JPH09272954A - リニアモーターカー超伝導コイル締結用高強度非磁性鋼 - Google Patents
リニアモーターカー超伝導コイル締結用高強度非磁性鋼Info
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- JPH09272954A JPH09272954A JP11014196A JP11014196A JPH09272954A JP H09272954 A JPH09272954 A JP H09272954A JP 11014196 A JP11014196 A JP 11014196A JP 11014196 A JP11014196 A JP 11014196A JP H09272954 A JPH09272954 A JP H09272954A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ０．２％耐力：６５０Ｎ／ｍｍ2 以上、引張
強さ：８００Ｎ／ｍｍ2以上、耐食性：塩水噴霧試験で
１００時間経過後の発錆のない、透磁率：１．０５以下
の耐食高強度非磁性鋼部品を提供する。 【解決手段】 重量％で、Ｍｎ：５．０〜８．５％、Ｎ
ｉ：４．０〜９．０％、Ｃｒ：１６．０〜２１．０％、
Ｃｕ：１．０〜４．０％、Ｂ：０．００１５〜０．００
４０％を含有し、さらにＣ＋Ｎ：０．２０〜０．３５％
の関係を有し、かつ条件式：５３０−４１０［Ｃ］−３
５０［Ｎ］−１０［Ｍｎ］−１５［Ｃｒ］−３０［Ｎｉ
＋Ｃｕ］−１０［Ｍｏ］≦−８０を満足するステンレス
鋼を、１０〜２０％の加工率の冷間加工し、６０〜１５
０℃ので冷間鍛造又はヘッダー加工し、３００〜５５０
℃で１５分以上保持してなる図１に示す透磁率を１．０
５以下のリニアモーターカー超伝導コイル締結用高強度
非磁性鋼。条件式の［ ］内は各元素の重量％を意味す
る。
強さ：８００Ｎ／ｍｍ2以上、耐食性：塩水噴霧試験で
１００時間経過後の発錆のない、透磁率：１．０５以下
の耐食高強度非磁性鋼部品を提供する。 【解決手段】 重量％で、Ｍｎ：５．０〜８．５％、Ｎ
ｉ：４．０〜９．０％、Ｃｒ：１６．０〜２１．０％、
Ｃｕ：１．０〜４．０％、Ｂ：０．００１５〜０．００
４０％を含有し、さらにＣ＋Ｎ：０．２０〜０．３５％
の関係を有し、かつ条件式：５３０−４１０［Ｃ］−３
５０［Ｎ］−１０［Ｍｎ］−１５［Ｃｒ］−３０［Ｎｉ
＋Ｃｕ］−１０［Ｍｏ］≦−８０を満足するステンレス
鋼を、１０〜２０％の加工率の冷間加工し、６０〜１５
０℃ので冷間鍛造又はヘッダー加工し、３００〜５５０
℃で１５分以上保持してなる図１に示す透磁率を１．０
５以下のリニアモーターカー超伝導コイル締結用高強度
非磁性鋼。条件式の［ ］内は各元素の重量％を意味す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、リニアモーターカ
ーの浮上用や推進用に用いられる超伝導コイルの締結部
品用に見られる、強磁場中で使用される構造物締結に使
用される非磁性鋼に関するものであり、特に当該部品の
非磁性を確保し、同時に耐食性と強度を向上させる製造
方法に関するものである。
ーの浮上用や推進用に用いられる超伝導コイルの締結部
品用に見られる、強磁場中で使用される構造物締結に使
用される非磁性鋼に関するものであり、特に当該部品の
非磁性を確保し、同時に耐食性と強度を向上させる製造
方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】リニアモーターカーや核磁気共鳴機器等
のように、強磁場中に晒される構造物の素材は誘導によ
る発熱やそれに伴う特性の劣化を阻止するために非磁性
であることが要求される。特に耐食性が必要とされるも
のについては、ＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６などに代表
されるオーステナイト系ステンレス鋼が使用され、成形
した後溶体化処理を行って非磁性鋼部品を製造する方法
が一般的に行われている。また、特に強度が要求される
構造物の素材としては、Ｎを添加することでオーステナ
イト相を安定化した高Ｍｎ非磁性鋼が使用されている。
のように、強磁場中に晒される構造物の素材は誘導によ
る発熱やそれに伴う特性の劣化を阻止するために非磁性
であることが要求される。特に耐食性が必要とされるも
のについては、ＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６などに代表
されるオーステナイト系ステンレス鋼が使用され、成形
した後溶体化処理を行って非磁性鋼部品を製造する方法
が一般的に行われている。また、特に強度が要求される
構造物の素材としては、Ｎを添加することでオーステナ
イト相を安定化した高Ｍｎ非磁性鋼が使用されている。
【０００３】近年、上述のような用途に使用される構造
用部品において、素材への信頼性としてＳＵＳ３０４並
のオーステナイト系ステンレス鋼に匹敵する耐食性と、
調質を施された機械構造用鋼並の強度レベルが要求され
ると同時に、製造コストが重要な要素となっている。こ
