JPH04116142A

JPH04116142A - 高剛性率低透磁率非磁性機能合金およびその製造方法

Info

Publication number: JPH04116142A
Application number: JP23453790A
Authority: JP
Inventors: Masakatsu Hinai; 比内　正勝; Shohachi Sawatani; 沢谷　昭八
Original assignee: Research Institute for Electromagnetic Materials
Current assignee: Research Institute for Electromagnetic Materials
Priority date: 1990-09-06
Filing date: 1990-09-06
Publication date: 1992-04-16

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は高い剛性率を有して捩り等の剪断応力に強く、
且つ透磁率が低くて磁気を帯びない高剛性率低透磁率非
磁性機能合金に関し、剪断応力が付加されるモーターの
軸材等の構造部材に使用されている。

（従来の技術）従来、各種の機械、電子機器の構造材料として各種のス
テンレス鋼が使用される。ステンレス鋼はマルテンサイ
ト、フェライトの２相ならびにオーステナイｌ−Ｍに分
類されるが、それぞれ特徴を付加されている。特徴とは
硬さや強さ、磁気特性および耐食性等であるが、磁気を
帯びない非磁性鋼はオーステナイト鋼のみである。

しかし、近年の電子機器、情報機器等の発展に伴い、構
造部材に精密さが要求され、従来の材料では対応しきれ
ないことが多くなっている。一般に従来のオーステナイ
ト鋼はヤング弾性率は比較的高いので、引張りや圧縮の
応力には強いが、剛性率が低く剪断応力に対しては余り
強くない。また、従来のオーステナイト鋼は組織的に準
安定状態にあるので、モーターの軸材等の回転部材では
回転体に応力が加わると捩りの力となり、芯振れの危険
がある。

例えばデジタルテレビ等の精密機器のモーターの軸材は
記録等のトラック幅が非常に狭いので、使用中に芯振れ
が起こるとトラブルの原因となる。

また、材料が磁気を帯びたりすると周辺の部材に悪影響
を与えたり、材料自体が外部からの磁界に影響され特性
が変わったりするので作動誤差となる場合も考えられる
。

（発明が解決しようとする課題）剛性率Ｇは、正四角柱の各側面に底面に平行な大きさτ
の応力を加えたとき、断面が頂角９０°±θの菱形に歪
むとすれば、τ＝θＧとなる関係にある。したがって同
じ大きさの応力が加わるときには、剛性率Ｇが高い合金
はど歪む角度θが小さくなるので変形し難い材料となる
。

一般に従来のオーステナイト鋼は高温度から急冷した状
態で透磁率が小さく非磁性を示すが、剛性率はフェライ
ト鋼に比較してかなり小さい。しかし、熱処理状態のオ
ーステナイト鋼は準安定組織になっているので、加工応
力等が加わると変態を起こし、透磁率が加工度の増加と
ともに上昇する材料である。そして相の安定度は各材料
毎に異なり、熱処理後の加工とともに透磁率が高くなら
ない合金はど安定な相を有する材料となる。ここで透磁
率μが１．２より高くなると磁石に付くようになるので
、透磁率は１．０２以下のようにできるかぎり小さいこ
とが望ましい。

そこで、本発明は、剛性率が高い上に透磁率が低い高剛
性率低透磁率非磁性機能合金を提供することを目的とす
る。

（作　用）従来のオーステナイト鋼は非磁性ならびに耐食性を重視
して使用されているが、例えば５ＵＳ３０４あるいは５
ＵＳ３１６ｔｌｉｉｌはフェライトａに比べて剛性率が
かなり低い。また、透磁率が加工を施すことによって急
激に上昇して組織が不安定である。

そこで本発明は重量比で、Ｎｉ　９〜３５％と；Ｃｏお
よびＣｕ　５％以下のうちの一種あるいは二種の合計０
．１〜１０％と、　Ｎｂ　０．４〜５％と；Ｃｒ１２〜
２３％と、　Ｃ０．００２〜０．４％と；Ｔｉ、Ｓｉ。

