JPH0765146B2

JPH0765146B2 - 熱間加工性を改善した非磁性オーステナイト系ステンレス鋼

Info

Publication number: JPH0765146B2
Application number: JP61212431A
Authority: JP
Inventors: 寛清水; 貞夫蓮野; 信二佐藤
Original assignee: 川崎製鉄株式会社
Priority date: 1986-09-09
Filing date: 1986-09-09
Publication date: 1995-07-12
Anticipated expiration: 2010-07-12
Also published as: JPS6369949A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、熱間加工性を改善した非磁性オーステナイト
系ステレンス鋼に係り、特にオーステナイト加工安定性
にすぐれ、十分な強度を有する非磁性オーステナイト系
ステレンス鋼に関し、磁気記録装置や電子機器等の材料
分野に利用される。

〔従来の技術〕

近年、磁気記録装置や電子機器の急速な発展と普及に伴
い、磁気的雑音の極めて少ない非磁性鋼に対する要望が
高まつている。この種の機器の構成材料として非磁性鋼
の具備すべき条件は次の如くである。

（Ａ）厳しい冷間加工下でも十分な非磁性能を有する
こと。

（Ｂ）十分な強度を有すること。

（Ｃ）価格が安価であること。

（Ｄ）溶接した場合、溶接部の透磁率が低いこと。

現在非磁性鋼としては、SUS304鋼および加工に対するオ
ーステナイトが安定なSUS305鋼、SUS316鋼などのオース
テナイト系ステンレス鋼がその主流となつている。

しかし、SUS304鋼は準安定化オーステナイト系ステンレ
ス鋼であり、わずかな冷間加工に対してもマルテンサイ
ト変態を起こし、透磁率の増大を招くので、非磁性鋼と
して問題がある。

また、SUS305鋼およびSUS316鋼は、加工に対するオース
テナイト安定性に関しては20％程度の冷間加工率では良
好であるがNi量が高く、またSUS316鋼ではMoを含有する
ため、非磁性鋼として優れた特性を有するが非常に高価
となる欠点がある。

一方、従来技術の一例として特開昭54−89916が開示さ
れているが、この鋼はSUS304鋼をベースとしているた
め、NiおよびCrが低く、Cuを積極的に添加していないた
めSUS316鋼よりも非磁性能が劣つている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記の如く、従来の非磁性鋼は冷間において強加工を施
した場合、オーステナイトの安定度が不十分なため透磁
率が高くなる上に、SUS316鋼に関してはMoを含有してい
るために非常に高価となるという問題点がある。

本発明の目的は、上記来技術の問題点を解決し、SUS316
鋼に対比してNi量を削減しMoを添加せず、Cr、Mn、Cuお
よびＮを最適条件でバランスさせることによりSUS316鋼
にも勝る強度および非磁性能を有し、更に熱間加工性を
改善して生産性を高め、SUS316鋼およびSUS305鋼に比し
安価とした非磁性オーステナ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および作用〕

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:0.15％以下 Si:1.5％以下 Mn:0.5〜6.0％ Cr:17〜23％ Ni:10〜15％ Cu:1.5〜3.0％ N:0.02〜0.20％を含有し、更に Ca、希土類金属：合計で0.001〜0.020％ B:0.0005〜0.015％のうちより選ばれた１種または２種以上を含み、残部は
Feおよび不可避的不純物より成ることを特徴とする熱間
加工性を改善した非磁性オーステナイト系ステンレス鋼
である。

非磁性材料は、各種機器の部品および構成材料として使
用されるに当つて、切断、切削、強度を得るための加工
（例えば引抜き加工）、溶接等が行われる。

一方、一般にオーステナイト系ステンレス鋼は加工によ
つてマルテンサイト変態を生起し磁性を有するようにな
ることは周知のとおりである。

通常、この種の用途に多用されている SUS316鋼を例に挙げると、焼鈍状態ではCGS単位で約1.0
05（500Oe磁化）の透磁率を有するが、これに20％以上
の冷間圧延を施すと、透磁率は冷間加工率10％に対しCG
S単位で0.01以上の割合で急増する傾向を示すようにな
る。

本発明者らはオーステナイト系ステンレス鋼の上記特性
に着目し、更に高強度化するために厳しい加工与えても
すぐれた非磁性能を維持できる材料を開発することを目
標に、各種成分のオーステナイト系ステンレス鋼を溶製
し、冷延焼鈍後、圧延加工した時の透磁率を測定し、そ
の結果を基礎として非磁性能の加工安定性について検討
した。すなわち、非磁性特性を重視した成分系では、一
般に熱間加工性が非常に劣る点に着目し、研究を重ねた
結果、次の知見を得た。

