JP2014189833A - 高強度オーステナイト系快削ステンレス鋼線およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】高強度で、且つ、切削性に優れた高強度オーステナイト系快削ステンレス鋼棒線を安価に提供することにある。
【解決手段】質量％で、Ｃ：０．０５〜０．１５％、Ｓｉ：０．８％以下、Ｍｎ：５．０％以下、Ｐ：０．０５％以下，Ｓ：０．１０〜０．３５％，Ｃｒ：１４．０〜１８．０％，Ｎｉ：２．０〜７．５％，Ｎ：０．０１〜０．１０％，Ｃｕ：１．０％以下，Ｍｏ：１．０％以下を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物から構成され、Ｍ＝５５１−４６２（Ｃ＋Ｎ）−９．２Ｓｉ−８．１Ｍｎ−２９（Ｎｉ＋Ｃｕ）−１３．７Ｃｒ−１８．５Ｍｏ：３５．０〜９０．０で且つ、Ｆ＝（Ｃｒ＋Ｓｉ＋Ｍｏ）―（Ｎｉ＋Ｍｎ＋Ｃｕ＋１７．５Ｃ＋１０Ｎ）：４．１０以上であり、横断面の硬さ（Ｈｖ）が３５０以上、硬さバラツキが５０以下であることを特徴とする高強度オーステナイト系快削ステンレス鋼線。
【選択図】なし
【解決手段】質量％で、Ｃ：０．０５〜０．１５％、Ｓｉ：０．８％以下、Ｍｎ：５．０％以下、Ｐ：０．０５％以下，Ｓ：０．１０〜０．３５％，Ｃｒ：１４．０〜１８．０％，Ｎｉ：２．０〜７．５％，Ｎ：０．０１〜０．１０％，Ｃｕ：１．０％以下，Ｍｏ：１．０％以下を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物から構成され、Ｍ＝５５１−４６２（Ｃ＋Ｎ）−９．２Ｓｉ−８．１Ｍｎ−２９（Ｎｉ＋Ｃｕ）−１３．７Ｃｒ−１８．５Ｍｏ：３５．０〜９０．０で且つ、Ｆ＝（Ｃｒ＋Ｓｉ＋Ｍｏ）―（Ｎｉ＋Ｍｎ＋Ｃｕ＋１７．５Ｃ＋１０Ｎ）：４．１０以上であり、横断面の硬さ（Ｈｖ）が３５０以上、硬さバラツキが５０以下であることを特徴とする高強度オーステナイト系快削ステンレス鋼線。
【選択図】なし
Description
本発明は、高強度と切削性を必要とする用途に利用されるオーステナイト系ステンレス鋼線材、鋼線に関するもので、電子機器用シャフト材、精密機器部品などに利用される。
電子機器部品等の精密切削部品には、優れた快削性と耐食性が求められる。これらの要求に対し、耐食性を劣化させるＳを添加せず、低融点金属のＰｂ、Ｔｅ、Ｓｅなどを添加した高強度快削ステンレス鋼が提案されている（特許文献１）。
また、近年の電子機器の更なる小型化や高速回転部の高速回転化により、電子機器に用いる材料において高強度が要求される場合が増加している。そこで、マルテンサイト系快削ステンレス鋼の適用が検討されるも、熱処理付与によるコストアップや耐食性が十分でないという問題がある。
そこで、冷間加工による加工誘起マルテンサイトによる高強度化が検討されている（特許文献２）。
しかし、該成分系ではオーステナイト相が安定的であるため、生成する加工誘起マルテンサイト量が少なく、その生成箇所も不均一のため、横断面内でのばらつきが大きくなるという問題がある。
そこで、冷間加工による加工誘起マルテンサイトによる高強度化が検討されている（特許文献２）。
しかし、該成分系ではオーステナイト相が安定的であるため、生成する加工誘起マルテンサイト量が少なく、その生成箇所も不均一のため、横断面内でのばらつきが大きくなるという問題がある。
以上のことから、電子機器部品等に求められる安定的な硬さを満足し、且つ、鋼線横断面内で硬さのばらつきが小さいが得られる鋼が求められていた。
本発明の目的は、３５０以上のビッカース硬さ（Ｈｖ）を有するとともに、横断面内の硬さバラツキが小さい高強度のオーステナイト系快削ステンレス鋼線と、それを得るために必要なステンレス鋼線材と製造方法を提供することにある。
