JPH08260102A - 被削性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 細径の棒鋼および線材における被削性を向上
させたオーステナイト系硫黄快削ステンレス鋼を提供す
る。 【構成】 重量％で、Ｃ：0.15％以下、Ｓｉ：0.10〜1.
00％、Ｍｎ：1.00〜3.00％、Ｓ：0.15〜0.50％、Ｎｉ：
8.0 〜12.0％、Ｃｒ：17.0〜22.0％、Ｍｏ：5.0％以
下、Ｃｕ：4.0 ％以下、Ａｌ：0.01％以下、Ｎ：0.15％
以下、Ｏ：80〜200ppmを含有し、残部Ｆｅおよび不可避
不純物からなり、熱間加工または熱間・冷間加工後の硫
化物の形状が図１に示す粒状型でありかつ硫化物中に析
出している酸化物の総個数のうち80％以上がAlを含まな
いSi-Mn 系酸化物であることを特徴とする被削性に優れ
たオーステナイト系ステンレス鋼。さらに、下記数式１
で与えられた指標値およびＣ＋Ｎについて、（指標値）
＜-50 かつ0.10＜Ｃ＋Ｎ＜0.18を満足することを特徴と
する被削性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼。

Description

【発明の詳細な説明】

【産業上の利用分野】本発明は、構造用部材、機械部品
および電子機器材として幅広く利用されている硫黄又は
複合快削ステンレス鋼に関し、特に30mm径以下の細径の
棒鋼および線材における被削性を従来製品に比し格段に
向上させたオーステナイト系ステンレス鋼に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、快削ステンレス鋼棒鋼の製品寸法
は、それが使用される機器の小型化傾向に伴い、年々細
径になりつつあり、このような細径材において被削性、
即ち、ドリル穿孔性および工具寿命などは劣化する傾向
が生じている。ところで、硫黄はステンレス鋼の快削性
を向上させるために有効な元素であり、硫黄を添加した
硫黄快削ステンレス鋼が広く製造されている。しかし、
硫黄快削ステンレス鋼において硫黄の添加量が0.35％を
超えてくると、硫黄快削ステンレス鋼の熱間加工性が徐
々に低下し、圧延時の疵発生等で歩留まりが低下し、こ
のためコストが上昇する。従って、硫黄量の増加により
被削性を向上させて上記の細径材の被削性要求に応える
ことはできなかった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
の従来の問題を解消し、30mm径以下の細径の棒鋼および
線材における被削性を向上させたオーステナイト系硫黄
快削ステンレス鋼を提供することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記のように、現在の硫
黄快削ステンレス鋼においては、硫黄を0.35wt％程度を
越えて添加して被削性の向上を図ることは困難である。
そこで、発明者らは被削性を向上させるため種々検討し
た結果、下記の知見を得た。

【０００５】硫化物形態について 図１は金属組織の顕微鏡写真で、溶鋼中の酸素量の差異
による鋼中の介在物である硫化物の形態の変化を示す。
これによると、溶鋼中の酸素量が低いと点状の硫化物
（以下「点状型」という。）が多く観察されるが、酸素
量が多いとこの点状の硫化物は観察されず、個々の硫化
物が大きくなって粒状の硫化物（以下「粒状型」とい
う。）となっている。

【０００６】ところで、鋼中の介在物において、一般に
硫化物は延展性が高く特にＭｎＳは延展されやすい。そ
のため点状の硫化物は細径線材に圧延されると、顕微鏡
レベル（×400)では観察されないほどに小さくなる。こ
の小さな硫化物は被削性に寄与せず、そのため点状型の
硫化物を有する硫黄快削ステンレス鋼は細径線材におい
て被削性は劣る傾向にある。従って、細径線材用の硫黄
快削ステンレス鋼中の硫化物の形態は粒状型になってい
る必要がある。

【０００７】酸化物について 鋼中の介在物である酸化物は、一般にどの酸化物におい
ても被削性を劣化させる方向にあると考えられる。ただ
しAl系酸化物よりSi系酸化物の方が硬さが低く、延展性
に富んでいるため、酸化物はできるだけSi系でなければ
ならない。すなわち、硫化物中に析出している酸化物の
総個数のうち80％以上がAlを含まない Si-Mn系酸化物で
あれば、被削性はかなり改善されることが分かった。し
かし、この場合、鋼中の酸化物量はできる限り低いもの
である必要がある。

【０００８】加工硬化度の低減と（Ｃ＋Ｎ）量の制御
について ＳＵＳ３０３をはじめとするオーステナイト系ステンレ
ス鋼の加工硬化は著しいが、下記の数式１により得られ
る指標値を適正に制御し、さらに（Ｃ＋Ｎ）量を制御す
ることで、被削性は大きく向上することがわかった。

【０００９】

【数１】 （指標値）=551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-29(Ni+Cu)-18.5Mo-68Nb

