【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
［産業上の利用分野］
本発明は高強度、高靭性オーステナイト系ステ
ンレス鋼線材に関し、さらに詳しくは事務機器、
電気機器、精密機器、建築物、自動車等の産業分
野において、耐蝕性の要求される部品、例えば、
耐蝕性ばね、ロツド、シヤフト、ピン類に使用さ
れるオーステナイト系ステンレス鋼線材に関す
る。
［従来技術］
従来、高強度オーステナイト系ステンレス鋼と
しては、SUS304が主として使用されてきている
が、強度が炭素鋼ピアノ線と比較すると、かなり
低い。即ち、JISにおいても、
炭素鋼ピアノ線
JIS（G3522）SWP−B2φ、引張強さ、205〜
225Kgf／mm2、
オーステナイト系ステンレス鋼
JIS（G4314）SUS304−WPB2φ、引張強さ
170〜195Kgf／mm2
と規定化されており、ステンレス鋼の引張強さは
低い水準にあり、そのため、高強度が必要な部品
製造においては、ステンレス鋼の形状寸法の大型
化あるいはピアノ線に防蝕メツキを施す等の繁雑
な加工工程を必要としているのが現状である。
また、成型加工上の問題としては、ばね、ロツ
ド類の端部は構造物に取り付けるための曲げ加工
を施すことが多いが、高強度鋼は一般に靭性が低
いために加工割れのトラブルを発生することであ
る。
［発明が解決しようとする問題点］
本発明は上記に説明したように、従来における
オーステナイト系ステンレス鋼の問題点が加工上
の問題点に鑑み、本発明者が鋭意研究を行い、検
討を重ねた結果、産業構造が重厚長大型から軽薄
短小型へ展開している中で、オーステナイト系ス
テンレス鋼線材に高性能（高強度）を付与し、か
つ、成型性の良好な高強度、高靭性オーステナイ
ト系ステンレス鋼線材を開発したのである。
［問題点を解決するための手段］
本発明に係る高強度、高靭性オーステナイト系
ステンレス鋼線材の特徴とするところは、
C0.04〜0.10wt％、Si1.50〜2.50wt％、
Mn0.30〜2.00wt％、Ｐ≦0.045wt％、
Ｓ≦0.030wt％、Ni6.00〜10.50wt％、
Cr17.00〜20.00wt％、Al≦0.007wt％、
N0.15〜0.25wt％
を含有し、残部Feおよび不純物からなり、鋼中
の酸化物系非金属介在物の組成範囲が、
SiO220〜100wt％未満、MnO≦50wt％、
Al2O3≦30wt％
であることにある。
本発明に係る高強度、高靭性オーステナイト系
ステンレス鋼線材が高性能となるのは次の理由に
よる。
(1) 高強度を付与する手段
合金成分として、Ｃ、Si、Ｎの最適量を複合
含有させ、これらの成分の固溶硬化作用により
高強度が得られるのである。そして、Ｃ、Ｎは
鋼中に浸入型に固溶硬化し、Siは鋼中に置換型
に固溶硬化するが、従来Siの固溶硬化について
は積極的に考慮されていなかつた。本発明に係
る高強度、高靭性オーステナイト系ステンレス
鋼においてはSiをＣ、Ｎと複合含有させること
いより、顕著に強度が上昇することを見出だ
し、Ｃ、Si、Ｎを積極的に含有させて高強度を
得るものである。
(2) 高靭性を付与する手段
オーステナイト系ステンレス鋼線材の靭性低
下の原因は二つあり、一つは鋼中の酸化物系介
在物であり、他の一つは伸線加工中に生成する
加工誘起マルテンサイトである。
鋼中の酸化物系金属介在物の組成、形態につい
て、即ち、従来ステンレス鋼では、酸化物の主成
分はAl2O3系であつて、このAl2O3は硬質で塑性
変形しない角状のＣ型介在物となり、この角状介
在物は曲げ加工時に応力集中を受け易く、加工割
れ発生の起点として作用するので、本発明に係る
高強度、高靭性オーステナイト系ステンレス鋼線
材においては、Si含有量と介在物組成、形態につ
いて研究の結果、Si含有量を増加させ、Al含有
量を低減することによつて、鋼中酸化物の主成分
をSiO2系に変換し、形態としては延伸型（A2型）
に変えることができることを知見し、そして、こ
の延伸型介在物は曲げ加工時の集中応力を緩和し
靭性値の向上に寄与するのである。
次に、伸線加工中に生成する加工誘起マルテン
サイトについて、従来ステンレス鋼においては多
量に生成することは避けられず、マルテンサイト
相は硬質で脆い組織であるので、曲げ加工時の靭
性低下、割れ発生の原因となつていた。しかし
て、本発明に係る高強度、高靭性オーステナイト
系ステンレス鋼線材においては、Ｃ、Ｎの含有量
を増加することによつて、伸線加工後においても
マルテンサイト相の生成を少なく抑制できる事、
即ち、安定したオーステナイト相を得ることを認
めると共にオーステナイト相の安定化により曲げ
靭性値が向上することがわかつた。
本発明に係る高強度、高靭性に優れたオーステ
ナイト系ステンレス鋼線材の含有成分および成分
割合について説明する。
Ｃは鋼に浸入型に固溶し強度を上昇すると共
に、オーステナイト相を安定させるのに必要な元
素であり、含有量が0.04wt％未満ではこの効果は
少なく、また、0.10wt％を越えて過剰に含有され
ると炭化物を生成し、耐蝕性を劣化させる。よつ
て、Ｃ含有量は0.04〜0.10wt％とする。
Siは製鋼脱酸剤として含有されるが、さらに、
積極的に、鋼中に置換型に固溶硬化させると共
に、鋼中の酸化物の主成分をSiO2にするために
は、1.50wt％以上含有させる必要があり、また、
2.50wt％を越えて含有されると、熱間加工性を悪
くする。よつて、Si含有量は1.50〜2.50wt％とす
る。
Mnは鋼中ＳとMnSを生成し、熱間加工性改善
のためには0.30wt％の含有は必要であり、また、
含有量が2.00wt％を越えて含有されると耐蝕性を
低下させる。よつて、Mn含有量は0.30〜2.00wt
％とする。
Ｐは靭性および耐蝕性の面からは低い程好まし
いものであるが、不可避的に混入してくるので、
含有量は≦0.04wt％とする。
ＳもＰと同様に靭性および耐蝕性のめんから低
い程好ましいが、不可避的に混入してくるので含
有量は0.03wt％とする。
Niは鋼のオーステナイト域を拡大して常温に
おいてオーステナイト組織とするのに必要であ
り、含有量が6.00wt％未満ではこの効果はなく、
また、10.50wt％を越えて含有されると上記の効
果は飽和してしまい高価であることから無駄であ
る。よつて、Ni含有量は6.00〜10.50wt％とする。
Crは安定した耐蝕性を得るために、17.00wt％
の含有は必要であり、また、20.00wt％を越えて
