JPH0633443B2 - 極軟質フエライト系ステレンス鋼 - Google Patents

極軟質フエライト系ステレンス鋼

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JPH0633443B2
JPH0633443B2 JP61191435A JP19143586A JPH0633443B2 JP H0633443 B2 JPH0633443 B2 JP H0633443B2 JP 61191435 A JP61191435 A JP 61191435A JP 19143586 A JP19143586 A JP 19143586A JP H0633443 B2 JPH0633443 B2 JP H0633443B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は極軟質フエライト系ステンレス鋼に係り、得に
貨幣、メダル、ゲーム用コインもしくは鍵等の如く冷間
プレスにより精密な圧印加工が必要とされる各種製品の
素材として最適な極軟質フエライト系ステンレス鋼に関
する。
〔従来の技術〕
雑誌「Chromium Review」No.1 1983年4月号によ
れば1979年に全世界の117ケ国で新たに発行され
たコイン総量の5.5%以上はステンレス鋼が使用され
ているという。これはコイン製造上の経済性およびコイ
ンの流通に際しての耐久性の観点からステンレス鋼が見
直されていることを意味している。
ステンレス鋼コインは魅力的な光沢を有し、耐食性、耐
摩耗性がすぐれており、経済的な観点からも銅合金等の
他の材料と比較して有利性を持つているが、このコイン
への適用に当つて最大の問題点は、その硬さが硬いこと
にあり、そのためコイニング(圧印)時に大容量のプレ
ス能力が必要とされること、コイニング時のダイスの寿
命が短いこと等コイン製造上の種々の困難を伴うという
問題である。
第1表最下段に最も古くからステンレス鋼を素材とする
コインの製造を行つているイタリアの100リラコイン
の組成分析値を示し、第2表に該コイルに750℃5分
間の焼鈍を施し再結晶状態で測定した硬さHvを示した。
第1図は該コイルの圧印状況を示す表面形状であり、第
2図は75%Cu−25%Niを含む日本の100円白銅貨
幣の圧印状況を示す表面形状である。第2表より明らか
なとおり、現用イタリアのコイン用ステンレス鋼は焼な
まし状態で硬さがHv163と硬質であり、第1図、第2
図の比較からも明らかな如く、イタリアのステンレス鋼
を素材とするコインは日本の白銅を素材とする100円
貨幣よりも表面の模様の彫りが浅く不鮮明である。コイ
ンの彫りの深さは圧印用プレスの圧力を高めることによ
つて改善されるが、一方高価なダイスの寿命を短縮する
結果となり経済的に得策ではない。かくの如く、コイン
用素材としてステンレス鋼の種々の利点を十分に生かす
ために、先ずその硬質性を改善することが極めて重要で
あることが理解される。
従来コイン用ステンレス鋼として開示されたものに特開
昭55−89431がある。この発明の要旨とするとこ
ろは、12〜18%のCrを含むフエライト系ステンレス
鋼において、Cr以外の添加元素量を可能な限り低減した
ことと、素材の処理工程においてリジング性を改善する
ために、その熱延に際して熱延仕上温度を800℃以下
とし、巻取温度を450℃以下に限定した点にある。し
かし、Cr以外の他の元素を低くすることは種々の問題が
あり、例えばC、N含有量を低減させることはコストの
上昇を招き、Siを低レベルに抑制することは脱酸不足を
生じコイン製造に重要な表面性状を劣化させることとな
る。またリジング性改善には熱延仕上温度、巻取温度を
低下させるのが有効であることは、特公昭49−156
96、特開昭52−66816、特公昭58−5601
2等により公知の技術であるが、熱延材の巻取温度を4
50℃以下の低温とすることはコイルの形状を極端に悪
くする結果となり、コイン用ステンレス鋼として致命的
欠陥となるおそれがある。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明の目的はコイン用ステンレス鋼の如く冷間プレス
成形等によつて加工されるステンレス鋼の上記従来技術
の問題点を解決し、その最大の問題点である硬質性を改
善しHv130以下の極軟質フエライト系ステンレス鋼を
