JPH0759723B2

JPH0759723B2 - 高硬度非磁性ステンレス鋼の製造方法

Info

Publication number: JPH0759723B2
Application number: JP63309667A
Authority: JP
Inventors: 淳中塚; 純荒木; 亘村田; 秀彦住友
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1988-12-07
Filing date: 1988-12-07
Publication date: 1995-06-28
Anticipated expiration: 2010-06-28
Also published as: JPH02156047A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、通信機器，音響製品，コンピューター関連機
器および精密電子機器等の磁気を利用する機器等各種産
業機械の部品等に好適な、ビッカース硬度500以上かつ
透磁率1.005以下の高硬度非磁性ステンレス鋼の製造方
法に関するものである。

〔従来の技術〕

上述のような高硬度でかつ非磁性であることが要求され
る部品としては、画像音声記憶装置（以下VTRと呼ぶ）
に用いられるシリンダー軸，キャプスタイン軸及びVTR
カセットテープ内に使用されるガイドローラー，ガイド
ピン，板ばねや線ばね等の各種ばねがある。また、通信
機器，音響製品，コンピューター関連機器，精密電子機
器等に用いられる各種ばねやプーリー，チェーン，シャ
フト，ロープ等も高硬度でかつ非磁性であることが要求
される。さらに、低温装置等に非磁性かつ高硬度が要求
される部品もある。これらの部品は、耐銹性も要求され
ており、この点からオーステナイト系ステンレス鋼が材
料として使用される場合が多い。一般的には、常温で安
定なオーステナイト組織を有するSUS305,SUS316等のス
テンレス鋼が従来多く使用されている。

しかし、上述のオーステナイト系ステンレス鋼を高硬度
化するためには冷間加工を施す必要があり、冷間加工を
施すと加工銹起マルテンサイトの生成により非磁性を確
保できなくなる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ステンレス鋼を高硬度化するには、C,Nを多量に添加し
固溶硬化を利用する方法があるが、この方法では結晶粒
界等に炭窒化物が生成し耐銹性を劣化させる。冷間加工
による加工硬化の利用は、オーステナイト組織を充分安
定にしなければ加工誘起マルテンサイトが生成し透磁率
を上げる場合があり、オーステナイトを安定化するには
多量の合金元素を添加する必要があり熱間加工性を劣化
させる。また、Al等を添加し析出硬化を利用する方法も
あるが、高合金化し熱間加工性が劣化する。

Niの一部をMnで置き換え、ＣおよびＮ含有量を高めて高
硬度化したオーステナイト系ステンレス鋼（特開昭60−
197853号公報、特開昭61−37953号公報等）が知られて
いるが、熱間加工性、耐銹性および高硬度非磁性を全て
考慮した検討はなされていない。

本発明は、従来のかかる熱間加工性および耐銹性の問題
を解決して、工業的にトラブルなく製造し得るビッカー
ス硬度500以上かつ透磁率1.005以下の高硬度非磁性ステ
ンレス鋼の製造方法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段および作用〕

本発明者らは、この目的のためにMn−Ni−Cr系のオース
テナイト系ステンレス鋼の組成を種々検討し、これを達
成した。

本発明の要旨は、つぎのとおりである。

重量％にて、C:0.10〜0.30％、Si:0.1〜２％、Mn:15〜2
5％、Ｓ≦0.006％、Ni≦４％、Cr:15〜22％、Mo:0.10〜
３％、Ｏ≦0.01％、N:0.3〜0.6％、Ca:0.0001〜0.01
％、残部Feおよび不可避的不純物からなり、かつ下記の
（１）式で示されるNieqが18以上、（２）式で示される
Creqが23以下、（３）式で示されるPVが０以下の範囲の
組成からなるステンレス鋼の熱間加工材、もしくは冷間
加工材を、1000℃以上かつ1200℃以下の温度で焼鈍し、
５℃/sec.以上の冷却速度で冷却し、ついで冷間加工
し、さらに300℃以上かつ700℃以下の温度で時効処理を
施すことを特徴とする高硬度非磁性ステレンス鋼の製造
方法。

Nieq＝Ni％＋30C％＋30N％＋0.5Mn％ ……（１） Creq＝Cr％＋1.5Si％＋Mo％ ……（２） PV＝Ｓ（ppm）＋Ｏ（ppm）−0.8Ca（ppm）−30 ……
（３）本発明の対象材は、熱間加工を行った材料あるいはさら
に冷間加工を行った材料で形状は板（ストリップおよび
シート）、線、管等いずれでもよい。

以下、本発明の構成要件の限定理由について説明する。

本発明鋼の成分限定理由はつぎのとおりである。

Ｃは、オーステナイト安定化元素であると同時に高硬度
化に寄与する元素である。これらの効果は、0.10％未満
では充分でなく、また0.30％を越えるとオーステナイト
粒界に炭化物が析出し、耐銹性を劣化させる。従って、
Ｃを0.10〜0.30％とした。

Siは、加工硬化性および時効硬化性の向上を目的として
添加する元素であるが、0.1％未満では充分でなく、ま
た、２％を越えるとフェライトとオーステナイトの２相
となり非磁性を確保できない。従って、Siを0.1〜２％
とした。

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、鋼の非磁性を確保するために必要な元素である。
また、窒素の固溶量を増大させる作用がある。この効果
は15％未満では充分でなく、また25％を越えるとその効
果が飽和する。従って、Mnを15〜25％とした。

Ｓは、0.006％を越えると熱間加工性を阻害する。従っ
てＳを0.006％以下とした。

Niは、有力なオーステナイト安定化元素であり、非磁性
を確保するためには必要な元素であるが、４％を越える
と加工硬化を低下させる。従って、Niを４％以下とし
た。

