JPS6184324A - 非磁性鋼線の製造方法 - 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Ｍｎ
系非磁性鋼線の製造方法に関する。

（従来の技術） 」二連の如き電気、電子機器の分野の発展は近年めざま
しく、それに伴って透磁率を低くして磁気に感じないよ
うにしたいわゆる非磁性鋼が構造材としであるいばボル
ト、ナツトさらにはハネ、シャフト等多くの用途に多量
に使用されるようになってぎた。

一般に、かかる用途には透磁率が低いことがらオーステ
ナイト鋼が非磁性Ｈ料として使用される場合が多い。

ところで、禽温で安定なオーステナイＩ・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
を比較的多量に添加する必要がある。その代表例として
Ｓ　ＩＩ　Ｓ　３０４．５ＵＳ３１６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は、厚板、管体さらには条鋼など
として使用されるが、線＋Ａの形態で使用される量もか
なり多い。その場合の線ｉ、ｌＧｊ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、溝切り等の切削加圧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１系ステ
ンレス鋼はオーステナイト絹織の安定性が（１（いため
加−Ｌ段階での透磁率の劣化が問題となる。一方、高Ｍ
ｎ系オーステナイト鋼はオーステナイト絹織の安定性は
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）７１が悪し４二め、複雑な形状に加圧する
ことがゲｆｆ１Ｌ＜、また伸線加二［による強度確保等
に制約がある。その他、従来の製造方／Ｊ：では特別な
配慮がなされていないため加Ｔに際して必ず軟化熱処理
を必要とするごとから省エネルギーの観点からも好まし
いＩ）のではない。

このように、」上述の如き精密電子機器やその部品に使
用される非磁性鋼は、用途上、高強度で耐摩耗性にずく
れ、かつ耐食性が良好で安価なものが望まれるが、これ
らのすべてを満足する材料は未だ出現していない。

（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
礎的に鋭意検削し、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Ｃｒｔ−、旧、Ｎ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ずく
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、それらの内容をまとめ
て先に特許出願した（特願昭５９−１５９０２２号）。

本発明者らはさらに」−述の如き先行発明を改善すべく
研究、開発を続りたところ、従来不可欠と考えられてい
た、冷間伸線に先立つ溶体化処理工程を省略して、高Ｍ
ｎ系にもかかわらず、熱間圧延材に直接に冷間伸線を行
うことにより、低コストで高強度の鋼線材がｉ！７られ
ることを見い出して本発明を完成した。

当業者にはすでに知られているように、高Ｍｎ系オース
テナイト鋼ば冷間加工性が一般に非常に悪く、伸線加工
は難しいと云われ、冷間伸線り先立ってその都度溶体化
処理を必要とするなど、製造コストが高く、また、最終
的に得られる線材の強度も必ずしも満足すべきものでは
なかったのであった。

（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、前述の組成を有しかつ前
述の方法により得られた熱間圧延材の特性に着目したの
であって、本発明によれば、むしろ冷間伸線に先立って
溶体化処理を省略するごとにより、予想外に強度の改善
が図られるのである。

ここに、本発明の特徴とするところは、重量％で、 Ｃ：０．０１〜０．５０％、　Ｓｉ　：　１．０％以下
、Ｍｎ＝１０〜２５％、　　旧：ｏ、ｉ　〜５％、Ｃｒ
：１０〜２０％、　　　Ｎ　：　０．０１〜０．５％、
を含￥１し、さらに必要により、 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、減面率７０％以上、捲取温
度９００〜１０００℃、捲取後の冷却速度５℃／秒以上
の条件下で熱間圧延し、次いで得られた線材を、溶体処
理を施さずに直接に、減面率５５％以上で冷間伸線する
ことを特徴とする、引張強さ１８０ｋｇ／ｍｆ％以上の
高強度を有する耐食性にずくれた非磁性鋼線の製造方法
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」二含有させる必要
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稈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
１−の向−１−はみられず、むしろ非金属介在物が増加
しＣ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は安価にオーステリ“イト絹織を安定化さＵ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・ｌる必要があるか、−
・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Ｍｎ含有量を１０〜２５％と定めた。

また非磁性および耐食性の双方満足さ−ｌる範囲として
は１５〜２０％がより望ましい範囲といえる。

Ｎｉ　にノゲル） 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では過剰であるばか
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Ｎｉ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％以−
含有が必要である。しかし２０％を越えると前記効果に
それ以上の向上が認められず、逆Ｌこオーステナイト組
織の代わりにδフエライト組織が生成して透磁率μが」
二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は耐応力腐食割れ性
を改善する効果もあり、そのためには０．０１％以−ヒ
の含有が必要である。これによって、オースナナ４１〜
組織の安定、耐食性散湯等を目的としたＮｉ等の高価な
元素の多重添加を回避することもできる。一方、Ｎが０
．５％を越える様な鋼を溶解することは極めて難しく、
またそのような高Ｎ鋼は鋳込め鋼塊中にブしＩ−ボール
による欠陥を発生させる恐れがあり々Ｔよしくない。し
たがってＮ含有量は０，０１〜（）、５％と定めた。

