ステンレス鋼鏡面研磨：プロセス、方法、および要件
1.研磨 ステンレス鋼溶接部の研磨の主な目的は、 溶接痕をなくし、光沢浸漬の準備として、 被加工物の表面粗さをR10umにすることであ る。
熱処理によってステンレス鋼の特性がどのように変化するのか、不思議に思ったことはありませんか？この洞察に満ちた記事では、ベテランの機械エンジニアがステンレス鋼熱処理の魅力的な世界を掘り下げています。耐食性を高め、脆さをなくし、機械的特性を最適化する科学をご覧ください。熟練した技術と正確な温度制御により、ステンレス鋼の微細構造を操作する秘密を解き明かしましょう。
ステンレス鋼の特徴は、その組成にある。 合金元素 Crを主成分とする。これがステンレス鋼の耐食性の基本条件である。
合金元素を十分に活用し、理想的な機械的性質と耐食性を得るためには、熱処理方法も採用しなければならない。
フェライト系ステンレ ス鋼は、一般的に安定した単一フェライト 構造を特徴とし、加熱および冷却による相変化 を起こさない。
そのため、熱処理で機械的特性を調整することはできない。主な目的は、脆性を減らし、粒界腐食に対する耐性を高めることである。
アニーリング
σ相、475℃脆性、高温脆性を除去するために、アニール処理を施すことができる。
780～830℃まで加熱した後、空冷または炉冷する。
C含有量が低く (C≤0.01%)、Si、Mn、S、Pが厳密に管理され た超高純度フェライト系ステンレス鋼では、焼鈍 温度を上げることができる。
ストレス緩和治療
溶接または冷間加工後の部品には、以下のものが含まれることがある。 残留応力.
焼鈍が適さない場合は、230～370℃に加熱して温度を保持した後、空冷する応力除去処理を行うことができる。これにより、内部応力を除去し、塑性を改善することができる。
オーステナイト系ステンレス鋼に含まれるCr、Ni、 その他の合金元素の存在は、オーステナイト系 ステンレス鋼の耐食性を低下させる。 ポイント を室温以下（-30～-70℃）に下げる。
このようにオーステナイト組織が安定しているということは、室温以上に加熱・冷却しても相変化が起こらないことを意味する。
したがって、オーステナイト系ステンレ ス鋼の熱処理の主な目的は、機械的特性を変える ことではなく、耐食性を高めることである。
オーステナイト系ステンレス鋼の固溶化熱処理
効果
鋼中における合金炭化物の析出と溶解
炭素（C）は鋼に含まれる合金元素のひとつである。若干の強化効果はあるが、特にクロム（Cr）と炭化物を形成すると耐食性に悪影響を及ぼす。
CとCrの炭化物の存在を最小限に抑えるため、加熱と冷却によってオーステナイト中のCの溶解度を操作する。
オーステナイトへのCの溶解度は、高温では高く（1200℃で0.34%）、低温では低い（600℃で0.02%、室温ではさらに低い）。
鋼を高温に加熱してC-Cr化合物を溶解し、沈殿を防ぐために急冷する。
これにより、鋼の耐食性、特に耐粒界腐食性が向上する。
シグマ（σ） 位相
500～900℃の範囲での長期加熱や、チタン、ニオブ、モリブデンなどの元素の添加は、オーステナイト鋼にσ相の析出をもたらす可能性がある。
これは鋼のもろさを増し、耐食性を低下させる。
σ相は、析出温度より高い温度で溶解し、急冷して再析出を防ぐことで除去できる。
プロセス
GB1200規格によると、推奨加熱温度範囲は1000～1150℃、通常は1020～1080℃である。
加熱温度は、特定の鋼種組成、鋳物、鍛造品に基づき、許容範囲内で調整できる。冷却方法は、炭化物の析出を防止するため高速で行う。
中国や他のいくつかの国の規格では、固溶体の後に「急速冷却」と表示されている。
クイック」の規模は、以下の基準で決めることができる：
オーステナイト系ステンレス鋼の安定化熱処理
安定化熱処理は、安定化元素TiまたはNbを 含む1Cr18Ni9Tiや0Cr18Ni11Nbなどの特 定のオーステナイト系ステンレス鋼種に限定 されるプロセスである。
