(57)【要約】  このマルテンサイト系Ｓ快削ステンレス鋼は、質量％で、Ｃ：０．０８〜０．７０％、Ｓｉ：０．０１〜１．０％、Ｍｎ：０．１〜１．５０％、Ｓ：０．１５〜０．６０％、Ｐ：０．０１０〜０．０５０％、Ｃｒ：１０〜１６％、Ｎ：０．００５〜０．１５％、Ａｌ：０．００４％以下、Ｍｇ：０．００２０％以下、Ｏ：０．００７〜０．０３０％、Ｎｉ：０〜１．０％、Ｍｏ：０〜３．０％を含有し、残部がＦｅおよび不純物よりなり、Ｏを０．５質量％以上含む（Ｍｎ，Ｃｒ）（Ｓ，Ｏ）系介在物を含有する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ：０．０８〜０．７０％、
Ｓｉ：０．０１〜１．０％、
Ｍｎ：０．１〜１．５０％、
Ｓ：０．１５〜０．６０％、
Ｐ：０．０１０〜０．０５０％、
Ｃｒ：１０〜１６％、
Ｎ：０．００５〜０．１５％、
Ａｌ：０．００４％以下、
Ｍｇ：０．００２０％以下、
Ｏ：０．００７〜０．０３０％、
Ｎｉ：０〜１．０％、
Ｍｏ：０〜３．０％、
Ｃａ：０〜０．００３％、
Ｔｅ：０〜０．０２４％、
ＲＥＭ：０〜０．００３％、
Ｂ：０〜０．０２％、
Ｎｂ：０〜１．００％、
Ｔｉ：０〜１．００％、
Ｖ：０〜０．５０％、
Ｔａ：０〜０．５％、
Ｗ：０〜０．５％、
Ｃｏ：０〜１．００％、
Ｚｒ：０〜０．０２０％、
Ｃｕ：０〜３．０％、
Ｓｎ：０〜０．５％、
Ｓｂ：０〜０．５％、
Ｇａ：０〜０．００５０％を含有し、
残部がＦｅおよび不純物よりなり、
Ｏを０．５質量％以上含む（Ｍｎ，Ｃｒ）（Ｓ，Ｏ）系介在物を含有することを特徴とするマルテンサイト系Ｓ快削ステンレス鋼。
【請求項２】
質量％で、
Ｃａ：０．０００５〜０．００３％、
Ｔｅ：０．０１０〜０．０２４％、
ＲＥＭ：０．０００５〜０．００３％の１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１に記載のマルテンサイト系Ｓ快削ステンレス鋼。
【請求項３】
０．３質量％以上のＣａ、１質量％以上のＴｅ、０．３質量％以上のＲＥＭのいずれか１種または２種以上を含む（Ｍｎ，Ｃｒ，Ｃａ，ＲＥＭ）（Ｓ，Ｏ，Ｔｅ）系介在物を含有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のマルテンサイト系Ｓ快削ステンレス鋼。
【請求項４】
質量％で、
Ｂ：０．０００１〜０．０２％、
Ｎｂ：０．０５〜１．００％、
Ｔｉ：０．０５〜１．００％、
Ｖ：０．０５〜０．５０％、
Ｔａ：０．１〜０．５％、
Ｗ：０．１〜０．５％、
Ｃｏ：０．０５〜１．００％、
Ｚｒ：０．００１〜０．０２０％、
Ｃｕ：０．１〜３．０％、
Ｓｎ：０．００５〜０．５％、
Ｓｂ：０．００５〜０．５％、
Ｇａ：０．０００５〜０．００５０％
から選択される１種または２種以上を含有する、請求項１〜請求項３の何れか一項に記載のマルテンサイト系Ｓ快削ステンレス鋼。
【請求項５】
前記（Ｍｎ，Ｃｒ）（Ｓ，Ｏ）系介在物のアスペクト比が４．０以下である、請求項１〜請求項４の何れか一項に記載のマルテンサイト系Ｓ快削ステンレス鋼。
【請求項６】
前記（Ｍｎ，Ｃｒ，Ｃａ，ＲＥＭ）（Ｓ，Ｏ，Ｔｅ）系介在物のアスペクト比が４．０以下である、請求項３または請求項４に記載のマルテンサイト系Ｓ快削ステンレス鋼。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルテンサイト系Ｓ快削ステンレス鋼（マルテンサイト系Ｓ含有快削ステンレス鋼）に関する。
本願は、２０１８年６月１３日に、日本に出願された特願２０１８−１１２６５２号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。 
【背景技術】
【０００２】
ＯＡ機器、電子機器等の部品の中で、切削で製造される精密部品には、切削時の切屑処理性に加え、切削加工面に高い寸法精度、および良好な表面性状が求められる。これらの要求に応える素材として、Ｓを０．１５％以上含有するＳＵＳ４２０Ｆ、または切削性を更に向上させるためにＰｂ、Ｓｅ、Ｔｅを単独もしくは複合して含有するマルテンサイト系快削ステンレス鋼がある（特許文献１〜３）。【０００３】
一方、Ｐｂ添加を廃止する市場要求に対して、ＢｉまたはＳｎを含有するとともに、Ｃｕを主体とする第２相を分散させたマルテンサイト系快削ステンレス鋼が提案されている（特許文献４、５）。【０００４】
しかしながら、特許文献１〜５に記載の発明では、製造性や切削後の表面性状において満足なものが得られていない。特に上記精密部品は、切削速度≧２０ｍ／ｍｉｎ、切込み≧０．０５ｍｍ、送り量≧０．００５ｍｍ／ｒｅｖといった工業的な切削条件において、表面粗さＲａ≦０．５０μｍの精度と優れた耐工具摩耗性が要求される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公平７−５６０６４号公報