のような場合には、特開平７ー２４３００１や特開平７
−１０２３１８のような高価なＮｉ量を低減した高Ｍｎ
高Ｎ非磁性鋼が提案されている。しかし、これらの非磁
性鋼は冷間加工性が悪く、通常は、特開平７−２４３０
０１の場合のように熱間鍛造後、固溶化状態で使用され
たり、特開平７−１０２３１８のように最終加工は温間
鍛造で成形されるため、脱スケール等の後処理や冷間加
工に比べ寸法制度が悪く機械加工による最終仕上げが必
要であり、冷間加工による最終成形に比べて工程増、コ
スト高となる問題点がある。
用部品において、素材への信頼性としてＳＵＳ３０４並
のオーステナイト系ステンレス鋼に匹敵する耐食性と、
調質を施された機械構造用鋼並の強度レベルが要求され
ると同時に、製造コストが重要な要素となっている。こ
のような場合には、特開平７ー２４３００１や特開平７
−１０２３１８のような高価なＮｉ量を低減した高Ｍｎ
高Ｎ非磁性鋼が提案されている。しかし、これらの非磁
性鋼は冷間加工性が悪く、通常は、特開平７−２４３０
０１の場合のように熱間鍛造後、固溶化状態で使用され
たり、特開平７−１０２３１８のように最終加工は温間
鍛造で成形されるため、脱スケール等の後処理や冷間加
工に比べ寸法制度が悪く機械加工による最終仕上げが必
要であり、冷間加工による最終成形に比べて工程増、コ
スト高となる問題点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来使用されている素
材は、一般のオーステナイト系ステンレス鋼では、固溶
化処理により透磁率は、１．１以下となり比較的良好な
非磁性と耐食性を有するが、高い強度を保証することは
不可能である。また高い強度レベルと耐食性を併せ持つ
素材として、ＳＵＳ６３１のような析出硬化型ステンレ
ス鋼がある。しかし、この材料は析出物の組成や量、マ
トリクス相のコントロールが難しく、非磁性を安定して
保証することが困難である。
材は、一般のオーステナイト系ステンレス鋼では、固溶
化処理により透磁率は、１．１以下となり比較的良好な
非磁性と耐食性を有するが、高い強度を保証することは
不可能である。また高い強度レベルと耐食性を併せ持つ
素材として、ＳＵＳ６３１のような析出硬化型ステンレ
ス鋼がある。しかし、この材料は析出物の組成や量、マ
トリクス相のコントロールが難しく、非磁性を安定して
保証することが困難である。
【０００５】しかし、本発明が目的とする締結用非磁性
鋼に要求される特性を具体的に表すと以下のようにな
る。 ０．２％耐力：６５０Ｎ／ｍｍ2 以上 引張強さ ：８００Ｎ／ｍｍ2 以上 耐食性 ：塩水噴霧試験（ＪＩＳ Ｚ ２３７１）
で１００時間経過後も発錆しないこと 透磁率 ：１．０５以下 その他 ：低廉であること
鋼に要求される特性を具体的に表すと以下のようにな
る。 ０．２％耐力：６５０Ｎ／ｍｍ2 以上 引張強さ ：８００Ｎ／ｍｍ2 以上 耐食性 ：塩水噴霧試験（ＪＩＳ Ｚ ２３７１）
で１００時間経過後も発錆しないこと 透磁率 ：１．０５以下 その他 ：低廉であること
【０００６】これらの要求特性のうち、０．２％耐力お
よび引張強さに関しては、締結材としての静的強度およ
び疲労強度を確保する上で重要な特性である。
よび引張強さに関しては、締結材としての静的強度およ
び疲労強度を確保する上で重要な特性である。
【０００７】また、低コストは使用される合金成分のみ
ならず製造工程費用が大きな割合を占めるものである。
ならず製造工程費用が大きな割合を占めるものである。
【０００８】しかし、従来の材料ではこれらすべてを満
足することができず、すべての特性を兼ね備えた非磁性
鋼を実現する必要があった。本発明では、成分的に特性
はもとより化学成分に適正なものを選び、なおかつすべ
ての部材成形において冷間加工、冷間成形を用いること
で、熱間や温間での加工に比べて工程費用の低減を目的
としたものである。そこで、本発明では、上述の目的に
対応可能な、冷間加工性が良好で高強度化でき、なおか
つ耐食性、非磁性ともに良好な材料として弊社特公平７
−７０７０１のような成分バランスを持つＭｎ、Ｎｉ、
Ｃｕ、Ｎを含有するステンレス鋼を使用することとし
た。よって本発明は、特公平７−７０７０１を基に、上
記の強度特性、耐食性、非磁性をいずれも満足し得る製
造工程を研究・開発し、耐食高強度非磁性鋼部品を提供
することを目的とするものである。
足することができず、すべての特性を兼ね備えた非磁性
鋼を実現する必要があった。本発明では、成分的に特性
はもとより化学成分に適正なものを選び、なおかつすべ
ての部材成形において冷間加工、冷間成形を用いること
で、熱間や温間での加工に比べて工程費用の低減を目的
としたものである。そこで、本発明では、上述の目的に
対応可能な、冷間加工性が良好で高強度化でき、なおか
つ耐食性、非磁性ともに良好な材料として弊社特公平７
−７０７０１のような成分バランスを持つＭｎ、Ｎｉ、
Ｃｕ、Ｎを含有するステンレス鋼を使用することとし
た。よって本発明は、特公平７−７０７０１を基に、上
記の強度特性、耐食性、非磁性をいずれも満足し得る製
造工程を研究・開発し、耐食高強度非磁性鋼部品を提供
することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の手段として本発明は、請求項１の発明では、化学成分
が重量％で、Ｃ：０．１２％以下、Ｓｉ：０．０５〜
１．００％、Ｍｎ：５．０〜８．５％、Ｐ：０．０４５
％以下、Ｓ：０．０１５％以下、Ｎｉ：４．０〜９．０
％、Ｃｒ：１６．０〜２１．０％、Ｃｕ：１．０〜４．
０％、Ｎ：０．１５〜０．３０％、Ｏ：０．００４０％
以下、Ｂ：０．００１５〜０．００４０％を含有し、さ
らにＣ＋Ｎ：０．２０〜０．３５％の関係を有し残部が
Ｆｅおよび不可避の不純物からなり、かつ条件式：５３
０−４１０［Ｃ］−３５０［Ｎ］−１０［Ｍｎ］−１５
［Ｃｒ］−３０［Ｎｉ＋Ｃｕ］−１０［Ｍｏ］≦−８０
を満足するステンレス鋼を、１０〜２０％の加工率で冷
間加工を施した後、６０〜１５０℃の温度範囲で冷間鍛
造またはヘッダー加工を行い、さらに３００〜５５０℃
の範囲で１５分以上保持することにより、０．２％耐力
が６５０Ｎ／ｍｍ2 以上、引張強さが８００Ｎ／ｍｍ2
以上で、かつ透磁率を１．０５以下となるリニアモータ
ーカー超伝導コイル締結用高強度非磁性鋼である。な
お、条件式の［］内は各元素の重量％を意味する。
の手段として本発明は、請求項１の発明では、化学成分
が重量％で、Ｃ：０．１２％以下、Ｓｉ：０．０５〜
１．００％、Ｍｎ：５．０〜８．５％、Ｐ：０．０４５
％以下、Ｓ：０．０１５％以下、Ｎｉ：４．０〜９．０
％、Ｃｒ：１６．０〜２１．０％、Ｃｕ：１．０〜４．
０％、Ｎ：０．１５〜０．３０％、Ｏ：０．００４０％
以下、Ｂ：０．００１５〜０．００４０％を含有し、さ
らにＣ＋Ｎ：０．２０〜０．３５％の関係を有し残部が
Ｆｅおよび不可避の不純物からなり、かつ条件式：５３
０−４１０［Ｃ］−３５０［Ｎ］−１０［Ｍｎ］−１５
［Ｃｒ］−３０［Ｎｉ＋Ｃｕ］−１０［Ｍｏ］≦−８０
を満足するステンレス鋼を、１０〜２０％の加工率で冷
間加工を施した後、６０〜１５０℃の温度範囲で冷間鍛
造またはヘッダー加工を行い、さらに３００〜５５０℃
の範囲で１５分以上保持することにより、０．２％耐力
が６５０Ｎ／ｍｍ2 以上、引張強さが８００Ｎ／ｍｍ2
以上で、かつ透磁率を１．０５以下となるリニアモータ
ーカー超伝導コイル締結用高強度非磁性鋼である。な
お、条件式の［］内は各元素の重量％を意味する。
【００１０】また請求項２の発明では、請求項１の手段
の化学成分において、さらに、Ｎｂ：０．０５〜０．２
０％もしくはＶ：０．０５〜０．５０％の１種または２
種以上を加えたことを特徴とする請求項１の手段におけ
るリニアモーターカー超伝導コイル締結用高強度非磁性
鋼である。
の化学成分において、さらに、Ｎｂ：０．０５〜０．２
０％もしくはＶ：０．０５〜０．５０％の１種または２
種以上を加えたことを特徴とする請求項１の手段におけ
るリニアモーターカー超伝導コイル締結用高強度非磁性
鋼である。
【００１１】本発明は、上述の如く適切な化学成分組成
による鋼と適切な製造条件を組み合わせることにより構
成され、これにより目的とする特性の高強度非磁性鋼部
品が得られることを見いだした。
による鋼と適切な製造条件を組み合わせることにより構
成され、これにより目的とする特性の高強度非磁性鋼部
品が得られることを見いだした。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を示すに当た
り、以下にまず要件となる鋼の成分限定理由について述
べるが、詳細は弊社特公平７−７０７０１の記載によ
り、ここでは主要なものについて説明する。なお以下の
各元素はすべて重量％である。
り、以下にまず要件となる鋼の成分限定理由について述
べるが、詳細は弊社特公平７−７０７０１の記載によ
り、ここでは主要なものについて説明する。なお以下の
各元素はすべて重量％である。
【００１３】Ｃ＋Ｎ：０．２〜０．３５％について、Ｃ
とＮはＣ＋Ｎの形で総合的に固溶強化元素として高強度
を得るために必要であるが、その合計量が０．２０％未
満では、当該鋼として使用される強度不足になるため、
下限を０．０２％とした。しかし、０．３５％を超える
と熱間加工性や冷間加工性を損なうので、上限を０．３
５％とした。
とＮはＣ＋Ｎの形で総合的に固溶強化元素として高強度
を得るために必要であるが、その合計量が０．２０％未
満では、当該鋼として使用される強度不足になるため、
下限を０．０２％とした。しかし、０．３５％を超える
と熱間加工性や冷間加工性を損なうので、上限を０．３
５％とした。
【００１４】Ｍｎ：５．０〜８．５％について、Ｍｎは
脱酸財およびオーステナイト形成元素として非常に有効
であり、冷間加工時のマルテンサイト相の生成を抑制す
る高価なＮｉの代替となりうる元素である。また、Ｎの
オーステナイト相への溶解度を増加させるために耐食性
を阻害するクロム窒化物の生成をも妨げる。５．０％未
満ではこれら効果は小さいため下限を５．０％とした。
また８．５％を超えると固溶Ｍｎによる耐食性の劣化と
冷間および熱間加工性の劣化を招くので上限を８．５％
とした。
脱酸財およびオーステナイト形成元素として非常に有効
