JPS6032710B2

JPS6032710B2 - 冷鍛用非磁性ステンレス鋼

Info

Publication number: JPS6032710B2
Application number: JP55074763A
Authority: JP
Inventors: 武相沢; 義信本蔵
Original assignee: Aichi Steel Corp
Current assignee: Aichi Steel Corp
Priority date: 1980-06-02
Filing date: 1980-06-02
Publication date: 1985-07-30
Also published as: JPS56169756A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は耐食性、冷鍛性に優れた安価な非磁性ボルト、
ナット用に適したステンレス鋼に関する。

ボルト、ナット用ステンレス鋼としては広くＳＵＳ３０
４が使用されているが、そのオーステナィト相は準安定
なため冷間加工時にマルテンサィト変態を起して磁性を
感じるようになってしまう。そこで、非磁性を要求され
る場合には、袷間加工後固溶化熱処理を施したり、規格
上限に近いＮｉ量を含有するＳＵＳ３０５を使用したり
しているが、いずれも高価なボルト、ナットになってし
まう。また、低コストとするためＮｉ量含有量を下げ、
Ｎｉの一部をＣＮで置き換えて非磁性を保持しようとす
ると冷鋼性を損うことになる。そのため、安価で、袷鍛
性の優れたヲＥ磁性ステンレス鋼の開発が要望されてい
た。

なお、本発明において云う非磁性とは透磁率１．１０以
下をさすものである。

本発明はかかる従来鋼の欠点を克服したもので本発明者
等は常温でのオーステナィト相安定性の評価式を検討し
て、その式を用いて６０％冷鍛を行った後も非磁性を保
持するための成分バランスを見し、出したものである。

すなわち、本発明者等が種々研究を重ねた結果Ｃｕ、Ｎ
のオーステナィト相の安定化力が、それぞれＮｉの０．
６倍、１２．母音であることを発見し、平山のＮｉ当量
式をＣｕ、Ｎをも含んだ推定式に改良した。そして、Ｃ
、Ｓｊ、Ｍｎ、Ｃｒ量をほぼ一定として、Ｎｉ量を変更
させたＡＩ〜Ａ鶴飼（ＡＩ鋼はＮｉ量８．５％、Ｎｉ当
量２３Ａ群職まＮｉ量９．５％、Ｎｉ当量２４、Ａ３鋼
はＮｉ量１１．５％、Ｎｉ当量２４．６、Ａ４鋼はＮｉ
量１３．０％、Ｎｉ当量２６．１）さらにＣｕを１％Ｍ
ｎを３．５％、Ｎを０．０３％含有させたＢＩ鋼（Ｎｉ
量８．５％、Ｎｊ当量２５．６）について、透磁率に及
ぼすＮｉ当量、圧縮率の影響を調べ第１図に示した。

第１図より明らかなように６０％の圧縮率で透磁率１．
１０を保持する鋼は、Ｎｉ当量が２５以上であるＢＩ鋼
およびＡ鶴鋼のみである。

これに対して、Ｎｉ含有鋼１１．５％と高いＮｉ量を有
するＡ３鋼においても、Ｎｉ当量が２５未満のため透磁
率は１．２程度であり、ＡＩ〜Ａ＄職まいずれも透磁率
１．１０を越えており、ＡＩ〜Ａ鶴飼‘ま非磁性ステン
レス鋼としては不満足なものである。上述のようにＢＩ
鋼はＮｉ量が８．５％であるにもかかわらずＣいＭｎ
、Ｎを含有させＮｉ当量を２５以上にしたことにより透
磁性を１．１０以下にでき非磁性を保証し得ることを見
し、出した。

また、一方Ｎｊ量を１０％以下に下げた場合、Ｎｉ、Ｃ
ｒの調整のみでは優れた冷鍛性を得ることは困難である
。

そこで、本発明者等はさらにＣｕＮｈの加工硬化に及
ぼす影響を調べた。

第２図は縦軸に硬さ（Ｈｖ）を、横軸に圧縮率をとって
、ＣいＭｎを適宜に含有させたＤＩ〜Ｄ４鋼（ＤＩ鋼は
ＳＵＳ３０４、Ｄ群側まＤＩ鋼のＭｎ量を３％とした鋼
Ｄ３鋼はＤＩ鋼にＣｕを１％含有させた鋼、Ｄ簿鋼まＮ
ｊ量１３％のＳＵＳ３０５−２鋼でＤＩ〜Ｄ＄職まＣ＋
ＮＯ．０６％、Ｄ簿綱はＣ＋ＮＯ‐０４％）、さらにＣ
ｕを０．５％、Ｍｎを２．５％、Ｎｉを８．５％含有さ
せたＥ鋼（Ｃ＋ＮＯ．０６％）について、加工硬化に及
ぼすＣいＭｎの影響を示したものである。