Ａ！およびＭｎ２％以下のうちの一種あるいは二種以上
の合計０．１〜４％と、残部Ｆｅおよび不可避的不純物
とからなる合金、ならびにさらにこれ等にＭｏ、Ｗおよ
び■５％以下ならびにＴａ　。

Ｚｒ、ＹおよびＨｆ　　１％以下のうちの一種あるいは
二種以上の合計０．０１〜７％を添加した合金、さらに
これ等の組成にそれぞれＰｂ、Ｃａ、Ｓおよび２００５
％以下ならびにＴｅ、Ｂｉおよび５ｅＯ０３％以下のう
ちの一種あるいは二種以上の合計０．０５〜０．７％を
添加した合金について、剛性率が７２００　ｋｇ／ｍｍ
２以上で高く、且つ透磁率が１．０２以下で小さい高剛
性率低透磁率非磁性機能合金を得るものである。本発明
の合金は剛性率が高いので大きい応力に耐える上に、内
部組織が安定であり、加工後の透磁率が小さく磁界に影
響されない高剛性非磁性機能合金となる。

以下に本発明合金の組成を限定した理由について述べる
。

（１）Ｎｉ９〜３５％；Ｎｉ　はオーステナイト（非磁性相）化元素であり、非
磁性および安定な組織を得るために重要な元素である。

非磁性とするにはＮｉ量が７％以上であればほぼ十分で
あるが、加工および応力等に対して安定な組織とするに
はＮｉ　は多いほど有効で、最低９％が必要なので下限
を９％とした。しかし、Ｎｉ量が多くなると高価になる
ので上限を３５％とした。

（２）　　ＣｏおよびＣｕ　５％以下の一種または二種
合計０．１〜１０％；これ等はオーステナイト化元素であり、Ｎｉと置換する
ことにより安定な相状態の合金とするために重要な元素
である。また機械的性質および耐食性等を高めるが、Ｃ
ｏは高価であり、Ｃｕは加工性に悪影響があるので５％
とし、同様にこれ等の合計量の上限を１０％とした。ま
たこれ等の合計量が０．１％以下では効果が小さいので
その下限を１％とした。

（３）　　Ｎｂ０．４〜５％；Ｎｂはフェライト化元素であるが、剛性率を高める効果
が非常に大きく、本発明で欠かせない主要な元素である
。しかし、５％以上では加工性を損なうので５％を上限
とし、０．４％以下では効果が小さいので０．４％を下
限とした。

（４）　　Ｃｒ　１２〜２３％；Ｃｒは非磁性および耐食性のために重要な元素である。

１２％以下では組織的に不安定で、耐食性が悪いので、
Ｃｒ１２％を下限とし、２３％以上では加工性等が悪く
なるのでＣｒ２３％を上限とした。

（５）　　Ｃ０．００２〜０．４％；Ｃは機械的強度を大きくする元素であるが、０．４％以
上では加工性等の製造上の困難があるのでＣ００４％を
上限とし、Ｃ０．００２％以下では効果が少なく、製造
上経済的でなくなるのでＣ０．００２％を下限とした。

（６）Ｔｉ　、Ｓｉ　、ＡｌおよびＭｎ　２％以下の一
種または二種以上の合計０．１〜４％；これ等の元素は何れも脱酸剤としての効果が大きい。Ｍ
ｎはオーステナイト化元素で、他の元素はフェライト化
元素であり、機械的強度を高める。しかし、これ等の２
％以上および一種または二種以上の合計４％以上では製
造上問題が生じるので４％を上限とし、その合計が０．
１％以下では効果が少ないので、０．１％を下限とした
。

