【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
〔産業上の利用分野〕
本発明は冷間加工安定性に優れた非磁性オース
テナイト系ステンレス鋼に係り、特に十分な強度
を有し価格が低廉な非磁性鋼に関する。
〔従来の技術〕
近年、磁気記録装置や電子機器の急速な発展と
普及に伴い、磁気的雑音の極めて少ない非磁性鋼
に対する要望が高まつている。この種の機器の構
成材料として非磁性鋼の具備すべき条件は次の如
くである。
(A) 厳しい冷間加工下でも十分な非磁性能を有す
ること。
(B) 十分な強度を有すること。
(C) 価格が安価であること。
(D) 溶接性が良好で、かつ溶接部の透磁率が低い
こと。
現在非磁性鋼としては、SUS304鋼および加工
誘起マルテンサイトに対するオーステナイトが安
定なSUS305鋼、SUS316鋼などのオーステナイ
ト系ステンレス鋼がその主流となつている。
しかし、SUS304鋼は準安定化オーステナイト
系ステンレス鋼であり、わずかな冷間加工に対し
てもマルテンサイト変態を起こし、誘磁率の増大
を招くので、非磁性鋼として問題がある。
また、SUS305鋼およびSUS316鋼は、加工誘
起マルテンサイトに対するオーステナイト安定性
に関しては20％程度の冷間加工率では良好である
がNi量が高く、またSUS316鋼ではMoを含有す
るため、非磁性鋼として優れた特性を有するが非
常に高価となる欠点がある。
一方、従来技術の１例として特開昭54−89916
が開示されているが、この鋼はSUS304鋼をベー
スとしているため、NiおよびCrが低く、Cuを積
極的に添加していないためSUS316鋼よりも非磁
性能が劣つている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決
し、SUS316鋼に対比してNi量を削減しMoを添
加せず、Cr，Mn，CuおよびＮを最適条件でバラ
ンスさせることによりSUS316鋼にも勝る強度お
よび非磁性能を有するほか、更に良好な溶接性を
有する安価な非磁性オーステナイト系ステンレス
鋼を提供するにある。
〔問題点を解決するための手段および作用〕
本発明の要旨とするところは次の如くである。
すなわち、重量比にて、
Ｃ ： 0.15％以下
Si ： 0.8％以下
Mn ： 0.5〜6.0％
Cr ： 17〜20％
Ni ： 10〜15％
Cu ： 0.1〜3.0％
Ｎ ： 0.04〜0.20％
を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物より
成ることを特徴とする冷間加工安定性に優れた非
磁性オーステナイト系ステンレス鋼である。
非磁性材料は、各種機器の部品および構成材料
として使用されるに当つて、切断、切削、強度を
得るための加工（例えば引き抜き加工）。溶接等
が行われる。この際、溶接により欠陥が発生した
場合には、例えば引抜加工後も欠陥として残留し
不良品となるため、溶接性が良好で欠陥が発生し
ないことが必要である。
一方、一般にオーステナイト系ステンレス鋼は
加工によつてマルテンサイト変態を生起し磁性を
有するようになることは前述のとおりである。
通常、この種の用途に多用されているSUS316
鋼を例に挙げると、焼鈍状態ではCGS単位で約
1.005（500 Oe磁化）の初透磁率を有するが、こ
れに20％以上の冷間加圧延を施すと、透磁率は冷
間加工率10％に対しCGS単位で0.01以上の割合で
急増する傾向を示すようになる。
本発明者等はこれらの点、特にオーステナイト
系ステンレス鋼の冷間加工安定性に着目し、高強
度化するために厳しい加工を与えても優れた非磁
性能を維持する材料を開発することを目標に、50
種類を越える各種成分のオーステナイト系ステン
レス鋼を溶製し、冷延焼鈍後、圧延によつて加工
した時の初透磁率を測定し、初透磁率が増加し始
める冷間加工率〔以下RA（μ）と称する）と成
分元素量との線型重回帰を行い、下記の(1)式を得
た。
RA（μ）（％）＝−160＋61.9×（％Ｃ）−5.4×（
％Si）＋6.7×（％Mn）
＋5.0（％Cr）＋7.5（％Ni）＋6.6×（％Cu）＋7
1.3（％Ｎ）……(1)
本発明は上記(1)式を基礎として非磁性能の冷間
加工安定性、溶接性、製造性および経済性を考慮
して組成範囲を限定したものである。
本発明における各成分元素の限定理由は次の如
くである。
Ｃ ：
Ｃはオーステナイト安定化元素であり、オース
テナイト安定度を増加させることを通じてRA
（μ）を増大させ、かつ強度を高めるので、その
含有量を増加させることが望ましい。しかし0.15
％を越えると加工性の劣化を招き、また炭化物の
析出により耐食性に悪影響を与えるので上限を
0.15％とした。
Si ：
Siは脱酸剤として作用するが、一方フエライト
形成元素であり、1.5％を越える含有はδフエラ
イトやσ相の生成を促進し透磁率の上昇を招き、
さらに多量の含有は前記(1)式から明らかな如く
RA（μ）を低下させる効果を有するので0.8％以
下に限定した。
Mn ：
Mnは、オーステナイト安定化作用を有し、本
発明の非磁性鋼には不可欠な元素である。Mnの
RA（μ）を増加させる効果は、前記(1)式いおい
てNiに次いで大きな係数を有し、その添加量を
加味すれば重要な役割を果たしていることがわか
る。さらに本発明鋼においては、耐食性を考慮し
てCrを17〜20％と高くしているのでδフエライ
ト生成を抑制する上から0.5％以上を含有させる
必要がある。
一方Mnの添加量が過多になると、延性が低下
し製造性および加工性を損ない、また溶接性も低
下するので、上限を6.0％とし、0.5〜6.0％の範囲
に限定した。
Cr ：
CrはRA（μ）増加させ非磁性鋼を改善する効
果を有するばかりでなく、ステンレス鋼の重要な
構成元素であり、耐食性を維持するため17％以上
の含有が好ましい。一方、CrはSiと同じくフエ
ライト形成元素であり、多量の含有はフエライト
相の生成を促進し、透磁率の急上昇を招き、オー
ステナイト安定化元素であるMn，CuおよびＮの
添加量にも限界があるので上限を20％とし、17〜
20％に範囲に限定した。
Ni ：
Niは強力なオーステナイト安定化元素であり、
安定して非磁性を得るに当つて最も重要な元素で
あり、かつ耐食性、熱間および冷間加工性を向上
させる作用を有している。しかし、Moと共に高
価な元素であり、製造コスト低減のため非磁性能
