JP4761649B2 - 耐食鋼 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐食鋼、詳細には被削性等に優れたプリンターシャフト等に適した耐食鋼に関する。
【0002】
【従来の技術】
OA機器等の室内で使用されている機器の部品の素材としては、冷間加工性及び被削性が優れていると共に、室内環境において使用に耐え得る程度の耐食・耐候性を有していること等が要求されている。このOA機器のうち、最近パソコンが広く普及し、これに伴ってプリンターの需要も増加している。このプリンターには印刷用紙の送紙用シャフト、印字用シャフト等の複数本のシャフトが内蔵されており、プリンターのコストの低減には、シャフトのコストの低減が必要になっている。
【0003】
従来、レーザープリンターのシャフト用等にはSUS420J2(C:0.26〜0.40%、Si:1.00%以下、Mn:1.00%以下、P:0.040%以下、S:0.030%以下、Cr:12.00〜14.00%、残部が実質的にFe)、SUS410(C:0.15%以下、Si:1.00%以下、Mn:1.00%以下、P:0.040%以下、S:0.030%以下、Cr:11.50〜13.50%、残部が実質的にFe)等のステンレス鋼が使用されていた。
【0004】
また、カラープリンター等のインクジェットプリンターには、SUM24L(C:0、15%以下、Mn:0.85〜1.15%、P:0.04〜0.09%、S:0.26〜0.35%、Pb:0.10〜0.35%、残部が実質的にFe)、SUM22(C:0.13%以下、Si:規定なし、Mn:0.70〜1.00%、P:0.07〜0.12%、S:0.24〜0.35%、残部が実質的にFe)等の快削鋼を使用し、切削加工後にNiめっきをしたもの等が使用されていた。
【0005】
しかし、これらのOA機器は、室内環境において使用に耐え得る程度の耐食・耐候性鋼を備えていればよいので、SUS420J2、SUS410等ステンレス鋼は、高価であり、またコストパフォーマンスの面からも適切でなかった。
また、SUM24L等の快削鋼にめっきを施す場合には、めっきの膜厚や欠陥の有無等によって品質にばらつきを伴いやすいことから、製品の信頼性が低下したものになることがあった。また、環境汚染に留意する必要があることから、めっき時に発生する廃液の処分を考慮しなければならず、処理費用が高騰したこともあり、コストが安価であるとはいえなくなってきた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、被削性及び真直性が優れていると共に、通常の室内環境での使用に対して十分な耐食・耐候性を有し、めっき等の被覆を施す必要がない安価な鋼を提供することを課題としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明者らは、被削性及び真直性が優れていると共に、通常の室内環境での使用に対して十分な耐食・耐候性を有する安価な鋼を得るために鋭意研究していたところ、C:0.005〜0.200%、Si:1.0%以下、Mn:2.0%以下、P:0.05%以下、Cu:2.0%以下、Ni:2.0%以下、Cr:2.0〜9.0%等を含有する鋼にS、Se、Ti及びZrを添加し、その量を特定の範囲にすれば、(Ti,Zr)4 (S,Se)2 C2 等のC並びにS及びSeのうちの1種又は2種を含有するTi系化合物、Zr系化合物又はTi及びZr系化合物が生成すること、これらの化合物を鋼中に微細に分散させることによって、被削性が優れると共に、耐食性、冷間加工性及び熱間加工性も良好なものになること等の知見を得た。
本発明にこれらの知見に基づいて発明をされたものである。
【0008】
