JP6120303B2 - 複相介在物を有する快削ステンレス鋼 - Google Patents
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Description
本発明は、精密機器部品、産業用機械構造部品などの部材として使用できる、優れた耐食性および被削性を有する快削ステンレス鋼に関する。
耐食性、耐久性および切削加工を必要とする機器などには、生産性向上のためにＰｂ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅなどを含有した快削ステンレス鋼が使用されている。ところで、Ｐｂは耐食性を殆んど低下させずに被削性を向上させる有用な元素である。その反面、環境保護に対する関心が地球規模で高まっている近年では、Ｐｂは環境を害する元素であるとして、添加が敬遠される。一方、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅは鋼中で非金属介在物を形成して被削性を向上させるが、その介在物は、マトリクスよりも腐食環境に弱いため、材料の耐食性を劣化させてしまう。また、軟質であるため、外力の影響を受けて変形や脱落を起こしやすく、材料の良好な表面性状を保つことが難しい。
環境負荷を考慮して、非Ｐｂ鋼であると共に、硫化物系介在物組成を制御し、耐食性および被削性を改善した発明が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。しかしながら、この発明は、材料の表面性状を保つための介在物形態の制御については言及していない。
精密機器の部品や、産業用機械の構造部品などの部材は、使用環境における十分な耐食性を有することが必須である。その上に、これらの部材は精密加工や量産加工に対応できる被削性も要求される。このような鉄鋼材料において、耐食性を損なうことなく被削性を向上させる元素としては、Ｐｂが良く知られている。しかしながら、環境負荷への低減を考慮するとき、Ｐｂの使用は避ける必要がある。さらに、上記の部品などの部材は、それぞれ搭載される機器に向けて綿密な設計がされることが多い。したがって、これらの部材では、それらの材料の表面状態の安定性も重要な要件である。
そこで、本発明が解決しようとする課題は、非Ｐｂで環境負荷が小さく、かつ、十分な耐食性と被削性を有し、さらに外力などによる変形や脱落のしにくい材料である快削ステンレス鋼を提案することである。
上記の課題を解決するための本発明の手段は、環境負荷の低減のために、非Ｐｂ鋼であるが、Ｐｂ鋼並みあるいはそれ以上の被削性を有する鋼であることを特徴とする複相介在物を有する快削ステンレス鋼である。
すなわち、本発明の第１の手段は、質量％で、Ｃ：０．０１〜０．３５％、Ｓｉ：０．０５〜２．００％、Ａｌ：０．０１〜０．０４％、Ｏ：０．００２〜０．０４０％を含有し、さらに、Ｃｒ：１０．００〜２０．００％、Ｍｎ：０．０５〜３．００％、Ｓ:０．０５〜１．００％、Ｎ：０．００５〜０．０５０％の基本成分に加えて、さらに、Ｎｉ：０．０１〜１２．４２％、Ｍｏ：０．０１〜３．００％、Ｃｕ：０．０１〜２．００％のいずれか１種または２種以上を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる鋼である。そして、この鋼は硫化物を含有しており、この硫化物を含有する鋼は、式ＡをＡ＝Ｍｎ／Ｓとするとき、Ａ≦３．０を満足し、さらに硫化物中のＣｒ、Ｍｎ、Ｓの濃度をそれぞれ［Ｃｒ］、［Ｍｎ］、［Ｓ］で表し、式ＢをＢ＝（［Ｃｒ］−［Ｍｎ］）／［Ｓ］とするとき、Ｂ≧０．１を満足し、かつ、これらの硫化物から複相介在物を形成している、請求項１の手段の快削ステンレス鋼である。
第２の手段は、第１の手段に記載した鋼の化学成分に、さらに、Ｓｅ：０．２０％以下、Ｔｅ：０．３０％以下、Ｂｉ：０．２０％以下のいずれか１種または２種以上を含有する、請求項２の手段の快削ステンレス鋼である。
第３の手段は、第１の手段または第２の手段に記載した鋼の化学成分に、さらに質量％で、Ｔｉ：０．００１〜１．００％、Ｚｒ：０．００１〜１．００％、Ｖ：０．００１〜１．００％、Ｗ：０．００１〜１．００％、Ｎｂ：０．００１〜１．００％のいずれか１種または２種以上をそれぞれ含有する、請求項３の手段の快削ステンレス鋼または請求項４の手段の快削ステンレス鋼である。
