JPS6075551A - 電子装置部品用ステンレス系非磁性鋼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈発明の背景） 本発明は、電子装置部品用ステンレス系非磁性鋼、特に
溶接後あるいは冷間加工後にあっても透磁率が小さく、
テレビ、ビデオ、オーディオ、コンピュータ等に代表さ
れる電子装置に用いられるシャフト、案内軸、ガイド、
ガイドロール等の部品を対象としたステンレス系非磁性
鋼に関する。

テレビ、テープレコーダー、ビデオカメラ、ビデ才力セ
ント、電子複写機、コンピューター等の電子装置やその
他磁気テープや磁気ディスク等を使用する装置（以下、
電子装置という）の部品には非磁性材料が多く使用され
る。すなわち、テープレコーダー、ビデオカメラ、ビデ
オカセット、さらにコンピューターなどにみられる磁気
ディスクおよび磁気テープのガイド用ローラおよびシャ
フト等、さらには磁気を利用した複写機用のローラ等に
は透磁率の低い非磁性鋼が利用されている。

これらの装置あるいは設備には各種の磁場が生じるが、
使用される部品が、普通鋼等の強磁性体であると、部品
自体が磁化されるため磁場に乱れが生じ、装置あるいは
設備の性能を著しく劣化させる場合がある。したがって
、かかる用途には上述のような非磁性材料が使用される
のである。通常の強さの磁場での透磁率が１．０２以下
であることが必要とされている。

なお、適用材料としては、Ｔｉ、ＡＱなどの非鉄系の材
料もあるが、価格、加工性、耐摩耗性等に問題があり、
一般には上述の鉄系の非磁性材料が利用されている。

これらの電子装置用の部品は、ＴＩＧ溶接等により組立
てられるか、プレス加工、曲げ加工、抽伸、圧延などの
冷間加工を施して、所定の形状に仕上げられる。強度を
」二昇させたり、耐摩耗性を向上させるために、冷間加
工まま使用される場合もある。形状の複雑なものは、精
密鋳造等により鋳物とし、更に機械加工して使用される
場合がある。したがって、これらの部品としては、所定
の加工が終了した段階においても、通常の強さの磁場で
の透磁率が１．０２以下、好ましくば１．０１以下でな
いと十分な性能が得られない。つまり、そのためにば、
冷間加Ｔあるいば溶接またば鋳造による成形を行った後
での透磁率を可及的に低くしなければならない。

しかも、今日のように前述の電子装置の機能が高度化す
るに従いその性能も向上し、それにつれて、それに使用
する材料の透磁率低下の要求も年々厳しくなっているた
め、それを満足する材料開発が要望されている。

（従来技術） 電子装置用部品として現在一般的に使用されている鉄系
拐料としては、５ＵＳ３０４および５ＵＳ３１６　（Ｊ
ＩＳ　）があるが、すでによく知られているように、例
えば５ＵＳ３０４ば冷間加工により透磁率は急激に上昇
し、一方５ＵＳ３１６は冷間加工による透磁率の上昇は
少ないが、溶接部の透磁率が高くなる。そのため従来こ
の種の材料にあっても高Ｎｉ化等による対策がとられて
いたがそれでも不十分であった。

その他の材料としては、高Ｍｎ非磁性鋼があるが、これ
は、雑誌［鉄と鋼Ｊ　１９Ｂ１年、　ｖｏｌ、６７．２
号、へ８５−八８８頁および雑誌［住人金属Ｊ　１．９
８１年１νｏ１．３３゜Ｎｏ、１＋’１〜１４頁に記載
のように、冷間加工による透磁率上昇は小さいが、耐食
性はステンレス系鋼に比べて劣るため前述のような電子
装置部品用には利用できない。

