JPS61213351A - 高強度非磁性ステンレス鋼 - Google Patents

高強度非磁性ステンレス鋼

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JPS61213351A
JPS61213351A JP60054184A JP5418485A JPS61213351A JP S61213351 A JPS61213351 A JP S61213351A JP 60054184 A JP60054184 A JP 60054184A JP 5418485 A JP5418485 A JP 5418485A JP S61213351 A JPS61213351 A JP S61213351A
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JP
Japan
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steel
stainless steel
cold working
cold
high strength
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Pending
Application number
JP60054184A
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English (en)
Inventor
Kazuo Hoshino
和夫 星野
Toshihiko Takemoto
敏彦 武本
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Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Original Assignee
Nisshin Steel Co Ltd
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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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は磁気特性を利用して機能する各種機器・装置に
使用される耐食性に優れ、かつ高強度を有する非磁性ス
テンレス鋼に関する。
〈従来技術とその問題点〉 5US304に代表されるCr−Ni系オーステナイト
ステンレス鋼は良好な耐食性と焼鈍状態で非磁性のオー
ステナイト組織を有するので、非磁性鋼として電気、精
密機器部品用に使用されている。また部品によっては強
度を必要とするため冷間加工を施した後に使用されてい
る。しかしながら、5US304鋼はオーステナイト相
が準安定であるため、冷間加工中にマルテンサイト変態
が生じ、磁性を帯びるようになる。そこでそのような目
的には、オーステナイト相がさらに安定な5US316
.あるいは、高強度鋼としてN含有量の高い5O330
4N、5US316Nが使用されている。
ナイhHは本来、非磁性鋼として開発されたものでなく
、汎用鋼を単に、非磁性用途に転用したものにすぎない
。例えば、よりオーステナイト相の安定な5US316
系は高価なNi、Moを多階に含有しているが、MOは
耐食性に優れた効果を発揮するものの高強度あるいは非
磁性に対する寄!jは低い。またN含有量の高い5US
316Nも冷間加圧による強度の上昇は低く、高強度材
とは言い難い。
高51含有鋼としては、耐熱鋼や耐応力腐食割れ鋼があ
り、これらの鋼種はSiが耐酸化性あるいは応力腐食割
れ防止に優れた効果を発揮することによる。また、優れ
た耐擦傷性を有する鋼としては、特公昭56−3238
7の鋼があり、その化学成分はCr:12〜19%、N
i:4〜12%、 Mn 7〜1.2%、Si3〜5%
、C:0.01〜0.12%、N:0.03〜0.3%
で、焼鈍時のオーステナイト組織を確保するためにSi
の含有量に直接比例した量のオーステナイト生成元素N
i を含有させである。
さらに耐焼付性 耐掻疵性を有する鋼として特公昭56
−11379の鋼があり、その化学成分はCr:13〜
25%、Ni:5〜15%、Mn:0.5〜55%、S
i:2.5〜5.0%、C:O,15%以下、N二0.