含有されるとフエライト相を生成しオーステナイ
ト相と２相組織となつて熱間加工性を低下させ
る。よつて、Cu含有量は、17.00〜20.00wt％とす
る。
Alは鋼中に硬質のAl2O3酸化物を生成し、靭性
を劣化させる有害成分であるが、製鋼原料から不
可避的に残留するので、含有量は≦0.007wt％と
する。
ＮはＣと同様に浸入型に固溶して強度を上昇さ
せると共に、オーステナイト相を安定させる元素
であり、伸線加工後のオーステナイト相の占有率
を90％以上とするためには、含有量は0.15wt％以
上は必要で、また、0.25wt％越えて多く含有され
ると応力腐食割れを促進する。よつて、Ｎ含有量
は0.15〜0.25wt％とする。
［実施例］
本発明に係る高強度、高靭性オーステナイト系
ステンレス鋼線材について実施例を説明する。
実施例
第１表は、本発明に係る高強度、高靭性オース
テナイト系ステンレス鋼線材（本発明鋼というこ
とがある）は番号１、２、３、比較鋼は番号４、
５、６、従来鋼は７の含有成分および含有割合を
示す。
第１図は、Ｎ含有量と２mmφ線の品質特性を示
す。
先ず、引張強さについてみると、Ｎ含有量が増
すと増加し、0.15wt％以上含有させると引張強さ
は炭素鋼ピアノ線のJIS規格以上の210Kg/mm2以上
の高強度が得られることがわかる。これはＮが同
時に含有されているＣ、Siと複合効果を発揮し強
度向上に寄与していることによる。
これに対し、比較鋼４、５、６では210Kg/mm2以
上の高強度には達ていない。この理由は、比較鋼
４、５、６に含有されているＮ、Ｃ、Siの含有量
が本発明鋼に比べて低いため充分な固溶硬化が得
られないからである。
次に、オーステナイト相の安定度を見ると、Ｎ
含有量が0.15wt％以上である本発明鋼はオーステ
ナイト相占有率率90％以上を示し、組織が安定し
ていることがわかる。これに対し、比較鋼４、５
はＮまたはＣの含有量が低いためオーステナイト
相占有率が低いことがわかる。この場合は、Ｘ線
回折法による測定結果である。
さらに、２mmφ線の靭性評価法として曲げ試験
を実施したが、曲げ回数は本発明鋼ではオーステ
ナイト相の安定度に対応して16回以上の高い回数
が得られ、靭性の高い実用材料として適してい
る。この場合の曲げは曲げツール５mmＲでの90゜
曲げ回数を示す。
第２図は鋼中酸化物の組成分析結果をSiO2−
MnO−Al2O3三元状態図にプロツトしたものであ
る。
従来鋼の酸化物組成はAl2O3、MnOを主成分と
して、その成分はSiO20〜20wt％、MnO0〜
100wt％、Al2O30〜100wt％の領域に分布するこ
とがわかる（第２図では△で示してある）。
これに対して、本発明鋼はSiを積極的に、
1.50wt％以上多量に含有させていることから、酸
化物組成は従来鋼と異なり、成分はSiO2を主成
分として、SiO220〜100wt％未満、MnO≦50wt
％、Al2O3≦30wt％の領域に分布していることが
わかる（第２図では斜線の〇でしめしてある）。
従来鋼に存在するAl2O3−MnO系の酸化物は熱
間加工工程で延伸せず、鋼材においてＣ型角状の
介在物として残存し、曲げ加工時に応力集中し割
れの起点となつて鋼材の靭性を劣化させる。これ
に対して、本発明鋼に認められるSiO2系の酸化
物は変形能を有し延伸するので、鋼材加工時に応
力集中を緩和することにより靭性の向上に寄与す
るのである。
[Industrial Application Field] The present invention relates to a high strength, high toughness austenitic stainless steel wire rod, and more specifically to office equipment,
In industrial fields such as electrical equipment, precision equipment, buildings, and automobiles, parts that require corrosion resistance, such as:
This invention relates to austenitic stainless steel wire used in corrosion-resistant springs, rods, shafts, and pins. [Prior Art] Conventionally, SUS304 has been mainly used as a high-strength austenitic stainless steel, but its strength is considerably lower than that of carbon steel piano wire. That is, in JIS, carbon steel piano wire JIS (G3522) SWP-B2φ, tensile strength, 205~
225Kgf/mm 2 , Austenitic stainless steel JIS (G4314) SUS304−WPB2φ, tensile strength
The tensile strength of stainless steel is specified as 170 to 195 Kgf/mm 2 , and the tensile strength of stainless steel is at a low level. Therefore, in the manufacture of parts that require high strength, it is necessary to increase the size of stainless steel or to make the piano wire corrosion-resistant. The current situation is that complicated processing steps such as plating are required. Additionally, as a problem in forming, the ends of springs and rods are often bent in order to attach them to structures, but high-strength steel