（７）　　Ｍｏ　、　Ｗおよび■５％以下ならびにＴａ
　。

Ｚｒ、ＹおよびＨｆ　１％以下の一種または二種以上の
合計０．０１〜７％；これ等元素はフェライト化元素であり、機械的強度およ
び耐食性を高める。しかし、これ等の元素が７％以上で
は加工性に悪影響が生じ、経済的にも不利となるので、
その上限を７％とした。またその合計が０．０１％以下
では効果が少ないので０．０１％を下限とした。

（８）　　Ｐｂ、Ｃａ、ＳおよびＰ０．５％以下ならび
にＴｅ、ＢｉおよびＳｅ０．３％以下の一種または二種
以上の合計０．０５〜０．７％；これ等元素は切削性を良好にする効果が大きい元素であ
るので、切削性を重視する場合に含有させる。ただし、
これ等元素が０．７％以上では高温鍛造等の加工性に悪
影響があるので、０．７％を上限とし、これが０．０５
％以下では効果が少ないので０．０５％を下限とした。

次に本発明の合金の製造方法について記述する。

まず上記組成範囲の合金を空気中もしくは不活性ガス中
または真空中において通常の溶解炉によって溶解した後
、砂型や金型に鋳造して鋳塊を造る。

なお、溶解する際に、空気の遮断材として通常のフラッ
クスおよび全量１％程度の脱酸剤を用いてもよい。

次にこの鋳塊を、低温（冷間）あるいは高温度で鍛造、
圧延、押し出し、スェージング、引き抜きあるいはプレ
ス等の加工を施す。ここで鍛造、圧延、押し出し、スェ
ージング、引き抜きおよびプレス等の加工は所定の形状
にするための手段であるので、場合によっては省略する
ことができ、鋳造のまま用いてもよい。

次に所定の形状の合金に次の熱処理を施す。

８５０〜１２００℃の温度で５〜６００分間加熱後、２
００℃以下の温度まで１０００℃／時間の速度以上で冷
却する。ここで８５０〜１２００℃の温度で５〜６００
分間加熱するのは、合金の鋳造歪みあるいは加工歪みを
除去、結晶粒の調整を行うとともに合金の透磁率を小さ
くするためにオーステナイト相とするためである。また
２００″Ｃ以下の温度まで１０００℃／時間の速度以上
で冷却するのは、２００℃以下の温度まで１０００℃／
時間の速度以上で冷却すれば組織的に安定なオーステナ
イト相が得られるが、冷却速度は大きい方が望ましい。

（実施例）次に本発明の合金の実施例を比較例とともに説明する。

試料を得るために原材料を高周波電気炉により大気中で
溶解し、鋳型に鋳込んで直径６０ｍｍφの鋳塊を得た。

次に鋳塊を１０００℃の温度で、それぞれ剛性率および
透磁率の測定用として６ｍｍφの丸棒に、切削性試験用
として２０ｍｍ厚さ、１２０　ｍｍ幅および１４０　ｍ
ｍ長さの板に鍛造した。つづいて６＋＋ｖφの丸棒を冷
間スェージングおよび引き抜きにより２．０　ｍｍφな
らびに０．８　ｍｍφの線にし、一方で板をフライス盤
で１５ｍｍ厚さ、１１０　ｍｍ幅および１３０　ｍｍ長
さに切削して仕上げた。

剛性率Ｇは逆吊り捩り振子法により求め、透磁率μは直
流磁気特性測定装置により求めた。そして切削性は３．
０　ｍｍφのドリルを用い、深さ６．０　ｍｍの穴をあ
け、ドリルが破損するまでの穴の個数による穿孔性試験
から判定した。

本発明合金において非磁性はＮｉ　とＣｒの効果により
もたらされるが、第１図にＦｅ−Ｎｉ−１８％Ｃｒを主
成分とした合金を１０５０℃で６０分間加熱後水中冷却
したときの透磁率μとＮｉ量との関係を示す。ここで透
磁率はＮｉ量が７％付近以下では急激に高くなり、それ
以上では非常に低くなる。

