JP2788928B2

JP2788928B2 - 快削性・非磁性オーステナイト系ステンレス鋼合金及び同合金を取り入れた磁気偏向装置

Info

Publication number: JP2788928B2
Application number: JP2515047A
Authority: JP
Inventors: エヌ．マニアールグンバント
Original assignee: SHII AARU ESU HOORUDEINGUSU Inc
Current assignee: SHII AARU ESU HOORUDEINGUSU Inc
Priority date: 1989-11-03
Filing date: 1990-10-18
Publication date: 1998-08-20
Anticipated expiration: 2013-08-20
Also published as: CA2060184C; DE69010509T2; JPH05500833A; DE69010509D1; US5087414A; EP0500591A1; WO1991006685A1; EP0500591B1; CA2060184A1

Description

【発明の詳細な説明】発明の背景本発明は、快削性・非磁性オーステナイト系ステンレ
ス鋼合金及びこの合金より作られた加速度計のような磁
気偏向装置（magnetically biased device）に関するも
のである。より詳述すれば、本発明により提供される合
金は、改善された切削性と、フェライトからの改善され
たフリーダム（freedom）と、磁気偏向装置の磁性部品
と一定の温度範囲に亘って協働するのに要求される熱膨
張率（COE）と一貫してマッチした熱膨張率とを、有し
ている。

本発明は、例えば、1982年５月11日にディー．エス．
ブリード（D.S.Breed）に対して付与された米国特許第
4,329,549号で開示されているような磁気偏向加速度計
の製造，操作において今までに遭遇した困難性が、その
装置の非磁性部品の製造に用いられている合金の決して
好ましいとは言えない特性に主として起因しているとい
う発見に基づいて、完成されたものである。磁気偏向加
速度計が適正に機能するためには、この部品が、所望の
運転温度範囲に亘って公差に近付くよう磁性部品と所望
の関係を維持するものでなければならない。然しなが
ら、非磁性部品の製造に用いられている合金は、決して
所望の切削性を有するものではないため、寸法上の公差
に過剰なバラ付きが生じ且つ要求されるCOEに小さいが
過剰なバラ付きが生じ、またフェライトが許容量以上に
存在するため、所望以上の透磁性を呈することとなる。
そのようなバラ付きがあるため、完成された装置が許容
できない割合で廃棄されているという結果に至ってい
る。そのような装置中において磁性部品と協働する非磁
性オーステナイト系ステンレス鋼部品が、重量％にして
次のような成分を有するAISI Type 309Sにて構成され
ていても、これらの頭の痛い問題に遭遇した。

w/o 炭素最大 .08 マンガン最大 2.00 ケイ素最大 1.00 リン最大 0.045 イオウ最大 0.030 クロム 22〜24 ニッケル 12〜15 鉄残部発明の概要従って、本発明は、良好な切削性と、実質的なフェラ
イトフリー構造（ferrite−free structure）と、所望
の運転温度範囲に亘って所定値と一貫してマッチするCO
Eとが組み合わさった特異な特性を有する非磁性オース
テナイト系耐食ステンレス鋼合金を提供することを、主
目的とする。

本発明の更に特有な目的は、良好な切削性と、約−51
〜121℃の温度範囲内で＋／−５％以下で変化し１℃で
約14.5×10^-6〜16.5×10^-6の熱膨張率と、実質上フェラ
イトフリー構造であることの帰結として呈する非磁性特
性とを有するような非磁性オーステナイト系ステンレス
鋼合金を提供することにある。

本発明の更に目的とするところは、磁気偏向部品と協
働するような非磁性オーステナイト系耐食ステンレス鋼
合金にて作られた部品を有する磁気偏向装置を提供する
ことにある。

本発明の上述の目的及び利点は、フェライトフリー構
造を有するようバランス付けした場合に、表Ｉの広範な
範囲において示されている非磁性オーステナイト系合金
を提供することによって広く達成され、表Ｉの好適な範
囲において示されているような合金を提供することによ
って最良に達成される。

ここで及び本明細書の全体を通して使用した用語「フ
ェライトフリー」及び同義の表現は、フェライトが、よ
り詳細に後述するデロング線図（DeLong diagram）を用
いて算定される合金の約２体積％（v/o）以下を構成し
ていることを意味する。この合金は、好ましくは、デロ
ング線図に従って0v/oのフェライトを含むようバランス
付ける。この合金の残部は、通常の不純物，精錬及び促
進過程で用いられる付随的な量の元素，所望の特性を低
下させない添加物の他は、実質上鉄で、好ましくは少な
くとも約58w/oの鉄である。例えば、夫々約0.75w/oまで
のコバルトと銅及び0.01w/o未満のアルミニュームがこ
の合金においては許容できる。

