JPS62164857A - 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〕 本発明は自転車リム用ステンレス鋼に係り、さらに詳し
くは溶接部の耐粒界腐食性に優れかつ自転車リムとして
成形された場合にリムの強度の高いＣｒ系ステンレス鋼
に関する。

〔従来の技術〕

現在、自転車リム用のステンレス鋼は一部の高級品には
加工性及び溶接性の良いオーステナイト系ステンレス鋼
の５ＵＳ３０４　　（１８Ｃｒ−８Ｎｉａ）が用いられ
ているが、材料コストが高いためより経済性を重視した
立場からコストの低いフェライト系ステンレス鋼が広く
用いられている。

自転車リムはその断面形状から大別して、第１図に示す
ような断面形状をもち、小型自転車に用いられるいわゆ
るＨ　Ｅタイプと第２図に示すような断面形状で、軽快
車に用いられるいわゆるＷ。

タイプと呼ばれるシームリムとがある。

このうち第２図に示したＷＯ型シームリムの製造工程は
、まず薄鋼帯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さくリム成品の周長となる）に切
断し、第３図に示すように環状に曲げ加工し、更にその
端部３を突き合せてフランシュバット溶接するというも
のである。また、ＨＥタイプのリムでは、薄鋼帯を同様
に、連続的にロール成形するが、その断面形状からシー
ム溶接の要はなく、その後直ちに環状に曲げ加工し、端
部３をフラッシュバット溶接するという工程をとる。し
たがってＷＯ型のシームリムでは材料は複雑な成形加工
を受ける上、そのシーム溶接部にも加工を受けることに
なり、溶接部の加工性のよい材料が必要である。さらに
、このタイプのリムでは、全周に亘るシーム溶接部と環
状につなぎ合わせるためのフラッシュバット溶接部が存
在するが、断面形状が複雑なため溶接後熱処理を施すと
、リムの形状に歪みが生じることから、これらの溶接部
は研磨は施されるものの基本的には溶接ままの状態で使
用に供される。したがってこの素材としてはとくに溶接
部の耐粒界腐食性が重要である。

これに対し、ＨＥタイプのリムでは溶接部はフラッシュ
バフ）溶接部のみで、しかも断面形状が比較的単純であ
るため溶接部の後熱処理が可能である。

フェライトステンレス鋼の代表的鋼種である５ＵＳ４３
０　（１７Ｃｒ　ｔｉｔ）は溶接部にＣ濃度の高い針状
マルテンサイト相が形成されるため溶接部の加工性、じ
ん性が著しく低下する上、Ｃｒ炭化物の粒界析出が生じ
耐粒界腐食性も劣化する。

このため５ＵＳ４３Ｑは前述したＷＯ型シームリムには
用いられず、もっばらシーム溶接部のないＨＥ型リムに
用いられ、しかもその際にはフランシュバット溶接部の
耐粒界腐食性及びじん性を回復させるための後熱処理を
必要とする。

ＷＯ型シームリムには例えば特公昭５４−３２４０９号
公報に開示されているような、Ｃの含有量を極力低下し
た上に、Ｔｉ等の安定化元素の添加によってＣの固定を
はかって溶接部をα単相にせしめ、靭性、延性を確保し
、ざらに耐粒界腐食性を改善したフェライト系ステンレ
ス鋼が使用されている。

一方、溶接部にマルテンサイト相を形成させることで溶
接部の緒特性を改善したステンレス鋼として、例えば特
公昭５１−１３４６３号公報に開示されている溶接構造
用マルテンサイトステンレス鋼がある。これは主として
通常のフルテンサイ１−系ステンレス鋼の溶接性を改善
し、予熱なしで溶接が可能であり、かつ溶接ままでも十
分延性。

