JPS63171857A - 疲労特性に優れたステンレス鋼板帯 - Google Patents
疲労特性に優れたステンレス鋼板帯Info
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Landscapes
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- Heat Treatment Of Sheet Steel (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は、連続鋳造材の如きの急冷材から得られる疲労
特性に優れたマルテンサイト系析出硬化型ステンレス鋼
の製造方法に関するもので、原子力材料や海洋材料の他
化学装置材料の分野で好適に用いられる鋼の製造方法に
ついての提案である。
特性に優れたマルテンサイト系析出硬化型ステンレス鋼
の製造方法に関するもので、原子力材料や海洋材料の他
化学装置材料の分野で好適に用いられる鋼の製造方法に
ついての提案である。
この種のマルテンサイト系析出硬化型ステンレス鋼は、
オーステナイトには固溶するが、マルテンサイトにはほ
とんど溶解度を有しない金属をオーステナイト−マルテ
ンサイト変態後に、マルテンサイト地より析出させたも
ので、マルテンサイト変態と析出硬化を組合わせ利用し
たところに特徴を有するものである。
オーステナイトには固溶するが、マルテンサイトにはほ
とんど溶解度を有しない金属をオーステナイト−マルテ
ンサイト変態後に、マルテンサイト地より析出させたも
ので、マルテンサイト変態と析出硬化を組合わせ利用し
たところに特徴を有するものである。
(従来の技術)
上記マルテンサイト系析出硬化型ステンレス鋼の耐疲労
強度を向上させる方法として、従来例えば、金属表面技
術便覧(昭和51年)第1204頁などに見られるよう
なショットピーニングによる方法が知られている。要す
るに、ショットピーニングによって表面層に圧縮残留応
力を生じさせる方法である。一般に、金属が疲労破壊す
るケースは、引張り応力によるものが多く、特に引張り
残留応力は材料の強さを低下させるが、逆に圧縮残留応
力はそれを軽減させる作用をする。すなわち、ショット
ピーニングは、加工物の表面に無数の小球を衝突させて
伸ばす加工なので、加工物の表面には圧縮残留応力が発
生し、所謂疲労強度が改善されるのである。
強度を向上させる方法として、従来例えば、金属表面技
術便覧(昭和51年)第1204頁などに見られるよう
なショットピーニングによる方法が知られている。要す
るに、ショットピーニングによって表面層に圧縮残留応
力を生じさせる方法である。一般に、金属が疲労破壊す
るケースは、引張り応力によるものが多く、特に引張り
残留応力は材料の強さを低下させるが、逆に圧縮残留応
力はそれを軽減させる作用をする。すなわち、ショット
ピーニングは、加工物の表面に無数の小球を衝突させて
伸ばす加工なので、加工物の表面には圧縮残留応力が発
生し、所謂疲労強度が改善されるのである。
(発明が解決しようとする問題点)
素材表面に圧縮残留応力を付与すれば、疲労特性は改善
されるものの上記従来技術の場合、ショットピーニング
という表面処理工程が不可欠で、そのために製造の効率
・コストの面で不利があった。
されるものの上記従来技術の場合、ショットピーニング
という表面処理工程が不可欠で、そのために製造の効率
・コストの面で不利があった。
本発明の目的は、上述したショットピーニングという表
面処理工程に拠るまでもなく、従来の一般的な製造工程
の中で自然に付与し得る有利な技術を提案するところに
ある。
面処理工程に拠るまでもなく、従来の一般的な製造工程
の中で自然に付与し得る有利な技術を提案するところに
ある。
(問題点を解決するための手段)
本発明者らは、上掲の目的を実現するために開発・研究
を重ねた結果、化学成分に基いて決定されるマルテンサ
イト変態点(以下これをrMs点」と略記する)を特定
の範囲とし、凝固偏析、特に析出硬化元素などが濃化し
た中心偏析を生じさせるような鋳造を施せば、最終製品
の表面層に圧縮残留応力を付与でき、その結果として疲
労特性が改善されることを突き止めた。すなわち、本発
明は、 C:0.1wt%以下、St:2wt%以下、Mn :
1 wt%以下、 Cr : 10〜20 wt%、
Ni : 3〜10 wt%を含有し、かつ析出硬化
元素としてのMo:0.1〜3wt%、Ti:0.1〜
3Ht%Nb : 0.1〜1 wt%およびCu :
0.5〜5 wt%を少なくとも一種含有し、残部が
Feおよび不可避的不純物よりなり、下記のMs点;M
s (”C) =1229.9−1666、7 (C+
N) −27,8Si−33,3Mn−41,7Cr−
61,1Ni−44,3Mo+59.2Ti+140.
