JP2002038238A - フェライト系快削ステンレス鋼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐食性、熱間加工性が要求される機器ないし
部品の素材として使用されるステンレス鋼であり、か
つ、被削性および耐アウトガス性に優れた快削ステンレ
ス鋼を提供する。 【解決手段】 Ｎｉを含有しないか、又は含有してい
てもその含有率が２質量％以下とされ、１２〜３５質量
％のＣｒ、０．０１〜０．４質量％のＣを含有させ、Ｔ
ｉの含有量をＷTi（質量％）、Ｚｒの含有量をＷZr（質
量％）として、ＷTi＋０．５２ＷZrが０．０３〜３．５
質量％となるように、ＴｉとＺｒとの少なくともいずれ
かを含有する。また、０．０１〜１質量％のＳと、０．
０１〜０．８質量％のＳｅとの少なくともいずれかを含
有し、さらに、ＴｉとＺｒとの少なくともいずれかを金
属元素成分として含有し、その金属成分との結合成分と
して、必須成分としてのＣと、さらにＳとＳｅとの少な
くともいずれかを含有する（Ｔｉ、Ｚｒ）系化合物が組
織中に形成されている。これにより耐食性、熱間加工性
をほとんど犠牲にせず、被削性及び耐アウトガス性に優
れたフェライト系快削ステンレス鋼を実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、優れた快削性及び
耐アウトガス性が必要とされる機器ないし部品の素材と
して利用するのに適する快削ステンレス鋼に関する。

【０００２】

【従来の技術】切削加工を必要とする耐食性Ｆｅ系部品
の生産性向上のために、Ｓ、Ｐｂ、ＳｅあるいはＢｉな
どの被削性向上元素を含有させた快削性ステンレス鋼が
使用されることがある。その中でも、これらの被削性向
上元素を比較的多く含有させることができ、かつ高い耐
食性が得られ、高価なＮｉを多く含有しないフェライト
系快削ステンレス鋼が用いられている。特に、精密な仕
上加工が施されるなどより良好な被削性が求められる場
合には、上記被削性向上元素の含有量を増やすことが行
われるとともに、上記の元素を単独ではなくて複合添加
させて用いることも多い。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ここで、被削性向上元
素の一つである硫黄（Ｓ）は、ＭｎＳとして使用される
ことが多いが、多量に添加しすぎると熱間加工性あるい
は冷間加工性が損なわれるばかりでなく、大気中に暴露
すると、ステンレス鋼中に含有されている硫黄成分が硫
黄含有ガスとなって放出され、部品周囲に硫黄コンタミ
を引き起こしやすくなる問題が懸念される。

【０００４】このようなステンレス鋼部品からの硫黄含
有ガス放出を抑制するために（以下、「耐アウトガス性
を向上させる」等という）、Ｍｎ含有量を制限して硫化
物中のＣｒ含有量を高める提案がなされている（例えば
特開平１０−４６２９２号公報）。しかし、硫化物中の
Ｃｒ量を高めることは、被削性や熱間加工性を低下させ
る傾向にあるため、その用途は限定されることとなる。

【０００５】本発明の課題は、耐食性及び熱間加工性あ
るいは冷間加工性を従来のステンレス鋼と遜色ないもの
にしつつ、被削性及び耐アウトガス性に優れたフェライ
ト系快削ステンレス鋼を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段及び作用・効果】上記の課
題を解決するために、本発明のフェライト系快削ステン
レス鋼の第一の構成は、Ｎｉを含有しないか、又は含有
していてもその含有率が２質量％以下とされ、１２〜３
５質量％のＣｒ及び０．０１〜０．４質量％のＣを含有
し、Ｔｉの含有量をＷTi（質量％）、Ｚｒの含有量をＷ
Zr（質量％）として、ＷTi＋０．５２ＷZrが０．０３〜
３．５質量％となるように、ＴｉとＺｒとの少なくとも
いずれかを含有し、０．０１〜１．０質量％のＳと、
０．０１〜０．８質量％のＳｅとの少なくともいずれか
を含有し、さらに、ＴｉとＺｒとの少なくともいずれか
を金属元素成分として含有し、その金属成分との結合成
分として、必須成分としてのＣと、さらにＳとＳｅとの
少なくともいずれかを含有する（Ｔｉ、Ｚｒ）系化合物
が組織中に形成されたステンレス鋼であって、以下の条
件によるアウトガス性試験、すなわち：ステンレス鋼試
験片として、縦１５ｍｍ、横３ｍｍ、厚さ２５ｍｍの直
方体形状を有し、かつ全面を番手＃４００のエメリーペ
ーパーを用いて研磨したものを用意し、硫黄成分ゲッタ
ーとしての、縦１０ｍｍ、横５ｍｍ、厚さ０．１ｍｍの
純度９９．９％以上の銀箔と、０．５ｃｃの純水とを、
試験片とともに内容積２５０ｃｃの容器中に封入し、容
器内の温度が８５℃となるように昇温して２０時間保持
した後、銀箔中の硫黄成分含有量ＷSOの分析を行ったと
き、ＷSOの値が０．０３５質量％以下となることを特徴
とする。

