JP3222039B2 - オーステナイト系析出硬化型非磁性鋼 - Google Patents
オーステナイト系析出硬化型非磁性鋼Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は非磁性で且つ、固溶化処
理後の良好な被削性と析出硬化後の高いねじり強度を併
せ持つ、例えばトルクセンサーシャフト等に適する鋼材
に関するものである。
理後の良好な被削性と析出硬化後の高いねじり強度を併
せ持つ、例えばトルクセンサーシャフト等に適する鋼材
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】高いねじり強度を要する構造部材には、
一般に焼入れ焼戻し鋼材が使用される。しかし、これら
の構造部材が使用中に受けるトルクを常時モニターし
て、各種制御を行いたい場合が往々にしてある。そのた
めには構造部材に、例えば回転力伝達シャフトにトルク
センサーを接合して行うことがある。さらに、トルクセ
ンサーとして磁気を利用するものが使用される場合があ
る。この場合、シャフトの材料は非磁性材でなければな
らず、センサーの種類によってはシャフトに接合後に高
温の熱処理を行わなければならない場合がある。しかも
構造部材としてはできるだけ軽量であることが望まし
く、従って、ねじり強度は当然できるだけ高いことが望
ましい。このような用途として従来材では高Ｍｎ非磁性
鋼等が考えられた。
一般に焼入れ焼戻し鋼材が使用される。しかし、これら
の構造部材が使用中に受けるトルクを常時モニターし
て、各種制御を行いたい場合が往々にしてある。そのた
めには構造部材に、例えば回転力伝達シャフトにトルク
センサーを接合して行うことがある。さらに、トルクセ
ンサーとして磁気を利用するものが使用される場合があ
る。この場合、シャフトの材料は非磁性材でなければな
らず、センサーの種類によってはシャフトに接合後に高
温の熱処理を行わなければならない場合がある。しかも
構造部材としてはできるだけ軽量であることが望まし
く、従って、ねじり強度は当然できるだけ高いことが望
ましい。このような用途として従来材では高Ｍｎ非磁性
鋼等が考えられた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記の従来材では高温
処理前の被削性と高温処理後の強度レベルにおいて満足
できるものはなかった。すなわち被削性は従来材と同レ
ベルで、最高９００℃の熱処理後でも非磁性であること
が必要であり、ねじり強度としては、ねじり疲労限を１
×１０7 サイクルとしたときのせん断応力が２５０ＭＰ
ａ以上、かつ静的せん断降伏応力３８０ＭＰａ以上であ
ることが要望される。
処理前の被削性と高温処理後の強度レベルにおいて満足
できるものはなかった。すなわち被削性は従来材と同レ
ベルで、最高９００℃の熱処理後でも非磁性であること
が必要であり、ねじり強度としては、ねじり疲労限を１
×１０7 サイクルとしたときのせん断応力が２５０ＭＰ
ａ以上、かつ静的せん断降伏応力３８０ＭＰａ以上であ
ることが要望される。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の上記課題を解決
するための手段は、請求項１の発明では、重量％で、
Ｃ：０．３〜０．８％、Ｓｉ：０．１〜１．０％、Ｍ
ｎ：５．０〜１０．０％、Ｓ：０．０１〜０．４％、Ｎ
ｉ：３．０〜１０．０％、Ｃｒ：５．０〜１５．０％、
Ｃｕ：０．２〜０．５％、Ｖ：０．６〜２．０％、Ｂ：
１０〜１００ｐｐｍを含有し、且つＶ／Ｃ：２〜５と
し、残部がＦｅおよび不可避不純物よりなることを特徴
とする被削性と強度に優れたオーステナイト系析出硬化
型非磁性鋼である。
するための手段は、請求項１の発明では、重量％で、
Ｃ：０．３〜０．８％、Ｓｉ：０．１〜１．０％、Ｍ
ｎ：５．０〜１０．０％、Ｓ：０．０１〜０．４％、Ｎ
