JP2003013189A - 被削性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼及び製造方法 - Google Patents
被削性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼及び製造方法Info
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Abstract
せずに環境に悪影響を及ぼすことがなく、Cuリッチ相
の分散析出により被削性を改善したオーステナイト系ス
テンレス鋼を提供する。 【解決手段】 このオーステナイト系ステンレス鋼は、
Sn又はInを10質量%以上含むCuリッチ相を0.
2体積%以上の割合でマトリックスに分散析出させてい
る。Cuリッチ相は、熱間圧延後から最終製品となるま
での間に500〜900℃の温度範囲で1時間以上加熱
保持する時効処理を1回以上施すことによりマトリック
スに分散析出する。C:0.001〜0.3質量%,S
i:2.0質量%以下,Mn:5.0質量%以下,C
r:10〜20質量%,Ni:5〜12質量%,Cu:
0.5〜6.0質量%,Sn又はIn:0.005質量
%以上を含む鋼が使用される。
Description
によって被削性を改善したオーステナイト系ステンレス
鋼に関する。
具、家具調度品等の需要増加により、従来ステンレス鋼
が使用されていなかった部分にもステンレス鋼が使用さ
れるようになってきた。また、工作機械の自動化・省力
化に伴って被削性に優れたステンレス鋼が望まれている
ため、JISG4303に規定されるSUS303のよ
うに快削性元素としてSを添加し、SUS303Seの
ようにSeを添加し、被削性を改善したオーステナイト
系ステンレス鋼が使用されている。さらにマルテンサイ
ト系ステンレス鋼としては、JISG4303に規定さ
れるSUS410FやSUS410F2のように快削性
元素としてPbを添加し、或いはSUS416,SUS
420FのようにSを添加して被削性を改善したステン
レス鋼が使用されている。
して有効なSは、熱間加工性,延性及び耐食性を著しく
低下させる。しかも、機械的性質に異方性を生じさせる
原因にもなる。またSe添加により被削性を付与した場
合、有害な元素を添加することが環境対策上で問題とな
る。さらに、Pb添加により被削性を向上させた場合、
使用中に有害なPbの溶出があり、リサイクル利用しに
くい材料でもある。
及ぼすことなく被削性を著しく向上させる手段として、
一定量以上のCを含むCuを主体とした第2相を所定量
析出させたオーステナイト系ステンレス鋼を紹介した
(特願2000−63996)。本発明は、先に紹介し
たCu主体の第2相による性質改善を更に発展させたオ
ーステナイト系ステンレス鋼を得ることを目的とする。
を10質量%以上含むCu主体の第2相を0.2体積%
以上の割合でマトリックスに分散させることにより、環
境に悪影響を及ぼすことなくオーステナイト系ステンレ
ス鋼の被削性を改善したものである。
%,Si:2.0質量%以下,Mn:5.0質量%以
下,Cr:10〜20質量%,Ni:5〜12質量%,
Cu:0.5〜6.0質量%,Sn又はIn:0.00
5質量%以上を含み、残部が実質的にFeの組成をも
ち、必要に応じて更にS:0.15質量%未満,Nb:
0.01〜1.0質量%,Ti:0.01〜1質量%,
Mo:3質量%以下,Zr:1質量%以下,Al:1質
量%以下,V:1質量%以下,B:0.05質量%以下
及び希土類元素(REM):0.05質量%以下の1種
又は2種以上を含むオーステナイト鋼を、熱間圧延後か
ら最終製品となるまでの間に500〜900℃の温度範
囲で1時間以上加熱保持する時効処理を1回以上施し、
Sn又はInを10質量%以上含むCu主体の第2相を
0.2体積%以上の割合でマトリックスに分散析出させ
たものである。
材の一つに数えられている。被削性が悪い原因として、
熱伝導率が低いこと,加工硬化の程度が大きいこと,凝
着しやすいこと等が挙げられる。本発明者等は、工具−
被削材との潤滑及び熱伝導に及ぼすε−Cu等のCu主
体の第2相(Cuリッチ相)の作用に着目し、ステンレ
ス鋼中にCuを添加し、一部がCuリッチ相として微細
にかつ均一に析出していると、被削性が改善されること
を見い出した。Cuリッチ相による被削性の改善は、切
