JPWO2002092869A1 - 被削性に優れたフェライト系ステンレス鋼及びマルテンサイト系ステンレス鋼 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、毒性のないCu添加によって被削性を改善したフェライト系及びマルテンサイト系ステンレス鋼に関する。
背景技術
精密機械工業の著しい発達や家庭電気器具、家具調度品等の需要増加により、従来ステンレス鋼が使用されていなかった部分にもステンレス鋼が使用されるようになってきた。工作機械の自動化・省力化に伴いステンレス鋼の被削性改善要求が強く、フェライト系ではJISG4303に規定されるSUS430Fのように快削性元素としてSeを添加したフェライト系ステンレス鋼,マルテンサイト系ではJIS4303に規定されるSUS410F,SUS410F2のように快削性元素としてPbを添加し、或いはSUS416,SUS420FのようにSを添加したステンレス鋼が使用されている。
しかし、快削性元素として有効なSは、熱間加工性,延性及び耐食性を著しく低下させ、機械的性質に異方性を生じさせる原因にもなる。Pb添加により被削性を向上させたフェライト系又はマルテンサイト系ステンレス鋼は、使用中に有害なPbの溶出があり、リサイクル性に劣る材料である。Se添加により被削性を付与したSAE規定の51430FSe(AISI規格でType430Seに相当)では、有害元素の添加が環境対策上の問題になっている。
発明の開示
本発明は、従来の被削性マルテンサイト系ステンレス鋼にみられる快削性元素に代えてCu主体の第2相を使用することにより、加工性,耐食性,機械的特性,環境等に悪影響を及ぼすことなく被削性が改善されたフェライト系,マルテンサイト系ステンレス鋼を提供することを目的とする。
本発明は、濃度0.1質量%以上と比較的多量のCを含ませたCu主体の第2相、或いは濃度10質量%以上でSn及び/又はInを含ませたCu主体の第2相を0.2体積%以上の割合でマトリックスに分散させることにより、環境に悪影響を及ぼすことなくフェライト系及びマルテンサイト系ステンレス鋼の被削性を改善したことを特徴とする。
本発明に従ったフェライト系ステンレス鋼は、C:0.001〜1質量%,Si:1.0質量%以下,Mn:1.0質量%以下,Cr:15〜30質量%,Ni:0.60質量%以下,Cu:0.5〜6.0質量%を含んでいる。マルテンサイト系ステンレス鋼は、C:0.01〜0.5質量%,Si:1.0質量%以下,Mn:1.0質量%以下,Cr:10〜15質量%,Ni:0.60質量%以下,Cu:0.5〜6.0質量%を含んでいる。
10質量%以上の濃度でSn又はInを含むCu主体の第2相を分散析出させる場合には、0.005質量%以上のSn又はInを含む組成をもつステンレス鋼が使用される。フェライト系及びマルテンサイト系共に、任意成分としてNb:0.2〜1.0質量%,Ti:0.02〜1質量%,Mo:3質量%以下,Zr:1質量%以下,Al:1質量%以下,V:1質量%以下,B:0.05質量%以下,希土類元素(REM):0.05質量%以下の1種又は2種以上を含むことができる。
C濃度0.1質量%以上、或いはSn又はIn濃度10質量%以上のCu主体の第2相は、所定組成に調整されたフェライト系又はマルテンサイト系ステンレス鋼を熱間圧延後から最終製品となるまでの間に500〜900℃の温度範囲で1時間以上加熱保持する時効処理を1回以上施すことによりマトリックスに分散析出する。
発明を実施するための最良の形態
ステンレス鋼は、全般的に被削性が悪く、難削材の一つに数えられている。被削性が悪い原因として、熱伝導率が低いこと,加工硬化の程度が大きいこと,凝着しやすいこと等が挙げられる。本発明者等は,この種のステンレス鋼に関し、環境に悪影響を及ぼすことなく被削性,抗菌性を著しく向上させる手段としてCu主体の第2相を所定量析出させたオーステナイト系ステンレス鋼を紹介した(特開2000−63996)。本発明は、先に紹介したCu主体の第2相による性質改善を更に発展させ、フェライト系及びマルテンサイト系においても被削性が改善される知見をベースにしている。
