JP4226487B2 - 耐金型摩耗性に優れた電子機器部品用バネ用マルテンサイト系ステンレス鋼板及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、バネ用途に使用されるマルテンサイト系ステンレス鋼板及びそれの製造方法に関するものである。さらに詳しくは、本発明は、ブラウン管パーツ部品等に使用されるマスクバネ等に使用される耐金型摩耗性に優れたバネ用高強度マルテンサイト系ステンレス鋼薄板及びその製造方法に関するものである。

一般にバネ用途に使用される鋼板としては、高い疲労強度を発現するために高強度特性が求められ、高強度マルテンサイト系ステンレス鋼や準安定オーステナイト系ステンレス鋼が使用される。そして、例えば、ブラウン管パーツ部品等に使用されるマスクバネに適用される材料は、使用環境に応じて必要な線膨張係数に対応した鋼材が適用されている。比較的小さい線膨張係数が必要な部位のバネ材にはＳＵＳ４２０Ｊ２等のマルテンサイト系ステンレス鋼が、比較的大きい線膨張係数が必要な部位にはＳＵＳ３１０等の準安定オーステナイト系ステンレス鋼が適用される。

さらに、高強度材をプレス加工するにあたっては、金型の耐摩耗寿命の観点から、金型摩耗の少ない鋼材表面を造り込むことが実用上必要不可欠である。

バネ用高強度マルテンサイト系ステンレス鋼の金型の耐摩耗性および耐金型寿命に優れた鋼材に関する先行技術としては、特許文献１、特許文献２、特許文献３および特許文献４等があるが、これらはいずれも炭窒化物等の金属組織制御に関するものである。しかしながら、本発明が課題とする通常の焼き入れ、焼き戻しプロセスで製造するマルテンサイト系ステンレス鋼の耐金型摩耗性向上のための鋼材表面造り込みに関する先行技術の開示はない。

特開平７−３１６７４０号公報 特開平１１−２８６８５２号公報 特開２００３−１０５５０４号公報 特開２００３−１４７４９３号公報

バネ用マルテンサイト系ステンレス鋼は高強度を要求されることから、焼き入れ、焼き戻しにより製品としており、外観上は金属光沢の表面である。しかしながら、実際には鋼材表面に酸化皮膜が形成されており、この酸化皮膜の存在がプレス加工時の金型摩耗を促進し、金型の交換頻度が高くなる問題がある。

そこで、本発明の目的は、このような問題を解決し、ブラウン管パーツ部品等に使用されるマスクバネに適した低線膨張係数で、高強度で疲労特性に優れかつプレス加工時の耐金型摩耗性に優れた高強度マルテンサイト系ステンレス鋼およびこれからなるバネ部品およびその製造方法を提供するものである。

本発明は、この目的のために、鋼材表面の造り込み技術を検討した結果完成したものであり、焼き入れ焼き戻し後に、バフ研磨によってデスケーリングすることにより耐金型摩耗性が著しく向上することを見出したものである。その要旨とするところは以下のとうりである。

すなわち、本発明の目的は、下記（１）〜（３）に記載の耐金型摩耗性に優れたバネ用マルテンサイト系ステンレス鋼板およびその製造方法により達成されるものである。
（１）鋼板の摩擦係数μが０．１８以下であり、酸化スケール厚さが６ｎｍ以下で、酸化皮膜中のＳｉ濃度が１５質量％以下であることを特徴とする耐金型摩耗性に優れた電子機器部品用バネ用マルテンサイト系ステンレス鋼板。
（２）マルテンサイト系ステンレス鋼板を、焼き入れ、焼き戻しによりビッカーズ硬さを４６０〜４９０に調整した後、続いて鋼板表面をデスケーリングすることを特徴とする（１）に記載の耐金型摩耗性に優れた電子機器部品用バネ用マルテンサイト系ステンレス鋼板の製造方法。
（３）鋼板表面のデスケーリングはバフ研磨であることを特徴とする（２）に記載の耐金型摩耗性に優れた電子機器部品用バネ用マルテンサイト系ステンレス鋼板の製造方法。

本発明のバフ研磨によるデスケーリングを施したマルテンサイト系ステンレス鋼板からなるマスクバネは、プレス加工時の高い耐金型摩耗性を実現するものであり、ブラウン管用マスクバネ等に使用可能な極めて優れたステンレス鋼板であり、その工業的価値は著しく大なるものである。

