(57)【要約】【課題】耐食性や研磨性に優れているのみならず、熱間鍛造、冷間鍛造、切削等の製造性向上にも留意したオーステナイト系ステンレス鋼を提供する。【解決手段】質量％で、Ｃ：０．１０％以下、Ｓｉ：０．２０〜１．００％、Ｍｎ：０．５０〜２．００％、Ｓ：０．０５０〜０．３００％、Ｎｉ：１０．００〜１５．００％、Ｃｒ：１４．００〜１８．００％、Ｍｏ：１．００〜３．００％、Ａｌ：０．０２０％以下、Ｃａ：０．００１０〜０．００８０％、Ｏ：０．００４０〜０．０１２％、を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなるオーステナイト系快削ステンレス鋼。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ：０．１０％以下、
Ｓｉ：０．２０〜１．００％、
Ｍｎ：０．５０〜２．００％、
Ｓ：０．０５０〜０．３００％、
Ｎｉ：１０．００〜１５．００％、
Ｃｒ：１４．００〜１８．００％、
Ｍｏ：１．００〜３．００％、
Ａｌ：０．０２０％以下、
Ｃａ：０．００１０〜０．００８０％、
Ｏ：０．００４０〜０．０１２％、
を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなるオーステナイト系快削ステンレス鋼。
【請求項２】
Ｃｕ：２．００％以下、Ｎ：０．１０％未満の中から１種または２種を含有することを特徴とする請求項１に記載のオーステナイト系快削ステンレス鋼。
【請求項３】
Ｂ：０．０１００％以下、Ｍｇ：０．０１００％以下、ＲＥＭ：０．０１００％以下の中から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に記載のオーステナイト系快削ステンレス鋼。
【請求項４】
Ｓｅ：０．２０％以下、Ｔｅ：０．１０％以下の中から１種または２種を含有することを特徴とする請求項１〜３に記載のオーステナイト系快削ステンレス鋼。
【請求項５】
Ｔｉ：０．１０％以下、Ｎｂ：０．１０％以下、Ｖ：０．１０％以下、Ｗ：０．１０％以下の中から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に記載のオーステナイト系快削ステンレス鋼。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オーステナイト系快削ステンレス鋼に関し、特に腕時計外装部品等に用いられるオーステナイト系快削ステンレス鋼に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
耐食性に優れたステンレス鋼は、精密機器・電子機器等のシャフト、ハウジング部品や建築・構造物のボルト、ナット、コネクタ等の締結部品等、種々の分野で使用される。中でも、オーステナイト系ステンレス鋼は、耐食性、延性、靱性に優れ、非磁性であることから、最も広く利用されている。そのオーステナイト系ステンレス鋼の利用分野の一つとして、腕時計の側、バンド等の外装部品がある。腕時計は、その機能だけでなく、外観上の装飾性が重要視される。外装部品用材として使用されるオーステナイト系ステンレス鋼に求められるのは、金属特有の光沢や硬度に加えて、耐食性と表面平滑性（表面研磨性）に優れていることである。肌に直接触れる外装部品は、汗分や湿気により腐食しやすい環境にあるので、発錆により美観を損ねないように、材料自体が高い耐食性を有することが必要である。
【０００３】
さらに、最近では使用時に腕時計の金属部品からＮｉイオンが溶出してＮｉアレルギーを引き起こすこともあり、Ｎｉアレルギー対策にも留意しなければならない。また、材料中に金属基質よりも硬い非金属介在物があると、研磨等による表面仕上げ時に、ピットやスクラッチキズとなって平滑性が失われ装飾性を害してしまうため、如何にして介在物を無害化するかがポイントである。