靭性を存するものを得ることを目的としたもので溶接部
の耐粒界腐食性をも向上するのにはＮｂの添加を要する
。

しかしながら前者のＴｉを多量に含むフェライトステン
レス鋼は、製造時に表面疵が発生しやすく、また光輝焼
鋼時にテンパーカラーが付きやすい欠点があり、また後
者のＮｂ添加鋼はスラブの冷却割れが問題となり双方と
も素材自体の製造性に難がある。また、この種の鋼は溶
接部がα単相であるため溶接熱影響により結晶粒が粗大
化し、溶接部の強度が低下するほか、素材自体の強度が
比較的低いためリムに成形した後のリム自体の強度に限
界があり、これがリムの軽量化を妨げるー゛因となって
いる。さらに、最近では素材自体の強度不足により、ス
ポーク取付穴が使用中に拡がりスポーク抜けを起こすと
いうトラブルも発生している。したがってリム用の素材
としては、溶接部のしん性、加工性に問題のないことは
勿論、特に溶接部の耐粒界腐食性に優れかつリムとして
成形したときの強度が高くコストの低いステンレス鋼が
要望されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このような現状をふまえ、本発明者らは上記要求性能を
満足する自転車リム用ステンレス鋼について種々検討を
重ねた結果、Ｃｒを１２．５〜１７％含有するステンレ
ス鋼において、Ｃ，Ｎを適度に低減した上で、Ｎｉ　、
Ｍｎ　、Ｃｕのオーステナイト生成元素を適量添加し、
溶接部にマルテンサイト相を形成せしめることにより、
Ｔｉ、Ｎｂの安定化元素を用いなくとも溶接部の耐粒界
腐食性に優れ、かつ溶接部靭性、加工性に問題なくしか
も成形後のリム強度の高いステンレス鋼素材が得られる
ことを知見した。

すなわち、本発明は、前述した如く自転車リム用のステ
ンレス鋼としてＴｉ　、Ｎｂ等の安定化元素を用いずに
溶接部の耐粒界腐食性を十分確保しつつ強度の高いリム
が得られしかも製造性やコストメリットを損なわない自
転車リム用ス５ンレス鋼を提供することを目的としたも
のである。

〔問題点を解決するための手段〕

すなわち、本発明は重量％で Ｃ：　０．０３５％以下。

Ｎ：０．０２％以下でかつＣ十Ｎ：０．０４％以下。

Ｓｉ：０．８％以下。

Ｍｎ：３．０％以下。

Ｃｒ　：　１２．５〜１７％。

Ｎｉ：０．５〜２．８％１ ＡＪ：０．０５％未満。

Ｃｕ：２．５％以下。

を含有し、その際次式 ％式％（） で計算されるＣＥの値が５〜１８を満足し、残部Ｆｅ及
び不可避的不純物から成ることを特徴とする自転車リム
用ステンレス鋼であって、本発明によれば、Ｔｉ　、Ｎ
ｂ等の安定化元素を用いなくとも溶接部の耐粒界腐食性
が良好でしかもリム成形後の強度が高（かつ溶接部のし
ん性、加工性及び素材の製造性が確保され、自転車リム
用として格別に優れた性能を有するステンレス鋼が得ら
れるものである。

本発明における成分限定理由については以下の通りであ
る。

〔作　用〕

まず、Ｃ，Ｎはともに溶接部の靭性、加工性及び耐粒界
腐食性を著しく劣化させる。本発明にあってはこの有害
作用を抑えるためにマルテンサイト相を形成させるもの
であり、この意味からＣは０．０３５％、Ｎは０．０２
％がそれぞれ上限となりかつＣおよびＮの双方の含有量
の和を０．０４％以下とする必要がある。

次にＳｉはＣｒ系ステンレス鋼の靭性、延性を損う元素
であり、０．８％を越えて含まれると特にこの傾向が著
しい。また、Ｓｔはオーステナイトを生成しにくくさせ
る元素であり、本発明の場合マルテンサイトの形成を妨
害する作用がある。したがって本発明の自転車リム用ス
テンレス鋼にあっては０．８％以下に抑える必要がある
。

また、Ｍｎはマルテンサイト相の形成を促進する元素で
あり、また、溶接部の靭性、延性を改善する効果もある
。本発明にあっては重要な添加元素の１つであるが、３
％を超えるとマルテンサイト相が脆くなり、靭性の低下
をまねく。またＭｎの作用はＣｕ及びＮｉで補なえるの
で特に下限は設定しない。

一方、Ｃｒはステンレス鋼の耐食性を確保するために必
要な基本元素であり、自転車リムの場合最低限１２．５
％以上を要する。またＣｒは高温時γ形成を抑え結果と
してマルテンサイトの形成量を減する作用をもつため、
本発明にあっては１７％を超えて添加した場合には他の
元素を調整しても十分なマルテンサイトを形成させるこ
とが困難となる。したがって上限は１７％とする必要が
ある。

またＮｉは本発明にあっては最も重要な添加元素であり
、マルテンサイトを形成させるため、さらに溶接部の靭
性を改善しかつ素材の強度を高め、耐食性をも改善する
ために必須である。本発明にあっては高温時にＣ，Ｎが
濃縮すべきＴ相（冷却後マルテンサイト相となる）を形
成させるためには最低限０．５％を要し、その量が多い
ほど溶接部靭性、耐食性は良好となるが、２．８％を超
えて含まれた場合には、他の元素を調整しても溶接部の
靭性が低下する上に、応力腐食に対する怒受性が著しく
高まるという問題が起こる。このためＮｉの添加範囲は
０．５〜２．８％が最適である。

