CN108572045B - 金属弹性元件和使用该金属弹性元件的隔膜 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于，提供一种金属弹性元件和使用该金属弹性元件的隔膜，该金属弹性元件是适合于流体的压力变动的传感等的金属弹性元件，即使在承受急剧的压力变动的情况下，也发挥良好的复原性。本发明的金属弹性元件的特征在于，由具有γ相和α相的双相不锈钢构成，所述γ相的面积比率为40%以下，双相组织是大理石状的金属组织。在本发明中，优选，具有<111>γ和<110>α与厚度方向平行地优先定向的纤维集合组织。

Description

金属弹性元件和使用该金属弹性元件的隔膜

技术领域

本发明涉及使用双相不锈钢的金属弹性元件和使用该金属弹性元件的隔膜。

背景技术

在处理流体的产业中，压力是重要的管理项目之一，具备监视压力变动的金属弹性元件的传感器的稳定性是支持相应的产业的必需的技术要素。丧失该弹性元件的传感精度的主要原因是液体接触部位的腐蚀。考虑到，金属弹性元件的承压面暴露于具有各种液性的流体或配管的清洗剂，由于腐蚀而导致壁厚减薄，发生塑性变形。

因此，本发明的发明者们考虑到，为了提高该弹性元件的品质，必需提高耐蚀性，作为原料，适用耐蚀性优异的双相不锈钢，由此，解决金属弹性元件的耐蚀性的课题(参照专利文献1、2)。

然而，虽然通过改善耐蚀性而提高长期的稳定性，但由于来自测定对象的流体的水击作用所导致的急剧的压力增加，因而如果产生超过元件的弹性变形能的应力，则有时候金属弹性元件未复原到0点。通过该金属弹性元件而在释放压力之后复原到0点的过程是作为传感器元件而必需的功能，在突然发生的压力变动之后，也有必要正确地传感。水击作用是由于配管内的流体的惯性而发生的现象，是起因于阀封闭或泵停止时等日常的操作而导致的普遍的现象。因而，为了能够进行稳定的传感而进一步提高品质，在金属弹性元件中，水击对策是很重要的。

考虑到，金属弹性元件的复原性与卸除载荷之后的形状恢复原状的复原力的大小有关。作为材料的一般的特性，越是弹性区域大的材料，以负载作为弹性能而储存的能力就越高。另外，越是耐力高的材料，变形模式从弹性变形向塑性变形过渡的应力水平就越高，弹性区域相对地扩大。

即，作为解决传感器用金属弹性元件的课题的方案，根据材料科学的见解而推导出“如果提高材料的耐力或强度，则弹性变形能提高而改善复原到0点的复原性。”这一方案。然而，实际情况是，到此为止，尚未解决上述的问题，未发现宏观的原料强度与金属弹性元件的复原性存在明确的关系性。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2015-059247号公报；

专利文献2：日本特开2014-141726号公报。

发明内容

发明要解决的课题

对于根据以往的见解而推导出的“越是耐力高的材料，复原性就越提高。”这一推论，本发明的发明者们得到如以下所示的实验结果，未提高金属弹性元件的根本性的品质。

(1)相对于压力负载时的金属弹性元件所产生的最大应力的模拟值，即使利用以具有充分的耐力的双相不锈钢作为原料的金属弹性元件，该金属弹性元件也未表现出所期待的复原性。

(2)在金属弹性元件中，在材料强度的偏差与拉伸试验机的精度同等的水平下，观察到再现性，但处于伴随着材料强度的增大，复原性的偏差变大的倾向。

本发明鉴于如以上所说明的以往的实际情况而作出，其目的在于，提供一种金属弹性元件和使用该金属弹性元件的隔膜，该金属弹性元件是适合于流体的压力变动的传感等的金属弹性元件，即使在承受急剧的压力变动的情况下，也发挥良好的复原性。

用于解决课题的方案

为了解决上述课题，本发明的金属弹性元件的特征在于，由具有γ相和α相的双相不锈钢构成，所述γ相的面积比率为40%以下，双相组织是大理石状的金属组织。

在本发明中，优选，具有<111>γ和<110>α与厚度方向平行地优先定向的纤维集合组织。

在本发明中，优选，在相对于耐力而负载52~80%的试验载荷之后，卸除载荷之后的残余位移为1.3μm以下。

在本发明中，优选，所述双相不锈钢具有Cr：24~26质量%、Mo：2.5~3.5质量%、Ni：5.5~7.5质量%、C≦0.03质量%、N：0.08~0.3质量%、剩余部分Fe以及不可避免的杂质的组成。

