JP3603461B2 - 高硬度非磁性ステンレス鋼および高硬度非磁性ステンレス鋼線材 - Google Patents
高硬度非磁性ステンレス鋼および高硬度非磁性ステンレス鋼線材 Download PDFInfo
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、高硬度でかつ非磁性であってしかも被削性および耐食性に優れていることが要求される部品、例えば、磁気応用の電気機器、具体的には例えばVTR(VCR),DATなどのマイクロシャフト等の素材として好適に利用される高硬度非磁性ステンレス鋼に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
例えば、VTRのマイクロシャフト(テープガイド等)にあっては、所要の耐摩耗性が得られるように高硬度であることが必要であると共に磁気的な影響を与えることがないように非磁性であることが要求され、さらには切削によるマイクロシャフトへの加工が容易であるように被削性に優れていると共に長期の使用の間においても錆が発生しないように耐食性にも優れていることが要求される。
【0003】
そこで、このような要求に適合するための素材として、重量%で、C:0.15%以下、Si:1.00%以下、Mn:2.00%以下、P:0.20%以下、S:0.15%以上、Ni:8.00〜10.00%、Cr:17.00〜19.00%、を含み、残部Feおよび不純物からなるオーステナイト系ステンレス鋼線材(JIS G 4308 SUS 303)が使用されることもあった。
【0004】
そしてさらに、このような従来のオーステナイト系ステンレス鋼において、冷間加工後にさらに高い硬度(例えば、Hv≒400)および低い透磁率(例えば、μ≦1.01 すなわち非磁性)を有する高硬度非磁性であってさらには被削性および耐食性にも優れたオーステナイト系ステンレス鋼を得ることができるように、SUS 303組成のオーステナイト系ステンレス鋼に、Nb:0.12%、B:0.006%、N:0.20%程度含有させたものとした高硬度非磁性ステンレス鋼も使用された。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなNb,B,Nを上記した程度の含有量として添加した高硬度非磁性ステンレス鋼においては、熱間加工性があまり良くないため、分塊圧延を複数回に分けて行う必要性を生じたり、線材圧延時に疵が発生したり、熱間圧延後に皮けずりを行ったあとにおいても疵が残ったりし、皮けずり回数を多くしたり、皮けずり代を多く取ったりする必要性が場合によっては生じることから、生産効率や歩留りが低下することがあるという問題点を有しているので、このような問題点を解決することが課題としてあった。
【0006】
【発明の目的】
本発明は、このような従来の課題にかんがみてなされたもので、高硬度でかつ非磁性であってしかも被削性および耐食性に優れていることが要求される部品等の素材として使用される高硬度非磁性ステンレス鋼において、その熱間加工性をより一層向上できるようにすることを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる高硬度非磁性ステンレス鋼は、請求項1に記載しているように、重量%で、C:0.15%以下、より望ましくは0.05〜0.08%、Si:1.00%以下、より望ましくは0.10〜0.30%、Mn:2.00%以下、より望ましくは1.50〜2.00%、P:0.20%以下、より望ましくは0.040%以下、S:0.20%以下、より望ましくは0.15〜0.20%、Ni:8.0〜10.0%、より望ましくは9.0〜10.0%、Cr:17.0〜19.0%、より望ましくは18.0〜19.0%、Nb:0.03〜0.13%、より望ましくは0.04〜0.10%、B:0.001〜0.003%、N:0.10〜0.30%、より望ましくは0.15〜0.25%、を含み、かつ、Nb(%)×N(%)≦0.013に規制し、残部Feおよび不純物よりなることを特徴としている。
【0008】
