JP2008063596A - トリミング性および冷間鍛造性に優れる安価な低磁性・中強度ステンレス鋼ボルト用線材、鋼線、およびボルト - Google Patents
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Abstract
【課題】トリミング性および冷間鍛造性に優れる安価な低磁性・中強度ステンレス鋼ボルト用線材、鋼線、およびボルトを提供することを課題とする。
【解決手段】質量％で、C；０．１％以下、Ｓｉ；１．０％以下、Ｍｎ；１．０〜２．０％、Ｐ；０．０３〜０．０４５％、Ｓ；０．００３〜０．０１％、Ｎｉ；８．０〜９．０％、Ｃｕ；０．１〜１．０％、Ｃｒ；１８．０〜１９．０％、Ｎ；０．１％以下を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなり、Ｍｄ３０；−４０〜０℃、引張強さが５００〜６００Ｎ／ｍｍ２であることを特徴とするトリミング性および冷間鍛造性に優れる安価な低磁性・中強度ステンレス鋼ボルト用線材鋼線、およびボルト。
【選択図】 なし
【解決手段】質量％で、C；０．１％以下、Ｓｉ；１．０％以下、Ｍｎ；１．０〜２．０％、Ｐ；０．０３〜０．０４５％、Ｓ；０．００３〜０．０１％、Ｎｉ；８．０〜９．０％、Ｃｕ；０．１〜１．０％、Ｃｒ；１８．０〜１９．０％、Ｎ；０．１％以下を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなり、Ｍｄ３０；−４０〜０℃、引張強さが５００〜６００Ｎ／ｍｍ２であることを特徴とするトリミング性および冷間鍛造性に優れる安価な低磁性・中強度ステンレス鋼ボルト用線材鋼線、およびボルト。
【選択図】 なし
Description
本発明はトリミング性および冷間鍛造性に優れる安価な低磁性・中強度ステンレス鋼ボルト用線材、鋼線、およびボルトに関する。
ボルト用線材には、１）安価であること、２）品質(a:低磁性、b:トリミング性、c:冷間鍛造性)が求められる。
ここに、低磁性が要求されるのは、ボルトの材料が鉄などの磁性を有する材料と誤認識されることを防止するためである。
また、トリミング性が要求されるのは、ボルト頭部を例えば六角形に切削する必要があるからである。
また、冷間鍛造性が要求されるのは、加工時の割れを防止するためである。
従来から、圧造性と切削性を兼ね備えたステンレス鋼が提案されている。
例えば、下記特許文献１には、Cu,Pbを添加することにより、熱間加工性と耐食性を損なわずに優れた被削性と冷間圧造等の冷間加工性を兼ね備えたオーステナイト系ステンレス鋼が提案されている。
しかし、特許文献１に記載された鋼は、Ni量が高く、原料コストが高くつくうえ、表面疵の発生が懸念されるという問題点があった。
また、下記特許文献２には、P,S,Cuを添加することにより冷間圧造性および被削性に優れたステンレス鋼線材が提案されている。
しかし、特許文献２に記載された鋼は、CuがSUS304の規格から外れているうえ、表面疵の発生が懸念されるという問題点があった。
即ち、従来材料では、SUS３０４の規格内にて安価にトリミング性と冷間鍛造性を兼ね備えさせることは困難であり、また、従来材料はPbなどの快削元素を多く使用しており、表面疵の問題からも安価に製造することが困難であった。
特開平９−２９１３４１号公報
特開昭６１−６７７６０号公報
そこで本発明は、前述のような従来技術の問題点を解決し、トリミング性および冷間鍛造性に優れる安価な低磁性・中強度ステンレス鋼ボルト用線材、鋼線、およびボルトを提供することを課題とする。