【特許文献２】特開２００１−１５２２９８号公報
【特許文献３】特許第５１３５９１８号公報
【特許文献４】特許第６１９４６９６号公報
【特許文献５】特許第４５０２５１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、精密部品の工業的な切削加工条件下において、表面粗さ（Ｒａ）：０．５０μｍ以下の優れた表面精度を得ることができ、耐工具摩耗性及び製造性にも優れ、Ｐｂを含まないマルテンサイト系Ｓ快削ステンレス鋼を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様では、微量成分のコントロールにより介在物の組成の制御を図り、ＭｎＳを均一に分散化させることにより、被削性、特に切削後の表面粗さを改善できることを明らかにした。詳細な知見は以下の通りである。【０００８】
表面粗さを改善するためには、切削中に工具の刃先に形成される構成刃先を小さくすることが有効である。構成刃先が発生すると、切削の際に工具の切刃の輪郭と異なった凹凸が生じるために表面粗さが劣化する。本発明の一態様では、鋼中の介在物のアスペクト比を小さくすることで構成刃先の形成を抑制する。【０００９】
まず、鋳造段階では粒状の硫化物系介在物（偏晶型）を生成させるように微量成分を制御する。本発明の一態様における硫化物系介在物は（Ｍｎ，Ｃｒ）（Ｓ，Ｏ）系介在物、または、（Ｍｎ，Ｃｒ，Ｃａ，ＲＥＭ）（Ｓ，Ｏ，Ｔｅ）系介在物であり、微量元素を硫化物系介在物に固溶することで、介在物の変形抵抗が高まり、アスペクト比が小さくなることが特徴である。なお、一般的には鋳造段階で棒状の硫化物（共晶型）が生成するが、このような介在物はアスペクト比が大きく、また形態が不均一になるために表面粗さの劣化につながる。【００１０】
本発明の一態様は、上記知見に基づいてなされたものであり、その要旨とするところは以下の通りである。
［１］  質量％で、
Ｃ：０．０８〜０．７０％、
Ｓｉ：０．０１〜１．０％、
Ｍｎ：０．１〜１．５０％、
Ｓ：０．１５〜０．６０％、
Ｐ：０．０１０〜０．０５０％、
Ｃｒ：１０〜１６％、
Ｎ：０．００５〜０．１５％、
Ａｌ：０．００４％以下、
Ｍｇ：０．００２０％以下、
Ｏ：０．００７〜０．０３０％、
Ｎｉ：０〜１．０％、
Ｍｏ：０〜３．０％、
Ｃａ：０〜０．００３％、
Ｔｅ：０〜０．０２４％、
ＲＥＭ：０〜０．００３％、
Ｂ：０〜０．０２％、
Ｎｂ：０〜１．００％、
Ｔｉ：０〜１．００％、
Ｖ：０〜０．５０％、
Ｔａ：０〜０．５％、
Ｗ：０〜０．５％、
Ｃｏ：０〜１．００％、
Ｚｒ：０〜０．０２０％、
Ｃｕ：０〜３．０％、
Ｓｎ：０〜０．５％、
Ｓｂ：０〜０．５％、
Ｇａ：０〜０．００５０％を含有し、
残部がＦｅおよび不純物よりなり、
Ｏを０．５質量％以上含む（Ｍｎ，Ｃｒ）（Ｓ，Ｏ）系介在物を含有することを特徴とするマルテンサイト系Ｓ快削ステンレス鋼。
［２］  質量％で、
Ｃａ：０．０００５〜０．００３％、
Ｔｅ：０．０１０〜０．０２４％、
ＲＥＭ：０．０００５〜０．００３％の１種または２種以上を含有することを特徴とする［１］に記載のマルテンサイト系Ｓ快削ステンレス鋼。
［３］  ０．３質量％以上のＣａ、１質量％以上のＴｅ、０．３質量％以上のＲＥＭのいずれか１種または２種以上を含む（Ｍｎ，Ｃｒ，Ｃａ，ＲＥＭ）（Ｓ，Ｏ，Ｔｅ）系介在物を含有することを特徴とする［１］または［２］に記載のマルテンサイト系Ｓ快削ステンレス鋼。
［４］  質量％で、
Ｂ：０．０００１〜０．０２％、
Ｎｂ：０．０５〜１．００％、
Ｔｉ：０．０５〜１．００％、
Ｖ：０．０５〜０．５０％、
Ｔａ：０．１〜０．５％、
Ｗ：０．１〜０．５％、
Ｃｏ：０．０５〜１．００％、
Ｚｒ：０．００１〜０．０２０％、
Ｃｕ：０．１〜３．０％、
Ｓｎ：０．００５〜０．５％、
Ｓｂ：０．００５〜０．５％、
Ｇａ：０．０００５〜０．００５０％
から選択される１種または２種以上を含有する、［１］〜［３］の何れか一項に記載のマルテンサイト系Ｓ快削ステンレス鋼。
［５］  前記（Ｍｎ，Ｃｒ）（Ｓ，Ｏ）系介在物のアスペクト比が４．０以下である、［１］〜［４］の何れか一項に記載のマルテンサイト系Ｓ快削ステンレス鋼。