従来にあっても、前述の高Ｎｉ化以外にも５ＵＳ３０４
鋼の非磁性特性を改善するためのいくつかの提案がされ
ている。例えば、特開昭５４−８９９１６号はＮ添加に
よりオーステナイト相の安定化を図った１８〜２０％Ｃ
ｒの１８−８系ステンレス鋼を開示している。しかし、
これはばね鋼として使用されるものであり、その具体的
開示内容からすれば、Ｓ≧０．０１％であって本質的に
Ｍｏ添加を必須とする。得られる透磁率もかなり高く、
電子装置部品用としては十分ではない。そのような用途
にあっては、非磁性バネとは要求される性能、合金成分
に対する考え方が異なる。すなわち、バネ材料では鋼塊
において、少々フェライトが生成していても続（熱間加
工によりフェライトは消滅してしまうため、高いバネ性
を何坪するために加えられる最終冷間加工時におけるマ
ルテンサイトの生成を抑え、冷間加工時の透磁率上昇を
防止すればよいのである。例示すると、Ｍｏはマルテン
サイトの生成を抑えるために有効でありハネ用非磁性鋼
については有用な合金元素であるが、溶接部の溶金にお
いてフェライトを生成させ易くするため、本発明の対象
となる電子装置用部品においては有害元素である。

しかも、それらの部品においては、バネ性は要求されな
い。

また、特開昭５４−１１２７１９号も同様組成のステン
レス系非磁性鋼を開示しているが、これは例えば核融合
炉等の高い磁場内に置かれる構造部材として使用される
ものであって、電子ビーム溶接待のブローホールの発生
を防止するためにＮ含有量を０．０５％以下に制限して
いる。

（発明の目的） 本発明者らは、電子装置部品用のステンレス系非磁性鋼
を開発すべく、種々検討を加えたところ、電子装置部品
用としては非磁性特性を満足するばかりでなく、熱間加
工性をも満足することが必要であることを知見した。こ
の点、従来のようにＮ添加によリオーステナイト相の安
定化を図るだけでは十分な非磁性特性が得られず、また
加工性も劣化を免れない。

ここに、■添加による加工性劣化は、ＳおよびＰ低減に
より確保することができ、それぞれ０．００６％および
０．０３０％以下に制限することにより所期の加工性が
確保されるばかりでなく、オーステナイト相の安定化も
促進され、得られる鋼の非磁性特性が予想外にも大幅に
改善されることが分かった。

さらに、本発明者らは溶接あるいは冷間加工時の組織の
変化と透磁率変化との関連を検討して、従来のオーステ
ナイト系ステンレス鋼に認められた透磁率上昇の原因で
ある、マルテンサイト相および／またはδフェライト相
の生成量について、透磁率を１．０２以下、好ましくは
１．０１以下に制限する条件について次のような知見を
得た。

■溶接部（溶接金属）の透磁率上昇； 非磁性鋼であるオーステナイト鋼の透磁率が溶接後に上
昇するのは、溶接部に強磁性のδフェライト相が発生す
るためである。溶接部の透磁率を１゜０２以下とするた
めには、発生するδフェライトを実質的に０％とする必
要がある。これを満足さゼるためには、次の式１）を満
足させる必要があることが分かった。

１７×（％Ｃ）　＋１．５Ｘ　（％Ｎ）　−０，５Ｘ　
（％Ｓｉ）＋０．Ｉ　Ｘ　（％Ｍｎ）　＋　（％Ｎｉ）
　−〇、９　Ｘ　（％Ｃｒ）−１，４Ｘ　（％Ｍｏ＞　
−２，５Ｘ　（％Ｖ）−２Ｘ（％Ａｆ２）　＋３．５≧
０ ■冷間加工による透磁率の上界： 冷間加工による透磁率の上昇は冷間での圧延、鍛造のよ
うな加工更には機械加工により強磁性のマルテンサイト
相が発生するためである。

冷間加工後の透磁率を１．０２以下とするためには、冷
間加工率が２０％というような苛酷な条件下でもマルテ
ンサイト相を生成しない合金組成を選ぶ必要があり、そ
のためには次の式２）を満足するように合金元素を配合
する必要があることが分かった。

７Ｂ×（％Ｃ）　＋９４Ｘ　（％Ｎ）＋２×（％Ｓｉ）
　＋４×　（％Ｍｎ）＋６Ｘ（％Ｎｉ）　＋２．５　Ｘ
　（％Ｃｒ）＋３．ＯＸ　（％Ｍｏ）　＋２．５　Ｘ　
（％Ｖ）＋５Ｘ（％Ａ（２）≧１３０ なお、上述のような各鋼組成条件を満足することによう
て、鋳造による成形を行った部品についても０ 透磁率が１．０２以下、通常１．０１以下となることが
確認された。