本発明は、前述の課題を解決するため成分範囲および要求特性について鋭意検討の結果なされたものであり、その要旨とするところは特許請求の範囲に記載した通りの下記内容である。
(1)質量％で、
C；０．１％以下、
Ｓｉ；１．０％以下、
Ｍｎ；１．０〜２．０％、
Ｐ；０．０３〜０．０４５％、
Ｓ；０．００３〜０．０１％、
Ｎｉ；８．０〜９．０％、
Ｃｕ；０．１〜１．０％、
Ｃｒ；１８．０〜１９．０％、
Ｎ；０．１％以下を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなり、Ｍｄ３０；−４０〜０℃、引張強さが５００〜６００Ｎ／ｍｍ２であることを特徴とするトリミング性および冷間鍛造性に優れる安価な低磁性・中強度ステンレス鋼ボルト用線材。
（２）さらに、質量％で、
B；０．００１〜０．０１％を含有することを特徴とする（１）に記載のトリミング性および冷間鍛造性に優れる安価な低磁性・中強度ステンレス鋼ボルト用線材。
（３）（１）または（２）に記載の化学組成、および、Ｍｄ３０を有し、引張強さが７００N/ｍｍ２以上であることを特徴とするトリミング性および冷間鍛造性に優れる安価な低磁性・中強度ステンレス鋼ボルト用鋼線。
（４）（１）または（２）に記載の化学組成、Ｍｄ３０を有し、ボルトの軸部の引張強さが７００Ｎ／ｍｍ２以上、頭部の磁性がμ≦２．５以下であることを特徴とする安価な低磁性・中強度ステンレス鋼ボルト。
(1)質量％で、
C；０．１％以下、
Ｓｉ；１．０％以下、
Ｍｎ；１．０〜２．０％、
Ｐ；０．０３〜０．０４５％、
Ｓ；０．００３〜０．０１％、
Ｎｉ；８．０〜９．０％、
Ｃｕ；０．１〜１．０％、
Ｃｒ；１８．０〜１９．０％、
Ｎ；０．１％以下を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなり、Ｍｄ３０；−４０〜０℃、引張強さが５００〜６００Ｎ／ｍｍ２であることを特徴とするトリミング性および冷間鍛造性に優れる安価な低磁性・中強度ステンレス鋼ボルト用線材。
（２）さらに、質量％で、
B；０．００１〜０．０１％を含有することを特徴とする（１）に記載のトリミング性および冷間鍛造性に優れる安価な低磁性・中強度ステンレス鋼ボルト用線材。
（３）（１）または（２）に記載の化学組成、および、Ｍｄ３０を有し、引張強さが７００N/ｍｍ２以上であることを特徴とするトリミング性および冷間鍛造性に優れる安価な低磁性・中強度ステンレス鋼ボルト用鋼線。
（４）（１）または（２）に記載の化学組成、Ｍｄ３０を有し、ボルトの軸部の引張強さが７００Ｎ／ｍｍ２以上、頭部の磁性がμ≦２．５以下であることを特徴とする安価な低磁性・中強度ステンレス鋼ボルト。
本発明によれば、成分範囲および要求特性について鋭意検討の結果、トリミング性および冷間鍛造性に優れる安価な低磁性・中強度ステンレス鋼ボルト用線材、鋼線、およびボルトを提供することができるなど、産業上有用な著しい効果を奏する。
以下に本発明を実施するための最良の実施形態について詳細に説明する。
まず、本発明の技術思想について以下に説明する。
安価にするために高価な原料成分削減するため、低Ni化を行う。
また、低磁性にする指標として、ボルト頭部の比透磁率μ ≦２．５とし、これに合致する条件としてＭd30：-40〜0℃を見出した。
ここに、Ｍd30とは、オーステナイト安定度の指標であり、ステンレス鋼便覧に記載されているように下記の（式１）により求められる。
Ｍd30＝413-462（C+N）-9.2Si−8.1Mn
-13.7Cr-9.5Ni-18.5Mo ・・・（式１）
