℃以下の加熱温度から焼入れあ
るいは焼ならしを行ない、続いて650℃以上Ac₁
点以下の温度で焼戻すことを特徴とする、高温で
の焼戻し軟化抵抗の優れたマルテンサイト系クロ
ムステンレス鋼の廉価な製造方法である。本発明は、要約すれば、Ｎを固定するために
Tiを添加した高Cr鋼に微量のＶを添加したこと、
およびさらに必要により焼入れあるいは焼ならし
に際しての加熱温度を制限したことを主たる特徴
とするものである。すなわち、本発明者らの知見
によれば、マルテンサイト系クロムステンレス鋼
が微量のＶを含むとき、遊離Ｎ含有量を低く抑え
且つフエライト生成も抑えることにより強度を確
保するとともに熱間加工性を改善するために、次
の２式を満足するとき； Ti（％）−3.5×Ｎ（％）＋0.007０、および 25×Ｃ（％）−Cr（％）−Ti（％）＋9.5０焼入れ後あるいは寸法形状によつては焼ならし
後の焼戻しの際、特に650℃以上での高温焼戻し
に対して大きな焼戻し軟化抵抗が得られる。した
がつて、本発明によればこの優れた焼戻し軟化抵
抗を利用して特に強度に優れた鋼が得られるもの
であつて、後述の実施例に示す如く著しい効果が
認められるものである。次に本発明において各添加元素の組成割合を限
定した理由は次の通りである。Ｃ：Ｃは鋼の強度増加に対して、またδ−フエラ
イトの生成を抑制するのに有効な元素である
が、0.40％を超えると炭酸ガス腐食感受性が著
しく大きくなり、また低温靭性の劣化をもたら
す。更に0.40％を超えると分塊、圧延熱処理工
程で割れを発生することが多くなり、歩留りの
低下をきたすので好ましくない。一方、0.10％
未満にすると焼入れあるいは焼ならし時に出現
するδ−フエライトの生成割合が多くなるため
材料の均質化が困難となり、熱間加工性も悪く
なるので、Ｃ含有量の下限は0.10％とする。 Si：Siは脱酸剤として有効であるほか、鋼の強度
上昇にも有効である。しかしながら、Siを多量
に含有するとδ−フエライトが生じやすいため
Ac₃点以上に加熱しても鋼を均質化しにくくな
り、またSiの多量の添加は靭性も劣化するので
1.0％以下に抑えることが必要である。 Mn：Mnはオーステナイト域を広げまた強度・
靭性の向上にも有効であるが、0.1％未満では
その効果が十分上がらず、一方、1.0％を超え
る範囲で添加してもその効果は飽和の状態とな
り特に効果がないので1.0％を上限とした。 Ni：Niはδ−フエライトを抑制して組織を改善
するのに有効であるほか、強度および靭性の向
上に有効な元素であるが、高価なため必ずしも
多量に添加する必要はなく経済的理由から上限
を1.0％とした。 Cr：Crはクロムステンレス鋼としての本来の耐
銹性を満足させるほか炭酸ガス腐食速度を減少
させるのに11.0％超含有することが必要であ
る。一方、16.0％を超えると、焼入れあるいは
焼ならし温度に加熱した際にδ−フエライトが
多量に生成して不均一組織となり、熱間加工性
が劣化するので好ましくないし、強度も低下す
る。したがつて、本発明においてCr含有量は
11.0％超16.0％以下とする。Ｖ：Ｖは遊離Ｎの少ないマルテンサイト系クロム
ステンレス鋼において特に強度の向上に有効で
ある。しかしながら、0.01％未満ではその効果
は小さく、また0.10％を超えると、δ−フエラ
イト生成傾向が大きくなり、且つ靭性が劣化す
るので上限を0.10％とする。 Ti：Tiは遊離Ｎを少なくするために、換言すれ
ば鋼中ＮをTiNとして固定するために添加さ
れるものであるが、0.050％を超えると靭性が
劣化し、またδ−フエライト生成傾向が大きく
なるので、Ti添加の上限は0.050％に制限する。 Al：Alは脱酸剤として有効であるが、0.10％を
超えるとその効果は飽和し、むしろ介在物の増
大による疵が発生し、靭性も劣化するから、
0.10％以下とするが、焼入れあるいは焼ならし
時のδ−フエライト抑制のために脱酸に必要十
分な量に抑えるのが望ましい。 Mo、Nb、Cu：Mo、Nb、Cuはいずれも強度の
向上に有効であつて、固溶強化が著しい。Mo
は高価であるため必ずしも多量に添加する必要
はなく、また多量の添加はδ−フエライトの生
成を助長して強度に対する効果を飽和あるいは
減少せしめる。したがつて、Moは添加する場
合の上限を0.15％とした。一方、0.02％未満で
は強度向上に対する効果が小さい。Nbについ
ても多量の添加はδ−フエライトの生成を助長
して強度に対する効果を飽和あるいは減少せし
めるためその上限は0.05％とする。一方、
0.005％未満では強度向上に対する効果が小さ
い。さらに、Mo、Nbは焼戻し時に炭化物を微
細析出させる効果も奏する。Cuは強度向上の
他にフエライト抑制にも有効であるが0.5％を
超えると靭性が劣化するため上限を0.5％とす
る。なお、Cu自体が焼戻し時に析出して析出
強化する。これらの添加元素Mo、Nb、Cuに関してはMo
およびNbのいずれか１種を添加するかまたはCu
を添加する。さらに、Ti、Ｎについて式：Ti
（％）−3.5×Ｎ（％）＋0.007が負の値となるとき微
量Ｖの焼戻し軟化抵抗に対する効果がなくなり、
またＣ、Cr、Tiについて式：25×Ｃ（％）−Cr
（％）−Ti（％）＋9.5が負と値となるときδ−フエ
ライトが多量に生成して不均一組織となり、また
熱間加工性が損なわれるので Ti（％）−3.5×Ｎ（％）＋0.007０且つ25×Ｃ（％）−Cr（％）−Ti（％）＋9.5０と
する以上の成分で構成された鋼を溶製した後、鋼
板、鋼管等に加工後焼入れ−焼戻しまたは焼なら
し−焼戻し処理を施こす。この際の焼入れあるいは焼ならしの加熱温度は
好ましくは925℃以上、1100℃以下、さらに好ま
しくは950〜1050℃とする。これはこの温度範囲
でδ−フエライトの生成傾向が減少することに基
づく、一方1100℃を超える加熱では結晶粒の粗大
化をも生じ、強度の低下、靭性の劣化を招く。さらに、上記温度域に加熱保持した後、適当な
冷却媒体に焼入れし、あるいは焼ならしすればδ
−フエライトの生成が抑制され且つ成分系として
特に高温域での焼戻し軟化抵抗に優れるべく調整
したため、その後の650℃以上、Ac₁点以下の高
い温度での焼戻しでも高強度が得られる。また、このようにして得られる均質微細な焼戻
しマルテンサイトを主体とする組織は、低温靭性
に優れ、したがつて耐銹性に加えて、高強度、高
靭性且つ優れた耐炭酸ガス腐食性能をも有する。かくして、本発明によれば、650℃以上の高温
焼戻しによつてもすぐれた軟化抵抗を示して大き
な強度を有するマルテンサイト系クロムステンレ
ス鋼が安価にしかも歩留りよく製造することがで
きる。次に実施例により本発明の効果をさらに具体的
に説明する。実施例１下記第１表に示す化学組成を有する各鋼種につ
いて、加熱圧延後975℃から油焼入れし、600〜
760℃で焼戻しして、引張り強度を調べた。その
試験結果を第２表にまとめて示す。この第２表に示した結果によれば、本発明に係
る鋼は高温焼戻しに際して優れた軟化抵抗を示
し、したがつて、高強度が得られることが明らか
である。このような結果は、合金元素を低減した廉価な
成分系であつても特に650℃以上の高温焼戻しに
よつて高靭性、高強度さらに、高耐食性のマルテ
ンサイト系クロムステンレス鋼を製造することが
可能なことを示すものであり、したがつて本発明
はその工業的価値が非常に高いものである。

