(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％で、Ｃ：０．０３％以下、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：５．０〜７．０％、Ｓ：０．００５％以下、Ｎｉ：９．０〜ｌｌ．０％、Ｃｒ：１９．０〜２３．０％、Ｍｏ：１．０〜３．０％およびＮ：０．３５〜０．５０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避な不純物からなり、不純物Ａｌ，Ｔｉ，Ｍｇ，ＣａおよびＯの少なくとも１種の含有量を、Ａ１：０．０１０％以下、Ｔｉ：０．０１０％以下、Ｍｇ：０．０１０％以下、Ｃａ：０．００８％以下、Ｏ：０．００５％以下に規制した合金組成を有する鋼から製造した、線径０．５mm以下の高強度・高耐食非磁性ステンレス鋼線。
【請求項２】
請求項１に記載の合金成分に加えて、Ｂ：０．００８０％以下を含有する合金組成を有する鋼から製造した、線径０．５mm以下の高強度・高耐食非磁性ステンレス鋼線。
【請求項３】
請求項１または２に記載の合金組成を有する鋼から製造した、線径０．５mm以下で、引張り強さが１５００ＭＰａ以上であり、かつ、透磁率μ＝１．０１以下である高強度・高耐食非磁性ステンレス鋼線。
【請求項４】
請求項１または２に記載の合金組成を有する鋼から製造した、線径が２０μm以下である高強度・高耐食非磁性ステンレス鋼線。
【請求項５】
透磁率がμ＝１．０１以下であって、生体インプラント用に使用する請求項４の高強度・高耐食非磁性ステンレス鋼線。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高強度で高耐食性の、非磁性ステンレス鋼線に関する。本発明のステンレス鋼線は、磁性を嫌う用途、たとえば精密電子部品のバネ用材料、プリント基板印刷メッシュ用の材料として好適であるほか、生体中でも十分な耐食性を有し、極細線加工が必要な生体インプラント用材料としても使用できる。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子部品の非磁性バネ用材料としは、ＪＩＳＣ５１０１（旧名称：リン青銅１種）、Ｃ５１９１（同：リン青銅２種）、Ｃ５２１０（同：ばね用リン青銅）、Ｃ５２１２（同：リン青銅３種）などが使用されているが、この種のリン青銅は、強度特性に劣るとともに、バネ加工性もよくない（バネ加工時の歩留りが低い）という欠点がある。
【０００３】
プリント基板印刷メッシュ用の線材としては、ＪＩＳＧ４３０９に規定されるＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６Ｌ（いずれも、オーステナイト系ステンレス鋼線）等が使用されているが、熱処理した線材を用いるため、強度が低く、目ずれやたるみなどを生じやすく、使用時の耐久性が低いのが欠点である。
【０００４】
他方、生体インプラント用電極として、オーステナイト系ステンレス鋼線（ＳＵＳ３１６）を使用することが提案されている（特開昭６０−１０８０５４号）が、オーステナイト系ステンレス鋼線は、通常、加工に伴って加工誘起マルテンサイトが生成して磁性を発生するため、ＭＲＩ（磁気共鳴診断装置）の誤作動を引き起こす危険がある。長期間生体内部に埋め込まれる材料であるから、より高い耐食性を持つことも求められていた。
【０００５】
ＳＵＳ３１６Ｌよりも耐食性が高い、同じオーステナイト系ステンレス鋼として、ＳＵＳ３１７系のものがあるが、このステンレス鋼は冷間加工性に劣るという問題があった。耐食性にすぐれた二相ステンレス鋼や、高Ｃｒフェライト系ステンレス鋼は、磁性があるため、ＭＲＩに使用すると誤作動を招くという懸念から、この用途には使用できないとされていた。
【０００６】
