JP2015036425A - ステンレス鋼を素材とする薄肉部材の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
同じステンレス系では、SUS420(マルテンサイト系ステンレス鋼)もあり、この材料は、熱処理(焼入れ・焼戻し)をすることで強度を上げることができるので薄肉軽量化は図れるが、ニッケル(Ni)が含まれておらず防錆性に欠けるので、熱処理後にニッケルめっきを施す必要があり、めっき工程が付加されることで結果的にこの材料の利用はコスト減には結びつかない。
請求項2の発明は、請求項1に記載した薄肉部材の製造方法において、SUS420J2にニオブを添加したマルテンサイト系ステンレス鋼を素材として使用することを特徴とする薄肉部材の製造方法である。
請求項4の発明は、請求項3に記載した薄肉メタルジョイント部材において、
連通孔部にナットをカシメて取り付けたことを特徴とする薄肉メタルジョイント部材である。
材料の種類は、「SUS410 13Cr系」をベースにC(炭素)を増加すると共にNb(ニオブ)を添加したものである。C(炭素)を増加したものとして、「SUS420J2」があり、本発明は、これにNb(ニオブ)を添加した、13Cr−Nb−0.25Cに分類されるものである。これに対応する材料として、日新製鋼株式会社から、「NSS WR−1」(高強度マルテンサイト系ステンレス鋼)として市販されている。
「NSS WR−1」と、「SUS420J2」と、SUS304 18Cr−Ni系の「SUS301H」とを化学成分で比較したデータは、以下の通りであり、ニオブの含有量に有意的な差がある。
この素材から、各種部材に造形した後に、熱処理を施す。
熱処理は、焼入れ・焼戻しであり、焼入れの際には、焼入れ温度まで昇温させた後に、水素ガスまたは水素系混合ガスを冷却ガスとして使用することが特徴となっている。ここで、水素系混合ガスとは、水素ガスと不活性ガス、例えば、アルゴンガスとの混合ガスであり、水素ガスが80%以上、例えば85%を含むものが想定されている。冷却ガスを使用すると、油焼入れより冷却速度が遅くなり、クロム炭化物が析出し易くなるが、ニオブが添加されているので防錆性は十分に確保される。しかも、ガス冷却効果により、表面に処理ムラが出難く、さらに、水素効果により表面の酸化物が還元されるので、ショットブラスト等の最終仕上げ処理を不要とし、薄肉部材用の処理に適している。
上記した焼入れは、作業環境の点からSUS製ベルト式の無酸素ガス炉を用いて所定のガス雰囲気中に被処理物をもってくるのが好ましい。焼入れ温度は、1050℃前後で、加熱保持時間は15分程度が好ましい。
焼戻しは恒温炉を用いて加熱し、外部自然冷却するのが好ましい。焼戻し温度は、200℃前後で、加熱保持時間は30分程度が好ましい。
素材として、表1の鋼種の板材(板厚0.4mm)を選択し、それらの機械的性質を確認した。
「NSS WR−1」と「SUS420J2」は、素材の焼鈍材と、熱処理した後の処理材をそれぞれ確認した。なお、焼入れは、SUS製ベルト式の無酸素ガス炉を用いて100%水素ガスを冷却ガスとし、焼入れ温度を1050℃、加熱保持時間を15分とした。また、焼戻しは、恒温炉を用いて、焼戻し温度を200℃、加熱保持時間を30分とし、外部自然冷却を利用した。
「SUS301H」は、熱処理はせず、素材の圧延材だけ確認した。
次に、板厚を、「SUS301H」は2.6mmとし、「NSS WR−1」と「SUS420J2」は1.3mmとして、上記の形状に対応したナット側ジョイント部材を製造した。
「NSS WR−1」は、表2の結果で確認されたように、素材のままでは非常に軟らかく、バーリングはできなかったので、図2に示すように連通孔を設けるものと、図3に示すように段付きナットを一体に取り付けるものと、さらに、「SUS304」製の溶接ナット(図示省略)を一体に取り付けたものをそれぞれ製造した。また、錆試験では、「SUS301H」と同様、十分な耐性が確認されたので、ニッケルめっきは不要とした。
「SUS420J2」も、表2の結果で確認されたように、素材のままでは軟らかかったが、バーリングはどうにかできたので、約3.5mm絞って、M6×3.5山のネジを形成し、ナット付きとした。一方、特に酢酸入りの錆試験で弱いことが確認されたので、ニッケルめっきを施した。
そして、一対として2本のパイプを係合保持し、M6キャップスクリューボルトで締付けたところ、いずれも、100kgf・cmの締付トルクで当たり部が当たってそれ以上の締付けは阻止された。また、ナットも破損しなかった。
また、2本のパイプを連結させた後、パイプを捩るトルク試験にかけたところ、16kgf・mまで引き上げることができた。
また、「SUS301H」を素材として製造したものは酸化膜を除去するために、最終仕上げとしてショットブラスト処理が必要とされていたことから、その処理を不要とした点でも、有利である。
次に、板厚を、「SUS304」は3.0mm、「NSS WR−1」は1.6mmとして、ジョイント部材の製造と同様にして、上記形状のサイドベース本体17を製造した。このサイドベース17は、「NSS WR−1」を素材とした方は、熱変形はなく、表面も綺麗であった。
このサイドベース17の他に、車輪取付ベースも製造し、他の部材は現行のSUS304を素材して、物流台車15を組み立てたところ、部材全てをSUS304で製造した場合と比べて、全体の重量は半分に減った。
また、ステンレスの特殊鋼でありながら、現在使用しているステンレス鋼よりも材料コストが安く、焼入れ・焼戻しと言った熱処理が加わっても、販売価格は現行品よりも抑えられる。
3‥‥ボルト側薄肉ジョイント部材 5‥‥連通孔
7‥‥ナット側薄肉ジョイント部材 9‥‥連通孔
11‥‥ブッシュナット 13‥‥段付きナット
15‥‥物流台車 17‥‥サイドベース
B‥‥ボルト
Claims (5)
- ニオブ含有マルテンサイト系ステンレス鋼を素材として肉厚が2.0mm以下の薄肉部材を造り、水素ガスまたは水素系混合ガスを冷却ガスとして焼入れした後に焼戻しをすることを特徴とする薄肉部材の製造方法。
- 請求項1に記載した薄肉部材の製造方法において、
SUS420J2にニオブを添加したマルテンサイト系ステンレス鋼を素材として使用することを特徴とする薄肉部材の製造方法。 - 請求項1または2に記載した薄肉部材の製造方法を利用して製造した薄肉メタルジョイント部材。
- 請求項3に記載した薄肉メタルジョイント部材において、
連通孔にナットをカシメて取り付けたことを特徴とする薄肉メタルジョイント部材。 - 請求項1または2に記載した薄肉部材の製造方法を利用して製造した物流台車部材。
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