次にＡβは高温時α相を安定化する作用の著しく大きい
元素であり、したがってマルテンサイトの形成を抑制す
る作用が強いため、本発明にあっては０．０５％未満に
抑える必要がある。

さらにＣｕはＮｉ　、Ｍｎとならんで本発明にあっては
マルテンサイトを形成させるのに有効な元素で、しかも
耐食性及び加工性の改善効果も大きい。しかしながら、
多量の添加は熱間加工性の著しい低下をもたらし、製造
性を極度に低下させるため本発明にあっては２．５％を
超えて添加してもマルテンサイト形成に対する効果は小
さく、逆に害の方が多くなるので上限を２．５％とする
。またＭｎと同様Ｃｕの作用は基本的にはＮｉで補なえ
るので特に下限は設定しない。

尚、不可避的不純物として、Ｐは鋼の靭性、耐食性を低
下し、粒界腐食の一因にもなる元素であるため、またＳ
も同様の悪影響をもち、さらにＭｎとの化合物が耐誘性
や耐孔食性を劣化させる原因となるためこれら両元素は
望ましくはそれぞれ０．０５％以下および０．０１％以
下に低下させる必要がある。

また本発明においては以上のような成分を有しなおかつ
その際次式 ％式％（） で計算されるＣＥの値が５〜１８を満足する必要がある
。

即ち、上記式により計算されるＣＥ値は、マルテンサイ
ト相の形成しやすさを表す指標であり、ＣＥ値が小さい
ほど溶接部のマルテンサイト量が増えるが、本発明にお
いては上述したとおり、成る程度のマルテンサイト量を
溶接部において確保する必要があり、このためにはＣＥ
値を１８以下とする必要がある。一方ＣＥ値が小さいほ
ど高温時にγ相が安定となり、結果として得られる溶接
部のマルテンサイト量も多くなるが、ＣＥ値が小さすぎ
ると、マルテンサイト組織が粗大なものとなり、かえっ
て溶接部の靭性を損なう傾向が現れる。このためＣＥ値
は５以上とする必要がある。

しかして、ＣＥ値が５〜１８を満す本発明の範囲内の成
分系をもつステンレス鋼においては、特に自転車リムに
加工した際シーム及びフラッシュバット溶接後の溶接部
におけるマルテンサイトの性状及びその量が適度な範囲
を保ち、耐粒界腐食性、靭性、加工性が十分確保されし
かも著しく強度の高いリムが得られる。

即ち、本発明はこのような構成とすることによって、シ
ーム溶接及びフラッシュバット溶接に際し、その高温時
にγ相を形成せしめ、そのγ相中にＣ，Ｎが濃縮するこ
とを利用してその後の冷却中でのＣｒ炭窒化物の粒界析
出を抑え、溶接部の耐粒界腐食性を確保すると同時に、
素材自体の強度が高いのみならず、リム全周にわたって
存在するシーム溶接部にマルテンサイト相を形成せしめ
、リム全体の強度を改善することができる。なお、この
際形成するマルテンサイト相の性状と量によって溶接部
の耐粒界腐食性、靭性および加工性が支配されるもので
あるが、本発明においてはマルテンサイトの量が十分得
られるためその中に吸収されるＣ、Ｈの量が十分となり
耐粒界腐食性が確保でき、またマルテンサイト相自体脆
い針状のものではなく、地のフェライト相と混在して微
細組織を呈するため溶接部の靭性、加工性を著しく改善
することが可能となるのである。

次に実施例により本発明の効果をさらに具体的に説明す
る。

〔実施例−１〕 第１表に化学組成を示す各鋼を２５ｋｇづつ真空溶解し
、熱延、焼鈍、冷延、焼鈍の工程により１、５　ａｍ厚
の板状試験片を作成した。また、第１表中に成分を併記
した５ＵＳ４３０鋼及び４３０Ｔｉ鋼は工場生産鋼で連
続鋳造、熱延、焼鈍、冷延。