本発明者は、ステンレス鋼板表面の造り込み技術を検討した結果完成したものであり、マルテンサイト系ステンレス鋼の焼き入れ焼き戻し後に、バフ研磨によるデスケーリングを適用することで耐金型摩耗性が著しく向上するマスクバネ用材料を提供するものである。

次に、本発明が対象とするステンレス鋼について述べる。本発明に於けるマルテンサイト系ステンレス鋼板の摩擦係数μは、０．１８以下である。

図１に耐金型摩耗性評価の簡易ラボシミュレイションとして、ビード引き抜き試験を実施した結果を、かじり発生有無と摩擦係数との関連で示す。摩擦係数が０．１８以下では金型と鋼板のかじり現象が発生しないが、０．１８超ではかじりが発生した。すなわち、摩擦係数が小さいと鋼板が金型と反応し難く耐金型摩耗性が良好であると判断される。

以下にビード引き抜き試験の具体的方法と摩擦係数の求め方を示す。

図２にビード引き抜き試験の概念図を示す。潤滑なしの条件で平金型を用いて、加圧力２００ｋｇｆで１５０ｍｍ引き抜き、ロードセルで引き抜き力を測定した。引き抜き速度は５００ｍｍ／ｍｉｎとした。新品金型で、かじり発生するまで同一金型を使用した。金型材質はＳＫＤ１１とした。供試材は都度、新品を使用した。供試材のエッジの影響を排除するため、バリ取りを実施した。かじりの発生し易さを評価し、耐金型摩耗性の簡易評価とした。摩擦係数は、式１にて求めた。
引き抜き力＝２μ＊加圧力、μ：摩擦係数・・・・・・・・・・・・・（１）

図３にビード引き抜き試験結果の一例を示す。図３（ａ）に引き抜き試験時にかじり発生しない場合を、図３（ｂ）に発生した場合の一例を示す。かじりが発生すると引き抜き力が急増する。表１に示すようにデスケーリング有り（バフ研磨有り）ではかじり発生までの引き抜き回数が増加し、すなわち耐金型摩耗性が向上する。また、表１から分かるようにデスケーリング有り（バフ研磨有り）の場合であっても、摩擦係数が０．１８超ではかじりが発生する。

本発明に於けるマルテンサイト系ステンレス鋼板表面の酸化スケール厚さは６ｎｍ以下で、酸化皮膜中のＳｉ濃度が１５質量％以下である。酸化スケール厚さが６ｎｍ超では酸化皮膜は金型との摩擦で破壊されやすく、鋼材の新生面が露出しやすく金型と反応し易い。すなわち、金型は摩耗しやすく耐金型摩耗性に劣る。一方、スケール厚さが６ｎｍ以下では、不動態化皮膜あるいは実質的に不動態化皮膜に近い水和物を含有する皮膜構造であり、潤滑性があり皮膜が破壊されにくく、金型も摩耗し難い。また、鋼材表面が酸化すると、酸素との親和性の高いＳｉがＦｅとＣｒの皮膜中に濃縮され、皮膜の潤滑性が失われ、酸化皮膜は破壊されやすく、金型は摩耗し易くなる。

酸化皮膜中のＳｉ濃度１５％以下は、デスケーリング（バフ研磨）によって達成される。バフ研磨によりＳｉが濃縮した酸化皮膜を除去することによって、不動態化皮膜に近いＳｉ濃縮の少ない皮膜にする。以上より、本発明においては酸化スケール厚さを６ｎｍ以下、皮膜中Ｓｉ濃度を１５質量％以下に限定した。

図４に表面皮膜のデプスプロファイルをＧＤＳ（グロー放電発光分光分析法）法によって測定した結果を示す。ＧＤＳ法の詳細は実施例で示す。ａ）のデスケ−リング有りで耐金型摩耗性良好材では皮膜厚さが３．７ｎｍと薄く、皮膜中Ｓｉ濃度は約１０％である。一方、ｂ）のデスケーリング無しで耐金型摩耗不良材では、皮膜厚さは１４ｎｍと厚く、Ｓｉ濃度も２０質量％以上と高いことが分かる。金型摩耗対策として、表面皮膜を薄くすることが不可欠である。

図５に表面皮膜厚さと摩擦係数およびかじり発生有無との関係を示す。酸化皮膜６ｎｍ超で摩擦係数１．８以上の鋼材は、ビード引き抜き試験で金型とのかじりが発生しやすく、すなわち耐金型摩耗性が劣っている。

