はじめに

第一鋼業のHPで鋼の熱処理や用語について広範囲の解説をしていますが、専門用語や難解なところも多いために、ここでは、できるだけ平易な表現で、質問や問い合わせのあった内容を説明しています。


ステンレスSUS304の脱磁

【質問】

SUS304の品物を仕上げ加工していたら、磁気を帯びてしまいました。この磁気をとるにはどうしたらいいでしょうか?


【回答】

SUS304は準安定系のオーステナイト系ステンレス鋼と言われ、Cr・Niなどの含有量を少なくした節約型のステンレスで、ステンレス鋼の中では、比較的鋼材価格が安いために、広く使用される鋼種です。

オーステナイトは鋼の組織の状態を示す呼び名で、非磁性で、面心立方格子からなる組織になっています。

これが、しばしば、冷間鍛造や機械加工中に磁気を帯びるという問題があります。

これは、強加工によってオーステナイト状態のSUS304の組織の一部がマルテンサイト化するためと言われています。

SUS304は、NiやCrを少ない状態でうまくオーステナイト状態を保つように設計された節約型の成分設計のものですので、強加工によって、微妙な変化が起こるのでしょう。

このマルテンサイトという組織は、炭素鋼の焼入れなどで生じる非常に硬い組織ですが、SUS304は0.1%以下の炭素量ですので、硬いマルテンサイトが生じるというものではありませんが、マルテンサイトはオーステナイトの面心立方晶ではなく、体心正方晶で、これは強磁性です。

そのために、加工によって組織の一部が変化したことで磁気の影響を受けやすくなるのです。

この加工や変形などによって生じたマルテンサイトを加工誘起マルテンサイトと言いますが、オーステナイトの状態では非磁性ですので、これが、どういう仕組みで磁気が入り込むのかはよくわかっていません。

通説では、「地球の磁気を拾う」という考え方があります。

当社では、過去に棒鋼(構造用鋼ですが)の熱処理を行っていました。この時に、熱処理後にロール矯正機を通す作業でしばしば着磁することがありました。

これを避けるために、矯正機に品物を通す方角を東西方向にするのが基本で、保管するのも南北方向に品物を置くのはタブーでした。

これが「地球磁気の影響」ですが、ロール矯正は、品物の表面を強加工するので、しばしば品物に磁気が発生します。

ただ、当社のステンレスの多くは引き抜き用途でしたので、ロール矯正はしていませんが、たまに、後工程の引き抜き工程での着磁は起こっています。


脱磁機による脱磁

その除去(脱磁)には、交流(60ヘルツ)の交番磁界をかけた「脱磁機」に通すのが簡単で一般的です。

これによって、ほとんどの場合は「虫ピンがつかない程度」になりますが、一度着磁すると、数ガウス(10ガウス以下)の磁気は残留してしまって、完全に除去できません。

当社の脱磁機 (交流脱磁機の例)

一般的な鋼製品の脱磁は、交流交番磁界をかけることで除去するか、それで磁気が取れない場合は、品物に直流電圧をかけて、陰陽極を 切り替えながら電流を減衰させる方法をとっています。

これは、現在でも、磁気探傷検査後の脱磁で使われる方法として行われている方法です。しかし、これでも取れない場合は、 再熱処理をすることになります。


再熱処理


熱処理には2つの方法が考えられます。
しかし、結論から言えば、熱処理による方法は、品物にならない可能性もあって、あまりお勧めできません

その方法は、磁気を帯びて強磁性になっているものを、①キューリー温度以上に上げるか、②再度溶体化処理をやり直す、再加熱をします。

鋼が常磁性に変わるキューリー温度は800℃程度のために、SUS304などのオーステナイト系ステンレスでは、それ以上の温度の加熱によって「鋭敏化」が起こり、耐食性が低下しますので、好ましいものではありません。

もう一つの方法の再溶体化処理をすることです。
しかし、これも同様で、SUS304の溶体化温度は1000℃以上で、その温度から水などで急冷する必要があるので、加熱による表面の変質と変形の問題、さらには、結晶粒の粗大化を避けることができません。

このために、たとえ磁気はとれたとしても、再矯正などをしないといけないことになれば、なんのための再熱処理かわからなくなります。

いろいろな問題

過去には、そのような再処理をしたこともたくさんありますが、脱磁機で脱磁できなければ、正常品質の品物にはならないと考えておいたほうがいいでしょう。

棒鋼のような長い品物では、両端面での磁気が強いのですが、小さい寸法に切断すると、弱くなることもありますし、逆に中の磁気がでてきて、強くなる場合もあって、事前に予測できないので困った問題です。

また、いったん脱磁機にかけて、いったん消磁されていたものを切断すると、また磁気が復活することもあります。

残留磁気の確認にはガウスメーターが用いられますが、直流磁気を測定するものは高価ですし、測定や機器の精度保守の問題に加えて、現場的な測定では、正しい値を掴むことも難しいところがあります。

当社では、簡易的な方法として、 No.5のゼムピンがつかなければ30ガウス以下、虫ピンがつかなければ10ガウス以下と仮定してして、実用的には30ガウス以下であれば、着磁によって問題が起きることは少ないと判断しています。 (残留磁気が10ガウス以下では、磁気があるとは感じない状態です)

しかし、これは簡易的な方法で、かなり「使える方法」ですが、医療器具などの特殊な用途に使われる場合は、しっかりした測定をしなければなりません。

SUS304は非磁性ステンレスの中では安価で、使用量も多いのですが、このように、磁気を嫌う製品に使う場合は注意しなければなりません。(10ガウス以下の残留磁気を要求される場合は使ってはいけません)

それらの品物には、SUS304LやSUS310などの安定なオースタナイト状態になっている鋼種を使うことが基本ですが、高価になるのは避けられません。


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