(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高マンガン鋼からなる摺動軸部材であって、
前記高マンガン鋼は、17〜25重量％のＭｎ、0を超え0.08重量％以下のＣ、1〜10重量％のＣｒ、1〜3重量％のＮｉ、0を超え0.05重量％以下のＡｌ、0.1〜1重量％のＴｉ、0を超え0.3重量％以下のＳｉ、1〜5重量％のＭｏ、1〜5重量％のＣｕ、0.05〜0.4重量％のＳ、ＳｅおよびＴｅから選ばれる少なくとも1種を含有し、残部がＦｅからなり、かつオーステナイト組織を有すると共に、前記ＡｌおよびＴｉが炭化物として存在することを特徴とする摺動軸部材。
【請求項２】
請求項１記載の摺動軸部材において、
前記高マンガン鋼は、さらに0.25〜0.3重量％のＰｂを含有することを特徴とする摺動軸部材。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の摺動軸部材において、
前記高マンガン鋼は、さらに0.01〜1重量％のＣｅを含有することを特徴とする摺動軸部材。
【請求項４】
高マンガン鋼からなる非磁性軸部材であって、
前記高マンガン鋼は、17〜25重量％のＭｎ、0を超え0.08重量％以下のＣ、1〜10重量％のＣｒ、1〜3重量％のＮｉ、0を超え0.05重量％以下のＡｌ、0.1〜1重量％のＴｉ、0を超え0.3重量％以下のＳｉ、1〜5重量％のＭｏ、1〜5重量％のＣｕ、0.05〜0.4重量％のＳ、ＳｅおよびＴｅから選ばれる少なくとも1種を含有し、残部がＦｅからなり、かつオーステナイト組織を有すると共に、前記ＡｌおよびＴｉが炭化物として存在することを特徴とする非磁性軸部材。
【請求項５】
請求項４記載の非磁性軸部材において、
前記高マンガン鋼は、さらに0.25〜0.3重量％のＰｂを含有することを特徴とする非磁性軸部材。
【請求項６】
請求項４または請求項５記載の非磁性軸部材において、
前記高マンガン鋼は、さらに0.01〜1重量％のＣｅを含有することを特徴とする非磁性軸部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高マンガン鋼とそれを用いた摺動軸部材および非磁性軸部材に係り、特にＯＡ機器、家電製品、その他の製品の内装品等を構成する鋼材として好適な耐摩耗性、耐食性、加工性等を有し、かつ製造コストが安価な高マンガン鋼とそれを用いた摺動軸部材および非磁性軸部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ＯＡ機器や家電製品等の部品構成材料として、種々のステンレス鋼やメッキ処理を施した鋼材が使用されている。これらの鋼材には通常の使用環境下において、長期間にわたって十分な耐食性を備えることが要求される。耐食性についてはステンレス鋼が優れており、他の鋼材を使用する場合にはメッキ処理を施して耐食性の向上を図っている。また、鋼材を例えば軸部材等として使用する場合には、良好な耐摩耗性を有することが求められる。そこで、例えばステンレス鋼では耐摩耗性を高めるために、表面窒化処理等を施して高硬度化することが行われている。
【０００３】
一方、硬度が高く、耐摩耗性に優れる鋼材として高マンガン鋼が知られている。代表的な高マンガン鋼としては、11〜14重量% 程度のＭｎを含有する合金鋼、いわゆるハッドフィールド鋼が挙げられる。このような高マンガン鋼に焼き入れを行うことによって、容易に表面硬化し、しかも内部はねばり強く、強度、耐摩耗性、耐衝撃性、振動吸収性等に優れるというような特性が得られる。このような特性を有することから、従来、高マンガン鋼は破鋼機やレールクロッシング等に多く使用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、鋼材をＯＡ機器や家電製品等の部品材料として使用する場合、耐食性の点では上述したようにステンレス鋼が優れている。しかしながら、ステンレス鋼は材料自体として高価であることに加えて、例えば摺動軸部材や非磁性軸部材等の軸部材としては耐摩耗性が不十分であるため、このような用途に適用する場合には表面窒化処理等を施す必要があり、さらに製造コストが増大するという問題がある。
【０００５】
