JPS6137953A - 非磁性鋼線材の製造方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、通信装置、音響製品、コンピュータ関連機器
および精密電子機器の部品として使用に供される高り系
非磁性鋼線材の製造方法に関する。

（従来の技術） 一般に、通信装置用など上記用途には透磁率が低いこと
からオーステナイト鋼が非磁性刊料として使用される場
合が多い。

ところで、常温で安定なオーステナイト組織を得るには
Ｎｉ−、ＣｒおよびＭｎのうち２元素あるいは３元素を
比較的多量添加する必要がある。その代表例として５Ｕ
Ｓ３０４．５ＵＳ３１６等のオーステナイト系ステンレ
ス鋼がある。また、近年高価なＮｉのかわりにＭｎを多
用した高Ｍｎ系オーステナイト鋼である非磁性鋼の開発
が活発に行われている。

これらのオーステナイト系ステンレス鋼あるいは高Ｍｎ
系鋼から成る非磁性鋼線材は熱間圧延のまま使用される
ことは少なく、多くの場合、軟化熱処理後、冷間伸線、
冷間圧延、冷間圧造等の冷間加工および表面切削穴あけ
、溝切り等の切削加工を施されて最終製品となる。

これらの加工を行う場合、上述のオーステナイト系ステ
ンレス鋼はオーステナイト組織の安定性が低いため加工
段階での透磁率の劣化が問題となる。一方、高Ｍｎ系オ
ーステナイト鋼はオーステナイ１−組織の安定性は高い
が耐食性に劣る。また、これらの鋼はいずれも一般に冷
間加工性が悪いため、複雑な形状に加工することが難し
く、また伸線加工による強度確保等に制約がある。その
他、従来の製造方法では特別な配慮がなされていないた
め加工に際して必ず軟化熱処理を必要とすることから省
エネルギーの観点からも好ましいものではない。

（発明が解決すべき問題点） そこで本発明者らは、従来鋼のかかる問題点、欠点の改
善を目的として、Ｍｎ−Ｃｒ−Ｎ系のオーステナイト鋼
の本来有する特性に着目し、安定した非磁性と加工性、
更に良好な耐食性を併せて得ることのできる成分系を基
礎的に鋭意検討し、その結果かかる目的達成には高Ｍｎ
系が有利であって、しかもＣｒｓ　Ｎｉ、　Ｈの各含有
量を調整することにより、それらと相俟って所期の目的
が達成されることを知った。

さらに本発明者らは、金属組織的にも結晶の細粒化を図
ることによりさらに一層すくれた特性が得られることを
知り、そのために制御圧延することが有利であることを
知り、本発明を完成した。

（問題点を解決するための手段） かくして、本発明にあっては、熱間圧延材としての絞り
値６０％以上、伸び４０％以上、透磁率１．旧以下、伸
線限界７０％（減面積率）以上、そして減面積率７０％
で伸線加工したとき伸線材として絞り値３５％以上、透
磁率１．０１以下という特性を備えた非磁性鋼線材を提
供すべく、その手段として、高Ｍｎ系をベースに鋼組成
の調整を行うとともに、その製造に際してはさらに制御
圧延を組合せて組織の細粒化を図るものである。

ここに、本発明の特徴とするところは、重量％で、 ｃ：ｏ、ｏ１〜０．５０％、　Ｓｉ　：　１．０％以下
、Ｍｎ　：　１０〜２５％、　　　Ｎｉ　：　０．１〜
５％、Ｃｒ：１０〜２０％、　　　Ｎ　：　０．０１〜
０．５％、を含有し、さらに必要により、被削性改善の
ために、 Ｓｅ　：　０．００５〜０．３０％、Ｔｅ　：　０．０
０５〜０．３０％、Ｐｂ　：　０．０５〜０．２０％、
　Ｃａ　：　０．０００５〜０．０２％およびＳ：０．
０３〜０．１５％のうち１種または２種以上を含有し、 残部Ｆｅおよび不可避不純物 から成る組成を有する鋼を熱間圧延して得た、冷間加工
性、耐食性にすぐれた非磁性鋼線材である。