第２図から知られるように、６０％の圧縮率で硬さ（Ｈ
Ｖ）３０脇茎度と加工硬化が少なく、優れた冷轍性を有
する銅はＣリＭｎを適宜に含有するＥ鋼およびＮｉ量が
１３％と高く、Ｃ量が０．０４％と低いＤ簿鋼である。

これに対して、８．５％程度のＮｉ量と、Ｃｕあるいは
Ｍｎを単独で含有させたＤＩ〜Ｄ３鋼は６０％圧縮率で
の硬さは３５の茎度といずれも高い加工硬化を示し袷鍛
性が劣るものである。上述のようにＥ鋼はＮｉ量が８．
５％と低い鋼であっても、Ｃｕ、Ｍｎを適宜に含有させ
Ｃｕの固溶軟化作用と、Ｍｎのオーステナィト相安定化
力の相乗効果を利用すれば８．５％のＮｉ量でもつても
、冷鍛性の優れた非磁性ステンレス鋼が得られることを
見し、出した。さらに、本発明は、低コスト化のため安
価で大きなオーステナィト相安定化力を持つＣ、Ｎを有
効に利用したものである。

Ｃ、Ｎは固溶硬化して袷滋性を損う元素であるが、本発
明鋼の組成範囲では適量のＣ、Ｎの含有はオーステナィ
ト→マルテンサィト変態を抑制して、加工硬化能を低下
せしめる効果により袷鍛ｉ性を損わないことを見し・出
した。さらに、当然のことではあるが、本発明鋼の目的
からして優れた冷鍛性を得るためには、有害凶等の不純
物元素を極力下げることが望ましい。

以上の検討結果から、本発明者等は、ＳＵＳ３０４にＣ
ｕ、Ｎを含有させ、Ｎｉ当量を２５以上にすることより
透磁率を１．１０以下とし、非磁性を保証し、適量のＭ
ｈ、Ｃｕを複合添加し冷鍛性を向上させ、さらにＣ、Ｎ
のオーステナィト相安定化力を積極的に活用して安価に
非磁性を保持し、冷鍛性の優れた非磁性ステンレス鋼を
１０％以下のＮｉ量で得ることに成功した。

以下に本発明鋼について詳述する。

第１発明鋼は重量比にしてＣＯ．０３〜０．０８％、Ｓ
ｉｏ．雌％以下、Ｍｎ２．２〜４．０％、Ｎｉ８．５〜
９．６％、Ｃｒ１８〜２０％、Ｃｕｏ．５〜２．０％、
ＳＯ．０１５％以下、ＮＯ．０３〜０．雌％、但しＣ＋
ＮＯ．０５〜０．１２％を含有したもので第２発明鋼は
第１発明鋼にＭｏｏ．４％以下を含有させ、第１発明鋼
の耐食性をさらに向上させたものである。

以下に本発明鋼の成分限定理由について説明する。

ＣはＮと同様に強力なオーステナィト相安定化元素であ
り、かつ安価に非磁性を得るために有用な元素であり、
下限を０．０３％とした。

反面Ｃは耐食性を著しく阻害する元素であるので上限を
０．０８％とした。ＮはＣと同様に強力なオーステナイ
ト相安定化元素であるとともに耐食性をも向上せしめる
元素で、安価に非磁性を得るために有用な元素である。

これらの性能を発揮させるには０．０３％以上含有させ
る必要があり下限を０．０３％とした。しかし０．０８
％越えて、含有させると冷鍛性を損うので上限を０．０
８％とした。Ｃ、Ｎは本発明鋼の主要な特徴である冷鍛
性、非磁性にほぼ同一の作用を持つ元素で、その和を規
制する必要がある。

非磁性を得るためにはＣ＋Ｎを０．０６％以上含有せし
める必要があり、その下限を０．０６％とした。しかし
その和が０．１２％を越えて含有させると袷鍛性を損う
ので上限を０．１２％とした。Ｍｎは本発明鋼において
は主要な元素の一つであり、Ｎｉ以上にオーステナィト
安定化に寄与する元素で、オーステナィト→マルテンサ
ィト変態を抑制して非磁性を付与し、さらに冷鍛性を改
善する元素でもある。

