JP2007238981A - フェライト系快削ステンレス鋼 - Google Patents
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Abstract
【課題】被削性、耐食性、熱間加工性、冷間加工性及び靱性が良好なフェライト系快削ステンレス鋼を提供すること。
【解決手段】重量％で、Ｃ０．００５〜０．０５％、Ｓｉ０．１０〜０．５０％、Ｍｎ０．０５〜０．５０％、Ｐ０．００５〜０．１０％、Ｓ０．２０〜０．３５％、Ｃｕ０．０１〜２．０％、Ｎｉ０．０１〜２．０％、Ｃｒ１７．０〜２５．０％、Ｍｏ０．０１〜１．０％、Ｐｂ０．０３〜０．３０％、Ｔｅ０．０１〜０．１０％、Ｂ０．００３〜０．０１０％、Ｏ０．００５〜０．０３０％、Ｎ０．０３０％以下を含有し、残部が実質的にＦｅ及び不可避不純物からなり、０．３０≦Ｍｎ／Ｓ≦１．５０、５０≦Ｃｒ／Ｍｎ≦１２５、０．０４≦Ｔｅ／Ｓ、１０≦Ｓ／Ｏ≦５０を満たし、構成金属元素としてＣｒを２０ｗｔ％以上含み、かつ、円相当径が２．０μｍ以上、針状比が１０以下の硫化物が面積率で０．５０％以上存在するステンレス鋼とする。
【選択図】なし
【解決手段】重量％で、Ｃ０．００５〜０．０５％、Ｓｉ０．１０〜０．５０％、Ｍｎ０．０５〜０．５０％、Ｐ０．００５〜０．１０％、Ｓ０．２０〜０．３５％、Ｃｕ０．０１〜２．０％、Ｎｉ０．０１〜２．０％、Ｃｒ１７．０〜２５．０％、Ｍｏ０．０１〜１．０％、Ｐｂ０．０３〜０．３０％、Ｔｅ０．０１〜０．１０％、Ｂ０．００３〜０．０１０％、Ｏ０．００５〜０．０３０％、Ｎ０．０３０％以下を含有し、残部が実質的にＦｅ及び不可避不純物からなり、０．３０≦Ｍｎ／Ｓ≦１．５０、５０≦Ｃｒ／Ｍｎ≦１２５、０．０４≦Ｔｅ／Ｓ、１０≦Ｓ／Ｏ≦５０を満たし、構成金属元素としてＣｒを２０ｗｔ％以上含み、かつ、円相当径が２．０μｍ以上、針状比が１０以下の硫化物が面積率で０．５０％以上存在するステンレス鋼とする。
【選択図】なし
Description
本発明は、フェライト系快削ステンレス鋼に関するものである。
従来、フェライト系ステンレス鋼の被削性を向上させる元素として、Ｓ、Ｓｅ、Ｐｂなどが知られている。
例えば、Ｓ、Ｓｅは、一般に、（Ｍｎ、Ｃｒ）Ｓ、（Ｍｎ、Ｃｒ）Ｓｅなどの介在物を生成させる。そのため、切り屑形成時に、この介在物に応力が集中することにより、被削性が向上する。一方、Ｐｂは、鋼中に単体で存在し、工具と切り屑間の潤滑剤としての役割を果たす。そのため、被削性が向上する。
近年、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などが増加している。これら部品の製造時には、できる限り被削性を向上させることが要求される。そのため、上記被削性を向上させる元素の含有量は、増加する傾向にある。さらに、これら元素を、単独ではなく、複合添加することも行われている。
例えば、特許文献１には、Ｃ：０．１０ｗｔ％以下、Ｓｉ：０．０５〜２．００ｗｔ％、Ｍｎ：２．００ｗｔ％以下、Ｐ：０．２０ｗｔ％以下、Ｎｉ：２．００ｗｔ％以下、Ｃｒ：２０．０〜３０．０ｗｔ％、Ｍｏ：１．０ｗｔ％以下、Ｓ：０．０５〜０．４５ｗｔ％、Ｓｅ：０．０５ｗｔ％以上、Ｏ：０．０２０ｗｔ％以下、Ｐｂ：０．０３〜０．３０ｗｔ％を含有し、残部Ｆｅからなり、その中に存在する硫化物系介在物で長径が５μｍ以上の比較的大型のものはその少なくとも８０％が長短径比が８以下で、かつＭｎ／（Ｓ＋Ｓｅ）比＞３．５、１．５＜Ｓ／Ｓｅ＜５．０であるフェライト系快削ステンレス鋼が開示されている。
しかしながら、被削性を向上させる元素としてＳを用いる場合、Ｓの添加が過剰であったり、生成する硫化物の形態が制御されていないと、当該ステンレス鋼の耐食性、熱間加工性または冷間加工性が低下する原因になる。
一方、Ｍｎ含有量を制限し、硫化物中のＣｒ含有量を高めることにより、耐食性を改善することができる。ところが、これだけでは、熱間加工性が著しく低下する傾向がある。また、硫化物の形態ないし大きさまでは制御することができないので、異方性により靱性が低下することがある。
このように、被削性、耐食性、熱間加工性、冷間加工性および靱性の全てが良好なフェライト系快削ステンレス鋼は、これまで得られていないのが現状であった。
そこで、本発明が解決しようとする課題は、被削性、耐食性、熱間加工性、冷間加工性および靱性が良好なフェライト系快削ステンレス鋼を提供することにある。
上記課題を解決するため、本発明に係るフェライト系快削ステンレス鋼は、
