(57)【要約】【課題】精密機器であるＨＤＤ部品等に使用されるアウトガス特性に優れた非Ｐｂ快削ステンレス鋼を提供する。【解決手段】質量％で、Ｃ：０．０５％以下、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：０．５％以下、Ｃｒ：１５〜２５％、Ｓ：０．０５〜０．４０％、Ｂ：０．０１〜０．１０％、Ｎ：０．０２〜０．１０％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、Ｍｎ／Ｓ比が２以下であることを特徴とするアウトガス特性に優れた非Ｐｂ快削ステンレス鋼。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ：０．０５％以下、
Ｓｉ：１．０％以下、
Ｍｎ：０．５％以下、
Ｃｒ：１５〜２５％、
Ｓ：０．０５〜０．４０％、
Ｂ：０．０１〜０．１０％、
Ｎ：０．０２〜０．１０％、
残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、Ｍｎ／Ｓ比が２以下であることを特徴とするアウトガス特性に優れた非Ｐｂ快削ステンレス鋼。
【請求項２】
請求項１に加えて、
Ｏ：０．００１〜０．０５０％、
Ｃａ：０．００１〜０．０１０％、
の１種または２種を含有させたことを特徴とするアウトガス特性に優れた非Ｐｂ快削ステンレス鋼。
【請求項３】
請求項１または２に加えて、
Ｎｉ：１％以下、
Ｍｏ：２％以下、
Ｃｕ：１％以下、
Ｔｉ：０．０３％以下、
Ｖ：０．０３％以下、
Ｎｂ：０．０３％以下、
Ｗ：０．０３％以下、
の１種または２種以上を含有させたことを特徴とするアウトガス特性に優れた非Ｐｂ快削ステンレス鋼。
【請求項４】
請求項１〜３に加えて、
Ａｌ：０．００１〜０．１００％、
Ｍｇ：０．００１〜０．０１０％、
ＲＥＭ：０．００１〜０．０１０％、
の１種または２種以上を含有させたことを特徴とするアウトガス特性に優れた非Ｐｂ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、精密機器であるＨＤＤ部品等に使用されるアウトガス特性に優れた非Ｐｂ快削ステンレス鋼に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＨＤＤのスピンドルモーターハブ、スリーブ、シャフト、スペーサ、ヘッドクランプ等の部品は精密作動性が必要なことから、構成部品にも高い寸法精度が要求されている。これらの部品は切削加工で成型されるため、安定した寸法精度と生産性を確保するために、その素材には快削性が求められる。しかも、錆等のコンタミネーションを嫌い、材料からのＳガス（アウトガス）を抑制するために、低Ｍｎ化して硫化物の耐食性を高めたＳ快削ステンレス鋼が多用されている。これは、低Ｍｎ化により硫化物中のＣｒ濃度を高めて（Ｃｒ，Ｍｎ）Ｓとして硫化物自体の耐食性を向上させ、Ｓガスの発生（アウトガス）を抑えるためである。
【０００３】
しかしながら、（Ｃｒ，Ｍｎ）Ｓは通常のＭｎＳと比較して硬さが高く、被削性改善に及ぼす効果はやや小さい。この欠点を補うため、Ｓに加えて快削元素であるＰｂやＴｅまたはＳｅを含有した被削性改善鋼が使用されている。一方、近年の環境意識の高まりにより、有害物質の使用を削減する動きが強まっており、快削ステンレス鋼においてもＰｂやＴｅまたはＳｅのような有害物質の添加なく被削性を改善する方法が望まれているが、高い寸法精度を必要とする本用途にはこれらを使用せずに快削性を付与する合理的な方法は知られていなかった。
【０００４】
