JP2006274443A

JP2006274443A - 非磁性高硬度合金

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Publication number: JP2006274443A
Application number: JP2006012931A
Authority: JP
Inventors: Noritaka Takahata; 紀孝高畑; Michiharu Ogawa; 道治小川; Shigenori Ueda; 茂紀植田; Tetsuya Shimizu; 哲也清水
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 2005-03-03
Filing date: 2006-01-20
Publication date: 2006-10-12
Also published as: CN1831165B; KR20060096371A; CN1831165A; EP1698708B1; EP1698708A1; US20060207696A1; US8696836B2

Abstract

【課題】非磁性で、かつ高硬度、高耐食合金を提供する。
【解決手段】スエージング工程２４での冷間塑性加工と、その後の工程２６での熱処理により、基材よりも十分に高い硬度の非磁性の棒材１０が得られる。また、基材であるＮｉ基合金組成はＮｉを主成分とするものであることから、好適な磁気特性すなわち１．００３程度の低透磁率が得られる。しかも、その透磁率はＳＵＳ３０４で代表されるオーステナイト系ステンレス鋼のように冷間あるいは温間での塑性加工で増加することがない。また、基材であるＮｉ基合金組成は、３０〜４５（重量）％のＣｒを含むことから、高い耐食性が得られる。また、基材であるＮｉ基合金組成は高価な金属を含まないので、比較的安価な高硬度合金が得られる。
【選択図】図１

Description

本発明は、耐磨耗性および耐食性に優れたＮｉ基合金製の非磁性高硬度合金に関するものである。

電子分野等の磁場のかかる環境下で使用される機械部品、精密部品、精密金型などの、耐磨耗性が要求される部材には、高硬度のみならず非磁性や高耐食性が求められている。

このような部材には、ＪＩＳＳＵＨ６６０やＴｉ合金、Ｃｕ合金等が提供されているが、これらは硬さや耐食性が不十分のため、全ての要求を十分に満足できる素材は未だ得られていない。

これに対し、特許文献１に記載されているように、０．１（重量）％以下の炭素Ｃ、２．０（重量）％以下の珪素Ｓｉ、２．０（重量）％以下のマンガンＭｎ、０．０３（重量）％以下の燐Ｐ、０．０１（重量）％以下の硫黄Ｓ、３０〜４５（重量）％のクロムＣｒ、および１．５〜５．０（重量）％のアルミニウムＡｌを含有し、残部が不可避的不純物およびＮｉからなる合金組成を有し、γ’（ガンマプライム：Ｎｉ_３Ａｌ）相およびαＣｒ（アルファクロム）相の複合析出により強化されたＮｉ基高硬度合金が提案されている。
特開２００２−６９５５７号公報

上記従来のＮｉ基高硬度合金は、非磁性であり、かつＣｒの添加によって耐食性が向上しているものの、硬さはせいぜい６００〜７２０ＨＶであり、耐磨耗用途として適用するには硬さが不十分であるという問題があった。また、このような硬さを得るためには少なくとも１６時間の時効処理、最高の硬さを得るためには２４時間以上の長時間の時効処理が必要であった。

本発明は以上の事情を背景として為されたものであって、その目的とするところは、高硬度および非磁性を有しさらに高耐食性を備えた非磁性高硬度合金を提供することにある。

本発明者等は、種々の検討を重ねた結果、前記Ｎｉ基高硬度合金において冷間または温間で塑性加工を施した後に、歪み取り焼鈍を経ないで、その歪みが解放されない３５０℃乃至７００℃の温度で時効処理を施すと、従来よりも短時間の４時間〜２４時間の時効時間で従来よりも格段に高い硬さを有し、耐食性および非磁性を確保した高硬度極合金が得られることを見出した。これは、本合金においてγ’が粒内に析出することで相対的に母相のＣｒが高まり、粒界からαＣｒが析出するという新たな知見に基づいてなされたものである。すなわち、塑性加工による歪を利用して粒内γ’の析出促進を図るとともに、塑性加工で結晶粒が小さくすることでαＣｒが粒内全面に析出する時間が短くなるという複合的な作用による。