また、ステンレス鋼以外の例えば一般的な炭素鋼等を使用する場合、それら自体は安価であるものの、耐食性に劣るためにメッキ処理を施す必要がある。メッキ処理は製造コストの上昇を招くだけでなく、処理自体として環境汚染等を招くおそれがある。さらに、開発途上国等においては、メッキ処理を施す技術や設備等が不足している場所が少なくなく、このためにメッキ処理に要するコストが製造コスト全体に対する比率が大きくなるという問題がある。
【０００６】
一方、前述した11〜14重量% 程度のＭｎを含有する高マンガン鋼は、硬度、強度、耐摩耗性等に優れている反面、耐食性が悪く、比較的良好な環境下で使用する場合でも不十分な特性しか得られないという問題を有している。このため、従来はＯＡ機器や家電製品の部品材料等の用途には向かないとされてきた。また実際に、従来の高マンガン鋼は破鋼機やレールクロッシング等の耐食性が必要とされない用途に主として用いられてきた。さらに、高マンガン鋼は切削性等の加工性も悪く、硬化後の加工処理が困難であることから、ほとんどの製品は鋳造により成形されており、材料として使用用途が限定されている。
【０００７】
なお、高マンガン鋼としては上記した11〜14重量% 程度のＭｎを含むものに限らず、種々の組成の高マンガン鋼が提案されている。例えば、 7〜40重量% 程度のＭｎ、 0.5〜 2重量% 程度のＣ、15重量% 以下程度のＣｒ、10重量% 以下程度のＮｉ等を含有する高炭素高マンガン鋼が特公昭 57-4697号公報、同 62-8498号公報、同 62-8500号公報等に記載されている。このような高炭素高マンガン鋼は基本的に耐食性に劣り、その用途としてはレールクロッシング、クラッシャ歯板、キャタピラ、土砂掘削用具等が記載されているのみである。
【０００８】
さらに、特公平7-17949 号公報には、Ｃ0.15〜0.70重量% 、Ｓｉ0.10〜3.00重量% 、Ｍｎ12〜30重量% を含有し、さらにＮｉ0.05〜3.00重量% 、Ｃｒ0.05〜  8.00重量% 、Ｍｏ0.05〜3.00重量% のうち少なくとも 1種を含有し、残部が実質的にＦｅからなる高Ｍｎ非磁性鋼が記載されているが、この高Ｍｎ非磁性鋼も上記した高炭素高マンガン鋼と同様に耐食性に劣るものであった。
【０００９】
特公昭 62-8499号公報には、Ｃ 0.5重量% 未満、Ｓｉ 2.0重量% 以下、Ｍｎ 7〜40重量% 、Ｎｉ10重量% 以下、Ｃｒ15重量% 以下、Ｍｏ 3重量% 以下、Ｔｉ 2重量% 以下、Ａｌ 2重量% 以下等を含み、残部が主としてＦｅからなる低炭素高マンガン鋼が記載されている。しかし、この低炭素高マンガン鋼は比較的多くの酸化物（Ｃａ、Ａｌ、Ｓｉ等の酸化物）を含んでおり、切削性に関しては良好となるものの、十分な耐食性は得られていない。
【００１０】
さらに、特公平 1-43817号公報や特公平 6-36664号公報には、耐食性の向上を図った高マンガン鋼が記載されているが、これらはいずれも高濃度にＣｒを含有する（前者はＣｒ16〜18重量% 、後者は10〜30重量% ）高Ｍｎ高Ｃｒ鋼である。このような高Ｍｎ高Ｃｒ鋼は、耐食性自体は良好であるのの、ステンレス鋼と同様に材料として高価となるという難点を有している。
【００１１】
本発明はこのような課題に対処するためになされたもので、強度や耐摩耗性等の機械的特性に優れ、その上でメッキ処理を施すことなく良好な耐食性を示すと共に、製造コストが安価な高マンガン鋼、さらには切削性等の加工性を向上させた高マンガン鋼、およびそれを用いた摺動軸部材と非磁性軸部材を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の摺動軸部材および非磁性軸部材は、高マンガン鋼からなる摺動軸部材および非磁性軸部材であって、前記高マンガン鋼は17〜25重量％のＭｎ、0を超え0.08重量％以下のＣ、1〜10重量％のＣｒ、1〜3重量％のＮｉ、0を超え0.05重量％以下のＡｌ、0.1〜1重量％のＴｉ、0を超え0.3重量％以下のＳｉ、1〜5重量％のＭｏ、1〜5重量％のＣｕ、0.05〜0.4重量％のＳ、ＳｅおよびＴｅから選ばれる少なくとも1種を含有し、残部がＦｅからなり、かつオーステナイト組織を有すると共に、前記ＡｌおよびＴｉが炭化物として存在することを特徴としている。
【００１５】