第４の手段は、第１の手段〜第３の手段のそれぞれの手段に記載した鋼の化学成分に、さらに質量％で、Ｂ：０．０２％以下、Ｃａ：０．０５％以下、Ｍｇ：０．０５％以下、ＲＥＭ：０．０５％以下のいずれか１種または２種以上をそれぞれ含有する、請求項５の手段の快削ステンレス鋼、請求項６の手段の快削ステンレス鋼、請求項７の手段の快削ステンレス鋼または請求項８の手段の快削ステンレス鋼である。
上記の手段とすることで、本願のステンレス鋼は精密機器部品、産業用機械構造部品などの部材の用途に使用するとき、この材料は硫化物中に高Ｃｒ相と低Ｃｒ相が共存する複相硫化物となっており、高Ｃｒ相が硬質であるため、この材料は外力による変形や複相硫化物の脱落が無く、したがって材料を加工した際の表面性状が良好で安定しており、さらに高温湿潤化での錆の発生も無く、孔食電位も十分に高く、耐食性に優れ、かつ快削性の極めて優れた材料となっている。
本発明の合金のＦｅ以外の各成分の含有量の限定理由並びに式Ａの値および式Ｂの値の限定理由について、以下に説明する。なお、％は質量％である。
Ｃ：０．０１〜０．３５％
Ｃは、材料の強度に寄与する元素であり、そのためには０．０１％以上必要である。しかし、Ｃが１．５０％を超えると炭化物形成により耐食性を悪下し、さらに硬度上昇により被削性を悪化する。しかし、本願発明では実施例である表１に基づきＣの上限を０．３５％とする。そこで、Ｃは０．０１〜０．３５％とする。
Ｃは、材料の強度に寄与する元素であり、そのためには０．０１％以上必要である。しかし、Ｃが１．５０％を超えると炭化物形成により耐食性を悪下し、さらに硬度上昇により被削性を悪化する。しかし、本願発明では実施例である表１に基づきＣの上限を０．３５％とする。そこで、Ｃは０．０１〜０．３５％とする。
Ｓｉ：０．０５〜２．００％
Ｓｉは、製鋼時の脱酸剤として有用な元素であり、また材料強度に企図する元素であり、そのためには、０．０５％以上必要である。しかし、Ｓｉが２．００％を超えると硬度上昇により被削性を悪化する。そこで、Ｓｉは０．０５〜２．００％とする。
Ｓｉは、製鋼時の脱酸剤として有用な元素であり、また材料強度に企図する元素であり、そのためには、０．０５％以上必要である。しかし、Ｓｉが２．００％を超えると硬度上昇により被削性を悪化する。そこで、Ｓｉは０．０５〜２．００％とする。
Ａｌ：０．０１〜０．０４％
Ａｌは、製鋼時の強力な脱酸剤として有用な元素であり、そのためには０．０１％以上が必要である。しかし、Ａｌが０．０５０％を超えると、硬質な酸化物の形成により、加工性および被削性を悪化する。そこで、実施例に基づきＡｌは０．０１〜０．０４％とする。
Ａｌは、製鋼時の強力な脱酸剤として有用な元素であり、そのためには０．０１％以上が必要である。しかし、Ａｌが０．０５０％を超えると、硬質な酸化物の形成により、加工性および被削性を悪化する。そこで、実施例に基づきＡｌは０．０１〜０．０４％とする。
Ｏ：０．００２〜０．０４０％
Ｏは製鋼時に脱酸元素の過剰添加等の原因で過少になると、硫化物が熱間で延伸しやすくなり被削性改善に不適当な形状になる。また、多すぎると被削性改善効果が飽和し、酸化物量が増加し、靱性が低下する。従って、Ｏは０．００２〜０．０４０％とする。
Ｏは製鋼時に脱酸元素の過剰添加等の原因で過少になると、硫化物が熱間で延伸しやすくなり被削性改善に不適当な形状になる。また、多すぎると被削性改善効果が飽和し、酸化物量が増加し、靱性が低下する。従って、Ｏは０．００２〜０．０４０％とする。
Ｃｒ：１０．００〜２０．００％
Ｃｒは、耐食性の向上に必須の元素であり、また、固溶強化元素として材料強度の向上に寄与する元素である。そのためには、Ｃｒは１０．００％以上が必要である。しかし、Ｃｒが２０．００％を超えると、材料の基地および硫化物が硬化することで材料の被削性が悪化する。そこで、Ｃｒは１０．００〜２０．００％とする。
Ｃｒは、耐食性の向上に必須の元素であり、また、固溶強化元素として材料強度の向上に寄与する元素である。そのためには、Ｃｒは１０．００％以上が必要である。しかし、Ｃｒが２０．００％を超えると、材料の基地および硫化物が硬化することで材料の被削性が悪化する。そこで、Ｃｒは１０．００〜２０．００％とする。
Ｍｎ：０．０５〜３．００％
Ｍｎは、Ｓと結合して硫化物を形成して被削性を改善する元素であり、そのためには、Ｍｎは０．０５％以上が必要である。しかし、Ｍｎが３．００％を超えて含有されると耐食性が悪化する。そこで、Ｍｎは０．０５〜３．００％とする。
Ｍｎは、Ｓと結合して硫化物を形成して被削性を改善する元素であり、そのためには、Ｍｎは０．０５％以上が必要である。しかし、Ｍｎが３．００％を超えて含有されると耐食性が悪化する。そこで、Ｍｎは０．０５〜３．００％とする。