効果
前述したように、粒界におけるCrとCの組み合 わせによるCr23C6型化合物の析出は、オーステナ イト系ステンレス鋼の耐食性の低下につながる。
これを防ぐため、TiとNbを鋼に添加し、CがCrではなくTiやNbと優先的に結合する条件を作り出す。
これにより、オーステナイト中にCrを保持し、鋼の耐食性を確保することができる。安定化熱処理は、オーステナイト中のCrを安定化させるために、Ti、Nb、Cを組み合わせたものである。
プロセス
加熱温度：加熱温度は、Cr23C6の溶解温度（400～825℃）より高く、TiCまたはNbCの初期溶解温度（例えば、TiCの溶解温度範囲は750～1120℃）よりわずかに低いか高い。
安定化加熱温度は一般的に850～930℃に設定され、Cr23C6を完全に溶解し、TiまたはNbをCと結合させ、Crはオーステナイト中に保持する。
冷却方法：一般的には空冷が使用されるが、部品の特定条件によっては水冷や炉冷も使用される。
冷却速度は安定化効果にほとんど影響しない。
我々の実験的研究により、900℃の安定化温度から200℃までの冷却速度が0.9℃/分と15.6℃/分では、金属組織、硬度、粒界腐食抵抗が同等になることが示された。
オーステナイト系ステンレス鋼応力除去処理
目的
オーステナイト系ステンレス鋼部品は、加工や溶接などの冷間加工工程で応力を受けることが避けられない。
この応力は、寸法安定性に影響を与えたり、Cl-、H2S、NaOHなどの媒体中で応力腐食割れを引き起こしたりするなどの悪影響を及ぼす可能性がある。
この種のダメージは局所的で突発的なものであり、有害である可能性がある。このような部分のストレスを最小限に抑えるために、ストレス解消法を用いることができる。
プロセス
溶体化処理や安定化処理は、条件が許せば応力の除去に役立つ。しかし、ループ内の管継手、余白の限られた完成品、および以下のような部品では、これらの方法が常に実行可能であるとは限りません。 複雑な形状 変形しやすい。
このような場合、部品を450℃以下の温度で加熱することで応力を軽減することができる。
ワークピースが強い応力腐食環境で使用され、応力を完全に除去する必要がある場合は、安定化元素を含む超低炭素オーステナイト系ステンレス鋼のような材料を選択することを検討すべきである。
フェライト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステン レス鋼、二相鋼と比べたマルテンサイト系ステンレ ス鋼の最大の特徴は、熱処理方法によって機械的性質を 幅広く調整し、さまざまな用途のニーズに対応できること である。
さらに、マルテンサイト系ステンレ ス鋼の耐食性は、使用される熱処理方法の違 いによって異なる影響を受ける。
① 焼入れ後のマルテンサイト系ステンレス鋼の組織
化学組成によって
マルテンサイト系ステンレス鋼の耐食性と熱処理
マルテンサイト系ステンレス鋼の熱処理は、その機械的特性を変化させるだけでなく、耐食性にも様々な影響を与える。
例えば、焼入れ後に低温焼戻しを行うと耐食性が高くなり、中温焼戻し（400～550℃）を行うと耐食性が低くなる。
一方、高温焼戻し（600～750℃）は耐食性の向上につながる。
マルテンサイト系ステンレス鋼の熱処理方法と機能
アニーリング
希望する結果に応じて、さまざまなアニール方法を用いることができる：
これは 等温アニール処理 はまた、鍛造後の組織不良の改善や、焼入れ・焼戻し後の機械的特性、特に衝撃靭性の改善にも有効である。
焼き入れ
マルテンサイト系ステンレス鋼を焼入れする主な目的は、強度を高めることである。
このプロセスでは、鋼を臨界点以上の温度まで加熱し、炭化物がオーステナイトに完全に溶解するように保温した後、適切な速度で冷却してオーステナイトの溶解度を高める。 マルテンサイト組織.
