JPH1143743A - 機械加工性および転動疲労寿命特性に優れた析出硬化型非磁性鋼 - Google Patents
機械加工性および転動疲労寿命特性に優れた析出硬化型非磁性鋼Info
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- JPH1143743A JPH1143743A JP19628497A JP19628497A JPH1143743A JP H1143743 A JPH1143743 A JP H1143743A JP 19628497 A JP19628497 A JP 19628497A JP 19628497 A JP19628497 A JP 19628497A JP H1143743 A JPH1143743 A JP H1143743A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 非磁性で、かつ、固溶化処理後の良好な機械
加工性と析出硬化後の高い強度と高い転動疲労寿命を併
せ持つ、例えば強磁場環境での非磁性軸受用途等に適す
る鋼を提供する。 【解決手段】 重量%で、C:0.4〜0.8%、S
i:0.1〜1.0%、Mn:5.0〜10.0%、
S:0.07〜0.30%、Ni:3.0〜10.0
%、Cr:5.0〜15.0%、V:1.0〜2.0
%、Se:0.05〜0.30%、かつ、VとCの比
が、V/C:2〜5とした、残部がFeおよび不可避的
不純物よりなることを特徴とする機械加工性と転動疲労
寿命および強度に優れた析出硬化型非磁性鋼。また、上
記成分に加えてSi:0.3〜1.0%、Al:0.0
03〜0.010%の1種または2種を添加することが
できる。
加工性と析出硬化後の高い強度と高い転動疲労寿命を併
せ持つ、例えば強磁場環境での非磁性軸受用途等に適す
る鋼を提供する。 【解決手段】 重量%で、C:0.4〜0.8%、S
i:0.1〜1.0%、Mn:5.0〜10.0%、
S:0.07〜0.30%、Ni:3.0〜10.0
%、Cr:5.0〜15.0%、V:1.0〜2.0
%、Se:0.05〜0.30%、かつ、VとCの比
が、V/C:2〜5とした、残部がFeおよび不可避的
不純物よりなることを特徴とする機械加工性と転動疲労
寿命および強度に優れた析出硬化型非磁性鋼。また、上
記成分に加えてSi:0.3〜1.0%、Al:0.0
03〜0.010%の1種または2種を添加することが
できる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、固溶化処理後の良
好な機械加工性に加えて析出硬化後の高い強度と高い転
動疲労寿命を併せ持つ、例えば強い磁場中環境で使用さ
れる非磁性軸受用途等に適する鋼に関する。
好な機械加工性に加えて析出硬化後の高い強度と高い転
動疲労寿命を併せ持つ、例えば強い磁場中環境で使用さ
れる非磁性軸受用途等に適する鋼に関する。
【0002】
【従来の技術】近年の各種のOA機器や産業機器の進歩
は著しいものがあり、その素材に対する要求も苛酷にな
ってきている。これら産業用途には、磁気反応を利用す
る種々のセンサーや、磁場中内で使用される部品が機能
的に主要部分となり、適用される材料特性として非磁性
が要求される。中でも特に、シャフト等の強度部品や軸
受用途としての材料には、非磁性と共に高い硬さを有す
ることが必要とされる。従来、これらのシャフトや軸受
用材料としては、例えばSUS304N2や高Mn鋼な
どのような比較的強度の高いオーステナイト系鋼や、S
UH660や特開昭63−293141号公報にあるよ
うな析出硬化型オーステナイト系鋼が用いられ、特殊な
場合に限ってはセラミクスが用いられている。
は著しいものがあり、その素材に対する要求も苛酷にな
ってきている。これら産業用途には、磁気反応を利用す
る種々のセンサーや、磁場中内で使用される部品が機能
的に主要部分となり、適用される材料特性として非磁性