05〜0.20%で、ll¥l滑剤が使用できない条件
下での摺動部材に使用できるもので、SlとNの地質の
強化ならびにSiによる酸化被膜の生成とその自己回復
性の強化を利用するものである。
しかしながら、これらの高Si含有オーステナイI・鋼
は溶接性ならびに冷間加工により硬化された状態での非
磁性の確保について全く考慮されていない。すなわち、
これらの鋼は成分系によって°は溶接時の高温割れがは
げしく、また冷間加工によりマルテンサイトが生成する
ため磁性を帯びるようになり、非磁性鋼としては使用で
きない。
以上概説したように、溶接性が良好な加工硬化型の高強
度非磁性ステンレス鋼としてのCr−N i系オーステ
ナイトステンレス鋼はいまだ提供されていないのが現状
である。
く問題解決の手段〉 本発明者等は多年Cr−Ni系オーステナイトステンレ
ス鋼の硬ざと透磁率におよぼす合金元素ならびに冷間加
工および熱処理の影響を調査した結果、SiとNは冷間
加工を施した後、ならびに冷間加工後に適度の熱処理を
施した後での強度の上昇に著しい効果を有することを見
出だした。そこでCr −Ni ’5−スにSiおよび
Nの固溶強化元素を添加した鋼に、冷間加工あるいは冷
間加工とその後の熱処理を施すことにより高強度化を図
り、かつ、オーステナイト相安定化元素を添加すること
により、冷間加工後の非磁性を維持するオーステナイト
鋼の組成を設計した0本発明において、非磁性とは透磁
率が1.01以下のものをさす。
〈発明の構成と作用〉 本発明によれば、 重量%で、C:0.08%以下、Si:3〜6%、Mn
:3〜9%、Ni:12〜16%、Cr有し、残部Fe
ならびに不純物からなり、次式%式% で定義されるA(γ)値が −10,0< A(γ)<0 を満足し、かつ、 Ni81!l/I量m Ni+0.6Mn+9.89(
C+N)+0.18fll:r−0,11Si2で定義
されるNi当量の値が、加えられる冷間加工量に応じて
、第5図に示される曲線A−Aより上の範囲にあるよう
に組成調整されたことを特徴とする溶接性の良好な高強
度非磁性ステンレス鋼が提供される。
本発明の鋼において、CはNと同様に強力なオーステナ
イト相安定化元素であり、かつ強度の向上に有効な元素
であるが1反面Cは耐食性ならびに溶接性を著しく低下
させる元素であるため、それの事情を考慮すると上限は
0.08%となる。
Siは本発明鋼の主要な特徴である高強度を得るのに有
用な元素であり、その目的を達成するためには少くとも
約3%必要であるが、またSi含ようになるとともに、
熱間加工性が劣化するために上限を6%とする。
MnはNi と同様に冷間加工後の非磁性を確保するた
めに必須の元素である。さらにMnはNの固溶度を高め
る元素でもある。これらの性能を発揮するには約3%以
上必要であり、また冷間加工後の非磁性を保つためにS
i含有量に応じてN1とともにMnの含有量を調整する
必要があるが、多量のMnは冷間加工後の硬さの減少を
もたらすとともに溶接時の高温割れ感受性を高めるため
L限を9%とする。
Niはオーステナイト鋼の基本成分であり、オーステナ
イト相の安定化に寄与する元素である。
冷間加工後の非磁性を保つためには12%以と必要であ
り、さらにSi、Mnの含有量に応じて、前記のように
Ni含有量を調整する必要がある。
しかし多量のN1はMn同様冷間加工後の硬さの減少を
もたらすとともに、溶接時の高温割れ感受性を高めるの
で上限を16%とする。
Crはステンレス鋼の基本成分であり、良好な耐食性を
得るためには約16%以上の含有が必要であるが、多量
に含有されると、多量のデルタフェライトが生成し、熱
間加工性が低下するとともにり 非磁性が確保できなく
なるため上限を22%とする。
Nは本発明鋼の主要な特徴である非磁性を維持し、かつ
高強度を得るために有効な元素である。
これらの性能を発揮させるには0.1%以り含有させる
必要がある。しかし、0.25%を超えると、健全な鋼
