マルテンサイト系ステンレス鋼
下記に鋼種と焼戻し温度と機械的性質の例を示す。
フェライト系ステンレス鋼と同様に、低温で脆化する低温脆性の傾向を持つ。高温域では、フェライト系と同様におよそ 500 °C から急劇に引張り強さが低下する。マルテンサイト系は高温材料としても使われるが、オーステナイト系ステンレス鋼ほどの優れた高温強度を持たない。モリブデン、バナジウム、ニオブ、タングステンなどの添加によって高温強度を向上させることもでき、引張り強さの低下温度をおよそ 650 °C まで高めたマルテンサイト系の鋼種も存在する。水素侵入による水素脆化割れの可能性は、高強度組織ほど高い。マルテンサイト系もそのような高強度組織を有するため、水素脆化割れの感受性が高い点に注意を有する。
完全焼なましがされて焼入れ硬化していないマルテンサイト系の機械的性質は、少し硬くて伸びが劣るものの、同じクロム量のフェライト系ステンレス鋼とほぼ同じようなものとなる。
このオーステナイトは残留オーステナイトと呼ばれ、材質に悪影響を及ぼすことが多い。残留オーステナイトは室温でも追加でマルテンサイト変態を起こすことがあり、変形やき裂を引き起こす。また、残留オーステナイトはマルテンサイトよりも柔らかいため、残留オーステナイトが多量に残ると要求の硬さを出せないことがある。残留オーステナイトが存在するため、焼戻しまたはサブゼロ処理を焼入れ後すぐに行うのが望ましい。サブゼロ処理は −80 °C 近くの低温まで冷却する熱処理の一種で、刃物用の高炭素マルテンサイト系などで活用される。
焼入れ後には焼戻しを行う。置割れの可能性があるため、焼入れ後にはできるだけ速やかに焼戻しを実施することが望ましい。マルテンサイト系に施される焼戻し処理には、150 °C から 200 °C 程度で保持して空冷する低温焼戻しと 600 °C から 750 °C で保持して急冷する高温焼戻しがある。前者は耐摩耗性を重視する場合に行われ、後者は靭性付与を重視する場合に行われる。刃物用では低温焼戻しが施され、構造部材用では高温焼戻しが施されることが一般的である。高クロムのマルテンサイト系は高耐食性を指向しているため、クロム炭化物析出を避けて低温焼戻しが施されることが多い。マルテンサイト系には上記のとおり475°C脆化の可能性がある。このため、475 °C から550 °C での焼戻しには注意を要し、原則的にはこの温度域での焼戻しを避ける。
マルテンサイト系は表面硬化処理も可能であり、ガス窒化、軟窒化、高周波焼入れが適用可能である。とくに高周波焼入れは、ステンレス鋼の中でマルテンサイト系のみが適用可能である
マルテンサイト系ステンレス鋼は、熱処理の焼入れ焼戻しが施されて用いられるのが一般的である。焼入れ時にはおよそ 980 °C 以上まで加熱し、組織全体を完全にオーステナイトにする。オーステナイト領域まで加熱後、高温状態で保持して炭化物を固溶させる。保持後に急冷してマルテンサイト変態を発生させてマルテンサイト組織にする。焼入れ温度は 980 °C 以上が基本だが、実際の適当な温度は含まれる化学成分による。高炭素のマルテンサイト系であれば、995 °C 以上 1050 °C 以下が焼入れ温度の目安である。焼入れ温度が高いほどオーステナイト中に炭素が多く固溶するようになり、焼入れ後のマルテンサイト組織が硬くなる。ただし、結晶粒の粗大化を避けるために、高過ぎる温度も望ましくない。焼入れ温度での保持時間は、大抵の場合で30分程度あれば十分とされる。
冷却によってオーステナイトはマルテンサイト変態を起こすが、冷却中にマルテンサイト変態を起こす温度(マルテンサイト変態開始温度、Ms点)の把握が重要となる。Ms点を決める主要因は鋼中の化学組成である。組成設計時には、Ms点を室温以下にしないことが求められる。Ms点が室温以下となると、焼入れ後にもオーステナイトが残留するようになる。含まれる各合金元素量からMs点を予測する式は多数提案されているが、近年のものとしては以下の式がある。
Ms = 491.2 − (302.6 × C + 30.6 × Mn + 16.6 × Ni + 8.9 × Cr + 11.3 × Cu + 14.5 × Si) + (2.4 × Mo + 8.58 × Co + 7.