JP4272397B2 - 熱間加工性，切削性に優れたマルテンサイト系及びフェライト系ステンレス鋼 - Google Patents
熱間加工性，切削性に優れたマルテンサイト系及びフェライト系ステンレス鋼 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、毒性のないＣｕの添加によって被削性を改善し、熱間加工性も良好なフェライト系又はマルテンサイト系ステンレス鋼及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
精密機械工業の発達や家庭電気器具，家具調度品等の需要増加に応じ、従来ステンレス鋼が使用されていなかった部分にもステンレス鋼が使用されるようになってきた。また、工作機械の自動化・省力化に伴って被削性に優れたステンレス鋼に対するニーズが急増している。フェライト系では、快削性元素としてＳを添加したJIS G4303規定のSUS430F，Ｓｅを添加したSAE規定の51430（AISI規格でType430Se相当）等の鋼種がある。マルテンサイト系では、Ｐｂを添加したJISG4303規定のSUS410F，Ｓを添加したSUS416，SUS420F等の鋼種がある。
【０００３】
快削性元素として有効なＳは、熱間加工性，延性及び耐食性を著しく低下させ、機械的性質に異方性を生じさせる原因にもなる。Ｐｂ添加で被削性を改善したフェライト系又はマルテンサイト系ステンレス鋼は、使用中に有害なＰｂが溶出し、リサイクル利用しにくい材料でもある。Ｓｅ添加で被削性を改善した鋼種では、有毒なＳｅが環境に悪影響を及ぼす。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
快削性元素の添加に起因した材質の劣化や環境問題を考慮すると、快削性元素に代わる手段で被削性を改善する必要がある。このような観点から、本発明者等は、Ｃ含有量が一定量以上のマルテンサイト系又はフェライト系ステンレス鋼にＣｕを主体とする第二相（以下、Ｃｕリッチ相という）を所定量析出させると、材質や環境に有害な快削性元素の添加が必要なく被削性が著しく改善されることを見出した（特願２０００−１７７７８６号）。Ｃｕリッチ相にＳｎ又はＩｎを含ませるとＣｕリッチ相が低融点化し、被削性が更に改善される（特願２００１−２０５３４９号）。
【０００５】
ところが、低融点化したＣｕリッチ相を析出分散させたステンレス鋼を熱間加工すると、溶融状態又は半溶融状態になったＣｕリッチ相に応力が集中し、Ｃｕリッチ相を起点にする割れが散見される。割れ抑制の面からＣｕリッチ相の低融点化、換言すればＣｕリッチ相のＳｎ及び／又はＩｎ濃度に制約が加わり，被削性の向上に限界が生じる。他方、高形状精度の高い部品，部材への用途展開に伴ってステンレス鋼に対する被削性の要求が格段に過酷になっており、被削性の更なる改善が望まれる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、Ｃｕリッチ相の低融点化に伴う熱間加工性の劣化をＢ，Ｔｉを含む合金設計により抑え、Ｃｕリッチ相を一層低融点化させて被削性を更に改善したマルテンサイト系及びフェライト系ステンレス鋼を提供することを目的とする。
本発明に従ったマルテンサイト系及びフェライト系ステンレス鋼は、その目的を達成するため、Ｓｎ及び／又はＩｎ濃度２０質量％以上のＣｕリッチ相が０.２体積％以上の割合でマトリックスに分散析出し、Ｂ及び／又はＴｉ添加によってＣｕリッチ相の粒界析出を抑制している。
【０００７】
マルテンサイト系ステンレス鋼は、Ｃ：０.０１〜０.５質量％，Ｓｉ：１.０質量％以下，Ｍｎ：１.０質量％以下，Ｃｒ：１０〜１５質量％，Ｎｉ：０.６０質量％以下，Ｃｕ：０.５〜６.０質量％，Ｓｎ及び／又はＩｎ：０.５〜３.０質量％，Ｂ：０.０００５〜０.２質量％及び／又はＴｉ：０.０１〜０.５質量％を含んでいる。
フェライト系では，Ｃ：０.００１〜０.５質量％，Ｓｉ：１.０質量％以下，Ｍｎ：１.０質量％以下，Ｃｒ：１５〜３０質量％，Ｎｉ：０.６０質量％以下，Ｃｕ：０.５〜６.０質量％，Ｓｎ及び／又はＩｎ：０.５〜３.０質量％，Ｂ：０.０００５〜０.２質量％及び／又はＴｉ：０.０１〜０.５質量％，残部実質的にＦｅの合金設計が採用される。
Ｓｎ及び／又はＩｎが濃化されたＣｕリッチ相は、所定組成に調整されたマルテンサイト系又はフェライト系ステンレス鋼を熱間圧延した後、最終製品になるまでの過程で５００〜９００℃の温度域に１時間以上加熱する時効処理を施すことにより、マトリックスに分散析出する。
【０００８】
【作用】
先願・特願２００１−２０５３４９号で提案したように、ステンレス鋼に添加したＣｕの一部を微細なＣｕリッチ相として均一に分散析出させると被削性が改善される。Ｃｕリッチ相による被削性の改善は、切削時において工具掬い面上でのＣｕリッチ相による潤滑，熱伝導作用に基づく減摩により、切削抵抗の減少に併せて工具寿命が延びることによるものと考えられる。フェライト系ステンレス鋼や焼き鈍し状態のマルテンサイト系ステンレス鋼にＣｕリッチ相を分散析出させると、体心立方晶b.c.c.のマトリックスに面心立方晶f.c.c.のＣｕリッチ相が分散するため、Ｃｕリッチ相によって結晶整合性が低下し、大きな転位の集積が可能になる。その結果、Ｃｕリッチ相と同じ結晶構造のオーステナイト系ステンレス鋼に比較して格段に大きな被削性改善効果が得られる。
【０００９】
Ｃｕリッチ相が被削性に及ぼす影響は、Ｓｎ及び／又はＩｎの濃化によりＣｕリッチ相を低融点化すると格段に大きくなる。低融点化したＣｕリッチ相が分散したマトリックスは破壊現象である切削作用を受けやすく、しかも低融点のＣｕリッチ相（異物）が切削工具に対する潤滑剤として働き、ステンレス鋼板の被削性を向上させると共に切削工具を長寿命化する。低融点化による被削性改善効果は、Ｃｕリッチ相にＳｎ及び／又はＩｎを濃度２０質量％以上で濃化させるとき顕著になる。