一方、ステンレス鋼製外装部品は、熱間鍛造、冷間鍛造、切削等の成形工程を複合的に経て製造される。オーステナイト系ステンレス鋼は、ＣｒやＮｉ等の合金を多量に含有するために、加工性があまり良くなく、熱間、冷間鍛造時の割れや、切削工具の寿命が問題になることが多い。従って、耐食性等の製品品質だけでなく、製造性の面から鍛造性、被削性を併せ持つことが望ましい。
【０００４】
また、従来、腕時計外装部品用ステンレス鋼としては、Ｎｉ−Ｃｒステンレス鋼のＳＵＳ３０４やＮｉ−Ｃｒ−Ｍｏステンレス鋼のＳＵＳ３１６Ｌが用いられている。しかし、これらの材料は被削性が極めて悪く、穴加工等の切削加工時に非常な困難を伴う。特にＳＵＳ３０４では耐食性も不足気味である。被削性の問題を解決するために、快削元素であるＳを添加した快削鋼を用いることがある。Ｓは、ＭｎＳあるいは（Ｍｎ，Ｃｒ）Ｓ組成の硫化物系介在物となって、切削時の応力集中源として働き、被削性を改善する効果がある。これらの快削鋼の例として、ＳＵＳ３０３やＳＵＳ３１６Ｆがある。しかしながら、ＭｎＳや（Ｍｎ，Ｃｒ）Ｓは、加工方向に延伸した紡錘形であり、冷間鍛造や熱間鍛造時に、金属基質との界面で割れを生じやすい欠点を有している。また、通常、これらの硫化物は、Ａｌ２  Ｏ３  やＳｉＯ２  等の高融点硬質酸化物を核として生成しており、研磨工程で材料表面から脱落してスクラッチキズの原因にもなりやすい。
【０００５】
また、外装部品用材料の耐食性の確保と被削性の改善に主眼を置いた発明の例として、特許第１４０８５１１号公報（特許文献１）がある。これによれば、オーステナイト系ステンレス鋼にＳ等の快削元素を添加することにより快削性を付与すると共に、快削元素の添加により低下する耐食性をＮの添加により改善するとしている。Ｎは、オーステナイト相中に相当量固溶し、耐食性を向上させる作用があることは従来より知られている。しかしながら、同時に固溶強化により硬さを上昇されるため、冷間鍛造性、被削性を低下させる欠点も併せ持っている。
【０００６】
また、別の例として、特許第３２０５１６２号公報（特許文献２）では、Ｎｉを含まずにＳを添加したＣｒ−Ｍｏフェライト系ステンレス鋼を提案している。しかしながら、耐食性改善のために高Ｃｒ化したフェライト系ステンレス鋼では、靱性確保のためにＣ，Ｎを低減しなければならず、この場合結晶粒が粗大化しやすい問題点を孕んでいる。結晶粒成長を抑制する方法として、ＴｉやＮｂ等の炭窒化物生成元素を分散させる改善策が採られているが、これら硬質の介在物は切削工具の摩耗促進や研磨キズの発生を誘起するという問題がある。
【０００７】
さらに、特許第１１８２６５７号公報（特許文献３）においては、ステンレス鋼の被削性を改善する方法として、鋼中にＣ系または（Ｃ＋Ｂ）系の介在物と、Ａ２  系介在物の複合介在物を分散させることを提案している。これは、Ｃａ添加により生成するＣ系介在物のＣａ−アルミネートを、Ａ２  系介在物の低融点Ｃａ−Ｍｎ−シリケートで被覆して、加工時のミクロキャビティの発生を解消しつつ、両系含Ｃａ酸化物により、高速切削時の工具摩耗を抑制する、というものである。この方法は、Ｃ系介在物の生成を不可避ととらえ、これを生成過程で低融点介在物に包含させることで無害化を図っている点が特徴である。しかしながら、硬いＣ系介在物を本質的に除去する方法ではないため、これらが一旦表出してしまえば、研磨等による脱落やこれによるスクラッチキズ発生を避けることができない。
【０００８】
【引用文献】
（１）特許文献１（特許第１４０８５１１号公報）
（２）特許文献２（特許第３２０５１６２号公報）
