JP2000068121A

JP2000068121A - 磁気ネイル

Info

Publication number: JP2000068121A
Application number: JP10231240A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Uehara; 利弘上原; Natsuki Kawai; 夏樹河合
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1998-08-18
Filing date: 1998-08-18
Publication date: 2000-03-03

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明の目的は、耐食性に優れ、かつ高硬度
を有する磁気ネイルを提供する。【解決手段】少なくとも磁石を保持する部位と、該部
位を覆うキャップ部と、磁気ネイルを埋め込むための部
位からなり、前記磁気ネイルを埋め込むための金属部位
は、焼入れ焼戻しの後の硬さが４５ＨＲＣ以上からな
り、デルタフェライト量が２％以下であり、Ｍｏ、Ｎ、
Ｃｕを含有するマルテンサイト系ステンレス鋼からなる
磁気ネイルである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アスファルトまた
はコンクリートの道路、通路等に打ち込み、その上を走
行する自動車、荷物の搬送車両等の運行管理、物流管理
等を行うのに用いられる磁気ネイルに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】最近、交通渋滞の緩和や自動車の排ガス
による大気汚染の軽減等を目的として高度交通管理シス
テムが検討されており、この中には自動運転道路システ
ムと呼ばれるものがある。これは、道路に埋め込まれた
磁気ネイルから発せられる磁気信号を自動車が検出し、
この情報をもとに自動車が安全かつ流れのよい走行をす
るものである。このシステムには、道路に埋め込む磁気
ネイルが必要であって、磁気ネイルは、道路に埋め込ん
で使用されるため、硬いアスファルトやコンクリートに
打ち込む必要がある。また、屋外の道路上で使用される
ため、降雨による雨水に対して耐食性を有する必要があ
る。特に最近、大気環境の悪化により、酸性度の高い雨
水、即ち酸性雨が問題となっていることから、腐食性の
強い酸性雨に対しても耐食性をもつ必要がある。また、
海岸に近い道路では塩分を含んだ水に対する耐食性も考
慮する必要がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、耐食
性に優れ、かつ高硬度を有する磁気ネイルを提供するこ
とである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者は、磁気ネイル
に好適な高い硬さと良好な耐食性を両立する材料につい
て鋭意検討を行なった。その結果、耐孔食性を高めるた
めには、Ｍｏ、Ｎを必須添加とした上でＣｕを少量添加
した化学組成をもち、耐食性に有害なデルタフェライト
の生成を抑制する目的で少量のＮｉをＮｉ／Ｃｕ＞０．
２の範囲で添加し、さらに下記に示す（１）式で示され
るＣｒ当量に相当するＡ値を低く抑え、かつ耐食性を高
めるに、下記に示す（２）式に示されるＢ値を高くした
13Cr系のマルテンサイト系ステンレス鋼が磁気ネイル部
材として適することを見出した。 A=-40C+6Si-2Mn-4Ni+Cr+4Mo+2W-2Cu-30N+11V+10Ti+5Nb ……（１） (ただし、選択元素のうち無添加の元素はゼロとして計
算) B=Cr+3.3Mo+1.65W+Cu+30N ……（２） (ただし、選択元素のうち無添加の元素はゼロとして計
算)

【０００５】すなわち、本発明は、少なくとも磁石を保
持する部位と、該部位を覆うキャップ部と、磁気ネイル
を埋め込むための部位からなり、前記磁気ネイルを埋め
込むための金属部位は、焼入れ焼戻しの後の硬さが４５
ＨＲＣ以上からなり、デルタフェライト量が２％以下で
あり、Ｍｏ、Ｎ、Ｃｕを含有するマルテンサイト系ステ
ンレス鋼からなる磁気ネイルである。

【０００６】また、本発明は、少なくとも磁石を保持す
る部位と、該部位を覆うキャップ部と、磁気ネイルを埋
め込むための部位からなり磁気ネイルであって、前記磁
石を保持する部位、該部位を覆うキャップ部と、磁気ネ
イルを埋め込むための金属部位のいずれかもしくは全部
が、重量％にて、Ｃ０．１５％を越え０．４０％以
下、Ｓｉ２．０％以下、Ｍｎ２．０％以下、Ｃｒ
１１．０％以上１５．０％未満、ＭｏまたはＭｏとＷの
２種が、Ｍｏ＋１／２Ｗで１．０〜３．０％、Ｎ０．０
２〜０．１５％を含有し、Ｎｉ０．１〜１．５％およ
びＣｕ０．１〜２．０％を含み、かつＮｉとＣｕの関
係が（３）式を満足する範囲であって、残部が実質的に
Ｆｅからなり、かつ（１）式で示されるＡ値が１０以
下、（２）式で示されるＢ値が２０以上であるマルテン
サイト系ステンレス鋼からなることを特徴とする磁気ネ
イルである。 A=-40C+6Si-2Mn-4Ni+Cr+4Mo+2W-2Cu-30N+11V+10Ti+5Nb …………（１） (ただし、選択元素のうち無添加の元素はゼロとして計
算) B=Cr+3.3Mo+1.65W+Cu+30N …………（２） (ただし、選択元素のうち無添加の元素はゼロとして計
算) Ｎｉ／Ｃｕ＞０．２ …………（３）

