(57)【要約】      （修正有）【課題】  良好な被削性を有しつつも、表面仕上粗さ、耐食性及び耐アウトガス性に優れたフェライト系快削ステンレス鋼を提供する。【解決手段】  本フェライト系快削ステンレス鋼では、質量％で、C:0.06％以下、Si:0.05〜1.0％、Mn:2.0%以下、P:0.050%以下、S:0.05〜0.50％、Cu:2.0%以下、Ni:2.0%以下、Cr:9.0〜25.0％、Mo:4.0%以下、Ti:0.065〜2.0%、O:0.0150%以下、N:0.020%以下、Al:0.001〜0.10%を含有し、残部がFe及び不可避不純物からなるとともに、鋼のTi含有量を[Ti]、S含有量を[S]、Mn含有量を[Mn]としたとき、下記(1)式及び(2)式を満たし、且つ、鋼組織中に生成した硫化物のTi含有量をＷTi、Cr含有量をＷCr、Mn含有量をＷMnとしたとき、下記(3)式を満たすことを特徴とする。[Ti]≧1.3×[S]・・・(1)式、[Mn]／[Ti]≦3 ・・・(2)式、(ＷTi＋ＷCr）＞2×ＷMn ・・(3)式【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．０６％以下、Ｓｉ：０．０５〜１．０％、Ｍｎ：２．０％以下、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．０５〜０．５０％、Ｃｕ：２．０％以下、Ｎｉ：２．０％以下、Ｃｒ：９．０〜２５．０％、Ｍｏ：４．０％以下、Ｔｉ：０．０６５〜２．０％、Ｏ：０．０１５０％以下、Ｎ：０．０２０％以下、Ａｌ：０．００１〜０．１００％を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなるとともに、
鋼のＴｉ含有量を［Ｔｉ］、Ｓ含有量を［Ｓ］、Ｍｎ含有量を［Ｍｎ］としたとき、下記（１）式及び（２）式を満たし、且つ、
鋼組織中に生成した硫化物のＴｉ含有量をＷTi、Ｃｒ含有量をＷCr、Ｍｎ含有量をＷMnとしたとき、下記（３）式を満たすことを特徴とする表面仕上粗さ及び耐アウトガス性に優れたフェライト系快削ステンレス鋼。
［Ｔｉ］≧１．３×［Ｓ］・・・（１）式
［Ｍｎ］／［Ｔｉ］≦３ ・・・（２）式
（ＷTi＋ＷCr）＞２×ＷMn ・・（３）式
【請求項２】
請求項１に規定した成分に加え、質量％で、Ｐｂ：０．０１〜０．３０％、Ｓｅ：０．０１〜０．３０％、Ｔｅ：０．１０％以下、Ｂｉ：０．０１〜０．３０％以下のうちのいずれか１種または２種以上を含有することを特徴とする表面仕上粗さ及び耐アウトガス性に優れたフェライト系快削ステンレス鋼。
【請求項３】
請求項１または請求項２の成分に加え、質量％で、Ｃａ：０．０５％以下、Ｍｇ：０．０２％以下、Ｂ：０．０２％以下、ＲＥＭ：０．０２％以下、Ｖ：０．５０％以下、Ｎｂ：０．５０％以下、Ｗ：２．０％以下、Ｔａ：０．５０％以下のうちのいずれか１種または２種以上を含有する特徴とする表面仕上粗さ及び耐アウトガス性に優れたフェライト系快削ステンレス鋼。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面仕上粗さ及び耐アウトガス性に優れたフェライト系快削ステンレス鋼に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、コンピュータやその周辺機器、あるいはその他の弱電製品のメンテナンスフリー化を図るため、比較的安価に高耐食性が得られるフェライト系ステンレス鋼が部品素材として広く用いられている。特に、寸法精度確保のため精密な仕上加工が要求される部品や加工代の大きい複雑形状の部品は被削性の向上が重視されるので、快削性付与元素の含有量は増やされる傾向にあり、また、これらの元素を単独ではなく複合添加して用いることも行われている。
【０００３】
