(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．０５〜０．６５％、Ｓｉ：０．１０〜１．００％、Ｍｎ：０．１０〜０．４０％、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．０５〜０．３５％、Ｃｕ：０．０２〜０．５０％、Ｎｉ：０．０２〜０．５０％、Ｃｒ：１０．０〜１５．０％、Ｎ：０．０４〜０．２０％、Ｓｅ：０．１０〜０．５０％、Ｏ：０．００４０〜０．０２００％、残部Ｆｅおよび不純物からなることを特徴とする耐アウトガス性および耐食性に優れた快削マルテンサイト系ステンレス鋼。
【請求項２】
Ｍｏ：０超過〜１．００％、Ｗ：０超過〜１．００％のうちの１種または２種を含むことを特徴とする請求項１に記載の耐アウトガス性および耐食性に優れた快削マルテンサイト系ステンレス鋼。
【請求項３】
Ｐｂ：０．０３〜０．２０％、Ｂｉ：０．０３〜０．１５％、Ｔｅ：０．０１〜０．１０％のうちの１種または２種以上を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の耐アウトガス性および耐食性に優れた快削マルテンサイト系ステンレス鋼。
【請求項４】
Ｂ，Ｃａ，Ｍｇ，ＲＥＭのうちの１種または２種以上：０．０００５〜０．０１００％を含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の耐アウトガス性および耐食性に優れた快削マルテンサイト系ステンレス鋼。
【請求項５】
請求項１ないし３のいずれかに記載の鋼を素材として所定形状に加工し、その後酸化性雰囲気に曝す不動態化処理を行うことを特徴とする耐アウトガス性および耐食性に優れたステンレス鋼部品の加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、優れた精密切削仕上げ加工性，硬さおよび耐食性が必要とされ、かつまた、使用中においてＨ2Ｓガスなどの有害なガス放出を抑制する必要性のある機器ないしは部品の素材として利用するのに適した耐アウトガス性および耐食性に優れた快削マルテンサイト系ステンレス鋼に関し、さらにまた、前記快削マルテンサイト系ステンレス鋼よりなる部品の加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＨＤＤ（ハードディスクデバイス）部品をはじめとするコンピュータ部品，プリント基板近接部品などの各種電子機器では、一般に、ＡｇやＣｕの接点などからなる部材をも含めたプリント基板が用いられる。
【０００３】
一方、Ａｇ，Ｃｕなどの金属は硫化しやすく、使用されている部品からＨ2Ｓガスが発生すると硫化されることによって支障が起きる。
【０００４】
したがって、使用中にＨ2Ｓガスが発生しないように鋼中に含まれるＳ含有量を低減することが望まれることとなる。
【０００５】
一方、コンピュータ部品やプリント基板近接部品などの精密機器部品は、極めて高い仕上げ加工精度が求められてきており、かつまた、硬さ（耐摩耗性）および耐食性をも同時に具備することが要求されるようになってきている。
【０００６】
これまで、この種の精密機器部品の素材としてはマルテンサイト系ステンレス鋼が用いられてきたが、ＪＩＳ  ＳＵＳ４１０，ＳＵＳ４２０Ｊ２等の既存のマルテンサイト系ステンレス鋼では、被削性が劣るため十分な仕上げ加工精度を得ることができず、生産性が低くなってしまうという問題があると共に、ＳＵＳ４１６，ＳＵＳ４２０Ｆ等の既存の含Ｓ快削ステンレス鋼では使用中にＨ2Ｓガスを発生することがあって十分な耐アウトガス性を確保することができないという問題が顕在化してきた。
【０００７】
【発明の目的】