本発明者らは、上記課題を解決するために種々検討した結果、ビッカース硬さ（Ｈｖ）３５０以上を確保するために、オーステナイト相の安定度を示すＭ値と、フェライト相の形成度を示すＦ値をコントロールし、伸線方法を制御することで横断面内の硬さバラツキが小さく、安定的に高強度を確保できることがわかった。
本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、その要旨とするところは以下の通りである。
本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、その要旨とするところは以下の通りである。
（１）質量％で、Ｃ：０．０５〜０．１５％、Ｓｉ：０．８％以下、Ｍｎ：５．０％以下、Ｐ：０．０５％以下，Ｓ：０．１０〜０．３５％，Ｃｒ：１４．０〜１８．０％，Ｎｉ：２．０〜７．５％，Ｎ：０．０１〜０．１０％，Ｃｕ：１．０％以下，Ｍｏ：１．０％以下を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物から構成され、下記式（１）で計算されるＭ値が３５．０〜９０．０、下記式（２）で計算されるＦ値が４．１０以上であり、更に横断面の鋼線外周表面から１ｍｍ部におけるビッカース硬さ（Ｈｖ）が３５０以上であり、且つ、横断面内のビッカース硬さのバラツキが５０以下であることを特徴とする高強度オーステナイト系快削ステンレス鋼線。
Ｍ＝５５１−４６２（Ｃ＋Ｎ）−９．２Ｓｉ−８．１Ｍｎ−２９（Ｎｉ＋Ｃｕ）−１３．７Ｃｒ−１８．５Ｍｏ ・・・（１）
Ｆ＝（Ｃｒ＋Ｓｉ＋Ｍｏ）―（Ｎｉ＋Ｍｎ＋Ｃｕ＋１７．５Ｃ＋１０Ｎ）・・・（２）
但し、式中の元素記号は、当該元素の鋼中における含有質量％を意味する。
Ｍ＝５５１−４６２（Ｃ＋Ｎ）−９．２Ｓｉ−８．１Ｍｎ−２９（Ｎｉ＋Ｃｕ）−１３．７Ｃｒ−１８．５Ｍｏ ・・・（１）
Ｆ＝（Ｃｒ＋Ｓｉ＋Ｍｏ）―（Ｎｉ＋Ｍｎ＋Ｃｕ＋１７．５Ｃ＋１０Ｎ）・・・（２）
但し、式中の元素記号は、当該元素の鋼中における含有質量％を意味する。
（２）更に質量％でＢ：０．００１〜０．０１０％を含有することを特徴とする前記（１）に記載の高強度オーステナイト系快削ステンレス鋼線。
（３）更に質量％で、Ｚｒ：０．０２０％以下，Ｃａ：０．０２０％以下，Ａｌ：０．０１０％以下，Ｍｇ：０．００５〜０．０５０％，ＲＥＭ：０．０００５〜０．２００％，Ｏ：０．００３〜０．０１５％の１種以上を含有することを特徴とする前記（１）または（２）に記載の高強度オーステナイト系快削ステンレス鋼線。
（３）更に質量％で、Ｚｒ：０．０２０％以下，Ｃａ：０．０２０％以下，Ａｌ：０．０１０％以下，Ｍｇ：０．００５〜０．０５０％，ＲＥＭ：０．０００５〜０．２００％，Ｏ：０．００３〜０．０１５％の１種以上を含有することを特徴とする前記（１）または（２）に記載の高強度オーステナイト系快削ステンレス鋼線。
（４）前記（１）〜（３）の何れか１項に記載の成分組成を有し、下記式（１）で計算されるＭ値が３５．０〜９０．０、下記式（２）で計算されるＦ値が４．１０以上であることを特徴とする高強度オーステナイト系快削ステンレス鋼線材。
Ｍ＝５５１−４６２（Ｃ＋Ｎ）−９．２Ｓｉ−８．１Ｍｎ−２９（Ｎｉ＋Ｃｕ）−１３．７Ｃｒ−１８．５Ｍｏ ・・・（１）
Ｆ＝（Ｃｒ＋Ｓｉ＋Ｍｏ）―（Ｎｉ＋Ｍｎ＋Ｃｕ＋１７．５Ｃ＋１０Ｎ）・・・（２）
但し、式中の元素記号は、当該元素の鋼中における含有質量％を意味する。
Ｍ＝５５１−４６２（Ｃ＋Ｎ）−９．２Ｓｉ−８．１Ｍｎ−２９（Ｎｉ＋Ｃｕ）−１３．７Ｃｒ−１８．５Ｍｏ ・・・（１）
Ｆ＝（Ｃｒ＋Ｓｉ＋Ｍｏ）―（Ｎｉ＋Ｍｎ＋Ｃｕ＋１７．５Ｃ＋１０Ｎ）・・・（２）
但し、式中の元素記号は、当該元素の鋼中における含有質量％を意味する。