が要求される。中でも特に、シャフト等の強度部品や軸
受用途としての材料には、非磁性と共に高い硬さを有す
ることが必要とされる。従来、これらのシャフトや軸受
用材料としては、例えばSUS304N2や高Mn鋼な
どのような比較的強度の高いオーステナイト系鋼や、S
UH660や特開昭63−293141号公報にあるよ
うな析出硬化型オーステナイト系鋼が用いられ、特殊な
場合に限ってはセラミクスが用いられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上述のオーステナイト
系鋼では、熱処理のままの透磁率は低く非磁性は満足す
るが、硬さが十分に高いとはいえない。従って、これら
材料を用いる場合にはそれぞれの材料強度に併せて設計
を行っているのが現状であり、近年の厳しい材料特性の
要求には硬度面での限界があった。さらに析出硬化型鋼
では、時効硬化により必要とする硬度や強度はほぼ満足
できるが、固溶化処理ままでも比較的硬さが高く、機械
加工性が良好とはいえなかった。
系鋼では、熱処理のままの透磁率は低く非磁性は満足す
るが、硬さが十分に高いとはいえない。従って、これら
材料を用いる場合にはそれぞれの材料強度に併せて設計
を行っているのが現状であり、近年の厳しい材料特性の
要求には硬度面での限界があった。さらに析出硬化型鋼
では、時効硬化により必要とする硬度や強度はほぼ満足
できるが、固溶化処理ままでも比較的硬さが高く、機械
加工性が良好とはいえなかった。
【0004】また、これら材料の高硬度化を冷間加工に
より行う手法も考えられるが、部品寸法や最終的にシャ
フトや軸受部品に加工する際の冷間加工はほとんど不可
能であり、また冷間加工を行った場合でも高硬度化によ
り切削や研削などの機械加工性が劣る問題点があった。
また、セラミクスの適用も考えられるが、機械加工性が
大きく劣ることやコストが高いことから、その用途のほ
とんどは特殊な部品に限定される。よって本発明では、
非磁性と硬度、ひいては良好な転動疲労寿命および機械
加工性を併せ持つ鋼を提供することを目的とするもので
ある。
より行う手法も考えられるが、部品寸法や最終的にシャ
フトや軸受部品に加工する際の冷間加工はほとんど不可
能であり、また冷間加工を行った場合でも高硬度化によ
り切削や研削などの機械加工性が劣る問題点があった。
また、セラミクスの適用も考えられるが、機械加工性が
大きく劣ることやコストが高いことから、その用途のほ
とんどは特殊な部品に限定される。よって本発明では、
非磁性と硬度、ひいては良好な転動疲労寿命および機械
加工性を併せ持つ鋼を提供することを目的とするもので
ある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明鋼の目的は、以上
に示した問題点を解決し、固溶化処理後の良好な機械加
工性と析出硬化後の高い強度と高い転動疲労寿命を併せ
持つ析出硬化型非磁性鋼を提供することである。すなわ
ち、この目的を達成するために本発明の要旨とするとこ
ろは、重量%で、C:0.4〜0.8%、Si:0.1
〜1.0%、Mn:5.0〜10.0%、S:0.07
〜0.30%、Ni:3.0〜10.0%、Cr:5.
0〜15.0%、V:1.0〜2.0%、Se:0.0
5〜0.30%、かつ、VとCの比が、V/C:2〜5
であることからなる、残部がFeおよび不可避的不純物
よりなる鋼である。またこれに加えてSi:0.2〜
1.0%、Al:0.003〜0.010%の1種また
は2種を添加することができる。
に示した問題点を解決し、固溶化処理後の良好な機械加
工性と析出硬化後の高い強度と高い転動疲労寿命を併せ
持つ析出硬化型非磁性鋼を提供することである。すなわ
ち、この目的を達成するために本発明の要旨とするとこ
ろは、重量%で、C:0.4〜0.8%、Si:0.1
〜1.0%、Mn:5.0〜10.0%、S:0.07
〜0.30%、Ni:3.0〜10.0%、Cr:5.