そして、本発明に係わる高硬度非磁性ステンレス鋼の実施態様においては、請求項2に記載しているように、Zr:0.01〜0.10%を含むものとしたり、請求項3に記載しているように、Pb:0.01〜0.30%,Ca:0.002〜0.20%,Te:0.01〜0.20%,Se:0.01〜0.20%のうちの1種または2種以上を含むものとしたり、請求項4に記載しているように、Cu:0.50%以下,Mo:0.60%以下のうちの1種または2種を含むものとしたり、請求項5に記載しているように、O:0.010%以下に規制したものとすることができる。
【0009】
また、本発明に係わる高硬度非磁性ステンレス鋼線材は、請求項6に記載しているように、請求項1ないし5のいずれかに記載の高硬度非磁性ステンレス鋼よりなるものとしたことを特徴としている。
【0010】
【発明の作用】
本発明に係わる高硬度非磁性ステンレス鋼および高硬度非磁性ステンレス鋼線材は、上記した成分組成を有するものであるが、以下に各元素の作用ならびに成分範囲の限定理由について説明する。
【0011】
C:0.15%以下
Cはマトリックスに固溶して基地を強化する作用を有していると共に、炭窒化物の形成元素としても作用し、さらにはオーステナイトを安定化して、加工の際における擬似マルテンサントの生成を抑制する作用が大きいので、このような作用による効果を得るために、より望ましくは0.05%以上とするのがよい。しかし、多くなるとマトリックス中への固溶が困難になると共に、冷間加工性および耐食性が著しく劣化することとなるので、0.15%以下、より望ましくは0.08%以下とするのが良い。
【0012】
Si:1.00%以下
Siは製鋼時の脱酸剤として添加される元素であり、このような作用を得るためにより望ましくは0.10%以上とするのが良い。しかし、多くなるとフェライトが生成しやすくなるので、1.00%以下、より望ましくは0.30%以下とするのが良い。
【0013】
Mn:2.00%以下
Mnは製鋼時の脱酸および脱硫剤として添加され、また、Nの溶解度を大きくすると共に、加工による擬似マルテンサイトの生成を抑制する作用があるので、このような作用による効果を得るために、より望ましくは1.50%以上とするのが良い。しかし、多くなると加工性が低下すると共に、耐食性を劣化させることとなるので、2.00%以下とするのが良い。
【0014】
P:0.20%以下
Pは靭性を劣化させる元素であるので、0.20%以下、より望ましくは0.040%以下とするのが良い。
【0015】
S:0.15〜0.20%
Sは被削性の向上に寄与する作用を有しているので、0.15%以上含有させが、多すぎると靭性を劣化させたり非磁性に悪影響を及ぼしたりするので、0.20%以下とするのが良い。
【0016】
Ni:8.0〜10.0%
Niはオーステナイト安定化元素であり、鋼組織を安定なオーステナイトにして磁気特性を安定したものにすると共に、加工による擬似マルテンサイトの生成を抑制するのにも有効な元素であるので、8.0%以上、より望ましくは9.0%以上とするのが良い。しかし、Niは高価な元素であるので、10.0%以下とするのが良い。
【0017】
Cr:17.0〜19.0%
Crは鋼の耐食性を向上させるのに有効な元素であるので、17.0%以上、より望ましくは18.0%以上とするのが良い。しかし、多量に含有させるとフェライトを生成する傾向となるので、19.0%以下とするのが良い。
【0018】
Nb:0.03〜0.13%
Nbは炭窒化物を形成して結晶粒の微細化によるマトリックスの強化に寄与すると共に、磁気特性を安定なものにする作用を有しているので、0.03%以上、より望ましくは0.04%以上とするのが良い。しかし、多すぎると窒化物が介在物として残留して冷間加工性を低下させると共に、磁気特性を劣化させるので、0.13%以下、より望ましくは0.10%以下とするの良い。
【0019】
B:0.001〜0.003%
Bは熱間加工性を向上させる作用を有する元素であるが、表1に示す実施例の組成を有するオーステナイト系ステンレス鋼においてB含有量を変化させてグリーブル試験により熱間加工性(絞り)を評価したところ、図1に示すように、B含有量を多くするとむしろ熱間加工性が低下する傾向のあることが認められた。
【0020】
そこで、本発明においては、Bのもつ熱間加工性向上の作用を得るために0.001%以上含有させることとしているが、B含有量が多すぎるとFe−Cr−B系のB化合物が生成して図1に示したように熱間加工性が劣化するので、0.003%以下とした。