本発明は、このような従来の課題にかんがみてなされたものであって、Ｈ2Ｓガス等の有害なガスを発生せず、耐アウトガス性の信頼性が極めて高く、しかも被削性，硬さ（耐摩耗性）および耐食性にも優れたマルテンサイト系ステンレス鋼およびこれを素材とする部品を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る耐アウトガス性、硬さ（耐摩耗性）および耐食性に優れた快削マルテンサイト系ステンレス鋼は、質量％で、Ｃ：０．０５〜０．６５％、Ｓｉ：０．１０〜１．００％、Ｍｎ：０．１０〜０．４０％、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．０５〜０．３５％、Ｃｕ：０．０２〜０．５０％、Ｎｉ：０．０２〜０．５０％、Ｃｒ：１０．０〜１５．０％、Ｎ：０．０４〜０．２０％、Ｓｅ：０．１０〜０．５０％、Ｏ：０．００４０〜０．０２００％、残部Ｆｅおよび不純物からなる合金組成を有することを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る耐アウトガス性、硬さ（耐摩耗性）および耐食性に優れた快削マルテンサイト系ステンレス鋼の実施態様においては、Ｍｏ：０超過〜１．００％、Ｗ：０超過〜１．００％のうちの１種または２種を含むことを特徴とする。
【００１０】
同じく本発明に係る耐アウトガス性、硬さ（耐摩耗性）および耐食性に優れた快削マルテンサイト系ステンレス鋼の別の実施態様においては、Ｐｂ：０．０３〜０．２０％、Ｂｉ：０．０３〜０．１５％、Ｔｅ：０．０１〜０．１０％のうちの１種または２種以上を含むことを特徴とする。
【００１１】
やはり本発明に係る耐アウトガス性、硬さ（耐摩耗性）および耐食性に優れた快削マルテンサイト系ステンレス鋼のさらに別の実施態様においては、Ｂ，Ｃａ，Ｍｇ，ＲＥＭのうちの１種または２種以上：０．０００５〜０．０１００％を含むことを特徴とする。
【００１３】
さらに、本発明に係るステンレス鋼部品の加工方法は、上記した諸態様のいずれかに従う快削マルテンサイト系ステンレス鋼を素材として所定形状に加工し、その後たとえば常温〜３５０℃の酸化性雰囲気に曝す不動態化処理を行うことを特徴とする。
【００１４】
【発明の作用】
本発明に係わる耐アウトガス性，硬さ（耐摩耗性）および耐食性に優れた快削マルテンサイト系ステンレス鋼は、上記した化学成分組成を有するものであって、Ｈ2Ｓガスの発生を防止するためにＭｎ／Ｓ比を低減し、硫化物自体の耐溶出性を高める共に、Ｓ含有量を適切な範囲にコントロールし、より一層の被削性の確保のためにＳｅを適量添加する。
【００１５】
そして、所要の硬さを確保するためにＣを添加するが、このＣの多量添加は耐食性を劣化させるのでＮを有効に活用したものとしている。
【００１６】
そして場合によっては、耐食性をより一層向上させるためにＭｏやＷを含有させることも可能である。
【００１７】
同じく場合によっては、被削性をより一層向上させるために使用目的上において問題のない限りＰｂ，Ｂｉ，Ｔｅの１種以上を含有させることも可能である。
【００１８】
同じく場合によっては、熱間加工性をより一層向上させるためにＢ，Ｃａ，Ｍｇ，ＲＥＭの１種以上を含有させることも可能である。
【００２１】
この不動態化処理では、一般的に行われている硝酸等の酸化性酸中への浸漬のほか、雰囲気を制御した熱処理により不動態化するようにしてもよい。
【００２２】
以下、本発明に係わる耐アウトガス性，硬さ（耐摩耗性）および耐食性に優れた快削マルテンサイト系ステンレス鋼の成分組成（重量％）の限定理由についてさらに詳細に説明する。
【００２３】
Ｃ：０．０５〜０．６５％
Ｃは鋼部品の硬さ（耐摩耗性）を確保するのに有効な成分であるが、耐食性等の特性を劣化させるため、Ｎを製造上可能な範囲で多く添加したうえで、所望の硬さを得るのに必要なＣ含有量とすることが望ましく、そのために０．０５％以上、場合によっては０．１０％以上とする。しかし、多く含有しても得られる硬さが飽和してくると共に、必要以上に大きい１次炭化物の生成によって焼鈍時の切削性をはじめとする加工性の低下をきたすことから０．６５％以下、望ましくは０．３０％以下とするのが良い。
【００２４】
Ｓｉ：０．１０〜１．００％
