特開 2023-112312 耐食性オーステナイト系ステンレス鋼の加工方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023112312

(43)【公開日】2023-08-14

(54)【発明の名称】耐食性オーステナイト系ステンレス鋼の加工方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/356 20140101AFI20230804BHJP

   B23K 26/122 20140101ALI20230804BHJP

   C21D 7/00 20060101ALI20230804BHJP

【ＦＩ】

B23K26/356

B23K26/122

C21D7/00 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022014026

(22)【出願日】2022-02-01

(71)【出願人】

【識別番号】000191009

【氏名又は名称】新東工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100161425

【弁理士】

【氏名又は名称】大森 鉄平

(74)【代理人】

【識別番号】100190470

【弁理士】

【氏名又は名称】谷澤 恵美

(72)【発明者】

【氏名】斉藤 悠太

(72)【発明者】

【氏名】小林 祐次

【テーマコード（参考）】

4E168

【Ｆターム（参考）】

4E168AC02

4E168DA40

4E168DA45

4E168DA46

4E168DA47

4E168FB09

4E168JA02

(57)【要約】

【課題】十分な圧縮残留応力を付与することができる耐食性オーステナイト系ステンレス鋼の加工方法を提供する。
【解決手段】耐食性オーステナイト系ステンレス鋼の加工方法は、オーステナイト系ステンレス鋼からなる被加工材Ｗを準備する工程と、被加工材Ｗの表層Ｗａを塑性加工することなく、表層Ｗａに圧縮残留応力を付与する工程と、を含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

オーステナイト系ステンレス鋼からなる被加工材を準備する工程と、
前記被加工材の表層を塑性加工することなく、前記表層に圧縮残留応力を付与する工程と、を含む、
耐食性オーステナイト系ステンレス鋼の加工方法。

【請求項2】

前記付与する工程は、レーザアブレーション及びキャビテーションの少なくとも一方により生じる衝撃波を利用して行われる、
請求項１に記載の耐食性オーステナイト系ステンレス鋼の加工方法。

【請求項3】

前記付与する工程は、レーザ光のパワー密度を１ＧＷ／ｃｍ^２以上２０ＧＷ／ｃｍ^２以下として前記レーザアブレーションを発生させる、
請求項２に記載の耐食性オーステナイト系ステンレス鋼の加工方法。

【請求項4】

前記付与する工程は、レーザ光のパルス幅を１５０ｆｓｅｃ以上３０ｎｓｅｃ以下として前記レーザアブレーションを発生させる、
請求項２又は３に記載の耐食性オーステナイト系ステンレス鋼の加工方法。

【請求項5】

前記付与する工程は、前記被加工材を冷却した状態で行われる、
請求項１～４のいずれか一項に記載の耐食性オーステナイト系ステンレス鋼の加工方法。

【請求項6】

前記付与する工程は、前記被加工材を液体中に配置した状態で行われる、
請求項１～４のいずれか一項に記載の耐食性オーステナイト系ステンレス鋼の加工方法。

【請求項7】

前記付与する工程は、前記表層におけるマルテンサイト相の変化量が±１０％以下となるように行われる、
請求項１～６のいずれか一項に記載の耐食性オーステナイト系ステンレス鋼の加工方法。

【請求項8】

前記付与する工程により付与される圧縮残留応力は、５００ＭＰａ以上である、
請求項１～７のいずれか一項に記載の耐食性オーステナイト系ステンレス鋼の加工方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、耐食性オーステナイト系ステンレス鋼の加工方法に関する。

【背景技術】

【0002】

オーステナイト系ステンレス鋼の耐食性を向上させる方法として、ショットピーニングやバニシング加工により圧縮残留応力を付与する方法が挙げられる。ショットピーニングやバニシング加工では、メディアの衝突やツールの押込みにより加工誘起マルテンサイト変態が発生し、オーステナイト相が耐食性に劣るマルテンサイト相に変態する。したがって、相対的に耐食性が低下する。

【0003】

特許文献１には、オーステナイト系ステンレス鋼の表面を塑性加工して少なくともその表面に圧縮残留応力を生成させる方法が開示されている。この方法では、歪誘起マルテンサイト変態の起こる上限温度よりも高い温度で塑性加工が行われる。これにより、マルテンサイト相の生成を伴わずに、表面に圧縮残留応力を付与することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開昭５３－１０４５２０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載の加工方法では、高い温度で塑性加工を行うため、十分な圧縮残留応力を付与することができない。

