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金属材料および加工処理方法 NEW

国内特許コード P170014674
整理番号 (S2014-1289-N0)
掲載日 2017年11月21日
出願番号 特願2016-545634
出願日 平成27年8月28日(2015.8.28)
国際出願番号 JP2015074400
国際公開番号 WO2016031958
国際出願日 平成27年8月28日(2015.8.28)
国際公開日 平成28年3月3日(2016.3.3)
優先権データ
  • 特願2014-174117 (2014.8.28) JP
発明者
  • 三浦 博己
出願人
  • 国立大学法人豊橋技術科学大学
発明の名称 金属材料および加工処理方法 NEW
発明の概要 【課題】 複雑なプロセスによらず、単純な強圧延法と熱処理によって、高強度で延性を有する金属材料を提供するとともに、その処理方法を提供する。【解決手段】 金属材料は、単純強圧延による強ひずみ加工によって生成される微細粒組織が、低角ラメラー状組織を基礎として、集合された変形双晶によるグループ状組織が分散しており、かつ、これら分散した変形双晶のグループ状組織の周辺を複数のせん断帯が包囲するように形成されたものである。すなわち、変形誘起微視組織を主たる構成要素としたヘテロナノ構造からなる。加工熱処理方法は、安定オーステナイト鋼またはフェライト/オーステナイト二相ステンレス鋼に対し80%以上の冷間圧延を施す単純強圧延工程と、単純強圧延工程により生成された組織に対して再結晶が発現しない条件下において焼鈍を兼ねた時効処理を施す熱処理工程とを含む。
従来技術、競合技術の概要

鉄鋼材料の高強度化のために様々な技術が研究・開発されているところ、一般的な鉄鋼材料の強度は、引張強度でせいぜい1GPa程度が限度であった。高強度化のために冷間圧延を施す技術は周知であるが、一般的には、70~80%を上限としていた。


さらに、マルエージング鋼等の特殊な鋼も開発されおり、その強度は2GPaに達するものがある。しかしながら、析出硬化型ステンレス鋼と同様の極めて特殊な合金組成と、時効析出硬化処理という特殊な加工熱処理プロセスとを必要とするため、一般的な機械材料として利用されていないのが現状である。


そこで、近年では、一般的な鋼の強度上昇のための研究が行われており、巨大ひずみ加工法を利用した結晶粒超微細化と高強度化との関係が報告されている。巨大ひずみ加工法としては、繰り返し重ね接合圧延法(Accumulative Roll-Bonding:ARB法)がある。このARB法は、平均粒径を1μm以下の超微細結晶粒材料を得るための巨大ひずみ加工プロセスとして圧延を利用するものであり、一度圧延した材料を長手方向に二等分し、重ね合わせて接合を兼ねた圧延(Roll-Bonding)を施すものである。このARB法をIF鋼に適用した場合、平均結晶粒径が200nmで、引張強度が820MPaの結果を得たことが報告されている(非特許文献1参照)。また、ARB法をSUS304ステンレス鋼に提供した場合には、平均結晶粒径が約200nmであり、焼鈍材の3倍の硬さを得ることができることが報告されている(非特許文献2参照)。


本願の発明者は、多軸鍛造法(Multi-Directional Forging:MDF法)をSUS316ステンレス鋼に適用し、さらに微細な結晶粒組織と高強度(引張強度約2.2GPa)を実現させるに至った(非特許文献3参照)。このMDF法は、多方向からの鍛造を繰り返す巨大ひずみ加工法である。

産業上の利用分野

本発明は、金属材料および加工処理方法に関し、特に高強度かつ高延性を有する金属材料と、当該金属材料を得るための加工処理方法に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
安定オーステナイト鋼またはフェライト/オーステナイト二相ステンレス鋼を加工処理してなる金属材料であって、
単純強圧延による強ひずみ加工によって生成される微細粒組織が、ラメラー状組織を基礎とし、変形双晶によるグループ状組織が分散して形成され、かつ、前記ラメラー状組織に複数のせん断帯が形成された、変形誘起の微視組織を主として構成されている
ことを特徴とする金属材料。

【請求項2】
前記ラメラー状組織は、内部に変形双晶が形成されている請求項1に記載の金属材料。

【請求項3】
前記ラメラー状組織は、層状に形成されており、その平均的な間隔が100nm以下である請求項1または2に記載の金属材料。

【請求項4】
安定オーステナイト鋼を加工処理してなる金属材料であって、
単純強圧延による強ひずみ加工によって生成される微細粒組織が、ラメラー状組織を基礎とし、変形双晶によるグループ状組織が分散して形成され、かつ、これら分散した変形双晶のグループ状組織の周辺を複数のせん断帯が包囲するように形成された、変形誘起の微視組織を主として構成されている
ことを特徴とする金属材料。

【請求項5】
フェライト/オーステナイト二相ステンレス鋼を加工処理してなる金属材料であって、
単純強圧延による強ひずみ加工によって生成される微細粒組織が、フォライト相とオーステナイト相とのそれぞれに形成されるラメラー状組織を基礎とし、前記オーステナイト相の内部に変形双晶によるグループ状組織が分散して形成され、かつ、これら分散した変形双晶のグループ状組織の周辺を包囲するように、フェライト相およびオーステナイト相の双方に複数のせん断帯が形成された、変形誘起の微視組織を主として構成されている
ことを特徴とする金属材料。

【請求項6】
前記グループ状組織は、表面組織中の任意の35μmの面積部分の範囲内おいて、TEM像で観察される面積率が0%~40%である請求項5に記載の金属材料。

【請求項7】
前記微細粒組織は、さらにマルテンサイト相を含んでいる請求項1ないし5のいずれかに記載の金属材料。

【請求項8】
安定オーステナイト鋼またはフェライト/オーステナイト二相ステンレス鋼を加工処理する方法であって、
前記安定オーステナイト鋼またはフェライト/オーステナイト二相ステンレス鋼に対し80%以上の冷間圧延を施す単純強圧延工程を含む
ことを特徴とする加工処理方法。

【請求項9】
安定オーステナイト鋼またはフェライト/オーステナイト二相ステンレス鋼を、単純強圧延の後に時効処理を行う加工熱処理プロセスによって処理する方法であって、
前記安定オーステナイト鋼またはフェライト/オーステナイト二相ステンレス鋼に対し80%以上の冷間圧延を施す単純強圧延工程と、
前記単純強圧延工程により生成された組織に対して再結晶が発現しない条件下において焼鈍を兼ねた時効処理を施す熱処理工程とを含む
ことを特徴とする加工熱処理方法。

【請求項10】
前記時効処理は、絶対温度873K以下の条件下における焼鈍である請求項9に記載の加工熱処理方法。

【請求項11】
前記時効処理は、強ひずみ加工によって生じた内部ひずみを低減させるための焼鈍を兼ねたものである請求項9または10に記載の加工熱処理方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 公開
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