しかし、Ｃｕリッチ相の低融点化は、被削性の向上には有効であるが熱間加工性に悪影響を及ぼす。熱間加工性の低下は、低融点化したＣｕリッチ相の粒界析出に起因した液膜脆化に原因がある。熱間加工性が低下すると、熱間圧延中のステンレス鋼板に割れが発生しやすくなり、工業的レベルでの安定製造が困難になる。このようなことから、先願（特願２００１−２０５３４９号）では、ステンレス鋼に添加するＳｎ及び／又はＩｎの上限を０.５質量％に規制している。
【００１０】
熱間加工性の低下がステンレス鋼の材質改善により防止可能になると、被削性の改善に有効なＣｕリッチ相の低融点化を一層進めることができる。そこで、本発明では、低融点化したＣｕリッチ相が熱間加工性を低下させるメカニズムを前提として、Ｃｕリッチ相の粒界析出をＢ及び／又はＴｉの添加によって抑制している。Ｂは結晶粒界に優先的に偏析する作用があり、Ｂの粒界偏析によってＣｕリッチ相の粒界析出が抑制される。Ｔｉは、Ｃｕリッチ相の析出核として働く炭化物，窒化物，硫化物等としてマトリックスに分散析出し、粒界に析出するＣｕリッチ相の絶対量を軽減する。Ｃｕリッチ相の粒界析出抑制に及ぼすＢ及び／又はＴｉの効果は、０.０００５質量％以上のＢ及び／又は０.０１質量％以上のＴｉで顕著になる。Ｂ及び／又はＴｉの添加によってＣｕリッチ相の粒界析出が抑えられるので、Ｃｕリッチ相を低融点化しても液膜脆化が発生しがたく、良好な熱間加工性が確保される。
【００１１】
被削性改善効果のあるＣｕリッチ相は、Ｃｕリッチ相が析出し易い温度域における時効等の等温加熱，加熱後の降温過程で析出温度域の通過時間を可能な限り長くする条件下での徐冷等によって析出する。具体的には、最終焼鈍後に５００〜９００℃の温度域で時効処理するとＳｎ又はＩｎを２０質量％以上含む低融点のＣｕリッチ相の析出が促進され、優れた被削性がマルテンサイト系及びフェライト系ステンレス鋼に付与される。
Ｔｉは、液膜脆化に起因した熱間加工性の低下防止に有効であると共に、Ｃｕリッチ相の析出を促進させる作用も呈する。Ｎｂ，Ｍｏ等もＴｉと同様に炭化物、窒化物となってＣｕリッチ相の析出を促進させる。炭化物，窒化物等は、Ｃｕリッチ相の析出核として働き、マトリックスにＣｕリッチ相を均一分散させ、結果としてＣｕリッチ相の粒界析出が抑制される。Ｃｕリッチ相の析出は、Ｓ含有量を増やして硫化物を形成することによっても促進される。
【００１２】
以下、本発明のマルテンサイト系及びフェライト系ステンレス鋼に含まれる合金成分，含有量等を説明する。
Ｃ：０ . ００１〜０ . １質量％（フェライト系）
Ｃ：０ . ０１〜０ . ５質量％（マルテンサイト系）
Ｃｕリッチ相の析出核として有効なＣｒ炭化物を生成し、微細なＣｕリッチ相をマトリックス全体に渡って均一分散させる作用を呈する。このような作用を呈するためには、マルテンサイト系では０.０１質量％以上，フェライト系では０.００１質量％以上のＣ含有量が必要である。しかし、過剰なＣ含有は製造性や耐食性を低下させる原因となるので、マルテンサイト系では０.５質量％，フェライト系では０.１質量％にＣ含有量の上限を設定した。
【００１３】
Ｓｉ：１ . ０質量％以下
耐食性の改善に有効な合金成分であるが、１.０質量％を超える過剰量のＳｉ含有は製造性を劣化させる。
Ｍｎ：１ . ０質量％以下
製造性を改善すると共に、鋼中の有害なＳをＭｎＳとして固定する作用を呈する。ＭｎＳは、被削性の向上にも有効に働くと共に、Ｃｕリッチ相生成の核として作用するため、微細なＣｕリッチ相の生成に有効である。しかし、１.０質量％を超える過剰量のＭｎが含まれると、耐食性が劣化する傾向を示す。
Ｓ：０ . １５質量％以下
被削性の改善に有効なＭｎＳを形成する元素であるが、０.１５重量％を超える過剰量のＳが含まれると熱間加工性及び延性が著しく低下する。
【００１４】
Ｃｒ：１０〜１５質量％（マルテンサイト系）
Ｃｒ：１０〜３０質量％（フェライト系）
ステンレス鋼本来の耐食性を維持するために必要な合金成分であり、要求される耐食性を確保するために１０質量％以上のＣｒを添加する。しかし、フェライト系では３０質量％を超える過剰量のＣｒが含まれると、製造性，加工性に悪影響を及ぼす。マルテンサイト系では１５質量％を超える過剰量のＣｒが含まれると、フェライト相が安定化し、焼入れ時にマルテンサイト組織が得られがたくなる。
Ｎｉ：０ . ６０質量％以下
フェライト系及びマルテンサイト系ステンレス鋼の工業的な製造工程では、原料から不可避的に混入する成分である。本発明では、通常の生産ラインで混入するレベルの上限値０.６０質量％にＮｉ含有量の上限を設定した。
【００１５】
Ｃｕ：０ . ５〜６ . ０質量％
被削性改善効果のあるＣｕリッチ相の析出に必要な合金成分であり、０.２体積％以上の割合でＣｕリッチ相をマトリックスに析出させるため、Ｃｕ含有量を０.５質量％以上に設定している。しかし、６.０質量％を超える過剰量のＣｕ添加は、製造性，加工性，耐食性等に悪影響を及ぼす。マトリックスに析出するＣｕリッチ相は、析出物のサイズに特別な制約を受けるものではないが、被削性を安定して改善する上で表面及び内部に均一分散していることが好ましい。
Ｓｎ及び／又はＩｎ：０．５〜３ . ０質量％
Ｃｕリッチ相の低融点化に有効な合金成分であり、Ｃｕリッチ相に２０質量％以上の濃度でＳｎ及び／又はＩｎを濃化させるためにＳｎ及び／又はＩｎを０.５質量％以上を添加する。しかし、Ｓｎ及び／又はＩｎの過剰添加はＣｕリッチ相の低融点化を必要以上に進め、熱間加工性に及ぼすＣｕリッチ相の悪影響をＢ及び／又はＴｉで抑制できなくなるので、Ｓｎ及び／又はＩｎ含有量の上限を３.０質量％に設定した。
【００１６】
Ｂ：０ . ０００５〜０ . ２質量％以下
熱間加工時に粒界に偏析し、熱間加工性に悪影響を及ぼすＣｕリッチ相の粒界析出を抑制する作用を呈する。マトリックスに分散したＢの析出物は析出核としても働き、Ｃｕリッチ相の均一分散に有効である。このような効果は、０.０００５質量％以上のＢ添加で顕著になる。しかし、Ｂの過剰添加は熱間加工性を低下させるので、Ｂ含有量の上限を０.２質量％に規制した。