【表】

【表】実施例２下記第３表に示す化学組成を有する各鋼種につ
いて加熱圧延後1000℃から鋼成分に応じて水また
は油焼入れした後710〜740℃の温度範囲で焼戻し
処理して供試材を得、それぞれについて引張試験
と衝撃試験を行なつた。その試験結果を第４表にまとめて記す。この第４表に示す結果によれば本発明に係る鋼
が焼戻し軟化抵抗付与のための元素を格別多量に
添加することなく大きな強度が得られ且つ強度−
靭性のバランスの面で極めて優れたものであるこ
とが明らかである。

【表】

【表】ズシヤルピー試験片
実施例３第５表に示す化学組成を有する各鋼種につい
て、加熱圧延後、鋼成分に応じて900〜1000℃の
温度から水または油焼入れした後、700℃で焼戻
し処理して供試材を得、これから厚さ３mm、幅40
mm、長さ50mmの試験片を切り出し320番エメリー
で研磨して、次の条件で腐食試験を行なつた。すなわち、上記の研磨した試験片を脱脂、乾燥
させ、次いでオートクレーブに入れ真空脱気後、
オートクレーブ内に脱気済みの人工海水を加え
た。その後、炭酸ガスで30気圧に加圧し液温を
120℃とし500時間維持した。この間試料表面に約
1.5ｍ／秒の流速を与えるように撹拌を行なつた。試験後は付着物を除いて試験前後の重量差を求
めた。なお腐食特性値としては、比較鋼である鋼番22
の試験片の腐食量を100とした時の腐食率で表わ
した。試験結果を第６表にまとめて示す。これによれ
ば本発明に係わる鋼種が耐炭酸ガス腐食性能にも
優れていることが明らかである。