塊が得られないのでこれを上限とする。
A(γ)とNi当量の式とA(γ)の数値範囲は実験結
果から洞察によって導出されたものである。
すなわち、本発明はCr−Ni系オーステナイトステン
レス鋼に31およびNならびにMnを多量含有させ、上
記のように組成を調整し、これを冷間加工し、あるいは
冷間加工と熱処理を施すことにより、高強度化し、かつ
冷間加工後の透磁率をi、ot以下に抑え得るものであ
る。冷間加工後の熱処理は350〜600℃で行うこと
が望ましい。
〈発明の具体的記載〉 次に図面を参照して本発明の詳細な説明する。
第1図は本発明の1?Cr−14Ni−Cr−14Ni
−5,05C−xN鋼(!、Yは変数)の60%冷間加
工後の硬さとSi、Nの含有量の関係を示す。第2図は
同じ鋼の60%冷間加工後500 ’Cで1時間熱処理
した後の硬さとSi、Hの含有量の関係を示す。これら
の図から分かるようにSiとNは相補って冷間加工後の
硬さを上昇させる。
第3図は同じく本発明にかかる17.5Or−14,8
1−5Mn−5,5Si−0,05G−0,14N鋼(
7)60%冷間加工後の硬さに及ぼす熱処理温度(均熱
時間1時間)の影響を示す線図である。この図から分か
るように、冷間加工後の熱処理は350〜600℃で行
うべきである。これより低い温度域では硬化効果がなく
、これより高い温度域では軟化が起る。
第4図は比較鋼である1f3Cr−13Ni−0,05
C−1,5Mn−xSi−0,04N鋼(Xは変数)の
冷間圧延後の透磁率り、−乃tギナS1の膨臀ル云十協
M讐訊スー洋ヰ8゜は冷間加工に対するオーステナイト
相の安定化に寄与するといわれていたが、この図に見ら
れるように、Siは冷間加工後の透磁率を上昇させ、そ
の含有量が多くなる程その効果は著しい。従って高強度
化に必須の元素であるSlの含有量に応じてオーステナ
イト相安定化元素の含有量を調整する必要がある。すな
わち冷間加工後の透磁率に及ぼすNi 当量は前記の式
で定義されることが見出された。
冷間加工後の非磁性を維持するために必要なこのように
定義されるNi当量の最小限の値は、第5図の曲線A−
Aで与えられ、強度に冷間圧延される鋼はど高いNi当
量値を有しなければならないことが分った。
また高Si、高Mn、高Niを含有するステンレス鋼は
1種の高合金鋼であり、良好な溶接性を得るには溶接時
にデルタフェライトを生成させるように組成を設計する
必要がある。そこで数々の実験を重ねた結果、オーステ
ナイト相の安定度指数A(γ)を前記のように定義し、
その値が前記のように、−10,0とOの間にあるよう
に調整すればよいことが判明した。該A(γ)値が−1
0,0未満では多量のデルタフェライトが生成して非磁
性が確保されず、0以上では良好な溶接性が確保されな
い。
〈実施例〉 本発明鋼の特徴を従来鋼ならびに比較鋼と比べて実施例
をもって明らかにする。
第1表に示す鋼が溶製された。試料A1.A2は従来鋼
でAlはSUS 304鋼、A2はSOS 31B鋼で
Nl量が規格の上限に近いものである。C1〜C3は比
較鋼で、C1はSi含有量が高いもの、C2はSi、N
およびMn含有量が高いが、Ni含有量が9%と低いも
のである。C3は成分含有低は本発明の範囲内であるが
、A(γ)値が本発明範囲を外れている。Bl−B8が
本発明鋼である。
それぞれの鋼は30kg高周波誘導溶解炉で溶製された
。それぞれの鋼を10mm厚、1201脂輻に鍛造後、
溶体化処理し、これを3膳1まで冷間圧延し、中間焼鈍
した後さらに1.5mmまで冷間圧延し、最終焼鈍を施
した後、120X300mmの試片とした。
これらの試片は目標の冷間圧延を施した後、ビッカース
硬さを20kgの荷重で測定し、透磁率を島津磁気天秤
MB−3型を用いて10000eの磁場のもとで測定し
た。
第2表は、第1表の6鋼の焼鈍後、20%、40%、6
0%冷間圧延後、および冷間圧延の後に500 ’0.