焼鈍の工程で生産されたもので１．５　ａｍ厚の板状試
験片を作成した。これらの仮名３枚づつに、１３００°
Ｃまで６０秒で加熱し、その後５００℃までを１０秒で
冷却するというフラッシュバット溶接を再現した急熱急
冷の熱サイクルを与えた後、ＪＩＳ００５７５準拠の硫
酸−硫酸銅試験にて耐粒界腐食性を評価した。また別に
、上記各冷延焼鈍板の表面を０．０５μｍのＡｌ２Ｏ３
粉を用いてパフ研出した後、ＪＩＳＨ８５０２に準拠し
た中性塩水噴霧試験を３サイクル７２ｈｒ行い、表面の
発錆状況を目視判断した。

それぞれの試験結果を第２表に示す。第２表より本発明
鋼はいずれも耐粒界腐食性に優れかつ耐錆性も５ＵＳ４
３０並み以上を確保している。

〔実施例−２〕 第３表に化学組成を示す名調を３００　ｋｇづつ真空溶
解し、鍛造、熱延、焼鈍、冷延、焼鈍の工程により０．
７　ｎｉ厚の鋼帯を作成し、第２図に示すような断面形
状をもつ直径６３．５ｃｍ（２５インチ）のＷＯ型のシ
ームリムを作成した。また第３表中の４３０Ｔｉ及び４
３ＯＮｂ鋼は工場生産鋼で連続鋳造、熱延、焼鈍、冷延
、焼鈍の工程で生産されたものでやはり上記リムを作成
した。これらのリムを、フラッシュバット溶接部を中心
にして衝撃試験を常温にて行い、リム形状での衝撃吸収
エネルギーをそれぞれ６０本づつ測定した。また、各リ
ムのフランシュバット溶接部を中心にリムを弦状に１４
ｃｍの長さに切出し、弦中央部の接線方向に引張試験を
行ない、フラッシュバット溶接部のリム形状での引張強
さをそれぞれ６０本づつについて測定した。さらに、各
鋼種で製造したリムの縦剛性及び横剛性を測定した。な
お、縦剛性とはリムの輪を半径方向に押しつぶすように
力を加えたときに、リムが座屈する最小荷重をいい、ま
た横剛性とはリムを横に倒して台上に置き、リムの扮が
台の端から突き出るように固定したのち、その先端に２
０ｋｓｒの荷重をかけたときにたわむ距離である。これ
らの結果を第４表に示す。第４表より本発明鋼を用いた
リムはいずれも高いリム強度を有しかつ、靭性も優れて
いることが明らかである。

〔発明の効果〕

以上の実施例からも明らかな如く、本発明によれば溶接
部耐粒界腐食性が十分確保されかつ、リムとしての諸強
度及び靭性の著しく優れた自転車リム用ステンレス鋼を
得ることが可能となり、産業上の効果は極めて顕著であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は自転車リムの断面形状の態様例を示す
斜視図である。 ｌ・・・薄鋼帯、２・・・重ね部分、３・・・端部。 第１図 手続補正書（自発） 昭和６１年３月１７日 特許庁長官　宇　賀　道　部　殿 ■、小事件表示 昭和６１年特許願第００７００３号 ２、発明の名称 自転車リム用ステンレス鋼 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 東京都千代田区大手町二丁目６番３号 （６６５）新日本製鐵株式會社 代表者　武　　１）　　　豊 ４、代理人〒１００ 東京都千代田区丸の内二丁目４番１号 ６、補正の対象 （り明細書５頁１３行「しかしながら前者のＴＩを多量
に含む」を「しかしながら一般に、Ｔｉを多量に含む」
に補正する。 （２）同５頁１５行「光輝焼鋼時」を「光輝焼鈍時」に
補正する。 （３）同５頁１６行「また後者の」を「さらに」に補正
する。 （４）同１９頁２行「粉Ｊｔ−ｒ半分」に補正する。 手続補正書（自発） 昭和６１年５月２日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 重量％で Ｃ：０．０３５％以下、 Ｎ：０．０２％以下でかつＣ＋Ｎ：０．０４％以下、 Ｓｉ：０．８％以下、 Ｍｎ：３．０％以下、 Ｃｒ：１２．５〜１７％、 Ｎｉ：０．５〜２．８％、 Ａｌ：０．０５％未満、 Ｃｕ：２．５％以下、 を含有し、その際次式 ＣＥ＝２Ｃｒ（％）＋３Ｓｉ（％）＋５Ａｌ（％）−８
   ０（Ｃ＋Ｎ）（％）−６Ｎｉ（％） −４Ｍｎ（％）−５Ｃｕ（％） で計算されるＣＥの値が５〜１８を満足し、残部Ｆｅ及
   び不可避的不純物から成ることを特徴とする自転車リム
   用ステンレス鋼。