【０００７】上記のような組成範囲のＣ、Ｔｉ及び／又
はＺｒ、Ｓ及び／又はＳｅを含有させることにより、ス
テンレス鋼の組織中に（Ｔｉ、Ｚｒ）系化合物を生成す
ることが可能であり、このような化合物の形成によりス
テンレス鋼の被削性を向上させることができる。また、
このような化合物の形成は、ＭｎＳあるいは（Ｍｎ、Ｃ
ｒ）Ｓ等の耐食性や熱間加工性の劣化を招き安い化合物
の形成を防止または抑制することができ、ひいては、耐
食性及び熱間加工性あるいは冷間加工性を良好なものに
維持することができる。さらに、上記（Ｔｉ、Ｚｒ）系
化合物の形成により、添加されるＳが（Ｔｉ、Ｚｒ）系
化合物の構成元素のひとつとして含有され、その結果、
Ｆｅ系マトリックス相中に分散的に存在するＳの量が減
少するため、ステンレス鋼中から発生するＳの量を削減
することになる。したがって、上記（Ｔｉ、Ｚｒ）系化
合物の形成により、快削ステンレス鋼の耐アウトガス性
も同様に向上させることができる。

【０００８】本発明においては、上記耐アウトガス性試
験を行ったときに、試験片から硫黄含有ガスとなって放
出された硫黄成分を、銀箔をゲッターとして吸収させ、
その銀箔中の硫黄含有量ＷSOを測定して材料の耐アウト
ガス性を定量化する。そして、その測定されるＷSOを
０．０３５質量％以下と規定する。このように耐アウト
ガス性が規定された本発明のステンレス鋼は、大気中に
暴露したとき、放出されるＳ成分の量が微量であるため
周囲に硫黄コンタミを生じにくく、耐アウトガス性が要
求される産業機器の一部として用いられるステンレス鋼
として好適に使用することができる。

【０００９】なお、材料の耐アウトガス性を決定する因
子は主に材料組成であるが、ステンレス鋼を構成するＦ
ｅ系マトリックス相（フェライト（α）相）中に固溶し
ている硫黄成分は、結晶粒界に集まりやすい傾向がある
ため、耐アウトガス性を向上させるには、硫黄をＴｉや
Ｚｒの炭硫化物として固定することが望ましい。そのた
めには、Ｓの含有量をＷS（質量％）、Ｃの含有量をＷC
（質量％）としたとき、ＷS／（ＷTi＋０．５２ＷZr）
の値が０．４５以下、もしくはＷS／ＷCの値が０．４以
下かつ、ＷS／（ＷTi＋０．５２ＷZr）の値が０．４５
以下となるのが望ましい。

【００１０】本発明のフェライト系快削ステンレス鋼
は、被削性向上を担うのが組織分散する（Ｔｉ、Ｚｒ）
系化合物であり、Ｐｂをほとんど含有していなくとも
（例えばＰｂ含有量が０．１質量％以下）、良好な被削
性を実現できる利点を有する。ただし、被削性をさらに
向上させるために、Ｐｂを０．０１〜０．３質量％含有
させても良い。また、本発明のフェライト系快削ステン
レス鋼の第二の構成は、Ｎｉを含有しないか、又は含有
していてもその含有率が２質量％以下とされ、１２〜３
５質量％のＣｒ及び０．０１〜０．４質量％のＣを含有
し、Ｔｉの含有量をＷTi（質量％）、Ｚｒの含有量をＷ
Zr（質量％）として、ＷTi＋０．５２ＷZrが０．０３〜
３．５質量％となるように、ＴｉとＺｒとの少なくとも
いずれかを含有し、０．０１〜１．０質量％のＳと、
０．０１〜０．８質量％のＳｅとの少なくともいずれか
を含有し、さらに、ＴｉとＺｒとの少なくともいずれか
を金属元素成分として含有し、その金属成分との結合成
分として、必須成分としてのＣと、さらにＳとＳｅとの
少なくともいずれかを含有する（Ｔｉ、Ｚｒ）系化合物
が組織中に形成されており、かつ、０．０１〜０．３質
量％のＰｂが含有されているフェライト系快削ステンレ
ス鋼であって、以下の条件によるアウトガス性試験、す
なわち：ステンレス鋼試験片として、縦１５ｍｍ、横３
ｍｍ、厚さ２５ｍｍの直方体形状を有し、かつ全面を番
手＃４００のエメリーペーパーを用いて研磨したものを
用意し、硫黄成分ゲッターとしての、縦１０ｍｍ、横５
ｍｍ、厚さ０．１ｍｍの純度９９．９％以上の銀箔と、
０．５ｃｃの純水とを、前記試験片とともに内容積２５
０ｃｃの容器中に封入し、容器内の温度が８５℃となる
ように昇温して２０時間保持した後、前記銀箔中の硫黄
成分含有量ＷSOの分析を行ったとき、前記ＷSOの値が
０．０３５質量％以下となることを特徴とする。

