JP2916619B1 - ステンレス鋼の超塑性加工法及び超塑性加工用ステンレス鋼材の製造法 - Google Patents

ステンレス鋼の超塑性加工法及び超塑性加工用ステンレス鋼材の製造法

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JP2916619B1 JP558298A JP558298A JP2916619B1 JP 2916619 B1 JP2916619 B1 JP 2916619B1 JP 558298 A JP558298 A JP 558298A JP 558298 A JP558298 A JP 558298A JP 2916619 B1 JP2916619 B1 JP 2916619B1
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Abstract

【要約】 【課題】 生産性を向上した超塑性ステンレス鋼材の製
造法及び超塑性加工用ステンレス鋼材の製造法を提案す
る。 【解決手段】 オーステナイト系ステンレス鋼にMs点
以上Md点以下の温度範囲で85%以上の塑性加工を加
え、これをAs点以上の温度で超塑性加工する加工方
法、若しくはオーステナイト系ステンレス鋼にMs点以
上Md点以下の温度範囲で85%以上の塑性加工を加
え、次にAs点以上の温度でマルテンサイトが1%未満
となる時間焼なましを加え、次にMs点以上Md点以下
の温度範囲で85%以上の塑性加工を加える超塑性加工
用ステンレス鋼の製造法である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、生産性を向上した
超塑性ステンレス鋼材の製造法及び超塑性加工用ステン
レス鋼材の製造法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】塑性加工の方法に、材料に超塑性を発現
させて加工する超塑性加工という方法がある。超塑性加
工は、通常の塑性加工と比較して1度の工程で大変形さ
せることができるという利点がある。このようにステン
レス鋼材に超塑性を発現させることの要求は大きい。
【0003】ステンレス鋼のうちでも、オーステナイト
・フェライト系2相ステンレス鋼が超塑性を示すことは
良く知られている。しかし、2相ステンレス鋼は、ステ
ンレス鋼ではあまり一般的に使用されるものではない。
一般に金属材料が超塑性を示すためには結晶粒径を数μ
mまたはそれ以下としなければならないが、一般によく
使用されるSUS304のようなオーステナイト系ステ
ンレス鋼では、通常の加工−焼きなましによる結晶粒微
細化加工熱処理では、せいぜい10μm程度の結晶粒と
なるに過ぎない。
【0004】そこで本発明の発明者らは、SUS304
に代表されるオーステナイト系ステンレス鋼では、その
温度以下に冷却するとマルテンサイト変態を起こす温度
(以下、Ms点という)以上その温度以下で加工すると
マルテンサイト変態を起こす温度(以下、Md点とい
う)以下の温度での冷間加工によるマルテンサイト(以
下、α’という)の導入と、これに続くその温度以上に
昇温すると生成したα’がオーステナイト(以下、γと
いう)に逆変態する温度(以下、As点という)以上の
温度での焼なましにより結晶粒径が約1μm以下と微細
化し、このように調整した鋼材が、適当な温度ひずみ条
件で超塑性挙動が発現して、伸び率が300%に達し、
超塑性加工に適用できることを明らかにした(社団法人
日本鉄鋼協会発行 『鉄と鋼』Vol.80(199
4),No.3,第67〜71頁参照)。
【0005】その後、本発明者らは、オーステナイト系
ステンレス鋼を蒸気の方法で結晶粒径が1μmのγ単相
材に調整したものに再度α’導入のための冷間加工とγ
への逆変態のための焼なましにより、伸び率が600%
にも達する超塑性加工用ステンレス鋼材をも開発した
(特願平9−75179号,社団法人 日本鉄鋼協会発
行『材料とプロセス』Vol.10(1997),第6
34参照)。また、本発明者らはその巨大伸びに及ぼす
マルテンサイト相の影響についても明らかにした(社団
法人 日本鉄鋼協会発行 『鉄と鋼』Vol.83(1
997),No.3,第43〜46頁参照)。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
何れの製造法においても、超塑性加工を行う直前の工程
は、冷間加工から続く高温での焼なましという処理であ
り、この焼なまし工程とそのための加熱設備を必要とす
るものであった。また、超塑性加工の高速化、即ち、同
一時間でのより大きな加工も望まれている。そこで、本
発明者らは、結晶粒微細化処理のための焼なまし温度と
超塑性挙動を発現する加工温度がほぼ等しいことに着目
し、焼なまし工程を省略することにより、生産性を向上