被削性付与元素としては、Ｓ、Ｐｂ、Ｓｅ、Ｂｉ、Ｔｅ、Ｃａなどが知られている。このうち、Ｐｂは、環境保護に対する関心が地球規模で高まりつつある近年では次第に敬遠されるようになっており、その使用を制限する機器や部品も多くなりつつある。そこで、Ｓを被削性向上元素の主体として用いた材料が、代替材料として考えられている（特許文献１〜特許文献４）。これらは、主にＭｎＳ等のＭｎ系硫化物を生成させ、硫化物に対する切屑形成時の応力集中効果や、工具と切屑間の潤滑作用により被削性や研削性を高めるようにしている。
【０００４】
【特許文献１】特開昭５６−１６６５３号公報
【特許文献２】特開昭６２−２５８９５５号公報
【特許文献３】特開昭５４−１７５６７号公報
【特許文献４】特開平１０−４６２９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ＭｎＳ系の硫化物を生成させた場合、合金の耐食性、耐アウトガス性を劣化させる原因となる。耐アウトガス性が劣化するとは、大気中に暴露した場合に、合金材料中に含有されているＳ成分が硫黄含有ガスとなって放出され、部品周辺回路の腐食を引き起こしやすくなることをいう。そのような硫黄含有ガスは、密封状態で使用されることが多いコンピュータ周辺機器、例えばハードディスクドライブ（ＨＤＤ）などの構成部品においては、特に問題となりやすい。
【０００６】
本発明の課題は、良好な被削性を有しつつも、表面仕上粗さ、耐食性及び耐アウトガス性に優れたフェライト系快削ステンレス鋼を提供することにある。
【課題を解決するための手段・発明の効果】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明のフェライト系快削ステンレス鋼では、
質量％で、Ｃ：０．０６％以下、Ｓｉ：０．０５〜１．０％、Ｍｎ：２．０％以下、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．０５〜０．５０％、Ｃｕ：２．０％以下、Ｎｉ：２．０％以下、Ｃｒ：９．０〜２５．０％、Ｍｏ：４．０％以下、Ｔｉ：０．０６５〜２．０％、Ｏ：０．０１５０％以下、Ｎ：０．０２０％以下、Ａｌ：０．００１〜０．１００％を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなるとともに、
鋼のＴｉ含有量を［Ｔｉ］、Ｓ含有量を［Ｓ］、Ｍｎ含有量を［Ｍｎ］としたとき、下記（１）式及び（２）式を満たし、且つ、
鋼組織中に生成した硫化物のＴｉ含有量をＷTi、Ｃｒ含有量をＷCr、Ｍｎ含有量をＷMnとしたとき、下記（３）式を満たすことを特徴とする。
［Ｔｉ］≧１．３×［Ｓ］・・・（１）式
［Ｍｎ］／［Ｔｉ］≦３ ・・・（２）式
（ＷTi＋ＷCr）＞２×ＷMn ・・（３）式
【０００８】
通常、Ｓは鋼材の成分であるＭｎと硫化物を形成しやすい。しかし、上述のように、Ｍｎ系硫化物は合金の耐食性や耐アウトガス性を劣化させる原因となってしまう。そこで、本発明ではＴｉの添加により、Ｍｎ系硫化物ではなく、ＴｉＳ等のＴｉ系硫化物を鋼組織中に生成させることで、耐食性や耐アウトガス性を向上させている。また、Ｔｉ系硫化物は球状の形態をとり、微細に分散するため、本発明のフェライト系快削ステンレス鋼は、良好な被削性を有し、さらに介在物の脱落性、特に精密切削加工における表面仕上げ粗さに優れる。また、硫化物がＣｒを含む場合にも同様の効果が得られる。なお、本明細書において、“Ａ”系硫化物とは、Ｓと結合する成分のうち最も質量含有率の高い成分（元素）が“Ａ”である硫化物を指す。すなわち、Ｔｉ系硫化物では、他元素（Ｍｎ等）と比べてより多くのＴｉがＳと結合している。
【０００９】
次に、本発明の請求範囲の限定理由を述べる。
Ｃ（炭素）：０．０６％以下
Ｃは、含有量が過大となると、単体の炭化物を多量に生成して被削性向上を阻害してしまうため、上限を０．０６％とする。ただし、Ｃ含有量は、他の被削性を向上させる化合物の構成元素の量に応じて適正量が添加されなければならず、望ましい範囲としては０．０３％以下である。更に望ましくは０．０１５％以下とする。
【００１０】
Ｓｉ（ケイ素）：０．０５〜１．０％
Ｓｉは、鋼の脱酸剤として添加する。その効果を得るためには０．０５％以上を必要とする。しかし、含有量が過大となると固溶化熱処理後の硬さが高くなり、冷間加工性に不利になるばかりでなく、δ−フェライトの形成量を増し、鋼の熱間加工性を劣化させるため、上限を１．０％とする。熱間加工性を重視する望ましい範囲としては０．０５〜０．５％である。
