JPH064891B2 - 非磁性鋼線材の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、通信装置、音響製品、コンピュータ関連機器
および精密電子機器の部品として使用に供される高Mn系
非磁性鋼線材の製造方法に関する。

（従来の技術） 一般に、通信装置用など上記用途には透磁率が低いこと
からオーステナイト鋼が非磁性材料として使用される場
合が多い。

ところで、常温で安定なオーステナイト組織を得るには
Ni、CrおよびMnのうち２元素あるいは３元素を比較的多
量添加する必要がある。その代表例としてSUS304、SUS3
16等のオーステナイト系ステンレス鋼がある。また、近
年高価なNiのかわりにMnを多用した高Mn系オーステナイ
ト鋼である非磁性鋼の開発が活発に行われている。

これらのオーステナイト系ステンレス鋼あるいは高Mn系
鋼から成る非磁性鋼線材は熱間圧延のまま使用されるこ
とは少なく、多くの場合、軟化熱処理後、冷間伸線、冷
間圧延、冷間圧造等の冷間加工および表面切削穴あけ、
溝切り等の切削加工を施されて最終製品となる。

これらの加工を行なう場合、上述のオーステナイト系ス
テンレス鋼はオーステナイト組織の安定性が低いため加
工段階での透磁率の劣化が問題となる。一方、高Mn系オ
ーステナイト鋼はオーステナイト組織の安定性は高いが
耐食性に劣る。また、これらの鋼はいずれも一般に冷間
加工性が悪いため、複雑な形状に加工することが難し
く、また伸線加工による強度確保等に制約がある。その
他、従来の製造方法では特別な配慮がなされていないた
め加工に際して必ず軟化熱処理を必要とすることから省
エネルギーの観点からも好ましいものではない。

（発明が解決すべき問題点） そこで本発明者らは、従来鋼のかかる問題点、欠点の改
善を目的として、Mn−Cr−Ｎ系のオーステナイト鋼の本
来有する特性に着目し、安定した非磁性と加工性、更に
良好な耐食性を併せて得ることのできる成分系を基礎的
に鋭意検討し、その結果かかる目的達成には高Mn系が有
利であって、しかもCr、Ni、Ｎの各含有量を調整するこ
とにより、それらと相俟って所期の目的が達成されるこ
とを知った。

さらに本発明者らは、金属組織的にも結晶の細粒化を図
ることによりさらに一層すぐれた特性が得られることを
知り、そのために制御圧延することが有利であることを
知り、本発明を完成した。

（問題点を解決するための手段） かくして、本発明にあっては、熱間圧延材としての絞り
値60％以上、伸び40％以上、透磁率1.01以下、伸線限界
70％（減面積率）以上、そして減面積率70％で伸線加工
したとき伸線材として絞り値35％以上、透磁率1.01以下
という特性を備えた非磁性鋼線材を提供すべく、その手
段として、高Mn系をベースに鋼組成の調整を行うととも
に、その製造に際してはさらに制御圧延を組合せて組織
の細粒化を図るものである。

ここに、本発明の特徴とするところは、重量％で、 Ｃ：0.01〜0.50％、Si：1.0％以下、 Mn：10〜25％、Ni：0.1〜５％、 Cr：10〜20％、Ｎ：0.01〜0.5％、 を含有し、さらに必要により、被削性改善のために、 Se：0.005〜0.30％、Te：0.005〜0.30％、 Pb：0.05〜0.20％、Ca：0.0005〜0.02％ およびＳ：0.03〜0.15％のうち１種または２種以上を含
有し、 残部Feおよび不可避不純物 から成る組成を有する鋳片または鋼片をを1150℃以上、
1250℃未満の温度に加熱し、次いで減面積率70％以上で
熱間圧延を行い、熱間圧延終了後、900℃以上、1000℃
以下の巻取温度で巻取り、５℃／sec以上の冷却速度で
冷却することから成る、冷間加工性、耐食性にすぐれた
非磁性鋼線材の製造方法である。

（作用） ここで、本発明において鋼組成および圧延加工条件を上
述の如く制限した理由を延べる。

Ｃ（炭素） Ｃはオーステナイトを安定にすると同時に固溶強化に寄
与する元素であって、0.01％以上含有させる必要があ
る。一方、0.50％を越えるとオーステナイト結晶粒界に
多量の炭化物が析出し、これにより線材の延性が劣化す
ると共に、冷間加工性や耐食性の低下につながる。した
がって、本発明にあってはＣ含有量を0.01〜0.50％と限
定した。