ｉ：３．０〜１０．０％、Ｃｒ：５．０〜１５．０％、
Ｃｕ：０．２〜０．５％、Ｖ：０．６〜２．０％、Ｂ：
１０〜１００ｐｐｍを含有し、且つＶ／Ｃ：２〜５と
し、残部がＦｅおよび不可避不純物よりなることを特徴
とする被削性と強度に優れたオーステナイト系析出硬化
型非磁性鋼である。
【０００５】請求項２の発明では、重量％で、Ｃ：０．
３〜０．８％、Ｓｉ：０．１〜１．０％、Ｍｎ：５．０
〜１０．０％、Ｓ：０．０１〜０．４％、Ｎｉ：３．０
〜１０．０％、Ｃｒ：５．０〜１５．０％、Ｃｕ：０．
２〜０．５％、Ｖ：０．６〜２．０％、Ｂ：１０〜１０
０ｐｐｍを含有し、且つＶ／Ｃ：２〜５とし、これにＰ
ｂ：０．０５〜０．３０％もしくはＳｅ：０．０１〜
０．４％の１種または２種、残部がＦｅおよび不可避不
純物よりなることを特徴とする被削性と強度に優れたオ
ーステナイト系析出硬化型非磁性鋼である。
３〜０．８％、Ｓｉ：０．１〜１．０％、Ｍｎ：５．０
〜１０．０％、Ｓ：０．０１〜０．４％、Ｎｉ：３．０
〜１０．０％、Ｃｒ：５．０〜１５．０％、Ｃｕ：０．
２〜０．５％、Ｖ：０．６〜２．０％、Ｂ：１０〜１０
０ｐｐｍを含有し、且つＶ／Ｃ：２〜５とし、これにＰ
ｂ：０．０５〜０．３０％もしくはＳｅ：０．０１〜
０．４％の１種または２種、残部がＦｅおよび不可避不
純物よりなることを特徴とする被削性と強度に優れたオ
ーステナイト系析出硬化型非磁性鋼である。
【０００６】発明者は種々の検討を行った結果、６００
〜９００℃の熱処理後トルクセンサーシャフト用材料と
して必要なねじり疲労限強度が２５０ＭＰａ以上、ねじ
り強度であるせん断比例限３８０ＭＰａ以上を確保する
ためには、炭化物であるＶＣの微細析出による析出硬化
を利用することが有効であり、その際にＣｒ量を１５％
以下に限定し、そのうえでＶ／Ｃ比が２〜５になるよう
に、Ｃ、Ｖを適量添加することによって最も効果的に析
出硬化することを見いだした。また、熱処理後の透磁率
を１．０１以下にするためには、オーステナイト形成元
素であるＣ、Ｍｎ、Ｎｉを適量配合し安定なオーステナ
イト組織を確保し、固溶化処理後十分に軟化するように
Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕを適量配合することによって良好な被
削性を確保でき、さらにＰｂ、Ｓｅを適量添加すること
によって被削性をさらに向上させることを見いだした。
〜９００℃の熱処理後トルクセンサーシャフト用材料と
して必要なねじり疲労限強度が２５０ＭＰａ以上、ねじ
り強度であるせん断比例限３８０ＭＰａ以上を確保する
ためには、炭化物であるＶＣの微細析出による析出硬化
を利用することが有効であり、その際にＣｒ量を１５％
以下に限定し、そのうえでＶ／Ｃ比が２〜５になるよう
に、Ｃ、Ｖを適量添加することによって最も効果的に析
出硬化することを見いだした。また、熱処理後の透磁率
を１．０１以下にするためには、オーステナイト形成元
素であるＣ、Ｍｎ、Ｎｉを適量配合し安定なオーステナ
イト組織を確保し、固溶化処理後十分に軟化するように
Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕを適量配合することによって良好な被
削性を確保でき、さらにＰｂ、Ｓｅを適量添加すること
によって被削性をさらに向上させることを見いだした。
【０００７】
【作用】本発明鋼の成分限定の理由を以下に示す。
【０００８】Ｃ：ＣはＮｉ、Ｍｎとともにオーステナイ
ト生成元素であり、安定なオーステナイト組織を保とと
もに、時効処理後にＶと結合し微細な炭化物を形成し、
析出硬化によって、高い硬さを得るために添加される。
０．３％未満であるとフェライト生成をまねき透磁率を
上昇させたり、十分な時効硬さが得られないので、下限
を０．３％とし、０．８％を超えて添加すると固溶化状
態での硬さが高くなり、また、Ｖとの粗大な一次炭化物