8Nb−30,6Cuが80〜200℃の鋼を、中心偏
析が生じるような鋳造を経ることを特徴とする特許 テンサイト系析出硬化型ステンレス鋼の製造方法、を要
旨構成とする技術に想到した。
を重ねた結果、化学成分に基いて決定されるマルテンサ
イト変態点(以下これをrMs点」と略記する)を特定
の範囲とし、凝固偏析、特に析出硬化元素などが濃化し
た中心偏析を生じさせるような鋳造を施せば、最終製品
の表面層に圧縮残留応力を付与でき、その結果として疲
労特性が改善されることを突き止めた。すなわち、本発
明は、 C:0.1wt%以下、St:2wt%以下、Mn :
1 wt%以下、 Cr : 10〜20 wt%、
Ni : 3〜10 wt%を含有し、かつ析出硬化
元素としてのMo:0.1〜3wt%、Ti:0.1〜
3Ht%Nb : 0.1〜1 wt%およびCu :
0.5〜5 wt%を少なくとも一種含有し、残部が
Feおよび不可避的不純物よりなり、下記のMs点;M
s (”C) =1229.9−1666、7 (C+
N) −27,8Si−33,3Mn−41,7Cr−
61,1Ni−44,3Mo+59.2Ti+140.
8Nb−30,6Cuが80〜200℃の鋼を、中心偏
析が生じるような鋳造を経ることを特徴とする特許 テンサイト系析出硬化型ステンレス鋼の製造方法、を要
旨構成とする技術に想到した。
(作 用)
本発明の着想の基礎とするところは、所要成分組成の析
出硬化型ステンレス鋼について、そのMs点が80〜2
00℃となるように合金設計し、かつ連続鋳造のよに急
冷に伴って最終凝固域の厚み中心部に特定成分(Ni,
Cr. Mo etc)が濃化した正偏析を生じさせ
た場合に、ショットピーニングが不要となるというとこ
ろにある。
出硬化型ステンレス鋼について、そのMs点が80〜2
00℃となるように合金設計し、かつ連続鋳造のよに急
冷に伴って最終凝固域の厚み中心部に特定成分(Ni,
Cr. Mo etc)が濃化した正偏析を生じさせ
た場合に、ショットピーニングが不要となるというとこ
ろにある。
要するに、上記成分組成の綱を連続鋳造することにより
、連鋳スラブ中心部に、Ni, Cr等の主要合金元素
およびCu, Ti等の析出硬化元素の富化した部分を
偏析として残すことができ、その結果、中心部のMs点
は、表層部より低くなって室温以下において表層部がマ
ルテンサイト変態しても、中心部の方はオーステナイト
として残留する。従って、中心部と表層部とでは組織に
差が生じ、表層部に圧縮残留応力を付与することができ
るのである。
、連鋳スラブ中心部に、Ni, Cr等の主要合金元素
およびCu, Ti等の析出硬化元素の富化した部分を
偏析として残すことができ、その結果、中心部のMs点
は、表層部より低くなって室温以下において表層部がマ
ルテンサイト変態しても、中心部の方はオーステナイト
として残留する。従って、中心部と表層部とでは組織に
差が生じ、表層部に圧縮残留応力を付与することができ
るのである。
そこで、本発明者らは、まず、化学成分とMs点との関
係を詳細に調べた。以下その結果を説明する。
係を詳細に調べた。以下その結果を説明する。
各種成分組成の溶製材(5kg)を、鋳造−圧延し、1
050℃に加熱して熱処理し、その後熱膨張試験機によ
りMs点を測定した。その後、C+ Sit Mn。
050℃に加熱して熱処理し、その後熱膨張試験機によ
りMs点を測定した。その後、C+ Sit Mn。
Cr, Niの各係数についてはBichervan
”の式と同等とし、Mo+ Ti. NbおよびCuの
各係数については多重回帰によって求めた。得られた下
記の式と実測値とは±10℃の範囲にあり、極めて相関
が高いものであった。
”の式と同等とし、Mo+ Ti. NbおよびCuの
各係数については多重回帰によって求めた。得られた下
記の式と実測値とは±10℃の範囲にあり、極めて相関
が高いものであった。
Ms ( ’e )−1229. 9−1666. 7
(C+N)−27.8Si−33. 3Mn−41.