すなわち、請求項１に係る発明の非磁性高硬度合金の要旨とするところは、重量％で、Ｃ：０．１％以下、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｃｒ：３０〜４５％、およびＡｌ：１．５〜５．０％を含有し、残部が不可避的不純物およびＮｉからなるＮｉ基合金組成を有し、冷間若しくは温間の塑性加工処理されるとともにその後、時効処理されたことを特徴とする。

また、請求項２に係る発明の要旨とするところは、前記請求項１に係る発明において、前記Ｎｉ基合金組成は、３．０（重量）％以下のＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆで、Ｔｉ＋Ｚｒ＋Ｈｆが３．０（重量）％以下、３．０（重量）％以下のＮｂ、Ｔａ、Ｖで、Ｎｂ＋Ｔａ＋Ｖが３．０（重量）％以下、１０（重量）％以下のＣｏ、１０（重量）％以下のＭｏ、１０（重量）％以下のＷで、Ｍｏ＋０．５Ｗが１０（重量）％以下、５（重量）％以下のＣｕ、０．０１５（重量）％以下のＢ、０．０１（重量）％以下のＭｇ、０．０１（重量）％以下のＣａ、０．１（重量）％以下のＲＥＭ（希土類金属）、５（重量）％以下のＦｅのうちの少なくとも１種が添加されていることを特徴とする。

また、請求項３に係る発明の要旨とするところは、前記請求項１または２に係る発明において、前記塑性加工は、加工率が１５％以上であることを特徴とする。

また、請求項４に係る発明の要旨とするところは、前記請求項１乃至３のいずれかに係る発明において、その時効処理は、前記塑性加工による歪みが存在している状態で３５０℃乃至７００℃の温度で４時間から２４時間施されるものであることを特徴とする。

また、請求項５に係る発明の非磁性高硬度合金の製造方法の要旨とするところは、重量％で、Ｃ：０．１％以下、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｃｒ：３０〜４５％、およびＡｌ：１．５〜５．０％を含有し、残部が不可避的不純物およびＮｉからなるＮｉ基合金組成を有する非磁性高硬度合金の製造方法であって、(a) 前記Ｎｉ基合金組成を有する材料を冷間或いは温間において所定の加工率で塑性加工する塑性加工工程と、(b) その塑性加工工程によって塑性加工された材料を所定の温度で所定の時間保持する時効処理工程とを、含むことを特徴とする。

また、請求項６に係る発明の要旨とするところは、請求項５に係る発明において、前記Ｎｉ基合金組成は、３．０（重量）％以下のＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆで、Ｔｉ＋Ｚｒ＋Ｈｆが３．０（重量）％以下、３．０（重量）％以下のＮｂ、Ｔａ、Ｖで、Ｎｂ＋Ｔａ＋Ｖが３．０（重量）％以下、１０（重量）％以下のＣｏ、１０（重量）％以下のＭｏ、１０（重量）％以下のＷで、Ｍｏ＋０．５Ｗが１０（重量）％以下、５（重量）％以下のＣｕ、０．０１５（重量）％以下のＢ、０．０１（重量）％以下のＭｇ、０．０１（重量）％以下のＣａ、０．１（重量）％以下のＲＥＭ（希土類金属）、５（重量）％以下のＦｅのうちの少なくとも１種が添加されていることを特徴とする。

請求項１に係る発明の非磁性高硬度合金によれば、冷間若しくは温間の塑性加工とその後の時効処理により、基材よりも十分に高い硬さが得られる。また、基材であるＮｉ基合金組成はＮｉを主成分とするものであることから、透磁率が低い。しかも、その透磁率はＳＵＳ３０４で代表されるオーステナイト系ステンレス鋼のように冷間若しくは温間の塑性加工で増加することがない。また、基材であるＮｉ基合金組成は３０〜４５（重量）％のＣｒを含むことから、高い耐食性が得られる。また、基材であるＮｉ基合金組成は高価な金属を含まないので、比較的安価で製造できるという特徴がある。