さらに、本発明の特徴とするところは、上述の組成を有
する鋳片または鋼片をを１１５０″Ｃ以上、Ｉ２５０°
Ｃ未満の温度に加熱し、次いで減面積率７０％以上で熱
間圧延を行い、熱間圧延終了後、９００　’ｃ以上、１
０００’ｃ以下の巻取温度で巻取り、５℃／ｓｅｃ以上
の冷却速度で冷却することから成る、冷間加工性、耐食
性にすぐれた非磁性鋼線材の製造方法である。

（作用） ここで、本発明において鋼組成および圧延加工条件を上
述の如く制限した理由を述べる。

Ｃ（炭素） Ｃはオーステナイトを安定にすると同時に固溶強化に寄
与する元素であって、０．０１％以上含有させる必要が
ある。一方、０．５０％を越えるとオーステナイト結晶
粒界に多量の炭化物が析出し、これにより線材の延性が
劣化すると共に、冷間加工性や耐食性の低下につながる
。したがって、本発明にあってはＣ含有量を０．０１〜
０．５０％と限定した。

Ｓｉ　（ケイ素） Ｓｉは通常脱酸剤として精錬過程で溶鋼中に添加される
が、１．０％を越えて添加してもその脱酸効果にそれ以
上の向上はみられず、むしろ非金属介在物が増加して鋼
の清浄度の悪化をもたらすため、その上限を１．０％と
定めた。

Ｍｎ　（マンガン） Ｍｎは安価にオーステナイト組織を安定化させる作用が
あり、鋼の特性を非磁性とするに必要な元素である。そ
のためには１０％以上含有させる必要があるが、一方、
２５％を越えると応力腐食割れ発生の恐れがあるため、
本発明では１０〜２５％と定めた。また非磁性および耐
食性の双方満足させる範囲としては１５〜２０％がより
望ましい範囲といえる。

旧にッケル） Ｎｉはオーステナイト組織を安定にし耐食性を改善する
のに有効な元素であり、そのためには少なくとも０．１
％以上添加する必要がある。しかし５％を越えるとオー
ステナイト組織の安定化に対しては過剰であるばかりで
なく、コスト上昇を招き好ましくない。したがって・、
本発明にあっては１含有量の上限を５％と定めた。好ま
しくは、１．０〜３．０％である。

Ｃｒ　（クロム） ＣｒはＭｎ−Ｎｉを含む鋼のオーステナイト組織を著し
く安定なものにすると共に積層欠陥エネルギーを小さく
することにより加工硬化度を高める効果がある。これら
の効果に加え耐食性の改善をはかるには１０％以上の含
有が必要である。しかし２０％を越えると前記効果にそ
れ以」二の向上が認められず、逆にオーステナイト組織
の代わりにδフエライト組織が生成して透磁率ｔ！が上
昇し非磁性特性がそこなわれることとなる。したがって
、本発明においてＣｒの含有量は１０〜２０％と定めた
。より好ましくは、Ｃｒ含有量は１３〜１７％である。

Ｎ（窒素） ＮはＣと同様オーステナイ・ト組織を安定にすると同時
に固溶強化に寄与する元素である。Ｎば耐応力腐食割れ
性を改善する効果もあり、そのためには０．０１％以上
の含有が必要である。これによって、オーステナイＩ・
組織の安定、耐食性改善等を目的としたＮｉ等の高価な
元素の多量添加を回避することもでき葛。一方、Ｎｌｙ
＜０．５％を越える様な鋼を熔解することは極めて’Ｊ
（ｔ　Ｌ　＜、またそのような高Ｎ鋼は鋳込み鋼塊中に
ブローボールによる欠陥を発生させる恐れがあり好まし
くない。したがってＮ含有量は０．１〜０．５％と定め
た。