以上のように、アウトガスを抑制した快削ステンレス鋼の被削性を改善することが課題になっていた。アウトガス特性に優れた快削ステンレス鋼の一つとして、例えば特開平１０−２３７６０３号公報（特許文献１）が開示されている。この発明は、Ｓ＋Ｓｅの添加により、被削性の改善を図ったものである。しかしながら、Ｓｅは有害物質であるうえ、アウトガス特性改善のため低Ｍｎ化して組成制御された（Ｍｎ，Ｃｒ）（Ｓ，Ｓｅ）がＭｎ（Ｓ，Ｓｅ）より快削性に劣る点について特段の対策を講じていない。
【０００５】
また、特開２００１−９８３５２号公報（特許文献２）が開示されている。この発明は、低Ｍｎ化して組成制御された（Ｃｒ，Ｍｎ）Ｓの形状を、Ｏの添加によって被削性に好適な形状に保っている。しかしながら、Ｏを高める方法は、同時に硬質酸化物の多量生成にため、逆に被削性を減じる危険性も含んでいる。さらに、特開２００２−３８２３８号公報（特許文献３）が開示されている。この発明は、ＣとＳまたはＳｅを含有する（Ｔｉ，Ｚｒ）系化合物により被削性を向上させたとしている。しかしながら、この化合物は、（Ｃｒ，Ｍｎ）Ｓと比較しても被削性改善に対する寄与は小さい。
【０００６】
【引用文献】
（１）特許文献１（特開平１０−２３７６０３号公報）
（２）特許文献２（特開２００１−９８３５２号公報）
（３）特許文献３（特開２００２−３８２３８号公報）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このように、アウトガスを嫌い、かつ快削性が求められる快削ステンレス鋼として、低Ｍｎ化して硫化物組成を制御したり、別種の化合物を利用したりする方法が開示されているものの、有害物質を使用せずにさらなる快削性を追求するための有効な方法は知られていない。本発明は、このような問題を鑑みて、優れたアウトガス特性と被削性の両者を具備した快削ステンレス鋼を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述したような問題を解消するために発明者らは鋭意開発を進めた結果、質量％で、Ｂを０．０１〜０．１０％、Ｎを０．０２〜０．１０％添加することにより、ＢＮ（ボロンナイトライド）が生成し、このＢＮと硫化物の複合効果により飛躍的に被削性が改善することを見出した。ＢＮの役割は、切削加工時のマトリックス−硫化物間の亀裂発生を助長して工具摩耗の減少や切削処理性の改善をもたらすことにあると考えられる。
【０００９】
その発明の要旨とするところは、
（１）質量％で、Ｃ：０．０５％以下、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：０．５％以下、Ｃｒ：１５〜２５％、Ｓ：０．０５〜０．４０％、Ｂ：０．０１〜０．１０％、Ｎ：０．０２〜０．１０％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、Ｍｎ／Ｓ比が２以下であることを特徴とするアウトガス特性に優れた非Ｐｂ快削ステンレス鋼。
（２）前記（１）に加えて、Ｏ：０．００１〜０．０５０％、Ｃａ：０．００１〜０．０１０％、の１種または２種を含有させたことを特徴とするアウトガス特性に優れた非Ｐｂ快削ステンレス鋼。
【００１０】
（３）前記（１）または（２）に加えて、Ｎｉ：１％以下、Ｍｏ：２％以下、Ｃｕ：１％以下、Ｔｉ：０．０３％以下、Ｖ：０．０３％以下、Ｎｂ：０．０３％以下、Ｗ：０．０３％以下、の１種または２種以上を含有させたことを特徴とするアウトガス特性に優れた非Ｐｂ快削ステンレス鋼。
（４）前記（１）〜（３）に加えて、Ａｌ：０．００１〜０．１００％、Ｍｇ：０．００１〜０．０１０％、ＲＥＭ：０．００１〜０．０１０％、の１種または２種以上を含有させたことを特徴とするアウトガス特性に優れた非Ｐｂ快削ステンレス鋼である。
【００１１】
【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について述べる。
