JPH07188733A - オーステナイト表面層をステンレス鋼に形成するための熱処理方法 - Google Patents

オーステナイト表面層をステンレス鋼に形成するための熱処理方法

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JPH07188733A
JPH07188733A JP6275455A JP27545594A JPH07188733A JP H07188733 A JPH07188733 A JP H07188733A JP 6275455 A JP6275455 A JP 6275455A JP 27545594 A JP27545594 A JP 27545594A JP H07188733 A JPH07188733 A JP H07188733A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ステンレス鋼の表面層の窒化と熱処理により
その性質を改善する。 【構成】 最終形状に近いステンレス鋼製部品の表面区
域が、１０００ないし１２００℃の温度での窒化によ
り、溶解窒化の濃度を高められる。モれにより表面区域
のフエライト及びマルテンサイトの組織成分がオーステ
ナイトに変換される。窒素は、固溶体硬化により、形成
される表面層の強度を高め、同時にこの表面層のオース
テナイト組織のじん性が高められる。強度とじん性の組
合わせにより、特に衝突摩耗、キヤビテーシヨン及び滴
衝突における摩耗抵抗が著しく高められる。炭素とは異
なり、窒素の拡散により表面層の耐食性は悪化せず、更
に高められる。熱処理は流体機械のステンレス鋼部品の
寿命を長くするのに適している。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、窒化によりオーステナ
イト表面層をステンレス鋼に形成するための熱処理方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】ステンレス鋼に溶解した窒素及び酸素は
マルテンサイトの硬度及びオーステナイトの降伏点を高
め、オーステナイト相を安定化する。炭素の添加はねれ
腐食に対するステンレス鋼の抵抗を弱めるが、窒素はこ
の性質を改善する。標準圧力下における溶鋼への窒素の
溶解度が炭素のそれより著しく低いことが、窒素のこの
有利な作用の利用を妨げている。従つて０．３ないし３
重量％の窒素含有量を持つステンレス鋼を製造するた
め、現在圧力又は粉末冶金方法が使用される。しかしこ
の方法は開放鋼溶融より著しい費用を伴う。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、鋼中の全般
的に高い窒素含有量を回避することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、最終形
状に近いステンレス鋼製部品の表面区域のみが熱処理に
より溶解した窒素の濃度を高められて、フエライト、オ
ーステナイト、マルテンサイト又はこれらの組織成分の
２つ又は３つの混合物から成る芯組織上に高硬度のじん
性オーステナイト表面層が形成される。本発明による熱
処理は、１０００ないし１２００℃の温度で窒素を含有
するガス雰囲気内での窒化から成つている。処理の温
度、圧力及び時間は、特定の厚さの表面層が形成され、
その窒素含有量は表面で０．３重量％の下限と窒化中に
始まる窒化物析出により与えられる上限との間にある。
それに続く冷却は、その間に窒化物の析出が起らないよ
うに急速に行われる。続いて６５０℃以下の温度におけ
る時効硬化により、表面層の硬化が可能である。
【０００４】ドイツ連邦共和国特許第４０３３７０６号
明細書には、窒素による浸炭が記載されており、マルテ
ンサイトオーステナイトの窒化後硬化により硬いマルテ
ンサイト表面層が延性のある芯上に形成される。この方
法はステンレス鋼のころがり軸受、歯車装置部品及び工
具の処理のために使用され、また粒子を含む流体用のス
テンレス鋼ポンプ部品及び弁に使用される。これらのす
べての場合、表面層の最高の耐圧性及び硬度が重要であ
るか、この表面層はかなりのぜい化を伴う。
【０００５】これに反し本発明の目的は、延性があるか
又は硬い芯上にできるだけ高強度のじん性オーステナイ
ト表面層（図１）を形成することである。窒素の拡散に
より表面層のオーステナイト相が安定化されるので、表
面区域にあるマルテンサイトの組織成分がオーステナイ
トに変換される。同時に窒素によるオーステナイトの固
溶体硬化により、ぜい化を起すことなく表面層の強度が
高められる。強度とじん性とが組合わせて得られるた
め、本発明によるオーステナイト表面層は、例えば流体
機械において起るような衝突摩耗、キヤビテーシヨン及
び滴衝突による荷重を受ける際、摩耗抵抗を高めるのに
特に適している。
【０００５】
【実施例】実施例により本発明を以下に説明する。侵食
性媒体中において高速回転するポンプ羽根車のために、
フエライトーオーステナイト２相ステンレス鋼が使用さ
れ、その２相組織が必要な高い降伏点を生ずる。頻繁な
欠陥の種類はキヤビテーシヨンによる摩耗である。２相
ステンレス鋼の温度及び窒素圧力と窒素溶解度との関係
を示す図２からわかるように、１１５０℃の温度及び１
ｂａｒの窒素ガス雰囲気中における窒化により、１．４
重量％以上の窒素含有量がこの材料の表面区域で溶解さ
れる。フエライトーオーステナイト２相ステンレス鋼Ｘ
２ＣｒＮｉＭｏＮ２２５３の窒化オーステナイト表面か
ら芯への移行部の組織の顕微鏡写真を示す図３において
冷却後フエライトーオーステナイト芯組織上に全部オー
ステナイトの表面層が認められる。この表面層が、窒化
されない芯材料に比較して、キヤビテーシヨン摩耗試験
を受けた。その際蒸留水中において２０ｋＨｚの振動数
及び４０μｍの振幅で超音波振動装置により気泡の場が
発生され、この気泡の場が試料表面における内方への破
裂をひき起す。摩耗の値は、図４における負荷期間に関
する重量損失として示されている。即ち図４には、２相
ステンレス鋼Ｘ２ＣｒＮｉＭｏＮ２２５３から成る試料
のキヤビテーシヨン試験において、負荷時間に関する重
量損失が、表面を窒化されるものと窒化されないものと
について示されている。本発明により窒化される表面層
に対しては０．０３５６ｍｇ／１０３ｓの摩耗率が得ら
れ、窒化されない表面層の摩耗率は１．５３ｍｇ／１０
３ｓである。従つて表面窒化により倍数４３だけ摩耗の
減少が行われる。図５は、３重量％のＮａＣｌ水溶液中
にある２相ステンレス鋼の窒化前及び窒化後における電
流密度一電位曲線を示している。この図からわかるよう
に、人工海水中のぬれ腐食に対する抵抗は、表面窒化に
より少し改善される。ほば同じ不動態電流密度におい
て、窒化される試料では、窒化されない試料に対して破
壊電位の上昇が生する。
【０００６】この試験結果は、ポンプ羽根車に転用する
と、芯におけるフエライトーオーステナイト２相組織の
高い降伏点が維持され、従つて高い回転数における負荷
能力が維持されることを意味する。窒化されるオーステ
ナイト表面層が消耗してしまうまで、この表面層により
キヤビテーシヨン摩耗率も著しく低下する。費用に関し
ては、２相ステンレス鋼において通常行われる、１０２
０ないし１１００℃における溶体化熱処理と急冷とから
成る熱処理が不要になる。その代りに窒化と冷却が行わ
れるので、少し長い処理時間とガス雰囲気用の付加費用
が生ずるだけである。
【図面の簡単な説明】
【図１】オーステナイトステンレス鋼の窒化される表面
層の硬度を示す線図である。
【図２】２相ステンレス鋼における温度及び窒素圧力と
窒素溶解度との関係を示す線図である。
【図３】本発明により熱処理されるステンレス鋼の表面
層の組織顕微鏡写真である。
【図４】窒化されるステンレス鋼及び窒化されないステ
ンレス鋼の摩耗率を示す線図である。
【図５】窒化されるステンレス鋼及び窒化されないステ
ンレス鋼の人工海水中における電流密度と電位の関係を
示す線図である。

