JP2003247049A - オーステナイト含有快削ステンレス鋼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐食性とともに、熱間加工性や冷間加工性を
従来のステンレス鋼と遜色のないものにしつつも、被削
性が大幅に改善され、さらに耐アウトガス性が大幅に改
善された、オーステナイト含有快削ステンレス鋼を提供
する。 【解決手段】 ２〜３０質量％のＮｉと、１２〜３０質
量％のＣｒと、０．０２〜０．４質量％のＣとを含有す
る。そして、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃ、Ｓ及びＳｅの各質量含有
率をＷTi、ＷZr、ＷC、ＷS及びＷSeとしたとき、ＷTi＋
０．５２ＷZrが０．０３〜３質量％とされ、０．０１〜
０．７質量のＳと０．０１〜０．５質量％のＳｅとの少
なくともいずれかを含有し、０．４≦４×ＷC／（ＷTi
＋０．５２×ＷZr）≦１．２とされる。また、ドリル切
削性を重視する場合は、０．５≦１．５×（ＷS＋０．
４０ＷSe）／（ＷTi＋０．５２×ＷZr）≦１．２に設定
し、熱間加工性を重視する場合は、０．２≦１．５×
（ＷS＋０．４０ＷSe）／（ＷTi＋０．５２×ＷZr）≦
０．５に設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はステンレス鋼に関
するものであり、特にオーステナイト含有快削ステンレ
ス鋼に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】機械部品等の切削加工にて製造される部
材の生産性を向上させるために、近年、快削鋼の用途が
増大しつつある。特に、耐食性向上のためにＮｉとＣｒ
とを相当量含有させたオーステナイト含有ステンレス鋼
は、素材自体が普通鋼と比較して高価なため、部材全体
の製造コスト低廉化を図る観点から、加工性の向上が特
に重要である。

【０００３】鉄系材料の被削性向上元素としては、Ｓ、
Ｐｂ、Ｓｅ、Ｂｉ、Ｔｅ、Ｃａなどが知られ、オーステ
ナイト含有快削ステンレス鋼にも適用されている。この
うち、Ｐｂは、環境保護に対する関心が地球規模で高ま
りつつある近年では次第に敬遠されるようになってお
り、その使用を制限する機器や部品も多くなりつつあ
る。そこで、ＳやＴｅを被削性向上元素の主体として用
いた材料が、代替材料として考えられている。これら
は、主にＭｎＳやＭｎＴｅなどの介在物を生成させ、介
在物に対する切屑形成時の応力集中効果や、工具と切屑
間の潤滑作用により被削性や研削性を高めるようにして
いる。近年、コンピュータやその周辺機器、あるいはそ
の他の弱電製品のメンテナンスフリー化を図るため、比
較的安価に高耐食性が得られるフェライト系ステンレス
鋼が部品素材として広く用いられている。特に、寸法精
度確保のため精密な仕上加工が要求される部品や加工代
の大きい複雑形状の部品は被削性の向上が重視されるの
で、前記快削性付与元素の含有量は増やされる傾向にあ
り、また、これらの元素を単独ではなく複合添加して用
いることも行われている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Ｓを快
削性付与元素として用いる場合、添加が過剰になると、
合金の耐食性、熱間加工性あるいは冷間加工性を劣化さ
せる原因となる。また、大気中に暴露すると、合金材料
中に含有されているＳ成分が硫黄含有ガスとなって放出
され、部品周辺に硫黄コンタミを引き起こしやすくなる
場合がある。このような硫黄コンタミは、密封状態で使
用されることが多いコンピュータ周辺機器、例えばハー
ドディスクドライブ（ＨＤＤ）などの構成部品において
は、特に問題となりやすく、放出される硫黄含有ガスを
抑制する必要がある（以下、「耐アウトガス性を向上さ
せる」等という）。

【０００５】そのため、Ｍｎ含有量を制限し硫化物中の
Ｃｒ含有量を高めたり、Ｓを含有する場合にはＴｉとＳ
を複合添加して、硫化物を球状化したりする提案がなさ
れている（例えば、特開平１０−４６２９２号公報ある
いは特開昭５６−１６６５３号公報）。しかし、硫化物
中のＣｒ量を高めることは、被削性や、熱間加工性を著
しく低下させる傾向にあるため、その用途は限定される
ことが多かった。