7Cr−61. INi−44.3Mo+59.2T
i+140.8Nb−30.6Cu次に、上記Ms点と
連続鋳造工程を施した製品の組織との関係を調べた。そ
の結果、計算されたMs点が80℃以下の場合、中心部
は合金元素富化層によるオーステナイト組織を示すが表
面近傍もオーステナイト・マルテンサイト混合組織を示
していた.また、計算されたMs点が200℃以上の場
合は、中心部まですべてマルテンサイト組織であった。
(C+N)−27.8Si−33. 3Mn−41.
7Cr−61. INi−44.3Mo+59.2T
i+140.8Nb−30.6Cu次に、上記Ms点と
連続鋳造工程を施した製品の組織との関係を調べた。そ
の結果、計算されたMs点が80℃以下の場合、中心部
は合金元素富化層によるオーステナイト組織を示すが表
面近傍もオーステナイト・マルテンサイト混合組織を示
していた.また、計算されたMs点が200℃以上の場
合は、中心部まですべてマルテンサイト組織であった。
一方、Ms点が80〜200℃のものは中心部のみにオ
ーステナイト組織が見られた。こうしたことからMs点
によって組織の決定できることが確められた。
ーステナイト組織が見られた。こうしたことからMs点
によって組織の決定できることが確められた。
さらに、上記3つのケースについて曲げ疲労試験を実施
したところ、中心部にのみオーステナイト組織を有する
鋼が最も高い疲労強度を示すこともわかった。これは次
のように理解される。すなわち、凝固過程において、通
常凝固偏析が生ずる。
したところ、中心部にのみオーステナイト組織を有する
鋼が最も高い疲労強度を示すこともわかった。これは次
のように理解される。すなわち、凝固過程において、通
常凝固偏析が生ずる。
角型鋼塊の場合、プレス工程を経るため、この偏析はか
なり軽減され内部は均質化している。ところが、スラブ
型鋼塊および連続鋳造のような急冷スラブの場合、中心
部に生じた合金元素等富化層による凝固偏析が最終製品
まで消滅することな(そのまま残る。しかも、表層部及
び中心部のNi。
なり軽減され内部は均質化している。ところが、スラブ
型鋼塊および連続鋳造のような急冷スラブの場合、中心
部に生じた合金元素等富化層による凝固偏析が最終製品
まで消滅することな(そのまま残る。しかも、表層部及
び中心部のNi。
Cr等の合金元素の富化した部分のMs点が室温以上で
あれば、表層部から中心部まですべてマルテンサイトと
なるのに対し、表層部のMs点が室温以上で中心部のM
s点が室温以下となる場合には、表層と中心部とではそ
れぞれマルテンサイトとオーステナイトとなり、いわゆ
る組織差を生ずることとなる。
あれば、表層部から中心部まですべてマルテンサイトと
なるのに対し、表層部のMs点が室温以上で中心部のM
s点が室温以下となる場合には、表層と中心部とではそ
れぞれマルテンサイトとオーステナイトとなり、いわゆ
る組織差を生ずることとなる。
その結果、表層部はマルテンサイト変態によって体積膨
張が起るため、残留オーステナイトのままである中心部
との間では歪が導入され、表面層に圧縮残留応力が生成
し、その結果として疲労強度が向上することになる。
張が起るため、残留オーステナイトのままである中心部
との間では歪が導入され、表面層に圧縮残留応力が生成
し、その結果として疲労強度が向上することになる。
次に、本発明析出硬化型ステンレス鋼製造用素材につい
て、その成分を限定する理由について述べる。
て、その成分を限定する理由について述べる。
C:強度を確保するために必要な元素であり、0.1%
1t%(以下は単に「%」で略記する)を超えると鋼板