上記表は、便宜上要約したものとして提供したのであ
って、互いに組み合せてのみ適用される本発明に依る合
金の各成分の範囲の上限及び下限を制限するもの又は互
いに組み合わせてのみ適用される成分の広範な範囲及び
好適な範囲を制限するものと、解してはならず、従っ
て、ある種の元素については広範な範囲及び好適な範囲
のうちの一又はそれ以上を採用しながら、残りの元素に
ついては他の範囲の一又はそれ以上を採用することがで
きる。加えて、ある種の元素については、他方の範囲の
最小値又は最大値を採用しながら、その元素の広範な範
囲又は好適な範囲の最小値又は最大値を採用することが
できる。この明細書を通して、特に指摘しない限り、％
で示したすべての成分は重量％（w/o）で示されている
ものとする。本発明の更なる目的及び利点は、後述の詳
細な説明及び添付図面により明らかになるであろう。

第１図は、磁気偏向加速度計の断面図である。

発明の詳細な説明本発明の非磁性オーステナイト系ステンレス鋼合金に
おいては、炭素の量をコントロールして付加した場合に
は、炭素は強力なオーステナイト生成物質となる。実質
的な非フリーフェライト（no free ferrite）又はδフ
ェライトとのオーステナイトバランス（austenitic bal
ance）を確保するのに役立たせるために少なくとも約0.
04w/o、好ましくは約0.05w/oの炭素が、この合金中に存
在する。クロムカーバイド（chromium carbide）を生成
させることとなるので、過剰な炭素は、耐食性を低下さ
せるという好ましくない結果をもたらす。従って、炭素
は、約0.10w/o以下、好ましくは約0.07w/o以下に制限す
る。炭素と残りの成分は、合金の所望のフェライトフリ
ー構造を確保するべく注意深くバランス付ける。

窒素も同様に強力なオーステナイト生成物質であり、
従って、これが合金の実質的なフェライトフリー構造に
資することによってこの合金に利点を与えることとな
る。従って、この合金には少なくとも約0.03w/oの窒素
が存在する。然しながら、窒素はクロム窒化物（chromi
um nitride）を生成させる傾向があるので、窒素は熱間
加工性に悪影響を及ぼし、耐食性を低下させるという点
において、窒素が多過ぎることは、この合金にとって有
害である。従って、窒素は、約0.07w/o以下、好適には
約0.06w/o以下、より好ましくは約0.05w/o以下にとどめ
る。

マンガンが存在する場合には、同様にフェライトから
のフリーダムを促進させ且つイオウと化合して切削性を
向上させることとなり、そのため約2.00w/oまでのマン
ガンが存在し得る。好ましくは、約1.50w/o〜2.00w/oの
マンガンが、この合金には存在する。

マンガンが存在する場合には、イオウとマンガンが本
合金の切削性に寄与することとなる。このため、少なく
とも約0.015w/o、好ましくは少なくとも約0.020w/oのイ
オウが存在する。然しながら、イオウが多過ぎると、合
金の熱間加工性を低下させることとなる。従って、約0.
10w/o以下、好ましくは約0.030w/o以下のイオウが、こ
の合金には用いられる。

クロムは、合金の耐食性に寄与するものであり、この
ために、少なくとも約19.00w/o、好ましくは少なくとも
約22.00w/oのクロムが存在する。過剰なクロムを加える
と、好ましくない量のフリーフェライトを存在させるこ
ととなる。従って、約24.00w/o以下、好ましくは約22.5
0w/o以下のクロムが、この合金には存在する。

ニッケルは、炭素や窒素ほど強力ではないが、有力な
オーステナイト生成物質であり、望ましくないフェライ
トの生成に対して合金を安定させるよう作用する。その
ため、約14.50〜約18.00w/o以下、好ましくは約14.50〜
約15.00w/oのニッケルが存在する。

