JP5920691B2 - ソーワイヤー用の高強度金属細線とその製造方法、並びに該金属細線を用いたソーワイヤー - Google Patents
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Description
C: 0.05〜0.15%
Si:0を超え2.0%以下
Mn:0を超え3.0%以下
Ni:5.5〜9.5%
Cr:15.0〜19.0%を含み、又は更にN:0.01〜0.30%を含むとともに、
次式▲1▼のH値が1.5〜6.2で、残部Fe及び不可避不純物により構成された、等価線径dが0.7mm以下のオーステナイト系ステンレス鋼の細線でなり、
そのマトリックス中に容積比で65〜97%の加工誘起マルテンサイトと残部がオーステナイトを備えるとともに、0.2%耐力(σ0.2)が2000〜2800MPaの高弾性特性であることを特徴とするソーワイヤー用の高強度金属細線である。
H=(Mn+Ni)/12.6(C+N)・・・・▲1▼
(a): Al、Nb、Ti、Ta、Zrの各々0.01〜0.30%のいずれか1種以上、
(b): V:0.05〜0.5%
(c): Mo:0.1〜2.0%又はCu:0.15〜0.8%のいずれか1種以上
但し、その曲げ回数は曲げ角度90°分を1回とする。
ア)質量%で、
C: 0.05〜0.15%
Si:0を超え2.0%以下
Mn:0を超え3.0%以下
Ni:5.5〜9.5%
Cr:15.0〜19.0%を含み、又は更にN:0.01〜0.30%を含むとともに、次式▲1▼のH値が1.2〜6.2で、残部Fe及び不可避不純物でなるオーステナイト系ステンレス鋼の素線材を準備する準備段階と、
イ)該素線材を、室温以下の加工温度で、かつ加工率85%以上の冷間伸線加工によって、0.7mm以下の等価線径dを持つ硬質ステンレス鋼細線に加工する冷間伸線加工の段階と、
ウ)この伸線加工に続いて、300〜600℃の温度範囲でかつその加熱温度(℃)と加熱時間(sec.)との下式▲2▼の(B)値が45〜60の条件で加熱処理する低温加熱処理の段階を備え、
エ)前記伸線加工と低温加熱処理によって、そのマトリックス中に容積比で65〜97%の加工誘起マルテンサイトと残部がオーステナイトを有し、かつ0.2%耐力が2000〜2800MPaの高弾性特性を得ることを特徴とする製造方法である。
▲1▼H=(Mn+Ni)/12.6(C+N)
▲2▼熱処理条件値(B)={加熱温度(℃)×加熱時間(sec)}1/2+1/{0.78√線径d(mm)}
(a): Al、Nb、Ti、Ta、Zrの各々0.01〜0.30%のいずれか1種以上、
(b): V:0.05〜0.5%
(c): Mo:0.1〜2.0%又はCu:0.15〜0.8%のいずれか1種以上
2 金属細線(芯材)
3 被覆材(金属メッキ層)
4 砥粒
質量%で、C: 0.05〜0.15%、Si:0を超え2.0%以下、Mn:0を超え3.0%以下、Ni:6.0〜9.5、Cr:16.0〜19.0を含み、又は更にN:0.001〜0.25%を含むとともに、次式▲1▼のH値を1.2〜6.2に調整され、残部Fe及び不可避不純物でなる高Cのオーステナイト系ステンレス鋼でなる。
H=(Mn+Ni)/12.6(C+N)・・・・・・・▲1▼
[C:0.05〜0.15%]
Cは、Nとともにオーステナイトの形成元素で、加工に伴う強度及び弾性特性の向上をもたらす。その効果は、0.05%以上の添加で顕著となるが、0.15%を超える程多量の添加は、その結晶粒界に有害な炭化物を生成して耐食性低下をもたらす。したがって、より好ましくは0.06〜0.13%とする。
Siは、脱酸剤として添加され、その含有によって強度、弾性限及び耐酸化性が向上する。しかし多量に添加すると、逆に靭性が低下するという問題がある為、その上限を2.0%としており、より好ましくは0.3%〜1.6%とする。
Mnは、Siと同様に精錬時の脱酸剤として使用されるが、オーステナイト系ステンレス鋼では、オーステナイト相(γ)の相安定性に寄与する。またMnは、高価なNiの使用を抑えるとともに、N元素の固溶限を高める効果があるが、多量の含有は芯材の強度上昇を抑え、材料価格の上昇をもたらす。その為、その上限を3.0%としており、より好ましくは0.2〜1.8%が望まれる。
Niは、オーステナイト系ステンレス鋼の基本元素の1つで、オーステナイトの安定化を図るとともに、耐食性向上に不可欠な元素である。また、Niは、加工に伴うマルテンサイトの生成を抑え、多量のN固溶量を高めて非磁性をもたらす効果を有する。このような観点から、少なくとも5.5%以上とする。しかし、Niは非常に高価で、多量の添加は剛性を低下させるためその上限を9.5%としており、好ましくは6.0%以上8.0%未満とする。
