(57)【要約】【課題】  Ｔｉの添加により被削性を改善した被削性および耐食性に優れたステンレス鋼を提供する。【解決手段】  質量％で、Ｃ：０．１５％以下、Ｓｉ：０．２〜１．０％、Ｍｎ：０．２〜２．０％、Ｐ：０．０４５％以下、Ｓ：０．００５〜０．０４０％、Ｃｒ：１１．０〜２０．０％、Ａｌ：５〜７０ｐｐｍ、Ｔｉ：２０〜１００ｐｐｍ、Ｃａ：１０〜５０ｐｐｍ、Ｏ：５０〜１５０ｐｐｍ、Ｎ：１０００ｐｐｍ以下を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、ＴｉとＡｌの質量比が１．０〜１２．０であることを特徴とする被削性に優れたステンレス鋼。【選択図】  図１
2008240048.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ：０．１５％以下、
Ｓｉ：０．２〜１．０％、
Ｍｎ：０．２〜２．０％、
Ｐ：０．０４５％以下、
Ｓ：０．００５〜０．０４０％、
Ｃｒ：１１．０〜２０．０％、
Ａｌ：５〜７０ｐｐｍ、
Ｔｉ：２０〜１００ｐｐｍ、
Ｃａ：１０〜５０ｐｐｍ、
Ｏ：５０〜１５０ｐｐｍ、
Ｎ：１０００ｐｐｍ以下、
を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、ＴｉとＡｌの質量比Ｔｉ／Ａｌが１．０〜１２．０であることを特徴とする被削性に優れたステンレス鋼。
【請求項２】
請求項１の成分に加えて、Ｎｉ：１５．０％以下、Ｍｏ：３．０％以下の１種または２種を含有することを特徴とする被削性に優れたステンレス鋼。
【請求項３】
請求項１または２に記載する成分組成から成り、酸化物介在物の主な組成がＡｌ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 −ＣａＯおよびＴｉＯ2 からなり、ＴｉＯ2 を含む酸化物形態が、ＡｎｏｒｔｈｉｔｅまたはＳｐｈｅｎｅからなることを特徴とする被削性に優れたステンレス鋼。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｔｉの添加により被削性を改善した被削性および耐食性に優れたステンレス鋼に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ステンレス鋼にはフェライト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼等が知られている。例えば特開平７−３３１３９１号公報（特許文献１）に開示されているフェライト系ステンレス鋼のように、切削工具を摩耗させるクロマイト（ＣｒＭｎ、ＡｌＴｉ）Ｏ型、アルミナ（ＡｌＭｇ）Ｏ型または珪酸塩型（ＳｉＭｎ）Ｏ型の硬い介在物を生成させず、Ａｌ2 Ｏ3 ／ＳｉＯ2 ／ＣａＯの三元図内のアノルサイト（Ａｎｏｒｔｈｉｔｅ）／ゲーレナイト（Ｇｅｈｌｅｎｉｔｅ）／擬ウオラスナイト（Ｐｓｅｕｄｅ−Ｗｏｌｌａｓｔｏｎｉｔｅ）の可鍛性の酸化物に変えて摩耗性を改善するものである。このアノルサイト／ゲーレナイト／擬ウオラスナイトは何れも僅かの組成変化で酸化物の融点が変化するので、一定の品質で素材を製造することが非常に困難であった。
【０００３】
また、オーステナイト系ステンレス鋼として、例えば特開２００６−２４９５１７号公報（特許文献２）に開示されているように、Ｔｒｉｄｙｍｉｔｅ、Ｐｓｅｕｄｅ−Ｗｏｌｌａｓｔｏｎｉｔｅ、Ｃｒｉｓｔｏｂａｌｉｔｅ、ＲｈｏｄｏｎｉｔｅおよびＡｌ2 Ｏ3 を含有する酸化物系介在物であるＡｎｏｒｔｈｉｔｅとＭｎＯを含有するＡｎｏｒｔｈｉｔｅ−ＭｎＯ、Ｍｕｌｌｉｔｅ−ＭｎＯの酸化物系介在物の個数比率が特定範囲内となるように生成させて、低い曲げ強度の酸化物（Ａｌ2 Ｏ3 を含有し、かつＭｎＯも含有するＡｎｏｒｔｈｉｔｅ−ＭｎＯやＭｕｌｌｉｔｅ−ＭｎＯ）に制御することで切削時に切粉が分断され易くなり、低切削速度域での工具寿命を著しく改善させたものである。
【０００４】
