JP2004091897A

JP2004091897A - Outgass resistant ferritic free-cutting stainless steel

Info

Publication number: JP2004091897A
Application number: JP2002257437A
Authority: JP
Inventors: Toshiki Onaka; 大中　年樹
Original assignee: Nippon Koshuha Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Koshuha Steel Co Ltd
Priority date: 2002-09-03
Filing date: 2002-09-03
Publication date: 2004-03-25

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To produce ferritic free-cutting stainless steel in which the occurrence of gaseous sulfide such as gaseous H<SB>2</SB>S is suppressed while maintaining excellent machinability characteristic of SUS43OF without adding harmful free-cutting elements such as Pb and without increasing cost. <P>SOLUTION: The free-cutting stainless steel comprises, by mass, ≤0.10% C, ≤1.0% Si, 0.45 to 0.85% Mn, 0.25 to 0.35% S, 16.0 to 21.0% Cr and ≤1.0% Ni, and the balance Fe with inevitable impurities, and in which the value of Mn/S satisfies 1.5 to 2.5, and the value of Mn/Cr satisfies ≤0.04. The stainless steel can comprise ≤1.0% Mo as well. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機械部品及び電子機器部品等として使用されるフェライト系快削ステンレス鋼の改良に関し、特に耐アウトガス性が優れたフェライト系快削ステンレス鋼に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、フェライト系快削ステンレス鋼として、被削性を重視した１７質量％Ｃｒ−Ｓ添加のＳＵＳ４３０Ｆが広く使用されている。ＳＵＳ４３０Ｆは機械部品及び電子機器部品等として広く使用されており、被削性を向上させるための所謂快削元素としてはＳのみを含有し、人体に悪影響を及ぼすＰｂ等を含有していず、鋼中に分散分布している硫化物（Ｍｎ，Ｃｒ）Ｓが快削性を極めて良好にすることに寄与しているが、同時にこの硫化物は耐食性を低下させる原因にもなっている。そこで、発錆を極度に嫌う精密部品等に対してはＳＵＳ４３０Ｆに対する耐食性の改善が望まれている。また、ＳＵＳ４３０Ｆ等のフェライト系快削ステンレス鋼には、高含有量のＳが添加されているので、高温多湿環境下においては鋼中非金属介在物のうち硫化物が孔食の起点となり、Ｈ_２Ｓガスを放出するため、電気製品に使用される銅線を腐食したり、また電子機器に使用されているＡｇ、Ｃｕ及び／又はＡｌ等の金属部品が、切削加工されたフェライト系快削ステンレス鋼部品から発生するＨ_２Ｓガス等の硫化物ガスにより腐食されるという問題が発生している。
【０００３】
従来、これらの問題を解決するために、下記の技術が提案されている。特開平１０−４６２９２号公報には、フェライト系快削ステンレス鋼において、鋼中Ｍｎ／Ｓの値をＣｒ含有量に応じた所定値以下に規制することにより硫化物中のＭｎの一部をＣｒに置換して、腐食されにくい組成の硫化物にすることにより耐食性の向上を図り、またその際に硫化物の組成変化により若干低下する被削性を維持するために、Ｐｂ及び／又はＳｅを適切量添加することが提案されている。ここで、Ｐｂの添加はこれを鋼中にＰｂ単体で分散させて工具と切り屑との間の潤滑作用により被削性を改善し、またＳｅの添加は硫化物の形状を制御するためであり、０．０５質量％以上を添加することを提案している（以下、「従来技術１」という）。
【０００４】
特開平１０−２３７６０３号公報には、フェライト系快削ステンレス鋼において、被削性を向上させるためにＳｅを添加すると共に、鋼中硫化物の耐孔食性の改善を図るために、Ｍｎ／（Ｓ＋Ｓｅ）の値を２以下に規制することにより硫化物中のＭｎの一部をＣｒで置換して、（Ｍｎ＋Ｃｒ）（Ｓ＋Ｓｅ）化合物を生成させることが提案されている（以下、「従来技術２」という）。また、特開平１１−１４０５９７号公報には、フェライト系快削ステンレス鋼において、被削性を向上させるためにＳｅを添加すると共に、耐食性を損なわないためにＭｎを２質量％以下に抑える。更に硫化ガスの発生を抑制するためにはＭｎを０．５質量％以下に抑えることが提案されている（以下、「従来技術３」という）。
【０００５】
一方、特開２００２−１１５０３３号公報には、フェライト系快削ステンレス鋼において、被削性を向上させるためにはＰｂを添加せずにＢｉを適切量添加し、その際Ｂｉ添加により熱間加工性が劣化するのを抑制するためには、Ｂを所定値以下に規制すればよいことが記載されている（以下、「従来技術４という」。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術１のように、従来のフェライト系快削ステンレス鋼において、耐食性の向上を図り、被削性を維持するために、Ｐｂ及び／又はＳｅを添加するという方法では、鋼中に添加されたＰｂは鋼のリサイクル工程において人体や環境に悪影響を及ぼし、またＳｅの使用は製造コストの上昇を伴うという問題点がある。従来技術２のように、フェライト系快削ステンレス鋼において、被削性の向上及び耐孔食性の改善を図るために、Ｓｅを添加すると共に、Ｍｎ／（Ｓ＋Ｓｅ）の値を所定値以下に規制するという方法では、Ｓｅの使用による製造コストの上昇という問題点がある。また、従来技術３のように、フェライト系快削ステンレス鋼において、被削性を向上させると共に、使用中の材料からの硫化ガスの発生を抑制するという耐アウトガス性の向上を図るために、Ｓｅを添加し、更にＭｎを所定値以下に規制するという方法であっても、Ｓｅの使用による製造コストの上昇という問題点がある。そして、従来技術４のように、フェライト系快削ステンレス鋼において、被削性を向上させると共に熱間加工性を確保するために、人体及び環境に悪影響を及ぼすＰｂの代わりに、Ｂｉを適切量添加すると共にＢの添加量を所定値以下に規制するという方法では、Ｂｉの使用による製造コストの上昇という問題点がある。
【０００７】
