(57)【要約】【課題】被削性、熱間加工性、冷間加工性及び靱性が良好なマルテンサイト系快削ステンレス鋼を提供すること。【解決手段】重量％で、Ｃ：０．１０〜１．２０％、Ｓｉ：０．１０〜２．００％、Ｍｎ：０．８０〜２．００％、Ｓ：０．１０〜０．３０％、Ｃｒ：１０．５〜１８．０％、Ｐｂ：０．０３〜０．３０％、Ｔｅ：０．０１〜０．１０％、Ｂ：０．０００５〜０．０１０％、Ｏ：０．００５〜０．０３０％を含有し、残部が実質的にＦｅおよび不可避不純物よりなり、不可避的不純物のうち、Ｐ、Ｎの含有量が、Ｐ：０．００５〜０．１０％、Ｎ：≦０．０５０％であり、かつ、３．０≦［Ｍｎ］／［Ｓ］≦１５．０、０．１０≦［Ｔｅ］／［Ｓ］、１０≦［Ｓ］／［Ｏ］≦４０の各式を満たし、円相当径が２．０μｍ以上、かつ、アスペクト比が１０以下である硫化物が、総量として、面積率で０．５０〜１０％存在するマルテンサイト系快削ステンレス鋼とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％で、
Ｃ  ：０．１０〜１．２０％、
Ｓｉ：０．１０〜２．００％、
Ｍｎ：０．８０〜２．００％、
Ｓ  ：０．１０〜０．３０％、
Ｃｒ：１０．５〜１８．０％、
Ｐｂ：０．０３〜０．３０％、
Ｔｅ：０．０１〜０．１０％、
Ｂ  ：０．０００５〜０．０１０％、
Ｏ  ：０．００５〜０．０３０％を含有し、残部が実質的にＦｅおよび不可避不純物よりなり、
前記不可避的不純物のうち、Ｐ、Ｎの含有量が、
Ｐ  ：０．００５〜０．１０％、
Ｎ  ：≦０．０５０％であり、かつ、
３．０≦［Ｍｎ］／［Ｓ］≦１５．０、
０．１０≦［Ｔｅ］／［Ｓ］、
１０≦［Ｓ］／［Ｏ］≦４０の各式を満たし、
さらに、円相当径が２．０μｍ以上、かつ、アスペクト比が１０以下である硫化物が、総量として、面積率で０．５０〜１０％存在することを特徴とするマルテンサイト系快削ステンレス鋼。
【請求項２】
重量％で、
Ｃｕ：０．０１〜２．０％、
Ｎｉ：０．０１〜２．０％、および、
Ｍｏ：０．０１〜１．０％から選択される１種または２種以上をさらに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快削ステンレス鋼。
【請求項３】
重量％で、
Ｂｉ：０．０１〜０．３０％をさらに含有することを特徴とする請求項１または２に記載のマルテンサイト系快削ステンレス鋼。
【請求項４】
重量％で、
Ｃａ：０．０００１〜０．０５％、
Ｍｇ：０．０００１〜０．０２％、および、
ＲＥＭ：０．０００１〜０．０２％から選択される１種または２種以上をさらに含有することを特徴とする請求項１から３の何れかに記載のマルテンサイト系快削ステンレス鋼。
【請求項５】
重量％で、
Ｗ  ：０．０１〜２．０％をさらに含有することを特徴とする請求項１から４の何れかに記載のマルテンサイト系快削ステンレス鋼。
【請求項６】
重量％で、
Ｎｂ：０．０１〜０．５０％、
Ｔａ：０．０１〜０．５０％、および、
Ｖ  ：０．０１〜０．５０％から選択される１種または２種以上をさらに含有することを特徴とする請求項１から５の何れかに記載のマルテンサイト系快削ステンレス鋼。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルテンサイト系快削ステンレス鋼に関し、さらに詳しくは、快削元素の一つであるＳｅを含まないマルテンサイト系快削ステンレス鋼に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ステンレス鋼の被削性を向上させる元素として、例えば、Ｓ、Ｐｂ、Ｓｅ、Ｔｅなどが知られている。
【０００３】
例えば、Ｓは、一般に、ＭｎＳ、ＭｎＳｅなどの硫化物系介在物を生成させる。そのため、切り屑形成時に、この介在物に応力が集中することにより、被削性が向上する。また、例えば、Ｐｂは、鋼中に単体で存在し、工具と切り屑間の潤滑剤としての役割を果たすことにより、被削性が向上する。
【０００４】
近年、寸法精度確保のため精密な仕上加工が要求される部品や加工代の大きい複雑形状の部品などが増加している。これら部品の製造時には、できる限り被削性を向上させることが要求される。そのため、上記被削性を向上させる元素の含有量は増加する傾向にある。さらに、これら元素を、単独ではなく、複合添加することも行われている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、質量％で、Ｃ：０．５０％以下、Ｓｉ：０．０５〜２．００％、Ｍｎ：０．０５〜１．００％、Ｓ：０．０５〜０．５０％、Ｓｅ：０．０２〜０．２０％、Ｔｅ：０．０１〜０．１０％、Ｃｒ：１０．００〜３０．００％、かつ、Ｍｎ／Ｓ比：２以下、Ｓｅ／Ｓ比：０．２以上、Ｔｅ／Ｓ比：０．０４以上の成分比を満たし、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる快削ステンレス鋼が開示されている。