Ｓ:０．０５〜１．００％
Ｓは、Ｍｎと結合して硫化物を形成して被削性を改善する元素であり、そのためには、Ｓは０．０５％以上が必要である。しかし、Ｓが１．００％を超えて含有されると、被削性の改善効果は飽和し、さらに低融点の硫化物を生成して熱間加工性を悪化する。そこで、Ｓは０．０５〜１．００％とする。
Ｓは、Ｍｎと結合して硫化物を形成して被削性を改善する元素であり、そのためには、Ｓは０．０５％以上が必要である。しかし、Ｓが１．００％を超えて含有されると、被削性の改善効果は飽和し、さらに低融点の硫化物を生成して熱間加工性を悪化する。そこで、Ｓは０．０５〜１．００％とする。
Ｎ：０．００５〜０．０５０％
Ｎは、耐食性の向上および強度の向上に役立つ元素である。しかし、Ｎが０．００５％未満ではその効果が乏しくなる上、精錬が難しく、生産性が低下し製造コストの上昇を招く。一方、Ｎが０．０５０％を超えて含有されると鋼中に欠陥が形成され、熱間加工性が悪化する。そこで、Ｎは０．００５〜０．０５０％とする。
Ｎは、耐食性の向上および強度の向上に役立つ元素である。しかし、Ｎが０．００５％未満ではその効果が乏しくなる上、精錬が難しく、生産性が低下し製造コストの上昇を招く。一方、Ｎが０．０５０％を超えて含有されると鋼中に欠陥が形成され、熱間加工性が悪化する。そこで、Ｎは０．００５〜０．０５０％とする。
Ｎｉ：０．０１〜１２．４２％
Ｎｉは、材料の延性および靱性に寄与する元素であり、また、非酸化性の酸に対する耐食性を向上させる元素である。そのためには、Ｎｉは０．０１％が必要である。しかし、本願発明では実施例である表１に基づきＮｉの上限値は１２．４２％とする。そこでＮｉは０．０１〜１２．４２％とする。
Ｎｉは、材料の延性および靱性に寄与する元素であり、また、非酸化性の酸に対する耐食性を向上させる元素である。そのためには、Ｎｉは０．０１％が必要である。しかし、本願発明では実施例である表１に基づきＮｉの上限値は１２．４２％とする。そこでＮｉは０．０１〜１２．４２％とする。
Ｍｏ：０．０１〜３．００％
Ｍｏは、耐食性を向上させる元素であり、そのためには０．０１％以上が必要である。しかし、Ｍｏは３．００％を超えるとコスト高となり、かつ脆化相の析出を促進する。そこでＭｏは０．０１〜３．００％とする。
Ｍｏは、耐食性を向上させる元素であり、そのためには０．０１％以上が必要である。しかし、Ｍｏは３．００％を超えるとコスト高となり、かつ脆化相の析出を促進する。そこでＭｏは０．０１〜３．００％とする。
Ｃｕ：０．０１〜２．００％
Ｃｕは、耐食性および冷間加工性の改善に役立つ元素であり、そのためには０．０１％以上が必要である。しかし、Ｃｕは２．００％を超えると熱間加工性を悪化する。そこで、Ｃｕは０．０１〜２．００％とする。
Ｃｕは、耐食性および冷間加工性の改善に役立つ元素であり、そのためには０．０１％以上が必要である。しかし、Ｃｕは２．００％を超えると熱間加工性を悪化する。そこで、Ｃｕは０．０１〜２．００％とする。
Ｓｅ：０．２０％以下
Ｓｅは、被削性の改善効果を有する元素であるが、Ｓｅが０．２０％を超えて含有されても、被削性の改善効果は飽和し、熱間加工性を悪化する。そこで、Ｓｅは０．２０％以下とする。
Ｓｅは、被削性の改善効果を有する元素であるが、Ｓｅが０．２０％を超えて含有されても、被削性の改善効果は飽和し、熱間加工性を悪化する。そこで、Ｓｅは０．２０％以下とする。
Ｔｅ：０．３０％以下
Ｔｅは、被削性の改善効果を有する元素であるが、Ｔｅが０．３０％を超えて含有されても、被削性の改善効果は飽和し、熱間加工性を悪化する。そこで、Ｔｅは０．３０％以下とする。
Ｔｅは、被削性の改善効果を有する元素であるが、Ｔｅが０．３０％を超えて含有されても、被削性の改善効果は飽和し、熱間加工性を悪化する。そこで、Ｔｅは０．３０％以下とする。
Ｂｉ：０．２０％以下
Ｂｉは、被削性の改善効果を有する元素であるが、ＢｉはＰｂと同様に環境負荷を増大する元素であり、かつ、Ｂｉが０．２０％を超えて含有されても、被削性の改善効果は飽和し、熱間加工性を悪化する。そこで、Ｂｉは０．２０％以下とする。
Ｂｉは、被削性の改善効果を有する元素であるが、ＢｉはＰｂと同様に環境負荷を増大する元素であり、かつ、Ｂｉが０．２０％を超えて含有されても、被削性の改善効果は飽和し、熱間加工性を悪化する。そこで、Ｂｉは０．２０％以下とする。
Ｔｉ：０．００１〜１．００％
Ｔｉは、Ｃ固定による耐食性の改善効果および熱間加工性の改善効果を有する元素で、そのためには０．００１％以上が必要である。しかし、Ｔｉは１．００％を超えて過剰に添加されると熱間加工性が悪化し、材料を脆化する。そこで、Ｔｉは０．００１〜１．００％とする。
