JP4106778B2 - 耐アウトガス性および耐食性に優れた快削フェライト系ステンレス鋼およびステンレス鋼部品の加工方法 - Google Patents
耐アウトガス性および耐食性に優れた快削フェライト系ステンレス鋼およびステンレス鋼部品の加工方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、優れた精密切削仕上げ加工性および耐食性が必要とされ、かつまた、使用中においてＨ2Ｓガスなどの有害なガス放出を抑制する必要性のある機器ないしは部品の素材として利用するのに適した耐アウトガス性および耐食性に優れた快削フェライト系ステンレス鋼に関し、さらにまた、前記快削フェライト系ステンレス鋼よりなる部品の加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＨＤＤ（ハードディスクデバイス）部品をはじめとするコンピュータ部品，プリント基板近接部品などの各種電子機器では、一般に、ＡｇやＣｕの接点などからなる部材をも含めたプリント基板が用いられる。
【０００３】
一方、Ａｇ，Ｃｕなどの金属は硫化しやすく、使用されている部品からＨ2Ｓガスが発生すると硫化されることによって支障が起きる。
【０００４】
他方、フェライト系ステンレス鋼の被削性を向上させるために従来よりＳを含有させたものが多く用いられてきたが、このようなＳを含むフェライト系ステンレス鋼ではＨ2Ｓガスが発生することから、上述した硫化防止の点から使用を抑制することが望まれている。
【０００５】
そこで、解決手段として、ステンレス鋼中のＭｎ／Ｓ比を下げることにより硫化物の耐溶出性を高めて、Ｈ2Ｓガスの発生を抑制することも提案されているが、Ｍｎ含有量を少なくするのに伴って製造性が低下し、コスト高になる傾向があるという問題があった。
【０００６】
そして、Ｍｎ／Ｓ比を下げることによる効果はかなり大きいものの、Ｓを含有する限りはＨ2Ｓガスの発生の懸念は皆無ではないという課題があった。
【０００７】
【発明の目的】
本発明は、このような従来の課題にかんがみてなされたものであって、Ｈ2Ｓガス等の有害なガスの放出を抑制することが可能で耐アウトガス性の信頼性が極めて高く、しかも被削性および耐食性にも優れたフェライト系ステンレス鋼およびこれを素材とする部品を提供することをを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる耐アウトガス性および耐食性に優れた快削フェライト系ステンレス鋼は、請求項１に記載しているように、質量％で、Ｃ：０．０８％以下、Ｓｉ：０．１０〜１．００％、Ｍｎ：１．００〜３．００％、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．１０％以下、Ｃｕ：０．０２〜１．５０％、Ｎｉ：０．０２〜１．５０％、Ｃｒ：１５．０〜２５．０％、Ｎ：０．０３５％以下、Ｓｅ：０．３０〜０．８０％、Ｏ：０．００８０〜０．０２５０％、残部Ｆｅおよび不純物からなる成分組成を有するものとしたことを特徴としている。
【０００９】
そして、本発明に係わる耐アウトガス性および耐食性に優れた快削フェライト系ステンレス鋼の実施態様においては、請求項２に記載しているように、Ｍｏ：０．５０〜３．００％，Ｗ：０．２５〜１．５０％のうちの１種または２種を含むものとしたことを特徴としている。
【００１０】
同じく、本発明に係わる耐アウトガス性および耐食性に優れた快削フェライト系ステンレス鋼の実施態様においては、請求項３に記載しているように、Ｐｂ：０．０３〜０．２５％，Ｂｉ：０．０３〜０．２５％，Ｔｅ：０．０１〜０．１５％のうちの１種または２種以上を含むものとしたことを特徴としている。
【００１１】
同じく、本発明に係わる耐アウトガス性および耐食性に優れた快削フェライト系ステンレス鋼の実施態様においては、請求項４に記載しているように、Ｂ，Ｃａ，Ｍｇ，ＲＥＭのうちの１種または２種以上：０．０００５〜０．０１００％を含むものとしたことを特徴としている。
【００１２】
同じく、本発明に係わる耐アウトガス性および耐食性に優れた快削フェライト系ステンレス鋼の実施態様においては、請求項５に記載しているように、Ｎｂ，Ｖ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｔａのうちの１種または２種以上：０．０３〜０．５０％を含むものとしたことを特徴としている。
【００１３】
さらに、本発明に係わるステンレス鋼部品の加工方法は、請求項６に記載しているように、請求項１ないし５のいずれかに記載の鋼を素材として所定形状に加工し、その後例えば常温〜３５０℃の酸化性雰囲気に曝す不動態化処理を行うようにしたことを特徴としている。
【００１４】
【発明の作用】
本発明に係わる耐アウトガス性および耐食性に優れた快削フェライト系ステンレス鋼は、上記した化学成分組成を有するものであって、従来被削性向上のために含有させていたＳを使用中におけるＨ2Ｓガスの放出抑制のために規制し、Ｓの規制による被削性の低下は同じような被削性向上の効果を有するＳｅの含有により補う。