が硬質化するから、上限を0.1%とした。
1t%(以下は単に「%」で略記する)を超えると鋼板
が硬質化するから、上限を0.1%とした。
Si:Cと同様に強度の確保と共に脱酸剤として有効で
あるが、2%を超えると靭性が劣化するから、上限を2
%とした。
あるが、2%を超えると靭性が劣化するから、上限を2
%とした。
Mn:強度および靭性の向上に有効であるが、1%を超
えると鋼板の機械的性質が劣化するから、上限を1%と
した。
えると鋼板の機械的性質が劣化するから、上限を1%と
した。
Cr:マルテンサイト系析出硬化型ステンレス鋼として
の主要元素であり、必要な耐食性を得るために10%以
上の含有が不可決であり、一方20%以上含有する場合
、δフエライト量を急増させ熱間加工性を劣化させるの
で、10〜20%に限定した。
の主要元素であり、必要な耐食性を得るために10%以
上の含有が不可決であり、一方20%以上含有する場合
、δフエライト量を急増させ熱間加工性を劣化させるの
で、10〜20%に限定した。
Ni:δフェライト相の生成を抑制する元素であり、C
r量によっである程度左右されるが、あまり低くすると
本発明法で限られる鋼の特徴である析出硬化現象を低下
させるため、最低3%とした。一方高すぎると残留オー
ステナイト相が生成しやすくなるので10%を上限とし
た。
r量によっである程度左右されるが、あまり低くすると
本発明法で限られる鋼の特徴である析出硬化現象を低下
させるため、最低3%とした。一方高すぎると残留オー
ステナイト相が生成しやすくなるので10%を上限とし
た。
N:Nは強度を向上させるが0.2%を超えると鋼板が
硬質化するから、0.2%以下としたI Mo。
硬質化するから、0.2%以下としたI Mo。
Ti、 Nb、およびCuは、析出硬化のための元素で
あり、単独あるいは複合して用いられるが、いずれも限
定量以下ではその効果が少なくそれ以上では脆化あるい
は熱間加工性の低下を伴うので、Mo:0.1〜3%、
Ti : 0.1〜3%、Nb:0.1〜1%、Cu
: 0.5〜5%とした。
あり、単独あるいは複合して用いられるが、いずれも限
定量以下ではその効果が少なくそれ以上では脆化あるい
は熱間加工性の低下を伴うので、Mo:0.1〜3%、
Ti : 0.1〜3%、Nb:0.1〜1%、Cu
: 0.5〜5%とした。
(実施例)
第1表に示す成分組成からなるマルテンサイト系析出硬
化型ステンレス鋼を、18トン溶解し、連綿鋳造にて鋳
込んだスラブと普通造塊後プレスを行ったスラブとにつ
いて、同じように熱間圧延−熱処理−冷間圧延を経て、
最終1mの帯を製造し、その後1050℃での溶体化処
理後480℃X1hr A、Cの析出硬化処理を施こし
て供試材1〜12とした。
化型ステンレス鋼を、18トン溶解し、連綿鋳造にて鋳
込んだスラブと普通造塊後プレスを行ったスラブとにつ
いて、同じように熱間圧延−熱処理−冷間圧延を経て、
最終1mの帯を製造し、その後1050℃での溶体化処
理後480℃X1hr A、Cの析出硬化処理を施こし
て供試材1〜12とした。
この供試材についてMs点の計算、組織観察による中心
部の残留オーステナイトの有無及び曲げ疲労試験を行つ
た。
部の残留オーステナイトの有無及び曲げ疲労試験を行つ
た。
曲げ疲労試験としては西原式両振り板曲げ疲労試験機を
用いた。その結果を第2表に示す、この第2表より明ら
かなように、計算されたMs点が80〜200℃のもの
は、普通造塊−プレス工程を経たものに比較すると連続
鋳造工程を経たものの方が疲労強度が優れている。第1
図に本発明材と比較材の各ミクロ組織の尊真を示すが、