【０００７】好ましくは、焼入れ焼戻し後の硬さが４８
ＨＲＣ以上であること、また３０℃の脱気３．５％塩水
中での孔食電位Ｖc'100が１５０ｍＶ（ｖｓＳ.Ｃ.Ｅ）
以上であることが好ましく、本発明の上記の新規な組成
範囲によって、この特性が達成できる。

【０００８】

【発明の実施の形態】先ず、本発明の磁気ネイルについ
て説明する。本発明の磁気ネイルは、たとえば図１
（ａ）に示すように、外部に磁場を発振させるための磁
石（１）を備え、前記磁石は、磁石を保持する部位
（２）中に設置される。また、アスファルトやコンクリ
ート等に打ち込んで使用されるため、磁気ネイルを埋め
込むための金属部位（３）は鋲形状を有することが好ま
しく、鋲部は単純な鋲形状でもよいし、また、たとえば
図１（ｂ）に示すような、引き抜く時の突起(膨らみ)を
設けてもよい。また、磁石を保持する部位（２）を覆う
ために、上部にキャップ部(蓋)（４）を有する。

【０００９】以下に本発明の磁気ネイルの各元素の作用
について述べる。Ｃは、１３％Ｃｒ系ステンレス鋼の焼
入れ後にマルテンサイト組織を得るために必要である。
また、Ｃは炭化物生成元素と結び付いて炭化物を形成
し、さらに一部はマルテンサイト基地中に固溶すること
で硬さを高めるのに有効な元素であるが、０．４０％を
越えて添加するとＣｒの炭化物を多く形成し過ぎ、基地
のＣｒ量を減少させて耐食性を劣化させる原因になる。
一方、０．１５％以下では十分な硬さが得られなくなる
だけでなく、デルタフェライトを生成して耐孔食性、硬
さ、および熱間加工性を低下させることから、Ｃの含有
量を０．１５％を越え０．４０％以下とした。望ましい
Ｃの範囲は、０．２０〜０．３５％である。

【００１０】Ｓｉ、Ｍｎは、脱酸のために少量添加する
が、２．０％を越えて添加してもより一層の向上効果が
みられないことから、いずれも２．０％以下とした。ま
た、Ｓｉはフェライトを生成しやすい元素であり、一方
Ｍｎはオーステナイトを生成しやすい元素であり、少量
であっても基地の組織に多少影響を及ぼすので、望まし
くは、いずれも１．０％以下がよい。Ｎｉは、デルタフ
ェライトの生成を抑制して耐孔食性を高めるとともに、
特に後述するＣｕ添加による熱間加工性の低下を防止す
るのに有効な元素であるのでＣｕの添加量に応じて添加
する必要がある。

【００１１】Ｃｕの他に熱間加工性を低下させるＭｏや
Ｎなどの元素を含有する本発明の１３Ｃｒ系高硬度マル
テンサイト系ステンレス鋼においては、とりわけＮｉ／
Ｃｕの値を０．２を越え、望ましくは０．３以上に規制
するとともに、以下の限定理由によりＮｉの含有量をさ
らに制限する必要がある。すなわち、Ｎｉは０．１％未
満では、十分な効果が得られず、一方１．５％を越えて
添加するとマルテンサイト変態点が低下し、焼入れ後に
完全なマルテンサイト組織が得られにくくなるだけでな
く、焼なまし後の硬さが高くなり、冷間加工性を害する
ので、０．１〜１．５％とした。望ましいＮｉの範囲
は、０．２％を越え１．０％以下であり、さらに望まし
くは０．３〜０．８％である。

