耐食性に優れた非磁性高強度ステンレス鋼ナット
【課題】 冷間加工を行うことなく耐食性に優れた非磁性高強度ステンレス鋼ナットを提供する。
【解決手段】 Ｃ：０．０８重量％以下、Ｓｉ：１．００重量％以下、Ｍｎ：２．５０重量％以下、Ｐ：０．０４５重量％以下、Ｓ：０．０３０重量％以下、Ｎｉ：７．５０重量％〜１０．５０重量％、Ｃｒ：１８．００重量％〜２０．００重量％、Ｎ：０．１５重量％〜０．３０重量％、Ｎｂ：０．１５重量％以下、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなり、熱間鍛造水冷した組織を有することを特徴とする。
当該鋼材を安定オーステナイト域の温度にて鍛練比２S以上でナット素形状に熱間加工し、１０１０°Ｃ〜１１５０°Ｃの範囲の温度から５０°Ｃ以下の温度に水冷する。
【解決手段】 Ｃ：０．０８重量％以下、Ｓｉ：１．００重量％以下、Ｍｎ：２．５０重量％以下、Ｐ：０．０４５重量％以下、Ｓ：０．０３０重量％以下、Ｎｉ：７．５０重量％〜１０．５０重量％、Ｃｒ：１８．００重量％〜２０．００重量％、Ｎ：０．１５重量％〜０．３０重量％、Ｎｂ：０．１５重量％以下、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなり、熱間鍛造水冷した組織を有することを特徴とする。
当該鋼材を安定オーステナイト域の温度にて鍛練比２S以上でナット素形状に熱間加工し、１０１０°Ｃ〜１１５０°Ｃの範囲の温度から５０°Ｃ以下の温度に水冷する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は耐食性に優れた非磁性高強度ステンレス鋼ナットに関し、特に冷間加工を行うことなく製造できるようにした耐食性に優れた非磁性高強度のナット及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
機械構造物の製作にはねじ締結が不可欠である。このねじ締結に使用されるボルト・ナットのセットのうち、ナットは日本工業規格ＪＩＳＢ１１８１規格により製造されることが多い。この規格ではナットの材料による区分として鋼及びステンレス鋼が規定されている。
【０００３】
非磁性で耐食性に優れたステンレス鋼ナットの製造にはＪＩＳＧ４３０３に規定されるＳＵＳ３０４が一般に使われる。このＳＵＳ３０４の鋼種特性として一般鋼と比較して耐力が低く、引っ張り強さも低い点が挙げられる。そのため、耐力を要ししかも耐食性を要求される用途では冷間加工によって加工硬化させたＳＵＳ３０４製のナットが多く使われる（特許文献１、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１０７０４１号公報
【特許文献２】特開２００７−３０２９９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、冷間加工による方法では加工に大きな荷重を必要とし、設備が大型になるという問題があった。
【０００６】
本発明はかかる問題点に鑑み、冷間加工を行うことなく耐食性に優れた非磁性高強度ステンレス鋼ナットを製造するようにしたナット及びその製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そこで、本発明に係る耐食性に優れた非磁性高強度ステンレス鋼ナットは、Ｃ：０．０８重量％以下、Ｓｉ：１．００重量％以下、Ｍｎ：２．５０重量％以下、Ｐ：０．０４５重量％以下、Ｓ：０．０３０重量％以下、Ｎｉ：７．５０重量％〜１０．５０重量％、Ｃｒ：１８．００重量％〜２０．００重量％、Ｎ：０．１５重量％〜０．３０重量％、Ｎｂ：０．１５重量％以下、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなり、熱間加工水冷を行った組織を有することを特徴とする。
