(57)【要約】【課題】耐食性を劣化することなく被削性を向上させることができ、かつ塑性変形を伴う冷間加工性にも優れたＣａ含有快削ステンレス鋼を提供すること。【解決手段】重量％で、Ｃ：０．１５％以下、Ｓｉ：０．１０〜１．００％、Ｍｎ：０．１０〜２．００％、Ｐ：０．０４５％以下、Ｓ：０．０１０〜０．０５０％、Ｎｉ：１５．０％以下、Ｃｒ：１１．０〜２０．０％、Ｍｏ：３．０％以下、Ｎ：０．１５％以下、Ｃａ：１０〜１００ｐｐｍ、Ｏ：２０〜２００ｐｐｍを含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなり、酸化物系介在物の主な組成がＣａＯ、ＭｎＯ、ＳｉＯ２からなり、存在する酸化物系介在物の総個数のうちＰｓｅｕｄｏ−Ｗｏｌｌａｓｔｏｎｉｔｅ、Ｗｏｌｌａｓｔｏｎｉｔｅ、Ｔｒｉｄｙｍｉｔｅ、Ｃｒｉｓｔｏｂａｌｉｔｅ、Ｒｈｏｄｏｎｉｔｅの合計の割合が５０％以上であることを特徴とする。また、酸化物系介在物中のＭｎＯ量を５％以上とするのがより好ましい。【選択図】  図１
2004256900.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％で、Ｃ：０．１５％以下、Ｓｉ：０．１０〜１．００％、Ｍｎ：０．１０〜２．００％、Ｐ：０．０４５％以下、Ｓ：０．０１０〜０．０５０％、Ｎｉ：１５．０％以下、Ｃｒ：１１．０〜２０．０％、Ｍｏ：３．０％以下、Ｎ：０．１５％以下、Ｃａ：１０〜１００ｐｐｍ、Ｏ：２０〜２００ｐｐｍを含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなり、酸化物系介在物の主な組成がＣａＯ、ＭｎＯ、ＳｉＯ２からなり、存在する酸化物系介在物の総個数のうちＰｓｅｕｄｏ−Ｗｏｌｌａｓｔｏｎｉｔｅ、Ｗｏｌｌａｓｔｏｎｉｔｅ、Ｔｒｉｄｙｍｉｔｅ、Ｃｒｉｓｔｏｂａｌｉｔｅ、Ｒｈｏｄｏｎｉｔｅの合計の割合が５０％以上であることを特徴とする被削性、冷間加工性に優れたステンレス鋼。
【請求項２】
請求項１に記載の鋼に加えて、さらにＰｂ：０．３０％以下、Ｂｉ：０．３０％以下、Ｓｅ：０．３０％以下、Ｔｅ：０．３０％以下の１種又は２種以上を含有することを特徴とする被削性、冷間加工性に優れたステンレス鋼。
【請求項３】
不純物として含有するＡｌを０．００５％以下としたことを特徴とする請求項１、２に記載の被削性、冷間加工性に優れたステンレス鋼。
【請求項４】
酸化物系介在物の総個数のうち、ＭｎＯを５％以上含有するＰｓｅｕｄｏ−Ｗｏｌｌａｓｔｏｎｉｔｅ、Ｗｏｌｌａｓｔｏｎｉｔｅ、Ｔｒｉｄｙｍｉｔｅ、Ｃｒｉｓｔｏｂａｌｉｔｅ、Ｒｈｏｄｏｎｉｔｅの合計が５０％以上であることを特徴とする請求項１〜３に記載の被削性、冷間加工性に優れたステンレス鋼。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、Ｃａの添加により被削性、冷間加工性に優れ、構造用部材、機械部品および電子機器材として幅広く利用することができ、耐食性にも優れたステンレス鋼に関する。
【０００２】
【従来の技術】
構造用部材、機械部品、電子機器等の各種部品の中には、切削により所定の部品形状を得て製造されるものが多数ある。これらの部品のうち、優れた耐食性が要求されるものに対しては、従来ＳＵＳ３０３、ＳＵＳ４３０Ｆ等の快削ステンレス鋼が使用されてきた。これらの鋼は、Ｃｒ、Ｎｉ等のステンレス鋼としての基本特性を維持するための成分に加えて、被削性向上元素であるＳを添加して被削性を基本成分のみ添加された鋼に比べて向上させたことを特徴とするものである。
【０００３】
しかしながら、これらの快削ステンレス鋼は被削性向上元素を添加することによって被削性については当然向上しているが、逆に耐食性については劣化してしまう。従って、被削性と耐食性の両方が優れていることが同時に要求される部品に対して適用することができず、そのような部品に対しては機械加工時の生産性、工具寿命等の点で満足できる状態が得られないことを承知の上で、基本成分のみ添加された鋼を使用しているのが通常であった。
【０００４】