【００１２】Ｃｒは、不動態皮膜を形成することで耐食
性、特に耐孔食性を高める効果を有する重要な元素であ
る。１１．０％より少ないと十分な耐食性が得られず、
一方、１５．０％を越えて添加するとデルタフェライト
を生成し、耐孔食性および熱間加工性を劣化させるの
で、１１．０％以上１５．０％未満とした。望ましいＣ
ｒの範囲は、１３．０〜１４．０％である。Ｍｏは、不
動態皮膜を強化することによって耐孔食性を高めるのに
非常に有効な元素であり、本発明鋼に必須添加される。
ＷもＭｏと同様、耐孔食性を高めるのに有効であるが、
Ｗ単独ではその効果は小さく、Ｗを添加する場合は、Ｍ
ｏの一部を当量のＷ（１／２Ｗが当量のＭｏに相当）で
置換する形で添加するのが望ましい。Ｍｏ単独、または
ＭｏとＷの両方がＭｏ＋１／２Ｗで１．０％より少ない
と耐孔食性が劣化し、一方、３．０％を越えて添加する
とデルタフェライトを生成し、逆に耐孔食性を劣化させ
るだけでなく、熱間加工性も劣化させるので、１．０〜
３．０％とした。望ましくは、１．５〜２．５％であ
る。

【００１３】Ｃｕは、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎを含む鋼に少量添
加することで耐孔食性を大幅に高めるのに非常に有効な
元素であるが、０．１％より少ないと十分な効果が得ら
れず、一方、２．０％を越えて添加すると熱間加工性を
害するだけでなく、焼入れ後に十分な硬さが得られなく
なるので、０．１〜２．０％とした。望ましいＣｕの範
囲は、０．１％以上１．０％未満であり、さらに望まし
くは０．２〜０．８％である。なお、Ｃｕの添加量が
２．０％以下であっても、熱間加工性の不十分な範囲が
存在するため、Ｎｉの限定理由のところで述べたよう
に、ＮｉとＣｕの関係がＮｉ／Ｃｕ＞０．２、望ましく
は０．３以上に制限する必要がある。

【００１４】Ｎは、マルテンサイト基地中に固溶して焼
入れ後の硬さを高めるとともに、耐孔食性を高めるのに
非常に有効な元素である。また、デルタフェライトの生
成を抑制する効果も大きく、Ｎｉのような高価な合金元
素を節約して、Ｎｉの代わりにＮを添加することでデル
タフェライトの生成を抑制し、安価に材料を製造するの
にも有効である。０．０２％より少ないと十分な効果が
得られず、一方、０．１５％を越えて添加すると、鋼塊
の健全性を害して製造性を劣化させることから、０．０
２％〜０．１５％とした。望ましいＮの範囲は、０．０
５〜０．１５％である。

【００１５】また、本発明部材には、必要に応じ、Ｖ、
Ｔｉ、Ｎｂを添加することができる。Ｖ、Ｔｉ、Ｎｂは
一次炭化物を形成することで結晶粒を微細化して硬さお
よび延性を向上させるのに有効な元素であり、１種また
は２種以上を必要に応じて添加する。これらのうち、１
種または２種以上が合計で、０．２５％を越えて添加す
ると粗大な一次炭化物を形成し、冷間加工性を害するこ
とから１種または２種以上を合計で０．２５％以下とす
るのがよい。

【００１６】また、本発明部材には、必要に応じ、Ｂ、
Ｍｇ、Ｃａ、Ａｌを添加することができる。Ｂ、Ｍｇ、
Ｃａ、Ａｌは、酸化物、硫化物を形成することで、結晶
粒界に偏析するＳ、Ｏを低減し、熱間加工性を向上させ
るのに有効であり、１種または２種以上を必要に応じて
添加する。Ｂ、Ｍｇ、Ｃａ、Ａｌのうちの１種または２
種以上が合計で、０．１０％を越えて添加してもより一
層の向上効果が得られず、逆に清浄度を低下させて熱間
および冷間加工性を害するので、Ｂ、Ｍｇ、Ｃａ、Ａｌ
のうちの１種または２種以上を合計で、０．１０％以下
とするのがよい。

【００１７】さらに上記に述べた合金元素は、個々の成
分範囲を満足するだけでなく、良好な耐孔食性を得るた
めには、本発明部材において規定した式を満足する必要
がある。（１）式に示すＡ値は、本発明部材のＣｒ当量
を示しており、この式のＡ値の大小がデルタフェライト
の生成し易さを左右する重要な指標である。Ａ値は、フ
ェライトを生成しやすい元素であるＣｒ、Ｓｉ、Ｍｏ、
Ｗ、Ｖ、Ｔｉ、Ｎｂの重量％に各元素の効果に応じて実
験から求めたそれぞれの係数を付した値から、オーステ
ナイトを生成しやすい元素であるＣ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃ
ｕ、Ｎの重量％に各元素の効果に応じてそれぞれ係数を
付した値を引いたものである。実験の結果、本発明部材
では、このＡ値が１０を越えるとデルタフェライトを生
成し、耐孔食性が大きく低下するだけでなく、熱間加工
性、焼入れ後の硬さもやや低下することから、（１）式
に示すＡ値を１０以下とした。