Ｃ：０．０５％以下
Ｃは、強度を上げる重要な元素であるが、しかし、多すぎると耐食性を悪化させるので、その上限を０．０５％とした。
Ｓｉ：１．０％以下
Ｓｉは、製鋼時脱酸剤として有用であり、鋼材の強度を高める効果がある。しかし、多すぎると焼なまし硬さを大きくし加工性を阻害することから、上限を１．０％とした。
【００１２】
Ｍｎ：０．５％以下
Ｍｎは、脱酸剤として有用であり、硫化物を形成する主要元素でもある。しかし、多すぎると硫化物中のＭｎ濃度が増加しアウトガス特性および耐食性を悪化させるので、上限を０．５％とした。
Ｓ：０．０５〜０．４０％
Ｓは、硫化物を形成し被削性向上に極めて効果が大きい。０．０５％未満ではその効果が薄く、多すぎると被削性改善効果が飽和し、かつ熱間加工性を悪化させるので、その上限を０．４０％とした。
【００１３】
Ｃｒ：１５〜２５％
Ｃｒは、ステンレス鋼の基本的な元素で酸化皮膜を形成し耐食性を付与する。従って、少ないと十分な耐食性皮膜を形成できず、多いと焼なまし硬さを上げるとともに靭性を低下させるので、その範囲を１５〜２５％とした。
Ｂ：０．０１〜０．１０％
Ｂは、本発明の最大の特徴であり、Ｎと反応しＢＮが硫化物等を核として生成し、これらの複合効果で被削性が改善される。しかし、０．０１％未満では十分なＢＮが生成しない。また、多すぎると熱間加工性を悪化させるので、その上限を０．１０％とした。
【００１４】
Ｎ：０．０２〜０．１０％
Ｎは、上記したＢと反応しＢＮとなり、被削性を改善する。しかし、０．０２％未満では十分なＢＮが生成しない。また、過大な添加は鋼塊中に欠陥を生じさせるので、その上限を０．１０％とした。
Ｏ：０．００１〜０．０５０％
Ｏは、硫化物の熱間延性を下げて被削性を改善する。また、多すぎると被削性改善効果が飽和し、酸化物量が増加して逆に被削性を低下させる。従って、その範囲を０．００１〜０．０５０％とした。
【００１５】
Ｃａ：０．００１〜０．０１０％
Ｃａは、強力な脱酸元素であり、その酸化物は被削性を改善する。しかし、多すぎると硬質酸化物が生成して被削性低下をもたらす。従って、その範囲を０．００１〜０．０１０％とした。
Ｎｉ：１％以下
Ｎｉは、非酸化性酸に対する耐食性を改善する効果を有する。しかし、多量の添加は焼なまし硬さを上昇させるため、その上限を１％とした。
【００１６】
Ｍｏ：２％以下
Ｍｏは、耐食性を向上させる元素である。しかし、多すぎると脆化相を析出し耐食性、機械的性質を低下させるので、その上限を２％とした。
Ｃｕ：１％以下
Ｃｕは、耐食性改善、冷間加工性改善の効果がある。しかし、過剰添加は熱間加工性を悪化させるので、その上限を１％とした。
【００１７】
Ｔｉ：０．０３％以下
Ｔｉは、Ｔｉ炭窒化物形成により耐食性改善に有効だが、しかし、多すぎると脆化を起こすので、その上限を０．０３％とした。
Ｖ：０．０３％以下
Ｖは、炭窒化物を生成し、耐食性を向上させるに有効である。しかし、多すぎると熱間加工性を低下させるので、その上限を０．０３％とした。
【００１８】
Ｎｂ：０．０３％以下
Ｎｂは、強力な炭窒化物生成元素でＮｂ炭窒化物を形成し、Ｃｒ炭化物の生成を抑制し、耐食性を向上させる。しかし、多すぎると熱間加工性を悪化させるので、その上限を０．０３％とした。
Ｗ：０．０３％以下
Ｗは、強力な炭窒化物生成元素でＷ炭窒化物を形成し、耐食性を向上させる。しかし、多すぎると熱間加工性を悪化させるので、その上限を０．０３％とした。
【００１９】
Ａｌ：０．００１〜０．１００％
Ａｌは、脱酸、脱窒元素であり、熱間延伸性を改善する元素である。０．００１％以下ではその効果が小さく、多すぎると二次酸化の危険が増すため、その範囲を０．００１〜０．１００％とした。
Ｍｇ：０．００１〜０．１００％
