JPH11302769A

JPH11302769A - 盗難防止性に優れる鍵用素材

Info

Publication number: JPH11302769A
Application number: JP10783398A
Authority: JP
Inventors: Takayasu Shimizu; 孝晏清水; Yoshiyuki Shimizu; 義之清水; Hirokatsu Oikawa; 広勝及川; Yoshinobu Saito; 吉信斉藤; Haruo Hirano; 治男平野
Original assignee: NIPPON SHIRIKOROI KOGYO KK; Tohoku Tokushuko KK; Tohoku Steel Co Ltd
Current assignee: NIPPON SHIRIKOROI KOGYO KK; Tohoku Tokushuko KK; Tohoku Steel Co Ltd
Priority date: 1998-04-17
Filing date: 1998-04-17
Publication date: 1999-11-02

Abstract

(57)【要約】【課題】高耐食、弱磁性及び高硬度高靭性をもち、盗
難防止性に優れた鍵用素材を提供せんとする。【解決手段】０．０５ｗｔ％以下の炭素と、３．００
〜５．５０ｗｔ％の珪素と、２．００ｗｔ％以下のマン
ガンと、０．５０〜３．００ｗｔ％の銅と、５．００〜
１０．００ｗｔ％のニッケルと、９．００〜１４．００
ｗｔ％のクロムと、０．３０〜２．５０ｗｔ％のモリブ
デンと、０．１０〜２．００ｗｔ％のニオブを含有し、
残部は不可避的不純物及び実質的に鉄とからなり、引張
強度１５０〜１７５ｋｇｆ／ｍｍ²、伸び１０〜２０
％、及びＨＲＣ４５〜６０を満たす鍵用高珪素ステンレ
ス鋼。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、耐久性、盗難防止
性に優れた鍵用素材に関し、更に詳しくは、高耐食性、
弱磁性、高靭性及び高硬度を合わせもつ鍵用素材に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来からの鍵用素材としては、真鍮、Ｓ
ＵＳ４４０Ｃ等が挙げられる。真鍮製の鍵はＣｒメッキ
等の防食処理を施すことにより特に海岸地域で問題とさ
れる塩分による錆の発生を防ぐことができ、また非磁性
であることから鉄粉等が吸着して鍵内部が詰まるような
ことは無い。しかし硬度が低いためドリル等の切削で簡
単に破壊してしまうという欠点を有している。一方、Ｓ
ＵＳ４４０Ｃ製の鍵はマルテンサイト系のステンレス鋼
であり、耐食性が良好であるほか一般の高速度鋼工具の
切削限界であるＨＲＣ（ロックウェルＣ硬さ）５０〜５
２を十分超えるＨＲＣ５８〜６２を有しているため、ド
リル等による切削破壊はほぼ不可能であり長期間の使用
による変形若しくは摩耗の心配もない。しかしＳＵＳ４
４０Ｃはマルテンサイト単相組織であるため靭性が低
く、ハンマー等で叩かれると簡単に割れてしまうことか
ら盗難防止の観点からは適当な素材ではない。また、強
磁性であるため、風によって吹きつけられた砂塵中の鉄
分等を吸着し鍵内部を詰まらせてしまうという問題も有
している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】したがって従来からの
素材を用いて盗難や異物の侵入を防止した鍵とするため
には特別な機構を付与した複雑な構造にせざるを得ず、
コストの面からも、高耐食、弱磁性でありながら人為的
な破壊行為にも十分耐え、かつ、加工性に優れた鍵用素
材が望まれていた。

【０００４】本発明はかかる現況に鑑みなされたもの
で、高耐食、弱磁性及び高硬度高靭性をもち、盗難防止
性に優れた鍵用素材を提供せんとするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者は前述の課題を
解決するに当たり鋭意検討を進めた結果、当社所有の特
許．６１９３８３の高珪素強靭鋼及び特許．６６１２４
６の低ニッケル強靭高珪素鋼の組成を検討し、耐食性、
弱磁性、耐衝撃性及び耐ドリル性のすべてを満足しうる
鍵用素材を得ることができることを見出し、本発明を完
成するに至った。

