ステンレスボルトの冷間鍛造のメリット

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ボルトの冷間鍛造化

ステンレスボルトとは？

ステンレスボルトは、名称の通り、素材としてステンレス鋼を採用し成形を行った製品です。ステンレス鋼は、一般材料と比較して耐食性に優れているため、湿気や腐食に強く、通常の鋼材よりも耐久性が高いため、高負荷や高回転速度の環境で使用されることがあります。

ステンレスボルトには、用途や環境に応じて様々な種類と特徴があります。

主な種類としては、オーステナイト系、マルテンサイト系、フェライト系などがあり、それぞれ耐食性、強度、加工性、磁性などの特性が異なります。例えば、オーステナイト系ステンレス鋼（SUS304、SUSXM7など）は耐食性と加工性に優れ、最も一般的に使用されます。マルテンサイト系は高強度、フェライト系は耐食性と耐応力腐食割れ性に優れるといった特徴を持っています。自動車や建設機械のEVバッテリーなど、高い信頼性が求められる環境では、これらの特性を理解し、最適なステンレスボルトを選定することが重要です。ミナミダでは、XM7をSUS304の代替として提案しており、耐食性や強度を維持しながら、形状の自由度やコストメリットを提供しています。

本ページでは、ステンレスボルトの製造方法や当社の加工実績について用途とともにお伝えいたします。

ステンレスボルトの製造方法と、冷間鍛造を考慮したステンレス素材とは？

ステンレスボルトはその多くが冷間鍛造工法によって製造されます。複雑形状を持つ場合には切削加工を行う場合もありますが、ロットが数万・数十万個となると量産におけるコストメリットを出すために、冷間鍛造での加工が一般的であると言えます。ただし、冷間鍛造による加工はステンレスの材質特性と相性が一部悪い点もあり、特殊素材を使う場合などがあります。

具体的には、SUS304材をXM7（SUSXM7）に置き換える提案が行われる場合があります。XM7とは、SUS304と比べて加工しやすい材質であり、SUS304と比較をすると、どちらもオーステナイト系のステンレス（主成分にクロムとニッケルを含むステンレス、耐食性に優れる）ですが、SUSXM7はSUS304に「銅」を添加することで圧力を加えた際の硬化性を抑え、成形性を付加した素材と言えます。

ちなみに、SUS304の冷間鍛造による成形においては、圧力硬化により製品に「割れ」や「欠け」が発生しやすく、かつ金型（パンチ・ダイス）・工具という点でも摩耗がはげしく、工具寿命にも影響を及ぼします。つまり、XM7への置き換えは形状の自由度や、ランニングコストにおける不必要なコストアップを下げることができる提案です。一方で、耐食性や強度という点では、XM7はSUS304と遜色はありません。

ただし、成分としては、
・SUS304 ＝鉄(Fe)+クロム(Cr)18％＋ニッケル(Ni)8％
・SUSXM7＝鉄(Fe)+クロム(Cr)18％＋ニッケル(Ni)9％＋銅(Cu)3％
と表現できますが、SUS304に銅を添加することになるため、価格が1.1倍～1.2倍ほど高くなります。

さらに昨今、銅の価格が高騰している背景もあるため、材料コスト、形状・精度の再現性、加工プロセス等を多面的に考慮し、最適なご提案ができる冷間鍛造メーカーが求められていると思います。

素材選定のポイントとしては、以下の点を考慮すべきです。

使用環境: 湿気、塩害、高温、薬品など、ボルトがさらされる環境に応じて適切な耐食性を持つ素材を選びます。
必要な強度: 締結する部品にかかる負荷や振動を考慮し、十分な引張強度や疲労強度を持つ素材を選定します。
加工性: 複雑な形状を冷間鍛造で成形する場合、素材の加工性が重要となります。加工性の良い素材は、生産性の向上とコスト削減に寄与します。
コスト: 性能とコストのバランスを考慮し、全体的な費用対効果が最も高くなる素材を選びます。
磁性の有無: 特定の用途では磁性がないことが求められる場合があります。

ミナミダは、お客様の製品の使用環境や要求される性能を詳細にヒアリングし、最適なステンレス素材の選定を支援します。

ステンレスボルトがどのような用途で使われるのか？

ステンレスボルトはその優れた特性から、多岐にわたる分野で利用されています。特に、腐食環境下や高強度を必要とする場面でその真価を発揮します。自動車業界では、バッテリー固定用ボルトやエキゾースト部品など、高温や振動、腐食にさらされる部分に採用されています。建設機械においては、橋梁やトンネル、各種構造物の結合部に使用され、長期的な安定性と安全性を確保しています。

その他にも、電力向けの電信柱の足場となるロングボルト、住宅の扉の蝶番金具、ユニットバスの部品、OAフロアを支える支持脚、電力幹線システムの固定部品であるトルクボルト、電柱や送電鉄塔で使われるがいしボルト、公園の手すりの金具など、日常生活の様々なインフラや製品を支える部品として不可欠です。ターゲット読者である自動車や建設機械のEVバッテリーの規格責任者・開発担当者様にとって、ステンレスボルトは、バッテリーの安全な固定、機器の信頼性向上に直結する重要な要素であるといえます。

ステンレスボルトを冷間鍛造で製造するメリットとは？

ステンレスボルトの冷間鍛造化によるメリットには以下のようなものがあります。

1. 材料の高強度化: 冷間鍛造によって、ステンレスボルトの材料がより密度が高くなり、強度が向上します。
2. 寸法精度の向上: 冷間鍛造は高い精度を持つため、ボルトの寸法精度が向上し、品質の向上につながります。
3. 表面の美観と耐食性の向上: 冷間鍛造により材料中の気泡や不純物が少なくなるため、表面の美観が向上し、耐食性も向上します。
4. 疲労特性の向上: 冷間鍛造によって材料の疲労特性が改善され、長期間の使用においても高い耐久性が得られます。
これらのメリットにより、冷間鍛造はステンレスボルトの性能や品質の向上に貢献します。