JPH09511790A - 快削性オーステナイト系ステンレス鋼 - Google Patents

快削性オーステナイト系ステンレス鋼

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JPH09511790A JP8504434A JP50443496A JPH09511790A JP H09511790 A JPH09511790 A JP H09511790A JP 8504434 A JP8504434 A JP 8504434A JP 50443496 A JP50443496 A JP 50443496A JP H09511790 A JPH09511790 A JP H09511790A
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Abstract

(57)【要約】 重量%にして、実質上、最大約0.035の炭素、約1.0−2.0のマンガン、最大約1.0の珪素、最大約0.2の燐、約0.15−0.45の硫黄、約16.0−20.0のクロム、約9.2−12.0のニッケル、最大約1.5のモリブデン、約0.8−2.0の銅、最大約0.035の窒素、最大約0.1のセレンを含有し、残部が実質上鉄であり、特に冷間加工状態において被削性と低透磁性とを兼ね備えたユニークな特性を発揮するオーステナイト系ステンレス鋼合金が開示されている。好ましい組成は、炭素を最大0.01%、ニッケルを9.5−12.0%、銅を0.5−2.0%含有している。

Description

【発明の詳細な説明】 快削性オーステナイト系ステンレス鋼 発明の分野 本発明は、オーステナイト系ステンレス鋼合金、特に冷間加工状態において耐 食性と被削性と低透磁性とを兼ね備えた特性を有する再硫化オーステナイト系ス テンレス鋼合金(resulfurized austenitic stainless steel alloy)及び同合金 から作られた製品に関するものである。 発明の背景 一般に、ステンレス鋼は、炭素鋼及び低合金鋼と比較して、高い強度と加工硬 化率とを有するので、炭素鋼及び低合金鋼より機械加工するのが難しい。従って 、炭素鋼及び低合金鋼を機械加工するためというよりは公知のステンレス鋼を機 械加工するためにより強力な機械を用いる必要があると共に加工速度を遅くする ことが必要となる。加えて、公知のステンレス鋼を機械加工する場合には、機械 工具の耐用寿命を屡々短縮させることとなる。 公知のステンレス鋼の機械加工におけるそのような困難性を克服するために、 或る等級のステンレス鋼は、硫黄,セレン,燐又は鉛のような元素を付加するこ とにより改善されている。例えば、AISI Type 303 ステンレス鋼は、重量%で次 のような組成を有する再硫化オーステナイト系ステンレス鋼である。 Type 303ステンレス鋼は、良好な耐食性と共に良好な被削性及び非磁性作用とが 必要とされる応用分野に有用であることが知られている。然しながら、特に、自 動旋盤に関するような生産型機械加工作業下においては、Type 303ステンレス鋼 よりはかなり良好な 被削性を有するオーステナイト系鋼合金の必要性が生じている。 米国特許第4,784,828号(エッケンロッド(Eckenrod)等に付与)は、炭素+ 窒素の合算量が最大0.065w/oに制限されている再硫化Cr−Niオース テナイト系ステンレス鋼に係るものである。その特許で提示されているデーター は、その合金が、炭素と窒素の量が限定されているために短期間の実験室試験で 改善された被削性を発揮するものであることを示しているようである。然しなが ら、同特許第4,784,828号に開示されている合金は、自動旋盤で遭遇す るような生産型機械加工条件下での望ましい被削性よりは劣った被削性を有する ものであることが確認された。更に、同特許第4,784,828号で教示され ているように炭素及び窒素の量が低減されたオーステナイト系ステンレス鋼は、 冷間加工状態で好ましくない高い透磁性を発揮するものである。 上述のことを考えると、公知のオーステナイト系ステンレス鋼により発揮され る透磁性及び被削性よりも優れた透磁性と被削性とを兼ね備えた特性を発揮する オーステナイト系ステンレス鋼を得ることが非常に望まれている。 発明の概要 公知のオーステナイト系ステンレス鋼合金に関連する上述の問題は、本発明に 依る合金によってかなりの程度解消される。本発明に依る合金は、特に冷間加工 状態において低透磁性を維持しつつ、AISI Type 303 合金と比較して改善された 被削性を発揮するオーステナイト系ステンレス鋼である。本発明に係るオーステ ナイト系ステンレス鋼の広範な組成範囲,中間の組成範囲及び好適な組成範囲は 、重量%にして次の通りである。 