【０００６】また、Ｓ等の快削性付与元素は、切削性の
向上だけでなく、例えば、鋼板の打ち抜き加工における
応力集中緩和、あるいは打ち抜き時に発生するバリ抑制
等を目的として添加される場合もあるが、鋼板製造時に
おける熱間加工性あるいは冷間加工性が劣化するため、
その使用は非常に限定的である。

【０００７】本発明の課題は、耐食性とともに、熱間加
工性や冷間加工性を従来のステンレス鋼と遜色のないも
のにしつつも、被削性が大幅に改善され、さらに耐アウ
トガス性が大幅に改善された、オーステナイト含有快削
ステンレス鋼を提供することにある。

【０００８】

【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、本発明のオーステナイト含有快削
ステンレス鋼の第一は、Ｆｅを主成分として含有し、２
質量％以上３０質量％以下のＮｉと、１２質量％以上３
０質量％以下のＣｒと、０．０２質量％以上０．４質量
％以下のＣとを含有しＴｉの質量含有率をＷTi（質量
％）、Ｚｒの質量含有率をＷZr（質量％）として、ＷTi
＋０．５２ＷZrが０．０３質量％以上３質量％以下とな
るようにＴｉとＺｒとの少なくともいずれかを含有し、
また、０．０１質量％以上０．７質量％以下のＳと０．
０１質量％以上０．５質量％以下のＳｅとの少なくとも
いずれかを含有し、また、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃ、Ｓ及びＳｅ
の各質量含有率をＷTi、ＷZr、ＷC、ＷS及びＷSeとした
とき、 ０．４≦４×ＷC／（ＷTi＋０．５２×ＷZr）≦１．２ ０．５≦１．５×（ＷS＋０．４０ＷSe）／（ＷTi＋
０．５２×ＷZr）≦１．２ を満足し、Ｔｉ及び／又はＺｒを金属元素成分の主成分
とし、該金属元素成分との結合成分として、Ｃを必須と
し、Ｓ、Ｓｅ及びＴｅの少なくともいずれかを含有する
快削性付与化合物相が組織中に分散形成されていること
を特徴とする。

【０００９】また、本発明のオーステナイト含有快削ス
テンレス鋼の第二は、Ｆｅを主成分として含有し、２質
量％以上３０質量％以下のＮｉと、１２質量％以上３０
質量％以下のＣｒと、０．０２質量％以上０．４質量％
以下のＣとを含有しＴｉの質量含有率をＷTi（質量
％）、Ｚｒの質量含有率をＷZr（質量％）として、ＷTi
＋０．５２ＷZrが０．０３質量％以上３質量％以下とな
るようにＴｉとＺｒとの少なくともいずれかを含有し、
また、０．０１質量％以上０．７質量以下のＳと０．０
１質量％以上０．５質量％以下のＳｅとの少なくともい
ずれかを含有し、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃ、Ｓ及びＳｅの各質量
含有率をＷTi、ＷZr、ＷC、ＷS及びＷSeとしたとき、 ０．４≦４×ＷC／（ＷTi＋０．５２×ＷZr）≦１．２ ０．２≦１．５×（ＷS＋０．４０ＷSe）／（ＷTi＋
０．５２×ＷZr）≦０．５ を満足し、Ｔｉ及び／又はＺｒを金属元素成分の主成分
とし、該金属元素成分との結合成分として、Ｃを必須と
し、Ｓ、Ｓｅ及びＴｅの少なくともいずれかを含有する
快削性付与化合物相が組織中に分散形成されていること
を特徴とする。

【００１０】なお、本発明において「主成分」とは、最
も質量％含有率の高い成分のことをいう。

【００１１】本発明においては、オーステナイト含有ス
テンレス鋼の組織中に上記のような（Ｔｉ，Ｚｒ）系化
合物相が分散形成されることにより、ステンレス鋼の被
削性を向上させることができる。また、この化合物の形
成によりＭｎＳあるいは（Ｍｎ，Ｃｒ）Ｓ等の、耐食性
や熱間加工性の低下を招きやすい化合物の形成も防止な
いし抑制することができ、ひいては合金材料の耐食性、
熱間加工性、及び冷間加工性も良好に維持することがで
きる。

【００１２】また、本発明の特徴である（Ｔｉ，Ｚｒ）
系化合物がステンレス鋼中に形成されることにより、添
加されるＳが（Ｔｉ，Ｚｒ）系化合物の構成元素のひと
つとして含有されるため、その結果、基質金属相（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
し、ステンレス鋼から大気中に放出される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、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。この場合、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は０．０３５質量％以下となっていることが望まし
い。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。