また、従来から、快削ステンレス鋼が使用されてきた機器の各部品において、その性能向上のために一部の部品で高度な寸法精度と優れた耐食性が共に要求される部品（例えば化学プラント、原子力関連部品）が最近増加してきた。このような部品に対しても、耐食性の要求レベルを考えると従来の快削ステンレス鋼を使用することはできないため、低い工具寿命を改善することが難しく、耐食性等の基本性能を劣化させることなく被削性を向上させた鋼の提供が強く望まれていた。
【０００５】
このような問題を解決するため、従来の基本成分のみ（被削性向上元素を含まない）のステンレス鋼の耐食性を劣化させることなく被削性を向上させることのできる方策の検討も盛んに行われてきており、特許出願もされている。特に、ＣａはＳに比べ耐食性をあまり低下することなく被削性を改善できる元素として注目されており、例えば、特許文献１〜５に記載された発明が提案されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平４−４１６５１号公報
【特許文献２】
特開平６−１４５９０８号公報
【特許文献３】
特開平７−１５０３０８号公報
【特許文献４】
特開平７−３３１３９１号公報
【特許文献５】
特開２００１−２３４２９８号公報
【０００７】
特許文献１に記載の発明は、Ｍｎ／Ｓを３以下、硫化物の平均粒径を１．２μｍ以下に規制することにより、被削性向上元素であるＳを添加しても耐食性を劣化することなく被削性を向上できることを特徴とするものである。そして被削性向上元素としては、他にＳｅ、Ｃａの添加が効果があることが記載されているが、後述のＣａ酸化物系介在物の組成については特に何も検討されていない。被削性向上元素としてＣａが添加された特許の中で、後述のＣａ酸化物系介在物の組成について何ら検討されることなく出願されている特許は、他にも多数存在する。
【０００８】
また、特許文献２〜４に記載の発明は、被削性向上元素のうちＣａを用い、特定範囲に成分を調整することによって、鋼中にゲーレナイト２ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２又はアノールサイトＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２等の低融点の酸化物系介在物を生成させ、この介在物の存在によって被削性を向上させたことを特徴とするものである。
【０００９】
さらに、特許文献５に記載のＣａ添加ステンレス鋼は、その請求の範囲には何ら生成させる酸化物の種類について規定がないものの、その発明は、ＡｌとＣａの量を適切に調整して、被削性改善に有効な酸化物であるアノールサイトを生成させることを目的として成されたものであり（特許文献５第２欄第１８〜１９行及び第３欄第３〜４行参照）、実施例に記載の酸化物の組成も全てアノールサイトである。従って、その点で特許文献２〜４と全く共通した技術について記載されたものである。
【００１０】
この被削性改善方策は、従来主として構造用鋼に適用されていたものである。すなわち、鋼中に低融点の酸化物系介在物を生成することで、主に超硬合金で切削した場合に、工具面にＣａを含む複合酸化物の厚い付着物が生じ、付着物層が工具面を保護し、工具が切りくずで直接擦過されたり、工具中の元素が熱拡散で切りくず中に移行して工具性能が劣化するのを防ぐことにより、被削性を改善するものである。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この方法をステンレス鋼にそのまま適用した場合には次のような問題点がある。
すなわち、鋼中にアノールサイトやゲーレナイトを生成するには、必然的にＡｌを添加しなければならない。その結果、硬質な介在物であるＡｌ２Ｏ３が生成されることとなる。本発明者等が詳細に調査した結果、確かに低融点の酸化物を生成させることによる効果はあるが、Ａｌ２Ｏ３の生成によって得られる効果が相殺されてしまい、当初期待した程の効果が得られないことがわかった。
【００１２】
従って、従来提案されているＣａ添加による被削性改善方法では、ステンレス鋼の被削性を十分に改善させることができず、前記手法に比べステンレス鋼の被削性を大幅に向上させることのできる新しい技術の開発が強く望まれていた。