Ｓｉは鋼溶製時の脱酸剤として有効であるので、０．１０％以上、望ましくは０．２０％以上とするのが良いが、多量のＳｉ含有は金属間化合物の析出を増長するほか、母相強度を増加して被削性を低下させるので、１．００％以下、望ましくは０．７０％以下、さらに望ましくは０．５０％以下とするのが良い。
【００２５】
Ｍｎ：０．１０〜０．４０％
ＭｎはＭｎ／Ｓ比を低減して硫化物自体の耐溶出性を高めることにより有害なＨ2Ｓガスの発生を防止するために少ない方が望ましく、製造コストを考慮して０．１０％を下限としている。そして、Ｍｎ含有量が多くなるとＭｎ／Ｓ比が大きくなって耐アウトガス性が低下し、耐食性の劣化をきたすことから０．４０％以下、望ましくは０．３０％以下とするのが良い。
【００２６】
Ｐ：０．０４％以下
Ｐは粒界に偏析して耐食性や強度等の特性を劣化させるので、できるだけ少ないことが望ましく、製造コストとの兼ね合いで０．０４％以下、望ましくは０．０３％以下とするのが良い。
【００２７】
Ｓ：０．０５〜０．３５％
Ｓは耐食性および耐アウトガス性の面、とくにＨ2Ｓガスの発生防止の面からは低い方が望ましいが、あまりに低いと被削性が良くないものとなることから０．０５％以上、望ましくは０．１０％以上とするのが良いが、多すぎると上記したごとく耐アウトガス性が低下し、耐食性の確保がむつかしくなることから０．３５％以下、望ましくは０．３０％以下、さらに望ましくは０．２０％以下とするのが良い。
【００２８】
Ｃｕ：０．０２〜０．５０％
Ｃｕは耐食性、とくに還元性酸環境中での耐食性を向上するのに有効であるので、０．０２％以上、望ましくは０．０５％以上とするのが良いが、必要以上の添加は相安定性を低下させると共に焼鈍時の硬さの上昇を招くこととなるので、０．５０％以下、望ましくは０．２０％以下とするのが良い。
【００２９】
Ｎｉ：０．０２〜０．５０％
Ｎｉは耐食性、とくに還元性酸環境中での耐食性を向上するのに有効であるので、０．０２％以上、望ましくは０．１０％以上とするのが良いが、必要以上の添加は相安定性を低下させると共に焼鈍時の硬さの上昇を招くこととなるので、０．５０％以下、望ましくは０．３０％以下とするのが良い。
【００３０】
Ｃｒ：１０．０〜１５．０％
Ｃｒはマルテンサイト系ステンレス鋼の基本成分であって、良好な耐食性を確保するための必須の元素であり、１０．０％以上、望ましくは１１．５％以上含有させる。しかし、多量の含有は相安定性を低下させると共に熱間加工性を劣化させることとなるため１５．０％以下、望ましくは１３．０％以下とするのが良い。
【００３１】
Ｎ：０．０４〜０．２０％
Ｎは所要の硬さを確保するために添加したＣによる耐食性の劣化を抑制して良好なる耐食性および硬さを有するものとするために有効な成分であるので０．０４％以上、望ましくは０．０６％以上とするのが良いが、必要以上に添加しようとすると鋼溶製時にＮブローを生じて鋼塊の健全性を低下させると共に製造コストをも増大させるので０．２０％以下、望ましくは０．１５％以下とするのが良い。
【００３２】
Ｓｅ：０．１０〜０．５０％
ＳｅはＳの代替成分として被削性を向上させるために有効な元素であり、添加量が多いほど被削性は向上するので、０．１０％以上、望ましくは０．２０％以上とするが、過剰の添加は熱間加工性を劣化させると共にコストの上昇を招くことから０．５０％以下、望ましくは０．４０％以下とするのが良い。
【００３３】
Ｏ：０．００４０〜０．０２００％
Ｏはマルテンサイト系ステンレス鋼の被削性を確保するため一定以上の添加、望ましくは０．００４０％以上、さらに望ましくは０．００６０％以上とするのが良いが、過剰に含有すると多量の酸化物を生成して逆に被削性を低下させることから０．０２００％以下、望ましくは０．０１５０％以下とするのが良い。
【００３４】
Ｍｏ：０超過〜１．００％，Ｗ：０超過〜１．００％のうちの１種または２種Ｍｏ，Ｗはマルテンサイト系ステンレス鋼の耐食性をより一層向上させるのに有効な成分であるので、必要に応じ添加するのも良いが、多量に含有すると熱間加工性を低下させると共にコストの上昇を招くことから、Ｍｏについては１．００％以下、Ｗについても１．００％以下とするのが良い。
