(57)【要約】【課題】本発明は、冷間鍛造時の工具寿命に優れるＣｕ含有オーステナイト系ステンレス鋼線材を安価に提供する。【解決手段】質量％で、Ｓｉ：０．１〜１％、Ｍｎ：０．５〜６％、Ｎｉ：７〜１６％、Ｃｒ：１５〜１９％、Ｃｕ：１〜３．５％のオーステナイト系ステンレス鋼線材において、更に、Ｃ：０．００１〜０．０３％、Ｎ：０．００１〜０．０３％、Ｂ：０．００１〜０．０１％を含有し、更に、必要に応じて、Ｍｏ：０．１〜２．５％、Ｓ：０．００５〜０．０２５％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物よりなり、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４１の引張強さが５００Ｎ／ｍｍ２以下，ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１の線材長手方向の平均最大高さＲｍａｘ（基準長さ０．８ｍｍ）が５〜２０μｍであることを特徴とする工具寿命に優れる冷間鍛造用Ｃｕ含有オーステナイト系ステンレス鋼線材である。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｓｉ：０．０５〜１％、Ｍｎ：０．５〜６％、Ｎｉ：７〜１６％、Ｃｒ：１５〜１９％、Ｃｕ：１〜３．５％のオーステナイト系ステンレス鋼線材において、更に、Ｃ：０．００１〜０．０３％、Ｎ：０．００１〜０．０３％、Ｂ：０．００１〜０．０１％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物よりなり、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４１の引張強さが５００Ｎ／ｍｍ２以下，ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１の線材長手方向の平均最大高さＲｍａｘ（基準長さ０．８ｍｍ）が５〜２０μｍであることを特徴とする工具寿命に優れる冷間鍛造用Ｃｕ含有オーステナイト系ステンレス鋼線材。
【請求項２】
質量％で、Ｍｏ：０．１〜２．５％を含有することを特徴とする請求項１に記載の工具寿命に優れる冷間鍛造用Ｃｕ含有オーステナイト系ステンレス鋼線材。
【請求項３】
質量％で、Ｓ：０．００５〜０．０２５％を含有することを特徴とする請求項１又は２記載の工具寿命に優れる冷間鍛造用Ｃｕ含有オーステナイト系ステンレス鋼線材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷間鍛造用オーステナイト系ステンレス鋼線材の冷間鍛造時の工具寿命向上に係わり、例えば、冷間鍛造部品として、ねじ，ボルト，ナット等に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
オーステナイト系ステンレス製のねじ，ボルト等は、冷間鍛造により大量に製造されるため、優れた工具寿命が要求される。
【０００３】
従来、ねじ等に冷間加工されるオーステナイト系ステンレス材料として、ＳＵＳ３０４Ｊ３，ＳＵＳ３０５，ＳＵＳＸＭ７等のＮｉやＣｕを多量に添加された材料が使用されているが、最近、特に材料コストを上げないで（安価に）工具寿命を向上させるニーズが強くなってきた。
【０００４】
これまで、工具寿命改善には、Ｎｉ添加量を増やしたＳＵＳ３８４，ＳＵＳ３８５が使用されている。また、Ｍｎ，Ｎｉ，Ｃｕを添加し、Ｃ，Ｎを低減させた軟質化材料も提案されている（特許文献１）。
更に、近年、オーステナイト系ステンレス鋼において、Ｃｕ，Ｂを同時に添加して冷間鍛造性を向上させることが提案されている（特許文献２、特許文献３）。
一方、介在物を制御して、結晶粒径を粗大化して冷間加工性を向上することも提案されている（特許文献４）。
