JP3601749B2 - 高強度、快削フェライト系ステンレス鋼 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、家電、ＯＡ機器等の電気製品やその他の切削部品で、高い応力下で使用される部品等に利用できる。
【０００２】
【従来の技術】
従来のフェライト系快削ステンレス鋼は、被削性が非常に優れる反面、加工硬化や、焼き入れ等による大幅な耐力、強度の向上が図れないため、高い応力を受ける部品としては使用されていなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来の製造性を確保しつつ、強度を向上させたフェライト系快削ステンレス鋼を提供する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明によるステンレス鋼は、重量％でＣ：０．０３％以下、Ｎ：０．０５％以下（但し、Ｃ＋Ｎ≦０．０６０％）、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｃｕ：１．０％以下、Ｎｉ：１．０％以下、Ｃｒ：１６．０〜２５．０％、Ｍｏ：１．７〜３．０％を含有し、Ｓ：０．５０％以下、Ｐｂ：０．３０％以下、Ｓｅ：０．３０％以下（但し、Ｓ＋Ｐｂ＋Ｓｅ≧０．１５％）、Ｔｅ：０．１５％以下、Ｃａ：０．０３％以下の量で１種またはそれ以上を含有し、更にＮｂ＋Ｔａ：１．０％以下、Ｔｉ：１．０％以下、Ｖ：１．０％以下、Ｗ：１．０％以下、Ａｌ：１．０％以下の量で１種またはそれ以上を、Ｎの５倍以上の重量％で含有させ、残部Ｆｅから成る組成を有し、０．２％耐力が４２１ＭＰａ以上５５１ＭＰａ以下であることを特徴とする。（請求項１）
【０００５】
本発明は、更にＢ：０．００１〜０．０２％、Ｍｇ：０．００１〜０．０２％の量で１種または２種を含有させても良い。（請求項２）
【０００６】
本発明の成分範囲の限定理由を述べる。
【０００７】
Ｃ：０．０３％以下
Ｃは、代表的な固溶強化元素であるが、耐食性及び常温靭性を低下させるといった害が大きいため低い方が望ましい。しかし、極端に低減することは製造コストを上げるため精錬技術を考慮し、その上限を０．０３％とする。
【０００８】
Ｎ：０．０５％以下
Ｎは、代表的な固溶強化元素であるが、耐食性及び常温靭性を低下させるといった害が大きいため低い方が望ましい。しかし、極端に低減することは製造コストを上げるため精錬技術を考慮し、その上限を０．０５％とする。尚、Ｃ、Ｎは上述の問題よりその総和をＣ＋Ｎ≦０．０６０％とする。
【０００９】
Ｓｉ：２．０％以下
Ｓｉは、固溶強化元素であり、強度を向上させるため必要に応じてその添加量を調整して良い。但し、２．０％を超えた添加は熱間加工性を低下させるため、その上限を２．０％とする
【００１０】
Ｍｎ：２．０％以下
Ｍｎは、Ｓ、Ｓｅと化合物を生成し、被削性向上の補助的な役割を持つ元素である。また、Ｓ、Ｓｅの粒界偏析を抑えるため熱間加工性を向上させる。但し、ステンレス鋼の場合、ＣｒがＳ、Ｓｅと化合物を生成し、Ｓ、Ｓｅの粒界偏折を抑えるためその範囲を厳しく限定する必要は無い。しかし、２．０％を超える添加は、耐食性を低下させると共に、オーステナイト相の生成を促進させるため、その上限を２．０％とした。
【００１１】
Ｃｕ：１．０％以下
Ｃｕは、耐食性の向上に寄与するが、オーステナイト生成元素であり、フェライト相を不安定にするため、その上限を１．０％とした。
【００１２】
Ｎｉ：１．０％以下
Ｎｉは、耐食性の向上に寄与するが、オーステナイト生成元素であり、フェライト相を不安定にするため、その上限を１．０％とした。
【００１３】
Ｃｒ：１６．０〜２５．０％
Ｃｒは、耐食性の確保に必須の元素であり、十分な耐食性を持たせるためには
１６．０％以上の添加が必要であるが、２５．０％を超えるとコストが高くなるため、その範囲を１５．０％〜２５．０％とした。
【００１４】
Ｍｏ：３．０％以下
Ｍｏは、固溶強化元素であり、強度を向上させる。また、耐食性も向上させるため必要に応じてその添加量を調整して良い。但し、３．０％を超えた添加は熱間加工性を低下させるため、その上限を３．０％とする。
【００１５】
Ｓ：０．５０％以下
Ｓは、快削元素であり、鋼中で主に（Ｍｎ、Ｃｒ）Ｓを形成し切り屑の切れ性を良くし工具寿命を伸ばす。しかし、０．５０％を超えた添加は熱間加工性を著しく低下させるので、その上限を０．５０％とする。
【００１６】
Ｐｂ：０．３０％以下
Ｐｂは、快削元素であり、鋼中にＰｂ単体で分散し、工具と切り屑間の潤滑作用により工具寿命を伸ばす。しかし、０．３０％を超えた添加は熱間加工性を著しく低下させるので、その上限を０．３０％とする。
【００１７】
Ｓｅ：０．３０％以下
Ｓｅは、快削元素であり、鋼中で主に（Ｍｎ、Ｃｒ）Ｓｅを形成し切り屑の切れ性を良くし工具寿命を伸ばす。しかし、０．３０％を超えた添加は熱間加工性を著しく低下させるので、その上限を０．３０％とする。尚、Ｓ、Ｐｂ，Ｓｅは、その添加量の総和が０．１５％未満では十分な被削性が得られないため、その総をＳ＋Ｐｂ＋Ｓｅ≧０．１５％とする。
【００１８】
Ｔｅ：０．１５％以下
Ｔｅは、Ｓ、Ｓｅ系快削ステンレス鋼中で、硫化物、セレン化物を球状化させ、材料強度の異方性を小さくし、加工性、被削性を向上させる。しかし、０．１５％を超えると、その効果が飽和することから、その上限を０．１５％とする。また、Ｐｂ単味の快削ステンレス鋼には添加する必要は無い。
【００１９】
Ｃａ：０．０３％以下
Ｃａは、被削性を向上させる元素である。しかし、多量の添加は酸化物の生成で歩留まりが悪くなるため、その上限を０．０３％とする。
【００２０】
Ｎｂ＋Ｔａ：１．０％以下、Ｔｉ：１．０％以下、Ｖ：１．０％以下、Ｗ：１．０％以下、Ａｌ：１．０％以下
Ｎｂ＋Ｔａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ａｌは、固溶強化元素であり、必要により１種または２種以上を１．０％以下添加することで、強度が向上する。しかし、これらの元素は、窒化物を作りやすいため、少量の添加ではその効果は薄く、逆に軟化する場合もあるため、その総和が重量％で窒素の５倍以上とする必要がある。
【００２１】
Ｂ：０．００１〜０．０２％、Ｍｇ：０．００１〜０．０２％
Ｂ、Ｍｇは、熱間加工性を向上させる元素である。その効果は、０．００１％未満では小さく、０．０２％を超えると、逆に熱間加工性を害するため、その範囲を０．００１〜０．０２％とする。
【００２２】
【実施例】
次に本発明の特徴を更に明確にすべく、以下にその実施例を詳述する。表１に示す化学成分のものを５０ｋｇ高周波誘導炉で溶製した後、５０ｋｇ鋼塊に鋳造し、グリーブル試験片を採取。続いて残りの鋼片を一辺６０ｍｍの角材と直径２０ｍｍの丸棒に鍛伸し、７８０℃×４Ｈｒ加熱冷却の熱処理を施し、その後、角材よりドリル寿命試験片を、丸棒より引張試験片、塩水噴霧試験片を採取した。
【００２３】
ここで、グリーブル試験は、Ｍ６×１１０ｌの試験片を採取し、１００ｓｅｃで所望の温度に加熱、６０ｓｅｃ保持後に２ｉｎ／ｓｅｃの速度で引っ張った。その時の絞り値が６０％以上である温度範囲が２００℃以上ある場合に熱間加工良好と判断した。引張試験はＪＩＳ ４号試験片を用いて室温での０．２％耐力、引張強さを測定した。ドリル寿命試験はφ５のドリル（ＳＫＨ５１）を使用し、潤滑油を用いず、切削不能になる切削距離が１０００ｍｍとなる（ＶＬ＝１０００）切削速度を、比較鋼１１を１．０として比較した。最後に、塩水噴霧試験は、ＪＩＳ Ｚ ２３７１に沿って実施した。試験後の評価は、Ａ：腐食せず、Ｂ：若干の腐食あり、Ｃ：腐食あり、Ｄ：全面腐食の四段階で評価した。それらの結果を表２に示す。
【００２４】
【表１】