【０００８】
Ｃ：０．０８重量％以下、Ｓｉ：１．００重量％以下、Ｍｎ：２．５０重量％以下、Ｐ：０．０４５重量％以下、Ｓ：０．０３０重量％以下、Ｎｉ：７．５０重量％〜１０．５０重量％、Ｃｒ：１８．００重量％〜２０．００重量％、Ｎ：０．１５重量％〜０．３０重量％、Ｎｂ：０．１５重量％以下、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなるオーステナイト系ステンレス鋼はＪＩＳＧ４３０３ステンレス棒鋼表２に規定するＳＵＳ３０４Ｎ２である。
【０００９】
このＳＵＳ３０４Ｎ２では溶体化処理状態の鋼中のＮ（窒素）はＣ（炭素）と同様にオーステナイト組織中に浸入型元素として固溶した状態で存在する。同時に、Ｎの一部はＮｂと窒化物を形成して再結晶時の核となるが、多くはオーステナイト組織中で浸入型元素として、結晶格子を歪ませ、強度アップを招来する。
【００１０】
また、ＳＵＳ３０４Ｎ２鋼中のＮ（窒素）はＣ（炭素）と異なり、クロム炭化物の生成や結晶粒界のクロム欠乏層の生成によって耐食性を劣化（いわゆる鋭敏化）させることはない。
【００１１】
鋼に加工熱処理を併用した処理を施すことにより強化したり、靭性を改善する処理は加工熱処理と呼ばれ広く実施されている。本発明においてはＳＵＳ３０４Ｎ２鋼を使用し加工熱処理を組み合わせる。本発明の加工熱処理は安定オーステナイト域の温度、例えば１２００℃以上に加熱した鋼材を熱間で加工中の温度低下の少ない横型高速鍛造機内でアプセット、成形及び孔抜きの３工程でＪＩＳＢ１１８１規格のナット形状に成形する。熱間成形により鋼材のメタルフローは大きく変化し加工歪を受ける。
【００１２】
熱間加工が終了後、熱間での加工歪を持つ状態から急速に再結晶が進むが、加工直後の加熱による余熱を持つ状態で１０１０°Ｃ〜１１５０°Ｃの範囲の温度、例えば１０５０°Ｃ直上の温度から５０°Ｃ以下の温度に水冷することにより、再結晶の進行を停止させ、さらに熱間成形による加工歪と含まれる窒素原子の相乗効果により結晶格子に歪を持った状態の組織として通常鋼材の溶体化処理より得られる硬さよりさらに硬い組織を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の製品ナットのメタルフローを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
［実施例１］
ＳＵＳ３０４Ｎ２鋼を１２００°Ｃ以上の温度に加熱し、熱間加工中の温度低下の少ない横型高速鍛造機内でアプセット、成形及び孔抜きの３工程を行い、鍛造比２S 以上でＪＩＳ１１８１規格のナット形状に成形し、１０５０°Ｃ直上の温度から５０°Ｃ以下の温度に水冷した。その後、雌ねじ加工を行い、酸洗及びバレル研磨の表面処理を行って製品ナットを製造した。
【００１５】
［表面硬さの比較］
鋼種選定と加工熱処理を組み合わせて得られる製品ナットの座面硬さを従来のＳＵＳ３０４のそれと比較した。硬さの測定方法ＨＲＢによる。結果を表１に示す。
表１
ＳＵＳ３０４Ｎ２ ＳＵＳ３０４
１０３．４ ９５．７
１０３．７ ９５．９
１０４．２ ９６．９
平均 １０３．７７ ９６．１７
ステンレスナットの座面硬さは鍛造後の表面処理（酸洗、バレル研磨）の影響をうけ、座面も含めて最表面は加工効果の影響で固くなるが、その影響を受けた状態で本発明によるナットは通常のＳＵＳ３０４よりロックウェルＢスケールで７．６ポイント硬い硬さが得られる。