提供するにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の要旨とするところは次の如くである。
すなわち、 重量比にてC:0.03%未満 Si:0.30%以下 Mn:1.5%以下 P:0.04%以下 S:0.15%以下 Ni:1.0%以下 Cu:0.50%以下 Mo:0.45%以下 Cr:11.5〜20% N:0.03%以下 を含有し、更にTi:0.005〜0.20%、Nb:
0.005〜0.20%を複合添加し、残部はFeおよ
び不可避的不純物より成り、硬度がビツカース硬度スケ
ールで130以下であり圧印加工性に優れたことを特徴
とする極軟質フエライト系ステンレス鋼である。
本発明者らは、フエライト系ステンレス鋼の軟質化を図
るに当つて、先ずC、Si、Mn、P、S、Cr、Ni、Cu、M
o、Nの10元素を種々のレベル含有する87種類のフ
エライト系ステンレス鋼の成分元素濃度と、結晶粒径が
すべて20〜30μmとほぼ一定のもとにおけるHv硬さ
との相関分析を行つた結果下記の(1)式を得ることがで
きた。
Hv=73.3−12.3(%C)+22.7(%Si)+0.8(%Mn) +361(%P)-55.1(%S)+2.9(%Cr)+2.6(%Ni) +9.8(%Cu)+5.1(%Mo)+370(%N)……(1) 上記式(1)からSUS430に代表される通常のフエラ
イト系ステンレス鋼に含まれる各元素の濃度レベルと上
記式(1)の係数の大きさからHv硬さを低下させるため
には、特にフエライト系ステンレス鋼の主要元素として
Si、P、Cu、Mo、Nの5成分を規制すべきである
ことが判明した。
ところで一般にCは硬さを増加させる元素であるが、上
記式(1)式ではむしろ負の係数を有している結果となつ
ている。この理由は、フエライト系ステンレス鋼の通常
の処理を経た後ではCはCr236等のCr炭化物とし
て析出しており、そのためC元素本来の固溶硬化作用は
生せず、むしろ固溶硬化作用を与えるCr濃度を実質的
に下げることを通じて軟化作用を与えることによるもの
と考えられる。
本発明の上記の知見と、溶製時の経済性および素材の清
浄度と表面性状を考慮して上記要旨の如く組成範囲を限
定することにより、極めて軟質なフエライト系ステンレ
ス鋼を安価に工業生産し得ることを見出し、本発明を完
成したものである。
本発明によるフエライト系ステンレス鋼の成分限定理由
について説明する。
C: Cは上記の如く、硬さに対しては従来一般に考えられて
いた点とは逆に、Cr炭化物生成を通じて軟化作用をも
つことが明らかになつた。それ故Cは通常の添加レベル
においては硬さの観点から特に規制する必要はない。し
かし、一方貨幣に適用するに当つては約15〜20年と
される貨幣の流通寿命期間中の十分な耐食性を有するこ
とが要求される。
貨幣の耐食性に最も影響を及ぼすのは汗であると考えら
れている。
そこで耐食性の評価は下記のような孔食電位測定により
行う。
すなわち、1の水中に7gのNaCl、1gの尿素、4g
の乳酸を含む人工汗溶液により、基準電極としてSCE
(飽和甘汞電極)を使用してアノード分極試験を行つ
た。測定は35℃の前記人工汗溶液に試料を浸漬後SCE
による−500mVで10分間保持後、自然浸漬電位で更
に10分間保持した後1分間当り20mV宛電位を上げ
て1Vになるまで掃引した。かくして得られたアノード
分極曲線上で孔食の発生に伴つて急激な溶解を開始し溶
解電流度が100μA/cm2に達する電位を孔食電位と
した。
良好な耐食性を得るという観点からC含有量は本発明に
おいて0.03%未満に限定した。0.03%未満に限
定することにより17.5%Cr含有レベルで現用のイタ
リアコイン用ステンレス鋼よりも優れた耐食性が得られ
ることが判明した。
Si: Siは溶製時の脱酸のため必須の成分であるが、硬度上昇
作用が大きいために本発明ではSiを最小限に止め、その
上限を0.30%に限定した。
Mn: 上記(1)式より明らかな如く、Mnは硬度を高める硬化が
小さく、1%の添加によつても硬度上昇はHvで1弱で、
特に厳しく規制する必要がないが、1.5%を越すと耐
食性を劣化させるので上限を1.5%に限定した。
P: Pは上記(1)式に示す如く硬さ上昇係数が361と非常
に大きいので極力低下することが好ましいが、脱酸の経
済性との兼ね合いで0.04%以下に限定した。
S: Sは上記(1)式では負の係数を有しており、硬さの低減
のために高濃度の添加が望ましいが、Sが0.15%を
越えて過多となると耐食性を低下させるので上限を0.
