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JPS6299443A - ステンレス鋼 - Google Patents

ステンレス鋼

Info

Publication number
JPS6299443A
JPS6299443A JP23960985A JP23960985A JPS6299443A JP S6299443 A JPS6299443 A JP S6299443A JP 23960985 A JP23960985 A JP 23960985A JP 23960985 A JP23960985 A JP 23960985A JP S6299443 A JPS6299443 A JP S6299443A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
less
strength
corrosion resistance
stainless steel
toughness
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP23960985A
Other languages
English (en)
Inventor
Seikichi Yamada
山田 誠吉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Daido Steel Co Ltd
Original Assignee
Daido Steel Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daido Steel Co Ltd filed Critical Daido Steel Co Ltd
Priority to JP23960985A priority Critical patent/JPS6299443A/ja
Publication of JPS6299443A publication Critical patent/JPS6299443A/ja
Pending legal-status Critical Current

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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】 [発明の目的] (産業上の利用分野) この発明は、高強度、高靭性でかつ耐食性にすぐれた析
出硬化型ステンレス鋼に関し、例えば、タービンブレー
ド、ボンプシャフl−、ディスクロータならびにその他
高強度、高靭性および耐食性が要求される各種の機械構
造用部品の素材として利用される析出硬化型ステンレス
鋼に関するものである。
(従来の技術) Cr−Ni系ステンレス鋼は、その成分および加工なら
びに熱処理状態によって、オーステナイト、マルテンサ
イト、オーステナイト+フェライトなどの基地組織とな
るが、これにA ll 、 T i 。
Nb、Ta、Cu、Be、Pなどの析出硬化性元素を添
加した鋼種は析出硬化型ステンレス鋼と称されており、
耐食性と高強度とを兼ねそなえた材料として有用なもの
である。
これらのうち、マルテンサイト系析出硬化型ステンレス
鋼の代表は17−4PH,15−5PHステンレス鋼で
あり、航空機などの構造材、耐食ばね、バルブ、インペ
ラ等の素材として広く使用されている。
(発明が解決しようとする問題点) これらのマルテンサイト系析出硬化型ステンレス鋼は引
張強さが高々150kgf/mm′であり、そのときの
衝撃値は2kgf−m/Cm2以下であって、強度はあ
る程度高いものの靭性はさほど良好であるとはいえない
ものである。さらに、熱間加工性がかなり悪く製造」二
においても十分に留意しなければならない。これは、C
uによる析出硬化を狙ったものであるためCuが3〜5
%と高いのがその主原因である。
この発明は、」二連した従来の問題点に着目してなされ
たもので、熱間加工性にすぐれていて製造が容易であり
、しかも引張強さが約150〜170 k g f /
 m m ’以」二テかつ衝撃値が約2 、5〜3 k
g f m m/ Cm2以」二が得られ、さらには耐
食性においても5US304以上である析出硬化型ステ
ンレス鋼を提供することを目的としている。
[発明の構成] (問題点を解決するための手段) この発明によるステンレス鋼は1重量%で、C:0.0
2〜0.2%、Si:2.0%以下、Mn:3.0%以
下、Cu:2.5〜4.5%、Ni:2.5〜5.0%
、Cr:13.0〜18.0%、Mo:0.5〜2.5
%、Nb+Ta+0.05〜1.0%、B:0.000
1〜0.05%、N:0.002〜0.15%、および
必要に応じてAl:0.5〜2.5%、 T i :0
.1〜1.0%、V:1.O%以下、W:1.0%以下
のうちの1種または2種以−し、同じく必要に応じ−(
Mg : 0 、01%以下、Ca:0.01%以下の
うちの1種または2種、残部Feおよび不可避的不純物
からなることを特徴とするものであり、高強度、高靭性
でかつ耐食性にすぐれたマルテンサイト系析出硬化型ス
テンレス鋼である。
次に、この発明による析出硬化型ステンレス鋼の成分組
成範囲(重量%)の限定理由を述べる。
C:0.02〜0゜2% Cは常温および高温における強度ならびに硬さを増大す
るのに必要な最も基本的に重要な元素である。すなわち
、鋼の強度を高めるにはまず第1にC含有量の増大が必
要である。したがって、Cは少なくとも0.02%以」
−は必要とされる。しかし、0.2%を超えるとCr 
、 M o等の炭化物生成元素と反応して耐食性を劣化
させるので0.2%を限度とする。
Si:2.0%以ド Siは鋼の1lVIJ8性を向1−させるとともに、0
を安定化させるが、2.0%を超えると結晶粒を粗大化
して靭性の低Fをまねくので、2.0%を−1−限とし
た。
M n : 3 、0%以下 MnはSiと同様に鋼中の0を介在物として安定化させ
、機械的性質を向−1ニさせるが、強力なオーステナイ
ト生成元素であるため3.0%を超えると残留オーステ
ナイトを形成し、組織的に不安定となるので、3.0%
を上限とした。
Cu:2.5〜4.5% Cuはこの発明によるステンレス鋼の重要な元素の一つ
である。すなわち、Cuは析出硬化処理によって(相を
析出して強度を著しく向」二させる。そのためにはCu
は少なくとも2.5%含有させることが必要である。し
かし、4.5%を超えると熱間加工性が低下して、熱間
加工時に割れを発生する危険がでてくるとともに、多量
のCuはMs点を下げて残留オーステナイトを生成する
おそれがあるため、Cuの上限を4.5%とした。なお
、Cuは耐食性の向上に寄与する意味でも2.5〜4.
