JP2006097039A - 耐食性、冷鍛性および熱間加工性に優れた快削ステンレス鋼 - Google Patents
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Abstract
【課題】 耐食性、冷鍛性および熱間加工性に優れた快削ステンレス鋼を提供する。
【解決手段】 質量％で、Ｃ：０．４０％以下、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：０．２０〜０．９０％、Ｓ：０．０５〜０．４０％、Ｃｒ：１０〜３０％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなるステンレス鋼であって、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｓの含有量をそれぞれ［％Ｃｒ］、［％Ｍｎ］、［％Ｓ］としたときに、式（１）を満足することを特徴とする耐食性、冷鍛性および熱間加工性に優れた快削ステンレス鋼。
ｅｘｐ｛（１２＋０．１８×［％Ｃｒ］−３６×［％Ｓ］）／２２｝×［％Ｓ］≦［％Ｍｎ］≦ｅｘｐ｛（３２＋０．１８×［％Ｃｒ］−３６×［％Ｓ］）／２２｝×［％Ｓ］ …… （１）
【選択図】 なし
【解決手段】 質量％で、Ｃ：０．４０％以下、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：０．２０〜０．９０％、Ｓ：０．０５〜０．４０％、Ｃｒ：１０〜３０％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなるステンレス鋼であって、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｓの含有量をそれぞれ［％Ｃｒ］、［％Ｍｎ］、［％Ｓ］としたときに、式（１）を満足することを特徴とする耐食性、冷鍛性および熱間加工性に優れた快削ステンレス鋼。
ｅｘｐ｛（１２＋０．１８×［％Ｃｒ］−３６×［％Ｓ］）／２２｝×［％Ｓ］≦［％Ｍｎ］≦ｅｘｐ｛（３２＋０．１８×［％Ｃｒ］−３６×［％Ｓ］）／２２｝×［％Ｓ］ …… （１）
【選択図】 なし
Description
本発明は、耐食性、冷鍛性および熱間加工性に優れた快削ステンレス鋼に関するものである。
一般にＳＵＳ４１６、ＳＵＳ４３０Ｆ、ＳＵＳ３０３等のＳ添加快削ステンレス鋼の耐食性その他特性には、鋼中に生成した快削物質である硫化物の量だけでなく、硫化物組成が重要な影響を及ぼしていることが知られている。硫化物組成は鋼自体の成分に極めて大きく依存しており、ステンレス鋼の場合、１２％以上含有しているＣｒのため通常は硫化物中にもＣｒが自然に含まれる。そこで従来、耐食性を重視する場合には、Ｍｎ添加量を制限して硫化物組成を低Ｍｎ濃度−高Ｃｒ濃度化する手法が取られていた。
Ｃｒを含む硫化物は、耐食性に優れるため、本来の耐食性を期待されるステンレス鋼の快削物質として好適である。しかしながら、硫化物中Ｃｒ濃度が変動すると、硫化物硬さの急激な変化により被削性が著しく変わる問題点がある。硫化物組成は、鋼自体の成分に大きく依存するが、これにより冷鍛性や熱間加工性などの特性も変化させる。従来は硫化物組成を制御する方法として、例えば特開平１０−４６２９２号公報（特許文献１）に開示されているように、Ｍｎ／Ｓ比とＣｒ量で表わさせる因子を制御して硫化物中のＭｎをＣｒに置換して耐食性向上を図ると共に、硫化物組織の変化で若干被削性は低下するが、Ｐｂ、Ｓｅの添加で補え、かつ熱間加工時の組織をフェライト一相として十分な熱間加工性を確保したフェライト系快削ステンレス鋼が提案されている。
また、特開２０００−１７４０１号公報（特許文献２）に開示されているように、Ｃｒ−２１Ｍｎ／Ｓ≧−１５として硫化物をＣｒ−ｒｉｃｈに制御するマルテンサイト系快削ステンレス鋼が提案されている。さらに、特開平５−３３９６８０号公報（特許文献３）には、Ｍｎ／Ｓ≦２にして、ＭｎＳの生成を抑制して耐食性を向上させた快削オーステナイトステンレス鋼が提案されている。