Ｔｉは、Ｃ固定による耐食性の改善効果および熱間加工性の改善効果を有する元素で、そのためには０．００１％以上が必要である。しかし、Ｔｉは１．００％を超えて過剰に添加されると熱間加工性が悪化し、材料を脆化する。そこで、Ｔｉは０．００１〜１．００％とする。
Ｚｒ：０．００１〜１．００％
Ｚｒは、Ｃ固定による耐食性の改善効果および熱間加工性の改善効果を有する元素で、そのためには０．００１％以上が必要である。しかし、Ｚｒは１．００％を超えて過剰に添加されると熱間加工性が悪化し、材料を脆化する。そこで、Ｚｒは０．００１〜１．００％とする。
Ｚｒは、Ｃ固定による耐食性の改善効果および熱間加工性の改善効果を有する元素で、そのためには０．００１％以上が必要である。しかし、Ｚｒは１．００％を超えて過剰に添加されると熱間加工性が悪化し、材料を脆化する。そこで、Ｚｒは０．００１〜１．００％とする。
Ｖ：０．００１〜１．００％
Ｖは、Ｃ固定による耐食性の改善効果および熱間加工性の改善効果を有する元素で、そのためには０．００１％以上が必要である。しかし、Ｖは１．００％を超えて過剰に添加されると熱間加工性が悪化し、材料を脆化する。そこで、Ｖは０．００１〜１．００％とする。
Ｖは、Ｃ固定による耐食性の改善効果および熱間加工性の改善効果を有する元素で、そのためには０．００１％以上が必要である。しかし、Ｖは１．００％を超えて過剰に添加されると熱間加工性が悪化し、材料を脆化する。そこで、Ｖは０．００１〜１．００％とする。
Ｗ：０．００１〜１．００％
Ｗは、Ｃ固定による耐食性の改善効果および熱間加工性の改善効果を有する元素で、そのためには０．００１％以上が必要である。しかし、Ｗは１．００％を超えて過剰に添加されると熱間加工性が悪化し、材料を脆化する。そこで、Ｗは０．００１〜１．００％とする。
Ｗは、Ｃ固定による耐食性の改善効果および熱間加工性の改善効果を有する元素で、そのためには０．００１％以上が必要である。しかし、Ｗは１．００％を超えて過剰に添加されると熱間加工性が悪化し、材料を脆化する。そこで、Ｗは０．００１〜１．００％とする。
Ｎｂ：０．００１〜１．００％
Ｎｂは、Ｃ固定による耐食性の改善効果および熱間加工性の改善効果を有する元素で、そのためには０．００１％以上が必要である。しかし、Ｎｂは１．００％を超えて過剰に添加されると熱間加工性が悪化し、材料を脆化する。そこで、Ｎｂは０．００１〜１．００％とする。
Ｎｂは、Ｃ固定による耐食性の改善効果および熱間加工性の改善効果を有する元素で、そのためには０．００１％以上が必要である。しかし、Ｎｂは１．００％を超えて過剰に添加されると熱間加工性が悪化し、材料を脆化する。そこで、Ｎｂは０．００１〜１．００％とする。
Ｂ：０．０２％以下
Ｂは、熱間加工性の改善効果を有する元素であるが、Ｂが０．０２％を超えて過剰に添加されると熱間加工性を悪化する。そこで、Ｂは０．０２％以下とする。
Ｂは、熱間加工性の改善効果を有する元素であるが、Ｂが０．０２％を超えて過剰に添加されると熱間加工性を悪化する。そこで、Ｂは０．０２％以下とする。
Ｃａ：０．０５％以下
Ｃａは、熱間加工性の改善効果および脱酸効果を有する元素であるが、Ｃａが０．０５％を超えて過剰に添加されると熱間加工性を悪化する。そこで、Ｃａは０．０５％以下とする。
Ｃａは、熱間加工性の改善効果および脱酸効果を有する元素であるが、Ｃａが０．０５％を超えて過剰に添加されると熱間加工性を悪化する。そこで、Ｃａは０．０５％以下とする。
Ｍｇ：０．０５％以下
Ｍｇは、熱間加工性の改善効果および脱酸効果を有する元素であるが、Ｍｇが０．０５％を超えて過剰に添加されると熱間加工性を悪化する。そこで、Ｍｇは０．０５％以下とする。
Ｍｇは、熱間加工性の改善効果および脱酸効果を有する元素であるが、Ｍｇが０．０５％を超えて過剰に添加されると熱間加工性を悪化する。そこで、Ｍｇは０．０５％以下とする。
ＲＥＭ：０．０５％以下
ＲＥＭは、熱間加工性の改善効果および脱酸効果を有する元素であるが、ＲＥＭが０．０５％を超えて過剰に添加されると熱間加工性を悪化する。そこで、ＲＥＭは０．０５％以下とする。
ＲＥＭは、熱間加工性の改善効果および脱酸効果を有する元素であるが、ＲＥＭが０．０５％を超えて過剰に添加されると熱間加工性を悪化する。そこで、ＲＥＭは０．０５％以下とする。
Ａ＝Ｍｎ／Ｓとするとき、Ａ≦３．０