本発明はかかる問題点を解決するためになされたものであって、機械部品及び電子機器部品として広く使用されているＳＵＳ４３０Ｆに代表されるフェライト系快削ステンレス鋼が有する被削性を確保しつつ、耐アウトガス性を向上させ、且つ人体及び環境に悪影響を及ぼす元素を含まず、また製造コストの上昇をもたらさない耐アウトガス性フェライト系快削ステンレス鋼を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る耐アウトガス性フェライト系快削ステンレス鋼は、Ｃ：０．１０質量％以下、Ｓｉ：１．０質量％以下、Ｍｎ：０．４５乃至０．８５質量％、Ｓ：０．２５乃至０．３５質量％、Ｃｒ：１６．０乃至２１．０質量％及びＮｉ：１．０質量％以下を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、且つＭｎ／Ｓの値が１．５乃至２．５、Ｍｎ／Ｃｒの値が０．０４以下を満たすことを特徴とする。
【０００９】
本発明においては、上記組成に、更に、Ｍｏ：１．０質量％以下を含有することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る耐アウトガス性フェライト系快削ステンレス鋼について詳細に説明する。本発明者等は、前記課題を解決するために鋭意試験・研究を重ねた。その結果、ある一定の成分系のステンレス鋼において、先ずＭｎ含有量を快削ステンレス鋼としてはかなり低い含有量水準の特定の範囲内に規定すると共に、快削元素としてのＳ含有量を快削ステンレス鋼としては極めて狭い含有量範囲内に規定し、その上でＭｎ含有量／Ｓ含有量の値を特定の極めて狭い範囲内に規定し、且つＭｎ含有量をＣｒ含有量に依存して定めた特定値以下に規定することにより、Ｐｂ及びＳｅ等の快削元素を添加しなくても従来鋼種のＳＵＳ４３０Ｆと同等の優れた被削性を有し、且つ耐アウトガス性が優れたフェライト系快削ステンレス鋼が得られることを知見した。
【００１１】
本発明は、上述した知見に基づきなされたものであり、以下に、本発明に係る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の成分組成の限定理由について説明する。
【００１２】
「Ｃ：０．１０質量％以下」
Ｃは基地に固溶する強化元素であるが、Ｃ含有量が増加するとＣｒ炭化物の析出量が増加して耐食性が劣化する。この耐食性の劣化を防止するために、Ｃ含有量は０．１０質量％以下に規定する。耐食性の低下を抑制するためには、Ｃ含有量はできるだけ低い方が望ましいが、極端な低下にはコストがかかることを勘案して、下限値を０．０１乃至０．０３質量％とすることが好ましい。
【００１３】
「Ｓｉ：１．０質量％以下」
Ｓｉは製鋼工程における溶湯の脱酸剤として有用な元素である。しかし、Ｓｉ含有量が１．０質量％を超えると、強度が高くなって被削性が劣化する。従って、Ｓｉ含有量は１．０質量％以下とする。
【００１４】
「Ｍｎ：０．４５乃至０．８５質量％」
Ｍｎは硫化物が熱間加工過程において加工方向に延伸するのを抑制し、被削性を向上させる作用・効果を有すると同時に、反面、Ｍｎ含有量が増加すると耐アウトガス性が悪化する。具体的には、Ｍｎ含有量が０．４５質量％未満では、上記被削性の向上効果が十分に得られず、優れた被削性を維持することができなくなる。一方、Ｍｎ含有量を低い水準値に維持するほど、硫化物中のＭｎがＣｒに置換される量が多くなり、その結果、耐アウトガス性が向上する。この観点からはＭｎ含有量は相対的に低目である方が望ましく、その含有量が０．８５質量％を超えると、硫化物中のＣｒ含有量が少なくなり、耐アウトガス性を良好に維持することができなくなる。従って、Ｍｎ含有量は０．４５乃至０．８５質量％とする。
【００１５】
「Ｓ：０．２５乃至０．３５質量％」
Ｓは被削性を向上させる作用効果を有する。しかし、Ｓ含有量が０．２５質量％未満では、この被削性向上効果を発揮することができない。一方、Ｓ含有量が０．３５質量％を超えると、熱間加工性が劣化する。従って、Ｓ含有量は０．２５乃至０．３５質量％とする。
【００１６】
「Ｃｒ：１６．０乃至２１．０質量％」
Ｃｒは耐食性及び耐アウトガス性を確保するために必要不可欠である。しかし、Ｃｒ含有量が１６．０質量％未満では十分な耐アウトガス性を確保することができない。一方、Ｃｒ含有量が２１．０質量％を超えると、熱間加工性が劣化する。従って、Ｃｒ含有量は１６．０乃至２１．０質量％とする。
【００１７】
「Ｎｉ：１．０質量％以下」
Ｎｉは耐食性を向上させる作用・効果を有し、必要不可欠な元素である。しかし、Ｎｉはオーステナイト生成元素であり、その含有量が１．０質量％を超えると、熱間加工温度域においてフェライト相を不安定にして熱間加工性を劣化させる。従って、Ｎｉ含有量は１．０質量％以下とする。
【００１８】
「Ｍｎ／Ｓの値が１．５乃至２．５」
Ｍｎ／Ｓの値は、被削性、耐食性及び耐アウトガス性に対して大きな影響を及ぼす。即ち、Ｍｎ／Ｓの値は、硫化物組成中のＣｒ含有量を支配する重要な因子であり、Ｍｎ／Ｓの値が小さくなるほど、硫化物中のＭｎがＣｒに置換する量が増加して、硫化物組成中のＣｒ含有量が高くなり、その結果、フェライト系ステンレス鋼の耐食性が向上すると同時に、耐アウトガス性が向上する。一方、Ｍｎ／Ｓの値は熱間加工過程における硫化物の延伸性を支配する重要因子でもあり、Ｍｎ／Ｓの値が小さくなると、熱間加工過程における硫化物の延伸性が大きくなって、鋼中硫化物のアスペクト比（但し、アスペクト比＝（熱間加工方向の硫化物の長さ）／（熱間加工方向に直角方向の硫化物の厚さ））が大きくなり、その結果切り屑の切れ性が悪くなり、被削性が劣化する。具体的には、Ｍｎ／Ｓの値が２．５以下においては耐アウトガス性が優れている。しかし、Ｍｎ／Ｓの値が１．５未満になると、被削性が劣化する。一方、Ｍｎ／Ｓの値が１．５以上においては被削性が優れているが、２．５を超えると耐アウトガス性が劣化する。なお、耐食性はＭｎ／Ｓの値が２．５以下であれば優れている。従って、被削性、耐食性及び耐アウトガス性の全てが優れているための必要条件として、Ｍｎ／Ｓの値は、１．５乃至２．５とする。
【００１９】
「Ｍｎ／Ｃｒの値が０．０４以下」
Ｍｎ／Ｃｒの値は、上述したＭｎ／Ｓの値と並んで硫化物組成中のＣｒ含有量を支配するもう一つの重要な因子であり、特に、耐アウトガス性が優れているための必要且つ十分な条件は、Ｍｎ／Ｓの値が１．５乃至２．５の範囲内にあって、且つ、Ｍｎ／Ｃｒの値が０．０４以下を満たすこと、即ちＭｎ含有量が（０．０４×Ｃｒ含有量）以上であることである。Ｍｎ含有量が（０．０４×Ｃｒ含有量）未満では、耐アウトガス性の向上度が小さい。従って、Ｍｎ／Ｃｒの値は０．０４以下とする。
【００２０】
上述した全ての成分、即ちＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｓ、Ｃｒ及びＮｉが夫々上述した組成範囲の含有量を有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、且つこれらの成分のうちＭｎ、Ｓ及びＣｒについてはＭｎ／Ｓの値及びＭｎ／Ｃｒの夫々の値が上述した数値の範囲を満たすことにより、本発明が目的とする耐アウトガス性フェライト系快削ステンレス鋼を得ることができる。そして更にこの耐アウトガス性フェライト系快削ステンレス鋼に、必要に応じて、Ｍｏを所定量添加することができる。