【００１８】（２）式に示すＢ値は、本発明部材の耐孔
食性を左右する重要な指標であり、耐孔食性を直接的に
向上させる元素であるＣｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｕ、Ｎの重量
％に各元素の効果の寄与の程度を実験的に求めた係数を
付した値の和で示している。本発明部材では、このＢ値
が２０より小さいと、良好な耐孔食性が得られないの
で、（２）式に示すＢ値を２０以上とした。上記元素の
他、重量％で５％以下のＣｏを本発明部材に添加しても
よい。Ｃｏは基地中に固溶して焼入れ焼戻し後の強度を
高める効果を有するが、Ｃｏは高価な元素であるので多
量の添加は必要でない。また、不純物元素であるＰ、Ｓ
については、通常の溶解工程で混入するレベルなら問題
ないので特に規定はしないが、耐孔食性の点からは低い
方が望ましい。

【００１９】次に本発明の磁気ネイルの特性値の限定理
由について述べる。本発明の磁気ネイルは、適切な焼入
れ焼戻しを行なうことによって、ＳＵＳ３０４の冷間加
工材やＳＵＳ４１０の焼入れ焼戻し材よりも高い硬さを
得ることができる。特に、本発明の磁気ネイルでは、そ
の性能を十分発揮させるために、４５ＨＲＣ以上が必要
であるが、本発明部材では約１０００℃以上からの焼入
後、約３００℃以下の低温焼戻しか、または約４００〜
５００℃の高温焼戻しを行なうことによって、４８ＨＲ
Ｃ以上を得ることができる。但し、耐遅れ破壊性が重視
される場合は、適正な焼戻し温度を選ぶことによって硬
さを低くすることも可能である。

【００２０】また、本発明の磁気ネイルはデルタフェラ
イト量を２％以下に抑制する。デルタフェライトの存在
は耐孔食性を害するため、生成させないことが好まし
い。しかし、２％以下であれば、耐孔食性の劣化が少な
く、硬さや熱間加工性の低下もほとんどないことからデ
ルタフェライト量は、２％以下であれば許容できるた
め、２％以下とした。また、デルタフェライトは、光学
顕微鏡によるミクロ組織試験で容易に観察でき、点算法
や画像解析等の手法によって定量的に測定することがで
きる。なお、デルタフェライトの抑制は、上述した各元
素を所望の範囲内で適宜添加することで、２％以下にそ
の生成を抑制できる。

【００２１】本発明鋼の磁気ネイルは、適切な焼入れ焼
戻しを行なうことによって、高い硬さを維持しつつ、良
好な耐孔食性を得ることができる。耐孔食性の優劣を表
す１つの指標とし孔食電位が挙げられるが、大気中で使
用され、水道水、雨水、結露等にさらされる可能性のあ
る磁気ネイルに使用しても良好な耐孔食性を示すために
は、３０℃の脱気３．５％塩水中での孔食電位Ｖc'100
が１５０ｍＶ（ｖs Ｓ.Ｃ.Ｅ）以上が必要であるが、
本発明部材では約１０００℃以上からの焼入れ後、約３
００℃以下の低温焼戻しを行なうことによって、Ｖc'10
0を１５０ｍＶ（ｖｓＳ.Ｃ.Ｅ）以上とすることがで
きる。ここで孔食とは、鋼の表面に所々に点状に小さな
孔を形成する腐食形態であり、ステンレス鋼においてよ
く見られる腐食の一種である。この孔食が発生すると見
栄えが悪くなるだけでなく、その孔を起点として破壊に
至る場合がある。なお、孔食電位は、電気化学的な腐食
評価試験法として、ＪＩＳＧ０５７７に規定される測
定方法に従って測定し、電流密度が１００μＡ／ｃｍ^２
となるときの電位Ｖc'100として求める方法である。

【００２２】なお、本発明の磁気ネイルは、少なくとも
磁石を保持する部位と、該部位を覆うキャップ部と、磁
気ネイルを埋め込む部位で構成されるが、そのうち、磁
気ネイルを埋め込む部位のみに用いれば、高硬度な特性
を有しているため、アスファルト、コンクリート等への
打ち込みが容易となる。また、キャップ部のみに用いれ
ば、優れた耐食性を有しているため、路面に溜まった雨
水、特に酸性雨に対して有効となる。勿論、磁気ネイル
を埋め込む部位と、キャップ部の両方に用いても良いこ
とは言うまでもない。

