JP3703008B2 - 快削ステンレス鋼 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、快削ステンレス鋼に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＯＡ機器や精密機械部品等には、ＳＵＳ４３０ＦやＳＵＳ３０３に代表されるＳを添加した快削ステンレス鋼のみならず、Ｐｂ，Ｔｅ等のいわゆる快削元素を複合添加して被削性改善を図った快削鋼が使用されてきた。しかしより一層の被削性に優れた快削ステンレス鋼のニーズは極めて強い。近年では、機器の小型化、高精密化に対応すべく、被削性の要求レベルが厳しくなっている。特に、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）等の精密機器部品用材として多用されている快削ステンレス鋼には、ステンレス鋼本来の耐食性に優れていること、切削加工表面の美麗さや寸法精度を満足する被削性を有していること、快削鋼中の硫化物が空気中の水分と反応して発生する硫化水素ガス（アウトガス）が少ないことが求められている。
【０００３】
これまでアウトガス対策として特開平１０−４６２９２号公報等に開示されているように、低Ｍｎ化した快削ステンレス鋼が発明されている。しかし、低Ｍｎ化した快削鋼は、Ｍｎ含有量が１％前後と高い従来の快削鋼と比較して被削性が大幅に劣るという問題がある。これは低Ｍｎ化により硫化物がＭｎＳから（Ｃｒ，Ｍｎ）Ｓに組成変化する結果、硫化物硬さが上昇し、かつ熱間延伸性に富むようになり、被削性改善効果が薄れるためである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
高Ｍｎの従来のＳ快削鋼の被削性改善方法として、硫化物（ＭｎＳ）の形態制御を目的に、ＳｅやＴｅを添加することが知られている。しかし、低Ｍｎ化により硫化物（Ｃｒ，Ｍｎ）Ｓが生成した場合のＳｅやＴｅの効果を明らかにした従来知見はなかった。コンピュターＨＤＤ部品のように、耐食性、硫化水素アウトガス特性が優れ、高い被削性が要求される部品に対して用いられてきた上記特開平１０−４６２９２号公報では、近年の精密機器の小型高性能化に伴い厳しくなる部品の加工寸法精度を満足することが困難になりつつあり、一層の高被削性が求められている。本発明では、低ＭｎのＳ快削鋼におけるＳｅおよびＴｅの効果を明らかにし、これらを利用して大幅に被削鋼を改善した快削ステンレス鋼を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述したような問題を解消するべく、発明者らは鋭意開発を進めた結果、Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅを最適なバランスで同時に複合添加することにより介在物組成を制御した結果、介在物の形状と硬さを切削加工時の工具摩耗制御に好適なものにできることを見出したものである。その発明の要旨とするところは、
（１）質量％で、Ｃ：０．５０％以下、Ｓｉ：０．０５〜２．００％、Ｍｎ：０．０５〜１．００％、Ｓ：０．０５〜０．５０％、Ｓｅ：０．０２〜０．２０％、Ｔｅ：０．０１〜０．１０％、Ｃｒ：１０．００〜３０．００％、かつ、Ｍｎ／Ｓ比：２以下、Ｓｅ／Ｓ比：０．２以上、Ｔｅ／Ｓ比：０．０４以上の成分比を満たし、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる快削ステンレス鋼。
【０００６】
（２）質量％で、Ｏ：０．００５〜０．０４０％を含有することを特徴とする前記（１）に記載の快削ステンレス鋼。
（３）質量％で、Ａｌ：０．０００１〜０．０２０％、Ｃａ：０．０００５〜０．０１０％、Ｍｇ：０．０００５〜０．０１０％のうちの１種または２種以上を含有することを特徴とする前記（１）または（２）に記載の快削ステンレス鋼。
（４）質量％で、Ｍｏ：３．００％以下を含有することを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれか１項に記載の快削ステンレス鋼。
【０００７】
（５）質量％で、Ｎｉ：２０．００％以下、Ｃｕ：４．００％以下のうちの１種または２種を含有することを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれか１項に記載の快削ステンレス鋼。
（６）質量％で、Ｐｂ：０．０３〜０．３０％、Ｂｉ：０．０３〜０．３０％のうちの１種または２種を含有することを特徴とする前記（１）〜（５）のいずれか１項に記載の快削ステンレス鋼。
【０００８】