を低下させない程度に下げて下限を10％とし、同
じオーステナイト安定化元素であるMn，Cuおよ
びＮを添加することを考えて上限を15％とした。
Cu ：
CuはNi，Mn，Ｎと同じくオーステナイトを安
定化する元素であり、冷鍛性を改善する作用を有
し、本発明においては主要な元素の一つであり、
その効果を十分に発揮させるため下限を0.1％と
した。しかし、3.0％を越えて含有させても効果
が飽和し、むしろ溶接部の割れの原因となるほ
か、高温における粒界脆化を招いて熱間加工性を
悪化させるので上限を3.0％とし、0.1〜3.0％の範
囲に限定した。
Ｎ ：
ＮはNi，Mn，Cuと同様にオーステナイトの安
定効果を有する元素であり、RA（μ）を増加さ
せるので、本発明においては主要な元素の一つで
ある。更にＮは固溶強化作用を有し、冷間加工を
施すことにより高強度および高硬度が得られ、そ
の効果を十分に発揮させるため0.04％以上の含有
が必要である。しかし、0.20％を越えて含有させ
るとブローホール等を発生し鋼塊の健全性を損う
ので上限を0.20％とし、範囲を0.04〜0.20％に限
定した。
〔実施例〕
第１表に本発明鋼および比較鋼の化学組成を示
した。
[Industrial Application Field] The present invention relates to a non-magnetic austenitic stainless steel with excellent cold working stability, and particularly to a non-magnetic steel that has sufficient strength and is inexpensive. [Prior Art] In recent years, with the rapid development and spread of magnetic recording devices and electronic equipment, there has been an increasing demand for non-magnetic steel with extremely low magnetic noise. The conditions that non-magnetic steel must meet as a constituent material for this type of equipment are as follows. (A) Must have sufficient non-magnetic performance even under severe cold working conditions. (B) Must have sufficient strength. (C) The price is low. (D) Good weldability and low magnetic permeability in the welded area. Currently, the mainstream non-magnetic steels are SUS304 steel and austenitic stainless steels such as SUS305 steel and SUS316 steel, which have stable austenite against deformation-induced martensite. However, SUS304 steel is a meta-stabilized austenitic stainless steel, and even slight cold working causes martensitic transformation, leading to an increase in magnetic permittivity, which poses a problem as a non-magnetic steel. In addition, SUS305 steel and SUS316 steel have good austenite stability against deformation-induced martensite at a cold working rate of about 20%, but the Ni content is high, and SUS316 steel contains Mo, so non-magnetic steel Although it has excellent properties, it has the disadvantage of being very expensive. On the other hand, as an example of the prior art,
has been disclosed, but since this steel is based on SUS304 steel, it has low Ni and Cr content, and since Cu is not actively added, its non-magnetic performance is inferior to SUS316 steel. [Problems to be Solved by the Invention] The purpose of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, reduce the amount of Ni compared to SUS316 steel, do not add Mo, and produce Cr, Mn, Cu, and N. Our objective is to provide an inexpensive non-magnetic austenitic stainless steel that has strength and non-magnetic performance superior to SUS316 steel, as well as better weldability, by balancing these under optimal conditions. [Means and effects for solving the problems] The gist of the present invention is as follows.