本发明的隔膜由先前的任一个所记载的金属弹性元件构成。

发明的效果

依据本发明，能够提供如下的金属弹性元件：由双相不锈钢构成，具有高耐力和优异的耐蚀性，并且，相对于能够假设为在压力负载时起作用的最大应力而具有优异的复原性，而且，该复原性的偏差小，能够减小复原性的制品差异。另外，如果是本发明的隔膜，则能够提供具有高耐力和优异的耐蚀性，且复原性优异，复原性的制品差异小的隔膜。

附图说明

图1是示出适用本发明所涉及的金属弹性元件的隔膜的第一实施方式的概略截面图。

图2是示出具备适用本发明所涉及的金属弹性元件的隔膜的加压传感器的一个实施方式的概略截面图。

图3是示出具备适用本发明所涉及的金属弹性元件的隔膜的隔膜阀的一个实施方式的概略截面图。

图4示出具备适用本发明所涉及的金属弹性元件的隔膜的加压传感器的另一实施方式，图4(A)是横截面图，图4(B)是俯视图。

图5示出构成本发明所涉及的金属弹性元件的双相不锈钢的金属组织，图5(A)是γ相为45.5%的样品的金属组织照片，图5(B)是γ相为40.7%的样品的金属组织照片，图5(C)是γ相为30.4%的样品的金属组织照片。

图6是关于构成本发明所涉及的金属弹性元件的双相不锈钢中的γ相和α相的比率而示出显微镜观察结果和基于XRD的强度比的解析结果的对应性的图。

图7是示出构成本发明所涉及的金属弹性元件的双相不锈钢的<111>γ的定向性和<110>α的定向性的极点图。

图8是示出使用多个金属弹性元件样品来测定的弹性位移、各样品的正极点图以及定向性与复原性的关系的图。

图9是示出使用多个金属弹性元件样品来测定的弹性位移和各样品的个数的关系性的图表。

图10是示出求出残余位移的样品的结晶方位与压缩试验载荷的方向的关联性的说明图。

图11是示出对样品进行压缩试验而得到的SS曲线的一个示例的图表。

图12是压缩试验后的样品的X面整体和Y面整体的组织照片以及示出对X面的一部分进行放大而进行滑移线的解析的位置和对Y面的一部分进行放大而进行滑移线的解析的位置的组织照片。

图13是示出根据图12所示的样品的滑移线而推断的活动滑移系与FCC构造的施密特因子的关系的线图。

具体实施方式

以下，对由本发明所涉及的双相不锈钢的金属弹性元件构成的隔膜的一个实施方式和具备该隔膜的加压传感器的一个实施方式进行说明。

作为一个方式，本实施方式的隔膜1能够采用具备如下的部件而构成的构造：部分球壳形状(圆顶形状)的圆顶部2，其具有中央部向上部侧鼓出的曲率半径；和凸缘部4，其在该圆顶部2的周缘经由边界部3而连续地形成。该方式的隔膜1容纳于省略图示的壳体等而安装于配管等，受到流动于配管的内部的流体的压力而变形，用于流体压力的计测等。在图2中示出将这样的隔膜适用于压力传感器的一个示例。

另外，前述隔膜容纳于省略图示的壳体等，用于将壳体内部的流路开闭的隔膜阀等。在图3中示出将隔膜适用于隔膜阀的一个示例。另外，在隔膜上经由绝缘层而形成应变计，由此，能够用作压力传感器。在图4中示出将隔膜适用于具备应变计的压力传感器的一个示例。

隔膜的适用例不限于此，考虑各种方式，但无论在哪种方式中，这些隔膜都由随后详述的双相不锈钢构成，具有如下的特征：能够达成高强度化，耐蚀性优异，能够得到平滑的表面状态(镜面)。

作为构成隔膜1的双相不锈钢，能够采用具有Cr：24~26质量%、Mo：2.5~3.5质量%、Ni：5.5~7.5质量%、C≦0.03质量%、N：0.08~0.3质量%、剩余部分Fe以及不可避免的杂质的组成的双相不锈钢。另外，除了上述的组成比之外，还能够作为其他添加元素而将Mn：2.0质量%以下添加于双相不锈钢，也可以还含有Si≦1.0质量%。

