JP3345754B2 - 快削性オーステナイト系ステンレス鋼 - Google Patents

快削性オーステナイト系ステンレス鋼

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、オーステナイト系ステンレス鋼合金、特に
冷間加工状態において耐食性と被削性と低透磁性とを兼
ね備えた特性を有する再硫化オーステナイト系ステンレ
ス鋼合金(resulfurized austenitic stainless steel
alloy)及び同合金から作られた製品に関するものであ
る。
発明の背景 一般に、ステンレス鋼は、炭素鋼及び低合金鋼と比較
して、高い強度と加工硬化率とを有するので、炭素鋼及
び低合金鋼より機械加工するのが難しい。従って、炭素
鋼及び低合金鋼を機械加工するためというよりは公知の
ステンレス鋼を機械加工するためにより強力な機械を用
いる必要があると共に加工速度を遅くすることが必要と
なる。加えて、公知のステンレス鋼を機械加工する場合
には、機械工具の耐用寿命を屡々短縮させることとな
る。
公知のステンレス鋼の機械加工におけるそのような困
難性を克服するために、或る等級のステンレス鋼は、硫
黄,セレン,燐又は鉛のような元素を付加することによ
り改善されている。例えば、AISI Type 303ステンレス
鋼は、重量%で次のような組成を有する再硫化オーステ
ナイト系ステンレス鋼である。
重量% C 最大0.15 Mn 最大2.00 Si 最大1.00 P 最小0.20 S 最大0.15 Cr 17.0−19.0 Ni 8.0−10.0 Fe 残部 Type 303ステンレス鋼は、良好な耐食性と共に良好な被
削性及び非磁性作用とが必要とされる応用分野に有用で
あることが知られている。然しながら、特に、自動旋盤
に関するような生産型機械加工作業下においては、Type
303ステンレス鋼よりはかなり良好な被削性を有するオ
ーステナイト系鋼合金の必要性が生じている。
米国特許第4,784,828号(エッケンロッド(Eckenro
d)等に付与)は、炭素+窒素の合算量が最大0.065w/o
に制限されている再硫化Cr−Niオーステナイト系ステン
レス鋼に係るものである。その特許で提示されているデ
ーターは、その合金が、炭素と窒素の量が限定されてい
るために短期間の実験室試験で改善された被削性を発揮
するものであることを示しているようである。然しなが
ら、同特許第4,784,828号に開示されている合金は、自
動旋盤で遭遇するような生産型機械加工条件下での望ま
しい被削性よりは劣った被削性を有するものであること
が確認された。更に、同特許第4,784,828号で教示され
ているように炭素及び窒素の量が低減されたオーステナ
イト系ステンレス鋼は、冷間加工状態で好ましくない高
い透磁性を発揮するものである。
上述のことを考えると、公知のオーステナイト系ステ
ンレス鋼により発揮される透磁性及び被削性よりも優れ
た透磁性と被削性とを兼ね備えた特性を発揮するオース
テナイト系ステンレス鋼を得ることが非常に望まれてい
る。
発明の概要 公知のオーステナイト系ステンレス鋼合金に関連する
上述の問題は、本発明に依る合金によってかなりの程度
解消される。本発明に依る合金は、特に冷間加工状態に
おいて低透磁性を維持しつつ、AISI Type 303合金と比
較して改善された被削性を発揮するオーステナイト系ス
テンレス鋼である。本発明に係るオーステナイト系ステ
ンレス鋼の広範な組成範囲,中間の組成範囲及び好適な
組成範囲は、重量%にして次の通りである。
本合金の残部は、この種の市販等級の鋼中効通に見い
出される通常の不純物及び1%の数千分の一から本合金
によって発揮される所望の特性を低減されることのない
より多くの量まで許容することができる微量の添加元素
以外は実質的に鉄である。
上掲表は、便宜上概略として示したに過ぎないもので
あって、本発明に係る合金の互いに組み合わせて用いる
ための各元素の下限値及び上限値を限定するものでもな
く又互いに組み合わせてのみ用いられるための元素の範
囲を限定するものでもない。従って、一つの又はそれ以
