JP3312401B2 - カルシウム快削ステンレス鋼 - Google Patents

カルシウム快削ステンレス鋼

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はカルシウム快削ステンレ
ス鋼の改良に関し、被削性の向上と耐食性の維持をあわ
せ実現したステンレス鋼を提供する。
【0002】
【従来の技術】鋼の被削性を改善するためSやTeを添
加すると耐食性が低下するので、耐食性をあまり下げず
に被削性を改善する手段として、適量のCaを添加する
ことが行なわれている。Caは低融点の酸化物系介在物
を形成し、これが切削工具に対する潤滑作用をするとい
うのが、被削性改善の主要な機構である。
【0003】ところが、ステンレス鋼においては、Ca
の添加による被削性改善の効果は、あまり高いとはいえ
ない。Caの酸化物系介在物のうち、比較的低融点であ
って被削性の向上に有用なものは、アノルサイトCaO
・Al・2SiOである(1400〜1600
℃の温度領域で工具への潤滑作用をする)が、ステンレ
ス鋼には多量のCrが存在し、これがアノルサイトの生
成を妨げるからと考えられる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ステ
ンレス鋼にCaを添加し、その耐食性の低下を防いで被
削性改善の効果を挙げた、カルシウム快削ステンレス鋼
を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明に従うカルシウム
快削ステンレス鋼の第一の態様は、Cr:10〜30%
(重量%、以下同じ)を含有し残部がFeおよび不純物
からなる合金に、Ca:10〜100ppm およびAl:
50〜150ppm を添加するとともにO含有量を72〜
150ppm に規制し、原子比でCa/O≧0.5および
Al/O≧0.5の条件をみたすことによって、酸化物
系介在物の少なくとも20%をゲーレナイト2CaO・
Al・SiOが占めるようにしたことを特徴と
する。
【0006】本発明に従うカルシウム快削ステンレス鋼
の第二の態様は、Cr:10〜30%およびNi:6〜
20%を含有し、残部がFeおよび不純物からなる合金
に、Ca:10〜100ppm およびAl:50〜150
ppm を添加するとともにO含有量を50〜150ppm に
規制し、原子比でCa/O≧0.5およびAl/O≧
0.5の条件をみたすことによって、酸化物系介在物の
少なくとも20%を、ゲーレナイト2CaO・Al
・SiOが占めるようにしたことを特徴とする。
【0007】本発明に従うカルシウム快削ステンレス鋼
の第三の態様は、Cr:10〜30%、Ni:6〜20
%、ならびに、Mo:5.0%以下、Cu:5.0%以
下およびN:0.5%以下の1種または2種以上を含有
し、残部がFeおよび不純物からなる合金に、Ca:1
0〜100ppm およびAl:50〜150ppm を添加す
るとともにO含有量を50〜150ppm に規制し、原子
比でCa/O≧0.5およびAl/O≧0.5の条件を
みたすことによって、酸化物系介在物の少なくとも20
%をゲーレナイト2CaO・Al・SiOが占
めるようにしたことを特徴とする。
【0008】第一の態様に含まれる鋼の基礎となる鋼種
は、たとえばJISのSUS403,410,430等
のマルテンサイト系、フェライト系のステンレス鋼であ
る。第二の態様に含まれる鋼の基礎となる鋼種として
は、JISのSUS201,304,303等のオース
テナイト系ステンレス鋼がある。第三の態様に含まれる
鋼の基礎となるものの実例を挙げれば、JISのSUS
316,317等の二相ステンレス鋼である。
【0009】
【作用】上記の各ステンレス鋼において添加する元素の
役割と、組成範囲の限定理由とは、ステンレス鋼の技術
分野において既知である。すなわち、Cr:10〜30
%は、ステンレスといえる耐食性を得るために必要な存
在である。Ni:6〜20%もまた、ステンレスとして
の耐食性を高め、強度、靭性そのほか所望の物性を得る
ための成分である。Mo:5%以下は、焼入性の向上お
よび受動態の安定化のために加える。Cu:5%以下
は、耐食性の向上を目的として添加する。また、N:
0.5%以下は、オーステナイト相の安定化、窒化物の
形成による結晶粒の微細化、溶体化処理後の時効析出硬
化による強度の上昇などを意図した添加である。
【0010】Caの添加によりゲーレナイト2CaO・
Al・SiOを生成させるためには、前記した
ように、Ca:10〜100ppmおよびAl:50〜1
50ppmを添加し、かつ、O含有量を、第一の態様にお
いては72〜150ppmに規制し、第二および第三の態
様においては50〜150ppmに規制し、さらに、原子
比で、Ca/O≧0.5およびAl/O≧0.5の条件
をみたす必要がある。その理由は、図1に示したよう
に、ゲーレナイトの生成する領域が、Ca/OおよびA
l/Oがともに0.5以上であるところに存在すること
にある。
【0011】Ca/O≧0.5およびAl/O≧0.5
に加えて、Ca/OとAl/Oとの関係が、図1に示し
た2本の直線に挟まれた領域内に入ること、すなわち0.
