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JP3475864B2 - ステンレス鋼片の固溶化熱処理方法 - Google Patents
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JP3475864B2 - ステンレス鋼片の固溶化熱処理方法 - Google Patents

ステンレス鋼片の固溶化熱処理方法

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【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】この発明は、強度の高いステ
ンレス鋼片の固溶化熱処理方法に関する。 【0002】 【従来の技術】代表的な熱間押出製管方法であるユジー
ン法では、先端にダイスを備えたコンテナの内部に加熱
された中空のビレットを装入し、ビレットの中空部にマ
ンドレルを挿入した後、ビレットの後方をダミーブロッ
クを介してステムで押すことにより、ビレットがダイス
とマンドレルとの環状の隙間から押し出されて継目無管
が製造される。 【0003】押出の際は、粉末ガラス、繊維ガラスおよ
びこれらを固めたディスクガラスなどの1種以上が潤滑
剤として用いられ、加熱されたビレットの熱により軟化
したガラスによりビレットと工具との間の潤滑が行われ
る。このガラスによる潤滑は、潤滑性が極めて高いとい
う特徴をもつため、ユジーン法は、ステンレス鋼をはじ
めとする加工性の悪い材料からなる継目無鋼管の製造に
用いられる。 【0004】ユジーン法による継目無鋼管の製造に使用
されるビレットは、例えば、鋼塊から熱間圧延や熱間鍛
造によって製造された長尺の鋼片を素材とし、この鋼片
に熱処理および、切断、切削などの機械加工が施されて
製造される。ビレットの製造の際に施される熱処理は、
熱間圧延や熱間鍛造によって製造された鋼片に所定の組
織を付与するためのもので、ステンレス鋼片の場合は、
950℃以上の温度に加熱保持した後、急速冷却する固
溶化熱処理が採用される。 【0005】ところで、前記のビレットの製造の際に、
鋼片の材質や外径によって、機械加工ができないか、ま
たは、機械加工はできても加工工具の寿命が極めて短い
ことがある。特に鋼片が大径のステンレス鋼片の場合
は、単純な切断加工でさえも困難なことがある。 【0006】ステンレス鋼片の機械加工が困難になる理
由は、ステンレス鋼片に生じた残留応力に伴う硬化によ
るものと推定される。すなわち、ステンレス鋼片の固溶
化熱処理における冷却の際に、表層部の冷却速度に比べ
て内部の冷却速度が遅くなり、ステンレス鋼片の表層部
と内部とに温度差が生じる。そのために内部に応力が生
じ、固溶化熱処理後のステンレス鋼片に残留応力が発生
する。特に、ステンレス鋼片の横断面積が大きい場合
は、前記の温度差が大きくなり、大きな残留応力が発生
する。 【0007】ステンレス鋼片の残留応力を除去する方法
として、応力除去焼なましが知られている。この応力除
去焼なましは、ステンレス鋼片の基本性質に悪影響を及
ぼさず、かつ残留応力を除去することのできる温度、時
間の条件を選んで実施される。 【0008】例えば、二相ステンレス鋼構造物の応力除
去焼なましとして、500〜650℃に加熱した後、一
定時間その温度に保持し、次いで急速冷却する方法が特
開昭62−222020号公報に開示されている。しか
し、応力除去焼なましは、一旦固溶化熱処理が施された
材料を対象とし、その処理に通常数時間を必要とするた
め、熱処理工数が増加する。 【0009】この欠点を解消するため、残留応力の発生
を防止しながら固溶化熱処理する方法が特開平2−23
6220号公報に開示されている。この方法は、ステン
レス鋼鋳造材を固溶化温度に加熱保持した後の冷却を、
800〜900℃までは徐冷し、それ以降は急冷する方
法である。 【0010】この方法によれば、特開昭62−2220
20号公報における欠点は解消される。しかし、対象と
するステンレス鋼材が高Cr−高Moの場合、固溶化温
度に加熱保持した後800〜900℃まで徐冷すると、
炭化物および金属間化合物が析出し、固溶化熱処理が完
全には行われない。 【0011】 【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、ステ
ンレス鋼片が十分に固溶化処理され、しかも容易に機械
