WO2002092869A1

WO2002092869A1 - Acier inoxydable ferritique et acier inoxydable martensitique ayant l'un et l'autre une excellent usinabilite

Info

Publication number: WO2002092869A1
Application number: PCT/JP2001/010084
Authority: WO
Inventors: Satoshi Suzuki; Hideki Tanaka; Naoto Hiramatsu
Original assignee: Nisshin Steel Co., Ltd.
Priority date: 2001-05-15
Filing date: 2001-11-19
Publication date: 2002-11-21
Also published as: JP4090889B2; CN1518608A; DE60133134D1; JPWO2002092869A1; EP1854902A1; CN100420767C; CN1324158C; KR20030091094A; US20040096351A1; ES2301521T3; EP1391528B1; CN1955327A; DE60134802D1; EP1854902B1; US7070663B2; KR101084642B1; DE60133134T2; EP1391528A1; CN100478481C; CN1690240A

Description

明細書

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技術分野

本発明は > 毒性のない Cu添加によつ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力 ^s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ヱ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 TVpe430Se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 ί敫とする。

本発明に従ったフヱ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⁰ /。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。ん 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， A1： 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、或レ、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°C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。図面の簡単な説明

図 1は、被削†生評価試験方法を説明する図である _t 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。被削性が悪レ、原因として、熱伝導率が低レ、こと，加工硬化の程度が大きレ、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リツチ相）の作用に着目し、ステンレス鋼中に Cuを添加し、一部を Cu リツ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 リツ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 リツ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）力^ Cu リツチ相（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 リツチ相の C濃度が高くなり、 Cu リツ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 リツチ相が異物としてマトリッタスに分散するため、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リツチ相中に 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リツ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リツチ相の析出手段としては、 Cuリツ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°Cの温度域で時効処理すると C濃度 0.1質量。 /₀以上又は Sn, In濃度 10質量。 /₀以上の Cuリツ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つても促進される。炭窒化物や析出物等は、析出サイトとして働き、マトリッタスに Cu リツ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⁰ /₀ (フェライト系）

C： 0.01〜(！ 5質量％ (マルテンサイト系）

Cuリツチ相に固溶して Cuリツチ相を脆化させると共に、 Cuリツ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 リツ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。しカゝし、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。し力し、 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リツ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。し力ゝし、 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⁰ /。（フニライト系）

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。し力し、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質量。 /₀を超える過剰量の Crが含まれると、フヱ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。 /₀以上の割合で Cuリツチ相がマトリッタ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 リツチ相を析出させるため、 Cu含有量を 0.5質量％以上としてレ、る。し力し、 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。マトリツタスに析出する Cu リツチ相は、析出物のサイズに特別な制約を受けるものではないが、表面及び內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 Z又は In： 0. 005質量％以上

Sn又は Inが濃化した Cu リツ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リツチ相の低融点化が進み被削性が著しく向上する。 Cu リツ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 リツ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。 /₀

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リツチ相が析出する傾向が強く、 Cuリツ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リツ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リツ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。し力し、 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リツ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。し力し、 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。 A1： 1質量 ^Q /。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リツ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、 A1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リツ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。し力し、 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 リツチ相の析出サイトとして働く。し力し、 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 リツチ相の析出に有効な析出物となってマトリツタスに分散する。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°C

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°C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。しカゝし、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 リツ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°Cの温度域で時効処理するとき、被削性に最も有効な Cuリツチ相が 0.2体積⁰ /₀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°Cで均熱 30分の焼鈍後、種々の温度で時効処理した。

表 l ：使用したフェライト系ステンレス鋼の成分 ·組成

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 O.SmmZ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、画像処理によつてマトリッタスに分散析出している Cuリツチ相を定量し、 Cuリツチ相の体積分率（体積。 /。）を求めた。更に、 Cu リツチ相中の 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リツチ相の Cu 濃度を定量した。

800°C X 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〇，試験番号 E-1より被削性が劣るものを Xと判定した。

本発明に従った試験番号 A-1, B-1, C-l, F-1, G-1, 1-1, 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リツチ相が 0.2体積％以上の割合でマトリッタ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リツチ相の析出量が 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リツチ相の析出量が 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リツチ相の脆化不足に起因して被削性が十分でなかった。表 2 ：析出した C u リツチ相が被削性に及ぼす影響

時効処理： 800°CX9時間実施例 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°C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°C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リツチ相の析出量が 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°C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リツチ相が 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°C未満、或いは 900°Cを超えると、 Cuリツチ相の析出量が 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。 /₀以上の Cuを含有すること及び C濃度 0.1質量％以上の Cuリツチ相が 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°C X 1時間以上の時効処理が 0.2体積％以上の割合で Cuリツチ相を分散析出させるために必要なことが確認された。

表 3：時効処理条件が Cuリツチ相の析出及び被削性に及ぼす影響

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°Cで均熱 30分の焼鈍後、種々の温度で時効処理した。

表 4：使用したマルテンサイト系ステンレス鋼の成分'組成

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リツ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°C X 9時間で時効処理した試験番号 MA-1〜MP-1の供試材につレ、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〇，試験番号 ME-1より被削性が劣るものを X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, ΜΚΊ 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、時効処理によつて C濃度 0.1質量％以上の Cuリツチ相が 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リツチ相の析出量が 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リツチ相析出量であっても、 Cuリツチ相の 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。