を多量に形成し被削性が悪化するので、上限を０．８％
とする。望ましくは０．４〜０．６％とする。
ト生成元素であり、安定なオーステナイト組織を保とと
もに、時効処理後にＶと結合し微細な炭化物を形成し、
析出硬化によって、高い硬さを得るために添加される。
０．３％未満であるとフェライト生成をまねき透磁率を
上昇させたり、十分な時効硬さが得られないので、下限
を０．３％とし、０．８％を超えて添加すると固溶化状
態での硬さが高くなり、また、Ｖとの粗大な一次炭化物
を多量に形成し被削性が悪化するので、上限を０．８％
とする。望ましくは０．４〜０．６％とする。
【０００９】Ｓｉ：Ｓｉは製鋼時の脱酸材として添加さ
れる。０．１％未満であると十分な効果が得られないの
で下限を０．１％とし、１．０％を超えて添加すると有
害な金属間化合物を形成し被削性を悪化させるため上限
を１．０％とする。望ましくは０．１〜０．５％とす
る。
れる。０．１％未満であると十分な効果が得られないの
で下限を０．１％とし、１．０％を超えて添加すると有
害な金属間化合物を形成し被削性を悪化させるため上限
を１．０％とする。望ましくは０．１〜０．５％とす
る。
【００１０】Ｍｎ：Ｍｎは前述のように、オーステナイ
ト生成元素であるため、オーステナイト組織を安定に保
つために、またＳとの間にＭｎＳを形成し被削性を向上
させるために添加される。５％未満であるとフェライト
生成をまねき透磁率を上昇させるので下限を５％とし、
１０％を超えて添加すると熱間加工性を劣化させるの
で、上限を１０％とする。望ましくは６〜８％とする。
ト生成元素であるため、オーステナイト組織を安定に保
つために、またＳとの間にＭｎＳを形成し被削性を向上
させるために添加される。５％未満であるとフェライト
生成をまねき透磁率を上昇させるので下限を５％とし、
１０％を超えて添加すると熱間加工性を劣化させるの
で、上限を１０％とする。望ましくは６〜８％とする。
【００１１】Ｓ：Ｓは快削元素であり、ＭｎＳを形成し
被削性を向上させるために添加される。０．０１％未満
であると十分な効果が得られないので、下限を０．０１
％とし、０．４％を超えて添加すると熱間加工性を劣化
させるので上限を０．４％とする。望ましくは０．０８
〜０．２０％とする。
被削性を向上させるために添加される。０．０１％未満
であると十分な効果が得られないので、下限を０．０１
％とし、０．４％を超えて添加すると熱間加工性を劣化
させるので上限を０．４％とする。望ましくは０．０８
〜０．２０％とする。
【００１２】Ｎｉ：Ｎｉは前述のように、Ｃ、Ｍｎと共
にオーステナイト生成元素であり、また、固溶化処理の
状態での硬さを下げ被削性を向上させるために添加され
る。３％未満であると固溶化状態での硬さを高め被削性
が劣化するので下限を３％とし、多量に添加しても前述
の効果にあまり影響がなく、原料コストが上昇するので
上限を１０％とする。望ましくは５〜８％とする。
にオーステナイト生成元素であり、また、固溶化処理の
状態での硬さを下げ被削性を向上させるために添加され
る。３％未満であると固溶化状態での硬さを高め被削性
が劣化するので下限を３％とし、多量に添加しても前述
の効果にあまり影響がなく、原料コストが上昇するので
上限を１０％とする。望ましくは５〜８％とする。
【００１３】Ｃｒ：Ｃｒは耐食性を向上させるために添
加される。５．０％未満であるとその効果が得られない
ので下限を５．０％にし、１５％を超えて添加するとフ
ェライト生成をまねき透磁率を上昇させたり、Ｃとの間
に炭化物を形成して析出硬化の際にＶと結びつくＣ量が
減少し、析出硬化した後に十分な硬さが得られないので
上限を１５％とする。望ましくは６〜１０％とする。
加される。５．０％未満であるとその効果が得られない
ので下限を５．０％にし、１５％を超えて添加するとフ
ェライト生成をまねき透磁率を上昇させたり、Ｃとの間