（３）特許文献３（特許第１１８２６５７号公報）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述したような従来技術の問題を解決するためになされたものであって、耐食性に優れ、熱間鍛造、冷間鍛造、切削による製造性も良好で、腕時計外装部品のように装飾性が重要視される用途においても適用可能な優れた表面研磨性を有するオーステナイト系快削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】
上記目的を達成するために、発明者らは、まず耐食性、耐Ｎｉアレルギー性（Ｎｉイオン溶出性）に及ぼす成分元素の影響を検討した。その結果、耐食性は、ＣｒとＭｏ量によって決定され、これらの元素が多いほど耐食性は向上することを見出した。外装部品用材料として十分な耐食性を得るために、本発明では１４．００％以上のＣｒに加えて、１．００％以上のＭｏ添加を必須とする。かつ、ＣｒとＭｏはフェライト生成元素であるため、熱間加工上有害なフェライトの生成を抑え、オーステナイト単相とするために、オーステナイト生成元素であるＮｉを約１０％以上必要とする。このように、ＣｒとＭｏの必要量の添加によりステンレス鋼表面に十分な酸化保護被膜が形成され耐食性が確保されれば、Ｎｉイオンの溶出も抑えられるため、Ｎｉアレルギー対策にも適っている。
【００１１】
次に、熱間鍛造性、冷間鍛造性、表面平滑性（表面研磨性）を害さずに被削性を改善する方法として、種々介在物形態の効果を検討した。その結果、Ｃａを適量添加し、その他合金成分を厳しくコントロールして、酸化物および硫化物形態を制御することが極めて効果的であることを見出した。すなわち、Ｃａ、Ａｌ、Ｓｉ等のいわゆる脱酸元素とＯ量をある範囲に制御すれば、生成する酸化物は、Ｔｒｉｄｙｍｉｔｅ−Ａｎｏｒｔｈｉｔｅ−Ｐｓｅｕｄｏｗｏｌｌａｓｔｏｎｉｔｅの三元共晶組成かそれに近い組成の軟質型になり、スクラッチキズの発生が大幅に減少し表面研磨性が向上することが分かった。さらに一部のＣａは、硫化物中にも固溶して（Ｍｎ，Ｃａ）Ｓになることがあり、ＭｎＳと比べて低延伸性で丸みを帯びた（Ｍｎ，Ｃａ）Ｓは、被削性に悪影響を及ぼさず冷間鍛造性を改善した。また、Ｓと親和力が強いＣａが粒界に偏析するＳを低減するためと推定されるが、熱間鍛造性をも改善することを見出し、本発明に至った。
【００１２】
その発明の要旨とするところは、
（１）質量％で、Ｃ：０．１０％以下、Ｓｉ：０．２０〜１．００％、Ｍｎ：０．５０〜２．００％、Ｓ：０．０５０〜０．３００％、Ｎｉ：１０．００〜１５．００％、Ｃｒ：１４．００〜１８．００％、Ｍｏ：１．００〜３．００％、Ａｌ：０．０２０％以下、Ｃａ：０．００１０〜０．００８０％、Ｏ：０．００４０〜０．０１２％、を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなるオーステナイト系快削ステンレス鋼。
【００１３】
（２）Ｃｕ：２．００％以下、Ｎ：０．１０％未満の中から１種または２種を含有することを特徴とする前記（１）に記載のオーステナイト系快削ステンレス鋼。
（３）Ｂ：０．０１００％以下、Ｍｇ：０．０１００％以下、ＲＥＭ：０．０１００％以下の中から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）に記載のオーステナイト系快削ステンレス鋼。
【００１４】
（４）Ｓｅ：０．２０％以下、Ｔｅ：０．１０％以下の中から１種または２種を含有することを特徴とする前記（１）〜（３）に記載のオーステナイト系快削ステンレス鋼。
（５）Ｔｉ：０．１０％以下、Ｎｂ：０．１０％以下、Ｖ：０．１０％以下、Ｗ：０．１０％以下の中から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）に記載のオーステナイト系快削ステンレス鋼である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る成分組成の限定理由を説明する。
