JPH09202918A - 窒素含有オーステナイトステンレス鋼の加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 下記高強度、高耐食性の窒素含有オーステナ
イトステンレス鋼を容易に加工する方法およびこの加工
後に硬度を高くする方法を提供すること。 【解決手段】 重量％で、Ｃ：０．１０％以下、Ｓｉ：
１．０％以下、Ｍｎ：０．５〜１０％、Ｓ：０．０１％
以下、Ｎｉ：８〜１５％、Ｃｒ：１５〜２５％、Ｎ：
０．１〜１．０％含有し、残部実質的にＦｅからなり、
更に０．２５％≦Ｃ＋Ｎ≦１．０％の式を満足する窒素
含有オーステナイトステンレス鋼を１５０〜５５０℃で
温間加工すること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、窒素含有オーステ
ナイトステンレス鋼の加工方法、詳細には窒素含有オー
ステナイトステンレス鋼を温間加工またはその後に時効
処理する加工方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、Ｃ：０．１０％以下、Ｓｉ：１．
０％以下、Ｍｎ：０．５〜１０％、Ｓ：０．０１％以
下、Ｎｉ：８〜１５％、Ｃｒ：１５〜２５％、Ｎ：０．
１〜１．０％含有し、またはこれに必要に応じてＭｏ：
４％以下、Ｃｕ：３％以下、Ｂ：０．０１％以下、Ｎ
ｂ：１．０％以下、Ｖ：１．０％以下およびＷ：１．０
％以下の１種または２種以上を含有し、残部実質的にＦ
ｅからなり、更に０．２５％≦Ｃ＋Ｎ≦１．０％の式を
満足するオーステナイトステンレス鋼は、高強度、高耐
食性の窒素含有オーステナイトステンレス鋼として本発
明者らによって提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このオーステナイトス
テンレス鋼は、冷間加工をすることにより高強度にな
り、また耐食性に優れているので、セルフタッピン、ド
リルねじ、船尾シャフトなどに最適であるが、変形抵抗
が高く、強冷間加工や複雑な形状への加工が困難であっ
た。そこで、熱間加工をすることになるが、熱間加工を
するためには高温にする必要があり、またそのために表
面の酸化膜が厚くなって除去するのが困難になるなどの
欠点がある。本発明は、前記高強度、高耐食性の窒素含
有オーステナイトステンレス鋼を容易に加工する方法お
よびこの加工後に硬度を高くする方法を提供することを
目的としている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の加工方法においては、前記高強度、高耐食
性の窒素含有オーステナイトステンレス鋼を１５０〜５
５０℃で温間加工することである。

【０００５】また、上記目的を達成するため、本発明の
加工方法においては、前記高強度、高耐食性の窒素含有
オーステナイトステンレス鋼を１５０〜５５０℃で温間
加工した後４５０〜６００℃で時効処理することであ
る。

【０００６】本発明の温間加において、加工温度を１５
０〜５５０℃にするのは、１５０℃未満では加工性改善
効果が小さく、また５５０℃を超えると強度が低下する
からである。また、時効処理において、時効温度を４５
０〜６００℃にするのは、４５０℃未満では、硬度が高
くならず、また６００℃を超えると軟化し、硬化しない
からである。

【０００７】

【作用】本発明の加工方法は、１５０〜５５０℃で温間
加工することにより、変形応力が常温時の変形応力に比
較して１０％以上低下し、ＳＵＳ３０４Ｎ₂ レベルとな
り、強加工をすることができるようになる。また、温間
加工後に４５０〜６００℃で時効処理することにより、
硬度がＨＲＣで３以上高くなる。

【０００８】次に、本発明において、オーステナイトス
テンレス鋼の各成分の含有量を限定した理由を説明す
る。 Ｃ：０．１０％以下 Ｃは、侵入型元素であって、強度の向上に寄与するが、
多量に添加すると、Ｎの固溶量を低下させると共に、Ｃ
ｒと結合して炭化物を形成し、マトリックスの固溶Ｃｒ
量を低下させて耐食性を劣化させるため、その上限を
０．１％とした。

【０００９】Ｓｉ：１．０％以下 Ｓｉは、主として溶解精錬時の脱酸剤として必要な元素
であるが、多量に含有すると、熱間加工性を低下するの
で、その上限を１．０％とした。 Ｍｎ：０．５〜１０％ Ｍｎは、オーステナイト生成元素であり、且つ窒素の固
溶量を著しく増加させる元素である。オーステナイト単
相にするためには、０．５％以上含有させる必要がある
が、１０％を超えると熱間加工性が劣化するので、その
含有範囲を５〜１０％とした。

【００１０】Ｓ：０．０１％以下 Ｓは、ＭｎＳとなり、低温での加工時、割れの起点とな
るため、低温での加工性を劣化させる。そのため、その
上限を０．０１％とした。 Ｎｉ：８〜１５％ Ｎｉは、オーステナイト生成元素であり、オーステナイ
ト相安定に寄与し、また変形抵抗を低下させ、低温での
加工性を向上させるが、多量に含有させると強度が低下
するので、その含有範囲を８〜１５％とした。

