(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
析出硬化型ステンレス鋼を溶体化処理した後、引き続き急冷してサブゼロ処理を行い、次に４５０〜６８０℃で１〜４時間の析出硬化処理を行った後、引き続き急冷してサブゼロ処理を行うことを特徴とする析出硬化型ステンレス鋼の熱処理方法。
【請求項２】
上記析出硬化処理後のサブゼロ処理は、上記溶体化処理後のサブゼロ処理の温度よりも低い雰囲気中で行うことを特徴とする請求項１に記載の析出硬化型ステンレス鋼の熱処理方法。
【請求項３】
上記溶体化処理後のサブゼロ処理は−２５℃の雰囲気中で行い、上記析出硬化処理後のサブゼロ処理は−７０℃の雰囲気中で行うことを特徴とする請求項２に記載の析出硬化型ステンレス鋼の熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、１７−４ＰＨ、１５−５ＰＨ、ＰＨ１３−８Ｍｏ等の析出硬化型ステンレス鋼の熱処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ステンレス鋼は、合金元素が多いために偏析が出やすく、形状やインゴット製造条件によっては過度の偏析が生じ易い。この偏析とは、インゴット製造段階で凝固が始まると残存溶湯の合金成分は本質的に濃縮されるので、凝固が終了した部分では化学成分が異なる現象である。
【０００３】
析出硬化型ステンレス鋼を高温に加熱するとオーステナイト組織になるが、これを急冷すると、その冷却途上でマルテンサイト組織に変態する。このオーステナイト組織からマルテンサイト組織への変態が始まる温度をＭｓ点と言い、その変態が終了する温度をＭｆ点と言う。
【０００４】
マルテンサイト組織は、オーステナイト組織に比べて合金元素の固溶度が極めて小さく、合金元素が過飽和に固溶した状態になっているので、その後、適当な温度で加熱すると合金元素自体、乃至はそれらが結合して金属間化合物となって析出する。これが析出硬化現象である。従って、析出硬化型ステンレス鋼では、常温で一旦マルテンサイト組織にする必要があるが、過度の偏析が存在すると、その個所のＭｓ点が低下して、冷却温度によってはマルテンサイト組織に変態しないでオーステナイト組織が残留する、いわゆる残留オーステナイトが存在する場合がある。
【０００５】
従来、このような残留オーステナイトが生じる場合には、０℃以下にまで急冷してサブゼロ処理を行ってマルテンサイト組織に変態させている。即ち、インゴットからステンレス鋼材にした後、合金元素を分散させるための溶体化処理を行い、この溶体化処理後、直ちにサブゼロ処理を行ってから、４５０〜６８０℃で１〜４時間の析出硬化処理を行って析出硬化させている。このようにすれば、上記の析出硬化処理条件では、オーステナイト組織にほとんど変態することはないとされていることから、用途に応じた条件の溶体化処理及び析出硬化処理が行われて使用されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
析出硬化型ステンレス鋼は、一般に溶体化処理された状態で部品製造メーカに供給され、析出硬化処理を行った後、仕上げ加工を行って部品を製造している。この際、航空機部品等の高い信頼性が要求される部品の場合には、仕上げ加工後に加工傷等のクラックを検出するために、例えば磁粉探傷法による非破壊検査が行われる。
【０００７】
ところが、本発明者らが、溶体化処理後にサブゼロ処理を行ってマルテンサイト組織に変態させたＰＨ１３−８Ｍｏで製作された構造部材を磁粉探傷法により検査したところ、クラックを示す磁粉の付着が検出された。そして、この磁粉の付着した部分を詳しく調査したところ、この部分にはクラックは発見されず、残留オーステナイト組織が検出された。
【０００８】
この磁粉探傷法による検査では、オーステナイト組織が一定幅、一定長さに残留すると、その磁性不均一さにより磁粉が付着し、あたかもそこにクラックや非金属介在物があるかのようなインディケーションとして、棒状及び管状の部品であれば線状に、板状の部品であれば面状に縞状残留オーステナイトが現れる。
【０００９】
このように、磁粉の付着が検出されると、致命的な欠陥であるクラックや非金属介在物との区別がつかず、その見極めに多大な労力を要するばかりでなく、部品強度特性に影響を与えかねない。
【００１０】