Crは、耐銹性の点から15％未満では充分でなく、また22
％を越えるとフェライトとオーステナイトの２相となり
非磁性を確保できない。従って、Crを15〜22％とした。

Moは、炭窒化物の析出の抑制を図り耐銹性を向上させ、
さらに時効硬化性を向上させる元素であるが、その効果
は0.10％未満では充分でなく、３％を越えるとフェライ
トとオーステナイトの２相となり非磁性を確保できな
い。従って、Moを0.10〜３％とした。

Ｏは、0.01％を越えると熱間加工性を阻害する。従っ
て、Ｏを0.01％以下とした。

Ｎは、Ｃと同様オーステナイト安定化元素であると同時
に固溶硬化に寄与する元素である。この効果は、0.3％
未満では充分でなく、0.6％を越えると鋼塊中にブロー
ホールが発生し熱間加工性を低下させる。従って、Ｎを
0.3〜0.6％とした。

Caは熱間加工性を向上させる元素であり、その効果は0.
0001％未満では充分でなく、また0.01％を越えて添加し
てもその効果が飽和すると共にコスト上昇を招き好まし
くない。従って、Caを0.0001〜0.01％とした。

Nieqはオーステナイト安定度を示す指標であり、18未満
では焼純後もしくは冷間加工後の非磁性を確保できな
い。従って、Nieqを18以上とした。

Creqはフェライト安定度を示す指標であり、23を越える
とフェライトとオーステナイトの２相となり非磁性を確
保できない。従って、Creqを23以下とした。

PVは熱間加工性を示す指標であり、０を越えると熱間加
工時に割れる等の問題が生じる。従って、PVを０以下と
した。

焼鈍温度は1000℃未満では充分再結晶せず、また炭窒化
物の固溶が充分でなく高硬度が得られず、さらに、炭窒
化物の生成により耐銹性を低下させるおそれがある。ま
た、1200℃を越えると結晶粒が粗大化し、硬度の低下を
招くおそれがある。従って、焼鈍温度を1000℃以上かつ
1200℃以下とした。

さらに、本発明に係わる如き高C,Nステンレス鋼は、冷
却速度が遅いと炭窒化物を生成し耐銹性を劣化させるお
それがある。本発明においては、上記成分の材料を上記
条件で焼鈍した後の冷却速度が５℃/sec.未満である
と、良好な耐銹性が得られない場合がある。従って、本
発明鋼の焼鈍後の冷却速度を５℃/sec.以上とした。

冷間加工は高硬度を得るために行い、加工度を30％以上
とするのが好ましい。

冷間加工後、さらに時効処理を施して、より高硬度とす
る。時効処理条件の限定理由はつぎのとおりである。

Moを添加することにより時効硬化特性が向上するが、時
効処理温度が300℃未満では充分な時効硬化特性が得ら
れず、700℃を越えると過時効を招き硬度が低下する。
従って、時効処理温度を300℃以上かつ700℃以下とし
た。

〔実施例〕

第１表に示す成分のステンレス鋼を熱間加工したときの
熱間加工性を第２表に示す。○は熱間加工時に割れが認
められなかったもの、×は割れが認められたものであ
る。

つぎに、第１表のステンレス鋼を熱間加工し、さらに冷
間加工した後、各種条件で焼鈍し冷却し冷間加工した状
態での硬化および耐銹性と、さらに時効処理した状態で
の硬度および耐銹性を第２表に示す。耐銹性の○は15％
および５％食塩水に100時間浸漬して発銹しなかったも
の、△は15％では発銹したが５％では発銹しなかったも
の、×は15％でも５％でも発銹したものである。

第２表中のNo.1〜８が本発明例、No.9〜14が比較例であ
る。No.9およびNo.10は成分は本発明条件を満足してい
るが、No.9は焼鈍温度が、No.10は焼鈍後の冷却速度が
本発明の条件範囲からはずれるので、耐銹性が劣る。ま
たNo.1〜８の本発明例は時効処理後のビッカース硬さが
500以上の高硬度と、1.005以下の透磁率が得られてい
る。

〔発明の効果〕本発明により、耐銹性に優れた高硬度非磁性ステンレス
鋼が、熱間加工性の問題なく製造でき、磁気を利用する
電子機器の部品，特にVTRあるいはVTRカセットテープの
各種軸に使用して、機器の磁気特性を乱すことなく、耐
銹性，耐摩耗性に効果を発揮する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者住友秀彦山口県光市大字島田3434番地新日本製鐵株式會社光製鐵所内 (56)参考文献特開昭62−96658（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−156258（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％にて、C:0.10〜0.30％、Si:0.1〜２
％、Mn:15〜25％、Ｓ≦0.006％、Ni≦４％、Cr:15〜22
％、Mo:0.10〜３％、Ｏ≦0.01％、N:0.3〜0.6％、Ca:0.
0001〜0.01％、残部Feおよび不可避的不純物からなり、
かつ下記の（１）式で示されるNieqが18以上、（２）式
で示されるCreqが23以下、（３）式で示されるPVが０以
下の範囲の組成からなるステンレス鋼の熱間加工材、も
しくは冷間加工材を、1000℃以上かつ1200℃以下の温度
で焼鈍し、５℃/sec.以上の冷却速度で冷却し、ついで
冷間加工し、さらに300℃以上かつ700℃以下の温度で時
効処理を施すことを特徴とする高硬度非磁性ステレンス
鋼の製造方法。 Nieq＝Ni％＋30C％＋30N％＋0.5Mn％ ……（１） Creq＝Cr％＋1.5Si％＋Mo％ ……（２） PV＝Ｓ（ppm）＋Ｏ（ppm）−0.8Ca（ppm）−30 ……
（３）