JPS6173866A - 溶接性に優れた自転車リム用ステンレス鋼 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、溶接性に優れた自転車リム用ステンレス鋼に
関する。

（従来の技術） 自転車のリムには従来炭素鋼にＣｒメッキを施したもの
がほとんどであったが、メッキ廃液の処理問題や高級化
のイメージから近年ステンレス製のものが徐々に増えつ
つある。初期には加工性及び溶接性のよいオーステナイ
ト系ステンレス鋼の５ＵＳ３０４（１８Ｃｒ−８Ｎｉ）
がこの用途に用いられていたが、との鋼種はコストが高
く、このため最近では、コストの低いフェライト系ステ
ンレスの適用が計られている。大人用の大径の軽快車に
用いるリムは通常第１図にその断面を示すごとく、薄鋼
帯１をローラー成形機で連続的にふくろ状に成形し中央
の３枚重ねになる部分２を連続的にシーム溶接してから
、適当な長ざに切断し第２図に示すように環状に曲げ加
工し、更にこの環の端部３を突き合わせてフラッシュ溶
接するという工程をとるため、材料は複雑な加工に加え
てそのシーム溶接部にも加工を受けることとなる。しか
しながら通常、５Ｏ８４３０（１７ＳＣｒ鋼）のような
フェライト系ステンレス鋼の溶接部は、溶接の熱サイク
ルの高温時に一部ｒ相が生成し、それが、その後の冷却
速度によってはマルテンサイト相に変態するため溶接部
の延性及び靭性が著しく低下し、前記したような複雑な
工程をとるリムには加工が事集土困難であった。このた
め、たとえば特公昭５４−３２４０９号公報に開示され
ているようなＣの含有量を低くした上にＴ１を添加する
ことにより溶接部の延性や靭性及び耐食性を改善したフ
ェライト系ステンレス鋼が自転車リム用に供されている
。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、リムのフラッシュ溶接の最終段階では第２図
における頂端３の突き合わせ面を強く押しつけるアブセ
ット工程を経て溶接を終了するが、この際に材料の高温
強度が低いとアゲセット時に第３図に示すような座屈４
が発生しゃすくなり、溶接部の形状を損うため製造歩留
りが低下する。

前記の溶接部の諸性質を改善したフェライト系ステンレ
ス鋼では高温までフェライト単相であるため高温強度が
低く、フラッシュ溶接過程にょシ突き合わせ面付近の材
料が１１００℃以上の高温に加熱されるためこうしたア
ゲセット時の座屈の発生率が高く、製造歩留りが低下す
るが、その一方でに、この座屈を抑えるためにアプセッ
ト量を抑えると、突き合わせ端面の溶融部及びその表面
に形成する酸化物が、外部に十分に押し出されることな
く、そのままフラッシュ溶接部に残り、これが溶接欠陥
となるため、フラッシュ溶接部の靭性が極度に低下する
という問題があった。

このようなフェライト系ステンレス鋼の溶接部の諸性質
を向上させる元素としてはＴＩとともにＮｂがあること
がたとえば特公昭５４−２９１７９号公報に開示されて
いる。しかし、Ｎｂは多量に添加すると溶接部に割れが
発生するのみならず、ステンレス自体の製造工程におい
てもスラブの冷間割れを生じるなど製造性に難点がある
が、同公報によれば溶接部に割れの発生しないＮｂ添加
量の上限値はＴｉ量とともに増大することが示されてい
る。

（問題点を解決するだめの手段） そこで本発明者らは、これらＮｂとＴｌ１Ｃ！目して、
これらの元素を複合して添加した場合、そのフラッシュ
溶接部の耐座屈性に及ぼす影響について検討を行った。

その試料として第１表に示された各試料を用いてリムを
作製し、フラッシュ溶接におけるアゲセット時の高温変
形に対する抵抗を比較するための再現試験を実施した。

即ち、第１表にその化学組成を示した鋼１５鋼種のそれ
ぞれについてリムを各５０本づつ作成レフラッンユ溶接
による溶接形状不良の発生率を調べたところ、Ｎｂ添加
量が０．１５％以上のＡ６〜１５では不良品の発生率は
０〜４％であったのに対し、Ｎｂの添加量が０，１５チ
未満の煮１〜５では不良品は７〜１５本で発生率１４〜
３０％であった。したがってアプセット時の座屈を防止
するためには０．１５％以上のＮｂの添加が必要である
ことがわかった。一方、Ｔ１については、単独添加でＵ
ｏ、４％を超えてもなお耐座屈性を向上しないことが判
明した。