【００１１】ＰｂはＳに比べて、耐食性や冷間加工性を
低下させずに被削性、特にドリル穿孔性を向上させるこ
とができる。また、Ｐｂを添加させることにより、Ｐｂ
が略単独で、ステンレス鋼中に分散的に析出する。この
ような析出物がステンレス鋼の被削性を向上させるのに
有効となる。被削性を向上させる効果を明瞭とするため
には、０．０１質量％以上添加するのが良い。一方、過
剰に添加させると、熱間加工性が低下するため、その添
加量の上限値を０．３質量％とするのが良い。Ｐｂの添
加量は望ましくは０．０１５〜０．２５質量％の範囲で
設定するのが良い。また、Ｐｂを含有することによって
ステンレス鋼の耐アウトガス性への影響もほとんどな
く、Ｐｂを上記組成範囲で含有する本発明の快削ステン
レス鋼は、耐アウトガス性にも優れている。

【００１２】本発明のステンレス鋼において形成される
（Ｔｉ、Ｚｒ）系化合物は、鋼のフェライト系マトリッ
クス相中に分散形成することができる。特に、該化合物
をマトリックス相中に微細に分散させることにより、鋼
の被削性をさらに高めることができる。該効果を高める
ためには、鋼材の研磨断面組織において観察される（Ｔ
ｉ、Ｚｒ）系化合物の寸法（観察される化合物粒子の外
形線に位置を変えながら外接平行線を引いたときの、そ
の外接平行線の最大間隔にて表す）の平均値は例えば、
０．１〜３０μｍ程度であるのが良く、また、その組織
中の面積率は１〜２０％程度であるの良い。

【００１３】（Ｔｉ、Ｚｒ）系化合物は、組成式（Ｔ
ｉ、Ｚｒ）_４（Ｓ、Ｓｅ）_２Ｃ_２にて表される化合物
（以下、炭硫／セレン化物という）をすくなくとも含有
するものとすることができる。この化合物において、Ｔ
ｉ及びＺｒは、いずれか一方のものが含有されていて
も、双方とも含有されていてもいずれでも良い。また、
Ｓ及びＳｅについても、いずれか一方のみが含有されて
いても、双方とも含有されていてもいずれでも良い。該
組成式で表される化合物の含有により、鋼の被削性を向
上させることができるとともに、Ｓの含有量を調整する
ことによって耐アウトガス性を向上させることができ
る。

【００１４】なお、鋼中の（Ｔｉ、Ｚｒ）系化合物の同
定は、Ｘ線回折（例えば、ディフラクトメータ法）や電
子線プローブ微少分析（ＥＰＭＡ）法により行うことが
できる。例えば、（Ｔｉ、Ｚｒ）_４（Ｓ、Ｓｅ）_２Ｃ_２
の化合物にて存在しているか否かは、Ｘ線ディフラクト
メータ法による測定プロファイルに、対応する化合物の
ピークが現れるか否かにより確認することができる。ま
た、組織中における該化合物の形成領域は、鋼材の断面
組織に対してＥＰＭＡによる面分析を行い、Ｔｉ、Ｚ
ｒ、Ｓ、ＳｅあるいはＣの特性Ｘ線強度の二次元マッピ
ング結果を比較することにより特定できる。

【００１５】以下、本発明のフェライト系快削ステンレ
ス鋼における各成分の含有範囲の限定理由について説明
する。 （１）Ｎｉ：２質量％以下 Ｎｉは耐食性、特に還元性酸環境中での耐食性を向上さ
せるのに有効であることから必要に応じて添加すること
ができる。しかしながら、過剰な添加は、フェライト相
の安定性を低下させるほか、原料コストの上昇を招くこ
とから２質量％を上限とする。なお、Ｎｉの含有量はゼ
ロであっても良い。

【００１６】（２）Ｃｒ：１２〜３５質量％ Ｃｒは耐食性を確保する上で必須の元素であり１２質量
％以上添加することが必要となる。一方、過剰に添加し
すぎると、ＣｒＳ等の化合物が形成されるため、熱間加
工性を害するとともに、靭性の低下を招く恐れがある。
そのため、Ｃｒの含有量の上限は３５質量％とする必要
がある。このようにＣｒの含有量は１２〜３５質量％の
範囲で設定するのが良いが、望ましくは１５〜２５質量
％の範囲で設定するのが良く、より望ましくは１６〜２
２質量％の範囲で設定するのが良い。

【００１７】（３）Ｃ：０．０１〜０．４質量％ Ｃは被削性を向上させるためには必須の元素である。Ｃ
が含有されることによって炭硫／セレン化物が形成さ
れ、そのために被削性が向上すると考えられる。ただ
し、含有量が０．０１質量％未満では被削性向上に有効
な上記（Ｔｉ、Ｚｒ）系化合物が十分に形成されず、十
分な被削性付与効果が得られない。また、０．４質量％
を超えると、被削性向上に対し効果的でない単体の炭化
物が多量に生成することにより、逆に被削性が劣化する
ことになる。Ｃの添加量は望ましくは０．０２〜０．２
５質量％の範囲で設定するのが良く、より望ましくは
０．０２５〜０．２２質量％の範囲で設定するのが良
い。なお、（Ｔｉ、Ｚｒ）系化合物など、被削性を向上
させる化合物の構成元素の量に応じて、Ｃの添加量は被
削性向上の効果が最良の状態で得られるように適宜調節
するのが良い。また、上記（Ｔｉ、Ｚｒ）系化合物に構
成元素として含有されなかった残余のＣはフェライトマ
トリックス中に固溶し、ステンレス鋼の硬さを向上させ
る効果も付与する。なお、本発明のフェライト系快削ス
テンレス鋼は、焼きなまし処理により主相がフェライト
化するものを総称し、例えば、焼入れ処理によりマルテ
ンサイト化するものであっても良い（例えば、切削加工
後に焼き入れ処理をして用いることもありうる）。