［６］  前記（Ｍｎ，Ｃｒ，Ｃａ，ＲＥＭ）（Ｓ，Ｏ，Ｔｅ）系介在物のアスペクト比が４．０以下である、［３］または［４］に記載のマルテンサイト系Ｓ快削ステンレス鋼。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の一態様では、環境に悪影響を与えるＰｂを含有することなく、通常の精密部品の切削加工条件において、表面粗さ（Ｒａ）：０．５０μｍ以下の優れた表面精度を有し、耐工具摩耗性及び製造性にも優れた、マルテンサイト系Ｓ快削ステンレス鋼を得ることができる。また、本発明の一態様に係るマルテンサイト系Ｓ快削ステンレス鋼は、例えば、被削性および耐食性が要求されるＯＡ機器、電子機器等の精密部品の素材やシャフト、ネジ、ボルト等の部品として利用することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本実施形態のマルテンサイト系Ｓ快削ステンレス鋼は、化学成分が、質量％で、Ｃ：０．０８〜０．７０％、Ｓｉ：０．０１〜１．０％、Ｍｎ：０．１〜１．５０％、Ｓ：０．１５〜０．６０％、Ｐ：０．０１０〜０．０５０％、Ｃｒ：１０〜１６％、Ｎ：０．００５〜０．１５％、Ａｌ：０．００４％以下、Ｍｇ：０．００２０％以下、Ｏ：０．００７〜０．０３０％、Ｎｉ：０〜１．０％、Ｍｏ：０〜３．０％、Ｃａ：０〜０．００３％、Ｔｅ：０〜０．０２４％、ＲＥＭ：０〜０．００３％、Ｂ：０〜０．０２％、Ｎｂ：０〜１．００％、Ｔｉ：０〜１．００％、Ｖ：０〜０．５０％、Ｔａ：０〜０．５％、Ｗ：０〜０．５％、Ｃｏ：０〜１．００％、Ｚｒ：０〜０．０２０％、Ｃｕ：０〜３．０％、Ｓｎ：０〜０．５％、Ｓｂ：０〜０．５％、Ｇａ：０〜０．００５０％を含有し、残部がＦｅおよび不純物よりなり、Ｏを０．５質量％以上含む（Ｍｎ，Ｃｒ）（Ｓ，Ｏ）系介在物を含有する。
また、本実施形態のマルテンサイト系Ｓ快削ステンレス鋼は、０．３質量％以上のＣａ、１質量％以上のＴｅ、０．３質量％以上のＲＥＭのいずれか１種または２種以上を含む（Ｍｎ，Ｃｒ，Ｃａ，ＲＥＭ）（Ｓ，Ｏ，Ｔｅ）系介在物を含有していてもよい。
更に、本実施形態のマルテンサイト系Ｓ快削ステンレス鋼においては、（Ｍｎ，Ｃｒ）（Ｓ，Ｏ）系介在物のアスペクト比が４．０以下であってもよい。
更に、本実施形態のマルテンサイト系Ｓ快削ステンレス鋼においては、（Ｍｎ，Ｃｒ，Ｃａ，ＲＥＭ）（Ｓ，Ｏ，Ｔｅ）系介在物のアスペクト比が４．０以下であってもよい。
以下に、本実施形態の各要件について説明する。
【００１３】
Ｃ：０．０８〜０．７０％
Ｃは、焼入れ処理後にマルテンサイト組織を得て高強度を得るために必要である。このため、Ｃ含有量は、０．０８％以上とする。更に、切削性の観点からＣ含有量は０．１２％以上としてもよい。一方、過剰な量のＣを含有すると、焼鈍時に粗大な炭化物が生成し、切削加工時に構成刃先の生成を促進して切削面の精度を劣化させるため、Ｃ含有量は０．７０％以下とする。好ましくは０．４０％以下である。
【００１４】
Ｓｉ：０．０１〜１．０％
Ｓｉは、脱酸のために含有される。このため、Ｓｉ含有量は０．０１％以上とする。Ｓｉ含有量は０．０５％以上であってもよい。一方で、Ｓｉが１．０％を超えると、ステンレス鋼を熱間圧延して棒線にする際に圧延時のスケール生成を促し、熱間圧延疵の生成を助長するため、Ｓｉ含有量は、１．０％以下とする。
【００１５】
Ｍｎ：０．１〜１．５０％
Ｍｎは、Ｃｒと共に介在物を生成し、被削性、特に表面精度を向上させる元素である。このため、Ｍｎ含有量は、０．１０％以上とする。一方、Ｍｎ含有量が１．５０％を超えると、介在物におけるＭｎ／Ｃｒの組成比が高くなり、介在物が展伸してアスペクト比が大きくなる。そのため、Ｍｎ含有量は１．５０％以下とする。Ｍｎ含有量は１．４０％以下でもよく、１．１０％以下でもよい。
【００１６】
Ｓ：０．１５〜０．６０％
Ｓは、硫化物系介在物を形成し、介在物には切削加工時に応力が集中する。また、切りくず生成時におけるせん断変形域で介在物を起点にき裂が発生し、構成刃先の成長が抑制される。このため、鋼の切削面の精度が向上する。この効果を得るために、Ｓ含有量は、０．１５％以上とする。Ｓ含有量は０．２０％以上であってもよい。一方で、Ｓが０．６０％を超えて含有すると、熱間加工性が著しく劣化する。そのため、Ｓ含有量は０．６０％以下とする。Ｓ含有量は０．４０％以下としてもよい。
【００１７】
Ｐ：０．０１０〜０．０５０％
Ｐは、粒界偏析して切削加工時の材料延性を低下させて、表面精度を向上させる。このため、Ｐ含有量は、０．０１０％以上とする。Ｐ含有量は、０．０２０％以上であってもよい。一方、Ｐ含有量が０．０５０％を超えると、製造性が著しく劣化する。そのため、Ｐ含有量は、０．０５０％以下とする。
【００１８】
Ｃｒ：１０〜１６％
Ｃｒは、Ｍｎと共に硫化物系介在物を形成し、特に介在物中のＭｎとＣｒの組成比（Ｍｎ／Ｃｒ）を適正化することで、介在物のアスペクト比を制御できる。アスペクト比を小さくし、切削面の精度を向上させるためには、Ｃｒ含有量は、１０％以上とする。Ｃｒ含有量は、１２％以上であってもよい。しかしながら、Ｃｒを多量に含有させると、介在物中のＭｎ／Ｃｒの組成比が小さくなりすぎて、介在物が展伸しやすくなり、アスペクト比が大きくなる。そのため、Ｃｒ含有量は１６％以下とする。Ｃｒ含有量は１５％以下であってもよい。
【００１９】
Ｎ：０．００５〜０．１５％
