MP35N 極細線（0.02–0.065 mm）の伸線断線と連続焼鈍での強度反転

MP35N はコバルト・ニッケル・クロム・モリブデン合金で、体液に対する耐食性と疲労強度に優れ、心臓ペースメーカーのリード線の導体としてよく使われます。リードが細くなるにつれ、導体線は数十ミクロンまで伸線されます。この寸法では、太い線ではあまり目立たない2つの問題が現れます。伸線中の断線と、焼鈍後の線の真直性と強度です。

本稿では、0.02–0.065 mm の MP35N 極細線の製造記録をまとめ、観察した現象を述べ、合金の強化機構から解釈します。

製造条件

強度の数値は製造中に記録したおおよその値で、正式な試験計画による結果ではありません。焼鈍後の伸びは記録していません。以下の分析は個々の数値の精度ではなく、傾向に基づいています。

現象1：0.02 mm の断線は最終数パスに集中する

線径が 0.035 mm を超えるうちは、伸線中の断線はたまに起こる程度です。0.02 mm になると断線が主要な問題になり、最終数パスに集中します。

直接の結果は、巻き終わらないスプールです。断線のたびにそのスプールは途中で終わり、1スプールの重量と長さがばらつきます。編組や巻線には長さのそろった満巻きのスプールが必要で、断線が多いほど下流での継ぎや交換が増えます。

線径に対する欠陥の大きさ。 同じ大きさの欠陥でも、細い線ほど断面に占める割合が大きくなります。

0.065 mm では無視できる欠陥も、0.02 mm では破断の起点になるのに十分です。断線が最終数パスに集中するのはこのためで、仕上げ寸法に近づくほど、どの欠陥も相対的に大きくなります。

素材の要因。 断線したロットをさかのぼると、影響が大きいのは次の3つです。

1. 素材の線径公差。 線径が不均一だと各ダイスでの実際の減面率がばらつき、減面が過大な部分から先に切れます。
2. 表面欠陥。 きず、かぶり、押し込まれたスケールは、パスを重ねるうちに線の中心へ移動し、最終数パスで断線点として表に出ます。
3. 溶解方法。 MP35N はチタンを含み、チタンは硬い窒化物・炭化物の介在物を作ります。これらの粒子は母相とともに変形せず、細線では破断の起点になり、完成したリードでは疲労き裂の起点にもなりやすいものです。真空溶解・再溶解した材料は介在物が少なく、小さくなります。

ASTM F562 はチタンを 1.0% まで認めており、溶解方法は規定していません。そのため、同じく F562 を満たす異なるヒートでも、0.02 mm まで伸線したときの挙動ははっきり異なることがあります。

現象2：連続焼鈍での強度反転

伸線したままの MP35N 極細線には強い巻きぐせがあり、手を放すと輪になって巻き上がるため、そのままでは編組や挿入に使えません。焼鈍で伸線の残留応力を除き、まっすぐにする必要があります。

0.035 mm 線を各温度で連続焼鈍した結果：

600 °C 未満では線は十分にまっすぐになりません。温度を上げても、多くの金属のように強度が単調に下がるのではなく、いったん下がってから上がります。590 °C で最も低く、700 °C ではすでに伸線のままを上回ります。

考察：反対向きに働く2つの過程

冷間伸線した MP35N を加熱すると、強度を反対の向きに動かす2つの過程が同時に進みます。

ひずみ取り（回復）。 伸線で生じた残留応力が緩和し、転位が再配列します。線はまっすぐになり、強度はいくらか下がります。この過程は速く、数秒で起こります。

時効強化。 MP35N は「冷間加工＋時効」で最も高い強度を得る合金で、冷間加工された組織は加熱によってさらに強化されます。標準的な時効条件は 540–645 °C で4時間と、時間単位です。

連続焼鈍の加熱時間は数秒しかありません。温度が低いうちは時効強化が進む時間がなく、ひずみ取りが優勢です。温度が上がると時効強化が速くなり、同じ数秒のうちにひずみ取りの効果に追いつき、追い越します。

• 590 °C：ひずみ取りは始まって強度は約 12% 下がるが、残留応力が残り、線はまだまっすぐではない。
• 650 °C：残留応力はほぼ除かれ、線はまっすぐ。時効強化が働き始めて強度は回復するが、伸線のままよりは低い。
• 700 °C：数秒の時効強化がひずみ取りによる低下を上回り、強度は伸線のままより約 6% 高くなる。

したがって、本稿の連続焼鈍条件では 650 °C が分かれ目です。線はまっすぐになり、強度はまだ押し上げられていません。これより高温ではリード設計が求める範囲を強度が超えるおそれがあり、低温では線がまっすぐになりません。窓は狭く、炉温を安定に保つ必要があります。

なお、この温度関係は数秒単位の連続焼鈍にだけ当てはまります。コイル単位のバッチ焼鈍は保持時間が時間単位で、時効強化はより低い温度でも十分に進むため、温度との関係は異なり、そのまま当てはめることはできません。

ASTM F562 の細線の納入状態との関係

ASTM F562 は医療用 MP35N 線の一般的な規格で、細線を焼なまし、冷間加工 Hard、冷間加工 Spring の3つの納入状態に分けています。本稿の 0.02–0.035 mm は最も細い区分（0.0508 mm 未満）に、0.06 と 0.065 mm はその一つ上の区分に入ります。

強度は上下限のある範囲で規定されており、上限を超えても不合格です。

650 °C でひずみ取りした 0.035 mm 線は約 1500 MPa で、焼なましの範囲より高く、冷間加工 Hard の下限よりはるかに低いため、3つの状態のどれにも当てはまりません。

焼なましの欄の伸び 25–30% は、高温で完全に焼なまして再結晶・軟化させた線の値です。ひずみ取りでまっすぐにした線は冷間加工による強化の大部分を残しており、伸びはこの水準よりずっと低くなります。

表にない状態について、F562 は機械的性質を購入者と供給者の取り決めに委ねています。細線の伸びは標点距離に大きく左右されるため、標点距離もあわせて取り決めておく必要があります。

結論

1. MP35N を 0.02 mm まで伸線すると、断線は最終数パスに集中する。主な原因は、線径に対して欠陥が相対的に大きくなることである。素材の線径公差、表面品質、溶解方法（介在物の水準）が、この寸法を安定して作れるかどうかを決める。
2. 数秒単位の連続焼鈍では、0.035 mm 線の引張強さは温度とともにいったん下がってから上がる。590 °C で約 12% 低下し、650 °C で回復し、700 °C では伸線のままより約 6% 高くなる。原因は、ひずみ取りと時効強化の速さの違いである。
3. 650 °C は真直性と強度を両立させる分かれ目である。こうして得たひずみ取り線は ASTM F562 の焼なまし・Hard・Spring のいずれにも当てはまらず、強度範囲、伸び、標点距離は別に取り決める必要がある。
4. データは製造時のおおよその値で、結論は傾向に基づく。焼鈍後の伸びは含まない。