（７）質量％で、Ｔｉ：０．０２〜１．００％、Ｎｂ：０．０２〜１．００％、Ｖ：０．０２〜１．００％、Ｗ：０．０２〜１．００％のうちの１種または２種以上を含有することを特徴とする前記（１）〜（６）のいずれか１項に記載の快削ステンレス鋼。
（８）質量％で、Ｎ：０．００５〜０．１０％、Ｂ：０．００１〜０．０１０％のうちの１種または２種を含有することを特徴とする前記（１）〜（７）のいずれか１項に記載の快削ステンレス鋼にある。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る成分組成の限定理由について説明する。
Ｃ：０．５０％以下
Ｃは、強度を上げるに必要な元素である。しかし、０．５０％を超えると耐食性と靱性を劣化させるので、その上限を０．５０％とした。
Ｓｉ：０．０５〜２．００％
Ｓｉは、脱酸元素として有用な元素であるが、しかし、多いと焼なまし硬さが上昇するので、その範囲を０．０５〜２．００％とした。
【００１０】
Ｍｎ：０．０５〜１．００％
Ｍｎは、Ｓｉと同様に脱酸元素であり、硫化物系介在物の組成制御に有用である。しかし、０．０５％未満ではその効果を達成できず、また、多過ぎてもその効果は飽和に達し、その範囲を０．０５〜１．００％とした。
Ｓ：０．０５〜０．５０％
Ｓは、快削元素である。しかし、０．０５％未満ではその効果が得られず、多いと熱間加工性を悪化させるので、その範囲を０．０５〜０．５０％とした。
【００１１】
Ｓｅ：０．０２〜０．２０％
Ｓｅは、Ｓと同様に快削元素である。しかし、０．０２％未満ではその効果が得られず、多いと熱間加工性を悪化させるので、その範囲を０．０２〜０．２０％とした。
Ｔｅ：０．０１〜０．１０％
Ｔｅは、Ｓと同様に快削元素である。しかし、０．０１％未満ではその効果が得られず、多いと熱間加工性を悪化させるので、その範囲を０．０１〜０．１０％とした。
【００１２】
Ｃｒ：１０．００〜３０．００％
Ｃｒは、耐食性を向上させる基本元素である。しかし、１０．００％未満では効果が少なく、多いと被削性を悪化させ、かつ脆化しやすくなるので、その範囲を１０．００〜３０．００％とした。
Ｏ：０．００５〜０．０４０％
Ｏは、硫化物系介在物の熱間変形能を下げ被削性を改善させる。しかし、多いと不要な酸化物が増加するので、その範囲を０．００５〜０．０４０％とした。
【００１３】
Ａｌ：０．０００１〜０．０２０％
Ａｌは、強力な脱酸元素であり、酸化物組成制御に有効である。しかし、０．０００１％未満ではその効果は少なく、多いと硬質酸化物が被削性を悪化させる。従って、その範囲を０．０００１〜０．０２０％とした。
Ｃａ：０．０００５〜０．０１０％
Ｃａは、強力な脱酸元素であり、酸化物組成制御に有効である。しかし、０．０００５％未満ではその効果は少なく、０．０１０％を超える添加は困難である。従って、その範囲を０．０００５〜０．０１０％とした。
【００１４】
Ｍｇ：０．０００５〜０．０１０％
Ｍｇは、強力な脱酸元素であり、酸化物組成制御に有効である。しかし、０．０００５％未満ではその効果は少なく、多いと硬質非延性酸化物が被削性を悪化させる。従って、その範囲を０．０００５〜０．０１０％とした。
Ｍｏ：３．００％以下
Ｍｏは、耐食性を向上させる元素である。しかし、多いと脆化しやすく、しかも高価であるので、その上限を３．００％とした。
【００１５】
Ｎｉ：２０．００％以下
Ｎｉは、耐食性を向上させる元素であり、また、オーステナイト相の安定化させる。しかし、多いと延性を増し被削性を悪化させる。従って、その上限を２０．００％とした。
Ｃｕ：４．００％以下
Ｃｕは、冷間加工性を改善する元素であり、また、オーステナイト相の安定化させる。しかし、多いと熱間加工性を悪化させる。従って、その上限を４．００％とした。
【００１６】
Ｐｂ：０．０３〜０．３０％
Ｐｂは、快削元素である。しかし、０．０３％未満ではその効果が得られず、多過ぎても快削性が飽和すると共に、熱間加工性が悪化することから、その範囲を０．０３〜０．３０％とした。
Ｂｉ：０．０３〜０．３０％
Ｂｉは、Ｐｂと同様に、快削元素である。しかし、０．０３％未満ではその効果が得られず、多過ぎても快削性が飽和すると共に、熱間加工性が悪化することから、その範囲を０．０３〜０．３０％とした。
【００１７】
Ｔｉ：０．０２〜１．００％
Ｔｉは、炭窒化物生成により耐食性を向上させる。しかし、多いとその効果が飽和することから、その範囲を０．０２〜１．００％とした。
Ｎｂ：０．０２〜１．００％
Ｎｂは、Ｔｉと同様に、炭窒化物生成により耐食性を向上させる。しかし、多いとその効果が飽和することから、その範囲を０．０２〜１．００％とした。