【００１８】（４）Ｔｉの含有量をＷTi（質量％）、Ｚ
ｒの含有量をＷZr（質量％）として、ＷTi＋０．５２Ｗ
Zrが０．０３〜３．５質量％：ＴｉとＺｒとは、本発明
のフェライト系快削ステンレス鋼において被削性向上効
果の中心的な役割を果たす（Ｔｉ、Ｚｒ）系化合物を形
成するのに必須の構成元素である。上記ＷTi＋０．５２
ＷZrが０．０３質量％未満では（Ｔｉ、Ｚｒ）系化合物
の形成量が不充分となり、十分な被削性向上効果が見込
めなくなる。他方、ＷTi＋０．５２ＷZrが過剰となる場
合も、逆に被削性が低下することになる。そのため、Ｗ
Ti＋０．５２ＷZrは３．５質量％以下に抑える必要があ
る。Ｔｉ及びＺｒをステンレス鋼に含有させたときの上
記効果は、おおむねＴｉ及びＺｒの種別に関係なく、含
有させた合計の原子数（あるいはｍｏｌ数）に応じて定
まる。ＺｒとＴｉの原子量の比は略１：０．５２である
から、原子量の小さいチタンのほうが少ない重量にてよ
り大きな効果を発揮できる。ＷTi＋０．５２ＷZrはＺｒ
とＴｉの合計原子数を反映した組成パラメータであると
いえる。

【００１９】（５）０．０１〜１質量％のＳと、０．０
１〜０．８質量％のＳｅとの少なくともいずれか：Ｓ及
びＳｅは被削性を向上させるのに有効な元素である。Ｓ
及びＳｅを含有させることで、被削性向上に効果のある
化合物（例えば、組成式（Ｔｉ、Ｚｒ）_４（Ｓ、Ｓｅ）
_２Ｃ_２で表される（Ｔｉ、Ｚｒ）系化合物等）がステン
レス鋼中に形成される。したがって、Ｓ及びＳｅの含有
量はＳとＳｅのどちらとも、その効果が明瞭となる０．
０１質量％を下限とする。しかしながら、これらの元素
の過剰な添加は、熱間加工性を低下させ、さらにＳに関
して言えば、上記（Ｔｉ、Ｚｒ）系化合物を構成しない
残余のＳがフェライトマトリックス中に過剰に存在する
ことになり、耐アウトガス性も低下させることになる。
これらのことを考慮すれば、Ｓは１質量％、Ｓｅは０．
８質量％を上限として設定するのが望ましい。また、Ｓ
及びＳｅはいずれも被削性を向上させる例えば上述の
（Ｔｉ、Ｚｒ）系化合物を構成するのに必要十分な量を
添加するのが望ましく、この観点においてＳ及びＳｅの
合計含有量（質量％）をＣの含有量（質量％）の２倍以
上に設定するのが望ましい。なお、ステンレス鋼の耐ア
ウトガス性及び被削性の向上を最適化させるためには、
Ｓの含有量は、望ましくは０．０５〜０．８質量％の範
囲で設定するのが良く、より望ましくは０．０５〜０．
５質量％の範囲で設定するのが良い。

【００２０】以上のような組成を採用することで、耐食
性及び熱間加工性を維持しつつ快削性に優れ、かつ耐ア
ウトガス性も良好なフェライト系ステンレス鋼を得るこ
とが可能となる。また、本発明のフェライト系快削ステ
ンレス鋼においては、その性質をより優れたものにする
ために、次のような組成範囲を設定することができる。
つまり、Ｓｉ：２質量％以下、Ｍｎ：２質量％以下、
Ｐ：０．０５質量％以下、Ｃｕ：２質量％以下、Ｃｏ：
２質量％以下、Ｏ：０．０３質量％以下、Ｎ：０．０５
質量％以下、の少なくともいずれかの元素を含有させる
ことができる。以下、その限定理由について説明する。

【００２１】（６）Ｓｉ：２質量％以下 Ｓｉは、鋼の脱酸剤として添加することができる。しか
し、含有量が過大となると固溶化熱処理後の硬さが硬く
なり、冷間加工性に不利になるばかりでなく、δ−フェ
ライトの形成量を増し、鋼の熱間加工性を劣化させるた
め、上限を２質量％とする。なお、冷間加工性を特に重
視する場合は、望ましくは１質量％以下に設定するのが
良く、より望ましくは０．５質量％以下に設定するのが
良い。