此外，对于在本实施方式中说明的成分含有量的范围，只要未特别注释，就包括上限和下限。因而，Cr：24~26质量%意味着含有24质量%以上且26质量%以下的Cr。

形成隔膜1的双相不锈钢呈现奥氏体相(γ相)和铁素体相(α相)的比率接近的范围的双相组织，具有上述的组成比。但是，对于奥氏体相和铁素体相的比率，不必是同一比率，只要是双相共存的组织即可。以下，对各成分的限定理由进行说明。

Cr(铬)：为了形成保护隔膜1免于大气腐蚀所必需的稳定的钝态皮膜而必需Cr，作为双相不锈钢，必需20质量%以上，但在本实施方式的隔膜1中，为了达成必要的耐蚀性和强度等，必需24~26质量%左右。

Mo(钼)：Mo辅助Cr对双相不锈钢赋予耐孔蚀性的过程。相对于含有上述的范围的Cr的双相不锈钢，含有2.5~3.5质量%左右的Mo，由此，与仅含有Cr的情况相比，还能够提高对孔蚀或间隙腐蚀的耐受性。

N(氮)：N提高双相不锈钢的耐孔蚀性和耐间隙腐蚀性。另外，N有助于提高双相不锈钢的强度，是有效的固溶体强化元素。由于N还有助于提高韧性，因而优选含有0.08~0.3质量%。

此外，大理石状组织意味着如下的组织：如在后述的实施例中得到的图5(B)、(C)所示的金属组织照片那样，黑色的部分作为α相，明亮的灰色的部分作为γ相，由如长宽比大的细长的不定形的毛刷所描绘的细丝缠绕的黑色的α相和填埋该α相的周围的γ相构成。

Ni(镍)：Ni促进使不锈钢的结晶构造从体心立方(铁素体)向面心立方(奥氏体)变化，有助于奥氏体相的稳定化，同样地，为了确保加工性而必需Ni。因此，优选含有5.5~7.5质量%的Ni。

C(碳)：为了抑制导致脆性的碳化物的生成，碳优选为低含有量。因此，使C含有量成为0.03质量%以下。另外，如果C以与Cr结合的状态存在于组织内，则导致受晶界腐蚀，因而优选C量低。

在前述双相不锈钢中，作为其他添加元素，也可以含有Si≦1.0质量%、Mn≦2.0质量%。另外，也可以含有0.5质量%左右的其他不可避免的杂质。作为不可避免的杂质，能够举例说明P、S、Al等。

对于上述的组成比的双相不锈钢，能够从上述的组成的合金熔液熔炼于惰性气体中，使用锻造或热轧、冷轧、模锻加工等常用方法来从铸片加工成目标形状、圆盘状或圆顶形状而得到隔膜。

为了达成本实施方式的目的，能够使用如下的隔膜：通过例如冷模锻加工之类的冷加工而施行断面减缩率50%以上或断面减缩率80%以上的加工，随后，根据需要而退火。

还能够在300~500℃下对上述的组成的双相不锈钢施行时效热处理。通过施行该时效处理，从而还能够使双相不锈钢发生时效硬化，得到表现出0.2%耐力下的1400MPa~1750MPa左右的高耐力的耐蚀性优异的双相不锈钢。此外，如果在通过上述的加工而加工成隔膜形状之后，进行时效热处理，则能够得到表现出0.2%耐力下的1400MPa~1750MPa的高耐力的耐蚀性优异的隔膜。

关于双相不锈钢的时效硬化，是本发明的发明者先发现的现象。另外，如果在超过500℃的温度(例如，650℃)下对上述的组成比的双相不锈钢进行热处理而施行时效处理，则虽然耐力或拉伸强度提高，但未实现断裂延伸，在拉伸试验中，在弹性变形刚刚结束之后，呈现脆性破坏。而且，在热处理温度低至200℃左右的情况下，发生时效硬化的比例低，取决于断面减缩率的条件而比室温下的硬度更低。

因此，热处理温度优选为300~500℃的范围，更优选为350~500℃的范围。上述的时效热处理有效地起作用，由此，成为1500MPa以上的双相不锈钢。

在由通过以上说明的方法而得到的双相不锈钢构成的隔膜1的情况下，期望如上所述地具有大理石状组织，并且，<111>γ+<110>α的纤维集合组织与隔膜1的厚度方向平行地定向。

如果是由作为大理石状组织且<111>γ+<110>α的纤维集合组织与厚度方向平行地定向的双相不锈钢构成的隔膜1，则在表现出上述的优异的耐力和优异的耐蚀性的同时，能够抑制有可能在比耐力更低的低应力范围内产生的γ相内的微小的滑移变形。

