JP2688392B2 - 割れ感受性の小さいマルテンサイト系ステンレス鋼の製造方法 - Google Patents
割れ感受性の小さいマルテンサイト系ステンレス鋼の製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、スラブや製品の変態割
れや置き割れの感受性が低く、固溶化熱処理後の加工性
に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼の製造方法に関
するものである。
れや置き割れの感受性が低く、固溶化熱処理後の加工性
に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼の製造方法に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】低炭素マルテンサイト系ステンレス鋼
は、高い降伏強度を有するとともに、衝撃靭性や溶接性
にも優れている。また、１７−４ＰＨ鋼や１５−５ＰＨ
鋼に代表されるマルテンサイト系析出硬化型ステンレス
鋼は、時効熱処理を施すことによって更に高い降伏強度
が得られる。このため、これらの鋼は、主として高強度
構造用部材として使用されている。
は、高い降伏強度を有するとともに、衝撃靭性や溶接性
にも優れている。また、１７−４ＰＨ鋼や１５−５ＰＨ
鋼に代表されるマルテンサイト系析出硬化型ステンレス
鋼は、時効熱処理を施すことによって更に高い降伏強度
が得られる。このため、これらの鋼は、主として高強度
構造用部材として使用されている。
【０００３】しかし、低炭素マルテンサイト系ステンレ
ス鋼は、高温度域オーステナイト状態から冷却するとフ
ェライト相を析出することなくマルテンサイト相に変態
するため、変態による割れ感受性が極めて高い。更に、
水素含有量が高いと、変態割れ感受性が増大するととも
に置き割れなどの遅れ破壊を生ずる。この傾向は製品サ
イズの大きい鍛造品や厚板製品に見られる。このことか
ら、製品サイズの大きい厚板、特に板厚が３０mmを超え
る厚手材については水素含有量を２ppm 以下にすること
が望ましい。
ス鋼は、高温度域オーステナイト状態から冷却するとフ
ェライト相を析出することなくマルテンサイト相に変態
するため、変態による割れ感受性が極めて高い。更に、
水素含有量が高いと、変態割れ感受性が増大するととも
に置き割れなどの遅れ破壊を生ずる。この傾向は製品サ
イズの大きい鍛造品や厚板製品に見られる。このことか
ら、製品サイズの大きい厚板、特に板厚が３０mmを超え
る厚手材については水素含有量を２ppm 以下にすること
が望ましい。
【０００４】高温度域のオーステナイト状態からの冷却
過程でフェライト相に変態する普通鋼の場合には、水素
固溶量が低いフェライト相に変態させた後、この状態で
高温長時間保持することによって脱水素を行う。しか
し、フェライト相に変態しないマルテンサイト系ステン
レス鋼は、熱処理による効率的な脱水素方法がなく、溶
製時の真空脱ガス工程で極力水素量を低減していた。
過程でフェライト相に変態する普通鋼の場合には、水素
固溶量が低いフェライト相に変態させた後、この状態で
高温長時間保持することによって脱水素を行う。しか
し、フェライト相に変態しないマルテンサイト系ステン
レス鋼は、熱処理による効率的な脱水素方法がなく、溶
製時の真空脱ガス工程で極力水素量を低減していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、真空脱
ガス溶製では水素量を２ppm 以下に低減することは困難
であり、１ppm にすることは不可能である。従って、後
の製造工程で変態割れや置き割れが多発し、製品歩留り
が著しく低下し製造コストの高騰を招いている。特に、
板厚３０mm以上の広幅厚板は、製造過程で激しい割れが
発生するため製造できないのが現状である。そこで、フ
ェライト変態しないマルテンサイト系ステンレス鋼の効
率的な脱水素熱処理方法の開発が望まれている。本発明
はかかる要望を満足させようとするものであって、Ｍｓ
点以下に冷却後の鋼に特定の熱処理を行って脱水素を施
すことにより、割れ感受性の小さいマルテンサイト系析