に炭化物を形成して析出硬化の際にＶと結びつくＣ量が
減少し、析出硬化した後に十分な硬さが得られないので
上限を１５％とする。望ましくは６〜１０％とする。
【００１４】Ｃｕ：Ｃｕは固溶化状態での硬さを下げ、
被削性を向上させるために添加される。０．２％未満で
はその効果は十分でないので、下限を０．２％とする。
０．５％を超えて添加すると熱間加工性が劣化するの
で、上限を０．５％とする。望ましくは０．２〜０．５
％とする。
被削性を向上させるために添加される。０．２％未満で
はその効果は十分でないので、下限を０．２％とする。
０．５％を超えて添加すると熱間加工性が劣化するの
で、上限を０．５％とする。望ましくは０．２〜０．５
％とする。
【００１５】Ｖ：Ｖは本発明鋼において非常に重要な元
素であり、６００℃〜９００℃における熱処理を施すこ
とによって、微細な炭化物を形成し析出硬化させるため
に添加される。０．６％未満であると析出が少なく十分
な時効硬さが得られないので、下限を０．６％とする。
２．０％を超えて添加するとフェライト生成をまねいた
り、Ｃとの間に一次炭化物を形成し被削性を劣化させる
ため、上限を２．０％とする。望ましくは１．４〜１．
８％とする。
素であり、６００℃〜９００℃における熱処理を施すこ
とによって、微細な炭化物を形成し析出硬化させるため
に添加される。０．６％未満であると析出が少なく十分
な時効硬さが得られないので、下限を０．６％とする。
２．０％を超えて添加するとフェライト生成をまねいた
り、Ｃとの間に一次炭化物を形成し被削性を劣化させる
ため、上限を２．０％とする。望ましくは１．４〜１．
８％とする。
【００１６】Ｂ：Ｂは熱間加工性を向上させるために添
加する。添加量が１０ｐｐｍ未満であるとその効果が得
られないので、下限を１０ｐｐｍとする。１００ｐｐｍ
を超え過剰に添加するとオーバーヒート温度が下がるの
で、上限を１００ｐｐｍとする。望ましくは１５〜３０
ｐｐｍとする。
加する。添加量が１０ｐｐｍ未満であるとその効果が得
られないので、下限を１０ｐｐｍとする。１００ｐｐｍ
を超え過剰に添加するとオーバーヒート温度が下がるの
で、上限を１００ｐｐｍとする。望ましくは１５〜３０
ｐｐｍとする。
【００１７】Ｖ／Ｃ比：Ｖ／Ｃ比は本発明において最も
重要な項目であり、図１に示すようにこの比が２より低
すぎると析出硬化による硬化が十分でなく強度不足とな
り、また５より高すぎると疲労強度が低下するので２〜
５にする。望ましくは３〜４とする。
重要な項目であり、図１に示すようにこの比が２より低
すぎると析出硬化による硬化が十分でなく強度不足とな
り、また５より高すぎると疲労強度が低下するので２〜
５にする。望ましくは３〜４とする。
【００１８】Ｐｂ：Ｐｂは、耐食性を劣化させずに被削
性を向上させる元素である。その効果は０．０５％以上
で発揮されはじめ、０．３０％より過剰に添加してもそ
の効果は飽和し、熱間加工性が劣化するので、下限を
０．０５％とし、上限を０．３％とする。望ましくは
０．１〜０．２％とする。
性を向上させる元素である。その効果は０．０５％以上
で発揮されはじめ、０．３０％より過剰に添加してもそ
の効果は飽和し、熱間加工性が劣化するので、下限を
０．０５％とし、上限を０．３％とする。望ましくは
０．１〜０．２％とする。
【００１９】Ｓｅ：Ｓｅは快削元素であり、ＭｎＳｅを
形成し被削性を向上させるために添加される。０．０１
％未満であると十分な効果が得られないので、下限を
０．０１％とし、０．４％を超えて添加すると熱間加工
性を劣化させるので、上限を０．４％とする。望ましく
は０．０８〜０．２％とする。
形成し被削性を向上させるために添加される。０．０１
％未満であると十分な効果が得られないので、下限を
０．０１％とし、０．４％を超えて添加すると熱間加工
性を劣化させるので、上限を０．４％とする。望ましく
は０．０８〜０．２％とする。