（５）ステンレス鋼線材に伸線加工を施してステンレス鋼線を製造する方法であって、
該ステンレス鋼線材として前記（４）に記載の高強度オーステナイト系快削ステンレス鋼線材を用い、該伸線加工を、伸線前の線材温度１０〜５０℃、伸線ダイスの角度１２〜１６°として行うことを特徴とする高強度オーステナイト系快削ステンレス鋼線の製造方法。
該ステンレス鋼線材として前記（４）に記載の高強度オーステナイト系快削ステンレス鋼線材を用い、該伸線加工を、伸線前の線材温度１０〜５０℃、伸線ダイスの角度１２〜１６°として行うことを特徴とする高強度オーステナイト系快削ステンレス鋼線の製造方法。
本発明による高強度オーステナイト系快削ステンレス鋼線は、高強度と優れた快削性を併せ持つため、強度を求められる精密機器部品を安価に提供する効果を発揮する。
以下に、先ず、本発明の請求項１記載の限定理由について説明する。
Ｃは強度向上に効果的な元素であり、目標の硬さを得るために０．０５％以上添加し、好ましくは０．０７％以上含有する。しかし、０．１５％を超えて添加すると、耐食性が劣化する。そのため、Ｃ含有量の上限を０．１５％とし、好ましくは０．１３％とする。
Ｃは強度向上に効果的な元素であり、目標の硬さを得るために０．０５％以上添加し、好ましくは０．０７％以上含有する。しかし、０．１５％を超えて添加すると、耐食性が劣化する。そのため、Ｃ含有量の上限を０．１５％とし、好ましくは０．１３％とする。
Ｓｉは脱酸のため添加する。Ｓｉを含有することによる効果を十分に得るためにＳｉ含有量の下限は０．１％であることが好ましく、０．２％であることがより好ましい。しかしながら、０．８％を超えて添加すると耐食性が劣化する。そのため、Ｓｉ含有量の上限を０．８％とし、好ましくは０．７％とする。
Ｍｎは脱酸のため添加する。Ｍｎを含有することによる効果を十分に得るためにＭｎ含有量の下限は０．１％であることが好ましく、１．５％であることがより好ましい。しかし、５．０％を超えて添加すると切削性が劣化する。そのため、Ｍｎ含有量の上限を５．０％とし、好ましくは４．５％とする。
Ｐ含有量は伸線加工性を確保するため０．０５％以下にし、０．０４％以下とすることが好ましい。しかしながら、工業的にゼロにすることは困難なことから、Ｐ含有量は０．０１％以上であることが好ましい。
Ｓは被削性を向上させる元素のため、０．１０％以上添加し、０．１２％以上含有することが好ましい。しかし、０．３５％を超えて添加しても、被削性への効果は飽和し、却って耐食性や伸線加工性を劣化させる。そのため、Ｓ含有量の上限を０．３５％とし、好ましくは０．３３％とする。
Ｓは被削性を向上させる元素のため、０．１０％以上添加し、０．１２％以上含有することが好ましい。しかし、０．３５％を超えて添加しても、被削性への効果は飽和し、却って耐食性や伸線加工性を劣化させる。そのため、Ｓ含有量の上限を０．３５％とし、好ましくは０．３３％とする。
Ｃｒは耐食性の向上のため、１４．０％以上添加し、１５．０％以上含有することが好ましい。しかし、１８．０％を超えて添加するとδ-フェライト相が形成し、熱間加工性を劣化させ、表面疵起因で伸線加工性が劣化する。そのため、Ｃｒ含有量の上限を１８．０％とし、好ましくは１７．０％とする。
Ｎｉはオーステナイト生成元素であるため、Ｎｉ含有量が２．０％未満であるとフェライト相の増大により、熱間加工性を劣化させ表面疵起因で伸線加工性が劣化する。このため、Ｎｉ含有量は２．０％以上とし、好ましくは３．５％以上とする。しかし、７．５％を超えるとコストアップに加え、オーステナイト相が安定するため、伸線加工を実施しても目標の硬さを得られなくなる。そのため、Ｎｉ含有量の上限を７．５％とし、好ましくは６．０％とする。