本合金の残部は、この種の市販等級の鋼中に見い出される通常の不純物及び1 %の数千分の一から本合金によって発揮される所望の特性を低減されることのな いより多くの量まで許容することができる微量の添加元素以外は実質的に鉄であ る。 上掲表は、便宜上概略として示したに過ぎないものであって、本発明に係る合 金の互いに組み合わせて用いるための各元素の下限値及び上限値を限定するもの でもなく又互いに組み合わせてのみ用いられるための元素の範囲を限定するもの でもない。従って、一つの又はそれ以上の元素について広範な組成の範囲を用い 、残りの元素について好適な範囲の一つ又はそれ以上の範囲を用いることができ る。更に、ある元素について、上記好適な範囲の一方の最小値又は最大値のいず れか一方を用い、最小値又は最大値のいずれか他方を上記好適な範囲の他方の最 小値又は最大のいずれか他方から用いることもできる。本明細書を通して用いら れているパーセント(%)は、特に明記していない限り重量パーセントを意味す るものとする。 詳細な説明 本発明に係る合金においては、この合金の被削性に利するために、炭素及び窒 素は、夫々約0.035w/o以下、より好ましくは約0.030w/o以下に 限定する。炭素及び窒素を夫々約0.025w/o以下に限定した場合に、良好 な結果が得られる。最良の被削性を確保するためには、炭素を約0.01w/o 以下に限定する。然しながら、炭素及び窒素の量をそのように少なくすると、本 合金を冷間加工した場合に、オーステナイトミクロ組織の安定性を低減させると 共に透磁率を増加させることとなる。 炭素及び窒素の量を限定することによってもたらされる透磁性に対する悪影響 を相殺するために、本合金中には少なくともある程度の量のニッケル及び銅を存 在させる。ニッケルと銅は、オーステナイトの生成を促進させ本合金の被削性に 利するものであるため、本合金中に存在させる。従って、本合金中には、少なく とも約9.2w/oのニッケル及び少なくとも約0.8w/oの銅を存在させる 。0.01w/oの又はそれ以下の炭素を存在させた場合には、本合金は少なく とも約9.5w/oのニッケル及び少なくとも約0.5w/oの銅を含有させる のが好ましい。 ニッケル及び(又は)銅が多過ぎると、本合金の熱間加工性に悪影響を及ぼす 。その上、ニッケル及び銅の量を多くすることによって得られる利点は、本合金 中にこれら元素を加えることによる余分なコストに見合うものではない。従って 、ニッケルは、約12.0w/o以下、より好ましくは約11.0w/o以下に 限定する。ニッケルを約1 0.0w/o以下に限定した場合に、最良の結果が得られる。銅は、約2.0w /o以下、好ましくは約1.0w/o以下に限定する。 本発明に係る合金中においては、この合金がその特徴である被削性及び低透磁 性を兼ね備えたユニークな特性を発揮することを確実にするために、C,N,N i及びCuがバランスされている。そのため、(%Ni+2(%Cu)−5)/ 175の値を超過しないようC及びNを夫々限定した場合に、最良の結果が得ら れる。 硫黄は被削性に利するという効果があるので、少なくとも約0.15w/o、 より好ましくは少なくとも約0.25w/oの硫黄を本合金中に存在させる。然 しながら、硫黄が多過ぎると本合金の加工性にとって好ましくないので、硫黄の 含有量を好ましくは約0.45w/o以下に限定する。更に、約0.30w/o 以上の硫黄を存在させると、本合金を機械加工して作った部品の表面仕上げの質 に悪影響を及ぼす。従って、高い質の表面仕上げが要求される応用分野のために は、硫黄の含有量を約0.30w/o以下に限定する。 被削性に利する、マンガンに富んだ硫化物(manganese-rich sulfide)の生成を 促進させるために、少なくとも約1.0w/oのマンガンを存在させる。マンガ ンの含有量を過剰にすると、耐食性を損ねることとなるので、マンガンは、約4 .0w/o以下、好ましくは約2.0w/o以下に限定する。 本合金の全体的な耐食性を向上させ、本合金が冷間加工された時に低透磁性を 維持するのに役立つようにするために、少なくとも約16.0w/oの、好まし くは少なくとも約17.0w/oのクロムを本合金中に存在させる。過剰な量の クロムが存在すると、フェライトを生成させる結果となるので、クロムは、約2 0.0w/o以下、好ましくは約19.0w/o以下に制限する。 約1.0w/oまでの珪素を、溶融中に添加物の脱酸時から本合金中に存在さ せることができる。珪素は、特に本合金中に存在する非常に低量の炭素及び窒素 と相俟ってフェライトの生成を強力に促進させるものであるため、好ましくは約 0.5w/o以下に制限する。 