上の元素について広範な組成の範囲を用い、残りの元素
について好適な範囲の一つ又はそれ以上の範囲を用いる
ことができる。更に、ある元素について、上記好適な範
囲の一方の最小値又は最大値のいずれか一方を用い、最
小値又は最大値のいずれか他方を上記好適な範囲の他方
の最小値又は最大のいずれか他方から用いることもでき
る。本明細書を通して用いられているパーセント(%)
は、特に明記していない限り重量パーセントを意味する
ものとする。
詳細な説明 本発明に係る合金においては、この合金の被削性に利
するために、炭素及び窒素は、夫々約0.035w/o以下、よ
り好ましくは約0.030w/o以下に限定する。炭素及び窒素
を夫々約0.025w/o以下に限定した場合に、良好な結果が
得られる。最良の被削性を確保するためには、炭素を約
0.01w/o以下に限定する。然しながら、炭素及び窒素の
量をそのように少なくすると、本合金を冷間加工した場
合に、オーステナイトミクロ組織の安定性を低減させる
と共に透磁率を増加させることとなる。
炭素及び窒素の量を限定することによってもたらされ
る透磁性に対する悪影響を相殺するために、本合金中に
は少なくともある程度の量のニッケル及び銅を存在させ
る。ニッケルと銅は、オーステナイトの生成を促進させ
本合金の被削性に利するものであるため、本合金中に存
在させる。従って、本合金中には、少なくとも約9.2w/o
のニッケル及び少なくとも約0.8w/oの銅を存在させる。
0.01w/oの又はそれ以下の炭素を存在させた場合には、
本合金は少なくとも約9.5w/oのニッケル及び少なくとも
約0.5w/oの銅を含有させるのが好ましい。
ニッケル及び(又は)銅が多過ぎると、本合金の熱間
加工性に悪影響を及ばす。その上、ニッケル及び銅の量
を多くすることによって得られる利点は、本合金中にこ
れら元素を加えることによる余分なコストに見合うもの
ではない。従って、ニッケルは、約12.0w/o以下、より
好ましくは約11.0w/o以下に限定する。ニッケルを約10.
0w/o以下に限定した場合に、最良の結果が得られる。銅
は、約2.0w/o以下、好ましくは約1.0w/o以下に限定す
る。
本発明に係る合金中においては、この合金がその特徴
である被削性及び低透磁性を兼ね備えたユニークな特性
を発揮することを確実にするために、C,N,Ni及びCuがバ
ランスされている。そのため、(%Ni+2(%Cu)−
5)/175の値を超過しないようC及びNを夫々限定した
場合に、最良の結果が得られる。
硫黄は被削性に利するという効果があるので、少なく
とも約0.15w/o、より好ましくは少なくとも約0.25w/oの
硫黄を本合金中に存在させる。然しながら、硫黄が多過
ぎると本合金の加工性にとって好ましくないので、硫黄
の含有量を好ましくは約0.45w/o以下に限定する。更
に、約0.30w/o以上の硫黄を存在させると、本合金を機
械加工して作った部品の表面仕上げの質に悪影響を及ぼ
す。従って、高い質の表面仕上げが要求される応用分野
のためには、硫黄の含有量を約0.30w/o以下に限定す
る。
被削性に利する、マンガンに富んだ硫化物(manganes
e−rich sulfide)の生成を促進させるために、少なく
とも約1.0w/oのマンガンを存在させる。マンガンの含有
量を過剰にすると、耐食性を損ねることとなるので、マ
ンガンは、約4.0w/o以下、好ましくは約2.0w/o以下に限
定する。
本合金の全体的な耐食性を向上させ、本合金が冷間加
工された時に低透磁性を維持するのに役立つようにする
ために、少なくとも約16.0w/oの、好ましくは少なくと
も約17.0w/oのクロムを本合金中に存在させる。過剰な
量のクロムが存在すると、フェライトを生成させる結果
となるので、クロムは、約20.0w/o以下、好ましくは約1
9.0w/o以下に制限する。
約1.0w/oまでの珪素を、溶融中に添加物の脱酸時から
本合金中に存在させる。珪素は、特に本合金中に存在す
る非常に低量の炭素及び窒素と相俟ってフェライトの生
成を強力に促進させるものであるため、好ましくは約0.