することを目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記の目的に
鑑みてなされたものであって、本発明のステンレス鋼の
超塑性加工法は、オーステナイト系ステンレス鋼にMs
点以上Md点以下の温度範囲で85%以上の塑性加工を
加えてα’を導入し、これを焼なまし工程を行うことな
くそのままAs点以上の温度で超塑性加工することを特
徴とする。この方法は、前述のように結晶粒微細化のた
めの最終焼なまし温度と超塑性挙動発現のための温度が
ほぼ等しいために成立する。この方法によれば、素材製
造工程での結晶粒微細化のためのAs点以上での焼なま
し工程を省略することができ、そのための加熱設備も必
要としない。さらに、この方法によれば、加工中に組織
が時間の経過とともに α’単相 → α’/γ二相 → γ単相 と変化するが、本発明者らが先に明らかにしたように、
γ単相の場合よりもα’/γ二相の方が変形に要する応
力が低下し、結果として加工が速く進行する(社団法人
日本鉄鋼協会発行 『鉄と鋼』Vol.83(199
7),No.3,第43〜46頁参照)。
【0008】また、本発明は、前記の発明を本発明者ら
が先に明らかにした特願平9−75179号に応用した
超塑性加工用ステンレス鋼材の製造法をも提案するもの
であって、オーステナイト系ステンレス鋼にMs点以上
Md点以下の温度範囲で85%以上の塑性加工を加え、
次にAs点以上の温度でマルテンサイトが1%未満とな
る時間焼なましを加え、次にMs点以上Md点以下の温
度範囲で85%以上の塑性加工を加えることを特徴とす
る。この製造法により得られるステンレス鋼材は、As
点以上の温度で超塑性加工することにより、伸び率が6
00%にも達する超塑性加工を実施することができる。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、この発明を図面に基づいて
説明する。
【0010】図1(a)は従来の、図1(b)は本発明
に係るステンレス鋼の超塑性加工法に含まれる工程を示
すものである。従来の方法は、冷間加工1と焼なまし2
と超塑性加工3とからなるのに対し、本発明の方法は、
冷間加工1と超塑性加工3とからなっている。
【0011】即ち、従来の方法も本発明の方法も、オー
ステナイト系ステンレス鋼からなる母材に、Ms点以上
Md点以下の温度T1 で85%以上の塑性加工を加え
(冷間加工1)、加工誘起マルテンサイト(α’)を生
成せしめる。オーステナイト系ステンレス鋼は、Ms点
以上でMd点以下で塑性加工を加えるとマルテンサイト
(α’)となる。加工量は85%以上であり、これより
加工量が低いとマルテンサイトは十分に加工誘起されな
い。
【0012】次に、従来の方法では、As点以上の温度
2 で、マルテンサイトが1%未満となる時間焼きなま
しを加える(焼きなまし2)。まえの冷間加工1で生じ
た加工誘起マルテンサイト(α’)は、As点以上に保
持するとオーステナイト(γ)となる。焼きなまし温度
が750℃より高いと結晶粒は微細化しない。この焼き
なましによって結晶粒径は約1μmとなる。一方、本発
明の方法では、超塑性加工3の加工温度T2 にて上記焼
なましと同様に結晶粒が微細化される。尚、従来の方法
における超塑性加工3の加工温度T3 は、焼なましの温
度T2とほぼ等しい(T2 ≒T3 )。
【0013】図2(a)は従来の、図2(b)は本発明
に係る超塑性加工用ステンレス鋼材の製造法に含まれる
工程を示すものである。尚、括弧内は、その後の超塑性
加工6を示す。従来の製造法は、冷間加工1と焼なまし
2と第二の冷間加工4と第二の焼なまし5とからなるの
に対し、本発明の製造法は、冷間加工1と焼なまし2と
第二の冷間加工4とからなっている。
【0014】即ち、従来の製造法も本発明の製造法も、
前記のように冷間加工1と焼なまし2を施した後、再び
Ms点以上Md点以下の温度T4 で85%以上の塑性加
工(第二の冷間加工4)を加える。次に、従来の製造法
では、再びAs点以上の温度T5 で、マルテンサイトが
1%未満となる時間焼きなまし(第二の焼きなまし5)
を加え、さらなる結晶粒の微細化をする。一方、本発明
の製造法では、その後の超塑性加工の加工温度T5 にて
上記焼なましと同様にさらなる結晶粒の微細化が行われ
る。尚、従来の方法における超塑性加工6の加工温度T
6 は、第二の焼なまし5の温度T5 とほぼ等しい(T5
≒T6 )。冷間加工1と第二の冷間加工4はそれぞれの
条件の範囲内で同一の内容であってもまた、異なった内
容のものでも良い。焼きなまし2と第二の焼きなまし5
はそれぞれの条件の範囲内で同一の内容であってもま
た、異なった内容のものでも良い。
【0015】
【実施例】〔実施例1〕以下に本発明を超塑性ガスバル
ジ加工に応用し、張り出し量を測定した例について述べ
る。使用した装置は、図3に示すようなアルゴンガス駆
動のガスバルジ成形装置(最大加圧力700KPa)で
