(57)【要約】【課題】  従来の快削ステンレス鋼と比較してより一層被削性に優れた快削ステンレス鋼を提供する。【解決手段】  質量％で、Ｃ：０．４０％以下、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：１．０〜３．０％、Ｓ：０．１５〜０．４０％、Ｃｒ：１０〜３０％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなるステンレス鋼であって、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｓの含有量をそれぞれ［％Ｃｒ］、［％Ｍｎ］、［％Ｓ］としたときに、式（１）を満足することを特徴とする被削性に優れた快削ステンレス鋼。［％Ｍｎ］≧ｅｘｐ｛（３８＋０．１８×［％Ｃｒ］−３６×［％Ｓ］）／２２｝×［％Ｓ］    ……    （１）【選択図】    図１
2006097040.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ：０．４０％以下、
Ｓｉ：２．０％以下、
Ｍｎ：１．０〜３．０％、
Ｓ：０．１５〜０．４０％、
Ｃｒ：１０〜３０％
を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなるステンレス鋼であって、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｓの含有量をそれぞれ［％Ｃｒ］、［％Ｍｎ］、［％Ｓ］としたときに、式（１）を満足することを特徴とする被削性に優れた快削ステンレス鋼。
［％Ｍｎ］≧ｅｘｐ｛（３８＋０．１８×［％Ｃｒ］−３６×［％Ｓ］）／２２｝×［％Ｓ］    ……    （１）
【請求項２】
Ｎｉ：２５％以下、Ｍｏ：３．０％以下、Ｃｕ：３．０％以下、Ｃｏ：３．０％以下の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に記載の被削性に優れた快削ステンレス鋼。
【請求項３】
Ｔｉ：０．５０％以下、Ｖ：０．５０％以下、Ｎｂ：０．５０％以下、Ｗ：０．５０％以下、Ｔａ：０．５０％以下、Ｈｆ：０．５０％以下の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または２に記載の被削性に優れた快削ステンレス鋼。
【請求項４】
Ｓｅ：０．２０％以下、Ｔｅ：０．１０％以下、Ｓｎ：０．３０％以下、Ｐｂ：０．３０％以下、Ｂｉ：０．３０％以下、Ｃａ：０．０２０％以下の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１〜３に記載の被削性に優れた快削ステンレス鋼。
【請求項５】
Ｂ：０．０２０％以下、Ａｌ：０．２０％以下、Ｍｇ：０．０２０％以下、Ｚｒ：０．２０％以下、ＲＥＭ：０．０２０％以下の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１〜４に記載の被削性に優れた快削ステンレス鋼。
【請求項６】
Ｐ：０．２０％以下、Ｎ：０．２０％以下、Ｏ：０．０３０％以下の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１〜５に記載の被削性に優れた快削ステンレス鋼。
【請求項７】
