JP6918238B2 - マルテンサイト系s快削ステンレス鋼 - Google Patents
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Description
本願は、2018年6月13日に、日本に出願された特願2018−112652号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
[1] 質量%で、
C:0.08〜0.70%、
Si:0.01〜1.0%、
Mn:0.1〜1.50%、
S:0.15〜0.60%、
P:0.010〜0.050%、
Cr:10〜16%、
N:0.005〜0.15%、
Al:0.004%以下、
Mg:0.0020%以下、
O:0.007〜0.030%、
Ni:0〜1.0%、
Mo:0〜3.0%、
Ca:0〜0.003%、
Te:0〜0.024%、
REM:0〜0.003%、
B:0〜0.02%、
Nb:0〜1.00%、
Ti:0〜1.00%、
V:0〜0.50%、
Ta:0〜0.5%、
W:0〜0.5%、
Co:0〜1.00%、
Zr:0〜0.020%、
Cu:0〜3.0%、
Sn:0〜0.5%、
Sb:0〜0.5%、
Ga:0〜0.0050%を含有し、
残部がFeおよび不純物よりなり、
Oを0.5質量%以上含む(Mn,Cr)(S,O)系介在物を含有することを特徴とするマルテンサイト系S快削ステンレス鋼。
[2] 質量%で、
Ca:0.0005〜0.003%、
Te:0.010〜0.024%、
REM:0.0005〜0.003%の1種または2種以上を含有することを特徴とする[1]に記載のマルテンサイト系S快削ステンレス鋼。
[3] 0.3質量%以上のCa、1質量%以上のTe、0.3質量%以上のREMのいずれか1種または2種以上を含む(Mn,Cr,Ca,REM)(S,O,Te)系介在物を含有することを特徴とする[1]または[2]に記載のマルテンサイト系S快削ステンレス鋼。
[4] 質量%で、
B:0.0001〜0.02%、
Nb:0.05〜1.00%、
Ti:0.05〜1.00%、
V:0.05〜0.50%、
Ta:0.1〜0.5%、
W:0.1〜0.5%、
Co:0.05〜1.00%、
Zr:0.001〜0.020%、
Cu:0.1〜3.0%、
Sn:0.005〜0.5%、
Sb:0.005〜0.5%、
Ga:0.0005〜0.0050%
から選択される1種または2種以上を含有する、[1]〜[3]の何れか一項に記載のマルテンサイト系S快削ステンレス鋼。
[5] 前記(Mn,Cr)(S,O)系介在物のアスペクト比が4.0以下である、[1]〜[4]の何れか一項に記載のマルテンサイト系S快削ステンレス鋼。
[6] 前記(Mn,Cr,Ca,REM)(S,O,Te)系介在物のアスペクト比が4.0以下である、[3]または[4]に記載のマルテンサイト系S快削ステンレス鋼。
また、本実施形態のマルテンサイト系S快削ステンレス鋼は、0.3質量%以上のCa、1質量%以上のTe、0.3質量%以上のREMのいずれか1種または2種以上を含む(Mn,Cr,Ca,REM)(S,O,Te)系介在物を含有していてもよい。
更に、本実施形態のマルテンサイト系S快削ステンレス鋼においては、(Mn,Cr)(S,O)系介在物のアスペクト比が4.0以下であってもよい。
更に、本実施形態のマルテンサイト系S快削ステンレス鋼においては、(Mn,Cr,Ca,REM)(S,O,Te)系介在物のアスペクト比が4.0以下であってもよい。
以下に、本実施形態の各要件について説明する。
Cは、焼入れ処理後にマルテンサイト組織を得て高強度を得るために必要である。このため、C含有量は、0.08%以上とする。更に、切削性の観点からC含有量は0.12%以上としてもよい。一方、過剰な量のCを含有すると、焼鈍時に粗大な炭化物が生成し、切削加工時に構成刃先の生成を促進して切削面の精度を劣化させるため、C含有量は0.70%以下とする。好ましくは0.40%以下である。
Siは、脱酸のために含有される。このため、Si含有量は0.01%以上とする。Si含有量は0.05%以上であってもよい。一方で、Siが1.0%を超えると、ステンレス鋼を熱間圧延して棒線にする際に圧延時のスケール生成を促し、熱間圧延疵の生成を助長するため、Si含有量は、1.0%以下とする。