【００１８】
Ｖ：０．０２〜１．００％
Ｖは、Ｔｉと同様に、炭窒化物生成により耐食性を向上させる。しかし、多いとその効果が飽和することから、その範囲を０．０２〜１．００％とした。
Ｗ：０．０２〜１．００％
Ｗは、Ｔｉと同様に、炭窒化物生成により耐食性を向上させる。しかし、多いとその効果が飽和することから、その範囲を０．０２〜１．００％とした。
【００１９】
Ｎ：０．００５〜０．１０％
Ｎは、強度上昇に役立つ元素である。しかし、多いと靱性を悪化させるので、その範囲を０．００５〜０．１０％とした。
Ｂ：０．００１〜０．０１０％
Ｂは、熱間加工性を向上させる元素である。しかし、多いと逆に熱間加工性が悪化することから、その範囲を０．００１〜０．０１０％とした。
【００２０】
次に、本発明の特徴とするＳｅとＴｅを特に一定の割合で複合添加したときの効果について説明する。一般的に、硫化物系介在物（Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅのいずれか、あるいは数種を含有する介在物）は、切削加工時に応力集中源となって働き脆化させることで被削性を改善し、中でもサイズが大きく、また球状の介在物であるほど被削性への寄与が大きいとされている。ＳｅおよびＴｅの添加量を変化させた鋼種の介在物を詳細に調査した結果、Ｔｅは従来から知られているように介在物の延伸を抑制し、球状あるいは紡錘状に保ち、加えてＳｅを添加すると介在物サイズの大型化、および介在物延伸の抑制傾向がわずかに認められた。
【００２１】
さらに、Ｓｅは介在物硬さを上昇させる傾向もみられた。Ｓｅ添加で硬さが増した介在物は、切削加工時に受ける剪断応力下で、介在物自体が破壊し、すべりの助長および亀裂の発生と伝播を容易にする様子が見られたため、介在物硬さの上昇も被削性改善に効果があるのではないかと推察される。このように、ＳｅやＴｅの添加により変化する硫化物系介在物の諸性質が、被削性を改善していると考えられる。
【００２２】
また、硫化物系介在物の組織、硬さおよび大きさに及ぼすＳｅとＴｅ添加量の影響について、以下のような傾向がある。Ｓｅの場合、介在物組織は、Ｓｅ／Ｓ比の増加に伴いＳｅ濃度も一様に増加する。介在物硬さは、Ｓｅ／Ｓ比増加に伴い上昇し、その後一定となり、介在物大きさは、Ｓｅ／Ｓ比が増加すると一様に大きくなる傾向がある。また、介在物延伸性（アスペクト比：介在物の長径長さ／短径長さで評価）は、Ｓｅ／Ｓ比の増加により緩やかに低下する。Ｔｅの場合、Ｔｅ／Ｓ比の増加とともに介在物中のＴｅ濃度が増加してＴｅ／Ｓ比が０．１前後で飽和し、Ｔｅによる介在物延伸抑制効果もＴｅ／Ｓ比が０．１前後まで、この比の上昇に伴って増す。介在物硬さは、わずかに上昇する傾向があるが変化は小さくほぼ一定である。
【００２３】
ＳｅおよびＴｅの有効な添加量はＳとの比で決められ、Ｓｅ／Ｓ比は０．２以上（好適な介在物硬さを得るため、および延伸抑制のため）、Ｔｅ／Ｓ比は０．０４以上（介在物延伸抑制のため）必要である。このようにＳｅとＴｅの効果があいまって初めて好適な介在物が生成し、被削性を著しく改善する効果を奏するものである。また、快削鋼の硫化水素アウトガスは、従来より、Ｍｎ／Ｓ比の低下による硫化物系介在物の高Ｃｒ化に伴って抑制されることが知られていたが、硫化物系介在物にＳｅやＴｅが固溶するＳ−Ｓｅ−Ｔｅ快削鋼においても同様にＭｎ／Ｓ比によりアウトガス特性が決定されることが分かった。耐食性においても同様である。
【００２４】
Ｍｎ／Ｓ比：２以下
ＳｅやＴｅの添加により硫化物は（Ｃｒ，Ｍｎ）（Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅ）組成になるが、この場合でも材料の耐食性、アウトガス特性（硫化水素発生量）はＭｎ／Ｓ比で決定される。Ｍｎ／Ｓ比が低いほどこれらの特性は向上するが、Ｍｎ／Ｓ比が２以下であれば実際上工業的な使用に耐えうる場合が多い。
Ｓｅ／Ｓ比：０．２以上
Ｓｅ／Ｓ比の増加に伴って硫化物系介在物中のＳｅ濃度は増加する。Ｓｅ含有硫化物系介在物は、切削加工時に破壊して亀裂の発生・伝播を容易にするとともに剪断変形をしやすくする。Ｓｅ／Ｓ比が０．２以上で有効である。
【００２５】
Ｔｅ／Ｓ比：０．０４以上
Ｔｅ／Ｓ比の増加に伴って硫化物系介在物中のＴｅ濃度は増加し、これに伴って硫化物系介在物が形態制御され被削性が改善しＴｅ／Ｓ比が０．０４以上で効果が顕著である。ただしＴｅ／Ｓ比が０．１でＴｅ濃度が飽和するまで被削性改善効果は持続するので、望ましくは０．１以上である。
【００２６】
【実施例】
以下、本発明について実施例をもって具体的に説明する。