【００１１】
Ｍｎ（マンガン）：２．０％以下
Ｍｎは、鋼の脱酸剤として作用するほか、Ｍｎ系硫化物（ＭｎＳ）を生成し、被削性を向上させる効果がある。しかし、Ｍｎ系硫化物（ＭｎＳ）は耐食性を劣化させるので、上限は２．０％とする。特に耐食性を重視する場合は、１．０％以下にする。更に望ましくは０．５％以下とする。
【００１２】
Ｐ（リン）：０．０５０％以下
Ｐは、粒界に偏析し、粒界腐食感受性を高めるほか、靭性の低下を招くため低いほうが望ましいが、必要以上の低減はコストの上昇を招くため、０．０５０％以下とする。望ましくは０．０３０％以下とするのがよい。
【００１３】
Ｓ（硫黄）：０．０５〜０．５０％
Ｓは、被削性を向上させる硫化物の構成元素であり、その効果を得るためには０．０５％が必要である。しかし、含有量が過大となると熱間加工性を低下させることから、上限を０．５０％とする。被削性の向上と熱間加工性の低下とのバランスにより望ましくは０．１５〜０．４０％とする。
【００１４】
Ｃｕ（銅）：２．０％以下
Ｃｕは、耐食性、とくに還元性酸環境中での耐食性を向上させるのに有効であることから必要に応じて添加してもよい。しかし、過剰な添加は、熱間加工性を劣化させることから上限を２．０％とする。望ましくは１．０％以下とする
【００１５】
Ｎｉ（ニッケル）：２．０％以下
Ｃｒ含有のみでは十分でない耐食性を補填するため必要な元素である。ただし、過剰な添加はコストが上昇してしまうため上限を２．０％とする。また、十分な耐食性と配合コストとの兼ね合いから望ましくは１．０％以下とする。
【００１６】
Ｃｒ（クロム）：９．０〜２５．０％
Ｃｒは、耐食性を向上させる元素であり、その効果を得るためには９．０％以上を添加する。一方、含有量が過大となると、コストがかかるだけでなく熱間加工性が低下するので、上限を２５．０％とする。また、十分な耐食性と配合コストとの兼ね合いから望ましくは１３．０〜２１．０％とするのがよい。
【００１７】
Ｍｏ（モリブデン）：４．０％以下
Ｍｏは、耐食性や強度をより向上することができるため、過剰な添加は熱間加工性を害するほか、コストの上昇を招くため、上限を４．０％とする。コストの上昇を考慮して望ましくは１．５％以下とする。
【００１８】
Ｔｉ（チタン）：０．０６５〜２．０％
Ｔｉは被削性を向上させるＴｉ系硫化物を生成するために必要な元素であり、その効果を得るには０．０６５％以上が必要である。一方、含有量が過大となるとコストを上昇させることから、上限を２．０％とする。また、より十分な被削性を得るために望ましくは０．０７５〜２．０％とするのがよい。
【００１９】
Ｏ（酸素）：０．０１５０％以下
Ｏは、被削性を向上させるのに有効な化合物の構成元素であるＴｉと結合し、被削性の向上に寄与しない酸化物を形成することから、上限を０．０１５０％とする。製造コストとの兼ね合い及びＴｉ系硫化物の形成に必要な有効Ｔｉ量を確保するため、望ましくは０．００８０％以下、さらに望ましくは０．００５０％とするのがよい。
【００２０】
Ｎ（窒素）：０．０２０％以下
Ｎは、被削性を向上させるのに有効な化合物の構成元素であるＴｉと結合し、被削性の向上に寄与しない窒化物を形成することから、上限を０．０２０％とする。製造コストとの兼ね合い及びＴｉ系硫化物形成の形成に必要な有効Ｔｉ量を確保するため、望ましくは０．０１０％以下、さらに望ましくは０．００６％以下とするのがよい。
【００２１】
Ａｌ（アルミニウム）：０．００１〜０．１００％
Ａｌは、鋼の脱酸剤として添加するが、含有量が過大となると被削性に有害な酸化物が構成されることから上限を０．１００％とする。望ましくは０．０５０％以下である。
【００２２】
［Ｔｉ］≧１．３×［Ｓ］・・・（１）式
耐食性及び耐アウトガス性を劣化させるＭｎ系硫化物（ＭｎＳ）の生成を抑制し、また鋼組織中のＳを全てＴｉに固定するために、Ｔｉ含有量を、Ｓ含有量の１．３倍以上とする。さらに望ましくは、［Ｔｉ］≧１．５×［Ｓ］、すなわちＴｉ含有量を、Ｓ含有量の１．５倍以上とするのがよい。なお、［  ］は、鋼中の成分含有量を指す。