【００１７】
Ｔｉ：０．０２〜０ . ５質量％
Ｃｕリッチ相の析出核となる炭化物，窒化物，炭窒化物，硫化物等の介在物として分散し、微細なＣｕリッチ相をマトリックスに均一分散させる。その結果、Ｃｕリッチ相の粒界析出が防止され、ひいては熱間加工性が向上する。しかし、０.５質量％を超える過剰量のＴｉを添加すると、鋼材の清浄度が低下し、耐食性，プレス加工性等が損なわれる。
以上に掲げた成分のほかに、必要に応じてＮｂ，Ｍｏ，Ｚｒ，Ａｌ，Ｖ，希土類元素（ＲＥＭ）等を添加することもできる。これらの任意成分は、以下の作用を呈する。
【００１８】
Ｎｂ：０ . ０１〜１質量％
Ｔｉと同様にＣｕリッチ相の析出核として有効な炭化物，窒化物，炭窒化物等を形成し、微細なＣｕリッチ相をマトリックスに均一分散させる。Ｎｂの添加効果は０.０１質量％以上でみられる。しかし、１質量％を超える過剰量のＮｂ添加は、製造性や加工性に悪影響を及ぼす。
Ｍｏ：３質量％以下
耐食性を向上させると共に、微細なＣｕリッチ相の核サイトとして有効なＦｅ2Ｍｏ等の金属間化合物として析出する。しかし、３質量％を超える過剰なＭｏ含有は、製造性及び加工性に悪影響を及ぼす。
【００１９】
Ｚｒ：１質量％以下
微細なＣｕリッチ相の核サイトとして有効な炭窒化物となって析出する。しかし、Ｚｒの過剰添加は製造性や加工性に悪影響を及ぼすので、Ｚｒを添加する場合には含有量の上限を１質量％に規制する。
【００２０】
Ａｌ：１質量％以下
Ｍｏと同様に耐食性を改善すると共に、微細なＣｕリッチ相の核サイトとして有効な化合物として析出する。しかし、過剰なＡｌ添加は製造性及び加工性を劣化させるので、Ａｌを添加する場合には含有量の上限を１質量％に規制する。
【００２１】
Ｖ：１質量％以下
Ｚｒと同様に微細なＣｕリッチ相の核サイトとして有効な炭窒化物となって析出する。しかし、Ｖの過剰添加は製造性や加工性に悪影響を及ぼすので、Ｖを添加する場合には含有量の上限を１質量％に規制する。
【００２２】
希土類元素（ＲＥＭ）：０ . ０５質量％以下
必要に応じて添加される合金成分であり、適量の添加によってＢと同様に熱間加工性を改善する。また、Ｃｕリッチ相の析出に有効な析出物となってマトリックスに分散する。しかし、過剰に添加すると熱間加工性が劣化するので、希土類元素を添加する場合には含有量の上限を０.０５質量％に規制する。
【００２３】
熱処理温度：５００〜９００℃
Ｃｕリッチ相の析出により優れた被削性を得るためには、５００〜９００℃の時効処理が有効である。時効処理温度が低くなるほど、マトリックス中の固溶Ｃｕ量が少なくなり、Ｃｕリッチ相の析出量が増加する。しかし、低すぎる時効処理温度では、拡散速度が遅くなるため、析出量が却って減少する傾向がみられる。被削性に有効なＣｕリッチ相の析出に及ぼす時効処理温度の影響を種々の実験から調査したところ、５００〜９００℃の温度域で時効処理するとき、被削性に最も有効なＣｕリッチ相が０.２体積％以上の割合で析出することを見出した。析出したＣｕリッチ相は、抗菌性の向上にも有効である。時効処理は、好ましくは１時間以上で施され、熱間圧延終了後から製品となるまでの何れの段階で実施しても良い。
【００２４】
【実施例】
表１に示した組成をもつ各種マルテンサイト系ステンレス鋼を３００ｋｇ真空溶解炉で溶製し、鋳造後に１２３０℃で１時間加熱し、熱延工程を経て種々の温度で時効処理した。時効処理後のステンレス鋼帯を酸洗し、板厚４ｍｍ，板幅５００ｍｍ，長さ１２００ｍｍの供試材を得た。
【００２５】
【００２６】
横型フライス盤を用いた切削性評価試験で各鋼帯の切削性を評価した。切削性評価試験（図１）では、JIS B4107に規定される外径１２５ｍｍ，幅１０ｍｍの超硬バイト１を円周方向に等間隔で１６個装着させたフライス２を用い、圧延方向に直交する方向に送り方向Ｄを設定し、回転速度２０００ｒｐｍ，送り速度０.６ｍ／分，送り速度０.６ｍ／分，切込み深さ０.５ｍｍ，無潤滑の条件下で沿って被切削片３（鋼帯）をダウンカット方式で切削した。被切削片３の長手方向１２００ｍｍを切削した後、被切削片３の幅方向にフライス２を１０ｍｍ送って隣接する長手方向の切削を繰り返した。被切削片３の表面全域を０.５ｍｍ切り込んだ後、起点に戻り、新たに０.５ｍｍの切込みを繰り返した。この条件下で切削を継続し、超硬バイト１の刃先が０.１ｍｍ減少するまでの切削時間を寿命判定基準としてバイト摩耗を評価した。
【００２７】
同じ鋼帯から切り出された試験片を透過型電子顕微鏡で組織観察し、画像処理によってマトリックスに分散析出しているＣｕリッチ相を定量し、Ｃｕリッチ相の体積分率（体積％）を求めた。
更に、ＥＤＸ分析によりＣｕリッチ相のＳｎ，Ｉｎ濃度を測定した。
８１０℃×９時間で時効処理した試験番号ＭＡ-１〜ＭＯ-１の各鋼材について、熱間圧延された鋼帯のエッジ部を観察し、平滑な形状のエッジ部を○，圧延方向に直交する方向に沿って１ｍｍ以上の切込み（耳切れ）が検出されたエッジ部を×としてエッジ部の外観から熱間加工性を評価した。
【００２８】
更に、先願・特願２０００−１７７７８６号で紹介した被削性の良好な材料ＭＯ-１を基準とし、ＭＯ-１よりも優れた被削性を示す試験片を○，ＭＯ-１より被削性が劣る試験片を×として被削性を評価した。
表２の調査結果にみられるように、本発明で規定した成分・組成，Ｃｕリッチ相に関する条件を満足するＭＡ-１，ＭＢ-１，ＭＣ-１，ＭＤ-１，ＭＥ-１，ＭＪ-１，ＭＫ-１，ＭＬ-１，ＭＭ-１，ＭＮ-１は、何れも良好な被削性を示し、熱間加工性も優れていた。
【００２９】