Ｃ ：０．００５ｗｔ％以上０．０５ｗｔ％以下、
Ｓｉ：０．１０ｗｔ％以上０．５０ｗｔ％以下、
Ｍｎ：０．０５ｗｔ％以上０．５０ｗｔ％以下、
Ｐ ：０．００５ｗｔ％以上０．１０ｗｔ％以下、
Ｓ ：０．２０ｗｔ％以上０．３５ｗｔ％以下、
Ｃｕ：０．０１ｗｔ％以上２．０ｗｔ％以下、
Ｎｉ：０．０１ｗｔ％以上２．０ｗｔ％以下、
Ｃｒ：１７．０ｗｔ％以上２５．０ｗｔ％以下、
Ｍｏ：０．０１ｗｔ％以上１．０ｗｔ％以下、
Ｐｂ：０．０３ｗｔ％以上０．３０ｗｔ％以下、
Ｔｅ：０．０１ｗｔ％以上０．１０ｗｔ％以下、
Ｂ ：０．００３ｗｔ％以上０．０１０ｗｔ％以下、
Ｏ ：０．００５ｗｔ％以上０．０３０ｗｔ％以下、および、
Ｎ ：０．０３０ｗｔ％以下を含有し、残部が実質的にＦｅおよび不可避不純物からなるとともに、
０．３０≦［Ｍｎ］／［Ｓ］≦１．５０、
５０≦［Ｃｒ］／［Ｍｎ］≦１２５、
０．０４≦［Ｔｅ］／［Ｓ］、
１０≦［Ｓ］／［Ｏ］≦５０の各式を満たし、
さらに、構成金属元素としてＣｒを２０ｗｔ％以上含み、かつ、円相当径が２．０μｍ以上、針状比が１０以下である硫化物が、面積率で０．５０％以上存在することを要旨とする。
Ｃ ：０．００５ｗｔ％以上０．０５ｗｔ％以下、
Ｓｉ：０．１０ｗｔ％以上０．５０ｗｔ％以下、
Ｍｎ：０．０５ｗｔ％以上０．５０ｗｔ％以下、
Ｐ ：０．００５ｗｔ％以上０．１０ｗｔ％以下、
Ｓ ：０．２０ｗｔ％以上０．３５ｗｔ％以下、
Ｃｕ：０．０１ｗｔ％以上２．０ｗｔ％以下、
Ｎｉ：０．０１ｗｔ％以上２．０ｗｔ％以下、
Ｃｒ：１７．０ｗｔ％以上２５．０ｗｔ％以下、
Ｍｏ：０．０１ｗｔ％以上１．０ｗｔ％以下、
Ｐｂ：０．０３ｗｔ％以上０．３０ｗｔ％以下、
Ｔｅ：０．０１ｗｔ％以上０．１０ｗｔ％以下、
Ｂ ：０．００３ｗｔ％以上０．０１０ｗｔ％以下、
Ｏ ：０．００５ｗｔ％以上０．０３０ｗｔ％以下、および、
Ｎ ：０．０３０ｗｔ％以下を含有し、残部が実質的にＦｅおよび不可避不純物からなるとともに、
０．３０≦［Ｍｎ］／［Ｓ］≦１．５０、
５０≦［Ｃｒ］／［Ｍｎ］≦１２５、
０．０４≦［Ｔｅ］／［Ｓ］、
１０≦［Ｓ］／［Ｏ］≦５０の各式を満たし、
さらに、構成金属元素としてＣｒを２０ｗｔ％以上含み、かつ、円相当径が２．０μｍ以上、針状比が１０以下である硫化物が、面積率で０．５０％以上存在することを要旨とする。
上記フェライト系快削ステンレス鋼は、
Ｓｅ：０．０１ｗｔ％以上０．３０ｗｔ％以下、および、
Ｂｉ：０．０１ｗｔ％以上０．３０ｗｔ％以下から選択される１種または２種以上の元素をさらに含有していても良い。
Ｓｅ：０．０１ｗｔ％以上０．３０ｗｔ％以下、および、
Ｂｉ：０．０１ｗｔ％以上０．３０ｗｔ％以下から選択される１種または２種以上の元素をさらに含有していても良い。
また、上記フェライト系快削ステンレス鋼は、
Ｃａ：０．０００１ｗｔ％以上０．０５ｗｔ％以下、
Ｍｇ：０．０００１ｗｔ％以上０．０２ｗｔ％以下、および、
ＲＥＭ：０．０００１ｗｔ％以上０．０２ｗｔ％以下から選択される１種または２種以上の元素をさらに含有していても良い。
Ｃａ：０．０００１ｗｔ％以上０．０５ｗｔ％以下、
Ｍｇ：０．０００１ｗｔ％以上０．０２ｗｔ％以下、および、
ＲＥＭ：０．０００１ｗｔ％以上０．０２ｗｔ％以下から選択される１種または２種以上の元素をさらに含有していても良い。
また、上記フェライト系快削ステンレス鋼は、
Ｎｂ：０．０１ｗｔ％以上０．５０ｗｔ％以下、
Ｗ ：０．０１ｗｔ％以上２．０ｗｔ％以下、および、
Ｔａ：０．０１ｗｔ％以上０．５０ｗｔ％以下から選択される１種または２種以上の元素をさらに含有していても良い。
Ｎｂ：０．０１ｗｔ％以上０．５０ｗｔ％以下、
Ｗ ：０．０１ｗｔ％以上２．０ｗｔ％以下、および、
Ｔａ：０．０１ｗｔ％以上０．５０ｗｔ％以下から選択される１種または２種以上の元素をさらに含有していても良い。
本発明に係るフェライト系快削ステンレス鋼は、上記成分組成を満たすとともに、Ｓ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｔｅ、Ｏが上記各式を満たし、さらに、特定の硫化物が特定の面積率で存在している。そのため、被削性、耐食性、熱間加工性、冷間加工性および靱性が、従来に比較して良好である。
この際、ＳｅおよびＢｉから選択される１種または２種以上の元素を、特定割合含有している場合には、被削性をより向上させやすい。