【００２３】
［Ｍｎ］／［Ｔｉ］≦３ ・・・（２）式
耐食性及び耐アウトガス性を劣化させるＭｎ系硫化物（ＭｎＳ）の生成を抑制し、Ｔｉ系硫化物を生成させるために（硫化物中のＭｎ含有量を下げ、Ｔｉ含有量を上げるために）、Ｍｎ含有量を、Ｔｉ含有量の３倍以下とする。
【００２４】
（ＷTi＋ＷCr）＞２×ＷMn・・・（３）式
鋼の耐食性及び耐アウトガス性を良好とするためには、硫化物中において、Ｔｉ含有量とＣｒ含有量の合計が、Ｍｎ含有量の２倍を超えることが好ましい。なお、“Ｗ”は硫化物中の成分含有量を指す。
【００２５】
次に、本発明のフェライト系快削ステンレス鋼では、請求項１に規定した成分に加え、質量％で、Ｐｂ：０．０１〜０．３０％、Ｓｅ：０．０１〜０．３０％、Ｔｅ：０．１０％以下、Ｂｉ：０．０１〜０．３０％のうちのいずれか１種または２種以上を含有させることができる。
【００２６】
Ｐｂ（鉛）、Ｓｅ（セレン）、Ｔｅ（テルル）、Ｂｉ（ビスマス）は被削性をさらに向上させることが可能なため、必要に応じて添加することができる。ただし、過剰な添加は、熱間加工性を低下させるため、それぞれの上限をＰｂ：０．３％、Ｓｅ：０．３０％、Ｔｅ：０．１０％、Ｂｉ：０．３０％とする。なお、被削性の向上効果を十分に得るためには、各成分はそれぞれ０．０１％以上添加することが望ましい。
【００２７】
次に、本発明のフェライト系ステンレス鋼では、請求項１または請求項２の成分に加え、質量％で、Ｃａ：０．０５％以下、Ｍｇ：０．０２％以下、Ｂ：０．０２％以下、ＲＥＭ：０．０２％以下、Ｖ：０．５０％以下、Ｎｂ：０．５０％以下、Ｗ：２．０％以下、Ｔａ：０．５０％以下のうちのいずれか１種または２種以上を含有させることができる。
【００２８】
Ｃａ（カルシウム）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｂ（ホウ素）、ＲＥＭ（希土類元素のうちの１種または２種以上）は、鋼の熱間加工性を向上させることが可能なため、必要に応じて添加することができる。ただし、過剰な添加は効果が飽和し、逆に熱間加工性を低下させることから、それぞれの上限をＣａ：０．０５％、Ｍｇ：０．０２％、Ｂ：０．０２％、ＲＥＭ：０．０２％とする。
【００２９】
Ｗ（タングステン）は、耐食性や強度をより向上させることができるため、必要に応じて添加することができる。ただし、過剰な添加は熱間加工性を害するほか、コストの上昇を招くため、上限を２．０％とする。
【００３０】
Ｎｂ（ニオブ）、Ｖ（バナジウム）、Ｔａ（タンタル）は、炭窒化物を形成して鋼の結晶粒を微細化し、靭性を高める効果があるため、それぞれ０．５０％以下の範囲で添加することができる。
【実施例】
【００３１】
本発明の効果を確認するために、以下の実験を行った。
まず、表１に示した成分組成の鋼種を各々５０ｋｇ鋼塊を高周波誘導炉にて溶製したのち冷却してインゴットを作成した。各インゴットを１０５０〜１１００℃に加熱し、熱間鍛造により２０ｍｍの丸棒に加工した。それら丸棒をさらに８００℃で１時間加熱した後空冷（焼きなまし処理）し、各試験に供した。各試験結果を表１中に示す。
【００３２】
【表１】
2005139531.tif 000002
【００３３】
（１）被削性評価
被削性評価は切削加工後のワーク外径変寸量、仕上げ面粗さ、切屑形状により評価した。
切削加工は下記の条件で超硬コーティングバイトを用いて周速１００ｍｍ/ｍｉｎ、一回転あたりの切込み量０．１０ｍｍ、一回転あたりの送り量０．０１ｍｍ/ｒｅｖで不水溶性油による湿式にて切削加工を実施した。切削加工はサンプル５０個に対して行い、その試験片の切削加工後の外径及び表面工具刃先摩耗を測定した。
外径変寸量は初期ワークからの変寸量である。変寸量の判定基準は、横逃げ面摩耗が５０μｍ未満の場合を「小」、５０μｍ以上１００μｍ以下の場合を「中」、１００μｍを超える場合を「大」とした。
仕上げ面粗さはＪＩＳ−Ｂ０６０１に規定されている方法で測定した加工後のワーク表面の算術平均粗さ(Ｒａ：μｍ)である。