以上のような知見に基き本発明者らは、Ｎｂを０．１５
〜０．３％添加したうえにＴｉを０．１〜０．３％の範
囲で複合添加すれば、フラッフ−溶接時の座屈も防止で
きかつまたスラブの冷間割れも生ずることなく溶接部の
靭性、延性及び耐食性を確保できるという結論を得て本
発明をなしたものである。

すなわち本発明は、重量係で Ｃ：０．０３チ以下 Ｓｉ：Ｑ、８チ以下 Ｍｎ　：　１．Ｑ％以下 Ｃｒ　：　ｌ　０〜２０％ Ｔｌ　　：　　０．１〜０．３　％ Ｎｂ　　：　　０．１５〜０．３％ で残部がＦｅ及び不純物よりなることを特徴とする溶接
性に優れた自転車リム用ステンレス鋼である。

以下に本発明の詳細な説明する。

まず、Ｃは製鋼上不可避的に含まれるが、ステンレス鋼
ではこの含有量が高いとＣｒ炭化物を形成し耐食性を劣
化させ、リムの使用中に発銹の原因となる。さらに、フ
ェライトステンレス鋼にあってはＣは高温でγ相を生成
させる作用の強い元素であり、溶接部ではγ相が急冷さ
れてマルテンサイト相となり靭性及び延性を著しく劣化
させる。

特に本発明においては、このＣの持つ悪影響を抑えるた
めＮｂ及びＴ１を添加してＣをＴｉｅ　、　ＮｂＣ’な
どの炭化物として固定し溶接部の靭性、延性を確保する
ものであり、従ってそのためのＣ含有量は、できるだけ
少量とする必要があり、前記した通り、フラッシュ溶接
時、アプセット過程での材料の座屈を防ぐためには最小
限Ｎｂは０．１５％必要であるのでＣ量は０．０３チ以
下に抑える必要がある。

次にＳｌはフェライトステンレス鋼の靭性、延性を損う
元素であり、０．８係を超えて含まれると、特にこの傾
向が著しいので、複雑な加工を受ける自転車リム用のス
テンレス鋼の場合その含有量を０．８チ以下とした。

また、Ｍｎは製鋼上不可避的に含まれるが１チを超える
と、Ｓｔが多い場合には耐孔食性を低下させる上、意図
的な添加が必要であり経済的でないので本発明の場合１
．０チ以下とした。

さらにＣｒはステンレス鋼の耐食性を確保するために必
要な基本元素であυそのためには１０係以上の添加が必
要である。しかしながら２０％を超えると材料の靭性・
延性を劣化させ、リムの製造歩留υを低下させる恐れが
ある上に、２０％を超えて添加しても、耐食性に対する
改善効果が、本発明の場合にはさほど顕著ではないので
１０〜２０チの範囲とした。

次に本発明鋼においては前記の通、９Ｔｉ及びＮｂを複
合添加することを重要な骨子としている。

まず、Ｔｌはフェライト系ステンレス鋼の加工性。

耐食性及び溶接部の延性、靭性を改善するのに有効な成
分で、本発明鋼においてはＮｂの不足分を補って上記の
特性を改善するために少くとも０．１チの添加を必要と
する。しかしながら０．３チを超えて添加しても効果が
それほど大きくはない上、溶接部の靭性をかえって低下
させるためその添加量を０．１〜０．３チとした。

また、Ｎｂも一般にフェライト系ステンレス鋼の加工性
、耐食性、溶接性を改善するが、本発明鋼においてはリ
ムのフラッシュ溶接でのアゲセットによシ溶接部が座屈
するのを防止するために特に添加され、そのためには０
．１５％以上を必要とすることは先に述べた通りである
。しかしながら１．０．３％を超えて添加すると鋼材の
製造工程でスラブが冷却時に割れを生じ易くなって、製
造性が悪化するためその添加量ｔ−０，１５〜Ｏ，１％
とした。