【００１３】
また、ステンレス鋼は製品となるまでの多くの工程で冷間加工が実施される。本発明のステンレス鋼も例外ではなく、引抜、転造等の塑性変形を伴う加工が実施されることも多い。従って、被削性だけでなく、塑性変形を伴う加工性についても同時に優れた特性を有する材料の開発が必要となっていた。
【００１４】
本発明は、上記の従来の問題を解消し、耐食性、熱間加工性等の他の要求特性を劣化させることなく、優れた被削性を得ることができ、かつ冷間加工性にも優れたステンレス鋼の提供を可能にすることを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、重量％で、Ｃ：０．１５％以下、Ｓｉ：０．１０〜１．００％、Ｍｎ：０．１０〜２．００％、Ｐ：０．０４５％以下、Ｓ：０．０１０〜０．０５０％、Ｎｉ：１５．０％以下、Ｃｒ：１１．０〜２０．０％、Ｍｏ：３．０％以下、Ｎ：０．１５％以下、Ｃａ：１０〜１００ｐｐｍ、Ｏ：２０〜２００ｐｐｍを含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなり、酸化物系介在物の主な組成がＣａＯ、ＭｎＯ、ＳｉＯ２からなり、存在する酸化物系介在物の総個数のうちＰｓｅｕｄｏ−Ｗｏｌｌａｓｔｏｎｉｔｅ、Ｗｏｌｌａｓｔｏｎｉｔｅ、Ｔｒｉｄｙｍｉｔｅ、Ｃｒｉｓｔｏｂａｌｉｔｅ、Ｒｈｏｄｏｎｉｔｅの合計の割合が５０％以上であることを特徴とする被削性、冷間加工性に優れたステンレス鋼にある。
【００１６】
本発明において注目すべきことは、上記特定の組成のステンレス鋼を用い、かつ酸化物系介在物であるＰｓｅｕｄｏ−Ｗｏｌｌａｓｔｏｎｉｔｅ、Ｗｏｌｌａｓｔｏｎｉｔｅ、Ｔｒｉｄｙｍｉｔｅ、Ｃｒｉｓｔｏｂａｌｉｔｅ、Ｒｈｏｄｏｎｉｔｅ（すなわち、ＣａＯ・ＳｉＯ２とＭｎＯ・ＳｉＯ２の複合体）を鋼中に多量に生成させて、優れた被削性と冷間加工性を確保している点にある。
【００１７】
図１に、ＣａＯ−ＭｎＯ−ＳｉＯ２系平衡状態図を示す。本発明では、硬質なＡｌ２Ｏ３介在物の生成は、工具を損傷し、被削性を劣化させるため、Ａｌ２Ｏ３の生成は可能な限り抑制している。そのため、本発明では、脱酸剤としてＡｌを使用せず、Ｓｉ脱酸により製造する。そして、本発明では、酸化物としてＡｌ２Ｏ３の代わりに、ＭｎＯを生成させ、これを有効利用することにより、被削性、冷間加工性が共に優れた鋼が得られることを見出したものである。
【００１８】
さらに、本発明者等が詳細に調査した結果、非金属介在物として生成させたＣａＯ・ＳｉＯ２とＭｎＯ・ＳｉＯ２の複合体が、冷間加工性にも大きな改善効果を及ぼしていることがわかった。具体的には、この複合体が冷間での引抜加工やねじの転造加工の際に材料とダイス間で潤滑効果をもたらし、焼付き防止に大きな効果があるという顕著な効果を有することを新規に見出したものである。
【００１９】
本発明は、以上説明した知見を得ることにより完成されたものであり、具体的には、酸化物系介在物の主な組成がＣａＯ、ＭｎＯ、ＳｉＯ２からなり、存在する酸化物系介在物の総個数のうちＰｓｅｕｄｏ−Ｗｏｌｌａｓｔｏｎｉｔｅ、Ｗｏｌｌａｓｔｏｎｉｔｅ、Ｔｒｉｄｙｍｉｔｅ、Ｃｒｉｓｔｏｂａｌｉｔｅ、Ｒｈｏｄｏｎｉｔｅの合計の割合を５０％以上とすることによって、被削性、冷間加工性を狙い通りに向上できることを見出したものである。
【００２０】
なお、ここで言うＰｓｅｕｄｏ−Ｗｏｌｌａｓｔｏｎｉｔｅ、Ｗｏｌｌａｓｔｏｎｉｔｅ、Ｔｒｉｄｙｍｉｔｅ、Ｃｒｉｓｔｏｂａｌｉｔｅ、Ｒｈｏｄｏｎｉｔｅとは、図１の状態図におけるＸの範囲を指す。このＸの範囲は特別に設定された範囲ではなく、既に公知となっている前記状態図にも記載されているＰｓｅｕｄｏ−Ｗｏｌｌａｓｔｏｎｉｔｅ、Ｗｏｌｌａｓｔｏｎｉｔｅ、Ｔｒｉｄｙｍｉｔｅ、Ｃｒｉｓｔｏｂａｌｉｔｅ、Ｒｈｏｄｏｎｉｔｅの範囲と全く同じ範囲である。そして、酸化物系介在物の組成及び個数は、ＳＥＭ、ＥＰＭＡ等を用いることにより容易に測定できるものである。すなわち、ＳＥＭ、ＥＰＭＡを用いて酸化物系介在物の組成及びその含有割合を分析すると、図１の状態図に記載されているＣａＯ、ＭｎＯ、ＳｉＯ２のそれぞれの含有割合を求めることができる。この値を図１で示される状態図上にプロットし、その位置が本発明で規定したＸの範囲にあるかを調べることにより、この介在物が本発明で規定した組成の介在物であるかどうかは容易に判定することができる。