すなわち、本発明のプリンターシャフト等に適した耐食鋼においては、C:0.005〜0.200%、Si:1.0%以下、Mn:2.0%以下、P:0.05%以下、Cu:2.0%以下、Ni:2.0%以下、Cr:2.0〜9.0%、Ti及びZrのうちの1種又は2種:Ti%+0.52×Zr%として0.03〜1.20%、S:0.01〜0.50%及びSe:0.01〜0.40%のうちの1種又は2種、N:0.050%以下並びにO:0.030%以下を含有し、必要に応じてPb:0.01〜0.30%、Te:0.005〜0.100%及びBi:0.01〜0.20%のうちの1種又は2種以上を含有し、更に必要に応じてCa、Mg、B及びREMのうちの1種又は2種以上を0.0018〜0.0100%含有し、また必要に応じてNb、Ta及びHfのうちの1種又は2種以上を0.01〜0.50%含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなり、鋼中にC並びにS及びSeのうちの1種又は2種を含有するTi系化合物、Zr系化合物又はTi及びZr系化合物が存在するものにすることである。
【0009】
また、本発明のプリンターシャフト等に適した耐食鋼においては、C:0.005〜0.200%、Si:1.0%以下、Mn:2.0%以下、P:0.05%以下、Cu:2.0%以下、Ni:2.0%以下、Cr:2.0〜9.0%、Ti及びZrのうちの1種又は2種:Ti%+0.52×Zr%として0.03〜1.20%、S:0.01〜0.50%及びSe:0.01〜0.40%のうちの1種又は2種、N:0.050%以下並びにO:0.030%以下を含有し、更にMo:0.1〜4.0%及びW:0.1〜3.0%のうちの1種又は2種を含有し、必要に応じてCa、Mg、B及びREMのうちの1種又は2種以上を0.0018〜0.0100%含有し、また必要に応じてNb、Ta及びHfのうちの1種又は2種以上を0.01〜0.50%含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなり、鋼中にC並びにS及びSeのうちの1種又は2種を含有するTi系化合物、Zr系化合物又はTi及びZr系化合物が存在するものにすることである。
【0010】
【作用】
本発明のプリンターシャフト等に適した耐食鋼は、C:0.005〜0.200%、Si:1.0%以下、Mn:2.0%以下、P:0.05%以下、Cu:2.0%以下、Ni:2.0%以下、Cr:2.0〜9.0%等を含有する鋼にS、Se、Ti及びZrを添加し、その量を上記のような特定の範囲にしているので、(Ti,Zr)4 (S,Se)2 C2 、(Ti,Zr)(S,Se)等のC並びにS及びSeのうちの1種又は2種を含有するTi系化合物、Zr系化合物又はTi及びZr系化合物が生成し、これらの化合物が鋼中に微細に分散しているため、被削性が優れると共に、耐食性、冷間加工性及び熱間加工性に優れたものとなる。
【0011】
【発明の実施の態様】
次に、本発明の耐食鋼について詳細に説明する。
先ず、本発明のプリンターシャフト等に適した耐食鋼の成分及びその含有量を特定した理由を説明する。
C:0.005〜0.200%
Cは、被削性を向上させる化合物を構成する重要な元素であるので、そのために含有させるものである。その含有量が少ないと被削性を向上させる化合物が十分に生成されないので、0.005%以上、望ましくは0.010%以上にする。また0.200%を超えると被削性を阻害する単体の炭化物が多量に生成するので、0.200%以下にする。望ましくは0.100%以下が良い。
【0012】
Si:1.0%以下
Siは、脱酸剤として添加する元素であるが、多量に含有させると固溶化熱処理後の硬さが高くなって冷間加工性を低下し、さらにδ−フェライトの生成量が増加して熱間加工性を劣化させ、また耐食性も低下させるので、その含有量の上限を1.0%とする。なお、被削性及び真直性を特に重視する場合には、0.15%以下にする。
Mn:2.0%以下
Mnは、脱酸剤であると共に、SやSeと結合して被削性を改善するので、脱酸剤を必要とする場合、被削性を改善する必要がある場合等に含有させる元素である。しかし、Sと結合したMnSは、耐食性を著しく劣化させると共に、冷間加工性及び真直性を低下させるので、その含有量の上限を2.0%とする。なお、耐食性及び冷間加工性を重視する場合には、0.40%以下にすることが望ましい。