【００２１】
「Ｍｏ：１．０質量％以下」
Ｍｏは耐食性を向上させる作用・効果を有すると共に、基地に固溶して固溶強化する元素である。従って、所望の耐食性及び強度に応じて、Ｍｏを添加することができる。しかし、Ｍｏは高価な元素であるから、Ｍｏを添加する場合は、コスト上昇を抑制するために、Ｍｏ含有量を１．０質量％以下に規制する。
【００２２】
【実施例】
次に、本発明の実施例に係る耐アウトガス性フェライト系快削ステンレス鋼の特性について、本発明の範囲から外れる比較例と比較して、本発明の効果について説明する。
【００２３】
先ず、１０ｋｇの原料を真空溶解炉にて溶解し、ステンレス鋼を溶製してインゴットに鋳造した。得られたインゴットを直径２０ｍｍの丸棒に熱間鍛造し、次いでこの丸棒に７５０℃で２時間の焼鈍を施した。得られた丸棒についての耐アウトガス性及び被削性に関する評価試験、並びに鋼中硫化物の組成分析及び形状測定試験を行うための各試験材を採取し、下記の各特性評価試験及び硫化物の実態調査試験に供した。表１に、本発明の範囲内に属するフェライト系快削ステンレス鋼である実施例１乃至９、及び本発明の範囲から外れるフェライト系快削ステンレス鋼である比較例１乃至１１の上記丸棒における各成分組成の分析値を示す。なお、比較例２は、従来の鋼種であるＳＵＳ４３０Ｆに該当する成分組成を有する丸棒の例である。また、表１において表示した成分以外は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。実施例及び比較例の丸棒についての各特性評価の試験方法及び鋼中硫化物の実態調査の試験方法は、次のとおりである。
【００２４】
「耐アウトガス性の評価試験」
丸棒試験材から表面を研磨仕上げした直径１０ｍｍで長さ１０ｍｍの試験片を調製し、これを、表面を８００番のエメリー紙で研磨した厚さ０．５ｍｍで幅１０ｍｍ、長さ１５ｍｍのＡｇの薄板と共に、少量の純水を入れた容積３００ｃｍ^３のテフロン（登録商標）製ビーカーに入れ、こうして準備された上記ビーカーを、密閉した状態で８５℃の恒温槽の中で２０時間加熱保持して、試験片からの硫化水素ガス等の硫化ガスのアウトガス性を、Ａｇの薄板表面の着色度合いにより評価した。ここで、この着色度合いは３段階とし、Ａｇの薄板表面が黒色に着色したものをＣランク、薄く着色したものをＢランク、そして着色しなかったものをＡランクとし、Ｃランクが従来鋼種のＳＵＳ４３０Ｆと同等の耐アウトガス性レベルであり、ＢランクはＳＵＳ４３０Ｆと比較してかなり大きく耐アウトガス性が向上したレベルであり、そしてＡランクは耐アウトガス性がＳＵＳ４３０Ｆと比較して著しく向上したレベルである。下記表２に、耐アウトガス性の評価試験結果を示す。
【００２５】
「被削性の評価試験」
丸棒試験材から丸棒の長さ方向に直角な平滑面で、長さが２０ｍｍの試験片を切断して採取し、二つの平行な上下平滑面を水平姿勢にしてドリル穿孔試験機にセットし、直径５ｍｍの高速度鋼ＳＫＨ５１製ドリルを使用し、回転数が７２０回転／分、荷重が７５０ｋｇｆの押付け荷重で、試験片の上面に垂直に潤滑油なしでその高さ方向に２０ｍｍの距離を穿孔し、穿孔所要時間を測定した。下記表２に、穿孔所要時間を示す。
【００２６】
「硫化物の成分組成分析試験」
丸棒試験材から丸棒の軸線を含み長さ方向に平行な断面の鏡面研磨仕上げ試験片を調製し、エレクトロンプローブ　マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）により鏡面に検鏡観察される硫化物の成分組成を分析した。この分析結果を下記表２に示す。
【００２７】
「硫化物の形状測定試験」
ＥＰＭＡにより硫化物の成分組成分析試験を行った後の試験片を使用し、画像解析装置により上記硫化物の成分組成分析面と同一検鏡面につき、硫化物のアスペクト比、即ち（熱間加工方向の硫化物の長さ）／（熱間加工方向に直角方向の硫化物の厚さ）の値を測定した。なお、アスペクト比が大きい硫化物ほど、熱間鍛造過程における鍛造方向である丸棒長さ方向へ、硫化物が長く伸びて変形していることを示す。この硫化物のアスペクト比の測定結果を、下記表２に示す。
【００２８】
【表１】

【００２９】
【表２】

【００３０】
以下、各比較例及び実施例の試験結果について説明する。
【００３１】
比較例１及び２はＣｒ含有量が１６．５質量％の水準、比較例５及び６はＣｒ含有量が１９質量％の水準、そして比較例８及び９はＣｒ含有量が２１質量％の水準にあり、Ｃｒ含有量については本発明の条件範囲をいずれも満たしているので、耐アウトガス性を確保するために必要な条件の一部を満たしている。しかしながら、これらの６つの比較例はいずれも、Ｍｎ含有量、Ｍｎ／Ｓの比、及びＭｎ／Ｃｒの値がいずれも、本発明のＭｎ含有量、Ｍｎ／Ｓの値、及びＭｎ／Ｃｒの値の各上限値を超えているので、耐アウトガス性が劣っている。
【００３２】
比較例４、７及び１０は、Ｃｒ含有量については本発明の条件範囲をいずれも満たしており、耐アウトガス性を確保するために必要な条件の一部を満たしている。しかもＭｎ含有量、Ｍｎ／Ｓの比、及びＭｎ／Ｃｒの値がいずれも、耐アウトガス性に関しては極めて好ましい数値の範囲にあるので、耐アウトガス性については優れた評価となっている。しかしながら、これら３つ比較例はいずれも、Ｍｎ含有量、Ｍｎ／Ｓの値、及びＭｎ／Ｃｒの値がいずれも、本発明のＭｎ含有量、Ｍｎ／Ｓの値、及びＭｎ／Ｃｒの値の各下限値を下回っているので、硫化物のアスペクト比がいずれも、比較例２の従来鋼種ＳＵＳ４３０Ｆのアスペクト比よりも大きくなっており、そのために比較例２（ＳＵＳ４３０Ｆ）に比較して穿孔所要時間が大幅に長くなり、被削性が劣化している。
【００３３】
比較例３は、Ｍｎ／Ｃｒの値のみが本発明の上限値を超えているものの例であるが、耐アウトガス性が劣化しており、比較例２（ＳＵＳ４３０Ｆ）に比較して向上していない。
【００３４】
比較例１１は、Ｍｎ／Ｓの値以外の成分については、本発明の条件を満たしているので、硫化物アスペクト比は比較例２の従来鋼種ＳＵＳ４３０Ｆと同じ程度に小さく抑えられており、その結果穿孔所要時間が短く、被削性が優れている。しかしながら、Ｍｎ／Ｓの値が本発明の上限値を超えているので、硫化物中のＭｎ含有量が高く、即ちＭｎがＣｒに置換された量が少なかったために、耐アウトガス性が劣っている。
【００３５】
上述した比較例１乃至１１に対して、実施例１乃至９はいずれも、本発明に係る耐アウトガス性フェライト系快削ステンレス鋼に必要な条件を全て満たしているので、比較例２の従来鋼種であるＳＵＳ４３０Ｆが有する優れた被削性を確保しつつ、耐アウトガス性が優れている。中でも、実施例６は、Ｍｏが耐食性を一層向上させるために適した量だけ含有されているので、材質特性が一層望ましいものとなっていると考えられる。
【００３６】
このように、本発明においては、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｓ、Ｃｒ及びＮｉの各含有量、並びにＭｎ／Ｓ及びＭｎ／Ｃｒの各値が、本発明の条件の範囲を満たすことにより、本発明が目的とする耐アウトガス性フェライト系快削ステンレス鋼を得ることができることが明らかとなった。
【００３７】