本発明においては、従来の高マンガン鋼に比べてＣ量を 0を超え0.08重量% 以下と極めて少なくし、その上でＭｎ量を17〜25重量% と多くしている。このようなＭｎとＣの組成比を満足させることによって、製造および加工工程を経ても均一なオーステナイト組織を安定して形成、維持することが可能となる。これにより、耐食性や切削性を向上させることができる。ただし、このＭｎとＣの組成比だけでは前述したような用途に求められる耐食性を十分に満足させることはできない。そこで、本発明の高マンガン鋼においてはＣｒを含有させているが、Ｃｒ量の増加は前述したように高コスト化を招くことになる。
【００１６】
本発明の高マンガン鋼は、Ｃｒ含有量の増加を抑制した上で、耐食性の向上特に発錆を抑制したものであり、そのためにＡｌ含有量を 0を超え0.05重量% 以下としている。すなわち、Ａｌは脱酸剤として必須の成分であり、また高温酸化抵抗の増大等に寄与するものの、Ａｌが酸化物として存在するとこれが触媒となって錆の進行を早め、耐食性の低下原因となることを見出した。ＳｉやＴｉ等も酸化物として存在する場合には、同様に錆の進行が早まるが、特にＡｌの酸化物が問題となる。このようなことから、本発明においてはＡｌ量を0.05重量% 以下としており、これにより高マンガン鋼の非磁性でかつ耐摩耗性に優れるという特性を維持した上で、耐食性を大幅に高めている。さらに、低Ｃ量のオーステナイト組織等に基づいて良好な加工性が得られる。
【００１７】
また、このような高マンガン鋼を用いた本発明の摺動軸部材および非磁性軸部材によれば、非磁性でかつ耐摩耗性に優れるという特性、および良好な耐食性が得られ、さらに高マンガン鋼の低コストや良好な加工性に基づいて製造コストの低減を図ることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施するための形態について説明する。
【００１９】
本発明の高マンガン鋼は基本組成として、17〜25重量% のＭｎ、 0を超え0.08重量% 以下のＣ、 1〜10重量% のＣｒ、 0を超え0.05重量% 以下のＡｌを含有し、残部が実質的にＦｅからなる組成を有するものである。このような基本組成を備えた鋼材は、従来の高マンガン鋼に比べて耐食性に優れ、また切削加工性に優れるものである。
【００２０】
上記した基本組成のうち、炭素は発錆等を抑制すると共に、切削加工性等を向上させる上で、その含有量を0.08重量% 以下とする。Ｃ含有量が0.08重量% を超えると錆が発生しやすくなる。さらに、本発明の高マンガン鋼の基本組織であるオーステナイト組織の切削加工性の点からも、Ｃ含有量は少なくした方が有利である。これは、切削加工中において形成される構成刃先を軽微なものとする効果があるためである。また、Ｃ含有量を0.08重量% 以下とすることによって、鋼材を切削加工して部品とした後に行う熱処理において、炭化物の析出量の増大を抑制することができ、これにより最終製品の歪みを少なくすることができる。
【００２１】
なお、炭素は積極的に添加する必要はなく、またＣ含有量は現実的に零とすることは極めて困難であるため、例えば周囲環境からの炭素の混入を抑制することによって、上記した0.08重量% 以下のＣ含有量を満足させるものとする。
【００２２】
Ｍｎは鋼組織をオーステナイト組織とするために必須の成分であり、特に上記したような低炭素量を満足させた上で、安定して均一なオーステナイト組織とするために、Ｍｎ含有量は17〜25重量% の範囲とする。Ｃ含有量が低い場合、Ｍｎの含有量が少ないと均一なオーステナイト組織が得られない。
【００２３】
ここで、オーステナイト組織は鋼材の非磁性特性を確保すると共に、高い耐摩耗性を保証するものであり、高マンガン鋼の基本特性を満足させる上で必須の組織である。さらに、オーステナイト組織は耐食性特に耐酸性の向上にも寄与する。Ｍｎ含有量が17重量% 未満であると、上記したように熱処理工程や加工工程において非オーステナイト組織が発生して磁性を有することになり、しかも組織の不均一性に起因して耐食性が低下する。一方、Ｍｎ含有量が25重量% を超えると、組織の均一性の悪化により耐食性が低下し、またＭｎが粒界の界面に露出しやすくなること等に起因して脆くなり、鍛造や伸線時に割れ等が発生しやすくなる。Ｍｎの含有量は、上記したＣ含有量の範囲で特に良好な特性が得られる17〜20重量% の範囲とすることがさらに好ましい。
【００２４】