出硬化型ステンレス鋼の製造法を提供することを目的と
する。
ガス溶製では水素量を２ppm 以下に低減することは困難
であり、１ppm にすることは不可能である。従って、後
の製造工程で変態割れや置き割れが多発し、製品歩留り
が著しく低下し製造コストの高騰を招いている。特に、
板厚３０mm以上の広幅厚板は、製造過程で激しい割れが
発生するため製造できないのが現状である。そこで、フ
ェライト変態しないマルテンサイト系ステンレス鋼の効
率的な脱水素熱処理方法の開発が望まれている。本発明
はかかる要望を満足させようとするものであって、Ｍｓ
点以下に冷却後の鋼に特定の熱処理を行って脱水素を施
すことにより、割れ感受性の小さいマルテンサイト系析
出硬化型ステンレス鋼の製造法を提供することを目的と
する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、フェライ
ト変態しないマルテンサイト系ステンレス鋼の水素固溶
量が、マルテンサイト相中で極めて低いことを着目し、
マルテンサイト状態で熱処理しても割れが発生しない域
までＣ量を低減するとともに、マルテンサイト状態で水
素拡散効率の良い温度範囲で熱処理することを指向し、
本発明を成し遂げた。
ト変態しないマルテンサイト系ステンレス鋼の水素固溶
量が、マルテンサイト相中で極めて低いことを着目し、
マルテンサイト状態で熱処理しても割れが発生しない域
までＣ量を低減するとともに、マルテンサイト状態で水
素拡散効率の良い温度範囲で熱処理することを指向し、
本発明を成し遂げた。
【０００７】図１は、オーステナイト温度域から室温ま
で冷却しマルテンサイト変態させた後、３５０℃〜７５
０℃の温度範囲で１０時間保定した時の鋼中水素量の変
化を示す。すなわち、図からわかるように４５０℃〜５
５０℃の温度範囲では、水素量が極めて大きく減少し、
１ppm 以下となることがわかる。一方、Ａｃ1 変態点以
上の温度で保定するとマルテンサイトからオーステナイ
トの逆変態が生じ、固溶できる鋼中水素量が増大する。
で冷却しマルテンサイト変態させた後、３５０℃〜７５
０℃の温度範囲で１０時間保定した時の鋼中水素量の変
化を示す。すなわち、図からわかるように４５０℃〜５
５０℃の温度範囲では、水素量が極めて大きく減少し、
１ppm 以下となることがわかる。一方、Ａｃ1 変態点以
上の温度で保定するとマルテンサイトからオーステナイ
トの逆変態が生じ、固溶できる鋼中水素量が増大する。
【０００８】図２は、図１と同様にマルテンサイト変態
させた後、５００℃で２〜２０時間保定した時の鋼中水
素量の変化を示す。保定時間の増大に鋼中水素量は減少
し、５時間以上保定すると２ppm 以下になる。さらに１
０時間以上保定すると１ppm以下となる。
させた後、５００℃で２〜２０時間保定した時の鋼中水
素量の変化を示す。保定時間の増大に鋼中水素量は減少
し、５時間以上保定すると２ppm 以下になる。さらに１
０時間以上保定すると１ppm以下となる。
【０００９】このような知見から、本発明は通常の製造
工程で得られたスラブあるいはさらに熱間加工を施して
得られた鋼板、形鋼など各種の製品に熱処理を施すこと
によって、従来より極めて困難であった鋼中水素量を２
ppm 以下とすることが容易となり、製造性が飛躍的に向
上した。
工程で得られたスラブあるいはさらに熱間加工を施して
得られた鋼板、形鋼など各種の製品に熱処理を施すこと
によって、従来より極めて困難であった鋼中水素量を２
ppm 以下とすることが容易となり、製造性が飛躍的に向
上した。
【００１０】すなわち本発明は、重量でＣ：０．１％以
下、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：１．０％以下、Ｃｒ：
１３．０〜２０．０％、Ｎｉ：２．０〜８．０％及びＣ
ｕ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ａｌの１種または２種以上を、Ｃｕで
は１．０〜５．０％、Ｍｏ，Ｔｉ，Ａｌはそれぞれ１．
０％以下を含有するマルテンサイト系析出硬化型ステン
レス鋼であって、オーステナイト状態からＭｓ点以下に
冷却したものを、４５０℃〜５５０℃の温度範囲に加熱