That is, it contains C: 0.15% or less, Si: 0.8% or less, Mn: 0.5 to 6.0%, Cr: 17 to 20%, Ni: 10 to 15%, Cu: 0.1 to 3.0%, and N: 0.04 to 0.20% in terms of weight ratio. This is a non-magnetic austenitic stainless steel with excellent cold working stability, with the remainder consisting of Fe and unavoidable impurities. When non-magnetic materials are used as parts and constituent materials of various devices, they are cut, cut, and processed to obtain strength (e.g., drawing). Welding etc. are performed. At this time, if a defect occurs due to welding, it remains as a defect even after drawing, resulting in a defective product, so it is necessary that weldability is good and no defects occur. On the other hand, as described above, austenitic stainless steel generally undergoes martensitic transformation through processing and becomes magnetic. SUS316 is usually used for this type of application.
Taking steel as an example, in the annealed state, the CGS unit is approximately
It has an initial magnetic permeability of 1.005 (500 Oe magnetization), but when it is cold rolled by 20% or more, the magnetic permeability tends to rapidly increase at a rate of 0.01 or more in CGS units for a cold rolling rate of 10%. It comes to show that. The present inventors focused on these points, particularly the cold working stability of austenitic stainless steel, and aimed to develop a material that maintains excellent non-magnetic performance even when subjected to severe processing in order to increase its strength. Goal: 50
The initial magnetic permeability of austenitic stainless steel of various compositions exceeding various types is measured by cold rolling annealing and rolling. A linear multiple regression was performed between the amount of component elements and the amount of component elements, and the following equation (1) was obtained. RA (μ) (%) = -160 + 61.9 x (%C) - 5.4 x (
%Si) +6.7×(%Mn) +5.0(%Cr)+7.5(%Ni)+6.6×(%Cu)+7
1.3 (%N)... (1) The present invention is based on the above formula (1) and limits the composition range in consideration of non-magnetic performance, cold working stability, weldability, manufacturability and economic efficiency. be. The reasons for limiting each component element in the present invention are as follows. C: C is an austenite stabilizing element, which improves RA through increasing austenite stability.
(μ) and strength, it is desirable to increase its content. But 0.15
%, it will cause deterioration of workability and the precipitation of carbides will have a negative effect on corrosion resistance, so the upper limit should be set.
It was set at 0.15%. Si: Si acts as a deoxidizing agent, but is also a ferrite-forming element, and its content exceeding 1.5% promotes the formation of δ ferrite and σ phase, leading to an increase in magnetic permeability.
It is clear from the above formula (1) that a large amount of
Since it has the effect of lowering RA (μ), it was limited to 0.8% or less. Mn: Mn has an austenite stabilizing effect and is an essential element for the nonmagnetic steel of the present invention. Mn
The effect of increasing RA (μ) has the second largest coefficient after Ni in the above equation (1), and if the amount added is taken into account, it can be seen that it plays an important role. Furthermore, in the steel of the present invention, Cr is set at a high content of 17 to 20% in consideration of corrosion resistance, so it is necessary to contain 0.5% or more in order to suppress the formation of δ ferrite. On the other hand, if the amount of Mn added is too large, ductility decreases, impairing manufacturability and workability, and weldability also decreases, so the upper limit was set at 6.0%, and the range was limited to 0.5 to 6.0%. Cr: Cr not only has the effect of increasing RA (μ) and improving non-magnetic steel, but is also an important constituent element of stainless steel, and is preferably contained at 17% or more in order to maintain corrosion resistance. On the other hand, like Si, Cr is a ferrite-forming element, and its inclusion in large amounts promotes the formation of ferrite phase, leading to a sudden increase in magnetic permeability, and there is a limit to the amount of Mn, Cu, and N, which are austenite stabilizing elements, added. Therefore, the upper limit is set at 20%, and 17~
The range was limited to 20%. Ni: Ni is a strong austenite stabilizing element,
It is the most important element in obtaining stable non-magnetism, and has the effect of improving corrosion resistance and hot and cold workability. However, along with Mo, it is an expensive element, and in order to reduce manufacturing costs, we decided to lower the lower limit to 10% without deteriorating the non-magnetic performance, and considered adding Mn, Cu and N, which are the same austenite stabilizing elements. The upper limit was set at 15%. Cu: Cu is an element that stabilizes austenite like Ni, Mn, and N, and has the effect of improving cold forging property, and is one of the main elements in the present invention.
