JPS5828326B2 - オ−ステナイトステンレス鋼の強化加工熱処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はＮおよびＮｂを含み低Ｃ含有の１８Ｃｒ −
８Ｎ ｉ型オーステナイトステンレス鋼に施して、微細
結晶組織でかつ降伏強さの高いオーステナイトステンレ
ス鋼を得る加工熱処理方法に係る。

１８Ｃｒ−８Ｎｉオーステナイトステンレス鋼は耐食性
にすぐれた材料として古くから知られ。

化学機器等に広く使用されているが、近年その応力腐食
割れが問題になり、その対策が急務となっている。

本発明者は代替材としてＮおよびＮｂを含有する低Ｃの
１８Ｃｒ−８Ｎｉ型オーステナイトステンレス鋼を開発
したが、従来のオーステナイトステンレス鋼の熱処理方
法で熱処理したのではＣ含有量が低いため３０ｋｇ／ｍ
４以上の高い降伏強さくまたは耐力）を得ることが難し
い。

本発明は含Ｎ、Ｎｂの低Ｃの１８Ｃｒ−８Ｎｉステンレ
ス鋼において３０ｋｇ／−以上の降伏強さを得ることの
できる加工熱処理方法を提供することを目的とし、１２
５０〜１３００℃において溶体化処理を施すと共にデル
タフェライトとオーステナイトの共存組織としておいて
該温度における熱間加工を施したのち、Ｎｂの窒化物お
よび低炭素含有炭窒化物（以下低Ｃ炭窒化物という）が
析出しないように冷却し、次に該窒化物および低Ｃ炭窒
化物の分散析出および再結晶を行なわせることを特徴と
する結晶粒が微細でかつ降伏強さの高い含Ｎ、Ｎｂ、低
Ｃｌ８Ｃｒ−８Ｎｉ型ステンレス鋼を得る加工熱処理方
法に係る。

ところで一般にオーステナイトステンレス鋼は結晶粒を
微細化することによって降伏強さを成る程度高くするこ
とができることが知られている。

本発明者の含Ｎ、Ｎｂ、低Ｃオーステナイトステンレス
鋼の開発研究過程においても熱間あるいは冷間加工後の
再結晶処理により結晶粒を微細化すれば降伏強さが２６
〜３０ｋｇ／ｍａ程度のものが得られることが判った。

更に降伏強さが高く、最低３０ｋｇ／ｍｔｉ以上のもの
を工業的に得ることができるようになれば設計上材料の
節約が期待され、経済的にもきわめて効果が大きい。

ところで降伏強さの向上には結晶粒微細化のほかに析出
強化、換言すれば析出物を析出させて強化する方法が知
られており、この二つの方法をともに行なわせることに
よって降伏強さを著しく高めることが可能であると考え
られる。

一方、分散相による強化作用を効果的に行なうにはごく
微細に析出物を分散析出させることが必要であることが
知られている。

本発明者の含Ｎ、Ｎｂ、低Ｃオーステナイトステンレス
鋼においては転位上の微細なＮｂの窒化物および低Ｃ炭
窒化物粒子が析出していることが電子顕微鏡によって確
められており、このＮｂの窒化物および低Ｃ炭窒化物粒
子は非常に硬質の粒子であるから、これによって析出強
化を行なうことが可能であることは充分に考えられる。

このような考えから含Ｎ、Ｎｂ、低Ｃオーステナイトス
テンレス鋼について種々研究を重ね、いくつかの重要な
手がかりが得られた。

そのうち若干のものについて述べると次のとおりである
。

（１）従来のＪＩＳ ＳＵＳ ３００シリーズのオ
ーステナイトステンレス鋼の溶体化処理は炭化物の固溶
を目的としているため、その温度は約１ｏｏｏ〜１１５
０℃であるが、窒化物ないし炭窒化物を充分に固溶させ
るためにはこの温度範囲では低く、析出物を充分に固溶
させることができない。