ケイ素は、有力なフェライト生成物質であるが、最大
0.40w/o、好ましくは約0.40w/o以下で存在する場合に許
容することができる。

リンは、合金の熱間加工特性に悪影響を及ぼすので、
最大0.030w/o、好ましくは約0.030w/o以下のリンが、こ
の合金には存在する。

モリブデンも同様にフェライト生成物質であるので、
約0.75w/o未満、好ましくは約0.50w/o未満に抑える。

アルミニュームは、切削性に関して有害な結果をもた
らすので、約0.01w/o以下に制限する。

この合金を製造する場合に、オーステナイト生成元素
は、ダブリュー．ティー．デロング（W.T.DeLong）の
「ステンレス鋼溶接金属のための修正された平衡状態図
（phase diagram）」99−100Bにおける金属推移（1960
年２月）で延べられているデロング線図を用いて算定さ
れる約2v/o以下、好ましくは約0v/oのフェライトの非フ
リーフェライトをこの合金が実質上含むよう、フェライ
ト生成元素に対して注意深くバランス付けされる。フェ
ライト生成元素を最大量にして最少量のオーステナイト
生成元素を使用するのは避けるのが、通常の如く望まし
い。

本合金は、通常の公知な手法によって簡単に製造され
る。好結果を得るために、電気アーク溶融法の後に続い
て、更に合金を精錬するためのエイオーディ（AOD）が
実行される。この合金は、ビレット，バー．ロッド．ワ
イヤー，プレート，ストリップ，チューブを含む種々の
形態に製造することができる。本合金は、熱い石油製
品，亜硫酸塩溶液，種々の無機酸及び有機酸，高イオウ
酸化燃料ガス（例えば、So₂）に対する耐食性が要求さ
れる機械切削可能な部品を製造するのに用いることがで
きる。その上に、本合金は、更に後述する如く、磁気主
要部（magnetic mass）又は可動部品と協働する、磁気
偏向加速度計における非磁性チューブ又はスリーブを製
造するのに特に好ましい。このような加速度計には、乗
員受動型拘束装置用の電気機械クラッシュセンサー（cr
ash sensor）が含まれている。切削性を向上させたの
で、本合金は、連続的な使用中に約1030℃までで耐酸化
性が要求される炉部品，火室，高温コンテナの如き物品
の製造に同様に適している。

約1200〜1260℃、好ましくは約1230℃の均熱温度（so
ak temperature）から鍛造を行ってビレットを形成す
る。冷却した後に、ビレットの表面を検査し、もしスケ
ールや表面に欠陥があるならば、それらを除去して熱間
加工に備える。このビレットを約1200〜1260℃、好まし
くは約1230℃の温度から熱間加工し、冷却し、そして約
1045〜1080℃、好ましくは約1065℃の温度で溶液で焼き
なましした後続いて水で焼き入れする。

本発明の商業上重要な形態であるバーストック（bar
stock）は、ビレットを約1200〜1260℃、好ましくは約1
230℃の温度から熱間圧延し、冷却して、約1045〜1080
℃、好ましくは約1065℃の温度で約30分間溶液で焼きな
ましをし、そして水で焼き入れすることによって製造さ
れる。そして、このバーストックを研磨して最終的な大
きさにすることができる。本合金により成るバーストッ
クの特に重要な用途は、磁気主要部又は可動部品と協働
する、磁気偏向加速度計の非磁性チューブ又はスリーブ
を製造するのに用いられることである。所望の外径を有
するバーを所望のチューブ長さに切断し、そしてバーの
内部を機械加工して所望の内径を正確に有するチューブ
を形成する。

ビレットを、同様に約1200〜1260℃、好ましくは約12
30℃から熱間圧延して特大のコイルを形成し、次にこの
コイルを冷却し、約1045〜1080℃、好ましくは約1065℃
の温度で約30分間溶液で焼きなましして、水で焼き入れ
してもよい。次に、このコイル製品をまっすぐにし、切
断してバーを形成し最終的な大きさに研磨する。

実施例本合金の例として、夫々約33,500 1b（約15,225kg）
の重さのヒート（heat）１〜３を電気アーク溶融させ
て、エーオーディー（AOD）で更に精錬し、次に鋳造し
て0.06w/oの炭素と、0.04w/oの窒素と、1.75w/oのマン
ガンと、0.025w/oのイオウと、22.25w/oのクロムと、1
4.75w/oのニッケルとの公称成分を有する直径約19イン
チ（約48cm）の八角形状インゴットを成形した。各ヒー
トの現実の成分は、表IIに要約して掲載した。

各ヒートに関して、残部（bal.）は、通常の少量の不
純物の他に、鉄とした。各ヒートのインゴットを約1230
℃から鍛造して７インチ×７インチ（約18cm×18cm）の
ビレットを形成した。冷却した後、スケールや表面に欠
陥のある場合には、それらをビレットから取り除いて熱
間圧延に備えた。そして、各ビレットを約1230℃から熱
間圧延して特大のコイルを形成し、約1065℃で約30分間
溶液で焼きなましし、その後続いて水で焼き入れした。
次に、このコイル製品をまっすぐにし、切断してバーを
形成し、最終的な大きさに研磨した。テスト資料は、そ
れより切断除去した。