【００１６】
［内部硬さの比較］
鋼種選定と加工熱処理を組み合わせて得られる製品ナットの内部硬さを従来のＳＵＳ３０４のそれと比較した。硬さの測定方法ＨＲＢによる。結果を表２に示す。
表２
表面硬さ 内部硬さ
ＳＵＳ３０４Ｎ２ １０３．７７ ９８．５
ＳＵＳ３０４ ９６．１７ ８９．０
本発明によるナットは通常のＳＵＳ３０４よりロックウェルＢスケールで９．５ポイント硬い硬さが得られる。
【００１７】
［保証荷重試験の比較］
ナットの強度比較方法としてＪＩＳＢｌＯ５２８項に保証荷重試験方法を規定する。この規定により軸方向圧縮応力をかけた時の降伏応力（十分に硬いマンドレルに試験機で荷重をかけたときナットが永久変形をはじめるとき万能試験機の荷重が上がらなくなるときの応力）を通常のＳＵＳ３０４と比較した。結果を表３に示す。
表３
降伏荷重ＫＮ 降伏応力Ｎ／ｍｍ2
ＳＵＳ３０４Ｎ２ ３４０ １１２２
ＳＵＳ３０４ ２３９ ７８９
本発明によるナットは通常のＳＵＳ３０４より４２％高い降伏応力が得られる。
【００１８】
［保証荷重試験での二面幅の変化の比較］
ＪＩＳＢｌ０５４−２に規定するＡ２−８０保証荷重応力をかけた時のナットの二面幅の変化を測定した。結果を表４に示す。
表４
保証荷重応力
８００Ｎ／ｍｍ2
ＳＵＳ３０４Ｎ２ 十０．１０ｍｍ
ＳＵＳ３０４ 十０．６２ｍｍ
ナットに圧縮荷電をかけた時、座面側の二面幅は広がる。この二面幅の変化はナットの強度を定量的に評価する指標として有効である。Ａ２−８０規定の保証荷重応力をかけたとき本発明によるナットの座面側の二面幅の変化は通常のＳＵＳ３０４の６分の１程度に小さくなり、実質的にほとんど変化しない。
【００１９】
ＪＩＳＢｌ１８１附属書２表１に規定する８Ｔの保証荷重応力をかけた時のナットの変化の比較を比較した。結果を表５に示す。
表５
保証荷重応力
７８５Ｎ／ｍｍ2
ＳＵＳ３０４Ｎ２ 十０．１０ｍｍ
ＳＵＳ３０４ 十０．６０ｍｍ
上記８Ｔ規格の保証荷重応力をかけたとき本発明によるナットの座面側の二面幅の変化は通常のＳＵＳ３０４の６分の１程度に小さくなり、実質的規格外れに至ることはない。
【００２０】
本発明の製品ナットのメタルフローを図１に示す。メタルフローが大きく変化し加工歪を受けていることが確認される。
【技術分野】
【０００１】
本発明は耐食性に優れた非磁性高強度ステンレス鋼ナットに関し、特に冷間加工を行うことなく製造できるようにした耐食性に優れた非磁性高強度のナット及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
機械構造物の製作にはねじ締結が不可欠である。このねじ締結に使用されるボルト・ナットのセットのうち、ナットは日本工業規格ＪＩＳＢ１１８１規格により製造されることが多い。この規格ではナットの材料による区分として鋼及びステンレス鋼が規定されている。
【０００３】
非磁性で耐食性に優れたステンレス鋼ナットの製造にはＪＩＳＧ４３０３に規定されるＳＵＳ３０４が一般に使われる。このＳＵＳ３０４の鋼種特性として一般鋼と比較して耐力が低く、引っ張り強さも低い点が挙げられる。そのため、耐力を要ししかも耐食性を要求される用途では冷間加工によって加工硬化させたＳＵＳ３０４製のナットが多く使われる（特許文献１、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１０７０４１号公報
【特許文献２】特開２００７−３０２９９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、冷間加工による方法では加工に大きな荷重を必要とし、設備が大型になるという問題があった。
