(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記重量組成（残部は鉄）を有することを特徴とする超高速切削加工およびネジ切り加工で用いられる切削性に優れた硫黄添加オーステナイト系ステンレス鋼：
炭素        ＜0.1 ％
珪素        ＜２％
マンガン    ＜２％
ニッケル      ７〜12％
クロム        15〜25％
硫黄          0.10〜0.55％
銅            １〜５％
カルシウム  ＞35×10-4％
酸素        ＞70×10-4％
酸素含有率に対するカルシウム含有率の比は 0.2〜0.6、
モリブデンを含み、その含有量は３％以下。
【請求項２】
硫黄含有率が0.20〜0.40％である請求項１に記載の鋼。
【請求項３】
硫黄含有率が0.25〜0.35％である請求項２に記載の鋼。
【請求項４】
銅含有率が 1.2〜３％である請求項１に記載の鋼。
【請求項５】
銅含有率が 1.4〜1.8 ％である請求項４に記載の鋼。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超高速切削加工およびネジ切り加工(decolletage) で利用される切削性に優れた硫黄添加オーステナイト系ステンレス鋼に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
オーステナイト系ステンレス鋼の高速切削とは 500ｍ／分以上の切削速度を用いるということを意味する。鋼で使用可能な速度は例えばカーバイド被覆された工具を用いた旋削試験で決定され、この試験では15分間の切削した後の逃げ面磨耗が 0.15 mmになる速度をＶｂ15/0.15 で表す。この速度以上では切削には危険が伴い、工業的な切削加工はこの速度以下で可能になる。
【０００３】
欧州特許第 403 322号には優れた切削性を有する硫黄添加オーステナイトステンレス鋼が記載されている。この特許では切削性を向上させるために、一般組成すなわち炭素0.15％以下、シリコン２％以下、マンガン２％以下、モリブデン３％以下、ニッケル７〜12％およびクロム15〜25％という組成の鋼に、硫黄を 0.1〜0.4 ％の割合にしてカルシウムおよび酸素と組み合わせて添加する（カルシウムと酸素の含有率はそれぞれ30×10-4％および70×10-4％以上で、Ca／Ｏの比は0.2 〜0.6 である）ことを提案している。
【０００４】
この特許の開発目的は、マンガンとそれよりも低含有率のクロムとを用いてマンガン・クロムの硫化物 (Mn,Cr)Ｓを特殊介在物の形で形成させ、それを切削加工中の切削工具の固体潤滑剤にする点にある。硫黄は耐食性の面で好ましくない影響を与えるため、一般には硫黄含有鋼中に硫化物介在物と石灰アルミノケイ酸塩の酸化物介在物とを組み合わせて導入される。
このオーステナイト系ステンレス鋼は通常の切削速度すなわち 500ｍ／分以下では優れた切削特性を示す。この鋼は硫化物介在物を選択的に被覆したアルミノケイ酸塩型の複合酸化物介在物を含み、この介在物は硫化物のみの介在物よりも大きく、変形性に富んでいるため、切削工具のいわゆる固体潤滑剤効果が向上する。
しかし、この鋼の欠点は硫黄が結果的に低温変形と応力亀裂の点（例えば引抜き加工または伸線加工時）で鋼の特性を低下させることにある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、切削速度が 700ｍ／分を越える超高速切削加工およびネジ切り加工(decolletage) で利用した場合、公知の硫黄添加オーステナイトステンレス鋼に比較して生産性が30％以上高くなる、切削性に優れた鋼を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の対象は超高速切削加工およびネジ切り加工で用いられる切削性に優れた硫黄添加オーステナイト系ステンレス鋼において、下記重量組成 (残部は鉄) を有することを特徴とするステンレス鋼にある：
炭素        ＜0.1 ％
珪素        ＜２％
マンガン    ＜２％
ニッケル      ７〜12％
クロム        15〜25％
硫黄          0.10〜0.55％
銅            １〜５％
カルシウム  ＞35×10-4％
酸素        ＞70×10-4％
酸素含有率に対するカルシウム含有率の比は 0.2〜0.6 。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の上記以外の特徴は下記の点にある：
硫黄含有率は0.20〜0.40％、好ましくは0.25〜0.35％である。
銅含有率は 1.2〜３％、好ましくは1.4 〜1.8 ％である。
さらに３％以下のモリブデンを含む。
【０００８】
上記重量組成を有する本発明のオーステナイト系ステンレス鋼は、 500ｍ／分以下の切削速度で優れた切削性を示すような黄含有率とカルシウムおよび酸素の含有率とを有するいわゆる硫黄添加鋼(acier resulfure) の範疇に入る。
【０００９】
