JP2005139531A - 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 - Google Patents
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 Download PDFInfo
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Abstract
【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
Description
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
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。
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。
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。
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。
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。
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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
[Ti]≧1.3×[S]・・・(1)式
[Mn]/[Ti]≦3 ・・・(2)式
(WTi+WCr)>2×WMn ・・(3)式
Claims (3)
- 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。
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