精密電子機器用 Pb フリー高強度・非磁性・高耐食性
快削ステンレス鋼線材の開発
高 野 光 司
福 元 成 雄天藤恭太郎
1)
1)
2)
木 崎 雅 之吉野浩一郎
3)
4)

表1

.

は じめ

材料の目標特性．に

従来鋼
200系

従来快削鋼
SUS303

高強度 約1500 N/mm2 レベル○×非磁性 比透磁率 m≦1.01

○

×

並以上
耐食性 SUS304(部品の誤動作となる発銹を抑制)○

×

切り屑処理性(規則的にカーリング ・分断すること)

×○

切削表面性状Rmax≦5 mm(特に小型部品の低速切削加工時)○×項

従来，ビデオデッキ等の磁気媒体記憶装置のシャフト等の部品は，形状が単純で切削加工を殆ど必要としないため高Mn高 N 系の200系のステンレス鋼線材を強冷間伸線加工して，直径約 3 mm 以下の高強度( 1500 N / mm2 級)・非磁性目(比透磁率 m≦1.01)の鋼線として使用されてきた．しかしながら，最近のブルーレイディスク， DVD レコーダー，ハ要求特性

切削性ードディスク等の精密小型電子機器部品では，切削加工による部品の小型化・高精度化(≦ 5 mm )が要求されるようになってきた．このため，表に目標特性を示すように，従来の必要特性の強度，非磁性，耐食性に加え切削性が求められる面高精度化の効果により快削ステンレス鋼でありながら精密ようになった．こうした精密部品の切削性は，優れた切屑処

小型電子機器部品として求められる表面性状を確保した高強理性はもちろんのこと切削表面の高精度化すなわち優れた表度・非磁性・高耐食性の新しいステンレス鋼線材を開発した．

面性状が必要となる．直径約 1 mm 以下の精密小型部品では，切削加工時の機械の回転数に対する材料の周速が遅いた
め約 30 m/分以下の低速切削しかできず，構成刃先が生成し易く，表面性状を劣化させてしまうという問題があった(1)．

.

開発の考え方

開発方針

一 般 に 切 削 部 品 用 と し て ， Pb 快 削 ス テ ン レ ス 鋼 や

200 系 等 の 高 強 度 オ ー ス テ ナ イ ト 系 ス テ ン レ ス 鋼 にSUS303のような S 快削ステンレス鋼(0.3S)が用いられて

SUS303 のように S を添加すると，図に示すように MnS

きたが，耐食性に優れる Pb 系は最近の環境問題があり，系介在物による切り欠き効果，潤滑効果で約0.15以上の S

SUS303では耐食性が悪い(2)ばかりか，低速切削時の表面粗量で切屑が規則正しくカーリング・分断した優れた切屑処理度が劣化するという問題があり適用ができず，新しい材料が性が得られる．しかしながら， S 量の増加は MnS 系介在物求められてきた．このため， Pb フリーの S 快削ステンレスにより冷間加工性を劣化させるばかりか，高速切削域( 60鋼の高冷間加工と高 N 化の相乗効果による低速切削時の表m/分)でも，図に示すように工具先端にオーステナイト母相と MnS 相が強変形して層状に堆積した硬質層の構成刃先
新日鐵住金ステンレス株式会社
1)研究センター 製鋼・厚板・棒線研究部上席研究員
2)光製造所 生産管理部マネジャー
3)商品開発部マネジャー
4)光製造所 製鋼工場マネジャー
Development of The Machinability Stainless Steel ``WR304NF''
with High Strength, Nonmagnetic and High Corrosion
Resistance Properties; Koji Takano, Shigeo Fukumoto,
Kyohtaro Amafuji, Masanori Kizaki, Kohichiro Yoshino(Nippon
Steel & Sumikin Stainless Steel Corporation)
2009年10月28日受理

を生成させ，構成刃先の脱落により切削表面性状を劣化させ易い(1)．
このような構成刃先は，図に示すように，低速切削では切削界面の温度が低く，素材の加工硬化による硬質層を形成し易いため発生し易く，約 50 m/min 以上の高速切削では切削界面の温度が上昇するため抑制することが可能である．
切削界面の高温化を達成する手段として，切削速度を上げる以外に，切削前に冷間加工を施して素材の強度を上昇させ新技術・新製品

図1

図2

オーステナイト系ステンレス鋼の切り屑処理性と表面粗さ Rmax に及ぼす S 量の影響(速度
60 m / min ，切り込み 1 mm ，送り 0.07 mm /rev.，湿式，超硬工具)

図4

S 快削ステンレス鋼(SUS303 )の切削前の冷間加工率と切屑比(切屑厚さ)，切削抵抗の関係

図5

低速切削( 25 m / min )における表面粗さに及ぼす
冷間加工及び S, N 量と切削表面性状の関係．

S 快削ステンレス鋼の切削加工界面の構成刃先の生成機構(模式図）．

構成刃先を抑制して優れた切削表面性状を得るためには，MnS の低減による冷間加工性の向上と高 N 化により高強度化することが有効と考える．
そこで，S 快削ステンレス鋼の切削表面性状に及ぼす冷間加工性と N の影響を研究し，強冷間加工と高 N 化の効果を見出した．


図3

SUS303の切削速度と切削表面粗度の関係．

強冷間加工と高 N 化による表面高精度化

SUS303 は約 30 超の冷間加工率で破断するため約 1000N/mm2 レベルの強度特性しか得られない．しかしながら，S 量を良好な切屑処理性が得られる範囲で約 0.2 以下にしることも有効と考える．SUS303の切削前に冷間加工を施すて MnS を低減し，高 N 化( 0.2  N )することで約 70 の強と，図に示すように，冷間加工率の増大と共に切削抵抗は冷間加工が可能となり，1500 N/mm2 レベルまで高強度化で一定であるが切削比が増加し，切屑厚さが薄化する．すなわ