加工ができる程度に残留応力の発生を抑制することので
きるステンレス鋼片の固溶化熱処理方法を提供すること
にある。 【0012】 【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、次のス
テンレス鋼片の固溶化熱処理方法にある。 【0013】ステンレス鋼片を固溶化熱処理する際に、
水冷による冷却を停止する温度を、前記ステンレス鋼片
の表面温度が下記式に規定する温度以上で、かつオー
ステナイト系ステンレス鋼の場合は600℃以下、二相
ステンレス鋼の場合は400℃以下となる温度領域と
し、その後室温で放冷することを特徴とするステンレス
鋼片の固溶化熱処理方法。 【0014】T=0.5・S1/2 ・・・式 ここで、Tはステンレス鋼片の表面温度(℃) ただし、下限は50℃とする Sはステンレス鋼片の横断面積(mm2 ) 本発明者等は、ステンレス鋼片の固溶化熱処理の際の冷
却過程に注目し、種々研究した結果次の知見を得た。本
発明はこれらの知見に基づき完成されたものである。 【0015】(1)鋼片が室温まで急速冷却される際、
まずその表層部が室温まで冷却され、続いて内部が遅れ
て冷却される。遅れて冷却される鋼片の内部は、冷却さ
れる際に収縮するため、既に室温に達して所定の強度を
有する鋼片の表層部に圧縮残留応力が発生する。 【0016】(2)したがって、鋼片の内部が冷却され
る際の収縮により生じる応力により、鋼片の表層部を塑
性変形させれば、残留応力は低減または消滅する。 【0017】(3)鋼片の表層部を塑性変形させるため
には、急速冷却を停止する表面温度を高くして強度を低
くすればよい。 【0018】(4)ステンレス鋼片の表層部の残留応力
を機械加工ができる程度に低下させるための、急速冷却
を停止する表面温度の下限は、対象とするステンレス鋼
片の横断面積によって決まる。 【0019】 【発明の実施の形態】本発明において対象とするステン
レス鋼片は、大きさが横断面積で100〜1300cm
2 で、かつ強度の高いオーステナイト系ステンレス鋼ま
たは二相ステンレス鋼からなる鋼片である。強度の高い
オーステナイト系ステンレス鋼として、例えばASTM
UNSNo.S31254に規定される化学組成を基
本とするオーステナイト系ステンレス鋼を、また、二相
ステンレス鋼として、例えばJIS SUS329J
1、JIS SUS329J3L、JIS SUS32
9J4L、ASTM UNSNo.S32740(S3
9274)、ASTM UNSNo.S32760に規
定される化学組成を基本とする二相ステンレス鋼を挙げ
ることができる。 【0020】上記化学組成からなる例えばインゴット、
スラブ等のステンレス鋼材に鍛造、圧延などの加工を施
して製造されたステンレス鋼片に、固溶化熱処理を施
す。固溶化熱処理の際の加熱温度および保持時間は、従
来から採用されている条件を採用すればよく、例えばJ
IS SUS329J1の場合は、950℃以上の温度
域で30分以上保持する。 【0021】前記温度に加熱後保持されたステンレス鋼
片を冷却する。本発明では、この冷却をまず所定温度ま
で水冷し、続いて室温で放冷する。 【0022】水冷を停止するときのステンレス鋼片の表
面温度の下限は、下記式に規定する条件を満足する温
度とする。 【0023】T=0.5・S1/2 ・・・式 ここで、Tはステンレス鋼片の表面温度(℃) Sはステンレス鋼片の横断面積(mm2 ) 水冷を停止するときのステンレス鋼片の表面温度の下限
を前記式のように規定するのは、式を下まわる温度
域まで水冷すると、残留応力が十分低減できず、ステン
レス鋼片の機械加工が容易にできないためである。な
お、前記式は、ステンレス鋼片の寸法(横断面積)と
水冷を停止するときのステンレス鋼片の表面温度とを種
々変化させて固溶化熱処理したときの、機械加工性を調
査した結果得られたものである。対象とするステンレス
鋼片の横断面積が小さい場合、上記式で計算された下
限温度が、50℃未満になるときがある。この場合は、
従来と同様に常温まで水冷する方法とほとんど変わらな
いため、残留応力は低減されない。したがって、式で
計算される下限温度は50℃とする。 【0024】なお、機械加工時の工具寿命をより長くす
るためには、表面温度の下限を、下記式に示す条件を
満足する温度とするのがよい。 【0025】 T=0.7・S1/2 ・・・式 ここで、Tはステンレス鋼片の表面温度(℃) Sはステンレス鋼片の横断面積(mm2 ) 水冷を停止するときのステンレス鋼材の表面温度の上限