Ｎは高強度化のため、０．０１％以上添加し、好ましくは０．０２％以上含有する。しかし、０．１０％を超えて添加すると熱間加工性を劣化させ表面疵起因で伸線加工性が劣化する。そのため、Ｎ含有量の上限を０．１０％とし、好ましくは０．０８％とする。
Ｃｕは伸線加工性を向上させるために、０．１％以上含有させることが好ましく、０．２％以上含有させることがより好ましい。しかし、１．０％を超えてＣｕを添加すると、オーステナイト相が安定し、伸線加工を行っても目標の硬さを得られなくなる。そのため、Ｃｕ含有量の上限を１．０％とし、好ましくは０．７％とする。
Ｃｕは伸線加工性を向上させるために、０．１％以上含有させることが好ましく、０．２％以上含有させることがより好ましい。しかし、１．０％を超えてＣｕを添加すると、オーステナイト相が安定し、伸線加工を行っても目標の硬さを得られなくなる。そのため、Ｃｕ含有量の上限を１．０％とし、好ましくは０．７％とする。
Ｍｏは耐食性向上のために０．１％以上含有させることが好ましく、０．２％以上含有させることがより好ましい。しかし、１．０％を超えてＭｏを添加するとδフェライト相が形成され、熱間加工性を劣化させ表面疵起因で伸線加工性が劣化する。そのため、Ｍｏ含有量の上限を１．０％とし、好ましくは０．７％とする。
上記式（１）はＭｄ３０式で一般的に知られている式であり、本式で計算されるＭ値はオーステナイト相の安定度に関する指標である。式（１）で計算されるＭ値が３５．０未満であると、伸線加工を行っても、加工誘起マルテンサイトの生成量が少ないため高い強度が得られない。また、９０．０を超えると、オーステナイト相が不安定となり、製造時に加工誘起マルテンサイト相が生成するため、伸線加工時に割れが発生し易くなる。このため、Ｍ値の下限は３５．０とし、好ましくは５０．０とする。また、Ｍ値の上限は９０．０とし、好ましくは８５．０とする。
上記式（２）で計算されるＦ値はフェライト相の形成度に関する指標である。本式の基礎となる式はフェライト形成元素とオーステナイト形成元素との関係からフェライト相の形成され易さをおおよそ予測するための式であり、公知文献に多くの記載がある。Ｆ値の式はそれらの式を本発明の成分系による実験値により補正することで係数を修正したものである。上記式（２）で計算されるＦ値が４．１０未満であると、フェライト相が偏在化するため、伸線加工後の横断面内の硬さバラツキが大きくなり、安定的に高強度を確保することが出来ない。このため、Ｆ値の下限は４．１０とし、好ましくは５．００とする。また、Ｆ値が３０を超えるとオーステナイト系ステンレス鋼の範囲を逸脱し、目標とする硬度が得られにくくなるため、Ｆ値の上限は３０とすることが好ましく、より好ましくは２０とする。
電子機器などの精密部品のシャフト材等に使用されるステンレス鋼線は、高硬度化が望まれている。本発明のステンレス鋼線は、横断面の鋼線外周表面から１ｍｍ部におけるビッカース硬さＨｖが３５０以上のものであり、シャフト材等の材料として使用する場合に必要なビッカース硬さ（Ｈｖ）を有している。上記ビッカース硬さＨｖは３７０以上であることが好ましい。また、上記ビッカース硬さＨｖは硬すぎると伸線加工後に割れが発生しやすくなるため、５１０以下であることが好ましい。
また、本発明のステンレス鋼線は、横断面内のビッカース硬さＨｖのバラツキが５０以下のものであり、４５以下のものであることが好ましい。横断面内のビッカース硬さＨｖのバラツキが５０以下である場合、硬さのバラツキが十分に小さいため寿命の長いものとなる。ビッカース硬さＨｖのバラツキが５０を超えると、シャフト等の部品として使用時に破壊の起点になり易く、使用寿命の低下につながる。