真空誘導炉で１００ｋｇ鋼塊を溶製し、表１に示す化学成分を有する鋼を所定の寸法の棒鋼に鍛伸した後、熱処理を行った。すなわち、表１に示すＮｏ．１〜１８はフェライト系ステンレス鋼であり、焼なましを行い、また、Ｎｏ．１９〜２３はマルテンサイト系であり、介在物形状と被削性調査は焼なまし、アウトガス試験、耐食性試験は焼入焼戻しを行い、Ｎｏ．２４〜２９はオーステナイト系であり、固溶化熱処理を行った。その結果を表２に示す。
【００２７】
表２における、（１）硫化物系介在物形状は、φ２０ｍｍ棒鋼の鍛伸方向に平行な面の硫化物系介在物の形状を画像解析装置にて測定した。解析項目は介在物大きさ分布と介在物アスペクト比（長／短径）とした。
（２）被削性については、φ６０ｍｍ棒鋼の長手方向に超硬工具を用い旋削し（周速２００ｍ／ｍｉｎ、切込み１．０ｍｍ、送り０．２ｍｍ／ｒｅｖ、切削油なし）、１０ｍｉｎ旋削後の逃げ面およびすくい面の工具摩耗を測定した。さらに、仕上切削性評価として、φ２４ｍｍ棒鋼の端面をサーメット工具を用いて切削し（周速１５０ｍ／ｍｉｎ、切込み０．０４ｍｍ、送り０．０３ｍｍ／ｒｅｖ、切削油剤使用）、２００ｍｍ切削後の被削材の仕上面の表面粗さ、ムシレの有無から仕上切削性の良否を評価した。
【００２８】
（３）硫化水素アウトガス特性としては、φ１２ｍｍ×Ｌ２１ｍｍの棒状試験片を８０℃の飽和水蒸気下にＡｇ板と共に２０ｈ封入し、Ａｇ板の変色度により硫化水素発生量の多寡を評価した。すなわち、硫化水素アウトガスが多くなるのに従って、Ａｇ板が白色から褐色に変化する。
（４）耐食性については、φ１２ｍｍ×Ｌ２１ｍｍの棒状試験片について、９０％ＲＨで（２０←→７０）℃×２０回のサイクル中に放置し、表面の発銹状態を調査した。
【００２９】
【表１】
【００３０】
【表２】
【００３１】
表２に示すように、Ｎｏ．１〜１４とＮｏ．１５〜１８はフェライト系ステンレス鋼、Ｎｏ．１９〜２３はマルテンサイト系ステンレス鋼、Ｎｏ．２４〜２９はオーステナイト系ステンレス鋼の例である。Ｎｏ．１〜９、Ｎｏ．１５〜１６（フェライト系）、Ｎｏ．１９〜２１（マルテンサイト系）、Ｎｏ．２４〜２７（オーステナイト系）は本発明例であり、被削性、硫化水素アウトガス特性、耐食性を兼ね備えた従来にない優れた材料である。
【００３２】
比較例である、Ｎｏ．１０はＳＵＳ４３０であり、快削鋼でないため特に被削性が悪い。Ｎｏ．１１はＳＵＳ４３０Ｆであり、被削性は良好だがアウトガス特性、耐食性が悪い。Ｎｏ．１２は高ＭｎでＭｎ／Ｓ比が大きいためアウトガス特性、耐食性が悪い。Ｎｏ．１３はＳｅ量が少なく、発明鋼と比べて介在物がやや小さ目であり、被削性が劣っている。Ｎｏ．１４はＴｅ量が少なく、アスペクト比が大きく被削性がやや劣っている。Ｎｏ．１７、１８はそれぞれＳｅ、Ｔｅを全く含まず、被削性が悪い。Ｎｏ．２２はＳｅ、Ｔｅを両方とも含まない場合で、介在物形態制御がされていないため被削性が悪い。Ｎｏ．２３は高Ｍｎ／Ｓ比のためアウトガス特性、耐食性が悪い。Ｎｏ．２８は従来鋼のＳＵＳ３０３であり、Ｎｏ．１１と同様に被削性は良好だがアウトガス性、耐食性が悪い。Ｎｏ．２９は低Ｔｅの場合で、介在物形態制御が不十分で被削性が劣る。
【００３３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によるＳ、Ｓｅ、Ｔｅを適度なバランスで同時に添加することにより介在物組成を制御し、これにより介在物の形態と硬さを好適なものとすることができ、切削部品の要求精度アップに対して、従来より格段に被削性が優れた材料を提供することが可能となった。
【発明の属する技術分野】
本発明は、快削ステンレス鋼に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＯＡ機器や精密機械部品等には、ＳＵＳ４３０ＦやＳＵＳ３０３に代表されるＳを添加した快削ステンレス鋼のみならず、Ｐｂ，Ｔｅ等のいわゆる快削元素を複合添加して被削性改善を図った快削鋼が使用されてきた。しかしより一層の被削性に優れた快削ステンレス鋼のニーズは極めて強い。近年では、機器の小型化、高精密化に対応すべく、被削性の要求レベルが厳しくなっている。特に、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）等の精密機器部品用材として多用されている快削ステンレス鋼には、ステンレス鋼本来の耐食性に優れていること、切削加工表面の美麗さや寸法精度を満足する被削性を有していること、快削鋼中の硫化物が空気中の水分と反応して発生する硫化水素ガス（アウトガス）が少ないことが求められている。
【０００３】