【０００６】すなわち本発明は、０．０５ｗｔ％以下の
炭素と、３．００〜５．５０ｗｔ％の珪素と、２．００
ｗｔ％以下のマンガンと、０．５０〜３．００ｗｔ％の
銅と、５．００〜１０．００ｗｔ％のニッケルと、９．
００〜１４．００ｗｔ％のクロムと、０．３０〜２．５
０ｗｔ％のモリブデンと、０．１０〜２．００ｗｔ％の
ニオブを含有し、残部は不可避的不純物及び実質的に鉄
とからなり、引張強度１５０〜１７５ｋｇｆ／ｍｍ²、
伸び１０〜２０％、及びＨＲＣ４５〜６０を満たす鍵用
高珪素ステンレス鋼及び該高珪素ステンレス鋼からなる
鍵、並びに、０．０５ｗｔ％以下の炭素と、３．００〜
５．５０ｗｔ％の珪素と、２．００ｗｔ％以下のマンガ
ンと、０．５０〜３．００ｗｔ％の銅と、５．００〜１
０．００ｗｔ％のニッケルと、９．００〜１４．００ｗ
ｔ％のクロムと、０．３０〜２．５０ｗｔ％のモリブデ
ンと、０．１０〜２．００ｗｔ％のニオブを含み、か
つ、タングステン、チタン、タンタル、バナジウムのう
ちから選んだ少なくとも一種類又は二種類以上の元素を
２．００ｗｔ％以下含有し、残部は不可避的不純物及び
実質的に鉄とからなり、引張強度１５０〜１７５ｋｇｆ
／ｍｍ²、伸び１０〜２０％、及びＨＲＣ４５〜６０を
満たす鍵用高珪素ステンレス鋼及び該高珪素ステンレス
鋼からなる鍵を提供せんとするものである。ここで引張
強度１５０ｋｇｆ／ｍｍ²以上、伸び１０％以上、及び
ＨＲＣ４５以上を満たすことは、耐衝撃性及び耐ドリル
性の観点から盗難防止用素材として最低限必要な条件、
すなわち人間がハンマーやドリル等を使用しても破壊で
きないか、若しくは破壊できるとしても十分な時間を要
する条件を示しており、本発明に係る鍵用高珪素ステン
レス鋼はこれを十分達成することができる。また、引張
強度１７５ｋｇｆ／ｍｍ²、伸び２０％、及びＨＲＣ６
０は、それぞれ本発明に係る鍵用高珪素ステンレス鋼が
十分に達成できる範囲の上限値を示している。

【０００７】

【発明の詳説】以下、本発明に係る鍵用高珪素ステンレ
ス鋼（以下、「本発明鋼」という）を更に詳細に説明す
る。本発明鋼は、珪素、クロム等のフェライト安定化元
素と、ニッケル等のオーステナイト安定化元素との量的
バランスのもと、マルテンサイト−オーステナイト二相
組織を構成し、これに熱処理をほどこすことで、引張強
度１５０〜１７５ｋｇｆ／ｍｍ²、伸び１０〜２０％及
びＨＲＣ４５〜６０、すなわち十分な耐衝撃性と耐ドリ
ル性を併せ持つ盗難防止性に優れた鍵材を成している。
前記量的バランスとしては、フェライト安定化元素が１
２．００〜１９．００ｗｔ％で、かつ、オーステナイト
安定化元素が５．００〜１０．００ｗｔ％とすることが
好ましい。また前記熱処理としては、９００〜１０００
℃の温度に所定時間維持した後急冷し、次いで６００〜
７００℃の温度に所定時間維持した後冷却し調質してな
る第一熱処理工程と、９５０〜１１５０℃の溶体化温度
に加熱した後急冷し表面硬度をＨＲＣ１８〜３２にして
なる第二熱処理工程と、鋼材の厚さ１ｃｍ当たり少なく
とも１０分間以上４２０〜５２０℃の温度に維持して時
効硬化させてなる第三熱処理工程とを有し、前記各工程
を順次行い且つ第３熱処理工程に費やす時間を７時間以
内に制限してなる熱処理が好ましい。以下、各成分元素
別に詳細を述べる。