5w/o以下に制限する。
耐食性を向上させるために、約1.5w/oまでのモリブデ
ンを本合金中に存在させる。然しながら、モリブデンは
フェライトの生成を非常に促進させるものであるため、
モリブデンは好ましくは約0.75w/o以下に制限する。
本合金を機械加工することによって作られる部品の表
面仕上げの質を向上させるために、約0.2w/oまでの燐を
本合金中に存在させる。燐は、本合金を脆くさせ易いと
共に、工作機械の寿命という基準によって判断される本
合金の被削性に悪影響を及ぼすので、燐の量は好ましく
は約0.1w/o以下に制限する。
硫化物状態調整元素(sulfide shape control elemen
t)として被削性に有益な効果をもたらすために、約0.1
w/oまでで、好ましくは約0.05w/o以下のセレンを本合金
中に存在させることができる。
超硬切削工具での合金の被削性に有益であるカルシウ
ム−アルミニウム−ケイ酸塩(calcium−aluminum−sil
icate)の生成を促進させるために、約0.01w/oまでのカ
ルシウムを本合金中に存在させることができる。
熱間加工性に有益な効果をもたらすために、少量であ
るが有効量、約0.0005−0.01w/oのホウ素を本合金中に
存在させることができる。
本発明に係る合金の溶融,鋳造又は加工には、特別な
技術を必要としない。AOD法が引き続いて行われるアー
ク溶融法(arc melting)が好ましい溶融及び精錬法で
あるが、その他の方法を用いることもできる。更に、本
合金は、もし必要ならば、粉末冶金技術を用いて作るこ
とができる。また、本合金は連続鋳造法にも適してい
る。
本発明の合金は、広く多種の用途のための多様な形状
に形成することができ、従来の方法を用いてビレット,
バー,ロッド,ワイヤー,ストリップ,プレート又はシ
ートを形成するのに適している。
本発明に係る合金は、広範囲の用途に有用である。本
合金の優れた被削性は、部品の機械加工を必要とする応
用分野、特に自動加工装置を用いて行われる応用分野に
適している。加えて、本合金の低透磁性が、コンピュー
タ部品におけるような磁気干渉(magnetic interferenc
e)が許されない応用分野において本合金を有益なもの
とする。
実施例 本合金によって発揮されるユニークな特性を実証する
ために、表1に示した重量%の組成を有する本発明の合
金の実施例1−4を調整した。比較するために、本発明
の範囲外にある組成を有する比較ヒート(Heat)A−E
も調整した。それらの重量%の組成も同様に表1に示し
た。
合金Aは、AISI Type 303合金の典型例である。合金B
は、上述のエッケンロッド等の特許に開示された合金の
典型例で、エッケンロッド特許の表Iに示されている特
にヒートV569とは非常に相違している。合金Cは、不十
分な量の銅を含有し、従って、本発明に係る合金の範囲
外のものである。合金D及びEは、合金Aよりは多量の
ニッケルを含有していると共に本発明に係る合金の好ま
しい実施例に1つと比較して非常に低量の銅を含有して
いるType 303合金である。
実施例1−4及び比較ヒートA−Eをアルゴン被覆
(argon cover)下で溶融した複数の400 lb.ヒートか
ら調整し、7.5インチ(190.5mm)の角インゴットに鋳造
した。それらインゴットを2300F(1260℃)の温度から
圧縮して4インチ(101.6mm)の角ビレットにした。そ
れらビレットを研磨して表面の欠陥を取り除き、その両
端を切り落とした。更に、それらビレットを2350F(129
0℃)の温度から熱間圧延することによって直径0.719イ
ンチ(18.3mm)のバーに加工し、約12フィート(365.8c
m)の長さに切断した。それら丸棒を直径0.668インチ
(17.0mm)のものにして表面の欠陥を取り除き、冷間引
抜きのために先付けした。また、それら丸棒を0.5時間1
950F(1065℃)の温度で焼なましし、水で焼入れした。
それら焼なまししたバーを冷間引抜きして0.637インチ
(16.2mm)のものにして、まっすぐに伸ばし、次に、研
磨して0.625インチ(15.9mm)のものにした。
被削性を鑑定するために、実施例1−4及び比較ヒー
トA−Eを自動旋盤で試験した。第一の総形工具を用い
て187−189sfpmの速度で直径0.625インチ(15.9mm)の
バーを機械加工して、0.392インチ(10.0mm)の小さな
直径と0.545インチ(13.8mm)の大きな直径によって区
画された輪郭表面を有する部品を作った。次に、第二の
工具、即ち仕上げ総形工具を用いてその大きな直径の仕
上げをして直径0.530インチ(13.5mm)にした。その機
械加工処理によって第一の総形工具で引き起こされる漸
進的な摩耗の結果として、機械加工した部品の小さい直
径が徐々に拡大した。機械加工した部品の小さい直径が
0.003インチ(0.076mm)拡大したことが観察された時
に、試験を終了した。非常に多数の部品を機械加工した
時に、参考資料と比較して被削性が向上していることが
実証された。
その被削性試験の結果を機械加工した部品の数(No.o
f Parts)として表2に示した。試験をした各組成のニ
ッケル,銅,炭素及び窒素の重量%を便宜上の参考まで
に表2に示した。冷間引抜きしたバーの表面のところで
セヴァーンゲージ(Severn Gage)によって測定される
組成の透磁率(μ)の範囲限度も表2に示した。実施例
3及び4の重量%組成はヒートD及びEの重量%組成と
実質的に同じであるので、それらの実施例/ヒートの試
験結果は実施例又はヒートの数よりはむしろ科学的作用