Ｓｅ、、Ｔｅ、　Ｐｂ、　Ｃａ、　Ｓのうち１種または
２種：Ｓｅ、、Ｔｅ、、ＰｂＸＣａ、　Ｓはそれぞれ被
削性改善に有効な元素である。被削性を改善するために
は、Ｓｅ　：　０．００５％以上、Ｔｅ　：　０．００
５％以上、ｐｂ　：　０゜０５％以上、Ｃａ　：　０．
０００５％以上、Ｓ　：　０．０３％以上必要である。

一方、各元素とも多量に添加するとその機械的性質の異
方性を助長し、また例えばＴｅは熱間加工性をも劣化さ
せるため、所要により添加する場合にあってもそれらの
上限をＳｅ：　０．３０％、Ｔｅ　：　０．１０％、Ｐ
ｂ　：　０．２０％、Ｃａ　：　０．０２％、Ｓ：０．
１５％とそれぞれ定めた。特に、Ｓは鋼に被削性を向上
させるのに効果的である。すなわち、高Ｍｎ系非磁性鋼
は切削温度が高く、切削加工に際しては耐熱性のある工
具が必要となるが、Ｓを含有させることによって切削温
度を下げることができ、被削性の向上に大きく寄与する
からである。しかし、多量に添加すると機械的性質およ
び耐食性を劣化させる。その」二限は上述のように０．
１５％である。

次に、本発明の別の特徴によれば、圧延加工に先立って
１１５０℃以上、１２５０℃未満の温度に加熱するが、
本発明に係る鋼の如き高合金鋼の熱間圧延に当たっては
炭化物等の析出物をマトリクス中に再固溶させる必要が
あるために、上記範囲の高温度に加熱するのである。

このような加熱に際しては、一般的には１１５０°Ｃ以
上の温度であれば実用上問題ないが、これらの鋼は熱間
変形抵抗が高いため加熱温度は高い方が圧延加工し易い
。しかしながら１２５０°Ｃ以上になると変形能の低下
が著しく加工割れ等の問題を生じるため上限を１２５０
℃未満と定めた。

一方、熱間加工での加工度（減面積率）を７０％以上と
したのは、非磁性鋼線材は上述の如（伸線等の冷間加工
を施されるため、冷間加工に先立ち組織を細粒化して高
い延性を確保しておくことが必要であり、そのためには
熱間圧延での加工度は減面積率で７０％以上必要とする
からである。

非磁性鋼線材の巻取温度はその結晶粒と密接な関係があ
る。すなわち巻取温度が９００℃未満であると結晶の粒
成長が抑制され極めて微細な結晶となる。また、それに
伴い加工歪の一部が残留する。

これらの結果、線材の冷間加工性が損なわれる。

その他巻取温度が９００℃未満では、その後の冷却速度
にも関係するが、過剰の炭化物等が粒界に析出してしま
い、冷間加工性や耐食性の低下を招く。

一方、巻取温度が１０００℃を超えると結晶粒が粗大化
し、これまた冷間加工性の低下を招くこととなる。した
がって、本発明において巻取温度は９００℃以上、１０
００℃以下と定めた。

最後に、冷却速度を５℃／ｓｅｃ以上と限定したのは、
本発明に係る鋼の如き高合金鋼ではＭｎ、　Ｃｒ等の炭
化物が析出しやすく、線材を巻取ってから強制冷却を行
なわないと、これらの炭化物の析出が避けられないから
である。これらの炭化物が析出すると延性、冷間加工性
および耐食性の低下を招く。本発明にあっては上述の巻
取温度と関連しているが、一般にその下限冷却速度を５
℃／ｓｅｅとしている。例えば、９００°Ｃ以上、１０
００’ｃ以下の高温の線材をルーズコイル上に巻取り、
次いで適当な冷媒にて強制冷却を行うことで５℃／ｓｅ
ｅ以上の冷却速度を確保し、炭化物の析出を回避してい
る。

次に、本発明を実施例によってさらに説明する。

実施例 第１表および第２表に示す組成の鋼を調整し、各表に示
す条件で熱間圧延、冷却処理を行い、得られた線材につ
いて機械的特性、耐食性等を評価した。これらはいずれ
も断面形状１２５　ｍｉ　Ｘ　１２５　ＩＩｍの鋼片よ
り同表中に示す圧延条件にて直径５．５〜１０順の線材
にまで熱間圧延したものである。ただし、第２表の鋼種
陽１５のものはＣＣ鋼片より直径８１．５＋ｍの棒材に
まで熱間圧延したものある。