15%に限定した。
Ni、Cu、Mo: 上記(1)式のNi、Cu、MoのHv上昇係数がそれぞれ2.
6、9.8、5.1であることを考慮してこれら3元素
のHv硬さの上昇の合計が約3以下になることを目安とし
て、Niは1.0%以下、Cuは0.05%以下、Moは0.
45%以下に限定した。
Cr: Crはフエライト系ステンレス鋼の耐食性を維持するため
に最も重要な元素であり、11.5%未満では耐食性を
維持することができず、また20%を越して過多になる
と熱間加工性が劣化するので11.5〜20%の範囲に
限定した。
N: Nは上記(1)式におけるHv上昇係数が370と最大であ
り低値とすることが望ましいが、本発明ではTi、Nbの適
当量を添加することによりNを窒化物として固定したの
でコスト上昇を来さない0.03%を上限とし0.03
%以下に限定した。
本発明鋼は上記C、Si、Mn、P、S、Ni、Cu、Mo、Cr、
Nの各成分を限定量含有するほかに更にTi、Nb、を同時
に含有するものであつて、これらのTi、Nbの限定理由は
次の如くである。
Ti、Nb: 本発明におけるTi、Nbの作用は上記の如くHv硬さに最も
大きく影響するNをその強力な窒化物成形作用によりTi
N、NbNとして固定化し、その固溶硬化作用を無害化する
ことにある。
フエライト系ステンレス鋼においては、耐食性向上の目
的で0.20〜0.60%以下のTi、Nbの添加が行われ
ることがある。この範囲のTi、Nb量を含むフエライト系
ステンレス鋼について、上記式(1)を求めたのと同一手
法でHv硬さに対するこれら2元素の係数を求めた結果、
それぞれ+11.2、+17.2と算出され大きな硬化
作用を有することが判明した。しかし0.2%以下のT
i、Nbの添加の場合、原子パーセントでN量の約3倍以
下のTi、Nbの添加によつて実質的に固溶窒素を窒化物と
して固溶硬化作用を抑制することができ、かつ著しい硬
化作用を発揮する固溶Ti、Nbを無視できるレベルに保つ
ことができることが判明した。
またTiの添加は、溶製後の連続鋳造に際してタンデイツ
シユや浸漬管のノズル詰りを発生させ、また地疵の発生
頻度を高めるなどの問題点があるが、本発明ではNは
0.03%以下に限定しているのでTiを0.20%以下
添加することにより、かかる障害も防止できるのでその
上限を0.02%とした。
またTi、Nb添加の上記硬化は微量の添加量でも相応の効
果が期待できるが、実質的な効果を得るためには少なく
とも0.005%を要するので、それぞれ0.005〜
0.20%の範囲に限定した。
上記各成分の限定要件を満し、部はFeおよび不可避的
不純物より成り、フエライト系ステンレス鋼は、その最
終の冷延焼鈍板のHv硬さで130以下を確保することが
可能であり、従来よりも著しく軟質のフエライト系ステ
ンレス鋼を得ることができた。
〔実施例〕
第1表にて示す如きA〜Cの3種の本発明によるフエラ
イト系ステンレス鋼および比較鋼としてSUS430およ
びイタリアコイン用フエライト系ステンレス鋼と同質ス
テンレス鋼および低炭素、低窒素であるが、Tiまたは
Nbを単独に含むフエライト系ステンレス鋼の比較鋼D
〜Gをいずれも同様に高周波真空溶解炉で溶製し、それ
ぞれ30kgの鋼塊とした。
これらの鋼塊をいずれも同一条件で1250℃に加熱後
熱間圧延を行い3mm厚の熱延板とした。その際の熱間圧
延仕上温度は830℃であつた。この熱延板を公知の方
法により焼なまし、冷間圧延、仕上焼なましを行い1.