【００１３】つまり、本発明によれば、前記のごとく組
成選定されることで、基質中に（Ｔｉ，Ｚｒ）系化合物
相が分散形成され、熱間加工性及び冷間加工性を従来の
ステンレス鋼と遜色のないものにしつつも、被削性が大
幅に改善できる。また、快削性付与化合物が（Ｔｉ，Ｚ
ｒ）系化合物が主体となることから、耐アウトガス性が
飛躍的に向上する。

【００１４】そして、本発明のオーステナイト含有ステ
ンレス鋼の第一においては、 ０．４≦４×ＷC／（ＷTi＋０．５２×ＷZr）≦１．２ ０．５≦１．５×（ＷS＋０．４０ＷSe）／（ＷTi＋
０．５２×ＷZr）≦１．２ を満足させることにより、被削性がより顕著に改善さ
れ、特にドリル穿孔性が良好な材料を得ることができ
る。

【００１５】他方、本発明のオーステナイト含有ステン
レス鋼の第二においては、 ０．４≦４×ＷC／（ＷTi＋０．５２×ＷZr）≦１．２ ０．２≦１．５×（ＷS＋０．４０ＷSe）／（ＷTi＋
０．５２×ＷZr）≦０．５ を満足させることにより、熱間加工性が特に顕著に向上
し、例えば圧延や鍛造などの塑性加工を熱間加工により
良好に行うことができる。従って、塑性加工により部品
を製造する際に、製造能率が向上し、また加工不良によ
る歩留まり低下を抑制することができる。

【００１６】本発明の快削性ステンレス鋼は、被削性、
耐食性の他アウトガスの発生を抑制する必要があるＨＤ
Ｄ部品や、被削性に加え冷間あるいは熱間による鍛造加
工が加わる、産業機器、ＯＡ機器あるいはポンプなどの
部品や船舶などのシャフト類に適用可能である。代表的
には、以下のようなものがある（ただし、これらに限定
されるものではない。 ・ＨＤＤなどに使用されるスピンドルモーター部品：ハ
ブ、ヨーク、スリーブ、シャフトなど。 ・ＨＤＤ用部品：スペーサリング、アームピボット、ア
クチュエーター、トップクランクなど。 ・プリンタシャフト、ボールペンチップ等のＯＡ機器部
品。 ・光ファイバーケーブル等に使用されるコネクタ部品。 ・熱処理設備や炉に用いられる部品：継ぎ手、フランジ
など ・その他、各種ボルト、ナットバルブ、ポンプ、食品機
械用部品など、上記特性を要求される機械部品全般。

【００１７】ここで、オーステナイト含有ステンレス鋼
とは、Ｆｅを主成分として含有するとともに、組織中に
オーステナイト相を含有するステンレス鋼のことをい
う。この場合、オーステナイト相とフェライト相との混
相組織となっていてもよいが、マルテンサイト相は形成
されていないことが望ましい。このようなステンレス鋼
は、Ｆｅを主成分として、オーステナイト相を主体に構
成されたものとすることができる。例えば、ＪＩＳ：Ｇ
４３０４規格に示されている以下の対応鋼種を例示する
ことができる。なお、本発明の特徴部であるＴｉ、Ｚ
ｒ、Ｓ及びＳｅについては当然、規格中に組成表示は存
在しない。この場合、Ｆｅの一部を上記元素により、前
記した組成範囲内にて置換含有させた鋼材を意味するも
のとする。従って、規格の番号を援用してはいるが、い
ずれも、規格に規定された組成の合金をベースとした本
発明特有の合金を意味するものである。 オーステナイト系ステンレス鋼：常温においてもオー
ステナイト組織を示すステンレス鋼であり、ＳＵＳ２０
１、ＳＵＳ２０２、ＳＵＳ３０１、ＳＵＳ３０１Ｊ、Ｓ
ＵＳ３０２、ＳＵＳ３０２Ｂ、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３
０４Ｎ１、ＳＵＳ３０４Ｎ２、ＳＵＳ３０５、ＳＵＳ３
０９Ｓ、ＳＵＳ３１０Ｓ、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６
Ｎ、ＳＵＳ３１６Ｊ１、ＳＵＳ３１７、ＳＵＳ３１７Ｊ
１、ＳＵＳ３２１、ＳＵＳ３４７、ＳＵＳＸＭ１５Ｊ１
等を例示できる。 オーステナイト−フェライト系ステンレス鋼：オース
テナイトとフェライトの２相組織を示すステンレス鋼で
あり、ＳＵＳ３２９Ｊ１等を例示できる。 析出硬化系ステンレス鋼：アルミニウム、銅などの元
素を添加することにより、熱処理によってこれらの元素
を主体とする化合物等を析出させ、硬化させることがで
きるステンレス鋼であり、ＳＵＳ６３０、ＳＵＳ６３１
等を例示できる。また、本発明でいう「ステンレス鋼」
の概念には、下記に例示される耐熱鋼も含まれるものと
する。 オーステナイト系耐熱鋼 例えばＪＩＳ：Ｇ４３１１及びＧ４３１２に組成が規定
されたものがあり、ＳＵＨ３１、ＳＵＨ３５、ＳＵＨ３
６、ＳＵＨ３７、ＳＵＨ３８、ＳＵＨ３０９、ＳＵＨ３
１０、ＳＵＨ３３０、ＳＵＨ６６０、ＳＵＨ６６１等を
例示できる。