5%は必須である。
Ni:2.5〜5.0% Niはこの発明によるステンレス鋼の重要な元素であり
、Cuを含むために熱間加工時の割れの発生防止にぜひ
とも必要な元素である。このNiは衝撃値を向−1ニさ
せると同時に、耐食性および強度の確保にも重要なはた
らきをする。しかし、2.5%よりも少ないとそれらの
役割を十分に果せず、反対に5.0%を超えると強力な
オーステナイト生成元素であるためMs点を常温近くま
で下げ、成分によってはO′C以下となって、焼入れが
十分できなくなるので、この発明ではNiの適量を2.
5〜5.0%、より望ましくは2.5〜4.5%とした
Cr:13.O〜18.0% Crもこの発明によるステンレス鋼の基本元素であり、
耐食性9強1&および靭性の確保に必須の元素である。
このCrはCと炭化物を生成して強度を向」ニさせるの
に寄!i、する。そして、耐食性の観点からは少なくと
も13.0%のCrが必要であるが、18.0%を超え
ると強力なフェライ)・生成元素であるためδ・フェラ
イトの生成をまねき、耐食性、靭性および疲労特性の劣
化をきたす恐れが十分にあるので、」二限は18.0%
とした。
Mo:0.5〜2.5% MOは強力な炭化物生成元素であり、強度の向」二をは
かるのに重要な元素である。また、耐食性を顕著に改善
するはたらきをもっているため必須の元素である。そし
て、これらの効果を得るためには少なくとも0.5%が
必要である。しかし、強力なフェライト生成元素である
ため2.5%を超えるとδ・フェライトの生成という問
題が生じ、靭性の低下をまねくので、上限を2.5%と
した。
Nb+Ta : 0.05−1.0% Nb、Taは炭化物生成元素であり、Crと結びつ〈C
と優先的に反応して安定したNb。
Taの炭化物を生成し、基地中のCrの減少を防止して
良好な耐食性を付与する。また、Nb。
Taは結晶粒を微細化して靭性、延性を向」ニさせるの
で、この発明によるステンレス鋼では必須の元素である
。そして、これらの性能を十分満足せしめるためには少
くともNa+Ta (いずれが一方が有効量以下である
場合も含む)で0.05%は必要である。しかし、多量
の添加は巨大炭化物を多量に発生させる恐れがあるので
、Nb+Taで1.0%を」二限とした。なお、Nb+
Taのより好ましい含有量は0.1〜0.5%である。
B:0.0001〜0.05% Bは粒界の強化、熱間加圧性の向上、靭性の確保ならび
に高温強度の向」二に寄与する重要な元素である。そし
て、これらの効果をもたらせるためには少くともo、o
ooi%以−Lを必要とする。
しかし、0.01%を超えるとFe2Bを多量に生成し
、熱間加工性を著しく阻害するので、上限を0.01%
とした。なお、Bのより好ましい含有量は0.0005
〜0.0015%である。
N:0.002〜0.15% NはCと類似し、窒化物の生成により強度、靭性および
耐食性の向」二に寄テする元素であり、このような効果
は0.002%以」二で得られる。なお、このNは通常
の製造では必ず含有している元素である。そしてこの場
合、N含有量が0.15%よりも多くなると溶接時のガ
ス発生の問題が生ずると共に、強力なオーステナイト生
成元素のためMs点を下げて組織の不安定をまねき、強
度、靭性の劣化が懸念されるので。
0.15%以下とする惑星がある。そして、より好まし
くはN含有7i1.を0.005〜0.050%とする
A文:0.5〜2.5% A文はN量と金属間化合物を作り、強度の向−にをはか
るのに有効な元素である。そして、このような効果を得
るためには少なくとも0.5%以上は必要である。しか
し、Anは強力なフェライト生成元素であるため、多量
に添加するとδ・フェライトを生じ、靭性の低下をまね
くので、Anの」−限を2.5%とした。なお、A文の
添加量が多くなると結晶粒を粗大化させる傾向にあるた
め、より好ましくは1.0〜2.0%である。
Ti:0.1−1.0% TiはNb、Taと類似し、優先的に炭化物を生成して