【０００８】炭素（Ｃ）：炭素は、鋼の硬度を高める元
素であり、通常の高硬度鋼においては所定量の炭素の含
有を必須としている。しかし、多量の珪素を含有する本
発明鋼においてはその強度は珪素によってもたらされる
特異な金属組織で確保されるため、炭素の含有は必須で
はない。むしろ炭素は本発明鋼の靭性を低下させるとと
もに耐食性に悪影響をもたらす元素である。従って、炭
素の含有量は出来るだけ少ないものがよく、０．１０ｗ
ｔ％が許容上限値となるが、０．０５ｗｔ％以下が好ま
しく、更に０．０２ｗｔ％以下に抑えることが一層望ま
しい。

【０００９】珪素（Ｓｉ）：珪素は、本発明を特徴づけ
る最も重要な成分の一つである。一般に、鉄−珪素二元
状態図からわかるように、鉄に珪素を２．３ｗｔ％以上
合金すればガンマループからはずれ結晶粒の粗大なフェ
ライト一色の組織となり、急激に靭性を失うことにな
る。本発明は、３．０ｗｔ％以上の珪素を含有する高珪
素鋼に、マンガン、クロム及びニッケルの適量を合金せ
しめ、Ａ３変態点を７５０℃以下にしてガンマループを
拡大することにより結晶粒を微細化し、強靭性を得るも
のである。すなわち本発明鋼に用いる珪素は、固溶強化
により母材硬度を向上すると同時に、クロム及びニッケ
ルとの量的バランスにより母材をマルテンサイト−オー
ステナイト二相組織にする効果がある。しかし、３．０
０ｗｔ％未満の添加では上記効果に乏しく、また、５．
５０ｗｔ％を超えると母材の靭性を劣化させるため、本
発明鋼の珪素の成分範囲を３．００〜５．５０ｗｔ％と
規定する。

【００１０】マンガン（Ｍｎ）：マンガンは、脱酸剤と
して作用するが過剰に添加されると耐食性を劣化させる
ため、本発明鋼のマンガンの成分範囲を通常のステンレ
ス鋼の規格範囲である２．００ｗｔ％以下と規定する。

【００１１】銅（Ｃｕ）：銅は、時効熱処理にてニッケ
ルとともに金属間化合物を形成し母材硬度を向上させ、
また、中性雰囲気下での耐食性を向上させる効果があ
る。しかし、０．５０ｗｔ％未満の添加では上記効果に
乏しく、また３．００ｗｔ％を超えて過剰に添加される
と熱間加工性を阻害するため、本発明鋼の銅の成分範囲
を０．５０〜３．００ｗｔ％と規定する。

【００１２】ニッケル（Ｎｉ）：ニッケルは、オーステ
ナイト生成元素として働き母材の靭性を向上し、また、
時効熱処理において銅とともに金属間化合物を形成し母
材硬度を向上させる効果がある。しかし、５．００ｗｔ
％未満の添加では上記効果に乏しく、また、１０．００
ｗｔ％を超えて過剰に添加されると組織中のオーステナ
イト量が増加し母材硬度を低下させるため、本発明鋼の
ニッケルの成分範囲を５．００〜１０．００ｗｔ％と規
定する。

【００１３】クロム（Ｃｒ）：クロムは、本発明の耐食
性に最も影響する成分であり、耐孔食性を著しく向上さ
せ、また、シリコン及びニッケルとの量的バランスによ
り母材をマルテンサイト−オーステナイト二相組織にす
る効果がある。しかし、９．００ｗｔ％未満の添加では
上記効果に乏しく、１４．００ｗｔ％を超えて過剰に添
加されると組織中にフェライトが出現し母材硬度を低下
させるため、本発明鋼のクロムの成分範囲を９．００〜
１４．００ｗｔ％の範囲と規定する。