【００２２】（７）Ｍｎ：２質量％以下 Ｍｎは、鋼の脱酸剤として作用するほか、δ−フェライ
ト相の形成を抑制する効果も有する。また、ＳやＳｅと
の共存により被削性に有効な化合物を生成するため、被
削性が特に重視される場合に添加しても良い。被削性を
向上させる効果をより顕著に期待する場合には、含有量
を１質量％以上に設定するのが良い。しかしながら、一
方で、Ｍｎを含有するとＭｎＳが形成されやすくなる。
ＭｎＳは耐食性を大きく劣化させるとともに、冷間加工
性をも低下させるため形成されないのが良い。したがっ
て、耐食性及び冷間加工性を重視する場合は０．４質量
％以下に限定することが望ましい。

【００２３】（８）Ｐ：０．０５質量％以下 Ｐは、粒界に偏析し、粒界腐食感受性を高めるほか、靭
性の低下を招くこともあり、その含有量をなるべく低く
抑えるのが良く、０．０５質量％以下に設定するのが良
い。また、より望ましくは０．０３質量％以下に抑える
のが良いが、必要以上に含有量を低減させることは、製
造コストの上昇を招くこともある。

【００２４】（９）Ｃｕ：２質量％以下 Ｃｕは耐食性、特に還元性酸環境中においての耐食性を
向上させるのに有効な元素であることから必要に応じて
添加しても良い。より顕著な効果を得るためには０．３
質量％以上は含有させるのが良い。しかしながら、過剰
に添加させると、熱間加工性が低下するため、２質量％
以下の範囲で設定するのが良い。熱間加工性を特に重視
する場合は０．５質量％以下に抑えるのがより望まし
い。

【００２５】（１０）Ｃｏ：２質量％以下 Ｃｏは耐食性、特に還元性酸環境中においての耐食性を
向上させるのに有効な元素であることから必要に応じて
添加しても良い。より顕著な効果を得るためには０．３
質量％以上は含有させるのが良い。しかしながら、過剰
に添加させると、熱間加工性が低下するとともに、原料
コストの上昇を招くことから、２質量％以下の範囲で設
定するのが良い。熱間加工性及び原料コストを特に重視
する場合は０．５質量％以下に抑えるのがより望まし
い。

【００２６】（１１）Ｏ：０．０３質量％以下 Ｏは、被削性を向上させるのに有効な（Ｔｉ、Ｚｒ）系
化合物の構成元素であるＴｉ及びＺｒ等と結合してこれ
らの酸化物を形成することがある。これらの酸化物は被
削性の向上には効果的ではないため、これら酸化物を形
成させないようにＯの含有量は極力低く抑制するのが良
い。そのため、Ｏの含有量は０．０３質量％以下に設定
するのが良い。また、製造コストとの兼ね合いである
が、望ましくは０．０１質量％以下とするのが良い。

【００２７】（１２）Ｎ：０．０５質量％以下 Ｎは、被削性を向上させるのに有効な化合物の構成元素
であるＴｉやＺｒと結合し、被削性の向上には効果的で
ない窒化物を形成することから極力低く抑制すべきであ
る。しかしながら、鉄鋼中には通常含有されている元素
であるため０．０５質量％を上限とする。また、製造コ
ストとの兼ね合いであるが、望ましくは０．０３質量％
以下とするのが良く、より望ましくは０．０１質量％以
下とするのが良い。

【００２８】次に、本発明のフェライト系快削ステンレ
ス鋼には、０．１〜４質量％のＭｏと、０．１〜３質量
％のＷとの少なくともいずれかを含有させることができ
る。上記ＭｏとＷを添加すると、不働態強化のため耐食
性を、また、二次硬化のため硬度を向上させることが可
能となる。そのような効果を明瞭に得るためには、Ｍ
ｏ、Ｗどちらとも０．１質量％以上は添加するのが良
い。一方、過剰に添加すると熱間加工性を低下させるた
め、Ｍｏは４質量％、Ｗは３質量％を上限値とするのが
良い。

【００２９】また、必要に応じて、０．００５〜０．１
質量％のＴｅと、０．０１〜０．２質量％のＢｉの少な
くともいずれかを含有させることができる。これらの元
素を含有させることにより、ステンレス鋼の被削性をよ
り向上させることができる。このとき、被削性向上の効
果を明瞭に得るためには、Ｔｅは０．００５質量％以
上、Ｂｉは０．０１質量％以上含有させるようにするの
が良い。一方、添加量が過剰になると、熱間加工性を低
下させる場合がある。したがってＴｅの上限値は０．１
質量％、Ｂｉの上限値は０．２質量％とするのが良い。