Ｎｂの窒化物および低Ｃ炭窒化物の分散析出による強化
を狙うためには溶体化処理において充分にこれらの窒化
物を固溶させておくことが必要である。

本発明者の研究によれば炭化物は約１２００℃、窒化物
は約１２５０〜１３００℃でほぼ固溶するので、溶体化
処理温度としては１２５０〜１３００℃の温度範囲が必
要である。

なお、この温度範囲ではデルタフェライトが形成され、
組織はデルタフェライトとオーステナイトの共存組織と
なるが、このような２相共存組織とすると後述するよう
に加工および再結晶処理によって微細組織になり易い。

（２）溶体化処理温度から水冷したものは結晶粒が粗く
、かつＡＳＴＭ結晶粒度（以下ＡＳＴＭを省略して単に
結晶粒度という）番号３〜５の混粒を示し、引張強さは
６０ｋｇ／７ｎｉで若干低いが降伏強さは高く約３０ｋ
ｇ／ｍ４を示した。

これはＮｂ窒化物および低Ｃ炭窒化物粒子が全て固溶し
ているので、ＮとＮｂとの固溶体強化によるものであろ
う。

（３）溶体化処理の後、該処理温度で５ｏ％加工して水
冷したものでは圧延組織を多少残しており、降伏強さは
３６．６ ｋｇ／ｍｔｉの高い値を示す一方、伸び、絞
りは減少し、高温加工の影響が残っているものと考えら
れる。

結晶粒は粒度番号５と６との混粒である。

（４）溶体化処理後、該処理温度で５０％加工して水冷
し、再び加熱して析出処理を施して水冷したものは結晶
粒は粒度番号６と７の混粒よりなっているが、圧延組織
は消失し、降伏強さは３１ ｋｇ／７ＩＬ１１Ｌと高く
、また引張強さも高い値を示し、明らかに析出分散によ
る強化を受けているものと考えられる。

（５）溶体化処理後直ちに水冷し、次に析出処理を施し
て水冷したものは熱間加工を加えていないので、結晶粒
は大きく、粒度番号３と４との混粒になっていたが、そ
の降伏強さは高く３１に９／πえ引張強さは６５に９／
−で、伸、絞りともに大きく、これは明らかにＮｂの窒
化物および低Ｃ炭窒化物の析出分散による強化に基づく
ものである。

（６）室温で降伏強さ３０に！９／ｍｙｊ以上を目標と
すると、Ｎｂの窒化物および低Ｃ炭窒化物を強化に充分
な量析出させるためにはＮが０．０４以上、Ｎｂが０．
４０％以上含有されておればよい。

（７）溶体化処理に引続き、該処理温度で熱間加工を行
ない、水冷し、次に析出処理を行なって水冷し、次に再
加熱して析出処理温度で熱間加工して水冷、再加熱して
再結晶処理を行なう結晶粒微細化方法と同様な方法によ
れば結晶粒は粒度番号１０で混粒もなく整粒されている
が、降伏強さは２７ｋｇ／ｍａと低い値を示した。

（８）析出処理温度範囲に比較的長時間保持し、かつ析
出処理温度で熱間加工したものについて電子顕微鏡で調
査したところＮｂの窒化物および低Ｃ炭窒化物粒子が凝
集して大形化し、かつ結晶粒界に集っているのが見られ
た。

このようなものでは固溶化処理温度でＮｂ窒化物および
低Ｃ炭窒化物粒子は固溶し難くなり、地鉄中のＮｂとＮ
の含有量が減少し、その結果その後に析出処理を施して
も分散強化が起り難く、降伏強さの向上は期待できない
。

（９）溶体化処理後水冷し、次に加熱して析出処理を施
し、該処理温度で加工度を大きくして熱間加工を加えて
水冷し、次に加熱して再結晶処理を行なったものでは結
晶粒は粒度番号９で混粒はないが、降伏強さは２５ｋｇ
／ｍａであった。