削時において工具掬い面上でのCuリッチ相による潤
滑,熱伝導作用に基づく減摩により、切削抵抗が減少す
ると共に工具寿命を延ばし、結果として被削性が向上す
るものと考えられる。特にオーステナイト系ステンレス
鋼は、結晶構造が面心立方晶f.c.c.であり、Cuリッ
チ相と同一の結晶構造を有するため整合する。したがっ
て、結晶構造がCuリッチ相と異なり体心立方b.c.cで
あるフェライト系ステンレス鋼と焼き鈍し状態のマルテ
ンサイト系ステンレス鋼に見られる、大きな転位の集積
による被削性の向上が期待できない。
を0.005質量%以上添加することにより、Cuリッ
チ相中に10質量%以上のSn又はInが濃化し、融点
の低いCu−Sn合金又はCu−In合金が形成され
る。融点が低いCuリッチ相が異物としてマトリックス
に分散するため、破壊現象である被削性が向上し、かつ
低融点の異物が切削工具との間で潤滑作用をするため、
工具寿命が著しく向上することになる。
Cuリッチ相が析出し易い温度域で時効等の等温加熱す
ること,加熱後の降温過程で析出温度域の通過時間が出
来るだけ長くなる条件下で徐冷すること等が考えられ
る。本発明者等は、Cuリッチ相の析出について種々調
査研究した結果、最終焼鈍後に500〜900℃の温度
域で時効処理するとSn又はInを10質量%以上含む
低融点のCuリッチ相の析出が促進され、優れた被削性
がオーステナイト系ステンレス鋼に付与されることを見
出した。Cuリッチ相の析出は、炭窒化物や析出物を形
成し易いNb,Ti,Mo等の元素の添加や、S含有量
を増やして硫化物を形成することによっても促進され
る。炭窒化物や硫化物等は、析出サイトとして働き、マ
トリックスにCuリッチ相を均一分散させ、製造性を効
率よく改善する。
ス鋼に含まれる合金成分,含有量等を説明する。C:0.001〜0.3質量% Cはオーステナイト形成元素であり、不可避的に含まれ
る。ただし、過剰に含有すると硬質化し、加工性が損な
われるため、本発明では、その上限を0.3質量%に設
定した。
る過剰量でSiが含まれると、硬質化し加工性が低下す
る。Mn:5.0質量%以下 Niとともにオーステナイト相を安定化する有用な元素
である。製造性を改善すると共に、鋼中の有害なSをM
nSとして固定する作用を呈する。MnSは、被削性の
向上にも有効に働くと共に、Cuリッチ相生成の核とし
て作用するため、微細なCuリッチ相の生成に有効な合
金成分である。しかし、5.0質量%を超える過剰量の
Mnが含まれると、耐食性が劣化する傾向を示す。
S含有量が0.15重量%を超えると熱間加工性及び延
性が著しく低下する。したがって、本発明においてはS
含有量の上限を0.15質量%に設定した。Cr:10〜20質量% オーステナイト系ステンレス鋼本来の耐食性を維持する
ために必要な合金成分であり、要求される耐食性を確保
するために10質量%以上のCrを添加する。しかし、
20質量%を超える過剰量のCrが含まれると、過度に
硬化するとともに製造性,加工性に悪影響を及ぼす。
定的にオーステナイト相を発現させるためには5質量%
以上必要である。一方、高価な元素であるため、その効
果と製造コストを勘案し、その上限は12質量%とし
た。Cu:0.5〜6.0質量% 本発明のステンレス鋼において最も重要な合金成分であ
り、良好な被削性を発現させるためには、0.2体積%
以上の割合でCuリッチ相がマトリックスに析出してい
ることが必要である。各合金成分の含有量が前述のよう
に特定された組成のオーステナイト系ステンレス鋼で
0.2体積%以上のCuリッチ相を析出させるために、
本発明においてはCu含有量を0.5質量%以上として
いる。しかし、6.0質量%を超える過剰量のCu添加
は、製造性,加工性,耐食性等に悪影響を及ぼす。マト
リックスに析出するCuリッチ相は、析出物のサイズに
特別な制約を受けるものではないが、表面及び内部にお
いても均一分散していることが好ましい。Cuリッチ相
の均一分散は、被削性を安定して改善する。
良好な被削性を発現させるためには、10質量%以上の
割合でCuリッチ相に含まれている必要がある。この割
合でCuリッチ相にSn又はInのいずれか又は両方が
含まれているとき、Cuリッチ相自身が低融点化するた
め被削性が著しく向上する。この低融点化を発現させる
ためには、合金全体としてSn又はInの含有量を0.