【0021】
N:0.10〜0.30%
NはCと同様にマトリックスを強化する作用を有していると共に、加工による擬似マルテンサイトの生成を抑制する作用をも有し、さらには耐食性および耐孔食性の向上にも寄与する元素であるので、このような効果を得るために0.10%以上、より望ましくは0.15%以上とするのが良い。しかし、多すぎると鋼塊溶製時にブローを生じやすくなると共に分塊圧延時の加工性が劣化するので、0.30%以下、より望ましくは0.25%以下とするのが良い。
【0022】
Zr:0.01〜0.10%
Zrはステンレス鋼の熱間加工性を向上させる作用を有する元素であるので、このような作用による効果を得るために必要に応じて0.01%以上含有させることもできる。しかし、多く含有すると磁気特性や冷間加工性に悪影響を及ぼすので0.10%以下とするのが良い。
【0023】
Pb:0.01〜0.30%,Ca:0.002〜0.20%,Te:0.01〜0.20%,Se:0.01〜0.20%のうちの1種または2種以上
Pb,Ca,Te,Seはいずれも被削性の向上に有効な元素であるので、必要に応じて加工性や磁気的特性が損なわれない範囲内で添加することができるものであり、Pbにあっては0.01〜0.30%,Caにあっては0.002〜0.20%,Teにあっては0.01〜0.20%、Seにあっては0.01〜0.20%の範囲で含有させることもできる。
【0024】
Cu:0.50%以下,Mo:0.60%以下のうちの1種または2種
Cu,Moはステンレス鋼の耐食性を向上させるのに有効な元素であるので、このような効果を得るために必要に応じてCuにあっては0.50%以下、Moにあっては0.60%以下含有させることもできる。
【0025】
O:0.010%以下
Oは酸化物系介在物を生成して、ステンレス鋼の加工性や靭性を劣化させるので、場合によっては0.010%以下、より望ましくは0.005%以下にすることも良い。
【0026】
Nb(%)×N(%)≦0.013
表1に示す実施例の組成を有するオーステナイト系ステンレス鋼よりなる鋼塊の1450℃での分塊性に及ぼすNb量とN量との関係を調べたところ、図2に示すように、○印で示す分塊性(熱間加工性)が良好な領域と、△印で示すNbNの過剰析出に伴う分塊性(熱間加工性)の低下する領域とが存在することが認められ、この結果、Nb量とN量との関係においては、Nb(%)×N(%)≦0.013とするのが良いことが認められ、Nb量とN量をこの範囲内に規制することによって、熱間加工性のより一層の向上をもたらすことができることがわかった。
【0027】
硬度:Hv380〜420
本発明に係わる高硬度非磁性ステンレス鋼線材の硬度としては、所要の耐摩耗性を得ることができるように、冷間加工率30%以上でHv380以上となっているものとすることが望ましい。しかし、高硬度に過ぎると被削性が低下するので、切削加工が比較的容易に可能であることが必要とされる場合にはHv420以下となっているものとするのが良い。
【0028】
透磁率(μ):1.01以下
本発明に係わる高硬度非磁性ステンレス鋼線材をVTRのマイクロシャフト(テープガイド等)の素材として使用する場合においては、磁気的な影響を与えることがないように、透磁率μ≦1.01の非磁性のものとすることが良い。
【0029】
【実施例】
表1に示す成分組成のオーステナイト系ステンレス鋼を溶製したのち造塊して鋼塊を分塊圧延し、線材圧延を行って直径9.0mmの鋼線素材とし、溶体化処理を施したのち皮削りを行って直径8.7mmのステンレス鋼線材を得た。次いで、酸洗および伸線ならびに矯正を行ってVTRのシャフト素材とした。
【0030】
そして、上記ステンレス鋼線材の製造過程における分塊性(熱間加工性)をグリーブル試験によって評価すると共に、得られたステンレス鋼線材について冷間加工率が30%での硬さ,被削性,同じく冷間加工率が30%での透磁率,耐食性を評価したところ、表2に示す結果であった。
【0031】
【表1】
【0032】
【表2】
【0033】