しかし、この発明においては、実施例（表２）からも分かるように、酸化物の組成制御、すなわち、融点の制御が難しく、狙った融点の組成を狙ったとしても、狙いから外れた酸化物も多く生成し、工具寿命を悪化させる。また、ＳｉＯ2 −ＣａＯ−Ａｌ2 Ｏ3 の状態図から分かるように、ごく僅かの組成変化で大きく融点が変化し易く、均質な製品を連続的に製造することが困難であり、改良の余地があった。
【０００５】
さらに、オーステナイト系ステンレス鋼として、特開２００１−２３４２９８号公報（特許文献３）に開示されているように、ＡｌとＣａ等の量を種々変化させて、主に被削性に及ぼす酸化物組成の影響を調査し、被削性改善に有効な酸化物組成（Ａｎｏｒｔｈｉｔｅ）を生成させるために、適当な成分系を見出したものである。Ａｎｏｒｔｈｉｔｅは確かに工具寿命改善に有効な酸化物であるものの、組成によって融点が変化し易い（１１７０〜１５５３℃）ので均質な製品を連続的に製造することが困難であり、改良の余地があった。
【０００６】
また、この発明では選択的にＴｉ添加が示されているが、公報（第４頁左欄第３５行から右段第６行目）に記載されているように、炭化物生成による耐食性の向上が目的で、Ｔｉを微量な範囲で制御することによって介在物の特性が大きく変化し、被削性が著しく改善することを見出したものではない。
【特許文献１】特開平７−３３１３９１号公報
【特許文献２】特開２００６−２４９５１７号公報
【特許文献３】特開２００１−２３４２９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、これまで被削性（特に工具寿命）を改善するために、ＳｉＯ2 、ＣａＯ、Ａｌ2 Ｏ3 およびＭｎＯの複合酸化物を利用してきた。これらの複合酸化物を利用すると確かに特性は改善されるが、量産において三元系または四元系の介在物を適正な融点に制御することは熱力学的な性質上非常に困難であった。さらに、凝固過程で生成する酸化物には必然的に成分的なばらつきが起こり、そのばらつきで酸化物の融点が大きく変化してしまい、被削性を悪化させる要因となっていた。
【０００８】
適正な低融点の酸化物で、かつ成分的なばらつきが起こっても融点の変化の少ない介在物を検討し、その被削性を調査した結果、これらの酸化物に加えて、ＴｉＯ2 を利用すると、酸化物の組成が比較的大きく変化しても融点の変化は小さくなり、均質な製品を連続的に製造することが容易になった。さらに、ＴｉＯ2 を含むＡｎｏｒｔｈｉｔｅやＳｐｈｅｎｅは酸化物自体の硬さが比較的柔らかく、適正で安定した低融点の酸化物が全酸化物系介在物の９０％以上を占めるため、被削性が著しく改善されることが分かった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
その発明の要旨とするところは、
（１）質量％で、Ｃ：０．１５％以下、Ｓｉ：０．２〜１．０％、Ｍｎ：０．２〜２．０％、Ｐ：０．０４５％以下、Ｓ：０．００５〜０．０４０％、Ｃｒ：１１．０〜２０．０％、Ａｌ：５〜７０ｐｐｍ、Ｔｉ：２０〜１００ｐｐｍ、Ｃａ：１０〜５０ｐｐｍ、Ｏ：５０〜１５０ｐｐｍ、Ｎ：１０００ｐｐｍ以下を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、ＴｉとＡｌの質量比Ｔｉ／Ａｌが１．０〜１２．０であることを特徴とする被削性に優れたステンレス鋼。
【００１０】
（２）前記（１）の成分に加えて、Ｎｉ：１５．０％以下、Ｍｏ：３．０％以下の１種または２種を含有することを特徴とする被削性に優れたステンレス鋼。
（３）前記（１）または（２）に記載する成分組成から成り、酸化物介在物の主な組成がＡｌ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 −ＣａＯおよびＴｉＯ2 からなり、ＴｉＯ2 を含む酸化物形態が、ＡｎｏｒｔｈｉｔｅまたはＳｐｈｅｎｅからなることを特徴とする被削性に優れたステンレス鋼ある。
【発明の効果】
【００１１】