ここに、C,N,Mn,Cr,Ni,Moは各成分の質量％を示す。
-13.7Cr-9.5Ni-18.5Mo ・・・（式１）
ここに、C,N,Mn,Cr,Ni,Moは各成分の質量％を示す。
また、トリミング性を向上させるため、S； 0.003〜0.01%、P； 0.03〜0.045%とすることを見出した。
また、冷間鍛造性は、上記Md30の範囲で中強度、低加工硬化を実現する。
本発明は上記の条件を組合わせることによって、トリミング性および冷間鍛造性に優れる安価な低磁性・中強度ステンレス鋼ボルト用線材の製造を可能とし、SUS304の成分規格内でコストパフォーマンスを上げることができる。
即ち、本発明は、質量％で、C；０．１％以下、Ｓｉ；１．０％以下、Ｍｎ；１．０〜２．０％、Ｐ；０．０３〜０．０４５％、Ｓ；０．００３〜０．０１％、Ｎｉ；８．０〜９．０％、Ｃｕ；０．１〜１．０％、Ｃｒ；１８．０〜１９％、Ｎ；０．１％以下を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなり、Ｍｄ３０；−４０〜０℃、引張強さが５００〜６００Ｎ／ｍｍ２であることを特徴とする。
本発明の条件について以下に説明する。
Ｃ：ＣはＮｉ，Ｍｎとともにオーステナイト安定化元素であるが、他に固溶して強度を上げるともに耐食性を劣化させる。特に強度を必要とする場合以外は少ない方が良く、本発明においても０．１％を超えると冷間鍛造性を劣化させるため、上限を0.1％とする。本発明においては、Ｃの下限値は問わないが、Ｃを低減するために製造コストが高くなるので0.01％以上が好ましい。
Ｓｉ：Ｓｉは製鋼時の脱酸材として有効な元素であるが、１．０％を超えると硬くなり冷間鍛造性を劣化させるため、上限を１．０％とした。本発明においてはSiの下限は問わないが、0.1％以上が好ましい範囲である。
Ｍｎ：Ｍｎは脱酸元素としても、オーステナイト化元素としても非常に有効な元素であるため1.0％以上添加するが、2.0％を超えて添加すると冷間鍛造性を悪くし、また耐食性も劣化させるので上限を2.0％にした。
Ｐ：Ｐは切削性を向上させるために有効であり、トリミング性を確保するために0.03％以上添加するが、耐食性及び熱間加工性の観点から有害な元素であり、特に鋳造直後の延性を劣化させるためスラブ表層の割れ防止の観点から0.045％以下とした。
Ｓ：Ｓは被削性を向上させる元素であり0.003％以上添加するが、0.01％を超えて添加すると冷間鍛造性や耐食性を劣化するので上限を0.01％とした。
Ｎｉ：Ｎｉはオーステナイト系ステンレス鋼における主要元素であって、オーステナイト相を安定化し、耐食性を与えるため8.0〜9.0％添加する。
Ｃｕ：Ｃｕはオーステナイト系ステンレス鋼において加工硬化性を軽減する効果があり、またオーステナイト安定化元素で冷間加工に伴うマルテンサイトが生成しにくくなり変形抵抗の上昇を抑え、冷間鍛造用として有用な元素であるため0.１％以上1.0％以下添加する。
Ｃｒ：ＣｒもＮｉとともにオーステナイト系ステンレス鋼における基本元素である。１8．0％以下では耐食性が悪くなり、19.0％を超えると硬くなり冷間鍛造性を劣化させるため18.0〜19.0％とした。
Ｎ：Ｎは0.1％を超えると、C同様に冷間鍛造性が劣化するため0.1％以下とする。
本発明においてはＮの下限は規定しないが、0.01％未満にすることは溶製コストを増加させるため0.01％以上が好ましい範囲である。