加熱温度の選択：基本原則は、オーステナイトを形成し、合金炭化物をオーステナイト中に均質に溶解させることである。
オーステナイト粒の粗大化や、焼入れ後の組織にフェライトや保持オーステナイトが存在するのを防ぐには、加熱温度が低すぎても高すぎてもいけない。
マルテンサイト系ステンレス鋼の焼入れの温度範囲は大きく異なるが、当社の経験によると、通常は980～1020℃である。
しかし、特殊な鋼種、特定の成分管理、あるいは特別な要求に対しては、加熱温度を調整する必要があるかもしれないが、加熱の原則に反することがあってはならない。
冷却方法：マルテンサイト系ステンレス鋼の組成により、オーステナイトはより安定している。 Cカーブ が右にシフトし、限界冷却速度が低くなる。
そのため、マルテンサイト鋼の焼入れは、油冷でも空冷でも可能である。
しかし、大きな硬化深さと高い機械的特性、特に高い衝撃靭性が要求される部品には、油冷を推奨する。
焼き戻し
焼入れ後、高硬度、脆性、内部応力を持つマルテンサイト系ステンレス鋼が得られるが、機械的性質を改善するためには焼戻しが必要である。
マルテンサイト系ステンレス鋼は通常、2つ の異なる温度で焼き戻される：
400～600℃の温度での焼戻しは、マルテンサイトから高分散炭化物が析出し、焼戻しが脆くなり耐食性が低下するため、一般的には推奨されない。
しかし、3Cr13や4Cr13鋼ばねのような一部のばねは、この温度で焼き戻すことができ、HRCが40から45になり、良好な弾性が得られます。
焼戻し後の冷却方法は通常空冷であるが、1Cr17Ni2、2Cr13、0Cr13Ni4Moのような焼戻し脆性が発生しやすい鋼種では、焼戻し後に油冷を行うことが推奨される。
二相鋼は、最近ステンレス鋼に加わった鋼種であ り、そのユニークな特性により広く認知され、 評価されている。
クロムの含有量が高く、ニッケル組成が低く、モリブデンと窒素が添加されているため、オーステナイト系よりも強度が高く、柔軟性に富んでいる。 フェライト系ステンレス鋼耐食性は同等である。
また、塩化物や海水環境での孔食、隙間腐食、応力腐食に対する耐性も優れている。
二相鋼の熱処理効果は以下の通りである：
二次オーステナイトの除去：オーステナイトの二次組織を除去する。 鋳造または鍛造フェライトの量が増える。
1300℃を超えると、高温では不安定な単相フェライトになる。より低温の時効処理では、二次オーステナイトと呼ばれるオーステナイトが析出することがある。
しかし、このオーステナイトに含まれるクロムや窒素の量は通常のオーステナイトよりも少なく、腐食の原因となる可能性があるため、熱処理によって除去する必要がある。
Cr23C6炭化物の排除：二相鋼は、950℃以下でCr23C6が析出し、脆性 の増大と耐食性の低下を引き起こすことがあ る。これは除去しなければならない。
窒化物の除去 Cr2N、CrN: 鋼中に窒素が存在するため、窒化物がクロ ムと形成されることがあり、機械的性質と耐食性の 両方に悪影響を及ぼす可能性があるため、除去しなけ ればならない。
金属間化合物の除去：二相鋼の組成は、σ相やγ相などの金属間化合物を生成し、耐食性を低下させ、脆性を増大させるので、これらを除去しなければならない。
熱処理工程はオーステナイト鋼と同様で、加熱温度980～1100℃の固溶化処理後、急冷する。水冷が一般的である。
析出硬化ステンレス鋼は、比較的最近開発され たステンレス鋼で、人間の実践を通じて試行 され、試験され、改良されてきた。