これまでアウトガス対策として特開平１０−４６２９２号公報等に開示されているように、低Ｍｎ化した快削ステンレス鋼が発明されている。しかし、低Ｍｎ化した快削鋼は、Ｍｎ含有量が１％前後と高い従来の快削鋼と比較して被削性が大幅に劣るという問題がある。これは低Ｍｎ化により硫化物がＭｎＳから（Ｃｒ，Ｍｎ）Ｓに組成変化する結果、硫化物硬さが上昇し、かつ熱間延伸性に富むようになり、被削性改善効果が薄れるためである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
高Ｍｎの従来のＳ快削鋼の被削性改善方法として、硫化物（ＭｎＳ）の形態制御を目的に、ＳｅやＴｅを添加することが知られている。しかし、低Ｍｎ化により硫化物（Ｃｒ，Ｍｎ）Ｓが生成した場合のＳｅやＴｅの効果を明らかにした従来知見はなかった。コンピュターＨＤＤ部品のように、耐食性、硫化水素アウトガス特性が優れ、高い被削性が要求される部品に対して用いられてきた上記特開平１０−４６２９２号公報では、近年の精密機器の小型高性能化に伴い厳しくなる部品の加工寸法精度を満足することが困難になりつつあり、一層の高被削性が求められている。本発明では、低ＭｎのＳ快削鋼におけるＳｅおよびＴｅの効果を明らかにし、これらを利用して大幅に被削鋼を改善した快削ステンレス鋼を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述したような問題を解消するべく、発明者らは鋭意開発を進めた結果、Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅを最適なバランスで同時に複合添加することにより介在物組成を制御した結果、介在物の形状と硬さを切削加工時の工具摩耗制御に好適なものにできることを見出したものである。その発明の要旨とするところは、
（１）質量％で、Ｃ：０．５０％以下、Ｓｉ：０．０５〜２．００％、Ｍｎ：０．０５〜１．００％、Ｓ：０．０５〜０．５０％、Ｓｅ：０．０２〜０．２０％、Ｔｅ：０．０１〜０．１０％、Ｃｒ：１０．００〜３０．００％、かつ、Ｍｎ／Ｓ比：２以下、Ｓｅ／Ｓ比：０．２以上、Ｔｅ／Ｓ比：０．０４以上の成分比を満たし、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる快削ステンレス鋼。
【０００６】
（２）質量％で、Ｏ：０．００５〜０．０４０％を含有することを特徴とする前記（１）に記載の快削ステンレス鋼。
（３）質量％で、Ａｌ：０．０００１〜０．０２０％、Ｃａ：０．０００５〜０．０１０％、Ｍｇ：０．０００５〜０．０１０％のうちの１種または２種以上を含有することを特徴とする前記（１）または（２）に記載の快削ステンレス鋼。
（４）質量％で、Ｍｏ：３．００％以下を含有することを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれか１項に記載の快削ステンレス鋼。
【０００７】
（５）質量％で、Ｎｉ：２０．００％以下、Ｃｕ：４．００％以下のうちの１種または２種を含有することを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれか１項に記載の快削ステンレス鋼。
（６）質量％で、Ｐｂ：０．０３〜０．３０％、Ｂｉ：０．０３〜０．３０％のうちの１種または２種を含有することを特徴とする前記（１）〜（５）のいずれか１項に記載の快削ステンレス鋼。
【０００８】
（７）質量％で、Ｔｉ：０．０２〜１．００％、Ｎｂ：０．０２〜１．００％、Ｖ：０．０２〜１．００％、Ｗ：０．０２〜１．００％のうちの１種または２種以上を含有することを特徴とする前記（１）〜（６）のいずれか１項に記載の快削ステンレス鋼。
（８）質量％で、Ｎ：０．００５〜０．１０％、Ｂ：０．００１〜０．０１０％のうちの１種または２種を含有することを特徴とする前記（１）〜（７）のいずれか１項に記載の快削ステンレス鋼にある。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る成分組成の限定理由について説明する。
Ｃ：０．５０％以下
Ｃは、強度を上げるに必要な元素である。しかし、０．５０％を超えると耐食性と靱性を劣化させるので、その上限を０．５０％とした。
Ｓｉ：０．０５〜２．００％
Ｓｉは、脱酸元素として有用な元素であるが、しかし、多いと焼なまし硬さが上昇するので、その範囲を０．０５〜２．００％とした。
【００１０】
Ｍｎ：０．０５〜１．００％
Ｍｎは、Ｓｉと同様に脱酸元素であり、硫化物系介在物の組成制御に有用である。しかし、０．０５％未満ではその効果を達成できず、また、多過ぎてもその効果は飽和に達し、その範囲を０．０５〜１．００％とした。