このような状況のもとで、高強度で、かつ十分な耐食性を有し、しかも強加工後においても非磁性を維持し、極細線への加工が可能である材料の開発が要望されていた。具体的には、固溶化熱処理後の引張強さが８００ＭＰａ以上であり、５０％冷間加工後の引張強さが１５００ＭＰａ以上であり、固溶化熱処理後の耐食性は生理食塩水中での孔食電位が１．０Ｖ以上であって、さらには、冷間加工後の透磁率がμ＝１．０１以下である特性をもったステンレス鋼線である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記の要望に応え、高強度で、かつ十分な耐食性を有し、強加工後においても非磁性であり、極細線への加工が可能であって、上記した具体的な諸特性をも満足する高強度・高耐食非磁性ステンレス鋼線を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の高強度・高耐食非磁性ステンレス鋼線は、重量％で、Ｃ：０．０３％以下、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：５．０〜７．０％、Ｓ：０．００５％以下、Ｎｉ：９．０〜ｌｌ．０％、Ｃｒ：１９．０〜２３．０％、Ｍｏ：１．０〜３．０％およびＮ：０．３５〜０．５０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避な不純物からなり、不純物であるＡｌ，Ｔｉ，Ｍｇ，ＣａおよびＯの少なくとも１種の含有量を、Ａ１：０．０１０％以下、Ｔｉ：０．０１０％以下、Ｍｇ：０．０１０％以下、Ｃａ：０．００８％以下、Ｏ：０．００５％以下に規制した合金組成を有する鋼から製造した、線径０．５mm以下の鋼線である。
【０００９】
本発明の高強度・高耐食非磁性ステンレス鋼線は、任意添加元素として、Ｂ：０．００８０％以下を含有することができる。
【００１０】
本発明の高強度・高耐食非磁性ステンレス鋼線は、前記のように、引張り強さが１５００ＭＰａ以上の高い強度を有する。本発明のステンレス鋼線はまた、線径が０．５mm以下の細線であるが、２０μm以下の極細線とすることができる。そのような極細線であって透磁率がμ＝１．０１以下であるものは、生体インプラント用に使用することができる。
【００１１】
【作用】
本発明の高強度・高耐食非磁性ステンレス鋼線の合金組成を上記のように限定した理由を述べる。
【００１２】
Ｃ：０．０３％以下
Ｃは侵入型の元素であり、強度の向上に寄与する成分であるが、多量に添加すると、Ｃｒと結合して炭化物を生成することにより耐食性を低下させるため、その上限を０．０３％とした。好ましい含有量は、０．０２５％以下である。
【００１３】
Ｓｉ：０．５％以下
Ｓｉは、鋼の溶製時において脱酸剤として使用される元素であるが、多量に添加すると加工性を低下させるため、その上限を０．５％とした。好ましくはO．４％以下である。
【００１４】
Ｍｎ：５．０〜７．０％
Ｍｎはオーステナイト生成元素であり、窒素の固溶量を著しく増加させる成分でもある。冷間加工後においても非磁性を維持するためには、Ｍｎ量を５．０％以上、好ましくは５．５％以上とする必要がある。しかし、多量の添加は熱間加工性を害するので、７．０％以下とした。好ましくは、６．５％以下である。
【００１５】
Ｓ：０．００５％以下
ＳはＭｎＳとなり、加工性を悪くするため、その存在量は低いほど望ましい。許容限度として、０．００５％の上限を設けた。なるべくは、０．００４％以下にしたい。
【００１６】
Ｎｉ：９．０〜１１．０％
Ｎｉはオーステナイト生成元素であり、オーステナイト相の安定に寄与する成分である。それに加えて、変形抵抗を低下させ、冷間加工性を向上させる作用もあるので、９．０％以上、好ましくは９．５％以上とするが、多量に添加するとコストの上昇を招くため、ｌｌ．０％までとする。１０．５％以下が適切である。
【００１７】
Ｃｒ：１９．０〜２３．０％
Ｃｒは、ステンレス鋼における窒素の固溶量の増加と耐食性の向上に寄与する成分であるとともに、フェライト生成元素でもある。Ｃｒ量が少ないと生体中での耐食性が十分でないから、１９．０％以上、できれば１９．５％以上とする。多すぎるとフェライト＋オーステナイトの二相組織となって、非磁性という特徴を失うなるため、２３．０％以下、なるべくは２２．５％以下の添加量とする。
【００１８】
Ｍｏ：１．０〜３．０％