【００１８】被削性向上効果を高めるためには、合金材
料の研磨断面組織において観察される（Ｔｉ，Ｚｒ）系
快削性付与化合物相の平均粒径（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粒径を表す）の平均
値は例えば、０．１〜３０μｍ程度であるのがよく、ま
た、その組織中の面積率は１〜２０％程度であるのがよ
い。快削性付与化合物相の寸法及び面積率がこれらの数
値範囲外となる場合は、必要十分な快削性をステンレス
鋼に付与できない場合がある。

【００１９】また、上記（Ｔｉ，Ｚｒ）系化合物は、組
成式（Ｔｉ，Ｚｒ）_４（Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅ）_２Ｃ_２にて表
される化合物（以下、Ｍ_４Ｑ_２Ｃ_２系化合物と略記す
る）を少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、Ｔｉ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、Ｓｅ、及びＴｅについても、い
ずれか１種のものが含有されていても、２種以上が含有
されていてもいずれでも良い。上記Ｍ_４Ｑ_２Ｃ_２系化合
物の形成により合金材料の被削性をより良好なものとす
ることができるほか、合金材料の耐食性改善にも効果が
ある。

【００２０】なお、鋼中のＭ_４Ｑ_２Ｃ_２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
線プローブ微小分析（ＥＰＭＡ）法により行うことがで
きる。例えば、Ｍ_４Ｑ_２Ｃ_２系化合物が存在しているか
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、Ｚｒ、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。

【００２１】以下、本発明における組成限定理由につい
て説明する。 （１）Ｎｉ：２質量％以上３０質量％以下 Ｎｉは、ステンレス鋼中のオーステナイト相を安定化さ
せるために、少なくとも２質量％含有させる必要があ
る。また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添加されること
が多いが、耐食性付与の観点からも２質量％以上含有さ
せるのがよい。また、非磁性を得たい場合は、Ｃｒ、Ｍ
ｏなどの他の成分量との関連において、オーステナイト
相がより安定化し、合金がオーステナイト系ステンレス
鋼となるように、必要な量のＮｉを添加する必要があ
る。この場合、そのニッケル量の決定には、例えば改訂
５版金属便覧（丸善：１９９０年）、５７８頁に記載さ
れているような、周知のシェフラー状態図を使用するこ
とができる。これは、オーステナイト生成元素、フェラ
イト生成元素をそれぞれＮｉ量及びＣｒ量の当量として
換算して組織との関係を示したものである。ただし、Ｔ
ｉ及び／又はＺｒ系化合物が存在する分をマトリックス
相の成分構成元素から除外することを考慮した上で必要
量を求めることが必要となる。なお、Ｎｉの過剰な添加
はコストの上昇につながるとともに、ステンレス鋼とし
ての特性の劣化を招くこともあり、Ｎｉの含有量を３０
質量％以下に制限する。