【０００６】
また、例えば、特許文献２には、重量％で、Ｃ：０．５％以下、Ｓｉ：０．０５〜２．００％、Ｍｎ：０．１０〜３．００％、Ｐ：０．２０％以下、Ｎｉ：２．００％以下、Ｃｒ：１２．０〜２５．０％、Ｍｏ：０．１０〜３．００％、Ｓ：０．４０〜０．５０％、Ａｌ：０．１０％以下、Ｎ：０．１０％以下、Ｏ：６０〜２００ｐｐｍ、Ｐｂ：０．０３〜０．３０％、Ｔｅ：０．０２〜０．１５％を含有し、残部Ｆｅ並びに不可避の不純物からなり、Ｍｎ／Ｓ比が４．５〜６．５、Ｔｅ／Ｓ比＞０．０７であるマルテンサイト系ステンレス鋼が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−３８２４１号公報
【特許文献２】特開平８−１３４６０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ここで、被削性を向上させる主要な元素であるＳは、その含有量が過剰になると、当該ステンレス鋼の熱間加工性または冷間加工性が低下する原因になる。
【０００９】
また、硫化物への応力集中により被削性が向上することから、生成した硫化物の大きさや形態は、被削性に対して直接影響を与える。さらに、生成した硫化物が大きすぎると、それが破壊起点となり、当該ステンレス鋼の材料強度が低下する。とりわけ、生成した硫化物が一方向に極端に伸展している場合には、当該ステンレス鋼に材料異方性が生じ、靱性が低下する。これらの観点からも、生成する硫化物の大きさや形態の制御が重要となる。
【００１０】
しかしながら、従来の快削ステンレス鋼は、これらのバランスが十分にとれておらず、被削性、熱間加工性、冷間加工性および靱性の全てが良好な快削ステンレス鋼は得られていないのが現状であった。
【００１１】
なお、特許文献１の快削ステンレス鋼は、Ｍｎ／Ｓ比が２．０以下で小さいことから、熱間加工性が悪く、それに起因して、製造コストも上昇しやすい。また、被削性を向上させる目的でＳｅを必須添加している場合、介在物が大型化するため、硫化物が鋼材の長手方向に長く伸びてしまう。そのため、靭性や疲労強度等に異方性が出るなど特性が大幅に劣化する。その上、人体に非常に有害なセレンイオンがセレン化物の腐食により発生する問題がある。
【００１２】
一方、特許文献２の快削ステンレス鋼は、Ｓ含有量を大幅に増加させることにより、硫化物を大型化して被削性を向上させている。しかしながら、過剰に硫化物が生成する上に、介在物が大型化するために硫化物が鋼材の長手方向に長く伸びてしまう。そのため、靭性や疲労強度等に異方性が出るなど特性が大幅に劣化する。また、耐食性、熱間加工性もしくは冷間加工性が低下する原因になる。
【００１３】
本発明が解決しようとする課題は、被削性、熱間加工性、冷間加工性および靱性が良好なマルテンサイト系快削ステンレス鋼を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するため、本発明に係るマルテンサイト系快削ステンレス鋼は、重量％で、Ｃ：０．１０〜１．２０％、Ｓｉ：０．１０〜２．００％、Ｍｎ：０．８０〜２．００％、Ｓ：０．１０〜０．３０％、Ｃｒ：１０．５〜１８．０％、Ｐｂ：０．０３〜０．３０％、Ｔｅ：０．０１〜０．１０％、Ｂ：０．０００５〜０．０１０％、Ｏ：０．００５〜０．０３０％を含有し、残部が実質的にＦｅおよび不可避不純物よりなり、上記不可避的不純物のうち、Ｐ、Ｎの含有量が、Ｐ：０．００５〜０．１０％、Ｎ：≦０．０５０％であり、かつ、３．０≦［Ｍｎ］／［Ｓ］≦１５．０、０．１０≦［Ｔｅ］／［Ｓ］、１０≦［Ｓ］／［Ｏ］≦４０の各式を満たし、さらに、円相当径が２．０μｍ以上、かつ、アスペクト比が１０以下である硫化物が、総量として、面積率で０．５０〜１０％存在することを要旨とする。
【００１５】
上記マルテンサイト系快削ステンレス鋼は、Ｃｕ：０．０１〜２．０％、Ｎｉ：０．０１〜２．０％、および、Ｍｏ：０．０１〜１．０％から選択される１種または２種以上をさらに含有していても良い。
【００１６】
また、上記マルテンサイト系快削ステンレス鋼は、重量％で、Ｂｉ：０．０１〜０．３０％をさらに含有していても良い。
【００１７】
また、上記マルテンサイト系快削ステンレス鋼は、重量％で、Ｃａ：０．０００１〜０．０５％、Ｍｇ：０．０００１〜０．０２％、および、ＲＥＭ：０．０００１〜０．０２％から選択される１種または２種以上をさらに含有していても良い。
【００１８】
また、重量％で、Ｗ：０．０１〜２．０％をさらに含有していても良い。
【００１９】
また、重量％で、Ｎｂ：０．０１〜０．５０％、Ｔａ：０．０１〜０．５０％、および、Ｖ：０．０１〜０．５０％から選択される１種または２種以上をさらに含有していても良い。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係るマルテンサイト系快削ステンレス鋼は、上記成分組成を満たすとともに、Ｓ、Ｍｎ、Ｔｅ、Ｏが上記各式を満たしており、バランスが取れている。そのため、鋼中には、特定の大きさ、形態を有する硫化物が特定の面積率で存在している。したがって、本発明に係るマルテンサイト系快削ステンレス鋼は、従来に比較して、被削性、熱間加工性、冷間加工性および靱性に優れる。