なお、実施例及び比較例で得られた測定結果に基づき、下記図１乃至３が得られる。図１は、Ｍｎ／Ｓの値と硫化物中のＣｒ含有量との単純関係を示し、これに耐アウトガス性がＳＵＳ４３０Ｆに対して向上するＭｎ／Ｓの値の臨界値を示したグラフである。Ｍｎ／Ｓの値が、２．５以下において、耐アウトガス性が向上することがわかる。
【００３８】
図２は、Ｍｎ／Ｓの値と穿孔所要時間との単純関係を示し、これにＳＵＳ４３０Ｆと同等の被削性が得られたＭｎ／Ｓの値の臨界値を示したグラフである。Ｍｎ／Ｓの値が、１．５以上において、被削性が良好に維持されることがわかる。
【００３９】
図３は、Ｍｎ／Ｓの値と硫化物のアスペクト比との単純関係を示し、これにＳＵＳ４３０Ｆと同等の被削性が得られたＭｎ／Ｓの値の臨界値を示したグラフである。Ｍｎ／Ｓの値が、１．５以上において、被削性が良好に維持されることが示されており、これに対して図２の結果を参照すると、Ｍｎ／Ｓの値が１．５以上になるように成分組成を調整すると、硫化物のアスペクト比を一定値、例えば３．０以下に抑制することができ、これにより被削性を良好に維持することができることがわかる。
【００４０】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、ＳＵＳ４３０Ｆが有する優れた被削性を保持しつつ、精密部品及び電子機器部品等に使用したときに、これらの部品に使用されている銅線、Ａｇ、Ｃｕ及び／又はＡｌ等の金属部品を、Ｈ_２Ｓガス等の硫化物ガスにより腐食させることのないようなステンレス鋼を、Ｐｂその他の人体に有害であったり、環境汚染の問題となるような快削元素を添加することなく、且つＳＵＳ４３０Ｆに比較してコストアップを抑制した耐アウトガス性フェライト系快削ステンレス鋼を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例及び比較例から得られたＭｎ／Ｓの値と硫化物中のＣｒ含有量との単純関係を示し、これに耐アウトガス性がＳＵＳ４３０Ｆに対して向上するＭｎ／Ｓの値の臨界値を示すグラフである。
【図２】実施例及び比較例から得られたＭｎ／Ｓの値と穿孔所要時間との単純関係を示し、これにＳＵＳ４３０Ｆと同等の被削性が得られたＭｎ／Ｓの値の臨界値を示すグラフである。
【図３】実施例及び比較例から得られたＭｎ／Ｓの値と硫化物のアスペクト比との単純関係を示し、これにＳＵＳ４３０Ｆと同等の被削性が得られたＭｎ／Ｓの値の臨界値を示すグラフである。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an improvement in a free-cutting ferritic stainless steel used as a mechanical component, an electronic device component, and the like, and particularly to a free-cutting ferritic stainless steel having excellent outgassing resistance.
[0002]
[Prior art]
In general, as a ferritic free-cutting stainless steel, SUS430F to which 17% by mass Cr-S is added with emphasis on machinability is widely used. SUS430F is widely used as a mechanical component and an electronic device component, etc., contains only S as a so-called free-cutting element for improving machinability, does not contain Pb or the like which adversely affects the human body, The sulfide (Mn, Cr) S dispersed and distributed therein contributes to extremely good free-cutting properties, but at the same time, the sulfide also causes a reduction in corrosion resistance. Therefore, it is desired to improve the corrosion resistance to SUS430F for precision parts and the like that extremely dislike rusting. In addition, since a high content of S is added to ferritic free-cutting stainless steel such as SUS430F, sulfide among nonmetallic inclusions in the steel becomes a starting point of pitting corrosion in a high-temperature and high-humidity environment. ₂ Releases S gas, corrodes copper wires used in electrical products, and cuts metal parts such as Ag, Cu, and / or Al used in electronic equipment by ferrite free cutting. There is a problem that corrosion is caused by sulfide gas such as H ₂ S gas generated from stainless steel parts.
[0003]
Conventionally, the following techniques have been proposed to solve these problems. Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-46292 discloses that in ferritic free-cutting stainless steel, a part of Mn in sulfide is restricted to Cr by restricting the value of Mn / S in the steel to a predetermined value or less according to the Cr content. In order to improve the corrosion resistance by replacing the sulfide with a sulfide having a composition that is hardly corroded, and to maintain the machinability, which slightly decreases due to a change in the composition of the sulfide, Pb and / or Se are changed to It has been proposed to add an appropriate amount. Here, the addition of Pb disperses Pb alone in steel to improve the machinability by the lubricating action between the tool and the chip, and the addition of Se controls the shape of the sulfide. Yes, it is proposed to add 0.05% by mass or more (hereinafter referred to as "prior art 1").