ＭｎとＳはステンレス鋼中に硫化物を形成し、その被削性を改善させる。しかし、硫化物中のＭｎ濃度が高まると、硫化物中のＣｒ濃度が低下し、それを含有するステンレス鋼の耐食性を悪化させる。この耐食性の悪化を回避するには、鋼中のＭｎとＳ濃度比を制限し、硫化物のＭｎ濃度の上昇を抑制してＣｒリッチな組成にする必要がある。Ａの値が３．０を超えると、耐食性が悪化する。そこで、Ａ＝Ｍｎ／Ｓとするとき、Ａ≦３．０を満足するものとする。
ＭｎとＳはステンレス鋼中に硫化物を形成し、その被削性を改善させる。しかし、硫化物中のＭｎ濃度が高まると、硫化物中のＣｒ濃度が低下し、それを含有するステンレス鋼の耐食性を悪化させる。この耐食性の悪化を回避するには、鋼中のＭｎとＳ濃度比を制限し、硫化物のＭｎ濃度の上昇を抑制してＣｒリッチな組成にする必要がある。Ａの値が３．０を超えると、耐食性が悪化する。そこで、Ａ＝Ｍｎ／Ｓとするとき、Ａ≦３．０を満足するものとする。
Ｂ＝（［Ｃｒ］−［Ｍｎ］）／［Ｓ］とするとき、Ｂ≧０．１
精密機器の部品や、産業用機械の構造部品などの部材は、精密加工や量産加工に対応できる被削性が要求されると同時に、それぞれ搭載される機器に向けて綿密な設計がされることが多いため、材料の表面状態の安定性も重要な要件である。表面状態の安定性を確保するには、被削性を付与する硫化物が加工中に脱落することを防ぐ必要がある。このためには、硫化物自体の硬さを高め、外力による硫化物の変形や脱落を抑制することが有効である。発明者らは硫化物組成を制御することで、硫化物中に硬質な高Ｃｒ相を形成させ、硫化物の硬さを高める方策を見出した。鋼材内に存在する硫化物中のＣｒ、Ｍｎ、Ｓの濃度をそれぞれ［Ｃｒ］、［Ｍｎ］、［Ｓ］とするとき、Ｂ＝（［Ｃｒ］−［Ｍｎ］）／［Ｓ］で表される。ところで、このＢの値が０．１を超えると、硫化物中に硬質な高Ｃｒ相を形成し、外力による硫化物の変形や脱落を抑制するが、Ｂの値が０．１を下回ると、硫化物中に高Ｃｒ相が形成されず、外力による硫化物の変形や脱落を抑制することができなくなる。そこで、Ｂ＝（［Ｃｒ］−［Ｍｎ］）／［Ｓ］とするとき、Ｂ≧０．１とする。
精密機器の部品や、産業用機械の構造部品などの部材は、精密加工や量産加工に対応できる被削性が要求されると同時に、それぞれ搭載される機器に向けて綿密な設計がされることが多いため、材料の表面状態の安定性も重要な要件である。表面状態の安定性を確保するには、被削性を付与する硫化物が加工中に脱落することを防ぐ必要がある。このためには、硫化物自体の硬さを高め、外力による硫化物の変形や脱落を抑制することが有効である。発明者らは硫化物組成を制御することで、硫化物中に硬質な高Ｃｒ相を形成させ、硫化物の硬さを高める方策を見出した。鋼材内に存在する硫化物中のＣｒ、Ｍｎ、Ｓの濃度をそれぞれ［Ｃｒ］、［Ｍｎ］、［Ｓ］とするとき、Ｂ＝（［Ｃｒ］−［Ｍｎ］）／［Ｓ］で表される。ところで、このＢの値が０．１を超えると、硫化物中に硬質な高Ｃｒ相を形成し、外力による硫化物の変形や脱落を抑制するが、Ｂの値が０．１を下回ると、硫化物中に高Ｃｒ相が形成されず、外力による硫化物の変形や脱落を抑制することができなくなる。そこで、Ｂ＝（［Ｃｒ］−［Ｍｎ］）／［Ｓ］とするとき、Ｂ≧０．１とする。
上記したように、Ａ＝Ｍｎ／Ｓとするとき、Ａ≦３．０とし、および、Ｂ＝（［Ｃｒ］−［Ｍｎ］）／［Ｓ］とするとき、Ｂ≧０．１とし、および被削性を改善する介在物である硫化物中の組成をＣｒリッチとして耐食性を良好とし、さらにＢの範囲に制御し、硫化物中にＣｒ濃度が質量％で４０％を超える高Ｃｒ相と、Ｃｒ濃度が質量％で４０％以下である低Ｃｒ相が共存する複相硫化物である複相介在物に形成し、特に硬質である高Ｃｒ相が外力による硫化物の変形や脱落を起こり難くし、かつ、加工性である材料の表面性状を良好に保つものとする。
次いで、本発明を実施するための形態について、表および図面を参照して以下に説明する。本発明の快削ステンレス鋼の表１にＦｅ以外の成分を示す成分組成からなる溶鋼を１００ｋｇＶＩＭ（真空誘導溶解炉）で溶製し、これをインゴットに鋳造し、このインゴットからなる鋼材を径が２５ｍｍの棒鋼に鍛伸し、それぞれ鋼種に応じた熱処理をした。
上記の鋼種に応じた熱処理とは、表１の発明例のＮｏ．１〜５、Ｎｏ．９、Ｎｏ．１１、および、比較例のＮｏ．１〜９のマルテンサイト系の鋼種では、被削性試験の各試験片の作製のために、８７０℃で焼鈍することであり、また、介在物観察、組成分析、耐食性評価、表面性状の安定性評価の各試料の作製のために、８７０℃で焼鈍し、９５０〜９８０℃で焼入れし、７２０〜８００℃で焼戻することである。
さらに熱処理とは、表１の発明例のＮｏ．６〜８、Ｎｏ．１０のフェライト系の鋼種では、各種試験や評価の各試料の作製のために、７５０〜８５０℃で焼鈍することである。