Ｃｒは不動態膜の形成により耐食性の向上に寄与する成分である。特にＣｒは耐塩性の向上に寄与する。さらに、Ｃｒの添加は鋼材の引張り強さを向上させ、降伏点を上昇させると共に、鋼材の硬度も上昇させる。また、Ｃｒの添加は溶接による劣化を減少させ、これにより溶接性も向上する。
【００２５】
ただし、Ｃｒを多量に含有すると合金としての製造コストが大幅に高くなり、本発明の高マンガン鋼の効果を損ねることになる。そこで、本発明の高マンガン鋼においては、Ｃｒ含有量は最大でも10重量% とする。一方、Ｃｒ含有量が 1重量% 未満であると、十分な耐食性の向上効果を得ることができず、ＯＡ機器の部品等に求められる耐食性を満足させることができない。このようなことから、  Ｃｒ含有量は 1〜10重量% の範囲とする。特に、Ｃｒ含有量は 5〜 9重量% の範囲とすることが望ましい。
【００２６】
本発明の高マンガン鋼においては、Ｃｒ含有量を10重量% 以下とした上で、良好な耐食性を発揮させるために、Ａｌ含有量を0.05重量% 以下としている。ここで、Ａｌは脱酸剤として必須の成分であり、さらに高温酸化抵抗の増大等に寄与する。しかしながら、Ａｌが酸化物として高マンガン鋼中に存在すると、この酸化物が触媒となって錆の進行を早め、耐食性の低下原因となる。ＳｉやＴｉ等も酸化物として存在する場合には同様に錆の進行を早めるが、特にＡｌの酸化物が問題となる。
【００２７】
このようなことから、本発明ではまずＡｌ含有量を0.05重量% 以下としている。Ａｌ含有量が0.05重量% を超えると、Ａｌが酸化物として存在する可能性が高まるため、耐食性を低下させることになる。Ａｌ含有量を0.05重量% 以下とするために、例えば後述するＴｉやＳｉを脱酸剤として併用し、当初のＡｌ添加量は少なめに設定することが好ましく、また鋼材成分の溶解後のスラグの除去量は多くすることが好ましい。高マンガン鋼中のＡｌ成分は積極的に添加したものに必ずしも限られるものではないが、Ａｌの添加量を完全に零とすると酸素の残存量が大幅に上昇するため、微量であっても積極的に添加することが好ましい。
【００２８】
さらに、Ａｌは高マンガン鋼中に炭化物として存在させることが好ましい。高マンガン鋼中にＡｌが酸化物として存在すると、上記したように耐食性の低下要因となるが、高マンガン鋼中のＡｌを炭化物とすることによって、逆に耐食性が向上する。ただし、Ａｌは酸化物を形成しやすいため、上述したようにその含有量は0.05重量% 以下とする。残存するＡｌを炭化物とするためには、例えば後述するように、脱酸剤としてＴｉを併用することが好ましい。ＴｉはＡｌに比べて炭化物を形成しやすく、このようなＴｉをＡｌと併用することによって、容易にＡｌを炭化物として存在させることができる。
【００２９】
本発明の高マンガン鋼は上述した基本成分のほかに、以下に示すような成分を含有していてもよい。
【００３０】
例えば、ＮｉはＭｎと同様にオーステナイト組織を保持する成分であることから、Ｎｉを補助的に添加してもよい。Ｎｉはあくまでも補助的に添加するものであり、その含有量は 3重量% 以下とする。本発明の高マンガン鋼は、基本的にはＭｎ量に基づいてオーステナイト組織としているため、Ｎｉを 3重量% を超えて含有させる必要性はないばかりか、Ｎｉを多量に含有すると合金としての製造コストが大幅に高くなり、本発明の高マンガン鋼の効果を損ねることになる。Ｎｉの添加効果は 1重量% あたりから顕著となるため、Ｎｉ含有量は 1〜 3重量% の範囲とすることが好ましい。
【００３１】
また、ＴｉやＳｉはＡｌと同様に脱酸剤として機能するため、必要に応じて添加することができる。このうち、特にＴｉは高温酸化抵抗を高めると共に、炭化物として存在する場合には耐食性の向上に寄与するため、例えば 0.1〜 1重量% の範囲で含有させることが好ましく、 0.2〜0.35重量% の範囲とすることがさらに好ましい。さらに、Ｔｉは炭化物を生成しやすい元素であり、それ自体が高マンガン鋼中に炭化物として存在しやすいと共に、上述したようにＡｌ炭化物の生成に寄与する。Ｔｉの含有量が 0.1重量% 未満であると炭化物の量が少なく、耐食性の向上効果が小さく、また 1重量% を超えると偏析したり、また酸化物が増加する。なお、ＳｉはＡｌと同様に酸化物を形成しやすく、耐食性の低下要因となるため、その含有量は 0.3重量% 以下とすることが好ましい。
【００３２】
