JPH0641624B2 - 加工硬化型非磁性ステンレス鋼 - Google Patents

加工硬化型非磁性ステンレス鋼

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JPH0641624B2
JPH0641624B2 JP60099469A JP9946985A JPH0641624B2 JP H0641624 B2 JPH0641624 B2 JP H0641624B2 JP 60099469 A JP60099469 A JP 60099469A JP 9946985 A JP9946985 A JP 9946985A JP H0641624 B2 JPH0641624 B2 JP H0641624B2
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和夫 星野
敏彦 武本
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Nippon Steel Nisshin Co Ltd
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Nisshin Steel Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は磁気特性を利用して機能する各種機器・装置に
使用される部品用で苛酷な加工を施しても非磁性を維持
しうる、強度、耐蝕性に優れた非磁性ステンレス鋼に関
する。
<従来技術とその問題点> Cr−Ni系オーステナイトステンレス鋼の代表鋼種で
あるSUS304系鋼は良好な耐食性と機械的特性およ
び焼鈍状態で非磁性のオーステナイト組織を有している
ことから、磁性鋼として電子、精密機器部品用に使用さ
れている。
しかしながら、この鋼は、用途によっては、強度が要求
されるために冷間加工を施し加工硬化させる必要があ
る。しかしSUS304鋼はオーステナイト相が準安定
であるため、冷間加工中にマルテンサイトの生成が誘起
されて磁性を帯びるようになり、非磁性鋼としては使用
できなくなる。また高強度用非磁性鋼としては、N含有
量の高いSUS304Nが使用される場合もあるが、こ
の鋼も冷間加工後の非磁性度は不充分である。
従って、そのような目的にはオーステナイト相がさらに
安定なSUS316系鋼が使用される。しかしながら、
この鋼も非磁性用に開発されたものではなく、高価なN
i、Moを多量に含有しているが、Moは耐食性には優
れた効果を発揮するものの、強度あるいは非磁性に寄与
する度合は低く、高価な割に非磁性鋼としては不適当な
材料である。
このように現在のところ、苛酷な加工を施しても非磁性
を維持し、かつ、強度、耐食性にも優れた安価なCr−
Ni系オーステナイト鋼はいまだに得られていない。
<発明の背景と問題点解決の手段> 本発明者等は多年Cr−Ni系オーステナイトステンレ
ス鋼の強度、非磁性度に及ぼす合金元素ならびに冷間圧
延の影響について研究し、高度の冷間加工を施しても非
磁性を維持しうる加工硬化型非磁性ステンレス鋼の成分
設計を試みた結果、次のことを発見した。
第1に、Siは強力なフェライト形成元素である一方、
冷間加工に対するオーステナイト相の安定化に寄与する
と言われていたが、少量のSiの添加は透磁率にほとん
ど影響を与えないが、ある添加量以上で透磁率を上昇さ
せ、冷間加工に対するオーステナイト相の安定度を低下
させること。
第2に、 Ni当量=Ni+0.6Mn+9.69(C+N)+0.18Cr-0.11Si2+0.6Mo+2.
3(V+Nb+Ti) と定義されるNi当量が、賦与される冷間圧延率に応じ
てある範囲にあれば、非磁性が維持されること。
第3にSiはNおよびCと同様に冷間加工による強度の
増大に著しい効果を発揮すること。
そこで適量のSiおよびNを添加することによって加工
硬化能を増大させるとともにNi、Mnなどのオーステ
ナイト相安定化元素を有効に利用することによって冷間
加工後においても安定した非磁性を有し、かつ強度、耐
食性に優れた非磁性ステンレス鋼を得ることができる。
<発明の構成> 本発明は、重量%で C:0.02〜0.08% Si:0.30〜3.0% Mn:2.0〜5.0% Cr:16〜20% Ni:11.5〜13.5% N:0.02〜0.20%未満 を含有し、残部Feおよび不純物からなり、かつ Ni当量=Ni+0.6Mn+9.69(C+N)+0.18Cr-0.11Si2 と定義されるNi当量の値が19.0〜21.0の範囲
を満足し、冷間加工硬化させた後に非磁性を維持してい
る加工硬化型非磁性ステンレス鋼を提供する。
本発明はまた、重量%で C:0.02〜0.08% Si:0.30〜3.0% Mn:2.0〜5.0% Cr:16〜20% Ni:11.5〜13.5% N:0.02〜0.20%未満 Mo:3%以下 V,Nb,Tiの1種以上それぞれ1.0%以下 を含有し,残部Feおよび不純物からなり,かつ Ni当量=Ni+0.6Mn+9.69(C+N)+0.18Cr-0.11Si2+0.6Mo+2.