これはフェライト相とオーステナイト相の２相状態にな
るので強磁性となり透磁率が高くなり、オーステナイト
単相では非常に低くなるからである。

第１表は実施例の試料Ｎｏ、　１〜１４および比較例の
試料Ｎα１５〜１８の組成を重量比（％）で示す。

本発明合金の剛性率は主としてＮｂ元素の添加によって
高くなっているが、第２図に１０５０℃で６０分間加熱
後水中冷却した主成分がＦｅ−１３％ＮｉＮｂ−１８％
Ｃｒ合金の剛性率ＧとＮｂ量との関係を現す。剛性率Ｇ
はＮｂ量の増加とともに高くなっており、Ｎｂ元素が非
磁性を損なうことなく剛性率を高める効果を持つことが
よくわかる。

そこで第２表には第１表の試料について、１０５０℃で
６０分間加熱後水中冷却したときの剛性率Ｇおよび透磁
率μを示す。透磁率は比較例合金および実施例合金とも
にいずれも小さい値を有するが、剛性率Ｇは実施例合金
の方が比較例合金のＮｏ、　１５、Ｎｏ、　１６、Ｎｏ
、　１７およびＮｏ、　１８のものに比べてかなり高く
なっている。

第１表の合金は急冷状態では透磁率がいずれも小さいの
で組織が安定かどうか判定ができないが、冷間加工を施
すことによって明瞭となる。第３図は実施例試料Ｎｏ、
　３、比較例試料Ｎｏ、　１７およびＮｏ、　１８につ
いて１０５０℃で６０分間加熱し水中冷却した後、さら
に冷間加工を施したときの透磁率μと冷間加工率ＲＡ（
％）との関係を示す。本発明合金の透磁率μは加工を施
してもさほど増大しないが、比較例の試料はいずれも急
激に増大し、その増大の度合はＮａ１７のＳ　Ｕ　Ｓ　
３０４　、Ｎｏ、１８の５ＵＳ３１６の順に大きい。し
たがって本発明合金は加工応力等に対して透磁率があま
り上昇しないことから組織的に安定であることになる。

次に部品を製造するとき、ネジ切りあるいは旋盤加工等
が伴う場合には切削性が良好であるにこしたことはない
。切削性改良に対する元素の効果を示すために用いた本
発明合金の試料の組成を第３表に重量比（％）で示す。

基本組成は実施例試料Ｎｏ、　３合金と同じＦｅ−１３
％Ｎｉ−０，２％Ｃｏ−０，１％Ｃｕ−２％Ｎｂ−０，
１％５ｉ−０，２％Ａｆで、この組成に対してＰｂ、Ｃ
ａ、Ｓ、Ｐ、Ｔｅ、Ｂｉ。

Ｓｅを添加した実施例試料Ｎｏ、　３、Ｎｏ、　１９〜
Ｎｏ、２６およびＮｏ、　１４である。そして第４表に
それ等についてドリルの穴あけ回数とその穿孔性から切
削性を判定した結果を示す。ここで穴あけ回数が６０８
となっているのは切削性が非常に良好で試験中ドリルが
破損しなかった場合である。表から穴あけ回数は快削性
元素の増加とともに多くなっているが、特にＰｂおよび
Ｓ元素の効果が大きい。

第表（発明の効果）本発明合金の特徴は上述のように剛性率が大きく、透磁
率が低く、切削性が良好であることである。従って、本
発明合金は各種の電子機器の構成部品、磁界中で作動す
る部品、精密機器等の構造材料に非常に適している。