【００２１】
しかしながら、本発明鋼はＡｌ脱酸しないことにより、Ａｌ２Ｏ３の生成を抑制しているものの少量のＡｌ２Ｏ３は当然存在している。また、他の酸化物が検出される場合もある。実際にＳＥＭ、ＥＰＭＡを用いて酸化物系介在物の組成を検出すると、前記３種類以外の介在物が検出されることがある。そこで、本発明では権利範囲を明確にするために、これらの介在物は無視して図１の状態図上にプロットし、それぞれの介在物が前記Ｘの範囲の組成であるかどうかを判定するものとする。
【００２２】
但し、測定装置の仕様により、測定できる最小の介在物の大きさが異なるので、使用する装置により前記酸化物系介在物の総個数測定結果が変化することを防止するため、本発明では、対象とする介在物を２μｍ以上の大きさ（介在物の最も長い部分の長さ）のものに限定する。２μｍ以上の大きさの酸化物系介在物のうち前記酸化物系介在物の個数の割合が５０％以上となる場合を本発明の範囲とする。
【００２３】
次に本発明である被削性、冷間加工性に優れたステンレス鋼の成分組成等の数値を限定した理由について以下に説明する。
Ｃ：０．１５％以下
Ｃは、ステンレス鋼の基本特性である耐食性を維持する元素であるＣｒと結合して炭化物を形成し、耐食性の確保に寄与するＣｒを減少させるため、耐食性に悪影響を及ぼす元素である。また、素地に固溶し、硬さを上昇させる影響も有する。そして、０．１５％を超えると硬さが急激に上昇して被削性に悪影響を及ぼすとともに、耐食性が大きく劣化するため、上限を０．１５％とした。
【００２４】
Ｓｉ：０．１０〜１．００％
Ｓｉは、製鋼時の脱酸剤として必要な元素であるとともに（本発明はＡｌを脱酸剤として使用しないため、脱酸剤としてはＳｉが主となる。）、本発明の特徴である酸化物系介在物を生成するためにも必要な元素である。Ｓｉ量が０．１０％未満になると脱酸が十分にできなくなると共に、生成する酸化物中のＳｉＯ２を必要量確保できず、被削性の向上が不十分となるため、下限を０．１０％とした。また、Ｓｉは、多すぎると靭性を低下させるので、上限を１．００％とした。
【００２５】
Ｍｎ：０．１０〜２．００％
本発明では酸化物系介在物として、ＣａＯ・ＳｉＯ２とＭｎＯ・ＳｉＯ２の複合体を生成させるとともに、ＭｎＳの両方の効果によって優れた被削性を確保している。本発明で生成させるＣａＯ・ＳｉＯ２とＭｎＯ・ＳｉＯ２の複合体は、工具面に付着して工具面を保護することにより被削性を改善するが、硫化物系介在物であるＭｎＳは切り屑破砕性を改善することによって被削性を改善する効果がある。そして、この効果は、前記した酸化物系介在物が超硬合金による高速切削時に大きな効果を有するのに対し、ＭｎＳは超硬合金による切削時と高速度工具鋼による切削時の両方において効果を発揮する。従って、優れた被削性を確保するためにはＭｎＯ・ＳｉＯ２とＭｎＳの両方を十分に生成させる必要があり、そのためには、最低でも０．１０％以上含有させる必要がある。しかしながら、多量に含有させすぎると、熱間加工性が低下するため、上限を２．００％とした。
【００２６】
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るが、偏析を起こしやすく、熱間加工性を低下させる元素であるため、上限を０．０４５％とした。
【００２７】
Ｓ：０．０１０〜０．０５０％
Ｓは鋼の被削性を向上させるのに有効な元素であり、ＭｎＳを生成して、切り屑破砕性を改善する効果のある元素であるため、この効果を十分に得るためには０．０１０％以上の含有が必要である。しかしながら、多量に含有させると著しく耐食性が低下するため、上限を０．０５０％とした。
【００２８】
Ｎｉ：１５．０％以下