し５時間以上保定することを要旨とする。これによって
鋼中水素含有量を１ppm 以下にすることも可能となり、
機械的性質が大きく改善される。
下、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：１．０％以下、Ｃｒ：
１３．０〜２０．０％、Ｎｉ：２．０〜８．０％及びＣ
ｕ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ａｌの１種または２種以上を、Ｃｕで
は１．０〜５．０％、Ｍｏ，Ｔｉ，Ａｌはそれぞれ１．
０％以下を含有するマルテンサイト系析出硬化型ステン
レス鋼であって、オーステナイト状態からＭｓ点以下に
冷却したものを、４５０℃〜５５０℃の温度範囲に加熱
し５時間以上保定することを要旨とする。これによって
鋼中水素含有量を１ppm 以下にすることも可能となり、
機械的性質が大きく改善される。
【００１１】次に、本発明の限定理由を以下に説明す
る。Ｃは、δフェライトの生成を抑制し熱間加工性を改
善する元素として有効に作用する。しかし、０．１０重
量％を超えると、本発明の熱処理を施した時に衝撃靭性
が著しく低下し割れが発生するため、０．１０重量％を
上限とした。Ｓｉは、強度の向上にも有効な元素であ
る。し、溶接性あるいは衝撃靭性の点から上限を１．０
重量％とした。Ｍｎは、加工性の向上に有効な元素であ
る。しかし、１．０重量％を超えて添加すると、オース
テナイト相が安定化し時効処理後の残留オーステナイト
量が増加するため、強度が低下する。したがって、上限
を１．０重量％とした。
る。Ｃは、δフェライトの生成を抑制し熱間加工性を改
善する元素として有効に作用する。しかし、０．１０重
量％を超えると、本発明の熱処理を施した時に衝撃靭性
が著しく低下し割れが発生するため、０．１０重量％を
上限とした。Ｓｉは、強度の向上にも有効な元素であ
る。し、溶接性あるいは衝撃靭性の点から上限を１．０
重量％とした。Ｍｎは、加工性の向上に有効な元素であ
る。しかし、１．０重量％を超えて添加すると、オース
テナイト相が安定化し時効処理後の残留オーステナイト
量が増加するため、強度が低下する。したがって、上限
を１．０重量％とした。
【００１２】Ｃｒは、ステンレス鋼として必要な耐食性
を得るに必要最小限度の１３．０重量％を下限とした。
しかし、２０．０重量％を超えるとσ相が生成しやすく
なり衝撃靭性が著しく低下するため、２０．０重量％を
上限とした。Ｎｉは、高温におけるオーステナイト相の
生成に必須の元素である。したがって２．０重量％を下
限とした。しかし、８．０重量％を超えると、オーステ
ナイト相が安定になりＭｓ点が室温以下となるため、固
溶化熱処理あるいは時効処理によって生成するマルテン
サイト量が著しく低下し、必要とされる強度が得られな
い。したがって、上限を８０重量％とした。
を得るに必要最小限度の１３．０重量％を下限とした。
しかし、２０．０重量％を超えるとσ相が生成しやすく
なり衝撃靭性が著しく低下するため、２０．０重量％を
上限とした。Ｎｉは、高温におけるオーステナイト相の
生成に必須の元素である。したがって２．０重量％を下
限とした。しかし、８．０重量％を超えると、オーステ
ナイト相が安定になりＭｓ点が室温以下となるため、固
溶化熱処理あるいは時効処理によって生成するマルテン
サイト量が著しく低下し、必要とされる強度が得られな
い。したがって、上限を８０重量％とした。
【００１３】Ｃｕは、必要により添加する元素である。
すなわち時効処理を施すことによってマルテンサイト相
中に微細に析出し、強度上昇させるものであり、添加す
る場合は必要最小限の１．０重量％を下限とした。しか
し、５．０重量％を超えると、高温における粒界脆化を
促進し、熱間加工性が阻害され高温割れに敏感になるこ
とから、上限を５．０重量％とした。Ａｌ，Ｔｉ，Ｍｏ
は、少くとも１種を必要により添加する。すなわちマル
テンサイト相中に化合物として微細に析出し、マルテン
サイト相の強度上昇に有効な元素である。しかし、１．
０重量％を超えると、その効果が飽和するとともにコス
トの上昇が著しくなることから、１．０重量％を上限と
した。
すなわち時効処理を施すことによってマルテンサイト相
中に微細に析出し、強度上昇させるものであり、添加す