0〜15.0%、V:1.0〜2.0%、Se:0.0
5〜0.30%、かつ、VとCの比が、V/C:2〜5
であることからなる、残部がFeおよび不可避的不純物
よりなる鋼である。またこれに加えてSi:0.2〜
1.0%、Al:0.003〜0.010%の1種また
は2種を添加することができる。
【0006】本発明の特徴は、強い磁気や磁場中環境で
の使用を可能とするための非磁性を保有し、SおよびS
eを添加することで、成形を容易にするために固溶化処
理後の旋削や穿孔などの機械加工性を向上させると同時
に、Mn(Se、S)が転動疲労寿命の向上に対し有効
であることを見いだしたことにより、軸受材料として繰
り返しの転がり応力条件下で良好な転動疲労寿命を持つ
ように成分を配合したところにある。
の使用を可能とするための非磁性を保有し、SおよびS
eを添加することで、成形を容易にするために固溶化処
理後の旋削や穿孔などの機械加工性を向上させると同時
に、Mn(Se、S)が転動疲労寿命の向上に対し有効
であることを見いだしたことにより、軸受材料として繰
り返しの転がり応力条件下で良好な転動疲労寿命を持つ
ように成分を配合したところにある。
【0007】
【発明の実施の形態】以下に本発明鋼の成分限定理由を
以下に示す。なお%は重量%を意味する。 C:0.4〜0.8% CはNi、Mnなどとともにオーステナイト生成元素で
あり、安定な組織を保つと共に、時効処理後にVと結合
し微細な炭化物を形成し、析出硬化によって高い硬さを
得るために添加される。0.5%未満であるとフェライ
ト生成をまねき透磁率を上昇させたり、十分な時効硬さ
が得られないので下限を0.4%とし、0.8%を越え
て添加するとVとの粗大な一次炭化物を多量に形成し機
械加工性が悪化するので、上限を0.8%とした。
以下に示す。なお%は重量%を意味する。 C:0.4〜0.8% CはNi、Mnなどとともにオーステナイト生成元素で
あり、安定な組織を保つと共に、時効処理後にVと結合
し微細な炭化物を形成し、析出硬化によって高い硬さを
得るために添加される。0.5%未満であるとフェライ
ト生成をまねき透磁率を上昇させたり、十分な時効硬さ
が得られないので下限を0.4%とし、0.8%を越え
て添加するとVとの粗大な一次炭化物を多量に形成し機
械加工性が悪化するので、上限を0.8%とした。
【0008】Mn:5.0〜10.0% Mnは前述のように、オーステナイト生成元素であるた
め、オーステナイト組織を安定に保つために、またSと
作用しMnSを形成し機械加工性を向上させるために添
加される。5.0%未満であるとフェライト生成をまね
き透磁率を上昇させるので下限を5.0%とし、10.
0%を越えて添加すると熱間加工性を劣化させるので、
上限を10.0%とした。
め、オーステナイト組織を安定に保つために、またSと
作用しMnSを形成し機械加工性を向上させるために添
加される。5.0%未満であるとフェライト生成をまね
き透磁率を上昇させるので下限を5.0%とし、10.
0%を越えて添加すると熱間加工性を劣化させるので、
上限を10.0%とした。
【0009】S:0.07〜0.30% Sは快削元素であり、後述のSeと複合でMn(S、S
e)を形成し機械加工性を向上させるために添加され
る。またSは本発明鋼の転動寿命疲労に対して重要な元
素であり、Mn(S、Se)の形成により繰り返し応力
による変形を抑制する効果がある。しかし0.07%未
満ではこの効果は小さく、また0.30%を越えて添加
してもほとんど効果の向上が認められない。機械加工性
はSの添加に伴い向上するため下限を0.07%とし、
上限は熱間加工性の劣化を防止するため0.30%とし
た。
e)を形成し機械加工性を向上させるために添加され
る。またSは本発明鋼の転動寿命疲労に対して重要な元
素であり、Mn(S、Se)の形成により繰り返し応力
による変形を抑制する効果がある。しかし0.07%未
満ではこの効果は小さく、また0.30%を越えて添加
してもほとんど効果の向上が認められない。機械加工性
はSの添加に伴い向上するため下限を0.07%とし、
上限は熱間加工性の劣化を防止するため0.30%とし
た。
【0010】Ni:3.0〜10.0% Niは前述のように、C、Mnとともにオーステナイト
生成元素であり、オーステナイトを安定にするため、ま
た固溶化処理状態での硬さを下げ被削性を向上させるた