さらに、質量％で、B；０．００１〜０．０１％を含有することが好ましい。Ｂはオーステナイト系高合金において、熱間加工性を改善するために添加される。０．００１％以下では効果が乏しく、０．０１％以上では粒界にＢの化合物が析出して熱間加工性に有害になるため０．００１〜０．０１％とした。
本発明においては、上記以外の化学成分については問わないが、以下の成分を添加してもよい。
Ｍｏ：Ｍｏは耐食性を確保するための重要な添加元素であり、０．０１％以上の添加で効果がみられる。また８％を超えても耐食性は飽和し、さらに金属間化合物の析出を促進させるため熱間加工性を劣化させ、表面疵を防止できなくなるので上限を８％とした。
Ｎｂ：ＮｂはＣを固定し、耐食性を向上させる効果があるために、必要に応じて０．０１％以上１．５％以下で添加することができる。１．５％を超えて添加してもその改善効果は飽和し、また熱間加工性を劣化させ熱間加工性不良による疵を発生させるので０．０１〜１．５％で選択添加する。
Ｔｉ：ＴｉはＮｂと同様にＣを固定し、耐食性を向上させる。またＣａと共存してＯを固定し、Ｓｉ、Ｍｎの酸化物の生成を抑制する効果があるために、０．０１％以上で添加することができる。また１．０％を超えて添加するとＴｉの酸化物による表面疵が多発するので、その範囲を０．０１〜１．０％とした。
Ａｌ：Ａｌは強力な脱酸剤として、脱酸を強化する場合に添加する。しかし０．１％を超えて添加してもその効果は飽和し、さらにＡｌの酸化物による表面疵が発生しやすくなるため、その添加量を０．１％以下とした。
Ｃａ：Ｃａは強力な脱酸、脱硫剤であり熱間加工性を改善するのに有効な元素であり、必要に応じて０．００１〜０．００５％の範囲で選択添加される。０．００１％未満ではその効果は顕著でなく、０．００５％を超えて添加しても効果は飽和する。
Ｏ：Ｏは熱間加工性に著しく有害な元素であり、その含有量は極力低減することが望ましいので、その含有量を０．００８％以下とした。
ＲＥＭ：ＲＥＭは強力な脱酸、脱硫剤であり、また熱間加工性を改善するのに有効な元素であるので、必要に応じて０．０５〜０．５％の範囲で選択添加される。０．０５％未満ではその効果は顕著でなく、０．５％を超えて添加しても熱間加工性改善効果は飽和する。
なお、上記成分以外の残部は鉄および不可避的不純物からなる。
本発明におけるＭｄ３０；−４０〜０℃とする。
本発明等は本発明が課題とする低磁性にする指標として、ボルト頭部の比透磁率μ ≦２．５ とし、これに合致する条件としてＭd30：-40〜0℃ を見出した。
ここに、Ｍd30とは、オーステナイト安定度の指標であり、ステンレス鋼便覧に記載されているように下記の（式１）により求められる。
Ｍd30＝413-462（C+N）-9.2Si−8.1Mn
-13.7Cr-9.5Ni-18.5Mo・・・（式１）
ここに、C,N,Mn,Cr,Ni,Moは各成分の質量％を示す。
-13.7Cr-9.5Ni-18.5Mo・・・（式１）
ここに、C,N,Mn,Cr,Ni,Moは各成分の質量％を示す。
また、本発明の線材の強度特性は、上記Md30範囲で中強度、低加工硬化であることが好ましく、線材の引張強さは５００〜６００Ｎ／ｍｍ２、これを伸線した鋼線の引張強さは７００Ｎ／ｍｍ２以上が好ましい。
本発明の実施例発明の実施例について説明する。
表１に実施例の鋼の化学組成を示す。SUS304の規格内にて実施した。
そして、湿式油を使用して60本／分の速度にて六角頭形状（平頭形状＋トリミング加工）に冷間鍛造を行った。
冷間鍛造時の圧造割れ性は、鋼線を切断し、1ダイス目に予備据え込み鍛造し、2ダイス目にて総据え込み率85％の平頭形状に冷間鍛造を行い、斜め45°方向の剪断割れが発生するか杏かで判断した．