Ｍｏは、高マンガン鋼の短所である引張り強さに対して、降伏点の上昇に寄与する。また、電気腐食性やその他の耐食性を向上させ、特に塩水噴霧試験に対する特性の改善に寄与する。Ｍｏの含有量は 1〜 5重量% の範囲とすることが好ましい。Ｍｏの含有量が 5重量% を超えると合金としての製造コストが高くなり、本発明の高マンガン鋼の効果を損ねることになる。また、Ｍｏの添加効果は 1重量% あたりから顕著となるため、Ｍｏ含有量は 1〜 5重量% の範囲とする。高マンガン鋼の製造コストの観点等から、Ｍｏ含有量は 2〜 3重量% の範囲とすることがさらに好ましい。
【００３３】
Ｓは鋼材中に局部電池を形成して腐食を引き起こすため、耐食性の観点からは好ましくないが、切削性を向上させる点では効果的である。ＳはＭｎと結合して塑性を著しく低下させる代わりに、切削性を向上させて部品加工コストを低減する効果がある。ただし、Ｓ含有量をあまり多くすると、上記したように耐食性を低下させるだけでなく、製造コストを上昇させたり、またもろくなるため、Ｓ含有量は0.05〜 0.4重量% の範囲とすることが好ましい。Ｓ含有量が0.05重量% 未満であると快削性を十分に得ることができない。
【００３４】
また、Ｓに代えてＳｅやＴｅを用いることもできる。ＳｅやＴｅは高価である反面、耐食性を低下させないという利点を有している。特にＴｅは0.01〜 0.1重量% の含有量で耐食性を却って向上させる。このようなことから、本発明の高マンガン鋼においては、切削性等の加工性を向上させる上で、Ｓ、ＳｅおよびＴｅから選ばれる少なくとも 1種を0.05〜 0.4重量% の範囲で含有してもよい。
【００３５】
Ｐｂは構成刃先の発生を低減し、工具の摩耗防止等に寄与する。また、Ｓと同様に（特にＭｎ−Ｓの存在下において）切削加工を容易にし、しかも塑性加工  （転造等）を容易にする。さらに、非金属介在物との結合により鋼材のひび割れ等を抑制する。Ｐｂは0.25〜 0.3重量% 程度の含有量で効果が得られる。
【００３６】
本発明の高マンガン鋼は、他に 1〜 5重量% 程度のＣｕや0.01〜 1重量% 程度のＣｅ等を含有していてもよい。Ｃｕは冷間加工性等の向上に寄与し、ＣｅはＳよりも耐食性を低下させずに切削性等の向上に寄与する。
【００３７】
なお、Ｐは鋼材の摩擦係数を低下させるが、局部電池としても働き、耐食性を低下させるために、極力混入させないことが望ましい。
【００３８】
上述したような組成を満足し、かつ略均一なオーステナイト組織を有する本発明の高マンガン鋼は、例えば以下のようにして製造される。
【００３９】
すなわち、まず上述した組成を満足するように調整した鋼材成分を溶解し、これをインゴットとする。溶解温度は1400〜1600℃程度である。ここで、Ｍｎは  Ｆｅとの化合物として混入され、他の添加成分も通常は化合物の状態で混入される。Ａｌは酸化物を排除した状態で添加することが好ましい。また、鋼材成分の溶解にあたって、前述したようにＡｌ含有量（残存量）を低減するような処置を施すことが好ましい。
【００４０】
次に、インゴットを1000〜1200℃程度に加熱した後、急冷する等の水じん処理を施す。加熱時間はインゴットの厚さ等により適宜十分な時間をとる。上記したような温度に加熱することによって、全ての炭化物はオーステナイト中に固溶体として溶け込み、その後の水じん処理により均−なオーステナイト組織を有する高マンガン鋼が得られる。水じん処埋により得られる均一なオーステナイト組織によって、強靭かつ耐衝撃性に優れた性質が得られると同時に、さらに冷間加工を施すことで加工硬化して、優れた耐摩耗性を持つようになる。
【００４１】
上記した水じん処理において、Ｃ含有量が低い場合にＭｎ含有量が少ないと均一なオーステナイト組織を得ることができない。例えば、従来のハッドフィールド鋼（Ｍｎ：11〜14重量%)の組成を変更してＣ含有量を0.08重量% 以下とすると例えば加工工程中にフェライト組織が生成し、磁性が発生してしまう。本発明は低炭素量であってもオーステナイト組織の均一性を維持し、上述したような特性を得ることを可能にするために、高Ｍｎ含有量を採用している。
【００４２】