Mnは、Crと共に介在物を生成し、被削性、特に表面精度を向上させる元素である。このため、Mn含有量は、0.10%以上とする。一方、Mn含有量が1.50%を超えると、介在物におけるMn/Crの組成比が高くなり、介在物が展伸してアスペクト比が大きくなる。そのため、Mn含有量は1.50%以下とする。Mn含有量は1.40%以下でもよく、1.10%以下でもよい。
Sは、硫化物系介在物を形成し、介在物には切削加工時に応力が集中する。また、切りくず生成時におけるせん断変形域で介在物を起点にき裂が発生し、構成刃先の成長が抑制される。このため、鋼の切削面の精度が向上する。この効果を得るために、S含有量は、0.15%以上とする。S含有量は0.20%以上であってもよい。一方で、Sが0.60%を超えて含有すると、熱間加工性が著しく劣化する。そのため、S含有量は0.60%以下とする。S含有量は0.40%以下としてもよい。
Pは、粒界偏析して切削加工時の材料延性を低下させて、表面精度を向上させる。このため、P含有量は、0.010%以上とする。P含有量は、0.020%以上であってもよい。一方、P含有量が0.050%を超えると、製造性が著しく劣化する。そのため、P含有量は、0.050%以下とする。
Crは、Mnと共に硫化物系介在物を形成し、特に介在物中のMnとCrの組成比(Mn/Cr)を適正化することで、介在物のアスペクト比を制御できる。アスペクト比を小さくし、切削面の精度を向上させるためには、Cr含有量は、10%以上とする。Cr含有量は、12%以上であってもよい。しかしながら、Crを多量に含有させると、介在物中のMn/Crの組成比が小さくなりすぎて、介在物が展伸しやすくなり、アスペクト比が大きくなる。そのため、Cr含有量は16%以下とする。Cr含有量は15%以下であってもよい。
Nは、マトリックスに固溶し、切削温度域でマトリックスを脆化させ、また、製品の強度を高める。このため、N含有量は0.005%以上とする。好ましくは0.02%超の量でNを含有させる。しかし、0.15%を超えてNを含有させると、ブローホールの生成や熱間加工性の劣化から製造性が著しく劣化する。そのため、N含有量は、0.15%以下とする。
N含有量は0.12%以下であってもよい。
Alは、脱酸元素として使用するが、硬質なAl系の酸化物を形成して低酸素化するために、棒状の硫化物(共晶型)を生成させる。そのため、Al含有量は0.004%以下とする。Al含有量は、0.003%以下でもよく、0.002%未満でもよい。本実施形態において効果を発現するには0.001%以上の量でAlを含有するとよい。
Mgは、脱酸元素として使用するが、硬質なMg系の酸化物を形成して低酸素化するために、棒状の硫化物(共晶型)を生成させる。そのため、Mg含有量は0.0020%以下とする。Mg含有量は、0.0010%以下でもよく、0.0005%未満でもよい。本実施形態において効果を発現するには0.0001%以上の量でMgを含有するとよい。
AlとMgの両者を本実施形態の範囲の量で含有することにより、粒状の硫化物系介在物(偏晶型)が生成し、被削性が向上する。
Oは、凝固時の脱酸生成物を粗大化させるとともに、粒状の硫化物系介在物(偏晶型)を生成させることで被削性を向上させる。このため、O含有量は0.007%以上とする。O含有量は0.012%以上であってもよい。さらに、0.016%以上であってもよい。しかし、0.030%を超えてOを含有させると、硬質な介在物が増加して被削性を劣化させるため、O含有量は0.030%以下とする。
Niは、固溶強化により材料の硬さを高めて構成刃先の生成を防止し、切削加工時の表面精度を向上させるため、含有させてもよい。その場合は、Ni含有量が0.1%以上であるのが好ましい。しかしながら、1.0%を超えると、硬質化して工具寿命の劣化を引き起こす。そのため、Ni含有量は、1.0%以下とする。Ni含有量は、0.8%以下であってもよい。Ni含有量は0%であってもよい。
Moは、耐食性を向上させる元素であり、含有させてもよい。しかしながら、Moを多量に含有させると、硬質化して工具寿命の劣化を引き起こす。このため、Mo含有量は3.0%以下とする。Mo含有量は2.0%以下であってもよい。一方で、上記効果を得るためには、Mo含有量は0.1%以上であるのが好ましい。Mo含有量は0%であってもよい。
Caは、粒状の硫化物系介在物(偏晶型)を生成させることで被削性を向上させるので、含有させてもよい。また、酸化物系介在物を軟質化して、工具寿命を改善する効果もあるため、含有させてもよい。これらの効果を得るには、0.0005%以上含有させるとよい。しかしながら、Caを0.003%を超えて含有させると、その効果が飽和して逆に熱間加工性が低下する。このため、Ca含有量は、0.003%以下とする。Ca含有量は、0.001%以上0.002%以下であることがより好ましい。Caは0%であってもよい。