すなわち、高強度および非磁性能を加工安定性を得るた
めに添加を行つているCr、Ｎ等の元素は固溶強化作用を
有するため、これらのCr、Ｎ等の元素の添加により鋳塊
の結晶粒内の強度が高くなり、相対的にＳ等の不純物元
素による粒界の熱間脆化作用が顕著に現れ、熱間加工時
に脆弱化した粒界に応力の集中が起り割れを生じること
が判明した。

そこで不純物の粒界偏析を極力防止し、しかも非磁性能
の加工安定性を損わない方法について研究した結果、C
a、希土類金属（以下REMと称する）、Ｂの適量添加が最
も効果的であることを見出した。

本発明鋼における各成分元素の限定理由は次の如くであ
る。

C: Ｃはオーステナイト安定化元素であり、かつ強度を高め
るので、その含有量を増加させることが望ましい。しか
し、0.15％を越えると加工性の劣化を招き、また炭化物
の析出により耐食性に悪影響を与えるので上限を0.15％
とした。

Si: Siは脱酸剤として作用するが、一方フェライト形成元素
であり、1.5％を越える含有はδフエライトやσ相の生
成を促進し透磁率の上昇を招くので1.5％以下に限定し
た。

Mn: Mnは、オースナイト安定化作用を有し、本発明の非磁性
鋼には不可欠な元素である。

さらに本発明鋼において、耐食性を考慮してCrを17〜23
％と高くしているのでδフェライト生成を抑制する上か
ら0.5％以上を含有させる必要がある。

一方、添加量が過多になると、溶製時のMnの歩留りが低
くなり価格が上昇し、また材質的には延性が低下し製造
性および加工性を損うので上限を6.0％とし、0.5〜6.0
％の範囲に限定した。

Cr: Crはオーステナイトを安定化させる効果を有するばかり
でなく、ステンレス鋼の重要な構成元素であり、耐食性
を維持するため17％以上の含有が好ましい。一方、Crは
Siと同じくフエライト形成元素であり、多量の含有はフ
エライト相の生成を促進し、透磁率の急上昇を招きオー
ステナイト安定化元素であるMn、CrおよびＮの添加量に
も限界があるので上限を23％とし、17〜23％の範囲に限
定した。

Ni: Niは強力なオーステナイト安定化元素であり、安定して
非磁性を得るに当つても最も重要な元素であり、かつ耐
食性、熱間および冷間加工性を向上させる作用を有して
いる。しかし、Moと共に高価な元素であり、製造コスト
低減のため非磁性能を低下させない程度に下げて下限を
10％とし、同じオーステナイト安定化元素であるMn、Cu
およびＮを添加することを考えて上限を15％とした。

Cu: CuはNi、Mn、Ｎと同じくオーステナイトを安定化する元
素であり、冷鍛性を改善する作用を有し、本発明におい
ては主要な元素の一つであり、その効果を十分発揮させ
るため下限を1.5％とした。しかし、3.0％を越えて含有
させても効果が飽和し、むしろ溶接部の割れの原因とな
るほか、高温における粒界脆化を招いて熱間加工性を悪
化させるので上限を3.0％とし、1.5〜3.0％の範囲に限
定した。

N: ＮはNi、Mn、Cuと同様にオーステナイトの安定化効果を
有する元素であり、本発明においては主要な元素の一つ
であり、その効果を十分に発揮させるため0.02％以上の
含有が必要である。しかし、0.20％を越えて含有させる
と窒化物を発生し鋼塊の健全性を損うので上限を0.20％
とし、0.02〜0.20％の範囲に限定した。

Ca、REM、B: Ca、REM、Ｂはいずれも非磁性能の加工安定性を損わず
に熱間加工性を改善する効果を有するので本発明におい
ては重要な添加元素である。

Ca、REMの効果はほぼ同等と考えられるが、その効果を
十分に発揮させるためには合計で0.001％以上の添加が
必要であり、またＢについても0.0005％以上の添加が必
要である。しかしCa、REMの場合は合計で0.020％を越え
て添加すると、酸化物系の介在物が多く形成され清浄度
を悪化させるほか、耐食性も悪くなり、更に溶製も困難
となるので上限を合計で0.020％に限定した。また、Ｂ
は0.015％を越えて添加すると溶接性が著しく悪くなる
ほか熱間加工性の改善効果が飽和するので上限を0.015
％に限定した。なお、Ca、REMを添加する場合には、そ
の効果を十分に発揮させるために、固溶酸素を十分に低
く抑えることが望ましい。