Si（ケイ素） Siは通常脱酸剤として精錬過程で溶鋼中に添加される
が、1.0％を越えて添加してもその脱酸効果にそれ以上
の向上はみられず、むしろ非金属介在物が増加して鋼の
清浄度の悪化をもたらすため、その上限を1.0％と定め
た。

Mn（マンガン） Mnは安価にオーステナイト組織を安定化させる作用があ
り、鋼の特性を非磁性とするに必要な元素である。その
ためには10％以上含有させる必要があるが、一方、25％
を越えると応力腐食割れ発生の恐れがあるため、本発明
では10〜25％と定めた。また非磁性および耐食性の双方
満足させる範囲としては15〜20％がより望ましい範囲と
いえる。

Ni（ニッケル） Niはオーステナイト組織を安定にし耐食性を改善するの
に有効な元素であり、そのためには少なくとも0.1％以
上添加する必要がある。しかし５％を越えるとオーステ
ナイト組織の安定化に対しては過剰であるばかりでな
く、コスト上昇を招き好ましくない。したがって、本発
明にあってはNi含有量の上限を５％と定めた。好ましく
は、1.0〜3.0％である。

Cr（クロム） CrはMn−Niを含む鋼のオーステナイト組織を著しく安定
なものにすると共に積層欠陥エネルギーを小さくするこ
とにより加工硬化度を高める効果がある。これらの効果
に加え耐食性の改善をはかるには10％以上の含有が必要
である。しかし20％を越えると前記効果にそれ以上の向
上が認められず、逆にオーステナイト組織の代わりにδ
フェライト組織が生成して透磁率μが上昇し非磁性特性
がそこなわれることとなる。したがって、本発明におい
てCrの含有量は10〜20％と定めた。より好ましくは、Cr
含有量は13〜17％である。

Ｎ（窒素） ＮはＣと同様オーステナイト組織を安定にすると同時に
固溶強化に寄与する元素である。Ｎは耐応力腐食割れ性
を改善する効果もあり、そのためには0.01％以上の含有
が必要である。これによって、オーステナイト組織の安
定、耐食性改善等を目的としたNi等の高価な元素の多量
添加を回避することもできる。一方、Ｎが0.5％を越え
る様な鋼を溶解することは極めて難しく、またそのよう
な高Ｎ鋼は鋳込み鋼塊中にブローホールによる欠陥を発
生させる恐れがあり好ましくない。したがって、Ｎ含有
量は0.01〜0.5％と定めた。

Se、Te、Pb、Ca、Ｓのうち１種または２種： Se、Te、Pb、Ca、Ｓはそれぞれ被削性改善に有効な元素
である。被削性を改善するためには、Se：0.005％以
上、Te：0.005％以上、Pb：0.05％以上、Ca：0.0005％
以上、Ｓ：0.03％以上必要である。一方、各元素とも多
量に添加するとその機械的性質の異方性を助長し、また
例えばTeは熱間加工性をも劣化させるため、所要により
添加する場合にあってもそれらの上限をSe：0.30％、T
e：0.10％、Pb：0.20％、Ca：0.02％、Ｓ：0.15％とそ
れぞれ定めた。特に、Ｓは鋼に被削性を向上させるのに
効果的である。すなわち、高Mn系非磁性鋼は切削温度が
高く、切削加工に際しては耐熱性のある工具が必要とな
るが、Ｓを含有させることによって切削温度を下げるこ
とができ、被削性の向上に大きく寄与するからである。
しかし、多量に添加すると機械的性質および耐食性を劣
化させる。その上限は上述のように0.15％である。

次に、圧延加工に先立って1150℃以上、1250℃未満の温
度に加熱するが、本発明に係る鋼の如き高合金鋼の熱間
圧延に当たっては炭化物等の析出物をマトリクス中に再
固溶させる必要があるために、上記範囲の高温度に加熱
するのである。

このような加熱に際しては、一般的には1150℃以上の温
度であれば実用上問題ないが、これらの鋼は熱間変形抵
抗が高いため加熱温度は高い方が圧延加工し易い。しか
しながら1250℃以上になると延性の低下が著しく加工割
れ等の問題を生じるため上限を1250℃未満と定めた。

一方、熱間加工での加工度（減面積率）を70％以上とし
たのは、非磁性鋼線材は上述の如く伸線等の冷間加工を
施されるため、冷間加工に先立ち組織を細粒化して高い
延性を確保しておくことが必要であり、そのためには熱
間圧延での加工度は減面積率で70％以上必要とするから
である。