【００１５】
そして、このＳｅの添加による被削性向上の効果はＳに比べておよそ半分程度であるので、２倍程度に多く含有させることが必要であるが、これによって熱間加工性が低下する傾向となる。
【００１６】
そこで、Ｍｎ含有量を多くすることによって熱間加工性の低下を補うようにしている。
【００１７】
そして場合によっては、耐食性をより一層向上させるためにＭｏやＷを含有させることも可能である。
【００１８】
同じく場合によっては、被削性をより一層向上させるために使用目的上において問題のない限りＰｂ，Ｂｉ，Ｔｅの１種以上を含有させることも可能である。
【００１９】
同じく場合によっては、熱間加工性をより一層向上させるためにＢ，Ｃａ，Ｍｇ，ＲＥＭの１種以上を含有させることも可能である。
【００２０】
同じく場合によっては、結晶粒をより一微細化して靭性をさらに向上させるために、Ｎｂ，Ｖ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｔａの１種以上を含有させることも可能である。
【００２１】
本発明に係わる耐アウトガス性および耐食性に優れたステンレス鋼部品の加工方法では、耐食性をより一層改善するため、前記成分組成の快削フェライト系ステンレス鋼を素材として所定形状に加工した後例えば常温〜３５０℃程度の温度の酸化性雰囲気に曝す不動態化処理を行うようになすことも可能である。
【００２２】
この不動態化処理では、一般的に行われている硝酸等の酸化性酸中への浸漬のほか、雰囲気を制御した熱処理により不動態化するようにしてもよい。
【００２３】
以下、本発明に係わる耐アウトガス性および耐食性に優れた快削フェライト系ステンレス鋼の成分組成（質量％）の限定理由についてさらに詳細に説明する。
【００２４】
Ｃ：０．０８％以下
ＣはＣｒを含む炭化物を析出して耐食性等の特性を劣化させると共に、固溶強化元素として働くことにより母相の硬さを高めて被削性を低下させるために規制する必要があるが、極端な低減はコストの上昇をもたらすことから、０．０８％以下、望ましくは０．０３％以下とするのが良い。
【００２５】
Ｓｉ：０．１０〜１．００％
Ｓｉは鋼溶製時の脱酸剤として有効であるので、０．１０％以上、望ましくは０．１５％以上とするのが良いが、多量のＳｉ含有は金属間化合物の析出を増長するほか、母相強度を増加して被削性を低下させるので、１．００％以下、望ましくは０．７０％以下、さらに望ましくは０．５０％以下とするのが良い。
【００２６】
Ｍｎ：１．００〜３．００％
Ｍｎは鋼溶製時の脱酸剤および脱硫剤として有効であると共に、Ｓｅの多量添加による熱間加工性の低下を補うことによって良好なる熱間加工性の確保に有効であるので、１．００％以上、望ましくは１．５０％以上含有させる。
【００２７】
しかしながら、Ｍｎの多量含有は耐食性を劣化させることとなるので、３．００％以下、望ましくは２．５０％以下とするのが良い。
【００２８】
Ｐ：０．０４％以下
Ｐは粒界に偏析して耐食性や強度等の特性を劣化させるので、できるだけ少ないことが望ましく、製造コストとの兼ね合いで０．０４％以下、望ましくは０．０３％以下とするのが良い。
【００２９】
Ｓ：０．１０％以下
Ｓは耐食性および耐アウトガス性の面、とくにＨ2Ｓガスの放出抑制の面からは低ければ低いほど望ましいが、製造コストとの兼ね合いから０．１０％以下、望ましくは０．０５％以下、さらに望ましくは０．０１％以下とするのが良い。Ｃｕ：０．０２〜１．５０％
Ｃｕは耐食性、とくに還元性酸環境中での耐食性を向上するのに有効であるので、０．０２％以上、望ましくは０．０５％以上とするのが良いが、必要以上の添加は相安定性を低下させると共に焼鈍時の硬さの上昇を招くこととなるので、１．５０％以下、望ましくは１．００％以下とするのが良い。
【００３０】
Ｎｉ：０．０２〜１．５０％
Ｎｉは耐食性、とくに還元性酸環境中での耐食性を向上するのに有効であるので、０．０２％以上、望ましくは０．１０％以上とするのが良いが、必要以上の添加は相安定性を低下させると共に焼鈍時の硬さの上昇を招くこととなるので、１．５０％以下、望ましくは１．００％以下とするのが良い。
【００３１】
Ｃｒ：１５．０〜２５．０％
Ｃｒはフェライト系ステンレス鋼の基本成分であって、良好な耐食性を確保するための必須の元素であり、１５．０％以上、望ましくは１９．０％以上含有させる。しかし、多量の含有は相安定性を低下させると共に熱間加工性を劣化させることとなるため２５．０％以下、望ましくは２４．０％以下とするのが良い。
【００３２】
Ｎ：０．０３５％以下
Ｎは固溶強化元素として母相の硬さを高め、被削性を劣化させることから上限規制する必要があり、製造コストをも考慮して０．０３５％以下、望ましくは０．０３０％以下とするのが良い。
【００３３】
Ｓｅ：０．３０〜０．８０％
ＳｅはＳの代替成分として被削性を向上させるために有効な元素であり、添加量が多いほど被削性は向上するので、０．３０％以上、望ましくは０．３５％以上、さらに望ましくは０．４０％以上とするが、過剰の添加は熱間加工性を劣化させると共にコストの上昇を招くことから０．８０％以下、望ましくは０．６０％以下とするのが良い。