【0006】

そこで、本開示は、十分な圧縮残留応力を付与することができる耐食性オーステナイト系ステンレス鋼の加工方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の一態様に係る耐食性オーステナイト系ステンレス鋼の加工方法は、オーステナイト系ステンレス鋼からなる被加工材を準備する工程と、被加工材の表層を塑性加工することなく、表層に圧縮残留応力を付与する工程と、を含む。

【0008】

ショットピーニングやバニシング加工といった塑性加工が伴う加工では、大きな圧縮残留応力が付与されるものの、加工誘起マルテンサイト変態が生じる。本開示の一態様に係る耐食性オーステナイト系ステンレス鋼の加工方法では、被加工材の表層を塑性加工させない。したがって、被加工材の表層に加工誘起マルテンサイト変態を生じさせることなく、圧縮残留応力を付与することができる。耐食性に劣るマルテンサイト相が抑制されるので、耐食性を維持したまま、十分な圧縮残留応力を付与することができる。

【0009】

付与する工程は、レーザアブレーション及びキャビテーションの少なくとも一方により生じる衝撃波を利用して行われてもよい。この場合、衝撃波による塑性変形は、結晶粒の内部に塑性歪を生じさせるものの、塑性加工ではないため、結晶粒の変形や微細化が生じない。よって、耐食性を維持したまま、十分な圧縮残留応力を付与することができる。

【0010】

付与する工程は、レーザ光のパワー密度を１ＧＷ／ｃｍ^２以上２０ＧＷ／ｃｍ^２以下としてレーザアブレーションを発生させてもよい。この場合、パワー密度を１ＧＷ／ｃｍ^２以上とすることにより、レーザアブレーションを確実に発生させることができる。パワー密度を２０ＧＷ／ｃｍ^２以下とすることにより、被加工材の表面損傷が抑制される。

【0011】

付与する工程は、レーザ光のパルス幅を１５０ｆｓｅｃ以上３０ｎｓｅｃ以下としてレーザアブレーションを発生させてもよい。この場合、レーザアブレーションを確実に発生させることができる。

【0012】

付与する工程は、被加工材を冷却した状態で行われてもよい。この場合、被加工材の温度上昇が抑制されるので、付与される圧縮残留応力が低下することが抑制される。

【0013】

付与する工程は、被加工材を液体中に配置した状態で行われてもよい。この場合、被加工材を容易に冷却することができる。

【0014】

付与する工程は、表層におけるマルテンサイト相の変化量が±１０％以下となるように行われてもよい。この場合、耐食性に劣るマルテンサイト相の変化量が抑制されるので、耐食性を維持することができる。

【0015】

付与する工程により付与される圧縮残留応力は、５００ＭＰａ以上であってもよい。この場合、十分な圧縮残留応力を付与することができる。

【発明の効果】

【0016】

本開示によれば、十分な圧縮残留応力を付与することができる耐食性オーステナイト系ステンレス鋼の加工方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】図１は、レーザ照射装置を示す構成図である。

【図2】図２は、気中キャビテーション装置を示す構成図である。

【図3】図３は、液中キャビテーション装置を示す構成図である。

【図4】図４は、電界放出形走査電子顕微鏡（ＦＥ－ＳＥＭ）によるＳＥＭ像である。

【図5】図５は、電子後方散乱回折（ＥＢＳＤ）法に基づく解析結果から得られたフェーズマップである。

【図6】図６は、残留応力分布を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

【0019】

実施形態に係る耐食性オーステナイト系ステンレス鋼の加工方法は、オーステナイト系ステンレス鋼の表層を塑性加工することなく、当該表層に圧縮残留応力を付与し、圧縮残留応力が付与された耐食性オーステナイト系ステンレス鋼を製造する方法である。実施形態に係る加工方法は、準備工程と、残留応力付与工程と、を含む。

【0020】

準備工程は、オーステナイト系ステンレス鋼からなる被加工材Ｗ（図１参照）を準備する工程である。被加工材Ｗとして使用されるオーステナイト系ステンレス鋼は、例えば、ＳＵＳ３０４（ＪＩＳ規格）である。ＳＵＳ３０４は、オーステナイト系ステンレス鋼の中でも比較的安価な鋼材である。