由此，能够减小隔膜1中的加压后的残余位移，能够提供差异小的隔膜1。

此外，如果是具有上述的大理石状组织的双相不锈钢，则例如，作为所得到的耐力范围1400~1750MPa，在相对于耐力而负载52~80%的试验载荷之后，能够使卸除载荷之后的残余位移成为1.3μm以下。对于试验载荷，即使在前述的范围内，如果是耐力1400MPa的双相不锈钢，则也期望65~80%的范围，如果是耐力1500MPa的双相不锈钢，则也期望61~74%的范围，如果是耐力1750MPa的双相不锈钢，则也期望52~64%的范围。即，作为对具有大理石状组织的双相不锈钢的试验载荷，在耐力为1400~1750MPa的双相不锈钢的情况下，能够选择52~80%的范围。

在这些范围内，在负载试验载荷的情况下，能够提供使卸除载荷之后的残余位移成为1.3μm以下的双相不锈钢。

图2示出将由上述的双相不锈钢构成的隔膜适用于压力传感器的一个实施方式的构造。

图2所示的压力传感器10具备：盖部件5，其具备将压力测定的对象流体导入的导入路；和隔膜6，其与盖部件5的内部一体化。该隔膜6由薄壁的承压部6A、以包围承压部6A的外周缘的方式延伸设置的筒部6B以及形成于该筒部6B的外周的凸缘部6C构成，筒部6B的内部空间成为压力室6D。

盖部件5以具有开口部5a的杯状在开口部5a的外周侧具有法兰部5b，开口部5a的内周与隔膜6的凸缘部6C接合。盖部件5由例如金属或金属和树脂的复合材料等构成。在盖部件5的内部，以由盖部件5和隔膜6隔开的方式形成有基准压力室8。在盖部件5，形成有将基准气体导入的导入口(省略图示)，从该导入口将基准气体导入，对基准压力室8的内压进行控制。

如图2所示，压力传感器10安装于开口部12a的周围，开口部12a形成于配管12的周壁，配管12形成测定对象物的流路11，如果配管12内的流体导入隔膜6的压力室6D，则承压部6A能够受到流体的压力而发生变形。

在隔膜6的承压部6A中，基准压力室8侧加工成平滑面(例如，镜面)，形成有硅氧化膜等绝缘膜13和桥接电路15。桥接电路15由省略图示的四个应变计构成，连接器用布线16a、16b、16c、16d等布线16连接至各应变计。

如果将基准气体导入基准压力室8而将配管12的流体压力施加至压力室6D，则隔膜6的承压部6A发生变形，该变形导致四个应变计的电阻发生变化，因而能够由桥接电路15对电阻变化进行计测，能够通过对该计测结果进行运算而检测压力室6D的压力。然而，由于承压部6A为薄壁，直接地承受流体的压力，因而构成隔膜6的承压部6A的金属材料有必要强度高且耐蚀性优异。

另外，在配管12为食品医疗用品的领域等的配管的情况下，为了维持配管12的卫生管理，有时候使用非氧化性的酸性清洗液。为了防止这样的配管的腐蚀，在适用阴极防蚀法且将特定的电位附加于配管12而采取防蚀对策的情况下，电源17连接至压力传感器10和配管12。该电源17的接地侧(阴极侧)连接至配管12，阳极侧连接至压力传感器10的盖部件5，将电位差附加于这些部件之间。

这样，如果产生电位差，则虽然能够对配管12本身进行阴极防蚀，但取决于条件而使隔膜6向阳极侧极化，结果，成为隔膜6的薄壁的承压部6A优先地被腐蚀的倾向。即使在如以上那样的情况下，隔膜6的承压部6A也有必要表现出良好的耐蚀性。

优选，构成隔膜6的承压部6A的金属材料具有上述的组成，由高强度且高耐蚀性、复原性良好的双相不锈钢构成，其中，如以上所说明那样，隔膜6迫切期望高强度，即使在适用阴极防蚀法的腐蚀环境下，也要求优异的耐蚀性。另外，双相不锈钢与析出强化型的合金不同，即使在将表面如镜面等那样平滑地研磨的情况下，也不可能部分地优先研磨，而是能够均匀地研磨，因而能够通过研磨而可靠地得到镜面等平滑面。容易得到平滑面这一状况在由双相不锈钢构成隔膜6的承压部6A且在承压部6A的研磨过的一面构成应变计等电路的情况下变得有利，由于能够正确地形成应变计，因而在得到压力检测精度高的压力传感器的情况下变得有利。