Ｃ：０．１０％以下
Ｃは、固溶して強度を高める作用がある。しかし、０．１０％を超えると強度過大で、冷間鍛造性および被削性が悪化するので、その上限を０．１０％とした。
Ｓｉ：０．２０〜１．００％
Ｓｉは、脱酸元素として有用な元素であり、酸化物を低融点化し軟化させる。しかし、０．２０％未満では酸化物の低融点化に不十分で、また、１．００％を超えるとフェライトが生成し熱間加工性が悪化することから、その範囲を０．２０〜１．００％とした。
【００１６】
Ｍｎ：０．５０〜２．００％
Ｍｎは、脱酸元素および硫化物生成元素として有用な元素である。しかし、０．５０％未満では硫化物中のＣｒ濃度が増大して被削性が悪化する。また、２．００％を超えると耐食性が悪化することから、その範囲を０．５０〜２．００％とした。
Ｓ：０．０５０〜０．３００％
Ｓは、快削元素で被削性を改善する効果が大きい。しかし、０．０５０％未満では効果が不十分である。また、０．３００％を超えると熱間加工性が悪化するため、その範囲を０．０５０〜０．３００％とした。
【００１７】
Ｎｉ：１０．００〜１５．００％
Ｎｉは、強力な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の基本元素である。しかし、１０．００％未満ではフェライトが生成して熱間加工性が悪化する。また、１５．００％を超えると被削性が悪化する。従って、その範囲を１０．００〜１５．００％とした。
Ｃｒ：１４．００〜１８．００％
Ｃｒは、強力なフェライト生成元素であると同時に保護性の酸化皮膜を生成し耐食性を付与する基本元素である。しかし、１４．００％未満では耐食性が不十分である。また、１８．００％を超えるとフェライトが生じて熱間加工性が悪化することから、その範囲を１４．００〜１８．００％とした。
【００１８】
Ｍｏ：１．００〜３．００％
Ｍｏは、Ｃｒの酸化保護皮膜を強固にし耐食性を著しく改善する効果がある。しかし、１．００％未満では耐食性確保に不十分である。また、３．００％を超えると再結晶遅滞作用により熱間加工性が劣化する。従って、その範囲を１．００〜３．００％とした。
Ａｌ：０．０２０％以下
Ａｌは、強力な脱酸元素で酸化物の低融点化に必要である。しかし、０．０２０％を超えるとＡｌ２  Ｏ３  リッチな高融点酸化物が生成することから、その上限を０．０２０％とした。
【００１９】
Ｃａ：０．００１０〜０．００８０％
Ｃａは、強力な脱酸元素であり酸化物の低融点化および硫化物の形態制御に極めて有用である。しかし、０．００１０％未満ではその効果が不十分である。また、０．００８０％を超えるとＣａＯリッチの高融点酸化物が生成することから、その上限を０．００８０％とした。
Ｏ：０．００４０〜０．０１２％
Ｏは、硫化物の変形を制御して被削性を改善する作用がある。しかし、０．００４０％未満ではその効果が不十分であり、かつ高融点酸化物が生じ、０．０１２％を超えると効果が飽和する。従って、その範囲を０．００４０〜０．０１２％とした。
【００２０】
Ｃｕ：２．００％以下、Ｎ：０．１０％未満
Ｃｕ，Ｎは、耐食性を改善する元素である。しかし、Ｃｕは２．００％を超えると熱間加工性が悪化する。また、Ｎは０．１０％を超えると強度過大で熱間鍛造性、冷間鍛造性および被削性が悪化することから、それぞれの上限を２．００％、０．１０％とした。
Ｂ：０．０１００％以下、Ｍｇ：０．０１００％以下、ＲＥＭ：０．０１００％以下
Ｂ，Ｍｇ，ＲＥＭは、それぞれ熱間加工性を改善する元素である。しかし、Ｂ，Ｍｇ，ＲＥＭのいずれも０．０１００％を超えるとその効果は飽和することから、上限を０．０１００％とした。