3(V+Nb+Ti) と定義されるNi当量の値が19.0〜25.0の範囲
を満足し、冷間加工硬化させた状態で用いられ、非磁性
を維持する磁気特性を利用して機能する機器・装置など
の用途に適した強度、耐食性に優れた加工硬化型非磁性
ステンレス鋼を提供する。
本発明の鋼において、CはNと同様に強力なオーステナ
イト相安定化元素であるとともに,加工による強度の向
上に有効な元素である。本発明の目的の一つである加工
後の強度を保持するためにはCは少なくとも0.02%以上
含有することが好ましい。しかし反面Cは耐食性ならび
に溶接性を著しく低下させるので、それらの事情を考慮
すると、本発明鋼の場合、上限は0.08となる。
Siは本発明鋼の主要な特徴である高強度を達成する有
用な元素である。この効果を発揮するには少なくとも0.
30%以上含有することが好ましい。しかしその含有量が
増加するにつれて冷間加工後の透磁率が急激に上昇し非
磁性が保てなくなるため上限を3%とする。
MnはNiと同様オーステナイト安定化元素であり、冷
間加工による透磁率の上昇を抑制する。またMnはNの
固溶度を高める元素である。これらの性能を発揮するに
は2%以上必要であり、また冷間加工後の非磁性を維持
するためにNi含有量とともにMn含有量を調整する必
要があるが約5%を越えて含有させてもそれに見合う効
果は見られないので上限を5%とする。
Crはステンレス鋼の基本成分であり、優れた耐食性を
得るためには約16%以上の含有が必要であるが、多量
に含有されると、多量のデルタフェライトが生成し、非
磁性が確保できなくなるため上限を20%とする。
Niはオーステナイト鋼の基本成分であり、オーステナ
イト相の安定化に必須の元素である。冷間加工後の非磁
性を確保するには約11.5%以上必要であるが、多量
のNiは冷間加工による強度上昇効果を低下させるので
上限を13.5%とする。
Nは本発明鋼の主要な特徴である高強度を得るために必
須の元素であるとともにオーステナイト相安定化元素で
ある。これらの性能を発揮させるには約0.02%以上
含有させる必要があるが、約0.20%未満を超える
と、健全な鋼塊が得られないのでこれを上限とする。
Moは耐食性をさらに向上させるとともに加工硬化能を
高める元素であるが、多量に添加するとデルタフェライ
ト生成量が増加し非磁性が保てなくなるので上限を3%
とする。
V、Nb、Tiはともに加工硬化能を高める元素である
が、多量に添加すると熱間加工性を劣化させるとともに
デルタフェライト生成量が多量になり非磁性が確保でき
なくなるためそれぞれ1%以下とする。
本発明鋼は高強度を得るためには30%ないし80%の
冷間加工率が必要である(80%以上冷間加工を施して
もそれに見合う強度の上昇はほとんど見られず、表面性
状を劣化する)が、80%の加工を施しても非磁性が確
保するためには前記のように定義するNi当量値が1
9.0以上必要である。しかしながら、Ni当量値を上
げるためにNi、Mnの含有量が多くなりすぎると、鋼
の加工硬化能が低下するので、本願第1発明の鋼につい
ては21.0、第2発明の鋼については25.0に限定
される。
<発明の具体的記載> 次に図面を参照し、実施例について本発明を詳細に説明
する。
第1表に示す組成の鋼試料が下記のように溶製され試片
に製作された。
表中、A1〜A3鋼は従来鋼で、A1はSUS 304、A2はSUS 304
L、A3はSUS 304Nである。C1は比較鋼でNiを多量に含
んでいる。B1〜B11が本発明鋼である。
それぞれの鋼を30kg高周波誘導溶解炉で常法により溶
製し、10mm厚、120mm幅に鍛造後、溶体化処理し、
3mmまで冷間圧延し、中間焼鈍した後さらに、1.5mm
まで冷間圧延に、最終焼鈍を施し、120×300mmの試片と
した。
これらの試片に目標の冷間圧延を施した後ビッカース硬
さを20kgの荷重で測定し、透磁率を島津磁気天秤MB
−3型を用いて1000 Oeの磁場のもとで測定した。
第1図は18Cr-12.5Ni-3Mn-0.06C-0.15Nの鋼のSi含有
量を変化させたときの冷間加工後の透磁率を示す。
第2図は本発明の第1発明の組成範囲内の種々の鋼を冷
間圧延したときの、磁性とNi当量と圧延率の関係を示