【００３０】また、本発明のフェライト系快削ステンレ
ス鋼は、Ｃａ、Ｍｇ、Ｂ、ＲＥＭ（ただしＲＥＭは元素
周期律表にて３Ａ族として分類される金属元素の１種又
は２種以上）から選ばれる１種以上を合計にて０．００
０５〜０．０１質量％含有させることができる。これら
の元素は、鋼の熱間加工性を向上させるのに有効な元素
である。これらを添加することよって得られる熱間加工
性向上の効果は、合計含有量が０．０００５質量％以上
であるとき、より顕著に発揮される。一方、過剰に添加
させると、効果が飽和し、逆に熱間加工性が低下するこ
とから合計含有量の上限を０．０１質量％と設定する。
なお、ＲＥＭとしては、放射活性の低い元素を主体的に
用いることが取り扱い上容易であり、この観点におい
て、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、
Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕか
ら選ばれる１種又は２種以上を使用することが有効であ
る。特に上記効果のより顕著な発現と価格上の観点か
ら、軽希土類、特にＬａあるいはＣｅを使用することが
望ましい。ただし、希土類分離過程等にて不可避的に残
留する微量の放射性希土類元素（例えばＴｈやＵなど）
が含有されていても差し支えない。また、原料コスト低
減等の観点から、ミッシュメタルやジジムなど、非分離
希土類を使用することもできる。

【００３１】さらに、本発明のフェライト系快削ステン
レス鋼は、Ｎｂ、Ｖ、Ｔａ、及びＨｆから選ばれる１種
又は２種以上を０．０１〜０．５質量％含有するとする
ことができる。Ｎｂ、Ｖ、Ｔａ、及びＨｆは炭窒化物を
形成して鋼の結晶粒を微細化し、強靭性を高める効果が
あるため、それぞれ０．５質量％までの範囲で添加する
ことができる。なお強靭性を高める効果を明瞭にするた
めには、０．０１質量％以上含有させるのが望ましい。

【００３２】

【実施例】以下、本発明の効果を確認するために、以下
の実験を行った。まず、表１に示す配合組織により、各
々５０ｋｇ鋼塊を高周波誘導炉にて溶製し、これを、１
０５０〜１１００℃に加熱し、熱間鍛造により２０ｍｍ
の丸棒に加工した。それら丸棒をさらに８００℃で１時
間加熱した後空冷（焼きなまし処理）し、各試験に供し
た。

【００３３】

【表１】

【００３４】本発明鋼の主な介在物は（Ｔｉ、Ｚｒ）_４
（Ｓ、Ｓｅ）_２Ｃ_２であったが、（Ｔｉ、Ｚｒ）Ｓ、及
び（Ｔｉ、Ｚｒ）Ｓ_３等の介在物も一部認められた。ま
た、Ｍｎ含有量が高いＮｏ.７などには、（Ｍｎ、Ｃ
ｒ）Ｓが僅かではあるが認められた。なお、各介在物の
同定方法は、以下のようにして行っている。すなわち、
各丸棒から適量の試験片を取り出して、これをテトラメ
チルアンモニウムクロライドと１０％のアセチルアセト
ンを含むメタノール溶液を電解質として用いることによ
り、金属マトリックス部分を電解する。そして、溶解後
の電解液をろ過することにより、鋼中に含有されていた
不溶の化合物を抽出して乾燥後、これをＸ線回折ディフ
ラクトメータ法にて分析し、その回折プロファイルの出
現ピークから化合物の特定を行う。なお、鋼組織中の化
合物粒子の組成は別途ＥＰＭＡにより分析を行ってお
り、その二次元マッピングから、Ｘ線回折にて観察され
た化合物に対応する組成の化合物が形成されていること
を確認している。図１はＮｏ．５の発明鋼のディフラク
トメータ法によるＸ線回折プロファイルを示しており、
図２は発明鋼Ｎｏ．５の鋼表面の光学顕微鏡観察画像
（倍率：４００倍）を示す。また、表１においてＮｏ.
１〜１４が本発明に該当する実施例の鋼種であり、Ｎ
ｏ.１５〜２８は比較例の鋼種である。

【００３５】上記の各試験品につき、以下の実験を行っ
た。 １．熱間加工性試験：熱間加工性の評価は、熱間鍛造時
に、割れなどの欠陥が発生したか否かを目視観察によっ
て評価した。「○」は熱間鍛造加工によって実質的に欠陥
が発生しなかったことを、「×」は熱間鍛造加工によって
大きな割れが確認されたこと、「△」は、熱間鍛造加工に
よって軽微な割れが存在していることをそれぞれ示して
いる。

【００３６】２．被削性評価：被削性の評価は、被削加
工時の切削抵抗、仕上げ面粗さ、切粉形状により評価す
る。切削工具にはサーメットを用いて、周速１５０ｍ／
ｍｉｎ、一回転当りの切り込み量０．１ｍｍ、一回転当
りの送り量０．０５ｍｍで乾式にて切削加工を実施し
た。切削抵抗は、加工時に工具に発生する主分力を測定
したものである（単位：Ｎ）。仕上げ面粗さは、ＪＩＳ
−Ｂ０６０１に規定されている方法で測定した加工後の
供試材表面の算術平均粗さ（Ｒａ：μｍ）である。さら
に、切粉形状を目視観察し、破砕性が良好であるものは
「良」、破砕性が悪く切粉がつながった状態のものは「劣」
として表している。

