マルテンサイト系ステンレス鋼鋳物の熱処理

マルテンサイト系ステンレス鋼とは、微細構造が主にマルテンサイトであるステンレス鋼の一種を指します。マルテンサイト系ステンレス鋼のクロム含有量は 12% ～ 18% の範囲で、主な合金元素は鉄、クロム、ニッケル、炭素です。

マルテンサイト系ステンレス鋼は、熱処理により機械的性質を調整することができ、硬化性ステンレス鋼の一種です。マルテンサイト系ステンレス鋼は、化学組成の違いによりマルテンサイト系クロム鋼とマルテンサイト系クロムニッケル鋼に分けられます。

 

マルテンサイト系ステンレス鋼の概要
カテゴリ	ステンレス鋼
意味	マルテンサイト組織をもつ硬化性ステンレス鋼の一種
熱処理	焼きなまし、焼き入れ、焼き戻し
合金要素	Cr、Ni、C、Mo、V
溶接性	貧しい
磁気	中くらい
微細構造	主にマルテンサイト系
代表的なグレード	Cr13、2Cr13、3Cr13
アプリケーション	蒸気タービンブレード、食器、手術器具、航空宇宙産業、海洋産業

 

マルテンサイト系ステンレス鋼とは、微細構造が主にマルテンサイトであるステンレス鋼の一種を指します。マルテンサイト系ステンレス鋼のクロム含有量は 12% ～ 18% の範囲で、主な合金元素は鉄、クロム、ニッケル、炭素です。

マルテンサイト系ステンレス鋼は、熱処理により機械的性質を調整することができ、硬化性ステンレス鋼の一種です。マルテンサイト系ステンレス鋼は、化学組成の違いによりマルテンサイト系クロム鋼とマルテンサイト系クロムニッケル鋼に分けられます。

1. マルテンサイト系クロム鋼
マルテンサイト系クロム鋼には、クロムに加えて、一定量の炭素も含まれています。クロム含有量は鋼の耐食性を決定します。炭素含有量が多いほど、強度、硬度、耐摩耗性が高くなります。このタイプの鋼の通常の構造はマルテンサイトですが、少量のオーステナイト、フェライト、またはパーライトを含むものもあります。主に、高い強度と硬度を必要とするが、高い耐食性を必要としない部品、コンポーネント、工具、ナイフなどの製造に使用されます。代表的な鋼種は 2Crl3、4Crl3、9Crl8 などです。

2. マルテンサイト系クロムニッケル鋼
マルテンサイト系クロムニッケル鋼には、マルテンサイト系析出硬化型ステンレス鋼、セミオーステナイト系析出硬化型ステンレス鋼、マレージングステンレス鋼などが含まれ、いずれも高強度または超高強度のステンレス鋼である。この種類の鋼は炭素含有量が低く (0.10% 未満)、ニッケルが含まれています。グレードによっては、モリブデンや銅などの高元素も含まれています。したがって、この種の鋼は強度が高く、強度と靱性、耐食性を兼ね備えています。マルテンサイト系クロム鋼よりも性能、溶接性などが優れています。 Crl7Ni2 は、最も一般的に使用される低ニッケル マルテンサイト ステンレス鋼です。

マルテンサイト析出硬化型ステンレス鋼には通常、Al、Ti、Cu、その他の元素も含まれています。析出硬化によりマルテンサイト母相上に Ni3A1、Ni3Ti およびその他の分散強化相を析出させ、鋼の強度をさらに向上させます。半オーステナイト（または半マルテンサイト）析出硬化型ステンレス鋼。焼入れした状態でもオーステナイトであるため、冷間加工が可能であり、その後、中間処理や時効処理などにより強化することができます。このように、マルテンサイト系析出硬化型ステンレス鋼は、焼入れ後にオーステナイトが直接マルテンサイトに変態する可能性があり、その後の加工や成形が困難になるという欠点がある。一般的に使用される鋼種は 0Crl7Ni7AI、0Crl5Ni7M02A1 などです。このタイプの鋼は比較的高い強度を持ち、一般に 1200 ～ 1400 MPa に達し、高い耐食性は必要とされないが高い強度が必要な構造部品の製造によく使用されます。

マルテンサイト系ステンレス鋼の熱処理は焼き入れ焼き戻し処理が一般的です。通常は950～1050℃の油中または空冷を選択します。その後、650～750℃で焼き戻します。一般に、焼入れ組織の応力による鋳物の割れを防ぐために、焼入れ直後に焼き戻しを行う必要があります。

少量のニッケル、モリブデン、シリコン、その他の合金元素を含む高強度低炭素マルテンサイト系ステンレス鋼鋳物は、焼きならしおよび焼き戻し後に優れた総合的な機械的特性、溶接特性、耐摩耗性を備えています。このような鋳物は、一体鋳物や大型水車の鋳物＋溶接羽根車などに広く使用されています。この場合、通常は950～1050℃で焼きならし、600～670℃で焼き戻しを行う熱処理仕様が選択されます。