本発明者等は、工具−被削材との潤滑及び熱伝導に及ぼすε−Cu相等のCu主体の第2相(Cuリッチ相)の作用に着目し、ステンレス鋼中にCuを添加し、一部をCuリッチ相として微細に且つ均一に析出させると、被削性が改善されることを見い出した。Cuリッチ相による被削性の改善は、切削時において工具掬い面上でのCuリッチ相による潤滑,熱伝導作用に基づく減摩により、切削抵抗が減少すると共に工具寿命を延ばし、結果として被削性が向上するものと考えられる。
特にフェライト系ステンレス鋼や焼き鈍し状態のマルテンサイト系ステンレス鋼では、結晶構造が体心立方晶B.C.C.であり、この中に面心立方晶F.C.C.のCuリッチ相を析出させることは、Cuリッチ相と同じ結晶構造をもつオーステナイト系ステンレス鋼にCuリッチ相を析出させた場合に比較して被削性向上に関して更に大きな効果が得られる。
Cuリッチ相の分散析出がオーステナイト系とフェライト系,マルテンサイト系で異なる原因は次のように推察される。体心立方晶の結晶構造をもつフェライト系又はマルテンサイト系ステンレス鋼のマトリックスに面心立方晶のCuリッチ相を析出させると、Cuリッチ相によって結晶整合性が低下し、大きな転位の集積が可能になる。また、オーステナイト形成元素であるCがマトリックス(フェライト相)からCuリッチ相(オーステナイト相)に分配されるため、マトリックスに比較してCuリッチ相のC濃度が高くなり、Cuリッチ相の靭性が低下する。このように転位の集積度が高く、且つ靭性が低く破壊の起点となるCuリッチ相が異物としてマトリックスに分散するため、破壊現象である被削性が向上する。
Sn又はInを0.005質量%以上含むステンレス鋼組成では、Cuリッチ相中に10質量%以上の濃度でSn又はInが濃化し、融点の低いCu−Sn合金又はCu−In合金が形成される。その結果、転位の集積が高く、融点が低いCuリッチ相が異物としてマトリックスに分散するため、低融点のCuリッチ相が切削工具との間で潤滑作用が発現し、工具寿命を大幅に向上させる。
Cuリッチ相の析出手段としては、Cuリッチ相が析出し易い温度域で時効等の等温加熱すること,加熱後の降温過程で析出温度域の通過時間が出来るだけ長くなる条件下で徐冷すること等が考えられる。本発明者等は、Cuリッチ相の析出について種々調査研究した結果、最終焼鈍後に500〜900℃の温度域で時効処理するとC濃度0.1質量%以上又はSn,In濃度10質量%以上のCuリッチ相の析出が促進され、優れた被削性及び抗菌性がフェライト系及びマルテンサイト系ステンレス鋼に付与されることを見出した。
Cuリッチ相の析出は、炭窒化物や析出物を形成し易いNb,Ti,Mo等の元素を添加することによっても促進される。炭窒化物や析出物等は、析出サイトとして働き、マトリックスにCuリッチ相を均一分散させ、製造性を効率よく改善する。
以下、本発明のオーステナイト系ステンレス鋼に含まれる合金成分,含有量等を説明する。
C:0.001〜0.1質量%(フェライト系)
C:0.01〜0.5質量%(マルテンサイト系)
Cuリッチ相に固溶してCuリッチ相を脆化させると共に、Cuリッチ相の析出サイトとして有効なCr炭化物を生成し、微細なCuリッチ相をマトリックス全体に渡って均一分散させる作用を呈する。このような作用は、フェライト系では0.001質量%以上のCu含有量で、マルテンサイト系では0.01質量%以上のCu含有量で顕著になる。しかし、過剰なC含有量は製造性や耐食性を低下させる原因となるので、C含有量の上限をフェライト系では0.1質量%,マルテンサイト系では0.5質量%に設定した。
Si:1.0質量%以下
耐食性の改善に有効な合金成分であり、抗菌性を向上させる作用も呈する。しかし、1.0質量%を超える過剰量でSiが含まれると、製造性が劣化する。
Mn:1.0質量%以下