従って析出処理温度で行なう熱間加工は加工度を大きく
しても降伏強さの向上には効果がない。

これらの知見から含Ｎ、Ｎｂ、低Ｃオーステナイトステ
ンレス鋼を一様に微細化された結晶組織で、３０ｋｇ／
ｍａよりも高い降伏強さを示すようにするための処理方
法としては、最終処理として固溶しているＮとＮｂとを
できるだけ低い温度で再析出させる処理を施す方法が有
効であること、この強化を効果的に行なうためには最終
処理の前にできるだけ多量のＮとＮｂとを固溶させてお
く処理をおくことが必要であること、而してこの最終処
理以前に、微細結晶組織としておく処理が必要であるこ
とが判った。

上記の結果に基づいて溶体化処理、熱間加工、析出処理
、再結晶処理を組合せて四通りの処理を施し、試験を行
なった。

各処理別加工熱処理工程は第１図に示すとおりである。

また、試験に供した各試料の化学組成は第１表に、各試
験別の試験成績は第２表に、処理（１）の試料について
３００°Ｃで行なった引張試験成績は第３表に示すとお
りである。

これらの試験結果を電子顕微鏡による組織検査結果を参
照して検討してみると次のとおりである。

処理（Ｉ）Ｏ場合は降伏強さが試料１を除いて２５〜２
９ ｋｇ／ｍｙ７ｔでＪ−希望値の３０ｋｇ／ｍｔｌｔ
には達しなかった。

これは析出処理温度以上に長時間保持し、かつ析出処理
温度で熱間加工したため、Ｎｂの窒化物および低Ｃ炭窒
化物粒子が粗大化して結晶粒界に集合し、比較的溶解し
難い状態になったので、地鉄中のＮとＮｂの溶解量が減
少し、その結果最終析出処理で強化が行なわれなかった
ためと考えられる。

試料１は遊離のＮの含有量が多いので混粒組織になって
いる。

処理（ＩＩ）の場合は結晶粒微細化のための塑性加工を
溶体化処理温度における加工に依存するため、その加工
度を大きくして析出処理後の加工を行なわず直ちに再結
晶処理温度（１１００℃）に加熱して水冷したため、か
なり長時間析出温度範囲に保持したことになり、Ｎｂ窒
化物および低Ｃ炭窒化物粒子が粗大化して処理（Ｉ）の
場合と同様に最終処理によって強化が行なわれなかった
ものである。

処理（ＩＩＤの場合は処理（Ｉ）と同様に溶体化処理温
度で加工度６７．５％の熱間加工を加えたのち空冷し、
次に析出と再結晶処理とを兼ねて１１００℃に短時間加
熱して水冷したもので、Ｎｂの窒化物および低Ｃ炭窒化
物粒子の凝集は少なく、従って最終処理の析出処理によ
って強化が行なわれた。

この場合常温加工によってＮｂの窒化物および低Ｃ炭窒
化物粒子の一部が破砕されて微細化に寄与しているであ
ろうことが考えられる。

この処理（Ｉｎ）によって降伏強さは３２ ｋｇ／ｍａ
Ｊ＝Ｊ、上の値を示し、結晶値も粒度番号９と微細化し
ている。

引張強さは６８ ｋｇ／ｍ１ｉ以上の高い値を示し、伸
び、絞りとも充分に優秀な値を示している。

この処理では溶体化処理温度で加工度を大きくして加工
を加えているため結晶粒が微細化し、かつ加工組織が最
終処理後は残っていないことから、９００℃において再
結晶と再析出を行なわせてもほぼ一様に微給化されたも
のが得られることが判った。

処理（５）の場合は結晶粒は処理（［）のものより多少
大きいが、粒度番号８程度に微細化され、かつ加工組織
が残っていないものが得られ、その降伏強さは３４ｋｇ
／ｉ４以上、引張り強さ６７に９／−以上で伸び、絞り
ともにすぐれた値を示している。

上記の試験結果から微細結晶粒で、降伏強さ３０ｋｇ／
ｌｎｉ以上の含Ｎ、Ｎｂ、低Ｃオーステナイトステンレ
ス鋼を得る処理方法として処理（ＩＶ）に基づく次の方
法が適当であると判断された。