各ヒートの常温引張試験を、ASTM E8に従って実行
し、それを表IIIに要約して掲載した。より詳述すれ
ば、表IIIには、各ヒートについて、伸び率（％E1.）
と、断面領域における収縮率（％R.A.）のみならず、0.
2％降伏強さ（0.2％Y.S.）と終局引張強さ（U.T.S.）も
示されており、これら0.2％降伏強さと終局引張強さの
両者とも平方インチ（ksi）につき数千ポンド及びメガ
パスカル（megaPascal）（MPa）で示されている。

約−51〜121℃の温度範囲内での各ヒートの熱膨張率
（COE）を、ASTM E228に従って決定し、表IIIに１セル
シウス温度につき（per ℃）記載した。

各ヒートにつき、体積（v/o）でのフェライト率を、
デロング線図を用いて算定し、表III中に掲載した。

本発明の合金は、一人又はそれ以上の乗員を恐怖に陥
れるような、乗り物の危険な加速度変化があった場合
に、一個又はそれ以上の保護装置を作動させるための磁
気偏向加速度計の非磁性部品を提供するのに有効に利用
される。第１図を参照すると、加速度計又は速度変化感
知装置10が本発明の重要な形態の実例として示され、こ
れは上述の第4,329,549号特許に開示及び記載されてい
るセンサーの簡単な代表例である。不必要な繰り返しを
避けるために、その特許を参照することによってそれを
茲に取り入れることとする。そういうわけで、装置10
は、本発明に依る合金にて作られた金属チューブ又はス
リーブ13を有している。チューブ13は、より長いシーム
レスチューブを所望長さに切断するか又はバーを所望長
さに切断するかによって形成することができ、いずれの
場合においてもチューブは所望の外径を有している。い
ずれにしても、チューブ13の内面は、AISI Type 431
のような磁性ステンレス鋼にて作られた好適な球状の、
緊密なスペースを持って移動可能な部品12ための通路を
設けるべく、公差に近付けるよう機械仕上げするのが好
ましい。チューブ13の一端は、好適なプラスチックのよ
うな非磁性材料17で閉塞されて磁性部品12の座部を構成
し、その非磁性材料の外表面に対してはマグネット14が
固定されている。チューブ13の他端はベース18で閉塞さ
れ、そのベースを一対の電気リード線が貫通延在し、こ
れらリード線にはコンタクト15,16が接続されている。
コンタクト15,16は、部品12がコンタクト15,16に衝突し
た時に、磁性部品12の導電面によってコンタクト15,16
間の間隔が閉じられるよう配置されている。

装置10の動作は次のようなものであり、マグネツト14
より離れてチューブ13の長手軸に沿って部品が伸びるほ
どの十分な加速度変化に装置10が晒された時にはいつで
も、部品12の磁気バイアス（magnetic bias）は決して
部品12を保留させるようなものではなく、部品12はコン
タクト15,16の方向へ動いて、部品12が反応している力
が大変長い時間に亘って十分なものであるならば、結局
コンタクトの間の間隔を閉じ、それによって一個又はそ
れ以上の安全装置の始動（deployment）をコントロール
する、図示されていない電気回路を閉じる。

磁性部品12とチューブ13との間のスペースは、狭くな
っていて、このスペースが部品12を取り囲んでいるチュ
ーブの一端又他端からの流体の流れを減速させるよう作
用するので、装置が所期の動作を発揮するか否かは、チ
ューブ13の内面の機械加工の正確さや、マグネット14か
ら離れてコンタクト15,16の方向への及びマグネット14
の方向への部品12の動きに対してチューブ13内の流体が
実質上同じ減速力を与えるようにするために磁気部品12
との所望の協働活動に必要な値にCOEが準ずるような近
似性とにより左右されることが理解できる。

本発明に依り合金の成分を注意深くコントロールする
ことによって、実質的なフェライトフリー構造と所定の
熱膨張率が維持されるようにコンシステンシー（consis
tency）を向上させたばかりでなく、Type 309Sと比較
して本合金の切削性をも向上させた。本発明に依って得
られる利点の全てに依って、廃棄しなければならない不
満足な装置の数を非常に減少させることができる。切削
性を向上させたことによって、チューブ13のような部品
をすこぶる正確に機械加工でき、切削工具の有効な寿命
を延長させるのに役立つ。