また、さらに熱処理とは、表１の発明例のＮｏ．１２〜１５のオーステナイト系の鋼種では、各種試験や評価の各試料の作製のために、１０００〜１１５０℃で固溶化処理することである。
表１に示す硫化物中の組成は、エネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ）により各試料のＬ断面に観測された介在物を観察、分析して得た値である。
表１に示す発明例のＮｏ．１〜１５と比較例のＮｏ．１〜９についてのそれぞれの被削性、耐食性および表面安定性の評価結果を下記の表２に示す。
この表２における被削性評価は、表１の各発明例おとび比較例の組成及び硫化物を含有する鋼をそれぞれ上記した熱処理などにより作製した各試料を、ドリルにより深さ１０ｍｍに穿孔するに要する穿孔時間を測定し、その所要時間が、９．５秒以下のものを○、９．６秒以上１０秒以下を△、１０．１秒以上を×として評価した。
表２における耐食性試験の評価は、同じく、表１の各発明例おとび比較例の組成および硫化物を含有する鋼をそれぞれ上記した熱処理などにより作製した各試料から、径φ１２ｍｍで長さ２１ｍｍの腐食試験用試料を作製し、この試料を用いて、以下の（１）高温湿潤試験、（２）孔食電位測定および（３）加工性である表面性状安定性評価の３種の腐食試験を実施した。なお、表２の比較例のＮｏ．５は表１の比較例のＮｏ．５に示すようにＰｂを意図的に含有する鉛含有鋼である。
（１）高温湿潤試験は、湿度が９０％の雰囲気下にて、２０℃と５０℃の間を２０回繰り返して温度変化させて、試料の発銹状況を調査し、発銹なしのものを○、発銹ありのものを×として評価した。
（２）孔食電位測定は、試験溶液には液温度が３０℃、濃度が３．５％ＮａＣｌの溶液を用い、電位掃引速度を２０ｍＶ／ｍｉｎにして孔食電位を測定し、孔食電位が−０．０５０以上のものを○、−０．０５１以下から−０．１００以上のものを△、−０．１０１以下のものを×として評価した。
この場合の穿孔試験条件は、ドリル材質がＳＫＨ５１からなり、ドリル径が５ｍｍを用い、切削油は使用せず、推力を４１４Ｎで、回転数を１１９０ｒｐｍとした。
この場合の穿孔試験条件は、ドリル材質がＳＫＨ５１からなり、ドリル径が５ｍｍを用い、切削油は使用せず、推力を４１４Ｎで、回転数を１１９０ｒｐｍとした。
（３）加工性である表面性状の安定性評価は、ＥＰＭＡ（電子プローブＸ線マイクロアナライザー）を用いて行った。すると硫化物中に高Ｃｒ相すなわち図１の左下のＥＰＭＡの写真の硫化物中の（Ｃｒ＞４０％、白色部）および低Ｃｒ相すなわち図１の左下のＥＰＭＡの写真の硫化物中の（Ｃｒ≦４０％、黒色部）が複相介在物を形成して存在することを確認した。そこで各試料から横方向の断面６２５ｍｍ2を被検面とした試料を作製して、被検面を９８Ｎで圧下しながら♯１５０のペーパーで１０分間の湿式研磨を実施した後、光学顕微鏡で４００倍にて被検面を観察し、その１００視野のうち介在物の脱落が確認された視野数をカウントして示した。この視野数が、３０視野以下を○、３１から５０視野を△、５１視野以上を×として評価した。
図２は、横軸に式Ａ＝Ｍｎ／Ｓの値をとり、縦軸に式Ｂ＝（［Ｃｒ］−［Ｍｎ］）／［Ｓ］の値をとり、本発明の範囲を横軸の式Ａの値の３以下および縦軸の式Ｂの値の０．１以上として、表２における発明例のＮｏ．１〜１５の鋼を白抜きの菱形で示し、さらに、表２における比較例のＮｏ．１〜４およびＮｏ．８〜９の鋼を黒の菱形で示して、加工性である表面性状の良し悪しの関係および耐食性の良し悪しの関係を示している。なお、比較例のＮｏ．５〜７は、硫化物中の［Ｍｎ］、［Ｃｒ］および［Ｓ］の値は確認できなかった。
Claims (8)
- 質量％で、Ｃ：０．０１〜０．３５％、Ｓｉ：０．０５〜２．００％、Ａｌ：０．０１〜０．０４％、Ｏ：０．００２〜０．０４０％を含有し、さらに、Ｃｒ：１０．００〜２０．００％、Ｍｎ：０．０５〜３．００％、Ｓ：０．０５〜１．００％、Ｎ：０．００５〜０．０５０％を基本成分として含有し、さらに、Ｎｉ：０．０１〜１２．４２％、Ｍｏ：０．０１〜３．００％、Ｃｕ：０．０１〜２．００％のいずれか１種または２種以上を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる鋼であり、該鋼は硫化物を含有しており、この硫化物を含有する鋼は、式ＡをＡ＝Ｍｎ／Ｓとするとき、Ａ≦３．０を満足し、さらに硫化物中のＣｒ、Ｍｎ、Ｓの濃度をそれぞれ［Ｃｒ｝、［Ｍｎ］、［Ｓ］で表し、式ＢをＢ＝（［Ｃｒ｝−［Ｍｎ］）／［Ｓ］とするとき、Ｂ≧０．１を満足し、かつ、これらの硫化物から複相介在物を形成していることを特徴とする快削ステンレス鋼。