另外，如果是由施行过上述的时效效果处理的双相不锈钢构成且进行过时效热处理的隔膜6，则能够成为使0.2%耐力属于1300~1700MPa的范围的优异的强度，即使在从配管12内的流体承受高压力的情况下，隔膜6也不发生塑性变形，而是发生弹性变形的区域宽广，因而能够在宽广的压力范围内维持高精度的压力检测性能。而且，如果使双相不锈钢的金属组织成为大理石状组织，则在由于水击等而受到高压力的情况下，能够抑制隔膜6的0点复位的复原性的差异。

图3示出将本发明所涉及的隔膜适用于隔膜阀的方式，该方式的隔膜阀20具备如下的部件而构成：平板状的主体23，其在内部形成有第一流路21和第二流路22；隔膜26，其设置于主体23上；以及盖体25，其将隔膜26与前述主体23一起夹着。在主体23的内部，形成有第一流路21和第二流路22，第一流路21从主体23的一方的侧面23a到达主体23的上表面23b的中央部，第二流路22从主体23的另一方的侧面23c到达主体23的上表面23b的中央部附近。在主体23中的一方的侧面23a开口有第一流路21的部分成为流入口27，在主体23中的另一方的侧面23c开口有第二流路22的部分成为流出口28A。

在主体23的上表面中央侧，在第一流路21所连通的部分，形成有周界阶梯部28，在该周界阶梯部28，安装有阀座29。隔膜26由与先前说明的隔膜1同等的双相不锈钢构成，与前述的隔膜1同样地，以由圆顶部26A、边界部26B以及凸缘部26C构成的圆盘圆顶状形成。

该隔膜26以圆顶部26A的鼓出侧为上，夹持于主体23与盖体25之间，从而在与主体23的上表面23b之间，构成压力室26a。

另外，在盖体25的上表面中央部，形成有用于将杆24插入贯通的贯通孔25a，杆24配置成与隔膜26的上表面中央部接触。

以上构成的隔膜阀20能够通过使杆24下降，使隔膜26的圆顶部26A如图3的双点划线所示地向下变形而压在阀座29，从而将第一流路21与第二流路22的连通截断，通过使杆24上升，使隔膜26的圆顶部26A与阀座29分离，从而使第一流路21与第二流路22连通。

隔膜阀20能够用作能够根据杆24的上下移动而切换第一流路21与第二流路22的连通和截断的阀。

在以上构成的隔膜阀20中，同样地，由于由上述的双相不锈钢构成隔膜26，因而具有如下的效果：通过配备强度高，耐蚀性优异，0点复位性优异的隔膜26，从而能够提供优异的隔膜阀20。

图4示出将本发明所涉及的隔膜适用于压力传感器的方式，该方式的压力传感器30具备隔膜36，隔膜36在筒部36B的一端侧具有由上述的双相不锈钢构成的薄壁的承压部36A，压力传感器30在承压部36A的上表面侧经由绝缘层31而由四个压敏电阻膜32和连接至这些压敏电阻膜32的六个布线层构成。六个布线层中的两个布线层33的一侧端部连接至两个压敏电阻膜32，在这两个布线层33的另一侧端部，形成有端子连接层35。另外，在剩余的四个布线层34的一侧端部，分别连接有一个压敏电阻膜32，在这些布线层34的另一侧端部，形成有端子连接层37。将测定器连接至这些端子连接层35、37，由此，能够构成具备四个压敏电阻膜32的桥接电路，能够利用该桥接电路来根据各压敏电阻膜32的电阻变化而算出附加于承压部36A的压力。

在以上说明的构成的压力传感器30中，也与上述的实施方式的压力传感器10同样地，具备由上述的双相不锈钢构成的隔膜36，因而具有如下的效果：承压部36A的强度高，能够耐受高压力，另外，即使在配管等中采用阴极防蚀法，也能够成为耐蚀性优异的隔膜36，能够提供计测精度高且耐蚀性优异，0点复位性优异的压力传感器30。

如以上所说明的，在上述的实施方式中，对将由上述的双相不锈钢构成的隔膜适用于在图1~图4中示出具体构造的各隔膜的示例进行了说明，但当然，本发明不是仅适用于图1~图4所示的各构成的隔膜的技术，而是能够一般广泛适用于多种多样的用途的隔膜。

