SUS304 加工硬化させた材料を軟化させるのに…

Question

SUS304 加工硬化させた材料を軟化させるのに最低必要な温度は？

SUS304の熱処理の経験のある方で、丸棒のSUS304を加工硬化させたものを
軟化させたいです。最低どのくらいの温度をかければ軟化しだすでしょうか？
ご知見のあるかた、ご教示願います。

Accepted Answer

まず実際に冷間加工SUS304を加熱した時の硬さの変化。
文献(A)図1の破線(20%冷間加工材)。
600～800K(330～530C)加熱では冷間加工ままよりも硬さが高くなる。
900K(630C)以上ならば冷間加工ままよりも硬さは低くなる。

回答(1)(2)は安全確実な方法だが、詳しく論ずると正確ではない。
固溶化処理では、熱間加工などで析出したCr炭化物(耐食性を低下させる)を確実に溶かし込むために、高い加熱温度になっている。

もしCr炭化物が析出していなければ(例えば文献(A)のように固溶化処理材を冷間加工しただけの場合)、炭化物を溶かし込む必要はなく単に軟化するだけなので、それほど高い温度は必要ではなく、加熱温度630Cで硬さが低下し始める。加熱温度が高いほど硬さは低くなる。

回答(2)指摘の鋭敏化。
回答(2)引用URL(北日本非破壊検査)の鋭敏化温度時間図によれば、800C以上の加熱では鋭敏化しないことが判る。

もし現状Cr炭化物は析出しておらず、加熱処理による鋭敏化が困る(例えばこの熱処理が最終熱処理)ならば、800C以上の適当な温度で加熱水冷すればよい。

この加熱工程が最終加熱工程ではなく、軟化だけが目的で、後に最終固溶化処理をする(今回は鋭敏化してもかまわない)ならば、630C以上の適当な温度で加熱空冷すればよい。但し固溶化処理状態よりも靱性が低下することに注意。

いずれも温度は文献(A)図1を参考にして選ぶ。

ネット上の「嘘情報」には、「加工硬化材の軟化(フル焼鈍)」と「残留応力の低減(応力除去焼鈍)」を混同しているものもあるようです。

回答(4)関連。

SUS304用の状態図としてはFe-Cr系2元状態図では意味がなく、Fe-Cr-Ni系3元状態図を見なくてはならない。

SUS304の標準状態は固溶化つまり急冷組織なので、その組織は状態図には記載されていない。室温安定組織、つまり炉冷するとフェライト+オーステナイト混合組織になる。急冷により初めてオーステナイト単相になる。このオーステナイトは安定組織ではなく「残留オーステナイト」である。

18-8と言うのは重量%。ほとんどの合金の呼び名(例えば7-3黄銅)は重量%。形状記憶合金50Ni-50Ti(原子%)などは例外的。

Fe-Cr系内の「点線」は磁気変態点で、上側が非磁性、下側が強磁性。

回答(4)関連追記。

「軟化は溶接後の応力除去と比較し左程でもない」は誤り。

(1)溶接、矯正、焼入などで発生する残留応力により結晶は歪んでいる(格子定数が変化している)が、結晶粒は変形しておらず、硬さや組織観察(光学顕微鏡)では判らない。

(2)硬化の場合は、弱いものでも結晶の歪とともに転位(格子のずれ)が集積している(それが硬化の原因)。このレベルも組織観察では判らない。

(3)冷間加工などの強い硬化では、さらに結晶粒の変形が加わり、組織観察で容易に確認される。

(1)から(3)になるほど、応力除去や軟化には高い温度が必要になる。

回答(5)関連。

軟化硬化温度についてはご指摘の通り。
質問の「軟化しだすでしょうか」に多少こだわったので。

引用文献の図4。
この図にこだわりすぎることには疑問。
例えば
(1)SUS304の応力除去は800～900C急冷
http://www-it.jwes.or.jp/qa/details.jsp?pg_no=0050020730
(2)フェライト系SUS447J1(30Cr-2Mo)の標準熱処理は900-1050C急冷
(3)18Cr系ではジクマ相は実用条件内では生成しない
などが説明しにくい。

回答(5)追記。

「SUS304の870C空冷焼鈍」、初めて見ました。興味深い。

この会社はフライス加工屋なので(No.27799の質問者に近い)、加工後の応力除去としてやっていたら(今も「切断+焼鈍」をPR)、削りやすくなることに気が着いたという事か。この焼鈍条件はNo.27799への回答にもなっている。

「SUS304の870C空冷」を直ちにダメとは言いにくい。確かに空冷なので厚みが大きくなると鋭敏化が起こってしまうのが心配。その辺をきちんと把握していれば可能。

本当に被削性が良くなるのか。文献(A)図1の実線(固溶化処理材)の特性を見ると、強度や伸びは全く変わらない。但し試験片は1.5mm厚なので空冷と言っても冷却はかなり速いことに留意が必要。
しかし被削性は微妙なので、実際に削ると違うのかもしれない(小生には機械加工の経験がないので判らない)。

回答(6)。

この指摘が正しいならSUS304は冷間鍛造ができないことになる。

技術の世界では「知識なき知恵」は虚言と同レベルである。

回答(7)。　これも初めて。勉強になります。

回答(5)追記引用の場合は870C加熱のため、文献(A)図4にあるように加熱中の鋭敏化は起こっていないが、冷却過程に鋭敏化することが懸念される。一方今回の800C加熱ではすでに加熱中に鋭敏化している。しかも3時間も加熱しているので、たっぷり鋭敏化している。

