JPS59170244A - 強靭無Coマルエ−ジング鋼 - Google Patents

強靭無Coマルエ−ジング鋼

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JPS59170244A
JPS59170244A JP58042317A JP4231783A JPS59170244A JP S59170244 A JPS59170244 A JP S59170244A JP 58042317 A JP58042317 A JP 58042317A JP 4231783 A JP4231783 A JP 4231783A JP S59170244 A JPS59170244 A JP S59170244A
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maraging steel
toughness
strength
steel
aging
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Yukiaki Asayama
浅山 行昭
Kazuaki Higuchi
和明 樋口
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/50Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with titanium or zirconium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/44Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with molybdenum or tungsten

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は特性がすぐれ、しかも安価に製造される新しい
成分系のマルエージング鋼に関する。
180 Kg/1ttn2程度の高強度を有する18N
1(250Grade )マルエージング鋼は固溶化処
理状態では比較約款かく、機械加工や成形加工が容易で
あり、しかも180匂/IIII+2の高強度にするた
めには、との固溶化処理状態のものを500℃前後の温
度に加熱(時効処理)するのみでよく、時効処理によっ
て寸法変化、歪み発生がほとんどないので、固溶化処理
状態での機械加工や成形加工は最終形状に仕上げること
ができるという大きな特徴を有している。また、時効処
理によって180に97mm2の高強度になっても良好
な靭性を有する優れた材料である。しかしながら、成分
的には高価なco  を多量に含有し、Ni やMOの
含有量も多いため、必然的に材料コストは高いものとな
っている。第1表に18N1 マルエージング鋼の化学
成分を示す。
第1表 18 Ni (250GracLe) −=r
ルエージング鋼本発明は上記18Ni(250Grad
e ) マルエージング鋼において、高価で、かつ必要
不可欠の成分といわれているCo を敢えて添加せず、
NiやMoも低い含有量に抑えて、しかも180Kp/
、m”の高強度が得られ、良好な靭性を有する材料の開
発を目的として研究開発したものである。
マルエージング鋼は時効処理によって微細な金属間化合
物を析出させることによって強度を確保しようとするも
のである。したがって金属間化合物を形成する適当な元
素(析出硬化に寄与する元素)を添加し、一旦高温に加
熱して添加元素を固溶させ(固溶化処理)、それを常温
まで冷却することによって合金元素を過飽和状態とし、
そのあと時効処理によって析出硬化させればよい。析出
硬化に寄与する元素としてはMo、  Ti、  Al
 等であって、これらを適当に添加すれば180 KS
I/1111112程度の強度は容易に得られることは
知られているが、良好な靭性を確保することは非常に難
かしく、一般には靭性の低い材料になシ構造用銅として
は使用に耐えないものとなる。
COとMoとには相乗−効果があって、これらが共存す
ると、時効処理によって高強度になると同時に、良好な
靭性が得られるといわれていて、18Ni  (250
Grade)マルエージング鋼はCOとMOが添加され
、強度と靭性を兼ね備えた優れた材料となっている。
しかし、この相乗効果が果して靭性を良好にする効果が
あるのかどうかについては未だ判然としていない。Co
 が添加されることによって′MOの強度に及ぼす効果
が助長されるが、強度増加に伴って起る靭性の必然的な
低下をCOが防止したかどうかについては詳かではない
。確かに18 Ni  (250Grade’ ) −
zルエージング鋼においてCo を減少させそのために
起る強度低下をMo 添加量の増大によって補うことを
すれば、Mo の多量の添加によって高温でも固溶しな
いMo  リッチな金属間化合物が未溶解のまま残留す
る結果、靭性は低下する。それだからといってこれをC
o  (7)靭性に及ぼす相乗効果とすることは筋違い
といえる。
材料の靭性は塑性変形において交叉すべわが容易である