另外，如上所述，当然，由强度优异，耐蚀性良好，0点复位性良好的双相不锈钢构成的金属弹性元件能够一般广泛适用于除了传感器用途以外的薄板材料，还能够适用于细线等。

另外，在图1~图4所示的实施方式中，为了容易观看附图，适当调整隔膜各部分的比例尺或形状而描绘，因而当然，本发明所涉及的隔膜不约束于图示的形状。

[实施例]

将以下的表1所示的组成的圆棒样本(φ50mm)用作实施例1、2、比较例1的原料。

[表1]

。

继在1050℃下退火之后，用水使该圆棒样本冷却，施行固溶化处理。

对该用水冷却之后的锻造材料施行冷加工，得到φ14mm的圆棒样本。

在将该圆棒样本以厚度5mm切成圆片之后，对截面进行镜面研磨、电解蚀刻而使金属组织出现。电解蚀刻使用3MKOH水溶液，作为电解条件，在1~3V的恒压下处理2~10秒钟。

使用光学显微镜来以100倍对所得到的各组成的试验片进行观察，对构成各组成比的双相不锈钢的γ相和α相的比率进行测定。

在X射线衍射试验中，照射将Cu用作热源的特性X射线，以40~55°的扫描角度(2θ)雕刻，以5°的步长测定。根据相当于γ相(111)面的43.35~43.5°的峰值和相当于α相(110)面的44.50~44.55°的峰值的高度而评价γ相和α相的比率。

在图5中示出通过光学显微镜而以100倍对所得到的样品的组织进行观察的结果。图5(A)示出γ相为45.5%的样品(比较例1)的金属组织照片，图5(B)示出γ相为40.7%的样品(实施例2)的金属组织照片，图5(C)示出γ相为30.4%的样品(实施例1)的金属组织照片。

图5(B)所示的组织和图5(C)所示的组织是大理石状组织，黑暗的部分是α相，明亮的灰色部分是γ相，呈现由如长宽比大的细长的不定形的毛刷所描绘的细丝状的黑暗的α相缠绕的部分和填埋该α相的周围的明亮的灰色部分的γ相构成的组织。

另外，图5(A)是能够称为粒状组织的组织，该粒状组织呈现以黑色的α相填埋由明亮的灰色的γ相构成的不定形的粒子的晶界的金属组织。

图6是示出通过利用光学显微镜来进行的组织观察而求出的γ相比率和通过XRD解析而得到的γ相比率的对应关系的图表。

从图6所示的结果得知，通过显微镜的组织观察而得到的γ相比率和通过XRD解析而得到的γ相比率大致1:1对应，γ相和α相的比率的解析是妥当的。

图7集中示出分别针对γ相为45.5%的样品(比较例1)、γ相为40.7%的样品(实施例2)以及γ相为30.4%的样品(实施例1)而获得纤维集合组织的极点图的结果。

极点图使用上述的组成的实施例1、2的棒状样本和比较例1的棒状样本，通过切削加工而从这些样本切出平底的碟形的隔膜(整体外径13mm，薄壁部内径5mm，薄壁部厚度0.16~0.18mm)，对碟形隔膜的底面进行研磨而作为观察面。碟形隔膜的底面是与棒状样本的中心轴正交的面，以该面作为观察面。

从图7所示的各极点图得知，无论是哪个样品，γ相(奥氏体相)的<111>都与棒状样品长度方向平行地定向。另外，得知，无论是哪个样品，α相(铁素体相)的<110>都与棒状样品的长度方向平行地定向。

由此，显而易见，形成有使<111>γ+<110>α与碟形隔膜的底面的厚度方向平行地定向的纤维集合组织。

接着，对于先前示出的实施例1、2的样品和比较例1的样品，在将加工后的铸锭以厚度5mm切成圆片而得到样品之后，继在350℃下且在真空中对该样品进行热处理达2小时之后，使该样品缓慢冷却，针对该缓慢冷却后的样本，使用金刚石悬浊液来以研磨机进行粗研磨。在图8中示出如下的过程的结果：在对粗研磨后的各样本施加7MPa的负载之后，对卸除载荷之后的残余位移进行计测。此处的残余位移表示样本中心位置处的卸除载荷之后的厚度方向的位移。

此外，对残余位移进行计测的样品从如图10的点划线所示地切成圆片的圆柱状样品作为如后所述地使z轴方向与中心轴方向一致的四棱柱状的试验片而切出，以z轴方向作为压缩轴方向而施加负载，调查变形行为。