また、本発明のステンレス鋼線は、横断面内のビッカース硬さＨｖのバラツキが５０以下のものであり、４５以下のものであることが好ましい。横断面内のビッカース硬さＨｖのバラツキが５０以下である場合、硬さのバラツキが十分に小さいため寿命の長いものとなる。ビッカース硬さＨｖのバラツキが５０を超えると、シャフト等の部品として使用時に破壊の起点になり易く、使用寿命の低下につながる。
本発明の請求項２記載の限定理由について述べる。
Ｂは熱間加工性を改善するために必要に応じて添加される元素であり、０．００１％以上の添加により安定した効果が得られる。しかし過剰に添加するとＢの化合物が析出し、熱間加工性を劣化させ表面疵起因で伸線加工性が劣化させるので、その上限を０．０１０％とした。Ｂ含有量の下限は０．００２％であることが好ましく、上限は０．００８％であることが好ましい。
Ｂは熱間加工性を改善するために必要に応じて添加される元素であり、０．００１％以上の添加により安定した効果が得られる。しかし過剰に添加するとＢの化合物が析出し、熱間加工性を劣化させ表面疵起因で伸線加工性が劣化させるので、その上限を０．０１０％とした。Ｂ含有量の下限は０．００２％であることが好ましく、上限は０．００８％であることが好ましい。
本発明の請求項３記載の限定理由について述べる。
請求項３では更に特性を向上させるために任意で添加出来る元素を規定しており、下記に記載する元素群より１種以上を添加することが出来る。
請求項３では更に特性を向上させるために任意で添加出来る元素を規定しており、下記に記載する元素群より１種以上を添加することが出来る。
Ｚｒは強度を向上させる効果があるため、０．００１％以上含有させることが好ましく、０．００２％以上含有させることがより好ましい。しかし上限を超えると熱間加工性を劣化させ表面疵起因で伸線加工性を劣化させることから、Ｚｒ含有量の上限を０．０２０％とし、好ましくは０．０１５％とする。
Ｃａは被削性を改善する効果があるため、０．００１％以上含有させることが好ましく、０．００２％以上含有させることがより好ましい。しかし上限を超えると効果が飽和したり熱間加工性を劣化させ表面疵起因で伸線加工性を劣化させたりすることから、Ｃａ含有量の上限を０．０２０％とし、好ましくは０．０１５％とする。
Ｃａは被削性を改善する効果があるため、０．００１％以上含有させることが好ましく、０．００２％以上含有させることがより好ましい。しかし上限を超えると効果が飽和したり熱間加工性を劣化させ表面疵起因で伸線加工性を劣化させたりすることから、Ｃａ含有量の上限を０．０２０％とし、好ましくは０．０１５％とする。
Ａｌは脱酸元素として重要な元素であるため、０．００１％以上含有させることが好ましく、０．００２％以上含有させることがより好ましい。しかし、０．０１０％を超えて添加すると硬質なＡｌ系の酸化物が形成し、被削性を劣化させる。そのため、Ａｌ含有量の上限を０．０１０％とした。好ましくは、０．００５％以下である。
Ｍｇは熱間加工性を向上させるために０．００５％以上含有する必要があり、０．００６％以上含有させることが好ましい。しかし、０．０５０％を超えた添加はかえって熱間加工性を劣化させ表面疵起因で伸線加工性を劣化させることから、その上限を０．０５０％とした。Ｍｇ含有量の上限は０．０４０％であることが好ましい。
Ｌａ,Ｃｅ,Ｙ等のＲＥＭは熱間加工性の劣化を防止するのに有効な元素である。その効果を得るには０．０００５％以上必要であり、０．０００８％以上含有させることが好ましい。しかし、ＲＥＭは多量に添加すると熱間加工性を劣化させ表面疵起因で伸線加工性を劣化させるため、上限を０．２００％とし、好ましくは０．１５０％とする。
Ｏは凝固時の脱酸生成物を粗大化させることで被削性を向上させる。そのため、０．００３％以上必要であり、０．００４％以上含有させることが好ましい。しかし、０．０１５％を超えてＯを添加すると硬質な介在物が増加し、被削性を劣化させる。そのためＯ含有量の上限を０．０１５％とし、好ましくは０．０１４％とする。