製造性を改善すると共に、鋼中の有害なSをMnSとして固定する作用を呈する。MnSは、被削性の向上にも有効に働くと共に、Cuリッチ相生成の核として作用するため、微細なCuリッチ相の生成に有効な合金成分である。しかし、1.0質量%を超える過剰量のMnが含まれると、耐食性が劣化する傾向を示す。
S:0.3質量%以下
被削性の改善に有効なMnSを形成する元素であるが、S含有量が0.3重量%を超えると熱間加工性及び延性が著しく低下する。したがって、本発明においてはS含有量の上限を0.3質量%に設定した。
Cr:10〜30質量%(フェライト系)
Cr:10〜15質量%(マルテンサイト系)
ステンレス鋼本来の耐食性を維持するために必要な合金成分であり、要求される耐食性を確保するために10質量%以上のCrを添加する。しかし、フェライト系では30質量%を超える過剰量のCrが含まれると、製造性,加工性に悪影響を及ぼす。マルテンサイト系では15質量%を超える過剰量のCrが含まれると、フェライト相が安定化し、焼入れ時にマルテンサイト組織が得られがたくなる。
Ni:0.60質量%以下
フェライト系及びマルテンサイト系ステンレス鋼の工業的な製造工程では、原料から不可避的に混入する成分である。本発明では、通常の生産ラインで混入するレベルの上限値0.60質量%にNi含有量の上限を設定した。
Cu:0.5〜6.0質量%
本発明のステンレス鋼において最も重要な合金成分であり,良好な被削性を発現させるためには、0.2体積%以上の割合でCuリッチ相がマトリックスに析出していることが必要である。各合金成分の含有量が前述のように特定された組成のフェライト系及びマルテンサイト系ステンレス鋼で0.2体積%以上のCuリッチ相を析出させるため、Cu含有量を0.5質量%以上としている。しかし、6.0質量%を超える過剰量のCu添加は、製造性,加工性,耐食性等に悪影響を及ぼす。マトリックスに析出するCuリッチ相は、析出物のサイズに特別な制約を受けるものではないが、表面及び内部においても均一分散していることが好ましい。Cuリッチ相の均一分散は、被削性を安定して改善すると共に、抗菌性の発現にも寄与する。
Sn及び/又はIn:0.005質量%以上
Sn又はInが濃化したCuリッチ相を析出させる場合に必要な合金成分であり、Sn又はIn濃度10質量%以上でCuリッチ相の低融点化が進み被削性が著しく向上する。Cuリッチ相を低融点化させるためには、合金全体としてSn又はInの含有量を0.005質量%以上とする必要がある。Sn,Inの両者を添加する場合には、合計含有量を0.005質量%以上に調整する。しかし、Sn又はInの過剰含有はCuリッチ相を過度に低融点化して液膜脆化に起因する熱間圧延性を著しく低下させるので、Sn又はIn含有量の上限値を0.5質量%に設定することが望ましい。
Nb:0.02〜1質量%
必要に応じて添加される合金成分であり、各種析出物のなかでもNb系析出物の周囲にCuリッチ相が析出する傾向が強く、Cuリッチ相の析出サイトとして作用する。したがって、Cuリッチ相を均一に析出分散させるためには、Nbの炭化物,窒化物,炭窒化物等を微細に析出させた組織が好ましい。しかし、過剰量のNb添加は、製造性や加工性に悪影響を及ぼす。したがって、Nbを添加する場合、Nb含有量を0.02〜1質量%の範囲で選定する。
Ti:0.02〜1質量%
必要に応じて添加される合金成分であり、Nbと同様にCuリッチ相の析出サイトとして有効な炭窒化物を形成する合金成分である。しかし、過剰量のTi添加は、製造性や加工性を劣化させ、製品表面に疵を発生させ易くする原因となる。したがって、Tiを添加する場合、Ti含有量を0.02〜1質量%の範囲で選定する。
Mo:3質量%以下
必要に応じて添加される合金成分であり、耐食性を向上させると共に、微細なCuリッチ相の核サイトとして有効なFe2Mo等の金属間化合物として析出する。しかし、3質量%を超える過剰なMo含有は、製造性及び加工性に悪影響を及ぼす。