005質量%以上とする必要がある。ただし、含有量の
増加により、過度に低融点化すると液膜脆化により熱間
圧延性が著しく低下するため、その上限値は0.5質量
%とすることが望ましい。
周囲に析出する傾向が強い。したがって、Cuリッチ相
を均一に析出分散させるためには、必要に応じてNbの
炭化物,窒化物,炭窒化物等を微細に析出させた組織が
好ましい。しかし、過剰量のNb添加は、製造性や加工
性に悪影響を及ぼす。したがって、Nbを添加する場
合、Nb含有量を0.01〜1質量%の範囲で選定す
る。Ti:0.02〜1質量% 必要に応じて添加される合金成分であり、Nbと同様に
Cuリッチ相の析出サイトとして有効な炭窒化物を形成
する合金成分である。しかし、過剰量のTi添加は、製
造性や加工性を劣化させ、製品表面に疵を発生させ易く
する原因となる。したがって、Tiを添加する場合、T
i含有量を0.02〜1質量%の範囲で選定する。
させると共に、微細なCuリッチ相の核サイトとして有
効なFe2Mo等の金属間化合物として析出する。しか
し、3質量%を超える過剰なMo含有は、製造性及び加
工性に悪影響を及ぼす。Zr:1質量%以下 必要に応じて添加される合金成分であり、微細なCuリ
ッチ相の核サイトとして有効な炭窒化物となって析出す
る。しかし、Zrの過剰添加は製造性や加工性に悪影響
を及ぼすので、Zrを添加する場合には含有量の上限を
1質量%に規制する。
耐食性を改善すると共に、微細なCuリッチ相の核サイ
トとして有効な化合物として析出する。しかし、過剰な
Al添加は製造性及び加工性を劣化させるので、Alを
添加する場合には含有量の上限を1質量%に規制する。V:1質量%以下 必要に応じて添加される合金成分であり、Zrと同様に
微細なCuリッチ相の核サイトとして有効な炭窒化物と
なって析出する。しかし、Zrの過剰添加は製造性や加
工性に悪影響を及ぼすので、Zrを添加する場合には含
有量の上限を1質量%に規制する。
改善すると共に、析出物となってマトリックスに分散す
る。Bの析出物も、Cuリッチ相の析出サイトとして働
く。しかし、Bの過剰添加は熱間加工性を低下させるこ
とになるので、Bを添加する場合には含有量の上限を
0.05質量%に規制する。希土類元素(REM):0.05質量%以下 必要に応じて添加される合金成分であり、適量の添加に
よってBと同様に熱間加工性を改善する。また、Cuリ
ッチ相の析出に有効な析出物となってマトリックスに分
散する。しかし、過剰に添加すると熱間加工性が劣化す
るので、希土類元素を添加する場合には含有量の上限を
0.05質量%に規制する。
は、500〜900℃の時効処理が有効である。時効処
理温度が低くなるほど、マトリックス中の固溶Cu量が
少なくなり、Cuリッチ相の析出量が増加する。しか
し、低すぎる時効処理温度では、拡散速度が遅くなるた
め、析出量が却って減少する傾向がみられる。被削性に
有効なCuリッチ相の析出に及ぼす時効処理温度の影響
を種々の実験から調査したところ、500〜900℃の
温度域で時効処理するとき、被削性に最も有効なCuリ
ッチ相が0.2体積%以上の割合で析出することを見出
した。時効処理は、好ましくは1時間以上で施され、熱
間圧延終了後から製品となるまでの何れの段階で実施し
ても良い。
ト系ステンレス鋼を300kg真空溶解炉で溶製し、1
230℃で1時間加熱後、熱間圧延し、種々の温度で時
効処理を施した後、酸洗して板厚4mm、幅500m
m、長さ1200mmの鋼板を得た。
り被削性の評価を実施した。図1に評価試験の概要を示
す。カッタはJISB4107に規定される外径125
mm、幅10mmの超硬フライスを用い、ダウンカット
で回転速度2000rpm、送り速度0.6m/mi
n、切り込み深さ0.5mm、切削方向は圧延方向に直
角な方向として無潤滑で切削した。鋼板の長手方向12
00mmを連続切削し、引き続き、幅方向に10mm送
って隣接する長手方向の切削を実施した。鋼板広面全域
を0.5mm切り込んだ後は、もとの起点に戻り、新た
に0.5mmの切り込みを行った。これを繰返し、バイ
ト刃先が0.1mm減少するまでの切削時間を寿命判定
基準としてバイト摩耗を評価した。また、同じ鋼材から
切り出した試験片を透過型電子顕微鏡で組織観察し、画
像処理によってマトリックスに分散析出しているCuリ
ッチ相を定量化してCuリッチ相の体積分率(体積%)
を求めた。さらに、Cuリッチ相中のSn又はIn含有
量をEDX分析により定量化した。
A−1〜Q−1の供試材について行った被削性の評価結
果を表2に示す。表2において、従来から被削性の良好
な材料とされている試験番号Q−1と比較し、試験番号
Q−1より良好な被削性を示すものを◎,同等の被削性
を示すものを○,試験番号Q−1より被削性が劣るもの
を×と判定した。本発明に従った試験番号B−1,C−
1,D−1,F−1,G−1,I−1,J−1,K−
1,L−1,M−1,N−1,O−1及びP−1の各供
試材は、何れも0.5質量%以上のCuを含み、0.0
05質量%以上のSnが添加されており、時効処理によ
って10質量%以上のSn(L−1においてはIn)を
含むCuリッチ相が0.2体積%以上の割合でマトリッ
クスに分散析出しており、何れも良好な被削性を示して
いた。
上であっても時効処理を施していない試験番号B−2,
C−2,D−2及びF−2の各供試材では、Cuリッチ