【０００６】
本発明はかかる問題点に鑑み、冷間加工を行うことなく耐食性に優れた非磁性高強度ステンレス鋼ナットを製造するようにしたナット及びその製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そこで、本発明に係る耐食性に優れた非磁性高強度ステンレス鋼ナットは、Ｃ：０．０８重量％以下、Ｓｉ：１．００重量％以下、Ｍｎ：２．５０重量％以下、Ｐ：０．０４５重量％以下、Ｓ：０．０３０重量％以下、Ｎｉ：７．５０重量％〜１０．５０重量％、Ｃｒ：１８．００重量％〜２０．００重量％、Ｎ：０．１５重量％〜０．３０重量％、Ｎｂ：０．１５重量％以下、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなり、熱間加工水冷を行った組織を有することを特徴とする。
【０００８】
Ｃ：０．０８重量％以下、Ｓｉ：１．００重量％以下、Ｍｎ：２．５０重量％以下、Ｐ：０．０４５重量％以下、Ｓ：０．０３０重量％以下、Ｎｉ：７．５０重量％〜１０．５０重量％、Ｃｒ：１８．００重量％〜２０．００重量％、Ｎ：０．１５重量％〜０．３０重量％、Ｎｂ：０．１５重量％以下、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなるオーステナイト系ステンレス鋼はＪＩＳＧ４３０３ステンレス棒鋼表２に規定するＳＵＳ３０４Ｎ２である。
【０００９】
このＳＵＳ３０４Ｎ２では溶体化処理状態の鋼中のＮ（窒素）はＣ（炭素）と同様にオーステナイト組織中に浸入型元素として固溶した状態で存在する。同時に、Ｎの一部はＮｂと窒化物を形成して再結晶時の核となるが、多くはオーステナイト組織中で浸入型元素として、結晶格子を歪ませ、強度アップを招来する。
【００１０】
また、ＳＵＳ３０４Ｎ２鋼中のＮ（窒素）はＣ（炭素）と異なり、クロム炭化物の生成や結晶粒界のクロム欠乏層の生成によって耐食性を劣化（いわゆる鋭敏化）させることはない。
【００１１】
鋼に加工熱処理を併用した処理を施すことにより強化したり、靭性を改善する処理は加工熱処理と呼ばれ広く実施されている。本発明においてはＳＵＳ３０４Ｎ２鋼を使用し加工熱処理を組み合わせる。本発明の加工熱処理は安定オーステナイト域の温度、例えば１２００℃以上に加熱した鋼材を熱間で加工中の温度低下の少ない横型高速鍛造機内でアプセット、成形及び孔抜きの３工程でＪＩＳＢ１１８１規格のナット形状に成形する。熱間成形により鋼材のメタルフローは大きく変化し加工歪を受ける。
【００１２】
熱間加工が終了後、熱間での加工歪を持つ状態から急速に再結晶が進むが、加工直後の加熱による余熱を持つ状態で１０１０°Ｃ〜１１５０°Ｃの範囲の温度、例えば１０５０°Ｃ直上の温度から５０°Ｃ以下の温度に水冷することにより、再結晶の進行を停止させ、さらに熱間成形による加工歪と含まれる窒素原子の相乗効果により結晶格子に歪を持った状態の組織として通常鋼材の溶体化処理より得られる硬さよりさらに硬い組織を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の製品ナットのメタルフローを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
［実施例１］
ＳＵＳ３０４Ｎ２鋼を１２００°Ｃ以上の温度に加熱し、熱間加工中の温度低下の少ない横型高速鍛造機内でアプセット、成形及び孔抜きの３工程を行い、鍛造比２S 以上でＪＩＳ１１８１規格のナット形状に成形し、１０５０°Ｃ直上の温度から５０°Ｃ以下の温度に水冷した。その後、雌ねじ加工を行い、酸洗及びバレル研磨の表面処理を行って製品ナットを製造した。
