JP5142601B2 - 高硬度・非磁性の快削ステンレス鋼 - Google Patents
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Description
特許文献1〜4に記載された発明は冷間加工と時効熱処理によってビッカース硬さ550以上、透磁率1.05以下であることを特徴とする高Mnステンレス鋼であるが、被削性元素を含んでいないために、SUS303並の被削性を持たない。
(1)質量%で、C:0.030〜0.150%、Si≦1.00%、Mn5.00〜16.00%、P≦0.050%、S:0.05〜0.40%、Ni:1.00〜8.00%、Cr:16.00〜22.00%、N:0.10〜0.50%、O:0.005〜0.015%、Ca:0.001〜0.010%、Al:0.002〜0.010%、B:0.001〜0.010%を含有し残部Feおよび不可避的不純物からなる鋼であって、ビッカース硬さ(Hv)が400以上かつ非磁性であることを特徴とする高硬度・非磁性の快削ステンレス鋼。
(2)(1)の成分に加えて、質量%でZr:0.0001〜0.0100%を含有することを特徴とする高硬度・非磁性の快削ステンレス鋼。
(3)(1)または(2)の成分に加えて、質量%でMo≦3.0%を含有することを特徴とする高硬度・非磁性の快削ステンレス鋼。
(4)(1)〜(3)のいずれかの成分に加えて、質量%でCu≦3.0%を含有することを特徴とする高硬度・非磁性の快削ステンレス鋼。
(5)(1)〜(4)のいずれかの成分に加えて、質量%でNb≦0.20%を含有することを特徴とする高硬度・非磁性の快削ステンレス鋼。
(6)熱間圧延にて製造後、各種サイズまで冷間加工後、温度:300〜600℃、時間2分以上の時効熱処理を行うことを特徴とする(1)〜(5)のいずれかに記載のステンレス鋼の製造方法。
Cは伸線加工後の強度及び非磁性を確保するために0.030%以上添加する。しかし、過剰の添加は耐食性を悪化させるため上限を0.150%とした。好ましくは0.070〜0.120%である。
Siは脱酸元素として必要な元素である。1.00%超添加すると耐食性が悪化し、フェライト生成元素であるために非磁性確保が困難になるため上限を1.00%とした。好ましくは0.20〜0.70%である。
MnはNiの代替元素として利用される安価な元素である。また、冷間加工後でも非磁性を確保するのに必要な元素である。5.00%未満であると非磁性確保が困難のため下限を5.00%とした。また、過剰な添加は耐食性を悪化させるためにその上限を16.00%とした。好ましくは8.00〜12.00%である。
Pは含有量が多いと熱間加工性を低下させるため0.050%を上限とした。好ましくは0.040%以下である。
Sは被削性を改善する元素であるため0.05%以上含有させるが、過剰に添加すると熱間加工性、冷間加工性、および耐銹性を劣化させるために上限を0.40%とした。好ましくは0.10〜0.20%である。
Niはオーステナイト生成元素で非磁性確保に必要であるが、高価な元素である。1.00%未満では非磁性確保に不十分であるため下限を1.00%とした。また8.00%を超えると非磁性に対する効果が飽和し、高価格となるために、上限を8.00%とした。好ましくは4.00〜7.00%である。
Crは耐食性向上に有効な元素である。16.00%未満では耐食性が悪くなり、また、多いとオーステナイト相が不安定となり冷間加工性が悪化するため上限を22.00%とした。好ましくは16.00〜19.00%である。
NはCと同様伸線加工後の強度、非磁性を確保するために0.10%以上添加する。0.50%超の添加は冷間加工後の延性を劣化させるためにその上限を0.50%とした。好ましくは0.20〜0.40%である。
Oは固体中ではほとんど酸化物となり、鋼中に分散している。本発明ではCa、Alなどの脱酸元素の微妙なコントロールと適量のOの存在による硫化物の生成・形態を均一分散制御することにより、熱間加工性および被削性を改善できる。具体的には、Al、Caを添加することによりO濃度をコントロールし、SiO2−CaO−Al2O3系の酸化物を均一分散させる。鋼中に均一分散した酸化物は硫化物(MnS)の発生核として働き、硫化物の形態を制御することが可能となる。O濃度が0.005%未満ではその効果が小さく、また、0.015%を超えると硬質のCr2O3が増大し被削性を低下させる。好ましくは0.006〜0.0012%である。
Caは強力な脱酸剤であり、Ca系の酸化物となり、硫化物の析出サイトとなることにより、硫化物の形態制御(均一分散)を促進して、熱間加工性および被削性が改善する作用があるが、0.001%未満ではその作用が不十分であり、0.010%を超えると硬質のCaO系介在物量が増大して被削性および耐食性を低下させる。好ましくは0.001〜0.005%である。