硫化物系介在物に含まれるＣｒ量の平均値が、質量％で１０％以下であることを特徴とする請求項１〜６に記載の被削性に優れた快削ステンレス鋼。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、従来の快削ステンレス鋼と比較してより一層被削性に優れた快削ステンレス鋼に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般にＳＵＳ４１６、ＳＵＳ４３０Ｆ、ＳＵＳ３０３等のＳ添加快削ステンレス鋼の耐食性その他特性には、鋼中に生成した快削物質である硫化物の量だけでなく、硫化物組成が重要な影響を及ぼしていることが知られている。硫化物組成は鋼自体の成分に極めて大きく依存しており、ステンレス鋼の場合、１２％以上含有しているＣｒのため通常は硫化物中にもＣｒが自然に含まれる。しかしながら、硫化物中Ｃｒ量が増加すると硫化物硬さが上昇し、被削性に悪影響を与える。
【０００３】
硫化物組成は、鋼自体の成分に大きく依存するが、従来は硫化物組成を制御する方法として、例えば特開平１０−４６２９２号公報（特許文献１）に開示されているように、Ｍｎ／Ｓ比とＣｒ量で表わさせる因子を制御して硫化物中のＭｎをＣｒに置換して耐食性向上を図ると共に、硫化物組織の変化で若干被削性は低下するが、Ｐｂ、Ｓｅの添加で補え、かつ熱間加工時の組織をフェライト一相として十分な熱間加工性を確保したフェライト系快削ステンレス鋼が提案されている。
【０００４】
また、特許第１２７４７１６号公報（特許文献２）に開示されているように、１６〜２０％Ｃｒを含有するステンレス鋼において、Ｍｎ／Ｓ比を２〜４に調整して、Ｃｒを１０％以上含有する（Ｍｎ，Ｃｒ）Ｓ系介在物を生成させたフェライト系快削ステンレス鋼が提案されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−４６２９２号公報
【特許文献２】特許第１２７４７１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述の技術は、硫化物中に意図的にＣｒを含有させて耐食性を向上させることを主眼としており、逆に、硫化物中の微量のＣｒが被削性に及ぼす影響については知られていなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述したような問題を解消するために、発明者らは鋭意研究を重ねた結果、被削性を重視するＳ添加快削ステンレス鋼において、Ｍｎの添加量の下限を式にて定め、この式を満たすとき、硫化物中のＣｒ量を１０％以下％になり、硫化物の硬さが低下して、被削性がより改善することを見出した。例えば、日本工業規格（ＪＩＳ  Ｇ  ４３０３）に規定されているフェライト系快削ステンレス鋼ＳＵＳ４３０Ｆの成分規格は、Ｍｎの上限を１．２５％に定めているが、この上限をも超えるようなＭｎを添加することによって、一層被削性に優れた快削ステンレス鋼を提供するものである。
【０００８】
その発明の要旨とするところは、
（１）質量％で、Ｃ：０．４０％以下、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：１．０〜３．０％、Ｓ：０．１５〜０．４０％、Ｃｒ：１０〜３０％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなるステンレス鋼であって、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｓの含有量をそれぞれ［％Ｃｒ］、［％Ｍｎ］、［％Ｓ］としたときに、式（１）を満足することを特徴とする被削性に優れた快削ステンレス鋼。
［％Ｍｎ］≧ｅｘｐ｛（３８＋０．１８×［％Ｃｒ］−３６×［％Ｓ］）／２２｝×［％Ｓ］    ……    （１）
【０００９】