- 質量％で、Ｃ：０．０１〜０．３５％、Ｓｉ：０．０５〜２．００％、Ａｌ：０．０１〜０．０４％、Ｏ：０．００２〜０．０４０％を含有し、さらに、Ｃｒ：１０．００〜２０．００％、Ｍｎ：０．０５〜３．００％、Ｓ：０．０５〜１．００％、Ｎ：０．００５〜０．０５０％を基本成分として含有し、さらに、Ｎｉ：０．０１〜１２．４２％、Ｍｏ：０．０１〜３．００％、Ｃｕ：０．０１〜２．００％のいずれか１種または２種以上を含有し、さらに、Ｓｅ：０．２０％以下、Ｔｅ：０．３０％以下、Ｂｉ：０．２０％以下のいずれか１種または２種以上を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる鋼であり、該鋼は硫化物を含有しており、この硫化物を含有する鋼は、式ＡをＡ＝Ｍｎ／Ｓとするとき、Ａ≦３．０を満足し、さらに硫化物中のＣｒ、Ｍｎ、Ｓの濃度をそれぞれ［Ｃｒ｝、［Ｍｎ］、［Ｓ］で表し、式ＢをＢ＝（［Ｃｒ｝−［Ｍｎ］）／［Ｓ］とするとき、Ｂ≧０．１を満足し、かつ、これらの硫化物から複相介在物を形成していることを特徴とする快削ステンレス鋼。
- 質量％で、Ｃ：０．０１〜０．３５％、Ｓｉ：０．０５〜２．００％、Ａｌ：０．０１〜０．０４％、Ｏ：０．００２〜０．０４０％を含有し、さらに、Ｃｒ：１０．００〜２０．００％、Ｍｎ：０．０５〜３．００％、Ｓ：０．０５〜１．００％、Ｎ：０．００５〜０．０５０％を基本成分として含有し、さらに、Ｎｉ：０．０１〜１２．４２％、Ｍｏ：０．０１〜３．００％、Ｃｕ：０．０１〜２．００％のいずれか１種または２種以上を含有し、さらに、Ｔｉ：０．００１〜１．００％、Ｚｒ：０．００１〜１．００％、Ｖ：０．００１〜１．００％、Ｗ：０．００１〜１．００％、Ｎｂ：０．００１〜１．００％のいずれか１種または２種以上を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる鋼であり、該鋼は硫化物を含有しており、この硫化物を含有する鋼は、式ＡをＡ＝Ｍｎ／Ｓとするとき、Ａ≦３．０を満足し、さらに硫化物中のＣｒ、Ｍｎ、Ｓの濃度をそれぞれ［Ｃｒ｝、［Ｍｎ］、［Ｓ］で表し、式ＢをＢ＝（［Ｃｒ｝−［Ｍｎ］）／［Ｓ］とするとき、Ｂ≧０．１を満足し、かつ、これらの硫化物から複相介在物を形成していることを特徴とする快削ステンレス鋼。
- 質量％で、Ｃ：０．０１〜０．３５％、Ｓｉ：０．０５〜２．００％、Ａｌ：０．０１〜０．０４％、Ｏ：０．００２〜０．０４０％を含有し、さらに、Ｃｒ：１０．００〜２０．００％、Ｍｎ：０．０５〜３．００％、Ｓ：０．０５〜１．００％、Ｎ：０．００５〜０．０５０％を基本成分として含有し、さらに、Ｎｉ：０．０１〜１２．４２％、Ｍｏ：０．０１〜３．００％、Ｃｕ：０．０１〜２．００％のいずれか１種または２種以上を含有し、さらに、Ｓｅ：０．２０％以下、Ｔｅ：０．３０％以下、Ｂｉ：０．２０％以下のいずれか１種または２種以上を含有し、さらに、Ｔｉ：０．００１〜１．００％、Ｚｒ：０．００１〜１．００％、Ｖ：０．００１〜１．００％、Ｗ：０．００１〜１．００％、Ｎｂ：０．００１〜１．００％のいずれか１種または２種以上を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる鋼であり、該鋼は硫化物を含有しており、この硫化物を含有する鋼は、式ＡをＡ＝Ｍｎ／Ｓとするとき、Ａ≦３．０を満足し、さらに硫化物中のＣｒ、Ｍｎ、Ｓの濃度をそれぞれ［Ｃｒ｝、［Ｍｎ］、［Ｓ］で表し、式ＢをＢ＝（［Ｃｒ｝−［Ｍｎ］）／［Ｓ］とするとき、Ｂ≧０．１を満足し、かつ、これらの硫化物から複相介在物を形成していることを特徴とする快削ステンレス鋼。
- 質量％で、Ｃ：０．０１〜０．３５％、Ｓｉ：０．０５〜２．００％、Ａｌ：０．０１〜０．０４％、Ｏ：０．００２〜０．０４０％を含有し、さらに、Ｃｒ：１０．００〜２０．００％、Ｍｎ：０．０５〜３．００％、Ｓ：０．０５〜１．００％、Ｎ：０．００５〜０．０５０％を基本成分として含有し、さらに、Ｎｉ：０．０１〜１２．４２％、Ｍｏ：０．０１〜３．００％、Ｃｕ：０．０１〜２．００％のいずれか１種または２種以上を含有し、さらに、Ｂ：０．０２％以下、Ｃａ：０．０５％以下、Ｍｇ：０．０５％以下、ＲＥＭ：０．０５％以下のいずれか１種または２種以上を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる鋼であり、該鋼は硫化物を含有しており、この硫化物を含有する鋼は、式ＡをＡ＝Ｍｎ／Ｓとするとき、Ａ≦３．０を満足し、さらに硫化物中のＣｒ、Ｍｎ、Ｓの濃度をそれぞれ［Ｃｒ｝、［Ｍｎ］、［Ｓ］で表し、式ＢをＢ＝（［Ｃｒ｝−［Ｍｎ］）／［Ｓ］とするとき、Ｂ≧０．１を満足し、かつ、これらの硫化物から複相介在物を形成していることを特徴とする快削ステンレス鋼。
