試作人基礎講座

材料解説シリーズ！本日はバネ材について解説します！
種類や特徴など解説しますので、是非ご覧ください♪

バネ用ステンレス鋼とは

バネに使用される素材には、リン青銅やピアノ線など様々なものがあります。
その中でもバネ用ステンレス鋼とは、バネに使用されるステンレス素材を総称した呼び名です。

バネ用ステンレス鋼全体の特徴として、メッキ処理や防錆処理を行うことなく、様々な使用環境で利用可能です。

また圧延加工によって高い硬度を得ることができるため、比較的製品強度が必要な環境でも問題なく使用できます。

バネ用ステンレス鋼で作られたバネの用途は様々です。
自動車部品やスマホのドームスイッチ、文房具などの幅広い分野で使用されています。

バネ用ステンレス鋼の種類

SUS301

SUS301は、SUS304からニッケルとクロムを低減させ、炭素の含有量を多くした素材です。
JIS規格でいえば「JIS G 4313 バネ用ステンレス鋼帯」に分類される素材です。

特徴として、冷間加工によって素材強度を向上させられるため、他のステンレス素材と比べて強度が高くなります。
そのため、耐久性が要求されるドームスイッチなどに使用するバネを作りたい場合はSUS301がおすすめです。

SUS316-WPA

SUS316-WPAは、SUS304に耐食性のいいモリブデンを添加したSUS316系の素材です。

SUS〇〇の後に続く「WP」は鋼線を表す記号です。
そのためSUS316-WPAは「JIS G 4314 バネ用ステンレス鋼線」に分類されます。
WPの後に続く「A」という記号は、たとえばΦ1の場合に引張強度が1530pa～1780Mpaあるという意味です。

特徴として、ニッケルの含有量を増やしているため、耐食性が非常に高くなっています。
腐食が起きやすい環境でバネを使用する場合には、SUS316系の素材を使用するのがおすすめです。

SUS304

SUS304は、バネに使用されるステンレス鋼の中でも代表的な素材です。
「JIS G 4313 バネ用ステンレス鋼帯」「JIS G 4314 バネ用ステンレス鋼線」の両方に分類があります。

SUS304は、その他のバネ用ステンレス鋼(オーステナイト系)のベースになっており、ニッケルや炭素などの配合を変えることで、SUS301やSUS316などに種類が変わります。

他のステンレス鋼と比べて、冷間加工性や溶接性に優れており、曲げ加工や溶接加工なども行いやすい素材になります。

オーステナイト系の素材の中でもベーシックな素材なので、一般的な加工性や耐食性を求めるのであれば、SUS304を選ぶのがおすすめです。

SUS304L

SUS304から炭素の含有量を少なくした素材がSUS304Lになります。
「JIS G 4313 バネ用ステンレス鋼帯」に分類されます。

特徴として、ニッケルの含有量が多くなっているため粒界腐食耐性に優れています。
粒界腐食耐性とは、素材の結晶粒界に沿って腐食が進行する局部腐食への耐性が強いということです。

粒界腐食は、溶接などで素材自体が高温になった場合に起こりやすい腐食になります。
つまり、SUS304Lは溶接加工性が優れているということです。
そのため、溶接加工を行う場合におすすめの素材となっています。

また、SUS304やSUS301と比べて硬度が低いので、曲げ加工や切削加工などが行いやすいメリットもあります。

SUS631J1-WPC

SUS631J1-WPCは、析出硬化型のバネ用ステンレス鋼です。
「JIS G 4314 バネ用ステンレス鋼線」に分類され、例えばΦ1の場合の引張力が1800Mpa～2050Mpaの素材になります。

加工や用途に合わせて熱処理を行うことで、SUS301などよりも硬い強度を得られる特徴があります。
溶接性や耐食性が高いため、精密機械部品に使用するバネ製作を依頼したい場合におすすめの素材です。

バネ用ステンレス鋼のメリット

バネ用ステンレス鋼は、基本的に耐食性や耐久性が高いのがメリットです。
そもそもステンレスとは、主成分になる鉄にクロムやニッケルなどを加えることで作られた合金素材です。

鉄にクロムを混ぜると、ステンレス鋼の表面には、薄い酸化皮膜と呼ばれるものが発生します。
この皮膜があらゆる媒体を遮断するため、素材が腐食することなく長持ちするため、耐食性が高い素材となっています。

さらにこの不動態被膜は自動的に形成されるため、錆の発生を防ぎ続けることができます。
また、不動態皮膜があるため、メッキ処理や塗料などによる防腐処理工程を省けるメリットもあります。

バネ用ステンレス鋼のデメリット

バネ用ステンレス鋼のデメリットとして、鉄やそのほかの金属と比較して溶接が難しい素材が多い点が挙げられます。

基本的に、オーステナイト系や析出硬化系のステンレス鋼は、炭素鋼などと比べて線膨張係数が1.5倍ほど高く、熱伝導率も低いです。
そのため、溶接入熱によってバネ自体が変形しやすいので、溶接加工を行いにくいデメリットがあります。

また、バネ用ステンレス鋼は引張力が強いため曲げ加工が行いにくいです。
引張力が強いということは、加工に要する加圧力が多く必要です。
炭素鋼などを加工する設備と比べて、約1.5倍の力を要するため、専用の設備がなければ加工が難しい可能性があります。

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