本発明の請求項４記載の限定理由について述べる。
請求項４では、上述した本発明のステンレス鋼線を得るために必要なステンレス鋼線材について規定している。本発明のステンレス鋼線は、請求項１〜３の何れか１項に記載の成分組成を有し、上記式（１）で計算されるＭ値および上記式（２）で計算されるＦ値が上記範囲であるステンレス鋼線材に後述する伸線加工を施すことで製造出来る。したがって、本発明のステンレス鋼線材は、機械的性質以外（鋼の成分組成、並びにＭ値とＦ値）を、ステンレス鋼線と同じ範囲で有するものである。
請求項４では、上述した本発明のステンレス鋼線を得るために必要なステンレス鋼線材について規定している。本発明のステンレス鋼線は、請求項１〜３の何れか１項に記載の成分組成を有し、上記式（１）で計算されるＭ値および上記式（２）で計算されるＦ値が上記範囲であるステンレス鋼線材に後述する伸線加工を施すことで製造出来る。したがって、本発明のステンレス鋼線材は、機械的性質以外（鋼の成分組成、並びにＭ値とＦ値）を、ステンレス鋼線と同じ範囲で有するものである。
本発明の請求項５記載の限定理由について述べる。
本発明者が、良好な伸線加工性と目標硬さの達成及び硬さバラツキの低減のため、種々の検討を行ったところ、伸線加工に用いる伸線ダイスの角度が伸線加工時の鋼材横断面への歪分布に影響を与えており、伸線ダイスの角度を一定範囲にすると、硬さのバラツキ低減に効果があることを知見した。この知見を基に、更に検討を重ねた結果、伸線ダイスの角度に加え、更に伸線前の鋼線材の温度を一定範囲に制御することにより、いずれの課題も達成できることを見出した。
本発明者が、良好な伸線加工性と目標硬さの達成及び硬さバラツキの低減のため、種々の検討を行ったところ、伸線加工に用いる伸線ダイスの角度が伸線加工時の鋼材横断面への歪分布に影響を与えており、伸線ダイスの角度を一定範囲にすると、硬さのバラツキ低減に効果があることを知見した。この知見を基に、更に検討を重ねた結果、伸線ダイスの角度に加え、更に伸線前の鋼線材の温度を一定範囲に制御することにより、いずれの課題も達成できることを見出した。
本発明のステンレス鋼線の製造方法は、請求項４に記載のステンレス鋼線材を用い、伸線前の線材温度を１０〜５０℃とし、伸線ダイスの角度を１２〜１６°として伸線加工を行う方法である。
伸線前の線材温度が１０℃未満であると伸線加工時に割れが発生し易くなる。また、５０℃を超えて実施すると加工誘起マルテンサイトの生成が抑制されて目標の硬さを得られない。伸線前の線材温度の下限は、１０℃であり、１５℃であることが好ましい。伸線前の線材温度の上限は、５０℃であり、４５℃であることが好ましい。
伸線前の線材温度が１０℃未満であると伸線加工時に割れが発生し易くなる。また、５０℃を超えて実施すると加工誘起マルテンサイトの生成が抑制されて目標の硬さを得られない。伸線前の線材温度の下限は、１０℃であり、１５℃であることが好ましい。伸線前の線材温度の上限は、５０℃であり、４５℃であることが好ましい。
伸線ダイスの角度が１２°未満であると、加工が表層部に集中するため、中心部まで加工されにくく、硬さバラツキが大きくなる。また、１６°を超えた伸線ダイスで行うと、中心まで加工され硬さバラツキは小さくなるものの、表層部の加工が大きくなり伸線加工時に割れが生じやすくなる。したがって、伸線ダイスの角度の下限を１２°とし、好ましくは１３°以上とする。また、伸線ダイスの角度の上限を１６°とし、好ましくは１５°以下とする。伸線ダイスの最適角度は１４°である。
なお、伸線加工の減面率は特に限定されるものではなく、例えば、１０〜５０％を選択することが出来る。