【００１４】モリブデン（Ｍｏ）：モリブデンは、不働
態を安定化させ耐食性を向上させる効果がある。しか
し、０．３０ｗｔ％未満の添加では上記効果に乏しく、
２．５０ｗｔ％を超えるとその効果も飽和するため、本
発明鋼のモリブデンの成分範囲を０．３０〜２．５０ｗ
ｔ％と規定する。

【００１５】ニオブ（Ｎｂ）：ニオブは、母材硬度を向
上させる効果がある。しかし、０．１０ｗｔ％未満の添
加ではその効果に乏しく、２．００ｗｔ％を超えて過剰
に添加されると熱間加工性を阻害するばかりでなく靭性
を低下させるため、本発明鋼のニオブの成分範囲を０．
１０〜２．００ｗｔ％と規定する。

【００１６】タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、タ
ンタル（Ｔａ）、バナジウム（Ｖ）：タングステン、チ
タン、タンタル、バナジウムは、母材硬度を向上させる
効果があるが、過剰に添加されると熱間加工性を阻害す
るばかりでなく靭性を低下させるため、本発明鋼におい
てはタングステン、チタン、タンタル、バナジウムのう
ち１種類若しくは２種類以上を２．００ｗｔ％以下含有
することが好ましい。

【００１７】次に、本発明鋼を実施例と比較例の実験に
基づいて説明する。

【００１８】（実験１）表１に示す化学組成からなる各
種材料（実施例１、比較例１〜５）に、それぞれ引張り
試験及び硬度試験を行い、引張強度、伸び、及びＨＲＣ
を評価した。比較例１はＣ３６０１（真鍮）、比較例２
はＳＵＳ４４０Ｃ、比較例３はＳＵＳ６３０、比較例４
はＳＮＣＭ６２５、比較例５はＳＫＨ３である。

【００１９】

【表１】

【００２０】引張り試験は、ＪＩＳ規格に基づく試験機
を用い、ＪＩＳに基づく方法で行う。硬度試験は、ＪＩ
Ｓ規格に基づくロックウェル試験機を用い、ＪＩＳに基
づく方法で行う。試験片は、上記表１に示す化学組成を
持つ実施例１及び比較例１〜５の各種材料をそれぞれＡ
ｒ雰囲気中で高周波誘導溶解を行い直径８０ｍｍのイン
ゴットとし、直径２５ｍｍの丸棒に鍛造成形し、表２に
示す第一熱処理を行った後、引張り試験ではＪＩＳ４号
試験片に、硬度試験では上面の直径が２０ｍｍで高さが
１５ｍｍの円柱試験片に切削加工し、実施例１及び比較
例３（ＳＵＳ６３０）については、さらに表２に示す第
二熱処理を行うものである。

【００２１】

【表２】

【００２２】試験結果は表３に示す。

【００２３】

【表３】

【００２４】（実験１の効果）表３より、引張強度１５
０ｋｇｆ／ｍｍ²以上、伸び１０％以上、及びＨＲＣ４
５以上を満たすものは本発明鋼である実施例１だけであ
る。一般に耐衝撃性は強さとねばさで評価され、本発明
鋼は引張強度（ｋｇｆ／ｍｍ²）と伸び（％）の関係を
表わす図１に示す如く耐衝撃性に優れていることが分か
る。また耐ドリル性は硬度、即ちＨＲＣで評価でき、４
５以上である本発明鋼は耐ドリル性にも優れていること
が分かる。（実験２）次に、表４に示す化学組成を持つ実施例１〜
９と比較例６〜１１について、それぞれ図２に示す鍵形
状を模した試験片１を作製し、耐食性、弱磁性、耐衝撃
性及び耐ドリル性の試験を行った。