表1および表2に示した結果より明らかなように、本発明実施例の鋼においては比較例の鋼に比べて熱間加工性が優れており、とくに1200℃を超える温度での熱間加工性が著しく改善されていることが認められた。
【0034】
また、冷間加工率が30%での硬さはHv400前後であって耐摩耗性に優れたものにできると共に被削性も良好であって切削が可能である硬さとなっており、同じく冷間加工率が30%での透磁性はμ:1.01以下の非磁性となっていてVTRのテープガイドとして用いた場合に磁気テープに磁気的な影響をもたらさないものとなっており、耐食性も良好であって長期間の使用にも耐え得るものであることが認められた。
【0035】
【発明の効果】
本発明に係わる高硬度非磁性ステンレス鋼は、請求項1に記載しているように、重量%で、C:0.15%以下、Si:1.00%以下、Mn:2.00%以下、P:0.20%以下、S:0.15〜0.20%、Ni:8.0〜10.0%、Cr:17.0〜19.0%、Nb:0.03〜0.13%、B:0.001〜0.003%、N:0.10〜0.30%、を含み、かつ、Nb(%)×N(%)≦0.013に規制し、残部Feおよび不純物よりなるものであるから、高硬度でかつ非磁性であってしかも被削性および耐食性に優れたものとなっているので、高硬度で耐摩耗性に優れかつ非磁性であって磁気的な影響を及ぼさずしかも被削性が良好であって切削加工が可能であると共に耐食性が良好であって長期の使用にも耐えることができる用途、例えば、VTRやDATなどの磁気応用製品のシャフト類などに好適なものであるという著しく優れた効果がもたらされる。
【0036】
そして、請求項2に記載しているように、Zr:0.01〜0.10%を含むものとすることによって熱間加工性の向上が可能となり、請求項3に記載しているように、Pb:0.01〜0.30%,Ca:0.002〜0.20%,Te:0.01〜0.20%,Se:0.01〜0.20%のうちの1種または2種以上を含むものとすることによって被削性のより一層の向上が可能となり、請求項4に記載しているように、Cu:0.50%以下,Mo:0.60%以下のうちの1種または2種を含むものとすることによって耐食性のより一層の向上が可能となり、請求項5に記載しているように、O:0.010%以下に規制することによって加工性や靭性をより一層向上させることが可能になるという著しく優れた効果がもたらされる。
【0037】
また、本発明に係わる高硬度非磁性ステンレス鋼線材は、請求項6に記載しているように、請求項1ないし5のいずれかに記載の高硬度非磁性ステンレス鋼よりなるものであるから、高硬度でかつ非磁性であってしかも被削性および耐食性に優れた鋼線材を提供することが可能であるという著しく優れた効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図1】B含有量による熱間加工性への影響を調べた結果を例示するグラフである。
【図2】Nb量とN量との関係における分塊性への影響を調べた結果を例示するグラフである。
Claims (6)
- 重量%で、C:0.15%以下、Si:1.00%以下、Mn:2.00%以下、P:0.20%以下、S:0.15〜0.20%、Ni:8.0〜10.0%、Cr:17.0〜19.0%、Nb:0.03〜0.13%、B:0.001〜0.003%、N:0.10〜0.30%、を含み、かつ、
Nb(%)×N(%)≦0.013
に規制し、残部Feおよび不純物よりなることを特徴とする高硬度非磁性ステンレス鋼。 - Zr:0.01〜0.10%を含む請求項1に記載の高硬度非磁性ステンレス鋼。
- Pb:0.01〜0.30%,Ca:0.002〜0.20%,Te:0.01〜0.20%,Se:0.01〜0.20%のうちの1種または2種以上を含む請求項1または2に記載の高硬度非磁性ステンレス鋼。
- Cu:0.50%以下,Mo:0.60%以下のうちの1種または2種を含む請求項1ないし3のいずれかに記載の高硬度非磁性ステンレス鋼。
- O:0.010%以下に規制した請求項1ないし4のいずれかに記載の高硬度非磁性ステンレス鋼。
- 請求項1ないし5のいずれかに記載の高硬度非磁性ステンレス鋼よりなる高硬度非磁性ステンレス鋼線材。
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