本発明であるＣａ快削ステンレス鋼の適切な酸化物を生成したことによる被削性向上効果は、ステンレス鋼の組織に関係なくその効果を発揮する。すなわち、Ｎｉはオーステナイト生成元素であり、他の成分によっても若干の影響はあるが、１５．０％以下の範囲でその含有量を上下させると、得られるステンレス鋼はフェライト系になったり、マルテンサイト系になったり、オーステナイト系になったりする。しかしながら、前記した被削性向上効果はどの組織状態であっても同様に優れた効果が得られるため、前記した広い範囲に設定した。但し、多量に含有させても、Ｎｉの有する耐食性向上効果が飽和し、経済的に見合う効果が得られなくなるので、上限を１５．０％とした。
【００２９】
Ｃｒ：１１．０〜２０．０％
Ｃｒはステンレス鋼の基本的特徴である優れた耐食性を維持するための基本元素であり、最低でも１１．０％以上の含有が必要である。しかしながら、多量に含有させると熱間加工性が低下して製造が難しくなるので、上限を２０．０％とした。
【００３０】
Ｍｏ：３．０％以下
ＭｏもＣｒと同様に耐食性を向上させるのに有効な元素である。しかしながら、多量に含有させると熱間加工性を低下させるため、上限を３．０％とした。
【００３１】
Ｎ：０．１５％以下
Ｎは強力なオーステナイト生成元素であり、オーステナイト組織を安定して得ようとする場合には、少量添加することにより目的とする効果を得ることができる。しかしながら、Ｎは固溶強化による硬度向上効果が大きく、多量の添加は被削性に悪影響を及ぼすため、上限を０．１５％とした。
【００３２】
Ｃａ：１０〜１００ｐｐｍ
Ｃａは被削性の改善を目的とする本発明にとって最も重要な元素である。本発明では前記した通り、Ｃａの添加によって酸化物系介在物であるＣａＯ・ＳｉＯ２を生成させ、ＭｎＯ・ＳｉＯ２との複合体を生成し、これが工具面を保護することにより、被削性を改善させている。従って、その効果を得るために最低でも１０ｐｐｍ以上の含有が必要である。しかしながら、多量に含有させると溶製時にノズル閉塞を生じ、製造が難しくなるので、上限を１００ｐｐｍとした。
【００３３】
Ｏ：２０〜２００ｐｐｍ
本発明では被削性改善を目的とする酸化物系介在物の生成が必須となるため、その生成に必要な量のＯの含有が必要であり、下限を２０ｐｐｍとした。しかしながら、Ｏを多量に含有しすぎると、生成させることが必要な酸化物以外の他の酸化物系介在物が生成しやすくなって、図１のＸの範囲内の酸化物の個数を総個数の５０％以上生成させることが困難となるため、上限を２００ｐｐｍとした。
【００３４】
Ｘの範囲の酸化物系介在物の個数５０％以上
図１におけるＸの範囲内の酸化物、すなわちＣａＯ・ＳｉＯ２とＭｎＯ・ＳｉＯ２の複合体は、本発明にとって被削性及び冷間加工性向上のために重要な介在物であり、その存在によって切削加工中に工具面に付着物層を形成し、工具面を保護して工具寿命を改善するとともに、引抜、転造等の冷間加工中に、材料とダイス間で潤滑効果をもたらし、耐焼付性を改善する。
【００３５】
そして、前記効果を十分に得るためには、鋼中に存在する酸化物系介在物の中の図１のＸの範囲内の組成を有する介在物の個数比率を５０％以上とする必要がある。なお、前記した通り、この比率を達成するためには、前記した範囲に成分を調整し、かつ脱酸剤としてＡｌを使用せず、Ｓｉを使用して、Ａｌ系の酸化物系介在物の生成を抑える必要がある。
【００３６】
具体的には、溶解酸化期に鋼中の非金属介在物の主体がＭｎＯ・ＳｉＯ２となるよう原料投入するとともに、還元期にＣａ−Ｓｉ原料を投入するようにすると良い。Ｃａ−Ｓｉ原料の投入により、必要なＣａと脱酸のためのＳｉを投入することができる。また、Ｃａ−Ｓｉ原料は例えばＣａ−Ｓｉワイヤーフィーダにより添加することができる。
【００３７】
また、請求項２の発明のように、請求項１の鋼にさらに、被削性向上元素であるＰｂ：０．３０％以下、Ｂｉ：０．３０％以下、Ｓｅ：０．３０％以下、Ｔｅ：０．３０％以下のうちの１種又は２種以上を添加することにより、請求項１の発明鋼に比べさらに、被削性を向上させることができる。以下に、これらの元素の含有率の範囲を限定した理由について説明する。
【００３８】
Ｐｂ：０．３０％以下、Ｂｉ：０．３０％以下、Ｓｅ：０．３０％以下、Ｔｅ：０．３０％以下