また、請求項２に係る発明の非磁性高硬度合金によれば、３．０（重量）％以下のＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆで、Ｔｉ＋Ｚｒ＋Ｈｆが３．０（重量）％以下、３．０（重量）％以下のＮｂ、Ｔａ、Ｖで、Ｎｂ＋Ｔａ＋Ｖが３．０（重量）％以下、１０（重量）％以下のＣｏ、１０（重量）％以下のＭｏ、１０（重量）％以下のＷで、Ｍｏ＋０．５Ｗが１０（重量）％以下、５（重量）％以下のＣｕ、０．０１５（重量）％以下のＢ、０．０１（重量）％以下のＭｇ、０．０１（重量）％以下のＣａ、０．１（重量）％以下のＲＥＭ（希土類金属）、５（重量）％以下のＦｅのうちの少なくとも１種を前記Ｎｉ基合金組成に添加しているので、各添加物に対応した特性の改善が得られる。

また、請求項３に係る発明によれば、前記塑性加工は、加工率が１５％以上であることから、時効処理によって、大きく硬さが上昇する。

また、請求項４に係る発明によれば、前記時効処理は、前記塑性加工による歪みが存在している状態で３５０℃乃至７００℃の温度で４時間から２４時間施されるので、金属組織中にたとえば１０μｍ以下の微細な析出物が得られ、時効処理によって、大きく硬さが上昇する。

また、請求項５に係る発明の非磁性高硬度合金の製造方法によれば、重量％で、Ｃ：０．１％以下、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｃｒ：３０〜４５％、およびＡｌ：１．５〜５．０％を含有し、残部が不可避的不純物およびＮｉからなるＮｉ基合金組成を有する材料を冷間或いは温間において所定の加工率で塑性加工する塑性加工工程と、塑性加工された材料を所定の温度で所定の時間保持する時効処理工程により、基材よりも高い十分な硬さが得られる。また、基材であるＮｉ基合金組成はＮｉを主成分とするものであることから、好適な磁気特性すなわち低透磁率を有する。しかも、その透磁率はＳＵＳ３０４で代表されるオーステナイト系ステンレス鋼のように冷間或いは温間の塑性加工で増加することがない。また、基材であるＮｉ基合金組成は３０〜４５（重量）％のＣｒを含むことから、高い耐食性を有する。また、基材であるＮｉ基合金組成は高価な金属を含まないので、比較的安価な非磁性高硬度合金が得られる。

また、請求項６に係る発明の非磁性高硬度合金の製造方法によれば、３．０（重量）％以下のＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆで、Ｔｉ＋Ｚｒ＋Ｈｆが３．０（重量）％以下、３．０（重量）％以下のＮｂ、Ｔａ、Ｖで、Ｎｂ＋Ｔａ＋Ｖが３．０（重量）％以下、１０（重量）％以下のＣｏ、１０（重量）％以下のＭｏ、１０（重量）％以下のＷで、Ｍｏ＋０．５Ｗが１０（重量）％以下、５（重量）％以下のＣｕ、０．０１５（重量）％以下のＢ、０．０１（重量）％以下のＭｇ、０．０１（重量）％以下のＣａ、０．１（重量）％以下のＲＥＭ（希土類金属）、５（重量）％以下のＦｅのうちの少なくとも１種をＮｉ基合金組成に添加しているので、各添加物に対応した特性の改善が得られる。

ここで、前述の非磁性とは、本明細書では透磁率が１．０５以下であるものを意味する。また、前記Ｎｉ基合金組成は、Ｎｉを主成分とする合金であって、好適には、そのＮｉ（ニッケル）の他に、重量％で、３０〜４５％のＣｒ（クロム）と、１．５〜５．０％のＡｌ（アルミニウム）と、０．１％以下のＣ（炭素）と、２．０％以下のＳｉ（珪素）と、２．０％以下のＭｎ（マンガン）と、０．０３％以下のＰ（燐）と、０．０１％以下のＳ（硫黄）と、不可避的不純物とを含むものであり、その範囲内であれば、金属元素の割合が変化しても差し支えないし、新たな添加物を加えてもよい。

次に、本発明の非磁性高硬度合金の成分及びその添加量範囲の限定理由について説明する。
Ｃ：０．１（重量）％以下
Ｃは、溶解時に脱酸剤として作用するほか、Ｔｉ、ＺｒおよびＨｆのグループに属する元素またはＮｂ、ＴａおよびＶのグループに属する元素が存在する場合は、それらと炭化物を形成して、固溶化熱処理時の結晶粒粗大化を防止するとともに粒界の強化に寄与する。０．１（重量）％を超えるＣの添加は強度および靭性の低下を招く。好ましいＣの含有量の上限界は、０．０８（重量）％である。