耐食性の向上に寄与する。また、結晶粒を微細化して靭
性を上げる。さらには、TiはNiと強力な金属間化合
物をつくり、強度の確保にも関与する。しかし、Tiが
多量に添加されると清浄度を著しくそこねるので、0.
1〜1.0%、より好ましくは0.2〜0.5%の添加
とする。
V:1.0%以下 W:1.0%以下 v、Wは強力な炭化物生成元素であり、強度の確保に有
効な元素である。ただし、多量の添加は耐食性および延
性の低下をまねくので、■およびWとも」二限を1.0
%とした。また、より好ましい範囲はV:0.5%以下
、W: 0.5%以下である。
Mg:0.01%以下 Ca:0.01%以下 Mg、Caはいずれも熱間での加工性を良好にする元素
である。ただし、多量に添加すると鋼の清浄度を悪化さ
せ1強度および靭性の低下をまねくので各々0.01%
以下、より好ましくは各々0.002〜0.006%と
するのが良い。
その他、P、S、0なとは極力低いことが望ましいのは
当然のことである。
(実施例) 次に、この発明によるステンレス鋼の特徴を実施例によ
り詳細に説明する。
第1表は本発明鋼の化学成分と比較鋼のそれとを示した
ものであり、Plは17−4PHを基準としてそれにM
Oを添加し、さらにCa、Mgを添加したものである。
P2はPlのC,Nb量の高いものであり、P3はPl
にA文を添加したものである。P4はPlの0丁量を若
干」二げるとともにBを増量したもので、P5はNb、
B量を増加させたもの、P6はCr、Mo、N量を大き
く増加したものである。PlはC量を下限にまで下げる
とともにAJI、Tiを添加して析出硬化の強化を狙っ
たもので、P8は更にW、■を加えたものである。
そこで、これらの材料な固溶化熱処理−析出硬化処理を
したものの常温での引張性質、衝撃値。
5%H2SO4清騰硫酸での腐食減量(耐食性)を求め
た。これらの結果を第2表に示す。
なお、熱処理条件は、5US304を除いて、1050
℃油冷→480°C空冷である。
第2表に示すように、P3のごと〈A9.単独およびP
7.P8のごと< A l 、 T rを複合で添加し
たものは引張強さが170kgf/mm2を超えており
、しかも衝ff(〆1は17−4PHなどと比較して高
い4ftを示している。すなわち、この発明では、従来
の17−4PH鋼を基準とし、Al。
Tiにより形成される金属間化合物による強度向上、M
o 、W、Vなどで炭化物による強度向」−1B、Nb
、Vなどによるせi整値の増大、Nによる強度の確保、
B、Ca、Mg添加による熱間加工性の改善をはかった
ものである。
第1図は17−4PH,!1−P8との常温における引
張強さ、耐力、衝撃値と時効温度との関係を示す。また
、第2図は17−4PHとP3 、 P7 。
P8を代表として衝撃遷移曲線を示したもので、以上の
2つの図より本発明鋼は高強度、高靭性鋼であることが
判る。
「発明の効果」 以上説明してきたように、この発明によるステンレス鋼
は1重量%で、C:0.02〜0.2%、Si+2.0
%以下、M n : 0 、3%以下、Cu:2.5〜
4.5%、Ni:2.5〜5.0%、Cr:13.0〜
18.0%、Mo :0.5〜2.5%、Nb+Ta:
0.05〜1.0%、B :0.0001〜0.05%
、 N :0.002〜0.15%、および必要に応じ
てA文=0.5〜2.5%、Ti:0.1〜1.0%、
V:1.0%以下、W: 1.0%以下のうちの1種ま
たは2挿具−1−1同じく必要に応じてMg:0.01
%以下、Ca:0.01%以下のうちの1種または2種
を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなるもので
あるから、高強度、高靭性でかつ耐食性にすぐれたもの
であり、例えば、タービンブレード(静翼、動翼)、ポ
ンプシャフト、ディスクロータ、 1f11食ばねなら