Ｓ：０．０５〜０．５０％
Ｓは、快削元素である。しかし、０．０５％未満ではその効果が得られず、多いと熱間加工性を悪化させるので、その範囲を０．０５〜０．５０％とした。
【００１１】
Ｓｅ：０．０２〜０．２０％
Ｓｅは、Ｓと同様に快削元素である。しかし、０．０２％未満ではその効果が得られず、多いと熱間加工性を悪化させるので、その範囲を０．０２〜０．２０％とした。
Ｔｅ：０．０１〜０．１０％
Ｔｅは、Ｓと同様に快削元素である。しかし、０．０１％未満ではその効果が得られず、多いと熱間加工性を悪化させるので、その範囲を０．０１〜０．１０％とした。
【００１２】
Ｃｒ：１０．００〜３０．００％
Ｃｒは、耐食性を向上させる基本元素である。しかし、１０．００％未満では効果が少なく、多いと被削性を悪化させ、かつ脆化しやすくなるので、その範囲を１０．００〜３０．００％とした。
Ｏ：０．００５〜０．０４０％
Ｏは、硫化物系介在物の熱間変形能を下げ被削性を改善させる。しかし、多いと不要な酸化物が増加するので、その範囲を０．００５〜０．０４０％とした。
【００１３】
Ａｌ：０．０００１〜０．０２０％
Ａｌは、強力な脱酸元素であり、酸化物組成制御に有効である。しかし、０．０００１％未満ではその効果は少なく、多いと硬質酸化物が被削性を悪化させる。従って、その範囲を０．０００１〜０．０２０％とした。
Ｃａ：０．０００５〜０．０１０％
Ｃａは、強力な脱酸元素であり、酸化物組成制御に有効である。しかし、０．０００５％未満ではその効果は少なく、０．０１０％を超える添加は困難である。従って、その範囲を０．０００５〜０．０１０％とした。
【００１４】
Ｍｇ：０．０００５〜０．０１０％
Ｍｇは、強力な脱酸元素であり、酸化物組成制御に有効である。しかし、０．０００５％未満ではその効果は少なく、多いと硬質非延性酸化物が被削性を悪化させる。従って、その範囲を０．０００５〜０．０１０％とした。
Ｍｏ：３．００％以下
Ｍｏは、耐食性を向上させる元素である。しかし、多いと脆化しやすく、しかも高価であるので、その上限を３．００％とした。
【００１５】
Ｎｉ：２０．００％以下
Ｎｉは、耐食性を向上させる元素であり、また、オーステナイト相の安定化させる。しかし、多いと延性を増し被削性を悪化させる。従って、その上限を２０．００％とした。
Ｃｕ：４．００％以下
Ｃｕは、冷間加工性を改善する元素であり、また、オーステナイト相の安定化させる。しかし、多いと熱間加工性を悪化させる。従って、その上限を４．００％とした。
【００１６】
Ｐｂ：０．０３〜０．３０％
Ｐｂは、快削元素である。しかし、０．０３％未満ではその効果が得られず、多過ぎても快削性が飽和すると共に、熱間加工性が悪化することから、その範囲を０．０３〜０．３０％とした。
Ｂｉ：０．０３〜０．３０％
Ｂｉは、Ｐｂと同様に、快削元素である。しかし、０．０３％未満ではその効果が得られず、多過ぎても快削性が飽和すると共に、熱間加工性が悪化することから、その範囲を０．０３〜０．３０％とした。
【００１７】
Ｔｉ：０．０２〜１．００％
Ｔｉは、炭窒化物生成により耐食性を向上させる。しかし、多いとその効果が飽和することから、その範囲を０．０２〜１．００％とした。
Ｎｂ：０．０２〜１．００％
Ｎｂは、Ｔｉと同様に、炭窒化物生成により耐食性を向上させる。しかし、多いとその効果が飽和することから、その範囲を０．０２〜１．００％とした。
【００１８】
Ｖ：０．０２〜１．００％
Ｖは、Ｔｉと同様に、炭窒化物生成により耐食性を向上させる。しかし、多いとその効果が飽和することから、その範囲を０．０２〜１．００％とした。
Ｗ：０．０２〜１．００％
Ｗは、Ｔｉと同様に、炭窒化物生成により耐食性を向上させる。しかし、多いとその効果が飽和することから、その範囲を０．０２〜１．００％とした。
【００１９】
Ｎ：０．００５〜０．１０％
Ｎは、強度上昇に役立つ元素である。しかし、多いと靱性を悪化させるので、その範囲を０．００５〜０．１０％とした。
Ｂ：０．００１〜０．０１０％
Ｂは、熱間加工性を向上させる元素である。しかし、多いと逆に熱間加工性が悪化することから、その範囲を０．００１〜０．０１０％とした。
【００２０】
次に、本発明の特徴とするＳｅとＴｅを特に一定の割合で複合添加したときの効果について説明する。一般的に、硫化物系介在物（Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅのいずれか、あるいは数種を含有する介在物）は、切削加工時に応力集中源となって働き脆化させることで被削性を改善し、中でもサイズが大きく、また球状の介在物であるほど被削性への寄与が大きいとされている。ＳｅおよびＴｅの添加量を変化させた鋼種の介在物を詳細に調査した結果、Ｔｅは従来から知られているように介在物の延伸を抑制し、球状あるいは紡錘状に保ち、加えてＳｅを添加すると介在物サイズの大型化、および介在物延伸の抑制傾向がわずかに認められた。