【００２３】

【実施例】以下、実施例に基づいて本発明を説明する。
表１に代表的な本発明部材の化学成分を示す。本部材は
１０５０℃に加熱し３０分保持後油冷の焼入れを行なっ
た後、２１０℃で１時間の焼戻しを行ない、図１（ａ）
に示す磁気ネイルとした。焼入れ焼戻し後の硬さについ
てはロックウェル硬度計で測定した。また、耐食性につ
いてはＪＩＳＧ０５７７に準じて脱気した３０℃の
３．５％塩水中で測定し、電流密度が１００μＡ／ｃｍ
^２となるときの電位Ｖc'100を孔食電位として求め、こ
れを耐食性の指標とした。さらに、デルタフェライトの
生成を光学顕微鏡で観察した。その結果を表２に示す。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【表２】

【００２６】表２からわかるように、本発明の磁気ネイ
ルは焼入れ焼戻し硬さがＨＲＣ４８以上と高く、また孔
食電位Ｖc'100も１５０ｍＶ（ｖｓＳ.Ｃ.Ｅ）以上の
高い値を示しており、良好な耐食性と高硬度を兼備して
いることがわかる。以上の特性を有する本発明の磁気ネ
イルは高硬度であるため、アスファルトやコンクリート
のような硬い路面に打ち込むことができ、また、良好な
耐食性を有するため、降雨により路面に溜まった雨水、
特に酸性雨、塩分を含む水に対して良好な耐食性を確保
することができる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の磁気ネイ
ルは、耐孔食性に優れ、かつ高硬度を有する。したがっ
て、降雨により路面に溜まった雨水、特に酸性雨、塩分
を含む水等にさらされる磁気ネイルとして用いれば、信
頼性および寿命を大幅に向上でき、工業上顕著な効果を
有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の磁気ネイルの一例を示す模式図であ
る。

【符号の説明】

１磁気ネイル、２磁石、３磁石を保持する部位、
４磁気ネイルを埋め込むための金属部位、５キャッ
プ部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも磁石を保持する部位と、該部
位を覆うキャップ部と、磁気ネイルを埋め込むための部
位からなり、前記磁気ネイルを埋め込むための金属部位
は、焼入れ焼戻しの後の硬さが４５ＨＲＣ以上からな
り、デルタフェライト量が２％以下であり、Ｍｏ、Ｎ、
Ｃｕを含有するマルテンサイト系ステンレス鋼からなる
ことを特徴とする磁気ネイル。
【請求項２】少なくとも磁石を保持する部位と、該部
位を覆うキャップ部と、磁気ネイルを埋め込むための部
位からなり磁気ネイルであって、前記磁石を保持する部
位、該部位を覆うキャップ部と、磁気ネイルを埋め込む
ための金属部位のいずれかもしくは全部が、重量％に
て、Ｃ０．１５％を越え０．４０％以下、Ｓｉ２．
０％以下、Ｍｎ２．０％以下、Ｃｒ１１．０％以上
１５．０％未満、ＭｏまたはＭｏとＷの２種が、Ｍｏ＋
１／２Ｗで１．０〜３．０％、Ｎ０．０２〜０．１５％
を含有し、Ｎｉ０．１〜１．５％およびＣｕ０．１
〜２．０％を含み、かつＮｉとＣｕの関係が（３）式を
満足する範囲であって、残部が実質的にＦｅからなり、
かつ（１）式で示されるＡ値が１０以下、（２）式で示
されるＢ値が２０以上であるマルテンサイト系ステンレ
ス鋼からなることを特徴とする磁気ネイル。 A=-40C+6Si-2Mn-4Ni+Cr+4Mo+2W-2Cu-30N+11V+10Ti+5Nb …………（１） (ただし、選択元素のうち無添加の元素はゼロとして計
算) B=Cr+3.3Mo+1.65W+Cu+30N …………（２） (ただし、選択元素のうち無添加の元素はゼロとして計
算) Ｎｉ／Ｃｕ＞０．２ …………（３）
【請求項３】焼入れ焼戻し後の硬さが４８ＨＲＣ以上
であることを特徴とする請求項１または２に記載の磁気
ネイル。
【請求項４】３０℃の脱気３．５％塩水中での孔食電
位Ｖc'100が１５０ｍＶ（ｖｓＳ.Ｃ.Ｅ）以上である
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の磁
気ネイル。