空冷する場合は、加熱温度/時間と冷却速度の影響をよく把握し、鋭敏化の程度をJIS0580(回答(2)分極曲線)やJIS0571(腐食組織)で確認する知識と設備が必要。やはり回答(5)のように初心者には勧められないと言えそう。

鋭敏化してしまうと耐食性も耐酸化性も低下するので、耐熱用途にも使えない。使えるのは非磁性用途くらいか。

Answer

脱線内容についての補足で失礼しますが、
SUS304の焼鈍材というのは白銅でも扱っています。
一口メモには次の文言が書かれています。

白銅オリジナル商品で、SUS304素材に800℃で約３時間の
　応力除去熱処理を施し、加工歪みが出にくく、切削性を向上
　させた商品です。熱処理により耐食性が損なわれています
　ので、用途にはご注意下さい。

このカタログには明記されていませんが、発売直後のチラシの方には
焼鈍により鋭敏化しているので、使用前に固溶化熱処理を行え
という様な事が書かれていました。

普通に考えると耐食性を失ったSUS304に何の価値があるのだろう
と思わないでもないですが、耐食性はそんなに要らないけど
少々の耐熱性が必要とか、何らかの使い道があるのでしょうか？

それともまじめに固溶化熱処理をして使っているのでしょうか。
だとすると加工で歪みにくいとかあまり関係無いような気がするのですが．．．

Answer

冷凍マグロを回答させるに近く、考え直した方が良いです。

? 材質を変える

? なましを考え直し、他の条件で使用する

如何でしょう？

Answer

回答(3)への疑問点。

<文献(A)図1>は他サイトで見ました。
　　900K(630C)以上ならば冷間加工ままよりも硬さは低くなる

程度議論ながら、1000Kにおいても下降は1/2程度で、軟化焼きなましに不充分なのでは？

　　ネット上の「嘘情報」には、、、「残留応力の低減(応力除去焼鈍)」を混同

その通りです。
　　http://okwave.jp/qa/q7764823.html
この回答者は本サイトを引用するも誤解。そうさせた元凶がイカ足タコ足!!？

本件、質問者の趣旨は？

　　ステンレス鋼の特性と使用上の要点
　　http://www.corrosion-center.jp/pdf/K004.pdf
　　P.6 図４析出・脆化に及ぼす温度の影響（概念図）

この図のフェライト系475脆性に関しての過去質問もあり、深い探究心がおありのようだが、実務的にはこの図の　|適正熱処理|　を知ることが肝で、その外は<禁断>でよいと思います(私は質問見て初めて475を知)

こりゃないでしょ!!
　　http://shinx-corp.co.jp/products/stain_board/sus304.htm
　　焼鈍材として、870℃にて熱処理を実施した材料を在庫としております

お礼

2015/08/31 02:44

ご回答ありがとうございます。
確かに軟化開始温度は800-900Kですが、再軟化温度となると固溶化温度
約1300Kになるのでしょうね。そう考えると貴殿の「適正温度」を把握
していればという考えも納得です。

質問者

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Answer

SUS304の状態線図は無いものだろうか？っと探したところ↓を見つけました。

18-8のオーステナイトステンレスだからCr 18 at[％] で良いだろうと思うが、
回答(3)「黒猫」氏の言われる630℃と此の18at[％] の交点あたりを見てみれば
点線になっている・・・気になってしょうがないのだが、何なんだコレは？？？

質問の質問は回答にはならないのだが、皆さんも気になるだろうと思い投稿。

なるほど、難しいとは思っていたが・・・何か軟化は溶接後の応力除去と比較し
左程でもないような気もします。何れにせよ温度管理はキチンとしないとエライ
目に合いそうな気もしますので、ここらが一番のネックかも知れませんねぇ。

Answer

嘘情報がネット各所で流布されてます。
回答(1)の如く固溶化処理しかありません。

SUS304は耐熱材としても使われるほどで、低合金鋼のような500℃位迄では軟化しない。

かといってそれより上げると性質を損なう鋭敏化が待ち受ける。

http://www.h2.dion.ne.jp/~khk/eibinnka.html
.

この嘘付き爺がはいかいしてるようだし

ボーナスをmillion強頂いては、金を１kg購入。
　　シティー銀行も倒産する恐れがあり、ユーロも計画時期だったので、金を購入。
　　失われた１０年にて、２千万円弱、１６kgチョイ購入。
　　２０００年に半導体バブルが弾け、大手電気メーカーは大赤字、半導体関連の設備メーカーは
　　合併等で生き残りを図った。

小生もその嵐に見舞われ、合併後に部下をそれ相当のポジションに配置して退職し独立。
　　何故か、海外のカジノでも、国内のパチンコでも、トータルでは負けていない。
　　縛才があるんだ。
　　独立後は、景気がボチボチで、金が急騰していなので、先祖の土地にアパート建設。
　　テナント物件も建設し、妻に貸付し個人商売を。
　　会社には、アパートの管理費用や貸付利子、妻からテナント料が入る不労所得有り。

熱処理に関しては、腐ったイカ足タコ足を売らんと企んだが無駄足。

http://mori.nc-net.or.jp/EokpControl?&tid=272305&event=QE0004

ステンレス熱処理にも・・・後で解説と併せて・・・

SUS304 材料を軟化させるための最低温度は？