JP2005513273A - 析出硬化型オーステナイト鋼 - Google Patents
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Abstract
Description
JM=551−462×(C%+N%)−9.2×Si%−20×Mn%−13.7×Cr%−29×(Ni%+Cu%)−18.5×Mo%)
で表される安定区間が−55より大で−30より小でなくてはならない。この発明の合金は、累積対数加工率(ε=2*ln(S0/Sf))の最大値が4以下に限定されている。これは線引き加工の最大断面減少率に換算すると98%に相当する。US−A−6048416の合金は、析出硬化用元素としては銅のみを含有している。
C :0を超え0.07以下
Si:0.5〜3.0
N :0を超え0.1以下
Cr:15.0〜20.0
Ni:7.0〜12.0
Al:0.25〜1.5
Cu:0〜4.0
Mn:0を超え3.0以下
Mo:0を超え2.0以下
Ti:0を超え1.0以下
残部:Feおよび通常の不純物および添加物
を有する高強度析出硬化型オーステナイトステンレス鋼によって達成される。
式2: G=(8*F*NV *DM 3)/(ft*Dt 4)
応力緩和試験は、バネに一定荷重を負荷することにより行った。荷重の読み取りを最初の5分間は1分毎に行い、その後は読み取り回数を減らした。試験は全て24時間経過後に停止した。各溶製チャージについて、4水準の初期荷重について試験した。応力緩和を式3により算出し、結果を図1にまとめて示す。
ここで、R=応力緩和(リラクセーション)
F1=初期荷重
F2=任意の時刻での荷重
図1に示すように、アルミニウム含有量の非常に少ないチャージ番号150725は、アルミニウムを合金元素として意図的に添加した鋼に比べて顕著な応力緩和を示した。また、本発明の合金はいずれもAISI302よりも耐応力緩和特性が同等以上であった。
表4に、試験チャージ1〜7についての結果を示す。本発明の組成を備えた鋼は、Md30値−55〜−100での熱処理の効果が最も著しく、また、中間熱処理無しで単に冷間加工した際の極限引張り強さの増加が最も大きかった。
前述したように、本発明鋼の線材を巻いてバネを作製した。これらのバネは、バネ特性として耐応力緩和特性すなわち長期間に渡るバネ力の維持特性が良好であり、典型的なバネ用途に適しており、例えば施錠用途すなわち施錠器具の機械部品、スプレー容器やペン特にボールペンのバネ、ポンプのバネ、織機のバネ、車両、電子工業、コンピュータおよびファインメカニクスのバネがある。
純粋なトーションバネについては、トルクが定量的に求まる。トルクは下記式で表される。
ここで、
M=バネのトルク
I=曲げの慣性モーメント(b*t3/12)
B=バネ条鋼の幅
T=バネ条鋼の厚さ
L=バネの伸び長さ
n0=自由バネの巻き数
n=作用巻き数
バネ形状を一定としたときにトルクを増加させるには、いわゆる逆巻きを行う。いわゆる「弾性」巻きは、作用方向とは逆向きに巻くことで行われる。この状態で熱処理を施した後、バネハウジング内で逆巻きにされる。いわゆる「クロスカーブ」巻きは、条鋼をジグザグに形成し、その後熱処理を施す。その後、バネをバネハウジング内へ逆向きに巻き込む。このようにすることにより、単純に巻いただけのバネに比べて、n0の値を小さく、更には負の値にもできる。図6を参照。本発明の合金は、熱処理で強度が顕著に増加するので、高いトルクと良好な耐応力緩和特性とを必要とするトーションバネ用として非常に適している。
エキスパンダは一片の線材であり、波形成形したものを直列に接続して平坦のバネにする。このバネは、例えば、内燃機関のシリンダー内壁に負荷されるオイルスクレーパリングの圧力を調節するために用いる。自動車エンジン用の典型的なエキスパンダは2つのピストンリングの間に配置された波形線材である。このような波形リングの実例を図4に模式的に示す。
F: ピストン直径に対するエキスパンダ線材の長さによって決まる荷重力
T: 線材の厚さ
B: 線材の幅
E: 線材の弾性係数