かどうかによって決るといわれている。この考え方の上
に立ってマルエージング鋼を考えてみると、Ni  の
添加は一般に交叉すベシを容易にするため靭性は向上す
るといわれているので、マルエージング鋼の良好な靭性
はとのN1 が多量に添加されていることにあるといえ
る。Ni  自体は時効によって硬化する元素とはな)
得ないので強度増加の目的から先に述べた硬化元素が添
加される。これら硬化元素の添加によって靭性が低下す
るとすれば、それはN1の靭性に寄与する効果をこれら
硬化元素が阻害するためと考えられる。阻害要因として
は、鉄中に固溶しているNiが何らかの状態で析出して
しまうならば鉄中のNi 量は低下するので、析出に伴
う金属間化合物の形態に注目してみた。
18N1 マルエージング鋼の時効において析出してく
る金属間化合物はN13Moで6D、T1を含有するも
のではNi3Tiも析出してくるといわれている。時効
温度が低い場合には、この外にN1  リッチゾーンや
MOリッチゾーンが析出してくる。N1  リッチゾー
ンは460℃以上の温度では現われなくなる。したがっ
て、靭性に関与する鉄中のN1 含有量という観点から
問題となる金属間化合物はN13MoとNi3Tiでお
る。
そこで、18N1 マルエージング鋼を析出硬化させた
ときに形成される金属間化合物がすべてN13Mo 、
  Ni3Ti  と仮定し、COはこれら析出を単に
助長する効果のみ有するものとして、析出後の鉄中(M
atrix中)の固溶N1に対応し得るパラメータNi
 restを案出し、多くの18N1 マルエージング
鋼について切欠引張強度(切欠靭性に対応する値)とこ
のNi restの関係を求めると第1図の結果が得ら
れる。
Ni reBtは次式によった。
Ni reBt −Ni9J15&69 =3(Mo$
−1−0,3220o%)/95.95−3T1%/4
 z q  ・・・(1)但し、チはMass%(質量
%)である。
Ni restは切欠靭性と明確な関係があること、良
好な靭性、すなわち切欠引張強度6110 MPa以上
〔MPa(メガパスカル)Si単位による応力の単位で
I K4f/1ml −9,80665MPa 〕の値
を満たすNi restは0以上であればよいこと、中
でもNi rest 〉0.01で大きな切欠引張強度
となることが第1図の下のグラフから判る。一方N1 
を基地中に固溶させることによシ材料を急激に粘くする
ことができ、それに伴って材料が若干軟化するが、切欠
引張強度がNi rest O近傍で急激に向上するに
対し、硬度は直線的に徐々に低下するのみで、N1r8
Il]tO以上とすることに何ら支障はないことを第1
図の上のグラフは示している。
なお第1図には80r系のマルエージング鋼についても
プロットされている。第1図に使用した材料の主要成分
を第2表に示す。
第2表 第1図に使用した材料の主要成分とNi re
st値 本発明は上記の知見に基き為されたもので、マルエージ
ング鋼の成分系を全、く−新することにより、焼入れに
よるひずみを発生させることな〈従来と同等の強度及び
靭性を確保すると共に、高価なCOを全く使用せず、か
つNi、MOなどを低く抑えることによシ極めて安価な
マルエージング鋼を開発したものである。
すなわち本発明は質量比でN111〜15チ、Cr [
1,5〜4チ、Mo  0.5〜5.5 %、Ti[L
5〜2チ、OO,05%以下、Mn1%以下、siO,
5%以下、残部が不純物元素および随伴元素を除いてF
e からなり、 28M0%+80Ti係≧150 なる式を満たす強靭熱COマルエージング鋼用合金に関
するものである。
本発明によるマルエージング鋼は前記のように次の化学
組成を有する。
ニッケル(Ni)   11.0〜15.0%クロム 
(Or)   0.5〜4.0%モリブデン(Mo) 
 0.5〜5.5%チタニウム(Tx)  o、s〜2
.0係炭素  (c )      o、 o s係上
下マンガン(Mn)   1.0%以下 珪素  (si)      as%以下鉄  (Fe
)    残部 但し、N1  は次式を満足しなければならない。
またMoとT1は次式を満足しなければならない。
28M0チ十80T1%≧150     ・・・(3
)N1  は靭性の向上に有効な元素であるが、不必要
に多量に含有させる必要はない。(3)式を満足するM
o、Ti含有量が(2)式を満足するN1 含有量であ
れば良好な靭性を確保できる材料となる。
Or  は固溶化処理温度から冷却したときに材料はマ
ルテンサイト組織に変態しなければならないが、変態開
始温度(Ms点という)があまりにも高過ぎると冷却途
上で析出反応が起セ、材料特性が劣化するおそれがある
ので、Ms 点を少くとも350℃以下にするためにM
s 点調整としてCr を添加する。Ms  点はNi
、Mo。
Ti によって変化するので、(2)、 (3)式から
決るNi、 Mo、  Ti  量に応じてOr の添
加量が決る。
MoとT1は析出硬化元素であって、これらの量が少い
と強度が不足するので少くとも(3)式を満足しなけれ
ばならないが、これが逆に多過ぎれば靭性が劣化するの