另外，这些实施例样品的耐力为1500MPa以上，但如果通过有限元法而对粗研磨后的各样本的应力集中部所产生的应力进行计算，则相当于919~1120MPa。此外，这样地产生的应力范围是由于假定为如下的情况而产生的范围：制成样品时的差异导致样品的大小产生微小的差异，将该差异控制在制造时的尺寸规格的最大值和最小值的范围内。因此，相当于耐力的61%~75%的负载作用于各示例的样品。

此外，本发明所使用的组成的双相不锈钢根据γ相的比率而表现出1400~1750MPa的范围的耐力。如果在耐力1400MPa的双相不锈钢中，对考虑通过上述的有限元法而进行的计算和差异的尺寸规格的最大值和最小值进行估计，则相当于耐力的65~80%的负载作用于样品。另外，如果在耐力1750MPa的双相不锈钢中，对考虑通过上述的有限元法而进行的计算和差异的尺寸规格的最大值和最小值进行估计，则相当于耐力的52~64%的负载作用于样品。

因此，在表现出1400~1750MPa的范围的耐力的双相不锈钢的样品中，52~80%的范围的负载起作用。

在图8中，针对每个实施例和每个比较例，根据残余位移而对测定残余位移的各样本按层次分类而识别(参照图8右上的样本对应表)，对于有代表性的数据点的样本，使用X射线衍射来求出正极点图。

在图8的右下，示出针对通过该正极点图而得到的定向度(X射线的强度差/与面法线构成的角度)和每个残余位移而图表化的结果。

在图8右上的样本对应表所表示的示例中，A示出比较例1(仅表示样本数14)，B示出实施例2(仅表示样本数9)，C示出实施例1(仅表示样本数10)。对于试验，以60个样本对比较例1进行实施，分别以20个样本对实施例1和实施例2进行实施。

图8的右下所示的图表的横轴定向度以结晶方位的集聚的程度表示。图8所示的正极点图能够与地形图的等高线同样地读取。即，能够得知，等高线的间隔越密，结晶定向就越是急剧变动。

在该试验结果中，通过对成为基准的角度和中心处的X射线的衍射强度进行比较而作为定向度。具体而言，以中心±30°的角度范围内的X射线强度的最大变化率表示定向度。

如图8的右下所示的图表所表示的，得知，越是定向度高的样本，残余位移就越小。即，得知，越是定向度高的样本，卸除载荷之后的复原性就越优异。

由此，得知，在由双相不锈钢构成的金属弹性元件中，结晶定向性给金属弹性元件的复原性带来大的影响。

图9是关于求出图8所示的残余位移的试验结果而示出样本数的个数分布的图表。金属组织(a)示出具有图5(A)所示的粒状组织的比较例1的残余位移的个数分布，金属组织(b)示出具有图5(B)所示的大理石状组织的实施例2的残余位移的个数分布，金属组织(c)示出具有图5(C)所示的大理石状组织的实施例1的残余位移的个数分布。

如从图9所示的残余位移的结果所得知的，在比较例1的样本中，残余位移产生0.3~3.5μm的范围的大的差异，相对于此，在实施例1、2的样本中，残余位移的值控制在0.3~1.3μm的小的范围内，判断为差异小。

由此得知，在由该系的双相不锈钢构成的金属弹性元件中，作为具有大理石状组织的金属弹性元件，由此，能够将残余位移控制在0.3~1.3μm的小的范围内。

此外，在图9中由点划线示出的三个峰值曲线假定为残余位移遵循正态分布，以对于各自的残余位移而根据平均值和标准偏差而算出的结果示出假设的差异的情况。如果获得图9的各样品的残余位移的标准偏差，则比较例1的样品的残余位移的标准偏差为1.3±0.8μm，实施例1的样品的残余位移的平均和标准偏差为0.8±0.3μm，实施例2的样品的残余位移的平均和标准偏差为0.5±0.2μm。

由此得知，构成金属弹性元件的双相不锈钢的金属组织的差别给残余位移的平均值和差异带来影响。在实施例1、2的结果中，能够将残余位移的标准偏差值控制在0.8±0.3μm的范围内。

接着，从前述的φ14mm的棒状的样本如图10所示地切出棱柱状的试验片(棒状样本的中心轴线通过棱柱的顶面和底面的中心，且使棱柱的长度方向与棒状的样本的长度方向一致的试验片)，构成变形行为调查用的样本。