1時間の熱処理を施した後でのビッカース硬さ、60%
冷間圧延後の透磁率、ならびに溶接性の評価を示す。
ここで溶接性の評価はTIG溶接後にカラーチェックを
行ない1割れが観察されないものを01割れが多数観察
されるものを×とした。
第2表から知られるように、Al鋼(SUS304)は
60%の冷間圧延により硬さがHv455、熱処理後の
硬さがHマ486と硬度では優れているが、Ni当量値
が13.77と低く、冷間加工後の透磁率が非常に高い
、すなわち、  SO5304は冷間加工によりマルテ
ンサイト相が生成し、透磁率が上昇するため、非磁性鋼
として使用できない、またA2鋼(SUS 316)は
60%の冷間圧延後の透磁率が1.01以下で非磁性で
あるものの、60%冷間圧延後の硬さがHマ376゜ま
た熱処理後の硬さが、Hマ407と低く、高強度材とし
ては不充分である。C1鋼およびC2鋼は5US304
と同様強度レベルは高いが、冷間圧延後の透磁率は高い
、C3鋼は60%冷間圧延を施した後の硬さが高く、ま
た透磁率も1.01以下と非磁性を維持しているが、A
(γ)値が正の値であり、溶接性が著しく悪い。
これらに対して、本発明鋼であるB1〜B6鋼 tはS
i、Nの含有量が高く、60%の冷間圧延後の硬さがH
マ420以上、また60%の冷間圧延後500℃で熱処
理を施すことにより、硬さが■マ500以上になる。ま
た、透磁率について前記式で与えられるNi当量が19
.0以上となる様にNi、MnおよびNを適量含有して
おり、60%の冷間圧延を施した後でも、透磁率が1.
01以下であり、非磁性についても優れたものである。
さらに前記式で与えられるA(γ)値が一1O10〜O
となるように組成調整されており、溶接性も良好である
〈発明の効果〉 本発明鋼は耐食性が良好で、冷間加工後および冷間加工
後熱処理を施した後の硬さに優れ、かつ冷間加工後の透
磁率が1.01以下である充分安定した非磁性を有する
、高強度を必要とする電気および電子機器部品や装置用
の材料として極めて高い実用性を有する非磁性ステンレ
ス鋼を提供する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明0’) 17cr−14Ni−5Mn−
ysi−0,05C−xN鋼(!、菫は変数)の60%
冷間加工後の硬さとSiとNの含有量の関係を示す。 第2図は同じ鋼の60%冷間加工後500℃で1時間熱
処理した後の硬さとSi、Nの含有量の関係を示す。 第3図は同じく本発明にかかる17.5Cr−14,8
1−5Mn−5,5S+−0,05G−0,15N鋼の
60%冷間加工後の硬さに及ぼす熱処理温度(均熱時間
1時間)の影響を示す線図である。 第4図は比較鋼である18Cr−13Ni−1,5Mn
−xSj−0,05G−0,04N鋼(冨は変数)の冷
間圧延後の透磁率に及ぼすSiの影響を示す線図である
。 第5図は非磁性を維持するのに必要とする最小限のNi
当量と冷間圧延率の関係を示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)重量%で、C:0.08%以下、Si:3〜6%、
    Mn:3〜9%、Ni:12〜16%、Cr:16〜2
    2%、N:0.1〜0.25%を含有し、残部Feなら
    びに不純物からなり、次式A(γ)=Ni+0.5Mn
    +30(C+N)−1.3Cr−2.6Si+11.8
    で定義されるA(γ)値が −10.0<A(γ)<0 を満足し、かつ、 Ni当量=Ni+0.6Mn+9.69(C+N)+0
    .18Cr−0.11Si^2で定義されるNi当量の
    値が、加えられる冷間加工量に応じて、第5図に示され
    る曲線A−Aより上の範囲にあるように組成調整された
    ことを特徴とする溶接性の良好な高強度非磁性ステンレ
    ス鋼。
JP60054184A 1985-03-20 1985-03-20 高強度非磁性ステンレス鋼 Pending JPS61213351A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4851059A (en) * 1987-03-12 1989-07-25 Nippon Steel Corp. Non-magnetic high hardness austenitic stainless steel

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US4851059A (en) * 1987-03-12 1989-07-25 Nippon Steel Corp. Non-magnetic high hardness austenitic stainless steel

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