【００３４】
Ｏ：０．００８０〜０．０２５０％
Ｏはフェライト系ステンレス鋼の被削性を確保するため一定以上の添加、望ましくは０．００８０％以上、さらに望ましくは０．０１００％以上とするのが良いが、過剰に含有すると多量の酸化物を生成して逆に被削性を低下させることから０．０２５０％以下、望ましくは０．０２２０％以下とするのが良い。
【００３５】
Ｍｏ：０．５０〜３．００％，Ｗ：０．２５〜１．５０％のうちの１種または２種
Ｍｏ，Ｗはフェライト系ステンレス鋼の耐食性をより一層向上させるのに有効な成分であるので、必要に応じＭｏについては０．５０％以上、Ｗについては０．２５％以上含有するものとなすのも良いが、多量に含有すると熱間加工性を低下させると共にコストの上昇を招くことから、Ｍｏについては３．００％以下、Ｗについては１．５０％以下とするのが良い。
【００３６】
Ｐｂ：０．０３〜０．２５％，Ｂｉ：０．０３〜０．２５％，Ｔｅ：０．０１〜０．１５％のうちの１種または２種以上
Ｐｂ，Ｂｉ，Ｔｅはフェライト系ステンレス鋼の被削性をさらに向上させるのに有効な成分であるので、必要に応じＰｂについては０．０３％以上、Ｂｉについても０．０３％以上、Ｔｅについては０．０１％以上含有するものとなすのも良いが、多量に含有すると熱間加工性を低下させる傾向となるため、Ｐｂについては０．２５％以下、Ｂｉについても０．２５％以下、Ｔｅについては０．１５％以下とするのが良い。
【００３７】
Ｂ，Ｃａ，Ｍｇ，ＲＥＭのうちの１種または２種以上：０．０００５〜０．０１００％
Ｂ，Ｃａ，Ｍｇ，ＲＥＭ（ミッシュメタル（Ｍｍ）を含む希土類元素の１種または２種以上）はフェライト系ステンレス鋼の熱間加工性および被削性の向上に有効な成分であるので、必要に応じこれらの１種または２種以上の合計で０．０００５％以上含有するものとなすのも良いが、多量に含有すると鋼の清浄度を低下させることとなるため、含有するとしてもこれらの合計で０．０１００％以下とするのが良い。
【００３８】
Ｎｂ，Ｖ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｔａのうちの１種または２種以上：０．０３〜０．５０％
Ｎｂ，Ｖ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｔａは結晶粒を微細化し、固溶強化等により靭性をさらに向上するのに有効な成分であるので、必要に応じこれらの１種または２種以上の合計で０．０３％以上含有するものとなすのも良いが、多量に含有すると炭窒化物を形成し、鋼の清浄度を低下させて被削性を劣化させることとなるので、含有するとしてもこれらの合計で０．５０％以下とするのが良い。
【００３９】
【実施例】
大気誘導炉溶解によって表１に示す成分組成を有するフェライト系ステンレス鋼の鋼塊（重量５０ｋｇ）を製造し、熱間鍛造を行って直径６０ｍｍφおよび直径２０ｍｍφの丸棒材を得たのち、各丸棒材に対して７５０〜８２０℃での焼鈍を行った。
【００４０】
なお、表１において、供試材Ｎｏ．１〜１１が本発明鋼、供試材Ｎｏ．１２がＳ含有量の多いＳＵＳ４３０Ｆ鋼、供試材Ｎｏ．１３がＳｅ含有量の不十分な鋼、供試材Ｎｏ．１４がＳｅを適量含有しているもののＳ含有量の多すぎる鋼、供試材Ｎｏ．１５がＯ含有量の多すぎる鋼、供試材Ｎｏ．１６がＭｎ含有量及びＣｒ含有量の少なすぎる鋼である。
【００４１】
【表１】
【００４２】
次に、上記直径６０ｍｍφの焼鈍材について、下記条件による旋削試験およびドリル試験を行った。
【００４３】
◎旋削試験
・工具 ：サーメット
・切削速度：１２０ｍ／ｍｉｎ
・送り ：０．０５ｍｍ／ｒｅｖ
・切込み量：０．１ｍｍ
・切削油 ：水溶性
・摩耗量 ：６０ｍｉｎ切削後のクランク摩耗量（μｍ）
◎ドリル試験
・工具 ：ＳＫＨ９ ５ｍｍφ
・送り ：０．０７ｍｍ／ｒｅｖ
・穴深さ ：１５ｍｍ
・切削油 ：なし（乾式）
・工具寿命：（穿孔不可能）５０００ｍｍとなる切削速度（ｍ／ｍｉｎ）
これらの結果を表２の旋削試験およびドリル試験の欄に示す。
【００４４】
次に、上記直径２０ｍｍφの焼鈍材について、焼入れ（１０００℃×０．５ｈ油冷）および焼戻し（１８０℃×１ｈ空冷）を施したのち、硬さの測定を行った。そして、５点の平均値を求めたところ、表２の硬さの欄に示す結果であった。
【００４５】
次いで、上記直径２０ｍｍφの焼入れ焼戻し材を１５ｍｍ×３ｍｍ×２５ｍｍの寸法に加工したのち、全面を＃４００で研磨仕上げし、続いて、温度：５０℃，酸化性雰囲気：３０％硝酸＋２％重クロム酸カリウム，時間：１ｈの条件による不動態化処理を行ってアウトガス試験片とすることによりアウトガス試験（ｎ＝２）を実施した。
【００４６】
このアウトガス試験では、密閉容器中に、上記アウトガス試験片と、５ｍｍ×１０ｍｍのＡｇ箔と、０．５ｃｃの純水を入れ、８５℃で２０時間保持した後のＡｇ箔の色の変化（すなわち、Ａｇ2Ｓの生成度合い）を調べた。
【００４７】
そして、この際の評価として、変色のないものをクラスＡとし、変色大のもの（アウトガス発生量が大のもの）をクラスＦとする６段階評価（すなわち、Ａ＞Ｂ＞Ｃ＞Ｄ＞Ｅ＞Ｆ）にて行った。この結果を同じく表２のアウトガス試験の欄に示す。