びにその他高強度、高靭性および耐食性が要求される各
種の機械構造用部品の素材として適するものであるとい
う非常に優れた効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
第1図は17−4PHとP8の常温における引張強さ、
耐力、衝撃値との時効温度との関係を示すグラフ、第2
図は17−4. P HとP3 、 P7 。 P8の衝撃遷移曲線を示すグラフである。 特許出願人  大同特殊鋼株式会社 代理人弁理士 小  塩   豐 第1図 τ B寺ダカ:、晶Jt(’C) 第2図 り式、験這ル(°0〕

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)重量%で、C:0.02〜0.2%、Si:2.
    0%以下、Mn:3.0%以下、Cu:2.5〜4.5
    %、Ni:2.5〜5.0%、Cr:13.0〜18.
    0%、Mo:0.5〜2.5%、Nb+Ta:0.05
    〜1.0%、B:0.0001〜0.05%、N:0.
    002〜0.15%、残部Feおよび不可避的不純物か
    らなることを特徴とする高強度、高靭性でかつ耐食性に
    すぐれた析出硬化型ステンレス鋼。
  2. (2)重量%で、C:0.02〜0.2%、Si:2.
    0%以下、Mn:3.0%以下、Cu:2.5〜4.5
    %、Ni:2.5〜5.0%、Cr:13.0〜18.
    0%、Mo:0.5〜2.5%、Nb+Ta:0.05
    〜1.0%、B:0.0001〜0.05%、N:0.
    002〜0.15%、およびAl:0.5〜2.5%、
    Ti:0.1〜1.0%、V:1.0%以下、W:1.
    0%以下のうちの1種または2種以上、残部Feおよび
    不可避的不純物からなることを特徴とする高強度、高靭
    性でかつ耐食性にすぐれた析出硬化型ステンレス鋼。
  3. (3)重量%で、C:0.02〜0.2%、Si:2.
    0%以下、Mn:3.0%以下、Cu:2.5〜4.5
    %、Ni:2.5〜5.0%、Cr:13.0〜18.
    0%、Mo0.5〜2.5%、Nb+Ta:0.05〜
    1.0%、B:0.0001〜0.05%、N:0.0
    02〜0.15%、およびMg:0.01%以下、Ca
    :0.01%以下のうちの1種または2種、残部Feお
    よび不可避的不純物からなることを特徴とする高強度、
    高靭性でかつ耐食性にすぐれた析出硬化型ステンレス鋼
  4. (4)重量%で、C:0.02〜0.2%、Si:2.
    0%以下、Mn:3.0%以下、Cu:2.5〜4.5
    %、Ni:2.5〜5.0%、Cr:13.0〜18.
    0%、Mo:0.5〜2.5%、Nb+Ta:0.05
    〜1.0%、B:0.0001〜0.05%、N:0.
    002〜0.15%、およびAl:0.5〜2.5%、
    Ti:0.1〜1.0%、V:1.0%以下、W:1.
    0%以下のうちの1種または2種以上、さらに、Mg:
    0.01%以下、Ca:0.01%以下のうちの1種ま
    たは2種、残部Feおよび不可避的不純物からなること
    を特徴とする高強度、高靭性でかつ耐食性にすぐれた析
    出硬化型ステンレス鋼。
JP23960985A 1985-10-28 1985-10-28 ステンレス鋼 Pending JPS6299443A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007314837A (ja) * 2006-05-25 2007-12-06 Nisshin Steel Co Ltd 時効硬化型フェライト系ステンレス鋼板およびそれを用いた時効処理鋼材
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