であり、冷間加工時のマルテンサイト相の生成を抑制す
る高価なＮｉの代替となりうる元素である。また、Ｎの
オーステナイト相への溶解度を増加させるために耐食性
を阻害するクロム窒化物の生成をも妨げる。５．０％未
満ではこれら効果は小さいため下限を５．０％とした。
また８．５％を超えると固溶Ｍｎによる耐食性の劣化と
冷間および熱間加工性の劣化を招くので上限を８．５％
とした。
【００１５】Ｎｉ：４．０〜９．０％について、Ｎｉ
は、オーステナイト系ステンレス鋼における基本元素で
あり、強力なオーステナイト形成元素であり、耐食性向
上および冷間加工後のマルテンサイト発生を抑制する元
素である。しかし、Ｎｉは高価であるため、これらの性
能が確保できる範囲でＭｎ、Ｃｕ、Ｎ等で代替し極力低
減させることが望ましい。すなわち、４．０％未満では
性能確保が困難であり、９．０％を超えて添加しても当
該鋼の用途で重要視される耐食性において向上の効果は
ほとんどないことから４．０〜９．０％とした。
は、オーステナイト系ステンレス鋼における基本元素で
あり、強力なオーステナイト形成元素であり、耐食性向
上および冷間加工後のマルテンサイト発生を抑制する元
素である。しかし、Ｎｉは高価であるため、これらの性
能が確保できる範囲でＭｎ、Ｃｕ、Ｎ等で代替し極力低
減させることが望ましい。すなわち、４．０％未満では
性能確保が困難であり、９．０％を超えて添加しても当
該鋼の用途で重要視される耐食性において向上の効果は
ほとんどないことから４．０〜９．０％とした。
【００１６】Ｃｒ：１６．０〜２１．０％について、Ｃ
ｒは、Ｎｉと共にオーステナイト系ステンレス鋼におけ
る基本元素であり、耐食性を与える。１６．０％以上で
十分な耐候性が得られるが、２１．０％を超えるとフェ
ライト相が発生しやすくなるため１６．０〜２１．０％
とした。
ｒは、Ｎｉと共にオーステナイト系ステンレス鋼におけ
る基本元素であり、耐食性を与える。１６．０％以上で
十分な耐候性が得られるが、２１．０％を超えるとフェ
ライト相が発生しやすくなるため１６．０〜２１．０％
とした。
【００１７】Ｃｕ：１．０〜４．０％について、Ｃｕ
は、オーステナイト形成元素であり、オーステナイト相
を安定化させる。またＮｉと同様に加工によるマルテン
サイト相の生成を抑制する。特にＣｕはマトリックスの
加工硬化指数を下げるため冷間加工時の延性を維持させ
ることができるので割れの発生を抑制する効果がある。
その効果を発揮させるには１．０％以上必要であるの
で、下限を１．０％とした。しかし４．０％を超えて含
有させると熱間加工性を著しく劣化させるため、上限を
４．０％とした。
は、オーステナイト形成元素であり、オーステナイト相
を安定化させる。またＮｉと同様に加工によるマルテン
サイト相の生成を抑制する。特にＣｕはマトリックスの
加工硬化指数を下げるため冷間加工時の延性を維持させ
ることができるので割れの発生を抑制する効果がある。
その効果を発揮させるには１．０％以上必要であるの
で、下限を１．０％とした。しかし４．０％を超えて含
有させると熱間加工性を著しく劣化させるため、上限を
４．０％とした。
【００１８】Ｂ：０．００１５〜０．００４０％につい
て、Ｂは、熱間加工性を向上させる元素であるが、０．
００１５％未満ではその効果は小さいので、下限を０．
００１５％とした。また０．００４０％を超えるとＢ化
合物が生成し、逆に熱間加工性を悪化させるので、上限
を０．００４０％とした。
て、Ｂは、熱間加工性を向上させる元素であるが、０．
００１５％未満ではその効果は小さいので、下限を０．
００１５％とした。また０．００４０％を超えるとＢ化
合物が生成し、逆に熱間加工性を悪化させるので、上限
を０．００４０％とした。
【００１９】Ｎｂ：０．０５〜０．２０％について、Ｎ
ｂは、これを含有させて析出硬化熱処理を施すと炭窒化
物が形成され、結晶粒が微細化し、強度上昇とともに冷
間加工後の延性が上昇する。本発明において、特に冷間
加工後の延性が必要な場合はこれを添加する。その場
合、０．０５％未満ではその効果が得られないので、下
限を０．０５％とした。また０．２０％を超えて含有す
ると冷間加工性を損なうので上限を０．２０％とした。
ｂは、これを含有させて析出硬化熱処理を施すと炭窒化
物が形成され、結晶粒が微細化し、強度上昇とともに冷
間加工後の延性が上昇する。本発明において、特に冷間
加工後の延性が必要な場合はこれを添加する。その場
合、０．０５％未満ではその効果が得られないので、下
限を０．０５％とした。また０．２０％を超えて含有す
ると冷間加工性を損なうので上限を０．２０％とした。
【００２０】Ｖ：０．０５〜０．５０％について、Ｖ
は、Ｎｂと同様にこれを含有した場合に析出硬化熱処理
を施すと炭窒化物が形成され、同様の効果を与える。
０．０５％未満ではその効果が得られないので、下限を
０．０５％とした。また０．５０％を超えて含有すると
冷間加工性を劣化させるので上限を０．５０％とした。 条件式：５３０−４１０［Ｃ］−３５０［Ｎ］−１０
［Ｍｎ］−１５［Ｃｒ］−３０［Ｎｉ＋Ｃｕ］−１０
［Ｍｏ］≦−８０について、本発明に用いる鋼の基本的
な化学成分組成は上述のとおりであり、残部Ｆｅおよび