Crも前記Niと同様にステンレス鋼の基本元素で、耐食性を向上をもたらす上で15.0%以上の含有を必要とし、他方多量のCrは、前記C,Nとの化合物を形成したり靭性が低下する為、その上限を19.0%としており、好ましくは17.0〜18.5%とする。
Nは、Cと同様にオーステナイトの形成元素で、また侵入型でもあることから固溶によって強度向上,特に結晶粒の微細化や窒素化合物を形成して降伏応力を高め、剛性率アップをもたらす効果がある。しかし本発明では、該Nの添加は必須ではなく、こうした作用効果の必要性に応じて添加される。その場合の添加量は、例えば0.01%以上で上限は0.30%に設定される。特に0.30%を超えるほど多量に添加したものでは、マトリックス中に多量の窒素化合物を生成させて特性低下や加工性に影響を及ぼすとともにコスト上昇の要因ともなる。したがって、より好ましくは0.03〜0.25%である。
Nb、Al,Ti,Ta,Zrは、鋼線の熱処理後のオーステナイト相を安定的に微細化させて、靭性向上を可能にする。その効果は、前記各いずれか1種又は2種以上を各々0.01%以上の含有で発揮され、逆に0.30%を超える程含有しても、その効果は飽和して、かえってコストアップとなり普及の妨げになる。またこの場合、それら添加元素の合計量は0.6%以下が好ましく、特に、Nb及びAlは、更に熱間加工性を向上するとともに、その内部に微細な化合物粒子を析出硬化させることで高強度化することもでき、そのいずれか一方又は双方の有用性は大きいものである。
Vは、前記AlやNbなどと同様に微細な炭・窒化物を形成し、オーステナイト結晶粒を安定的な微細化させ靭性の向上をもたらもので、0.10%以上の添加は好ましい。しかし、0.5%を超えてもその効果は飽和することから、その上限は0.5%に設定される。
Moは耐食性を向上し、0.2%以上の添加を許容する。しかし、2.0%を超えるものでは弾性率が減少することから、上限を2.0%とする。より好ましくは0.25〜0.70%とする。 また、Cuはその添加によって加工硬化は抑制されるものの、弾性特性の改善に寄与することから、その分量を0.15〜0.8%とする。
本発明の比較試験として、表1に記載した11種のステンレス鋼軟質線(線径0.8mm)素材を準備し、この軟質線に各々厚さ2μmの下地軟質金属メッキを被覆して、この下地メッキ層を潤滑剤とする冷間伸線加工を行い、線径0.18mmの硬質細線を得た。この伸線加工はダイヤモンドダイスを液温5℃以下に冷却した潤滑オイル内に浸漬する湿式方式での伸線加工により、加工率95%によるもので、表面状態は、表面粗さ(Ra)0.05〜0.10μm程度の非常に光輝平滑なものであった。また各試料はいずれも下地メッキ層の剥離などは見られず良好なものであった。
つぎに、前記各実施例材及び比較例材の耐食性を評価する為に、一旦その表面皮膜を除去した芯材について、各々JIS−G0573による腐食試験を次の条件で行った。その測定結果を前記表2に併記している。
試験方法 試験溶液中での腐食減量の比較
試験溶液 65%硝酸溶液
試験条件 沸騰させた試験溶液中に48時間浸漬
評価方法 ○良好 (腐食減量 1μg/m2・H未満)
△やや良(腐食減量 10μg/m2・H未満)
×不可 (腐食減量 10μg/m2・H以上)
次に前記各実施例材及び比較例材の金属細線をソーワイヤーの芯材として、その表面に、平均粒径30〜35μmのダイヤモンド砥粒を懸濁したNiメッキ槽内で電着処理を行った。前記細線のステンレス鋼製の各芯材には表面に前記Cu金属の下地メッキ層を、またピアノ線の比較例材Cにはブラスメッキを備えるもので、処理は、予め有機酸溶剤で予備洗浄して清浄化し、さらにスルファミン酸ニッケルによる電解メッキ法で第2層目のニッケルメッキによって、該メッキ液中のダイヤモンド砥粒を所定密度の分布状態で固着しており、その分布密度は何れもほぼ一様な28,000〜32,000個/mになるように調整され、また前記ニッケルメッキ層の皮膜厚さは15〜25μmであった。
次に、こうして得られた各砥粒固定型のソーワイヤーについて、その切断性能を評価するために、図7のように市販ワイヤーソー切断装置に切断ピッチ(T)3mm間隔で掛け渡し、被切断物のサファイア製インゴット(直径6インチ×長さ100mmの棒)に対して、水溶性クーラントを供給しながら次の条件で切断試験を行った。
負荷張力 20〜40N(目標35N),
ソーワイヤーの走行速度 800m/min.