【0021】

残留応力付与工程は、被加工材Ｗの表層Ｗａ（図１参照）を塑性加工することなく、表層Ｗａに圧縮残留応力を付与する工程である。ここで、表層Ｗａとは、被加工材Ｗの表面からの深さが、例えば１００μｍ以下の領域である。塑性加工とは、結晶粒の変形や微細化を生じさせる加工である。残留応力付与工程は、表層Ｗａにおけるマルテンサイト相の変化量が±１０％以下となるように行われる。残留応力付与工程により表層Ｗａに付与される圧縮残留応力は、５００ＭＰａ以上であり、５５０ＭＰａ以上であってもよい。

【0022】

残留応力付与工程は、レーザアブレーション及びキャビテーションの少なくとも一方により生じる衝撃波を利用して行われる。レーザピーニング及びキャビテーションピーニングは、ショットピーニングやバニシング加工と同様に金属材料内部に圧縮残留応力を付与する方法である。ショットピーニングやバニシング加工では、メディアやツールを金属材料表面に物理的に接触させるのに対し、レーザピーニング及びキャビテーションピーニングでは、このような物理的な接触がない。

【0023】

レーザピーニング及びキャビテーションピーニングでは、衝撃波を用いることにより、被加工材Ｗの結晶状態を変化させずに、被加工材Ｗを塑性変形させることができる。衝撃波による塑性変形は、塑性加工ではないため、結晶粒の変形や微細化は生じない。衝撃波による塑性変形は、結晶粒の内部に塑性歪を生じさせる。よって、誘起マルテンサイト変態を発生させず、材料組織をオーステナイト相としたままで圧縮残留応力を付与することができる。

【0024】

残留応力付与工程は、被加工材Ｗを冷却した状態で行われる。冷却方法としては、例えば、水冷及び空冷が挙げられる。水以外の液体及び空気以外の気体を用いて冷却が行われてもよい。残留応力付与工程は、例えば、被加工材Ｗを液体中に配置した状態で行われる。残留応力付与工程は、例えば、常温で行われる。

【0025】

図１は、残留応力付与工程に用いられるレーザ照射装置を示す構成図である。図１に示されるように、レーザ照射装置１０は、レーザ発振器１１と、反射ミラー１２，１３と、集光レンズ１４と、水槽１５と、保持部１６と、制御装置１７と、を備える。レーザ発振器１１は、レーザ光Ｌを発振する装置である。反射ミラー１２，１３は、レーザ発振器１１で発振されたレーザ光Ｌを集光レンズ１４まで伝送する。集光レンズ１４はレーザ光Ｌを被加工材Ｗの加工位置に高密度に集光させる。水槽１５は水等の透明な液体１８で満たされている。保持部１６は、被加工材Ｗを保持し、被加工材Ｗを水槽１５内に配置する。保持部１６は、アクチュエータ又はロボットである。

【0026】

レーザ照射装置１０は、制御装置１７によって制御される。制御装置１７は、例えばＰＬＣ（Programmable Logic Controller）又はＤＳＰ（Digital Signal Processor）などのモーションコントローラとして構成される。制御装置１７は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサと、ＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）などのメモリと、タッチパネル、マウス、キーボード、ディスプレイなどの入出力装置と、ネットワークカードなどの通信装置とを含むコンピュータシステムとして構成されてもよい。制御装置１７は、メモリに記憶されているコンピュータプログラムに基づくプロセッサの制御のもとで各ハードウェアを動作させることにより、制御装置１７の機能を実現する。

【0027】

レーザ照射装置１０を用いて残留応力付与工程を実施する場合、まず、保持部１６に被加工材Ｗを設置する。次に、保持部１６により被加工材Ｗを水槽１５内に移動させ、被加工材Ｗを液体１８中に配置する。次に、被加工材Ｗを液体１８により冷却した状態で、被加工材Ｗに対してレーザ光Ｌを照射する。レーザ光Ｌは、短パルスレーザ光である。レーザ光Ｌのパルス幅は、１５０ｆｓｅｃ以上３０ｎｓｅｃ以下である。レーザ光Ｌのパルス幅は、４ｎｓｅｃ以上１０ｎｓｅｃ以下であってもよい。

【0028】

レーザ光Ｌは、レーザ発振器１１により発振された後、反射ミラー１２，１３からなる光学系により集光レンズ１４まで伝送される。レーザ光Ｌは、集光レンズ１４により高密度に集光され、液体１８を介して被加工材Ｗの表面に照射される。レーザ光Ｌのパワー密度は、１ＧＷ／ｃｍ^２以上２０ＧＷ／ｃｍ^２以下に設定される。レーザ光Ｌのパワー密度は、３ＧＷ／ｃｍ^２以上１５ＧＷ／ｃｍ^２以下に設定されてもよい。