Ｐｂ、Ｂｉ、Ｓｅ、Ｔｅは本発明の被削性をさらに向上することができる元素であり、前記した通りの酸化物系介在物を生成させた上にさらに、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｓｅ、Ｔｅの元素を少量添加すると耐食性を劣化させることなく被削性を改善することができる。しかしながら、多量に添加すると、熱間加工性が低下して製造が難しくなるので、４元素共に上限を０．３０％とした。
【００３９】
なお、請求項３の発明のように、請求項１、２の被削性、冷間加工性に優れたステンレス鋼において、不純物として含有するＡｌを０．００５％以下に規制することが好ましい。これにより、Ａｌ２Ｏ３の生成を可能な限り少なく抑えることができ、その生成による被削性の低下を確実に抑制することができる。以下にその限定理由を説明する。
【００４０】
Ａｌ：０．００５％以下
本発明の被削性向上効果を十分に得るためには、硬質な酸化物系介在物であるＡｌ２Ｏ３の生成を可能な限り抑制し、ＭｎＯ・ＳｉＯ２とＣａＯ・ＳｉＯ２の複合体を酸化物系介在物の総個数の５０％以上生成させることが必須である。従って、本発明鋼の製造に際しては、脱酸元素としてＡｌは使用しない。従来、ステンレス鋼の製造の際には、脱酸剤として通常Ａｌを使用しており、その場合のＡｌの含有率は０．０１５〜０．０３０％程度とほとんど不純物のレベルに等しく、既に公開となっている特許の多くの中には、Ａｌ脱酸を行う場合でも実質的に不純物であるとして、何も記載されていない特許が多数存在している。本発明では、硬質介在物であるＡｌ２Ｏ３及びＡｌを含む酸化物系介在物であるアノールサイトやゲーレナイトの生成を防止する必要があり、そのためには不純物として含有するＡｌ量も厳しく規制することが望ましく、その上限を０．００５％とした。
【００４１】
また、請求項４は、酸化物系介在物の総個数のうち、ＭｎＯを５％以上含有するＰｓｅｕｄｏ−Ｗｏｌｌａｓｔｏｎｉｔｅ、Ｗｏｌｌａｓｔｏｎｉｔｅ、Ｔｒｉｄｙｍｉｔｅ、Ｃｒｉｓｔｏｂａｌｉｔｅ、Ｒｈｏｄｏｎｉｔｅの合計が５０％以上であることを特徴とする請求項１〜３に記載の被削性、冷間加工性に優れたステンレス鋼である。
【００４２】
本発明にとって指定した組成からなる酸化物系介在物の存在は非常に重要である。特にその中でも酸化物中に存在するＭｎＯの役割が大きいことは前記した通りであり、その存在は、被削性、冷間加工性の改善、特に冷間加工性の改善のために重要な役割を果たしている。従って、酸化物系介在物中のＭｎＯの比率を少なくとも５％以上とすることにより、その効果をより確実なものとすることができる。なお、介在物中のＭｎＯを増量させるには、溶解酸化期のＯ含有量を高くすれば良い。すなわち、溶解酸化期のＯ量の調整によって適切なＭｎＯ量となるように容易に調整が可能である。
【００４３】
【実施例】
次に、本発明のＣａ快削ステンレス鋼により得られる効果を実施例により明らかにする。表１、２は供試材の化学成分を示すものである。
【００４４】
【表１】
2004256900.tif 000003
【００４５】
【表２】
2004256900.tif 000004
【００４６】
このうち、表１は、フェライト系ステンレス鋼の供試材であり、表２は、オーステナイト系ステンレス鋼の供試材である。表１、２に示すように、供試材は、従来鋼に相当するＣ鋼とＣ鋼に被削性向上元素であるＣａを添加し、従来の製造方法であるＡｌ脱酸により製造した比較鋼Ｂ鋼、さらにＢ鋼とほぼ同一成分であるが、Ａｌを脱酸剤として使用せず、かつ酸化物系介在物としてＭｎＯが生成されるよう製鋼原料を添加して製造した本発明鋼であるＡ鋼の３種類を準備した。
【００４７】
従来鋼としては、  ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ４１０Ｌ、ＳＵＳ４３４、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３０１の６種類を選び、それぞれについて前記したＡ鋼、Ｂ鋼を準備し、Ｃａ添加及び生成された酸化物系介在物の組成による被削性、耐食性、冷間加工性への影響を調査した。また、本発明鋼であるＡ鋼については、被削性向上元素であるＰｂ、Ｂｉ、Ｓｅ、Ｔｅを添加した鋼についても準備し同時に評価した。さらに、他の条件の影響を確認するため、一部の成分か又はＸの範囲の酸化物系介在物の個数比率が本発明の範囲外であるＵ〜Ｙ鋼、本発明鋼ではあるが、ＭｎＯ量が請求項４に記載した望ましい範囲外であるＺ１鋼も合わせて評価した。このように、  Ｃａ、Ａｌ以外の成分がほぼ同一のＡ、Ｂ、Ｃ鋼を準備したのは、Ｎｉ、Ｃｒ量が変化すると、それによって耐食性、被削性のレベルが大きく変化してしまうため、酸化物系介在物の組成による各種特性への影響が正確に評価できなくなるためである。