【００１５】
［表面硬さの比較］
鋼種選定と加工熱処理を組み合わせて得られる製品ナットの座面硬さを従来のＳＵＳ３０４のそれと比較した。硬さの測定方法ＨＲＢによる。結果を表１に示す。
表１
ＳＵＳ３０４Ｎ２ ＳＵＳ３０４
１０３．４ ９５．７
１０３．７ ９５．９
１０４．２ ９６．９
平均 １０３．７７ ９６．１７
ステンレスナットの座面硬さは鍛造後の表面処理（酸洗、バレル研磨）の影響をうけ、座面も含めて最表面は加工効果の影響で固くなるが、その影響を受けた状態で本発明によるナットは通常のＳＵＳ３０４よりロックウェルＢスケールで７．６ポイント硬い硬さが得られる。
【００１６】
［内部硬さの比較］
鋼種選定と加工熱処理を組み合わせて得られる製品ナットの内部硬さを従来のＳＵＳ３０４のそれと比較した。硬さの測定方法ＨＲＢによる。結果を表２に示す。
表２
表面硬さ 内部硬さ
ＳＵＳ３０４Ｎ２ １０３．７７ ９８．５
ＳＵＳ３０４ ９６．１７ ８９．０
本発明によるナットは通常のＳＵＳ３０４よりロックウェルＢスケールで９．５ポイント硬い硬さが得られる。
【００１７】
［保証荷重試験の比較］
ナットの強度比較方法としてＪＩＳＢｌＯ５２８項に保証荷重試験方法を規定する。この規定により軸方向圧縮応力をかけた時の降伏応力（十分に硬いマンドレルに試験機で荷重をかけたときナットが永久変形をはじめるとき万能試験機の荷重が上がらなくなるときの応力）を通常のＳＵＳ３０４と比較した。結果を表３に示す。
表３
降伏荷重ＫＮ 降伏応力Ｎ／ｍｍ2
ＳＵＳ３０４Ｎ２ ３４０ １１２２
ＳＵＳ３０４ ２３９ ７８９
本発明によるナットは通常のＳＵＳ３０４より４２％高い降伏応力が得られる。
【００１８】
［保証荷重試験での二面幅の変化の比較］
ＪＩＳＢｌ０５４−２に規定するＡ２−８０保証荷重応力をかけた時のナットの二面幅の変化を測定した。結果を表４に示す。
表４
保証荷重応力
８００Ｎ／ｍｍ2
ＳＵＳ３０４Ｎ２ 十０．１０ｍｍ
ＳＵＳ３０４ 十０．６２ｍｍ
ナットに圧縮荷電をかけた時、座面側の二面幅は広がる。この二面幅の変化はナットの強度を定量的に評価する指標として有効である。Ａ２−８０規定の保証荷重応力をかけたとき本発明によるナットの座面側の二面幅の変化は通常のＳＵＳ３０４の６分の１程度に小さくなり、実質的にほとんど変化しない。
【００１９】
ＪＩＳＢｌ１８１附属書２表１に規定する８Ｔの保証荷重応力をかけた時のナットの変化の比較を比較した。結果を表５に示す。
表５
保証荷重応力
７８５Ｎ／ｍｍ2
ＳＵＳ３０４Ｎ２ 十０．１０ｍｍ
ＳＵＳ３０４ 十０．６０ｍｍ
上記８Ｔ規格の保証荷重応力をかけたとき本発明によるナットの座面側の二面幅の変化は通常のＳＵＳ３０４の６分の１程度に小さくなり、実質的規格外れに至ることはない。
【００２０】
本発明の製品ナットのメタルフローを図１に示す。メタルフローが大きく変化し加工歪を受けていることが確認される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：０．０８重量％以下、Ｓｉ：１．００重量％以下、Ｍｎ：２．５０重量％以下、Ｐ：０．０４５重量％以下、Ｓ：０．０３０重量％以下、Ｎｉ：７．５０重量％〜１０．５０重量％、Ｃｒ：１８．００重量％〜２０．００重量％、Ｎ：０．１５重量％〜０．３０重量％、Ｎｂ：０．１５重量％以下、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなり、熱間加工水冷した組織を有することを特徴とする、耐食性に優れた非磁性高強度ステンレス鋼ナット。
【請求項２】