耐食性を向上させるために、約1.5w/oまでのモリブデンを本合金中に存 在させることができる。然しながら、モリブデンはフェライトの生成を非常に促 進させるものであるため、モリブデンは好ましくは約0.75w/o以下に制限 する。 本合金を機械加工することによって作られる部品の表面仕上げの質を向上させ るため に、約0.2w/oまでの燐を本合金中に存在させることができる。燐は、本合 金を脆くさせ易いと共に、工作機械の寿命という基準によって判断される本合金 の被削性に悪影響を及ぼすので、燐の量は好ましくは約0.1w/o以下に制限 する。 硫化物状態調整元素(sulfide shape control element)として被削性に有益な 効果をもたらすために、約0.1w/oまでで、好ましくは約0.05w/o以 下のセレンを本合金中に存在させることができる。 超硬切削工具での合金の被削性に有益であるカルシウム−アルミニウム−ケイ 酸塩(calcium-aluminum-silicate)の生成を促進させるために、約0.01w/ oまでのカルシウムを本合金中に存在させることができる。 熱間加工性に有益な効果をもたらすために、少量であるが有効量、約0.00 05−0.01w/oのホウ素を本合金中に存在させることができる。 本発明に係る合金の溶融,鋳造又は加工には、特別な技術を必要としない。A OD法が引き続いて行われるアーク溶融法(arc melting)が好ましい溶融及び精 練法であるが、その他の方法を用いることもできる。更に、本合金は、もし必要 ならば、粉末冶金技術を用いて作ることができる。また、本合金は連続鋳造法に も適している。 本発明の合金は、広く多種の用途のための多様な形状に形成することができ、 従来の方法を用いてビレット,バー,ロッド,ワイヤー,ストリップ,プレート 又はシートを形成するのに適している。 本発明に係る合金は、広範囲の用途に有用である。本合金の優れた被削性は、 部品の機械加工を必要とする応用分野、特に自動加工装置を用いて行われる応用 分野に適している。加えて、本合金の低透磁性が、コンピュータ部品におけるよ うな磁気干渉(magnetic interference)が許されない応用分野において本合金を 有益なものとする。 実施例 本合金によって発揮されるユニークな特性を実証するために、表1に示した重 量%の組成を有する本発明の合金の実施例1−4を調整した。比較するために、 本発明の範囲外にある組成を有する比較ヒート(Heat)A−Eも調整した。それら の重量%の組成も同様に表1に示した。 合金Aは、AISI Type 303 合金の典型例である。合金Bは、上述のエッケンロッ ド等の特許に開示された合金の典型例で、エッケンロッド特許の表Iに示されて いる特にヒートV569とは非常に相違している。合金Cは、不十分な量の銅を 含有し、従って、本発明に係る合金の範囲外のものである。合金D及びEは、合 金Aよりは多量のニッケルを含有していると共に本発明に係る合金の好ましい実 施例に1つと比較して非常に低量の銅を含有しているType 303合金である。 実施例1−4及び比較ヒートA−Eをアルゴン被覆(argon cover)下で溶融し た複数の400 lb.ヒートから調整し、7.5インチ(190.5mm)の 角インゴットに鋳造した。それらインゴットを2300F(1260℃)の温度 から圧縮して4インチ(101.6mm)の角ビレットにした。それらビレット を研磨して表面の欠陥を取り除き、その両端を切り落とした。更に、それらビレ ットを2350F(1290℃)の温度から熱間圧延することによって直径0. 719インチ(18.3mm)のバーに加工し、約12フィート(365.8c m)の長さに切断した。それら丸棒を直径0.668インチ(17.0mm)の ものにして表面の欠陥を取り除き、冷間引抜きのために先付けした。また、それ ら丸棒を0.5時間1950F(1065℃)の温度で焼なましし、水で焼入れ した。それら焼なまししたバーを冷間引抜きして0.637インチ(16.2m m)のものにして、まっすぐに伸ばし、次に、研磨して0.625インチ(15 .9mm)のものにした。 被削性を鑑定するために、実施例1−4及び比較ヒートA−Eを自動旋盤で試 験した。第一の総形工具を用いて187−189sfpmの速度で直径0.625イ ンチ(1 5.9mm)のバーを機械加工して、0.392インチ(10.0mm)の小さ な直径と0.545インチ(13.8mm)の大きな直径によって区画された輪 郭表面を有する部品を作った。次に、第二の工具、即ち仕上げ総形工具を用いて その大きな直径の仕上げをして直径0.530インチ(13.5mm)にした。 