JPH11506169A - 快削性オーステナイト系ステンレス鋼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 重量％にして、実質上、最大約０．０３０のＣ、最大約２．０のＭｎ、最大約１．０のＳｉ、最大約０．０５のＰ、約０．０２〜０．０５のＳ、約１６．０〜２０．０のＣｒ、約９．８〜１４．０のＮｉ、最大約３．０のＭｏ、約０．８〜１．５のＣｕ、最大約０．０３５のＮ、Ｔｉ及びＣｂのグループから選択された約０．７５重量％までの元素を含有し、残部が実質上鉄であるオーステナイト系ステンレス鋼合金であって、Ｔｉ≧（５×％Ｃ）である場合にＣｂが約０．１重量％以下であり、Ｃｂ≧（１０×％Ｃ）である場合にＴｉが約０．１重量％以下であるオーステナイト系ステンレス鋼。この合金は、被削性と耐食性と加工性と機械的特性とを兼ね備えたユニークな特性を発揮する。

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、良好な機械加工特性と 耐食性と加工性(formability)と横方向機械的特性(transverse mechanical prop erty)とを兼ね備えたユニークな特性を有するオーステナイト系鋼合金と同合金 から作られた物品に関するものである。 発明の背景 ステンレス鋼は、炭素鋼や低合金鋼と比較して高強度で加工硬化率が高いため 、一般に炭素鋼や低合金鋼よりは機械加工するのが困難である。従って、公知の ステンレス鋼を機械加工するには、炭素鋼や低合金鋼よりは強力な機械と低機械 加工速度とを必要とする。加えて、公知のステンレス鋼を機械加工する場合には 、工具の耐用年数を屡々短縮させることとなる。 AISI Type 304L，316L，321 及び347 ステンレス鋼は、重量％で次の組成を有 するオーステナイト系クロム−ニッケルステンレス鋼、クロム−ニッケル−モリ ブデンステンレス鋼である。 出典：金属ハンドブックデスク版(METALS HANDBOOK Desk Edition)の第１５ 章、第２−３頁（１９８５）。これら合金のＡＭＳ規格に依れば銅は０．７５％ 以下に制限されている。 上掲のクロム−ニッケルステンレス鋼、クロム−ニッケル−モリブデンステン レス鋼は、良好な耐食性と組み合わさった良好な非磁性作用が要求される分野に 適用するのに有用であることが知られている。公知のステンレス鋼の機械加工の 困難性を克服するべく、或る等級のステンレス鋼は、硫黄，マンガン又は燐の如 き元素を加えることにより又は炭素及び窒素を非常に低レベルに維持することに より改良されている。然しながら、クロム−ニッケルステンレス鋼、クロム−ニ ッケル−モリブデンステンレス鋼に関して改善された被削性、特に自動旋盤にお けるような量産型の機械加工において改善された被削性の要望が依然として続い ている。 上述の点に鑑みると、公知のオーステナイト系ステンレス鋼によって発揮され る被削性よりはより良好な被削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しい。 発明の概要 公知のオーステナイト系ステンレス鋼に関連する問題点は、本発明に係る合金 に依ってかなりの程度解消される。本発明に依る合金は、公知のクロム−ニッケ ルステンレス鋼合金及びクロム−ニッケル−モリブデンステンレス鋼合金と比較 して、耐食性，加工性，横方向の機械的特性の如き他の望ましい特性に悪影響及 ぼすことなく、かなり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 鋼合金である。 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及び好適な組成 範囲は重量％にして次の通りである。 各例において残部は、この種の市販等級の鋼において通常存在する不純物と、 数千分の１％から本合金によって発揮される組み合わさった好ましい種々の特性 を低下させることのない程度までの微量な添加元素以外は、実質的に鉄である。 