In order to fully demonstrate its effect, the lower limit was set at 0.1%. However, even if the content exceeds 3.0%, the effect will be saturated, and it will actually cause cracks in the weld zone, as well as cause grain boundary embrittlement at high temperatures and worsen hot workability, so the upper limit is set at 3.0%. It was limited to a range of 0.1-3.0%. N: Like Ni, Mn, and Cu, N is an element that has an austenite stabilizing effect and increases RA (μ), so it is one of the main elements in the present invention. Furthermore, N has a solid solution strengthening effect, and high strength and high hardness can be obtained by cold working, and in order to fully exhibit this effect, the content must be 0.04% or more. However, if the content exceeds 0.20%, blowholes etc. will occur and the integrity of the steel ingot will be impaired, so the upper limit was set at 0.20% and the range was limited to 0.04 to 0.20%. [Example] Table 1 shows the chemical compositions of the steel of the present invention and comparative steel.
【表】
本発明鋼A1は、Mn量3.3％，Cu鋼0.5％の鋼であ
り、Ni量を10％程度に削減した鋼である。
また、A2はNi量を削減し、Mn量、Cu量およ
びＮ量を高くした鋼、A3は特にＮ量を高め、高
硬度とした鋼である。一方、比較鋼B1〜B3は、
それぞれ通常のSUS304鋼、SUS305鋼および
SUS316鋼に対応している。
これらの供試鋼を、それぞれ真空溶製→熱間圧
延→冷間圧延→1100℃の溶体化処理の工程を経て
0.7mm厚の冷延焼鈍板とした。
これらの冷延焼鈍板について冷間加工率に対す
る500Oe磁化時の初透磁率の変化、冷間圧延によ
つて透磁率が増加し始める冷間加工率RA（μ），
RA（μ）まで冷間圧延した時のビツカース硬度、
冷延焼鈍板に対しTIG溶接した場合の溶け込み深
さ、および冷延焼鈍板の耐力、引張強さ、伸び等
の機械的特性値を調査し、その結果を第１図およ
び第２表に示した。[Table] Invention steel A1 is a steel with a Mn content of 3.3% and a Cu steel of 0.5%, and is a steel in which the Ni content is reduced to about 10%. In addition, A2 is a steel with a reduced Ni content and high Mn, Cu, and N content, and A3 is a steel with a particularly high N content and high hardness. On the other hand, comparative steels B1 to B3 are
Normal SUS304 steel, SUS305 steel and
Compatible with SUS316 steel. These test steels were subjected to the following steps: vacuum melting → hot rolling → cold rolling → solution treatment at 1100℃.
A cold rolled annealed plate with a thickness of 0.7 mm was used. For these cold-rolled annealed sheets, the change in initial magnetic permeability at 500 Oe magnetization with respect to cold working rate, cold working rate RA (μ) at which magnetic permeability begins to increase due to cold rolling,
Bitkers hardness when cold rolled to RA (μ),
We investigated the penetration depth when TIG welding cold-rolled annealed sheets, as well as mechanical properties such as yield strength, tensile strength, and elongation of cold-rolled annealed sheets, and the results are shown in Figure 1 and Table 2. Ta.
〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕
本発明は上記実施例からも明らかな如く、非磁
性オーステナイト系ステンレス鋼の成分を限定
し、特に従来鋼に比較してNi量を削減しMoを添
加せずCr，Mn，CuおよびＮを適量添加すること
により、低廉化を図つただけでなく、更に非磁性
に対する加工安定性を増加し、溶け込みの深い良
好な溶接性を示し、SUS316鋼と同等の機械的特
性を有して磁気記録装置や電子機械の構成材料と
してのみならず、非磁性構造材や大型磁気装置の
構成材料などの広い利用が期待できる。
As is clear from the above examples, the present invention limits the components of non-magnetic austenitic stainless steel, and in particular reduces the amount of Ni compared to conventional steel, and adds appropriate amounts of Cr, Mn, Cu, and N without adding Mo. By adding this additive, it not only lowers the cost, but also increases processing stability against non-magnetic materials, exhibits good weldability with deep penetration, and has mechanical properties equivalent to SUS316 steel, making it suitable for magnetic recording devices. It can be expected to be used not only as a constituent material for electronic machines, but also as a non-magnetic structural material and a constituent material for large magnetic devices.
【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]
第１図は本発明鋼および比較鋼の冷間加工率と
500Oe磁化時の初透磁率との関係を示す線図であ
る。
Figure 1 shows the cold working rates of the inventive steel and comparative steel.
FIG. 3 is a diagram showing the relationship with initial magnetic permeability at 500 Oe magnetization.