その機械加工処理によって第一の総形工具で引き起こされる漸進的な摩耗の結果 として、機械加工した部品の小さい直径が徐々に拡大した。機械加工した部品の 小さい直径が0.003インチ(0.076mm)拡大したことが観察された時 に、試験を終了した。非常に多数の部品を機械加工した時に、参考資料と比較し て被削性が向上していることが実証された。 その被削性試験の結果を機械加工した部品の数(No..of Parts)として表2に 示した。試験をした各組成のニッケル,銅,炭素及び窒素の重量%を便宜上の参 考までに表2に示した。冷間引抜きしたバーの表面のところでセヴァーンゲージ (Severn Gage)によって測定される組成の透磁率(μ)の範囲限度も表2に示し た。実施例3及び4の重量%組成はヒートD及びEの重量%組成と実質的に同じ であるので、それらの実施例/ヒートの試験結果は実施例又はヒートの数よりは むしろ科学的作用によって分類される。 表2のデータは、ヒートA−Eと比較して実施例1−4が優れた被削性を有す るものであることを示している。更に、表2のデータは、実施例1−4がヒート Aによって例示されるType 303合金の公称組成の特徴である望ましい低透磁性を も発揮するものであることを明らかに示している。要約すると、表2のデータは 、本発明に係る合金によって、被削性と低透磁性とを兼ね備えたユニークな特性 が発揮されるものであることを証明している。 本明細書中で使用した用語及び表現は、単に説明のためにのみ用いたに過ぎな いものであって本発明の内容を何ら限定するものではない。そのような用語及び 表現を用いたからといって、そのことに、上述した本発明の形態と均等なもの又 はその一部を排除する意図はない。然しながら、権利が請求されている本発明の 範囲内で種々の変更を加えることが可能であることは明らかである。
【手続補正書】 【提出日】1997年3月12日 【補正内容】 請求の範囲 1.重量%で、実質上、 C 最大約0.035 Mn 約1.0−2.0 Si 最大約1.0 P 最大約0.2 S 約0.15−0.45 Cr 約16.0−20.0 Ni 約9.2−12.0 Mo 最大約1.5 Cu 約0.79−2.0 N 最大約0.035 Se 最大約0.1 を含有し、残部が実質上Feであって、被削性と低透磁性とを兼ね備えた良好な 特性を有するオーステナイト系ステンレス鋼合金。 2.炭素及び窒素の含有量が、夫々約0.030w/o以下であることを特徴 とする、請求項1に記載の合金。 3.炭素の含有量が、約0.025w/o以下であることを特徴とする、請求 項1に記載の合金。 4.炭素の含有量が、約0.02w/o以下であることを特徴とする、請求項 1に記載の合金。 5.ニッケルの含有量が、約11.0w/oまでであることを特徴とする、請 求項1に記載の合金。 6.重量%で、実質上、 C 最大約0.030 Mn 約1.0−2.0 Si 最大約0.5 P 最大約0.1 S 約0.15−0.45 Cr 約17.0−19.0 Ni 約9.2−11.0 Mo 最大約0.75 Cu 約0.79−2.0 N 最大約0.030 Se 最大約0.05 を含有し、残部が実質上Feであって、被削性と低透磁性とを兼ね備えた良好な 特性を有するオーステナイト系ステンレス鋼合金。 7.炭素及び窒素の含有量が、夫々約0.025w/o以下であることを特徴 とする、請求項6に記載の合金。 8.炭素の含有量が、約0.02w/o以下であることを特徴とする、請求項 6に記載の合金。 9.ニッケルの含有量が、約10.0w/oまでであることを特徴とする、請 求項6に記載の合金。 10.銅の含有量が、約1.0w/o以下であることを特徴とする、請求項6 に記載の合金。 11.重量%で、実質上、 C 最大約0.025 Mn 約1.0−2.0 Si 最大約0.5 P 最大約0.1 S 約0.25−0.45 Cr 約17.0−19.0 Ni 約9.2−10.0 Mo 最大約0.75 Cu 約0.79−1.0 N 最大約0.025 Se 最大約0.05 を含有し、残部が実質上Feであって、被削性と低透磁性とを兼ね備えた良好な 特性を有するオーステナイト系ステンレス鋼合金。 12.炭素の含有量が、約0.02w/o以下であることを特徴とする、請求 項11に記載の合金。 13.ニッケルの含有量が、少なくとも約9.5w/oであることを特徴とす る、請求項11に記載の合金。 14.重量%で、実質上、 C 最大約0.01 Mn 約1.0−2.0 Si 最大約0.5 P 最大約0.1 S 約0.25−0.45 Cr 約17.0−19.0 Ni 約9.5−12.0 Mo 最大約0.75 Cu 約0.5−2.0 N 最大約0.035 Se 最大約0.05 を含有し、残部が実質上Feであって、被削性と低透磁性とを兼ね備えた良好な 特性を 有するオーステナイト系ステンレス鋼合金。 