不可避不純物からなるものであるが、さらに上記の条件
式を満足させる必要がある。なお、条件式の［ ］内は
各元素の重量％を意味する。上記の条件式は、冷間加工
時の加工誘起マルテンサイトの生成に関係するものであ
り、条件式の値と５０％冷間加工後の透磁率との関係を
示す図１から、本条件式は冷間加工後の透磁率を予測で
きうるものであることが判る。当該鋼は最終形状にもよ
るが通常部分的には４０％以上の冷間加工率が付加され
るため、非磁性を確保するには本条件式において適正な
成分バランスを設定する必要がある。条件式の値が−８
０を超えると透磁率が１．０５を超え非磁性を保つこと
ができないため、上限を−８０とした。また、−８０以
下であれば加工に対するオーステナイトの安定性は十分
なため特に下限は設けないこととした。
は、Ｎｂと同様にこれを含有した場合に析出硬化熱処理
を施すと炭窒化物が形成され、同様の効果を与える。
０．０５％未満ではその効果が得られないので、下限を
０．０５％とした。また０．５０％を超えて含有すると
冷間加工性を劣化させるので上限を０．５０％とした。 条件式：５３０−４１０［Ｃ］−３５０［Ｎ］−１０
［Ｍｎ］−１５［Ｃｒ］−３０［Ｎｉ＋Ｃｕ］−１０
［Ｍｏ］≦−８０について、本発明に用いる鋼の基本的
な化学成分組成は上述のとおりであり、残部Ｆｅおよび
不可避不純物からなるものであるが、さらに上記の条件
式を満足させる必要がある。なお、条件式の［ ］内は
各元素の重量％を意味する。上記の条件式は、冷間加工
時の加工誘起マルテンサイトの生成に関係するものであ
り、条件式の値と５０％冷間加工後の透磁率との関係を
示す図１から、本条件式は冷間加工後の透磁率を予測で
きうるものであることが判る。当該鋼は最終形状にもよ
るが通常部分的には４０％以上の冷間加工率が付加され
るため、非磁性を確保するには本条件式において適正な
成分バランスを設定する必要がある。条件式の値が−８
０を超えると透磁率が１．０５を超え非磁性を保つこと
ができないため、上限を−８０とした。また、−８０以
下であれば加工に対するオーステナイトの安定性は十分
なため特に下限は設けないこととした。
【００２１】次に本発明の加工過程について説明する。
上記に規定した成分限定範囲の鋼を熱間鍛造あるいは直
接切削加工により、ボルト等の部品に成形しても、耐食
性および非磁性は満足するが、要求強度である０．２％
耐力：６５０Ｎ／ｍｍ2 以上、引張強さ：８００Ｎ／ｍ
ｍ2 以上の強度を得ることは不可能である。また、部品
全体を冷間鍛造やヘッダーなどの冷間成形のみでは、部
位による加工度に差があり、形状によってはすべての部
位において上記の強度を満足することは困難である。
上記に規定した成分限定範囲の鋼を熱間鍛造あるいは直
接切削加工により、ボルト等の部品に成形しても、耐食
性および非磁性は満足するが、要求強度である０．２％
耐力：６５０Ｎ／ｍｍ2 以上、引張強さ：８００Ｎ／ｍ
ｍ2 以上の強度を得ることは不可能である。また、部品
全体を冷間鍛造やヘッダーなどの冷間成形のみでは、部
位による加工度に差があり、形状によってはすべての部
位において上記の強度を満足することは困難である。
【００２２】そこで本発明では、冷間加工による強度上
昇と次工程での冷間鍛造やヘッダーのような冷間成形加
工性との関係について研究し、冷間成形前に成形加工を
行いその後ある温度範囲で冷間成形加工することによ
り、冷間加工により向上した強度特性を劣化させること
なく冷間成形加工が可能となることを見出した。
昇と次工程での冷間鍛造やヘッダーのような冷間成形加
工性との関係について研究し、冷間成形前に成形加工を
行いその後ある温度範囲で冷間成形加工することによ
り、冷間加工により向上した強度特性を劣化させること
なく冷間成形加工が可能となることを見出した。
【００２３】１０〜２０％の加工率での冷間加工につい
て、冷間加工率は、初期強度を決定する重要な要因であ
るが、本発明で化学成分範囲の鋼では、１０％以下の少
ない加工率では強度特性を満足しないため、下限を１０
％とした。本来、加工率の上限は強度の面からは特に限
定されるものではないが、ここでの加工率が高すぎると
次工程の冷間鍛造やヘッダーのような冷間成形時の変形
抵抗が高く、潤滑切れ、焼付き、ダイス割れ等の問題が
発生するため、上限を２０％とした。図２に適正な冷間
加工度範囲とその限定要因を示す。
て、冷間加工率は、初期強度を決定する重要な要因であ
るが、本発明で化学成分範囲の鋼では、１０％以下の少
ない加工率では強度特性を満足しないため、下限を１０
％とした。本来、加工率の上限は強度の面からは特に限
定されるものではないが、ここでの加工率が高すぎると
次工程の冷間鍛造やヘッダーのような冷間成形時の変形
抵抗が高く、潤滑切れ、焼付き、ダイス割れ等の問題が
発生するため、上限を２０％とした。図２に適正な冷間
加工度範囲とその限定要因を示す。
【００２４】６０〜１５０℃の温度範囲での冷間鍛造ま
たはヘッダー加工について、冷間加工した鋼は高強度と
なっており常温での通常の方法では成形が困難である。
そこで成形加工時の温度と変形抵抗との関係について研