Zr:1質量%以下
必要に応じて添加される合金成分であり、微細なCuリッチ相の核サイトとして有効な炭窒化物となって析出する。しかし、Zrの過剰添加は製造性や加工性に悪影響を及ぼすので、Zrを添加する場合には含有量の上限を1質量%に規制する。
Al:1質量%以下
必要に応じて添加される合金成分であり、Moと同様に耐食性を改善すると共に、微細なCuリッチ相の核サイトとして有効な化合物として析出する。しかし、過剰なAl添加は製造性及び加工性を劣化させるので、Alを添加する場合には含有量の上限を1質量%に規制する。
V:1質量%以下
必要に応じて添加される合金成分であり、Zrと同様に微細なCuリッチ相の核サイトとして有効な炭窒化物となって析出する。しかし、Zrの過剰添加は製造性や加工性に悪影響を及ぼすので、Zrを添加する場合には含有量の上限を1質量%に規制する。
B:0.05質量%以下
必要に応じて添加される合金成分であり、熱間加工性を改善すると共に、析出物となってマトリックスに分散する.Bの析出物も、Cuリッチ相の析出サイトとして働く。しかし、Bの過剰添加は熱間加工性を低下させることになるので、Bを添加する場合には含有量の上限を0.05質量%に規制する。
希土類元素(REM):0.05質量%以下
必要に応じて添加される合金成分であり、適量の添加によってBと同様に熱間加工性を改善する。また、Cuリッチ相の析出に有効な析出物となってマトリックスに分散する。しかし、過剰に添加すると熱間加工性が劣化するので、希土類元素を添加する場合には含有量の上限を0.05質量%に規制する。
熱処理温度:500〜900℃
Cuリッチ相の析出により優れた被削性を得るためには、500〜900℃の時効処理が有効である。時効処理温度が低くなるほど、マトリックス中の固溶Cu量が少なくなり、Cuリッチ相の析出量が増加する。しかし、低すぎる時効処理温度では拡散速度が遅く、析出量が却って減少する傾向がみられる。被削性に有効なCuリッチ相の析出に及ぼす時効処理温度の影響を種々の実験から調査したところ、500〜900℃の温度域で時効処理するとき、被削性に最も有効なCuリッチ相が0.2体積%以上の割合で析出することを見出した。時効処理は、好ましくは1時間以上で、熱間圧延終了後から製品となるまでの何れの段階で実施しても良い。
以下、実施例によって本発明の特徴をより具体的に説明する。
実施例1
表1に示した組成をもつ各種フェライト系ステンレス鋼を30kg真空溶解炉で溶製し、鍛造加工後に焼鈍及び時効処理を施し、直径50mmの丸棒材を得た。各鋼材を1000℃で均熱30分の焼鈍後、種々の温度で時効処理した。
得られた鋼材から切り出された試験片を、JIS B−4011「超硬バイト切削試験方法」に準じた切削試験に供した。切削試験では、送り速度0.05mm/回,切込み量0.3mm/回,切削長さ200mmの条件を採用し、逃げ面磨耗(VB=0.3mm)を寿命判定基準としてバイト磨耗を評価した。
同じ鋼材から切り出した試験片を透過型電子顕微鏡で観察し、画像処理によってマトリックスに分散析出しているCuリッチ相を定量し、Cuリッチ相の体積分率(体積%)を求めた。更に、Cuリッチ相中のCu含有量をEDX(Energy Dispersed X−ray Analysis:エネルギー分散X線)分析によりCuリッチ相のCu濃度を定量した。
800℃×9時間で時効処理した試験番号A−1〜P−1の供試材について、被削性の評価結果を表2に示す。被削性は、従来から被削性の良好な材料とされている試験番号E−1のVB磨耗時間を基準として各供試材を相対評価し、試験番号E−1より良好な被削性を示すものを◎,同等の被削性を示すものを○,試験番号E−1より被削性が劣るものを×と判定した。
本発明に従った試験番号A−1,B−1,C−1,F−1,G−1,I−1,K−1の各供試材は、何れも0.5質量%以上のCuが添加されており、時効処理によってC濃度0.1質量%以上のCuリッチ相が0.2体積%以上の割合でマトリックスに分散析出しており、何れも良好な被削性を示した。