Ｍｏもまた、ステンレス鋼における窒素の固溶量を増加させ、耐食性を向上させる元素であるとともに、フェライト生成元素でもある。Ｍｏ量が少ないと、やはり生体中での耐食性が十分でないから、１．０％以上、できれば１．５％以上とする。多すぎると熱間加工性を損なうため、３．０％以下、なるべくは２．５％以下の添加量とする。
【００１９】
Ｎ：０．３５〜０．５０％
Ｎは、侵入型元素であって、不可避的に含まれる量を超える多量を存在させることによって、強度の上昇、オーステナイト相の安定、および耐食性の向上に寄与する。そこで、Ｎ含有量を０．３５％以上、好ましくは０．４０％以上とする。過大の量を含有させると、固溶化熱処理をしても窒化物が完全に固溶せず、それが加工性や靭延性を低下させることになるため、０．５０％以下、好適には０．４５％以下の添加量をえらぶ。
【００２０】
Ｂ：０．００８０％以下
Ｂは、熱間加工性を改善するのに有効な元素なので、その効果を希望するときは添加してもよいが、多すぎるとＢＮが生成して、逆に熱間加工性を低下させる。そこで、添加する場合も、０．００８０％以下とする。適切なのは、０．００６０％以下である。
【００２１】
Ａ１：０．０１０％以下
Ａｌは、鋼の溶製時に脱酸剤として使用されるが、酸化物を生成し、それが鋼中に硬質の介在物として存在することにより、細線、とりわけ線径２０μm以下の極細線への伸線加工性を著しく悪くするため、できるだけ少ないことが望ましい。したがってＡｌ量を、０．０１０％以下、好ましくは０．００８％以下に規制することが推奨される。
【００２２】
Ｔｉ：０．０１０％以下
Ｔｉは、酸化物を生成し、それが鋼中に硬質の介在物として存在して、細線、とくに上記のような極細線への伸線加工性に悪影響を与える点は、Ａｌと同様である。それゆえ、Ｔｉ量は少ないことが望ましい。０．０１０％以下、好ましくは０．００８％以下に規制するのがよい。
【００２３】
Ｍｇ：０．０１０％以下
Ｍｇも、酸化物を生成し、鋼中に硬質の介在物として存在して、細線、とくに極細線を製造する場合に障害となるため、これもできるだけ少ないことが望まれる。Ｍｇ量は、０．０１０％以下、好ましくは０．００５％以下に規制すべきである。
【００２４】
Ｃａ：０．００８％以下
Ｃａは、鋼溶製時に脱酸剤として使用されることがあるが、酸化物を生成してそれが鋼中に硬質の介在物として存在することになる。そうすると、上記したように、細線、とくに極細線への伸線加工性を低下させるから、Ｃａもまた、なるべく少量であることが望まれる。規制するとなれば、０．００８％以下、好ましくは０．００６％以下の含有量とするのがよい。
【００２５】
Ｏ：０．００５％以下
Ｏは、他の金属元素と結合して酸化物を形成し、すでに説明したように、細線、とくに極細線への伸線加工性を損なう。したがって、Ｏ量もなるべく低く、０．００５％以下、好ましくは０．００３５％以下に規制することが望ましい。
【００２６】
【実施例】
表１に示す合金組成のステンレス鋼を溶製し、造塊したものを対象に、熱間圧延および冷間線引きを行なって、直径４．６mmの線素材に加工した。これにｌ１００℃に加熱する固溶化熱処理を施し、処理材の引張特性を、線材引張試験により測定したところ、表２に示す結果であった。
【００２７】
極値解析によって最大介在物径を測定するとともに、線径が２０μmまでの極細線への加工の可否を調べた。本発明の鋼については、さらに線径１５μmまで伸線を行なった。結果を、表２にあわせて示す。
【００２８】
さらに比較のため、従来のリン青銅（ＪＩＳＣ５１９１Ｗ）の固溶化熱処理材の引張特性を調べて、表３に示す結果を得た。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
表２  実施例および比較例の鋼の固溶化熱処理材の特性
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＊１：１８μｍで断線発生    ＊２：１５μｍまで伸線可能
【００３１】
表３  リン青銅（ＪＩＳ  Ｃ５１９１Ｗ）の合金組成と固溶化熱処理材の特性
0003747590.tif 000004
【００３２】