（２）Ｎｉ：２５％以下、Ｍｏ：３．０％以下、Ｃｕ：３．０％以下、Ｃｏ：３．０％以下の１種または２種以上を含有することを特徴とする前記（１）に記載の被削性に優れた快削ステンレス鋼。
（３）Ｔｉ：０．５０％以下、Ｖ：０．５０％以下、Ｎｂ：０．５０％以下、Ｗ：０．５０％以下、Ｔａ：０．５０％以下、Ｈｆ：０．５０％以下の１種または２種以上を含有することを特徴とする前記（１）または（２）に記載の被削性に優れた快削ステンレス鋼。    
【００１０】
（４）Ｓｅ：０．２０％以下、Ｔｅ：０．１０％以下、Ｓｎ：０．３０％以下、Ｐｂ：０．３０％以下、Ｂｉ：０．３０％以下、Ｃａ：０．０２０％以下の１種または２種以上を含有することを特徴とする前記（１）〜（３）に記載の被削性に優れた快削ステンレス鋼。
（５）Ｂ：０．０２０％以下、Ａｌ：０．２０％以下、Ｍｇ：０．０２０％以下、Ｚｒ：０．２０％以下、ＲＥＭ：０．０２０％以下の１種または２種以上を含有することを特徴とする前記（１）〜（４）に記載の被削性に優れた快削ステンレス鋼。
【００１１】
（６）Ｐ：０．２０％以下、Ｎ：０．２０％以下、Ｏ：０．０３０％以下の１種または２種以上を含有することを特徴とする前記（１）〜（５）に記載の被削性に優れた快削ステンレス鋼。
（７）硫化物系介在物に含まれるＣｒ量の平均値が、質量％で１５〜３５％であることを特徴とする前記（１）〜（６）に記載の被削性に優れた快削ステンレス鋼にある。
【発明の効果】
【００１２】
以上述べたように、本発明によるＭｎの添加量の下限を式にて定め、硫化物中のＣｒ量を１０％以下に高精度で制御することにより、被削性を重視する用途に好適なＳ添加快削ステンレス鋼を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に係る成分組成の限定理由について説明する。
Ｃ：０．４０％以下
Ｃは、その添加量に伴って強度を上昇させる元素であり、所望の強度を調整するのに有効な元素である。しかしながら、過度に増加すると、炭化物の析出により耐食性および被削性が低下するので、その上限を０．４０％とした。
Ｓｉ：２．０％以下
Ｓｉは、脱酸元素として有効である。しかし、過度に増量すると硬さを上昇させて靱性が悪化するので、上限を２．０％とした。
【００１４】
Ｍｎ：１．０〜３．０％
Ｍｎは、脱酸元素として有効であるだけでなく、硫化物を生成し、その組成に重要な影響を与える元素である。式１に示すように、他成分のバランスにもよるが、１．０％未満であると硫化物中のＭｎ濃度が十分でなく卓越した被削性が得られず、３．０％を超えると効果が飽和するので、その範囲を１．０〜３．０％とした。
【００１５】
Ｓ：０．１５〜０．４０％
Ｓは、被削性向上元素として極めて有効な元素であるが、含有量が０．１５％未満ではこの効果が十分発揮されない。また、０．４０％を超えて添加すると、添加量に見合うだけの被削性向上効果が得られない上、熱間加工性を劣化させるので、その範囲を０．１５〜０．４０％とした。
【００１６】
Ｃｒ：１０〜３０％
Ｃｒは、マトリックスに固溶して鋼表面に酸化保護被膜を形成して耐食性を向上させる元素であるとともに、硫化物にも含有されると耐食性を著しく改善する。しかし、１０％未満では十分な被膜ができず耐食性が不十分で、３０％を超えると靱性および被削性が低下することから、その範囲を１０〜３０％とした。
【００１７】
Ｎｉ：２５％以下
Ｎｉは、オーステナイト生成元素で、オーステナイト系ステンレス鋼では基本元素である。延靱性を改善し、非酸化性酸に対する耐食性を向上させる効果がある。しかし、２５％を超えると本発明であるＳ添加快削鋼では熱間加工性が悪化するので、その上限を２５％とした。
【００１８】
Ｍｏ：３．０％以下