【００４８】
供試材は１０ｔｏｎ溶解炉で溶製し、ＡＯＤで精錬を行った後鋼塊を製造し、これを熱間圧延し、フェライト系ステンレス鋼は焼なまし、オーステナイト系ステンレス鋼は固溶化熱処理した後、後述するそれぞれの試験の試験片形状に加工することにより準備した。
【００４９】
まず、前記供試材全てについて鋼中の酸化物系介在物の組成分析を実施した。分析は臭素−メタノール法にて酸化物系介在物を抽出し、抽出された介在物の中で大きさ２μｍ以上の介在物５０個を無作為に選択し、ＥＰＭＡを用いて１個ずつ成分分析を実施した。分析された介在物の中には、ＣａＯ、ＭｎＯ、ＳｉＯ２以外にＡｌ２Ｏ３が多量に検出される供試材があり、かつ他の組成の介在物も少量検出されたが、供試材のうち、Ａｌ脱酸を行っていないものについては、前述したように、ＣａＯ、ＭｎＯ、ＳｉＯ２以外の介在物は少量（最大でも２０％以下）しか検出されなかったため、３つの組成の介在物の含有率のみ（但し、プロットする前に３つの組成の介在物のみで合計が１００％となるよう補正、表３は補正前の数値を示す。）から図１に示された状態図上にプロットして、規定された範囲の介在物かどうか判定した。また、従来鋼、比較鋼のうち、Ａｌ脱酸を行った実施例については、多量のＡｌ２Ｏ３が検出されたため、このようなプロットによる判定は意味がないと判断し、判定対象から除外した。なお、この場合の介在物は主な組成にＡｌ２Ｏ３を含むものであり、本発明で規定する組成の介在物でないことは勿論である。結果を表３に示す。
【００５０】
【表３】
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【００５１】
表３から明らかなように、Ａｌ脱酸した供試材であるＢ、Ｃ鋼は本発明鋼であるＡ鋼に比べＡｌ２Ｏ３の含有率が高く、ＭｎＯはわずかしか含有していない。それに対し、Ｚ鋼を除く本発明鋼は、脱酸剤としてＡｌを使用せず、かつ製鋼原料の適切な選択及び添加によって、Ｂ、Ｃ鋼に比べ介在物中のＭｎＯが増加するようにしているので、図１で指定した範囲の組成を有する介在物が５０％以上となっていることが確認された。また、Ｚ鋼はＭｎＯ量の違いによる被削性、耐食性、冷間加工性への影響を確認するために準備して後述の評価を行ったものである。すなわち、Ｚ鋼は、ＭｎＯについては、比較鋼Ｂ鋼、従来鋼Ｃ鋼と同等となるようにし、Ａｌ脱酸をしないことによりＡｌ２Ｏ３を可能な限り低減し、主となる成分をＣａＯ、ＳｉＯ２のみとしたものである。
【００５２】
次に、以上説明した方法により準備した供試材の性能評価として、被削性を評価するための旋削工具寿命試験と、耐食性を評価するための腐食液への浸漬試験及び冷間加工性を評価するためのネジ転造試験を実施した結果について説明する。
【００５３】
まず、それぞれの試験の実施方法について説明する。
旋削工具寿命試験は、φ６０の丸棒を準備し、表４に示す条件で評価し、寿命となるまでの時間を測定した。そして、結果はフェライト系ステンレス鋼については、従来鋼であるＣ−１鋼の時間を基準とし、オーステナイト系ステンレス鋼については、従来鋼であるＣ−４鋼の時間を基準とし、それぞれ基準となる鋼の工具寿命までの時間を１００とした場合の整数比で結果を示した。
【００５４】
【表４】
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【００５５】
耐食性の評価である浸漬試験は、４０℃の５％ＮａＣｌ＋２％Ｈ２Ｏ２水溶液中にφ２０×２０ｍｍの試験片を２４ｈｒ浸漬し、試験前と試験後の重量変化（すなわち腐食減量）を測定することにより、評価した。
【００５６】