熱間加工が安定オーステナイト域の温度で行われ、１０１０°Ｃ〜１１５０°Ｃの範囲の温度から５０°Ｃ以下の温度に水冷されてなる、請求項１記載の耐食性に優れた非磁性高強度ステンレス鋼ナット。
【請求項３】
Ｃ：０．０８重量％以下、Ｓｉ：１．００重量％以下、Ｍｎ：２．５０重量％以下、Ｐ：０．０４５重量％以下、Ｓ：０．０３０重量％以下、Ｎｉ：７．５０重量％〜１０．５０重量％、Ｃｒ：１８．００重量％〜２０．００重量％、Ｎ：０．１５重量％〜０．３０重量％、Ｎｂ：０．１５重量％以下、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなる窒素入りオーステナイト系ステンレス鋼を素材とし、当該鋼材を安定オーステナイト域の温度にて鍛練比２S 以上でナット素形状に熱間加工し、１０１０°Ｃ〜１１５０°Ｃの範囲の温度から５０°Ｃ以下の温度に水冷するようにしたことを特徴とする、耐食性に優れた非磁性高強度ステンレス鋼ナットの製造方法。
【請求項４】
熱間加工が、アップセット、成形及び孔抜きの３工程からなる請求項３記載の、耐食性に優れた非磁性高強度ステンレス鋼ナットの製造方法。
【請求項１】
Ｃ：０．０８重量％以下、Ｓｉ：１．００重量％以下、Ｍｎ：２．５０重量％以下、Ｐ：０．０４５重量％以下、Ｓ：０．０３０重量％以下、Ｎｉ：７．５０重量％〜１０．５０重量％、Ｃｒ：１８．００重量％〜２０．００重量％、Ｎ：０．１５重量％〜０．３０重量％、Ｎｂ：０．１５重量％以下、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなり、熱間加工水冷した組織を有することを特徴とする、耐食性に優れた非磁性高強度ステンレス鋼ナット。
【請求項２】
熱間加工が安定オーステナイト域の温度で行われ、１０１０°Ｃ〜１１５０°Ｃの範囲の温度から５０°Ｃ以下の温度に水冷されてなる、請求項１記載の耐食性に優れた非磁性高強度ステンレス鋼ナット。
【請求項３】
Ｃ：０．０８重量％以下、Ｓｉ：１．００重量％以下、Ｍｎ：２．５０重量％以下、Ｐ：０．０４５重量％以下、Ｓ：０．０３０重量％以下、Ｎｉ：７．５０重量％〜１０．５０重量％、Ｃｒ：１８．００重量％〜２０．００重量％、Ｎ：０．１５重量％〜０．３０重量％、Ｎｂ：０．１５重量％以下、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなる窒素入りオーステナイト系ステンレス鋼を素材とし、当該鋼材を安定オーステナイト域の温度にて鍛練比２S 以上でナット素形状に熱間加工し、１０１０°Ｃ〜１１５０°Ｃの範囲の温度から５０°Ｃ以下の温度に水冷するようにしたことを特徴とする、耐食性に優れた非磁性高強度ステンレス鋼ナットの製造方法。
【請求項４】
熱間加工が、アップセット、成形及び孔抜きの３工程からなる請求項３記載の、耐食性に優れた非磁性高強度ステンレス鋼ナットの製造方法。
【図１】
【公開番号】特開２０１１−９４１９５（Ｐ２０１１−９４１９５Ａ）
【公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２４９９８２（Ｐ２００９−２４９９８２）
【出願日】平成２１年１０月３０日（２００９．１０．３０）
【出願人】（５９１２０９２４６）濱中ナット株式会社 (38)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月３０日（２００９．１０．３０）
【出願人】（５９１２０９２４６）濱中ナット株式会社 (38)
【Ｆターム（参考）】
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