きる．

ち，冷間加工により切削界面近傍の単位体積当たりの剪断力

一方，低速切削における SUS303の切削表面性状は，図が増大して切削界面の温度が上昇することを示唆している．に示すように 30 程度の冷間加工率では改善に限界( Rmax

さらに，冷間加工は，オースナイト母相， MnS 相を硬質化＞15 mm)があるが，S 量の適量化で MnS を低減し，強冷間させて塑性変形能を低下させ，オーステナイト母相に対する加工と高 N 化で高強度化すると表面性状が Rmax で約 2 mm

構成刃先の相対硬さを低減することから，より一層構成刃先程度まで大幅に改善できることがわかる．の抑制に効いているものと考える．

以上のことから，S 快削ステンレス鋼において強冷間加工

しかしながら， SUS303 では， MnS に起因して破断が発と高 N 化の相乗効果で，低速切削時の構成刃先が抑制され生するため高冷間加工ができず，上記の構成刃先の抑制効果て切削表面が飛躍的に高精度化されることが明らかとなった．

を最大限に発揮できない．そのため，S 快削ステンレス鋼で

ま て り あ 第49巻 第 1 号(2010)Materia Japan表2鋼

開発鋼および従来鋼の化学組成(mass)．
C種MnSCrNiN

表3

孔食指数※1

切削性(低速切削)
強開発鋼
WR304NF0.06

2.60.182090.223

従来鋼
200系

0.099―1750.322従来鋼
SUS3030.05

20.31890.0619※1孔食指数＝

Cr＋3Mo＋16N

度

磁性

耐食性

切屑処理性

表面性状

○○○開発鋼/(WR304NF 15002)N ( m1.005) (250 mV)
mm○○

従来鋼
200系○○(1600 N/( m1.005)mm2)○(250 V)×○

従来鋼
SUS303×(1000 N/mm2)×( m1.2)

×(150 mV)

○×目

1500 N/mm2≧SUS304 カーリン
比透磁率≦(孔食電位 グ・分断 Rmaxm≦1.01 ≧250 mV) すること 5 mm

図7
図6

開発鋼と従来鋼の特性比較例．

素材の Md30(2)および冷間加工率と比透磁率の関係．
( Md30 ＝ 551462 ( C＋ N )9.2  Si 8.1 Mn 29(Ni＋Cu)13.7Cr18.5Mo68Nb)．

標

開発鋼の仕上げ切削における切屑処理性と表面粗 さ 例 ． ( 切 削 速 度  25 m / min ， 送 り  0.03mm，湿式，超硬工具)1500 N/mm2 の強度レベルの開発鋼の仕上げ切削加工時の切屑処理性と表面粗度例を示す．幅広い条件で規則正しくカー合金設計

リング・分断した良好な切屑処理性と Rmax が 5 mm 以下の表に開発鋼の化学組成を従来鋼とともに示す．前述のよ良好な切削表面性状が得られている．

うに切削性(切屑処理性，切削表面性状)と高強度，強冷間加工性の観点から，0.18 S0.2N としている．約70の強.

まとめ

冷間加工後も非磁性(m≦1.01)を得るために，図に示すように非磁性であるオーステナイト組織の安定度指数

本開発鋼は，汎用のステンレス鋼線材およびステンレス鋼Md30(2) を ， 高 N 化 と と も に Cr, Mn, Ni 量 等 の 調 整 で －線の製造プロセスで安定製造が可能であり，切削前の強冷間120 °C 以下にした．また， S 快削ステンレス鋼の耐食性は伸線加工と組み合わせることで高強度・非磁性・高耐食・高MnS 系介在物により劣化する(3) が，高 N ・高 Cr 化により切削性を示す従来鋼にない特性を兼ね備えた高機能商品であ)(4) を23 まで上げることる．ブルーレイディスク， DVD レコーダー，ハードディスで，研磨肌で SUS304(孔食指数19)並以上の耐食性が得ら

ク等の精密小型電子機器部品の分野で約 150 t/年の適用実績れた．

があり，今後の精密小型電子機器部品の更なる精密化・小型孔食指数(＝ Cr ＋ 3  Mo ＋ 16  N化・複雑化に伴い適用が進むと期待する．

.

開発鋼の特性.

特許表に，開発鋼の特性を従来鋼と比較して示す．従来の200 系材料では切屑処理性が大幅に劣り， SUS303 では切屑特許4018021，特開20091844

処理性は非常に優れているが，強度，磁性，耐食性，切削表面性状が劣っている．それに対して，開発鋼では，S 量を適文献正化した上で切削前に 50 以上の強冷間伸線加工を施すことで約 1500 N / mm2 の強度レベルの達成と良好な切削性を両立させた．さらに冷間加工による加工誘起マルテンサイト変態を抑制する成分調整を行うことにより， 70 の強冷間加工時でも比透磁率 m≦1.01の非磁性を達成した．また，研磨 ま ま で SUS304 研 磨 肌 並 の 耐 食 性 を 確 認 し た ． 図  に( 1 ) T. Akasawa, H. Sakurai, M. Nakamura, T. Tanaka and K.
Takano: Journal of Materials Processing Technology, 143144(2003), 66
71.
( 2 ) 野原晴彦，小野 寛，大橋延夫鉄と鋼，63(1977), 212.
( 3 ) 古賀 猛，清水哲也，岡部道生電気製鋼，67(1996), 75.
( 4 ) ステンレス協会ステンレス，33(1989), Oct., 32.

新技術・新製品