めに添加される。3.0%より少ないと固溶化状態での
硬さを高め機械加工性が劣化するので下限を3.0%と
し、多量に添加しても前述の効果にあまり影響がなく、
原料コストが上昇するので上限を10%とした。
生成元素であり、オーステナイトを安定にするため、ま
た固溶化処理状態での硬さを下げ被削性を向上させるた
めに添加される。3.0%より少ないと固溶化状態での
硬さを高め機械加工性が劣化するので下限を3.0%と
し、多量に添加しても前述の効果にあまり影響がなく、
原料コストが上昇するので上限を10%とした。
【0011】Cr:5.0〜15.0% Crは耐食性を向上させるために添加される。5%未満
であるとその効果が得られないので下限を5%とし、1
5%を越えて添加するとフェライト生成を招き透磁率を
上昇させたり、Cとの炭化物を形成して析出硬化の際に
Vと結びつくC量が減少し、析出効果した後に十分な硬
さが得られないので上限を15%とする。
であるとその効果が得られないので下限を5%とし、1
5%を越えて添加するとフェライト生成を招き透磁率を
上昇させたり、Cとの炭化物を形成して析出硬化の際に
Vと結びつくC量が減少し、析出効果した後に十分な硬
さが得られないので上限を15%とする。
【0012】V:1.0〜2.0% Vは本発明において非常に重要な元素であり、600〜
900℃における熱処理を施すことによって、微細な炭
化物を形成し析出硬化させるために添加される。効果的
に硬さが得られるためには1.0%未満では効果が小さ
いため下限を1.0%とした。2.0%を越えて添加す
るとフェライト生成をまねいたり、Cとの間に一次炭化
物を形成し被削性を劣化させるとともに析出硬化に有効
な固溶Cを減少させるため、上限を2.0%とした。
900℃における熱処理を施すことによって、微細な炭
化物を形成し析出硬化させるために添加される。効果的
に硬さが得られるためには1.0%未満では効果が小さ
いため下限を1.0%とした。2.0%を越えて添加す
るとフェライト生成をまねいたり、Cとの間に一次炭化
物を形成し被削性を劣化させるとともに析出硬化に有効
な固溶Cを減少させるため、上限を2.0%とした。
【0013】Se:0.05〜0.30% SeはSと同様に快削元素であり、Mn(S,Se)を
形成することで機械加工性を向上させるために添加され
る。また、Mn(S,Se)を形成することでSと同様
の繰り返し応力による変形を抑制する効果があるが、
0.05%未満ではそれらの充分な効果が得られないた
め、下限を0.05%とした。また、0.30%を越え
て過剰に添加してもその効果は飽和し、熱間加工性も劣
化するため上限を0.30%とした。しかし、これらの
効果、特に機械加工性はS単独添加に比べてSe単独添
加では向上せず、良好な機械加工性と転動疲労寿命の両
特性を満たすことができないため、SとSeの複合添加
とした。
形成することで機械加工性を向上させるために添加され
る。また、Mn(S,Se)を形成することでSと同様
の繰り返し応力による変形を抑制する効果があるが、
0.05%未満ではそれらの充分な効果が得られないた
め、下限を0.05%とした。また、0.30%を越え
て過剰に添加してもその効果は飽和し、熱間加工性も劣
化するため上限を0.30%とした。しかし、これらの
効果、特に機械加工性はS単独添加に比べてSe単独添
加では向上せず、良好な機械加工性と転動疲労寿命の両
特性を満たすことができないため、SとSeの複合添加
とした。
【0014】V/C:2〜5 V/C比は、析出効果に寄与するV炭化物の析出を効果
的に決定するものである。図1に示すように、この比が
2未満の場合は有効な時効硬さが得られないため、下限
を2とした。しかし、5より高くてもその効果はほとん
ど向上せず、多量の一次炭化物の析出による機械加工性
の劣化を招くため上限を5とした。また、上記に加え
て、熱間加工性を改善するためにBを添加しても良い。
的に決定するものである。図1に示すように、この比が
2未満の場合は有効な時効硬さが得られないため、下限
を2とした。しかし、5より高くてもその効果はほとん
ど向上せず、多量の一次炭化物の析出による機械加工性
の劣化を招くため上限を5とした。また、上記に加え
て、熱間加工性を改善するためにBを添加しても良い。
【0015】Si:0.2〜1.0%、Al:0.00