【００３５】
Ｐｂ：０．０３〜０．２０％，Ｂｉ：０．０３〜０．１５％，Ｔｅ：０．０１〜０．１０％のうちの１種または２種以上
Ｐｂ，Ｂｉ，Ｔｅはマルテンサイト系ステンレス鋼の被削性をさらに向上させるのに有効な成分であるので、必要に応じＰｂについては０．０３％以上、Ｂｉについても０．０３％以上、Ｔｅについては０．０１％以上含有するものとなすのも良いが、多量に含有すると熱間加工性を低下させる傾向となるため、Ｐｂについては０．２０％以下、Ｂｉについては０．１５％以下、Ｔｅについては０．１０％以下とするのが良い。
【００３６】
Ｂ，Ｃａ，Ｍｇ，ＲＥＭのうちの１種または２種以上：０．０００５〜０．０１００％
Ｂ，Ｃａ，Ｍｇ，ＲＥＭ（ミッシュメタル（Ｍｍ）を含む希土類元素の１種または２種以上）はマルテンサイト系ステンレス鋼の熱間加工性および被削性の向上に有効な成分であるので、必要に応じこれらの１種または２種以上の合計で０．０００５％以上含有するものとなすのも良いが、多量に含有すると鋼の清浄度を低下させることとなるため、含有するとしてもこれらの合計で０．０１００％以下とするのが良い。
【００３８】
【実施例】
大気誘導炉溶解によって表１に示す成分組成を有するマルテンサイト系ステンレス鋼の鋼塊（重量５０ｋｇ）を製造し、熱間鍛造を行って直径６０ｍｍφおよび直径２０ｍｍφの丸棒材を得たのち、各丸棒材に対して７５０〜８２０℃での焼鈍を行った。
【００３９】
表１において、供試材Ｎｏ．１〜１１が本発明鋼であり、Ｎｏ．１２〜１６が、下記の成分的な特徴をもった比較鋼である。
Ｎｏ．１２：ＳＵＳ４１０鋼。Ｍｎが多量でＳｅの量が不足。
Ｎｏ．１３：ＳＵＳ４１６鋼。Ｍｎが多量でＭｎ／Ｓ比が大で、Ｓｅの量が不足。
Ｎｏ．１４：Ｍｎ含有量が過大なためＭｎ／Ｓ比が大であり、Ｓｅ量は適切な鋼。
Ｎｏ．１５：Ｍｎ含有量が適正であるが、Ｓｅ含有量が不足である鋼。
Ｎｏ．１６：Ｍｎ含有量が過大な鋼。
【００４０】
【表１】
0004337155.tif 000002
【００４１】
次に、上記直径６０ｍｍφの焼鈍材について、下記条件による旋削試験およびドリル試験を行った。
【００４２】
◎旋削試験
・工具    ：サーメット
・切削速度：１２０ｍ／ｍｉｎ
・送り    ：０．０５ｍｍ／ｒｅｖ
・切込み量：０．１ｍｍ
・切削油  ：水溶性
・摩耗量  ：６０ｍｉｎ切削後のクランク摩耗量（μｍ）
【００４３】
◎ドリル試験
・工具    ：ＳＫＨ９  φ５ｍｍ
・送り    ：０．０７ｍｍ／ｒｅｖ
・穴深さ  ：１５ｍｍ
・切削油  ：なし（乾式）
・工具寿命：（穿孔不可能）５０００ｍｍとなる切削速度（ｍ／ｍｉｎ）
【００４４】
これらの結果を表２の旋削試験およびドリル試験の欄に示す。
【００４５】
次に、上記直径２０ｍｍφの焼鈍材について、焼入れ（１０００℃×０．５ｈ油冷）および焼戻し（１８０℃×１ｈ空冷）を施したのち、硬さの測定を行った。そして、５点の平均値を求めたところ、表２の硬さの欄に示す結果であった。
【００４６】
次いで、上記直径２０ｍｍφの焼入れ焼戻し材を１５ｍｍ×３ｍｍ×２５ｍｍの寸法に加工したのち、全面を＃４００で研磨仕上げし、続いて、温度：５０℃，酸化性雰囲気：３０％硝酸＋２％重クロム酸カリウム，時間：１ｈの条件による不動態化処理を行ってアウトガス試験片とすることによりアウトガス試験（ｎ＝２）を実施した。
【００４７】
このアウトガス試験では、密閉容器中に、上記アウトガス試験片と、５ｍｍ×１０ｍｍのＡｇ箔と、０．５ｃｃの純水を入れ、８５℃で２０時間保持した後のＡｇ箔の色の変化（すなわち、Ａｇ2Ｓの生成度合い）を調べた。
【００４８】
そして、この際の評価として、変色のないものをクラスＡとし、変色大のもの（アウトガス発生量が大のもの）をクラスＦとする６段階評価（すなわち、Ａ＞Ｂ＞Ｃ＞Ｄ＞Ｅ＞Ｆ）にて行った。この結果を同じく表２のアウトガス試験の欄に示す。
【００４９】