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 最終形状に近いステンレス鋼製部品を、
    窒素含有ガス雰囲気中において１０００ないし１２００
    ℃の温度で窒化し、続いて窒化物の析出が回避されるよ
    うな速度で冷却することにより、０．３０重量％以上の
    溶解窒素を含むオーステナイト表面層をステンレス鋼に
    形成するための熱処理方法。
  2. 【請求項２】 オーステナイトステンレス鋼を使用する
    ことを特徴とする、請求項１に記載の熱処理方法。
  3. 【請求項３】 マルテンサイトステンレス鋼を使用する
    ことを特徴とする、請求項１に記載の熱処理方法。
  4. 【請求項４】 フエライトステンレス鋼を使用すること
    を特徴とする、請求項１に記載の熱処理方法。
  5. 【請求項５】 フエライトーオーステナイトステンレス
    鋼を使用することを特徴とする、請求項１に記載の熱処
    理方法。
  6. 【請求項６】 フエライトーマルテンサイトステンレス
    鋼を使用することを特徴とする、請求項１に記載の熱処
    理方法。
  7. 【請求項７】 窒化中にガス雰囲気の圧力を標準圧力と
    は相違させることを特徴とする、請求項１ないし６の１
    つに記載の熱処理方法。
  8. 【請求項８】 続いて６５０℃以下の温度への再加熱に
    より表面層を硬化することを特徴とする、請求項１ない
    し７の１つに記載の熱処理方法。
  9. 【請求項９】 特に衝突摩耗、キヤビテーシヨン及び滴
    衝突により荷重を受ける際摩耗抵抗を改善するために使
    用することを特徴とする、請求項１ないし８の１つに記
    載の熱処理方法。
JP6275455A 1993-10-05 1994-10-04 オーステナイト表面層をステンレス鋼に形成するための熱処理方法 Pending JPH07188733A (ja)

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