【００４８】
次に、上記直径２０ｍｍφの焼入れ焼戻し材を直径１０ｍｍφ×５０ｍｍの寸法に加工したのち、全面を＃３２０で研磨仕上げし、続いて上記と同様の条件による不動態化処理を行って湿潤試験片とすることにより湿潤試験（ｎ＝３）を実施した。
【００４９】
この湿潤試験では、温度：５０℃，湿度：９８％、時間：９６ｈ保持した後の錆発生の有無を調べた。
【００５０】
そして、この際の評価として、錆発生のないものをクラスＡとし、全面に錆発生したものをクラスＦとする６段階評価（すなわち、Ａ＞Ｂ＞Ｃ＞Ｄ＞Ｅ＞Ｆ）にて行った。この結果を同じく表２の湿潤試験の欄に示す。
【００５１】
【表２】
【００５２】
表１および表２に示す結果より明らかなように、Ｓ含有量の多いＳＵＳ４３０Ｆ鋼である供試材Ｎｏ．１２ではＨ2Ｓガスを発生するためアウトガス試験における変色が大であり、Ｓｅ含有量が不十分である供試材Ｎｏ．１３では被削性が劣り、Ｓｅを適量含有しているもののＳ含有量が多い供試材Ｎｏ．１４においてもＨ2Ｓガスを発生するものとなっており、Ｏ含有量の多すぎる供試材Ｎｏ．１５においては被削性が劣り、Ｃｒ含有量の少ない供試材Ｎｏ．１６においては耐食性に劣るものとなっていた。
【００５３】
これに対して、本発明鋼であるＮｏ．１〜Ｎｏ．１１の供試材では、いずれも、耐アウトガス性および耐食性に優れ、被削性にも優れたものであることが認められた。
【００５４】
【発明の効果】
本発明によるフェライト系ステンレス鋼では、請求項１に記載しているように、質量％で、Ｃ：０．０８％以下、Ｓｉ：０．１０〜１．００％、Ｍｎ：１．００〜３．００％、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．１０％以下、Ｃｕ：０．０２〜１．５０％、Ｎｉ：０．０２〜１．５０％、Ｃｒ：１５．０〜２５．０％、Ｎ：０．０３５％以下、Ｓｅ：０．３０〜０．８０％、Ｏ：０．００８０〜０．０２５０％、残部Ｆｅおよび不純物からなる成分組成を有するものとしたから、使用中においてＨ2Ｓガスなどの有害ガスを放出することがなく、耐アウトガス性に優れていると共に耐食性にも優れたものであり、さらにまた被削性にも優れた快削フェライト系ステンレス鋼であるという著大なる効果がもたらされる。
【００５５】
そして、請求項２に記載しているように、Ｍｏ：０．５０〜３．００％，Ｗ：０．２５〜１．５０％のうちの１種または２種を含むものとすることによって、耐アウトガス性および耐食性に優れた快削フェライト系ステンレス鋼の耐食性をより一層高めることが可能であるという著大なる効果がもたらされる。
【００５６】
さらにまた、請求項３に記載しているように、Ｂｉ：０．０３〜０．２５％，Ｔｅ：０．０１〜０．１５％のうちの１種または２種以上を含むものとすることによって、耐アウトガス性および耐食性に優れた快削フェライト系ステンレス鋼の被削性をより一層高めることが可能であるという著大なる効果がもたらされる。
【００５７】
さらにまた、請求項４に記載しているように、Ｂ，Ｃａ，Ｍｇのうちの１種または２種以上：０．０００５〜０．０１００％を含むものとすることによって、耐アウトガス性および耐食性に優れた快削フェライト系ステンレス鋼の熱間加工性をより一層高めることが可能であるという著大なる効果がもたらされる。
【００５８】
さらにまた、請求項５に記載しているように、Ｎｂ，Ｖ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｔａのうちの１種または２種以上：０．０３〜０．５０％を含むものとすることによって、結晶粒を微細化し、耐アウトガス性および耐食性に優れた快削フェライト系ステンレス鋼の靭性をより一層高めることが可能であるという著大なる効果がもたらされる。
【００５９】
本発明によるステンレス鋼部品の加工方法によれば、請求項６に記載しているように、請求項１ないし５のいずれかに記載の鋼を素材として所定形状に加工し、その後例えば常温〜３５０℃の酸化性雰囲気に曝す不動態化処理を行うようにしたから、耐アウトガス性および耐食性に優れたステンレス鋼部品の製造を行うことが可能であるという著大なる効果がもたらされる。
【発明の属する技術分野】
本発明は、優れた精密切削仕上げ加工性および耐食性が必要とされ、かつまた、使用中においてＨ2Ｓガスなどの有害なガス放出を抑制する必要性のある機器ないしは部品の素材として利用するのに適した耐アウトガス性および耐食性に優れた快削フェライト系ステンレス鋼に関し、さらにまた、前記快削フェライト系ステンレス鋼よりなる部品の加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＨＤＤ（ハードディスクデバイス）部品をはじめとするコンピュータ部品，プリント基板近接部品などの各種電子機器では、一般に、ＡｇやＣｕの接点などからなる部材をも含めたプリント基板が用いられる。
【０００３】
一方、Ａｇ，Ｃｕなどの金属は硫化しやすく、使用されている部品からＨ2Ｓガスが発生すると硫化されることによって支障が起きる。