【００１１】Ｃｒ：１５〜２５％ Ｃｒは、ステンレス鋼の窒素の固溶量を増加するととも
に耐食性を向上させる元素であり、またフェライトを生
成する元素であるが、１５％以下だと耐食性が十分でな
く、２５％以上になるとフェライト・オーステナイト２
相組織となるため、その範囲を１５〜２５％とした。 Ｎ：０．１〜１．０％ Ｎは、侵入型元素であって、強度の向上、オーステナイ
ト相の安定、耐食性向上および加工後の時効処理による
強度の向上に寄与するが、０．１％より少ないとその効
果が低く、また１％を超えると、窒化物が完全に固溶せ
ず、ＳＴ温度が高くなるとともに低温での加工性、靱延
性を劣化するので、その範囲を０．１〜１．０％とし
た。

【００１２】０．２５％≦Ｃ＋Ｎ≦１．０％ Ｃ＋Ｎが０．２５％未満であると強度が低く、且つ時効
による強度上昇が小さく、また１．０％を超えると強加
工をする場合割れるので、その範囲を０．２５〜１．０
％とした。 Ｍｏ：４％以下 Ｍｏは、ステンレス鋼の窒素の固溶量の増加および耐食
性を向上させる元素として有効であるとともに、フェラ
イト生成元素であるが、４％を超えると高温での加工性
を低下させるとともに、コストが高くなくので、その量
を４％以下とした。

【００１３】Ｃｕ：３％以下 Ｃｕは、オーステナイト生成元素であり、低温での加工
性、耐食性を向上させる元素であるため、必要に応じて
含有させてもよいが、３％を超えて含有させると熱間加
工性を低下させるので、その上限を３％とした。 Ｂ：０．０１％以下 Ｂは、熱間加工性を改善するため、必要に応じて含有さ
せてもよいが、０．０１％以上含有させると窒素と結合
し、逆に熱間加工性を低下させるので、その上限を０．
０１％とした。

【００１４】Ｎｂ：１．０％以下、Ｖ：１．０％以下お
よびＷ：１．０％以下 Ｎｂ、ＶおよびＷは、結晶粒の微細化および強度の向上
に寄与するため、必要により１種または２種以上含有さ
せてもよいが、多量に含有させると、窒素と結合して固
溶Ｎ量を低下するので、その上限を１．０％とした。

【００１５】

【発明の実施の態様】次に、本発明の実施例を説明す
る。下記表１に記載した成分組成のものを５０Ｋｇ高周
波誘導炉で溶製した後、５０Ｋｇの鋳塊に鋳造し、その
後鍛伸によって２００ｍｍの丸棒にし、１１００℃×１
ｈｒ加熱後水冷する固溶化熱処理を施した。その後各丸
棒より試験片を切り出してプレスの変形抵抗および硬さ
を測定した。

【００１６】

【表１】

【００１７】変形抵抗は、端面拘束圧縮試験、すなわち
直径１５ｍｍ、高さ２２．５ｍｍの試験片を圧縮して潰
す試験によって測定した。また、温間加工後の強度は、
前方押し出しにより所望の温度で加工した素材より常温
引張試験片を削り出して測定した。

【００１８】図１は、表１の供試材の本発明の対象鋼１
の鋼を使用して試験した結果である。横軸のεは真ひず
み、すなわちＬｎ（Ｈｏ／Ｈ）、但しＨｏ：圧縮する前
の試験片の高さ、Ｈ：圧縮後の試験片の高さ、で表した
数値である。試験の結果は、真ひずみ０．５の場合、室
温の変形抵抗に比較して変形抵抗が２００℃では約２３
％、５００℃では約４５％低下している。

【００１９】図２は、表１の供試材の本発明の対象鋼２
の鋼を使用して試験した結果である。試験の結果は、図
１に記載したものと同様に室温の変形抵抗に比較して変
形抵抗が２００℃では約２３％、５００℃では約４５％
低下している。図３は、本発明の対象鋼１の真ひずみが
０．５になるように冷間または温間加工した場合の各加
工温度における変形抵抗を示したものである。加工温度
が１５０℃より高くなると、変形抵抗が急激に低下して
いる。

【００２０】図４は、表１の本発明の対象鋼４を使用
し、温間加工後に常温引張り試験をした結果である。本
発明の対象鋼４を加工温度４００℃で加工した場合の
０．２％ＰＳは、常温および２００℃で加工した場合に
比較して低下するが、比較鋼１４を冷間加工したものよ
りはかなり高くなっている。

【００２１】図５は、本発明の対象鋼４を温間加工後５
００℃×１Ｈｒで時効処理を施し、常温引張り試験を行
った結果である。時効処理したもの０．２％ＰＳは、時
効処理しないものと比較して約５０ＭＰａ程度高くなっ
ているが、その傾向は図４と同様である。