Alは脱酸及び硫化物の形態制御のために0.002%以上添加するが、過剰の添加は硬質な介在物を増加させ、熱間加工性および被削性を劣化させるために上限を0.010%としたとした。好ましくは0.002〜0.008%である。
Bは熱間加工性や軟質化を改善するために添加される元素であり、0.001%以上の添加により安定した効果が得られる。しかし過剰に添加するとBの化合物が析出し、熱間加工性を劣化させるので、その上限を0.010%とした。好ましくは0.002〜0.005%である。
電子機器などの精密部品のシャフト材などに使用されるために、高硬度化が望まれる。これらの部材に必要なビッカース硬さとして最低400は必要である。好ましくはビッカース硬さ450以上である。
電子機器部品は種々の磁気発生を誘導するための装置を備えているために、シャフト材などは磁性を持たないものが求められており、こうした部品には透磁率が1.010以下であることが必須条件とされている。磁性の有無を評価する手段として透磁率の測定がある。一般的に透磁率が1.010以下であれば、磁性を持たない(非磁性)。本発明では、高度の冷間加工後も非磁性となるように、成分設計を行っているため、冷間加工後も非磁性である。
Zr:0.0001〜0.0100%
Zrは酸化物の析出サイトとして働き、硫化物の析出サイトとなる酸化物を微細に分散させることにより硫化物の微細分散化に有効な元素である。また熱間加工性も向上する。これらの効果を得るためには必要に応じて0.0001%以上の添加が必要である。しかし、多量に含有すると介在物として存在し、冷間加工性を低下させるため上限を0.0100%とした。好ましくは0.0010〜0.0050%である。
Mo:3.0%以下
MoはCrと同様に耐食性を向上させるのに有効な元素であり必要に応じて0.1%以上添加することにより安定した効果が得られる。しかし、多量に添加させると熱間加工性が低下するために上限を3.0%とした。好ましくは0.1〜2.5%である。
Cu:3.0%以下
Cuは冷間加工後の延性を確保するために必要に応じて0.1%以上添加する。しかし、過剰の添加は熱間加工性を劣化、冷間加工後の硬さを低くするために上限を3.0%とした。好ましくは、2.0〜3.0%である。
Nb:0.20%以下
Nbは結晶粒を微細化すること及びNbCを析出することにより硬度改善に有効であり、必要に応じて0.03%以上添加する。しかし、多量に添加すると、有害な非金属介在物を多量に生じ、被削性の劣化、冷間加工時の断線の原因となるので、上限を0.20%とした。好ましくは0.05〜0.15%である。
時効熱処理条件:温度300〜600℃ 時間2分以上
300〜600℃、2分以上の時効熱処理を行うことにより、C、Nによって転位の固着が起こり、ビッカース硬さの向上が見られる。しかし、300℃未満で行うと、時効硬化によるC,Nによる転位の固着が起こらず、Hv400以上を満足できない。また600℃超であると鋼の軟化が起こり、時効熱処理を行っていないものと同程度の強度になることから上限の温度とした。好ましくは400〜500℃である。時効熱処理時間については2分未満であると、時効硬化による強度の上昇が見られない。また100分以上行うと、生産性が低下する。好ましくは2〜100分である。
Claims (6)
- 質量%で、C:0.030〜0.150%、Si≦1.00%、Mn5.00〜16.00%、P≦0.050%、S:0.05〜0.40%、Ni:1.00〜8.00%、Cr:16.00〜22.00%、N:0.10〜0.50%、O:0.005〜0.015%、Ca:0.001〜0.010%、Al:0.002〜0.010%、B:0.001〜0.010%を含有し残部Feおよび不可避的不純物からなる鋼であって、ビッカース硬さ(Hv)が400以上かつ非磁性であることを特徴とする高硬度・非磁性の快削ステンレス鋼。
- 請求項1の成分に加えて、質量%でZr:0.0001〜0.0100%を含有することを特徴とする高硬度・非磁性の快削ステンレス鋼。
- 請求項1または2の成分に加えて、質量%でMo≦3.0%を含有することを特徴とする高硬度・非磁性の快削ステンレス鋼。
- 請求項1〜3のいずれかの成分に加えて、質量%でCu≦3.0%を含有することを特徴とする高硬度・非磁性の快削ステンレス鋼。
- 請求項1〜4のいずれかの成分に加えて、質量%でNb≦0.20%を含有することを特徴とする高硬度・非磁性の快削ステンレス鋼。
- 熱間圧延にて製造、冷間加工後、温度:300〜600℃、時間2分以上の時効熱処理を行うことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のステンレス鋼の製造方法。
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