【００２５】

【表４】

【００２６】ａ）試験片の作製上記表４に示す化学組成を持つ実施例１〜９および比較
例６〜１１の各種材料を、それぞれＡｒ雰囲気中で高周
波誘導溶解を行い直径８０ｍｍのインゴットとし、直径
２５ｍｍの丸棒に鍛造成形し、１０５０℃−急冷の第一
熱処理を行った後、図２に示す試験片１に切削加工し、
さらに４８０℃−空冷の第二熱処理を行う。ここで試験
片１は、上面に直径１２ｍｍ、肉厚２ｍｍのつば部４を
設け長手方向２２ｍｍの全範囲にわたり幅２ｍｍ、深さ
７ｍｍの溝５を設けた直径１０ｍｍの円柱３を、外周の
直径２０ｍｍ、内周の直径１０ｍｍで長さ２０ｍｍの中
空円柱２に回転自在に嵌合した構成とし、図３にその分
解状態を示す。尚、比較例１１（真鍮）は実機状態の再
現の為、Ｃｒメッキを実施する。比較例９では熱間加工
時に母材が容易に割れてしまい試験片１を作製すること
ができなかった。

【００２７】ｂ）試験及び結果１．耐食性ＪＩＳＺ２３７１に規定される塩水噴霧試験を採用
し、試験片１を３５℃の温度下にて５％の塩化ナトリウ
ム水溶液を噴霧された状態で８時間保持する。評価は表
５に、○…殆ど腐食なし、×…発錆で示す。これにより
比較例８は腐食が発生する。

【００２８】２．弱磁性電磁石を使用し、試料の軸方向に対して４００ｋＡｍ^-1
の磁界を印加した後、送風ファンで粒径１０μｍ以下の
微粒鉄分１０ｇを吹き付ける。評価は表５に、○…鉄粉
吸着殆どなし、×…鉄粉吸着で示す。これにより比較例
１０は強磁性であるため鉄粉を吸着する。

【００２９】３．耐衝撃性図４に示す如く、試験片１を、つば部４を上に向けて鉄
板７上に置き、直径６０ｍｍ、高さ１４０ｍｍの鉄製の
丸棒６を５００ｍｍの高さｈから落下させる。評価は表
５に、○…割れなし、×…割れありで示す。これにより
比較例７、比較例１０は容易に割れてしまい、比較例１
１は容易に変形する。

【００３０】４．耐ドリル性試験片１の鍵穴に相当する幅２ｍｍのスリット部５ａ
を、直径５ｍｍの超硬合金ドリルで直接切削する。評価
は表５に、○…切削不可能、×…切削可能で示す。これ
により比較例６及び比較例１１はドリル切削可能であ
る。

【００３１】

【表５】

【００３２】（実験２の効果）以上より実施例１〜９の
本発明鋼は、塩水噴霧試験で殆ど腐食がみられず、磁化
による鉄粉吸着も殆どみられない。また、耐衝撃性試験
も割れは全く見られず、耐ドリル性試験ではドリル刃先
が欠損し切削が出来なくなるほど良好であり、鍵として
のすべての条件を満たすことが分かる。

【００３３】比較例６の如くクロムが上限値を超えて添
加されると、耐食性は良好となるが、組織中にフェライ
トが出現し硬度が低下するためドリル切削が可能となる
ことが分かる。

【００３４】比較例７の如く珪素が上限値を超えて添加
されると、耐ドリル性は良好となるが、靭性が低下する
ため衝撃により容易に割れてしまうことが分かる。

【００３５】比較例８の如く珪素、銅、ニッケル、ニオ
ブが適量含まれると、耐ドリル性、耐衝撃性ともに良好
となるが、クロム及びモリブデンの添加量が下限値未満
であると腐食が生じることが分かる。