[0004]
Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 10-237603 discloses that in a ferritic free-cutting stainless steel, Se is added to improve machinability and Mn / ( It has been proposed to restrict the value of (S + Se) to 2 or less to replace a part of Mn in the sulfide with Cr to generate a (Mn + Cr) (S + Se) compound (hereinafter, referred to as “prior art 2”). "). Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-140597 discloses that a ferritic free-cutting stainless steel contains Se in order to improve machinability and suppresses Mn to 2% by mass or less so as not to impair corrosion resistance. Further, in order to suppress the generation of sulfide gas, it has been proposed to suppress Mn to 0.5% by mass or less (hereinafter, referred to as “prior art 3”).
[0005]
On the other hand, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-115033 discloses that in ferritic free-cutting stainless steel, an appropriate amount of Bi is added without adding Pb in order to improve machinability. It is described that B may be restricted to a predetermined value or less in order to suppress the deterioration of the performance (hereinafter referred to as “prior art 4”).
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional ferritic free-cutting stainless steel as in the prior art 1, in the method of adding Pb and / or Se in order to improve corrosion resistance and maintain machinability, the method is to add the steel into the steel. Pb has a problem that it has an adverse effect on the human body and the environment in the steel recycling process, and the use of Se involves an increase in manufacturing cost. As in Prior Art 2, in a ferritic free-cutting stainless steel, Se is added and the value of Mn / (S + Se) is regulated to a predetermined value or less in order to improve machinability and pitting resistance. However, there is a problem that the use of Se increases the manufacturing cost. Further, as in the prior art 3, in ferritic free-cutting stainless steel, in order to improve the machinability and suppress the generation of sulfide gas from the material in use, the outgassing resistance is improved. Is added, and Mn is regulated to a predetermined value or less. However, there is a problem that the use of Se increases the production cost. Then, as in the prior art 4, in a ferritic free-cutting stainless steel, in order to improve the machinability and ensure the hot workability, an appropriate amount of Bi is used instead of Pb, which adversely affects the human body and the environment. The method of adding B and controlling the amount of B to be equal to or less than a predetermined value has a problem that the use of Bi increases the production cost.