他方、ＭＦ-１はＣｕが過剰，ＭＨ-１はＳｎが過剰，ＭＧ-１はＣｕ含有量が０.５質量％以上で０.５質量％以上のＳｎが添加されているもののＢ及び／又はＴｉが不足しているため、熱間加工性に劣っていた。成分・組成条件を満足するものの未時効のＭＡ-２，ＭＢ-２，ＭＣ-２，ＭＤ-２，ＭＥ-２では、Ｃｕリッチ相の体積分率が０.２体積％を下回っていることから被削性に劣っていた。時効処理材であってもＣｕ含有量が０.５質量％のＭＩ-１，ＭＩ-２では、Ｃｕリッチ相の析出量が０.２体積％に達せず、被削性に劣っていた。
【００３０】
【表２】
【００３１】
【実施例２】
表１の鋼材ＭＣを用いて、実施例１と同じ条件で供試材を作製し、４５０〜９５０℃及び０.５〜１６時間の範囲で条件を種々変更した時効処理を施した。時効処理材の被削性を実施例１と同様に調査した。
表３の調査結果から、５００〜９００℃で１時間以上時効処理された試験番号ＭＣ-４，ＭＣ-６〜ＭＣ-１０は、Ｓｎ濃度２０質量％以上のＣｕリッチ相が０.２体積％以上の体積分率で析出しており、優れた被削性を示すことが判る。
【００３２】
時効処理温度が５００〜９００℃の範囲にあっても、時効処理時間が１時間に満たない試験番号ＭＣ-５では、Ｃｕリッチ相が０.２体積％に達せず、被削性に劣っていた。時効処理温度が５００℃未満のＭＣ-３や９００℃を超えるＭＣ-１１は、Ｃｕリッチ相の析出量が０.２体積％未満で、被削性に劣っていた。
以上の結果から、被削性の改善には０.５質量％以上のＣｕ含有量でＳｎ及び／又はＩｎの濃度が２０質量％以上のＣｕリッチ相が０．２体積％以上の体積分率で析出している必要があり、Ｃｕリッチ相を０.２体積％以上で析出させるために５００〜９００℃×１時間以上の時効処理が必要であることが確認された。
【００３３】
【００３４】
【実施例３】
表４に示した組成をもつ各種フェライト系ステンレス鋼を３００ｋｇ真空溶解炉で溶製し、鋳造後に１２３０℃で１時間加熱し、熱延工程を経て種々の温度で時効処理した。時効処理後のステンレス鋼帯を酸洗し、板厚４ｍｍ，板幅５００ｍｍ，長さ１２００ｍｍの供試材を得た。
【００３５】
【００３６】
実施例１と同じ被削性評価試験で各供試材の被削性を評価すると共に、Ｃｕリッチ相の体積分率，Ｓｎ濃度，Ｉｎ濃度を求めた。各供試材の被削性は、８２０℃×９時間の時効処理を施した後、先願・特願２０００−１７７７８６号で紹介した被削性の良好な材料ＦＭ-１を基準とし、ＦＭ-１より良好な被削性を示す供試材を○，ＦＭ-１より被削性が劣る供試材を×として評価した。
【００３７】
表５の調査結果にみられるように、本発明で規定した成分・組成及びＣｕリッチ相に関する条件を満足するＦＡ-１，ＦＢ-１，ＦＣ-１，ＦＧ-１，ＦＨ-１，ＦＩ-１，ＦＪ-１，ＦＫ-１は、何れも被削性に優れ、熱間加工性も良好であった。
他方、Ｃｕ含有量が０.５質量％以上であっても未時効のＦＡ-２，ＦＢ-２，ＦＣ-２では、Ｃｕリッチ相の体積分率が０.２体積％を下回っていることから被削性に劣っていた。時効処理材であってもＣｕ含有量が０.５質量％のＦＬ-１，ＦＬ-２では、Ｃｕリッチ相の析出量が０.２体積％に達せず被削性に劣っていた。
【００３８】
【表５】
【００３９】
【実施例４】
表４に示した鋼材ＦＣを用い、実施例３と同じ条件で作製した供試材に４５０〜９５０℃及び０.５〜１６時間の範囲で条件を種々変更した時効処理を施した。時効処理材の被削性を実施例１と同様に調査した。
表６の調査結果にみられるように、５００〜９００℃で１時間以上時効処理された試験番号ＦＣ-４，ＦＣ-６〜ＦＣ-１０は、Ｓｎ濃度２０質量％以上のＣｕリッチ相が０.２体積％以上の体積分率で析出しており、優れた被削性を示した。
【００４０】
時効処理温度が５００〜９００℃の範囲にあっても、時効処理時間が１時間に満たない試験番号ＦＣ-５では、Ｃｕリッチ相が０.２体積％に達せず、被削性に劣っていた。時効処理温度が５００℃未満のＦＣ-３や９００℃を超えるＦＣ-１１では、Ｃｕリッチ相の析出量が０.２体積％未満で被削性に劣っていた。
以上の結果から、被削性の改善には０.５質量％以上のＣｕ含有量でＳｎ及び／又はＩｎの濃度が２０質量％以上のＣｕリッチ相が０.２体積％以上の体積分率で析出している必要があり、Ｃｕリッチ相を０.２体積％以上で析出させるために５００〜９００℃×１時間以上の時効処理が必要であることが確認された。
【００４１】
【００４２】
【発明の効果】
以上に説明したように、Ｓｎ及び／又はＩｎ濃度が２０質量％以上のＣｕリッチ相を０.２体積％以上の体積分率でマトリックスに分散析出させると共に、Ｂ及び／又はＴｉの添加によってＣｕリッチ相の粒界析出を抑制することにより、Ｃｕリッチ相により被削性を改善し、且つＣｕリッチ相の粒界析出に起因する液膜脆化を抑えて良好な熱間加工性を確保している。しかも、被削性改善のためにＳ，Ｐｂ，Ｂｉ，Ｓｅ等の有害元素を含んでいないため、材質の劣化がなく環境対策にかかる負担も軽減される。このようにして、本発明に従ったマルテンサイト系又はフェライト系ステンレス鋼は、優れた被削性を活かして必要形状に精度良く切削加工され、加工後の表面も良好なため、家庭電気器具，家具調度品，厨房機器，各種機械・器具，機器等の材料として広範な分野で使用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 切削性評価試験の説明図
【符号の説明】
１：超硬バイト ２：フライス ３：被切削片 Ｄ：送り方向
【産業上の利用分野】
本発明は、毒性のないＣｕの添加によって被削性を改善し、熱間加工性も良好なフェライト系又はマルテンサイト系ステンレス鋼及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
精密機械工業の発達や家庭電気器具，家具調度品等の需要増加に応じ、従来ステンレス鋼が使用されていなかった部分にもステンレス鋼が使用されるようになってきた。また、工作機械の自動化・省力化に伴って被削性に優れたステンレス鋼に対するニーズが急増している。フェライト系では、快削性元素としてＳを添加したJIS G4303規定のSUS430F，Ｓｅを添加したSAE規定の51430（AISI規格でType430Se相当）等の鋼種がある。マルテンサイト系では、Ｐｂを添加したJISG4303規定のSUS410F，Ｓを添加したSUS416，SUS420F等の鋼種がある。