フェライト系ステンレス鋼やオーステナイト系ステンレ ス鋼などの初期のステンレス鋼は、耐食性に優れてい るが、熱処理によって機械的特性を調整すること ができないため、有用性が制限されている。
マルテンサイト系ステンレス鋼は、熱処理によって機械的性質を大きく調整できるが、耐食性は劣る。
特徴
析出硬化系ステンレス鋼は、低炭素(一般に0.09%以下)、高クロム(一般に14%以上)に加え、Mo、Cuなどの元素を含有し、オーステナイト系ステンレス鋼と同等の耐食性を有する。
固溶・時効処理により、マルテンサイト母相上に析出硬化相が析出した組織を得ることができ、より高い強度が得られる。
エージング温度を調整することで、強度、塑性率、靭性を一定の範囲で調整することができる。
さらに、固溶体化後に析出相析出強化という熱処理方法により、固溶体化処理後の硬度が低い基本形状の加工も可能である。
エージングによる再強化により、加工コストが削減され、優れた性能を発揮する。 マルテンサイト鋼.
分類
マルテンサイト系析出硬化ステンレス鋼とその熱処理
マルテンサイト系析出硬化ステンレス鋼は、室温 (Ms)以上で始まるオーステナイトからマルテンサイトへの変態を特徴とする。
鋼をオーステナイト化温度まで加熱し、急冷すると、スレート状のマルテンサイト・マトリクスが得られる。
時効後、銅の微細な塊はマルテンサイト・マトリックスから析出し、鋼を強化する。
GB1220規格の代表的な鋼種は0Cr17Ni4Cu4Nb（PH17-4）で、組成は以下の通りである：C≦0.07、Ni: 3-5、Cr：15.5-17.5、Cu：3-5、Nb: 0.15-0.45。Ms点は約120℃、Mz点は約30℃である。
固溶体処理：
1020～1060℃に加熱し、水または油で急冷すると、鋼の組織はラスマルテンサイトとなり、硬度は約320HBとなる。
加熱温度が1100℃を超えると、組織中のフェライト相の増加、Ms点の低下、保持オーステナイトの増加、硬度の低下、熱処理効果の低下を招く恐れがあるため、加熱温度は1100℃を超えないようにする。
加齢治療：
析出物の分散と粒径は時効温度に依存し、異なる機械的特性をもたらす。
GB1220規格によると、異なる温度でのエージング後の特性は以下の通りである：
セミアウステナイト系ステンレス鋼の熱処理
セミ・オーステナイト系ステンレス鋼のMs点は、一般に室温よりわずかに低いため、溶体化処理後、室温まで冷却すると、強度の低いオーステナイト組織となる。
を改善する。 強度と硬度 のマトリックスを除去するためには、鋼材を750～950℃に再加熱して絶縁する必要がある。
この段階で、オーステナイト中に炭化物が析出し、安定性が低下し、室温以上のMs点が上昇する。
冷却するとマルテンサイト組織が得られる。マルテンサイトマトリックス中に析出物を有する強化鋼を製造するために、冷間処理（氷点下処理）を加え、その後時効処理を行うこともできる。
GB1220規格の推奨グレードは0Cr17Ni7Al（PH17-7）で、組成は以下の通り：C≦0.09、Cu≦0.5、Ni: 6.5-7.5、Cr：16-18、Al: 0.75-1.5。
ソリューション＋アジャストメント＋エイジング・トリートメント：
固溶温度は1040℃で、鋼は水または油で冷却され、硬度150HB前後のオーステナイト組織が得られる。
調整温度は760℃で、鋼は空気中で冷却され、オーステナイト中に合金炭化物を析出させ、安定性を低下させ、Ms点を50～90℃に上昇させ、冷却後にラスマルテンサイトを得る。硬度は290HBに達する。
560℃で時効処理すると、Alとその化合物が析出し、鋼を強化し、硬度を340HBまで高める。