3〜0.10%のうち1種または2種 SiやAlは製鋼時の脱酸剤として添加される。しかし
本発明においてはSiやAl添加により、MnSが比較
的均一に分散され、S添加により生成するMnSの転動
疲労寿命向上効果を促進するものである。しかしSiが
0.2%未満であると十分な効果が得られないので下限
を0.2%とし、1.0%を越えて添加すると有害な金
属間化合物を形成し機械加工性や熱間加工性を悪化させ
るため上限を1.0%とした。またAlの場合も0.0
03%未満であると十分な効果が得られないので下限を
0.003%とし、0.10%を越えて添加すると熱間
加工性を阻害するため上限を0.1%とした。
3〜0.10%のうち1種または2種 SiやAlは製鋼時の脱酸剤として添加される。しかし
本発明においてはSiやAl添加により、MnSが比較
的均一に分散され、S添加により生成するMnSの転動
疲労寿命向上効果を促進するものである。しかしSiが
0.2%未満であると十分な効果が得られないので下限
を0.2%とし、1.0%を越えて添加すると有害な金
属間化合物を形成し機械加工性や熱間加工性を悪化させ
るため上限を1.0%とした。またAlの場合も0.0
03%未満であると十分な効果が得られないので下限を
0.003%とし、0.10%を越えて添加すると熱間
加工性を阻害するため上限を0.1%とした。
【0016】
【実施例】表1に本発明鋼の供試鋼No1〜12および
比較鋼の供試鋼No13〜25の化学成分およびV/C
比を示す。表2に、表1に示す化学成分の全供試鋼につ
いて、固溶化処理を施した後に行った機械加工性結果で
ある被削性指数、固溶化処理後700℃、4時間で時効
処理を施した後の硬さ、透磁率および転動疲労寿命の測
定結果を示す。ただし、比較鋼であるSUS304は固
溶化状態であり、SUH660は固溶化処理を施した
後、730℃にて時効処理を施したものである。
比較鋼の供試鋼No13〜25の化学成分およびV/C
比を示す。表2に、表1に示す化学成分の全供試鋼につ
いて、固溶化処理を施した後に行った機械加工性結果で
ある被削性指数、固溶化処理後700℃、4時間で時効
処理を施した後の硬さ、透磁率および転動疲労寿命の測
定結果を示す。ただし、比較鋼であるSUS304は固
溶化状態であり、SUH660は固溶化処理を施した
後、730℃にて時効処理を施したものである。
【0017】機械加工試験は、径8mmのドリルを使用
し一定の回転数、荷重において10mm穿孔する時間を
測定し、SUS304を100として被削性指数を求め
た。また転動疲労寿命は、軸受用途鋼が評価されること
の多いスラスト型転動疲労試験を用いて、面圧4410
MPaで試験を行い、1鋼種につき試験片数を10と
し、破壊の有無を累積破損確率として求め、累積破損確
率10%における応力繰返し回数で評価した。評価の基
準値は、実用上ほぼ適正と考えられる1.0×107 サ
イクルとした。
し一定の回転数、荷重において10mm穿孔する時間を
測定し、SUS304を100として被削性指数を求め
た。また転動疲労寿命は、軸受用途鋼が評価されること
の多いスラスト型転動疲労試験を用いて、面圧4410
MPaで試験を行い、1鋼種につき試験片数を10と
し、破壊の有無を累積破損確率として求め、累積破損確
率10%における応力繰返し回数で評価した。評価の基
準値は、実用上ほぼ適正と考えられる1.0×107 サ
イクルとした。
【0018】被削性については、快削元素であるSやS
eの添加により向上するが、CやCr、Vが上限を越え
て添加されると、一次炭化物が多く形成され、被削性に
有害であることがわかる。逆に、Se単独添加ではS単
独添加よりも機械加工性が劣り、さらにSe単独添加で
は機械加工性と転動疲労特性を同時に満足することはで
きないことがわかる。CやVの添加量が少ないもの、ま
たV/C比が小さいものや大きすぎるものは、十分な時
効硬さが得られなかった。また、NiやMnの添加量が
少ないものは、オーステナイト相の安定性が低く、時効
処理を施した後の透磁率が劣化することがわかる。
eの添加により向上するが、CやCr、Vが上限を越え
て添加されると、一次炭化物が多く形成され、被削性に
有害であることがわかる。逆に、Se単独添加ではS単
独添加よりも機械加工性が劣り、さらにSe単独添加で
は機械加工性と転動疲労特性を同時に満足することはで