【００２１】
この際、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｏから選択される１種または２種以上の元素を特定割合含有している場合には、耐食性をより向上させやすくなる。
【００２２】
また、Ｂｉを特定割合含有している場合には、被削性をより向上させやすくなる。
【００２３】
また、Ｃａ、ＭｇおよびＲＥＭから選択される１種または２種以上の元素を特定割合含有している場合には、熱間加工性をより向上させやすくなる。
【００２４】
また、Ｗを特定割合含有している場合には、強度、耐食性をより向上させやすくなる。
【００２５】
また、Ｎｂ、ＴａおよびＶから選択される１種または２種以上の元素を特定割合含有している場合には、靱性をより向上させやすくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下に、本発明の一実施形態に係るマルテンサイト系快削ステンレス鋼（以下、「本ステンレス鋼」ということがある。）について詳細に説明する。本ステンレス鋼は、以下のような元素を含有し、残部が実質的にＦｅおよび不可避不純物よりなる。その添加元素の種類、成分割合および限定理由などは、以下の通りである。なお、成分割合の単位は、重量％である。
【００２７】
（１）Ｃ：０．１０〜１．２０％
Ｃは、素地に固溶され、硬さを上昇させる元素である。そのため、十分な硬さを得るために、Ｃ含有量の下限を０．１０％以上とする。
【００２８】
しかし、Ｃ含有量が１．２０％を越えると、被削性の向上に対し有効でない単体の炭化物が多量に生成したり、耐食性の劣化を招く。Ｃ含有量の上限は、好ましくは１．００％以下、より好ましくは０．５０％以下である。
【００２９】
（２）Ｓｉ：０．１０〜２．００％
Ｓｉは、鋼の脱酸剤として作用する。その効果を得るため、Ｓｉ含有量の下限を０．１０％以上とする。Ｓｉ含有量の下限は、好ましくは０．２％以上である。
【００３０】
しかし、Ｓｉ含有量が過剰になると、δ−フェライトの生成量が増加し、熱間加工性が低下する傾向が見られる。そのため、Ｓｉ含有量の上限を２．００％以下とする。熱間加工性を重視する場合、Ｓｉ含有量の上限は、好ましくは１．２０％以下、より好ましくは０．５０％以下である。
【００３１】
（３）Ｍｎ：０．８０〜２．００％
Ｍｎは、鋼の脱酸剤として作用する。加えて、Ｍｎは、Ｓとの共存により被削性の向上に有効な化合物を生成する。しかし、Ｍｎ含有量が少ないと、Ｓが余剰となるため、熱間加工性が劣化する。そのため、Ｍｎ含有量の下限を０．８０％以上とする。
【００３２】
一方、被削性を向上させる化合物のうち、とりわけ、ＭｎＳは、耐食性を大きく低下させ、冷間加工性を阻害するほか、Ｍｓ点を過剰に低下させる。そのため、Ｍｎ含有量の上限を２．００％以下とする。特に被削性、耐食性を重視する場合、Ｍｎ含有量の上限は、好ましくは１．５０％以下、より好ましくは１．２０％以下である。
【００３３】
（４）Ｓ：０．１０〜０．３０％以下
Ｓは、Ｍｎ、Ｃｒなどと結合して、被削性を向上させるのに有効な化合物を生成する。その効果を得るため、Ｓ含有量の下限を０．１０％以上とする。Ｓ含有量の下限は、好ましくは０．１３％以上、より好ましくは０．１５％以上である。
【００３４】
一方、Ｓ含有量が過剰になると、熱間加工性が低下する傾向が見られる。そのため、Ｓ含有量の上限を０．３０％以下とする。Ｓ含有量の上限は、熱間加工性とのバランスに優れるなどの観点から、好ましくは０．２５％以下、より好ましくは０．２０％以下である。
【００３５】
（５）Ｃｒ：１０．５〜１８．０％
Ｃｒは、耐食性を向上させる元素である。その効果を得るため、Ｃｒ含有量の下限を１０．５％以上とする。Ｃｒ含有量の下限は、好ましくは１１．０％以上、より好ましくは１２．０％以上である。
【００３６】
一方、Ｃｒ含有量が過剰になると、製造コストが上昇するほか、熱間加工性も低下する。そのため、Ｃｒ含有量の上限は１８．０％以下とする。Ｃｒ含有量の上限は、好ましくは１５．０％以下、より好ましくは１４．０％以下である。
【００３７】
（６）Ｐｂ：０．０３〜０．３０％
Ｐｂは、被削性を向上させるのに有効な元素である。その効果を得るため、Ｐｂ含有量の下限を０．０３％以上とする。Ｐｂ含有量の下限は、被削性を向上させるのに十分な量を確保するなどの観点から、好ましくは０．１０％以上、より好ましくは０．１３％以上である。
【００３８】
一方、Ｐｂ含有量が過剰になると、熱間加工性が低下する傾向が見られる。そのため、Ｐｂ含有量の上限を０．３０％以下とする。Ｐｂ含有量の上限は、熱間加工性を改善しやすくなるなどの観点から、好ましくは０．２５％以下、より好ましくは０．２３％以下である。