広範な組成範囲のものにおいては、Ｔｉ≧（５×％Ｃ）の場合にＣｂは約０．１ ％以下であり、Ｃｂ≧（１０×％Ｃ）の場合にＴｉは約０．１％以下である。 上掲表に示したものは、便宜上要約したものとして提供したに過ぎないもので あって、互いに組み合わせて利用される本発明の合金の各元素の範囲の下限値及 び上限値を 限定したり又は互いに組み合わせてのみ利用される元素の範囲を限定するもので はない。従って、広範な組成の元素範囲の一つ以上を、好適な組成の残りの元素 の他の範囲の一つ以上と共に使用することができる。更に、或る好適な組成の或 る元素の最小値又は最大値を、他の好適な組成のその元素の最大値又は最小値と 共に使用することもできる。この明細書を通して、特に指摘しない限り、％は重 量％を意味するものとする。 詳細な説明 本発明に依る合金においては、本合金の被削性に利するために炭素と窒素が制 限されされている。炭素は、約０．０３０％以下、より好ましくは約０．０２５ ％以下、更に好ましくは約０．０２０％以下に制限されている。更に、窒素は、 約０．０３５％以下、より好ましくは約０．０３０％以下、更に好ましくは０． ０２５％以下に制限されている。最良の結果を得るためには、本合金は約０．０ ２０％以下の窒素を含有している。 必要なオーステナイト構造を確保するために本合金中にはニッケルが存在する 。その目的のために、少なくとも約９．８％、好ましくは少なくとも約１０．０ ％、更に好ましくは約１０．５％のニッケルが本合金中に存在して、フェライト 、マルテンサイトの生成を防止し、良好な被削性を保証する。然しながら、ニッ ケルから得られる利点は本合金中にニッケルを多量に加えることによる余分な費 用と釣り合うものではないので、ニッケルは、約１４．０％以下、より好ましく は約１２．５％以下に制限する。 本合金中に存在するニッケルの量は、本合金中のモリブデン及びクルムの望ま しい量に基づいて、少なくとも幾分選択する。それ故、モリブデンの含有量を約 １．０％以下、クロムの含有量を約１７．０％以上とした場合には、本合金中に は好ましくは約１０．０％〜約１１．０％のニッケルを含有させる。更に、モリ ブデンの含有量を約２．０％〜３．０％、クロムの含有量を約１６．０％〜１８ ．０％とした場合には、本合金中には好ましくは約１０．５％〜約１２．５％の ニッケルを含有させる。 本合金のオーステナイト構造を安定させるのに役立ち且つ本合金の被削性に利 するた めに、少なくとも約０．８％の銅を本合金中に存在させる。銅はＴｙｐｅ３０４ 又はＴｙｐｅ３１６の如きオーステナイト系ステンレス鋼において一般的に残留 元素であるが、コントロールした範囲で本合金中に銅を含めることによって被削 性を極めて向上させることができることが判った。 銅は、約１．５％以下、好ましくは約１．２％以下、更に好ましくは約１．０ ％以下に制限する。銅が多過ぎると本合金の耐食性に悪影響を及ぼす。更に、銅 から得られる利点は本合金中に銅を多量に加えることによる余分な費用と釣り合 わない。 クロムとモリブデンは本合金中に存在して本合金の耐食性に利する。より詳述 すると、全面腐食耐性に利するために、少なくとも約１６％、好ましくは少なく とも約１７％、より好ましくは少なくとも約１８％のクルムを本合金中に存在さ せる。耐孔食性に利するために、約３．０％まで、好ましくは約２．０〜３．０ ％のモリブデンを本合金中に存在させる。最高の耐孔食性を必要としない場合に は、モリブデンは約１．０％以下に制限する。また、過剰な量のクロムを含有さ せると、その結果として好ましくないフェライト生成を引き起こすこととなるの で、クロムは約２０．０％以下、好ましくは約１９％以下、より好ましくは約１ ８％以下に制限する。 クロムの量は、本合金中のモリブデンの望ましい量に基づいて、少なくとも幾 分選択する。それ故、例えば、本合金に約２．０％又はそれ以上のモリブデンを 含有させようとする場合には、クロムは約１６．０〜１８．０％に制限する。モ リブデンを約１．０％以下に制限する場合には、約１７．０〜２０％のクロムを 本合金中に含有させることができる。 