第１表は主として本発明における成分範囲に関する実施
例である。鋼種Ｎｏ、　１〜２４は本発明例であり、そ
のうち鋼種陽、１６〜２４は基本成分系に快削元素を添
加した例である。鋼種Ｎ０２５〜３６は比較例である。

なお、各実施例で得られた鋼材の各特性を評価するため
に採用した試験法は次の通りであった。

−パーにて仕上げ研磨した試験片を６０℃の人工海水の
飽和水蒸気圧下の湿潤環境下で６０時間曝露試験を行い
、全く錆が生じなかったものを「○」、全面にわたり発
錆したもの「×」と評価した。

嶺　ニオの゛・磁率： 伸線加工限界が鋼によって異なるため、伸線加工材の透
磁率は伸線加工度が７０％の時点の線にて測定した。伸
線限界が７０％未満のものについては、その限界時点で
のサンプルにて測定した。

１泉　ニオの六　値： 上述の如く鋼により伸線限界が異なるので、絞り値につ
いては伸線限界が７０％以上のサンプルは７０％の時点
のサンプル、７０％未満のものは伸線限界に達した時点
のサンプルにて測定した。

Ｊ：！ＬＭＡＭＪＬ： 伸線限界の評価方法は種々あるが、ここでは■ダイス出
口側での断線が連続して３回以上起った場合、 ■伸線材の絞り値が３０％以下となった加工度、■引張
り試験材の破面がタテに割れ、その割れ　ｑ が母材部まで進展した場合、 のいずれかに該当した時点の伸線加工度を伸線限界とし
た。なお、第１表、第２表中「＊」印のついたものは破
面のタテ割れを生じた場合を示している。

被１性： 被削性の評価はその用途を考慮し切削表面の仕上り状況
について分類した。

すなわち、族５盤にてピーリング加工後、仕上り表面に
全くむしれが認められなかったものを「○」、わずかに
むしれ疵は認められるものの若干の手直しをすれば実用
上問題ないと判断されるものを「△」、むれ疵が著しく
実用に耐えないと判断したものを「×」として評価した
。

第１表に示す結果からも分かるように、本発明例である
鋼種Ｎｏ、　１〜２４の実施例についてみるとこれらの
熱間圧延線材の性状は本発明における目標性能を十分満
足している。

すなわち、絞り値６０％以上、伸び値４０％以上、透磁
率（μ）　１．０１以下を有するばかりでなく優れた耐
食性をも有していることが判る。特に鋼種歯１６〜２４
の本発明例では線材のピーリング加工における仕上り表
面の性状が改善されている。また、これらの熱間圧延線
材は従来のように溶体化熱処理を行うことなく減面積率
７０％以上の伸線加工が可能である。

これは先述の如く、本発明によれば、１１５０°Ｃ以上
の高温に加熱することで鋼中の炭化物の完全固溶をはか
った後、熱間圧延し、比較的高温にてルーズコイル状に
巻取り、その後急冷することで線材が軟化（直接軟化）
したためである。更に加えてこれら伸線加工された伸線
材の減面積率７０％の時点にて測定した透磁率（μ）は
いずれも１．０１以下であり、加工後もオーステナイト
組織が極めて安定していることが判る。その他絞り値に
ついても３５％以上は確保されており、引張り試験片の
破面にはタテ割れ等の異常は認められなかった。

第２表は主として圧延加工条件を種々変えた場合の実施
例であり、鋼種Ｎｏ、　１〜１０は本発明の実施例であ
る。一方、Ｎ０１１〜１５は比較例である。同表より加
熱温度は１１５０〜１２５０℃（未満）、巻取温度は９
００〜１０００℃、冷却速度は５℃／ｓｅｃ以上の各圧
延加工条件の範囲内にあれば先述の如く本発明の目的と
する諸性能を満足する熱間圧延線材が得られることが分
かる。