なお、伸線加工の減面率は特に限定されるものではなく、例えば、１０〜５０％を選択することが出来る。
以下に本発明の実施例について説明する。
表１、２に実施例の鋼の化学組成を示す。
表１、２に実施例の鋼の化学組成を示す。
これらの化学組成の鋼は、１５０ｋｇの真空溶解炉にて溶解し、φ１８０ｍｍの鋳片に鋳造し、熱間圧延、熱処理を実施し、φ１１ｍｍの線材に仕上げた。その後、１７．３％の減面率で、伸線ダイスの角度１４°、伸線前の線材温度４０℃の条件伸線加工を行い、φ１０ｍｍ（直径１０ｍｍ）のステンレス鋼棒線に仕上げた（Ｎｏ．１〜５６）。
また、一部材料（鋼２の線材）については、減面率を１０〜５０％としたこと以外は、上記と同じ条件で伸線加工を実施し、ステンレス鋼棒線（Ｎｏ．５７〜６１）とした後、下記の各評価試験を行った。
また、一部材料（鋼２の線材）については、減面率を１０〜５０％としたこと以外は、上記と同じ条件で伸線加工を実施し、ステンレス鋼棒線（Ｎｏ．５７〜６１）とした後、下記の各評価試験を行った。
また、伸線加工条件の影響を評価するため、鋼２の線材を用い、伸線前の線材温度を４０℃、減面率を１７％に固定し、伸線ダイスの角度を１０〜１８°まで変化させたこと以外は、上記と同じ条件で伸線加工を実施し、ステンレス鋼棒線（Ｎｏ．６２〜６８）とした。
また、鋼２の線材を用い、伸線ダイスを１４°、減面率を１７％に固定し、伸線前の線材温度を０〜６０℃まで変化させたこと以外は、上記と同じ条件で伸線加工を実施し、ステンレス鋼棒線（Ｎｏ．６９〜７５）とした。
そして、Ｎｏ．６２〜７５のステンレス鋼棒線について、横断面の硬さ（Ｈｖ）と硬さバラツキの評価を行った。
また、鋼２の線材を用い、伸線ダイスを１４°、減面率を１７％に固定し、伸線前の線材温度を０〜６０℃まで変化させたこと以外は、上記と同じ条件で伸線加工を実施し、ステンレス鋼棒線（Ｎｏ．６９〜７５）とした。
そして、Ｎｏ．６２〜７５のステンレス鋼棒線について、横断面の硬さ（Ｈｖ）と硬さバラツキの評価を行った。
評価は、伸線加工性（伸線加工後の表面観察による割れの有無）、Ｈｖ硬さと硬さばらつき（ビッカース硬さ），被削性（外周切削による切削抵抗測定），耐食性（高温多湿環境下での耐食性評価）を実施した。その評価結果を表３〜５に示す。
伸線加工性については、伸線加工後の鋼線表面について実体顕微鏡を用いて観察し、割れが無かった場合を○、割れがあった場合を×として評価した。
その結果、本発明例の鋼線では、伸線加工による割れは観察されなかった。
その結果、本発明例の鋼線では、伸線加工による割れは観察されなかった。
Ｈｖ硬さ（ビッカース硬さ）は横断面について表層１ｍｍ部分（外周表面から１ｍｍ部）をマイクロビッカース（荷重１ｋｇ）により測定した。本発明例の鋼線のＨｖ硬さは３５０以上であった。
また、硬さのバラツキは、表層１ｍｍ部、Ｄ（鋼線外径）／４、中心部の３部位について、それぞれ任意の箇所を４点ずつマイクロビッカース（荷重１ｋｇ）により測定し、それらの平均値を各部位の硬さとした。その平均値の最大値と最小値の差をもって評価を行った。本発明例の鋼線の硬さのバラツキは５０Ｈｖ以下であった。
また、硬さのバラツキは、表層１ｍｍ部、Ｄ（鋼線外径）／４、中心部の３部位について、それぞれ任意の箇所を４点ずつマイクロビッカース（荷重１ｋｇ）により測定し、それらの平均値を各部位の硬さとした。その平均値の最大値と最小値の差をもって評価を行った。本発明例の鋼線の硬さのバラツキは５０Ｈｖ以下であった。