（発明の要約） かくして、本発明は、オーステナイト安定化元素として
Ｎを添加するとともに、Ｎの添加により劣化する熱間加
工性を確保するために、Ｍｏ、　Ｐ　、　Ｓをそれぞれ
低減するとともに、溶接後および冷間加工後の透磁率を
１．０２以下とするためにその鋼組成をさらに制限する
ものであって、その要旨とするところは、重量％で、 Ｃ：　ｏ、ｉｏ％以下、　３１　ｉ　０．７０％以下、
Ｍｎ　：　２．０％以下、　Ｃｒ　：　１５．０〜１９
．０％、Ｎｉ　：　１０．０〜１３．０％、ＡＱ　：　
０．２％以下、Ｐ　：　０．０３０％以下、Ｓ　：　０
．００６％以下、Ｎ　：　０．０６〜０．２０％以下、 必要により、Ｖｉｏ、５％以下および／またはＣａ、Ｍ
ｇ、　Ｙ、　ＲＥＭの１種または２種以上、合計で、０
．０００５〜ｏ、　ｏａｏ％を含有し、残部実質的にＰ
ｅから成り、かつ下記式１）および２）を満足する組成
を有する、電子装置部品用ステンレス系非磁性鋼である
。

式１）： ％式％） （） ０ 式２）ニ ア８×（％Ｃ）　＋〇４Ｘ　（％Ｎ）＋２ｘ（％Ｓｔ）
　＋４×（％Ｍｎ）＋６Ｘ（％Ｎｉ）　＋２．５　Ｘ　
（％Ｃｒ）＋２，５　ｘ　（％Ｖ）＋５Ｘ（％ＡＱ）≧
１３０（発明の態様） ここに、本発明に係る鋼組成を上述のように固定する理
由は次の通りである。

Ｃ，、Ｎ： これらの元素の存在は、冷間加工による透磁率の上昇お
よびδフェライト相の生成を抑制し、溶接部の透磁率の
上昇を防止する。

しかし、Ｃはその上限である０、１０％を越えると耐食
性が劣化する。また、基地組織に固溶しなくなり透磁率
を高くし、溶接性、熱間加工性を劣化させる。なお、Ｃ
を低くしてもＮｉ量を増加させれば、透磁率は十分低い
値となるが、経済性を考慮すると０．０４％以上が望ま
しい。

Ｎは、１５．０〜１９．０％Ｃｒと高いＣｒを含む鋼で
は、Ｃと異なり、基地に固溶し易く、オーステナイト２ 相を安定化する。しかも、硬度を高め、耐摩耗性を向上
させるなど有望な添加元素である。０．０６％未満でば
その効果は十分でない。一方、０．２０％を越えると、
鋼塊を製造する段階または熱間で加工する段階で割れが
生じ、また、溶接性を劣化させる。

Ｎｉｓ　Ｍｎ　： これらの元素は共に透磁率に対しては、Ｃ，Ｎと同様の
作用効果がある。

Ｍｎは２．０％以下、好ましくは、１．０〜２．０％で
ある。Ｍｎにはδフェライト相の生成を抑制する作用は
小さいが、冷間加工による透磁率上昇を防止するのに有
効であるため、好ましくは１．０％１以上含有させるが
、一方、２．０％を越えると透磁率に対する効果は維持
されるが、溶接性が劣化するため、本発明にあってはＭ
ｎ添加の上限を２．０％とする。

Ｎｉは本発明における重要な合金元素で、１０％未満に
なると冷間加工や溶接による透磁率」二昇は避けられな
い。逆に１３．０％を越えると透磁率に対する効果が飽
和するため、経済性の点からその上限は１３．０％とす
る。