【０００５】
しかしながら、これらの材料は、必ずしも低コストと長工具寿命の両ニーズを満足するものでない。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭６１−１９００４８号公報
【特許文献２】
特開平０７−３１６７４３号公報
【特許文献３】
特開２００３−８２４４４号公報
【特許文献４】
特開２０００−１４４３４０号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、冷間鍛造時の工具寿命に優れるＣｕ含有のオーステナイト系ステンレス鋼線材を安価に提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するために種々検討した結果、ＳＵＳ３０４Ｊ１，ＳＵＳ３０４Ｊ２，ＳＵＳ３０４Ｊ３，ＳＵＳＸＭ７，ＳＵＳ３１６Ｊ１等のＣｕ含有オーステナイト系ステンレス鋼線材マトリックスの強度を低減させるように、Ｃ，Ｎを低減し、更に粒界強度の低減とボライドによる潤滑作用を高めるためＢを適用添加して、且つ、線材の引張強さと線材の表面粗度を適正化させることにより冷間鍛造時の素材の変形抵抗と潤滑作用の両特性を改善して、大幅に工具寿命を向上できるオーステナイト系ステンレス鋼線材を安価に得ることを見いだし、本発明をなしたのである。
【０００９】
すなわち、本発明の要旨とするところは以下の通りである。
（１）質量％で、Ｓｉ：０．０５〜１％、Ｍｎ：０．５〜６％、Ｎｉ：７〜１６％、Ｃｒ：１５〜１９％、Ｃｕ：１．０〜３．５％のオーステナイト系ステンレス鋼線材において、更に、Ｃ：０．００１〜０．０３％、Ｎ：０．００１〜０．０３％、Ｂ：０．００１〜０．０１％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物よりなり、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４１の引張強さが５００Ｎ／ｍｍ２以下，ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１の線材長手方向の平均最大高さＲｍａｘ（基準長さ０．８ｍｍ）が５〜２０μｍであることを特徴とする工具寿命に優れる冷間鍛造用Ｃｕ含有オーステナイト系ステンレス鋼線材である。
（２）質量％で、Ｍｏ：０．１〜２．５％を含有することを特徴とする前記（１）記載の工具寿命に優れる冷間鍛造用Ｃｕ含有オーステナイト系ステンレス鋼線材である。
（３）質量％で、Ｓ：０．００５〜０．０２５％を含有することを特徴とする前記（１）または（２）記載の工具寿命に優れる冷間鍛造用Ｃｕ含有オーステナイト系ステンレス鋼線材である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、先ず、本発明請求項１記載の基本化学組成の限定理由を述べる。
【００１１】
Ｓｉは脱酸のために０．０５％以上添加するが、過剰の添加は強度を高め、工具寿命を劣化させる。そのため、上限を１％に限定する。好ましい範囲は、０．２〜０．５％である。
【００１２】
Ｍｎはオーステナイトを安定化させ、加工硬化を抑制して工具寿命を向上させるために０．５％以上添加する。しかしながら、６％を超えると耐食性を劣化させるばかりか、逆に固溶強化により工具寿命が劣化する。そのため、上限を６％に限定する。好ましい範囲は、０．５〜３％である。
【００１３】
Ｎｉはオーステナイトを安定化させ、加工硬化を抑制して、工具寿命を改善するために７％以上添加する。しかしながら、１６％を超えると経済性に劣る。そのため、上限を１６％にする。好ましい範囲は、８〜１３％である。
【００１４】