表面酸化皮膜を薄くするため、焼き入れー焼き戻しによりビッカーズ硬さをバネ特性発現のため必要な４６０〜４９０に調整した後に、デスケ−リングを施すことが不可欠である。デスケーリング無しでは、表面に形成された酸化皮膜と金型の反応により、金型が摩耗し易い。デスケーリング法として、バフ研磨や酸洗が考えられる。酸洗は設備コストやランニングコスト等が高く好ましくない。バフ研磨が有効である。

以下、実施例で本発明を具体的に説明する。

（実施例１）

表２に０．８ｍｍ厚さの製品の化学組成を示す。Ｎｏ．２Ｂ仕上げ材を焼き入れ、焼き戻しによりビッカース硬さを４６０〜４９０に調整したものである。成分は製品板から試験片をサンプリングして成分分析を行った。バルク成分濃度の測定は、Ｃ、Ｓ、Ｎ、Ｏについてはガス分析法（Ｎ、Ｏは不活性ガス溶融−熱伝導測定法で、Ｃ、Ｓは酸素気流中燃焼−赤外線吸収法）で、その他の元素については蛍光Ｘ線分析装置（ＳＨＩＭＡＤＺＵ、ＭＸＦ−２１００）で実施した。

表面皮膜のデプスプロファイルは、ＧＤＳ（グロー放電発光分光分析法）を使用した。装置はＪＯＢＩＮ ＹＶＯＮ社製（仏）ＪＹ５０００ＲＦ−ＰＳＳ型で、測定領域は４ｍｍφである。スパッタ速度は、日本鉄鋼標準試料ＪＳＳ６５２−１３を２５秒間放電した後の深さで求めた。校正試料は、日本鉄鋼標準試料ＪＳＳ６５２−１３等の４種類を用いた。酸化皮膜厚さは、酸素のプロファイルの最高濃度の１／２に低下した最表面からの距離で評価した。

摩擦係数はビード引き抜き試験によって求めた。試験方法は、発明を実施するための最良の形態の中で述べた。

表３に表面皮膜、摩擦係数および耐金型摩耗性のデスケーリング有無の評価結果を示す。摩擦係数が０．１８以下を○、０．１８超を×で示す。酸化スケール厚さが６ｎｍ以下を○、６ｎｍ超を×で示す。酸化皮膜中のＳｉ濃度濃度が１５質量％以下を○、１５質量％超を×で示す。耐金型摩耗性は、マスクバネのプレス加工における曲げ部の金型補修頻度が５０万個以上を○、５０万個未満を×で示す。バフ研磨によるデスケーリング有りの本発明例では、酸化スケールが薄く、酸化皮膜中のＳｉ濃度が低く、摩擦係数が小さい。その結果、本発明の鋼板は耐金型摩耗性に優れている。デスケーリングのない比較例は、耐金型摩耗性に劣っている。

本願発明は、ブラウン管パーツ部品等に使用されるマスクバネ等に適用可能な技術である。

耐金型摩耗性評価の簡易ラボシミュレイションとして、ビード引き抜き試験を実施した結果、かじり発生と摩擦係数との関連で示す図である。 ビード引き抜き試験の概念図である。 ビード引き抜き試験結果の一例であり、（ａ）はかじり発生なし、（ｂ）はかじり発生ありの場合を示す図である。 表面酸化皮膜のデプスプロファイルの一例、ａ）デスケーリング有り、ｂ）デスケーリングなし。 表面皮膜厚さと摩擦係数およびかじり発生有無との関係を示す図である。

Claims (3)

1. 鋼板の摩擦係数μが０．１８以下であり、酸化スケール厚さが６ｎｍ以下で、酸化皮膜中のＳｉ濃度が１５質量％以下であることを特徴とする耐金型摩耗性に優れた電子機器部品用バネ用マルテンサイト系ステンレス鋼板。
2. マルテンサイト系ステンレス鋼板を、焼き入れ、焼き戻しによりビッカーズ硬さを４６０〜４９０に調整した後、続いて鋼板表面をデスケーリングすることを特徴とする請求項１に記載の耐金型摩耗性に優れた電子機器部品用バネ用マルテンサイト系ステンレス鋼板の製造方法。
3. 鋼板表面のデスケーリングはバフ研磨であることを特徴とする請求項２に記載の耐金型摩耗性に優れた電子機器部品用バネ用マルテンサイト系ステンレス鋼板の製造方法。

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