また、さらに、Ｃａ、ＭｇおよびＲＥＭから選択される１種または２種以上の元素を特定割合含有している場合には、熱間加工性をより向上させやすい。
また、さらに、Ｎｂ、ＷおよびＴａから選択される１種または２種以上の元素を特定割合含有している場合には、靱性をより向上させやすい。
本発明に係るフェライト系快削ステンレス鋼は、被削性、耐食性などに優れることから、とりわけ、精密な仕上加工、メンテナンスフリーなどが要求される部材に好適に用いることができる。
以下に、本発明の実施形態に係るフェライト系快削ステンレス鋼（以下、「本ステンレス鋼」ということがある。）ついて詳細に説明する。本ステンレス鋼は、以下のような元素を含有し、残部が実質的にＦｅおよび不可避不純物からなる。含まれる元素の種類、その含有量を特定した理由は、以下の通りである。
（１）Ｃ：０．００５ｗｔ％以上０．０５ｗｔ％以下
Ｃは、０．０５ｗｔ％を超えると、被削性の向上に有効でない単体の炭化物を多量に生成させる。そのため、Ｃ含有量の上限を０．０５ｗｔ％以下、好ましくは０．０３５ｗｔ％以下、より好ましくは０．０２５ｗｔ％以下とする。
Ｃは、０．０５ｗｔ％を超えると、被削性の向上に有効でない単体の炭化物を多量に生成させる。そのため、Ｃ含有量の上限を０．０５ｗｔ％以下、好ましくは０．０３５ｗｔ％以下、より好ましくは０．０２５ｗｔ％以下とする。
一方、Ｃを必要以上に低減することは、製造コストの上昇を招く。そのため、精錬技術などを考慮し、Ｃ含有量の下限を０．００５ｗｔ％以上、好ましくは０．０１０ｗｔ％以上とする。
（２）Ｓｉ：０．１０ｗｔ％以上０．５０ｗｔ％以下
Ｓｉは、鋼の脱酸剤として作用する。その効果を得るため、Ｓｉ含有量の下限を０．１０ｗｔ％以上、好ましくは０．２０ｗｔ％以上とする。
Ｓｉは、鋼の脱酸剤として作用する。その効果を得るため、Ｓｉ含有量の下限を０．１０ｗｔ％以上、好ましくは０．２０ｗｔ％以上とする。
しかし、Ｓｉ含有量が過剰になると、固溶化熱処理後の硬さが大きくなって冷間加工性が低下したり、δ−フェライトの生成量が増加し、熱間加工性が低下したりする傾向が見られる。そのため、Ｓｉ含有量の上限を０．５０ｗｔ％以下、好ましくは０．４０ｗｔ％以下とする。
（３）Ｍｎ：０．０５ｗｔ％以上０．５０ｗｔ％以下
Ｍｎは、鋼の脱酸剤として作用する。加えて、Ｍｎは、ＳやＳｅなどとの共存により、被削性の向上に有効な化合物を生成する。その効果を得るため、Ｍｎ含有量の下限を０．０５ｗｔ％以上、好ましくは０．１５ｗｔ％以上とする。
Ｍｎは、鋼の脱酸剤として作用する。加えて、Ｍｎは、ＳやＳｅなどとの共存により、被削性の向上に有効な化合物を生成する。その効果を得るため、Ｍｎ含有量の下限を０．０５ｗｔ％以上、好ましくは０．１５ｗｔ％以上とする。
一方、被削性を向上させる化合物のうち、とりわけ、ＭｎＳは、耐食性を大きく低下させ、冷間加工性を阻害する。そのため、この点を考慮し、Ｍｎ含有量の上限を０．５０ｗｔ％以下とする。特に耐食性を重視する場合には、Ｍｎ含有量の上限を０．４０ｗｔ％以下、より好ましくは０．３５ｗｔ％以下とする。
（４）Ｐ：０．００５ｗｔ％以上０．１０ｗｔ％以下
Ｐは、粒界に偏析し、粒界腐食に対する感受性を高めるほか、靭性の低下を招く。そのため、Ｐ含有量の上限を０．１０ｗｔ％以下、好ましくは０．０７ｗｔ％以下とする。
Ｐは、粒界に偏析し、粒界腐食に対する感受性を高めるほか、靭性の低下を招く。そのため、Ｐ含有量の上限を０．１０ｗｔ％以下、好ましくは０．０７ｗｔ％以下とする。
一方、Ｐを必要以上に低減することは、製造コストの上昇を招く。そのため、精錬技術などを考慮し、Ｐ含有量の下限を０．００５ｗｔ％以上、好ましくは０．０１５ｗｔ％以上とする。
（５）Ｓ：０．２０ｗｔ％以上０．３５ｗｔ％以下
Ｓは、Ｍｎ、Ｃｒなどと結合して、被削性の向上に有効な化合物を生成する。当該化合物の生成に十分な量を確保するため、Ｓ含有量の下限を０．２０ｗｔ％以上、好ましくは０．２３ｗｔ％以上とする。
Ｓは、Ｍｎ、Ｃｒなどと結合して、被削性の向上に有効な化合物を生成する。当該化合物の生成に十分な量を確保するため、Ｓ含有量の下限を０．２０ｗｔ％以上、好ましくは０．２３ｗｔ％以上とする。
一方、Ｓ含有量が過剰になると、熱間加工性が低下する傾向が見られる。そのため、Ｓ含有量の上限を０．３５ｗｔ％以下、好ましくは０．３０ｗｔ％以下とする。
（６）Ｃｕ：０．０１ｗｔ％以上２．０ｗｔ％以下
Ｃｕ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な元素である。その効果を得るため、Ｃｕ含有量の下限を０．０１ｗｔ％以上、好ましくは０．０５ｗｔ％以上とする。