表１および表２に示すように、本発明に従う鋼１〜６は、いずれも、固溶化熱処理後の引張強さが８００ＭＰａ以上あり、従来のオーステナイト系ステンレス鋼および表３に掲げたリン青銅に比べて、固溶化熱処理材の引張強さはかなり高い値を示す。本発明の好ましい態様に従って、とくに介在物の量を低減した実施例４〜６および比較例１の場合には、最大介在物径が小さく、線径２０μmまでの極細線加工が可能であった。
【００３３】
つづいて、実施例１〜６の鋼、比較例１および２の鋼、ならびにリン青銅に対して、減面率がそれぞれ３７．２％、４８．４％、５７．４％または６８．１％である冷間加工を加え、得られた各線材の引張特性および透磁率を調べた。表４〜表６に示す結果を得た。
【００３４】
【表４】
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【００３５】
【表５】
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【００３６】
【表６】
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【００３７】
表４〜表６にみるように、本発明に従う鋼では、５０％冷間加工後の引張強さはいずれも１５００ＭＰａ以上あり、また、約７０％の冷間加工を加えた後でも、透磁率はμ＝１．０１以下（μ−１で０．０１以下）であって、非磁性が維持されている。
【００３８】
実施例１の鋼およびリン青銅（ＪＩＳ  Ｃ５１９１Ｗ）の、減面率６８．１％の冷間加工材について、機械的特性とばね加工性（ばね加工時の歩留まり）を調べた。試験対象としたのは、本発明において「細線」と呼ぶもののうちで最大の径をもつ、線径０．５mmの線材である。試験結果は、表７に示すとおりであった。ここで、バネ加工性（加工時の歩留り）の評価は、つぎのようにして行なった。すなわち、平均コイル径：５mm、有効巻数１８、自由長：２５mmの圧縮コイルバネを、コイリングマシンにより５，０００個製作し、すべてのばねの自由長を測定して、自由長の規格値（２５．０±０．１mm）に対する合格率をもって、加工時の歩留りとする。
【００３９】
表７  線材の機械的性質とバネ加工性
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【００４０】
表７に示すように、実施例１の鋼を素材としてバネ加工を行なった場合には、全製品が自由長の規格値を満たし、歩留まり１００％であって、従来のリン青銅を素材としてバネ加工を行なった場合の歩留まり９１％にくらべて、バネ加工性がかなりすぐれていることが確認できた。
【００４１】
別に、耐食性を調べるため、各鋼を０．９％生理食塩水に浸漬し、その中での孔食電位と、２週間浸漬後のＮｉ溶出量とを測定して、表８に示す結果を得た。
【００４２】
表８  孔食電位とＮｉ溶出量
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【００４３】
表８に明らかなように、本発明に従う鋼では、いずれも０．９％生理食塩水中での孔食電位は１．０Ｖvs.Ａｇ／ＡｇＣｌ以上であるとともに、Ｎｉ溶出量が少ないから、生体中で十分な耐食性を有することが認められた。
【００４４】
【発明の効果】
本発明による高強度・高耐食非磁性ステンレス鋼線は、前記の合金組成と不純物の規制による効果として、下記の諸特性を有し、
・固溶化熱処理後の引張強さが８００ＭＰａ以上の高強度である。
・線径２０μm以下の極細線への加工が可能である。
・生理食塩水中での孔食電位が１．０Ｖ以上というすぐれた耐食性を有する。
・冷間加工後の透磁率がμ＝１．０１以下の非磁性を有する。
磁性を嫌う精密電子部品のバネ用材料や、プリント基板印刷用メッシュの材料として好適である。本発明のステンレス鋼線は、非磁性の上に十分な耐食性を有し、かつ、極細線への加工が必要とされる生体インプラント用材料としても、有用である。線径が２０μm以下であって、透磁率がμ＝１．０１以下であるものは、ＭＲＩのような磁性を嫌う用途に使用可能であるという点で、とりわけ有用である。
【００４５】
基本的な合金成分にＢ：０．００８０％以下を添加した高強度・高耐食非磁性ステンレス鋼は、熱間加工性が改善されているから、最終製品への加工が容易である。