そこで、本発明者らは、このようなオーステナイト組織の残留は、溶体化処理後のサブゼロ処理の温度に原因があるものと考え、各種の析出硬化型ステンレス鋼について、溶体化処理後のサブゼロ処理の温度を、−７０℃までの範囲で種々変化させて、析出硬化処理後における偏析組織の残留の有無を磁粉探傷法により検査した。その結果、いかなるサブゼロ処理を行っても析出硬化型ステンレス鋼の合金成分の量によっては、クラックがないのに磁粉の付着が検出される現象が見られた。
【００１１】
従って、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、析出硬化型ステンレス鋼における縞状残留オーステナイト組織を有効に除去できる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】
上記目的を達成する請求項１に記載の析出硬化型ステンレス鋼の熱処理方法の発明は、析出硬化型ステンレス鋼を溶体化処理した後、引き続き急冷してサブゼロ処理を行い、次に４５０〜６８０℃で１〜４時間の、実質的に組織変態を生じない加熱条件で析出硬化処理を行った後、引き続き急冷してサブゼロ処理を行うことを特徴とする。
【００１３】
この請求項１の発明は、本発明者らによる鋭意研究の結果として見出されたものである。即ち、本発明者らは、請求項１の発明に至る過程で、種々の実験検討を試みた。その一つは、磁粉探傷法による検査で磁粉が検出された鋼材に、サブゼロ処理を行うというものであり、もう一つは、溶体化処理状態で磁粉探傷法による検査で磁粉が検出された鋼材に、析出硬化処理直後に−７０℃の雰囲気でサブゼロ処理を行うものであり、更に他の一つは、析出硬化処理後に磁粉探傷法による検査で磁粉が検出された鋼材に再度溶体化処理を行い、その直後−２５℃の雰囲気でサブゼロ処理を行い、その後析出処理を行うというものである。
【００１４】
しかし、これらの方法によっては、いずれもオーステナイト組織の残留を有効に除去することはできなかった。そこで、請求項１に記載のように、溶体化処理直後のサブゼロ処理に加え、析出硬化処理直後にもサブゼロ処理を行ったところ、溶体化処理直後のサブゼロ処理では除去しきれない、または除去されてもその後の析出硬化処理により現れてしまう縞状残留オーステナイト組織を、その直後のサブゼロ処理によってマルテンサイト組織に変態させることができ、オーステナイト組織の残留を有効に除去できることを見出した。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、請求項１の析出硬化型ステンレス鋼の熱処理方法において、上記析出硬化処理後のサブゼロ処理は、上記溶体化処理後のサブゼロ処理の温度よりも低い雰囲気中で行うことを特徴とする。
【００１６】
請求項２の発明によると、析出硬化処理後のサブゼロ処理の温度が、前に施された溶体化処理後のサブゼロ処理の温度よりも低いので、析出硬化処理によって現れた残留オーステナイト組織をより確実にマルテンサイト組織に変態させることができ、これによりオーステナイト組織の残留をほぼ完全に除去することが可能となる。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の析出硬化型ステンレス鋼の熱処理方法において、上記溶体化処理後のサブゼロ処理は−２５℃の雰囲気中で行い、上記析出硬化処理後のサブゼロ処理は−７０℃の雰囲気中で行うことを特徴とする。
【００１８】
請求項３の発明によると、溶体化処理後のサブゼロ処理の温度が略−２５℃で、溶体化処理温度との差が比較的小さいので、急冷による材料の応力割れを有効に防止でき、また析出硬化処理後のサブゼロ処理の温度が略−７０℃と低いので、残留するオーステナイト組織を完全にマルテンサイト組織に変態させることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による析出硬化型ステンレス鋼の熱処理方法の実施の形態を図１乃至図３によって説明する。
【００２０】
図１（Ａ）及び（Ｂ）は、各々熱処理に供した供試体を示す正面図及び側面図、図２は溶体化処理及びその直後のサブゼロ処理を説明するための図、図３は析出硬化処理及びその直後のサブゼロ処理を説明するための図である。
【００２１】
本実施の形態では、供試体１として、析出硬化型ステンレス鋼の一種であるＰＨ１３−８Ｍｏよりなる長さ１００ｍｍ、半径２５．４ｍｍの半円柱状のものを用いた。この供試体１を、図２に示すように、９２７℃に加熱された炉に９０分間保持して溶体化処理を行い、その直後、−２５℃に冷却された冷凍庫に供試体１を１２時間保持してサブゼロ処理を行い、その後、室温大気中に放置した。
【００２２】