る場合は必要最小限の１．０重量％を下限とした。しか
し、５．０重量％を超えると、高温における粒界脆化を
促進し、熱間加工性が阻害され高温割れに敏感になるこ
とから、上限を５．０重量％とした。Ａｌ，Ｔｉ，Ｍｏ
は、少くとも１種を必要により添加する。すなわちマル
テンサイト相中に化合物として微細に析出し、マルテン
サイト相の強度上昇に有効な元素である。しかし、１．
０重量％を超えると、その効果が飽和するとともにコス
トの上昇が著しくなることから、１．０重量％を上限と
した。
【００１４】本発明は上記各元素を含有する析出硬化型
ステンレス鋼をオーステナイト状態からＭｓ点以下に冷
却し、さらに４５０℃〜５５０℃の温度範囲で５時間以
上保定する。Ｍｓ点以下に冷却するのは、オーステナイ
ト相に比べて水素の固溶限が低いマルテンサイト相に変
態させるためである。この後の加熱温度を４５０℃以上
としたのは、この加熱でマルテンサイト相中に析出物が
生成するとともに残留オーステナイト相がマルテンサイ
ト相に変態し、鋼中水素の固溶限をさらに低くすること
ができるからであり、また５５０℃を超えて加熱すると
残留オーステナイト相がマルテンサイト相に変態せず脱
水素効率が低くなる傾向にあるため４５０℃〜５５０℃
の温度範囲とした。
ステンレス鋼をオーステナイト状態からＭｓ点以下に冷
却し、さらに４５０℃〜５５０℃の温度範囲で５時間以
上保定する。Ｍｓ点以下に冷却するのは、オーステナイ
ト相に比べて水素の固溶限が低いマルテンサイト相に変
態させるためである。この後の加熱温度を４５０℃以上
としたのは、この加熱でマルテンサイト相中に析出物が
生成するとともに残留オーステナイト相がマルテンサイ
ト相に変態し、鋼中水素の固溶限をさらに低くすること
ができるからであり、また５５０℃を超えて加熱すると
残留オーステナイト相がマルテンサイト相に変態せず脱
水素効率が低くなる傾向にあるため４５０℃〜５５０℃
の温度範囲とした。
【００１５】
【実施例】表１に示す化学組成を有するＡ〜Ｄ鋼を溶製
した。鋳造鋼塊に均熱拡散熱処理を施し分塊圧延した
後、表２に示す条件で脱水素処理を施した。この鋼塊を
１週間放置した後、超音波探傷試験にて割れの有無を確
認した。さらに、この鋼塊を厚板圧延し固溶化熱処理
（１０４０℃×３０min)を施し、ＪＩＳ４号引張り試験
片を採取し、機械的性質を調査した。その結果を表２に
示す。
した。鋳造鋼塊に均熱拡散熱処理を施し分塊圧延した
後、表２に示す条件で脱水素処理を施した。この鋼塊を
１週間放置した後、超音波探傷試験にて割れの有無を確
認した。さらに、この鋼塊を厚板圧延し固溶化熱処理
（１０４０℃×３０min)を施し、ＪＩＳ４号引張り試験
片を採取し、機械的性質を調査した。その結果を表２に
示す。
【００１６】
【表１】
【表２】 本発明法のNo．１〜５の試料は、その鋼中水素量が２pp
m 以下であり、熱間圧延後の遅れ破壊は全く認められな
い。さらに、鋼中水素量が１ppm 以下のNo．２〜５の試
料は、固溶化熱処理後の破断伸びが１５％前後の良好な
値を示す。一方、比較材として脱水素処理を施していな
いNo．６〜９の試料は、いずれも鋼中水素量が２ppm を
超え熱間圧延後に遅れ破壊が生じた。
m 以下であり、熱間圧延後の遅れ破壊は全く認められな
い。さらに、鋼中水素量が１ppm 以下のNo．２〜５の試
料は、固溶化熱処理後の破断伸びが１５％前後の良好な
値を示す。一方、比較材として脱水素処理を施していな
いNo．６〜９の試料は、いずれも鋼中水素量が２ppm を
超え熱間圧延後に遅れ破壊が生じた。
【００１７】以上の実施例から、本発明は組織制御と熱
処理条件が鋼中の水素含有量に密接に関連し極めて効果
的に作用し、優れた製造性および加工性を有するマルテ
ンサイト系析出硬化型ステンレス鋼の製造が可能となっ
た。
処理条件が鋼中の水素含有量に密接に関連し極めて効果
的に作用し、優れた製造性および加工性を有するマルテ
ンサイト系析出硬化型ステンレス鋼の製造が可能となっ
た。
【００１８】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば熱間加工
やガス切断にともなう割れの感受性が著しく低減し製造