硫黄は本合金によって発揮される被削性に貢献するので、少なくとも約０．０ ２％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 耐食性，加工性及び横方向の機械的特性に悪影響を及ぼす。従って、硫黄は約０ ．０５％以下、好ましくは約０．０３％以下に制限する。 約０．７５％までのチタン又はコロンビウムを本合金中に存在させて、チタン ・カー ボナイトライド(carbonitride)又はコロンビウム・カーボナイトライドを生成す ることにより炭素及び窒素を安定させることができる。そのようなカーボナイト ライドは、本合金が高温、例えば、約１０００°F（５３０℃）に後で加熱され た時に、合金の粒界腐食耐性に利する。本合金にチタンを加えることによって得 られる利点を実現するために、炭素の望ましい量の少なくとも約５倍の量（５× ％Ｃ）に等しい量のチタンを本合金中に含有させる。同様に、本合金にコロンビ ウムを加えることによって得られる利点を実現するために、炭素の望ましい量の 少なくとも約１０倍の量（１０×％Ｃ）に等しい量のコロンビウムを本合金中に 含有させる。そのような量でチタン又はコロンビウムを本合金中に加えた場合に は、クロムを約１７．０〜１８．０％、ニッケルを約１０．０〜１１．０％含有 させるのが望ましい。 過剰な量のチタン又はコロンビウムを存在させると、フェライトの生成に寄与 し、本合金の熱間加工性，耐食性及び非磁性作用に悪影響を及ぼす。従って、本 合金に加えられるチタン又はコロンビウムの量は、約０．７５％以下、好ましく は約０．５％以下に制限する。然し、チタンが残留成分である場合には、チタン は、約０．１％以下、好ましくは約０．０１％以下に制限する。同様に、コロン ビウムが残留成分である場合には、コロンビウムは、約０．１％以下に制限する 。 被削性に利するマンガンの豊富な硫化物の生成を促進させるために約２．０％ までのマンガンを本合金中に存在させることができる。更に、遊離マンガンは、 本合金のオーステナイト構造を安定させるのに役立つ。好ましくは、少なくとも 約１．０％のマンガンを本合金中に存在させる。 融解中に脱酸添加物の中から約１．０％までの、より好ましくは約０．６％ま での珪素を本合金中に存在させることができる。然しながら、珪素の量が多いと 、フェライトの生成を、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、促進させる。フェライトの生成は、本合金の熱間加工性，耐食性及び非 磁性作用に悪影響を及ぼす。 本合金から機械加工される部品の表面仕上げの質を向上させるために、約０． ０５％まで、より好ましくは約０．０３％までの燐を本合金中に存在させること ができる。然しながら、より多量の燐を存在させると、本合金を脆くさせ且つ本 合金の熱間加工性及び被削性に悪影響を及ぼし易い。 超硬切削工具による高速での本合金の被削性に利するケイ酸カルシウム−アル ミニュームの生成を促進させるために、約０．０１％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、少量であるが有効的な量、約０． ００５％まで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解，鋳造又は加工には特別な技術を必要としない。溶解 及び精錬の方法としては、アーク溶解の後のＡＯＤ法(argon-oxygen decarburiz ation)が好ましいが、その他の方法を用いることもできる。更に、必要ならば、 粉末冶金技術を用いて本合金を作ることもできる。また、本合金は連続鋳造技術 にも適している。 本発明に係る合金は、広範囲な利用のために種々の形状に成形することができ 、従来の手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 ト又はシート状に成形するのに適している。 本発明に係る合金は、広範囲の分野に適用するのに有益である。