【０００４】
他方、フェライト系ステンレス鋼の被削性を向上させるために従来よりＳを含有させたものが多く用いられてきたが、このようなＳを含むフェライト系ステンレス鋼ではＨ2Ｓガスが発生することから、上述した硫化防止の点から使用を抑制することが望まれている。
【０００５】
そこで、解決手段として、ステンレス鋼中のＭｎ／Ｓ比を下げることにより硫化物の耐溶出性を高めて、Ｈ2Ｓガスの発生を抑制することも提案されているが、Ｍｎ含有量を少なくするのに伴って製造性が低下し、コスト高になる傾向があるという問題があった。
【０００６】
そして、Ｍｎ／Ｓ比を下げることによる効果はかなり大きいものの、Ｓを含有する限りはＨ2Ｓガスの発生の懸念は皆無ではないという課題があった。
【０００７】
【発明の目的】
本発明は、このような従来の課題にかんがみてなされたものであって、Ｈ2Ｓガス等の有害なガスの放出を抑制することが可能で耐アウトガス性の信頼性が極めて高く、しかも被削性および耐食性にも優れたフェライト系ステンレス鋼およびこれを素材とする部品を提供することをを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる耐アウトガス性および耐食性に優れた快削フェライト系ステンレス鋼は、請求項１に記載しているように、質量％で、Ｃ：０．０８％以下、Ｓｉ：０．１０〜１．００％、Ｍｎ：１．００〜３．００％、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．１０％以下、Ｃｕ：０．０２〜１．５０％、Ｎｉ：０．０２〜１．５０％、Ｃｒ：１５．０〜２５．０％、Ｎ：０．０３５％以下、Ｓｅ：０．３０〜０．８０％、Ｏ：０．００８０〜０．０２５０％、残部Ｆｅおよび不純物からなる成分組成を有するものとしたことを特徴としている。
【０００９】
そして、本発明に係わる耐アウトガス性および耐食性に優れた快削フェライト系ステンレス鋼の実施態様においては、請求項２に記載しているように、Ｍｏ：０．５０〜３．００％，Ｗ：０．２５〜１．５０％のうちの１種または２種を含むものとしたことを特徴としている。
【００１０】
同じく、本発明に係わる耐アウトガス性および耐食性に優れた快削フェライト系ステンレス鋼の実施態様においては、請求項３に記載しているように、Ｐｂ：０．０３〜０．２５％，Ｂｉ：０．０３〜０．２５％，Ｔｅ：０．０１〜０．１５％のうちの１種または２種以上を含むものとしたことを特徴としている。
【００１１】
同じく、本発明に係わる耐アウトガス性および耐食性に優れた快削フェライト系ステンレス鋼の実施態様においては、請求項４に記載しているように、Ｂ，Ｃａ，Ｍｇ，ＲＥＭのうちの１種または２種以上：０．０００５〜０．０１００％を含むものとしたことを特徴としている。
【００１２】
同じく、本発明に係わる耐アウトガス性および耐食性に優れた快削フェライト系ステンレス鋼の実施態様においては、請求項５に記載しているように、Ｎｂ，Ｖ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｔａのうちの１種または２種以上：０．０３〜０．５０％を含むものとしたことを特徴としている。
【００１３】
さらに、本発明に係わるステンレス鋼部品の加工方法は、請求項６に記載しているように、請求項１ないし５のいずれかに記載の鋼を素材として所定形状に加工し、その後例えば常温〜３５０℃の酸化性雰囲気に曝す不動態化処理を行うようにしたことを特徴としている。
【００１４】
【発明の作用】
本発明に係わる耐アウトガス性および耐食性に優れた快削フェライト系ステンレス鋼は、上記した化学成分組成を有するものであって、従来被削性向上のために含有させていたＳを使用中におけるＨ2Ｓガスの放出抑制のために規制し、Ｓの規制による被削性の低下は同じような被削性向上の効果を有するＳｅの含有により補う。
【００１５】
そして、このＳｅの添加による被削性向上の効果はＳに比べておよそ半分程度であるので、２倍程度に多く含有させることが必要であるが、これによって熱間加工性が低下する傾向となる。
【００１６】
そこで、Ｍｎ含有量を多くすることによって熱間加工性の低下を補うようにしている。
【００１７】
そして場合によっては、耐食性をより一層向上させるためにＭｏやＷを含有させることも可能である。
【００１８】
同じく場合によっては、被削性をより一層向上させるために使用目的上において問題のない限りＰｂ，Ｂｉ，Ｔｅの１種以上を含有させることも可能である。
【００１９】
同じく場合によっては、熱間加工性をより一層向上させるためにＢ，Ｃａ，Ｍｇ，ＲＥＭの１種以上を含有させることも可能である。
【００２０】
同じく場合によっては、結晶粒をより一微細化して靭性をさらに向上させるために、Ｎｂ，Ｖ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｔａの１種以上を含有させることも可能である。
【００２１】