３ Ｃｒ： Ｃｒは１５．０％未満では耐食性、耐誘性が劣り、しか
も冷間加工による透磁率上昇を防止できない。

一方、Ｃｒ含有量が１９．０％を越えても実用面での耐
食性、耐誘性に大きい改善効果がなく、しかも溶接時に
δフェライト相が発生ずるのを防止できず透磁率は高く
なる。したがって、本発明においてＣｒは１５．０〜１
９．０％に制限する。

Ｓｉ、ＡＣ！； これらの元素は、脱酸元素として必要である。

そのためにばＳｉ０．７０％以下、ΔＱＯ０２％以下を
必要とするが、その効果は、それぞれ０．７０％、０．
２％を越えると飽和し、しかもＳｌの場合は、溶接性を
劣化させ、一方、ＡＱの場合は透磁率を上昇させる。

なお、最近のステンレス鋼は電気炉または転炉にて溶製
後ＶＯＤまたはＡＯＤ脱ガス処理を行うため、低Ｓｉ溶
製（ＳｉＳ２．１％）が可能となっているが、本発明の
鋼に対しては低Ｓｉ化により溶接部の割れ感受性は低く
なるが、必ずしも経済的でなく、５ｉＯ０２０％以上で
必要な性能は十分得られる。したがって、一般に本発明
にあってＳｉは０．２０〜０．５０％である。

４ Ｐ、Ｓ： 本発明に係る鋼は溶製時または溶接時にδフェライト相
が発生しないため、既存の５ＵＳ３０４．５ｔｌＳ３１
６鋼に比べ、溶製時の凝固割れ、熱間加工時の割れ、さ
らには溶接時の割れ感受性が著しく高い。

通常の条件下ではほとんど加工、ｉ１８接ができない程
である。

しかしながら、本発明によれば　特にＳおよびＰの低下
は、Ｎを添加した鋼の熱間加工性を著しく向上させるば
かりでなく、オーステナイト相の一層の安定化を図るこ
とができ、非磁性特性の予想外の改善を達成できる。こ
のために本発明にあっては、Ｐ、Ｓの上限をそれぞれ０
．０３０％、０．００６％とした。連続鋳造、高速溶接
等が適用される場合を考えると、それぞれ上限を０．０
１５％、０．００２％以下に規制することが望ましい。

■　： ■は、母材および溶接部の強化に有効で部品の耐摩耗性
の向上に効果がある。しかしながら、０゜５％を越える
と溶金のフェライト生成を容易とし、透磁率を高くする
ので０．５％以下とする。

なお、本発明において、ＭｏはＶのような強化作５ 用はなく、しかも溶金のフエライＩ・を生成させ、透磁
率を高くするので、Ｍｏは不純物として０．１　％以下
に抑える必要がある。

Ｃａ、　ＭｇＸＹ、　ＲＥＭ　： 溶製時、熱間加工時の割れを防止するには、Ｐ、Ｓの制
限に加えて、Ｃａ、　ＹＸＲＩＭの一種または２種以上
、合計で０．０００５〜０．０３０％の添加が望ましい
。それぞれ」二限を越えると溶接性が低下し、また熱間
加工性もかえって劣化する。合ａ１で０．０００５％未
満では上記の効果が認められない。

次に、本発明の鋼組成において式１）はδフェライト相
の生成を実質上０％とするための条件である。

ここに、第１図に示すのは一連の供試鋼について、式１
）： ％式％（） （） （］） の値に対してＴＩＧ溶接部の透磁率をプロットして得た
グラフである。これより式１）≧Ｏで、１，０１以下の
透磁率が得られるのが分かる。

なお、このときのＴＩＧ溶接条件はつぎの通り。

電流　；　１００〜１５〇八 ６ 電圧１１０〜１３’ｉｌ 溶接速度：　２〜４　ｍ／ｍｉｎ 本発明の鋼組成において式２）は冷間加工によっても強
磁性を示すマルテンサイト相が実質上生成しない範囲を
規定するものである。

ここに、第２図に示すのは同じく一連の供試鋼について
、式２）： ％式％） （） （２） の値に対し、冷間加工後の透磁率をプロンｌ−して得た
グラフである。これより式２）≧１３０のときに１．０
１以下の透磁率が得られるのが分かる。