上記記載中で使用した用語及び表現は、本発明の説明
上の用語として用いたにすぎず、本発明の内容を限定す
るものではなく、そのような用語及び表現を用いたから
と言って、そのことに、図示及び記述した本発明の形態
と均等なもの又はその一部を排除する意図はないが、権
利が請求されている本発明の範囲内で種々の変更を加え
ることが可能であると認められる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭63−83250（ＪＰ，Ａ) 米国特許3563729（ＵＳ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％（w/o）にして、実質上、炭素 0.04〜0.10 窒素 0.03〜0.07 マンガン最大2.00 ケイ素最大0.40 リン最大0.030 イオウ 0.015〜0.10 クロム 19.00〜24.00 モリブデン最大0.75 ニッケル 14.50〜18.00 を含有し、残部が実質上鉄から成り、デロング線図によ
って決定される2v/o以下のフェライトを含み、−51〜12
1℃の温度範囲内で、１℃毎に14.5×10^-6〜16.5×10^-6
の熱膨張率を有し、その熱膨張率が前記温度範囲内で±
５％以上には変化しないことを特徴とする非磁性オース
テナイト系耐食性合金。
【請求項２】デロング線図によって決定される0v/oのフ
ェライトを有することを特徴とする請求の範囲第１項に
記載の合金。
【請求項３】１℃につき15.25×10^-6〜16.25×10^-6の範
囲の熱膨張率を有する請求の範囲第１項に記載の合金。
【請求項４】少なくとも0.05w/oの炭素と、0.06w/o以下
の窒素とを含有している請求の範囲第１項に記載の合
金。
【請求項５】0.07w/o以下の炭素を含有している請求の
範囲第４項に記載の合金。
【請求項６】少なくとも1.50w/oのマンガンを含有して
いる請求の範囲第４項に記載の合金。
【請求項７】0.40w/o以下のケイ素を含有している請求
の範囲第４項に記載の合金。
【請求項８】少なくとも0.020w/oのイオウを含有してい
る請求の範囲第４項に記載の合金。
【請求項９】0.030w/o以下のイオウを含有している請求
の範囲第８項に記載の合金。
【請求項１０】22.50w/o以下のクロムを含有している請
求の範囲第４項に記載の合金。
【請求項１１】少なくとも0.50w/oのモリブデンを含有
している請求の範囲第４項に記載の合金。
【請求項１２】重量％（w/o）にして、実質上、炭素 0.05〜0.07 窒素 0.03〜0.07 マンガン 1.5〜2.00 ケイ素最大0.40 リン 0.030 イオウ 0.020〜0.030 クロム 22.00〜22.50 モリブデン最大0.50 ニッケル 14.50〜15.00 を含有し、残部が実質上鉄から成り、デロング線図によ
って決定される0v/oのフェライトを含み、−51〜121℃
の温度範囲内で１℃につき15.25×10^-6〜16.25×10^-6の
熱膨張率を有し、その熱膨張率が前記温度範囲内で±５
％以上には変化しないことを特徴とする非磁性オーステ
ナイト系耐食性合金。
【請求項１３】チューブと、該チューブの内壁に対して
緊密なスペースを持って前記チューブ内に配置された磁
気偏向可動部品とを有する磁気偏向加速度計において、
重量％（w/o）にして、実質上、炭素 0.04〜0.10 窒素 0.03〜0.07 マンガン最大2.00 ケイ素最大0.40 リン最大0.030 イオウ 0.015〜0.10 クロム 19.00〜24.00 モリブデン最大0.75 ニッケル 14.50〜18.00 を含有し、残部が実質上鉄であり且つデロング線図によ
って決定される2v/o以下のフェライトを含み、−51〜12
1℃の温度範囲内で１℃につき14.5×10^-6〜16.5×10^-6
の熱膨張率を有する合金にて作られた前記チューブ。
【請求項１４】重量％（w/o）にして、実質上、炭素 0.05〜0.07 窒素最大0.05 マンガン最少1.50 ケイ素最大0.40 リン最大0.030 イオウ 0.020〜0.030 クロム 22.00〜22.50 モリブデン最大0.50 ニッケル 14.50〜15.00 を含有し、残部が実質上鉄であり、0v/oのフェライトを
含み、−51〜121℃の温度範囲内で１℃につき15.5×10
^-6〜16.5×10^-6の熱膨張率を有する非磁性オーステナイ
ト系耐食性合金にて作られた加速度系チューブ。