Ｓｉ：２．０（重量）％以下
Ｓｉは、脱酸元素として必要であるが、多量の添加は強度および靭性の低下を招くので、上限を２．０（重量）％とした。好ましいＳｉの含有量は、１．０（重量）％以下である。

Ｍｎ：２．０（重量）％以下
ＭｎもＳｉと同様、脱酸元素として有用であるが、過大な添加はやはり強度および靭性の低下を招くので、上限として２．０（重量）％を設定した。好ましいＭｎの含有量は、１．０（重量）％以下である。

Ｐ：０．０３（重量）％以下
Ｐは、粒界に偏析して熱間および冷間での加工性を劣化させる。従って、Ｐの含有量の上限は、０．０３（重量）％以下とした。

Ｓ：０．０１（重量）％以下
Ｓも、Ｐと同様には、粒界に偏析して熱間および冷間での加工性を劣化させる。従って、Ｓの含有量の上限は、０．０１（重量）％以下とした。

Ｃｒ：３０〜４５（重量）％
Ｃｒは、α相の主な形成元素であり、α相がγ’相と複合析出することで高硬度が得られるという点で重要な元素である。もちろん耐食性の向上にも寄与する。これらの効果は３０（重量）％に満たない量では充分に得られず、一方で４５（重量）％を超える添加は加工性の低下を招くため、Ｃｒの含有量は、３０〜４５（重量）％とした。より好ましくは３２〜４２（重量）％である。

Ａｌ：１．５〜５．０（重量）％
Ａｌは、γ’相を形成する重要な元素であり、さらに耐高温腐食性の向上にも役立つ。この効果は１．５（重量）％に達しない添加では得られず、また添加量が５．０（重量）％を超えると、加工性が悪くなるため、Ａｌの含有量は１．５〜５．０（重量）％とした。より好ましくは２．０〜４．５（重量）％である。

Ｔｉ：３．０（重量）％以下、Ｚｒ：３．０（重量）％以下、Ｈｆ：３．０（重量）％以下且つＴｉ＋Ｚｒ＋Ｈｆ：３．０（重量）％以下
Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆはγ’のＡｌと置換することでγ’相の固溶強化に寄与し、さらに合金の強度を高める作用がある。ただし、３．０（重量）％を超えて添加すると加工性が悪くなる。なお、これらの元素のうちで最も強度向上に効果的な元素はＴｉであり、より好適な範囲は２．０（重量）％以下である。一方ＺｒおよびＨｆについては結晶粒界に偏析して粒界を強化する効果もあり最適な範囲は０．１（重量）％以下である。また、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆの添加量は総和で３．０（重量）％以下より好ましくは２．０（重量）％以下である。

Ｎｂ：３．０（重量）％以下、Ｔａ：３．０（重量）％以下、Ｖ：３．０（重量）％以下且つＮｂ＋Ｔａ＋Ｖ：３．０（重量）％以下
Ｎｂ、Ｔａ、Ｖの元素はＡｌ、Ｔｉ、Ｈｆ族の元素と同様γ’相のＡｌと置換することでγ’相の固溶強化に寄与し、さらに合金の強度を高める作用がある。３．０（重量）％を超えて添加すると加工性が悪くなる。これらの元素のうちで最も効果的なのはＮｂおよびＴａであり、好ましくは３．０（重量）％以下、最適は範囲は２．０（重量）％以下である。Ｎｂ、Ｔａ、Ｖの１種または２種以上の好ましい含有量は３．０（重量）％以下、より好ましくは２．０（重量）％以下である。

Ｍｏ：１０（重量）％以下、Ｗ：１０（重量）％以下で且つＭｏ＋０．５Ｗ：１０（重量）％以下
ＭｏおよびＷは、固溶強化により強度を高める効果がある。さらにＭｏは耐食性を向上させる効果がある。Ｍｏ＋０．５Ｗで１０（重量）％を超える添加は加工性や耐高温腐食性を低下させるばかりでなく合金の価格を高騰させるため望ましくない。従って、ＭｏおよびＷは、Ｍｏ：１０（重量）％以下および／またはＷ：１０（重量）％以下で且つＭｏ＋０．５Ｗ：１０（重量）％以下において好ましく、さらに好ましい含有量はそれぞれ５（重量）％以下である。