なお、ｐ、ｓ及びＮなど他の不純物元素については、鋼
材の加工性、耐食性を劣化させる原因となるのでいずれ
も極力少ないことが望ましい〇このような成分を有する
本発明鋼は前述の第１図、第２図に示す要領で自転車リ
ムに加工した際、フラッシュ溶接部の靭性が高くかつ加
工の際の座屈も発生しないという、従来のリム材にはみ
られない性質を示すものである。

次に実施例によ）本発明の効果をさらに具体的に説明す
る。

実施例−１ 第２表に化学組成を示す各個のうち調香Ｃを除くＡ〜０
までの鋼を３００ｋｇの真空溶解炉にょシ溶製し、鍛造
、熱延、冷延、焼鈍の工程により０、７．厚の銅帯を作
成し、第１図に示すような断□　　面をもつ直径６３．
５ｚ（２５インチ）の自転車用リムを夫々１００本作成
した。また第２表鋼番Ｃは工場生産鋼で連続鋳造、熱延
、冷延、焼鈍の工程で製造されたもので上記リムを１０
０本作成した。各リムをフラッシュ溶接によシ環状につ
なぎ溶接部を研暦して溶接パリを除去した後、衝合部の
形状を目視検査した。溶接時に座屈を生じたものは溶接
線が切れていたり、あるいはスジが入っていたシしてこ
の段階で不合格となる。さらに、目視検査で合格したも
ののうち、各鋼種について２０本ずつを溶接部を中心に
して衝撃試験を常ｌで行い、破断面の観察を行って全破
断面積に対す・　る脆性破面の面積の割合を求めた。こ
こで脆性破断面の面積率の高いものは、溶接部の靭性が
低いことを示し、リム用材としては適でない。ＷＪ３イ
こにこれらの結果を示す。同表が示す通υ調香Ａ〜Ｅの
比較材で作られたリムは座屈による溶接形状不良発生率
及び脆性破面の面積率の平均のいずれかが高く、従って
リム用の材料としては適していない。これに対し、調香
Ｆ−０の本発明＠を用いて作られたリムは溶接部の座屈
も生じにくく且つ衝撃試欣後の破断面もほとんど延性破
面であり、一部のものにごく局部的に脆性破面が認めら
れる程度であった。

実施例−２ 第４表に化学組成を示す調香Ｐの鋼を工場生産し、連続
鋳造、熱延、冷延、焼鈍の工程で銅帯を作成し、直径６
３．５ｍ（２５インチ）のリムを生産した。同調による
リムの生産実績と諸性能を、第２表鋼番Ｃの鋼と共に第
５表に比較して示す。

なお、同表中縦剛性とは、リムの環を押しつぶす方向に
力を加えたときにリムが座屈する最小荷重をいい、また
横剛性とに、リムを横に倒して台上に固定し、リムの半
分が台の端から突き出るようにしたのち、その先端に２
０に９の荷重をかけたときにたわむ距離を以って横剛性
とする。

第５表から明らかな如く、本発明鋼を用いてリムを製造
した場合、比較鋼に比べ総合歩留りがきわめて高いほか
、リムとしての溶接部の強度、靭性及び諸剛性も高いこ
とがわかる。

（発明の効果） 以上の実施例から明らかな如く、本発明によれば自転車
リムの生産性が著しく向上するのみならず、得られたリ
ムが性能的にも優れていることが明らかであシ、産業の
発展に貢献する所極めて犬なるものがおる。

第３表

【図面の簡単な説明】

第１図は、リムの断面を示す模式図、第２図はリムを環
状に曲げたときの外観図、第３図は環端部のフラッ７ユ
溶接をしたときに発生する座屈の様子を示す概念図であ
る。 １・・・成形された銅帯、２・・・重ね部、３・・・環
端部、４・・・座屈部。 特許出願人　新日本製鐵株式会社はか１名第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 重量％でＣ：０．０３％以下 Ｓｉ：０．８％以下 Ｍｎ：１．０％以下 Ｃｒ：１０〜２０％ Ｔｉ：０．１〜０．３％ Ｎｂ：０．１５〜０．３％ で残部がＦｅ及び不純物よりなることを特徴とする溶接
   性に優れた自転車リム用ステンレス鋼。