本発明に係わる耐アウトガス性および耐食性に優れたステンレス鋼部品の加工方法では、耐食性をより一層改善するため、前記成分組成の快削フェライト系ステンレス鋼を素材として所定形状に加工した後例えば常温〜３５０℃程度の温度の酸化性雰囲気に曝す不動態化処理を行うようになすことも可能である。
【００２２】
この不動態化処理では、一般的に行われている硝酸等の酸化性酸中への浸漬のほか、雰囲気を制御した熱処理により不動態化するようにしてもよい。
【００２３】
以下、本発明に係わる耐アウトガス性および耐食性に優れた快削フェライト系ステンレス鋼の成分組成（質量％）の限定理由についてさらに詳細に説明する。
【００２４】
Ｃ：０．０８％以下
ＣはＣｒを含む炭化物を析出して耐食性等の特性を劣化させると共に、固溶強化元素として働くことにより母相の硬さを高めて被削性を低下させるために規制する必要があるが、極端な低減はコストの上昇をもたらすことから、０．０８％以下、望ましくは０．０３％以下とするのが良い。
【００２５】
Ｓｉ：０．１０〜１．００％
Ｓｉは鋼溶製時の脱酸剤として有効であるので、０．１０％以上、望ましくは０．１５％以上とするのが良いが、多量のＳｉ含有は金属間化合物の析出を増長するほか、母相強度を増加して被削性を低下させるので、１．００％以下、望ましくは０．７０％以下、さらに望ましくは０．５０％以下とするのが良い。
【００２６】
Ｍｎ：１．００〜３．００％
Ｍｎは鋼溶製時の脱酸剤および脱硫剤として有効であると共に、Ｓｅの多量添加による熱間加工性の低下を補うことによって良好なる熱間加工性の確保に有効であるので、１．００％以上、望ましくは１．５０％以上含有させる。
【００２７】
しかしながら、Ｍｎの多量含有は耐食性を劣化させることとなるので、３．００％以下、望ましくは２．５０％以下とするのが良い。
【００２８】
Ｐ：０．０４％以下
Ｐは粒界に偏析して耐食性や強度等の特性を劣化させるので、できるだけ少ないことが望ましく、製造コストとの兼ね合いで０．０４％以下、望ましくは０．０３％以下とするのが良い。
【００２９】
Ｓ：０．１０％以下
Ｓは耐食性および耐アウトガス性の面、とくにＨ2Ｓガスの放出抑制の面からは低ければ低いほど望ましいが、製造コストとの兼ね合いから０．１０％以下、望ましくは０．０５％以下、さらに望ましくは０．０１％以下とするのが良い。Ｃｕ：０．０２〜１．５０％
Ｃｕは耐食性、とくに還元性酸環境中での耐食性を向上するのに有効であるので、０．０２％以上、望ましくは０．０５％以上とするのが良いが、必要以上の添加は相安定性を低下させると共に焼鈍時の硬さの上昇を招くこととなるので、１．５０％以下、望ましくは１．００％以下とするのが良い。
【００３０】
Ｎｉ：０．０２〜１．５０％
Ｎｉは耐食性、とくに還元性酸環境中での耐食性を向上するのに有効であるので、０．０２％以上、望ましくは０．１０％以上とするのが良いが、必要以上の添加は相安定性を低下させると共に焼鈍時の硬さの上昇を招くこととなるので、１．５０％以下、望ましくは１．００％以下とするのが良い。
【００３１】
Ｃｒ：１５．０〜２５．０％
Ｃｒはフェライト系ステンレス鋼の基本成分であって、良好な耐食性を確保するための必須の元素であり、１５．０％以上、望ましくは１９．０％以上含有させる。しかし、多量の含有は相安定性を低下させると共に熱間加工性を劣化させることとなるため２５．０％以下、望ましくは２４．０％以下とするのが良い。
【００３２】
Ｎ：０．０３５％以下
Ｎは固溶強化元素として母相の硬さを高め、被削性を劣化させることから上限規制する必要があり、製造コストをも考慮して０．０３５％以下、望ましくは０．０３０％以下とするのが良い。
【００３３】
Ｓｅ：０．３０〜０．８０％
ＳｅはＳの代替成分として被削性を向上させるために有効な元素であり、添加量が多いほど被削性は向上するので、０．３０％以上、望ましくは０．３５％以上、さらに望ましくは０．４０％以上とするが、過剰の添加は熱間加工性を劣化させると共にコストの上昇を招くことから０．８０％以下、望ましくは０．６０％以下とするのが良い。
【００３４】
Ｏ：０．００８０〜０．０２５０％
Ｏはフェライト系ステンレス鋼の被削性を確保するため一定以上の添加、望ましくは０．００８０％以上、さらに望ましくは０．０１００％以上とするのが良いが、過剰に含有すると多量の酸化物を生成して逆に被削性を低下させることから０．０２５０％以下、望ましくは０．０２２０％以下とするのが良い。
【００３５】
Ｍｏ：０．５０〜３．００％，Ｗ：０．２５〜１．５０％のうちの１種または２種
Ｍｏ，Ｗはフェライト系ステンレス鋼の耐食性をより一層向上させるのに有効な成分であるので、必要に応じＭｏについては０．５０％以上、Ｗについては０．２５％以上含有するものとなすのも良いが、多量に含有すると熱間加工性を低下させると共にコストの上昇を招くことから、Ｍｏについては３．００％以下、Ｗについては１．５０％以下とするのが良い。
【００３６】
Ｐｂ：０．０３〜０．２５％，Ｂｉ：０．０３〜０．２５％，Ｔｅ：０．０１〜０．１５％のうちの１種または２種以上