【００２０】
【実施例】表１に本発明鋼の供試鋼No. α−１〜α−１
２及び比較鋼の供試鋼No. β−１〜β−１０の化学成分
及びＶ／Ｃ比を示す。
２及び比較鋼の供試鋼No. β−１〜β−１０の化学成分
及びＶ／Ｃ比を示す。
【００２１】
【表１】
【００２２】表２に、表１の全供試鋼の固溶化処理を施
してから行った被削性試験結果である被削性指数、固溶
化処理後６００〜９００℃において時効処理を施した後
のねじり強度（せん断比例限）、ねじり疲労限強度（１
×１０7 サイクルの疲労限のせん断応力）およびそのと
きの透磁率の測定結果を示す。
してから行った被削性試験結果である被削性指数、固溶
化処理後６００〜９００℃において時効処理を施した後
のねじり強度（せん断比例限）、ねじり疲労限強度（１
×１０7 サイクルの疲労限のせん断応力）およびそのと
きの透磁率の測定結果を示す。
【００２３】
【表２】
【００２４】被削性試験はφ８のドリルを使用し一定の
回転数、荷重において１０mm穿孔する時間を測定し、Ｓ
ＵＳ３０４を１００として比較して被削性指数とした。
β−１０は、Ｃｕを添加していない比較鋼であるが、添
加しているものに比べて固溶化処理後の硬さが硬く、被
削性が悪い。被削性については。他にも快削性元素であ
るＳを添加することによって改善されていることが分か
り、さらに、Ｐｂ、Ｓｅ、を含有したものの被削性は向
上していることが分かる。また、Ｃｒが低すぎるもの
や、Ｃ量の高いものは被削性が劣る。ねじり強度に関し
てはＣ、Ｖの添加量が少ないものやＣｒ量の多いもの強
度が不足している。
回転数、荷重において１０mm穿孔する時間を測定し、Ｓ
ＵＳ３０４を１００として比較して被削性指数とした。
β−１０は、Ｃｕを添加していない比較鋼であるが、添
加しているものに比べて固溶化処理後の硬さが硬く、被
削性が悪い。被削性については。他にも快削性元素であ
るＳを添加することによって改善されていることが分か
り、さらに、Ｐｂ、Ｓｅ、を含有したものの被削性は向
上していることが分かる。また、Ｃｒが低すぎるもの
や、Ｃ量の高いものは被削性が劣る。ねじり強度に関し
てはＣ、Ｖの添加量が少ないものやＣｒ量の多いもの強
度が不足している。
【００２５】
【発明の効果】以上説明したとおり、本発明ではこれま
で加工するのが困難であった高強度非磁性鋼に代わり、
適切な熱処理を施すことによりトルクセンサーシャフト
用材料として必要なねじり強度、ねじり疲労強度を確保
できるトルクセンサーシャフト用材料を提供できる。ま
た、プラスチック製マグネット成形用金型や、その他高
強度かつ非磁性という特性を要求される材料にも適用が
可能である。
で加工するのが困難であった高強度非磁性鋼に代わり、
適切な熱処理を施すことによりトルクセンサーシャフト
用材料として必要なねじり強度、ねじり疲労強度を確保
できるトルクセンサーシャフト用材料を提供できる。ま
た、プラスチック製マグネット成形用金型や、その他高
強度かつ非磁性という特性を要求される材料にも適用が
可能である。
【図１】Ｖ／Ｃ比とねじり強度、ねじり疲労強度の関係
を表すグラフである。
を表すグラフである。
フロントページの続き (72)発明者 狩野 英樹 神奈川県厚木市恩名1370番地 株式会社 ユニシアジェックス内 (72)発明者 小林 信章 神奈川県厚木市恩名1370番地 株式会社 ユニシアジェックス内 (56)参考文献 特開 昭54−119320（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−85659（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−110757（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−145914（ＪＰ，Ａ) 特公 昭36−9155（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C22C 38/00 - 38/60