〔実施例〕

第１表にて示す如き化学組成を有する本発明鋼および比
較鋼Ｉ、IIについて熱間加工性および非磁性能の比較試
験を行つた。

第１表に示す供試材の特徴は次の如くである。

本発明鋼A3は、Ｃ量を0.12％、Si量を1.0％、Cr量を22
％とした14Ni鋼であり、高強度化による熱間加工性の劣
化を改善するために、Ca、REMを合計で0.0064％、Ｂを
0.0031％含有せしめた鋼である。本発明鋼A4は、10.5Ni
鋼をベースとし、非磁性能の安定化のためMn量を5.7
％、Cu量を2.0％とし、更に耐食性を劣化させずに高強
度化を図るため、Ｃ量を0.030％と低く抑え、Ｎ量を0.1
1％とし、また熱間加工性改善のため、Ca、REMを合計で
0.0085％、Ｂを0.0067％含有せしめた鋼である。

一方、比較鋼Ｉの供試材B1〜B3は、それぞれJIS規格鋼
のSUS304鋼、0.0027％のＢを含有したSUS305鋼およびSU
S316鋼であり、比較鋼IIの供試材C1、C2はCa、REM、Ｂ
のいずれをも全く添加してない熱間加工性の比較鋼であ
る。

上記各供試材をそれぞれ高周波誘導炉により真空溶製
し、熱間加工試験には鋳塊を通常操業の熱間圧延時の加
熱温度である1250℃に加熱して１時間保持後０℃の水中
に焼入れ、その焼入れ鋳塊より試験片を加工し試験に供
した。残部の鋳塊は熱間圧延→冷間圧延→1100℃の溶体
化処理の工程を経て0.7mm厚の冷延焼鈍板とした。

これらの供試材について、冷間加工率に対する500エル
ステツド（Oe）磁化時の透磁率の変化、冷間圧延によつ
て透磁率が増加し始める冷間加工率をRA（μ）と定義
し、その値を求め、更にRA（μ）まで冷間圧延した時の
板面のビツカース硬度、冷延焼鈍板の機械的特性値、厚
さ50mm、幅150mmの鋳塊を1250℃加熱後厚さ4mmまで熱延
した場合の耳割れの有無を第１図および第２表に示し
た。更に第２図にて示すヒートパターン、すなわち、6
2.5℃/secの加熱速度で1250℃まで加熱し、この温度に5
0秒保持した後100℃/minの冷却速度で引張温度Ｔ℃まで
冷却しＴ℃に10秒保持した後100mm/secの引張速度で引
張加工した。引張温度Ｔ℃における熱間引張試験を行つ
た結果は第３図に示すとおりであり、本発明鋼の断面収
縮率は斜線内に示す範囲であり、比較鋼供試材B3、C1、
C2に比しすぐれていることがわかる。

更に第１図および第２表から次のことが明らかとなつ
た。すなわち、比較鋼B1は準安定オーステナイト鋼であ
り、透磁率の上昇は冷間加工に対して敏感であつて、第
１図には示されていないが、冷間加工率が10％でも透磁
率はすでに1.4に達しており、そのためRA（μ）はほぼ
０％となつている。これはオーステナイトが不安定なた
め、わずかな冷間加工でもマルテサイトが生成し透磁率
の上昇を招くことによるものである。

比較鋼B2およびB3は、RA（μ）がそれぞれ30％および23
％で、B1に比較してかなり特性が改善されてはいるもの
の、加工率60％における透磁率はそれぞれ1.015、1.020
エルステツド（Oe）と高いことを示している。

これに対し、本発明鋼A3、A4は高い非磁性能を有してい
るほか、後記の如くすぐれた特性を有している。すなわ
ち、第２表の本発明による各供試材の特性値より明らか
な如く、A3〜A4のRA（μ）は比較鋼のB2、B3に比較して
大きい値となつており、非磁性能がすぐれていることを
示している。またA3はNi量が14％と高い上にＣ、Cr、Cu
も増量しているので非常にすぐれた特性を得ている。こ
れに対しA4はNi量を10.5％と削減しているがMn量を5.7
％と高めているために、Niの減量分を十分補つており、
A3とほぼ同等のすぐれた特性を得ている。