表 5：析出した Cuリツチ相が被削性に及ぼす影響

時効処理： 780°CX9時間実施例 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°C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°C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リツチ相の析出量が 0.2体積％以上となっており、被削性に優れてレ、た。

他方、時効処理温度が 500〜900°C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リツチ相が 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°C未満、或いは 900°C を超えると、 Cuリツチ相の析出量が 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リツチ相が 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°C X 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。

表 6：時効処理条件が Cuリツチ相の析出及び被削性に及ぼす影響

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°C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 4ram, 幅 500讓，長さ 1200画の鋼板を得た。

表 7：使用したマルテンサイト系ステンレス鋼の成分'組成合金成分及び含有量（質量％)

番号

C Si Mn S Ni Cr Cu Sn その他

ΜΑ 0.061 0.31 0.81 0.005 0.12 11.62 3.01 0.004

MB 0.058 0.33 0.77 0.002 0.33 11.24 2.98 0.006

MC 0.059 0.28 0.34 0.012 0.18 11.98 3.21 0.212

MD 0.066 0.41 0.64 0.001 0.21 12.43 1.53 0.487

ME 0.062 0.37 0.82 0.009 0.34 12.02 2.87 0.512

MF 0.102 0.29 0.43 0.008 0.42 14.12 0.47 0.112

MG 0.007 0.37 0.51 0.004 0.26 11.76 0.54 0.142

MH 0.088 0.51 0.31 0.005 0.22 13.21 1.01 0.213

MI 0.052 0.34 0.62 0.012 0.44 12.02 4.03 0.081

MJ 0.088 0.51 0.31 0.089 0.22 13.21 1.01 0.213

MK 0.051 0.33 0.83 0.143 0.34 11.76 1.32 0.241

ML 0.102 0.28 0.92 0.152 0.28 11.22 1.28 0.198

MM 0.152 0.87 0.43 0.008 0.60 10.91 0.88 0.081 Nb:0.36

MN 0.008 0.12 0.88 0.012 0.22 13.09 1.23 0.092 Ti:0.35

MO 0.043 0.08 0.97 0.014 0.09 12.55 5.21 0.002 In:0.082

MP 0.002 0.98 0.24 0.092 0.18 12.12 1.98 0.152 Al:0.07

MQ 0.021 0.44 0.12 0.082 0.43 12.38 4.12 0.443 Zr:0.88

MR 0.123 0.42 0.18 0.003 0.26 12.21 2.33 0.289 V0.82

MS 0.089 0.33 0.21 0.003 0.31 12.41 1.21 0.181 B:0.006

MT 0.063 0.42 0.47 0.251 0.51 12.76 0.32 0.001 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を取り付けたカツタを使用し、ダゥ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. lmm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リツチ相を定量化して Cuリツチ相の体積分率（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°C X 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〇，試験番号 MT-1より被削性が劣るものを X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, ΜΙΊ, MJ-1, MK-1, ML-1, MM-1, Mn'l, MO-l, 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-l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 リツチ相の析出量が 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リツチ相が 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。

表 8 ：析出した Cu リツチ相が被削性に及ぼす影響

時効処理： 790CX9時間実施例 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°C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°C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°C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リツチ相が 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°C未満、或いは 900°Cを超えると、 Cuリツチ相の析出量が 0.2体積。 /₀未満となり、被削性に劣つていた。

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リツチ相が 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°C X 1時間以上の時効処理が必要であることが判る。

表 9：時効処理条件が Cuリツチ相の析出及び被削性に及ぼす影響

実施例つ

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°C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。

得られた鋼板を用レ、、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ィト摩耗を評価した。

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リツチ相を定量化して Cu リツチ相の体積分率（体積％)を求めた。更に、 Cuリツチ相中の Sn又は In含有量を EDX 分析により定量化した。

表 10：使用したフェライト系ステンレス鋼の成分 .組成

820°C X 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〇，試験番号 FN-1より被削性が劣るものを X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⁰ /₀ 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リツチ相の析出量が 0.2体積％を下回っており、被削性が劣つていた。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リツチ相の析出量が 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。

表 11：析出した Cu リツチ相が被削性に及ぼす影響

時効処理： 820°C X 10時間実施例 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°C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レ、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°C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°C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リツチ相が 0.2 体積％に達せず、被削性に劣っていた。また、 Bき効処理温度が 500°C未満、或いは 900°Cを超えると、 Cuリツチ相の析出量が 0.2体積％未満となり、被削性に劣つていた。

以上の結果から、 0.5質量％以上の（^含有量， Sn又は In濃度が 10質量％以上の Cuリツチ相が 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リツチ相を 0.2体積％以上で析出させるためには、 500〜900°C X 1時間以上の時効処理が必要であることが判る。

表 12：時効処理条件が Cu リツチ相の析出及び被削性に及ぼす影響

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, S e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。

Claims

請求の範囲

1 . C： 0.001- 1質量⁰ん Si： 1.0質量⁰ /₀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 Z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 Z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タ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。

2. 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。 /₀以下， Cu： 0.5-6.0質量％, 必要に応じて Sn 及び Z又は In : 0.005質量％以上を含み、残部が実質的に Feの,袓成をもち、

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。

3. 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， A1： 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。

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。 /₀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ィ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°C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 1、系又はマルテンサイト系ステンレス鋼の製造法。