[0007]
The present invention has been made in order to solve such a problem, and while ensuring the machinability of a ferritic free-cutting stainless steel typified by SUS430F widely used as a mechanical part and an electronic device part. It is an object of the present invention to provide an outgas-resistant ferritic free-cutting stainless steel that has improved outgas resistance, does not contain elements that adversely affect the human body and the environment, and does not cause an increase in manufacturing cost.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The outgas-resistant ferritic free-cutting stainless steel according to the present invention has C: 0.10% by mass or less, Si: 1.0% by mass or less, Mn: 0.45 to 0.85% by mass, and S: 0.25%. -0.35% by mass, Cr: 16.0 to 21.0% by mass and Ni: 1.0% by mass or less, the balance being Fe and unavoidable impurities, and the value of Mn / S being 1. 5 to 2.5, wherein the value of Mn / Cr satisfies 0.04 or less.
[0009]
In the present invention, the above composition may further contain Mo: 1.0% by mass or less.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the outgas-resistant ferritic free-cutting stainless steel according to the present invention will be described in detail. The present inventors have conducted intensive tests and studies in order to solve the above problems. As a result, in a stainless steel of a certain component system, first, the Mn content is specified within a specific range of a considerably low content level as a free-cutting stainless steel, and the S content as a free-cutting element is free-cutting. For stainless steel, the content is specified within an extremely narrow range, and then the value of Mn content / S content is specified within a specific extremely narrow range, and the Mn content is determined depending on the Cr content. Specified below the specified value, the ferritic free ferrite has excellent machinability equivalent to that of the conventional steel type SUS430F and excellent outgassing resistance without adding free cutting elements such as Pb and Se. It was found that a cut stainless steel could be obtained.
[0011]
The present invention has been made based on the above findings, and the reasons for limiting the component composition of the ferritic free-cutting stainless steel having excellent outgas resistance according to the present invention will be described below.
[0012]
"C: 0.10% by mass or less"
C is a strengthening element that forms a solid solution in the matrix, but when the C content increases, the amount of precipitated Cr carbide increases and the corrosion resistance deteriorates. In order to prevent this deterioration in corrosion resistance, the C content is specified to be 0.10% by mass or less. In order to suppress a decrease in corrosion resistance, it is desirable that the C content is as low as possible. However, considering that an extreme decrease in cost is required, the lower limit is set to 0.01 to 0.03% by mass. Is preferred.
[0013]
"Si: 1.0% by mass or less"
Si is an element useful as a deoxidizer for molten metal in a steelmaking process. However, when the Si content exceeds 1.0% by mass, the strength increases and the machinability deteriorates. Therefore, the Si content is set to 1.0% by mass or less.
[0014]
"Mn: 0.45 to 0.85 mass%"
Mn suppresses the sulfide from stretching in the working direction in the hot working process, and has an action and effect of improving machinability. On the other hand, when the Mn content increases, outgas resistance deteriorates. Specifically, when the Mn content is less than 0.45% by mass, the effect of improving the machinability cannot be sufficiently obtained, and excellent machinability cannot be maintained. On the other hand, as the Mn content is maintained at a lower level, the amount of Mn in the sulfide replaced by Cr increases, and as a result, the outgas resistance improves. From this viewpoint, it is desirable that the Mn content is relatively low. If the Mn content exceeds 0.85% by mass, the Cr content in the sulfide decreases, and the outgassing resistance is maintained well. You can't do that. Therefore, the Mn content is set to 0.45 to 0.85% by mass.
[0015]
"S: 0.25 to 0.35% by mass"
S has an effect of improving machinability. However, if the S content is less than 0.25% by mass, the effect of improving machinability cannot be exhibited. On the other hand, when the S content exceeds 0.35% by mass, hot workability is deteriorated. Therefore, the S content is set to 0.25 to 0.35% by mass.
[0016]
"Cr: 16.0 to 21.0 mass%"
Cr is indispensable for ensuring corrosion resistance and outgassing resistance. However, if the Cr content is less than 16.0% by mass, sufficient outgassing resistance cannot be ensured. On the other hand, when the Cr content exceeds 21.0% by mass, hot workability is deteriorated. Therefore, the Cr content is set to 16.0 to 21.0% by mass.
[0017]
"Ni: 1.0% by mass or less"
Ni has a function and an effect of improving corrosion resistance, and is an indispensable element. However, Ni is an austenite-forming element, and if its content exceeds 1.0% by mass, the ferrite phase becomes unstable in the hot working temperature range, deteriorating hot workability. Therefore, the Ni content is set to 1.0% by mass or less.
[0018]
"Mn / S value is 1.5 to 2.5"
The value of Mn / S has a great influence on machinability, corrosion resistance and outgas resistance. That is, the value of Mn / S is an important factor that governs the Cr content in the sulfide composition. As the value of Mn / S decreases, the amount of Mn in the sulfide replaced by Cr increases. In addition, the Cr content in the sulfide composition is increased, and as a result, the corrosion resistance of the ferritic stainless steel is improved, and at the same time, the outgas resistance is improved. On the other hand, the value of Mn / S is also an important factor that governs the stretchability of sulfides during the hot working process, and when the value of Mn / S decreases, the stretchability of sulfides during the hot working process increases, Aspect ratio of sulfide in steel (however, aspect ratio = (length of sulfide in hot working direction) / (thickness of sulfide in direction perpendicular to hot working direction)) is increased, and as a result, chips The cutting ability of the steel becomes poor, and the machinability deteriorates. Specifically, when the value of Mn / S is 2.5 or less, the outgassing resistance is excellent. However, when the value of Mn / S is less than 1.5, the machinability deteriorates. On the other hand, if the value of Mn / S is 1.5 or more, the machinability is excellent, but if it exceeds 2.5, the outgassing resistance deteriorates. The corrosion resistance is excellent if the value of Mn / S is 2.5 or less. Therefore, as a necessary condition for excellent machinability, corrosion resistance and outgas resistance, the value of Mn / S is set to 1.5 to 2.5.