【００３９】
（７）Ｔｅ：０．０１〜０．１０％
Ｔｅは、被削性を向上させるのに有効な元素で、かつ、圧延による硫化物の伸展を抑制する。その効果を得るため、Ｔｅ含有量の下限を０．０１％以上とする。
【００４０】
一方、Ｔｅ含有量が過剰になると、熱間加工性が低下する傾向が見られる。そのため、Ｔｅ含有量の上限を０．１０％以下とする。Ｔｅ含有量の上限は、熱間加工性を改善しやすくなるなどの観点から、好ましくは０．０８％以下、より好ましくは０．０５％以下である。
【００４１】
（８）Ｂ：０．０００５〜０．０１０％
Ｂは、熱間加工性を向上させるのに有効な元素である。その効果を得るため、Ｂ含有量の下限を０．０００５％以上とする。Ｂ含有量の下限は、好ましくは０．００１０％以上である。
【００４２】
一方、Ｂ含有量が過剰になると、製造コストが上昇する。そのため、Ｂ含有量の上限を０．０１０％以下とする。Ｂ含有量の上限は、好ましくは０．００８％以下である。
【００４３】
（９）Ｏ：０．００５〜０．０３０％
Ｏは、被削性を向上させるのに必要な硫化物の形成に関わる元素である。そのため、その効果が十分得られるように、Ｏ含有量の下限を０．００５％以上とする。Ｏ含有量の下限は、好ましくは０．００７％以上である。
【００４４】
一方、Ｏ含有量が過剰になると、被削性の向上に有効でない酸化物が生成しやすくなる。そのため、Ｏ含有量の上限を０．０３０％以下とする。Ｏ含有量の上限は、好ましくは０．０２０％以下である。
【００４５】
（１０）Ｐ：０．００５〜０．１０％
Ｐは、粒界に偏析し、粒界腐食に対する感受性を高めるほか、靭性の低下を招くため低いほうが望ましい。そのため、Ｐ含有量の上限を０．１０％以下とする。Ｐ含有量の上限は、好ましくは０．０５０％以下である。
【００４６】
一方、Ｐを必要以上に低減することは、製造コストの上昇を招く。そのため、精錬技術などを考慮し、Ｐ含有量の下限を０．００５％以上とする。
【００４７】
（１１）Ｎ：０．０５０％以下
Ｎは、被削性の向上に有効でない窒化物を生成させるため、その含有量は、極力低く抑制するのが良い。そのため、Ｎ含有量の上限を０．０５０％以下とする。Ｎ含有量の上限は、製造コストとの兼ね合いになるが、好ましくは０．０３０％以下である。
【００４８】
本ステンレス鋼は、上述した必須元素に加えて、さらに、以下の元素から選択される１種または２種以上の元素を任意に含んでいても良い。各元素の成分割合および限定理由などは、以下の通りである。
【００４９】
＜１＞Ｃｕ：０．０１〜２．０％、Ｎｉ：０．０１〜２．０％、および、Ｍｏ：０．０１〜１．０％から選択される１種又は２種以上の元素。
【００５０】
Ｃｕは、耐食性、特に還元性酸環境中での耐食性を向上させるのに有効な元素である。その効果を得るため、Ｃｕ含有量の下限を０．０１％以上とする。Ｃｕ含有量の下限は、好ましくは０．０５％以上、より好ましくは０．１０％以上である。
【００５１】
一方、Ｃｕ含有量が過剰になると、熱間加工性が低下する傾向が見られる。そのため、Ｃｕ含有量の上限を２．０％以下とする。Ｃｕ含有量の上限は、好ましくは１．０％以下、より好ましくは０．８％以下である。
【００５２】
Ｎｉは、Ｃｒにより付与される耐食性を補填するのに有効な元素である。その効果を得るため、Ｎｉ含有量の下限を０．０１％以上とする。Ｎｉ含有量の下限は、好ましくは０．０５％以上、より好ましくは０．１０％以上である。
【００５３】
一方、Ｎｉ含有量が過剰になると、製造コストが上昇する。そのため、Ｎｉ含有量の上限は２．０％以下とする。Ｎｉ含有量の上限は、好ましくは１．０％以下、より好ましくは０．５％以下である。
【００５４】
Ｍｏは、耐食性や強度を向上させることが可能な元素である。その効果を得るため、Ｍｏ含有量の下限を０．０１％以上とする。Ｍｏ含有量の下限は、好ましくは０．０５％以上、より好ましくは０．１０％以上である。
【００５５】
一方、Ｍｏ含有量が過剰になると、熱間加工性が低下するほか、製造コストが上昇する。そのため、Ｍｏ含有量の上限を１．０％とする。Ｍｏ含有量の上限は、好ましくは０．６０％以下、より好ましくは０．５０％以下である。
【００５６】
＜２＞Ｂｉ：０．０１〜０．３０％
Ｂｉは、被削性をさらに向上させることが可能な元素である。そのため、必要に応じて添加しても良い。その効果を得るため、Ｂｉ含有量を０．０１％以上とする。Ｂｉ含有量の下限は、好ましくは０．０５％以上である。
【００５７】
一方、Ｂｉ含有量が過剰になると、熱間加工性が低下しやすくなる。そのため、Ｂｉ含有量の上限を０．３０％以下とする。Ｂｉ含有量の上限は、好ましくは０．２０％以下である。
【００５８】
＜３＞Ｃａ：０．０００１〜０．０５％、Ｍｇ：０．０００１〜０．０２％、および、ＲＥＭ：０．０００１〜０．０２％から選択される１種または２種以上の元素
Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭは、熱間加工性を向上させるのに有効な元素である。そのため、必要に応じて添加しても良い。その効果を得るため、Ｃａ含有量、Ｍｇ含有量およびＲＥＭ含有量を、何れも０．０００１％以上とする。
【００５９】
一方、Ｃａ含有量、Ｍｇ含有量およびＲＥＭ含有量が過剰になると、その効果も飽和するし、逆に熱間加工性を低下させる傾向が見られる。そのため、Ｃａ含有量を０．０５％以下、好ましくは０．０１％以下とする。Ｍｇ含有量を０．０２ｗｔ％以下、好ましくは０．０１％以下とする。ＲＥＭ含有量を０．０２％以下とする。
【００６０】
＜４＞Ｗ：０．０１〜２．０
Ｗは、耐食性や強度をより向上させる効果がある。そのため、必要に応じて添加しても良い。その効果を得るため、Ｗ含有量を０．０１％以上とする。Ｗ含有量の下限は、好ましくは０．０５％以上、より好ましくは０．１０％以上である。
【００６１】
一方、Ｗ含有量が過剰になると、熱間加工性を害するほか、コスト上昇を招く。そのため、Ｗ含有量を２．０％以下とする。Ｗ含有量の上限は、好ましくは１．０％以下とする。
【００６２】
＜５＞Ｎｂ：０．０１〜０．５０％、Ｔａ：０．０１〜０．５０％、および、Ｖ：０．０１〜０．５０％から選択される１種または２種以上の元素
Ｎｂ、ＴａおよびＶは、炭窒化物を形成して鋼の結晶粒を微細化し、靭性を高める効果がある。そのため、その効果を得るため、Ｎｂ含有量、Ｔａ含有量およびＶ含有量を、何れも０．０１％以上とする。Ｎｂ含有量、Ｔａ含有量およびＶ含有量は、何れも、好ましくは０．０５％以上、より好ましくは０．１０％以上である。
【００６３】
一方、Ｎｂ含有量、Ｔａ含有量およびＶ含有量が過剰になると、コスト上昇を招く。そのため、Ｎｂ含有量、Ｔａ含有量およびＶ含有量を、何れも０．５０％以下とする。Ｎｂ含有量、Ｔａ含有量およびＶ含有量は、好ましくは０．４０％以下である。
【００６４】
ここで、本ステンレス鋼は、３．０≦［Ｍｎ］／［Ｓ］≦１５．０、０．１０≦［Ｔｅ］／［Ｓ］、１０≦［Ｓ］／［Ｏ］≦４０の各式を満たす。なお、各式中［  ］は、各元素の重量％を示す。以下、各式の技術的意味について説明する。
【００６５】
・３．０≦［Ｍｎ］／［Ｓ］≦１５．０
［Ｍｎ］／［Ｓ］が３．０未満になると、Ｍｎ含有量が極めて低くなる、もしくは、Ｓ含有量が高くなり、本ステンレス鋼の製造が困難になる傾向が見られる。したがって、［Ｍｎ］／［Ｓ］の下限を３．０以上とする。［Ｍｎ］／［Ｓ］の下限は、好ましくは、４．０以上である。
【００６６】
一方、［Ｍｎ］／［Ｓ］が１５．０を越えると、硫化物中のＭｎ含有量が高くなり、硫化物中のＣｒ含有量を確保し難くなって耐食性が著しく劣化する傾向が見られる。したがって、［Ｍｎ］／［Ｓ］の上限を１５．０以下とする。［Ｍｎ］／［Ｓ］の上限は、好ましくは、１０．０以下である。
【００６７】
・０．１０≦［Ｔｅ］／［Ｓ］
［Ｔｅ］／［Ｓ］が０．１０未満になると、Ｔｅ含有量が低い、もしくは、Ｓ含有量が高くなり過ぎるため、硫化物が展伸し、被削性に有効な形状である紡錘形状になり難く、被削性が劣化する。また、靭性や疲労強度等に異方性が出るなど特性が大幅に劣化する傾向が見られる。したがって、［Ｔｅ］／［Ｓ］の下限を０．１０以上とする。
【００６８】
一方、[Ｔｅ]／［Ｓ］の上限は、特に限定されるものではないが、熱間加工性の観点から、好ましくは０．５０以下であると良い。
【００６９】
・１０≦［Ｓ］／［Ｏ］≦４０
［Ｓ］／［Ｏ］が１０未満の場合、割合として［Ｓ］が低いと、十分な被削性が得られ難く、また、割合として［Ｏ］が高いと、硬質な酸化物が多くなり、被削性が低下する傾向が見られる。したがって、［Ｓ］／［Ｏ］の下限を１０以上とする。［Ｓ］／［Ｏ］の下限は、好ましくは、１５以上である。
【００７０】
一方、［Ｓ］／［Ｏ］が４０を超える場合、割合として［Ｓ］が高いと、本ステンレス鋼の製造性が悪くなる傾向が見られ、割合として［Ｏ］が低いと、被削性に有効な大きさの硫化物が得られ難くなる傾向が見られる。これらの観点から、［Ｓ］／［Ｏ］の上限は、好ましくは３０以下であると良い。
【００７１】
さらに、本ステンレス鋼中には、円相当径が２．０μｍ以上、かつ、アスペクト比が１０以下である硫化物が、総量として、面積率で０．５０％以上存在する。これにより、優れた被削性を発揮することができる。
【００７２】
上記面積率の上限は、１０．０％以下である。それを超えると、耐食性、靭性や疲労強度等に異方性が出るなど特性が大幅に劣化する傾向が見られる。
【００７３】
もっとも、本ステンレス鋼は、上記特定の硫化物が上記面積率以上存在しておれば、上記特定の硫化物でない硫化物、例えば、円相当径が２．０μｍ未満の硫化物、アスペクト比が１０を越える硫化物などが併存していても構わない。
【００７４】