これに対し、Cu含有量が0.5質量%以上であっても時効処理を施していない試験番号A−2,B−2,C−2,F−2では、Cuリッチ相の析出量が0.2体積%を下回っており、被削性が劣っていた。時効処理を施した鋼材であってもCu含有量が0.5質量%未満の試験番号J−2では、Cuリッチ相の析出量が0.2体積%に達せず、被削性に劣っていた。0.5質量%以上のCu含有量及び0.2体積%以上のCuリッチ相析出量であっても、Cuリッチ相のC濃度が0.001質量%未満と低い試験番号P−1では、Cuリッチ相の脆化不足に起因して被削性が十分でなかった。
実施例2
表1の鋼材Aを用いて、実施例1と同じ条件で供試材を作製した。得られた供試材に、450〜950℃及び0.5〜12時間の範囲で条件を種々変更した時効処理を施した。時効処理後の各供試材について、実施例1と同様に被削性を調査した。
表3の調査結果にみられるように、500〜900℃で1時間以上時効処理された試験番号A−4,A−6〜A−10は、C濃度0.1質量%以上を含むCuリッチ相の析出量が0.2体積%以上となっており、被削性に優れていた。
他方、時効処理温度が500〜900℃の範囲にあっても時効処理時間が1時間未満の試験番号A−5では、C濃度0.1質量%以上のCuリッチ相が0.2体積%に達せず、被削性に劣っていた。また、時効処理温度が500℃未満、或いは900℃を超えると、Cuリッチ相の析出量が0.2体積%未満となり、被削性に劣っていた。
以上の結果から、素材ステンレス鋼が0.5質量%以上のCuを含有すること及びC濃度0.1質量%以上のCuリッチ相が0.2体積%以上の割合でマトリックスに分散していることが被削性の改善に必要であり、500〜900℃×1時間以上の時効処理が0.2体積%以上の割合でCuリッチ相を分散析出させるために必要なことが確認された。
実施例3
表4に示した組成をもつ各種マルテンサイト系ステンレス鋼を30kg真空溶解炉で溶製し、鍛造加工後に焼鈍及び時効処理を施し、直径50mmの丸棒材を得た。なお、各鋼材を1000℃で均熱30分の焼鈍後、種々の温度で時効処理した。
得られた鋼材から切り出された試験片を用いて、実施例1と同様にCuリッチ相の体積分率及びC濃度を定量すると共に、バイト磨耗を評価した。
780℃×9時間で時効処理した試験番号MA−1〜MP−1の供試材について、被削性の評価結果を表5に示す。被削性は、従来から被削性の良好な材料とされている試験番号ME−1のVB磨耗時間を基準として各供試材を相対評価し、試験番号ME−1より良好な被削性を示すものを◎,同等の被削性を示すものを○,試験番号ME−1より被削性が劣るものを×と判定した。
本発明に従った試験番号MA−1,MB−1,MC−1,MF−1,MG−1,MI−1,MK−1の各供試材は、何れも0.5質量%以上のCuが添加されており、時効処理によってC濃度0.1質量%以上のCuリッチ相が0.2体積%以上の割合でマトリックスに分散析出しており、何れも良好な被削性を示していた。
これに対し、Cu含有量が0.5質量%以上であっても時効処理を施していない試験番号MA−2,MB−2,MC−2,MF−2では、Cuリッチ相の析出量が0.2体積%を下回っており、被削性が劣っていた。また、時効処理を施した鋼材であってもCu含有量が0.5質量%未満の試験番号MJ−2では、Cuリッチ相の析出量が0.2体積%に達せず、被削性に劣っていた。0.5質量%以上のCu含有量及び0.2体積%以上のCuリッチ相析出量であっても、Cuリッチ相のC濃度が0.001質量%未満と低い試験番号MP−1では、Cuリッチ相の脆化不足に起因して被削性が十分でなかった。
実施例4
表1の鋼材MAを用いて、実施例3と同じ条件で供試材を作製した。得られた供試材に、450〜950℃及び0.5〜12時間の範囲で条件を種々変更した時効処理を施した。時効処理後の各供試材について、実施例1と同様に被削性を調査した。