非磁性鋼線材の巻取温度はその結晶粒と密接な関係があ
る。すなわち巻取温度が900℃未満であると結晶の粒成
長が抑制され極めて微細な結晶となる。また、それに伴
い加工歪の一部が残留する。これらの結果、線材の冷間
加工性が損なわれる。その他巻取温度が900℃未満で
は、その後の冷却速度にも関係するが、過剰の炭化物等
が粒界に析出してしまい、冷間加工性や耐食性の低下を
招く。一方、巻取温度が1000℃を越えると結晶粒が粗大
化し、これまた冷間加工性の低下を招くこととなる。し
たがって、本発明において巻取温度は900℃以上、1000
℃以下と定めた。

最後に、冷却速度を５℃／sec以上と限定したのは、本
発明に係る鋼の如き高合金鋼ではMn、Cr等の炭化物が析
出しやすく、線材を巻取ってから強制冷却を行なわない
と、これらの炭化物の析出が避けられないからである。
これらの炭化物が析出すると延性、冷間加工性および耐
食性の低下を招く。本発明にあっては上述の巻取温度と
関連しているが、一般にその下限冷却速度を５℃／sec
としている。例えば、900℃以上、1000℃以下の高温の
線材をルーズコイル上に巻取り、次いで適当な冷媒にて
強制冷却を行うことで５℃／sec以上の冷却速度を確保
し、炭化物の析出を回避している。

次に、本発明を実施例によってさらに説明する。

実施例 第１表および第２表に示す組成の鋼を調整し、各表に示
す条件で熱間圧延、冷却処理を行い、得られた線材につ
いて機械的特性、耐食性等を評価した。これらはいずれ
も断面形状125mm×125mmの鋼片より同表中に示す圧延条
件にて直径5.5〜10mmの線材にまで熱間圧延したもので
ある。ただし、第２表の鋼種No.15のものはＣＣ鋼片よ
り直径81.5mmの棒材にまで熱間圧延したものある。

第１表は主として本発明における成分範囲に関する実施
例である。鋼種No.１〜24は本発明例であり、そのうち
鋼種No.16〜24は基本成分系に快削元素を添加した例で
ある。鋼種No.25〜36は比較例である。

なお、各実施例で得られた鋼材の各特性を評価するため
に採用した試験法は次の通りであった。

耐食性試験： 供試材を旋盤にてピーリング後、＃500のペーパーにて
仕上げ研磨した試験片を60℃の人工海水の飽和水蒸気圧
下の湿潤環境下で60時間曝露試験を行い、全く錆が生じ
なかったものを「○」、全面にわたり発錆したもの
「×」と評価した。

伸線加工材の透磁率： 伸線加工限界が鋼によって異なるため、伸線加工材の透
磁率は伸線加工度が70％の時点の線にて測定した。伸線
限界が70％未満のものについては、その限界時点でのサ
ンプルにて測定した。

伸線加工材の絞り値： 上述の如く鋼により伸線限界が異なるので、絞り値につ
いては伸線限界が70％以上のサンプルは70％の時点のサ
ンプル、70％未満のものは伸線限界に達した時点のサン
プルにて測定した。

伸線限界： 伸線限界の評価方法は種々あるが、ここでは ダイス出口側での断線が連続して３回以上起った場
合、 伸線材の絞り値が30％以下となった加工度、 引張り試験材の破面がタテに割れ、その割れが母材部
まで進展した場合、 のいずれかに該当した時点の伸線加工度を伸線限界とし
た。なお、第１表、第２表中「＊」印のついたものは破
面のタテ割れを生じた場合を示している。

被削性： 被削性の評価はその用途を考慮し切削表面の仕上り状況
について分類した。

すなわち、旋盤にてピーリング加工後、仕上り表面に全
くむしれが認められなかったものを「○」、わずかにむ
しれ疵は認められるものの若干の手直しをすれば実用上
問題ないと判断されるものを「△」、むれ疵が著しく実
用に耐えないと判断したものを「×」として評価した。

第１表に示す結果からも分かるように、本発明例である
鋼種No.１〜24の実施例についてみるとこれらの熱間圧
延線材の性状は本発明における目標性能を十分満足して
いる。

すなわち、絞り値60％以上、伸び値40％以上、透磁率
（μ）1.01以下を有するばかりでなく優れた耐食性をも
有していることが判る。特に鋼種No.16〜24の本発明例
では線材のピーリング加工における仕上り表面の性状が
改善されている。また、これらの熱間圧延線材は従来の
ように溶体化熱処理を行うことなく減面積率70％以上の
伸線加工が可能である。

これは先述の如く、本発明によれば、1150℃以上の高温
に加熱することで鋼中の炭化物の完全固溶をはかった
後、熱間圧延し、比較的高温にてルーズコイル状に巻取
り、その後急冷することで線材が軟化（直接軟化）した
ためである。更に加えてこれら伸線加工された伸線材の
減面積率70％の時点にて測定した透磁率（μ）はいずれ
も1.01以下であり、加工後もオーステナイト組織が極め
て安定していることが判る。その他絞り値についても35
％以上は確保されており、引張り試験片の破面にはタテ
割れ等の異常は認められなかった。