Ｎは、マトリックスに固溶し、切削温度域でマトリックスを脆化させ、また、製品の強度を高める。このため、Ｎ含有量は０．００５％以上とする。好ましくは０．０２％超の量でＮを含有させる。しかし、０．１５％を超えてＮを含有させると、ブローホールの生成や熱間加工性の劣化から製造性が著しく劣化する。そのため、Ｎ含有量は、０．１５％以下とする。
Ｎ含有量は０．１２％以下であってもよい。
【００２０】
Ａｌ：０．００４％以下
Ａｌは、脱酸元素として使用するが、硬質なＡｌ系の酸化物を形成して低酸素化するために、棒状の硫化物（共晶型）を生成させる。そのため、Ａｌ含有量は０．００４％以下とする。Ａｌ含有量は、０．００３％以下でもよく、０．００２％未満でもよい。本実施形態において効果を発現するには０．００１％以上の量でＡｌを含有するとよい。
【００２１】
Ｍｇ：０．００２０％以下
Ｍｇは、脱酸元素として使用するが、硬質なＭｇ系の酸化物を形成して低酸素化するために、棒状の硫化物（共晶型）を生成させる。そのため、Ｍｇ含有量は０．００２０％以下とする。Ｍｇ含有量は、０．００１０％以下でもよく、０．０００５％未満でもよい。本実施形態において効果を発現するには０．０００１％以上の量でＭｇを含有するとよい。
ＡｌとＭｇの両者を本実施形態の範囲の量で含有することにより、粒状の硫化物系介在物（偏晶型）が生成し、被削性が向上する。
【００２２】
Ｏ：０．００７〜０．０３０％
Ｏは、凝固時の脱酸生成物を粗大化させるとともに、粒状の硫化物系介在物（偏晶型）を生成させることで被削性を向上させる。このため、Ｏ含有量は０．００７％以上とする。Ｏ含有量は０．０１２％以上であってもよい。さらに、０．０１６％以上であってもよい。しかし、０．０３０％を超えてＯを含有させると、硬質な介在物が増加して被削性を劣化させるため、Ｏ含有量は０．０３０％以下とする。
【００２３】
本実施形態のマルテンサイト系Ｓ快削ステンレス鋼は、上記した元素以外は、Ｆｅおよび不純物からなる。但し、本実施形態の技術特徴が奏する効果を阻害しない範囲で、上記以外の以下に記載する元素を、選択的に含有させることができる。以下に限定理由を記載する。これらの元素の下限は０％である。
【００２４】
Ｎｉ：０〜１．０％
Ｎｉは、固溶強化により材料の硬さを高めて構成刃先の生成を防止し、切削加工時の表面精度を向上させるため、含有させてもよい。その場合は、Ｎｉ含有量が０．１％以上であるのが好ましい。しかしながら、１．０％を超えると、硬質化して工具寿命の劣化を引き起こす。そのため、Ｎｉ含有量は、１．０％以下とする。Ｎｉ含有量は、０．８％以下であってもよい。Ｎｉ含有量は０％であってもよい。
【００２５】
Ｍｏ：０〜３．０％
Ｍｏは、耐食性を向上させる元素であり、含有させてもよい。しかしながら、Ｍｏを多量に含有させると、硬質化して工具寿命の劣化を引き起こす。このため、Ｍｏ含有量は３．０％以下とする。Ｍｏ含有量は２．０％以下であってもよい。一方で、上記効果を得るためには、Ｍｏ含有量は０．１％以上であるのが好ましい。Ｍｏ含有量は０％であってもよい。
【００２６】
Ｃａ：０〜０．００３％
Ｃａは、粒状の硫化物系介在物（偏晶型）を生成させることで被削性を向上させるので、含有させてもよい。また、酸化物系介在物を軟質化して、工具寿命を改善する効果もあるため、含有させてもよい。これらの効果を得るには、０．０００５％以上含有させるとよい。しかしながら、Ｃａを０．００３％を超えて含有させると、その効果が飽和して逆に熱間加工性が低下する。このため、Ｃａ含有量は、０．００３％以下とする。Ｃａ含有量は、０．００１％以上０．００２％以下であることがより好ましい。Ｃａは０％であってもよい。
【００２７】
Ｔｅ：０〜０．０２４％
Ｔｅは、本実施形態において被削性、特に切削面の精度を向上させるために重要な元素であるので、含有させてもよい。Ｔｅは、介在物中へ１質量％以上固溶することにより介在物の変形を抑制して、アスペクト比を小さくする。その結果、構成刃先の成長を抑制し、切削面の精度を向上させる。Ｔｅを含有させる場合のＴｅ含有量は０．０１０％以上であるのが好ましい。一方で、Ｔｅが０．０２４％を超えて含有すると、その効果は飽和するばかりか、介在物の周囲にＭｎＴｅが形成され、製造性が著しく劣化する。そのため、Ｔｅ含有量は０．０２４％以下とする。Ｔｅ含有量は０．０１５％以下であってもよい。Ｔｅは０％であってもよい。
【００２８】
ＲＥＭ：０〜０．００３％
ＲＥＭは、Ｃａと同様に粒状の硫化物系介在物（偏晶型）を生成させることで被削性を向上させるので、含有させてもよい。また、酸化物系介在物を軟質化して、工具寿命を改善する効果もあるため、含有させてもよい。ＲＥＭを含有させる場合は０．０００５％以上にするとよい。しかしながら、ＲＥＭが０．００３％を超えて含有すると、その効果が飽和するだけでなく、介在物の一部に硬質なＲＥＭ系酸硫化物が生成して、工具寿命の劣化を引き起こす。このため、ＲＥＭ含有量は、０．００３％以下とする。ＲＥＭ含有量は、０．００１％以上０．００２％以下であることが好ましい。ＲＥＭは０％であってもよい。
