(57)【要約】【課題】本発明は快削性耐食鋼に関し、低Ｃｒステンレス鋼における耐食性、耐アウトガス性、切削性、鍛造性を改善するために、金属元素を選択調整添加することによって加工性に優れた快削性耐食鋼を提供する。【解決手段】化学成分が、重量％で、Ｃ：０．１４％以下（０を含まず）、Ｓｉ：０．１５〜１．０％、Ｍｎ：０．４０〜２．００％、Ｐ：０．０３０％以下（０を含まず）、Ｓ：０．１０〜０．３０％、Ｃｒ：１１．００〜１４．００％、Ｃｕ：１．００〜４．００％を含有し、さらに、Ｍｏ：１．００〜３．００％を含有し、鍛造性、冷間加工性および耐アウトガス性に優れることを特徴とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学成分が、重量％で、Ｃ：０．１４％以下（０を含まず）、Ｓｉ：０．１５〜１．０％、Ｍｎ：０．４０〜２．００％、Ｐ：０．０３０％以下（０を含まず）、Ｓ：０．１０〜０．３０％、Ｃｒ：１１．００〜１４．００％、Ｃｕ：１．００〜４．００％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなることを特徴とする快削性耐食鋼。
【請求項２】
請求項１の化学成分に、さらに、Ｍｏ：１．００〜３．００％を含有することを特徴とする快削性耐食鋼。
【請求項３】
請求項１または２において、鍛造性、冷間加工性および耐アウトガス性に優れることを特徴とする快削性耐食鋼。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は耐食鋼に関し、特に、低Ｃｒ快削性ステンレス鋼における耐食性を改善するために、合金元素を選択調整添加することによって、これら特性と加工性ともに優れた快削性耐食鋼に関する。
【０００２】
【従来の技術】
精密機器等においては、その精度に影響する機械加工性、及び、使用時の発錆に起因する不具合を回避することが重要で、従来では耐食鋼が多く使用されている。しかし、通常のオーステナイト系ステンレス鋼（例えばＳＵＳ３０４）、マルテンサイト系（ＳＵＳ４０３，４１０等）では、耐食性は優れているが、機械加工性、特に切削性に問題がある。フェライト系（ＳＵＳ４０５，４３０等）は組織的には安定（フェライト＋炭化物／炭窒化物）した焼ならし状態で使用され耐食性に優れるが、切削性には未だ問題が残こされている。そのため、ステンレス鋼での切削性を改善した、ＳＵＳ４１６（マルテンサイト系快削鋼）等が精密機器分野等では多用されている。しかし、硬度的には比較的高い状態での切削加工をするので切削抵抗が満足できるレベルに低下していないこと、また、鋼成分に快削成分を添加しているため、耐食性、特にアウトガス性が快削性とは逆に低下する点において問題を有している。
【０００３】
従来では、Ｃｒ：１２．０〜３５．０％、Ｎｉ：＜１．５０％、Ｃｕ：＜１．５０％、Ｓ：０．０３〜０．５０％、Ｂｉ：０．０２〜０．２５％を含有する複合添加快削フェライト系ステンレス鋼が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
また、Ｃｒ：１９．０〜２１．０％、Ｍｏ：１．５〜２．５％、Ｃｕ：０．２０〜０．６０％、Ｓ：０．０６〜０．１２％、Ｔｉ：０．１〜０．３％を含有し、Ｔｉ硫化物の効果によって、材質として、靱性と快削性の改善をしているフェライト系ステンレス鋼が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。さらに、Ｃｒ：１２〜２０％、Ｍｏ：０．６〜３．０％、Ｃｕ：３〜５％、Ｓ：０．０３％以下、Ｎｉ：５．５〜８．０％を含有し、固溶化熱処理後の硬さを約２５ＨＲＣ以下に低下させ、冷間加工性と切削加工性を改善した析出硬化型ステンレス鋼が開示されている（例えば、特許文献３参照。）。しかし、前述の従来の問題点を改善し、特に精密機器材用として快削性および機械的性質が満足されるフェライト系ステンレス鋼の開発が望まれている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１１５０３３号公報（〔００１１〕段等）
【特許文献２】
特開平１０−６０６０２号公報（〔００１８〕段等）
【特許文献３】
特開平６−３４６１９８号公報（〔０００４〕段等）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述の状況に鑑み本発明は、精密機器用材料に使用されるＳＵＳ４１６で代表される、快削ステンレス鋼の耐錆性、特にアウトガス性（硫化水素等）と鍛造加工性を改善した機械的特性の優れる新規フェライト系ステンレス鋼を提供することを目的としている。
【０００７】
その際、耐錆性評価は耐錆性湿潤試験によって耐錆性、耐アウトガス性を評価し快削成分としてのＳの影響を明確にし、最適化をはかる。
【０００８】