第２表は主として圧延加工条件を種々変えた場合の実施
例であり、鋼種No.１〜10は本発明の実施例である。一
方、No.11〜15は比較例である。同表より加熱温度は115
0〜1250℃（未満）、巻取温度は900〜1000℃、冷却速度
は５℃／sec以上の各圧延加工条件の範囲内にあれば先
述の如く本発明の目的とする諸性能を満足する熱間圧延
線材が得られることが分かる。

すなわち、同表の結果から分かるように、加熱温度が12
50℃以上となると赤熱脆化により圧延中に割れ等の疵が
発生し線材製品としての商品価値を有しない。また、巻
取温度が1000℃を越えると結晶粒が粗大化し著しく伸線
加工性が害なわれ、伸線材の絞り値も低く引張り試験片
の破面もタテ割れを生じ、以後の加工に耐えられない。
その他巻取温度が900℃未満および冷却速度が５℃／sec
未満になると鋼中に炭化物が析出し耐食性の低下および
伸線性の低下が著しくなる。

（発明の効果） 以上の如く本発明によれば、高延性、低透磁率かつ耐食
性に優れた線材が得られるだけでなく、これらの線材は
そのままでも冷間加工性、切削性（快削元素添加鋼）に
優れており、２次加工でのコスト低減に寄与するもので
ある。また、本発明に係る鋼は高減面積率の加工を行っ
ても延性値、低透磁率性が良好であり、耐食性に優れて
いることから、先述の通信装置、音響製品、コンピュー
タ関連機器および精密電子機器等の非磁性を要する部
品、例えばネジ、ビス、ナット類、コネクターのピン
類、マイクロモーターのシャフト類、ローラー、ローラ
ー軸等その他諸々の部品に適した素材である。しかも、
これまで高強度部材であるがため非磁性を犠牲にしてマ
ルテンサイト系ステンレス鋼を使用せざるを得なかった
用途にも本発明鋼を使用できるばかりでなく、そのすぐ
れた伸線強化特性をうまく利用することによって、非磁
性、耐食性および高強度を具備した新製品の開発も可能
となる等、今迄のオーステナイト系ステンレス鋼の弱点
を克服した画期的な新素材である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｆ 1/00 Ｂ (72)発明者 岡田 康孝 兵庫県尼崎市西長洲本通１丁目３番地 住 友金属工業株式会社中央技術研究所内 (72)発明者 鎌田 芳彦 兵庫県尼崎市西長洲本通１丁目３番地 住 友金属工業株式会社中央技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭58−107477（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−110757（ＪＰ，Ａ) 特公 昭31−8112（ＪＰ，Ｂ１) 「鉄と鋼（日本鉄鋼協会第107回講演大 会講演概要集（▲ＩＩ▼）＜加工・システ ム・材料＞）」Ｎｏ．５，Ｖｏｌ70, 1984，Ｐ．197

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】重量％で、 Ｃ：0.01〜0.50％、Si：1.0％以下、 Mn：10〜25％、Ni：0.1〜５％、 Cr：10〜20％、Ｎ：0.01〜0.5％、 残部Feおよび不可避不純物 から成る組成を有する鋳片または鋼片を1150℃以上、12
   50℃未満の温度に加熱し、次いで減面積率70％以上で熱
   間圧延を行い、熱間圧延終了後、900℃以上、1000℃以
   下の巻取温度で巻取り、５℃／sec以上の冷却速度で冷
   却することから成る、冷間加工性、耐食性にすぐれた非
   磁性鋼線材の製造方法。
2. 【請求項２】重量％で、 Ｃ：0.01〜0.50％、Si：1.0％以下、 Mn：10〜25％、Ni：0.1〜５％、 Cr：10〜20％、Ｎ：0.01〜0.5％、 を含有し、さらに Se：0.005〜0.30％、Te：0.005〜0.30％、 Pb：0.05〜0.20％、Ca：0.0005〜0.02％ およびＳ：0.03〜0.15％のうち１種または２種以上を含
   有し、 残部Feおよび不可避不純物 から成る組成を有する鋳片または鋼片を1150℃以上、12
   50℃未満の温度に加熱し、次いで減面積率70％以上で熱
   間圧延を行い、熱間圧延終了後、900℃以上、1000℃以
   下の巻取温度で巻取り、５℃／sec以上の冷却速度で冷
   却することから成る、冷間加工性、耐食性にすぐれた非
   磁性鋼線材の製造方法。