Ｐｂ，Ｂｉ，Ｔｅはフェライト系ステンレス鋼の被削性をさらに向上させるのに有効な成分であるので、必要に応じＰｂについては０．０３％以上、Ｂｉについても０．０３％以上、Ｔｅについては０．０１％以上含有するものとなすのも良いが、多量に含有すると熱間加工性を低下させる傾向となるため、Ｐｂについては０．２５％以下、Ｂｉについても０．２５％以下、Ｔｅについては０．１５％以下とするのが良い。
【００３７】
Ｂ，Ｃａ，Ｍｇ，ＲＥＭのうちの１種または２種以上：０．０００５〜０．０１００％
Ｂ，Ｃａ，Ｍｇ，ＲＥＭ（ミッシュメタル（Ｍｍ）を含む希土類元素の１種または２種以上）はフェライト系ステンレス鋼の熱間加工性および被削性の向上に有効な成分であるので、必要に応じこれらの１種または２種以上の合計で０．０００５％以上含有するものとなすのも良いが、多量に含有すると鋼の清浄度を低下させることとなるため、含有するとしてもこれらの合計で０．０１００％以下とするのが良い。
【００３８】
Ｎｂ，Ｖ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｔａのうちの１種または２種以上：０．０３〜０．５０％
Ｎｂ，Ｖ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｔａは結晶粒を微細化し、固溶強化等により靭性をさらに向上するのに有効な成分であるので、必要に応じこれらの１種または２種以上の合計で０．０３％以上含有するものとなすのも良いが、多量に含有すると炭窒化物を形成し、鋼の清浄度を低下させて被削性を劣化させることとなるので、含有するとしてもこれらの合計で０．５０％以下とするのが良い。
【００３９】
【実施例】
大気誘導炉溶解によって表１に示す成分組成を有するフェライト系ステンレス鋼の鋼塊（重量５０ｋｇ）を製造し、熱間鍛造を行って直径６０ｍｍφおよび直径２０ｍｍφの丸棒材を得たのち、各丸棒材に対して７５０〜８２０℃での焼鈍を行った。
【００４０】
なお、表１において、供試材Ｎｏ．１〜１１が本発明鋼、供試材Ｎｏ．１２がＳ含有量の多いＳＵＳ４３０Ｆ鋼、供試材Ｎｏ．１３がＳｅ含有量の不十分な鋼、供試材Ｎｏ．１４がＳｅを適量含有しているもののＳ含有量の多すぎる鋼、供試材Ｎｏ．１５がＯ含有量の多すぎる鋼、供試材Ｎｏ．１６がＭｎ含有量及びＣｒ含有量の少なすぎる鋼である。
【００４１】
【表１】
次に、上記直径６０ｍｍφの焼鈍材について、下記条件による旋削試験およびドリル試験を行った。
【００４３】
◎旋削試験
・工具 ：サーメット
・切削速度：１２０ｍ／ｍｉｎ
・送り ：０．０５ｍｍ／ｒｅｖ
・切込み量：０．１ｍｍ
・切削油 ：水溶性
・摩耗量 ：６０ｍｉｎ切削後のクランク摩耗量（μｍ）
◎ドリル試験
・工具 ：ＳＫＨ９ ５ｍｍφ
・送り ：０．０７ｍｍ／ｒｅｖ
・穴深さ ：１５ｍｍ
・切削油 ：なし（乾式）
・工具寿命：（穿孔不可能）５０００ｍｍとなる切削速度（ｍ／ｍｉｎ）
これらの結果を表２の旋削試験およびドリル試験の欄に示す。
【００４４】
次に、上記直径２０ｍｍφの焼鈍材について、焼入れ（１０００℃×０．５ｈ油冷）および焼戻し（１８０℃×１ｈ空冷）を施したのち、硬さの測定を行った。そして、５点の平均値を求めたところ、表２の硬さの欄に示す結果であった。
【００４５】
次いで、上記直径２０ｍｍφの焼入れ焼戻し材を１５ｍｍ×３ｍｍ×２５ｍｍの寸法に加工したのち、全面を＃４００で研磨仕上げし、続いて、温度：５０℃，酸化性雰囲気：３０％硝酸＋２％重クロム酸カリウム，時間：１ｈの条件による不動態化処理を行ってアウトガス試験片とすることによりアウトガス試験（ｎ＝２）を実施した。
【００４６】
このアウトガス試験では、密閉容器中に、上記アウトガス試験片と、５ｍｍ×１０ｍｍのＡｇ箔と、０．５ｃｃの純水を入れ、８５℃で２０時間保持した後のＡｇ箔の色の変化（すなわち、Ａｇ2Ｓの生成度合い）を調べた。
【００４７】
そして、この際の評価として、変色のないものをクラスＡとし、変色大のもの（アウトガス発生量が大のもの）をクラスＦとする６段階評価（すなわち、Ａ＞Ｂ＞Ｃ＞Ｄ＞Ｅ＞Ｆ）にて行った。この結果を同じく表２のアウトガス試験の欄に示す。
【００４８】
次に、上記直径２０ｍｍφの焼入れ焼戻し材を直径１０ｍｍφ×５０ｍｍの寸法に加工したのち、全面を＃３２０で研磨仕上げし、続いて上記と同様の条件による不動態化処理を行って湿潤試験片とすることにより湿潤試験（ｎ＝３）を実施した。
【００４９】
この湿潤試験では、温度：５０℃，湿度：９８％、時間：９６ｈ保持した後の錆発生の有無を調べた。
【００５０】
そして、この際の評価として、錆発生のないものをクラスＡとし、全面に錆発生したものをクラスＦとする６段階評価（すなわち、Ａ＞Ｂ＞Ｃ＞Ｄ＞Ｅ＞Ｆ）にて行った。この結果を同じく表２の湿潤試験の欄に示す。
【００５１】
【表２】
表１および表２に示す結果より明らかなように、Ｓ含有量の多いＳＵＳ４３０Ｆ鋼である供試材Ｎｏ．１２ではＨ2Ｓガスを発生するためアウトガス試験における変色が大であり、Ｓｅ含有量が不十分である供試材Ｎｏ．１３では被削性が劣り、Ｓｅを適量含有しているもののＳ含有量が多い供試材Ｎｏ．１４においてもＨ2Ｓガスを発生するものとなっており、Ｏ含有量の多すぎる供試材Ｎｏ．１５においては被削性が劣り、Ｃｒ含有量の少ない供試材Ｎｏ．１６においては耐食性に劣るものとなっていた。