究を行い、冷間成形後の強度に影響を及ぼさずかつ冷間
成形が十分に可能となる温度範囲を見いだした。図３
に、冷間成形時の温度と変形抵抗の変化を示す。その結
果より、冷間成形時の温度が６０℃以上であれば、変形
抵抗は常温に比べ大幅に減少し成形加工が可能となる。
しかし、温度が１５０℃以上になると大幅に軟化しはじ
め冷間成形後の強度が低下するため、冷間成形時の温度
範囲を６０〜１５０℃に限定した。
たはヘッダー加工について、冷間加工した鋼は高強度と
なっており常温での通常の方法では成形が困難である。
そこで成形加工時の温度と変形抵抗との関係について研
究を行い、冷間成形後の強度に影響を及ぼさずかつ冷間
成形が十分に可能となる温度範囲を見いだした。図３
に、冷間成形時の温度と変形抵抗の変化を示す。その結
果より、冷間成形時の温度が６０℃以上であれば、変形
抵抗は常温に比べ大幅に減少し成形加工が可能となる。
しかし、温度が１５０℃以上になると大幅に軟化しはじ
め冷間成形後の強度が低下するため、冷間成形時の温度
範囲を６０〜１５０℃に限定した。
【００２５】３００〜５５０℃の範囲で１５分以上保持
について、通常の冷間成形加工には、金型との潤滑のた
めに二硫化モリブデン等の潤滑材が使用されるが、潤滑
皮膜が残存すると耐食性が劣化するため、製品とするに
はこの潤滑皮膜を除去する必要がある。この種の潤滑皮
膜除去には、一般的にアルカリ系溶液と酸溶液の組み合
わせで常温付近において除去処理が行われているが、除
去条件を研究の結果、塩浴を用いた処理で皮膜除去がで
きることを見いだし、また塩浴による皮膜除去処理時の
温度を適切に制御することにより、耐食性や非磁性は損
なわず高強度化が行えることも見いだした。塩浴処理時
の温度が約３００℃以下では高強度化の効果がなく、図
４に示すように、３００℃〜５５０℃の温度範囲で強度
とくに耐力が大きく上昇する。しかしそれ以上の温度で
は軟化が始まる。そこで所定の強度を保証するために、
温度範囲は３００〜５５０℃の範囲とした。処理時間は
１０分程度で高強度化の効果があらわれるが、皮膜除去
を達成するために１５分以上とした。なお、成形加工後
に外面仕上げ切削・研削や研磨が施されるため、潤滑皮
膜除去処理が省略される場合は、加熱炉や恒温槽などの
装置により上述の温度範囲で処理してもよい。
について、通常の冷間成形加工には、金型との潤滑のた
めに二硫化モリブデン等の潤滑材が使用されるが、潤滑
皮膜が残存すると耐食性が劣化するため、製品とするに
はこの潤滑皮膜を除去する必要がある。この種の潤滑皮
膜除去には、一般的にアルカリ系溶液と酸溶液の組み合
わせで常温付近において除去処理が行われているが、除
去条件を研究の結果、塩浴を用いた処理で皮膜除去がで
きることを見いだし、また塩浴による皮膜除去処理時の
温度を適切に制御することにより、耐食性や非磁性は損
なわず高強度化が行えることも見いだした。塩浴処理時
の温度が約３００℃以下では高強度化の効果がなく、図
４に示すように、３００℃〜５５０℃の温度範囲で強度
とくに耐力が大きく上昇する。しかしそれ以上の温度で
は軟化が始まる。そこで所定の強度を保証するために、
温度範囲は３００〜５５０℃の範囲とした。処理時間は
１０分程度で高強度化の効果があらわれるが、皮膜除去
を達成するために１５分以上とした。なお、成形加工後
に外面仕上げ切削・研削や研磨が施されるため、潤滑皮
膜除去処理が省略される場合は、加熱炉や恒温槽などの
装置により上述の温度範囲で処理してもよい。
【００２６】
【実施例】以下、本発明を実施例によって更に詳細に説
明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のもので
はなく、前、後述の趣旨に徹して設計変更することはい
ずれも本発明の技術範囲に含まれるものである。
明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のもので
はなく、前、後述の趣旨に徹して設計変更することはい
ずれも本発明の技術範囲に含まれるものである。
【００２７】さて、実施例を述べるが、判断基準とする
目標性能は次のように設定した。すなわち、 ０．２％耐力：６５０Ｎ／ｍｍ2 以上 引張強さ ：８００Ｎ／ｍｍ2 以上 耐食性 ：塩水噴霧試験（ＪＩＳ Ｚ ２３７１）
で１００時間経過後も発錆しないこと 透磁率 ：１．０５以下 の各特性値である。
目標性能は次のように設定した。すなわち、 ０．２％耐力：６５０Ｎ／ｍｍ2 以上 引張強さ ：８００Ｎ／ｍｍ2 以上 耐食性 ：塩水噴霧試験（ＪＩＳ Ｚ ２３７１）
で１００時間経過後も発錆しないこと 透磁率 ：１．０５以下 の各特性値である。
【００２８】
【表１】
【００２９】表１は、本発明の実施に当たり使用した鋼
の化学成分例である。これらの化学成分の鋼を真空誘導
炉にて溶解し、この後熱間圧延にて外径３５mmの棒鋼と
した。この棒鋼を１０５０℃×２０分保持後水冷により
固溶化処理を行った後、機械加工により、外径３４．５
ｍｍ、３２．５ｍｍおよび３１ｍｍとし、冷間引抜きに
より外径３０ｍｍまで冷間加工を行った。この時の加工
度（減面率）はそれぞれ２４．４％、１４．８％および