Teは、本実施形態において被削性、特に切削面の精度を向上させるために重要な元素であるので、含有させてもよい。Teは、介在物中へ1質量%以上固溶することにより介在物の変形を抑制して、アスペクト比を小さくする。その結果、構成刃先の成長を抑制し、切削面の精度を向上させる。Teを含有させる場合のTe含有量は0.010%以上であるのが好ましい。一方で、Teが0.024%を超えて含有すると、その効果は飽和するばかりか、介在物の周囲にMnTeが形成され、製造性が著しく劣化する。そのため、Te含有量は0.024%以下とする。Te含有量は0.015%以下であってもよい。Teは0%であってもよい。
REMは、Caと同様に粒状の硫化物系介在物(偏晶型)を生成させることで被削性を向上させるので、含有させてもよい。また、酸化物系介在物を軟質化して、工具寿命を改善する効果もあるため、含有させてもよい。REMを含有させる場合は0.0005%以上にするとよい。しかしながら、REMが0.003%を超えて含有すると、その効果が飽和するだけでなく、介在物の一部に硬質なREM系酸硫化物が生成して、工具寿命の劣化を引き起こす。このため、REM含有量は、0.003%以下とする。REM含有量は、0.001%以上0.002%以下であることが好ましい。REMは0%であってもよい。
Bは、熱間加工性を改善するために使用する元素であり、安定した効果を得るために、含有させてもよい。しかしながら、過剰な量でBを含有させると、Bの化合物が析出し、熱間加工性を劣化させるので、B含有量は0.02%以下とする。B含有量は、0.015%以下であるのが好ましい。一方で、上記効果を得るためには、B含有量は0.0001%以上であるのが好ましく、B含有量は0.0002%以上であるのがより好ましい。Bは0%であってもよい。
Ti:0〜1.00%
V:0〜0.50%
Ta:0〜0.5%
W:0〜0.5%
Nb、Ti、V、Ta、Wは炭窒化物を形成し、耐食性を改善する効果があるため、含有させてもよい。しかしながら、これら元素を多量に含有すると、被削性が劣化することから、Nb含有量は、1.00%以下とし、Ti含有量は、1.00%以下とする。また、V含有量は、0.50%以下とし、Ta含有量は、0.5%以下とし、W含有量は、0.5%以下とする。一方で、上記効果を得るためには、Nb含有量は、0.05%以上であるのが好ましく、Ti含有量は、0.05%以上であるのが好ましく、V含有量は、0.05%以上であるのが好ましい。また、Ta含有量は、0.1%以上であるのが好ましく、W含有量は、0.1%以上であるのが好ましい。Nb、Ti、V、Ta、Wは0%であってもよい。
Coは、マトリックスの靭性を高めるため、含有させてもよい。しかしながら、過剰な量でCoを含有させると、硬質化して被削性を劣化させるため、Co含有量は1.00%以下とする。Co含有量は、0.60%以下であってもよい。一方で、上記効果を得るためには、Co含有量は、0.05%以上であるのが好ましい。Coは0%であってもよい。
Zrは、強度を向上させる効果があるので、含有させてもよい。しかしながら、多量にZrを含有させると、靭性を低下させるため、Zr含有量は、0.020%以下とする。一方で、強度を向上させる効果を十分に得るためには、Zr含有量は、0.001%以上であるのが好ましい。Zrは0%であってもよい。
Cuは、固溶強化により材料の硬さを高めて構成刃先の生成を防止し、切削加工時の表面精度を向上させるため、含有させてもよい。しかしながら、3.0%を超えて含有させても、その効果は飽和し、鋳片割れが発生するなど、製造性が劣化するため、Cu含有量は、3.0%以下とする。一方で、上記効果を得るためには、Cu含有量は、0.1%以上であるのが好ましい。Cuは0%であってもよい。
Sb:0〜0.5%
Sn、Sbは、耐食性を劣化させる硫化物と共存させることで、耐食性の劣化を抑制するため、含有させてもよい。しかしながら、Sn、Sbが0.5%を超えて含有すると、製造性を劣化させるため、Sn,Sb含有量はそれぞれ0.5%以下とする。Sn,Sb含有量はそれぞれ0.3%以下であってもよい。一方で、上記効果を得るためには、Sn,Sb含有量はそれぞれ0.005%以上であるのが好ましい。Sn,Sb含有量はそれぞれ0.010%以上であってもよい。また、Sn,Sb含有量はそれぞれ0%であってもよい。