【００２１】
Ｓｅ：０．２０％以下、Ｔｅ：０．１０％以下
Ｓｅ，Ｔｅは、それぞれ被削性を改善する元素である。しかし、Ｓｅは０．２０％、Ｔｅは０．１０％を超えるとその効果は飽和すると共に、熱間加工性も悪化することから、それぞれを上限とした。
Ｔｉ：０．１０％以下、Ｎｂ：０．１０％以下、Ｖ：０．１０％以下、Ｗ：０．１０％以下
Ｔｉ，Ｎｂ，Ｖ，Ｗは、それぞれ炭窒化物生成により結晶粒成長抑制、耐食性の改善に有効な元素である。しかし、０．１０％を超えると多量の炭窒化物による被削性が悪化することから、それぞれの上限を０．１０％とした。
【００２２】
【実施例】
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溶解炉にて溶製して１００ｋｇの鋼塊とし、鍛伸後、１１００℃−３０ｍｉｎ、水冷の固溶化熱処理を施し、耐食性試験、研磨性試験、熱間鍛造性試験、冷間鍛造性試験および被削性試験を実施した。その結果を表２に示す。耐食性試験としては、φ１２ｍｍ×Ｌ２１ｍｍの試験片を人工汗溶液に４０℃−２４ｈ浸漬し、腐食の有無を観察した。また、人工汗溶液はイオン交換水１０００ｃｍ３  に対して、塩化ナトリウム９．９ｇ、硫化ナトリウム０．８ｇ、尿素１．７ｇ、乳酸１．７ｃｍ３  、蔗糖０．２ｇを加え、水酸化ナトリウム溶液でｐＨ６．５に調整した。さらに、ＣＡＳＳ試験として、上記形状の試験片にＣＡＳＳ試験溶液を５０℃−２４ｈ噴霧し、発錆の有無を観察した。なお、ＣＡＳＳ試験溶液はイオン交換水１０００ｃｍ３  に対して、塩化ナトリウム５０ｇ、塩化銅０．２６ｇを加え、酢酸でｐＨ３．０に調整したものを使用した。
【００２３】
研磨性試験としては、φ１０ｍｍ試験片の円断面をバフ研磨してピット有無等の表面仕上性を目視評価し、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの４段階での（良）〜（悪）評価をした。また、熱間鍛造性試験としては、φ８ｍｍ×Ｌ１００ｍｍの試験片を通電加熱して１２００℃に保持し、５ｃｍ／ｓの引張速度で破断するまで高速引張りした。破断部の絞り値で熱間延性を評価した。また、冷間鍛造性試験としては、φ１４ｍｍ×Ｌ２１ｍｍの試験片を長手方向に圧縮し、割れが生じるまでの圧縮率を限界据込率として評価した。さらに、被削性試験としては、φ２０ｍｍ×Ｌ４０ｍｍの試験片の長手方向に平行に、ドリル穿孔条件：推力４１４Ｎ、周速１８．７ｍ／ｍｉｎ、切削油なしの条件でドリル穿孔し、深さ１０ｍｍ穿孔するのに要する時間で評価した。すなわち、穿孔に要する時間が短いほど被削性が優れていることを示す。
【００２４】
【表１】
2004176078.tif 000002
【００２５】
【表２】
2004176078.tif 000003
【００２６】
表２に示すように、Ｎｏ．１〜１１は本発明例であり、Ｎｏ．１２〜２３は比較例であり、Ｎｏ．２４はＳＵＳ３１６Ｌの例、Ｎｏ．２５はＳＵＳ３１６Ｆの例である。比較例Ｎｏ．１２〜２３の場合はいずれも本発明の成分組成条件から外れた場合であり、比較例Ｎｏ．１２〜１９の場合は研磨性、冷間鍛造性ないしは被削性に劣る。比較例Ｎｏ．２０および２２は耐食性が悪い。比較例Ｎｏ．２１は冷間鍛造性に劣る。比較例Ｎｏ．２３は熱間鍛造性に劣る。さらに、Ｎｏ．２４のＳＵＳ３１６Ｌ、Ｎｏ．２５のＳＵＳ３１６Ｆの場合はそれぞれ被削性および冷間鍛造性に劣る。これに対し、Ｎｏ．１〜１１の本発明例の場合は、いずれの特性にも優れていることが判る。
【００２７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明により、特に腕時計外装部品等の装飾性や成形性が要求される用途に好適な材料として提供できる優れた効果を奏するものである。