【００２２】（２）Ｃｒ：１２質量％以上３０質量％以
下 Ｃｒはステンレス鋼の耐食性を確保するためには必須の
元素である。そのため１２質量％以上含有させる。Ｃｒ
の含有量が１２質量％未満であると、鋭敏化による粒界
腐食等によりステンレス鋼としての耐食性を確保するこ
とができない。一方、過剰に添加すると、ＣｒＳ等の化
合物の形成により、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。また、Ｓが被削性に寄与しな
いＣｒＳ等の化合物形成に消費される結果、前記した
（Ｔｉ，Ｚｒ）系化合物の形成が不十分となり、被削性
が損なわれることにもつながる。また、Ｃｒの過剰な添
加により高温脆性が顕著になるという問題もある。その
ためＣｒは３０質量％以下の範囲にて含有させる。

【００２３】（３）Ｃ：０．０２〜０．４質量％ Ｃは、快削性付与化合物に必須となる重要な元素であ
る。その含有量が０．０２質量％未満では、快削性付与
化合物の形成が不十分となって十分な被削性付与効果が
発現しなくなる。他方、０．４％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（特にＣｒ系の炭化
物）や炭窒化物が多量に生成するので好ましくない。

【００２４】（４）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質量％：ＴｉとＺｒとは、本発明の快削合
金材料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＋０．５２ＷZr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、ＷTi＋０．５２ＷZrは３質量
％以下に抑える必要がある。Ｔｉ及びＺｒを合金中に含
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ｍｏ
ｌ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Ｔｉのほうが
少ない質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。

【００２５】（５）０．０１〜０．７質量％のＳ、０．
０１〜０．５質量％のＳｅとのうち少なくともいずれ
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（Ｔｉ，Ｚｒ）系化合物（例えば、前記Ｍ _４Ｑ
_２Ｃ_２系化合物）が合金組織中に形成される。したがっ
て、Ｓ及びＳｅの含有量は、その効果が明瞭となる０．
０１質量％を下限値とする。また、Ｓ及びＳｅの過剰な
添加は熱間加工性の劣化を招くので、Ｓは０．７質量
％、Ｓｅは０．５質量％を上限値として設定する。ま
た、Ｓの過剰な添加は耐アウトガス性の劣化にもつなが
るので、好ましくは０．３質量％以下、さらに好ましく
は０．２質量％以下とする。

【００２６】Ｓ及びＳｅはいずれも被削性を向上させる
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、特にＭ_４Ｑ_２Ｃ_２系化合
物の形成を視野に入れた場合、その化学量論組成等を考
慮して、適正量が添加されなければならない。この観点
においてＳ及びＳｅ（Ｑ）の合計含有量（質量％）をＣ
の含有量（質量％）よりも多くすること、望ましくは２
倍以上に設定するのがより望ましい。

【００２７】また、本発明においては、０．４≦４×Ｗ
C／（ＷTi＋０．５２×ＷZr）（≡Ｌとする）≦１．２
となるように、ＣとＴｉ／Ｚｒとの相対含有比を調整す
る。Ｌが０．４未満では、（Ｔｉ，Ｚｒ）系化合物の形
成に寄与しないＴｉ及びＺｒが過剰に発生し、被削性の
低下につながる。また、Ｌが１．２を超えると、（Ｔ
ｉ，Ｚｒ）系化合物に寄与しないＣが過剰に発生し、被
削性向上に対し効果的でない単体の炭化物（特にＣｒ系
の炭化物）や炭窒化物が多量に生成するので好ましくな
い。

【００２８】また、本発明のオーステナイト含有ステン
レス鋼の第一においては、０．５≦１．５×（ＷS＋
０．４０ＷSe）／（ＷTi＋０．５２×ＷZr）（≡Ｈとす
る）≦１．２とする。Ｈが上記範囲外になると、ドリル
穿孔等の重切削加工を前提としたとき、必ずしも被削性
が十分でなくなる。

【００２９】また、本発明のオーステナイト含有ステン
レス鋼の第二においては、０．２≦Ｈ≦０．５とする。
Ｈが０．２未満では、（Ｔｉ，Ｚｒ）系化合物の形成が
不十分となって被削性確保が困難となる。また、Ｈが
０．５を超えると熱間加工性が必ずしも良好でなくな
る。

【００３０】以下、本発明の快削性ステンレス鋼に含有
可能な他の成分の例と、その好ましい含有量について説
明する。 （６）Ｓｉ：２質量％以下 Ｓｉは、脱酸剤として含有させることができる。しか
し、含有量が過大となると固溶化熱処理後の硬さが高く
なり、冷間加工性に不利になるばかりでなく、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には０．５質量％以
下とするのが好ましい。