すなわち、同表の結果から分かるように、加熱温度が１
２５０“Ｃ以上となると赤熱脆化により圧延中に割れ等
の疵が発生し線材製品としての商品価値を有しない。ま
た、巻取温度が１０００℃を越えると結晶粒が粗大化し
著しく伸線加工性が害なわれ、伸線材の絞り値も低く引
張り試験片の破面もタテ割れを生じ、以後の加工に耐え
られない。その他巻取温度が９００℃未満および冷却速
度が５℃／ｓｅｃ未満になると鋼中に炭化物が析出し耐
食性の低下および伸線性の低下が著しくなる。

（発明の効果） 以上の如く本発明によれば、高延性、低透磁率かつ耐食
性に優れた線材が得られるだけでなく、これらの線材は
そのままでも冷間加工性、切削性（快削元素添加鋼）に
優れており、２次加工でのコスト低減に寄与するもので
ある。また、本発明に係る鋼は高域面積率の加工を行っ
ても延性値、低透磁率性が良好であり、耐食性に優れて
いることから、先述の通信装置、音響製品、コンピュー
タ関連機器および精密電子機器等の非磁性を要する部品
、例えばネジ、ビス、ナンド類、コネクターのピン類、
マイクロモーターのシャフト類、ローラー、ローラー軸
等その他諸々の部品に適した素材である。しかも、これ
まで高強度部材であるがため非磁性を犠牲にしてマルテ
ンサイト系ステンレス鋼を使用せざるを得なかった用途
にも本発明鋼を使用できるばかりでなく、そのすぐれた
伸線強化特性をうまく利用することによって、非磁性、
耐食性および高強度を具備した新製品の開発も可能とな
る等、今迄のオーステナイト系ステンレス鋼の弱点を克
服した画期的な新素材である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％で、 Ｃ：０．０１〜０．５０％、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ
   ：１０〜２５％、Ｎｉ：０．１〜５％、Ｃｒ：１０〜２
   ０％、Ｎ：０．０１〜０．５％、残部Ｆｅおよび不可避
   不純物 から成る組成を有する鋼を熱間圧延して得た、冷間加工
   性、耐食性にすぐれた非磁性鋼線材。
2. （２）重量％で、 Ｃ：０．０１〜０．５０％、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ
   ：１０〜２５％、Ｎｉ：０．１〜５％、Ｃｒ：１０〜２
   ０％、Ｎ：０．０１〜０．５％、を含有し、さらに Ｓｅ：０．００５〜０．３０％、Ｔｅ：０．００５〜０
   ．３０％、Ｐｂ：０．０５〜０．２０％、Ｃａ：０．０
   ００５〜０．０２％およびＳ：０．０３〜０．１５％の
   うち１種または２種以上を含有し、 残部Ｆｅおよび不可避不純物 から成る組成を有する鋼を熱間圧延して得た、冷間加工
   性、耐食性にすぐれた非磁性鋼線材。
3. （３）重量％で、 Ｃ：０．０１〜０．５０％、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ
   ：１０〜２５％、Ｎｉ：０．１〜５％、Ｃｒ：１０〜２
   ０％、Ｎ：０．０１〜０．５％、を含有し、さらに必要
   により、 Ｓｅ：０．００５〜０．３０％、Ｔｅ：０．００５〜０
   ．３０％、Ｐｂ：０．０５〜０．２０％、Ｃａ：０．０
   ００５〜０．０２％およびＳ：０．０３〜０．１５％の
   うち１種または２種以上を含有し、 残部Ｆｅおよび不可避不純物 から成る組成を有する鋳片または鋼片をを１１５０℃以
   上、１２５０℃未満の温度に加熱し、次いで減面積率７
   ０％以上で熱間圧延を行い、熱間圧延終了後、９００℃
   以上、１０００℃以下の巻取温度で巻取り、５℃／ｓｅ
   ｃ以上の冷却速度で冷却することから成る、冷間加工性
   、耐食性にすぐれた非磁性鋼線材の製造方法。