【００２９】
ＲＥＭ（希土類元素）は、一般的な定義に従い、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）の２元素と、周期律表においてランタン（Ｌａ）からルテチウム（Ｌｕ）までの１５元素（ランタノイド）の総称を指す。１種を単独で含有させてもよいし、２種以上の混合物であってもよい。
【００３０】
Ｂ：０〜０．０２％
Ｂは、熱間加工性を改善するために使用する元素であり、安定した効果を得るために、含有させてもよい。しかしながら、過剰な量でＢを含有させると、Ｂの化合物が析出し、熱間加工性を劣化させるので、Ｂ含有量は０．０２％以下とする。Ｂ含有量は、０．０１５％以下であるのが好ましい。一方で、上記効果を得るためには、Ｂ含有量は０．０００１％以上であるのが好ましく、Ｂ含有量は０．０００２％以上であるのがより好ましい。Ｂは０％であってもよい。
【００３１】
Ｎｂ：０〜１．００％
Ｔｉ：０〜１．００％
Ｖ：０〜０．５０％
Ｔａ：０〜０．５％
Ｗ：０〜０．５％
Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｔａ、Ｗは炭窒化物を形成し、耐食性を改善する効果があるため、含有させてもよい。しかしながら、これら元素を多量に含有すると、被削性が劣化することから、Ｎｂ含有量は、１．００％以下とし、Ｔｉ含有量は、１．００％以下とする。また、Ｖ含有量は、０．５０％以下とし、Ｔａ含有量は、０．５％以下とし、Ｗ含有量は、０．５％以下とする。一方で、上記効果を得るためには、Ｎｂ含有量は、０．０５％以上であるのが好ましく、Ｔｉ含有量は、０．０５％以上であるのが好ましく、Ｖ含有量は、０．０５％以上であるのが好ましい。また、Ｔａ含有量は、０．１％以上であるのが好ましく、Ｗ含有量は、０．１％以上であるのが好ましい。Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｔａ、Ｗは０％であってもよい。
【００３２】
Ｃｏ：０〜１．００％
Ｃｏは、マトリックスの靭性を高めるため、含有させてもよい。しかしながら、過剰な量でＣｏを含有させると、硬質化して被削性を劣化させるため、Ｃｏ含有量は１．００％以下とする。Ｃｏ含有量は、０．６０％以下であってもよい。一方で、上記効果を得るためには、Ｃｏ含有量は、０．０５％以上であるのが好ましい。Ｃｏは０％であってもよい。
【００３３】
Ｚｒ：０〜０．０２０％
Ｚｒは、強度を向上させる効果があるので、含有させてもよい。しかしながら、多量にＺｒを含有させると、靭性を低下させるため、Ｚｒ含有量は、０．０２０％以下とする。一方で、強度を向上させる効果を十分に得るためには、Ｚｒ含有量は、０．００１％以上であるのが好ましい。Ｚｒは０％であってもよい。
【００３４】
Ｃｕ：０〜３．０％
Ｃｕは、固溶強化により材料の硬さを高めて構成刃先の生成を防止し、切削加工時の表面精度を向上させるため、含有させてもよい。しかしながら、３．０％を超えて含有させても、その効果は飽和し、鋳片割れが発生するなど、製造性が劣化するため、Ｃｕ含有量は、３．０％以下とする。一方で、上記効果を得るためには、Ｃｕ含有量は、０．１％以上であるのが好ましい。Ｃｕは０％であってもよい。
【００３５】
Ｓｎ：０〜０．５％
Ｓｂ：０〜０．５％
Ｓｎ、Ｓｂは、耐食性を劣化させる硫化物と共存させることで、耐食性の劣化を抑制するため、含有させてもよい。しかしながら、Ｓｎ、Ｓｂが０．５％を超えて含有すると、製造性を劣化させるため、Ｓｎ，Ｓｂ含有量はそれぞれ０．５％以下とする。Ｓｎ，Ｓｂ含有量はそれぞれ０．３％以下であってもよい。一方で、上記効果を得るためには、Ｓｎ，Ｓｂ含有量はそれぞれ０．００５％以上であるのが好ましい。Ｓｎ，Ｓｂ含有量はそれぞれ０．０１０％以上であってもよい。また、Ｓｎ，Ｓｂ含有量はそれぞれ０％であってもよい。
【００３６】
Ｇａ：０〜０．００５０％
Ｇａは冷間加工性の向上のために必要に応じて０．０００５％以上の量で含有してもよい。しかしながら、Ｇａが０．００５０％を超えると鍛造性が劣化する。そのため、Ｇａ含有量の上限を０．００５０％以下とするとよい。Ｇａは０％であってもよい。
【００３７】
本実施形態のマルテンサイト系Ｓ快削ステンレス鋼は、ＰｂとＳｅを不可避的に混入する場合もあるが、Ｐｂ含有量は０．０３％未満に制御し、Ｓｅ含有量は０．０２％未満に制御する必要がある。
【００３８】
なお、不純物とは、鋼材を工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップ、または製造環境などから混入されるものであって、本実施形態の鋼材に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。