Ｍｏは、Ｃｒの酸化保護被膜を強固にし耐食性を改善する効果がある。しかし、３．０％を超えるとσ相が析出しやすくなり機械的性質を低下させるので、その上限を３．０％とした。
Ｃｕ：３．０％以下
Ｃｕは、オーステナイト系ステンレス鋼に添加されると冷間加工性を向上する働きがある。しかし、３．０％を超えると熱間加工性が悪化するので、その上限を３．０％とした。    
【００１９】
Ｃｏ：３．０％以下
Ｃｏは、強度を高め耐熱性や耐摩耗性を改善する元素である。しかし、３．０％を超えると熱間加工性が劣化するので、その上限を３．０％とした。
Ｔｉ：０．５０％以下、Ｖ：０．５０％以下、Ｎｂ：０．５０％以下、Ｗ：０．５０％以下、Ｔａ：０．５０％以下、Ｈｆ：０．５０％以下
これらの元素は炭窒化物を生成し耐食性を改善する効果がある。しかし、０．５０％を超えると被削性が悪化することから、各々の上限を０．５０％とした。
【００２０】
Ｓｅ：０．２０％以下、Ｔｅ：０．１０％以下、Ｓｎ：０．３０％以下、Ｐｂ：０．５０％以下、Ｂｉ：０．３０％以下、Ｃａ：０．０２０％以下
これらの元素は被削性を改善する効果がある。しかし、それぞれの上限を超えると、効果が飽和したり熱間加工性が低下したりするので、各々の上限を０．０２０％とした。
【００２１】
Ｂ：０．０２０％以下、Ａｌ：０．２０％以下、Ｍｇ：０．０２０％以下、Ｚｒ：０．２０％以下、ＲＥＭ：０．０２０％以下
これらの元素は熱間加工性を改善する効果がある。しかし、それぞれの上限を超えると、効果が飽和したり逆に熱間加工性が低下したりするので、各々の上限を定めた。
Ｐ：０．２０％以下、Ｎ：０．２０％以下、Ｏ：０．０３０％以下
これらの元素は不純物であり、熱間加工性や機械的性質を低下させるために含有量はなるべく少ない方が良いが、本発明が提供する効果を著しく阻害しない許容できる範囲内として定めた。
【００２２】
［％Ｍｎ］≧ｅｘｐ｛（３８＋０．１８×［％Ｃｒ］−３６×［％Ｓ］）／２２｝×［％Ｓ］
この式は、被削性改善効果を最大限に発揮する硫化物組成に制御するための、合金元素成分調整方法を示すものであって、本発明において最も重要なものである。Ｍｎ量が右辺にて計算される値よりも少なくなると、硫化物中のＭｎ量が不十分となり、Ｃｒ量が増加して被削性が低下する。従って、上記範囲とした。
【００２３】
図１は、硫化物系介在物の硬さに及ぼす硫化物中のＣｒ量を示した図である。この図に示すように、硫化物中のＣｒ量が増加すると硫化物硬さは急激に上昇し、Ｃｒ量がおよそ１０％を超えると硫化物硬さは約２５０ＨＶを超えて硬化する。図２は、１６％Ｃｒ−０．３２％Ｓ鋼のドリル寿命に及ぼすＭｎ量と硫化物中のＣｒ量の影響を示す図である。この図に示すように、十分なＭｎを添加して硫化物中Ｃｒ量を１０％以下に制御した場合に安定して優れた優れた被削性を有するようになった。
【実施例】
【００２４】
以下、本発明について実施例によって具体的に説明する。
表１に示す成分組成の鋼を真空誘導炉にて溶製して１００ｋｇの鋼塊とし、鍛伸後熱処理を行ない、各種試験に供した。試験は硫化物系介在物調査、ドリル寿命試験、旋削工具摩耗試験を行った。その結果を表２に示す。
【００２５】
【表１】
2006097040.tif 000003
【００２６】
（１）硫化物系介在物調査
φ２０ｍｍ鍛伸−熱処理後、組織観察用に長手方向に平行に試験片を切り出し、エメリー紙とバフを用いて鏡面まで研磨した後、各供試材当たり３０個の硫化物系介在物の組織をエネルギー分散型Ｘ線分析装置にて定量分析した。また、同じく各供試材当たり１０個の硫化物系介在物の硬さを超微小硬度計（荷重３ｇ）にて測定した。
【００２７】
（２）ドリル寿命試験