本発明の鋼を超高速切削の分野で使用すると、多数の介在物、例えば硫化マンガンやカルシウムと酸素との添加で生じる石灰のアルミノケイ酸塩型酸化物の介在物の複合効果と、銅の存在とによって切削性が向上する。銅は切屑形成に必要な力を小さくする。この特性によって工具先端の温度は工具が耐えられる温度範囲に留まる。これらの条件下で硫化マンガン介在物や石灰のアルミノケイ酸塩型酸化物介在物等が複合して固体潤滑剤の役目をし、工具の磨耗を遅らせる。
【００１０】
本発明鋼ではマンガン含有率を硫黄含有率に合せるために硫化マンガンは極くわずかだけクロムで置換され、切削時の可鍛性すなわち効率が向上する。硫黄はセレンおよび／またはテルルで部分的に置換することができる。
本発明の硫黄添加鋼は、酸素に結合した硫黄または結合していない硫黄と硫化物および酸化物の多数の可鍛性のある低融点介在物の存在と、本発明による銅の存在とによって、高速切削加工で好ましく利用でき、切削用工具の寿命を維持したまま切削加工を例外的な切削速度で行うことができる。
以下、添付図面を参照して本発明の実施例を説明するが、本発明は下記実施例に限定させるものではない。
【００１１】
【実施例】
切削試験では超高速切削すなわち 500ｍ／分以上の速度に匹敵する速度でTiＮコーティングしたカーバイド工具を使用し、Ａ、ＢおよびＣで表される３種類の硫黄添加鋼の切削加工での工具の逃げ面の磨耗の変化を比較した。
鋼Ａと鋼Ｂは硫黄添加鋼の規準鋼であり、鋼Ａはカルシウムも酸素も含まない鋼であり、鋼Ｂは組成中に銅を含まない鋼である。
本実施例では本発明の鋼Ｃはその組成中に1.5 ％の銅と、44×10-4％のカルシウムと、118 ×10-4％の酸素とを含んでいる。
規準鋼Ａ、規準鋼Ｂおよび本発明鋼Ｃの組成を〔表１〕に示す。
【００１２】
【表１】
0003687931.tif 000002
【００１３】
この試験は0.25mm／回転のフィード速度、1.5 mmの切削深さ、 700ｍ／分の切削速度で無潤滑剤で行った旋削試験(tournage)である。工具を定期的に取り外して逃げ面磨耗を測定した。図１に得られた曲線である。
規準鋼Ａと規準鋼Ｂは超高速切削加工には適しておらず、わずか数分の旋削加工後に工具が破損する。換言すれば、逃げ面磨耗が0.15mm以上になるか、エッジがダメになる(effondree) 。従って、鋼Ａと鋼Ｂは上記切削速度では切削加工できない。
本発明の鋼Ｃでは20分間の旋削後でもコーティグ工具は切削加工可能な状態を維持するので、通常の被覆カーバイド工具で工業的条件下で上記切削速度で使用できる。これは、鋼組成中に多量の硫黄と、可鍛性のある低融点酸化物と、最適量の銅とが同時に存在することによるものである。
【００１４】
本発明鋼をネジ切り加工で使用した場合には、銅の存在によってロッド製造中の切削性が向上し、続く切削加工時には硫化マンガン介在物と石灰アルミノケイ酸塩型酸化物介在物との影響で切削性が向上する。
〔図２〕は規準鋼Ｂと本発明鋼Ｃとを比較したもので、〔図２〕から分かるように銅は加工硬化(ecrouissablilite)を低下させる。加工硬化が小さいため引抜き加工で得られるロッドの硬度、特に表面硬度が低下する。
次いで、介在物が相補的に作用して切り子の剪断が促進され、工具／金属境界が潤滑される。
【００１５】
ネジ切り加工の製造試験では、２種類の硫黄添加鋼ＤおよびＥを比較した。
規準鋼Ｄは組成中にカルシウムおよび酸素を含まない硫黄添加鋼である。本実施例では、本発明の鋼Ｅは組成中に1.5 ％の銅と、62×10-4％のカルシウムと、134 ×10-4％の酸素とを含んでいる。規準鋼Ｄと本発明の鋼Ｅの組成は〔表１〕に示してある。
【００１６】
ネジ切り加工試験では引抜き加工で得られた直径５mmのロッドから切削深さが0.5 〜1.5 mmの丸削り部を有する長さ 50 mmの部材を作った。
〔表２〕はモノブロックのカーバイド工具を備えたカム式単一スピンドル旋盤を用い、牛オイルで潤滑して行ったロッド旋削の結果を示している。〔表２〕の値は工具交換時まで良好に切削された製品の数を表している。
【００１７】
【表２】
0003687931.tif 000003
【００１８】
規準鋼について最適化した切削条件では、本発明の鋼では工具交換が必要になる前に 2.5倍の製品が得られる。逆にいえば、寿命が同じならば、本発明の鋼は生産性が30％高い。
別のネジ切り試験では、ロッド材料からトーチ型機械で直径４mmのスピンドルを作るという簡単な棒切断操作で２種類の上記鋼Ｄと鋼Ｅとを比較した。
カルシウムと酸素を含まない規準鋼Ｄに比べて本発明鋼Ｅでは生産性が28％向上した。
３つの元素、銅、酸素およびカルシウムの複合作用によって切削性の向上に特定の効果が生まれるということは驚くべきことであり、この効果はこれらの元素の２つを組み合わせて添加した場合や単独で添加した場合には予想できないものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  銅を全く含まないか、石灰アルミノケイ酸塩介在物を全く含まない硫黄添加ステンレス鋼と、本発明の硫黄添加ステンレス鋼とを超高速の切削速度で加工した時の逃げ面磨耗曲線。
【図２】  銅を含まない硫黄添加鋼と本発明鋼との加工硬化曲線。
【図１】
0003687931.tif 000004
【図２】
0003687931.tif 000005