固形液＋調整＋コールドトリートメント＋エイジング：
固溶温度は1040℃で、オーステナイト組織を得るために水冷が用いられる。
調整温度は、Ms点を高め、冷却後にラスマルテンサイトを得るために955℃とした。
73℃で8時間の冷間処理により、組織内に保持されたオーステナイトが減少し、最大マルテンサイトが得られる。
ステンレス鋼を分類する方法は、化学成分、機能特性、金属組織、熱処理特性など多数ある。
しかし、実用性の観点からは、金属組織と熱処理特性に基づいて分類する方がより有用である。
ステンレス鋼の主な合金元素はクロムで、アルミニウムやモリブデンなどの安定したフェライト元素が少量添加されることがある。その結果、フェライト組織が形成される。
この種のステンレス鋼は強度が低く、熱処理で改善することはできない。
その代わり、可塑性はあるが、脆性も大きい。酸化性媒体（硝酸など）に対する耐食性は高いが、還元性媒体に対する耐食性は低い。
一般的に18%以上の高濃度のクロムと、約8%のニッケルを含む。
耐食性をさらに高めるため、ニッケルの代わりにマンガンを使うものもあれば、モリブデン、銅、シリコンなどの元素を加えるものもある、 チタンまたはニオブである。
加熱・冷却時の相変化がないため、強度を高めるための熱処理はできない。
しかし、低強度、高塑性、高靭性という利点がある。また、酸化性媒体に対する耐性が高く、耐食性にも優れている。 粒界腐食 チタンとニオブの添加後。
マルテンサイト系ステンレス鋼 主に12～18% Crを含有し、炭素量は必要に応じて調整可能で、通常は0.1～0.4%である。
ツールについては 炭素含有量 は0.8-1.0%に達し、安定性と耐焼き戻し性を高めるためにMo、V、Nbなどの元素を添加して改良されたものもある。
高温で加熱し、一定の速度で冷却すると、主にマルテンサイト組織になるが、少量のフェライトを含むこともある。 オーステナイト炭素と合金元素の含有量に応じて、合金炭化物、または合金炭化物がある。
加熱・冷却工程を制御することで、組織と性能を調整できるが、耐食性はオーステナイト系、フェライト系、二相鋼ほど良くない。
マルテンサイト系ステンレス鋼は、有機酸には耐性を示すが、硫酸や塩酸などの媒体に対する耐性は低い。
一般にCrの含有量は17～30%、Niの含有量は3～13%である。
さらに、Mo、Cu、Nb、N、Wなどの合金元素が添加され、C含有量は非常に低く抑えられている。
合金元素の割合によって、フェライトになるものもあれば、主にフェライトになるものもある。 オーステナイト同時に存在する2つの二相鋼を構成している。
フェライト相と強化元素を含むため、熱処理後の強度はオーステナイト系ステンレス鋼よりやや高く、塑性と靭性が優れている。
熱処理によって性能を調整することはできない。
特にClを含む媒体や海水中で高い耐食性を示し、孔食、隙間腐食、応力腐食に対して良好な耐性を示す。
この種のステンレス鋼の組成は、C、Cr、Niなどの元素のほか、析出物の原因となるCu、Al、Tiなどの元素が含まれていることが特徴である。
熱処理によって機械的性質を調整できるが、マルテンサイト系ステンレス鋼とは強化メカニズムが異なる。
析出強化に依存しているため、炭素含有量を非常に低く抑えることができ、その結果、マルテンサイト系ステンレス鋼よりも優れた耐食性を示し、Cr-Ni系オーステナイト系ステンレス鋼と同等である。
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