フェライト系・マルテンサイト系ステンレス鋼の熱処理特性と性能特性
3. フェライト系ステンレス鋼
フェライト系ステンレス鋼はクロムを主成分とし、Crを12～30％含有しています。このタイプの鋼は単相構造を持ち、相転移がなく、強力な磁気特性を持っています。一般的な鋼種は 430 です。安価なステンレス鋼タイプ 409 は、ステンレス鋼のコストを削減するために 1960 年代に米国によって開発されました。自動車やバイクのマフラーや下水管などに広く使用されており、フェライト系ステンレス鋼の仲間です。
このタイプの鋼は強度が低く、オーステナイト鋼と同様に熱処理によって強化することができません。また、オーステナイト鋼に比べて熱処理による粒成長が早く、粒径も大きくなります。したがって、熱処理中の粒成長とオーステナイト相変態を避けるためには、温度が高すぎてはなりません。一般に、熱処理の最高温度は 850 度を超えません。表4にフェライト系ステンレス鋼の温度範囲を示します。
表 4: フェライト系ステンレス鋼の温度範囲
フェライト系ステンレス鋼を加工する場合、特に高クロムフェライト系ステンレス鋼では 370 ～ 550 度の温度で滞留時間を維持する必要があります。材料を370～550度の温度範囲で長時間保持すると、475度破断、すなわち硬度が上昇し、伸びが大幅に低下またはゼロとなり、材料の耐食性も低下します。実験によると、27Cr 鋼を 475 度で 100 時間加熱すると、室温での材料の引張強さは 50% 増加し、降伏強さは 150% 増加し、伸びはゼロになります。さらに、この鋼の溶接性能は良くありません (溶接熱の影響を受ける領域の粒子は大きく、脆いです)。{14}}
4. マルテンサイト系ステンレス鋼
マルテンサイト系ステンレス鋼の特性は、最初の 2 種類のステンレス鋼とは大きく異なります。このタイプのステンレス鋼は異なる相変態点を持ち、焼き入れによって硬化することができます。また、クロム含有量が高く靱性に優れているため、焼戻し時に強度と靱性を広範囲に調整することができます。したがって、マルテンサイト系ステンレス鋼は構造用鋼や工具鋼として使用できます。
マルテンサイト系ステンレス鋼を工具鋼として使用する場合、焼き入れ状態になります。焼き入れの場合、炭化物をオーステナイトに変態させるために、温度を臨界点以上に上げる必要があります。炭化物を溶かすために温度が上昇すると、炭素の拡散速度が遅くなります。均一なオーステナイト組織を得るには、通常、加熱温度は臨界温度より 50 度高く、炭化物が完全かつ均一に溶解するために一定の保持時間が必要です。もちろん、加熱時間が長すぎたり、温度が高すぎたりすると、マルテンサイトの形成が不均一になり、残留オーステナイト組織が増加し、それによって膨張の違いにより材料内に内部応力が発生します。マルテンサイト鋼は、熱亀裂を生じやすい鋼の一種です。低温では熱伝導が低く、急速に加熱すると亀裂が発生しやすくなります。したがって、大きな部品を有する材料を使用する場合には、予熱し、その後急冷する必要があります。表５にマルテンサイト系ステンレス鋼の焼き戻し温度を示す。
表5：マルテンサイト系ステンレス鋼の焼き戻し温度
構造用鋼として使用する場合は、焼き入れに合わせて焼き戻し（焼き入れと焼きなまし）を行ってください。マルテンサイト系ステンレス鋼は焼き戻し脆性があるため、温度は 580 度を下回ってはなりません。焼き戻し温度から冷却する場合、脆性熱を避けるために油焼き入れがよく使用されます。マルテンサイト系ステンレス鋼は焼入れ後すぐに焼鈍する必要があることに注意してください。
5. 耐候性-硬化ステンレス鋼
オーステナイト系、フェライト系、マルテンサイト系のステンレス鋼は広く使用されていますが、構造用鋼として使用するにはまだいくつかの困難があります。オーステナイト系ステンレス鋼は降伏強度が 200N/mm2 程度と低く、構造用鋼としての使用にはまだ適していません。マルテンサイト系ステンレス鋼は、焼鈍や焼き戻しなどの熱処理により高い降伏強度が得られますが、耐食性が劣ります。高い耐食性と高強度が必要な用途向けに、新しいタイプの Cr{5}}Ni ステンレス鋼、-耐候性-硬化ステンレス鋼 (PH ステンレス鋼とも呼ばれます) が開発されました。
新型ステンレス鋼の熱処理には、焼鈍、完全焼鈍、溶体化焼鈍、時効焼鈍、変態焼入れなどがあります。そのプロパティは次のとおりです。
・成熟すると柔らかくなり、再加工が容易になります。
・適切な時効処理により必要な特性が得られます。
・類似のステンレス鋼と同等の耐食性を有し、耐応力腐食割れ性が向上しました。
• 変態焼入れは、一定の温度以下で急冷するプロセスです。析出硬化に最も一般的に使用されるステンレス鋼はマルテンサイトであり、その鋼種は 631 (0Crl7Ni7A1) です。このタイプの鋼の焼き戻しには、まず溶液を使用し、材料を 1000 ～ 1100 度に加熱してから急速に冷却し、工作機械のさまざまな要件に応じてさまざまな温度 (621 度、565 度、510 度時効など) で時効処理を実行します。
上記の分析から、ステンレス鋼の焼きなましは複雑であることがわかります。ユーザーのさまざまな要件を満たすには、さまざまな鋼種の特性に応じてさまざまな焼鈍方法を使用する必要があります。