Ｃｏ：１０（重量）％以下
Ｃｏは、固溶強化により高温強度を向上させる効果があり、また、γ’相の析出量を増加させる。Ｃｏは高価な元素であるため上限を１０（重量）％とした。好ましい含有量は５（重量）％以下である。

Ｃｕ：５（重量）％以下
Ｃｕは、冷間加工性の向上に有効な元素である。さらに耐硫酸腐食性に大幅に向上させる効果もある。５（重量）％を超える添加は熱間加工性を低下させる。Ｃｕの含有量は５（重量）％以下が好ましく、さらに好ましい含有量は３（重量）％以下である。

Ｂ：０．０１５（重量）％以下
Ｂは、結晶粒界に偏析して粒界を強め熱間加工性やクリープ強度を高める効果がある。０．０１５（重量）％を超えると熱間加工性を損なうので、０．０５（重量）％以下が好ましい。

Ｍｇ：０．０１（重量）％以下、Ｃａ：０．０１（重量）％以下
ＭｇおよびＣａは、溶解時に脱酸および脱硫元素として添加される元素であり、合金の熱間加工性を改善する。０．０１（重量）％を超えると熱間加工性を劣化させるので、０．０１（重量）％以下が好ましい。

ＲＥＭ：０．１（重量）％以下
ＲＥＭは、高温使用時の耐酸化性の向上、特に密着スケールの剥離を抑制する効果がある。０．１（重量）％を超えると熱間加工性を劣化させるので、０．１（重量）％以下が好ましい。

Ｆｅ：５（重量）％以下
Ｆｅは、その他の元素の原料から混入することもあるが、合金の強度および耐高温腐食性、耐食性を低下させるため５（重量）％以下に規制する。

前記時効処理は、金属組織中に微細かつ均一にαＣｒ相やγ’相等が析出するように温度および保持時間が設定される。時効温度が３５０℃を下まわると、αＣｒ相、γ’相が充分に析出せず、７００℃を超えると歪みが解放されるだけでなく、析出物が粗大化して高硬度が得られないため、この時効処理の温度範囲は、３５０℃乃至７００℃で、好適には４５０乃至６００℃に設定される。

前記塑性加工は、スエージング、ドローウィング、押し出しがあげられる。要するに、冷間或いは温間において所定の加工率で塑性加工されるものであればよい。

前記塑性加工は、その加工率が１５％以上であれば、その後に施される時効処理により硬さが上昇する。また、その加工率が３０％以上となると、より大きな時効硬化が得られる。

前記冷間若しくは温間の塑性加工は、温度的には熱間加工ではないという意味であり、塑性加工による歪みが無くならない温度、たとえば７００℃以下の塑性加工であることを意味している。

以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施例において、図は簡略化されており、それら各部の寸法等は必ずしも正確に描かれていない。

図１は、本発明の一実施例である棒材製品１０の製造工程を説明するための工程図である。この棒材製品１０は、たとえばレール、シャフト、軸受の転動体などに、必要に応じて適宜の成形加工、仕上げ加工、検査などを経て用いられるものである。図１の原材料１１は、たとえば後述の図４の表に示す比較材Ａの化学成分（重量％）を有するように調整された金属材料であり、重量％で、Ｃ：０．１％以下、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｃｒ：３０〜４５％、およびＡｌ：１．５〜５．０％を含有し、さらに添加物としてＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｕ、Ｂ、Ｍｇ、ＲＥＭ、Ｆｅのうちの少なくとも１種の元素を含有することができ、残部が不可避的不純物およびＮｉからなるＮｉ基合金組成を有する。

図１において、真空溶解（工程１４）によって、その原材料１１をたとえば１５０ｋｇのインゴットに溶解し、さらに均熱処理が施され（工程１６）、次いで、熱間鍛造（工程１８）によって上記インゴットから７０mmφの棒状の中間製品が製造される。そして、図５に示された条件で、熱処理１が施された後、皮剥（工程２０）により、上記棒状の中間製品１２が７０mmφから６５mmφとされる。

続いて、上記中間製品１２に対して、ソルト＋塩酸、硫酸、弗硝酸を用いて金属表面を清浄化する酸洗や、たとえば炭素、二硫化モリブデン等の潤滑剤を表面に被着させた後、たとえばスエージングにより前記中間製品１２が、所定のたとえば３０％の加工率で６５mmφから５４mmφまで塑性加工される。