上記面積率は、次のようにして求めることができる。すなわち、鏡面研磨した本ステンレス鋼の表面について、代表的なミクロ写真を２００倍で５０視野撮影し、その後、硫化物（介在物）の色抽出を行い、画像処理により、各硫化物の円相当径、アスペクト比を測定し、その中から、円相当径２μｍ以上、かつ、アスペクト比が１０以下である硫化物の総面積率を求めることができる。
【００７５】
また、上記アスペクト比は、硫化物の長径／硫化物の短径の値である。
【００７６】
次に、本ステンレス鋼の代表的な製造方法について説明する。
上述した成分組成、各式を満たすステンレス鋼となるように、例えば、高周波誘導炉などを用いて、各原料を溶解し、鋼塊を溶製した後、冷却してインゴットを製造する。次いで、得られたインゴットを熱間鍛造または熱間圧延し、焼きなましなどの熱処理を行う。これにより本ステンレス鋼を製造することができる。
【００７７】
上記製造工程において、熱間鍛造または熱間圧延時の加熱温度としては、具体的には、例えば、９５０〜１２５０℃の温度範囲を例示することができる。
【００７８】
また、上記製造工程における熱処理の一例を示すと次のとおりである。焼きなましは、例えば７５０〜９００℃で３〜５時間加熱後、１０〜２０℃／時間の速度で６００℃付近まで炉冷し、その後空冷することなどにより行うことができる。
【００７９】
また、上記製造工程では、必要に応じて、表層酸化層除去のための酸洗あるいは研磨を実施し、冷間圧延を行っても良い。
【００８０】
以上説明した本ステンレス鋼の用途は、特に限定されるものではない。本ステンレス鋼の用途としては、具体的には、例えば、モーターシャフト、ポンプシャフト、バルブ部品、ネジ、ボルト、ナットなど、冷間における削り加工（仕上げ加工など）、耐食性、高強度などが要求される部材に好適に用いることができる。
【実施例】
【００８１】
以下、本発明を実施例を用いてより具体的に説明する。
１．実施例および比較例に係るステンレス鋼の作製
初めに、表１〜３に示す成分組成の各ステンレス鋼を、高周波誘導炉を用いて各々５０ｋｇの鋼塊を溶製した後、冷却して各インゴットを作製した。
【００８２】
次いで、各インゴットを１０００〜１２００℃に加熱し、熱間鍛造により直径６０ｍｍと直径２０ｍｍの丸棒、および、幅６０ｍｍ、高さ３０ｍｍの角棒に加工した。
【００８３】
次いで、それら丸棒をさらに８６０℃で１時間加熱した後、徐冷（焼きなまし処理）し、各試験に供する実施例および比較例に係るステンレス鋼を得た。
【００８４】
なお、比較例１および比較例２に係るステンレス鋼は、それぞれ、ＪＩＳに規定されるＳＵＳ４１０、ＳＵＳ４１６であり、比較例９および比較例１０に係るステンレス鋼は、それぞれ、ＪＩＳに規定されるＳＵＳ４２０Ｊ２、ＳＵＳ４２０Ｆである。
【００８５】
また、比較例１〜８に係るステンレス鋼は、実施例１〜１５、３１〜３５に係るステンレス鋼と比較するためのものであり、比較例９〜１６に係るステンレス鋼は、実施例１６〜３０、３６〜４０に係るステンレス鋼と比較するためのものである。
【００８６】
２．硫化物特性
次に、実施例および比較例に係るステンレス鋼中に存在する硫化物につき、その円相当径、アスペクト比および面積率を測定した。
【００８７】
測定方法は、２０ｍｍの丸棒から１辺およそ１０ｍｍの試料を採取し、長手方向が測定面になるように樹脂に埋込後、鏡面研磨した各ステンレス鋼の表面について、代表的なミクロ写真を、光学顕微鏡を用いて２００倍で５０視野撮影した。
【００８８】
その後、硫化物（介在物）の色抽出を行い、画像処理により、各硫化物の円相当径、アスペクト比を測定し、その中から、円相当径２μｍ以上、アスペクト比が１０以下である硫化物の総面積率を求めた。その結果を、表４〜６に示す。
【００８９】
【表１】
2008111186.tif 000002
【００９０】
【表２】
2008111186.tif 000003
【００９１】
【表３】
2008111186.tif 000004
【００９２】
【表４】
2008111186.tif 000005
【００９３】
【表５】
2008111186.tif 000006
【００９４】
【表６】
2008111186.tif 000007
【００９５】
３．評価試験
次に、得られた各丸棒、角棒を用いて、被削性（旋削性、ドリル穿孔性）、熱間加工性、冷間加工性および靱性（異方性）について相対評価を行った。この際、参考データとして、ステンレス鋼の基本特性である耐食性、焼入れ−焼戻し硬さついてもそれぞれ測定した。
【００９６】
１）被削性
被削性評価は、旋削性、ドリル穿孔性の２つ行った。
【００９７】
前者の旋削性については、旋削性は６０ｍｍの丸棒を使い、旋削加工後の工具摩耗量および切削形状を相対評価することにより行った。
【００９８】
すなわち、旋削工具として超硬バイト（ＵＴｉ２０Ｔ）を用い、周速１５０ｍｍ／ｍｉｎ、一回転あたりの切込み量１．０ｍｍ、一回転あたりの送り量０．２ｍｍ／ｒｅｖの条件にて、潤滑油を使わない乾式で旋削加工を実施した。