また、加工性と機械的性質を改善するために、Ｍｏ，Ｃｕの添加を検討し組織として、焼もどしマルテンサイトにおける炭化物分散状況を調整し、機械的性質の改善も達成する。
【０００９】
さらに、Ｍｏ，Ｃｕの単独成分としてのその範囲を耐錆性、アウトガス性、快削性との関係から把握し、最適範囲を決定し、狭巾管理材としての快削性フェライト系ステンレス鋼を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための本発明の要旨とするところは次のようにまとめられる。
【００１１】
（１）化学成分が、重量％で、Ｃ：０．１４％以下（０を含まず）、Ｓｉ：０．１５〜１．０％、Ｍｎ：０．４０〜２．００％、Ｐ：０．０３０％以下（０を含まず）、Ｓ：０．１０〜０．３０％、Ｃｒ：１１．００〜１４．００％、Ｃｕ：１．００〜４．００％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなることを特徴とする快削性耐食鋼。
【００１２】
（２）（１）の化学成分に、さらに、Ｍｏ：１．００〜３．００％を含有することを特徴とする快削性耐食鋼。
【００１３】
（３）（１）または（２）において、鍛造性、冷間加工性および耐アウトガス性に優れることを特徴とする快削性耐食鋼。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明耐食鋼の特徴は、従来のＳＵＳ４１６に比較して、第１にはＣ％を低く抑える事により、材質的には硬度を抑え、快削性の向上と加工性を改善したことである。この点から、精密機器として、特に光学系機器用部材等の厳しい機械仕上精度要求に十分に応えるものである。第２の特徴は前記のように、Ｓを添加することによって低下する耐錆性への対策については、新規に、ＭｏおよびＣｕの添加を検討し、その発錆性の評価では、湿潤サイクル試験によって発錆面積を迅速に把握し、これと添加成分との関係を明確にすることにより、最適化を可能とし従来材（ＳＵＳ４０３，３０４）相当レベルを確保したことである。このことは、ＭｏによるＭｎＳ等の硫化物の加水分解を抑制する相乗効果が期待でき、さらには、Ｃｕによる耐錆性向上と、焼戻マルテンサイト組織中に均一に微細炭化物の分散をはかり、このことによる機械的性質の向上効果を合わせて有するものである。
【００１５】
具体的には、後述の実施例にある如く、本発明は次のようにまとめられる。
【００１６】
本発明の第１発明は、前述のようにＳＵＳ４１６に対して、Ｃ％を低く、Ｓを低め狭巾にコントロールすることによって快削性と耐錆性、耐アウトガス性を改善し、従来レベルでは、耐アウトガス性と鍛造加工性に問題があったものを、本発明の狭巾範囲、かつ低目としたことによって、これら特性も快削性と同様、優れたものと出来た。
【００１７】
本発明の第２発明は、化学成分として、Ｍｏを添加するもので、従来の焼もどしでは、冷却速度に鈍感な脆性と、より重要な敏感な脆性とも起こり得るものであったが、特に後者の焼もどし脆性を完全になくし、機械的性質を向上させるものである。さらに、ＭｏＳ2 等の構成刃先付着による切削性の低下を防止するものである。本発明では、Ｃｕの単独およびＭｏとの複合添加によって、快削成分のＳ添加による耐錆性の劣化を回復し、合わせて微細析出炭化物による加工性のさらなる向上を狙ったものである。
【００１８】
次に本発明の各成分元素の限定範囲について説明する。
Ｃ：０．１４重量％以下
Ｃ量が多くなると、マトリックスの硬さが増大し、切削性が低下する。Ｃが０．１４％超では、硬さが増大し、耐食性を劣化させる炭化物の形成が抑えられないので、この範囲とする。
Ｓｉ：０．１５〜１．０重量％
Ｓｉは脱酸元素として、必須であり、鋳造時の鋳造性も確保するものである。Ｓｉが０．１５％未満では前記の特性および耐食性において、未達となる。一方、１．０％超では、この効果が飽和し、却って材質的に脆化し易くなるのでこの範囲とする。
Ｍｎ：０．４０〜２．００重量％
ＭｎはＳｉとともに脱酸元素として存在する。また、Ｃ％とも関連して、材質的に加工性を向上させる。Ｍｎが０．４％未満ではこの効果が小さく、２．０％超では飽和する傾向にあるので、この範囲とする。
Ｐ：０．０３０％以下
Ｐは不可避的不純物であり、偏析し易く脆性を促進するので、上限を０．０３０％以下とすることで、合わせて鍛造性を著しく向上するものである。
Ｃｒ：１１．００〜１４．００重量％
耐食性鋼の基本的な成分であり、機械的性質を含め余り低くすることは出来ない。しかし、本発明のＣ％が低目であることから、また材質的な脆性への影響が大きいだけに、この範囲とする。Ｃｒが１１％未満では耐食性、耐酸化性が特にアウトガス性が未達となり、１４％超ではこの効果が飽和し、脆性への影響が出て好ましくないので、この範囲に規定する。
Ｓ及びＭｏ，Ｃｕ：