Ｃｕ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な元素である。その効果を得るため、Ｃｕ含有量の下限を０．０１ｗｔ％以上、好ましくは０．０５ｗｔ％以上とする。
一方、Ｃｕ含有量が過剰になると、熱間加工性が低下する傾向が見られる。そのため、Ｃｕ含有量の上限を２．０ｗｔ％以下、好ましくは１．０ｗｔ％以下とする。
（７）Ｎｉ：０．０１ｗｔ％以上２．０ｗｔ％以下
Ｎｉは、Ｃｒにより付与される耐食性を補填するのに有効な元素である。その効果を得るため、Ｎｉ含有量の下限を０．０１ｗｔ％以上、好ましくは０．１０ｗｔ％以上とする。
Ｎｉは、Ｃｒにより付与される耐食性を補填するのに有効な元素である。その効果を得るため、Ｎｉ含有量の下限を０．０１ｗｔ％以上、好ましくは０．１０ｗｔ％以上とする。
一方、Ｎｉ含有量が過剰になると、製造コストが上昇する。そのため、Ｎｉ含有量の上限を２．０ｗｔ％以下、好ましくは１．０ｗｔ％以下とする。
（８）Ｃｒ：１７．０ｗｔ％以上２５．０ｗｔ％以下
Ｃｒは、２５．０ｗｔ％を超えると、製造コストがかかるだけでなく熱間加工性が低下する。そのため、Ｃｒ含有量の上限を２５．０ｗｔ％以下、好ましくは２１．０ｗｔ％以下とする。
Ｃｒは、２５．０ｗｔ％を超えると、製造コストがかかるだけでなく熱間加工性が低下する。そのため、Ｃｒ含有量の上限を２５．０ｗｔ％以下、好ましくは２１．０ｗｔ％以下とする。
一方、Ｃｒは、１７．０ｗｔ％を下回ると、十分な耐食性が得られない。そのため、Ｃｒ含有量の下限を１７．０ｗｔ％以上、好ましくは１８．０ｗｔ％以上とする。
（９）Ｍｏ：０．０１ｗｔ％以上１．０ｗｔ％以下
Ｍｏは、耐食性や強度を向上させる元素である。その効果を得るため、Ｍｏ含有量の下限を０．０１ｗｔ％以上とする。
Ｍｏは、耐食性や強度を向上させる元素である。その効果を得るため、Ｍｏ含有量の下限を０．０１ｗｔ％以上とする。
一方、Ｍｏ含有量が過剰になると、熱間加工性が低下するほか、製造コストが上昇する。そのため、Ｍｏ含有量の上限を１．０ｗｔ％以下、好ましくは０．６ｗｔ％以下とする。
（１０）Ｐｂ：０．０３ｗｔ％以上０．３０ｗｔ％以下
Ｐｂは、被削性を向上させるのに有効な元素である。被削性を向上させるのに必要十分な量を確保するため、Ｐｂ含有量の下限を０．０３ｗｔ％以上、好ましくは０．１０ｗｔ％以上とする。
Ｐｂは、被削性を向上させるのに有効な元素である。被削性を向上させるのに必要十分な量を確保するため、Ｐｂ含有量の下限を０．０３ｗｔ％以上、好ましくは０．１０ｗｔ％以上とする。
一方、Ｐｂ含有量が過剰になると、熱間加工性が低下する傾向が見られる。そのため、Ｐｂ含有量の上限を０．３０ｗｔ％以下、好ましくは０．２５ｗｔ％以下とする。
（１１）Ｔｅ：０．０１ｗｔ％以上０．１０ｗｔ％以下
Ｔｅは、被削性を向上させるのに有効な元素である。その効果を得るため、Ｔｅ含有量の下限を０．０１ｗｔ％以上、好ましくは０．０２ｗｔ％以上とする。
Ｔｅは、被削性を向上させるのに有効な元素である。その効果を得るため、Ｔｅ含有量の下限を０．０１ｗｔ％以上、好ましくは０．０２ｗｔ％以上とする。
一方、Ｔｅ含有量が過剰になると、熱間加工性が低下する傾向が見られる。そのため、Ｔｅ含有量の上限を０．１０ｗｔ％以下、好ましくは０．０５ｗｔ％以下とする。
（１２）Ｂ：０．００３ｗｔ％以上０．０１０ｗｔ％以下
Ｂは、熱間加工性を向上させるのに有効な元素である。その効果を得るため、Ｂ含有量の下限を０．００３ｗｔ％以上、好ましくは０．００４ｗｔ％以上とする。
Ｂは、熱間加工性を向上させるのに有効な元素である。その効果を得るため、Ｂ含有量の下限を０．００３ｗｔ％以上、好ましくは０．００４ｗｔ％以上とする。
一方、Ｂ含有量が過剰になると、製造コストが上昇する。そのため、Ｂ含有量の上限を０．０１０ｗｔ％以下、好ましくは０．００８ｗｔ％以下とする。
（１３）Ｏ：０．００５ｗｔ％以上０．０３０ｗｔ％以下
Ｏは、被削性を向上させる硫化物の形成に関わる元素である。そのため、その効果が十分得られるように、Ｏ含有量の下限は０．００５ｗｔ％以上、好ましくは０．００８ｗｔ％以上とする。
Ｏは、被削性を向上させる硫化物の形成に関わる元素である。そのため、その効果が十分得られるように、Ｏ含有量の下限は０．００５ｗｔ％以上、好ましくは０．００８ｗｔ％以上とする。