次に、上記直径２０ｍｍφの焼入れ焼戻し材を直径１０ｍｍφ×５０ｍｍの寸法に加工したのち、全面を＃３２０で研磨仕上げし、続いて上記と同様の条件による不動態化処理を行って湿潤試験片とすることにより湿潤試験（ｎ＝３）を実施した。
【００５０】
この湿潤試験では、温度：５０℃，湿度：９８％、時間：９６ｈ保持した後の錆発生の有無を調べた。
【００５１】
そして、この際の評価として、錆発生のないものをクラスＡとし、全面に錆発生したものをクラスＦとする６段階評価（すなわち、Ａ＞Ｂ＞Ｃ＞Ｄ＞Ｅ＞Ｆ）にて行った。この結果を同じく表２の湿潤試験の欄に示す。
【００５２】
【表２】
0004337155.tif 000003
【００５３】
表２に示した結果から明らかなように、比較鋼の供試材は、それぞれ下記の欠点がみられた。
Ｎｏ．１２：本発明の鋼に比べてＭｎが多量で、Ｓｅの量が不足しているＳＵＳ４１０鋼であるため、被削性においてかなり劣っている。
Ｎｏ．１３：Ｍｎが多量であってＭｎ／Ｓ比が大で、Ｓｅの量が不足なこの鋼では、Ｈ２Ｓガスを発生するためアウトガス試験における変色が大である。
Ｎｏ．１４：Ｍｎ含有量が過大でＭｎ／Ｓ比が大であるが、Ｓｅ量は適切なので、被削性は良好であるものの、Ｈ２Ｓガスを発生してアウトガス試験における変色が大。
Ｎｏ．１５：Ｍｎ含有量は適正であるが、Ｓｅ含有量が不足であるため、耐アウトガス性は良好であるものの、被削性があまり良くない。
Ｎｏ．１６：Ｍｎ含有量が高いため、耐アウトガス性がよくない。
【００５４】
これに対して、本発明鋼であるＮｏ．１〜Ｎｏ．１１の供試材では、いずれも、耐アウトガス性，硬さ（耐摩耗性）および耐食性に優れ、被削性にも優れたものであることが認められた。
【００５５】
【発明の効果】
本発明によるマルテンサイト系ステンレス鋼では、請求項１に記載しているように、重量％で、Ｃ：０．０５〜０．６５％、Ｓｉ：０．１０〜１．００％、Ｍｎ：０．１０〜０．４０％、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．０５〜０．３５％、Ｃｕ：０．０２〜０．５０％、Ｎｉ：０．０２〜０．５０％、Ｃｒ：１０．０〜１５．０％、Ｎ：０．０４〜０．２０％、Ｓｅ：０．１０〜０．５０％、Ｏ：０．００４０〜０．０２００％、残部Ｆｅおよび不純物からなる成分組成を有するものとしたから、使用中においてＨ2Ｓガスなどの有害ガスを発生することなく、耐アウトガス性に優れていると共に硬さ（耐摩耗性）および耐食性にも優れたものであり、さらにまた被削性にも優れた快削マルテンサイト系ステンレス鋼であるという著大なる効果がもたらされる。
【００５６】
そして、請求項２に記載しているように、Ｍｏ：０超過〜１．００％，Ｗ：０超過〜１．００％のうちの１種または２種を含むものとすることによって、耐アウトガス性，硬さ（耐摩耗性）および耐食性に優れた快削マルテンサイト系ステンレス鋼の耐食性をより一層高めることが可能であるという著大なる効果がもたらされる。
【００５７】
さらにまた、請求項３に記載しているように、Ｐｂ：０．０３〜０．２０％，Ｂｉ：０．０３〜０．１５％，Ｔｅ：０．０１〜０．１０％のうちの１種または２種以上を含むものとすることによって、耐アウトガス性，硬さ（耐摩耗性）および耐食性に優れた快削マルテンサイト系ステンレス鋼の被削性をより一層高めることが可能であるという著大なる効果がもたらされる。
【００５８】
さらにまた、請求項４に記載しているように、Ｂ，Ｃａ，Ｍｇ，ＲＥＭのうちの１種または２種以上：０．０００５〜０．０１００％を含むものとすることによって、耐アウトガス性，硬さ（耐摩耗性）および耐食性に優れた快削マルテンサイト系ステンレス鋼の熱間加工性をより一層高めることが可能であるという著大なる効果がもたらされる。
【００６０】
本発明によるステンレス鋼部品の加工方法によれば、上記の諸態様のいずれかの鋼を素材として所定形状に加工し、その後例えば常温〜３５０℃の酸化性雰囲気に曝す不動態化処理を行うから、耐アウトガス性、硬さ（耐摩耗性）および耐食性に優れたステンレス鋼部品の製造を行うことが可能であるという著大な効果がもたらされる。