冷間加工性は、ネジ転造試験により評価した。ネジ転造試験は、φ２７の丸棒を準備し、転造加工によってピッチ７ｍｍ、山部直径３１ｍｍ、谷部直径２３ｍｍの台形ネジを加工するという方法で実施した。そして、転造が正常に実施できるかどうか、転造した後の鋼材に異常がないか等を調査した。後述の表３には、ダイスが割れたり、転造加工後の鋼材にミクロ割れが発生する等によって、正常な転造加工ができなかったものを×、ネジ谷部に若干の肌荒れがみられたが、製品としては問題のない転造加工ができたものを○、肌荒れもなく、何の問題もなく転造加工ができたものを◎で示した。なお、評価結果は前記した供試材のうち、オーステナイト系ステンレス鋼の供試材のみ示した。これはオーステナイト系ステンレス鋼は加工硬化が大きく、今回評価した試験条件は、従来鋼ではかなり加工が困難な条件に設定しているからである。なお、フェライト系ステンレス鋼の結果は表３に示していないが、供試材全てについて正常に転造加工することができた。以上説明した試験を実施した結果を表３に示す。
【００５７】
表３から明らかなように、本発明であるＡ鋼はそれぞれの対応する比較鋼、従来鋼に比べると、耐食性はほぼ同等であるが、被削性については大幅に向上することがわかる。特に、被削性向上元素としてＣａに加え、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｓｅ、Ｔｅを追加添加した本発明鋼は特に被削性が優れていた。それに対し、比較鋼であるＢ鋼はＣａの添加により、従来鋼であるＣ鋼に比べると若干優れた被削性を有しているが、その差は大きくなく十分な改善効果が得られないことがわかる。また、ＭｎＯ量について従来鋼とほぼ同等量としたＺ１鋼も本発明鋼であるＡ鋼とほぼ同じ結果（被削性、耐食性）が得られた。この結果から、Ｃａをステンレス鋼の被削性改善のために使用する場合には、単純に添加するだけでは不十分であり、生成される介在物の組成を本発明で規定した通りにすると非常に効果的であることが証明された。
さらに、冷間加工性についても、本発明鋼については加工硬化の大きいオーステナイト系ステンレス鋼についても全て正常な転造加工をすることができた。
【００５８】
以上説明した本発明鋼に対し、一部の条件が本発明の範囲外である比較鋼は、いずれかの特性が劣ることが明らかとなった。すなわち、成分は満足するが、Ｘの範囲の組成の酸化物の割合が５０％未満であるＵ、Ｖ鋼は、被削性が劣るものであり、本発明の各成分のうち、Ｓ、Ｎの含有率が本発明の条件を満足しないＷ〜Ｙ鋼は、Ｗ鋼は被削性が優れるが耐食性が劣るものであり、Ｘ鋼は、逆に耐食性は優れるが被削性が劣るものであり、Ｙ鋼は、従来鋼に比べれば被削性が優れているが、本発明鋼に比べると被削性が若干劣ることが確認できた。また、ＭｎＯの効果を確認するために準備した発明鋼Ｚ１は、前記した通り被削性、耐食性については優れているが、ＭｎＯ量が少ない影響から転造加工性が他の発明鋼に比べ若干劣ることが明らかとなった。Ｚ１鋼と同様に、Ａｌ脱酸した供試材である従来鋼Ｃ鋼と比較鋼Ｂ鋼も全て介在物中のＭｎＯ量が少ないことが特徴であるが、このＢ、Ｃ鋼は、転造加工性が大きく劣ることがわかった。この結果より転造加工のような大きな塑性変形を伴う加工には、ＭｎＯの存在が非常に重要であり、酸化物の組成をＸの範囲内にするとともに、ＭｎＯ量を５％以上とすることがより好ましいことがわかる。
【００５９】
【発明の効果】
上述のごとく、本発明によれば、組成範囲を上記特定の範囲に限定し、かつ、鋼中に存在する介在物の５０％以上を図１で示すＸの範囲とすることによって、耐食性を劣化することなく被削性を改善するとともに、転造加工等の塑性変形を伴う冷間加工性を大幅に改善し、従来では困難とされてきたオーステナイト系ステンレス鋼における台形ネジの転造加工を可能とする鋼材の提供が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で規定している酸化物系介在物の組成の範囲を説明するＣａＯ−ＭｎＯ−ＳｉＯ２状態図。
【図１】
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