被削性は、外周切削を周方向に一定の条件で旋削を行った時の切削抵抗により評価した。外周切削は、使用工具：超硬Ｐ種、刃先Ｒ０．４ｍｍ，切削速度：５０ｍ／ｍｉｎ，送り量：０．０２ｍｍ／ｒｅｖ，切込み：０．１ｍｍ，切削油（鉱物油）：有り、の条件で行い、各２回ずつ測定してその平均値を値とした。切削抵抗は従来使用されていたマルテンサイト系快削ステンレス鋼の切削抵抗値を基準として１００Ｎ以下を良好と判断した。その結果、本発明例の鋼線の切削抵抗は１００Ｎ以下と良好であった。
高温多湿環境下での耐食性評価は、長さ２０ｍｍに切断した鋼線からなる試験片について、表面を＃５００の研磨材を用いて研磨し、洗浄した後実施した。また、各鋼種５点ずつ試験を行った。それぞれの試験片について、８０℃、９０％の環境下に１２０時間放置し、取り出し後発銹の有無について観察を行った。無発銹のものはＡ、発銹の総数が１〜５個のものをＢ、６〜１０個のものをＣ、１０個以上のものをＤとした。本発明例の鋼線の耐食性は、Ａ及びＢランクと良好であった。
以上の各実施例から明らかなように、本発明により、高強度および快削性に優れた安価な高強度オーステナイト系快削ステンレス鋼棒線を製造でき、電子機器用シャフト材、精密機器部品などの高強度・高快削性が求められる部品を安価に提供することができ、産業上極めて有効である。
Claims (5)
- 質量％で、Ｃ：０．０５〜０．１５％、Ｓｉ：０．８％以下、Ｍｎ：５．０％以下、Ｐ：０．０５％以下，Ｓ：０．１０〜０．３５％，Ｃｒ：１４．０〜１８．０％，Ｎｉ：２．０〜７．５％，Ｎ：０．０１〜０．１０％，Ｃｕ：１．０％以下，Ｍｏ：１．０％以下を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物から構成され、下記式（１）で計算されるＭ値が３５．０〜９０．０、下記式（２）で計算されるＦ値が４．１０以上であり、更に横断面の鋼線外周表面から１ｍｍ部におけるビッカース硬さ（Ｈｖ）が３５０以上であり、且つ、横断面内のビッカース硬さのバラツキが５０以下であることを特徴とする高強度オーステナイト系快削ステンレス鋼線。
Ｍ＝５５１−４６２（Ｃ＋Ｎ）−９．２Ｓｉ−８．１Ｍｎ−２９（Ｎｉ＋Ｃｕ）−１３．７Ｃｒ−１８．５Ｍｏ ・・・（１）
Ｆ＝（Ｃｒ＋Ｓｉ＋Ｍｏ）―（Ｎｉ＋Ｍｎ＋Ｃｕ＋１７．５Ｃ＋１０Ｎ）・・・（２）
但し、式中の元素記号は、当該元素の鋼中における含有質量％を意味する。 - 更に質量％でＢ：０．００１〜０．０１０％を含有することを特徴とする請求項１に記載の高強度オーステナイト系快削ステンレス鋼線。
- 更に質量％で、Ｚｒ：０．０２０％以下，Ｃａ：０．０２０％以下，Ａｌ：０．０１０％以下，Ｍｇ：０．００５〜０．０５０％，ＲＥＭ：０．０００５〜０．２００％，Ｏ：０．００３〜０．０１５％の１種以上を含有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の高強度オーステナイト系快削ステンレス鋼線。
- 請求項１〜３の何れか１項に記載の成分組成を有し、
下記式（１）で計算されるＭ値が３５．０〜９０．０、下記式（２）で計算されるＦ値が４．１０以上であることを特徴とする高強度オーステナイト系快削ステンレス鋼線材。
Ｍ＝５５１−４６２（Ｃ＋Ｎ）−９．２Ｓｉ−８．１Ｍｎ−２９（Ｎｉ＋Ｃｕ）−１３．７Ｃｒ−１８．５Ｍｏ ・・・（１）
Ｆ＝（Ｃｒ＋Ｓｉ＋Ｍｏ）―（Ｎｉ＋Ｍｎ＋Ｃｕ＋１７．５Ｃ＋１０Ｎ）・・・（２）
但し、式中の元素記号は、当該元素の鋼中における含有質量％を意味する。 - ステンレス鋼線材に伸線加工を施してステンレス鋼線を製造する方法であって、
該ステンレス鋼線材として請求項４に記載の高強度オーステナイト系快削ステンレス鋼線材を用い、該伸線加工を、伸線前の線材温度１０〜５０℃、伸線ダイスの角度１２〜１６°として行うことを特徴とする高強度オーステナイト系快削ステンレス鋼線の製造方法。
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