以上述べたように、本発明による、ＳｉＯ2 −ＣａＯ−Ａｌ2 Ｏ3 −ＴｉＯ2 の四元系の介在物を鋼中に生成させることにより、Ｔｉを微量範囲で制御することで、多少の成分組成の変動があっても融点の変動を小さく抑えることが可能となり、被削性が著しく改善され、切削工具費用の軽減を図ることが出来る極めて優れた効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係る成分組成の限定理由について述べる。
Ｃ：０．１５％以下
Ｃは、強度を上げるに必要な元素である。しかし、０．１５％を超えるとＴｉと反応してＴｉＣＳを生じて被削性を悪化させることから、その上限を０．１５％とした。
【００１３】
Ｓｉ：０．２〜１．０％
Ｓｉは、製鋼における脱酸および介在物制御に必要な元素である。特に本発明では低融点型酸化物を生成させるために必要な元素である。しかし、０．２％未満では脱酸剤としての効果が十分でなく、また、１．０％を超えると靱性が悪化することから、その範囲を０．２〜１．０％とした。
【００１４】
Ｍｎ：０．２〜２．０％
Ｍｎは、Ｓｉと同様に製鋼時の脱酸剤として用いる。また、Ｓと反応して硫化物（ＭｎＳ）を生成させて被削性を向上させる。しかし、０．２％未満ではその効果が十分でない。また、２．０％を超えると熱間加工性が悪化することから、その範囲を０．２〜２．０％とした。
【００１５】
Ｐ：０．０４５％以下
Ｐは、不純物として不可避的に少量含有する元素であり、偏析を起こし、熱間加工性を悪化させる元素である。従って、上限を０．０４５％とした。
【００１６】
Ｓ：０．００５〜０．０４０％
Ｓは、ステンレス鋼の被削性を向上させるのに有効な元素である。しかし、０．００５％未満ではその効果が十分でなく、また、０．０４０％を超えると耐食性が悪化することから、その範囲を０．００５〜０．０４０％とし、特に０．０１０〜０．０３０％とすることが好ましい。
【００１７】
Ｃｒ：１１．０〜２０．０％
Ｃｒは、ステンレス鋼の基本的な元素であり、表面に酸化被膜を生成することで耐食性を付与する。しかし、１１．０％未満ではその効果が十分でなく、また２０．０％を超えると加工性が悪化し製造が困難になることから、その範囲を１１．０〜２０．０％とした。      
【００１８】
Ａｌ：５〜７０ｐｐｍ
Ａｌは、強力な脱酸元素であり、本発明においては酸化物組成を制御する上で極めて重要な元素である。しかし、５ｐｐｍ未満ではその効果が十分でなく、また、７０ｐｐｍを超えるとＡｌ2 Ｏ3 が多く生成し、被削性が悪化することから、その範囲を５〜７０ｐｐｍとし、特に１５〜５０ｐｐｍとすることが好ましい。
【００１９】
Ｔｉ：２０〜１００ｐｐｍ
Ｔｉは、Ａｌ2 Ｏ3 系の酸化物にＴｉＯ2 として含有し、酸化物の硬さを低下させることによって、被削性を向上させる。しかし、２０ｐｐｍ未満ではその効果が十分でなく、また、１００ｐｐｍを超えるとＣ、Ｓ、Ｎと反応しＴｉＣＳやＴｉＮが生成し、被削性が悪化する。従って、その範囲を２０〜１００ｐｐｍとした。特に３０〜７０ｐｐｍの範囲が好ましい。
【００２０】
Ｃａ：１０〜５０ｐｐｍ
Ｃａは、強力な脱酸元素であり、酸化物組成を制御する上でＡｌと同様に重要な元素である。しかし、１０ｐｐｍ未満ではその効果が十分でなく、また、５０ｐｐｍを超えると製鋼時にノズル閉塞を引起し製造が困難になる。従って、その範囲を１０〜５０ｐｐｍとした。
【００２１】
Ｏ：５０〜１５０ｐｐｍ
Ｏは、不可避的不純物であるが、本発明においては、Ａｌ、Ｃａ等の脱酸元素の微妙な制御と適量のＯの存在によって酸化物を生成させて被削性を向上させる。しかし、５０ｐｐｍ未満では、その効果がなく、また、１５０ｐｐｍを超えると熱間加工性が著しく悪化させることから、その範囲を５０〜１５０ｐｐｍとした。
【００２２】
Ｎ：１０００ｐｐｍ以下
Ｎは、強力なオーステナイト生成元素で耐食性の改善や強度向上に効果がある。しかし、１０００ｐｐｍを超えるとＴｉと反応してＴｉＮを生成し被削性が悪化することから、その上限を１０００ｐｐｍとした。
【００２３】
Ｔｉ／Ａｌの質量比が１．０〜１２．０