【表】

【表】実施例４下記第７表に示す本発明に係る鋼を加熱圧延
後、種々の温度から油焼入れしてδ−フエライト
量を測定した。その結果を第８表に示す。この結
果、δ−フエライトの生成を抑えて組織を均質化
するためには、925〜1100℃好ましくは950〜1050
℃の温度域からの焼入れあるいは焼ならしが効果
のあることが明らかである。

【表】

Claims

【特許請求の範囲】１重量％で、Ｃ：0.10〜0.40％、Si：1.0％以
下、Mn：0.1〜1.0％、Ni：1.0％以下、Cr：11.0
％超16.0％以下、Ｖ：0.01〜0.10％、Ti：0.050％
以下、Al：0.10％以下を含み、残部Feおよび不
可避的不純物から成り、次の２式： Ti（％）−3.5×Ｎ（％）＋0.007≧０、および 25×Ｃ（％）−Cr（％）−Ti（％）＋9.5≧０を満足する組成を有することを特徴とする、高温
での焼戻し軟化抵抗の優れたマルテンサイト系ク
ロムステンレス鋼。２重量％で、Ｃ：0.10〜0.40％、Si：1.0％以
下、Mn：0.1〜1.0％、Ni：1.0％以下、Cr：11.0
％超16.0％以下、Ｖ：0.01〜0.10％、Ti：0.050％
以下、Al：0.10％以下、Cu：0.5％以下を含み、
残部Feおよび不可避的不純物から成り、次の２
式： Ti（％）−3.5×Ｎ（％）＋0.007≧０、および 25×Ｃ（％）−Cr（％）−Ti（％）＋9.5≧０を満足する組成を有することを特徴とする、高温
での焼戻し軟化抵抗の優れたマルテンサイト系ク
ロムステンレス鋼。３重量％で、Ｃ：0.10〜0.40％、Si：1.0％以
下、Mn：0.1〜1.0％、Ni：1.0％以下、Cr：11.0
％超16.0％以下、Ｖ：0.01〜0.10％、Ti：0.05％
以下、Al：0.10％以下に加えて、Mo：0.02〜0.15
％およびNb：0.005〜0.050％のいずれか１種を含
み、残部Feおよび不可避的不純物から成り、次
の２式： Ti（％）−3.5×Ｎ（％）＋0.007≧０、および 25×Ｃ（％）−Cr（％）−Ti（％）＋9.5≧０を満足する組成を有することを特徴とする、高温
での焼戻し軟化抵抗の優れたマルテンサイト系ク
ロムステンレス鋼。４重量％で、Ｃ：0.10〜0.40％、Si：1.0％以
下、Mn：0.1〜1.0％、Ni：1.0％以下、Cr：11.0
％超16.0％以下、Ｖ：0.01〜0.10％、Ti：0.050％
以下、Al：0.10％以下を含み、残部Feおよび不
可避的不純物から成り、次の２式： Ti（％）−3.5×Ｎ（％）＋0.007≧０、および 25×Ｃ（％）−Cr（％）−Ti（％）＋9.5≧０を満足する組成の鋼を925℃以上、1100℃以下の
加熱温度から焼入れあるいは焼きならしを行い、
続いて650℃以上Ac₁点以下の温度で焼戻すこと
を特徴とする、高温での焼戻し軟化抵抗の優れた
マルテンサイト系クロムステンレス鋼の製造方
法。５重量％で、Ｃ：0.10〜0.40％、Si：1.0％以
下、Mn：0.1〜1.0％、Ni：1.0％以下、Cr：11.0
％超16.0％以下、Ｖ：0.01〜0.10％、Ti：0.050％
以下、Al：0.10％以下、Cu：0.5％以下を含み、
残部Feおよび不可避的不純物から成り、次の２
式： Ti（％）−3.5×Ｎ（％）＋0.007≧０、および 25×Ｃ（％）−Cr（％）−Ti（％）＋9.5≧０を満足する組成の鋼を925℃以上、1100℃以下の
加熱温度から焼入れあるいは焼きならしを行い、
続いて650℃以上Ac₁点以下の温度で焼戻すこと
を特徴とする、高温での焼戻し軟化抵抗の優れた
マルテンサイト系クロムステンレス鋼の製造方
法。６重量％で、Ｃ：0.10〜0.40％、Si：1.0％以
下、Mn：0.1〜1.0％、Ni：1.0％以下、Cr：11.0
％超16.0％以下、Ｖ：0.01〜0.10％、Ti：0.050％
以下、Al：0.10％以下に加えて、Mo：0.02〜0.15
％およびNb：0.005〜0.050％のいずれか１種を含
み、残部Feおよび不可避的不純物から成り、次
の２式： Ti（％）−3.5×Ｎ（％）＋0.007≧０、および 25×Ｃ（％）−Cr（％）−Ti（％）＋9.5≧０を満足する組成の鋼を925℃以上、1100℃以下の
加熱温度から焼入れあるいは焼きならしを行い、
続いて650℃以上Ac₁点以下の温度で焼戻すこと
を特徴とする、高温での焼戻し軟化抵抗の優れた
マルテンサイト系クロムステンレス鋼の製造方
法。