本発明方法によって得られた鋼の中心部に残留オーステ
ナイト(白い層状のもの)が確認された。
用いた。その結果を第2表に示す、この第2表より明ら
かなように、計算されたMs点が80〜200℃のもの
は、普通造塊−プレス工程を経たものに比較すると連続
鋳造工程を経たものの方が疲労強度が優れている。第1
図に本発明材と比較材の各ミクロ組織の尊真を示すが、
本発明方法によって得られた鋼の中心部に残留オーステ
ナイト(白い層状のもの)が確認された。
また、本発明方法による鋼が示している疲労強度のレベ
ルは、Fe系材料で得られる最高水準のものであるにも
かかわらず比較的合金元素添加量が少なくかつ単純な製
造工程で製造できる。
ルは、Fe系材料で得られる最高水準のものであるにも
かかわらず比較的合金元素添加量が少なくかつ単純な製
造工程で製造できる。
(発明の効果)
以上説明したように、本発明に係るマルテンサイト系析
出硬化型ステンレス鋼の製造方法によれば、特別の処理
(ショットピーニング)を施すことなく、表面層に圧縮
残留応力を生じさせることができるので、この種の鋼種
について簡単にかつ安価に疲労強度を向上させることが
できる。
出硬化型ステンレス鋼の製造方法によれば、特別の処理
(ショットピーニング)を施すことなく、表面層に圧縮
残留応力を生じさせることができるので、この種の鋼種
について簡単にかつ安価に疲労強度を向上させることが
できる。
第1図は、本発明方法と比較方法によって得られた各マ
ルテンサイト系析出硬化型ステンレス鋼についての表層
部と中心部における金属組織写真である。 特許出願人 日本冶金工業株式会社 代理人弁理士 杉 村 暁 秀 同 弁理士 杉 村 興 作第1
図
ルテンサイト系析出硬化型ステンレス鋼についての表層
部と中心部における金属組織写真である。 特許出願人 日本冶金工業株式会社 代理人弁理士 杉 村 暁 秀 同 弁理士 杉 村 興 作第1
図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、C:0.1wt%以下、Si:2wt%以下、Mn
:1wt%以下、Cr:10〜20wt%、Ni:3〜
10wt%を含有し、かつ析出硬化元素としてのMo:
0.1〜3wt%、Ti:0.1〜3wt%Nb:0.
1〜1wt%およびCu:0.5〜5wt%を少なくと
も一種含有し、残部がFeおよび不可避的不純物よりな
り、下記のMs点が80〜200℃の鋼を、中心偏析が
生じるような鋳造を経ることを特徴とする疲労特性に優
れたマルテンサイト系析出硬化型ステンレス綱の製造方
法。 記 Ms(℃)=1229.9−1666.7(C+N)−
27.8Si−33.3Mn−41、Cr−61.1N
i−44.3Mo+59.2Ti+140.8Nb−3
0.6Cu
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP260687A JPS63171857A (ja) | 1987-01-10 | 1987-01-10 | 疲労特性に優れたステンレス鋼板帯 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP260687A JPS63171857A (ja) | 1987-01-10 | 1987-01-10 | 疲労特性に優れたステンレス鋼板帯 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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