冷間鍛造時のトリミング加工性は、上記の平頭形状に冷間鍛造を行った後に、超硬パンチにより打ち六角頭形状に抜き加工を行い、パンチ寿命で評価し、1万本以上であれば評価を○、1万本未満の場合は評価を×とした。
冷間鍛造時のトリミング加工性は、上記の平頭形状に冷間鍛造を行った後に、超硬パンチにより打ち六角頭形状に抜き加工を行い、パンチ寿命で評価し、1万本以上であれば評価を○、1万本未満の場合は評価を×とした。
磁性は、フェライトメータを使用して前記で試作した六角頭形状の側面の比透磁率μを測定した。比透磁率が2．5以下であれば評価を○、2．5超であれば評価を×とした。
引張試験は、線材，鋼線およびボルト圧造片で実施した．JIS Z 2201に従い、JIS14A片の引張試験片を切り出し、JIS Z 2241に従って引張強さを測定し、ボルト部品の軸部の引張強さが700N／mm2以上の場合は評価を○、700N／mm2未満の場合は評価を×とした。
素材のコストは、従来使用されてきた18．3％Cr−9．1％Ni鋼のコストに対して、相対的に安くなる場合は評価を○、高くなる場合は×として評価した．
評価結果を表2に示す．
評価結果を表2に示す．
一方、比較鋼G,Hは、Niの含有量が9.0％を超えるため素材コストが×だった。
比較鋼Iは、Mnが1.0未満でありMd３０が０を超え、磁性が比透磁率2.5を超えているため×だった。
比較鋼Jは、Sが0.003％未満のためトリミング加工性が×だった。
比較鋼Kは、Siが1.0％を超えているため冷間鍛造性が×だった。
比較鋼Lは、Cが0.1％を超えるため冷間鍛造性が×だった。
比較鋼Mは、Nが0.1％を超えるため冷間鍛造性およびトリミング加工性が×だった。
比較鋼Nは、Pが0.03％未満のためトリミング加工性が×だった。
比較鋼Oは、Crが19.0％を超えるため線材の引張強さが600N/mm2を超え、トリミング加工性が×だった。
比較鋼Pは、Pbを添加しているため冷間鍛造性が×だった。
比較鋼Qは、Bを添加しているため冷間鍛造性は○であるがBの過剰添加によるボライド析出のためトリミング加工性が×だった。
Claims (4)
- 質量％で、
C；０．１％以下、
Ｓｉ；１．０％以下、
Ｍｎ；１．０〜２．０％、
Ｐ；０．０３〜０．０４５％、
Ｓ；０．００３〜０．０１％、
Ｎｉ；８．０〜９．０％、
Ｃｕ；０．１〜１．０％、
Ｃｒ；１８．０〜１９．０％、
Ｎ；０．１％以下を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなり、Ｍｄ３０；−４０〜０℃、引張強さが５００〜６００Ｎ／ｍｍ２であることを特徴とするトリミング性および冷間鍛造性に優れる安価な低磁性・中強度ステンレス鋼ボルト用線材。 - さらに、質量％で、
B；０．００１〜０．０１％を含有することを特徴とする請求項１に記載のトリミング性および冷間鍛造性に優れる安価な低磁性・中強度ステンレス鋼ボルト用線材。 - 請求項１または請求項２に記載の化学組成、および、Ｍｄ３０を有し、引張強さが７００N/ｍｍ２以上であることを特徴とするトリミング性および冷間鍛造性に優れる安価な低磁性・中強度ステンレス鋼ボルト用鋼線。
- 請求項１または請求項２に記載の化学組成、Ｍｄ３０を有し、ボルトの軸部の引張強さが７００Ｎ／ｍｍ２以上、頭部の磁性がμ≦２．５以下であることを特徴とする安価な低磁性・中強度ステンレス鋼ボルト。
Priority Applications (1)
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