【0029】

レーザ光Ｌの照射点に対応する被加工材Ｗの表層Ｗａでは、以下のようにしてレーザピーニングによるピーニング効果が生じる。まず、レーザ光Ｌが被加工材Ｗの表面に照射されると、被加工材Ｗの表面でレーザアブレーションが発生し、プラズマが発生する。大気中であれば、照射点の材料が気化する。被加工材Ｗにおける照射点は液体１８で覆われているので、プラズマの膨張が抑制される。これにより、プラズマが高圧となり、プラズマの圧力によって衝撃波が発生する。衝撃波が伝搬することによって、被加工材Ｗの内部に塑性変形域が生じる。塑性変形域では、未変形部からの拘束により圧縮残留応力が生じる。上述のように、衝撃波による塑性変形は、塑性加工ではないため、結晶粒の変形や微細化は生じない。

【0030】

レーザ光Ｌの照射は、保持部１６の操作と対応し、被加工材Ｗにおける照射点をずらしながら行われる。保持部１６は、レーザ光Ｌが照射される度に、被加工材Ｗを移動させ、被加工材Ｗにおける照射点を移動させる。これにより、被加工材Ｗにおいてレーザ光Ｌが照射される面積を確保することができる。

【0031】

図２は、残留応力付与工程に用いられる気中キャビテーション装置を示す構成図である。図２に示されるように、気中キャビテーション装置２０は、第１ノズル２１と、第２ノズル２２と、制御装置（不図示）と、を備える。第２ノズル２２は、第１ノズル２１よりも小径で、第１ノズル２１内に配置されている。第１ノズル２１及び第２ノズル２２は、それぞれノズル先端が被加工材Ｗの表面を向くように、被加工材Ｗ上に配置されている。制御装置は、気中キャビテーション装置２０を制御している。制御装置は、例えば、レーザ照射装置１０の制御装置１７と同様の構成を有している。

【0032】

第１ノズル２１は、被加工材Ｗの表面に対し、水等の液体２３を低速で噴射する。第２ノズル２２は、被加工材Ｗの表面に対し、水等の液体２４を高速で噴射する。第２ノズル２２の先端では、キャビテーション気泡が発生する。キャビテーション気泡は、液体２３の低速噴流と液体２４の高速噴流とのせん断層２５で成長する。このような気泡を伴ったキャビテーション噴流を被加工材Ｗの表面に噴射することにより、キャビテーション気泡の崩壊時に生じる衝撃波が被加工材Ｗに伝達される。この結果、被加工材Ｗの表層Ｗａでは、ピーニング効果が生じる。すなわち、結晶組織が高密度転移し、圧縮残留応力が付与される。キャビテーションピーニングでは、気泡の発生、成長、崩壊がピーニング効果に大きな影響を与える。液体２３，２４が噴射されない被加工材Ｗの裏面は、空冷されてもよい。

【0033】

図３は、残留応力付与工程に用いられる液中キャビテーション装置を示す構成図である。図３に示されるように、液中キャビテーション装置３０は、水槽３１と、ノズル３２と、制御装置（不図示）と、を備える。水槽３１は水等の液体３３で満たされている。水槽３１の内部には、被加工材Ｗが配置されている。ノズル３２の先端は、水槽３１内に配置され、被加工材Ｗの表面を向いている。制御装置は、液中キャビテーション装置３０を制御している。制御装置は、例えば、レーザ照射装置１０の制御装置１７と同様の構成を有している。

【0034】

ノズル３２は、被加工材Ｗの表面に対し、水等の液体３４を高速で噴射する。ノズル３２の先端では、キャビテーション気泡が発生する。キャビテーション気泡は、液体３４の高速噴流と液体３３とのせん断層３５で成長する。このような気泡を伴ったキャビテーション噴流を被加工材Ｗの表面に噴射することにより、キャビテーション気泡の崩壊時に生じる衝撃波が被加工材Ｗに伝達される。この結果、被加工材Ｗの表層Ｗａでは、ピーニング効果が生じる。

【0035】

以上説明したように、実施形態に係る加工方法では、被加工材Ｗの表層Ｗａを塑性加工させない。したがって、被加工材Ｗの表層Ｗａに加工誘起マルテンサイト変態を生じさせることなく、圧縮残留応力を付与することができる。耐食性に劣るマルテンサイト相が抑制されるので、耐食性を維持したまま、十分な圧縮残留応力を付与することができる。