【００２１】
さらに、Ｓｅは介在物硬さを上昇させる傾向もみられた。Ｓｅ添加で硬さが増した介在物は、切削加工時に受ける剪断応力下で、介在物自体が破壊し、すべりの助長および亀裂の発生と伝播を容易にする様子が見られたため、介在物硬さの上昇も被削性改善に効果があるのではないかと推察される。このように、ＳｅやＴｅの添加により変化する硫化物系介在物の諸性質が、被削性を改善していると考えられる。
【００２２】
また、硫化物系介在物の組織、硬さおよび大きさに及ぼすＳｅとＴｅ添加量の影響について、以下のような傾向がある。Ｓｅの場合、介在物組織は、Ｓｅ／Ｓ比の増加に伴いＳｅ濃度も一様に増加する。介在物硬さは、Ｓｅ／Ｓ比増加に伴い上昇し、その後一定となり、介在物大きさは、Ｓｅ／Ｓ比が増加すると一様に大きくなる傾向がある。また、介在物延伸性（アスペクト比：介在物の長径長さ／短径長さで評価）は、Ｓｅ／Ｓ比の増加により緩やかに低下する。Ｔｅの場合、Ｔｅ／Ｓ比の増加とともに介在物中のＴｅ濃度が増加してＴｅ／Ｓ比が０．１前後で飽和し、Ｔｅによる介在物延伸抑制効果もＴｅ／Ｓ比が０．１前後まで、この比の上昇に伴って増す。介在物硬さは、わずかに上昇する傾向があるが変化は小さくほぼ一定である。
【００２３】
ＳｅおよびＴｅの有効な添加量はＳとの比で決められ、Ｓｅ／Ｓ比は０．２以上（好適な介在物硬さを得るため、および延伸抑制のため）、Ｔｅ／Ｓ比は０．０４以上（介在物延伸抑制のため）必要である。このようにＳｅとＴｅの効果があいまって初めて好適な介在物が生成し、被削性を著しく改善する効果を奏するものである。また、快削鋼の硫化水素アウトガスは、従来より、Ｍｎ／Ｓ比の低下による硫化物系介在物の高Ｃｒ化に伴って抑制されることが知られていたが、硫化物系介在物にＳｅやＴｅが固溶するＳ−Ｓｅ−Ｔｅ快削鋼においても同様にＭｎ／Ｓ比によりアウトガス特性が決定されることが分かった。耐食性においても同様である。
【００２４】
Ｍｎ／Ｓ比：２以下
ＳｅやＴｅの添加により硫化物は（Ｃｒ，Ｍｎ）（Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅ）組成になるが、この場合でも材料の耐食性、アウトガス特性（硫化水素発生量）はＭｎ／Ｓ比で決定される。Ｍｎ／Ｓ比が低いほどこれらの特性は向上するが、Ｍｎ／Ｓ比が２以下であれば実際上工業的な使用に耐えうる場合が多い。
Ｓｅ／Ｓ比：０．２以上
Ｓｅ／Ｓ比の増加に伴って硫化物系介在物中のＳｅ濃度は増加する。Ｓｅ含有硫化物系介在物は、切削加工時に破壊して亀裂の発生・伝播を容易にするとともに剪断変形をしやすくする。Ｓｅ／Ｓ比が０．２以上で有効である。
【００２５】
Ｔｅ／Ｓ比：０．０４以上
Ｔｅ／Ｓ比の増加に伴って硫化物系介在物中のＴｅ濃度は増加し、これに伴って硫化物系介在物が形態制御され被削性が改善しＴｅ／Ｓ比が０．０４以上で効果が顕著である。ただしＴｅ／Ｓ比が０．１でＴｅ濃度が飽和するまで被削性改善効果は持続するので、望ましくは０．１以上である。
【００２６】
【実施例】
以下、本発明について実施例をもって具体的に説明する。
真空誘導炉で１００ｋｇ鋼塊を溶製し、表１に示す化学成分を有する鋼を所定の寸法の棒鋼に鍛伸した後、熱処理を行った。すなわち、表１に示すＮｏ．１〜１８はフェライト系ステンレス鋼であり、焼なましを行い、また、Ｎｏ．１９〜２３はマルテンサイト系であり、介在物形状と被削性調査は焼なまし、アウトガス試験、耐食性試験は焼入焼戻しを行い、Ｎｏ．２４〜２９はオーステナイト系であり、固溶化熱処理を行った。その結果を表２に示す。
【００２７】
表２における、（１）硫化物系介在物形状は、φ２０ｍｍ棒鋼の鍛伸方向に平行な面の硫化物系介在物の形状を画像解析装置にて測定した。解析項目は介在物大きさ分布と介在物アスペクト比（長／短径）とした。
（２）被削性については、φ６０ｍｍ棒鋼の長手方向に超硬工具を用い旋削し（周速２００ｍ／ｍｉｎ、切込み１．０ｍｍ、送り０．２ｍｍ／ｒｅｖ、切削油なし）、１０ｍｉｎ旋削後の逃げ面およびすくい面の工具摩耗を測定した。さらに、仕上切削性評価として、φ２４ｍｍ棒鋼の端面をサーメット工具を用いて切削し（周速１５０ｍ／ｍｉｎ、切込み０．０４ｍｍ、送り０．０３ｍｍ／ｒｅｖ、切削油剤使用）、２００ｍｍ切削後の被削材の仕上面の表面粗さ、ムシレの有無から仕上切削性の良否を評価した。
【００２８】
