SS400の赤熱脆化に関して

質問

SS400（電炉材）を使用して熱間丸リベットを製造（熱間鍛造約1000℃）及びリベット打ち（約900℃）を行ったところ、表面にクラック（割れ）が発生しました。文献を読んだところ、製鋼時のトランプエレメント（Cu及びSn、特にCu）の影響が考えられました。弊社で蛍光Ｘ線にて成分を分析したところ、約0.33％のＣｕが含有されておりました。この材料を上記の加熱条件で加工した場合、赤熱脆性発生する可能性はありますでしょうか。Ｃｕの融点が約1080℃の為、それ以下であれば、影響がないのか、それとも上記の加工温度でも赤熱脆化によるクラック発生の原因になるのか、ご教授いただけないでしょうか。

また、下記HPでは、
http://www.tokyosteel.co.jp/pdf/q3-2-5.pdf
の、Cuの部分に〝熱間割れを避ける工夫〟とありますが、
熱間鍛造及びリベット打ち時の工程に流用できるかどうかもご存知であれば教えていただけないでしょうか。

参考文献
https://www.amada-f.or.jp/r_report2/kkr/28/AF-2012026.pdf

ポイントは、
・0.33％のCuでも赤熱脆化の要因となるのか。
・900℃、1000℃の加熱温度でも赤熱脆化が発生するか。
です。
何卒、よろしくお願いします。

回答No.1

kuroneko2020 · ベストアンサー

鋼の赤熱脆性は以前から知られています。古くはCu0.4%以下なら問題ないとされていました。
1934年の文献
https://www.jstage.jst.go.jp/article/denkiseiko1925/10/2/10_2_48/_pdf/-char/ja
ではCu0.4%以下の場合、およびCu1.5%であっても1000℃以下の加熱の場合は問題ないとされています。また脆性防止にNi添加が有効であることも示されています。東京製鉄資料の対策とはNiだと思います。

その後、加熱時の酸化により酸化膜の下にCuの濃化が起こることによる表面赤熱脆性が指摘されています。
1997年の文献
https://www.jstage.jst.go.jp/article/isijinternational1989/37/3/37_3_224/_pdf
ではCu0.30%では1000℃加熱では問題ないものの、1100℃加熱では脆化割れが発生し、ここに0.15%のNiが共存すると割れ発生はなくなっています(図4)。

同じ1997年の文献
https://www.jstage.jst.go.jp/article/isijinternational1989/37/3/37_3_217/_pdf/-char/ja
ではCu0.30%に0.04%のSnが共存すると1000℃加熱でも脆化割れが発生し、0.15%のNiでは不十分ですが、0.3%のNiにより割れ発生は防止されています(図4)。

これより質問の0.33%Cuでは(NiとSnは無いとして)、900～1000℃加熱では脆化割れは起こらないものの、1100℃加熱では起こると言えます。さらにSnも含まれている場合は、900℃は問題ないものの1000加熱では脆化割れが起こると考えられます。

質問では1000℃加熱鍛造と900℃リベット打ちの両方で割れが発生しているとしています。
文献から見て900℃加熱では問題ないことになり、他の割れ発生原因を検討する必要があります。
1000℃加熱鍛造での割れ率が100%に近いなら、不純物が原因である可能性が高いと思いますが、ずっと低いなら、やはり他の原因を検討するべきだと思います。