Ｓｅ、１’ｅ、、Ｉ’ｌ＋、Ｃａ、　Ｓのうち１種また
は２種：Ｓｅ、Ｔｅ、、Ｉ’ｂ、Ｃａ、Ｓはそれぞれ被
削＋ｌｌ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
　　：　　０．００５　　％以」二、　ｐｂ　　：　　
０゜０５％以上、Ｃａ　：　０．０００５％以上、Ｓ　
：　０．０３％以％以−必要である。一方、各元素とも
多量に添加すると鋼の機械的性質の異方性を助長し、さ
らに例えば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　：　０．３０％、Ｐｂ　：　０
．２０％、Ｃａ：０゜０２％、Ｓ：Ｏ，１５％とそれぞ
れ定めた。Ｓは鋼の被削性を向」ニさせるのに特に効果
的である。ずなわら、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。その上限は上述のように０．１５％である。

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ｌ−述の如く伸線等の冷間加
工を施されるため、冷間加工に先立ち組織を細粒化して
高い延性と強度をｌ？ｆｌｌ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」二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°Ｃ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°Ｃ以上、１
０００℃以下と定めた。

冷却速度を５℃／ｓｅｃ　Ｉｕ上と限定したのし」、本
発明において対象とする鋼の如き高合金鋼ではＭｎ、Ｃ
ｒ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し１ら
れないからである。これらの炭化物が析出すると延＋１
１、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、−・メ［〉に
その下限冷却速度を５℃／Ｓｅ（、としている。例えば
、９００℃以」込＋ｎｏｏ”ｒ：以下の高温の線月をル
ースコ・イ月用二に巻取り、次いで適当な冷媒にて強制
冷却を行うことで５℃、／ｓｅｅ以１−の冷用速瓜を確
保し、炭化物の析１１１を回避している。

本発明によれば、このようにして得られた熱間圧延材は
、次いで、通常必要とされる溶体化処理を省略し、：１
ス１〜低下を図りながら、７６間伸線を行い、強度の向
１．を図る。

ごのよ・うに、本発明によれば、目標強度を得るにシ、
ｌ、冷間伸線による加工硬化を利用するが圧延で強度を
高めたので、伸線減面率は５５％以１、好ましく番よ５
５〜７０％と比較的低い値を採用でき、Ｌ７たがって、
この点においても本発明は伸線′：１ス１を低下でき、
安価な線月の供給が可能となる。

なお、本発明の別の好適態様によれば、前述の熱間圧延
加工に先立って１１５０°Ｃ以」二、１２５０℃未満の
温度に加熱するが、本発明が対象とする鋼の如ぎ高合金
鋼の熱間圧延に当たっζは炭化物等の析出物を７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
度に加熱するのが好ましい。

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−に問題ないが、これらの鋼は熱
間変形抵抗が高いため力旧：！１温度は高い方が圧延加
工し易い。しかしながら１２５０℃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ことがある。

次に、本発明を実施例によってさらに説明する。

男−施−例」− 第１表に示す組成の３種の鋼を調製し、１２００℃に加
熱してから減面率８０％で熱間圧延し、次いで９５０℃
で捲取後、１０℃／秒の冷却速度で冷却して熱間圧延線
材を製造した。このよ・うにして得た熱間圧延線材（直
径５．５ｍｍ　）を各表に示す冷間伸線後、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
いずれも直径５．５ｍｍの熱間圧延１ｌＩｌ線１Ａを直
径３．２ｍｍにまで冷間伸線した。具体的処理加■°条
（！１は第２表にまとめて示すが本発明に３Ｌる場合、
冷間ｌ１ｌｌ綿に先立一つ溶体化処理ム３１−切行わな
かった。表中、鋼種２の高Ｍｎ鋼について本発明と同様
に溶体化処理を−・切行わずに冷間伸線を行ったとこ７
．伸線途中で減面率５１％のとき破断してしｉｐ、った
。

４「お、各実施例で冑られた調料の各特性を評１＋ｌｌ
ｉするために採用した試験法し、１次の通りであった。

耐食Ｊ’Ｌ試験： 伸線（多のイＪ（試ヰ」を＃５００のペーパーにてｆｌ
ｌ−げｒｉＪＩ磨した試験片を６０℃の人工海水の飽和
水及気圧下の湿潤環境下で６０時間曝露試験を行い、発
錆状況を目視観察した。発錆のないものを［−良好］と
した。

イ巾ＪＩＪＪ！を工（ご１１１目；（：第２表の加工業
（’ｌによって製造したものについて測定した。従って
、加工履歴は鋼種により異なる。

伸−綿下円界： 伸線限界の評価方法し１種々あるが、ここでは■ダイス
１１冒−Ｉ　１ｕｌｌ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。

一岐飢性： 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、旋盤にてピーリング加工後、仕−Ｌり表面に
全くむしれが認められなかったものを「Ｏ」、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
」二問題ないと１′す断されるものを「△」、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。