これらの非磁性と冷鍬性を安定して得るには２．２％以
上含有させる必要があり下限を２．２％とした。しかし
、４．０％を越えて含有させても効果の向上が見られな
いので上限を４．０％とした。Ｃｒはステンレス鋼の基
本元素であり、優れた耐食性を得るためには１８％以上
含有させる必要がある。

しかし、Ｃｒ量の増加とともにフェライト量が増加し、
２１％を越えて含有させるとオーステナィトバランスを
損うので上限を２１％とした。

Ｎｉはオーステナィト系ステンレス鋼の基本元素で、優
れた耐食性、稔鍛性および非磁性を付与する元素であり
、これらの性能を発揮させるには８．５％以上の含有が
必要である。しかし、９．６％を越えて含有させても効
果の向上が少なく、高価な元素でもあるので上限を９．
６％とした。なお、本発明鋼はＣｕ、Ｍｎを適量添加す
ることにより、８．５〜９．６％のＮｉでもつて冷鍛性
と非磁性の優れた鋼を得ることを最大の特徴とするもの
である。

Ｃｕ‘ま本発明鋼においては主要な元素の一つであり、
冷鍛性を改善する最も効果的な元素で、かつＮｉの約０
．針音のオーステナィト安定化力を有して非磁性保証に
大きく寄与する元素である。

これらの性能を発揮させるには０．５％以上含有させる
必要があり下限を０．５％とした。しかし、Ｃｕは含有
量を増加させると熱間加工性を阻害させるのでその上限
を２．０％とした。

Ｓｉ、Ｓは不純物として存在するもので、含有量が増加
すると冷鍛性を損うので、その上限をＳｉは０．８０％
、Ｓは０．０１５％とした。Ｍｏは本発明鋼の耐食性を
さらに改善する元素である。

しかし０．４％を越えて含有させると冷鍛性を損うので
その上限を０．４％とした。つぎに本発明鋼の特徴を従
来鋼、比較鋼と比べ実施例でもつて明らかにする。

第１表は、これらの供試鋼の化学成分を示すものである
。

第１表第１表においてＡＩ〜Ａ茂織ま従来鋼で、ＡＩはＳＵＳ
３０４、Ａ２はＳＵＳＸＭ７、Ａ３はＳＵＳ３０５一１
、Ａ４はＳＵＳ−３０５一２、Ａ５はＳＵＳ３０９Ｎで
ある。

Ｂ１、Ｂ２は第１発明鋼で、Ｂ５は第２発明鋼で、Ｂ３
Ｂ４およびＣＩ、Ｃ２は比較鋼である。第２表は第１表
の固溶体化熱処理を施したＡＩ〜Ａ強鋼、ＢＩ〜Ｂ５鋼
、ＣＩ〜Ｃ２鋼の袷鍛性、透磁率および耐食性を示した
ものである。冷鍛性については圧縮率６０％で加工を行
い、加工前と加工後の硬さを測定し加工硬化の程度で冷
鍛性を評価し、６０％圧縮後の硬さがＨＶ３５０以下の
ものを○とし、それを越えたものを×とした。

透磁率については前記６０％圧縮加工後の透磁率を測定
したもので、１．１０以下のものを○とし、１．１０を
越えたものを×とした。耐食性については６０％圧縮加
工材を試片として用い、ＪＩＳ試験法に基いて耐硫酸腐
食性を評価し沸騰した５％協Ｓ０４溶液中に母ｈ浸潰し
た場合の腐食減量を示したものである。

第２表第２表から知られているように、従来鋼であるＡＩ鋼（
ＳＵＳ３０４）は加工前の硬さがＨｖｌ９０６０％圧縮
加工後の硬さがＨｖ４１０と加工前および加工後の硬さ
がともに高く冷鰍性が劣るものであり、透磁率もＮｉ量
が８．５％と低いため２．２と劣っており、耐食性につ
いても６０％圧縮加工により劣化している。

すなわち従来慣用されているＳＵＳ３０４は加工により
マルテンサィトが生じ、冷鍛性、透磁率および耐食性が
ともに劣化し、冷鍛用非磁性ステンレス鋼としては不満
足なものである。また、従来鋼であるＡ２〜Ａ５鋼は、
ＳＵＳ３０４の冷鍛性と透磁率を改善するためＣｕまた
はＮを含有させたもの、あるいはＮｉ量を増加したもの
であり、Ａ２〜Ａ簿鋼‘ま加工前の硬さがＨｖ１２０〜
１４０、６０％圧縮加工後の硬さがＨｖ２８０〜３２０
と加工前および加工後の硬さが低〈冷鍛性が優れている
が、Ａ５鋼はＮを０．１２％と多量に含有したものであ
るため加工前の硬さが２０い加工後の硬さがＨｖ４００
とともに高〈冷鍛性が劣っているものである。