【図面の簡単な説明】

第１図は１０５０℃で６０分間加熱後水中冷却した状態
の透磁率μとＮｉ量との関係を示す特性図、第２図は１
０５０℃で６０分間加熱後水中冷却した状態の剛性率Ｃ
とＮｂ量との関係を示す特性図、第３図は実施例Ｎｏ、
　３、比較例試料Ｎα１２およびＮｏ。１５について１０５０℃の温度で加熱し水中冷却してか
ら冷間加工を施した時の透磁率μと冷間加工率との関係
を示す特性図である。第１図Ｎｔ（％）Ｎｂ（％）第３図ン６ｈ’を力り工率ＲＡ　（％）

Claims

【特許請求の範囲】１、重量比で、Ｎｉ９〜３５％と；ＣｏおよびＣｕ５％
以下のうちの一種あるいは二種の合計０．１〜１０％と
；Ｎｂ０．４〜５％と；Ｃｒ１２〜２３％と；Ｃ０．０
０２〜０．４％と；Ｔｉ、Ｓｉ、ＡｌおよびＭｎ２％以
下のうちの一種あるいは二種以上の合計０．１〜４％と
、残部Ｆｅおよび不可避的不純物とからなり、高い剛性
率および低い透磁率を有する高剛性率低透磁率非磁性機
能合金。２、重量比で、Ｎｉ９〜３５％と；ＣｏおよびＣｕ５％
以下のうちの一種あるいは二種の合計０．１〜１０％と
；Ｎｂ０．４〜５％と；Ｃｒ１２〜２３％と；Ｃ０．０
０２〜０．４％と；Ｔｉ、Ｓｉ、ＡｌおよびＭｎ２％以
下のうちの一種あるいは二種以上の合計０．１〜４％と
；Ｍｏ、ＷおよびＶ５％以下ならびにＴａ、Ｚｒ、Ｙお
よびＨｆ１％以下のうちの一種あるいは二種以上の合計
０．０１〜７％と、残部Ｆｅおよび不可避的不純物とか
らなり、高い剛性率および低い透磁率を有する高剛性率
低透磁率非磁性機能合金。３、重量比で、Ｎｉ９〜３５％と；ＣｏおよびＣｕ５％
以下のうちの一種あるいは二種の合計０．１〜１０％と
；Ｎｂ０．４〜５％と；Ｃｒ１２〜２３％と；Ｃ０．０
０２〜０．４％と；Ｔｉ、Ｓｉ、Ａｌ、およびＭｎ２％
以下のうちの一種あるいは二種以上の合計０．１〜４％
と；Ｐｂ、Ｃａ、ＳおよびＰ０．５％以下ならびにＴｅ
、ＢｉおよびＳｅ０．３％以下のうちの一種あるいは二
種以上の合計０．０５〜０．７％と、残部Ｆｅおよび不
可避的不純物とからなり、高い剛性率および低い透磁率
を有する高剛性率低透磁率非磁性機能合金。４、重量比で、Ｎｉ９〜３５％と；ＣｏおよびＣｕ５％
以下のうちの一種あるいは二種の合計０．１〜１０％と
；Ｎｂ０．４〜５％と：Ｃｒ１２〜２３％と；Ｃ０．０
０２〜０．４％と；Ｔｉ、Ｓｉ、ＡｌおよびＭｎ２％以
下のうちの一種あるいは二種以上の合計０．１〜４％と
；Ｍｏ、ＷおよびＶ５％以下ならびにＴａ、Ｚｒ、Ｙお
よびＨｆ１％以下のうちの一種あるいは二種以上の合計
０．０１〜７％と；Ｐｂ、Ｃａ、ＳおよびＰ０．５％以
下ならびにＴｅ、ＢｉおよびＳｅ０．３％以下のうちの
一種あるいは二種以上の合計０．０５〜０．７％と、残
部Ｆｅおよび不可避的不純物とからなり、高い剛性率お
よび低い透磁率を有する高剛性率低透磁率非磁性機能合
金。５、重量比で、Ｎｉ９〜３５％と：ＣｏおよびＣｕ５％