【００３１】（７）Ｍｎ：４質量％以下 Ｍｎは、精錬時における脱酸元素としても有用であり、
不可避的に含有されることも多い。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
性が重視される場合、積極添加することがある（この場
合Ｍｎ添加による上記効果をより確実なものとするため
には、１質量％以上添加するのが良い）。一方で、特に
ＭｎＳは耐食性を大きく劣化させ、冷間加工性を阻害す
るので、４．０質量％を上限とする。特に耐食性、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。

【００３２】（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。

【００３３】（９）Ｏ：０．０３質量％以下 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酸
化物を形成することから極力低く抑制すべきであり、
０．０３質量％を上限とする。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。

【００３４】（１０）０．０５質量％以下のＮ Ｎは快削性付与化合物の必須構成元素である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、なるべく含有されていないことが望まし
い。その含有量低減は製造コストとの兼ね合いであり、
本発明においては０．０５質量％を上限とするが、望ま
しくは０．０３質量％以下、更に望ましくは０．０１質
量％以下とするのが良い。

【００３５】（１１）Ｃｕ：４質量％以下 Ｃｕは耐食性とく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（この場合Ｃｕ添加による上記効果
をより確実なものとするためには、（ ）質量％以上
添加するのが良い）。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、含有させる場合は４質
量％以下の範囲で調整する。

【００３６】（１２）Ｃｏ：４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
て添加してもよい（この場合Ｃｏ添加による上記効果を
より確実なものとするためには、１質量％以上添加する
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、４質量％以下の範囲で設定するのがよい。

【００３７】（１３）０．１〜１０質量％のＭｏと、
０．１〜１０質量％のＷのうち少なくともいずれか；Ｍ
ｏ、Ｗは、耐食性や強度をより向上させることができる
ため、必要に応じて添加しても良い。それらの効果が明
瞭となるＭｏ：０．１％、Ｗ：０．１％をそれぞれ下限
とする。一方、過剰な添加は、熱間加工性を害するほ
か、コストの上昇を招くため、上限をＭｏ：１０質量
％、Ｗ：１０質量％とする。

【００３８】（１４）Ｔｅ、Ｂｉ、Ｐｂのいずれか１種
または２種以上をＴｅ：０．００５〜０．１質量％、Ｂ
ｉ：０．０１〜０．２質量％、Ｐｂ：０．０１〜０．３
質量％；Ｔｅ、Ｂｉ、Ｐｂは被削性をさらに向上させる
ことが可能なため、必要に応じて添加しても良い。それ
らの効果が明瞭となるＴｅ：０．００５質量％、Ｂｉ：
０．０１質量％、Ｐｂ：０．０１質量％を下限とする。
一方で過剰な添加は、熱間加工性を低下させるため、Ｔ
ｅ：０．１質量％、Ｂｉ：０．２質量％、Ｐｂ：０．３
質量％を上限とする。

【００３９】また、ステンレス鋼として本発明の快削合
金材料を構成する場合、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によって
得られる熱間加工性向上の効果は、合計含有量が０．０
００５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、Ｎ
ｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔ
ｍ、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。

【００４０】さらに、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
させることもできる。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。

【００４１】

【実施例】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〜表３に示す成分組成（質量％）
に配合した各々１５０ｋｇ鋼塊を高周波誘導炉にて溶製
し、これを、１１００〜１２００℃に加熱し、熱間鍛造
により外径２０ｍｍの丸棒状及び断面が３０ｍｍ×６０
ｍｍの角棒状の素材に加工した。なお、番号１〜４８及
び５５〜６０が本発明に該当する鋼種（以下、発明鋼と
いう）であり、番号４９〜５４及び６１、６２が本発明
外の比較鋼である。表中、Ｌは４×ＷC／（ＷTi＋０．
５２×ＷZr）、Ｈは１．５×（ＷS＋０．４０ＷSe）／
（ＷTi＋０．５２×ＷZr）の値である。発明鋼のうち、
発明区分が「１」のものは、０．５≦Ｈ≦１．５となる
本発明の第一に該当する鋼種であり、発明区分が「２」
のものは、０．２≦Ｈ≦０．５となる本発明の第二に該
当する鋼種である（図１は、発明区分１及び発明区分２
の各組成範囲を図示したものである）。また、比較鋼の
うち、番号４９はＪＩＳに規定されたＳＵＳ３０４、番
号５０は同じくＳＵＳ３０３にそれぞれ相当する。