なお、このときの冷間加工条件は次の通り。つまり、外
径１０龍で肉厚１．０龍の管を断面減少率において２０
％および４０％の冷間加工を抽伸にて与えた。

すでに述べたところからも明らかなように、本発明に係
る鋼はその小さな透磁率から小型電子装置用部品として
特に適するものであるが、その他例えば受変電設備、Ａ
Ｑ精錬設備等の大型で大電力を使用する設備の構造部品
としてもすぐれた特性を有する。

なお、ここに本発明に係る鋼は、鋼材ばかりでな７ く鋳鋼をも包含するものであることはすでに当業者には
明らかなところである。

次に、実施例によって本発明をさらに説明するが、それ
ら単に本発明を例示するために示すもので、それによっ
て本発明が制限されることはない。なお、本文中、特に
ことわりがない限り「％」は「重量％」である。また、
「透磁率」も正確には「比透磁率」である。

実１トー１ 第１表に示す鋼組成を有する一連の供試鋼を溶製して、
通常の鍛造・分塊圧延を経て１００ｍｍ厚のスラブとし
、次いでこれを７ｍｍまで熱間圧延を行ってから、一部
は２０％冷間圧延を行い、また一部はＴＩＧ溶接を行い
、それぞれ供試材とした。

各供試材についての透磁率および溶接熱間圧延時の加工
割れについての試験結果を同じく第１表にまとめて示す
。

表中の加工割れは、溶接部についてはハレストレイン試
験を行い、割れ長さの総和が８ｍｍを越えるものをｒＸ
ｊ、８ｍ以下のものを「○」として判定した。熱間圧延
については供試鋼を作成する際に、１００ｍｍ厚スラブ
から７ｍｍに熱間圧延を行ったが、そのＢ とき、表面、端面に割れの発生したものを「×」、発生
しなかったものをｒＯＪとした。

これらの結果からも明らかなように、本発明鋼は溶接部
の透磁率、ならびに冷間加工後の透磁率が１゜０１０以
下と極めて低く、例えば実験階２３．２４に示ず従来鋼
（それぞれＪＩＳ　５ＵＳ３０４および５ＵＳ３１６鋼
に対応）に比べて、透磁率が著しく改善されているのが
分かる。また本発明鋼は、製造時の割れ（溶接、熱間圧
延）も発生せず良好な特性を示している。

実差孤−１ 第２表に示す鋼組成の鋳込みままの一連の供試）Ａにつ
いて、Ｓ含有量を変えて１２００℃の高温ねじり試験を
行った。結果は第３図にＳ含有量に対してグラフで示す
。これより明らかなように、Ｓ≦０．００６％で優れた
耐ねじれ性を示すことが分かる。図中、・は０．００５
％Ｃａ添加した場合を示すが、Ｃａ添加によって耐ねじ
れ性が著しく改善されるのが分かる。

９ 特開昭ＧＯ−７５５５１（８）

【図面の簡単な説明】

第１図は、ＴＴＧ溶接後の溶接部の透磁率と鋼組成との
関係を示すグラフ； 第２図は、冷間加工後の冷間加工材の透磁率と鋼組成と
の関係を示すグラフ；および 第３図は、高温ねじり回数と鋼中のＳ含有量との関係を
示すグラフである。 出願人　住友金属工業株式会社（外１名）代理人　弁理
士　広　瀬　章　− ２ 塾１図 十（’１０Ｎｔ）−とス、ｑｘ（％Ｃｒノー２５Ｘ（％
Ｖ）−２ｘ（％ＡＩ）ｆ９．５第１頁の続き ■発明者小西　良和 ○発明者金井　良昭 大阪市東区北浜５丁目１旙地　住友金属工業株式会社内
２９６一