Gaは冷間加工性の向上のために必要に応じて0.0005%以上の量で含有してもよい。しかしながら、Gaが0.0050%を超えると鍛造性が劣化する。そのため、Ga含有量の上限を0.0050%以下とするとよい。Gaは0%であってもよい。
また、(Mn,Cr,Ca,REM)(S,O,Te)系介在物とは、Mn、Cr、S、Oを全て含み、0.3%以上のCa、1%以上のTe、及び0.3%以上のREMの1種または2種以上を含む介在物である。更に(Mn,Cr,Ca,REM)(S,O,Te)系介在物は、Oを0.5%以上含んでもよい。
介在物中のOおよびTeのそれぞれの量は、好ましくは10%以下である。介在物中のCaおよびREMのそれぞれの量は、好ましくは20%以下である。
表中の*印は、値が本実施形態の範囲から外れていることを示す。
表4及び表5の介在物の組成について補足すると、Ca、Te,REMの何れか1種または2種以上が検出されたNo.25〜37及び63〜65については、(Mn,Cr)(S,O)系介在物と、(Mn,Cr,Ca,REM)(S,O,Te)系介在物の両方が含まれていた。また、2種類の介在物を含む場合、(Mn,Cr)(S,O)系介在物、(Mn,Cr,Ca,REM)(S,O,Te)系介在物のそれぞれのアスペクト比は、いずれも4.0以下であった。
また、No.59,60,62では、介在物組成において酸素量が0.5質量%未満であった。これらNo.59,60,62では、アスペクト比が4.0以下の(Mn,Cr)(S,O)系介在物が含まれなかった。No.52では、Mn量が本実施形態の範囲外であった。No.55では、Cr量が本実施形態の範囲外であった。これらNo.52,55では、アスペクト比が4.0以下の(Mn,Cr)(S,O)系介在物が含まれなかった。
上記以外の試料では、アスペクト比が4.0以下の(Mn,Cr)(S,O)系介在物が含まれていた。
Claims (6)
- 質量%で、
C:0.08〜0.70%、
Si:0.01〜1.0%、
Mn:0.1〜1.50%、
S:0.15〜0.60%、
P:0.010〜0.050%、
Cr:10〜16%、
N:0.005〜0.15%、
Al:0.004%以下、
Mg:0.0020%以下、
O:0.007〜0.030%、
Ni:0〜1.0%、
Mo:0〜3.0%、
Ca:0〜0.003%、
Te:0〜0.024%、
REM:0〜0.003%、
B:0〜0.02%、
Nb:0〜1.00%、
Ti:0〜1.00%、
V:0〜0.50%、
Ta:0〜0.5%、
W:0〜0.5%、
Co:0〜1.00%、
Zr:0〜0.020%、
Cu:0〜3.0%、
Sn:0〜0.5%、
Sb:0〜0.5%、
Ga:0〜0.0050%を含有し、
残部がFeおよび不純物よりなり、
Oを0.5質量%以上含む(Mn,Cr)(S,O)系介在物を含有することを特徴とするマルテンサイト系S快削ステンレス鋼。 - 質量%で、
Ca:0.0005〜0.003%、
Te:0.010〜0.024%、
REM:0.0005〜0.003%の1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項1に記載のマルテンサイト系S快削ステンレス鋼。 - 0.3質量%以上のCa、1質量%以上のTe、0.3質量%以上のREMのいずれか1種または2種以上を含む(Mn,Cr,Ca,REM)(S,O,Te)系介在物を含有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のマルテンサイト系S快削ステンレス鋼。
- 質量%で、
B:0.0001〜0.02%、
Nb:0.05〜1.00%、
Ti:0.05〜1.00%、
V:0.05〜0.50%、
Ta:0.1〜0.5%、
W:0.1〜0.5%、
Co:0.05〜1.00%、
Zr:0.001〜0.020%、
Cu:0.1〜3.0%、
Sn:0.005〜0.5%、
Sb:0.005〜0.5%、
Ga:0.0005〜0.0050%
から選択される1種または2種以上を含有する、請求項1〜請求項3の何れか一項に記載のマルテンサイト系S快削ステンレス鋼。 - 前記(Mn,Cr)(S,O)系介在物のアスペクト比が4.0以下である、請求項1〜請求項4の何れか一項に記載のマルテンサイト系S快削ステンレス鋼。
- 前記(Mn,Cr,Ca,REM)(S,O,Te)系介在物のアスペクト比が4.0以下である、請求項3または請求項4に記載のマルテンサイト系S快削ステンレス鋼。
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