で(2)式にょシ制限される。
Cは本材料には不必要な元素であって少い程よい。しか
し極度に低下させることは材料製造コストをいたずらに
上げるので、上限を0.05係とした。Cが高過ぎると
固溶化処理状態での材料強度が上昇し、加工や成形性が
悪くなるが、だからといって従来のマルエージング鋼に
決められている値((LO3%以下)はど低下させる必
要もないので0.05 %を上限とした。従来けaH靭
性を劣化させる元素と考えられていたために極力低下さ
せる必要があるとされていたが、Cけ必ずしも靭性を劣
化させないことが判明した。
本材料は必ずしも真空溶解法によって製造する必要はな
いので、大気溶解で必要となるMn。
Sl を少量許容した。
第3表は新しく開発した13N1系無co  マルエー
ジング鋼の化学成分とNi rest値を示す。
参考に18Ni  (250Grad’e )マルエー
ジング鋼の化学成分とNi rest値を示す。
Ni reSt値でみる限シ開発した16Ni系無Co
 マルエージング鋼は良好なものと考えられ、18Ni
  (250Grade )よりもむしろ優れているこ
とが予想される。
第4表は開発した13Ni系無co マルエージング鋼
の機械的性質を示す。強度は180 Kg/祁2で、切
欠靭性としての破壊靭性KICは360 Kg宣42の
優れた値を示す。
本合金は通常の大気溶解法で製造することが可能である
が、クリティカルな部品に使用する場合、特に疲労強度
がクリティカルなものでは非金属介在物を減少させる必
要から、真空溶解法によって製造することが望ましい。
材料は固溶化処理を行う必要がある。第3表に示した材
料の変態点と固溶化処理後の機械的性質を第5表に示す
第  5  表 開発材料の変態点(MB点)と固溶化処理後の機械的性
質 MB Aは223〜253℃であシ、良好な温度といえ
る。また、このMB 点があまり低く過ぎると、固溶化
処理後に行う時効処理において十分に析出強化しない。
例えばMB点が100℃以下ではそのような危険がでて
くるので、223〜253℃はその意味で最適の温度と
いえる。
上記Nh1.1Vi112鋼種の時効処理処理温度と強
度〔引張強さくT、S、)、耐力(Y、S、)〕ならび
に破壊靭性(K工0 )の関係を第2図、第3図に示す
強度は第2図に示すように500℃時効において約18
0 Kg/1an2の高い値を示す。破壊靭性は時効温
度480℃以下では低く脆性破壊しているが、Ni  
リッチゾーンの析出によるマトリックス中のN1低下に
もとすくもので、N1  リッチゾーンは480℃以上
の温度ではもはや析出しないので、時効温度を480℃
以上にする限シ脆性破壊の危険はない。最高の強度を示
す500℃時効においてはKIcは360 V4y’;
rm/ltm2以上の良好な値を示す。したがって本開
発合金は少くとも480℃以上の温度で時効処理する限
り高強度で高靭性の優れた材料特性が得られる。
本発明のマルエージング鋼はミサイルモータケース、航
空機高強度部品、エンジンシャフト、ヘリコプタ−ドラ
イブシャフト、スプリング、アミルグイキャストダイス
、プラスチックモールドダイス、原子力関係、石油製造
関係に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図け18Ni  マルエージン鋼(0)、80r 
 “フルエージング鋼のNi restと切欠引張強度
訃よび硬さとの関係を示すグラフである。第2図、第3
図は本発明のマルエージング鋼の時効温度と引張強さお
よび耐力、破壊靭性との関係を示すグラフである。 復代理人  内 1)  明 復代理人  萩 原 亮 −

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)質量比でNi11 N15%、Or  0.5 
    N4チ、MoO,5〜5.5チ、T10.5〜2チ、C
    0105チ以下、Mu  1%以下、日i0.5%以下
    、残部が不純物元素および随伴元素を除いてFe  か
    らなシ、 28M0チ十80T1チ≧150 なる式を満たす強靭熱COマルエージング鋼用合金。
JP58042317A 1983-03-16 1983-03-16 強靭無Coマルエ−ジング鋼 Granted JPS59170244A (ja)

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JP58042317A JPS59170244A (ja) 1983-03-16 1983-03-16 強靭無Coマルエ−ジング鋼
US06/586,999 US4579590A (en) 1983-03-16 1984-03-07 High strength cobalt-free maraging steel

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JPS6315986B2 JPS6315986B2 (ja) 1988-04-07

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