【００１０】そこで、課題を解決するための本発明の手
段は、請求項１の発明では、重量％で、Ｃ：0.15％以
下、Ｓｉ：0.10〜1.00％、Ｍｎ：1.00〜3.00％、Ｓ：0.
15〜0.50％、Ｎｉ：8.0 〜12.0％、Ｃｒ：17.0〜22.0
％、Ｍｏ：5.0 ％以下、Ｃｕ：4.0 ％以下、Ａｌ：0.01
％以下、Ｎ：0.15％以下、Ｏ：80〜200ppmを含有し、残
部Ｆｅおよび不可避不純物からなり、熱間加工または熱
間・冷間加工後の硫化物の形状が粒状型でありかつ硫化
物中に析出している酸化物の総個数のうち80％以上がAl
を含まないSi-Mn 系酸化物であることを特徴とする被削
性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼にある。

【００１１】請求項２の発明では、請求項１の発明の条
件を満足し、かつ下記数式１で与えられた指標値および
Ｃ＋Ｎについて、（指標値）＜-50 かつ0.10＜Ｃ＋Ｎ＜
0.18を満足することを特徴とする被削性に優れたオース
テナイト系ステンレス鋼にある。

【数１】 （指標値）=551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-29(Ni+Cu)-18.5Mo-68Nb 但し、各元素の値は重量％で示す鋼成分としての数値。

【００１２】

【作用】以下に本発明における成分の限定理由について
説明する。 Ｃ：Ｃは素地に固溶され、硬さを上昇させる元素であ
る。オーステナイト系ステンレス鋼において0.15％を超
えると硬さが急激に上昇し、耐食性が劣化するため上限
を0.15％とした。

【００１３】Ｓｉ：製鋼時の脱酸剤として添加し、また
本発明の特徴であるＡｌを含まない粒状介在物を形成す
るためにも必要である。Ｓｉ量が0.10％未満になると酸
化物組成はSi-Mn系に代わって硬いCr-Si-Mn系となり、
被削性が劣化するため下限を0.10％とした。またSiは多
すぎると靱性を低下させるので上限を1.00％とした。

【００１４】Ｍｎ：ＭｎＳの生成のために添加する必要
がある。そのためには1.00％以上必要であるが、3.00％
を超えると熱間加工性を低下させるので上限を3.00％と
した。

【００１５】Ｓ：切削性向上元素として極めて有効であ
り、含有量が多いほど切削性は向上する。被削性向上の
ためには0.15％含有させる必要があるが、0.50％以上添
加すると熱間加工性が急激に劣化するため、上限を0.50
％とした。

【００１６】Ｎｉ：オーステナイト系ステンレス鋼には
必要不可欠な元素で、オーステナイト相を安定させる元
素である。 8.0％未満ではδフェライトが急激に増加
し、熱間加工性を損ないかつオーステナイト相が安定し
ないので下限を 8.0％とした。またNiは高価な元素であ
るため、上限を12.0％とした。

【００１７】Ｃｒ：オーステナイト系ステンレス鋼とし
ての耐食性を得る上で必要な元素である。そのための下
限は17.0％である。また22.0％を超えるとδ／γ組織の
バランスを損ない熱間加工性が低下するため、上限を2
2.0％とした。

【００１８】Ｍｏ：耐食性を高める元素であり、必要な
場合に添加するが、 5.0％を超えて添加しても効果が飽
和するため上限を 5.0％とした。

【００１９】Ｃｕ：オーステナイト系においてはオース
テナイト相を安定し、かつ被削性を向上させる元素であ
るので必要に応じて添加するが 4.0％を超えて添加する
と熱間加工性が著しく低下するので、上限を 4.0％とし
た。

【００２０】Ａｌ：凝固後の硫化物の形状を粒状型とし
かつ硫化物中に析出している酸化物の総個数のうち80％
以上がAlを含まないSi-Mn 系とするためには、Alの含有
量を低く抑えて0.01％以下にしなりければならない。従
って、Alの上限を0.01％とする。

【００２１】Ｎ：Ｃと同様に素地に固溶され、硬さを上
昇させる元素である。また、オーステナイト形成元素で
あるのでNi等の代替成分として必要に応じてある程度ま
で添加され、又は許容される。しかし、0.15％を超える
と硬さが急激に上昇するため上限を0.15％とした。

【００２２】Ｏ：硫化物形態を制御するのに必要不可欠
な元素である。80ppm 未満では点状の硫化物が生成する
ため下限を80ppm とした。また200ppmを超えると酸化物
量が非常に多くなり、被削性および熱間加工性を低下さ
せるため、上限を200ppmとした。

【００２３】

【実施例】以下に実施例について説明する。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【表２】

【００２６】成分組成が表１及び表３に示す化学成分と
残部Feからなる本願発明鋼と比較鋼についてのSi-Mn 系
含有率、指標値、Ｃ＋Ｎ値、製品酸素量、硫化物形態並
びに被削性の指標であるドリル穿孔性、工具寿命につい
て表２及び表４に示す。