【００４２】

【表１】

【００４３】

【表２】

【００４４】

【表３】

【００４５】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、Ｈが０．５０〜１．２０の試験品（本発明の第一：
発明区分１として表示）は、（Ｍｎ、Ｃｒ）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。

【００４６】上記の各素材を、さらに１０５０℃で１時
間加熱した後、水冷し、以下の各試験に供した。

【００４７】１．熱間加工性試験：熱間加工性の評価
は、熱間鍛造時に、疵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
疵が全く発生しなかったことを、「○」は同じく疵の発生
が軽微であったことを、「×」は熱間鍛造加工によって大
きな疵が確認されたことをそれぞれ示している。

【００４８】２．冷間加工性評価：φ６×１１．５ｍｍ
の円柱状の試験片を用い、油圧プレスにより加圧力６０
０ｔにて圧縮試験を行うとともに、割れ発生の限界圧縮
歪（ｌｎＨ0／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）を求めた。この値が大きいほ
ど冷間加工性が良好である。

【００４９】３．被削性評価：被削性の評価は、被削加
工時の切削抵抗、仕上面粗さ、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４０分間旋削加工
を実施した。評価は、工具摩耗量にて実施した。工具摩
耗量は、横逃げ面の平均工具摩耗量にて行った。切粉形
状は、目視で観察し破砕性が良好であったものは
「良」、破砕性が悪く切粉がつながった状態のものは
「劣」で表わしている。また、旋削以外にドリル穿孔試
験も実施した。工具は、ＴｉＡｌＮをコーティングした
外径５ｍｍの高速度工具鋼製ドリルを用い、送り０．０
７ｍｍ／ｒｅｖの条件による乾式切削とし、ドリルが切
削距離１０００ｍｍまで折損しない切削速度ＶＬ１００
０として算出し、評価した。

【００５０】４．耐食性評価：耐食性の評価試験は、Ｊ
ＩＳ：Ｚ２３７１に規定された塩水噴霧試験により行っ
た。試験片としては、寸法直径１０ｍｍ、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、未発銹をＡ、しみ状発銹
をＢ、面積率５質量％以下の赤さび発銹をＣ、同２０質
量％以下をＤ、同２０質量％以上をＥとして評価した。
なお、ランク間で判別困難な場合は、そのランクに準ず
ることを表わすため−（マイナス）を付記した。

【００５１】６．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２５ｍｍ、厚
さが３ｍｍ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１０ｍｍ、横５ｍｍ、厚さ０．１
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１２０時間
保持させた。また、そして試験後の銀箔の外観の明度Ｎ
を、ＪＩＳ：Ｚ８７２１に規定された色見本と照合する
ことにより測定し、以下のように判定した。 Ａ：Ｎ≧９．０ Ｂ：９．０＞Ｎ≧８．０ Ｃ：８．０＞Ｎ≧６．８ Ｄ：６．８＞Ｎ≧５．０ Ｅ：５．０＞Ｎ 銀箔はＳを含有したガスが発生したときのゲッターとし
て働き、吸着したＳ成分が多くなると、硫化銀の生成に
より銀箔表面が黒変して明度が低下する。本発明者らが
燃焼赤外線吸収法により銀箔中の硫黄成分含有量ＷSO
（質量％）を別途測定したところ、明度が８以上となっ
ているとき銀箔中のＳ含有量ＷSOの値がおおむね０．０
３５質量％以下となることを確認している。従って、上
記のＡないしＢの判定結果が得られたものが、耐アウト
ガス性において良好であるといえる。

【００５２】以上の試験の結果を表４〜表６に示す。

【表４】

【００５３】

【表５】

【００５４】

【表６】

【００５５】すなわち、本発明の実施例である発明鋼は
いずれも、熱間加工性、被削性、耐食性及び耐アウトガ
ス性の全てにわたって良好な結果が得られていることが
わかる。また、発明区分１に属する鋼は発明区分２に属
する鋼よりもドリル被削性に優れており、他方、発明区
分２に属する鋼は発明区分１に属する鋼よりも熱間加工
性により優れていることもわかる。