一方、Ｏ含有量が過剰になると、被削性の向上に有効でない酸化物が生成しやすくなる。そのため、Ｏ含有量の上限を０．０３０ｗｔ％以下、好ましくは０．０２０ｗｔ％以下とする。
（１４）Ｎ：０．０３０ｗｔ％以下
Ｎは、被削性の向上に有効でない窒化物を生成させるため、その含有量は、極力低く抑制するのが良い。そのため、Ｎ含有量を０．０３０ｗｔ％以下、好ましくは０．０２０ｗｔ％以下とする。
Ｎは、被削性の向上に有効でない窒化物を生成させるため、その含有量は、極力低く抑制するのが良い。そのため、Ｎ含有量を０．０３０ｗｔ％以下、好ましくは０．０２０ｗｔ％以下とする。
本ステンレス鋼は、上述した必須元素に加えて、さらに、以下の元素から選択される１種または２種以上の元素を任意に含んでいても良い。これら元素の含有量を特定した理由は、以下の通りである。
＜１＞Ｓｅ：０．０１ｗｔ％以上０．３０ｗｔ％以下、および、Ｂｉ：０．０１ｗｔ％以上０．３０ｗｔ％以下から選択される１種または２種以上の元素
Ｓｅ、Ｂｉは、被削性をさらに向上させることが可能な元素である。そのため、必要に応じて添加しても良い。その効果を得るため、Ｓｅ含有量およびＢｉ含有量を、ともに０．０１ｗｔ％以上、好ましくは０．０３ｗｔ％以上とする。
Ｓｅ、Ｂｉは、被削性をさらに向上させることが可能な元素である。そのため、必要に応じて添加しても良い。その効果を得るため、Ｓｅ含有量およびＢｉ含有量を、ともに０．０１ｗｔ％以上、好ましくは０．０３ｗｔ％以上とする。
一方、Ｓｅ含有量、Ｂｉ含有量が過剰になると、熱間加工性が低下しやすくなる。そのため、Ｓｅ含有量およびＢｉ含有量を、ともに０．３０ｗｔ％以下、好ましくは０．２０ｗｔ％以下とする。
＜２＞Ｃａ：０．０００１ｗｔ％以上０．０５ｗｔ％以下、Ｍｇ：０．０００１ｗｔ％以上０．０２ｗｔ％以下、および、ＲＥＭ：０．０００１ｗｔ％以上０．０２ｗｔ％以下から選択される１種または２種以上の元素
Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭは、熱間加工性を向上させるのに有効な元素である。そのため、必要に応じて添加しても良い。その効果を得るため、Ｃａ含有量、Ｍｇ含有量およびＲＥＭ含有量を、何れも０．０００１ｗｔ％以上、好ましくは０．００１０ｗｔ％以上とする。
Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭは、熱間加工性を向上させるのに有効な元素である。そのため、必要に応じて添加しても良い。その効果を得るため、Ｃａ含有量、Ｍｇ含有量およびＲＥＭ含有量を、何れも０．０００１ｗｔ％以上、好ましくは０．００１０ｗｔ％以上とする。
一方、Ｃａ含有量、Ｍｇ含有量およびＲＥＭ含有量が過剰になると、その効果も飽和するし、逆に熱間加工性を低下させる傾向が見られる。そのため、Ｃａ含有量を０．０５ｗｔ％以下、好ましくは０．０１ｗｔ％以下とする。Ｍｇ含有量を０．０２ｗｔ％以下、好ましくは０．０１ｗｔ％以下とする。ＲＥＭ含有量を０．０２ｗｔ％以下、好ましくは０．０１ｗｔ％以下とする。
＜３＞Ｎｂ：０．０１ｗｔ％以上０．５０ｗｔ％以下、Ｗ：０．０１ｗｔ％以上２．０ｗｔ％以下、および、Ｔａ：０．０１ｗｔ％以上０．５０ｗｔ％以下から選択される１種または２種以上の元素
Ｎｂ、Ｗ、Ｔａは、炭窒化物を形成して鋼の結晶粒を微細化し、靭性を高める効果がある。そのため、その効果を得るため、Ｎｂ含有量、Ｗ含有量およびＴａ含有量を、何れも０．０１ｗｔ％以上、好ましくは０．０５ｗｔ％以上とする。
Ｎｂ、Ｗ、Ｔａは、炭窒化物を形成して鋼の結晶粒を微細化し、靭性を高める効果がある。そのため、その効果を得るため、Ｎｂ含有量、Ｗ含有量およびＴａ含有量を、何れも０．０１ｗｔ％以上、好ましくは０．０５ｗｔ％以上とする。
一方、Ｎｂ含有量、Ｗ含有量およびＴａ含有量が過剰になると、コスト上昇を招く。そのため、Ｎｂ含有量を０．５０ｗｔ％以下、好ましくは０．１０ｗｔ％以下とする。Ｗ含有量を２．０ｗｔ％以下、好ましくは１．０ｗｔ％以下とする。Ｔａ含有量を０．５０ｗｔ％以下、好ましくは０．１０ｗｔ％以下とする。
ここで、本ステンレス鋼は、０．３０≦［Ｍｎ］／［Ｓ］≦１．５０、５０≦［Ｃｒ］／［Ｍｎ］≦１２５、０．０４≦［Ｔｅ］／［Ｓ］、１０≦［Ｓ］／［Ｏ］≦５０の各式を満たす。なお、各式中［ ］は、各元素のｗｔ％を示す。以下、各式の技術的意味について説明する。
・０．３０≦［Ｍｎ］／［Ｓ］≦１．５０