性が飛躍的に向上することから、マルテンサイト系析出
硬化型ステンレス鋼の製造歩留りが大幅に向上する。特
に、従来製造が極めて困難と考えられていた厚板や大型
の熱間鍛造品などのように製品サイズの大きいマルテン
サイト系析出硬化型ステンレス鋼製品の製造が可能とな
った。近年、高い降伏強度を有する大型のステンレス鋼
構造部材の要求が高まっているが、本発明により実用に
供することが可能となったことから工業的効果は極めて
大きい。
やガス切断にともなう割れの感受性が著しく低減し製造
性が飛躍的に向上することから、マルテンサイト系析出
硬化型ステンレス鋼の製造歩留りが大幅に向上する。特
に、従来製造が極めて困難と考えられていた厚板や大型
の熱間鍛造品などのように製品サイズの大きいマルテン
サイト系析出硬化型ステンレス鋼製品の製造が可能とな
った。近年、高い降伏強度を有する大型のステンレス鋼
構造部材の要求が高まっているが、本発明により実用に
供することが可能となったことから工業的効果は極めて
大きい。
【図１】マルテンサイト系ステンレス鋼の保定温度と脱
水素量との関係を示す図。
水素量との関係を示す図。
【図２】マルテンサイト系ステンレス鋼の５００℃にお
ける保定時間と脱水素との関係を示す図。
ける保定時間と脱水素との関係を示す図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 賀来 幸俊 福岡県北九州市戸畑区飛幡町１番１号 新日本製鐵株式会社 八幡製鐵所内 (56)参考文献 特開 昭63−62849（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−139663（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−49117（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−75337（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−75336（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−75335（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−75332（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】 オーステナイト温度域からＭｓ点以下の
温度に冷却したＣ：０．１０重量％以下、Ｓｉ：１．０
重量％以下、Ｍｎ：１．０重量％以下、Ｃｒ：１３．０
〜２０．０重量％、Ｎｉ：２．０〜８．０重量％で、Ｃ
ｕ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ａｌの１種あるいは２種以上を含有し
てかつＣｕは１．０〜５．０％、Ｍｏ，Ｔｉ，Ａｌはそ
れぞれ１．０重量％以下含むマルテンサイト系析出硬化
型ステンレス鋼を、４５０℃〜５５０℃の温度範囲で５
時間以上保定することを特徴とする割れ感受性が低いマ
ルテンサイト系ステンレス鋼の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3308093A JP2688392B2 (ja) | 1991-11-22 | 1991-11-22 | 割れ感受性の小さいマルテンサイト系ステンレス鋼の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3308093A JP2688392B2 (ja) | 1991-11-22 | 1991-11-22 | 割れ感受性の小さいマルテンサイト系ステンレス鋼の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05255734A JPH05255734A (ja) | 1993-10-05 |
| JP2688392B2 true JP2688392B2 (ja) | 1997-12-10 |
Family
ID=17976784