Ｃｒは耐食性確保のために１５％以上添加する。しかしながら、１９％を超えて添加すると経済的でないばかりか、固溶強化のため工具寿命が劣化する。そのため、上限を１９％にする。好ましい範囲は、１６〜１８．５％である。
【００１５】
Ｃｕは、マトリックスの加工硬化を抑制し、長工具寿命を得るために、１％以上添加する。しかしながら、３．５％を超えて添加すると、Ｃｕの偏析がひどくなり、熱間製造性が劣化する。そのため、上限を３．５％にする。好ましい範囲は２〜３．３％である。
【００１６】
以上、本発明では、冷間鍛造時の工具寿命の観点からＣｕ含有のオーステナイト系ステンレス鋼を基本化学組成とした。
【００１７】
次に上記の基本化学組成に加えて、とりわけ重要なＣ，Ｎ，Ｂの化学組成の限定理由について述べる。
【００１８】
Ｃはオーステナイトのマトリックスを軟質化（低強度，低加工硬化）し、且つ、Ｂ添加により効果的に粒界強度を低減させて工具寿命を向上させるために０．０３％以下にする。しかしながら、工業的に０．００１％以下にするのは困難なため、下限を０．００１％とする。好ましくは、０．００３％以上、０．０２％未満で本発明の効果が著しい。
【００１９】
Ｎはオーステナイトのマトリックスを軟質化（低強度，低加工硬化）し、且つ、Ｂ添加により効果的に粒界強度を低減させて工具寿命を向上させるために、０．０３％以下にする。しかしながら、工業的に０．００１％以下にするのは困難なため、下限を０．００１％とする。好ましい範囲は、０．００３〜０．０３％である。
【００２０】
Ｂは、上記のＣ，Ｎの粒界偏析を抑制して粒界強度を低減させてマトリックスを軟質化し、更にボライドの潤滑作用により工具寿命を著しく向上させる。そのため、０．００１％以上添加する。しかしながら、０．０１％を超えて添加するとボライドの生成が著しく、硬質化し、逆に工具寿命を劣化させる。そのため、上限を０．０１％にする。好ましい範囲は０．００２〜０．００８％である。
【００２１】
次に、線材の引張強さと表面粗度（平均最大高さＲｍａｘ）の限定理由について述べる。
【００２２】
線材の引張強さは、冷間鍛造時の変形抵抗を低減させ、工具寿命を向上させるために、上記の化学組成に加え、熱処理により５００Ｎ／ｍｍ２以下の場合に飛躍的に工具寿命が向上する。そのため、線材を引張強さが熱処理により５００Ｎ／ｍｍ２以下に調整されたものに限定する。
【００２３】
更に、表面粗さは、潤滑剤の密着性を高め、冷間鍛造時の潤滑作用を高め、工具寿命を改善させるために、線材長手方向の平均最大高さＲｍａｘ（ＪＩＳ  Ｂ０６０１，基準長さ０．８ｍｍ）で５μｍ以上に調整する。しかしながら、平均最大高さＲｍａｘが２０μｍを超えると、冷間鍛造時に肌荒れが生じて逆に工具寿命が低下する。そのため、平均最大高さＲｍａｘの上限を２０μｍに限定した。好ましい範囲は、５μｍ以上、１５μｍ以下の範囲である。
【００２４】
次に請求項２記載の限定理由について述べる。
【００２５】
Ｍｏは、製品の耐食性を向上させるため、必要に応じて０．１％以上添加する。しかしながら、２．５％を超えて添加すると固溶強化のため工具寿命が劣化する。そのため、上限を２．５％にする。好ましい範囲は、０．２％以上、２．０％以下である。
【００２６】
Ｓは、冷間鍛造時後の切削加工性を付与するために、必要に応じて０．００５％以上添加する。しかしながら、０．０２５％以上添加すると、冷間鍛造時に割れが生じる。そのため、上限を０．０２５％に限定した。好ましい範囲は、０．０１％以上、０．０２％以下である。
【００２７】
以上、本発明では、冷間鍛造時の素材の変形抵抗を小さくし、潤滑作用を高めて、工具寿命を著しく高めるために、上記のように線材の成分，材質および表面性状を限定したものである。
【００２８】
【実施例】
以下に本発明の実施例について説明する。
【００２９】