【００３９】
本実施形態においては、介在物の組成を制御することが重要である。介在物の変形抵抗が高まると、本実施形態に係るマルテンサイト系Ｓ快削ステンレス鋼を線材に圧延した後の介在物のアスペクト比を小さいままとすることができる。その結果として構成刃先の形成が抑制されて、切削加工時に高い寸法精度や良好な表面性状が得られることになる。
【００４０】
介在物の組成を制御するには、精錬工程において鋼の溶解時にＡｌ，Ｍｇなどの脱酸成分の量を本実施形態の含有量の上限以下に制御することにより、溶鋼中の酸素含有量を高める。また、実機製造においてはＡＯＤ（もしくはＶＯＤ）において、スラグの塩基度ＣａＯ／ＳｉＯ２を１．８以下、好ましくは１．５程度とすることが好ましい。上記精錬の終了後は、Ａｌ，Ｍｇなどの脱酸成分を一切添加しない操業により溶鋼中の酸素含有量を高めることができる。これによって粒状の硫化物系介在物（偏晶型）として、Ｏを０．５質量％以上含む（Ｍｎ，Ｃｒ）（Ｓ，Ｏ）系介在物を生成させることができる。この段階での介在物のアスペクト比は、４．０以下、好ましくは３．０以下になる。介在物が生成したステンレス鋼は、その後の熱間圧延工程において総熱間圧延減面率（熱間圧延での減面率の合計）が９５％以上の条件で圧延を行った場合であっても介在物が変形せず、アスペクト比を目標である４．０以下、好ましくは３．０以下に制御できる。アスペクト比が４．０を超えると、部品等に切削加工する際に被削性が低下するので好ましくない。介在物のアスペクト比は、好ましくは１以上である。介在物のアスペクト比が１未満の場合、その介在物は延伸しにくい非常に硬質な介在物であり、製造時に割れの原因や表面傷の原因になると考えられる。
【００４１】
さらに、Ｃａ、Ｔｅ、ＲＥＭの１種または２種以上を含有させると、０．３質量％以上のＣａ、１質量％以上のＴｅ、及び０．３質量％以上のＲＥＭの１種以上を含む複合介在物である、（Ｍｎ，Ｃｒ，Ｃａ，ＲＥＭ）（Ｓ，Ｏ，Ｔｅ）系介在物を生成させることができる。生成した介在物のアスペクト比は、４．０以下、好ましくは３．０以下になる。このような複合介在物は変形抵抗が高いため、その後の熱間圧延工程において熱間圧延の減面率が９５％以上の条件で圧延を行った場合であっても介在物が変形せず、介在物のアスペクト比を４．０以下、好ましくは３．０以下に制御でき、被削性を大幅に改善することができる。アスペクト比が４．０を超えると、被削性が低下するので好ましくない。介在物のアスペクト比は、好ましくは１以上である。
【００４２】
本実施形態のマルテンサイト系Ｓ快削ステンレス鋼は、鋳造後の鋼材であってもよく、鋼材を熱間圧延することによって得られる線材でもよく、線材をさらに冷間伸線することによって得られる鋼線でもよく、また、鋳造後の鋼材または熱間圧延後の線材を鍛造した鍛造材であってもよい。これらの鋼材、線材、鋼線または鍛造材は、本実施形態に係る化学成分を有する鋼であり、（Ｍｎ，Ｃｒ）（Ｓ，Ｏ）系介在物または（Ｍｎ，Ｃｒ，Ｃａ，ＲＥＭ）（Ｓ，Ｏ，Ｔｅ）系介在物を含んでいる。また、鋼中に含まれる（Ｍｎ，Ｃｒ）（Ｓ，Ｏ）系介在物または（Ｍｎ，Ｃｒ，Ｃａ，ＲＥＭ）（Ｓ，Ｏ，Ｔｅ）系介在物は、比較的変形しにくい介在物であるため、上記のいずれの段階においても、４．０以下のアスペクト比を有するものとなる。
【００４３】
また、ＣａやＴｅ、ＲＥＭの１種または２種以上を含有させることで（Ｍｎ，Ｃｒ，Ｃａ，ＲＥＭ）（Ｓ，Ｏ，Ｔｅ）系介在物が生成するが、この場合であっても、本実施形態に係るマルテンサイト系Ｓ快削ステンレス鋼には、（Ｍｎ，Ｃｒ）（Ｓ，Ｏ）系介在物を含んでいてもよい。
【００４４】
なお、Ｏを０．５％以上含む（Ｍｎ，Ｃｒ）（Ｓ，Ｏ）系介在物とは、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｓ、Ｏを全て含み、Ｏ濃度が０．５％以上の介在物である。
また、（Ｍｎ，Ｃｒ，Ｃａ，ＲＥＭ）（Ｓ，Ｏ，Ｔｅ）系介在物とは、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｓ、Ｏを全て含み、０．３％以上のＣａ、１％以上のＴｅ、及び０．３％以上のＲＥＭの１種または２種以上を含む介在物である。更に（Ｍｎ，Ｃｒ，Ｃａ，ＲＥＭ）（Ｓ，Ｏ，Ｔｅ）系介在物は、Ｏを０．５％以上含んでもよい。
介在物中のＯおよびＴｅのそれぞれの量は、好ましくは１０％以下である。介在物中のＣａおよびＲＥＭのそれぞれの量は、好ましくは２０％以下である。
【００４５】