φ６０ｍｍ鍛伸−熱処理材について、鍛伸方向に平行に、一定条件で、ドリルが折損または溶損して穿孔不能になるまでドリル穿孔を行った。同条件で試験を３回繰り返し、その平均値をドリル寿命とした。使用ドリル：ＳＫＨ５１、φ５ｍｍストレートドリル、穿孔深さ：１５ｍｍ、切削速度：３０ｍ／ｍｉｎ、送り量：０．１ｍｍ／ｒｅｖ、クーラント：なし、で行った。
【００２８】
（３）旋削工具摩耗試験
φ６０ｍｍ鍛伸−熱処理材について、周方向に一定条件で旋削を行った。切削距離２０００ｍのときの工具逃げ面摩耗を測定した。使用工具：超硬Ｐ２０、正方形ネガティブチップ、刃先Ｒ０．４ｍｍ、切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ、切込量：１．０ｍｍ、送り量：０．２ｍｍ／ｒｅｖ、クーラント：なし、で行った。
ドリル寿命および旋削摩耗は、Ｎｏ．１〜９は、Ｎｏ．４のドリル寿命（穴数）または旋削工具摩耗量（ｍｍ）に対する各供試材のドリル寿命または旋削工具摩耗量の比で表した。同様に、Ｎｏ．１０〜２７については、Ｎｏ．１４を基準とし、また、Ｎｏ．２８〜３７については、Ｎｏ．３７を基準とした。
【００２９】
【表２】
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【００３０】
表２に示すように、Ｎｏ．１〜３、Ｎｏ．７〜８、Ｎｏ．１０〜１３、Ｎｏ．２０〜２１、Ｎｏ．２３〜２５、Ｎｏ．２８〜２９、Ｎｏ．３１、Ｎｏ．３３、Ｎｏ．３５〜３６は本発明鋼であり、Ｎｏ．４〜６、Ｎｏ．９、Ｎｏ．１４〜１９、Ｎｏ．２２、Ｎｏ．２６〜２７、Ｎｏ．３０、Ｎｏ．３２、Ｎｏ．３４、Ｎｏ．３７は比較鋼である。比較鋼Ｎｏ．４はＭｎ、Ｓ含有量が低いために被削性が劣る。比較鋼Ｎｏ．５〜６はいずれもＭｎ含有量が低いために比較鋼Ｎｏ．４と同様に、被削性が劣る。比較鋼Ｎｏ．９はＣ含有量が過多のために被削性が悪い。
【００３１】
比較鋼Ｎｏ．１４はＳ含有量が少ないために被削性が悪く、比較鋼Ｎｏ．１５〜１８、比較鋼Ｎｏ．２２はＭｎ含有量が低いために被削性が劣り、逆に比較鋼Ｎｏ．１９ではＭｎが多すぎて効果が飽和している。Ｎｏ．２６はＳｉ含有量が多すぎて被削性が劣り、比較鋼Ｎｏ．２７のようにＣｒ含有量が過多になると悪化する。比較鋼Ｎｏ．３０は本発明鋼Ｎｏ．２８および２９のように十分なＭｎを含有しておらず被削性が劣り、比較鋼Ｎｏ．３２および３４もそれぞれ本発明鋼Ｎｏ．３１および３３のようにＭｎ量が十分でないため劣っている。比較鋼Ｎｏ．３７はＭｎおよびＳ含有量が少なく被削性が劣る。
【００３２】
これに対し、本発明例である、Ｎｏ．１〜３、Ｎｏ．７〜８、Ｎｏ．１０〜１３、Ｎｏ．２０〜２１、Ｎｏ．２３〜２５、Ｎｏ．２８〜２９、Ｎｏ．３１、Ｎｏ．３３、Ｎｏ．３５〜３６のいずれも、被削性は鋼種系によって異なるが、硫化物中のＣｒ量が１０％以下に制御され、優れた被削性を有していることが分かる。
以上、表２から分かるように、成分組成を規制し、かつＭｎの添加量の下限を式にて定めると共に硫化物中のＣｒ量を一定に制御することにより、被削性に優れた快削ステンレス鋼を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】硫化物系介在物の硬さに及ぼす硫化物中のＣｒ量を示した図である。
【図２】１６％Ｃｒ−０．３２％Ｓ鋼のドリル寿命に及ぼすＭｎ量と硫化物中のＣｒ量の影響を示す図である。
【図１】
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【図２】
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