表１に実施例の鋼の化学組成を示す。ＪＩＳに規定される代表的なＣｕ含有の鋼種であるＳＵＳ３０４Ｊ１系（鋼Ａ〜Ｄ），ＳＵＳ３０４Ｊ２系（鋼Ｅ〜Ｈ），ＳＵＳ３０４Ｊ３系（鋼Ｉ〜Ｌ），ＳＵＳＸＭ７系（鋼Ｍ〜Ｐ），ＳＵＳ３１６Ｊ１系（鋼Ｑ〜Ｔ），微量Ｓが添加されたＳＵＳ３０４Ｊ３系（鋼Ｕ〜Ｘ）をベースに本発明の低Ｃ，ＮおよびＢの化学組成の複合効果を確認したものである。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
これらの化学組成の鋼は、１００ｋｇの真空溶解炉にてφ２００ｍｍの鋳片に鋳込み、その後、熱間にてΦ６ｍｍへ線材圧延し、引き続き、酸洗，伸線と表面のシェービング加工（皮剥き）を施し、１０００〜１１００℃で１０〜６０分間の溶体化処理と酸洗仕上げにてφ５．５ｍｍの冷間圧造用の線材に仕上げた。なお、酸洗は、硝沸酸系を主体とした酸液を使用し、常温の短時間の酸洗（Ａ），常温の長時間浸漬の酸洗（Ｂ）および６０℃での酸洗（Ｃ）の３水準で実施した。その後、冷間圧造用の蓚酸系の皮膜を施してφ５．０ｍｍまで伸線加工を施し、冷間鍛造試験にて工具寿命の評価を行った。
【００３２】
線材の引張試験は、溶体化処理・酸洗後のφ５．５ｍｍ線材を用いＪＩＳ  Ｚ２２４１に従い、引張強さを測定した。
線材の表面粗度は、溶体化処理・酸洗後のφ５．５ｍｍ線材を用い、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１に従い、線材長手方向の最大高さＲｍａｘ（基準長さ０．８ｍｍ）を１０箇所測定して、その平均値で評価した。
冷間鍛造時の工具寿命評価は、φ５．０ｍｍ鋼線を冷間鍛造機でマシン油を使用し、φ４．０ｍｍ−長さ２５ｍｍの形状へ前方押出し加工を行い、ダイスの工具寿命を評価した。
【００３３】
実施例の溶体化処理，酸洗条件と引張強さ，表面粗度および工具寿命の評価結果を表２に示す。
【００３４】
【表２】
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【００３５】
本発明例Ｎｏ．１〜６については、Ｂ添加の低Ｃ，ＮのＳＵＳ３０４Ｊ１系，ＳＵＳ３０４Ｊ２系，ＳＵＳ３０４Ｊ３系，ＳＵＳＸＭ７系，ＳＵＳ３１６Ｊ１系，ＳＵＳ３０４Ｊ３系＋Ｓ添加の鋼であって、引張強さが５００Ｎ／ｍｍ２以下，表面粗度（Ｒｍａｘ）が５〜２０μｍの範囲にあるため、冷間鍛造時の工具寿命が飛躍的に優れている。
【００３６】
これに対し、比較例Ｎｏ．１，６，１１，１６，２１，２６では、鋼成分は本発明範囲に入るものの、熱処理条件の選択により引張強さが５００Ｎ／ｍｍ２超と高く、工具寿命に劣っている。
酸洗条件Ａを採用した比較例Ｎｏ．２，７，１２，１７，２２，２７では、鋼成分は本発明範囲に入るものの表面粗度が小さいため、工具寿命に劣っている。逆に、酸洗条件Ｃを採用した比較例Ｎｏ．２８では、鋼成分は本発明範囲に入るものの表面粗度が大き過ぎるため、工具寿命に劣っている。
比較例Ｎｏ．３，８，１３，１８，２３，２９では、Ｂ量が低過ぎるため、工具寿命に劣っている。
比較例Ｎｏ．４，９，１４，１９，２４，３０では、Ｃ量が高く、引張強さが５００Ｎ／ｍｍ２超と高いため、工具寿命に劣っている。
比較例Ｎｏ．５，１０，１５，２０，２５，３１では、Ｎ量が高く、引張強さが５００Ｎ／ｍｍ２超と高いため、工具寿命に劣っている。
【００３７】
以上の結果、Ｃｕ含有オーステナイト系ステンレス鋼線材において、低Ｃ，ＮおよびＢ添加を行い、強度と表面粗度を制御するという従来の技術組み合わせで、冷間鍛造時の工具寿命を著しく向上させるという本発明の優位性は明らかである。
【００３８】
【発明の効果】
本発明により、冷間鍛造時の工具寿命に優れたＣｕ含有オーステナイト系ステンレス鋼線材を安価に提供することが可能であり、産業上、極めて有用である。