［Ｍｎ］／［Ｓ］が０．３０未満になると、Ｍｎ含有量が極めて低くなる、もしくは、Ｓ含有量が高くなり、製造が困難になる傾向が見られる。したがって、［Ｍｎ］／［Ｓ］の下限を０．３０以上とする。
［Ｍｎ］／［Ｓ］が０．３０未満になると、Ｍｎ含有量が極めて低くなる、もしくは、Ｓ含有量が高くなり、製造が困難になる傾向が見られる。したがって、［Ｍｎ］／［Ｓ］の下限を０．３０以上とする。
一方、［Ｍｎ］／［Ｓ］が１．５０を越えると、硫化物中のＭｎ含有量が高くなり、硫化物中のＣｒ含有量を確保し難くなる傾向が見られる。したがって、［Ｍｎ］／［Ｓ］の上限を１．５０以下とする。
・５０≦［Ｃｒ］／［Ｍｎ］≦１２５
［Ｃｒ］／［Ｍｎ］が５０未満になると、硫化物中のＣｒ含有量を確保し難くなる傾向が見られる。したがって、［Ｃｒ］／［Ｍｎ］の下限を５０以上とする。
［Ｃｒ］／［Ｍｎ］が５０未満になると、硫化物中のＣｒ含有量を確保し難くなる傾向が見られる。したがって、［Ｃｒ］／［Ｍｎ］の下限を５０以上とする。
一方、［Ｃｒ］／［Ｍｎ］が１２５を越えると、δ−フェライト形成量が増し、鋼の熱間加工性を劣化させる傾向が見られる。したがって、［Ｃｒ］／［Ｍｎ］の上限を１２５以下とする。
・０．０４≦［Ｔｅ］／［Ｓ］
［Ｔｅ］／［Ｓ］が０．０４未満になると、硫化物が展伸し、被削性に有効な形状である紡錘形状になり難くなる傾向が見られる。したがって、［Ｔｅ］／［Ｓ］の下限を０．０４以上とする。
［Ｔｅ］／［Ｓ］が０．０４未満になると、硫化物が展伸し、被削性に有効な形状である紡錘形状になり難くなる傾向が見られる。したがって、［Ｔｅ］／［Ｓ］の下限を０．０４以上とする。
・１０≦［Ｓ］／［Ｏ］≦５０
［Ｓ］／［Ｏ］が１０未満の場合、割合として［Ｓ］が低いと、十分な被削性が得られ難く、また、割合として［Ｏ］が高いと、硬質な酸化物が多くなり、被削性が低下する傾向が見られる。したがって、［Ｓ］／［Ｏ］の下限を１０以上とする。
［Ｓ］／［Ｏ］が１０未満の場合、割合として［Ｓ］が低いと、十分な被削性が得られ難く、また、割合として［Ｏ］が高いと、硬質な酸化物が多くなり、被削性が低下する傾向が見られる。したがって、［Ｓ］／［Ｏ］の下限を１０以上とする。
一方、［Ｓ］／［Ｏ］が５０を越える場合、割合として［Ｓ］が高いと、製造性が悪くなる傾向が見られ、割合として［Ｏ］が低いと、被削性に有効な大きさの硫化物が得られ難くなる傾向が見られる。したがって、［Ｓ］／［Ｏ］の上限を５０以下とする。
さらに、本ステンレス鋼中には、構成金属元素としてＣｒを２０ｗｔ％以上含み、かつ、円相当径が２．０μｍ以上、針状比が１０以下である硫化物が、面積率で０．５０％以上存在する。
上記硫化物に占めるＣｒ含有量の下限が２０ｗｔ％未満になると、十分な耐食性が得られなくなる傾向が見られる。
上記面積率は、鏡面研磨した本ステンレス鋼の表面について、代表的なミクロ写真を２００倍で５０視野撮影し、その後、硫化物（介在物）の色抽出を行い、画像処理により、各硫化物の円相当径、針状比を測定し、その中から、円相当径２μｍ以上、針状比が１０以下である硫化物の総面積率を求めれば良い。
次に、本ステンレス鋼の代表的な製造方法について説明する。
上述した成分組成、各式を満たすステンレス鋼となるように、例えば、高周波誘導炉などを用いて、各原料を溶解し、鋼塊を溶製した後、冷却してインゴットを製造する。次いで、得られたインゴットを熱間鍛造または熱間圧延し、焼きなましなどの熱処理を行う。これにより本ステンレス鋼を製造することができる。
上述した成分組成、各式を満たすステンレス鋼となるように、例えば、高周波誘導炉などを用いて、各原料を溶解し、鋼塊を溶製した後、冷却してインゴットを製造する。次いで、得られたインゴットを熱間鍛造または熱間圧延し、焼きなましなどの熱処理を行う。これにより本ステンレス鋼を製造することができる。
上記製造工程において、熱間鍛造または熱間圧延時の加熱温度としては、具体的には、例えば、１１００〜１２５０℃の温度範囲を例示することができる。
また、上記製造工程における熱処理の一例を示すと次のとおりである。焼きなましは、例えば８５０〜９００℃で３〜５時間加熱後、１０〜２０℃／時間の速度で６００℃付近まで炉冷し、その後空冷することなどにより行うことができる。
また、上記製造工程では、必要に応じて、表層酸化層除去のための酸洗あるいは研磨を実施し、冷間圧延を行っても良い。
以下、本発明を実施例を用いてより具体的に説明する。
１．実施例および比較例に係るステンレス鋼の作製