あり、直径120mmの円板を被加工材とする。使用し
た金型は、図4に示すような直径90mmの円柱状の外
形に直径40mmの筒状の穴を有する。使用した母材
は、厚さ5.5mmのSUS304板材であり、これを
20℃で0.55mmまで圧延することによりα’を導
入して直径120mmの円板を切り出して被加工材とし
た。これをこのまま加工装置に導入した。比較例とし
て、この円板に別途加熱炉で998Kで1時間の焼なま
しを加えてγ単相の超塑性材に調整したものを使用し
た。
【0016】図5に、冷間圧延材と焼なまし材につい
て、4時間700KPaで加圧したときの被加工材の張
り出し量を測定した結果を加工温度に対して示した。図
中、白丸印は冷間圧延材を超塑性加工した、即ち本発明
の実施例であり、黒丸印は焼なまし材を超塑性加工し
た、即ち比較例の結果である。図5より明らかなよう
に、本発明の実施例では、張り出し量が比較例に比べて
低下せず、むしろ比較例よりも大きいことが明らかであ
る。
【0017】尚、本発明が適用されるのは、超塑性ガス
バルジ加工に限らずその他の超塑性加工にも適用できる
のはもちろんである。
【0018】〔実施例2〕以下に請求項2の発明に基づ
いて超塑性加工用ステンレス鋼材を製造し、超塑性ガス
バルジ加工に使用した例を示す。使用した薄材は厚さ3
0mmのSUS304板材である。これを20℃の温度
で厚さ3mmまで圧延し、700℃で1時間の焼なまし
を行った。さらにこれに20℃で厚さ0.3mmまで圧
延した。この圧延材から、JIS7号に基づき試験片を
切り出して高温引張試験を行ったところ(1.8/10
00)/s以下のひずみ速度で400%以上の巨大な伸
びが得られ、超塑性ステンレス鋼材となっていることが
確認できた。また、前記圧延材から直径120mmの超
塑性加工用ステンレス鋼円板を切り出し、図3のガスバ
ルジ成形装置に図4の金型を挿入して超塑性ガスバルジ
成形実験を行い、超塑性加工ができることを確認した。
【0019】
【発明の効果】本発明のステンレス鋼の超塑性加工法
は、被加工材を超塑性材に調整するための熱処理工程を
省略したので、そのための加熱設備を不要とし、生産性
を向上することができる。しかも、より大きな加工量を
得ることができる。
【0020】また、本発明の超塑性加工用ステンレス鋼
材の製造法は、先願の特願平9−75179号における
最終焼なましを省略し、その後の超塑性加工における加
工温度により結晶粒の微細化を行うものであり、やはり
生産性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は従来のステンレス鋼の超塑性加工法を
示す工程説明図、(b)は本発明のステンレス鋼の超塑
性加工法を示す工程説明図である。
【図2】(a)は従来の超塑性加工用ステンレス鋼材の
製造法を示す工程説明図、(b)は本発明の超塑性加工
用ステンレス鋼材の製造法を示す工程説明図である。
【図3】アルゴンガス駆動のガスバルジ成形装置を概念
的に示す断面図である。
【図4】実施例で用いた金型を示す断面図である。
【図5】実施例で得られた試験結果であり、冷間圧延材
と焼なまし材について、4時間700KPaで加圧した
ときの被加工材の張り出し量を測定した結果を加工温度
に対して示すグラフである。
【符号の説明】
1 冷間加工 2 焼なまし 3 超塑性加工 4 第二の冷間加工 5 第二の焼なまし 6 超塑性加工
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−48052(JP,A) 特開 平10−265842(JP,A) 加藤正仁、島阪泰憲、”オーステナイ ト系ステンレス鋼における超塑性挙動" 材料とプロセス,平成9年,Vol. 10,No.3,P634 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C21D 8/02 - 8/04 C21D 9/46 - 9/48 B21B 1/00 - 3/02

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 オーステナイト系ステンレス鋼にMs点
    以上Md点以下の温度範囲で85%以上の塑性加工を加
    え、これをAs点以上の温度で超塑性加工することを特
    徴とするステンレス鋼の超塑性加工法。
  2. 【請求項2】 オーステナイト系ステンレス鋼にMs点
    以上Md点以下の温度範囲で85%以上の塑性加工を加
    え、次にAs点以上の温度でマルテンサイトが1%未満
    となる時間焼なましを加え、次にMs点以上Md点以下
    の温度範囲で85%以上の塑性加工を加えることを特徴
    とする超塑性加工用ステンレス鋼の製造法。
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