【００２２】図６は、本発明の対象鋼および比較鋼の試
験片を用い、真ひずみが０．８なるように温間加工した
ものの硬さが温間加工温度に応じてどの様に変化するか
を示したものである。本発明の対象鋼の各試験片の硬さ
の変化はＨＲＣで±２の範囲内にあり、温間加工温度に
それほど影響されない。図７は、本発明の対象鋼および
比較鋼の試験片を用い、真ひずみが０．８なるように温
間加工した後、５００℃×１ｈｒの時効処理をしたもの
の硬さが温間加工温度に応じてどの様に変化するかを示
したものである。時効処理をしないものと比較して温間
加工温度が高くなると、硬さの低下が大きくなる傾向が
あるが、本発明の対象鋼は、時効処理をしないものに比
較してＨＲＣで６程度高くなっている。

【００２３】以上説明したように、本発明の対象鋼であ
る窒素含有オーステナイトステンレス鋼を１５０〜５５
０℃で温間加工すると、変形抵抗が約１５％以上低くな
ることが分かる。また、本発明の対象鋼を１５０〜５５
０℃で温間加工した後、４５０〜６００℃で時効処理す
ると、硬さがＨＲＣで約３以上高くなり、また０．２％
ＰＳも５０ＭＰａ程度高くなるることが分かる。すなわ
ち、本発明の対象鋼を温間加工すると、加工がし易く、
また時効処理することにより、時効処理しないものと比
較して高硬度で高強度のものが得られることになる。

【００２４】

【発明の効果】本発明は、上記構成にしたことにより、
次のような優れた効果を奏する。 （１）本発明の対象鋼を１５０〜５５０℃で温間加工す
ると、変形抵抗が約１５％以上低くなり、加工が困難で
あったものが容易に低温で加工することができる。 （２）本発明の対象鋼を１５０〜５５０℃で温間加工し
た後４５０〜６００℃で時効処理すると、時効処理をし
ないものと比較して硬さがＨＲＣで約３以上高くなり、
セルフタッピン、ドリルねじ、船尾シャフトなどの性質
がより優れたものとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の対象鋼１の鋼の真ひずみと変形抵抗と
の関係を示すグラフである。

【図２】本発明の対象鋼２の鋼の真ひずみと変形抵抗と
の関係を示すグラフである。

【図３】本発明の対象鋼１の鋼の真ひずみが０．５の場
合の温間加工の各温度における変形抵抗を示したもので
ある。

【図４】本発明の対象鋼および比較鋼の試験片を用い、
各温度で前方押し出し加工した素材の常温での０．２％
耐力を示したグラフである。

【図５】本発明の対象鋼および比較鋼の試験片を用い、
各温度で前方押し出し加工した後、５００℃×１Ｈｒの
時効処理したものの常温での０．２％耐力を示したグラ
フである。

【図６】本発明の対象鋼および比較鋼の試験片を用い、
真ひずみが０．８になるように温間加工したものの硬さ
の変化を示したグラフである。

【図７】本発明の対象鋼および比較鋼の試験片を用い、
真ひずみが０．８になるように温間加工した後、５００
℃×１ｈｒの時効処理をしたものの硬さの変化を示した
もののグラフである。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％で、Ｃ：０．１０％以下、Ｓｉ：
   １．０％以下、Ｍｎ：０．５〜１０％、Ｓ：０．０１％
   以下、Ｎｉ：８〜１５％、Ｃｒ：１５〜２５％、Ｎ：
   ０．１〜１．０％含有し、残部実質的にＦｅからなり、
   更に０．２５％≦Ｃ＋Ｎ≦１．０％の式を満足するオー
   ステナイトステンレス鋼を１５０〜５５０℃で温間加工
   することを特徴とする窒素含有オーステナイトステンレ
   ス鋼の加工方法。
2. 【請求項２】 重量％で、Ｃ：０．１０％以下、Ｓｉ：
   １．０％以下、Ｍｎ：０．５〜１０％、Ｓ：０．０１％
   以下、Ｎｉ：８〜１５％、Ｃｒ：１５〜２５％、Ｎ：
   ０．１〜１．０％含有し、またこれにＭｏ：４％以下、
   Ｃｕ：３％以下、Ｂ：０．０１％以下、Ｎｂ：１．０％
   以下、Ｖ：１．０％以下およびＷ：１．０％以下の１種
   または２種以上を含有し、残部実質的にＦｅからなり、
   更に０．２５％≦Ｃ＋Ｎ≦１．０％の式を満足するオー
   ステナイトステンレス鋼を１５０〜５５０℃で温間加工
   することを特徴とする窒素含有オーステナイトステンレ
   ス鋼の加工方法。
3. 【請求項３】 温間加工の後４５０〜６００℃で時効処
   理することを特徴とする請求項１または請求項２記載の
   窒素含有オーステナイトステンレス鋼の加工方法。