さらに、熱処理２（工程２６）は、スエージングなど塑性加工された素材のみに施されその条件は図５に示す。そして、必要に応じて、仕上げ加工或いは検査（工程２８）が行われ、棒材１０が得られる。この熱処理条件２から明らかなように、冷間加工後の時効処理は、鋼種１〜２０と比較材Ｈ、Ｊ、Ｌのサンプルに対してのみ、冷間加工後に時効処理が施された。

［実験例１］
図４は、本発明者等が行った実証試験に用いた素材の化学成分（重量％）を示している。今回の開発合金である合金１〜２０は、前記棒材１０に対応するものであり、鋼種ＡおよびＢはＳＵＳ３０４に相当するものであり、＜比較例合金変更＞鋼種ＧおよびＨはＳＵＨ６６０に相当するものである。また、鋼種ＩおよびＪは、開発合金よりもＰの含有量が高く、鋼種ＫおよびＬは、開発合金よりもＳの含有量が高い合金である。

図６は、前記図１の工程を経ることによって得られた鋼種１〜２０およびＡ〜ＨとＩ、Ｋのサンプルについて、ＪＩＳＺ２２４４に準拠して測定された硬さ、ＪＩＳＺ２３７１に準拠した塩水噴霧試験による耐食性の評価結果、１００Ｏｅ（エルステッド）の磁場中の透磁率μの値をそれぞれ示す表である。図６から明らかなように開発合金１〜２０は、３０％の加工率での塑性加工によって、高耐食、非磁性を維持したまま高硬度が得られた。但し、図６において、合金Ｆ（ＳＫＤ１１）、合金Ｄ（ＳＵＳ６３０）、合金Ｃ（ＳＵＳ４４０Ｃ）、合金Ｅ（ＳＵＪ２）はそれぞれ強磁性であるため、それらの透磁率は測定されていない。また、合金ＪおよびＬは、塑性加工時に割れが発生したのでデータを採取できなかった。

［実験例２］
次に、本発明者等が行った加工率と硬さ（ＨＶ）との関係、時効条件と硬さ（ＨＶ）との関係を求めるために行った実験例をそれぞれ説明する。

（実験条件）
(a) 時効処理
大気熱処理炉を用いて３５０〜８００℃の加熱温度で１６時間保持し、その後に空冷した。
(b) テストピース
開発合金１の６５ｍｍφの棒材を、最大４７ｍｍφ（加工率９０％）まで複数段階のスエージング加工を行って、加工率が０％、１５％、３０％、６０％、９０％の５種類の開発合金（時効処理前の）サンプルを得た。そのサンプルに対して上記の時効処理を施した。
(c) 硬さ試験方法
上記のサンプルの硬度を、ビッカース硬さ試験機を用いて、ＪＩＳＺ２２４４に準拠し、測定した。

図７に加工率と硬さの関係を示す。○印は、冷間加工のままの硬さを□印は、時効後のピーク時効硬さをそれぞれ示している。冷間加工のままの硬さは加工率の増加に伴い、４５０ＨＶ程度まで増加する。またピーク時効硬さは加工率が大きい程、高くなっており、８００ＨＶ程度まで増加する。

図８に時効温度と硬さの関係を示す。図８において、○印は加工率０％の素材の硬さを、□印は加工率１５％の素材の硬さを、△印は加工率３０％の素材の硬さを、◇印は加工率６０％の素材の硬さを、▽印は加工率９０％の素材の硬さをそれぞれ示している。図８に示すように、加工率が高い程、時効温度が低い４００℃でも硬さの増加が認められるようになる。加工率９０％では４００〜５００℃の時効温度で８００ＨＶ程度まで増加する。加工を加えることで、３５０〜７００℃で硬さが増加し、好適な範囲の４００〜６５０℃の時効では特に硬さが増加する。

また、図８において、加工率６０％乃至９０％の時効硬さは、最大８００ＨＶに達しており、冷間加工後に時効処理を行う以外には得られなかったものである。因みに、前記Ｎｉ基合金を基材とする棒材について如何なる時効でもこのような高い硬さが得られなかった。