（３）硫化水素アウトガス特性としては、φ１２ｍｍ×Ｌ２１ｍｍの棒状試験片を８０℃の飽和水蒸気下にＡｇ板と共に２０ｈ封入し、Ａｇ板の変色度により硫化水素発生量の多寡を評価した。すなわち、硫化水素アウトガスが多くなるのに従って、Ａｇ板が白色から褐色に変化する。
（４）耐食性については、φ１２ｍｍ×Ｌ２１ｍｍの棒状試験片について、９０％ＲＨで（２０←→７０）℃×２０回のサイクル中に放置し、表面の発銹状態を調査した。
【００２９】
【表１】
【表２】
表２に示すように、Ｎｏ．１〜１４とＮｏ．１５〜１８はフェライト系ステンレス鋼、Ｎｏ．１９〜２３はマルテンサイト系ステンレス鋼、Ｎｏ．２４〜２９はオーステナイト系ステンレス鋼の例である。Ｎｏ．１〜９、Ｎｏ．１５〜１６（フェライト系）、Ｎｏ．１９〜２１（マルテンサイト系）、Ｎｏ．２４〜２７（オーステナイト系）は本発明例であり、被削性、硫化水素アウトガス特性、耐食性を兼ね備えた従来にない優れた材料である。
【００３２】
比較例である、Ｎｏ．１０はＳＵＳ４３０であり、快削鋼でないため特に被削性が悪い。Ｎｏ．１１はＳＵＳ４３０Ｆであり、被削性は良好だがアウトガス特性、耐食性が悪い。Ｎｏ．１２は高ＭｎでＭｎ／Ｓ比が大きいためアウトガス特性、耐食性が悪い。Ｎｏ．１３はＳｅ量が少なく、発明鋼と比べて介在物がやや小さ目であり、被削性が劣っている。Ｎｏ．１４はＴｅ量が少なく、アスペクト比が大きく被削性がやや劣っている。Ｎｏ．１７、１８はそれぞれＳｅ、Ｔｅを全く含まず、被削性が悪い。Ｎｏ．２２はＳｅ、Ｔｅを両方とも含まない場合で、介在物形態制御がされていないため被削性が悪い。Ｎｏ．２３は高Ｍｎ／Ｓ比のためアウトガス特性、耐食性が悪い。Ｎｏ．２８は従来鋼のＳＵＳ３０３であり、Ｎｏ．１１と同様に被削性は良好だがアウトガス性、耐食性が悪い。Ｎｏ．２９は低Ｔｅの場合で、介在物形態制御が不十分で被削性が劣る。
【００３３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によるＳ、Ｓｅ、Ｔｅを適度なバランスで同時に添加することにより介在物組成を制御し、これにより介在物の形態と硬さを好適なものとすることができ、切削部品の要求精度アップに対して、従来より格段に被削性が優れた材料を提供することが可能となった。
Claims (8)
- 質量％で、
Ｃ：０．５０％以下、
Ｓｉ：０．０５〜２．００％、
Ｍｎ：０．０５〜１．００％、
Ｓ：０．０５〜０．５０％、
Ｓｅ：０．０２〜０．２０％、
Ｔｅ：０．０１〜０．１０％、
Ｃｒ：１０．００〜３０．００％、
かつ、Ｍｎ／Ｓ比：２以下、Ｓｅ／Ｓ比：０．２以上、Ｔｅ／Ｓ比：０．０４以上の成分比を満たし、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる快削ステンレス鋼。 - 質量％で、Ｏ：０．００５〜０．０４０％を含有することを特徴とする請求項１に記載の快削ステンレス鋼。
- 質量％で、
Ａｌ：０．０００１〜０．０２０％、
Ｃａ：０．０００５〜０．０１０％、
Ｍｇ：０．０００５〜０．０１０％
のうちの１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１または２に記載の快削ステンレス鋼。 - 質量％で、Ｍｏ：３．００％以下を含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の快削ステンレス鋼。
- 質量％で、
Ｎｉ：２０．００％以下、
Ｃｕ：４．００％以下
のうちの１種または２種を含有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の快削ステンレス鋼。 - 質量％で、
Ｐｂ：０．０３〜０．３０％、
Ｂｉ：０．０３〜０．３０％
のうちの１種または２種を含有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の快削ステンレス鋼。 - 質量％で、
Ｔｉ：０．０２〜１．００％、
Ｎｂ：０．０２〜１．００％、
Ｖ：０．０２〜１．００％、
Ｗ：０．０２〜１．００％
のうちの１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の快削ステンレス鋼。 - 質量％で、
Ｎ：０．００５〜０．１０％、
Ｂ：０．００１〜０．０１０％
のうちの１種または２種を含有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の快削ステンレス鋼。
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