本発明の高マンガン鋼は、前述したような高Ｍｎ含有量を採用したことにより、低炭素量とした上で水じん処理により均一なオーステナイト組織を得ている。この低Ｃ含有量の均一なオーステナイト組織は、高マンガン鋼の基本特性である非磁性でかつ強度や耐摩耗性等の機械的特性に優れるという特徴を維持した上で、耐酸性等の耐食性や切削性等の加工性の向上に寄与する。本発明においては、さらにＣｒを含有させることで耐食性、特に耐塩性を向上させているが、Ｃｒ含有量は製造コストの大幅な増大を招かない範囲、すなわち従来のメッキ処理等を施した炭素鋼と同等もしくはそれ以下の製造コストとなる範囲としている。
【００４３】
上記したようにＣｒ含有量を抑えた上で、従来のメッキ処理等を施した炭素鋼と同等もしくはそれ以上の耐食性を得るために、本発明では酸化物として存在すると錆の進行を早めるＡｌの含有量を0.05重量% 以下とし、さらにはＡｌを炭化物として存在させることによって、耐食性の向上を図っている。耐食性は適量のＴｉ等を含有させることによって、さらに向上させることができる。
【００４４】
これらによって、本発明の高マンガン鋼によれば、メッキ処理等の表面処理を施すことなく、従来の高マンガン鋼に比べて耐食性を大幅に向上させることができ、さらにそのような耐食性に優れる高マンガン鋼を安価に製造することが可能となる。耐食性については、具体的には従来のメッキ処理等を施した炭素鋼と同等もしくはそれ以上とすることができる。切削性等の加工性については、上記した低Ｃ含有量の均一なオーステナイト組織により、さらにはＳやＳｅ等を含有させることによって、従来の高マンガン鋼に比べて大幅に改善することができる。具体的には、本発明と同じオーステナイト組織を有するステンレス鋼と同等もしくはそれ以上の切削加工性を得ることができる。
【００４５】
上述したように、本発明の高マンガン鋼は、耐摩耗性、耐食性および切削性に優れる鋼材であり、耐摩耗性・高耐食性・高切削性鋼材と言うことができる。さらに、このような特性をメッキ処理や表面窒化処理等の表面処理を施すことなく得ることができる。具体的には、従来の快削鋼（炭素鋼）の材料費にメッキ処理や窒化処理等の表面処理にかかる費用とほぼ同等もしくはそれ以下の製造コストで得ることができる。また、表面処理に伴う物流、リードタイム、その他の取り扱いにかかる費用を含めると、表面処理を行う場合よりも低コストで上記したような特性を有する鋼材を供給することができる。
【００４６】
さらに、表面処理が不要となることによって、廃水、廃水の処理や処理装置から出る廃棄物等が発生しなくなるため、環境保全に寄与することができる。また、複雑かつ技量を必要とする表面処理が不要となることから、例えば近年のアジアにおける部品製造時に特に有効である。
【００４７】
本発明の高マンガン鋼は、ＯＡ機器や家電製品等の内装品や部品の構成材料として好適であり、このような部品材料を従来のステンレス鋼に比べて安価に提供することが可能となる。具体的には各種機器の軸部材、特には複写機、ファクシミリ、プリンタ等の摺動部に使用される軸部材（摺動軸部材）、非磁性が要求されるモータ軸等の非磁性軸部材等に好適である。そして、本発明の摺動軸部材および非磁性軸部材は、上述した本発明の高マンガン鋼からなるものである。
【００４８】
【実施例】
次に、本発明の高マンガン鋼の具体的な実施例およびその評価結果について述べる。
【００４９】
実施例１〜３
まず、表１に示す各組成を満足するように調整した各鋼材成分を、それぞれ  1400〜1600℃程度の温度で溶解し、これらをインゴットとした。次いで、各インゴットを1000〜1200℃程度に加熱した後、急冷することにより水じん処理を施した。加熱時間は各インゴットに応じて適宜設定した。
【００５０】
次に、上記水じん処理を施した各インゴットに対して鍛造処理を施した後、それぞれ 150mm角程度の角棒状に成形した。これら角棒の表面の損傷層を除去するために面削処理を行った後、ホットロールによりそれぞれ40mmφ程度の丸棒に加工し、さらにダイスも通して伸線を行って 8〜13mmφの線材に加工した。
【００５１】
【表１】
0003787224.tif 000002
比較例１〜４
表２に示すように、Ｍｎ含有量を約13重量% に設定すると共に、Ｃｒを添加していない鋼材（比較例１、２）と、Ｍｎ含有量は増大させるものの、Ｃｒを添加していない鋼材（比較例３、４）を、実施例１と同様にして作製した。
【００５２】
【表２】
0003787224.tif 000003