表6の調査結果にみられるように、500〜900℃で1時間以上時効処理された試験番号MA−4,MA−6〜MA−10は、C濃度0.1質量%以上を含むCuリッチ相の析出量が0.2体積%以上となっており、被削性に優れていた。
他方、時効処理温度が500〜900℃の範囲にあっても時効処理時間が1時間未満の試験番号MA−5では、C濃度0.1質量%以上のCuリッチ相が0.2体積%に達せず、被削性に劣っていた。また、時効処理温度が500℃未満、或いは900℃を超えると、Cuリッチ相の析出量が0.2体積%未満となり、被削性に劣っていた。
以上の結果から、素材ステンレス鋼が0.5質量%以上のCuを含有すること及びC濃度0.1質量%以上のCuリッチ相が0.2体積%以上の割合でマトリックスに分散していることがマルテンサイト系の場合でも被削性の改善に必要であり、500〜900℃×1時間以上の時効処理が0.2体積%以上の割合でCuリッチ相を分散析出させるために必要なことが確認された。
実施例5
表7に示した組成をもつ各種マルテンサイト系ステンレス鋼を300kg真空溶解炉で溶製し、1230℃で1時間加熱後、熱間圧延し、種々の温度で時効処理を施した後、酸洗して板厚4mm,幅500mm,長さ1200mmの鋼板を得た。
得られた鋼板を用い、横型フライス盤により被削性の評価を実施した。図1に評価試験の概要を示す。JIS B4107に規定される外径125mm,幅10mmの超硬フライス1の円周方向に16個の超硬バイト2を取り付けたカッタを使用し、ダウンカットで回転速度2000rpm,送り速度0.6mm/分,切込み深さ0.5mm,切削方向は圧延方向に直角な方向として無潤滑で試験片3を切削した。
鋼板の長手方向1200mmを連続切削し、引き続き、幅方向に10mm送って隣接する長手方向の切削を実施した。鋼板広面全域を0.5mm切り込んだ後で起点に戻り、新たに0.5mmの切り込みを行った。この切込みを繰返し、バイト刃先が0.1mm減少するまでの切削時間を寿命判定基準としてバイト摩耗を評価した。
同じ鋼材から切り出した試験片を透過型電子顕微鏡で組織観察し、画像処理によってマトリックスに分散析出しているCuリッチ相を定量化してCuリッチ相の体積分率(体積%)を求めた。更に、Cuリッチ相中のSn又はIn濃度をEDX分析により定量化した。
790℃×9時間で時効処理した試験番号MA−1〜MT−1の供試材の被削性評価結果を表8に示す。被削性は、従来から被削性の良好な材料とされている試験番号MT−1と比較し、試験番号MT−1より良好な被削性を示すものを◎,同等の被削性を示すものを○,試験番号MT−1より被削性が劣るものを×と判定した。
本発明に従った試験番号MB−1,MC−1,MD−1,MF−1,MG−1,MI−1,MJ−1,MK−1,ML−1,MM−1,Mn−1,MO−1,MP−1,MQ−1,MR−1及びMS−1の各供試材は、何れも0.5質量%以上のCuを含み、0.005質量%以上のSnが添加されており、時効処理によって10質量%以上のSn(MO−1においてはIn)を含むCuリッチ相が0.2体積%以上の割合でマトリックスに分散析出しており、何れも良好な被削性を示していた。
これに対し、Cu含有量が0.5質量%以上であっても時効処理を施していない試験番号MB−2,MC−2,MD−2,MF−2,MG−2,MI−2,MJ−2,MK−2,ML−2,MM−2,MN−2,MO−2,MP−2,MQ−2,MR−2及びMS−2の各供試材では、Cuリッチ相の析出量が0.2体積%を下回っており、被削性が劣っていた。また、時効処理を施した鋼材であってもCu含有量が0.5質量%未満の試験番号MF−1,2では、Cuリッチ相の析出量が0.2体積%に達せず、被削性に劣っていた。更に、Cu含有量が0.5質量%以上であり、且つCuリッチ相が0.2体積%認められたMA−1は、従来から被削性の良好な材料とされている試験番号MT−1と比較し良好な被削性を示すが、Sn含有量が0.005質量%未満であるため、Cuリッチ相中のSn量が10質量%に達せず被削性が劣っていた。更に、S含有量が0.15質量%を超えるML−1では熱間変形能が低く、評価試料として製造できなかった。