【0036】

水素被爆域で鋼を使用すると鋼に水素が浸入する水素脆化が発生する。マルテンサイト相では、転移密度が大きく、水素脆化が発生し易い。オーステナイト相では、転位密度が小さく、水素脆化が発生し難い。例えば、ＳＵＳ３０４を被加工材Ｗとして実施形態に係る加工方法で加工し、水素脆性を劣化させずに残留応力を付与することで、ＳＵＳ３１６（ＪＩＳ規格）と同等の耐食性を有する鋼材を得ることができる。

【0037】

上述のように、特許文献１に記載の加工方法では、歪誘起マルテンサイト変態の起こる上限温度よりも高い温度で加工を行う必要がある。このため、十分な圧縮残留応力を付与することができないという問題以外にも、加熱に時間がかかったり、加熱ムラに起因して残留応力がばらついたりするという問題がある。これに対し、本実施形態に係る残留応力付与工程は、常温で実施されるので、上述の問題を解決することができる。

【0038】

残留応力付与工程は、レーザアブレーション及びキャビテーションの少なくとも一方により生じる衝撃波を利用して行われる。衝撃波による塑性変形は、結晶粒の内部に塑性歪を生じさせるものの、塑性加工ではないため、結晶粒の変形や微細化が生じない。よって、被加工材Ｗの表層Ｗａに、耐食性を維持したまま、十分な圧縮残留応力を付与することができる。

【0039】

残留応力付与工程は、レーザ光Ｌのパワー密度を１ＧＷ／ｃｍ^２以上２０ＧＷ／ｃｍ^２以下としてレーザアブレーションを発生させる。パワー密度を１ＧＷ／ｃｍ^２以上とすることにより、レーザアブレーションを確実に発生させることができる。パワー密度を２０ＧＷ／ｃｍ^２以下とすることにより、被加工材Ｗの表面損傷が抑制される。レーザ光Ｌのパワー密度は、３ＧＷ／ｃｍ^２以上１５ＧＷ／ｃｍ^２以下であってもよい。パワー密度を３ＧＷ／ｃｍ^２以上とすることにより、レーザアブレーションをより確実に発生させることができる。パワー密度を１５ＧＷ／ｃｍ^２以下とすることにより、被加工材Ｗの表面損傷が更に抑制される。

【0040】

残留応力付与工程は、レーザ光のパルス幅を１５０ｆｓｅｃ以上３０ｎｓｅｃ以下としてレーザアブレーションを発生させる。これにより、レーザアブレーションを確実に発生させることができる。レーザ光Ｌのパルス幅は、４ｎｓｅｃ以上１０ｎｓｅｃ以下であってもよい。これにより、レーザアブレーションをより確実に発生させることができる。

【0041】

残留応力付与工程は、被加工材Ｗを冷却した状態で行われる。レーザ照射装置１０を用いた残留応力付与工程は、被加工材Ｗが液体１８により冷却された状態で行われる。気中キャビテーション装置２０を用いた残留応力付与工程は、被加工材Ｗが、少なくとも液体２３，２４により冷却された状態で行われる。液中キャビテーション装置３０を用いた残留応力付与工程は、被加工材Ｗが液体３３，３４により冷却された状態で行われる。このため、被加工材Ｗの温度上昇が抑制される。被加工材Ｗの温度が高いほど、付与される圧縮残留応力は低下する。被加工材Ｗの温度上昇が抑制されるので、付与される圧縮残留応力が低下することが抑制される。

【0042】

レーザ照射装置１０を用いた残留応力付与工程は、被加工材Ｗを液体１８中に配置した状態で行われる。液中キャビテーション装置３０を用いた残留応力付与工程は、被加工材Ｗを液体３３中に配置した状態で行われる。これにより、被加工材Ｗを容易に冷却することができる。

【0043】

残留応力付与工程は、表層Ｗａにおけるマルテンサイト相の変化量が±１０％以下となるように行われる。このように耐食性に劣るマルテンサイト相の変化量が抑制されるので、被加工材Ｗの耐食性を維持することができる。

【0044】

残留応力付与工程により付与される圧縮残留応力は、５００ＭＰａ以上である。これにより、被加工材Ｗに十分な圧縮残留応力を付与することができる。

【0045】

本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

【0046】

以下、実施例について説明する。

【0047】

実施例として、レーザピーニングにより圧縮残留応力を付与した試料を作製した。具体的には、まず、被加工材として、ＳＵＳ３０４からなる試料を準備し、水を張った水槽中に配置した。レーザ照射装置を用い、スポット径を０．７ｍｍ、パワー密度を４．２ＧＷ／ｃｍ^２、パルスエネルギーを１００ｍＪ、及び、照射密度を０．３Ｐｕｌｓｅｓ／ｍｍ^２としてレーザピーニングを行った。