【００５６】以上、本発明の実施例を示したが、これは
あくまで例示であり、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種々の改良ないし変形を
加えた態様でも実施可能であることはいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】発明区分１及び発明区分２の各組成範囲を示す
図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 清水 哲也 愛知県名古屋市南区大同町二丁目30番地 大同特殊鋼株式会社技術開発研究所内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｆｅを主成分として含有し、 ２質量％以上３０質量％以下のＮｉと、１２質量％以上
   ３０質量％以下のＣｒと、０．０２質量％以上０．４質
   量％以下のＣとを含有しＴｉの質量含有率をＷTi（質量
   ％）、Ｚｒの質量含有率をＷZr（質量％）として、ＷTi
   ＋０．５２ＷZrが０．０３質量％以上３質量％以下とな
   るようにＴｉとＺｒとの少なくともいずれかを含有し、 また、０．０１質量％以上０．７質量以下のＳと０．０
   １質量％以上０．５質量％以下のＳｅとの少なくともい
   ずれかを含有し、 また、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃ、Ｓ及びＳｅの各質量含有率をＷ
   Ti、ＷZr、ＷC、ＷS及びＷSeとしたとき、 ０．４≦４×ＷC／（ＷTi＋０．５２×ＷZr）≦１．２ ０．５≦１．５×（ＷS＋０．４０ＷSe）／（ＷTi＋
   ０．５２×ＷZr）≦１．２ を満足し、 Ｔｉ及び／又はＺｒを金属元素成分の主成分とし、該金
   属元素成分との結合成分として、Ｃを必須とし、Ｓ、Ｓ
   ｅ及びＴｅの少なくともいずれかを含有する快削性付与
   化合物相が組織中に分散形成されていることを特徴とす
   るオーステナイト含有快削ステンレス鋼。
2. 【請求項２】 Ｆｅを主成分として含有し、 ２質量％以上３０質量％以下のＮｉと、１２質量％以上
   ３０質量％以下のＣｒと、０．０２質量％以上０．４質
   量％以下のＣとを含有しＴｉの質量含有率をＷTi（質量
   ％）、Ｚｒの質量含有率をＷZr（質量％）として、ＷTi
   ＋０．５２ＷZrが０．０３質量％以上３質量％以下とな
   るようにＴｉとＺｒとの少なくともいずれかを含有し、 また、０．０１質量％以上０．７質量以下のＳと０．０
   １質量％以上０．５質量％以下のＳｅとの少なくともい
   ずれかを含有し、 Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃ、Ｓ及びＳｅの各質量含有率をＷTi、Ｗ
   Zr、ＷC、ＷS及びＷSeとしたとき、 ０．４≦４×ＷC／（ＷTi＋０．５２×ＷZr）≦１．２ ０．２≦１．５×（ＷS＋０．４０ＷSe）／（ＷTi＋
   ０．５２×ＷZr）≦０．５ を満足し、 Ｔｉ及び／又はＺｒを金属元素成分の主成分とし、該金
   属元素成分との結合成分として、Ｃを必須とし、Ｓ、Ｓ
   ｅ及びＴｅの少なくともいずれかを含有する快削性付与
   化合物相が組織中に分散形成されていることを特徴とす
   るオーステナイト含有快削ステンレス鋼。
3. 【請求項３】 Ｍｎの含有率が４質量％以下である請求
   項１又は２に記載のオーステナイト含有快削ステンレス
   鋼。
4. 【請求項４】 Ｓｉ：４質量％以下、Ｐ：０．０５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ないし３のいずれか１項に記載の
   快削ステンレス鋼。
5. 【請求項５】 ２質量％以下のＣｕと４質量％以下のＣ
   ｏ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１項に記載のオーステナイト含有快削ステン
   レス鋼。
6. 【請求項６】 ０．１〜１０質量％のＭｏと、０．１〜
   １０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５のいずれか１項に記載のオーステナイト含
   有快削ステンレス鋼。
7. 【請求項７】 ０．００５〜０．１質量％のＴｅと、
   ０．０１〜０．２質量％のＢｉと、０．０１〜０．３質
   量％のＰｂから選ばれる１種又は２種以上を含有する請
   求項１ないし６のいずれか１項に記載のオーステナイト
   含有快削ステンレス鋼。
8. 【請求項８】 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種または２種以上）から選ばれる一種以上を合計にて
   ０．０００５〜０．０１質量％含有する請求項１ないし
   ７のいずれか１項に記載のオーステナイト含有快削ステ
   ンレス鋼。
9. 【請求項９】 Ｎｂ、Ｖ、Ｔａ、Ｈｆから選ばれる一種
   以上を０．０１〜０．５質量％含有する請求項１ないし
   ８のいずれか１項に記載のオーステナイト含有快削ステ
   ンレス鋼。