【０００３】
快削性元素として有効なＳは、熱間加工性，延性及び耐食性を著しく低下させ、機械的性質に異方性を生じさせる原因にもなる。Ｐｂ添加で被削性を改善したフェライト系又はマルテンサイト系ステンレス鋼は、使用中に有害なＰｂが溶出し、リサイクル利用しにくい材料でもある。Ｓｅ添加で被削性を改善した鋼種では、有毒なＳｅが環境に悪影響を及ぼす。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
快削性元素の添加に起因した材質の劣化や環境問題を考慮すると、快削性元素に代わる手段で被削性を改善する必要がある。このような観点から、本発明者等は、Ｃ含有量が一定量以上のマルテンサイト系又はフェライト系ステンレス鋼にＣｕを主体とする第二相（以下、Ｃｕリッチ相という）を所定量析出させると、材質や環境に有害な快削性元素の添加が必要なく被削性が著しく改善されることを見出した（特願２０００−１７７７８６号）。Ｃｕリッチ相にＳｎ又はＩｎを含ませるとＣｕリッチ相が低融点化し、被削性が更に改善される（特願２００１−２０５３４９号）。
【０００５】
ところが、低融点化したＣｕリッチ相を析出分散させたステンレス鋼を熱間加工すると、溶融状態又は半溶融状態になったＣｕリッチ相に応力が集中し、Ｃｕリッチ相を起点にする割れが散見される。割れ抑制の面からＣｕリッチ相の低融点化、換言すればＣｕリッチ相のＳｎ及び／又はＩｎ濃度に制約が加わり，被削性の向上に限界が生じる。他方、高形状精度の高い部品，部材への用途展開に伴ってステンレス鋼に対する被削性の要求が格段に過酷になっており、被削性の更なる改善が望まれる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、Ｃｕリッチ相の低融点化に伴う熱間加工性の劣化をＢ，Ｔｉを含む合金設計により抑え、Ｃｕリッチ相を一層低融点化させて被削性を更に改善したマルテンサイト系及びフェライト系ステンレス鋼を提供することを目的とする。
本発明に従ったマルテンサイト系及びフェライト系ステンレス鋼は、その目的を達成するため、Ｓｎ及び／又はＩｎ濃度２０質量％以上のＣｕリッチ相が０.２体積％以上の割合でマトリックスに分散析出し、Ｂ及び／又はＴｉ添加によってＣｕリッチ相の粒界析出を抑制している。
【０００７】
マルテンサイト系ステンレス鋼は、Ｃ：０.０１〜０.５質量％，Ｓｉ：１.０質量％以下，Ｍｎ：１.０質量％以下，Ｃｒ：１０〜１５質量％，Ｎｉ：０.６０質量％以下，Ｃｕ：０.５〜６.０質量％，Ｓｎ及び／又はＩｎ：０.５〜３.０質量％，Ｂ：０.０００５〜０.２質量％及び／又はＴｉ：０.０１〜０.５質量％を含んでいる。
フェライト系では，Ｃ：０.００１〜０.５質量％，Ｓｉ：１.０質量％以下，Ｍｎ：１.０質量％以下，Ｃｒ：１５〜３０質量％，Ｎｉ：０.６０質量％以下，Ｃｕ：０.５〜６.０質量％，Ｓｎ及び／又はＩｎ：０.５〜３.０質量％，Ｂ：０.０００５〜０.２質量％及び／又はＴｉ：０.０１〜０.５質量％，残部実質的にＦｅの合金設計が採用される。
Ｓｎ及び／又はＩｎが濃化されたＣｕリッチ相は、所定組成に調整されたマルテンサイト系又はフェライト系ステンレス鋼を熱間圧延した後、最終製品になるまでの過程で５００〜９００℃の温度域に１時間以上加熱する時効処理を施すことにより、マトリックスに分散析出する。
【０００８】
【作用】
先願・特願２００１−２０５３４９号で提案したように、ステンレス鋼に添加したＣｕの一部を微細なＣｕリッチ相として均一に分散析出させると被削性が改善される。Ｃｕリッチ相による被削性の改善は、切削時において工具掬い面上でのＣｕリッチ相による潤滑，熱伝導作用に基づく減摩により、切削抵抗の減少に併せて工具寿命が延びることによるものと考えられる。フェライト系ステンレス鋼や焼き鈍し状態のマルテンサイト系ステンレス鋼にＣｕリッチ相を分散析出させると、体心立方晶b.c.c.のマトリックスに面心立方晶f.c.c.のＣｕリッチ相が分散するため、Ｃｕリッチ相によって結晶整合性が低下し、大きな転位の集積が可能になる。その結果、Ｃｕリッチ相と同じ結晶構造のオーステナイト系ステンレス鋼に比較して格段に大きな被削性改善効果が得られる。
【０００９】
Ｃｕリッチ相が被削性に及ぼす影響は、Ｓｎ及び／又はＩｎの濃化によりＣｕリッチ相を低融点化すると格段に大きくなる。低融点化したＣｕリッチ相が分散したマトリックスは破壊現象である切削作用を受けやすく、しかも低融点のＣｕリッチ相（異物）が切削工具に対する潤滑剤として働き、ステンレス鋼板の被削性を向上させると共に切削工具を長寿命化する。低融点化による被削性改善効果は、Ｃｕリッチ相にＳｎ及び／又はＩｎを濃度２０質量％以上で濃化させるとき顕著になる。
しかし、Ｃｕリッチ相の低融点化は、被削性の向上には有効であるが熱間加工性に悪影響を及ぼす。熱間加工性の低下は、低融点化したＣｕリッチ相の粒界析出に起因した液膜脆化に原因がある。熱間加工性が低下すると、熱間圧延中のステンレス鋼板に割れが発生しやすくなり、工業的レベルでの安定製造が困難になる。このようなことから、先願（特願２００１−２０５３４９号）では、ステンレス鋼に添加するＳｎ及び／又はＩｎの上限を０.５質量％に規制している。
【００１０】
熱間加工性の低下がステンレス鋼の材質改善により防止可能になると、被削性の改善に有効なＣｕリッチ相の低融点化を一層進めることができる。そこで、本発明では、低融点化したＣｕリッチ相が熱間加工性を低下させるメカニズムを前提として、Ｃｕリッチ相の粒界析出をＢ及び／又はＴｉの添加によって抑制している。Ｂは結晶粒界に優先的に偏析する作用があり、Ｂの粒界偏析によってＣｕリッチ相の粒界析出が抑制される。Ｔｉは、Ｃｕリッチ相の析出核として働く炭化物，窒化物，硫化物等としてマトリックスに分散析出し、粒界に析出するＣｕリッチ相の絶対量を軽減する。Ｃｕリッチ相の粒界析出抑制に及ぼすＢ及び／又はＴｉの効果は、０.０００５質量％以上のＢ及び／又は０.０１質量％以上のＴｉで顕著になる。Ｂ及び／又はＴｉの添加によってＣｕリッチ相の粒界析出が抑えられるので、Ｃｕリッチ相を低融点化しても液膜脆化が発生しがたく、良好な熱間加工性が確保される。