初めに、表１、２に示す成分組成、成分比を満たすステンレス鋼となるように、高周波誘導炉を用いて５０ｋｇの鋼塊を溶製した後、これを冷却してインゴットを作製した。次いで、各インゴットを１０００〜１２００℃に加熱し、熱間鍛造により直径６０ｍｍと直径２０ｍｍの丸棒に加工した。次いで、それら丸棒をさらに８００℃で１時間加熱した後、空冷した（焼きなまし処理）。これにより、実施例および比較例に係るステンレス鋼を得た。
１．実施例および比較例に係るステンレス鋼の作製
初めに、表１、２に示す成分組成、成分比を満たすステンレス鋼となるように、高周波誘導炉を用いて５０ｋｇの鋼塊を溶製した後、これを冷却してインゴットを作製した。次いで、各インゴットを１０００〜１２００℃に加熱し、熱間鍛造により直径６０ｍｍと直径２０ｍｍの丸棒に加工した。次いで、それら丸棒をさらに８００℃で１時間加熱した後、空冷した（焼きなまし処理）。これにより、実施例および比較例に係るステンレス鋼を得た。
２．硫化物特性
次に、実施例および比較例に係るステンレス鋼中に存在する硫化物につき、その円相当径、針状比および面積率を測定した。
次に、実施例および比較例に係るステンレス鋼中に存在する硫化物につき、その円相当径、針状比および面積率を測定した。
すなわち、鏡面研磨した各ステンレス鋼の表面について、代表的なミクロ写真を、光学顕微鏡を用いて２００倍で５０視野撮影した。
その後、硫化物（介在物）の色抽出を行い、画像処理により、各硫化物の円相当径、針状比を測定し、その中から、円相当径２μｍ以上、針状比が１０以下である硫化物の総面積率を求めた。その結果を、表２に示す。
３．評価試験
次に、得られた各丸棒を用いて、被削性、耐食性、熱間加工性、冷間加工性および靱性について相対評価を行った。
次に、得られた各丸棒を用いて、被削性、耐食性、熱間加工性、冷間加工性および靱性について相対評価を行った。
１）被削性
被削性評価は、切削加工後の工具磨耗量、切削形状を相対評価することにより行った。すなわち、超硬バイトを用い、周速２００ｍｍ／ｍｉｎ、一回転あたりの切込み量１．０ｍｍ、一回転あたりの送り量０．２ｍｍ／ｒｅｖの条件にて、乾式で切削加工を実施した。
被削性評価は、切削加工後の工具磨耗量、切削形状を相対評価することにより行った。すなわち、超硬バイトを用い、周速２００ｍｍ／ｍｉｎ、一回転あたりの切込み量１．０ｍｍ、一回転あたりの送り量０．２ｍｍ／ｒｅｖの条件にて、乾式で切削加工を実施した。
ここで、工具磨耗量とは、工具横逃げ面の平均磨耗量である。後述の表３では、この工具摩耗量が５０μｍ以下であった場合を「小」、５１〜１００μｍであった場合を「中」、１０１μｍ以上であった場合を「大」と表記している。
一方、目視観察により切屑形状を確認した。後述の表３では、切り屑の破砕性が良好であったものを「良」、数巻き程度に破砕したものを「中」、破砕性が悪く、切屑がつながっていたものを「劣」と表記している。
２）耐食性
耐食性評価は、ＪＩＳ Ｚ ２３７１に準拠して行った。すなわち、各ステンレス鋼につき、直径１０ｍｍ、高さ５０ｍｍの円柱形状の試験片を準備した。次いで、試験片の表面をエメリー紙により番手＃４００まで研磨加工し、脱脂洗浄した。次いで、これら各試験片を温度３５℃、５％ＮａＣｌの塩水噴霧雰囲気中に９６時間保存した。次いで、保存後の各試験片につき、目視にて発錆の有無を確認した。後述の表３では、発錆が生じていなかった場合を「○」とし、発錆が生じていたものを「×」と表記している。
耐食性評価は、ＪＩＳ Ｚ ２３７１に準拠して行った。すなわち、各ステンレス鋼につき、直径１０ｍｍ、高さ５０ｍｍの円柱形状の試験片を準備した。次いで、試験片の表面をエメリー紙により番手＃４００まで研磨加工し、脱脂洗浄した。次いで、これら各試験片を温度３５℃、５％ＮａＣｌの塩水噴霧雰囲気中に９６時間保存した。次いで、保存後の各試験片につき、目視にて発錆の有無を確認した。後述の表３では、発錆が生じていなかった場合を「○」とし、発錆が生じていたものを「×」と表記している。
３）熱間加工性
熱間加工性評価は、各ステンレス鋼の鍛造時に、疵がどの程度発生するかを確認することに行った。後述の表３では、疵が発生しなかったものを「○」とし、グラインダーで削れる程度のわずかな疵が発生したもの「△」、大きな疵が発生したものを「×」と表記している。
熱間加工性評価は、各ステンレス鋼の鍛造時に、疵がどの程度発生するかを確認することに行った。後述の表３では、疵が発生しなかったものを「○」とし、グラインダーで削れる程度のわずかな疵が発生したもの「△」、大きな疵が発生したものを「×」と表記している。