は、鋼種により異なり、オーステナイト系ステンレス鋼
の場合は、内部に炭化物および金属間化合物が析出する
のを防止するために600℃、二相ステンレス鋼の場合
は、内部の475℃脆化を防止するために400℃とす
る。 【0026】水冷を停止するときの表面温度は、鋼片の
寸法(横断面積)毎に予め実験により求めた水冷時間に
より制御するのがよい。 【0027】水冷の方法は、少なくとも200℃/分の
冷却速度が確保されればよく、例えば浸漬法、スプレイ
法のいずれでもよい。また、ミスト冷却でもよい。 【0028】上記の温度領域までの水冷に続いて、室温
で放冷する。この放冷により、ステンレス鋼片の内部は
引き続き冷却されるとともに、表層部は内部の熱により
一旦温度が上昇した後冷却される。 【0029】残留応力が低減されるのは、水冷を停止す
るときの表面温度が室温より相当高いために、表層部の
強度が室温における強度より低くなり、表層部が内部の
応力により塑性変形するためである。 【0030】 【実施例】電気炉にて表1に示す化学組成の鋼種A(オ
ーステナイト系ステンレス鋼)および鋼種B(二相ステ
ンレス鋼)を溶製し、450×450mmのインゴット
を製造した。 【0031】 【表1】 【0032】このインゴットを1250℃に加熱した
後、熱間鍛造により表2に示す断面寸法の長さ2,00
0mm以上のステンレス鋼片を製造した。このステンレ
ス鋼片を1100℃に加熱して2時間保持した後、水に
浸漬して表面温度が表2に示す水冷停止温度まで冷却
し、その後大気中で放冷した。冷却後のステンレス鋼片
について、切断試験と切削試験を行った。結果を表2に
併せて示す。 【0033】 【表2】【0034】なお、切断試験は、鋸刃径960mmのセ
グメントソーを用い、周速5.1m/min、送り速度
15mm/minの条件で、ステンレス鋼片を長さ50
0mmに切断し、鋸刃を取り替えずに1断面を完全に切
断することができたときは○、1断面を完全に切断する
ことができなかったときは×、鋸刃の寿命が前記○のと
きの2倍以上のときは◎とした。 【0035】また、切削試験は、切削工具として超硬チ
ップを用い、周速55m/min、切り込み量0.9m
m/rev.、切削代2mmの条件で、長さ500mm
に切断されたステンレス丸鋼片を旋盤により外削し、超
硬チップを取り替えずに1本のステンレス鋼片の全表面
を切削できたときは○、超硬チップが摩耗し、途中で取
り替える必要が生じたときは×、超硬チップの寿命が前
記○のときの2倍以上のときは◎とした。 【0036】表2からわかるようにNo.1〜7の本発
明例は、切断試験、切削試験共に良好な成績である。こ
れは、切断および切削が可能な程度に、残留応力が抑制
されたためである。これに対し、No.8〜13の比較
例は、水冷停止温度が低いために、機械加工ができる程
度に残留応力が抑制されず、切断試験、切削試験共に良
好な成績を得ることができなかった。 【0037】 【発明の効果】本発明は、ステンレス鋼片を固溶化熱処
理する際に、表面の水冷停止温度を規定し、その後室温
で放冷するので、十分に固溶化処理され、しかも容易に
機械加工ができる程度に残留応力の発生を抑制すること
ができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 本田 政治 兵庫県尼崎市東向島西之町1番地尼崎金 属工業協業組合内 (56)参考文献 特開 平3−10017(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C21D 6/00

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】ステンレス鋼片を固溶化熱処理する際に、
    水冷による冷却を停止する温度を、前記ステンレス鋼片
    の表面温度が下記式に規定する温度以上で、かつオー
    ステナイト系ステンレス鋼の場合は600℃以下、二相
    ステンレス鋼の場合は400℃以下となる温度領域と
    し、その後室温で放冷することを特徴とするステンレス
    鋼片の固溶化熱処理方法。 T=0.5・S1/2 ・・・式 ここで、Tはステンレス鋼片の表面温度(℃) ただし、下限は50℃とする Sはステンレス鋼片の横断面積(mm2
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