【００２５】
【表２】

【００２６】
表２に示すように、請求範囲外の比較鋼は、熱間加工性、０．２％耐力、引張強度、被削性、耐食性のいずれかに問題があることがわかる。
【００２７】
【発明の効果】
以上の説明の通り、本発明は、製造性、耐食性の低下を極力抑え、強度を向上させたフェライト系快削ステンレス鋼が提供でき、家電、ＯＡ機器等の電気製品やその他の切削部品で、高い応力を受ける部品等に最適である。

Claims (2)

1. 重量％で、
   Ｃ：０．０３％以下
   Ｎ：０．０５％以下（但し、Ｃ＋Ｎ≦０．０６０％）
   Ｓｉ：２．０％以下
   Ｍｎ：２．０％以下
   Ｃｕ：１．０％以下
   Ｎｉ：１．０％以下
   Ｃｒ：１６．０〜２５．０％
   Ｍｏ：１．７〜３．０％を含有し、
   Ｓ、Ｐｂ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃａの何れか１種または２種以上を
   Ｓ ：０．５０％以下
   Ｐｂ：０．３０％以下
   Ｓｅ：０．３０％以下（但し、Ｓ＋Ｐｂ＋Ｓｅ≧０．１５％）
   Ｔｅ：０．１５％以下
   Ｃａ：０．０３％以下の量で含有させ、
   更にＮｂ＋Ｔａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ａｌの何れか１種または２種以上を
   Ｎｂ＋Ｔａ：１．０％以下
   Ｔｉ：１．０％以下
   Ｖ：１．０％以下
   Ｗ：１．０％以下
   Ａｌ：１．０％以下
   の量で、Ｎの５倍以上の重量％を含有させ、残部Ｆｅから成る組成を有し、０．２％耐力が４２１ＭＰａ以上５５１ＭＰａ以下であることを特徴とする高強度、快削フェライト系ステンレス鋼。
2. 請求項１の成分に加え更にＢ、Ｍｇの何れか１種または２種を
   Ｂ：０．００１〜０．０２％
   Ｍｇ：０．００１〜０．０２％
   の量で含有させたことを特徴とする高強度、快削フェライト系ステンレス鋼。