【００３７】３．耐アウトガス性評価：耐アウトガス性
の評価は、Ｓの発生量を規定することによって行った。
具体的には、寸法が、縦が１５ｍｍ、横が３ｍｍ、厚さ
が２５ｍｍの直方体形状で、かつ、全面を番手＃４００
のエメリーペーパーによって研磨加工した試験片を用い
る。そして、容積が２５０ｃｃの密閉容器中に、前記試
験片と銀箔（寸法：縦０．１ｍｍ、横５ｍｍ、厚さ１０
ｍｍ、純度：９９．９％以上）と０．５ｃｃの純水をい
れ、その容器内の温度を８５℃に維持しつつ２０時間保
持させた。また、そして試験後の銀箔中のＳ含有量ＷSO
を燃焼赤外線吸収法にて測定した。

【００３８】４．冷間加工性試験：冷間加工性の評価
は、Ｎｏ．１〜５、及びＮｏ．１３のサンプルについ
て、圧縮試験時の限界圧縮歪を測定することにより行っ
た。圧縮試験片は直径１５ｍｍ、高さ２２．５ｍｍの円
柱状とし、６００ｔ油圧プレスにより圧縮加工し、限界
圧縮歪（１ｎ（Ｈ0／Ｈ）：Ｈ0は初期試験片高さ、Ｈは
割れの発生しなかった限界の高さ、ｎ（Ｘ）はＸの自然
対数を表す）を求めた。Ｎｏ．１〜５のサンプルは比較
鋼Ｎｏ.１５と同等程度、また、比較鋼Ｎｏ．１６と比
較して２０％ほど高い限界圧縮率を有しており、冷間加
工性も良好であることが確認された。

【００３９】５．耐食性評価：耐食性の評価試験は、塩
水噴霧試験によって行った。試験片としては、直径１０
ｍｍ、高さ５０ｍｍの円柱形上のものを用い、表面をエ
メリー紙により番手＃４００まで研磨加工し、洗浄した
後、これを３５℃の５質量％塩化ナトリウム水溶液噴霧
環境中にて９６時間暴露する。評価は目視により行い、
全く発錆が確認されなかったものを「Ａ」、点状のしみが
数カ所に認められたものを「Ｂ」、面積率５％以下の範囲
で赤錆が確認されたものを「Ｃ」、面積率５％を超える範
囲で赤錆が確認されたものを「Ｄ」として評価した。以上
の結果を表２に示す。

【００４０】

【表２】

【００４１】表２より、本発明の快削ステンレス鋼は、
熱間加工性、冷間加工性、耐食性も従来のステンレス鋼
と比較して遜色なく、さらに、快削性が従来のステンレ
ス鋼に比べて向上していることがわかる。また、サンプ
ルＮｏ.１６、及び１８の比較鋼と比べると、本発明の
実施例品はＷSOも少なく耐アウトガス性に優れているこ
とがわかる。比較例Ｎｏ.１６及び１８の鋼種のＷSOが
多いのは、Ｔｉ及びＺｒを含有していないことから、炭
硫化物が生成しにくくなっており、マトリックス中のＳ
の量が過剰となっているためだと考えられる。また、比
較例Ｎｏ.１８においては、熱間加工性も損なわれてお
り、被削性の評価が行えなかった。

【００４２】以上、本発明鋼について実施例を示した
が、これはあくまで一例示であり、本発明は、その趣旨
を逸脱しない範囲で、当事者の知識に基づき、その他の
変更を加えた態様で実施可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例で行った実験の、発明鋼Ｎｏ．５のＸ線
回折プロファイルを示す図。