６．４％となる。これらの冷間引抜き後の棒鋼を用い
て、加工温度を常温、１００℃および２００℃で各々１
００個のボルトを冷間成形し冷間成形性の評価を行っ
た。評価は、焼付きやかじりの有無、素材の割れの有
無、ダイス・金型の亀裂、破損の有無等の不具合の発生
状況により行い、これら不具合の発生したものは冷間成
形不可能と判断した。冷間成形が可能であったものにつ
いて、それぞれ１００℃、４５０℃、６２０℃で熱処理
を行ったのち引張試験による強度評価、低透磁率計によ
る透磁率測定および塩水噴霧試験による耐食性評価を行
った。
の化学成分例である。これらの化学成分の鋼を真空誘導
炉にて溶解し、この後熱間圧延にて外径３５mmの棒鋼と
した。この棒鋼を１０５０℃×２０分保持後水冷により
固溶化処理を行った後、機械加工により、外径３４．５
ｍｍ、３２．５ｍｍおよび３１ｍｍとし、冷間引抜きに
より外径３０ｍｍまで冷間加工を行った。この時の加工
度（減面率）はそれぞれ２４．４％、１４．８％および
６．４％となる。これらの冷間引抜き後の棒鋼を用い
て、加工温度を常温、１００℃および２００℃で各々１
００個のボルトを冷間成形し冷間成形性の評価を行っ
た。評価は、焼付きやかじりの有無、素材の割れの有
無、ダイス・金型の亀裂、破損の有無等の不具合の発生
状況により行い、これら不具合の発生したものは冷間成
形不可能と判断した。冷間成形が可能であったものにつ
いて、それぞれ１００℃、４５０℃、６２０℃で熱処理
を行ったのち引張試験による強度評価、低透磁率計によ
る透磁率測定および塩水噴霧試験による耐食性評価を行
った。
【００３０】
【表２】
【００３１】表２に本発明の特性評価結果を、また、表
３に比較鋼の特性評価結果を示す。本発明鋼においては
いずれの冷間加工度でも冷間成形温度が常温の場合は変
形抵抗が高く、焼付きや素材での割れが発生し成形不可
能であったのに対し、また２００℃の成形は、全ての冷
間加工率において成形可能であったが、軟化しているた
め後の熱処理での強度上昇効果がなく、いずれも強度不
足であった。
３に比較鋼の特性評価結果を示す。本発明鋼においては
いずれの冷間加工度でも冷間成形温度が常温の場合は変
形抵抗が高く、焼付きや素材での割れが発生し成形不可
能であったのに対し、また２００℃の成形は、全ての冷
間加工率において成形可能であったが、軟化しているた
め後の熱処理での強度上昇効果がなく、いずれも強度不
足であった。
【００３２】
【表３】
【００３３】１００℃での成形は、冷間加工度が６．４
％と１４．８％の場合に可能であった。ただし、冷間加
工度が６．４％では、あまり硬化しておらず後熱処理を
行っても強度は満足できなかった。すなわち、本発明工
程範囲に当たる冷間加工度：１４．８％、冷間成形温
度：１００℃、熱処理温度：４５０℃の場合のみが目標
性能とする強度を満足することができた。なお、発明鋼
で冷間成形が可能であったものは全て透磁率、耐食性と
もに目標性能を満足している。
％と１４．８％の場合に可能であった。ただし、冷間加
工度が６．４％では、あまり硬化しておらず後熱処理を
行っても強度は満足できなかった。すなわち、本発明工
程範囲に当たる冷間加工度：１４．８％、冷間成形温
度：１００℃、熱処理温度：４５０℃の場合のみが目標
性能とする強度を満足することができた。なお、発明鋼
で冷間成形が可能であったものは全て透磁率、耐食性と
もに目標性能を満足している。
【００３４】また表３に示すように、一般に広く使用さ
れるＳＵＳ３０４系では、冷間加工率が低い場合は冷間
成形が可能であるが、マルテンサイト変態により非磁性
が満足されないかもしくは非磁性が満足される場合は強
度不足となる。また、冷間加工度が例えば２４．４％ま
で大きくなるとマルテンサイト変態により硬化とともに
冷間加工性が悪化し冷間成形が不可能となる。
れるＳＵＳ３０４系では、冷間加工率が低い場合は冷間
成形が可能であるが、マルテンサイト変態により非磁性
が満足されないかもしくは非磁性が満足される場合は強
度不足となる。また、冷間加工度が例えば２４．４％ま
で大きくなるとマルテンサイト変態により硬化とともに
冷間加工性が悪化し冷間成形が不可能となる。
【００３５】以上のように、当該鋼を製造するに当たっ
ては、本発明に示すように、適切な成分コントロールに
より製造された鋼と、適切に制御された冷間加工度、冷
間成形温度およびその後の熱処理に組合せによってのみ
可能となることがわかる。
ては、本発明に示すように、適切な成分コントロールに
より製造された鋼と、適切に制御された冷間加工度、冷
間成形温度およびその後の熱処理に組合せによってのみ
可能となることがわかる。
【００３６】
【発明の効果】以上の説明の通り、本発明により、従来
のオーステナイト系ステンレス鋼や析出硬化型ステンレ
ス鋼では満足できなかった、全ての成形加工に冷間加工
の適用を可能とすると同時に、耐食性に優れると共に十
分な強度を有し、かつ良好な非磁性を有する比較的安価
なリニアモーターカー超伝導コイル締結用高強度非磁性
鋼を得ることが可能となった。
のオーステナイト系ステンレス鋼や析出硬化型ステンレ