上記した実施例１〜３および比較例１〜４の各鋼材の組織を調べたところ、比較例１、２による各鋼材はオーステナイト組織の一部がフェライト化しており、水じん処理後から磁性を有していた。また、比較例３による鋼材は若干磁性を有しており、一部がフェライト化しているものと考えられる。これらに対して、実施例１〜３による各鋼材および比較例４による鋼材は、いずれもＭｎ含有量を増大させているため、フェライト化を防止することができ、ほぼ均一なオーステナイト組織を有していることを確認した。
【００５３】
このように、Ｍｎ含有量を17重量% 以上とすることによって、均一なオーステナイト組織を得ることができる。実施例１〜３および比較例４による各鋼材は、いずれも良好な耐摩耗性を有していた。
【００５４】
次に、実施例１〜３および比較例１〜４の鋼材の耐食性を評価した。耐食性はJIS Z 2371による塩水噴霧試験に基づいて評価した。具体的には、まず予備試験として 5±0.5%の塩水(1〜2ml/h)を各試料に35± 2℃の条件下で 8時間噴霧し、その後の錆の状態を評価した。
【００５５】
比較例１、２による各鋼材は塩水を噴霧した段階で、噴霧部分に大きく錆が発生しており、比較例３による鋼材についてもほぼ同様であった。これら各鋼材は 1ケ月放置するとその周囲の広い領域にわたって錆が進行していた。比較例４による鋼材は、比較例１〜３に比べて若干錆の状態が改善されていたが、耐食性としては不満足なものであった。比較例４の鋼材における耐食性の低下は、添加されたＡｌの酸化によって引き起こされたものであることが確認され、当初添加するＡｌから酸化物を排除することによって、若干耐食性が向上することが確認された。
【００５６】
実施例１〜３による各鋼材では、塩水を噴霧した部分に僅かに小さな錆が発生しているだけで、良好な耐食性を有していることが確認された。特に、実施例１による鋼材は、塩水を噴霧した部分に僅かに分散した錆が発生しただけであった。これら実施例１〜３による各鋼材では、 1ケ月放置しても錆の進行はほとんど見られなかった。これらから、Ｃｒを含有させると共にＡｌ含有量の減少させることによって、耐食性が明確に向上することが確認された。
【００５７】
また、実施例１による鋼材中の各成分の分布をＥＰＭＡにより評価した。その結果のうち、ＴｉとＡｌの測定結果を図１に模式的に示す。なお、図１（ａ）はＥＰＭＡの測定結果から特にＴｉの存在量が多かった部分(0.5重量% 以上）を抜粋して示す図であり、図１（ｂ）はＥＰＭＡの測定結果から特にＡｌの存在量が多かった部分(0.5重量% 以上）を抜粋して示す図である。図１（ａ）、（ｂ）に示すように、ＡｌはほぼＴｉと同様な位置に存在していることが確認された。この結果から、ＡｌはＴｉの影響により炭化物として存在しているものと推定される。
【００５８】
実施例１〜３による各鋼材については、塩水噴霧後に湿度 90%、温度45℃による環境試験を実施した。評価は JIS塩水噴霧レイティングナンバー法を利用し、レイティングナンバー 9.8-1〜 9.8-3の状態を維持できる時間を測定した。実施例１による鋼材は上記した条件下での環境試験において、レイティングナンバー 9.8-1〜 9.8-3の状態を 350時間維持し、ほとんど支障のない表面状態が保持されていることが確認された。実施例２による鋼材はレイティングナンバー 9.8-1〜 9.8-3の状態を 250時間維持し、実施例３による鋼材はレイティングナンバー 9.8-1〜 9.8-3の状態を 100時間維持した。なお、実施例２による鋼材の 350時間経過後のレイティングナンバーは 8-1〜 8-3相当であった。
【００５９】
さらに、実施例１、２による各鋼材については、湿度 95%、温度68℃、 350時間の条件で環境試験を実施した。実施例１による鋼材は、上記した過酷な条件下での環境試験において僅かな錆が見られたが、良好な表面状態を維持していた。一方、実施例２による鋼材は、表面に多少の錆が見られた。
【００６０】
これらの評価結果から、より過酷な条件下での耐食性を満足させるためには、Ｃｒ含有量を増加させることが、具体的には 5〜 9重量% の範囲を満足させることが好ましいことが分かる。特に、実施例１による鋼材は、通常の室内のＯＡ機器、もしくは内蔵部品に使用する鋼材、特に摺動軸部材や非磁性軸部材として何等支障がない素材であることが分かる。