15.窒素の含有量が、約0.030w/o以下であることを特徴とする、請 求項14に記載の合金。 16.窒素の含有量が、約0.025w/o以下であることを特徴とする、請 求項15に記載の合金。 17.ニッケルの含有量が、約10.0w/o以下であることを特徴とする、 請求項14に記載の合金。 18.銅の含有量が、約1.0w/o以下であることを特徴とする、請求項1 4に記載の合金。 19.銅の含有量が、少なくとも約0.8w/oであることを特徴とする、請 求項14に記載の合金。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョン エイチ.メイジー ジュニア アメリカ合衆国,ペンシルベニア州 19606,リーディング,ローミグ アベニ ュー 3913 (72)発明者 ジェームス ダブリュー.マーチン アメリカ合衆国,ペンシルベニア州 19608,シンキング スプリング,マリエ ドライブ 11 (72)発明者 ロナルド ピー.ニー シニア アメリカ合衆国,ペンシルベニア州 19607,リーディング,コービット ドラ イブ 786

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.重量%で、実質上、 C 最大約0.035 Mn 約1.0−2.0 Si 最大約1.0 P 最大約0.2 S 約0.15−0.45 Cr 約16.0−20.0 Ni 約9.2−12.0 Mo 最大約1.5 Cu 約0.8−2.0 N 最大約0.035 Se 最大約0.1 を含有し、残部が実質上Feであって、被削性と低透磁性とを兼ね備えた良好な 特性を有するオーステナイト系ステンレス鋼合金。 2.炭素及び窒素の含有量が、夫々約0.030w/o以下であることを特徴 とする、請求項1に記載の合金。 3.炭素の含有量が、約0.025w/o以下であることを特徴とする、請求 項1に記載の合金。 4.炭素の含有量が、約0.02w/o以下であることを特徴とする、請求項 1に記載の合金。 5.ニッケルの含有量が、約11.0w/oまでであることを特徴とする、請 求項1に記載の合金。 6.重量%で、実質上、 C 最大約0.030 Mn 約1.0−2.0 Si 最大約0.5 P 最大約0.1 S 約0.15−0.45 Cr 約17.0−19.0 Ni 約9.2−11.0 Mo 最大約0.75 Cu 約0.8−2.0 N 最大約0.030 Se 最大約0.05 を含有し、残部が実質上Feであって、被削性と低透磁性とを兼ね備えた良好な 特性を有するオーステナイト系ステンレス鋼合金。 7.炭素及び窒素の含有量が、夫々約0.025w/o以下であることを特徴 とする、請求項6に記載の合金。 8.炭素の含有量が、約0.02w/o以下であることを特徴とする、請求項 6に記載の合金。 9.ニッケルの含有量が、約10.0w/oまでであることを特徴とする、請 求項6に記載の合金。 10.銅の含有量が、約1.0w/o以下であることを特徴とする、請求項6 に記載の合金。 11.重量%で、実質上、 C 最大約0.025 Mn 約1.0−2.0 Si 最大約0.5 P 最大約0.1 S 約0.25−0.45 Cr 約17.0−19.0 Ni 約9.2−10.0 Mo 最大約0.75 Cu 約0.8−1.0 N 最大約0.025 Se 最大約0.05 を含有し、残部が実質上Feであって、被削性と低透磁性とを兼ね備えた良好な 特性を有するオーステナイト系ステンレス鋼合金。 12.炭素の含有量が、約0.02w/o以下であることを特徴とする、請求 項11に記載の合金。 13.ニッケルの含有量が、少なくとも約9.5w/oであることを特徴とす る、請求項11に記載の合金。 14.重量%で、実質上、 C 最大約0.01 Mn 約1.0−2.0 Si 最大約0.5 P 最大約0.1 S 約0.25−0.45 Cr 約17.0−19.0 Ni 約9.5−12.0 Mo 最大約0.75 Cu 約0.5−2.0 N 最大約0.035 Se 最大約0.05 を含有し、残部が実質上Feであって、被削性と低透磁性とを兼ね備えた良好な 特性を 有するオーステナイト系ステンレス鋼合金。 15.窒素の含有量が、約0.025w/o以下であることを特徴とする、請 求項14に記載の合金。 16.銅の含有量が、約1.0w/o以下であることを特徴とする、請求項1 4に記載の合金。 17.ニッケルの含有量が、約11.0w/oまでであることを特徴とする、 請求項14に記載の合金。
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