JP4152872B2 - 被削性に優れた冷間加工用析出硬化型ステンレス鋼 - Google Patents
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(1)質量%で、C:0.030%以下、Si:1.0%以下、Mn:0.4%以下、S:0.010〜0.050%、N:0.025%以下、Ni:3.0〜7.0%、Cr:13.0〜18.0%、Cu:1.0〜5.0%、Ti:0.05〜0.25%、Nb:0.10〜0.40%、ただし、Tieq=Ti+0.52Nb、Ceq=C+0.86Nとしたときに、Ceq:0.050以下、(Tieq−4Ceq)/S=2〜7 … (1)であり、残部Feおよび不可避的不純物からなることを特徴とする被削性に優れた冷間加工用析出硬化型ステンレス鋼。
(3)前記(1)または(2)に記載の成分組成に加えて、V:0.40%以下、W:0.40%以下、Ta:0.40%以下の1種または2種以上を含有することを特徴とする被削性に優れた冷間加工用析出硬化型ステンレス鋼。
(5)前記(1)〜(4)に記載の成分組成に加えて、Al:0.10%以下、B:0.010%以下、Mg:0.010%以下、REM:0.010%以下の1種または2種以上を含有することを特徴とする被削性に優れた冷間加工用析出硬化型ステンレス鋼。
(6)前記(1)〜(5)に記載の成分組成に加えて、O:0.050%以下、P:0.050%以下の1種または2種を含有することを特徴とする被削性に優れた冷間加工用析出硬化型ステンレス鋼にある。
上述したように、本発明では、マルテンサイト系析出硬化型ステンレス鋼の被削性を改善するために、TiとSを添加して主にTiからなる硫化物を生成・分散させて被削性を改善するというものである。Ti硫化物の特徴は、球〜楕円形で、鋼中に細かく分散し、高耐食で、かつ中程度の硬さであることにある。しかしながら、TiはSのみならずCやNとも新和性が強く、Ti炭窒化物を生成してSと結合するTiが十分残らないことがある。Ti炭窒化物の生成を抑制するには、あらかじめ精錬工程において極低C,N(例えば50ppm以下)まで十分な脱炭脱窒を行なわなければならず、長大な時間を必要としてコストアップの原因となる。
C:0.030%以下
Cは、通常は強度を高める元素であるが、本鋼種系の場合、強度は主に熱処理により析出するCuによって調整されるためCは特に必要でなく、逆に固溶化熱処理状態における硬さを上昇させたり、硬質の炭化物、炭窒化物、炭硫化物などを生成して加工性を悪化させるためなるべく少ない方が良い。ただし、0.030%まではTiおよびNbの固定により悪影響を抑えられることから、その上限を0.030%とした。
Siは、脱酸剤として有効であるが、しかし、1.0%を超えると耐食性が劣化し、固溶化熱処理後の硬さが上昇することから、その上限を1.0%とした。
Mn:0.4%以下
Mnは、Siと同様に、脱酸剤として有効であるが、しかし、0.40%を超えるとMn硫化物が生成して耐食性が劣化することから、その上限を0.40%とした。
Sは、被削性を改善する快削元素として有効である。しかし、0.010%未満ではその効果が十分でなく、また、0.050%を超える添加は、強度部材として使用される析出硬化型ステンレス鋼に期待される耐食性、靱性を劣化させることから、その範囲を0.010〜0.050%とした。
N:0.025%以下
Nは、Cと同様に強度を高める元素であるが、固溶化熱処理状態における硬さを上昇させるため加工性を低下させる。従って、その上限を0.025%とした。
Niは、本鋼種系にとって、耐食性を低下させずに高強度を得るために必要な基本元素であり、延靱性の向上にも効果がある。上記効果を十分に発揮するためには3.0%以上必要であるが、7.0%を超える添加は固溶化熱処理状態において残留オーステナイトが増加して析出硬化熱処理後の硬さが得られないことが多いから、その範囲を3.0〜7.0%とする。
Crは、表面に保護性の酸化被膜を形成し、耐食性を付与する基本元素であり、13.0%以上必要である。しかし、18.0%を超える添加は残留オーステナイトやδ−フェライトが増加する。従って、その範囲をCr:13.0〜18.0%とした。