【図２】発明鋼Ｎｏ．５の光学顕微鏡観察画像を示す
図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 000003713 大同特殊鋼株式会社 愛知県名古屋市中区錦一丁目11番18号 (71)出願人 000222048 東北特殊鋼株式会社 宮城県柴田郡村田町大字村田字西ケ丘23 (74)上記３名の代理人 100095751 弁理士 菅原 正倫 (72)発明者 石田 清仁 宮城県仙台市青葉区上杉３−５−20 (72)発明者 及川 勝成 宮城県柴田郡柴田町西船迫４−１−34 (72)発明者 清水 哲也 愛知県名古屋市天白区高島２丁目1410番地 (72)発明者 岡部 道生 愛知県知多市旭桃台137 (72)発明者 江幡 貴司 宮城県柴田郡村田町大字村田字西ヶ丘23 東北特殊鋼株式会社内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｎｉを含有しないか、又は含有していて
   もその含有率が２質量％以下とされ、 １２〜３５質量％のＣｒ及び０．０１〜０．４質量％の
   Ｃを含有し、 Ｔｉの含有量をＷTi（質量％）、Ｚｒの含有量をＷZr
   （質量％）として、ＷTi＋０．５２ＷZrが０．０３〜
   ３．５質量％となるように、ＴｉとＺｒとの少なくとも
   いずれかを含有し、 ０．０１〜１．０質量％のＳと、０．０１〜０．８質量
   ％のＳｅとの少なくともいずれかを含有し、さらに、 ＴｉとＺｒとの少なくともいずれかを金属元素成分とし
   て含有し、その金属成分との結合成分として、必須成分
   としてのＣと、さらにＳとＳｅとの少なくともいずれか
   を含有する（Ｔｉ、Ｚｒ）系化合物が組織中に形成され
   たステンレス鋼であって、以下の条件によるアウトガス
   性試験、すなわち：ステンレス鋼試験片として、縦１５
   ｍｍ、横３ｍｍ、厚さ２５ｍｍの直方体形状を有し、か
   つ全面を番手＃４００のエメリーペーパーを用いて研磨
   したものを用意し、硫黄成分ゲッターとしての、縦１０
   ｍｍ、横５ｍｍ、厚さ０．１ｍｍの純度９９．９％以上
   の銀箔と、０．５ｃｃの純水とを、前記試験片とともに
   内容積２５０ｃｃの容器中に封入し、容器内の温度が８
   ５℃となるように昇温して２０時間保持した後、前記銀
   箔中の硫黄成分含有量ＷSOの分析を行ったとき、 前記ＷSOの値が０．０３５質量％以下となることを特徴
   とするフェライト系快削ステンレス鋼。
2. 【請求項２】 Ｎｉを含有しないか、又は含有していて
   もその含有率が２質量％以下とされ、 １２〜３５質量％のＣｒ及び０．０１〜０．４質量％の
   Ｃを含有し、 Ｔｉの含有量をＷTi（質量％）、Ｚｒの含有量をＷZr
   （質量％）として、ＷTi＋０．５２ＷZrが０．０３〜
   ３．５質量％となるように、ＴｉとＺｒとの少なくとも
   いずれかを含有し、 ０．０１〜１質量％のＳと、０．０１〜０．８質量％の
   Ｓｅとの少なくともいずれかを含有し、さらに、 ＴｉとＺｒとの少なくともいずれかを金属元素成分とし
   て含有し、その金属成分との結合成分として、必須成分
   としてのＣと、さらにＳとＳｅとの少なくともいずれか
   を含有する（Ｔｉ、Ｚｒ）系化合物が組織中に形成され
   ており、 かつ、０．０１〜０．３質量％のＰｂが含有されている
   フェライト系快削ステンレス鋼であって、以下の条件に
   よるアウトガス性試験、すなわち：ステンレス鋼試験片
   として、縦１５ｍｍ、横３ｍｍ、厚さ２５ｍｍの直方体
   形状を有し、かつ全面を番手＃４００のエメリーペーパ
   ーを用いて研磨したものを用意し、硫黄成分ゲッターと
   しての、縦１０ｍｍ、横５ｍｍ、厚さ０．１ｍｍの純度
   ９９．９％以上の銀箔と、０．５ｃｃの純水とを、前記
   試験片とともに内容積２５０ｃｃの容器中に封入し、容
   器内の温度が８５℃となるように昇温して２０時間保持
   した後、前記銀箔中の硫黄成分含有量ＷSOの分析を行っ
   たとき、 前記ＷSOの値が０．０３５質量％以下となることを特徴
   とするフェライト系快削ステンレス鋼。
3. 【請求項３】 Ｓｉ：２質量％以下、Ｍｎ：２質量％以
   下、Ｐ：０．０５質量％以下、Ｃｕ：２質量％以下、Ｃ
   ｏ：２質量％以下、Ｏ：０．０３質量％以下、Ｎ：０．
   ０５質量％以下とされる請求項１又は２に記載のフェラ
   イト系快削ステンレス鋼。
4. 【請求項４】 ０．１〜４質量％のＭｏと、０．１〜３
   質量％のＷとの少なくともいずれかを含有する請求項１
   ないし３のいずれかに記載のフェライト系快削ステンレ
   ス鋼。
5. 【請求項５】 ０．００５〜０．１質量％のＴｅと、
   ０．０１〜０．２質量％のＢｉとの少なくともいずれか
   を含有する請求項１ないし４のいずれかに記載のフェラ
   イト系快削ステンレス鋼。
6. 【請求項６】 Ｃａ、Ｍｇ、Ｂ、ＲＥＭ（ただしＲＥＭ
   は元素周期律表にて３Ａ族として分類される金属元素の
   １種又は２種以上）から選ばれる１種以上を合計にて
   ０．０００５〜０．０１質量％含有する請求項１ないし
   ５のいずれかに記載のフェライト系快削ステンレス鋼。
7. 【請求項７】 Ｎｂ、Ｖ、Ｔａ、Ｈｆから選ばれる１種
   以上を０．０１〜０．５質量％含有する請求項１ないし
   ６のいずれかに記載のフェライト系快削ステンレス鋼。
8. 【請求項８】 前記（Ｔｉ、Ｚｒ）系化合物が、フェラ
   イト系マトリックス相中に分散形成されている請求項１
   ないし７のいずれかに記載のフェライト系快削ステンレ
   ス鋼。
9. 【請求項９】 前記（Ｔｉ、Ｚｒ）系化合物は、組成式
   （Ｔｉ、Ｚｒ）_４（Ｓ、Ｓｅ）_２Ｃ_２にて表される化合
   物を少なくとも含有する請求項１ないし８のいずれかに
   記載のフェライト系快削ステンレス鋼。