１２５０〜１３００℃に加熱して溶体化処理を行ない、
デルタフェライトとオーステナイトとの２相組織とし、
引続いて該温度で加工度５０％以上の熱間加工を加え、
次にＮｂの窒化物および低Ｃ炭窒化物が析出しないよう
に急冷する。

続いて窒化物、低Ｃ炭窒化物析出粒子を大きさを最小に
、かつ強化に必要な充分な量析出させる析出処理と、加
工を受けた結晶粒′を微細かつ整粒にする再結晶処理と
を一回の熱処理で行なうため９００〜９５０℃に加熱し
たのち冷却する。

以上の一連の処理方法を第２図に示しである。

なお１２５０〜１３００℃で溶体化処理を施し、引続い
て該温度で加工度５０俤以上の熱間加工を加え、次にＮ
ｂの窒化物および低Ｃ炭窒化物が析出しないように冷却
し、再び１０５０〜１１００℃に短時間で加熱して析出
処理と再結晶処理とを一部行なわせ常温まで急冷し、必
要あれば曲り直し等の少量の冷間加工を加え、最終処理
として９００〜９５０℃に再加熱し、再析出を行なわせ
たのち急冷するように処理しても、最終析出処理前の析
出処理温度以上の加熱が短時間であれば、多少降伏強さ
が低下するが大よそ同じ目的が達せられることが判った
。

前者の方法によるときは結晶粒は後者の方法によるもの
よりも多少大きくなるが、強度はかえって大きいものが
得られ、処理工程数も少なくすぐれた方法である。

後者の方法によると微細結晶粒組織が得られる。

いずれの場合にもサイジング、曲り直し等の簡単な常温
加工を施す必要がある場合は最終析出処理の前に行なえ
ばよい。

以上説明したように本発明の方法は前記の処理（２）に
基づくもので、この方法によればすぐれた降伏強さおよ
びその他の機械的性質を有する含Ｎ。

Ｎｂ、低Ｃオーストナイトステンレス鋼を得ることがで
きる。

本方法は溶体化処理温度を従来の方法よりも高くするほ
かは特に面倒な処理を要せず、また溶体化処理温度も現
在技術では充分実施可能な温度である。

本方法によって得られる微細結晶組織の、高い降伏強さ
を有するオーステナイトステンレス鋼を使用すれば化学
機器類の設計重量を減らすことができる。

而も本方法によるオーステナイトステンレス鋼は耐応力
腐食割れ性、溶接性等にもすぐれている上に、最終処理
として析出処理を行なっているので鋭敏化が生じ難く、
工作上或いは使用上安定度の高い設備が得られるように
なる等、本方法の開発は実用上その効果がきわめて大き
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は試験の際の各種処理工程を示す工程図、第２図
は本発明の方法の工程を示す工程図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ １２５０〜１３００℃において溶体化処理を施すと
   共にデルタフェライトとオーステナイトの共存組織とし
   ておいて、該温度における熱間加工を施したのち、窒化
   物および低炭素含有炭窒化物が析出しないように冷却し
   、次に窒化物および低炭素含有炭窒化物の分散析出およ
   び再結晶を行なわせることを特徴とする結晶粒が微細で
   かつ降伏強さの高い含窒素、ニオビウム、低炭素１８ク
   ロム−８ニツケル型オーステナイトステンレス銅を得る
   加工熱処理方法。 ２、特許請求の範囲第１項記載の溶体化処理温度におけ
   る熱間加工が加工度５０饅以上の加工である結晶粒が微
   細でかつ降伏強さの高い含窒素、ニオビウム、低炭素１
   ８クロム−８ニツケル型オーステナイトステンレス鋼を
   得る加工熱処理方法。 ３ 特許請求の範囲第１項または第２項記載の窒化物の
   分散析出および再結晶を行なわせる処理が９００〜９５
   ０℃に加熱して析出と再結晶を行なわせる処理である結
   晶粒が微細でかつ降伏強さの高い含窒素、ニオビウム、
   低炭素１８クロム−８ニツケル型オーステナイトステン
   レス鋼を得る加工熱処理方法。