【００９９】
ここで、上記工具摩耗量とは、工具横逃げ面の平均摩耗（ＪＩＳ  Ｂ１７０「（５）刃部損傷  番号５００５」欄参照）の摩耗量を測定して評価した。この工具摩耗量が５０μｍ以下であった場合を「Ａ」、５１〜１００μｍであった場合を「Ｂ」、１０１μｍ以上であった場合を「Ｃ」と評価した。
【０１００】
また、上記切屑形状は、目視観察により確認した。切り屑の破砕性が良好であったものを「Ａ」、数巻き程度には破砕したものを「Ｂ」、破砕性が悪く、切屑がつながっていたものを「Ｃ」と評価した。なお、切屑がつながると自動化を行い難くなるなどの問題がある。
【０１０１】
一方、後者のドリル穿孔性については、幅６０ｍｍ、高さ３０ｍｍ、長さ２００ｍｍの試験片を使い、工具寿命（穿孔不能）が５０００ｍｍとなる切削速度および切削形状を相対評価することにより行った。
【０１０２】
すなわち、ハイスドリルＳＫＨ５１（直径５ｍｍ）を用い、孔深さ１５ｍｍ、一回転当たりの送り量０．０７ｍｍ／ｒｅｖの条件にて、潤滑油を使わない乾式でドリル加工を実施し、切削速度を変動させて工具寿命距離を測定した。
【０１０３】
ここで、上記切削速度が５０ｍ／ｍｉｎを越え、高速であった場合を「Ａ」、切削速度が２０〜５０ｍ／ｍｉｎであり、中速であった場合を「Ｂ」、切削速度が２０ｍ／ｍｉｎ未満であり、低速であった場合を「Ｃ」と評価した。
【０１０４】
また、上記切屑形状は、切削速度２０ｍ／ｍｉｎでドリル加工したときの初期切り屑を目視観察により確認した。切り屑の破砕性が良好であったものを「Ａ」、数巻き程度には破砕したものを「Ｂ」、破砕性が悪く、切屑がつながっていたものを「Ｃ」と評価した。なお、切屑がつながると自動化を行い難くなるなどの問題がある。
【０１０５】
２）熱間加工性
熱間加工性は、インゴットから２０ｍｍの丸棒への熱間鍛造時の外観、および、高温高速引張試験（グリーブル試験）の２つで評価した。
【０１０６】
前者の鍛造時の外観は、疵の発生程度で評価し、疵が無かったものを「Ａ」、グラインダーで削れる程度の僅かな疵が発生したものを「Ｂ」、大きな疵が発生したものを「Ｃ」とした。
【０１０７】
高温高速引張試験は、鋳造のままの状態から直径６ｍｍ、長さ１１０ｍｍの高温高速引張試験片を切り出し、１０００℃における絞り値で相対評価することで行った。
【０１０８】
３）冷間加工性
冷間加工性評価は、次のようにして行った。すなわち、各ステンレス鋼につき、２０ｍｍの丸棒から、直径１２ｍｍ、高さ１８ｍｍの円柱形状の試験片を準備した。次いで、各試験片につき、６００ｔの油圧プレスにより一気圧縮試験を行い、限界圧縮率を測定した。なお、この限界圧縮率の値が高いほど、冷間加工性に優れることを示す。
【０１０９】
４）靭性（異方性）
靭性評価は、ＪＩＳ  Ｚ２２０２に準拠し、室温（２４℃）にて行った。幅６０ｍｍ、高さ３０ｍｍの角棒から図１に示すように素材を採取し、粗加工後、９５０℃に加熱し３０分間保持した後、油冷して焼入れ処理理を施し、次いで、１８０℃に加熱し１時間保持した後、空冷して焼戻し処理した試験片を、ＪＩＳ４号試験片に加工し、Ｌ、Ｔ方向のシャルピー衝撃試験を行った。
【０１１０】
５）耐食性
耐食性試験は、高温高湿試験によって行った。すなわち、各ステンレス鋼につき、２０ｍｍの丸棒から、直径１０ｍｍ、高さ５０ｍｍの円柱形状の試験片を準備した。次いで、試験片の表面をエメリー紙により番手＃４００まで研磨加工し、脱脂洗浄した。次いで、これら各試験片を温度５０℃、相対湿度９８％ＲＨの恒温恒湿槽内９６時間保持した。次いで、保持後の各試験片につき、目視にて発錆の有無を確認した。実施例１〜１５、３１〜３５に係るステンレス鋼については、比較例２に係るステンレス鋼と比較し、一方、実施例１６〜３０、３６〜４０に係るステンレス鋼については、比較例１０に係るステンレス鋼と比較し、発錆が極めて少なかった場合を「Ａ＋」、発錆が同程度であったものを「Ａ」、発錆が多かったものを「Ｂ」と判断した。
【０１１１】
６）焼入れ焼戻し硬さ
各ステンレス鋼につき、２０ｍｍの丸棒から直径２０ｍｍ、高さ１０ｍｍの円柱形状の試験片を準備した。次いで、各サンプルを、９５０℃に加熱し３０分間保持した後、油冷して焼き入れ処理した。次いで、各試験片を、１８０℃に加熱し１時間保持した後、空冷して焼き戻し処理した。その後、ロックウェル硬さ（Ｃスケール）にて硬さを測定した。
【０１１２】
上記結果をまとめたものを表７〜９に示す。
【０１１３】
【表７】
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【０１１４】
【表８】
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【０１１５】
【表９】
2008111186.tif 000010
【０１１６】