【００３６】比較例９の如くタングステン、チタン、タ
ンタル、バナジウムの総添加量が上限値を超えると、熱
間加工時に著しい割れが発生して製造できない。

【００３７】比較例１０のＳＵＳ４４０Ｃは、クロムの
添加量が多いため耐食性は良好となり、また、マルテン
サイト単相組織であるため耐ドリル性は良好となる。し
かし強磁性であるため著しい鉄粉吸着がみられ、また靭
性が低いため衝撃により容易に割れてしまうことが分か
る。

【００３８】比較例１１の真鍮は、クロムメッキにより
良好な耐食性を示し、また、非磁性であるため鉄粉の吸
着も見られない。しかし硬度が低くドリル切削が容易と
なり、また衝撃に対しても簡単に変形してしまうことが
分かる。

【００３９】

【発明の効果】以上の内容からなる本発明鋼は、従来の
鍵材では不可能であった引張強度１５０〜１７５ｋｇｆ
／ｍｍ²、伸び１０〜２０％、及びＨＲＣ４５〜６０の
条件を満たしているため、鍵材として用いる場合、人為
的な破壊すなわち盗難の防止に絶大な効果を発揮すると
ともに鍵内部の耐衝撃性及び耐摩耗性も向上し、高耐食
性と合わせて長期間使用してもガタの生じない耐久性に
優れた鍵を提供することができる。また、非磁性を示
し、ＳＵＳ４４０Ｃ製の鍵の様に鉄粉を吸着して内部を
詰まらせることが無いため、鍵穴開口部等に特別な構造
を採ることなく良好な作動性を維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実験１に係る引張強度と伸びを表わすグラフで
ある。

【図２】実験２に係る鍵形状を模した試験片の簡略斜視
図である。

【図３】同試験片の分解状態を示す簡略斜視図である。

【図４】実験２に係る耐衝撃試験の簡略説明図である。

【符号の説明】

１試験片２中空円柱３円柱４つば部５溝５ａスリット部６鉄製の丸棒７鉄板ｈ落下高さ

フロントページの続き (72)発明者及川広勝宮城県柴田郡村田町大字村田字西ヶ丘23 東北特殊鋼株式会社内 (72)発明者斉藤吉信宮城県柴田郡村田町大字村田字西ヶ丘23 東北特殊鋼株式会社内 (72)発明者平野治男宮城県柴田郡村田町大字村田字西ヶ丘23 東北特殊鋼株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】０．０５ｗｔ％以下の炭素と、３．００
〜５．５０ｗｔ％の珪素と、２．００ｗｔ％以下のマン
ガンと、０．５０〜３．００ｗｔ％の銅と、５．００〜
１０．００ｗｔ％のニッケルと、９．００〜１４．００
ｗｔ％のクロムと、０．３０〜２．５０ｗｔ％のモリブ
デンと、０．１０〜２．００ｗｔ％のニオブを含有し、
残部は不可避的不純物及び実質的に鉄とからなり、引張
強度１５０〜１７５ｋｇｆ／ｍｍ²、伸び１０〜２０
％、及びＨＲＣ４５〜６０を満たす鍵用高珪素ステンレ
ス鋼。
【請求項２】０．０５ｗｔ％以下の炭素と、３．００
〜５．５０ｗｔ％の珪素と、２．００ｗｔ％以下のマン
ガンと、０．５０〜３．００ｗｔ％の銅と、５．００〜
１０．００ｗｔ％のニッケルと、９．００〜１４．００
ｗｔ％のクロムと、０．３０〜２．５０ｗｔ％のモリブ
デンと、０．１０〜２．００ｗｔ％のニオブを含み、か
つ、タングステン、チタン、タンタル、バナジウムのう
ちから選んだ１種類若しくは２種類以上の元素を２．０
０ｗｔ％以下含有し、残部は不可避的不純物及び実質的
に鉄とからなり、引張強度１５０〜１７５ｋｇｆ／ｍｍ
²、伸び１０〜２０％、及びＨＲＣ４５〜６０を満たす
鍵用高珪素ステンレス鋼。
【請求項３】請求項１又は請求項２記載の高珪素ステ
ンレス鋼からなる鍵。