実施例6
表7の鋼材MCを用いて、実施例5と同じ条件で供試材を作製した。得られた供試材に、450〜950℃及び0.5〜16時間の範囲で条件を種々変更した時効処理を施した。時効処理後の各供試材について、実施例5と同様に被削性を調査した。
表9の調査結果にみられるように、500〜900℃で1時間以上時効処理された試験番号MC−4,MC6〜MC10は、10質量%以上のSnを含むCuリッチ相の析出量が0.2体積%以上となっており、被削性に優れていた。他方、時効処理温度が500〜900℃の範囲にあっても、時効処理時間が1時間に満たない試験番号MC−5では、Cuリッチ相が0.2体積%に達せず、被削性に劣っていた。また、時効処理温度が500℃未満、或いは900℃を超えると、Cuリッチ相の析出量が0.2体積%未満となり、被削性に劣っていた。
以上の結果から、被削性の改善には、0.5質量%以上のCu含有量,10質量%以上のSn又はInを含有するCuリッチ相が0.2体積%以上の析出が必要であることが確認された。また、Cuリッチ相を0.2体積%以上で析出させるためには、500〜900℃×1時間以上の時効処理が必要であることが判る。
実施例7
表10に示した組成をもつ各種フェライト系ステンレス鋼を300kg真空溶解炉で溶製し、1230℃で1時間加熱後、熱間圧延し、種々の温度で時効処理を施した後、酸洗して板厚4mm,幅500mm,長さ1200mmの鋼板を得た。
得られた鋼板を用い、実施例5と同様に横型フライス盤により被削性の評価を実施し、バイト刃先が0.1mm減少するまでの切削時間を寿命判定基準としてバイト摩耗を評価した。
同じ鋼材から切り出した試験片を透過型電子顕微鏡で組織観察し、画像処理によってマトリックスに分散析出しているCuリッチ相を定量化してCuリッチ相の体積分率(体積%)を求めた。更に、Cuリッチ相中のSn又はIn含有量をEDX分析により定量化した。
820℃×9時間で時効処理した試験番号FA−1〜FT−1の供試材の被削性評価結果を表11に示す。被削性は、従来から被削性の良好な材料とされている試験番号FN−1と比較し、試験番号FN−1より良好な被削性を示すものを◎,同等の被削性を示すものを○,試験番号FN−1より被削性が劣るものを×と判定した。
本発明に従った試験番号FB−1,FC−1,FF−1,FG−1,FH−1,FI−1,FJ−1,FK−1,FL−1及びFM−1の各供試材は、何れも0.5質量%以上のCuを含み、0.005質量%以上のSnが添加されており、時効処理によって10質量%以上のSn(FK−1においてはIn)を含むCuリッチ相が0.2体積%以上の割合でマトリックスに分散析出しており、何れも良好な被削性を示していた。
これに対し、Cu含有量が0.5質量%以上であっても時効処理を施していない試験番号FB−2,FC−2,FF−2,FG−2,FH−2,FI−2,FJ−2,FK−2,FL−2及びFM−2の各供試材は、Cuリッチ相の析出量が0.2体積%を下回っており、被削性が劣っていた。また、時効処理を施した鋼材であってもCu含有量が0.5質量%未満の試験番号FE−1,2では、Cuリッチ相の析出量が0.2体積%に達せず、被削性に劣っていた。更に、Cu含有量が0.5質量%以上であり、且つCuリッチ相が0.2体積%認められたFA−1は、Sn含有量が0.005質量%未満であるため、Cuリッチ相中のSn量が10質量%に達せず、被削性が劣っていた。更に、Sn含有量が0.5質量%を超えるFD−1では熱間変形能が低く、評価試料を作製できなかった。
実施例8
表10の鋼材FCを用いて、実施例7と同じ条件で供試材を作製した。得られた供試材に、450〜950℃及び0.5〜11時間の範囲で条件を種々変更した時効処理を施した。時効処理後の各供試材について、実施例7と同様に被削性を調査した。