【００６１】
次に、実施例１による鋼材の耐摩耗性を調べるために、プリンタの活字輪軸を作製し、その耐久性を評価した。耐摩耗性の比較試料（比較例５）としては、   SUM24材に表面窒化処理を施したものを用いた。実施例１および比較例５による活字輪軸を用いたプリンタをそれぞれ 4台組み立て、 400万行の印字試験を行い、その後の活字輪軸の表面粗さ（Ｒy 、Ｒa 、Ｒz ／μm ）を測定した。その結果を表３に示す。
【００６２】
【表３】
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実施例１による活字輪軸は、比較例５による活字輪軸と印字品質に表れるような差はなく、また双方とも異常な摩耗は見られなかった。そして、表３からも明らかなように、実施例１による高マンガン鋼は、比較例５としての表面窒化処理を施した SUM24材と同等の耐摩耗性を有していることが分かる。
【００６３】
実施例４
Ｍｎ17.0重量% 、Ｃ0.07重量% 、Ｓ0.19重量% 、Ｓｉ0.27重量% 、Ｍｏ2.44重量% 、Ａｌ0.04重量% 、Ｔｉ0.21重量% 、Ｃｒ6.92重量% 、Ｃｕ2.62重量% 、  Ｎｉ2.96重量% 、Ｐｂ0.03重量% 、Ｔｅ0.03重量% 、残部Ｆｅの組成を有する鋼材を、実施例１と同様にして作製した。この実施例４の鋼材は切削性を高めたものである。
【００６４】
この実施例４の鋼材と実施例１の鋼材を用いて切削性を評価した。また、切削性の比較試料（比較例６）としては、オーステナイト系の SUS 303材を用いた。切削性試験は以下の条件で行った。
【００６５】
［切削性試験条件］
工具：マイクロアロイＦ１，すくい角逃げ角 5°
切削油：活性硫黄
周速： 66m/mim，φ14-1500rpm
切削量： 3mm，φ14→φ8
工作機械：ＮＣスイス型，野村精機製
切削性は、 1回転当たりの切削量（送り量）を0.01〜0.05（mm/1回転）に設定した際の切削粉の厚みを計測することにより評価した。材料の熱伝導率を除く全てのファクタを共通化しているため、切削粉の厚みおよびその変化曲線から切削性およびその切削条件を調べることができる。各条件での切削粉の厚みの計測結果を表４に示す。また、図２はその結果をグラフ化したものである。
【００６６】
【表４】
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図２から、比較例６としての SUS 303材は、スイス型自動旋盤での安定加工領域（送り量Ｆと切削粉の厚みｔとが比例関係にあるとき）がＦ＝0.03であることが分かる。実施例１による鋼材は安定加工領域がＦ＝0.02であり、 SUS 303材と同等の切削性を有していることが分かる。実施例４による鋼材は安定加工領域がＦ＝0.03〜0.04であり、 SUS 303材よりやや切削性に優れることが分かる。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、高マンガン鋼本来の非磁性でしかも耐摩耗性等に優れるという基本特性を維持した上で、耐食性や加工性を向上させた高マンガン鋼を提供することができる。従って、このような高マンガン鋼は従来のメッキ処理等の表面処理を施した鋼材やステンレス鋼の代わりに、安価なＯＡ機器、家電製品、内装品等の材料として使用することができる。また、上述したような高マンガン鋼からなる本発明の摺動軸部材および非磁性軸部材によれば、軸部材としての特性の向上を図った上で、製造コストの低減等を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例１による鋼材のＥＰＭＡの測定結果を模式的に示す図であって、図１（ａ）はＥＰＭＡの測定結果から特にＴｉの存在量が多かった部分(0.5重量% 以上）を抜粋して示す図、図１（ｂ）はＥＰＭＡの測定結果から特にＡｌの存在量が多かった部分(0.5重量% 以上）を抜粋して示す図である。
【図２】  本発明の実施例１および実施例４による高マンガン鋼の切削性の評価結果を SUS 303材と比較して示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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