次に、供試体１を粗加工した後、図３に示すように、５３８℃に加熱された炉に４時間保持して析出硬化処理を行い、その直後、−７０℃に冷却された冷凍庫に供試体１を１２時間保持してサブゼロ処理を行い、その後、室温大気中に放置した。
【００２３】
以上の熱処理を行った供試体１に対して、磁粉探傷法による非破壊検査を行ったところ、加工によるクラック以外に、磁粉の付着は見られなかった。また、顕微鏡によりミクロ組織調査したところ、オーステナイト組織は全く観察されなかった。
【００２４】
比較のために、図１に示した供試体１と同一ロットの供試体に対して、従来の熱処理を行った後、磁粉探傷法による非破壊検査及び顕微鏡によるミクロ組織調査を行った。即ち、供試体を、図４に示すように、９２７℃に加熱された炉に９０分間保持して溶体化処理を行って室温大気中に放置し、次に、粗加工した後、図５に示すように、５３８℃に加熱された炉に４時間保持して析出硬化処理を行って室温大気中に放置し、その後、非破壊検査及びミクロ組織調査を行った。
【００２５】
その結果、非破壊検査において、加工によるクラックではない、残留オーステナイトの偏析部分に磁粉の付着が見られ、また、ミクロ組織調査において、オーステナイト組織が線状に複数残留しているのが確認された。
【００２６】
表１に本熱処理実施品と従来の熱処理実施品における残留オーステナイト量を示す。本実施品において残留オーステナイト量が大幅に減少していることが分かる。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能である。例えば、本発明はＰＨ１３−８Ｍｏに限らず、他の析出硬化型ステンレス鋼にも有効に適用することができる。また、上記実施の形態では、溶体化処理直後のサブゼロ処理の温度を−２５℃としたが、この冷却温度は、溶体化処理温度との差を小さくして急冷による応力割れを防ぐために選んだ温度であって、サブゼロ処理される材料のＭｆ点以下の温度で、応力割れが生じなければ、−２５℃よりも更に下げてもよく、或いはそれ以上の温度とすることもできる。同様に、このサブゼロ処理の時間も１２時間に限らず、適宜設定することができる。
【００２９】
更に、析出硬化処理直後のサブゼロ処理では、冷却温度を−７０℃としたが、この冷却温度は、析出硬化処理温度が低いことで急冷しても内部応力による割れのおそれがないこと、及び完全にマルテンサイト組織に変態させるためには、溶体化処理直後のサブゼロ処理の温度よりも低温とすることで選んだものであって、この温度に限定されるものではない。また、このサブゼロ処理の時間も１２時間に限らず、適宜設定することができる。
【００３０】
同様に、溶体化処理の温度及び時間や、析出硬化処理の温度及び時間も、析出硬化型ステンレス鋼の合金成分、質量等に応じて適宜設定することができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明した本発明の析出硬化型ステンレス鋼の熱処理方法によると、溶体化処理直後のサブゼロ処理に加え、析出硬化処理直後にもサブゼロ処理を行うので、溶体化処理直後のサブゼロ処理では除去されずに析出硬化処理によって現れる残留オーステナイト組織を、その直後のサブゼロ処理によってマルテンサイト組織に変態させることができ、オーステナイト組織の残留を有効に除去できることができる。従って、本発明による熱処理方法によって部品を製造すれば、磁粉探傷法による非破壊検査により致命的な欠陥であるクラックのみを検出することができるので、検査の信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態で用いた析出硬化型ステンレス鋼の共試体を示す正面図及び側面図である。
【図２】本発明の実施の形態による溶体化処理及びその直後のサブゼロ処理を説明するための図である。
【図３】同じく、析出硬化処理及びその直後のサブゼロ処理を説明するための図である。
【図４】従来の熱処理方法による溶体化処理を説明するための図である。
【図５】同じく、析出硬化処理を説明するための図である。
【符号の説明】
１    供試体
【図１】
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【図２】
0004482174.tif 000004
【図３】
0004482174.tif 000005
【図４】
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【図５】
0004482174.tif 000007