【００１１】
被削性改善効果のあるＣｕリッチ相は、Ｃｕリッチ相が析出し易い温度域における時効等の等温加熱，加熱後の降温過程で析出温度域の通過時間を可能な限り長くする条件下での徐冷等によって析出する。具体的には、最終焼鈍後に５００〜９００℃の温度域で時効処理するとＳｎ又はＩｎを２０質量％以上含む低融点のＣｕリッチ相の析出が促進され、優れた被削性がマルテンサイト系及びフェライト系ステンレス鋼に付与される。
Ｔｉは、液膜脆化に起因した熱間加工性の低下防止に有効であると共に、Ｃｕリッチ相の析出を促進させる作用も呈する。Ｎｂ，Ｍｏ等もＴｉと同様に炭化物、窒化物となってＣｕリッチ相の析出を促進させる。炭化物，窒化物等は、Ｃｕリッチ相の析出核として働き、マトリックスにＣｕリッチ相を均一分散させ、結果としてＣｕリッチ相の粒界析出が抑制される。Ｃｕリッチ相の析出は、Ｓ含有量を増やして硫化物を形成することによっても促進される。
【００１２】
以下、本発明のマルテンサイト系及びフェライト系ステンレス鋼に含まれる合金成分，含有量等を説明する。
Ｃ：０ . ００１〜０ . １質量％（フェライト系）
Ｃ：０ . ０１〜０ . ５質量％（マルテンサイト系）
Ｃｕリッチ相の析出核として有効なＣｒ炭化物を生成し、微細なＣｕリッチ相をマトリックス全体に渡って均一分散させる作用を呈する。このような作用を呈するためには、マルテンサイト系では０.０１質量％以上，フェライト系では０.００１質量％以上のＣ含有量が必要である。しかし、過剰なＣ含有は製造性や耐食性を低下させる原因となるので、マルテンサイト系では０.５質量％，フェライト系では０.１質量％にＣ含有量の上限を設定した。
【００１３】
Ｓｉ：１ . ０質量％以下
耐食性の改善に有効な合金成分であるが、１.０質量％を超える過剰量のＳｉ含有は製造性を劣化させる。
Ｍｎ：１ . ０質量％以下
製造性を改善すると共に、鋼中の有害なＳをＭｎＳとして固定する作用を呈する。ＭｎＳは、被削性の向上にも有効に働くと共に、Ｃｕリッチ相生成の核として作用するため、微細なＣｕリッチ相の生成に有効である。しかし、１.０質量％を超える過剰量のＭｎが含まれると、耐食性が劣化する傾向を示す。
Ｓ：０ . １５質量％以下
被削性の改善に有効なＭｎＳを形成する元素であるが、０.１５重量％を超える過剰量のＳが含まれると熱間加工性及び延性が著しく低下する。
【００１４】
Ｃｒ：１０〜１５質量％（マルテンサイト系）
Ｃｒ：１０〜３０質量％（フェライト系）
ステンレス鋼本来の耐食性を維持するために必要な合金成分であり、要求される耐食性を確保するために１０質量％以上のＣｒを添加する。しかし、フェライト系では３０質量％を超える過剰量のＣｒが含まれると、製造性，加工性に悪影響を及ぼす。マルテンサイト系では１５質量％を超える過剰量のＣｒが含まれると、フェライト相が安定化し、焼入れ時にマルテンサイト組織が得られがたくなる。
Ｎｉ：０ . ６０質量％以下
フェライト系及びマルテンサイト系ステンレス鋼の工業的な製造工程では、原料から不可避的に混入する成分である。本発明では、通常の生産ラインで混入するレベルの上限値０.６０質量％にＮｉ含有量の上限を設定した。
【００１５】
Ｃｕ：０ . ５〜６ . ０質量％
被削性改善効果のあるＣｕリッチ相の析出に必要な合金成分であり、０.２体積％以上の割合でＣｕリッチ相をマトリックスに析出させるため、Ｃｕ含有量を０.５質量％以上に設定している。しかし、６.０質量％を超える過剰量のＣｕ添加は、製造性，加工性，耐食性等に悪影響を及ぼす。マトリックスに析出するＣｕリッチ相は、析出物のサイズに特別な制約を受けるものではないが、被削性を安定して改善する上で表面及び内部に均一分散していることが好ましい。
Ｓｎ及び／又はＩｎ：０．５〜３ . ０質量％
Ｃｕリッチ相の低融点化に有効な合金成分であり、Ｃｕリッチ相に２０質量％以上の濃度でＳｎ及び／又はＩｎを濃化させるためにＳｎ及び／又はＩｎを０.５質量％以上を添加する。しかし、Ｓｎ及び／又はＩｎの過剰添加はＣｕリッチ相の低融点化を必要以上に進め、熱間加工性に及ぼすＣｕリッチ相の悪影響をＢ及び／又はＴｉで抑制できなくなるので、Ｓｎ及び／又はＩｎ含有量の上限を３.０質量％に設定した。
【００１６】
Ｂ：０ . ０００５〜０ . ２質量％以下
熱間加工時に粒界に偏析し、熱間加工性に悪影響を及ぼすＣｕリッチ相の粒界析出を抑制する作用を呈する。マトリックスに分散したＢの析出物は析出核としても働き、Ｃｕリッチ相の均一分散に有効である。このような効果は、０.０００５質量％以上のＢ添加で顕著になる。しかし、Ｂの過剰添加は熱間加工性を低下させるので、Ｂ含有量の上限を０.２質量％に規制した。
【００１７】
Ｔｉ：０．０２〜０ . ５質量％
Ｃｕリッチ相の析出核となる炭化物，窒化物，炭窒化物，硫化物等の介在物として分散し、微細なＣｕリッチ相をマトリックスに均一分散させる。その結果、Ｃｕリッチ相の粒界析出が防止され、ひいては熱間加工性が向上する。しかし、０.５質量％を超える過剰量のＴｉを添加すると、鋼材の清浄度が低下し、耐食性，プレス加工性等が損なわれる。
以上に掲げた成分のほかに、必要に応じてＮｂ，Ｍｏ，Ｚｒ，Ａｌ，Ｖ，希土類元素（ＲＥＭ）等を添加することもできる。これらの任意成分は、以下の作用を呈する。
【００１８】
Ｎｂ：０ . ０１〜１質量％
Ｔｉと同様にＣｕリッチ相の析出核として有効な炭化物，窒化物，炭窒化物等を形成し、微細なＣｕリッチ相をマトリックスに均一分散させる。Ｎｂの添加効果は０.０１質量％以上でみられる。しかし、１質量％を超える過剰量のＮｂ添加は、製造性や加工性に悪影響を及ぼす。