棱柱状的样本的长度方向(图10的上下方向)是棱柱状的试验片的厚度方向(Z轴方向：ND方向)，能够相对于棱柱状的试验片而如图10所示地设定x轴和y轴。试验片的大小作为2mm×2mm×4mm的棱柱状，通过电解研磨而使各面露出组织，从而能够特别指定相，在压缩试验之后，利用SEM(扫描型电子显微镜)来观察各面的滑移线。另外，先前说明的纤维状组织通过冷加工而沿试验片的长度方向延伸。

在使用图10所示的试验片来进行对试验片沿其长度方向(z轴方向)进行加压而压缩的压缩试验的情况下，能够得到图11所示的SS曲线。

能够从图11所示的SS曲线提及的是如下的这一状况：在超过700MPa的范围内，SS曲线直线地描绘，但在700MPa以下的低应力区域中，SS曲线不是直线地描绘，而是弯曲。

这意味着，在远远低于耐力的低应力下，样品稍微发生位移。

图12示出对沿着图10所示的长方体状的样品片的x面和 y面的切断面施行镜面研磨且进行显微镜观察而观察滑移线的结果。在图12中配置于左侧的上下两张照片示出30倍的放大组织照片，配置于右侧的上下两张照片示出1000倍的放大组织照片。

由于存在根据这些滑移线的解析和集合组织的方位而大概预计的方位，因而在针对该方位而重制逆极点图的情况下，能够描绘图13所示的图表。

更详细地，在结晶解析立体投影用的乌尔夫网上表示能够在x面、y面上观察到的滑移线，推断滑移面。由于从先前的正极点图显而易见载荷轴的棱柱方向的结晶配位，因而成为载荷轴//<111>γ+<110>α。能够根据乌尔夫网而求出上述的所推断出的滑移面的法线方向和上述的载荷轴的结晶方位。图13的图表是根据在γ相中活动的滑移系{111}<110>的组合而求出施密特因子且在逆极点图上表示的图表。

此外，施密特法则是规定为多个存在的滑移系中的最初活动的滑移系是施密特因子最大的主滑移系的法则，施密特因子(=cosφ•cosλ)是作为滑移变形的容易程度的指标而众所周知的因子。

在此，φ意味着载荷方向与滑移面法线的角度，λ意味着载荷方向与滑移方向的角度，成为0.3~0.5的范围的值，最大值(0.5)规定为φ=λ=45°的情况。

在图13中以0.5表示的区域是被称为施密特因子的容易产生滑移变形的区域。如该示例那样，在耐力1800MPa水平的材料的情况下，0.3~0.5的区域表现出1800MPa，但从图12所示的滑移线的解析得知，存在着在大约1000MPa下活动而产生滑移变形的区域。

在由α相和γ相构成的双相不锈钢的情况下，如果负载高应力，则由于γ相发生加工硬化，因而能够推断为，在与耐力相比而相当低的水平的1000MPa的负载水平下，稍微发生塑性变形。这考虑到上述的残余位移的原因。

符号说明

1 隔膜，2 圆顶部，3 边界部，4 凸缘部，6 隔膜，6A 承压部，6B 筒部，6C 凸缘部，6D 压力室，10 压力传感器，11 流路，12 配管，12a 开口部，20 隔膜阀，21 第一流路，22第二流路，24 杆，25 盖体，26 隔膜，30 压力传感器，31 绝缘层，32 压敏电阻膜，33、34 布线层，36 隔膜，36A 承压部。

Claims (5)

1.一种金属弹性元件，其特征在于，由具有γ相和α相的双相不锈钢构成，所述γ相的面积比率为40%以下，双相组织是由长宽比大的细丝缠绕的α相和填埋该α相的周围的γ相构成的金属组织，

具有<111>γ和<110>α与厚度方向平行地定向的纤维集合组织。

2.根据权利要求1所述的金属弹性元件，其特征在于，在相对于耐力而负载52~80%的试验载荷之后，卸除载荷之后的残余位移为1.3μm以下。

3.根据权利要求1所述的金属弹性元件，其特征在于，所述双相不锈钢具有Cr：24~26质量%、Mo：2.5~3.5质量%、Ni：5.5~7.5质量%、C≦0.03质量%、N：0.08~0.3质量%、以及作为剩余部分的Fe和不可避免的杂质的组成。

4.根据权利要求2所述的金属弹性元件，其特征在于，所述双相不锈钢具有Cr：24~26质量%、Mo：2.5~3.5质量%、Ni：5.5~7.5质量%、C≦0.03质量%、N：0.08~0.3质量%、以及作为剩余部分的Fe和不可避免的杂质的组成。

5.一种隔膜，由根据权利要求1~权利要求4中的任一项所述的金属弹性元件构成。

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