さらに切屑形状を目視観察し、切屑が１０ｍｍ程度以下である破砕性が良好のものを「良」、それ以外の破砕性が悪く繋がった状態のものは「劣」として表した。
【００３４】
（２）耐食性
耐食性評価試験は湿潤試験によって行った。試験片としては直径１０ｍｍ、高さ５０ｍｍの円柱形状のものを用い、表面をエメリー紙により番手＃４００まで研磨加工し、脱脂洗浄した後、これら各試料を温度５０℃、湿度９８％ＲＨの高温多湿雰囲気中に９８ｈ保存して、目視での外観判定により発錆の有無を見た。
【００３５】
（３）耐アウトガス性、
耐アウトガス性の評価は、Ｓの発生量を規定することによって行った。具体的には、寸法が、縦が１５ｍｍ、横が３ｍｍ、厚さが２５ｍｍの直方体形状で、かつ、全面を番手＃４００のエメリーペーパーによって研磨加工した試験片を用いる。そして、容積が２５０ｃｃの密閉容器中に、前記試験片と銀箔（寸法：縦０．１ｍｍ、横５ｍｍ、厚さ１０ｍｍ、純度：９９．９％以上）と０．５ｃｃの純水をいれ、その容器内の温度を８５℃に維持しつつ２０時間保持させた。銀箔は、Ｓを含有したガスが発生したときのゲッターとして働き、吸着したＳ成分が多くなると、硫化銀の生成により銀箔表面が黒変する。そこで、銀箔表面の変色を目視にて確認し、変色が無かったものを「Ａ」、やや変色したものを「Ｂ」、明らかに変色したものを「Ｃ」として３段階で評価し、ＡないしＢの判定結果が得られたものを耐アウトガス性において良好であるとした。
【００３６】
表１の試験結果によると、本発明に係る発明鋼はいずれも、良好な被削性及び表面粗さを有するとともに、耐食性及び耐アウトガス性に優れていることがわかる。
【００３７】
次に、発明鋼及び比較鋼の一部に対し、電子線プローブ微小分析（ＥＰＭＡ）法により、鋼組織中に生成した硫化物の組成分析を行った。分析結果を表２に示す。これによると発明鋼では、硫化物の組成が（３）式を満たしており、Ｔｉ含有率の高い硫化物であることがわかる。これに対し、鋼の組成が（１），（２）式を満たさない比較鋼４、（１）式を満たさない比較鋼７では、硫化物中にＴｉとＭｎが同程度含有されており、硫化物の組成が（３）式を満たさない。このような硫化物を有する比較鋼４及び７は、表１から明らかなように、耐食性及び耐アウトガス性が劣るものとなっている。
［Ｔｉ］≧１．３×［Ｓ］・・・（１）式
［Ｍｎ］／［Ｔｉ］≦３ ・・・（２）式
（ＷTi＋ＷCr）＞２×ＷMn ・・（３）式
【００３８】
【表２】
2005139531.tif 000003
【手続補正書】
【提出日】平成16年10月5日(2004.10.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
次に、本発明の請求範囲の限定理由を述べる。
Ｃ（炭素）：０．０６％以下
Ｃは、含有量が過大となると、単体の炭化物を多量に生成して被削性向上を阻害してしまうため、上限を０．０６％とする。望ましい範囲としては０．０３％以下である。更に望ましくは０．０１５％以下とする。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
Ｓｉ（ケイ素）：０．０５〜１．０％
Ｓｉは、鋼の脱酸剤として添加する。その効果を得るためには０．０５％以上を必要とする。しかし、含有量が過大となると、鋼の熱間加工性を劣化させるため、上限を１．０％とする。熱間加工性を重視する望ましい範囲としては０．０５〜０．５％である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
Ｐ（リン）：０．０５０％以下
Ｐは、粒界に偏析し、粒界腐食感受性を高めるほか、靭性の低下を招くため低いほうが望ましく、０．０５０％以下とする。望ましくは０．０３０％以下とするのがよい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
Ｍｏ（モリブデン）：４．０％以下
Ｍｏは、耐食性や強度をより向上することができるが、過剰な添加は熱間加工性を害するほか、コストの上昇を招くため、上限を４．０％とする。コストの上昇を考慮して望ましくは１．５％以下とする。