す。この図からNi当量を19以上にしておけば80%
冷間加工しても非磁性が保たれることが分る。
第2発明の鋼についても同様の関係がある。
第2表は第1表の各鋼の冷間圧延後の硬さと透磁率の変
化を示す。
第2表から知られるように、A1鋼、A2鋼およびA3鋼は冷
間圧延により透磁率が急激に上昇し、非磁性鋼として使
用できない。またC1鋼はNi含有量が高く、オーステナ
イト相が比較的安定であるが、高度の冷間加工を施す
と、透磁率が増大し非 磁性鋼とはいえない。また強化元素であるSiおよびN
含有量が低いため冷間加工による強度の上昇も低い。
これらに対し、本発明鋼であるB1〜B3はN含有量が高
く、またB4鋼はSiとNの含有量がともに高く、かつN
i当量値が19.0〜21.0となるように組成調整さ
れており、80%の冷間圧延を施しても透磁率が1.0
1以下と安定している。また冷間圧延を施すことにより
強度が著しく増大し、特に高Si含有鋼では80%冷間
加工により硬さがHv400以上となる。B5〜B15鋼はさ
らにMo、V、NbおよびTiを適量含有しているもの
でNi当量値が19.0〜25.0の範囲になるように
組成調整されており、冷間圧延後の非磁性が確保されて
いるのみならず、冷間圧延後の強度は、これらの元素を
添加されない鋼に比べてさらに上昇している。
<発明の効果> 本発明鋼は強度、耐食性に優れた非磁性ステンレス鋼を
得ることに成功したものであり、電気および電子機器部
品、装置用の材料として極めて高い実用性を有する。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の18Cr-12.5Ni-Si-3Mn-0.06C-0.15N鋼の
80%冷間圧延後の透磁率の透磁率に及ぼすSiの影響
を示す線図である。第2図は非磁性を維持するのに必要
な最少限のNi当量値と冷間圧延率との関係を示す線図
である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−13063(JP,A) 特開 昭60−9862(JP,A) 特開 昭55−89458(JP,U) 特開 昭55−8433(JP,U)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】重量%で C:0.02〜0.08% Si:0.30〜3.0% Mn:2.0〜5.0% Cr:16〜20% Ni:11.5〜13.5% N:0.02〜0.20%未満 を含有し,残部Feおよび不純物からなり,かつ Ni当量=Ni+0.6Mn+9.69(C+N)+0.18Cr
    −0.11Si2 と定義されるNi当量の値が19.0〜21.0の範囲を満足
    し,冷間加工硬化させた後に非磁性を維持している加工
    硬化型非磁性ステンレス鋼。
  2. 【請求項2】重量%で C:0.02〜0.08% Si:0.30〜3.0% Mn:2.0〜5.0% Cr:16〜20% Ni:11.5〜13.5% Mo:3%以下 N:0.02〜0.20%未満 を含有し,残部Feおよび不純物からなり,かつ Ni当量=Ni+0.6Mn+9.69(C+N)+0.18Cr
    −0.11Si2+0.6Mo と定義されるNi当量の値が19.0〜21.0の範囲を満足
    し,冷間加工硬化させた後に非磁性を維持している加工
    硬化型非磁性ステンレス鋼。
  3. 【請求項3】重量%で C:0.02〜0.08% Si:0.30〜3.0% Mn:2.0〜5.0% Cr:16〜20% Ni:11.5〜13.5% Mo:3%以下 N:0.02〜0.20%未満 V,Nb,Tiの1種または2種以上それぞれ1.0%以
    下 を含有し,残部Feおよび不純物からなり,かつ Ni当量=Ni+0.6Mn+9.69(C+N)+0.18Cr
    −0.11Si2+0.6Mo+2.3(V+Nb+Ti) と定義されるNi当量の値が19.0〜21.0の範囲を満足
    し,冷間加工硬化させた後に非磁性を維持している加工
    硬化型非磁性ステンレス鋼。
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