その他、一々例示はしないが、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。

本発明の一実施例である棒材の製造工程を説明する工程図である。図１の工程図におけるスエージング工程に用いるスエージング装置を説明する図であって、その装置３０の軸芯に垂直な要部断面図である。図２のスエージング装置の軸芯Ｃを通る要部断面図である。実験例１に用いた合金１〜２０とＡ〜Ｌの化学成分（重量％）をそれぞれ示す図表である。実験例１に用いた熱処理条件を示す図表である。実験例１において、図１の工程を経ることによって得られた合金１〜２０とＡ〜Ｊのサンプルの、ＪＩＳＺ２２４４に準拠して測定された硬さ、ＪＩＳＺ２３７１に準拠した塩水噴霧試験による耐食性の評価結果、１００Ｏｅの磁場中の透磁率μの値をそれぞれ示す図表である。実験例２において求められた棒材の加工率（％）と硬さ（ＨＶ）との関係を示す図である。加工率別の硬さと時効温度との関係を示す図である。

１０：棒材（非磁性高硬度合金）
２４：スエージング工程（冷間加工工程）
２６：熱処理２（時効）

Claims

重量％で、Ｃ：０．１％以下、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｐ：０．０３％以下、S：０．０１％以下、Ｃｒ：３０〜４５％、およびＡｌ：１．５〜５．０％を含有し、残部が不可避的不純物およびＮｉからなるＮｉ基合金組成を有し、冷間若しくは温間の塑性加工されるとともにその後、時効処理されたことを特徴とする非磁性高硬度合金。
前記Ｎｉ基合金組成は、
３．０（重量）％以下のＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆで、Ｔｉ＋Ｚｒ＋Ｈｆが３．０（重量）％以下、
３．０（重量）％以下のＮｂ、Ｔａ、Ｖで、Ｎｂ＋Ｔａ＋Ｖが３．０（重量）％以下、
１０（重量）％以下のＣｏ、１０（重量）％以下のＭｏ、１０（重量）％以下のＷで、Ｍｏ＋０．５Ｗが１０（重量）％以下、
５（重量）％以下のＣｕ、０．０１５（重量）％以下のＢ、０．０１（重量）％以下のＭｇ、０．０１（重量）％以下のＣａ、０．１（重量）％以下のＲＥＭ（希土類金属）、５（重量）％以下のＦｅ
のうちの少なくとも１種が添加されていることを特徴とする請求項１の非磁性高硬度合金。
前記塑性加工は、加工率が１５％以上である請求項１または２の非磁性高硬度合金。
前記時効処理は、前記塑性加工による歪みが存在している状態で３５０℃乃至７００℃の温度で４時間から２４時間施されるものである請求項１乃至３のいずれかの非磁性高硬度合金。
重量％で、Ｃ：０．１％以下、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｐ：０．０３％以下、S：０．０１％以下、Ｃｒ：３０〜４５％、およびＡｌ：１．５〜５．０％を含有し、残部が不可避的不純物およびＮｉからなるＮｉ基合金組成を有する非磁性高硬度合金の製造方法であって、
前記Ｎｉ基合金組成を有する材料を冷間或いは温間において所定の加工率で塑性加工する塑性加工工程と、
該塑性加工工程によって塑性加工された材料を所定の時効温度で所定時間保持する時効処理工程と
を、含むことを特徴とする非磁性高硬度合金の製造方法。
前記Ｎｉ基合金組成は、
３．０（重量）％以下のＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆで、Ｔｉ＋Ｚｒ＋Ｈｆが３．０（重量）％以下、
３．０（重量）％以下のＮｂ、Ｔａ、Ｖで、Ｎｂ＋Ｔａ＋Ｖが３．０（重量）％以下、
１０（重量）％以下のＣｏ、１０（重量）％以下のＭｏ、１０（重量）％以下のＷで、Ｍｏ＋０．５Ｗが１０（重量）％以下、
５（重量）％以下のＣｕ、０．０１５（重量）％以下のＢ、０．０１（重量）％以下のＭｇ、０．０１（重量）％以下のＣａ、０．１（重量）％以下のＲＥＭ（希土類金属）、５（重量）％以下のＦｅ
のうちの少なくとも１種が添加されていることを特徴とする請求項５の非磁性高硬度合金の製造方法。