7(Al/O)≦(Ca/O)≦1.5(Al/O)+0.25
であることが好ましい。この条件がみたされれば、Ca
を含む酸化物系介在物の大部分がゲーレナイトとして存
在するからである。しかし、酸化物系介在物の20%以
上をゲーレナイトが占めていれば、所期の工具潤滑作用
が得られる。
【0012】ここで「原子比」とは、合金中のCa原子
の数とO原子の数、およびAl原子の数とO原子の数の
比を意味する。各原子の数は、重量%で表された含有量
を、それぞれの元素の質量数の概数である40、16お
よび27で除して得ることができる。
【0013】酸化物系介在物による被削性改善において
は、工具寿命が最長となるような最適酸化物融点Q
存在し、Q=1.67Q(Qは切削温度)であら
わされることが知られている。切削温度は切削速度によ
り左右され、たとえばSUS304において切削速度1
00m/minとすると、切削温度Qは900℃内外とな
り、上記のQは1500℃程度となる。ゲーレナイト
は、1400〜1600℃において溶融粘度が工具潤滑
作用に好適なものとなる。
【0014】
【実施例】AOD法によりSUS304を溶製した。脱
炭およびクロム還元ののちスラグを除去し、改めてC/
S=3.0の強塩基性スラグを用いてスラグ脱酸を行な
った。次に、とりべに出鋼時にAl添加、続いてCa添
加を行なって、成分を調整した。Caの添加には、Ca
−Siワイヤフィーダーを用いた。
【0015】比較のため、SUS304にAlだけ添加
したもの、およびCaだけ添加したものも溶製した。実
施例および比較例の合計5種の試料において、酸化物系
介在物に関係する成分の含有量(ppm)は、表1に示すと
おりである。
【0016】
【表1】
【0017】上記の各試料を切断し、その断面にあらわ
れた酸化物系介在物を、EPMAにより分析した。それ
ら介在物の構成成分の割合を表2に示す。この表で,
であらわしたデータは、介在物が2種の酸化物系の複
合体から成る場合について、それぞれの組成を併記した
ものである。
【0018】
【表2】
【0019】被削性を調べるため、各試料を旋削および
ドリル穿孔し、工具摩耗(切削時間30分間)およびド
リル寿命(切削速度15m/min)によって評価した。結
果を、表3に示す。
【0020】耐食性については、各試料の試験片に対し
て表4に掲げる試験を行なって、発錆の度合および腐食
減食を調べた。評価は、つぎのように行なった。 湿潤試験・塩水噴霧試験:発錆量 A−AB−B−C−D なし 若干あり 全面的 腐食試験:減量g/m2・hr 0.1〜1.0 1.0〜10 10〜100 A B C
【0021】
【表3】
【0022】
【表4】
【0023】
【発明の効果】本発明により、ステンレス鋼の被削性の
向上と耐食性の維持という、従来は困難と考えられてい
た課題を一挙に解決することができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明において意図する鋼中の酸化物系介在
物ゲーレナイトが生成するための、Al/OとCa/O
との条件を示すグラフ。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Cr:10〜30%(重量%、以下同
    じ)を含有し、残部がFeおよび不純物からなる合金
    に、Ca:10〜100ppmおよびAl:50〜150p
    pmを添加するとともにO含有量を72〜150ppmに規
    制し、原子比でCa/O≧0.5およびAl/O≧0.
    5の条件をみたすことによって、酸化物系介在物の少な
    くとも20%をゲーレナイト2CaO・Al・S
    iOが占めるようにしたことを特徴とするカルシウム
    快削ステンレス鋼。
  2. 【請求項2】 Cr:10〜30%およびNi:6〜2
    0%を含有し、残部がFeおよび不純物からなる合金
    に、Ca:10〜100ppmおよびAl:50〜150p
    pmを添加するとともにO含有量を50〜150ppmに規
    制し、原子比でCa/O≧0.5およびAl/O≧0.
    5の条件をみたすことによって、酸化物系介在物の少な
    くとも20%をゲーレナイト2CaO・Al・S
    iOが占めるようにしたことを特徴とするカルシウム
    快削ステンレス鋼。
  3. 【請求項3】 Cr:10〜30%およびNi:6〜2
    0%、ならびに、Mo:5.0%以下,Cu:5.0%
    以下およびN:0.5%以下の1種または2種以上を含
    有し、残部がFeおよび不純物からなる合金に、Ca:
    10〜100ppmおよびAl:50〜150ppmを添加す
    るとともにO含有量を50〜150ppmに規制し、原子
    比でCa/O≧0.5およびAl/O≧0.5の条件を
    みたすことによって、酸化物系介在物の少なくとも20
    %をゲーレナイト2CaO・Al・SiOが占
    めるようにしたことを特徴とするカルシウム快削ステン
    レス鋼。
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