[0019]
"Mn / Cr value is 0.04 or less"
The value of Mn / Cr is another important factor that controls the Cr content in the sulfide composition along with the value of Mn / S described above, and is particularly necessary for excellent outgas resistance. Sufficient conditions are that the value of Mn / S is in the range of 1.5 to 2.5 and the value of Mn / Cr satisfies 0.04 or less, that is, the Mn content is (0.04 × Cr content) or more. If the Mn content is less than (0.04 × Cr content), the degree of improvement in outgas resistance is small. Therefore, the value of Mn / Cr is set to 0.04 or less.
[0020]
All of the above-mentioned components, namely, C, Si, Mn, S, Cr and Ni have the contents in the above-mentioned composition ranges, respectively, and the balance consists of Fe and unavoidable impurities, and among these components, Mn, S When the values of Mn / S and Mn / Cr satisfy the above numerical ranges, the outgas-resistant ferritic free-cutting stainless steel aimed at by the present invention can be obtained. Then, if necessary, a predetermined amount of Mo can be added to the outgas-resistant ferritic free-cutting stainless steel.
[0021]
"Mo: 1.0% by mass or less"
Mo is an element which has an action and an effect of improving corrosion resistance and also forms a solid solution in a matrix to strengthen solid solution. Therefore, Mo can be added according to the desired corrosion resistance and strength. However, since Mo is an expensive element, when adding Mo, the Mo content is restricted to 1.0% by mass or less in order to suppress an increase in cost.
[0022]
【Example】
Next, the effects of the present invention will be described with respect to the characteristics of the outgas-resistant ferritic free-cutting stainless steel according to the examples of the present invention, as compared with comparative examples that fall outside the scope of the present invention.
[0023]
First, 10 kg of a raw material was melted in a vacuum melting furnace, stainless steel was melted and cast into an ingot. The obtained ingot was hot forged into a round bar having a diameter of 20 mm, and then the round bar was annealed at 750 ° C. for 2 hours. For the obtained round bar, an evaluation test for outgas resistance and machinability, and a test material for performing a composition analysis and a shape measurement test of sulfide in steel were collected, and the following property evaluation tests and sulfide were obtained. Was subjected to the actual condition examination test. Table 1 shows the round bars of Examples 1 to 9 which are ferritic free-cutting stainless steels falling within the scope of the present invention and Comparative Examples 1 to 11 which are ferritic free-cutting stainless steels which fall outside the scope of the present invention. The analysis value of each component composition is shown. Comparative Example 2 is an example of a round bar having a component composition corresponding to SUS430F, which is a conventional steel type. The components other than those shown in Table 1 are Fe and inevitable impurities. The test method for evaluating the characteristics of the round bars of the examples and the comparative examples and the test method for examining the actual state of sulfide in steel are as follows.
[0024]
"Evaluation test for outgassing resistance"
A 10 mm long, 10 mm long test piece was prepared by polishing the surface from a round bar test material, and the surface was polished with a No. 800 emery paper, 0.5 mm thick, 10 mm wide, 15 mm long Ag. Together with a thin plate of the above in a Teflon (registered trademark) beaker having a volume of 300 cm ³ containing a small amount of pure water, and the beaker thus prepared is heated and held in a thermostat at 85 ° C. in a sealed state for 20 hours. The outgassing property of the sulfide gas such as hydrogen sulfide gas from the test piece was evaluated based on the degree of coloring of the Ag thin plate surface. Here, the degree of coloring was made into three levels, and those in which the Ag thin plate surface was colored black were ranked C, those that were lightly colored were ranked B, and those that were not colored were ranked A, and the C rank was the conventional steel grade. Outgas resistance level equivalent to SUS430F, B rank is a level with significantly improved outgas resistance compared to SUS430F, and A rank is a level where outgas resistance is significantly improved compared to SUS430F. . Table 2 below shows the evaluation test results of the outgas resistance.
[0025]
"Machinability evaluation test"
A test piece of 20 mm in length is cut from a round bar test material on a smooth surface perpendicular to the length direction of the round bar, sampled and set in a drilling test machine with two parallel upper and lower smooth surfaces in a horizontal position. Then, using a drill made of high-speed steel SKH51 having a diameter of 5 mm, at a rotation speed of 720 rotations / minute and a load of 750 kgf, a distance of 20 mm in the height direction without lubricating oil perpendicular to the upper surface of the test piece. Was pierced, and the time required for piercing was measured. Table 2 below shows the time required for drilling.
[0026]
"Sulfide component composition analysis test"
Prepare a mirror-polished test specimen of a cross section parallel to the length direction including the axis of the round bar from a round bar test material, and analyze the component composition of sulfide observed on the mirror surface with an electron probe microanalyzer (EPMA). did. The results of this analysis are shown in Table 2 below.
[0027]
`` Sulphide shape measurement test ''
Using the test piece after conducting the sulfide component composition analysis test by EPMA, the aspect ratio of sulfide, that is, (hot working direction) Of the sulfide) / (the thickness of the sulfide in the direction perpendicular to the hot working direction) was measured. Note that the sulfide having a larger aspect ratio indicates that the sulfide is elongated and deformed in the length direction of the round bar, which is the forging direction in the hot forging process. Table 2 below shows the measurement results of the aspect ratio of the sulfide.
[0028]
[Table 1]

[0029]
[Table 2]

[0030]
Hereinafter, test results of each comparative example and example will be described.