【0013】
P:0.05%以下
Pは、不純物であり、粒界に偏析して粒界腐食感受性を高めるほか、靱性の低下を招くので、少ないほうが望ましいが、必要以上の低減はコストの上昇を招くので、0.05%以下にする。望ましくは0.03%以下にする。
Cu:2.0%以下
Cuは、耐食性、特に還元性酸環境中での耐食性を向上させるのに有効であるが、過剰に含有させると熱間加工性を劣化させるので、その含有量の上限を2.0%にする。
【0014】
Ni:2.0%以下
Niは、耐食性を向上させるので、そのために含有させる元素である。しかし、多量に含有させるとコストが上昇するので、その含有量の上限を2.0%とする。ただし、十分な耐食性と良好な真直性を得るためには、その含有量を0.3〜0.8%にするのが望ましい。
【0015】
Cr:2.0〜9.0%
Crは、耐食性を向上させるので、そのために含有させる元素である。その含有量が2.0%、望ましくは6.0より少ないと十分な耐食性が得られず、また9.0%より多くなると真直性、加工性及び被削性が低下し、コストも上昇するので、その含有量を2.0〜9.0%にする。望ましい含有量は6.0〜9.0%である。
【0016】
Ti及びZrのうちの1種又は2種:Ti%+0.52×Zr%として0.03 〜1.20%
Ti及びZrは、CとS及びSeと共存することにより、(Ti,Zr)4 (S,Se)2 C2 、(Ti,Zr)(S,Se)等を形成して、被削性の向上に寄与し、特に、(Ti,Zr)4 (S,Se)2 C2 は耐食性を劣化させることなく、また微細に分散するために冷鍛性を劣化させことがなく、被削性の向上に寄与するので、そのために含有させる元素である。これらの作用効果を得るためにはTi%+0.52×Zr%として0.03%以上含有させる必要があるが、過剰になると硬質な介在物のTiN・TiO2 が生成し、マトリックス硬さが上昇して被削性を低下させるので、その含有量の上限を1.20%にする。
【0017】
S:0.01〜0.50%、Se:0.01〜0.40%
S及びSeは、CとTi及びZrと共存することにより、(Ti,Zr)4 (S,Se)2 C2 、(Ti,Zr)(S,Se)等を形成して、被削性の向上に寄与し、特に、(Ti,Zr)4 (S,Se)2 C2 は耐食性を劣化させることなく、また微細に分散するために冷鍛性を劣化させことがなく、被削性の向上に寄与するので、そのために含有させる元素である。この作用効果を得るためにはSを0.01%以上、Seを0.01以上含有させる必要があるが、過剰になると熱間加工性及び靱性を劣化させるので、その含有量の上限をSでは0.50%、Seでは0.40%にする。
【0018】
N:0.050%以下
Nは、不純物であり、被削性を向上させる化合物を構成する重要な元素であるTi及びZrと結合して被削性を阻害する窒化物を生成するので、できるだけ少なくする必要がある。しかし、必要以上の低減はコストの上昇を招くので、0.050%以下、望ましくは0.025%以下、より望ましくは0.010%以下にする。
【0019】
O:0.030%以下
Oは、不純物であり、被削性を向上させる化合物を構成する重要な元素であるTi及びZrと結合して被削性を阻害する酸化物を生成するので、できるだけ少なくする必要がある。しかし、必要以上の低減はコストの上昇を招くので、0.030%以下、望ましくは0.010%以下にする。
【0020】
Mo:0.1〜4.0%、W:0.1〜3.0%
Mo及びWは、いずれも本発明の鋼中において、耐食性をより一層向上させるので、そのために含有させる元素である。これらの作用効果を得るには0.1%以上含有させる必要があるが、過剰になると冷鍛性を阻害するので、その含有量の上限をMoでは4.0%、Wでは3.0%にする。
【0021】
Pb:0.01〜0.30%、Te:0.005〜0.100%及びBi:0. 01〜0.20%