ス鋼では満足できなかった、全ての成形加工に冷間加工
の適用を可能とすると同時に、耐食性に優れると共に十
分な強度を有し、かつ良好な非磁性を有する比較的安価
なリニアモーターカー超伝導コイル締結用高強度非磁性
鋼を得ることが可能となった。
【図１】本発明の条件式による計算値と５０％冷間加工
後の透磁率との関係を示す図である。
後の透磁率との関係を示す図である。
【図２】冷間加工度範囲とその限定要因を示す図であ
る。
る。
【図３】冷間成形時の温度と変形抵抗の変化を示す図で
ある。
ある。
【図４】冷間加工後の熱処理による機械的性質の変化を
示す図である。
示す図である。
Claims (2)
- 【請求項１】 化学成分が重量％で、Ｃ：０．１２％以
下、Ｓｉ：０．０５〜１．００％、Ｍｎ：５．０〜８．
５％、Ｐ：０．０４５％以下、Ｓ：０．０１５％以下、
Ｎｉ：４．０〜９．０％、Ｃｒ：１６．０〜２１．０
％、Ｃｕ：１．０〜４．０％、Ｎ：０．１５〜０．３０
％、Ｏ：０．００４０％以下、Ｂ：０．００１５〜０．
００４０％を含有し、さらにＣ＋Ｎ：０．２０〜０．３
５％の関係を有し残部がＦｅおよび不可避の不純物から
なり、かつ条件式：５３０−４１０［Ｃ］−３５０
［Ｎ］−１０［Ｍｎ］−１５［Ｃｒ］−３０［Ｎｉ＋Ｃ
ｕ］−１０［Ｍｏ］≦−８０を満足するステンレス鋼
を、１０〜２０％の加工率で冷間加工を施した後、６０
〜１５０℃の温度範囲で冷間鍛造またはヘッダー加工を
行い、さらに３００〜５５０℃の範囲で１５分以上保持
することにより、０．２％耐力が６５０Ｎ／ｍｍ2 以
上、引張強さが８００Ｎ／ｍｍ2 以上で、かつ透磁率を
１．０５以下となるリニアモーターカー超伝導コイル締
結用高強度非磁性鋼。なお、条件式の［ ］内は各元素
の重量％を意味する。 - 【請求項２】 請求項１の化学成分において、さらに、
Ｎｂ：０．０５〜０．２０％もしくはＶ：０．０５〜
０．５０％の１種または２種以上を加えたことを特徴と
する請求項１に記載のリニアモーターカー超伝導コイル
締結用高強度非磁性鋼。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11014196A JP3249389B2 (ja) | 1996-04-05 | 1996-04-05 | リニアモーターカー超伝導コイル締結用高強度非磁性鋼 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11014196A JP3249389B2 (ja) | 1996-04-05 | 1996-04-05 | リニアモーターカー超伝導コイル締結用高強度非磁性鋼 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09272954A true JPH09272954A (ja) | 1997-10-21 |
| JP3249389B2 JP3249389B2 (ja) | 2002-01-21 |
Family
ID=14528082
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11014196A Expired - Fee Related JP3249389B2 (ja) | 1996-04-05 | 1996-04-05 | リニアモーターカー超伝導コイル締結用高強度非磁性鋼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3249389B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110117746A (zh) * | 2019-02-01 | 2019-08-13 | 上海加宁新材料科技有限公司 | 一种高性能无磁不锈钢的制造方法 |
| CN114855053A (zh) * | 2022-05-09 | 2022-08-05 | 西安必盛激光科技有限公司 | 一种液压支架油缸内壁修复用合金粉末及激光熔覆方法 |
-
1996
- 1996-04-05 JP JP11014196A patent/JP3249389B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110117746A (zh) * | 2019-02-01 | 2019-08-13 | 上海加宁新材料科技有限公司 | 一种高性能无磁不锈钢的制造方法 |
| CN114855053A (zh) * | 2022-05-09 | 2022-08-05 | 西安必盛激光科技有限公司 | 一种液压支架油缸内壁修复用合金粉末及激光熔覆方法 |
| CN114855053B (zh) * | 2022-05-09 | 2023-02-14 | 西安必盛激光科技有限公司 | 一种液压支架油缸内壁修复用合金粉末及激光熔覆方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3249389B2 (ja) | 2002-01-21 |
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