s: サスペンション移動距離、エキスパンダの変形量
R: 個々のバネ要素の曲げ半径
(1) σmax=6FR/BT2
(2) s=42R3F/EBT3
(3) (1)と(2)を組み合わせて:
B=42R3T/EsT3=6FR/σmaxT2 ⇒ T=7R2σmax/Es
式(3)は、所望特性を得るのに必要な線材厚さがエキスパンダのデザインに依存することを示している。材料の許容引張り力が増加すると、曲げ半径は小さくて済み、これはサイズの小さいリングを製造できる点で重要である。環境上の規制が強まるのに伴ってエンジンの小型化に対する要請が高まっており、製造できるリングサイズを小さくすることの重要性が高まっている。
K: 材料用途による常数
E: 弾性係数
V: バネの実効体積(バネとして作用する材料の量)
σ: 負荷される引張応力
(4) A=VK(σ2/E)
式(4)は、弾性係数が決まれば、男性エネルギーは、体積、材料用途、最大負荷引張応力の関数となることを示している。一般に最大負荷引張応力が増加すると材料用途常数が増加し、その組み合わせにより所要材料体積が大きく影響される。したがって、一定レベルの弾性エネルギーを得るための体積増加による許容引張応力を減ずることができる。
この形態は、予備成形なしで力に対抗しなくてはならないので、耐応力緩和特性が最も求められる用途に特に適している。最適な具体例としては、ウィンドスクリーンワイパー用の線材があり、出発材料の打ち抜き加工性が良好で、最終製品の耐応力緩和特性が優れている必要がある。
本発明鋼で作製された線材は医療用途にも有用であり、例えば根管用ファイルなどのファイル類、神経摘出用鉗子など、外科用縫合針としても用いられる。本発明鋼の平坦な圧延線材は歯科用および外科用の器具を製造するのに適している。
Claims (11)
- 高強度オーステナイトステンレス鋼で作製された製品において、該鋼が析出硬化型であって且つ下記の組成(wt%):
C :0を超え0.07以下
Si:0.5〜3.0
N :0を超え0.1以下
Cr:15.0〜20.0
Ni:7.0〜12.0
Al:0.25〜1.5
Cu:0〜4.0
Mn:0を超え3.0以下
Mo:0を超え2.0以下
Ti:0を超え1.0以下
残部:Feおよび通常の不純物および添加物
を有し、
冷間加工特に引抜き加工により中間熱処理無しに99%以上の加工率で加工可能であり、300℃〜500℃での最終熱処理によって強度が14%以上増加することを特徴とする高強度析出硬化型オーステナイトステンレス鋼製品。 - 請求項1において、Ni含有量が8.0〜11.0wt%であることを特徴とする高強度析出硬化型オーステナイトステンレス鋼製品。
- 先行する請求項において、Ni含有量が9.0〜10.0wt%であることを特徴とする高強度析出硬化型オーステナイトステンレス鋼製品。
- 先行する請求項において、Cr含有量が16.0〜19.0wt%であることを特徴とする高強度析出硬化型オーステナイトステンレス鋼製品。
- 先行する請求項において、Al含有量が0.4〜1.0wt%であることを特徴とする高強度析出硬化型オーステナイトステンレス鋼製品。
- 先行する請求項において、Si含有量が0.5〜2.5wt%であることを特徴とする高強度析出硬化型オーステナイトステンレス鋼製品。
- 先行する請求項において、Si含有量が0.5〜1.5wt%であることを特徴とする高強度析出硬化型オーステナイトステンレス鋼製品。
- 請求項8から11において、初期荷重1400N、24時間での荷重低下が3.0%未満であることを特徴とする製品。
- 請求項8〜10において、鋼線、型鋼および/または条鋼であることを特徴とする製品。
- 先行する請求項のいずれか1項において、丸鋼線および条鋼のバネのようなバネ用に特に適していることを特徴とする製品。
- 先行する請求項のいずれか1項において、外科用および歯科用の器具のような医療用途に適していることを特徴とする製品。
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