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3308093A Expired - Lifetime JP2688392B2 (ja) | 1991-11-22 | 1991-11-22 | 割れ感受性の小さいマルテンサイト系ステンレス鋼の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2688392B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2953303B2 (ja) * | 1994-05-13 | 1999-09-27 | 住友金属工業株式会社 | マルテンサイトステンレス鋼 |
| JP2001303203A (ja) * | 2000-04-20 | 2001-10-31 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 高強度マルテンサイト系ステンレス鋼材およびそれを用いた油井管 |
| US7686897B2 (en) | 2002-07-15 | 2010-03-30 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Martensitic stainless steel seamless pipe and a manufacturing method thereof |
| JPWO2009107475A1 (ja) * | 2008-02-29 | 2011-06-30 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | オーステナイト系ステンレス鋼、及びその水素除去方法 |
| JP2018178144A (ja) * | 2017-04-04 | 2018-11-15 | 山陽特殊製鋼株式会社 | 優れた熱間加工性を有する析出硬化型ステンレス鋼 |
| JP6987651B2 (ja) * | 2018-01-23 | 2022-01-05 | 山陽特殊製鋼株式会社 | 熱間加工性に優れ、サブゼロ処理を要しない高硬度析出硬化型ステンレス鋼 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5149117A (ja) * | 1974-10-25 | 1976-04-28 | Hitachi Ltd | Sekishutsukokagatasutenresukono jinseikaizennetsushoriho |
| JPS5949303B2 (ja) * | 1980-04-03 | 1984-12-01 | 日新製鋼株式会社 | スチ−ルベルト用析出硬化型マルテンサイト系ステンレス鋼 |
| JPS6362849A (ja) * | 1986-09-03 | 1988-03-19 | Kobe Steel Ltd | 高強度高靭性を有する時効硬化性ステンレス鋼及びその製造方法 |
| JP2742949B2 (ja) * | 1989-08-16 | 1998-04-22 | 新日本製鐵株式会社 | 耐食性の優れたマルテンサイト系ステンレス鋼およびその製造方法 |
| JP2742948B2 (ja) * | 1989-08-16 | 1998-04-22 | 新日本製鐵株式会社 | 耐食性の優れたマルテンサイト系ステンレス鋼およびその製造方法 |
| JP2745070B2 (ja) * | 1989-08-16 | 1998-04-28 | 新日本製鐵株式会社 | 高強度かつ耐食性の優れたマルテンサイト系ステンレス鋼およびその製造方法 |
| JP2791804B2 (ja) * | 1989-08-16 | 1998-08-27 | 新日本製鐵株式会社 | 高強度かつ耐食性の優れたマルテンサイト系ステンレス鋼 |
-
1991
- 1991-11-22 JP JP3308093A patent/JP2688392B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05255734A (ja) | 1993-10-05 |
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