透磁率についてはＡ２、Ａ鏡鋼‘まＮｉ当量が２５以下
であるため１．２、１．５と劣っており、Ａ４Ａ５鋼は
Ｎｉ当量が２５以上であるため１．０２、１．０８と加
工後も非磁性を保持している。耐食性についてはＡ２〜
Ａ５鋼はいずれも高いＮｉ含有鋼であるため、その腐食
減量が５５〜３６０とＡＩ鋼に比べ優れている。上述の
ようにＡ２〜Ａ強鋼１こついて、Ａ２、Ａ３鋼が非磁性
に問題があり、Ａ５鋼は冷鍛性が劣っているものであり
、Ａ４鋼のみが袷鍛性、透磁性および耐食性のいずれも
優れたものであるがＮｉ含有量が１３％と多いため高価
な袷鍛性の優れた非磁性ステンレス鋼となってしまう。
比較鋼であるＣＩ、Ｃ２鋼について、ＣＩ鋼はＭｎ量を
３．０％と高めたことによりＮｉ当量が２５．２と上昇
し透磁率が１．０８となり加工後も非磁性を保持するも
のであるが、冷鍛性、耐食性については劣っているもの
である。

Ｃ毅鋼は１％のＣｕと０．０１％のＮを含有させたもの
であるが、Ｎ含有量が少ないため冷鍛性、透磁率が劣っ
ている。これに対して、本発明鋼であるＢ１、Ｂ２およ
びＢ強側まＭｎ量を増加させるとともにＣｕ、Ｎを添加
することにより加工前の硬さが１４０〜１５０、加工後
の硬さが２９０〜３００といずれも低く、糠れた冷鍛性
を有し透磁率についてもＣｕ、Ｍｎを適宜に含有させた
ことにより加工後いずれも１．１０以下であり、非磁性
についても優れているものであり、耐食性についてその
腐食減量が８５〜１００９′力・Ｈｒと、加工により劣
化することがないものである。

また、本発明鋼であるＢ１、Ｂ２鋼は比較鋼であるＢ入
Ｂ４鋼に比べてＮｉ含有量が少ないにもかかわらず同等
の効果を有し、より安価なステンレス鋼である。これか
らしても本発明鋼が袷鰍性に優れ、加工後を透磁率、耐
食性が劣化することのない優れた冷鍛用非磁性ステンレ
ス鋼であることがわかる。

上述のように本発明鋼はＣｕ、Ｍｎを適宜に含有させ、
Ｃｕの固溶軟化作用と、Ｍｎのオーステナィト相安定化
力の相乗効果を利用し、かつＣ、Ｎを有効に用いること
により８．５％と云う低いＮｉ量でもつて冷鍛性の優れ
た非磁性ステンレス鋼を得ることに成功したもので安価
な非磁性ボルト・ナット用ステンレス鋼として極めて高
い実用性を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はオーステナイト系ステンレス鋼の透磁率に及ぼ
すＮｉ当量と、加工度（圧縮率）の影響を示す線図、第
２図は加工硬化特性に及ぼすＣｕＭｎの影響を示す綾図
である。第１図第２図

Claims

【特許請求の範囲】１重量比にしてＣ０．０３〜０．０８％、Ｓｉ０．８
０％以下、Ｍｎ２．２〜４．０％、Ｎｉ８．５〜９．６
％、Ｃｒ１８〜２１％、Ｃｕ０．５〜２．０％、Ｓ０．
０１５％以下、Ｎ０．０３〜０．０８％、但しＣ＋Ｎ０
．０６〜０．１２％を含有し、残部Ｆｅならびに不純物
元素からなることを特徴とする冷鍛用非磁性ステンレス
鋼。２重量比にしてＣ０．０３〜０．０８％、Ｓｉ０．８
０％以下、Ｍｎ２．２〜４．０％、Ｎｉ８．５〜９．６
％、Ｃｒ１８〜２１％、Ｃｕ０．５〜２．０％、Ｓ０．
０１５％以下、Ｎ０．０３〜０．０８％、但しＣ＋Ｎ０
．０６〜０．１２％を含有し、さらにＭｏ０．４％以下
を含有し、残部Ｆｅならびに不純物元素からなることを
特徴とする冷鍛用非磁性ステンレス鋼。