Ｍｏ：３質量％以下
耐食性を向上させると共に、微細なＣｕリッチ相の核サイトとして有効なＦｅ2Ｍｏ等の金属間化合物として析出する。しかし、３質量％を超える過剰なＭｏ含有は、製造性及び加工性に悪影響を及ぼす。
【００１９】
Ｚｒ：１質量％以下
微細なＣｕリッチ相の核サイトとして有効な炭窒化物となって析出する。しかし、Ｚｒの過剰添加は製造性や加工性に悪影響を及ぼすので、Ｚｒを添加する場合には含有量の上限を１質量％に規制する。
【００２０】
Ａｌ：１質量％以下
Ｍｏと同様に耐食性を改善すると共に、微細なＣｕリッチ相の核サイトとして有効な化合物として析出する。しかし、過剰なＡｌ添加は製造性及び加工性を劣化させるので、Ａｌを添加する場合には含有量の上限を１質量％に規制する。
【００２１】
Ｖ：１質量％以下
Ｚｒと同様に微細なＣｕリッチ相の核サイトとして有効な炭窒化物となって析出する。しかし、Ｖの過剰添加は製造性や加工性に悪影響を及ぼすので、Ｖを添加する場合には含有量の上限を１質量％に規制する。
【００２２】
希土類元素（ＲＥＭ）：０ . ０５質量％以下
必要に応じて添加される合金成分であり、適量の添加によってＢと同様に熱間加工性を改善する。また、Ｃｕリッチ相の析出に有効な析出物となってマトリックスに分散する。しかし、過剰に添加すると熱間加工性が劣化するので、希土類元素を添加する場合には含有量の上限を０.０５質量％に規制する。
【００２３】
熱処理温度：５００〜９００℃
Ｃｕリッチ相の析出により優れた被削性を得るためには、５００〜９００℃の時効処理が有効である。時効処理温度が低くなるほど、マトリックス中の固溶Ｃｕ量が少なくなり、Ｃｕリッチ相の析出量が増加する。しかし、低すぎる時効処理温度では、拡散速度が遅くなるため、析出量が却って減少する傾向がみられる。被削性に有効なＣｕリッチ相の析出に及ぼす時効処理温度の影響を種々の実験から調査したところ、５００〜９００℃の温度域で時効処理するとき、被削性に最も有効なＣｕリッチ相が０.２体積％以上の割合で析出することを見出した。析出したＣｕリッチ相は、抗菌性の向上にも有効である。時効処理は、好ましくは１時間以上で施され、熱間圧延終了後から製品となるまでの何れの段階で実施しても良い。
【００２４】
【実施例】
表１に示した組成をもつ各種マルテンサイト系ステンレス鋼を３００ｋｇ真空溶解炉で溶製し、鋳造後に１２３０℃で１時間加熱し、熱延工程を経て種々の温度で時効処理した。時効処理後のステンレス鋼帯を酸洗し、板厚４ｍｍ，板幅５００ｍｍ，長さ１２００ｍｍの供試材を得た。
【００２５】
横型フライス盤を用いた切削性評価試験で各鋼帯の切削性を評価した。切削性評価試験（図１）では、JIS B4107に規定される外径１２５ｍｍ，幅１０ｍｍの超硬バイト１を円周方向に等間隔で１６個装着させたフライス２を用い、圧延方向に直交する方向に送り方向Ｄを設定し、回転速度２０００ｒｐｍ，送り速度０.６ｍ／分，送り速度０.６ｍ／分，切込み深さ０.５ｍｍ，無潤滑の条件下で沿って被切削片３（鋼帯）をダウンカット方式で切削した。被切削片３の長手方向１２００ｍｍを切削した後、被切削片３の幅方向にフライス２を１０ｍｍ送って隣接する長手方向の切削を繰り返した。被切削片３の表面全域を０.５ｍｍ切り込んだ後、起点に戻り、新たに０.５ｍｍの切込みを繰り返した。この条件下で切削を継続し、超硬バイト１の刃先が０.１ｍｍ減少するまでの切削時間を寿命判定基準としてバイト摩耗を評価した。
【００２７】
同じ鋼帯から切り出された試験片を透過型電子顕微鏡で組織観察し、画像処理によってマトリックスに分散析出しているＣｕリッチ相を定量し、Ｃｕリッチ相の体積分率（体積％）を求めた。
更に、ＥＤＸ分析によりＣｕリッチ相のＳｎ，Ｉｎ濃度を測定した。
８１０℃×９時間で時効処理した試験番号ＭＡ-１〜ＭＯ-１の各鋼材について、熱間圧延された鋼帯のエッジ部を観察し、平滑な形状のエッジ部を○，圧延方向に直交する方向に沿って１ｍｍ以上の切込み（耳切れ）が検出されたエッジ部を×としてエッジ部の外観から熱間加工性を評価した。
【００２８】
更に、先願・特願２０００−１７７７８６号で紹介した被削性の良好な材料ＭＯ-１を基準とし、ＭＯ-１よりも優れた被削性を示す試験片を○，ＭＯ-１より被削性が劣る試験片を×として被削性を評価した。
表２の調査結果にみられるように、本発明で規定した成分・組成，Ｃｕリッチ相に関する条件を満足するＭＡ-１，ＭＢ-１，ＭＣ-１，ＭＤ-１，ＭＥ-１，ＭＪ-１，ＭＫ-１，ＭＬ-１，ＭＭ-１，ＭＮ-１は、何れも良好な被削性を示し、熱間加工性も優れていた。
【００２９】
他方、ＭＦ-１はＣｕが過剰，ＭＨ-１はＳｎが過剰，ＭＧ-１はＣｕ含有量が０.５質量％以上で０.５質量％以上のＳｎが添加されているもののＢ及び／又はＴｉが不足しているため、熱間加工性に劣っていた。成分・組成条件を満足するものの未時効のＭＡ-２，ＭＢ-２，ＭＣ-２，ＭＤ-２，ＭＥ-２では、Ｃｕリッチ相の体積分率が０.２体積％を下回っていることから被削性に劣っていた。時効処理材であってもＣｕ含有量が０.５質量％のＭＩ-１，ＭＩ-２では、Ｃｕリッチ相の析出量が０.２体積％に達せず、被削性に劣っていた。
【００３０】
【表２】
【実施例２】
表１の鋼材ＭＣを用いて、実施例１と同じ条件で供試材を作製し、４５０〜９５０℃及び０.５〜１６時間の範囲で条件を種々変更した時効処理を施した。時効処理材の被削性を実施例１と同様に調査した。
表３の調査結果から、５００〜９００℃で１時間以上時効処理された試験番号ＭＣ-４，ＭＣ-６〜ＭＣ-１０は、Ｓｎ濃度２０質量％以上のＣｕリッチ相が０.２体積％以上の体積分率で析出しており、優れた被削性を示すことが判る。
【００３２】
時効処理温度が５００〜９００℃の範囲にあっても、時効処理時間が１時間に満たない試験番号ＭＣ-５では、Ｃｕリッチ相が０.２体積％に達せず、被削性に劣っていた。時効処理温度が５００℃未満のＭＣ-３や９００℃を超えるＭＣ-１１は、Ｃｕリッチ相の析出量が０.２体積％未満で、被削性に劣っていた。