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）重量％で、 Ｃ：０．１０％以下、　Ｓｔ　ｉ　Ｏ，７０％以下、Ｍ
   ｎ　：　２．０％以下、　Ｃｒ　ｔ　１５．０〜１９．
   ０％、Ｎｉ　：　１０．０〜１３．０％、　・ＡＱ；０
   ．２％以下、Ｐ　ｊ　Ｏ，’０３０％以下、Ｓ　ｉ　Ｏ
   ，００６％以下、Ｎ　：　０．０６〜０．２０％以下、 残部実質的にＦｅから成り、かつ下記式１）および２）
   を満足する組成を有する、電子装置部品用ステンレス系
   非磁性鋼。 式１）； ％式％（） （） ０ 式２）ニ ア８×（％Ｃ）　＋９４Ｘ　（％Ｎ）＋２Ｘ（％Ｓｔ）
   　＋４×（％Ｍｎ）＋６Ｘ（％旧）　＋２．５　Ｘ　（
   ％Ｃｒ）＋５×（％ＡＱ）≧１３０ （２）重量％で、 ｃ：ｏ、ｉｏ％以下、　Ｓｉ　：　０．７０％以下、Ｍ
   ｎ　：　２．０％以下、　Ｃｒ　：　１５．Ｏ〜１９．
   ０％、Ｎｉ　：　１０．０〜１３．０％、ＡＱ７０．２
   ％以下、Ｐ　：　０．０３０％以下、Ｓ　；　０．００
   ６％以下、Ｎ　：　０．０６〜０．２０％以下、 さらにＶ：Ｑ、５％以下、 残部実質的にＦｅから成り、かつ下記式１）および２）
   を満足する組成を有する、電子装置部品用ステンレス系
   非磁性鋼。　□ 式１）： ％式％（） （） ０ 式２）ニ ア８×（％Ｃ）→−９４×（％Ｎ）＋２Ｘ（％Ｓｉ）　
   ＋４×　（％Ｍｎ）＋６Ｘ（％Ｎｉ）　＋２．５　Ｘ　
   （％Ｃｒ）＋２．５　Ｘ　（％Ｖ）＋５ｘ（％ＡＱ）≧
   １３０（３）重量％で、 Ｃ：０．１０％以下、　Ｓｉ　：　０．７０％以下、Ｍ
   ｎ　：　２．０％以下、　Ｃｒ　：　１５．０〜１９．
   ０％、Ｎｉ　：　１０．０〜１３．０％、ＡＱ：０．２
   ％以下、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ；０．００６％以下
   、Ｎ：０．０６〜０，２０％以下、 さらにＣａ、　Ｍｇ、　Ｙ、　ＲＩＥＭの１種または２
   種以−にを合計で０．０００５〜０．０３０％、残部実
   質的にＰｅから成り、かつ下記式１）および２）を満足
   する組成を有する、電子装置部品用ステンレス系非磁性
   鋼。 式１）： ％式％（） （） 式２）； ７８×（％Ｃ）　＋９４ｘ　（％Ｎ）＋２Ｘ（％Ｓｉ）
   　＋４×　（％Ｍｎ）＋６Ｘ（％Ｎｉ）　＋２．５　Ｘ
   　（％Ｃｒ）＋５×（％ＡＱ）≧１３０ （４）重量％で、 ｃ：ｏ、ｔｏ％以下、　Ｓｔ　：　０．７０％以下、Ｍ
   ｎ：２．０％以下、　Ｃｒ　：　１５．０〜１９．０％
   、Ｎｉ　：　１０．０〜１３．０％、Ａ（２：０．２％
   以下、Ｐ　：　０．０３０％以下、Ｓ　：０．００６　
   ％以下、Ｎ　：　０．０６〜０．２０％以下、Ｖ：Ｑ、
   ５％以下、さらにＣａ、　Ｍｇ、　Ｙ、　Ｒ［ｉＭの１
   種または２種以上、合計で、０．０００５〜０．０３０
   ％、残部実質的にＰｅから成り、かつ下記式１）および
   ２）を満足する組成を有する、電子装置部品用ステンレ
   ス系非磁性鋼。 式１）： ％式％（） （） ０ 式２）ニ ア８×（％Ｃ）　＋９４Ｘ　（％Ｎ）＋２Ｘ（％Ｓｉ）
   　＋４×（％Ｍｎ）＋５Ｘ（％Ｎｉ）　＋２．５　Ｘ　
   （％Ｃｒ）＋２．５　Ｘ　（％Ｖ）−ｔ−５ｘ（％ＡＱ
   ）≧１３０