これらの介在物の組成は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）に付属のエネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＳ）により分析する。ＳＥＭで特定した介在物から、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｓ、Ｏが全て検出され、かつ、０．５質量％以上のＯが含まれる場合に、その介在物を（Ｍｎ，Ｃｒ）（Ｓ，Ｏ）系介在物とする。また、ＳＥＭで特定した介在物から、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｓ、Ｏを全て検出し、０．３質量％以上のＣａ、１質量％以上のＴｅ、及び０．３質量％以上のＲＥＭの１種または２種以上を検出した場合に、その介在物を（Ｍｎ，Ｃｒ，Ｃａ，ＲＥＭ）（Ｓ，Ｏ，Ｔｅ）系介在物とする。これらの介在物が混在するかどうかは、１０個以上の介在物を特定して分析することで、その結果から、介在物が混在するかどうかを確認すればよい。
【００４６】
また、介在物のアスペクト比は、ＳＥＭ−ＥＤＳに供した試料を用い、光学顕微鏡観察により、１００倍の倍率で１０視野撮影し、介在物に外接する圧延方向に水平な径（水平フェレ径）と圧延方向に垂直な径(垂直フェレ径)を画像解析法により測定する。各介在物の水平フェレ径／垂直フェレ径の比をアスペクト比として算出し、全介在物のアスペクト比の平均値を当該試料のアスペクト比とする。上記２種類の介在物が含まれる場合は、全ての介在物のアスペクト比を平均すればよい。
【００４７】
以上、本実施形態のマルテンサイト系Ｓ快削ステンレス鋼は、快削元素としてＳを含有して被削性に優れる。この鋼を鋼線材にした場合に、例えば、被削性および耐食性が要求されるＯＡ機器、電子機器等の精密部品の素材やネジ、ボルト等の部品の素材として好適に用いることができる。
【実施例】
【００４８】
真空溶解炉にて１５０ｋｇの合金原料を溶解し、Ａｌ，Ｍｇなどの脱酸成分の量を本実施形態の含有量の上限以下に制御することで、溶鋼中の酸素含有量が高い状態のまま、直径２００ｍｍの鋳型に鋳造した。その後、１２００℃で加熱し、次いで熱間鍛造して直径７０ｍｍまで加工した。次に、７８０℃で１時間焼鈍（空冷）し、直径６６ｍｍにピーリングした。次いで、棒鋼の圧延に相当する熱間押出しにより直径１０ｍｍに加工した。酸洗し、次いで、再び７８０℃で１時間焼鈍し、空冷（５℃／ｓ）を行った（総熱間圧延減面率:９８％）。次いで、φ６ｍｍまで冷間伸線加工し、得られた線材を再び７８０℃で３分間炉内に保持してストランド焼鈍（冷却は急冷）を行った。最後に、抽伸機で線材を加工して直径５．５ｍｍの磨棒を得た。この磨棒を評価用素材として用い、各評価試験を実施した。なお、表１〜表３に示す鋼成分において、Ｐｂは０．０３％未満、Ｓｅは０．０２％未満であった。【００４９】
前記線材を、その中心線を含む長手方向の断面上を観察するように樹脂に埋め込み、鏡面研磨を行って、介在物の組成を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）に付属のエネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＳ）により分析した。ＳＥＭで特定した介在物から、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｓ、Ｏが全て検出され、かつ、０．５質量％以上のＯが含まれる場合に、その介在物を（Ｍｎ，Ｃｒ）（Ｓ，Ｏ）系介在物とした。また、ＳＥＭで特定した介在物から、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｓ、Ｏを全て検出し、０．３質量％以上のＣａ、１質量％以上のＴｅ、及び０．３質量％以上のＲＥＭの１種または２種以上を検出した場合に、その介在物を（Ｍｎ，Ｃｒ，Ｃａ，ＲＥＭ）（Ｓ，Ｏ，Ｔｅ）系介在物とした。これらの介在物が混在するかどうかは、１０個以上の介在物を特定して分析することで、その結果から、介在物が混在するかどうかを確認した。表４及び表５に、介在物の組成比を示す。【００５０】
介在物のアスペクト比は、ＳＥＭ−ＥＤＳに供した試料を用い、光学顕微鏡観察により、１００倍の倍率で１０視野撮影し、介在物に外接する圧延方向に水平な径（水平フェレ径）と圧延方向に垂直な径（垂直フェレ径）を画像解析法により測定した。各介在物の水平フェレ径／垂直フェレ径の比をアスペクト比として算出し、全介在物のアスペクト比の平均値を当該試料のアスペクト比とした。結果を表６及び表７に示す。なお、表６及び表７では、上記２種類の介在物が含まれる場合、全ての介在物のアスペクト比を平均した値を、当該試料のアスペクト比として表記した。【００５１】
線材の外周を切削した後の表面粗さは、切削表面の中心線平均粗さ（Ｒａ）で評価した。切削は旋削加工であり、材質が超硬Ｐ種であり、刃先Ｒが０．４ｍｍの工具を用い、切削速度５０ｍ／ｍｉｎ、送り量０．０２ｍｍ／ｒｅｖ、切込み０．１ｍｍの条件で、切削油（鉱物油）を塗布しながら切削した。【００５２】