上記表によれば、次のことが分かる。すなわち、比較例１に係るステンレス鋼は、ＪＩＳに規定されるＳＵＳ４１０であり、快削元素の一つであるＳが極めて少なく、いわゆる、快削ステンレス鋼ではない。そのため、硫化物がほとんど存在せず、耐食性に極めて優れるとともに、異方性もほとんどなく靱性にも優れる。また、熱間加工性、冷間加工性にも優れている。しかしながら、被削性が極めて悪いことが分かる。
【０１１７】
一方、比較例２に係るステンレス鋼は、ＪＩＳに規定されるＳＵＳ４１６であり、ＳＵＳ４１０に比べ、快削元素の一つであるＳが添加されている（他の快削元素であるＰｂ、Ｔｅも含まれていない）。そのため、介在物である硫化物の存在により被削性が改善されている。しかしながら、ＳＵＳ４１０に、Ｓの添加量を単純に増やしただけであるので、異方性が生じており、Ｌ方向、Ｔ方向の靭性バランスが悪い。これは、長手方向にひも状に伸びた硫化物が生じたためであると推察される。また、ＳＵＳ４１０に比べ、冷間加工性も低下している。
【０１１８】
また、比較例９に係るステンレス鋼は、ＪＩＳで規定されるＳＵＳ４２０Ｊ２である。これも、上記ＳＵＳ４１０同様快削ステンレス鋼ではない。そのため、硫化物がほとんど存在せず、耐食性に極めて優れるとともに、異方性もほとんどなく靱性にも優れる。また、熱間加工性、冷間加工性にも優れている。しかしながら、被削性が極めて悪いことが分かる。
【０１１９】
また、比較例１０は、ＪＩＳで規定されるＳＵＳ４２０Ｆであり、ＳＵＳ４２０J２に比べ、快削元素の一つであるＳが添加されている（他の快削元素であるＰｂ、Ｔｅも含まれていない）。そのため、介在物である硫化物の存在により被削性が改善されている。しかしながら、ＳＵＳ４２０Ｊ２に、Ｓの添加量を単純に増やしただけであるので、異方性が生じており、Ｌ方向、Ｔ方向の靭性バランスが悪い。これは、長手方向にひも状に伸びた硫化物が生じたためであると推察される。また、ＳＵＳ４２０Ｊ２に比べ、冷間加工性も低下している。
【０１２０】
比較例３、１１に係るステンレス鋼は、Ｏの割合が本願で規定される範囲より多い。そのため、実施例１〜１５、３１〜３５に係るステンレス鋼、実施例１６〜３０、３６〜４０に係るステンレス鋼に比較して、被削性が低下している。これは、Ｏを過剰に添加したことにより、被削性の向上には効果的でない酸化物が形成されたためであると推察される。
【０１２１】
比較例４、１２に係るステンレス鋼は、快削元素の一つであるＳの割合が本願で規定される範囲より少ない。そのため、特定の硫化物の総面積率も本願の規定範囲を下回っており、実施例１〜１５、３１〜３５に係るステンレス鋼、実施例１６〜３０、３６〜４０に係るステンレス鋼に比較して、被削性の向上効果が十分に得られていないことが分かる。
【０１２２】
比較例５、１３に係るステンレス鋼は、快削元素の一つであるＴｅの割合が本願で規定される範囲より少ない。そのため、実施例１〜１５、３１〜３５に係るステンレス鋼、実施例１６〜３０、３６〜４０に係るステンレス鋼に比較して、被削性の向上効果が十分に得られていないことが分かる。また、冷間加工性も低下しており、異方性により靱性も低下していることが分かる。
【０１２３】
比較例６、１４に係るステンレス鋼は、Ｏの割合が本願で規定される範囲より少ない。そのため、実施例１〜１５、３１〜３５に係るステンレス鋼、実施例１６〜３０、３６〜４０に係るステンレス鋼に比較して、被削性が低下している。これは、Ｏが少な過ぎて、被削性が向上する大きさの硫化物の形成が十分に促進されなかったためであると推察される。
【０１２４】
比較例７、１５に係るステンレス鋼は、Ｓの割合が本願で規定される範囲より極めて多い。そのため、介在物である硫化物の存在により、被削性は、実施例１〜１５、３１〜３５に係るステンレス鋼、実施例１６〜３０、３６〜４０に係るステンレス鋼と同程度であったものの、異方性が生じ、靱性が低下していることが分かる。また、冷間加工性も極端に低下している。
【０１２５】
比較例８、１６に係るステンレス鋼は、とりわけ、［Ｍｎ］／［Ｓ］の値が本願で規定される範囲より極めて小さい。そのため、実施例１〜１５、３１〜３５に係るステンレス鋼、実施例１６〜３０、３６〜４０に係るステンレス鋼に比較して、被削性が低下している上に、熱間加工性も悪い。
【０１２６】
これらに対し、実施例１〜４０に係るステンレス鋼は、本発明で規定される成分組成を満たすとともに、Ｓ、Ｍｎ、Ｔｅ、Ｏが上記各式を満たし、さらに、特定の硫化物が特定の面積率で存在している。そのため、被削性、熱間加工性、冷間加工性および靱性が良好であった。
【０１２７】
以上、本発明に係るマルテンサイト系快削ステンレス鋼について説明したが、本発明は、上記実施形態、実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改変が可能なものである。
【図面の簡単な説明】
【０１２８】
【図１】シャルピー衝撃試験における試験片採取方向を模式的に示した図である。
【図１】
2008111186.tif 000011