generally has low toughness, which causes problems with processing cracks. That's true. [Problems to be Solved by the Invention] As explained above, the present inventor has conducted extensive research and repeated examinations in view of the problems with conventional austenitic stainless steels in terms of processing. As a result, as industrial structures are evolving from heavy, long, and large to light, thin, short, and small, we have developed high-strength, high-toughness austenite that provides high performance (high strength) to austenitic stainless steel wire rods and has good formability. The company developed a new stainless steel wire rod. [Means for solving the problems] The high strength and high toughness austenitic stainless steel wire according to the present invention is characterized by: C0.04~0.10wt%, Si1.50~2.50wt%, Mn0.30 ~2.00wt%, P≦0.045wt%, S≦0.030wt%, Ni6.00~10.50wt%, Cr17.00~20.00wt%, Al≦0.007wt%, N0.15~0.25wt%, The remainder consists of Fe and impurities, and the composition range of oxide-based nonmetallic inclusions in the steel is as follows: SiO 2 20 to less than 100 wt%, MnO≦50 wt%, and Al 2 O 3 ≦30 wt%. The high-strength, high-toughness austenitic stainless steel wire according to the present invention has high performance for the following reasons. (1) Means for imparting high strength High strength can be obtained by incorporating optimal amounts of C, Si, and N as alloy components in combination, and by the solid solution hardening effect of these components. C and N undergo solid solution hardening in steel in an immersive manner, and Si undergoes solid solution hardening in steel in a displacement manner, but solid solution hardening of Si has not been actively considered in the past. In the high-strength, high-toughness austenitic stainless steel according to the present invention, it has been found that the strength is significantly increased by containing Si in combination with C and N, and by actively incorporating C, Si, and N. This is to obtain high strength. (2) Means of imparting high toughness There are two causes for the decrease in toughness of austenitic stainless steel wire. One is oxide inclusions in the steel, and the other is generated during wire drawing. It is deformation-induced martensite. Regarding the composition and morphology of oxide-based metal inclusions in steel, in other words, in conventional stainless steel, the main component of oxides is Al 2 O 3 system, and this Al 2 O 3 is hard and has an angular shape that does not deform plastically. These angular inclusions are easily subjected to stress concentration during bending and act as starting points for the occurrence of process cracks. As a result of research on inclusion content, inclusion composition, and morphology, it was found that by increasing the Si content and decreasing the Al content, the main component of oxides in steel was converted to SiO 2 system, and the morphology was oriented. Type (A2 type)