- 質量％で、Ｃ：０．０１〜０．３５％、Ｓｉ：０．０５〜２．００％、Ａｌ：０．０１〜０．０４％、Ｏ：０．００２〜０．０４０％を含有し、さらに、Ｃｒ：１０．００〜２０．００％、Ｍｎ：０．０５〜３．００％、Ｓ：０．０５〜１．００％、Ｎ：０．００５〜０．０５０％を基本成分として含有し、さらに、Ｎｉ：０．０１〜１２．４２％、Ｍｏ：０．０１〜３．００％、Ｃｕ：０．０１〜２．００％のいずれか１種または２種以上を含有し、さらに、Ｓｅ：０．２０％以下、Ｔｅ：０．３０％以下、Ｂｉ：０．２０％以下のいずれか１種または２種以上を含有し、さらに、Ｂ：０．０２％以下、Ｃａ：０．０５％以下、Ｍｇ：０．０５％以下、ＲＥＭ：０．０５％以下のいずれか１種または２種以上を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる鋼であり、該鋼は硫化物を含有しており、この硫化物を含有する鋼は、式ＡをＡ＝Ｍｎ／Ｓとするとき、Ａ≦３．０を満足し、さらに硫化物中のＣｒ、Ｍｎ、Ｓの濃度をそれぞれ［Ｃｒ｝、［Ｍｎ］、［Ｓ］で表し、式ＢをＢ＝（［Ｃｒ｝−［Ｍｎ］）／［Ｓ］とするとき、Ｂ≧０．１を満足し、かつ、これらの硫化物から複相介在物を形成していることを特徴とする快削ステンレス鋼。
- 質量％で、Ｃ：０．０１〜０．３５％、Ｓｉ：０．０５〜２．００％、Ａｌ：０．０１〜０．０４％、Ｏ：０．００２〜０．０４０％を含有し、さらに、Ｃｒ：１０．００〜２０．００％、Ｍｎ：０．０５〜３．００％、Ｓ：０．０５〜１．００％、Ｎ：０．００５〜０．０５０％を基本成分として含有し、さらに、Ｎｉ：０．０１〜１２．４２％、Ｍｏ：０．０１〜３．００％、Ｃｕ：０．０１〜２．００％のいずれか１種または２種以上を含有し、さらに、Ｔｉ：０．００１〜１．００％、Ｚｒ：０．００１〜１．００％、V：０．００１〜１．００％、Ｗ：０．００１〜１．００％、Ｎｂ：０．００１〜１．００％のいずれか１種または２種以上を含有し、さらに、Ｂ：０．０２％以下、Ｃａ：０．０５％以下、Ｍｇ：０．０５％以下、ＲＥＭ：０．０５％以下のいずれか１種または２種以上を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる鋼であり、該鋼は硫化物を含有しており、この硫化物を含有する鋼は、式ＡをＡ＝Ｍｎ／Ｓとするとき、Ａ≦３．０を満足し、さらに硫化物中のＣｒ、Ｍｎ、Ｓの濃度をそれぞれ［Ｃｒ｝、［Ｍｎ］、［Ｓ］で表し、式ＢをＢ＝（［Ｃｒ｝−［Ｍｎ］）／［Ｓ］とするとき、Ｂ≧０．１を満足し、かつ、これらの硫化物から複相介在物を形成していることを特徴とする快削ステンレス鋼。
- 質量％で、Ｃ：０．０１〜０．３５％、Ｓｉ：０．０５〜２．００％、Ａｌ：０．０１〜０．０４％、Ｏ：０．００２〜０．０４０％を含有し、さらに、Ｃｒ：１０．００〜２０．００％、Ｍｎ：０．０５〜３．００％、Ｓ：０．０５〜１．００％、Ｎ：０．００５〜０．０５０％を基本成分として含有し、さらに、Ｎｉ：０．０１〜１２．４２％、Ｍｏ：０．０１〜３．００％、Ｃｕ：０．０１〜２．００％のいずれか１種または２種以上を含有し、さらに、Ｓｅ：０．２０％以下、Ｔｅ：０．３０％以下、Ｂｉ：０．２０％以下のいずれか１種または２種以上を含有し、さらに、Ｔｉ：０．００１〜１．００％、Ｚｒ：０．００１〜１．００％、Ｖ：０．００１〜１．００％、Ｗ：０．００１〜１．００％、Ｎｂ：０．００１〜１．００％のいずれか１種または２種以上を含有し、さらに、Ｂ：０．０２％以下、Ｃａ：０．０５％以下、Ｍｇ：０．０５％以下、ＲＥＭ：０．０５％以下のいずれか１種または２種以上を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる鋼であり、該鋼は硫化物を含有しており、この硫化物を含有する鋼は、式ＡをＡ＝Ｍｎ／Ｓとするとき、Ａ≦３．０を満足し、さらに硫化物中のＣｒ、Ｍｎ、Ｓの濃度をそれぞれ［Ｃｒ｝、［Ｍｎ］、［Ｓ］で表し、式ＢをＢ＝（［Ｃｒ｝−［Ｍｎ］）／［Ｓ］とするとき、Ｂ≧０．１を満足し、かつ、これらの硫化物から複相介在物を形成していることを特徴とする快削ステンレス鋼。
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