Cu:1.0〜5.0%
Cuは、析出硬化熱処理で微細に分散析出して強度を高めるのに必要な元素である。そのためには、1.0%必要である。しかし、5.0%を超えると効果が飽和し、かつ熱間加工性が劣化するため、その範囲を1.0〜5.0%とする。
Tiは、本発明において最も重要な元素であり、Sと反応してTi硫化物を生成し、被削性を向上させる効果がある。そのためには、0.05%必要である。しかし、0.25%を超える添加は効果が飽和し靱性と熱間加工性を劣化させることから、その範囲を0.05〜0.25%とした。
Nb:0.10〜0.40%
Nbは、C,Nと反応して炭窒化物を生成し、冷間加工性を上昇させる効果がある。そのためには、0.10%必要である。しかし、過剰な添加は効果が飽和し熱間加工性を劣化させることから、その上限を0.40%とした。
Ceq=C+0.86Nは、Nに対するCの原子量比が約0.86であることから、CとNの合計量をCで換算して示したパラメータである。この値が大きくなるにつれて固溶化熱処理硬さが上昇し加工性を害するので、その上限を0.050にした。
Tieq−4Ceq/S=2〜7
Nbに対するTiの原子量比は約0.52であることから、Tieq=Ti+0.52Nbは、TiとNbの合計量をTiに換算して示したパラメータである。TiやNbは、鋼中のC、Nと結合して、(Ti,Nb)(C,N)を生成する。Cに対するTiの原子量比が約4であることから、Tieq−4Ceqが0のとき、化学量論的にTiとNbが過不足なくCとNと結合して(Ti,Nb)(C,N)を生成すると考えられる。Tieq−4Ceqが正の値をとるときは、C、Nを固定するのに必要なTi、Nbを超えた余剰のTiまたはNb量を表している。
Moは、耐食性および靱性を改善する元素であり、2.0%以下で効果を発揮する。しかし、2.0%を超えると固溶化熱処理後の硬さが上昇し、δフェライト生成により熱間加工性が劣化するため、その上限を2.0%とした。
Co:2.0%以下
Coは、Moと同様に、耐食性および靱性を改善する元素であり、2.0%以下で効果を発揮する。しかし、2.0%を超えると固溶化熱処理後の硬さが上昇し、冷間加工性が劣化するため、その上限を2.0%とした。
Vは、耐食性を向上させる効果がある。そのためには、0.40%以下必要である。しかし、過剰な添加は熱間加工性を劣化させることから、その上限を0.40%とした。
W:0.40%以下
Wは、Vと同様に、耐食性を向上させる効果がある。そのためには、0.40%以下必要である。しかし、過剰な添加は熱間加工性を劣化させることから、その上限を0.40%とした。
Taは、V、Wと同様に、耐食性を向上させる効果がある。そのためには、0.40%以下必要である。しかし、過剰な添加は熱間加工性を劣化させることから、その上限を0.40%とした。
Se:0.10%以下
Seは、被削性を改善する快削元素として有効である。そのためには、0.10%以下必要である。しかし、過剰な添加は熱間加工性を劣化させることから、その上限を0.10%とした。
Teは、Seと同様に、被削性を改善する快削元素として有効である。そのためには、0.050%以下必要である。しかし、過剰な添加は熱間加工性を劣化させることから、その上限を0.050%とした。
Ca:0.01%以下
Caは、Te、Seと同様に、被削性を改善する快削元素として有効である。そのためには、0.050%以下必要である。しかし、過剰な添加は熱間加工性を劣化させることから、その上限を0.050%とした。
Alは、熱間加工性を改善する元素として有効である。このためには、0.10%以下必要である。また、0.10%を超える添加をしても、その効果は飽和し二次酸化の恐れがあることから、その上限を0.10%とした。
B:0.010%以下
Bは、Alと同様に、熱間加工性を改善する元素として有効である。このためには、0.010%以下必要である。また、0.010%を超える添加をしても、逆に熱間加工性を悪化させることから、その上限を0.010%とした。