相の析出量が0.2体積%を下回っており、被削性が劣
っていた。また、時効処理を施した鋼材であってもCu
含有量が0.5質量%未満の試験番号H−1では、Cu
リッチ相の析出量が0.2体積%に達せず、被削性に劣
っていた。さらに、Cu含有量が0.5質量%以上であ
り、かつCuリッチ相が0.2体積%認められたA−1
は、従来から被削性の良好な材料とされている試験番号
Q−1と比較し良好な被削性を示すが、Sn含有量が
0.005質量%未満であるため、Cuリッチ相中のS
n量が10質量%に達せず被削性が劣っていた。
件で供試材を作製した。得られた供試材に、450〜9
50℃及び0.5〜16時間の範囲で条件を種々変更し
た時効処理を施した。時効処理後の各供試材について、
実施例1と同様に被削性を調査した。その結果を表3に
示すが、500〜900℃で1時間以上時効処理された
試験番号C−4,C6〜C10は、10質量%以上のS
nを含むCuリッチ相の析出量が0.2体積%以上とな
っており、被削性に優れていた。他方、時効処理温度が
500〜900℃の範囲にあっても、時効処理時間が1
時間に満たない試験番号C−5では、Cuリッチ相が
0.2体積%に達せず、被削性に劣っていた。また、時
効処理温度が500℃未満、あるいは900℃を超える
と、Cuリッチ相の析出量が0.2体積%未満となり、
被削性に劣っていた。以上の結果から、被削性の改善に
は、0.5質量%以上のCu含有量、10質量%以上の
Sn又はInを含有するCuリッチ相が0.2体積%以
上の析出が必要であることが確認された。また、Cuリ
ッチ相を0.2体積%以上で析出させるためには、50
0〜900℃×1時間以上の時効処理が必要であること
が判る。
テナイト系ステンレス鋼においては、0.5質量%以上
のCuと0.005質量%以上のSn又はInを添加
し、10質量%以上のSn又はInを含有するCuリッ
チ相を0.2体積%以上の割合でマトリックスに析出分
散させているため、被削性に優れた材料である。しか
も、被削性改善のためにS,Pb,Bi,Se等の有害
元素を含んでいないため、環境対策上の問題も解消され
る。このようにして、本発明に従ったマルテンサイト系
ステンレス鋼又はフェライト系ステンレス鋼は、必要形
状に切削加工され、家庭電気器具,家具調度品,厨房機
器,各種機械・器具,機器等の材料として広範な分野で
使用される。
Claims (3)
- 【請求項1】 C:0.001〜0.3質量%,Si:
2.0質量%以下,Mn:5.0質量%以下,Cr:1
0〜20質量%,Ni:5〜12質量%,Cu:0.5
〜6.0質量%,Sn又はIn:0.005質量%以上
を含み、残部が実質的にFeの組成をもち、Sn又はI
nを10質量%以上含むCuを主体する第2相が0.2
体積%以上の割合でマトリックスに分散していることを
特徴とする被削性に優れたオーステナイト系ステンレス
鋼。 - 【請求項2】 S:0.15質量%未満,Nb:0.0
1〜1.0質量%,Ti:0.01〜1質量%,Mo:
3質量%以下,Zr:1質量%以下,Al:1質量%以
下,V:1質量%以下,B:0.05質量%以下及び希
土類元素(REM):0.05質量%以下の1種又は2
種以上を更に含む請求項1に記載のオーステナイト系ス
テンレス鋼。 - 【請求項3】 請求項1又は2に記載の組成をもつオー
ステナイト系ステンレス鋼を熱間圧延後から最終製品と
なるまでの間に500〜900℃の温度範囲で1時間以
上加熱保持する時効処理を1回以上施し、Sn又はIn
を10質量%以上含むCuを主体する第2相の析出を促
進させることを特徴とする被削性に優れたオーステナイ
ト系ステンレス鋼の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001205350A JP4592224B2 (ja) | 2001-07-05 | 2001-07-05 | 被削性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼及び製造方法 |
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JP4592224B2 JP4592224B2 (ja) | 2010-12-01 |
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ID=19041674
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
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Country Status (1)
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JP (1) | JP4592224B2 (ja) |
Cited By (3)
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- 2001-07-05 JP JP2001205350A patent/JP4592224B2/ja not_active Expired - Lifetime
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