４）冷間加工性
冷間加工性評価は、次のようにして行った。すなわち、各ステンレス鋼につき、直径１２ｍｍ、高さ１８ｍｍの円柱形状の試験片を準備した。次いで、各試験片につき、６００ｔプレスにより一気圧縮試験を行い、限界圧縮率を測定した。
冷間加工性評価は、次のようにして行った。すなわち、各ステンレス鋼につき、直径１２ｍｍ、高さ１８ｍｍの円柱形状の試験片を準備した。次いで、各試験片につき、６００ｔプレスにより一気圧縮試験を行い、限界圧縮率を測定した。
５）靭性（異方性）
靭性評価は、ＪＩＳ Ｚ２２０２に準拠し、室温にて行った。すなわち、Ｌ、Ｔ方向のシャルピー衝撃試験により衝撃値を測定した。
靭性評価は、ＪＩＳ Ｚ２２０２に準拠し、室温にて行った。すなわち、Ｌ、Ｔ方向のシャルピー衝撃試験により衝撃値を測定した。
各評価結果をまとめたものを表３に示す。
表３によれば、次のことが分かる。すなわち、比較例１に係るステンレス鋼は、Ｓなどの被削性を向上させる元素が不足しているため、十分な被削性が得られていない。
比較例２に係るステンレス鋼は、Ｍｎが低く、さらにＴｅ、Ｂが添加されていない。そのため、熱間加工性、冷間加工性が低い。また、異方性が生じており、靭性も低い。
比較例３に係るステンレス鋼は、主たる介在物としてＭｎＳを利用しているため、耐食性が悪い。また、冷間加工性も低い。また、異方性が生じており、靭性も低い。
比較鋼４〜６に係るステンレス鋼は、Ｂが添加されていないため、熱間加工性が低い。
これらに対し、実施例に係るステンレス鋼は、本発明で規定される成分組成を満たすとともに、Ｓ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｔｅ、Ｏが上記各式を満たし、さらに、特定の硫化物が特定の面積率で存在している。そのため、被削性、耐食性、熱間加工性、冷間加工性および靱性が良好であった。
以上、本発明に係るフェライト系快削ステンレス鋼について説明したが、本発明は、上記実施形態、実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改変が可能なものである。
Claims (4)
- Ｃ ：０．００５ｗｔ％以上０．０５ｗｔ％以下、
Ｓｉ：０．１０ｗｔ％以上０．５０ｗｔ％以下、
Ｍｎ：０．０５ｗｔ％以上０．５０ｗｔ％以下、
Ｐ ：０．００５ｗｔ％以上０．１０ｗｔ％以下、
Ｓ ：０．２０ｗｔ％以上０．３５ｗｔ％以下、
Ｃｕ：０．０１ｗｔ％以上２．０ｗｔ％以下、
Ｎｉ：０．０１ｗｔ％以上２．０ｗｔ％以下、
Ｃｒ：１７．０ｗｔ％以上２５．０ｗｔ％以下、
Ｍｏ：０．０１ｗｔ％以上１．０ｗｔ％以下、
Ｐｂ：０．０３ｗｔ％以上０．３０ｗｔ％以下、
Ｔｅ：０．０１ｗｔ％以上０．１０ｗｔ％以下、
Ｂ ：０．００３ｗｔ％以上０．０１０ｗｔ％以下、
Ｏ ：０．００５ｗｔ％以上０．０３０ｗｔ％以下、および、
Ｎ ：０．０３０ｗｔ％以下を含有し、残部が実質的にＦｅおよび不可避不純物からなるとともに、
０．３０≦［Ｍｎ］／［Ｓ］≦１．５０、
５０≦［Ｃｒ］／［Ｍｎ］≦１２５、
０．０４≦［Ｔｅ］／［Ｓ］、
１０≦［Ｓ］／［Ｏ］≦５０の各式を満たし、
さらに、構成金属元素としてＣｒを２０ｗｔ％以上含み、かつ、円相当径が２．０μｍ以上、針状比が１０以下である硫化物が、面積率で０．５０％以上存在することを特徴とするフェライト系快削ステンレス鋼。 - Ｓｅ：０．０１ｗｔ％以上０．３０ｗｔ％以下、および、
Ｂｉ：０．０１ｗｔ％以上０．３０ｗｔ％以下、
から選択される１種または２種以上の元素をさらに含有することを特徴とする請求項１に記載のフェライト系快削ステンレス鋼。 - Ｃａ：０．０００１ｗｔ％以上０．０５ｗｔ％以下、
Ｍｇ：０．０００１ｗｔ％以上０．０２ｗｔ％以下、および、
ＲＥＭ：０．０００１ｗｔ％以上０．０２ｗｔ％以下、
から選択される１種または２種以上の元素をさらに含有することを特徴とする請求項１または２に記載のフェライト系快削ステンレス鋼。 - Ｎｂ：０．０１ｗｔ％以上０．５０ｗｔ％以下、
Ｗ ：０．０１ｗｔ％以上２．０ｗｔ％以下、および、
Ｔａ：０．０１ｗｔ％以上０．５０ｗｔ％以下、
から選択される１種または２種以上の元素をさらに含有することを特徴とする請求項１から３の何れかに記載のフェライト系快削ステンレス鋼。
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