Ｔｉ／Ａｌは、本発明の最大の特徴とするもので、被削性を改善させるＴｉを含むＡｎｏｒｔｈｉｔｅ、Ｓｐｈｅｎｅを生成させるために定めたものであるが、１．０未満ではその効果が十分でなく、１２．０を超えるとＣ、Ｓ、Ｎと反応してＴｉＣＳやＴｉＮが生成して被削性が悪化することから、その範囲を１．０〜１２．０とした。特に２．０〜８．０とすることが好ましい。
【００２４】
Ｎｉ：１５．０％以下
Ｎｉは、オーステナイト組織を必要とする場合は添加する。しかし、１５．０％を超えると熱間加工性が悪化し、製造が困難となることから、その上限を１５．０％とした。
Ｍｏ：３．０％以下
Ｍｏは、Ｃｒと同様に、耐食性を向上させる元素であり、耐食性をより改善したい場合に必要に応じて添加することができる選択元素である。しかし、３．０％を超えると熱間加工性が悪化することから、その上限を３．０％とした。
【００２５】
酸化物系介在物の主な組成がＡｌ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 −ＣａＯおよびＴｉＯ2 から構成され、ＴｉＯ2 を含む酸化物形態が、ＡｎｏｒｔｈｉｔｅまたはＳｐｈｅｎｅからなり、全酸化物系介在物の９０％を占めることにある。９０％未満では被削性の改善に効果が十分でない。従って、その下限を９０％とした。
【実施例】
【００２６】
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に示す成分組成のステンレス鋼をまず真空誘導溶解炉で１００ｋｇ鋼塊を溶製した。溶製はＳｉ脱酸下で成分調整後、ＴｉおよびＡｌを微量添加してＴｉ量、Ａｌ量およびＯ量を調整し、その後ＣａＳｉ添加するという手順で行った。鋼塊を径６０ｍｍまで熱間鍛伸した後、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６系は１１００℃で固溶化熱処理、ＳＵＳ４０３、ＳＵＳ４３０系はそれぞれ８７０℃、８００℃で焼鈍し、素材として評価試験に供した。      
【００２７】
【表１】
2008240048.tif 000003
介在物（酸化物）は、素材Ｌ断面の酸化物、任意３０点をエネルギー分散型Ｘ線分析装置にて定量分析し、得られた組成を状態図に照合して、物質名、融点を求めた。なお、これらは基本的には図１に示す、ＣａＯ・ＳｉＯ2 ・ＴｉＯ2 −ＣａＯ・Ａｌ2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 −ＣａＯ・ＳｉＯ2 、またはＳｉＯ2 −Ａｌ2 Ｏ3 −ＣａＯとＳｉＯ2 −ＭｎＯ−ＣａＯの状態図で求めたが、ＭｎＯ−ＳｉＯ2 −Ａｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系状態図が見当たらなかったので、この四つの酸化物の中で最も低い定量値（ｍｏｌ％）を示すものを除外し、三元系の状態図に当てはめて融点を求めた。すなわち、図１は、ＣａＯ・ＳｉＯ2 ・ＴｉＯ2 −ＣａＯ・Ａｌ2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 −ＣａＯ・ＳｉＯ2 系の状態図を示す。
【００２８】
被削性は三種類の方法にて評価した。旋削工具寿命試験では、切削工具：Ｐ２０（刃先０．４Ｒ）、切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ、切込み：１．０ｍｍ、送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ、切削油：なし、の条件で施削を行ない、刃先の逃げ面摩耗量が０．１ｍｍに達した時の切削時間を求め、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ４０３、ＳＵＳ４３０およびＳＵＳ３１６の従来鋼（Ｎｏ．１５、１７、１９および２１）の切削時間を１として比較評価した。
【００２９】