Pb、Te及びBiは、被削性をより一層向上させるので、そのために含有させる元素である。その作用効果を得るためにはPbを0.01%以上、Teを0.005%以上及びBi:0.01%以上含有させる必要があるが、過剰になると熱間加工性を劣化させるので、その含有量の上限をPbでは0.30%、Teでは0.100%、Biでは0.20%にする。
【0022】
Ca、Mg、B及びREMの1種又は2種以上を0.0018〜0.0100% Ca、Mg、B及びREMは、鋼の熱間加工性を向上させるので、そのために含有させる元素である。その作用効果を得るには0.0018%以上含有させる必要があるが、過剰になると逆に熱間加工性を低下させるので、その含有量の上限を0.0100%にする。
【0023】
Nb、Ta及びHfの1種又は2種以上を0.01〜0.50%
Nb、Ta及びHfは、炭窒化物を形成して鋼の結晶粒を微細化し、靱性を高めるので、そのために含有させる元素である。この作用効果を得るには0.01%以上含有させる必要があるが、過剰になると粗大な炭窒化物を形成して逆に靱性を低下させるので、その含有量の上限を0.50%にする。
【0024】
次に、本発明の耐食鋼の製造方法について説明する。
本発明の耐食鋼は、従来からあるCrを2.0〜9.0%含有する鋼又はこれに類似する鋼に、上記特定量のTi及びZrの1種又は2種、C並びにS及びSeの1種又は2種を含有させたものであるので、従来からあるCrを2.0〜9.0%含有する鋼の製造方法と同様に製造することができる。
【0025】
【実施例】
次に、本発明の実施例について説明する。
下記表1に示す本発明例、比較例及び参考例の供試鋼を溶製し、鋳造してインゴットを作成した。このインゴットを155mm角の鋼片に分塊圧延し、その後この鋼片を線材圧延して9.5mm丸の線材にした。この線材を焼鈍し、スケールを除去した後、コンバインドマシーンで線材から直棒にし、センタレスグラインダーで8mm丸棒にし、これを供試材にした。
【0026】
【表1】
【0027】
次に、上記供試材から直径8mm、長さ500mmの試験片を作成した。これらの試験片を用いて下記方法で被削性、耐食性及び真直性の試験を実施した。その結果を下記表3に示す。
1 被削性
被削性は、下記条件で超硬バイトを用いて500個のサンプルの外削を実施し、工具刃先摩耗を測定した。工具刃先摩耗は下記表2示すように大、中、小で判定した。
切削速度:150mm/min
送り:0.05mm/rev
切込み:1mm
【0028】
【表2】
【0029】
2 耐食性
各試験片を温度60℃、湿度95%Nの高温、多湿雰囲気中に240時間保存し、目視で外観の発錆の有無を観察した。
3 真直性
測定法:2個の支点の間隔を400mmに設定し、その上に試験片を置き、試験片を回転させてダイヤルゲージで中央部の振れを測定した。単位はμm/400mm幅である。
測定結果は、小:0〜10μm/400mm、中:10を超え〜30μm/400mm、大:30を超え〜100μm/400mmとして判定した。
【0030】
【表3】
【0031】
また、本発明例のNo.1について電解抽出による抽出残査をX線回折により同定した結果、図1に示すようにTi4 C2 S2 系化合物の存在が確認された。
【0032】
表3の結果より、本発明例は、被削性を表す工具摩耗量がいずれも横逃げ面、前逃げ面ともに100μm以下であり、良好な被削性を示した。また耐食性試験においていずれも発錆は認められず、良好な耐食性を示した。またセンタレスグラインダー後の曲がりも比較例に比べて小さく、良好な真直性を示した。
これに対して、C含有量が本発明より少なく、またSi含有量が本発明より多い比較例1は、被削性を表す工具摩耗量が大であり、耐食性試験において発錆が認められ、また真直性を表す曲がりも大であった。
【0033】
さらに、C含有量が本発明より少なく、またCr含有量が本発明の少ない比較例2は、被削性を表す工具摩耗量が小であったが、耐食性試験において発錆が認められ、また真直性を表す曲がりも大であった。
また、Cr含有量及びN含有量が本発明より多い比較例3は、被削性を表す工具摩耗量が大であり、また真直性を表す曲がりも大であった。