きないことがわかる。CやVの添加量が少ないもの、ま
たV/C比が小さいものや大きすぎるものは、十分な時
効硬さが得られなかった。また、NiやMnの添加量が
少ないものは、オーステナイト相の安定性が低く、時効
処理を施した後の透磁率が劣化することがわかる。
【0019】
【表1】
【0020】
【表2】
【0021】
【発明の効果】上述のように、本発明により、強い磁気
や磁場中環境において、非磁性であることが要求され、
かつ、固溶化処理後の良好な機械加工性と析出硬化後の
高い強度と高い転動疲労寿命を併せ持つ、例えば強磁場
での軸受用途等に適する鋼を提供することができる。
や磁場中環境において、非磁性であることが要求され、
かつ、固溶化処理後の良好な機械加工性と析出硬化後の
高い強度と高い転動疲労寿命を併せ持つ、例えば強磁場
での軸受用途等に適する鋼を提供することができる。
【図1】V/C比と時効硬さの関係を表すグラフであ
る。
る。
Claims (2)
- 【請求項1】 重量%で、 C :0.4〜0.8%、 Mn:5.0〜10.0%、 S :0.07〜0.30%、 Ni:3.0〜10.0%、 Cr:5.0〜15.0%、 V :1.0〜2.0%、 Se:0.05〜0.30%、 かつ、VとCの比が、V/C:2〜5とした、残部がF
eおよび不可避的不純物よりなることを特徴とする機械
加工性と転動疲労寿命ならびに強度に優れた析出硬化型
非磁性鋼。 - 【請求項2】 請求項1において、Si:0.2〜1.
0%、Al:0.003〜0.010%の1種または2
種を添加することを特徴とする機械加工性と転動疲労寿
命ならびに強度に優れた析出硬化型非磁性鋼。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19628497A JPH1143743A (ja) | 1997-07-23 | 1997-07-23 | 機械加工性および転動疲労寿命特性に優れた析出硬化型非磁性鋼 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19628497A JPH1143743A (ja) | 1997-07-23 | 1997-07-23 | 機械加工性および転動疲労寿命特性に優れた析出硬化型非磁性鋼 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1143743A true JPH1143743A (ja) | 1999-02-16 |
Family
ID=16355251
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP19628497A Withdrawn JPH1143743A (ja) | 1997-07-23 | 1997-07-23 | 機械加工性および転動疲労寿命特性に優れた析出硬化型非磁性鋼 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH1143743A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012219367A (ja) * | 2011-04-14 | 2012-11-12 | Nippon Koshuha Steel Co Ltd | 非磁性ステンレス鋼 |
JP2019044959A (ja) * | 2017-08-29 | 2019-03-22 | レンク・アクティエンゲゼルシャフト | すべり軸受およびその製造方法 |
-
1997
- 1997-07-23 JP JP19628497A patent/JPH1143743A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012219367A (ja) * | 2011-04-14 | 2012-11-12 | Nippon Koshuha Steel Co Ltd | 非磁性ステンレス鋼 |
JP2019044959A (ja) * | 2017-08-29 | 2019-03-22 | レンク・アクティエンゲゼルシャフト | すべり軸受およびその製造方法 |
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