また、ドリル寿命では、ドリル：ＳＫＨ５１、径５ｍｍ、切削速度：１５ｍ／ｍｉｎ、送り：０．１０ｍｍ／ｒｅｖ、穿孔深さ：１５ｍｍ、切削油：なし、の条件でドリルが穿孔不能になるまでの穴数を求め、四種類の従来鋼の寿命をそれぞれ１として比較評価した。さらに、バンドソー寿命では、バンドソー：Ｍ５１、幅３４ｍｍ、長さ４５７０ｍｍ、ピッチ０．７５、切削速度：３０ｍ／ｍｉｎ、切削油：水溶性合成油（１０倍希釈）、側面の摩耗幅が０．２ｍｍになるまでの切削時間を求め、同様の方法で比較評価した。そしてこれらの結果を表２に示す。
【００３０】
【表２】
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表２に示すように、Ｎｏ．１〜９は本発明例であり、Ｎｏ．１０〜２１は比較例である。比較例Ｎｏ．１０は、Ｔｉ含有量が低く、Ｔｉ／Ａｌ値が低いために、施削工具寿命、ドリル寿命およびバンドソー寿命のいずれも短い。
【００３１】
比較例Ｎｏ．１１は、Ｎｏ．１０と同様に、Ｔｉ含有量が低く、Ｔｉ／Ａｌ値が低いために、施削工具寿命、ドリル寿命およびバンドソー寿命のいずれも短い。比較例Ｎｏ．１２は、Ｔｉ／Ａｌ値が低いために、施削工具寿命、ドリル寿命およびバンドソー寿命のいずれも短い。比較例Ｎｏ．１３は、Ｔｉ含有量が高いために、施削工具寿命、ドリル寿命およびバンドソー寿命のいずれも非常に短い。
【００３２】
比較例Ｎｏ．１４は、Ａｌ含有量が低く、Ｏ含有量が高いために、熱間加工性が悪く評価をしなかった。比較例Ｎｏ．１５は、成分組成が従来のＳＵＳ３０４に属し、Ａｌ含有量が高く、Ｔｉ含有量が低く、Ｃａを添加せず、かつＯ含有量が低く、Ｔｉ／Ａｌ値が低いために、施削工具寿命、ドリル寿命およびバンドソー寿命のいずれも非常に短い。比較例Ｎｏ．１６は、Ｔｉ／Ａｌ値が低いために、施削工具寿命、ドリル寿命およびバンドソー寿命のいずれも短い。
【００３３】
比較例Ｎｏ．１７は、Ｎｏ．１５と同様に、成分組成が従来のＳＵＳ４０３に属し、Ａｌ含有量が高く、Ｔｉ含有量が低く、Ｃａを添加せず、かつＯ含有量が低く、Ｔｉ／Ａｌ値が低いために、施削工具寿命、ドリル寿命およびバンドソー寿命のいずれも非常に短い。比較例Ｎｏ．１８は、Ｔｉ／Ａｌ値が低いために、施削工具寿命、ドリル寿命およびバンドソー寿命のいずれも短い。
【００３４】
比較例Ｎｏ．１９は、Ｎｏ．１５、１７と同様に、成分組成が従来のＳＵＳ４３０に属し、Ａｌ含有量が高く、Ｔｉ含有量が低く、Ｃａを添加せず、かつＯ含有量が低く、Ｔｉ／Ａｌ値が低いために、施削工具寿命、ドリル寿命およびバンドソー寿命のいずれも非常に短い。比較例Ｎｏ．２０は、Ｔｉ／Ａｌ値が低いために、施削工具寿命、ドリル寿命およびバンドソー寿命のいずれも短い。比較例Ｎｏ．２１は、Ｎｏ．１５、１７、１９と同様に、成分組成が従来のＳＵＳ３１６に属し、Ａｌ含有量が高く、Ｔｉ含有量が低く、Ｃａを添加せず、かつＯ含有量が低く、Ｔｉ／Ａｌ値が低いために、施削工具寿命、ドリル寿命およびバンドソー寿命のいずれも非常に短い。
【００３５】
以上のように、本発明による、ＳｉＯ2 −ＣａＯ−Ａｌ2 Ｏ3 およびＭｎＯの複合酸化物に加えてＴｉＯ2 を利用することで、酸化物の組成が比較的大きく変化しても融点の変化は小さくなり、均質な製品を連続的に製造することが容易になり、さらに、ＴｉＯ2 を含むＡｎｏｒｔｈｉｔｅやＳｐｈｅｎｅは酸化物自体の硬さが比較的柔らかく、適正で安定した低融点の酸化物が全酸化物系介在物の９０％以上を占めるため、被削性が著しく改善され、切削工具費用の軽減を図ることが出来る被削性に優れたステンレス鋼を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】ＣａＯ・ＳｉＯ2 ・ＴｉＯ2 −ＣａＯ・Ａｌ2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 −ＣａＯ・ＳｉＯ2 系の状態図を示す図である。
【図１】
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