本合金の優れ た被削性は、部品の機械加工が要求される分野、特に、自動機械加工装置用いて 機械加工することが要求される分野に適している。 実施例 本合金によって発揮される被削性を実証するために、表１に示した重量％での 組成を有する本発明に係る合金の実施例１〜５を調製した。比較するために、本 発明の範囲外の組成を有する比較例ヒート(heat)Ａ及びＢについても同様に調製 した。それらの重量％組成についても同様に表１に示した。 合金Ａは、AISI Type 304/304Lステンレス鋼の市販のものの典型例である。合金 Ｂは、AISI Type 316/316Lステンレス鋼の市販のものの典型例である。 実施例１〜５、比較例ヒートＡ及びＢをアルゴン・カバー下で溶融した４００ lb.ヒートから調製して７．５インチ（１９．０５ｃｍ）の角インゴットとして 鋳造した。そのインゴットを２時間２２５０°F（１２３２℃）の温度に維持し 、次にプレスして４インチ（１０．１６ｃｍ）の角ビレットにした。そのビレッ トを研磨して表面の欠陥を除去し、端を切り落とした。そのビレットを熱間圧延 して直径が２．１２５インチ（５．４０ｃｍ）の中間バーを形成した。実施例１ ，２及び比較例ヒートＡについての中間バーを２２００°F（１２０４℃）の温 度から熱間圧延して直径が０．７１８７インチ（１．８２ｃｍ）の丸棒にした。 実施例３〜５及び比較例ヒートＢについての中間バーを２２５０°F（１２３２ ℃）の温度から熱間圧延して直径が０．７１８７インチ（１．８２ｃｍ）の丸棒 にした。その丸棒を真っ直ぐにして、次に直径が０．６６８インチ（１．７０ｃ ｍ）のものにした。丸棒の全てを先付けし、１９５０°F（１０６５℃）で溶液 焼なましし、水で焼入れし、表面のスケールを除去するために酸で洗浄した。そ の焼なまししたバーを冷間引抜きして直径が０．６３７インチ（１．６２ｃｍ） のものにし、先付けした端を切り落とし、そのバーを再び真っ直ぐにし、次に荒 く研磨して直径が０．６２７インチ（１．５９２ｃｍ）のものにした。そのバー を次に研磨し て最終直径が０．６２５インチ（１．５８７ｃｍ）のものにした。 被削性を鑑定するために、実施例１〜５のバー及び比較例ヒートＡ，Ｂのバー を自動旋盤で試験した。荒削り総形工具を用いて直径０．６２５インチ（１．５ ９ｃｍ）のバーを１２９sfpmの速度で機械加工し、０．３９２インチ（１．００ ｃｍ）の小径と０．５４５インチ（１．３８ｃｍ）の大径とによって区画された 輪郭面を有する部品を得た。全ての試験を、Qwerl（商標）５４０切削油の５％ 溶液（Quaker Chemical Corpo-rationにより製造されている）を用いて０．００ ２ipr の荒削り総形工具の切削送りで実施した。仕上げ総形工具を用いてその大 径を仕上げ加工して０．５３０インチ（１．３５ｃｍ）にした。その機械加工処 理によって荒削り総形工具に生じた漸次の摩耗の結果として、機械加工した部品 の小径が徐々に増加した。その機械加工した部品の小径に０．００３インチ（０ ．０７６ｍｍ）の増加が観察された時に、各組成の試験を終了した。参考材料と 比較してかなり多くの部品が機械加工された時に、改善された被削性が実証され る。 被削性試験の結果を機械加工された部品の数（No．of Parts）として表２に示 した。実施例１〜３及び比較例ヒートＡ，Ｂに関しては、各合金を３回の別々の 流し込み(run)でテストした。然しながら、実施例４及び５の組成は類似してい るので、実施例４及び５のバーは５回の別々の流し込みで一緒にテストした。各 合金について機械加工された部品の平均的な数（Ａｖｇ．）と、テストした各合 金についての銅，クロム及びモリブデンの重量％についても参考までに表２に示 した。 表２のデーターは、ヒートＡ及びＢと比較して実施例１〜５が優れた被削性を 有するものであることを明らかに示している。 上記記載中で用いた用語及び表現は、本発明を説明する上で便宜上用いたにす ぎず、それは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 現を用いたからと言って、そのことに、説明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が、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。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 メイジー ジョン エイチ．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