[0031]
Comparative Examples 1 and 2 had a Cr content of 16.5% by mass, Comparative Examples 5 and 6 had a Cr content of 19% by mass, and Comparative Examples 8 and 9 had a Cr content of 21% by mass. Since the Cr content satisfies all of the condition ranges of the present invention, it satisfies some of the conditions necessary for ensuring outgassing resistance. However, in all of these six comparative examples, the Mn content, the ratio of Mn / S, and the value of Mn / Cr were all the same, and the Mn content, Mn / S value, and Mn / Cr value of the present invention were all different. Since the value exceeds each upper limit, outgas resistance is inferior.
[0032]
Comparative Examples 4, 7, and 10 all satisfied the condition range of the present invention with respect to the Cr content, and satisfied some of the conditions necessary for securing outgassing resistance. In addition, since the Mn content, the ratio of Mn / S, and the value of Mn / Cr are all within extremely preferable numerical ranges with respect to the outgas resistance, the outgas resistance is evaluated to be excellent. However, all of these three comparative examples have Mn content, Mn / S value, and Mn / Cr value, all of which are the Mn content, Mn / S value, and Mn / Cr value of the present invention. , The aspect ratio of the sulfide is larger than the aspect ratio of the conventional steel type SUS430F of Comparative Example 2, and therefore, the piercing required is smaller than that of Comparative Example 2 (SUS430F). The time has been significantly lengthened and the machinability has deteriorated.
[0033]
Comparative Example 3 is an example in which only the value of Mn / Cr exceeds the upper limit of the present invention, but the outgas resistance is deteriorated and is not improved as compared with Comparative Example 2 (SUS430F). .
[0034]
Comparative Example 11 satisfies the conditions of the present invention with respect to components other than the value of Mn / S. Therefore, the sulfide aspect ratio is suppressed to as low as the conventional steel type SUS430F of Comparative Example 2, and as a result, Short drilling time and excellent machinability. However, since the value of Mn / S exceeds the upper limit of the present invention, the content of Mn in the sulfide is high, that is, the amount of Mn substituted by Cr is small, so that the outgas resistance is inferior. .
[0035]
In contrast to Comparative Examples 1 to 11 described above, all of Examples 1 to 9 satisfy all the conditions necessary for the outgas-resistant ferritic free-cutting stainless steel according to the present invention. Outgassing resistance is excellent while ensuring excellent machinability of SUS430F. Above all, in Example 6, since Mo is contained in an amount suitable for further improving the corrosion resistance, it is considered that the material properties are more desirable.
[0036]
As described above, in the present invention, the content of each of C, Si, Mn, S, Cr, and Ni, and each value of Mn / S and Mn / Cr satisfy the range of the conditions of the present invention. It has been clarified that the outgas-resistant ferritic free-cutting stainless steel intended by the present invention can be obtained.
[0037]
In addition, the following FIGS. 1 to 3 are obtained based on the measurement results obtained in the examples and comparative examples. FIG. 1 is a graph showing a simple relationship between the value of Mn / S and the content of Cr in a sulfide, and showing a critical value of the value of Mn / S at which the outgas resistance is improved with respect to SUS430F. . It is understood that when the value of Mn / S is 2.5 or less, the outgassing resistance is improved.
[0038]
FIG. 2 is a graph showing a simple relationship between the value of Mn / S and the time required for drilling, and showing a critical value of the value of Mn / S at which machinability equivalent to that of SUS430F was obtained. It can be seen that when the value of Mn / S is 1.5 or more, the machinability is favorably maintained.
[0039]
FIG. 3 is a graph showing a simple relationship between the value of Mn / S and the aspect ratio of sulfide, and showing a critical value of the value of Mn / S at which machinability equivalent to that of SUS430F was obtained. It is shown that when the value of Mn / S is 1.5 or more, the machinability is favorably maintained. On the other hand, referring to the result of FIG. 2, the value of Mn / S is 1.5. By adjusting the component composition as described above, it can be seen that the aspect ratio of the sulfide can be suppressed to a constant value, for example, 3.0 or less, and thereby the machinability can be maintained well.
[0040]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, while maintaining the excellent machinability of SUS430F, when used for precision parts and electronic equipment parts, copper wires used for these parts, Stainless steel that does not corrode metal components such as Ag, Cu and / or Al with sulfide gas such as H ₂ S gas is harmful to Pb and other human bodies, and poses a problem of environmental pollution. It is possible to provide an outgas-resistant ferritic free-cutting stainless steel without adding such free-cutting elements and suppressing an increase in cost compared to SUS430F.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a simple relationship between the Mn / S value obtained from Examples and Comparative Examples and the Cr content in sulfides, which shows the Mn / S value at which outgassing resistance is improved with respect to SUS430F. 5 is a graph showing a critical value of the graph.
FIG. 2 shows a simple relationship between the value of Mn / S and the time required for drilling obtained from Examples and Comparative Examples, and shows the critical value of the value of Mn / S at which machinability equivalent to SUS430F was obtained. FIG.
FIG. 3 shows a simple relationship between Mn / S values obtained from Examples and Comparative Examples and aspect ratios of sulfides, and shows the relationship between Mn / S values at which machinability equivalent to SUS430F was obtained. It is a graph which shows a critical value.

Claims

C: 0.10% by mass or less, Si: 1.0% by mass or less, Mn: 0.45 to 0.85% by mass, S: 0.25 to 0.35% by mass, Cr: 16.0 to 21. 0% by mass and Ni: 1.0% by mass or less, the balance being Fe and unavoidable impurities, Mn / S value of 1.5 to 2.5, Mn / Cr value of 0.04 An outgas-resistant ferritic free-cutting stainless steel that satisfies the following.

The outgas-resistant ferritic free-cutting stainless steel according to claim 1, further comprising Mo: 1.0% by mass or less.