表面粗さＲａは、１５分間の旋削加工後の試料で測定した。測定には接触式の粗さ測定機を用い、基準長さ２．５ｍｍで、各５点ずつ測定して、その平均値を測定値とした。本実施形態では表面粗さＲａが０．５０μｍ以下の場合に良好と判断した。結果を表６及び表７に示す。【００５３】
また、工具寿命は、逃げ面の平均摩耗量が０．２ｍｍに達するまでの時間で評価し、１５分間の加工で逃げ面の平均摩耗量が０．２ｍｍ未満であれば、寿命達成とした。すなわち、１５分間の加工で逃げ面の平均摩耗量が０．２ｍｍ未満の場合、工具寿命が長く被削性に優れると評価した。１５分間の加工で逃げ面の平均摩耗量が０．２ｍｍ以上の場合、工具寿命が短く被削性に劣ると評価した。結果を表６及び表７に示す。【００５４】
製造性は、高温引張試験により評価した。上記の直径７０ｍｍの鍛造材の中心と表面の中間部より丸棒長手方向に直径１０ｍｍの熱間延性の評価試験片を採取した。試験温度１０００℃、引張速度１０ｍｍ／ｓの条件で引張破断した後の絞り値で製造性を評価した。この際の試験片の形状はφ１０ｍｍ×１００ｍｍである。製造性は、１０００℃での絞り値が５０％以上で製造性達成とした。すなわち、１０００℃での絞り値が５０％以上の場合、製造性に優れると評価した。１０００℃での絞り値が５０％未満の場合、製造性に劣ると評価した。結果を表６及び表７に示す。【００５５】
【表１】
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【００５６】
【表２】
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【００５７】
【表３】
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【００５８】
【表４】
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【００５９】
【表５】
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【００６０】
【表６】
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【００６１】
【表７】
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【００６２】
試料Ｎｏ．１〜４９は、本発明鋼（本発明例）であり、試料Ｎｏ．５０〜６５は、比較鋼（比較例）である。
表中の＊印は、値が本実施形態の範囲から外れていることを示す。
表４及び表５の介在物の組成について補足すると、Ｃａ、Ｔｅ，ＲＥＭの何れか１種または２種以上が検出されたＮｏ．２５〜３７及び６３〜６５については、（Ｍｎ，Ｃｒ）（Ｓ，Ｏ）系介在物と、（Ｍｎ，Ｃｒ，Ｃａ，ＲＥＭ）（Ｓ，Ｏ，Ｔｅ）系介在物の両方が含まれていた。また、２種類の介在物を含む場合、（Ｍｎ，Ｃｒ）（Ｓ，Ｏ）系介在物、（Ｍｎ，Ｃｒ，Ｃａ，ＲＥＭ）（Ｓ，Ｏ，Ｔｅ）系介在物のそれぞれのアスペクト比は、いずれも４．０以下であった。
また、Ｎｏ．５９，６０，６２では、介在物組成において酸素量が０．５質量％未満であった。これらＮｏ．５９，６０，６２では、アスペクト比が４．０以下の（Ｍｎ，Ｃｒ）（Ｓ，Ｏ）系介在物が含まれなかった。Ｎｏ．５２では、Ｍｎ量が本実施形態の範囲外であった。Ｎｏ．５５では、Ｃｒ量が本実施形態の範囲外であった。これらＮｏ．５２，５５では、アスペクト比が４．０以下の（Ｍｎ，Ｃｒ）（Ｓ，Ｏ）系介在物が含まれなかった。
上記以外の試料では、アスペクト比が４．０以下の（Ｍｎ，Ｃｒ）（Ｓ，Ｏ）系介在物が含まれていた。【００６３】
本発明鋼のＮｏ．１〜Ｎｏ．４９は、マルテンサイト系Ｓ快削ステンレス鋼の介在物の組成を制御することによって、切削加工後の表面粗さＲａが０．５０μｍ以下となり、工具摩耗量も０．２ｍｍ未満で目標の工具寿命の基準を達成した。また、製造性も１０００℃における絞り値が５０％以上であり製造性の基準を達成した。一方、比較鋼のＮｏ．５０〜Ｎｏ．６５は実施形態の規定範囲を満たしておらず、いずれかの特性を満足していなかった。【００６４】
実施例から明らかなように、本実施形態により、毒性の高いＰｂ等を含有させることなく、被削性および製造性に優れたなマルテンサイト系Ｓ快削ステンレス鋼を製造できる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本実施形態のマルテンサイト系Ｓ快削ステンレス鋼は、例えば、被削性および耐食性が要求されるＯＡ機器、電子機器等の精密部品の素材やシャフト、ネジ、ボルト等の部品として利用することができる。
【国際調査報告】
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