以上の結果から、被削性の改善には０.５質量％以上のＣｕ含有量でＳｎ及び／又はＩｎの濃度が２０質量％以上のＣｕリッチ相が０．２体積％以上の体積分率で析出している必要があり、Ｃｕリッチ相を０.２体積％以上で析出させるために５００〜９００℃×１時間以上の時効処理が必要であることが確認された。
【００３３】
【実施例３】
表４に示した組成をもつ各種フェライト系ステンレス鋼を３００ｋｇ真空溶解炉で溶製し、鋳造後に１２３０℃で１時間加熱し、熱延工程を経て種々の温度で時効処理した。時効処理後のステンレス鋼帯を酸洗し、板厚４ｍｍ，板幅５００ｍｍ，長さ１２００ｍｍの供試材を得た。
【００３５】
実施例１と同じ被削性評価試験で各供試材の被削性を評価すると共に、Ｃｕリッチ相の体積分率，Ｓｎ濃度，Ｉｎ濃度を求めた。各供試材の被削性は、８２０℃×９時間の時効処理を施した後、先願・特願２０００−１７７７８６号で紹介した被削性の良好な材料ＦＭ-１を基準とし、ＦＭ-１より良好な被削性を示す供試材を○，ＦＭ-１より被削性が劣る供試材を×として評価した。
【００３７】
表５の調査結果にみられるように、本発明で規定した成分・組成及びＣｕリッチ相に関する条件を満足するＦＡ-１，ＦＢ-１，ＦＣ-１，ＦＧ-１，ＦＨ-１，ＦＩ-１，ＦＪ-１，ＦＫ-１は、何れも被削性に優れ、熱間加工性も良好であった。
他方、Ｃｕ含有量が０.５質量％以上であっても未時効のＦＡ-２，ＦＢ-２，ＦＣ-２では、Ｃｕリッチ相の体積分率が０.２体積％を下回っていることから被削性に劣っていた。時効処理材であってもＣｕ含有量が０.５質量％のＦＬ-１，ＦＬ-２では、Ｃｕリッチ相の析出量が０.２体積％に達せず被削性に劣っていた。
【００３８】
【表５】
【実施例４】
表４に示した鋼材ＦＣを用い、実施例３と同じ条件で作製した供試材に４５０〜９５０℃及び０.５〜１６時間の範囲で条件を種々変更した時効処理を施した。時効処理材の被削性を実施例１と同様に調査した。
表６の調査結果にみられるように、５００〜９００℃で１時間以上時効処理された試験番号ＦＣ-４，ＦＣ-６〜ＦＣ-１０は、Ｓｎ濃度２０質量％以上のＣｕリッチ相が０.２体積％以上の体積分率で析出しており、優れた被削性を示した。
【００４０】
時効処理温度が５００〜９００℃の範囲にあっても、時効処理時間が１時間に満たない試験番号ＦＣ-５では、Ｃｕリッチ相が０.２体積％に達せず、被削性に劣っていた。時効処理温度が５００℃未満のＦＣ-３や９００℃を超えるＦＣ-１１では、Ｃｕリッチ相の析出量が０.２体積％未満で被削性に劣っていた。
以上の結果から、被削性の改善には０.５質量％以上のＣｕ含有量でＳｎ及び／又はＩｎの濃度が２０質量％以上のＣｕリッチ相が０.２体積％以上の体積分率で析出している必要があり、Ｃｕリッチ相を０.２体積％以上で析出させるために５００〜９００℃×１時間以上の時効処理が必要であることが確認された。
【００４１】
【発明の効果】
以上に説明したように、Ｓｎ及び／又はＩｎ濃度が２０質量％以上のＣｕリッチ相を０.２体積％以上の体積分率でマトリックスに分散析出させると共に、Ｂ及び／又はＴｉの添加によってＣｕリッチ相の粒界析出を抑制することにより、Ｃｕリッチ相により被削性を改善し、且つＣｕリッチ相の粒界析出に起因する液膜脆化を抑えて良好な熱間加工性を確保している。しかも、被削性改善のためにＳ，Ｐｂ，Ｂｉ，Ｓｅ等の有害元素を含んでいないため、材質の劣化がなく環境対策にかかる負担も軽減される。このようにして、本発明に従ったマルテンサイト系又はフェライト系ステンレス鋼は、優れた被削性を活かして必要形状に精度良く切削加工され、加工後の表面も良好なため、家庭電気器具，家具調度品，厨房機器，各種機械・器具，機器等の材料として広範な分野で使用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 切削性評価試験の説明図
【符号の説明】
１：超硬バイト ２：フライス ３：被切削片 Ｄ：送り方向
Claims (3)
- Ｃ：０.０１〜０.５質量％，Ｓｉ：１.０質量％以下，Ｍｎ：１.０質量％以下，Ｃｒ：１０〜１５質量％，Ｎｉ：０.６０質量％以下，Ｃｕ：０.５〜６.０質量％，Ｓｎ及び／又はＩｎ：０.５〜３.０質量％，Ｂ：０.０００５〜０.２質量％及び／又はＴｉ：０.０１〜０.５質量％，残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる組成をもち、Ｓｎ及び／又はＩｎ濃度が２０質量％以上のＣｕリッチ相が０.２体積％以上の割合でマトリックスに分散していることを特徴とする熱間加工性，切削性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼。
- Ｃ：０.００１〜０.５質量％，Ｓｉ：１.０質量％以下，Ｍｎ：１.０質量％以下，Ｃｒ：１５〜３０質量％，Ｎｉ：０.６０質量％以下，Ｃｕ：０.５〜６.０質量％，Ｓｎ及び／又はＩｎ：０.５〜３.０質量％，Ｂ：０.０００５〜０.２質量％及び／又はＴｉ：０.０１〜０.５質量％，残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる組成をもち、Ｓｎ及び／又はＩｎ濃度が２０質量％以上のＣｕリッチ相が０.２体積％以上の割合でマトリックスに分散していることを特徴とする熱間加工性，切削性に優れたフェライト系ステンレス鋼。
- 請求項１又は２記載のマルテンサイト系又はフェライト系ステンレス鋼を熱間圧延した後、最終製品になるまでの過程で５００〜９００℃の温度域に１時間以上加熱する時効処理を施して、Ｓｎ及び／又はＩｎ濃度が２０質量％以上のＣｕリッチ相の析出を促進させ、該Ｃｕリッチ相を析出させることを特徴とする熱間加工性，切削性に優れたマルテンサイト系又はフェライト系ステンレス鋼の製造方法。
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