によって分類される。
表2のデータは、ヒートA−Eと比較して実施例1−
4が優れた被削性を有するものであることを示してい
る。更に、表2のデータは、実施例1−4がヒートAに
よって例示されるType 303合金の公称組成の特徴である
望ましい低透磁性をも発揮するものであることを明らか
に示している。要約すると、表2のデータは、本発明に
係る合金によって、被削性と低透磁性とを兼ね備えたユ
ニークな特性が発揮されるものであることを証明してい
る。
本明細書中で使用した用語及び表現は、単に説明のた
めにのみ用いたに過ぎないものであって本発明の内容を
何ら限定するものではない。そのような用語及び表現を
用いたからといって、そのことに、上述した本発明の形
態と均等なもの又はその一部を排除する意図はない。然
しながら、権利が請求されている本発明の範囲内で種々
の変更を加えることが可能であることは明らかである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シーオドール コサ アメリカ合衆国,ペンシルベニア州 19607,リーディング,オーク モント コート 171 (72)発明者 ジョン エイチ.メイジー ジュニア アメリカ合衆国,ペンシルベニア州 19606,リーディング,ローミグ アベ ニュー 3913 (72)発明者 ジェームス ダブリュー.マーチン アメリカ合衆国,ペンシルベニア州 19608,シンキング スプリング,マリ エ ドライブ 11 (72)発明者 ロナルド ピー.ニー シニア アメリカ合衆国,ペンシルベニア州 19607,リーディング,コービット ド ライブ 786 (56)参考文献 特開 昭53−26215(JP,A) 特開 昭60−152661(JP,A) 米国特許4444588(US,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22C 38/00 302 C22C 38/58

Claims (17)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】優れた被削性と1.2未満の透磁率(μ)を
    有するオーステナイト系ステンレス鋼合金であって、重
    量%で示すと、 C 最大0.030 Mn 1.0−2.0 Si 最大1.0 P 最大0.2 S 0.15−0.45 Cr 16.0−20.0 Ni 9.2−12.0 Mo 最大1.5 Cu 0.79−1.0 N 最大0.035 Se 0−0.1 及び残量の鉄と通常の不純物を含有するオーステナイト
    系ステンレス鋼合金。
  2. 【請求項2】0.030重量%以下の窒素を含有することを
    特徴とする請求項1に記載の合金。
  3. 【請求項3】0.025重量%以下の炭素を含有することを
    特徴とする請求項1に記載の合金。
  4. 【請求項4】0.02重量%以下の炭素を含有することを特
    徴とする請求項1に記載の合金。
  5. 【請求項5】11.0重量%以下のニッケルを含有すること
    を特徴とする請求項1に記載の合金。
  6. 【請求項6】重量%で示すと N 最大0.030 P 最大0.1 Cr 17.0−19.0 Ni 9.2−11.0 Mo 最大0.75 Se 0−0.05 を含有する請求項1に記載の合金。
  7. 【請求項7】0.025重量%以下の炭素と0.025重量%以下
    の窒素を含有することを特徴とする請求項6に記載の合
    金。
  8. 【請求項8】0.02重量%以下の炭素を含有することを特
    徴とする請求項6に記載の合金。
  9. 【請求項9】最大10.0重量%のニッケルを含有すること
    を特徴とする請求項6に記載の合金。
  10. 【請求項10】0.025重量%以下の炭素と、0.025重量%
    以下の窒素と、少なくとも0.25重量%の硫黄と、10.0重
    量%以下のニッケルとを含有することを特徴とする請求
    項6に記載の合金。
  11. 【請求項11】0.02重量%以下の炭素を含有することを
    特徴とする請求項10に記載の合金。
  12. 【請求項12】少なくとも9.5重量%のニッケルを含有
    することを特徴とする請求項10に記載の合金。
  13. 【請求項13】優れた被削性と1.2未満の透磁率(μ)
    を有するオーステナイト系ステンレス鋼合金であって、
    重量%で示すと、 C 最大0.01 Mn 1.0−2.0 Si 最大0.5 P 最大0.1 S 0.25−0.45 Cr 17.0−19.0 Ni 9.5−12.0 Mo 最大0.75 Cu 0.46−1.0 N 最大0.035 Se 0−0.05 及び残量の鉄と通常の不純物を含有するオーステナイト
    系ステンレス鋼合金。
  14. 【請求項14】0.030重量%以下の窒素を含有すること
    を特徴とする請求項13に記載の合金。
  15. 【請求項15】0.025重量%以下の窒素を含有すること
    を特徴とする請求項14に記載の合金。
  16. 【請求項16】10.0重量%以下のニッケルを含有するこ
    とを特徴とする請求項13に記載の合金。
  17. 【請求項17】少なくとも0.8重量%の銅を含有するこ
    とを特徴とする請求項13に記載の合金。
JP50443496A 1994-07-07 1995-07-07 快削性オーステナイト系ステンレス鋼 Expired - Lifetime JP3345754B2 (ja)

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