表12の調査結果にみられるように、500〜900℃で1時間以上時効処理された試験番号FC−4,FC6〜FC10は、10質量%以上のSnを含むCuリッチ相の析出量が0.2体積%以上となっており、被削性に優れていた。
他方、時効処理温度が500〜900℃の範囲にあっても、時効処理時間が1時間に満たない試験番号FC−5では、Sn含有量が10質量%以上のCuリッチ相が0.2体積%に達せず、被削性に劣っていた。また、時効処理温度が500℃未満、或いは900℃を超えると、Cuリッチ相の析出量が0.2体積%未満となり、被削性に劣っていた。
以上の結果から、0.5質量%以上のCu含有量,Sn又はIn濃度が10質量%以上のCuリッチ相が0.2体積%以上の割合で分散析出していることが被削性の改善に有効であることが確認された。また、Cuリッチ相を0.2体積%以上で析出させるためには、500〜900℃×1時間以上の時効処理が必要であることが判る。
産業上の利用可能性
以上に説明したように、本発明のフェライト系又はマルテンサイト系ステンレス鋼においては、0.5質量%以上のCu及び0.001質量%以上のCを添加し、C濃度0.1質量%以上又はSn,In濃度10質量%以上のCuリッチ相を0.2体積%以上の割合でマトリックスに析出分散させているため、被削性に優れた材料である。しかも、被削性改善のためにS,Pb,Bi,Se等の有害元素を含んでいないため、環境対策上の問題も解消される。このようにして、本発明に従ったステンレス鋼は、必要形状に切削加工され、家庭電気器具,家具調度品,厨房機器,各種機械・器具,機器等の材料として広範な分野で使用される。
【図面の簡単な説明】
図1は、被削性評価試験方法を説明する図である。
Claims (4)
- C:0.001〜1質量%,Si:1.0質量%以下,Mn:1.0質量%以下,Cr:15〜30質量%,Ni:0.60質量%以下,Cu:0.5〜6.0質量%,必要に応じてSn及び/又はIn:0.005質量%以上を含み、残部が実質的にFeの組成をもち、C濃度0.1質量%以上或いはSn及び/又はIn濃度10質量%以上のCu主体の第2相が0.2体積%以上の割合でマトリックスに分散していることを特徴とする被削性に優れたフェライト系ステンレス鋼。
- C:0.01〜0.5質量%,Si:1.0質量%以下,Mn:1.0質量%以下,Cr:10〜15質量%,Ni:0.60質量%以下,Cu:0.5〜6.0質量%,必要に応じてSn及び/又はIn:0.005質量%以上を含み、残部が実質的にFeの組成をもち、C濃度0.1質量%以上或いはSn及び/又はIn濃度10質量%以上のCu主体の第2相が0.2体積%以上の割合でマトリックスに分散していることを特徴とする被削性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼。
- Nb:0.2〜1.0質量%,Ti:0.02〜1質量%,Mo:3質量%以下,Zr:1質量%以下,Al:1質量%以下,V:1質量%以下,B:0.05質量%以下,希土類元素(REM):0.05質量%以下の1種又は2種以上を含む請求項1又は2記載のフェライト系又はマルテンサイト系ステンレス鋼。
- C:0.001〜1質量%,Si:1.0質量%以下,Mn:1.0質量%以下,Cr:15〜30質量%,Ni:0.60質量%以下,Cu:0.5〜6.0質量%,必要に応じてSn又はIn:0.005質量%以上を含み、残部が実質的にFeの組成をもつフェライト系又はマルテンサイト系ステンレス鋼を熱間圧延後から最終製品となるまでの間に500〜900℃の温度範囲で1時間以上加熱保持する時効処理を1回以上施し、C濃度0.1質量%以上或いはSn及び/又はIn濃度10質量%以上のCu主体の第2相の析出を促進させることを特徴とする被削性に優れたフェライト系又はマルテンサイト系ステンレス鋼の製造方法。
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