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．重量％にして、実質上、 Ｃ 最大約０．０３０ Ｍｎ 最大約２．０ Ｓｉ 最大約１．０ Ｐ 最大約０．０５ Ｓ 約０．０２〜０．０５ Ｃｒ 約１６．０〜２０．０ Ｎｉ 約９．８〜１４．０ Ｍｏ 最大約３．０ Ｃｕ 約０．８〜１．５ Ｎ 最大約０．０３５ と、Ｔｉ及びＣｂのグループから選択された約０．７５重量％までの元素とを含 有し、残部が実質上鉄であるオーステナイト系ステンレス鋼合金であって、Ｔｉ ≧（５×％Ｃ）である場合にＣｂが約０．１重量％以下であり、Ｃｂ≧（１０× ％Ｃ）である場合にＴｉが約０．１重量％以下であることを特徴とするオーステ ナイト系ステンレス鋼合金。 ２．約０．０２５重量％以下の炭素を含有している、請求項１に記載の合金。 ３．約０．０２０重量％以下の炭素を含有している、請求項１に記載の合金。 ４．約０．０３０重量％以下の窒素を含有している、請求項１に記載の合金。 ５．約０．０２５重量％以下の窒素を含有している、請求項１に記載の合金。 ６．約１２．５重量％以下のニッケルを含有している、請求項１に記載の合金 。 ７．少なくとも約１０．０重量％のニッケルを含有している、請求項１に記載 の合金。 ８．少なくとも約１０．５重量％のニッケルを含有している、請求項１に記載 の合金。 ９．少なくとも約１．０重量％のマンガンを含有している、請求項１に記載の 合金。 １０．約１．０重量％以下の銅を含有している、請求項１に記載の合金。 １１．重量％にして、実質上、 Ｃ 最大約０．０３０ Ｍｎ 最大約２．０ Ｓｉ 最大約１．０ Ｐ 最大約０．０５ Ｓ 約０．０２０〜０．０３０ Ｃｒ 約１８．０〜１９．０ Ｎｉ 約１０．０〜１１．０ Ｍｏ 最大約１．０ Ｃｕ 約０．８〜１．０ Ｎ 最大約０．０３０ を含有し、残部が実質上鉄であることを特徴とするオーステナイト系ステンレス 鋼合金。 １２．約０．０２５重量％以下の炭素を含有している、請求項１１に記載の合 金。 １３．重量％にして、実質上、 Ｃ 最大約０．０３０ Ｍｎ 最大約２．０ Ｓｉ 最大約１．０ Ｐ 最大約０．０５ Ｓ 約０．０２０〜０．０３０ Ｃｒ 約１６．０〜１７．５ Ｎｉ 約１０．５〜１２．５ Ｍｏ 約２．０〜３．０ Ｃｕ 約０．８〜１．０ Ｎ 最大約０．０３０ を含有し、残部が実質上鉄であることを特徴とするオーステナイト系ステンレス 鋼合金。 １４．約０．０２５重量％以下の炭素を含有する、請求項１３に記載の合金。 １５．重量％にして、実質上、 Ｃ 最大約０．０３０ Ｍｎ 最大約２．０ Ｓｉ 最大約１．０ Ｐ 最大約０．０５ Ｓ 約０．０２０〜０．００３ Ｃｒ 約１７．０〜１８．０ Ｎｉ 約１０．０〜１１．０ Ｍｏ 最大約１．０ Ｃｕ 約０．８〜１．０ Ｎ 最大約０．０３０ Ｔｉ （５×％Ｃ）〜０．５ を含有し、残部が実質上鉄であることを特徴とするオーステナイト系ステンレス 鋼合金。 １６．約０．０２５重量％以下の炭素を含有している、請求項１５に記載の合 金。 １７．重量％にして、実質上、 Ｃ 最大約０．０３０ Ｍｎ 最大約２．０ Ｓｉ 最大約１．０ Ｐ 最大約０．０５ Ｓ 約０．０２０〜０．０３０ Ｃｒ 約１７．０〜１８．０ Ｎｉ 約１０．０〜１１．０ Ｍｏ 最大約１．０ Ｃｕ 約０．８〜１．０ Ｎ 最大約０．０３０ Ｃｂ （１０×％Ｃ）〜０．５ を含有し、残部が実質上鉄であることを特徴とするオーステナイト系ステンレス 鋼合金。 １８．約０．０２５重量％以下の炭素を含有している、請求項１７に記載の合 金。