2mm厚の冷延焼鈍鋼板を得た。
一般にコイン材としては1.2〜2.7mm厚の材料が使
用されるが、上記各工程処理を経ても本発明鋼および比
較鋼はいずれもリジングに伴う表面性状の劣化は見られ
ず、その後のテストコインの試作にあつてもなんらのト
ラブルも発生しなかつた。従つてリジングに関して特別
な条件で工程処理する必要がないことが判明した。
これらの各供試材についてHv硬さ、降伏応力、引張強
さおよび伸びの機械的性質を測定した結果は第2表に示
すとおりである。第2表より明らかな如く、本発明鋼は
Hv硬さは115〜121の範囲であり、比較鋼SUS43
0の157、イタリアコイン用ステンレス鋼の163よ
りも著しく軟質となつていることがわかる。従来からコ
イン用素材として広く使用されている白銅、黄銅、アル
ミニウム、ニツケルを比較材として、耐摩耗性、コイニ
ング性の比較試験を行つた。耐食性は上記の人工汗中の
孔食電位によつて評価した。
また、耐摩耗試験は大越式耐摩耗試験機を用い、荷重
3.2kg、摩耗距離66.6m、摩耗速度0.51m/
secの条件で比摩耗量を測定した。
更にコイニング時の圧印力測定のために、本発明による
供試材A,B,Cおよび各比較材から25mmφのブラン
クを打抜き、これを圧縁による耳付け後、ダイス材質JJ
SG4404によるSKD11を使用し圧印深さ250μmの条
件でコインを作成し、周辺のばりの発生、模様の彫りの
状況から最適印力を測定した。
なお、比較材として使用した白銅は75%Cu−25%
Ni合金であり、黄銅は70%Cu−30%Zn合金であ
る。これら本発明鋼および比較材による耐食性、耐摩耗
性、最適圧印加によるコイニング性の比較試験は第3表
に示すとおりである。
第3表より明らかな如く、本発明によるフエライト系ス
テンレス鋼供試材A,B,Cは他の比較材に比し次の如
きすぐれた特性を有している。すなわち、 (イ)耐食性に関しては、本発明鋼は比較材Dより優れ
ている。
(ロ)耐摩耗性については、本発明鋼は非鉄コイル材料
の比較材およびイタリアコイン用ステンレス鋼よりすぐ
れ、SUS430とほぼ同等である。
(ハ)コイン材等の冷間プレスによる圧印加工に最も重
要な特性である最適圧印力に関しては、本発明鋼は耳付
け後焼鈍を施さなくともSUS430、イタリアコイン用
ステンレス鋼等の他のフエライト系ステンレス鋼に比し
著しく低い値を示し、他の非鉄コイル材料の比較材に比
して黄銅、ニツケルよりすぐれ、白銅、アルミニウムの
域に迫る低値にて、コイル用等の冷間でプレス成形され
る用途に最適の材料であることを示している。これは第
1表および第2表にて明らかにした本発明鋼な極軟質に
よる結果である。
〔発明の効果〕
本発明によるフエライト系ステンレス鋼は適正な成分組
成を有し、特に極軟質および高耐食性とする本発明の目
的からSi、P、Cu、Mo、Nを低減すると同時に、更にい
ずれも0.005〜0.20%のTi、Nbを添加すること
によりNをTiNもしくはNbNとして固定し、その固溶硬化
作用を無害化する組成としたので次に如き効果を挙げる
ことができた。
(イ)硬さは極めて軟質であつて、Hv115〜121
を示し、その結果最適圧印力は極めて低い。
(ロ)耐食性、摩耗性についてもすぐれている。
(ハ)冷延材の表面性状がすぐれている。
(ニ)製造コストが割安である。
(ホ)コイン材としてもイタリアコイン用フエライト系
ステンレス鋼よりすべての点ですぐれた最適材料であ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図はフエライト系ステンレス鋼を使用するイタリア
100リラ貨幣の表面および裏面形状の測定図、第2図
は75%Cu−25%Niの白銅を使用する日本の100円
貨幣の表面および裏面形状の測定図、

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】重量比にてC:0.03%未満 Si:0.30%以下 Mn:1.5%以下 P:0.04%以下 S:0.15%以下 Ni:1.0%以下 Cu:0.50%以下 Mo:0.45%以下 Cr:11.5〜20% N:0.03%以下 を含有し、更にTi:0.005〜0.20%、Nb:
    0.005〜0.20%を複合添加し、残部はFeおよ
    び不可避的不純物より成り、硬度がビツカース硬度スケ
    ールで130以下であり圧印加工性に優れたことを特徴
    とする極軟質フエライト系ステンレス鋼。
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