Ｍｇも、熱間加工性を改善する元素である。しかし、０．００１％未満ではその効果は少なく、多いと硬質酸化物が被削性を悪化させる。従って、その範囲を０．００１〜０．１００％とした。
【００２０】
ＲＥＭ：０．００１〜０．１００％
ＲＥＭも、熱間加工性を改善する元素である。しかし、０．００１％未満ではその効果は少なく、多いと硬質非延性酸化物が被削性を悪化させる。従って、その範囲を０．００１〜０．１００％とした。
Ｍｎ／Ｓ比：２以下
Ｓを添加した快削ステンレス鋼のアウトガス特性は、Ｍｎ／Ｓ比で決定される。Ｍｎ／Ｓ比が低いほど、硫化物中のＣｒ量が増加し、アウトガス特性が向上する。Ｍｎ／Ｓ比が２を超えると、顕著なアウトガスが認められることから、その上限を２とした。
【００２１】
本発明の最大の特徴は、通常のフェライト系快削ステンレス鋼の一般的な範囲を超えたＢおよびＮを添加することにより、ＢＮを生成させて被削性を飛躍的に改善することである。しかし、Ｂ，Ｎのいずれかが本発明の範囲よりも少ないと被削性改善に十分なＢＮが生成しない。
【００２２】
【実施例】
以下、本発明について実施例をもって具体的に説明する。
真空誘導炉で１００ｋｇ鋼塊を溶製し、表１に示す化学成分を有する鋼を所定の寸法の棒鋼に鍛伸−焼きなまし後、各種試験に供した。
（１）介在物形態観察は、鋼塊鋳込みままにおける介在物形態を観察した。
（２）旋削超硬工具摩耗は、φ６０焼きなまし材について以下の条件で旋削し、１０ｍｉｎ切削後の逃げ面摩耗量を測定した。
工具：超硬Ｐ２０、０．４Ｒ、周速：２００ｍ／ｍｉｎ、切込：１．０ｍｍ、送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ、切削油：なし。
【００２３】
（３）アウトガス試験は、φ１２ｍｍ×Ｌ２１ｍｍの棒状試験片を８０℃の飽和水蒸気下にＡｇ板と共に２０ｈ封入し、Ａｇ板の変色度により硫化水素発生量の多寡を評価した。すなわち、硫化水素アウトガスが多くなるのに従って、Ａｇ板が白色から褐色に変化する。
（４）耐食性については、φ１２ｍｍ×Ｌ２１ｍｍの棒状試験片について、９０％ＲＨで（２０←→７０）℃×２０回のサイクル中に放置し、表面の発銹状態を調査した。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
表１に示すように、Ｎｏ．１〜７は本発明例であり、Ｎｏ．８〜１２は比較例である。また、図１に、本発明例であるＮｏ．１と比較例であるＮｏ．８の鋼塊鋳込みままの介在物形態を示す。この図に示すように、本発明例であるＮｏ．１には硫化物（Ｃｒ，Ｍｎ）Ｓの周囲にＢＮが生成している。比較例のＮｏ．８に生成している介在物は硫化物（Ｃｒ，Ｍｎ）Ｓのみである。Ｎｏ．１〜７の本発明例では被削性、アウトガス性、耐食性のいずれも兼備している。これに対し、比較例であるＮｏ．８、９はＢおよびＮが少ないためにＢＮが生成せず被削性が悪い。Ｎｏ．１０はＮが不足しているためＢＮが生成せず被削性が悪い。Ｎｏ．１１はＭｎ／Ｓが２．２２と高いため、被削性は改善方向にあるが、アウトガス特性、耐食性に劣っている。Ｎｏ．１２はＭｎ／Ｓが３．９８とさらに高いため、被削性は良好であるが、アウトガス特性、耐食性が悪いことが判る。
【００２６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明により優れたアウトガス特性が要求される特にＨＤＤ部品用に、Ｐｂ等の有害物質を使用せずに優れた被削性を有する快削ステンレス鋼を提供することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】鋼塊の介在物形態を示す顕微鏡写真である。
【図１】
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