Mgは、Al、Bと同様に、熱間加工性を改善する元素として有効である。このためには、0.010%以下必要である。また、0.010%を超える添加をしても、その効果は飽和することから、その上限を0.010%とした。
REM:0.010%以下
REMは、Al、B、Mgと同様に、熱間加工性を改善する元素として有効である。このためには、0.010%以下必要である。また、0.010%を超える添加をしても、その効果は飽和することから、その上限を0.010%とした。
Oは、被削性を改善する快削元素として有効である。そのためには、0.050%以下必要である。しかし、過剰な添加は熱間加工性を劣化させることから、その上限を0.050%とした。 P:0.050%以下
Pは、被削性を改善する元素として添加することがある。このためには、0.050%以下必要である。また、0.050%を超える添加は、靱性を悪化させることから、その上限を0.050%とした。
表1に示す化学成分組成の鋼を100kg真空溶解炉にて溶解した後、インゴットに鋳造し、鍛伸後、各種熱処理を行い、各種試験に供した。その結果を表2に示す。
(1)熱処理
(a)固溶化熱処理:1040℃−30min保持後水冷
(b)析出硬化熱処理:480、620℃−1h保持後空冷
(a)角35mmに鍛伸後、固溶化熱処理を施したものについて、ドリル寿命試験を行なった。
(b)試験条件 ドリル:SKH51、φ5mm、ストレートシャンクツイストドリル 周速:15,20m/min
送り:0.03mm/rev
穿孔深さ:15mm
切削油:なし
寿命判定:折損または溶損により穿孔不能となるまで
(4)シャルピー衝撃試験:角15mmに鍛伸後、固溶化熱処理、析出硬化熱処理を施し、鍛伸方向に平行に、角10×L55mmの2mmUノッチ試験片を作製し、常温にてシャルピー衝撃試験を行なった。
(6)耐食性:φ20mmに鍛伸後、固溶化熱処理、析出硬化熱処理を施し、φ12×L21mmの腐食試験片を作製した。試験は、孔食試験(6%塩化第二鉄、25℃−24h浸漬)による腐食度で評価した。
特許出願人 山陽特殊製鋼株式会社
代理人 弁理士 椎 名 彊
Claims (6)
- 質量%で、
C:0.030%以下、
Si:1.0%以下、
Mn:0.4%以下、
S:0.010〜0.050%、
N:0.025%以下、
Ni:3.0〜7.0%、
Cr:13.0〜18.0%、
Cu:1.0〜5.0%、
Ti:0.05〜0.25%、
Nb:0.10〜0.40%、
ただし、Tieq=Ti+0.52Nb、Ceq=C+0.86Nとしたときに、
Ceq:0.050以下、(Tieq−4Ceq)/S=2〜7 … (1)
であり、残部Feおよび不可避的不純物からなることを特徴とする被削性に優れた冷間加工用析出硬化型ステンレス鋼。 - 請求項1に記載の成分組成に加えて、Mo:2.0%以下、Co:2.0%以下の1種または2種を含有することを特徴とする被削性に優れた冷間加工用析出硬化型ステンレス鋼。
- 請求項1または2に記載の成分組成に加えて、V:0.40%以下、W:0.40%以下、Ta:0.40%以下の1種または2種以上を含有することを特徴とする被削性に優れた冷間加工用析出硬化型ステンレス鋼。
- 請求項1〜3に記載の成分組成に加えて、Se:0.10%以下、Te:0.050%以下、Ca:0.010%以下の1種または2種以上を含有することを特徴とする被削性に優れた冷間加工用析出硬化型ステンレス鋼。
- 請求項1〜4に記載の成分組成に加えて、Al:0.10%以下、B:0.010%以下、Mg:0.010%以下、REM:0.010%以下の1種または2種以上を含有することを特徴とする被削性に優れた冷間加工用析出硬化型ステンレス鋼。
- 請求項1〜5に記載の成分組成に加えて、O:0.050%以下、P:0.050%以下の1種または2種を含有することを特徴とする被削性に優れた冷間加工用析出硬化型ステンレス鋼。
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