【００２７】

【表３】

【００２８】

【表４】

【００２９】表１及び表３に示す成分組成において、
Ｐ、Al、Ｎは不純物量を示す。ＭｏはNo.1、No.2、No.
5、No.15 、No.17 以外は不純物量を示す。

【００３０】表１及び表２に示すNo.1〜No.13 の鋼をＡ
グループとする。Ａグループでは、表１及び表２から判
るように、No.1〜No.6の本発明鋼は、Alを含まない Si-
Mn系酸化物の含有率が80％以上と高く、かつ製品酸素量
も80ppm 以上と高い。これに対し、比較鋼は、Siを0.05
％含有する低SiであるNo.7及びAlが0.01％以上のNo.8〜
No.13 において、Alを含まない Si-Mn系酸化物の含有率
が80％未満と低く、かつ製品酸素量も80ppm 未満と低
く、比較鋼のNo.7は粒状型の硫化物であるがNo.8〜No.1
3 は点状型の硫化物が発生している。この結果、硫黄含
有量は耐蝕性の観点から適宜変化させられるが、同一レ
ベルの硫黄含有量のもので比較すると、ドリル穿孔性及
び工具寿命で示される被削性試験結果において、本発明
鋼は比較鋼よりも被削性が大きく改善されていることが
判る。

【００３１】表３及び表４に示すNo.14 〜No.23 の鋼を
Ｂグループとする。Ｂグループでは、硫化物中に析出し
ている酸化物の総個数のうち80％以上がAlを含まない S
i-Mn系である酸化物組成でかつ硫化物形態がすべて粒状
型である鋼において、指標値およびＣ＋Ｎの値を変化さ
せたものである。指標値に関しては、本発明鋼のNo.14
〜No.18 の指標値に比し、比較鋼のNo.21 及びNo.22 の
指標値は-16 あるいは-4で、-50 以上と高く、これらは
加工硬化が著しく被削性は大きく低下している。また、
Ｃ＋Ｎの値に関しては、比較鋼のNo.19 〜No.21 のＣ＋
Ｎの値が0.10以下のものでは、本発明鋼のNo.14 〜No.1
8 に比し被削性の向上効果が小さく、また、比較鋼のN
o.23 のＣ＋Ｎの値が0.18を超えるものでは、本発明鋼
のNo.14 〜No.18 に比し被削性が低下していることが判
る。

【００３２】

【表５】

【００３３】

【表６】

【００３４】上記の実施例における工具寿命試験及びド
リル穿孔性試験は表５及び表６に示す各条件により実施
した。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のオーステ
ナイトステンレス鋼は、熱間加工または熱間・冷間加工
後の硫化物の形状が粒状型でありかつ硫化物中に析出し
ている酸化物の総個数のうち80％以上がAlを含まないSi
-Mn 系酸化物であるので、30mm径以下の細径の棒材およ
び線材における被削性が従来の快削オーステナイトステ
ンレス鋼に比して格段に優れている。また、数式１に示
す指標値およびＣ＋Ｎ値を適切な値になるように成分元
素量を制御して加工硬化傾向を緩やかにしているので、
被削性が一層に優れたものとなっている。

【図面の簡単な説明】

【図１】金属組織の顕微鏡写真で、溶鋼中の酸素量の差
異による鋼中の介在物である硫化物の形態の変化を示
す。

フロントページの続き (72)発明者 神吉 保宗 兵庫県姫路市飾磨区中島字一文字3007番地 山陽特殊製鋼株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％で、Ｃ：0.15％以下、Ｓｉ：0.10
   〜1.00％、Ｍｎ：1.00〜3.00％、Ｓ：0.15〜0.50％、Ｎ
   ｉ：8.0 〜12.0％、Ｃｒ：17.0〜22.0％、Ｍｏ：5.0 ％
   以下、Ｃｕ：4.0 ％以下、Ａｌ：0.01％以下、Ｎ：0.15
   ％以下、Ｏ：80〜200ppmを含有し、残部Ｆｅおよび不可
   避不純物からなり、熱間加工または熱間・冷間加工後の
   硫化物の形状が粒状型でありかつ硫化物中に析出してい
   る酸化物の総個数のうち80％以上がAlを含まないSi-Mn
   系酸化物であることを特徴とする被削性に優れたオース
   テナイト系ステンレス鋼。
2. 【請求項２】 請求項１を満足し、かつ下記数式１で与
   えられた指標値およびＣ＋Ｎについて、（指標値）＜-5
   0 かつ0.10＜Ｃ＋Ｎ＜0.18を満足することを特徴とする
   被削性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼。 【数１】 （指標値）=551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-29(Ni+Cu)-18.5Mo-68Nb 但し、各元素の値は重量％で示す鋼成分としての数値。 【０００１】