また、Mn含有量が本発明より多い比較例4は、耐食性試験において発錆が認められ、また真直性を示す曲がりも大であった。
また、Ti含有量が本発明より少ない比較例5は、被削性を表す工具摩耗量が大であり、また耐食性試験において発錆も認められた。
【0034】
【発明の効果】
本発明の耐食鋼は、上記構成にしたことにより、被削性及び真直性が優れていると共に、通常の室内環境での使用に対して十分な耐食・耐候性を有し、かつ従来のフェライト系ステンレス鋼に比べてCr含有量が少ないので、安価であるという特徴を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明鋼に形成されたC並びにS及びSeのうちの1種又は2種を含有するTi、Zr又はTi及びZr系化合物のX線回折データを示す図である。
Claims (6)
- 質量%で(以下同じ)、C:0.005〜0.200%、Si:1.0%以下、Mn:2.0%以下、P:0.05%以下、Cu:2.0%以下、Ni:2.0%以下、Cr:2.0〜9.0%、Ti及びZrのうちの1種又は2種:Ti%+0.52×Zr%として0.03〜1.20%、S:0.01〜0.50%及びSe:0.01〜0.40%のうちの1種又は2種、N:0.050%以下並びにO:0.030%以下を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなり、鋼中にC並びにS及びSeのうちの1種又は2種を含有するTi、Zr又はTi及びZr系化合物が存在することを特徴とする耐食鋼。
- C:0.005〜0.200%、Si:1.0%以下、Mn:2.0%以下、P:0.05%以下、Cu:2.0%以下、Ni:2.0%以下、Cr:2.0〜9.0%、Ti及びZrのうちの1種又は2種:Ti%+0.52×Zr%として0.03〜1.20%、S:0.01〜0.50%及びSe:0.01〜0.40%のうちの1種又は2種、N:0.050%以下並びにO:0.030%以下を含有し、更にMo:0.1〜4.0%及びW:0.1〜3.0%のうちの1種又は2種を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなり、鋼中にC並びにS及びSeのうちの1種又は2種を含有するTi、Zr又はTi及びZr系化合物が存在することを特徴とする耐食鋼。
- C:0.005〜0.200%、Si:1.0%以下、Mn:2.0%以下、P:0.05%以下、Cu:2.0%以下、Ni:2.0%以下、Cr:2.0〜9.0%、Ti及びZrのうちの1種又は2種:Ti%+0.52×Zr%として0.03〜1.20%、S:0.01〜0.50%及びSe:0.01〜0.40%のうちの1種又は2種、N:0.050%以下並びにO:0.030%以下を含有し、更にPb:0.01〜0.30%、Te:0.005〜0.100%及びBi:0.01〜0.20%のうちの1種又は2種以上を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなり、鋼中にC並びにS及びSeのうちの1種又は2種を含有するTi、Zr又はTi及びZr系化合物が存在することを特徴とする耐食鋼。
- 上記残部Feの同量に代えてCa、Mg、B及びREMのうちの1種又は2種以上を0.0018〜0.0100%含有することを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項記載の耐食鋼。
- 上記残部Feの同量に代えてNb、Ta及びHfのうちの1種又は2種以上を0.01〜0.50%含有することを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項記載の耐食鋼。
- 上記耐食鋼の用途がプリンターシャフトであることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項記載の耐食鋼。
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