快削成分としてのＳは、その量に比例して、切削性が向上するが、一方で余り高すぎると耐錆性、アウトガス性、鍛造加工性が著しく低下する。そのためＳ：０．１０〜０．３０％に規定するが、好ましくはＳを０．１２〜０．１６％の狭巾にすることで、前記特性の調整をはかっている。またＭｏについては、前述のように、焼戻脆性を防止し、硫化物の構成刃先付着の防止のために、１．０〜３．０％の範囲とする。この範囲１．０％未満ではこの効果が不足し、３．０％超では本効果が飽和する。一方、Ｃｕの添加は、Ｓ添加による耐錆性、耐アウトガス性の低下を回復し、快削性も向上するので、Ｃｕ：１．００〜４．００％に規定するが、好ましくはその範囲を２．０〜３．０％とする。この範囲１．００％未満では、前記効果が小さい。また、４．００％超では前記効果が飽和する。
【００１９】
【実施例】
以下に、本発明の実施例について説明する。
【００２０】
本実施例に使用したサンプルは、表１に示される化学成分で、本発明材として、サンプルＮｏ．１〜１０、比較材として、Ｎｏ．１１〜１７、および従来材としてＳＵＳ材を使用した。各サンプルは、２０kgを高周波溶解したものを鋳造し（試験砂型鋳型）、自然冷却をした。第１回熱処理として、１０５０℃に加熱後、自然冷却、および、第２回熱処理として８００℃に加熱し、自然冷却したものである。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
切削性評価は、表４の条件で２．６mmφ高速度鋼ドリルを用い表に示される加工条件で、穿孔加工試験を行い、切削抵抗を測定する事により、切削抵抗穿孔（Ｚ方向）および切削抵抗トルク（Ｘ方向）についての切削性指数（ＳＵＳ４１６を１００）として、評価した。その結果を表１にまとめて示す。
【００２３】
耐食性試験は、独自の方法によって評価した。未ず、板状の試験片に加工し、その表面積２５mm×３５mmに発生する錆が、面積で５０％を占めたものを評点０点として、全く発錆のないものを評点１０点として、評価した。その際の腐食環境条件として、試験片をオーブン内で、加熱温度：８０℃、湿度：１００％として３０分間保持し、オーブンより試験片を取り出し、その後室温まで冷却し、さらに、このオーブン内保持、冷却を１００回繰り返して、その後前記の評価を行なったものである。すなわち、発錆環境で１００サイクル試験処理後での発錆評価であり、この方法は迅速腐食試験の一種といえる。この評点による耐食性の評価結果を表１に示す。
【００２４】
以上の結果から、本発明範囲のものでは、Ｓ，Ｃｕを最適化するとＳＵＳ４１６に比較して、切削性指数で最大８０〜８３まで、耐食性指数で９〜１０まで向上することがわかる。
【００２５】
特に本発明材では、アウトガス性においても従来のＳＵＳ４１６と比較して優ることを示している。
【００２６】
また、表２および表３に単独添加としてのＳおよびＣｕの影響を示す。その内、Ｓと切削性、Ｃｕと耐食性指数との関係を図１および図２に示す。
【００２７】
【表２】
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【００２８】
【表３】
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【００２９】
【表４】
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【００３０】
なお、表２の化学成分は、Ｃ：０．０７％、Ｓｉ：０．４１％、Ｍｎ：０．９５％、Ｐ：０．０１１％、Ｃｒ：１２．６５％、Ｍｏ：２．０４％、であり、表３ではその化学成分は、Ｃ：０．０７％、Ｓｉ：０．３６％、Ｍｎ：０．８８％、Ｐ：０．００９％、Ｓ：０．１５０％、Ｃｒ：１２．３９％、Ｍｏ：１．９８％である。
【００３１】
また、本発明材では、Ｍｏ，Ｃｕの添加によって、焼戻しマルテンサイトに微細炭化物（Ｃｒ，Ｍｏ）が分散していることを確認した。
【００３２】
以上のミクロ組織によって、本発明材の機械的性質は、ほぼＳＵＳ４１６の抗張力及び耐力レベルであるが、伸び、絞り値ではこれを凌駕し、特に展伸性に影響する硬度が低い。このことから、冷間加工性において、優れた特性を有している。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、Ｓ添加量の最適化がはかられ、発錆の防止と切削性を改善することが出来る。さらに、Ｍｏの添加により硫化物の加水分解を抑止し、耐アウトガス性を向上し、基地組織としてのマルテンサイト焼戻組織に炭化物分散がはかられ、さらに機械的性質の向上が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係るＳ含有量と切削抵抗との関係を示す図である。
【図２】本発明の実施例に係るＣｕ含有量と耐食性との関係を示す図である。
【図１】
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【図２】
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