被切断物の送り速度 10mm/H.
走行速度 800m/min.で20sec.毎に逆転往復走行
(但し、新線の繰出し量は10m/min.)
ワークの送り速度 25mm/h
Claims (9)
- 脆性材料の切断に用いられるソーワイヤーのための金属細線で、
質量%で、
C: 0.05〜0.15%
Si:0を超え2.0%以下
Mn:0を超え3.0%以下
Ni:5.5〜9.5%
Cr:15.0〜19.0%を含み、又は更にN:0.01〜0.30%を含むとともに、
次式▲1▼のH値が1.5〜6.2で、残部Fe及び不可避不純物により構成された、等価線径dが0.7mm以下のオーステナイト系ステンレス鋼細線でなり、
そのマトリックス中に容積比で65〜97%の加工誘起マルテンサイトと残部がオーステナイトを備えるとともに、0.2%耐力(σ0.2)が2000〜2800MPaの高弾性特性であることを特徴とするソーワイヤー用の高強度金属細線。
H=(Mn+Ni)/12.6(C+N)・・・・▲1▼ - 更に下記(a)(b)(c)の各グループのいずれか1種以上を第三元素として含有するものである請求項1に記載の前記ソーワイヤー用の高強度金属細線。
(a): Al、Nb、Ti、Ta、Zrの各々0.01〜0.30%のいずれか1種以上、
(b): V:0.05〜0.5%
(c): Mo:0.1〜2.0%又はCu:0.15〜0.8%のいずれか1種以上 - 前記Niが6.0%以上8.0%未満で、かつ前記H値が2.5〜5.8である請求項1又は2に記載の前記ソーワイヤー用の高強金属細線。
- そのヤング率が168〜220KN/mm2で、前記0.2%耐力(σ0.2)とその引張破断までの引張強さ(σB)との関係で示される耐力比(A=(σ0.2/σB)×100)が72〜85%を備える請求項1〜3のいずれかに記載の前記ソーワイヤー用の高強度金属細線。
- 前記等価線径dが0.1〜0.3mmで、その表面上に、Ni、Cu、真鍮のいずれかの金属メッキ層を備えるものである請求項4に記載のソーワイヤー用の高強度金属細線。
- 前記金属細線は、その一端をその線径dの10倍を曲率半径とする把持具に挟持して、その他端側を180°の繰返し曲げ試験をした時の、破断に至る曲げ回数が600回以上の特性を有するものである請求項1〜5のいずれかに記載のソーワイヤー用の高強度金属細線。
但し、その曲げ回数は曲げ角度90°分を1回とする。 - 脆性材料の切断に使用するソーワイヤーの為の高強度金属細線の製造方法であって、
ア)質量%で、
C: 0.05〜0.15%
Si:0を超え2.0%以下
Mn:0を超え3.0%以下
Ni:5.5〜9.5%
Cr:15.0〜19.0%を含み、又は更にN:0.01〜0.30%を含むとともに、次式▲1▼のH値が1.2〜6.2で、残部Fe及び不可避不純物でなるオーステナイト系ステンレス鋼の素線材を準備する準備段階と、
イ)該素線材を、室温以下の加工温度で、かつ加工率85%以上の冷間伸線加工によって、0.7mm以下の等価線径dを持つ硬質ステンレス鋼細線に加工する冷間伸線加工の段階と、
ウ)この伸線加工に続いて、300〜600℃の温度範囲でかつその加熱温度(℃)と加熱時間(sec.)との下式▲2▼の(B)値が45〜60の条件で加熱処理する低温加熱処理の段階を備え、
エ)前記伸線加工と低温加熱処理によって、そのマトリックス中に容積比で65〜97%の加工誘起マルテンサイトと残部がオーステナイトを備えるとともに、0.2%耐力が2000〜2800MPaの高弾性特性を得ることを特徴とする
オ)ソーワイヤー用高強度金属細線の製造方法。
▲1▼H=(Mn+Ni)/12.6(C+N)
▲2▼熱処理条件値(B)={加熱温度(℃)×加熱時間(sec)}1/2+1/{0.78√線径d(mm)} - 前記金属細線は、更に下記(a)(b)(c)の各グループのいずれか1種以上を第三元素として含有するものである請求項7に記載の前記ソーワイヤー用高強度金属細線の製造方法。
(a): Al、Nb、Ti、Ta、Zrの各々0.01〜0.30%のいずれか1種以上、
(b): V:0.05〜0.5%
(c): Mo:0.1〜2.0%又はCu:0.15〜0.8%のいずれか1種以上 - 請求項1〜6のいずれかに記載の前記金属細線と、表面に5000〜50000個/mの分布密度で固着された微細砥粒を備え、スプールに所定ピッチで巻回されてなることを特徴とするソーワイヤー。
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