JPS6128003B2

JPS6128003B2 -

Info

Publication number: JPS6128003B2
Application number: JP56122929A
Authority: JP
Inventors: Terutaka Tsumura; Yasuo Ootani
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1981-08-07
Filing date: 1981-08-07
Publication date: 1986-06-28
Also published as: JPS5825418A

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、
焼戻しによつて使用されるマルテンサイト系クロ
ムステンレス鋼の製造方法に関し、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
及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ものであるが、このマルテン
サイト系クロムステンレス鋼は、一般に焼入れ焼
戻しあるいは焼ならし焼戻しをしていわゆる構造
用鋼として用いられることが多い。即ち、マルテンサイト系ステンレス鋼は焼入れ
のまま、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。従つて耐食性に加えて硬さ、引張強さ、衝撃
値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のである。この焼戻し処理に関しては、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、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行
なつた場合、強度低下が著しく、従つて所要の強
度と靭性とを具備せしむるためには焼戻し軟化抵
抗を付与することが必要であり、そのため、従
来、MoやＶ等の元素を格別に添加したり、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
からは問題であり、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。意識的なＮの添加も分塊、圧延
時あるいは熱処理時に鋼材に割れを発生させる原
因となる場合があつて、やはり問題がないとは言
い難いものである。かくして、本発明は、合金元素の添加を極力控
えて、特に650℃以上での高温焼戻しによつても
優れた強度、靭性、耐食性を有し、且つ生産性の
良いマルテンサイト系クロムステンレス鋼を廉価
に製造する方法を提供することを目的とする。ここに、本発明者らは合金元素の添加を極力控
えた成分系で特に高温域での焼戻し軟化抵抗に優
れ、従つて高温焼戻しによつても大きな強度を有
し、且つ靭性耐食性等の性能も良好な廉価なマル
テンサイト系クロムステンレス鋼の製造の研究に
取り組み、鋼自身の化学成分を調整し且つ焼入れ
あるいは焼ならしの条件を制限することによよつ
て現状の問題点が解決されることを見い出して本
発明を完成した。即ち、本発明は650℃以上の高温焼戻しによつ
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を格別多量
の合金元素の添加をすることなく、従つて廉価に
また歩留りよく製造するもので、重量％でＣ：
0.10〜0.40％、Si：1.0％以下、Mn：0.1〜1.0％、
Ni：1.0％以下、Cr：11.0〜16.0％、Ｖ：0.01〜
0.10％、Al：0.10％以下、Ｎ：0.0070％以下を含
み残部Fe及び不可避的に入る不純物から成り、
次式： 20×Ｃ（％）＋20×Ｎ（％）−Cr（％）＋10０を満足する鋼を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製造方法であり、
更に上記組成物にMo：0.02〜0.15％を同時に添
加してもよい。このように本発明は、それを構成する要素のう
ち、成分面ではＮを低く抑えた高Cr鋼であつ
て、これに微量のＶを添加したものであり、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。即ち、本
発明者らの知見によれば、マルテンサイト系クロ
ムステンス鋼が微量のＶを含むとき、Ｎを低く抑
えて、且つフエライトを抑えて強度を確保するた
め及び熱間加工性を改善するために、20×Ｃ
（％）＋20×Ｎ（％）−Cr（％）＋10０とすると
き、焼入れ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。従つ
て、この優れた焼戻し軟化抵抗を利用して特に強
度にすぐれた鋼が得られるものであつて、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、本発明に於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％を越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きたす
し、更に分塊、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り材料の均質化が困難と
なり、また熱間加工性も悪くなるので、下限を
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−フエライトを生じやすく
Ac₃点以上に加熱しても鋼を均質化しにくくな
り、また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、靭性の向上に
有効な元素であるが、高価なために必ずしも多
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％以上を含有することが必要
である。一方、16.0％を越えると焼入れあるい
は焼ならし温度に加熱したとき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
加工性が劣化するので好ましくない。従つて、
Crは11.0％〜16.0％とする。Ｖ：Ｖは低Ｎの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％を越えるとδ−フエライト生成
傾向が大きくなり、且つ勒性が劣化するので上
限を0.10％とする。 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、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。Ｎ：マルテンサイト系クロムステンレス鋼におい
て650℃以下での高温焼戻し処理による強度は
Ｎ量と負の相関関係にあり（後で掲げる第２表
のデータ参照）、特にＮが0.0070％以下では大
きな焼戻し軟化抵抗のために強度が大きい。 Mo：Moは特に強度の向上に有効であるが、高価
なために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。従つて、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。なお、Mo 0.01％程度は不純
物として含有されるものである。さらに、Ｃ、
Ｎ、Crについて式：20×Ｃ（％）＋20×Ｎ
（％）−Cr（％）＋10が負の値となるとき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、20×Ｃ
（％）＋20×Ｎ（％）−Cr（％）＋10０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925℃以上、1100℃以下とする。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、粒の粗大化をも生じ、強度の低下靭性の劣化
を招く。かくして、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、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、従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マルテンサイ
ト系クロムステンレス鋼が廉価に得られるもので
ある。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980℃から油焼入れし、600〜760
℃で焼戻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
る低Ｎ鋼は高温焼戻しに際して優れた軟化抵抗を
示し、従つて、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650℃以下の高温焼戻し
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得るのに、合金
元素を低減した廉価な成分系で、その製造の可能
なことを示すものであり、従つてその工業的価値
は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、
水又は油焼入れした後710〜730℃の範囲内の温度
で焼戻しして供試材を得、それぞれについて引張
り試験と衝撃試験を行なつた。それらの試験結果
を第４表にまとめて示す。この第４表に示す結果によれば本発明に係る鋼
が強度、靭性のバランスに極めて優れたものであ
ることが明らかである。

【表】

【表】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Ac₃点＋100℃
の温度から水又は油焼入れした後、700℃で焼戻
しして供試材を得、これから厚さ３mm、幅40mm、
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。即ち、上記の研磨した試験片を脱脂、乾燥さ
せ、しかる後オートクレーブに入れ真空脱気後、
オートクレープ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18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表の本発明に係る鋼を加熱圧延後、種
種の温度から水焼入れをして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
ために本発明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
〜16.0％、Ｖ：0.01〜0.10％、Al：0.10％以下、
Ｎ：0.0070％以下を含み、残部Fe及び不可避的
に入る不純物から成り、次式： 20×Ｃ（％）＋20×Ｎ（％）−Cr（％）＋10０を満足する鋼を、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製造方法。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
〜16.0％、Ｖ：0.01〜0.10％、Al：0.10％以下、
Ｎ：0.0070％以下に加えてMo：0.02〜0.15％を含
み、残部Fe及び不可避的に入る不純物から成
り、次式： 20×Ｃ（％）＋20×Ｎ（％）−Cr（％）＋10０を満足する鋼を、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製造方法。