JP5713299B2 - 快削ステンレス鋼鋳鋼製品及びその製造方法 - Google Patents
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Description
そこで、従来、切削性を向上する目的で、快削性付与材としてS(硫黄)、Pb(鉛)、Se(セレン)などを添加した快削ステンレス鋼があるが、Pbには地球環境問題があり、安全・安心の観点から食品や飲料を生産する機器用の継手等としては不適当である。Seは環境負荷物質として知られ、使用を差し控えるようになっている。また、硫黄添加快削ステンレス鋼として市販されている鋼種のSUS303では、微量でも耐食性に対し悪影響を及ぼす元素として知られるSが0.3%程度含まれており、耐食性が重視される機器の部位に使用することは不適当である。
特許文献1には、優れた切削性、耐食性、機械的特性を同時に満足することができる快削ステンレス鋼とその製造方法が開示されている。この発明では、切削性、耐食性、機械的特性の全てを満足するため、鋳造後のインゴットに鍛造・圧延の塑性加工を行い鋳造組織を消去した後、h−BN(六方晶系窒化ホウ素)粒子を再析出することで、従来のステンレス鋼材料に比較し25%程度の切削性の改良が行われた。
しかしながら、特許文献1に開示されるように、鍛造・圧延した後熱処理により切削性が改善されたステンレス鋼は開発されたものの、鋳造組織のままで切削性が改善されたステンレス鋳鋼製品及びその製造方法は、開示されていない。
発明1により、優れた切削性と環境性のみならず耐食性も満足させることができた。
この発明の製造方法において、ステンレス鋼鋳鋼の溶解は、溶解雰囲気の調整が可能な、通常のステンレス鋼を溶製する溶解炉を使用して行われる。この溶解において、Bの原料としては、フェロボロンあるいは金属ボロンが使用されるが、溶融点の低いフェロボロンのほうが溶解原料としては技術的に有利であり、Bの単位重量当たりの価格が低いため経済的である。
(1)鋳造後の冷却速度を制御する。
(2)金型鋳型を使用する。
(3)注湯位置、押湯形状等の鋳型の設計を考慮する。
などが考えられる。
この状態から急冷することにより、過飽和に固溶した状態のBとNを含有するステンレス鋼鋳鋼製品が得られる。急冷の操作は、通常のステンレス鋼に対して行われる水冷で構わないが、後述のh−BNを析出する温度範囲での冷却速度を、析出を起こさない冷却速度とする必要がある。
市販のオーステナイト系ステンレス鋼(SUS304)丸棒(重量18kg)を溶解原料として真空誘導溶解炉を用いて溶解した。溶解原料の成分組成(mass%)は、0.04%C、0.30%Si、1.00%Mn、0.030%P、0.024%S、8.09%Ni、18.05%Crであった。溶融時に真空誘導溶解炉にNを0.07MPa封入し、溶鋼中のN濃度の調整を行った。溶融後、溶湯に市販のフェロボロン(19.2mass%B)を所定量添加し、B濃度の調整を行い、弱減圧N雰囲気中で20分間保持し、1600℃で出湯し、鋳鉄鋳型に鋳込み、インゴットを製造した。開発材1〜3は、B含有量の目標値を、それぞれ、0.02mass%、0.05mass%、0.1mass%とし、N含有量の目標値を0.2mass%としたものである。
開発材4は、比較材1(SUS304鋳造材に相当)に比べ、中切削速度域では20%、高速切削域で11%も切削抵抗合力が低下し、切削性が大きく改善されている。
比較材2は、硫黄添加快削ステンレス鋼鋳鋼であり、これに比較すると、開発材の切削性は劣っているものの、耐食性が重要となる場合には、比較材2は使用できない。良好な切削性及び耐食性の双方を満足できるのは開発材だけであり、開発材の優位性は否定できない。
h−BN添加の有無による耐食性を比較すると、開発材4と比較材1との差はほとんど観察されず、耐食性の劣化は認められなかった。一方、比較材2では、腐食量が、開発材4、比較材1と比べて著しく増加しており、耐食性が要求される場合には、比較材2は使用できないことを示している。
Claims (7)
- 快削性付与材を添加してなるステンレス鋼鋳鋼製品であって、前記快削性付与材がh−BN(六方晶系窒化ホウ素)粒子であって、粒径が200nmから10μmの球状の前記h−BN粒子が鋼中に均一に分散析出していることを特徴とするステンレス鋼鋳鋼製品。
- 請求項1に記載のステンレス鋼鋳鋼製品の製造方法であって、鋳造凝固時の1250℃から850℃の温度域でh−BN粒子が析出する冷却速度で冷却し、前記h−BN粒子を分散析出させることを特徴とするステンレス鋼鋳鋼製品の製造方法。
- 請求項1に記載のステンレス鋼鋳鋼製品の製造方法であって、鋳造組織中にh−BN粒子が不均一に析出しているステンレス鋼を1200℃以上の温度まで加熱した後に前記h−BN粒子が析出を起こさない冷却速度で急冷し、前記h−BN粒子を固溶消滅させ、その後950〜1100℃の温度での焼もどし熱処理を行うことにより、前記h−BN粒子を再度分散析出させることを特徴とするステンレス鋼鋳鋼製品の製造方法。
- 請求項1に記載のステンレス鋼鋳鋼製品の製造方法であって、鋳造凝固時の1250℃から850℃の温度域でh−BN粒子が析出を起こさない冷却速度で急冷し、前記h−BN粒子が析出していない鋳造組織とした後、950〜1100℃の温度での焼もどし熱処理を行うことにより、前記h−BN粒子を分散析出させることを特徴とするステンレス鋼鋳鋼製品の製造方法。
- 請求項2〜4の何れかに記載のステンレス鋼鋳鋼製品の製造方法であって、B(ホウ素)の添加量が0.003〜0.5mass%であり、N(窒素)の添加量については、モル比でN/Bが1以上にすることを特徴とするステンレス鋼鋳鋼製品の製造方法。
- 請求項5に記載のステンレス鋼鋳鋼製品の製造方法であって、Bはフェロボロン又は金属ボロンの添加により、Nは溶解雰囲気を(アルゴン+窒素)あるいは減圧窒素とすることにより、ステンレス溶鋼に添加することを特徴とするステンレス鋼鋳鋼製品の製造方法。
- 請求項5に記載のステンレス鋼鋳鋼製品の製造方法であって、Bはフェロボロン又は金属ボロンの添加により、Nは窒素を含有する化合物又はフェロアロイの添加により、ステンレス溶鋼に添加することを特徴とするステンレス鋼鋳鋼製品の製造方法。
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