It was discovered that the stretched inclusions alleviate the concentrated stress during bending and contribute to improving the toughness value. Next, regarding strain-induced martensite that is generated during wire drawing, it is unavoidable that it is generated in large amounts in conventional stainless steel, and since the martensite phase is a hard and brittle structure, it causes a decrease in toughness during bending. This was the cause of cracking. Therefore, in the high-strength, high-toughness austenitic stainless steel wire according to the present invention, by increasing the content of C and N, it is possible to suppress the formation of martensitic phase even after wire drawing. ,
That is, it was found that a stable austenite phase was obtained and that the bending toughness value was improved by stabilizing the austenite phase. The components and component ratios of the austenitic stainless steel wire having excellent high strength and high toughness according to the present invention will be explained. C is an element necessary to form a solid solution in steel and increase its strength, as well as to stabilize the austenite phase.When the content is less than 0.04wt%, this effect is small, and when the content exceeds 0.10wt%, When contained in excess, carbide is generated and corrosion resistance is deteriorated. Therefore, the C content is set to 0.04 to 0.10 wt%. Si is contained as a steel deoxidizing agent, but in addition,
In order to actively cause solid solution hardening in the steel and to make the main oxide component of the steel SiO 2 , it is necessary to contain 1.50wt% or more, and
If the content exceeds 2.50wt%, hot workability will deteriorate. Therefore, the Si content is set to 1.50 to 2.50 wt%. Mn forms S and MnS in steel, and 0.30wt% content is necessary to improve hot workability.
If the content exceeds 2.00wt%, corrosion resistance will be reduced. Therefore, the Mn content is 0.30~2.00wt
%. From the viewpoint of toughness and corrosion resistance, it is preferable that P be as low as possible, but since P is inevitably mixed in,
The content shall be ≦0.04wt%. Like P, S is preferably as low as possible in terms of toughness and corrosion resistance, but since S is unavoidably mixed in, the content is set at 0.03 wt%. Ni is necessary to expand the austenite region of steel to form an austenite structure at room temperature, and if the content is less than 6.00wt%, this effect will not occur.
Furthermore, if the content exceeds 10.50 wt%, the above effect will be saturated and it will be wasteful, as it will be expensive. Therefore, the Ni content is set to 6.00 to 10.50 wt%. Cr is 17.00wt% to obtain stable corrosion resistance.