月１硼先 本発明の場合について、熱間圧延後の間取温度の影響を
示す。本例では加熱温度１２００℃、冷却速度５℃／秒
、減面率７５％以上で熱間圧延を行った。

伸線条件は実施例１の試験Ｎｏ、　３に同じであった。

本例で使用した鋼の組成は第４表に示す通りである。

結果を第５表にまとめて示すが、これらからも明らかな
ように薙取温度が低いと、鋼中に炭化物が析出するため
耐食性が劣化し使用に耐え４（い。

また延性も若に低下し、伸線性が低くなる。一方、捲取
温度を高くし過ぎると結晶粒が相く／ｆり延性が若Ｔ劣
化する。したがって＋ＳＳ層温度９００°（：以上で、
かつ望７１Ｆ　Ｌ、　＜は］０００’ｃ以下にするのが
適当である。

害」劉舛１一 本例は、熱間圧延の加工度（減面率）の影曾を調査した
。本例では加熱温度１２００°Ｃ１１を取）品度１００
０゛Ｃ１冷却速度５℃／秒の条件下でＰ！１間圧延を行
い、伸線条（ＩＩは減面率６６．１％と実施例１の試験
歯３と同じであった。本例で使用した鋼の組成は第６表
に示す通りであった。

得られた結果を第７表にまとめて示すが、これらからも
明らかなよ・うに、加工度が小さい場合は結晶粒が相い
ため延性が低く、伸線が不可能番こなるのが分かる。

丈ｊｉｉイタリー／１一 本例では捲取後の冷１０速度の影響を調査した。

本例は供試料として実施例２において使用したものを使
い、加熱温度１２００℃、■を取温度１０（１０°Ｃ１
圧延加工度７５％で熱間圧延を行った。伸線条件は実施
例１の試験Ｎｏ、　３に同じあった。冷却はステルモア
方式により行い冷却速度は風量を変えることで変化さセ
た。

結果を第８表にまとめて示すが、これらのデータからも
分かるように、冷却速度が遅いと鋼中炭化物が析出し耐
食性を阻害するので、ｔａ数取後冷却速度は５℃／秒以
上が必要である。

実Ｉｌｔ医」一 本例では伸線前の溶体化処理と伸線加工度の影響を調査
した。本例では鋼種として実施例２と同し鋼種のものを
使い、熱間圧延条件は加タハ温度１２００℃、ｔＳ取温
度１０００℃、圧延加工度７５％であった。

伸線条件は実施例１の試験歯３と同しであった。

得られた伸線材について引張強さおよび絞り値をそれぞ
れ評価した。第１図および第２図は、伸線減面率に対し
て引張強さおよび絞り値をグラフにまとめてそれぞれ示
す。各図中、符司１で示すグラフは熱間圧延後の冷却速
度を７゛Ｃ／秒とし、溶体化処理することなく、直接に
直径３゜２ｍＩＩ＋まで冷間伸線したものについて調べ
たデータであり、一方、０号２−Ｃ示ずグラフｔよ熱間
圧延後の冷却速度を３℃／秒とし、そのままでは溶体化
か不充分なのでさらに１１０（１’ｃ加熱後水冷するこ
とで再溶体化処理を施し、その後直径３．２ｍｍまで冷
間伸線Ｌ７たものについての実験データである。本発明
方法に、にれば熱間圧延材ままで、特にｌ容体化処理を
３“る必要がなく、しかも強度が高く伸線性が良いため
、１８０　ｋｇ／　ｍ’ｆａ以」−の強度が容易に得ら
れるのが分かる。

（効果） 以」−述べたところからも明らかなように、熱間圧延条
件が本発明において規定する範囲から外れた場合は耐食
性劣化と同時に伸線性も劣化するため伸線減面率を高く
とることができず、場合によっては所要の強度を得られ
ない。

また、熱闘圧延条件が本発明の範囲内であっても圧延後
別工程で溶体化処理を施せば耐食性は良好になるが、溶
体化によるコストがかかると共に強度が−Ｆがるため伸
線減面率を高くとる必要があり、ロス１〜的に不利であ
り、この点からも本発明の効果は明らかである。

第７表 第８表

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る方法により製造された鋼線材の
引張強さを比較例のそれとともに伸線減面率に対して示
すグラフ；および 第２図は、同しく絞り値を示すグラフである。 出願人　　住友金属工業株式会社 代理人　　弁理士　広　瀬　章　−（他１名）（−シロ
）　鎧膚歪’ｌｉ　Ｉ＆ （嘔）ｒ−硅

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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鋼を、減面率７０％以上、捲取温
   度９００〜１０００℃、捲取後の冷却速度５℃／秒以上
   の条件下で熱間圧延し、次いで得られた線材を、溶体化
   処理を施さずに直接に、減面率５５％以上で冷間伸線す
   ることを特徴とする、引張強さ１８０ｋｇ／ｍｍ＾２以
   上の高強度を有する耐食性にすぐれた非磁性鋼線の製造
   方法。