以下のうちの一種あるいは二種の０．１〜１０％と；Ｎｂ０．４〜５％と；Ｃｒ１２〜２
３％と；Ｃ０．００２〜０．４％と；Ｔｉ、Ｓｉ、Ａｌ
およびＭｎ２％以下のうちの一種あるいは二種以上の合
計０．１〜４％と、残部Ｆｅおよび不可避的不純物とか
らなる合金を７５０〜１２００℃の温度で５〜６００分
間加熱後、２００℃以下の温度まで１０００℃／時間の
速度以上で冷却することにより、高い剛性率および低い
透磁率を有する合金を得ることを特徴とする高剛性率低
透磁率非磁性機能合金の製造方法。６、重量比で、Ｎｉ９〜３５％と；ＣｏおよびＣｕ５％
以下のうちの一種あるいは二種の合計０．１〜１０％と
；Ｎｂ０．４〜５％と；Ｃｒ１２〜２３％と；Ｃ０．０
０２〜０．４％と；Ｔｉ、Ｓｉ、ＡｌおよびＭｎ２％以
下のうちの一種あるいは二種以上の合計０．１〜４％と
；Ｍｏ、ＷおよびＶ５％以下ならびにＴａ、Ｚｒ、Ｙお
よびＨｆ１％以下のうちの一種あるいは二種以上合計の
０．０１〜７％と、残部Ｆｅおよび不可避的不純物とか
らなる合金を、７５０〜１２００℃の温度で５〜６００
分間加熱後、２００℃以下の温度まで１０００℃／時間
の速度以上で冷却することにより、高い剛性率および低
い透磁率を有する合金を得ることを特徴とする高剛性率
低透磁率非磁性機能合金の製造方法。７、重量比で、Ｎｉ９〜３５％と；ＣｏおよびＣｕ５％
以下のうちの一種あるいは二種の合計０．１〜１０％と
；Ｎｂ０．４〜５％と；Ｃｒ１２〜２３％と；Ｃ０．０
０２〜０．４％と；Ｔｉ、Ｓｉ、ＡｌおよびＭｎ２％以
下のうちの一種あるいは二種以上の合計０．１〜４％と
；Ｐｂ、Ｃａ、ＳおよびＰ０．５％以下ならびにＴｅ、
ＢｉおよびＳｅ０．３％以下のうちの一種あるいは二種
以上の合計０．０５〜０．７％と、残部Ｆｅおよび不可
避的不純物とからなる合金を７５０〜１２００℃の温度
で５〜６００分間加熱後、２００℃以下の温度まで１０
００℃／時間の速度以上で冷却することにより、高い剛
性率および低い透磁率を有する合金を得ることを特徴と
する高剛性率低透磁率非磁性機能合金の製造方法。８、重量比で、Ｎｉ９〜３５％と；ＣｏおよびＣｕ５％
以下のうちの一種あるいは二種の合計０．１〜１０％と
；Ｎｂ０．４〜５％と；Ｃｒ１２〜２３％と；Ｃ０．０
０２〜０．４％と；Ｔｉ、Ｓｉ、Ａｌ、およびＭｎ２％
以下のうちの一種あるいは二種以上の合計０．１〜４％
と；Ｍｏ、ＷおよびＶ５％以下ならびにＴａ、Ｚｒ、Ｙ
およびＨｆ１％以下のうちの一種あるいは二種以上の合
計０．０１〜７％と；Ｐｂ、Ｃａ、ＳおよびＰ０．５％
以下ならびにＴｅ、ＢｉおよびＳｅ０．３％以下のうち
の一種あるいは二種以上の合計０．０５〜０．７％と、
残部Ｆｅおよび不可避的不純物とからなる合金を７５０
〜１２００℃の温度で５〜６００分間加熱後、２００℃
以下の温度まで１０００℃／時間の速度以上で冷却する
ことにより、高い剛性率および低い透磁率を有する合金
を得ることを特徴とする高剛性率低透磁率非磁性機能合
金の製造方法。