かくの如く、本発明鋼の高非磁性能は、単にMn量、Cu量
およびＮ量を増加させた効果のみならず、これらの元素
量とNi量およびCr量との兼ね合いを考慮しそれらをバラ
ンス良く配合したことにより得られたものである。

非磁性材料は、前記の如く各種機器の部品および構成材
料として使用されるに当つて強度を得るために加工が施
される。そこで、高磁性能を維持しつつ十分な強度を得
るための指標としてRA（μ）におけるビツカース硬度を
測定した。第２表において、RA（μ）におけるビツカー
ス硬度は、B2およびB3がそれぞれ273、285であるのに対
し、本発明鋼ではいずれも330以上を示しており、特にA
3は411ときわめて高い値を示している。従つて、本発明
鋼は、RA（μ）の値まで冷間加工することにより、焼鈍
状態で透磁率をそのまま維持し、しかも330以上の高い
ビツカース硬度を得ることができる。

また、第２表より明らかなとおり、本発明鋼の機械的特
性は比較鋼Ｉとほぼ同等となつている。

次に熱間加工について説明する。第２表に熱延時の耳割
れの有無についての観察結果が示されている。すなわ
ち、比較鋼ＩのB1はNi、Ｎが低く、またB2ではＢを含有
しているために耳割れが発生していないが、B3および比
較鋼IIのC1、C2は、Ca、REM、Ｂの添加が全くないので
熱間加工性が悪く耳割れが発生している。これに対し、
本発明鋼A3〜A4は熱間加工性を改善するためにCa、RE
M、Ｂの添加を行つているので耳割れは全く観察されて
いない。

次に先に説明した如く、第２図に示す試験片のヒートパ
ターンにより各供試材の熱間引張試験を行い、第３図に
示した試験結果について説明する。

試験片形状は6.4mmφの丸棒であり、引張速度は100mm/s
ecとし、引張温度は800℃から1250℃までの50℃間隔に
ついて10種の異なる温度について行い、評価は破断面の
断面収縮率により行つた。第３図には特に本発明鋼A3、
および比較鋼B3、C1、C2の結果を示した。

第３図より明らかなか如く、Ca、REM、Ｂのいずれをも
添加せず熱間加工性の改善を行つていないC1、C2は、引
張温度が950〜1050℃の温度範囲で断面収縮率が60％以
下に落込んでおり、比較鋼ＢのSUS316鋼程度の熱間加工
性しかないので再圧延を必要とする。これに対しCa、RE
M、Ｂを添加して熱加工性を改善した本発明鋼A3〜A4
は、図中斜線範囲で示す如く、引張温度950〜1050℃に
おける脆化域もなく良好な熱間加工性を示しており、製
造工程において再圧延の必要もない。

〔発明の効果〕

上記実施例から明らかなとおり、本発明は非磁性オース
テナイト系ステンレス鋼の成分を限定し、特に従来鋼に
比較して高価なNi量を削減し、Moを添加せず、これに替
えてCr、Mn、CuおよびＮを適量添加することにより低コ
スト化を図り、更にCa、REM、Ｂの添加により非磁性能
を劣化させることなく熱間加工性を改善することにより
製造コストの低減を図り、全体として従来鋼より低コス
ト化、高非磁性化を図り、しかも機械的特性は従来のSU
S316鋼と同等を保有する非磁性オーステナイト系ステン
レス鋼の提供が可能となつた。本発明鋼の提供により磁
気記録装置や電子機器用のすぐれた構成材料としての用
途が開けただけではなく、一般非磁性構造材や大型磁気
装置の構成材料としても広い利用が期待できる効果を挙
げることができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明鋼A3、A4および比較鋼B2、B3、C1、C2の
冷間加工率と500エルステツド磁化時の透磁率との関係
を示す線図、第２図は本発明鋼と比較鋼との熱間引張試
験における試験片のヒートパタンを示す線図、第３図は
本発明鋼と比較鋼との熱間引張試験における引張温度と
その時の断面収縮率との関係を示す線図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者佐藤信二千葉県千葉市川崎町１番地川崎製鉄株式会社技術研究本部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量比にて C:0.15％以下 Si:1.5％以下 Mn:0.5〜6.0％ Cr:17〜23％ Ni:10〜15％ Cu:1.5〜3.0％ N:0.02〜0.20％を含有し、更に Ca、希土類金属：合計で0.001〜0.020％ B:0.0005〜0.015％のうちより選ばれた１種または２種以上を含み、残部は
Feおよび不可避的不純物より成ることを特徴とする熱間
加工性を改善した非磁性オーステナイト系ステンレス
鋼。