Claims (2)
- 【請求項１】 重量％で、Ｃ：０．３〜０．８％、Ｓ
ｉ：０．１〜１．０％、Ｍｎ：５．０〜１０．０％、
Ｓ：０．０１〜０．４％、Ｎｉ：３．０〜１０．０％、
Ｃｒ：５．０〜１５．０％、Ｃｕ：０．２〜０．５％、
Ｖ：０．６〜２．０％、Ｂ：１０〜１００ｐｐｍを含有
し、且つＶ／Ｃ：２〜５とし、残部がＦｅおよび不可避
不純物よりなることを特徴とする被削性と強度に優れた
オーステナイト系析出硬化型非磁性鋼。 - 【請求項２】 重量％で、Ｃ：０．３〜０．８％、Ｓ
ｉ：０．１〜１．０％、Ｍｎ：５．０〜１０．０％、
Ｓ：０．０１〜０．４％、Ｎｉ：３．０〜１０．０％、
Ｃｒ：５．０〜１５．０％、Ｃｕ：０．２〜０．５％、
Ｖ：０．６〜２．０％、Ｂ：１０〜１００ｐｐｍを含有
し、且つＶ／Ｃ：２〜５とし、これにＰｂ：０．０５〜
０．３０％もしくはＳｅ：０．０１〜０．４％の１種ま
たは２種、残部がＦｅおよび不可避不純物よりなること
を特徴とする被削性と強度に優れたオーステナイト系析
出硬化型非磁性鋼。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18474295A JP3222039B2 (ja) | 1995-06-27 | 1995-06-27 | オーステナイト系析出硬化型非磁性鋼 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18474295A JP3222039B2 (ja) | 1995-06-27 | 1995-06-27 | オーステナイト系析出硬化型非磁性鋼 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0913148A JPH0913148A (ja) | 1997-01-14 |
| JP3222039B2 true JP3222039B2 (ja) | 2001-10-22 |
Family
ID=16158561
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18474295A Expired - Fee Related JP3222039B2 (ja) | 1995-06-27 | 1995-06-27 | オーステナイト系析出硬化型非磁性鋼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3222039B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6410368B1 (en) | 1999-10-26 | 2002-06-25 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method of manufacturing a semiconductor device with TFT |
| JP5667504B2 (ja) * | 2011-04-14 | 2015-02-12 | 日本高周波鋼業株式会社 | 非磁性ステンレス鋼 |
| CN103361563B (zh) * | 2013-08-01 | 2016-01-20 | 上海材料研究所 | 一种易切削高硬度奥氏体无磁模具钢及其制造方法 |
-
1995
- 1995-06-27 JP JP18474295A patent/JP3222039B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0913148A (ja) | 1997-01-14 |
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