In addition, if the content exceeds 20.00 wt%, a ferrite phase is formed and becomes a two-phase structure with an austenite phase, resulting in a decrease in hot workability. Therefore, the Cu content is set to 17.00 to 20.00 wt%. Al is a harmful component that generates hard Al 2 O 3 oxides in steel and deteriorates toughness, but since it inevitably remains from steelmaking raw materials, the content should be ≦0.007wt%. Like C, N is an element that increases the strength by solid solution in an immersion type and stabilizes the austenite phase.In order to make the occupancy of the austenite phase after wire drawing 90% or more, the content must be increased. 0.15wt% or more is required, and if the content exceeds 0.25wt%, stress corrosion cracking will be promoted. Therefore, the N content is set to 0.15 to 0.25 wt%. [Example] Examples of the high-strength, high-toughness austenitic stainless steel wire rod according to the present invention will be described. Examples Table 1 shows high strength and high toughness austenitic stainless steel wire rods according to the present invention (sometimes referred to as the present invention steel) with numbers 1, 2, and 3, comparative steels with numbers 4,
5, 6, and conventional steel show the content components and content ratios of 7. Figure 1 shows the N content and quality characteristics of the 2 mmφ wire. First, looking at the tensile strength, it increases as the N content increases, and when the content is 0.15wt% or more, a high tensile strength of 210Kg/mm 2 or higher, which is higher than the JIS standard for carbon steel piano wire, can be obtained. I understand. This is because N exerts a combined effect with C and Si, which are also contained, contributing to improved strength. On the other hand, comparative steels 4, 5, and 6 did not reach a high strength of 210 Kg/mm 2 or more. The reason for this is that the contents of N, C, and Si contained in Comparative Steels 4, 5, and 6 are lower than those of the steel of the present invention, so that sufficient solid solution hardening cannot be obtained. Next, looking at the stability of the austenite phase, N
It can be seen that the steel of the present invention with a content of 0.15 wt% or more shows an austenite phase occupancy rate of 90% or more, and the structure is stable. In contrast, comparative steels 4 and 5
It can be seen that the austenite phase occupancy is low because the content of N or C is low. In this case, the measurement results are based on the X-ray diffraction method. Furthermore, we conducted a bending test to evaluate the toughness of the 2mmφ wire, and the steel of the present invention achieved a high number of bending times of 16 or more, which corresponds to the stability of the austenite phase, making it suitable as a practical material with high toughness. There is. The bending in this case indicates the number of times of 90° bending with a bending tool of 5 mm radius. Figure 2 shows the compositional analysis results of oxides in steel.
This is plotted on the MnO-Al 2 O 3 ternary phase diagram. The oxide composition of conventional steel is mainly composed of Al 2 O 3 and MnO, with SiO 2 0~20wt% and MnO0~
It can be seen that Al 2 O 3 is distributed in the range of 100wt% and 0 to 100wt% (indicated by △ in Fig. 2). On the other hand, the steel of the present invention actively contains Si,
Because it contains a large amount of 1.50wt% or more, the oxide composition is different from conventional steel, with SiO 2 as the main component, SiO 2 less than 20 to 100wt%, and MnO ≦ 50wt.
%, and Al 2 O 3 ≦30wt% (indicated by a diagonal circle in Fig. 2). The Al 2 O 3 -MnO-based oxides present in conventional steel are not stretched during the hot working process and remain in the steel material as C-shaped angular inclusions, which concentrate stress during bending and become the starting point for cracks. Degrades the toughness of steel materials. On the other hand, since the SiO 2 -based oxides found in the steel of the present invention have deformability and stretch, they contribute to improving toughness by alleviating stress concentration during steel processing.
【表】
［発明の効果］
以上説明したように、本発明に係る高強度、高
靭性オーステナイト系ステンレス鋼線材は上記の
構成であるから、引張強さ210Kgf／mm2以上を有
すると共に曲げ靭性にも優れており、さらに、加
工靭性に優れ、加工工程において割れ、折損等の
トラブルを生じることが無いという効果を有す
る。[Table] [Effects of the Invention] As explained above, the high-strength, high-toughness austenitic stainless steel wire according to the present invention has the above structure, so it has a tensile strength of 210 Kgf/mm 2 or more and has good bending toughness. Furthermore, it has excellent processing toughness and has the effect of not causing troubles such as cracking and breakage during the processing process.
【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]
第１図はＮ含有量と引張強さ、オーステナイト
占有率および曲げ回数との関係を示す図、第２図
はSiO2−MnO−Al2O3の状態図における本発明
に係る高強度、高靭性オーステナイト系ステンレ
ス鋼線材と従来鋼の酸化物組成分領域を示す図で
ある。
Figure 1 is a diagram showing the relationship between N content, tensile strength, austenite occupancy , and number of bends, and Figure 2 is a diagram showing the relationship between N content, tensile strength, austenite occupancy , and number of bends. FIG. 2 is a diagram showing the oxide composition ranges of tough austenitic stainless steel wire and conventional steel.