【００５３】
これに対して、本発明鋼であるＮｏ．１〜Ｎｏ．１１の供試材では、いずれも、耐アウトガス性および耐食性に優れ、被削性にも優れたものであることが認められた。
【００５４】
【発明の効果】
本発明によるフェライト系ステンレス鋼では、請求項１に記載しているように、質量％で、Ｃ：０．０８％以下、Ｓｉ：０．１０〜１．００％、Ｍｎ：１．００〜３．００％、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．１０％以下、Ｃｕ：０．０２〜１．５０％、Ｎｉ：０．０２〜１．５０％、Ｃｒ：１５．０〜２５．０％、Ｎ：０．０３５％以下、Ｓｅ：０．３０〜０．８０％、Ｏ：０．００８０〜０．０２５０％、残部Ｆｅおよび不純物からなる成分組成を有するものとしたから、使用中においてＨ2Ｓガスなどの有害ガスを放出することがなく、耐アウトガス性に優れていると共に耐食性にも優れたものであり、さらにまた被削性にも優れた快削フェライト系ステンレス鋼であるという著大なる効果がもたらされる。
【００５５】
そして、請求項２に記載しているように、Ｍｏ：０．５０〜３．００％，Ｗ：０．２５〜１．５０％のうちの１種または２種を含むものとすることによって、耐アウトガス性および耐食性に優れた快削フェライト系ステンレス鋼の耐食性をより一層高めることが可能であるという著大なる効果がもたらされる。
【００５６】
さらにまた、請求項３に記載しているように、Ｂｉ：０．０３〜０．２５％，Ｔｅ：０．０１〜０．１５％のうちの１種または２種以上を含むものとすることによって、耐アウトガス性および耐食性に優れた快削フェライト系ステンレス鋼の被削性をより一層高めることが可能であるという著大なる効果がもたらされる。
【００５７】
さらにまた、請求項４に記載しているように、Ｂ，Ｃａ，Ｍｇのうちの１種または２種以上：０．０００５〜０．０１００％を含むものとすることによって、耐アウトガス性および耐食性に優れた快削フェライト系ステンレス鋼の熱間加工性をより一層高めることが可能であるという著大なる効果がもたらされる。
【００５８】
さらにまた、請求項５に記載しているように、Ｎｂ，Ｖ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｔａのうちの１種または２種以上：０．０３〜０．５０％を含むものとすることによって、結晶粒を微細化し、耐アウトガス性および耐食性に優れた快削フェライト系ステンレス鋼の靭性をより一層高めることが可能であるという著大なる効果がもたらされる。
【００５９】
本発明によるステンレス鋼部品の加工方法によれば、請求項６に記載しているように、請求項１ないし５のいずれかに記載の鋼を素材として所定形状に加工し、その後例えば常温〜３５０℃の酸化性雰囲気に曝す不動態化処理を行うようにしたから、耐アウトガス性および耐食性に優れたステンレス鋼部品の製造を行うことが可能であるという著大なる効果がもたらされる。
Claims (6)
- 質量％で、Ｃ：０．０８％以下、Ｓｉ：０．１０〜１．００％、Ｍｎ：１．００〜３．００％、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．１０％以下、Ｃｕ：０．０２〜１．５０％、Ｎｉ：０．０２〜１．５０％、Ｃｒ：１５．０〜２５．０％、Ｎ：０．０３５％以下、Ｓｅ：０．３０〜０．８０％、Ｏ：０．００８０〜０．０２５０％、残部Ｆｅおよび不純物からなることを特徴とする耐アウトガス性および耐食性に優れた快削フェライト系ステンレス鋼。
- Ｍｏ：０．５０〜３．００％，Ｗ：０．２５〜１．５０％のうちの１種または２種を含むことを特徴とする請求項１に記載の耐アウトガス性および耐食性に優れた快削フェライト系ステンレス鋼。
- Ｂｉ：０．０３〜０．２５％，Ｔｅ：０．０１〜０．１５％のうちの１種または２種以上を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の耐アウトガス性および耐食性に優れた快削フェライト系ステンレス鋼。
- Ｂ，Ｃａ，Ｍｇのうちの１種または２種以上：０．０００５〜０．０１００％を含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の耐アウトガス性および耐食性に優れた快削フェライト系ステンレス鋼。
- Ｎｂ，Ｖ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｔａのうちの１種または２種以上：０．０３〜０．５０％を含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の耐アウトガス性および耐食性に優れた快削フェライト系ステンレス鋼。
- 請求項１ないし５のいずれかに記載の鋼を素材として所定形状に加工し、その後酸化性雰囲気に曝す不動態化処理を行うことを特徴とする耐アウトガス性および耐食性に優れたステンレス鋼部品の加工方法。
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