【0048】

比較例として、レーザピーニングの代わりに、ショットピーニングにより圧縮残留応力を付与した試料を作製した。ショットピーニングは、アモルファス質の丸い金属球からなるメディア（ＲＣＷ０６ＰＭ）を用い、噴射圧力を０．２ＭＰａ、噴射量を９．０ｋｇ／ｍｉｎ、カバレージを３００％以上、アークハイトを０．３６１ｍｍＡとして行われた。

【0049】

（残留オーステナイト体積量の測定）
誘起マルテンサイト変態の発生について検証するために、実施例に係る試料、比較例に係る試料、及び、未処理状態の試料に対し、試料表層の残留オーステナイト体積量の測定を行った。測定は、パルステック工業株式会社製の残留応力測定装置μ－Ｘ３６０を用い、ｃｏｓα法により行った。Ｃｒ管球を用い、照射径をφ１．０ｍｍ、コリメータ径をφ１．０ｍｍ、及び、測定角度を０度とした。測定結果を表１に示す。

【表1】

【0050】

表１に示されるように、ショットピーニング施工後の比較例では、未処理状態と比較して約４０％誘起マルテンサイト変態が生じている。これに対し、レーザピーニング施工後の実施例では、未処理状態と比較して誘起マルテンサイト変態が生じていない。実施例のオーステナイト体積量が、未処理状態のオーステナイト体積量よりもわずかに増加しているのは、測定誤差によるものと考えられる。

【0051】

（組織観察）
誘起マルテンサイト変態の発生について、目視的に検証するために、実施例に係る試料に対し、電界放出形走査電子顕微鏡（ＦＥ－ＳＥＭ）による組織観察を行った。具体的には、試料を切断し、その表面と断面を日本電子株式会社製のショットキー電界放出形走査電子顕微鏡ＪＳＭ－７２００Ｆを用いて観察した。

【0052】

図４は、ＦＥ－ＳＥＭによるＳＥＭ像である。図４の点線よりも左側には、レーザピーニング施工面とその下の組織の断面とが示されている。図４の点線よりも右側には、未処理面とその下の組織の断面とが示されている。図４に示されるように、ＳＥＭ像は、レーザピーニング施工部と未処理部との間で差異がないことが確認できる。

【0053】

図５は、ＥＢＳＤ法に基づく解析結果から得られたフェーズマップである。図５では、ＦＣＣ構造が淡色で示され、セメンタイト、ＢＣＣ構造、及び炭化クロムが濃色で示されている。ここでのＦＣＣ構造はオーステナイト相であり、ＢＣＣ構造はマルテンサイト相である。図５に示されるように、レーザピーニング施工部及び未処理部のいずれにおいても、解析範囲の大部分がオーステナイト相で占められている。これにより、レーザピーニング施工をしても誘起マルテンサイト変態が発生していないことがわかる。また、結晶粒４１の大きさ、及び、黒線で示される結晶粒界４２の状態は、レーザピーニング施工部と未処理部との間で差異がないことが確認できる。

【0054】

（残留応力測定）
実施例に係る試料に対し、試料表層の残留応力測定を行った。測定は、パルステック工業株式会社製の残留応力測定装置μ－Ｘ３６０を用い、ｃｏｓα法により行った。Ｃｒ管球を用い、照射径をφ１．０ｍｍ、コリメータ径をφ１．０ｍｍ、及び、測定角度を３５度とした。

【0055】

図６は、残留応力分布を示すグラフである。図６の横軸は、表面からの深さ（μｍ）であり、図６の縦軸は、残留応力（ＭＰａ）である。圧縮側は負の値で示され、引張側は正の値で示されている。図６に示されるように、表面近傍で－５５０ＭＰａ以下の残留応力、すなわち、５５０ＭＰａ以上の圧縮残留応力が発生している。この値は、特許文献１に記載の加工方法により付与される残留応力よりも圧縮側に１００ＭＰａ以上大きく、応力腐食割れに強く作用し、応力腐食割れが新たに発生することを抑制できると考えられる。

【符号の説明】

【0056】

１８，２３，２４，３３，３４…液体、Ｌ…レーザ光、Ｗ…被加工材、Ｗａ…表層。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】