しかしながら、上述したように硫化物組成を制御する方法のような鋼中に添加するＭｎ／Ｓ比やそれをやや拡大した制御式の調整による方法しかなく、品質安定性に優れ、耐食性、冷鍛性および熱間加工性に優れた快削ステンレス鋼は知られていなかったし、また、上記方法においては、耐食性と被削性を両立させた品質安定性には十分でないという問題がある。
上述したような問題を解消するために、発明者らは鋭意研究を重ねた結果、耐食性を重視するＳ添加快削ステンレス鋼において、Ｍｎの添加量を式にて定め、この式を満たすとき、硫化物中のＣｒ量が１５〜３５％となって、被削性の極端な犠牲なく耐食性を向上させることが出来る耐食性、冷鍛性および熱間加工性に優れた快削ステンレス鋼を提供するものである。
その発明の要旨とするところは、
（１）質量％で、Ｃ：０．４０％以下、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：０．２０〜０．９０％、Ｓ：０．０５〜０．４０％、Ｃｒ：１０〜３０％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなるステンレス鋼であって、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｓの含有量をそれぞれ［％Ｃｒ］、［％Ｍｎ］、［％Ｓ］としたときに、式（１）を満足することを特徴とする耐食性、冷鍛性および熱間加工性に優れた快削ステンレス鋼。
ｅｘｐ｛（１２＋０．１８×［％Ｃｒ］−３６×［％Ｓ］）／２２｝×［％Ｓ］≦［％Ｍｎ］≦ｅｘｐ｛（３２＋０．１８×［％Ｃｒ］−３６×［％Ｓ］）／２２｝×［％Ｓ］ …… （１）
（１）質量％で、Ｃ：０．４０％以下、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：０．２０〜０．９０％、Ｓ：０．０５〜０．４０％、Ｃｒ：１０〜３０％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなるステンレス鋼であって、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｓの含有量をそれぞれ［％Ｃｒ］、［％Ｍｎ］、［％Ｓ］としたときに、式（１）を満足することを特徴とする耐食性、冷鍛性および熱間加工性に優れた快削ステンレス鋼。
ｅｘｐ｛（１２＋０．１８×［％Ｃｒ］−３６×［％Ｓ］）／２２｝×［％Ｓ］≦［％Ｍｎ］≦ｅｘｐ｛（３２＋０．１８×［％Ｃｒ］−３６×［％Ｓ］）／２２｝×［％Ｓ］ …… （１）
（２）Ｎｉ：２５％以下、Ｍｏ：３．０％以下、Ｃｕ：３．０％以下、Ｃｏ：３．０％以下の１種または２種以上を含有することを特徴とする前記（１）に記載の耐食性、冷鍛性および熱間加工性に優れた快削ステンレス鋼。
（３）Ｔｉ：０．５０％以下、Ｖ：０．５０％以下、Ｎｂ：０．５０％以下、Ｗ：０．５０％以下、Ｔａ：０．５０％以下、Ｈｆ：０．５０％以下の１種または２種以上を含有することを特徴とする前記（１）または（２）に記載の耐食性、冷鍛性および熱間加工性に優れた快削ステンレス鋼。
（３）Ｔｉ：０．５０％以下、Ｖ：０．５０％以下、Ｎｂ：０．５０％以下、Ｗ：０．５０％以下、Ｔａ：０．５０％以下、Ｈｆ：０．５０％以下の１種または２種以上を含有することを特徴とする前記（１）または（２）に記載の耐食性、冷鍛性および熱間加工性に優れた快削ステンレス鋼。
（４）Ｓｅ：０．２０％以下、Ｔｅ：０．１０％以下、Ｓｎ：０．３０％以下、Ｐｂ：０．３０％以下、Ｂｉ：０．３０％以下、Ｃａ：０．０２０％以下の１種または２種以上を含有することを特徴とする前記（１）〜（３）に記載の耐食性、冷鍛性および熱間加工性に優れた快削ステンレス鋼。
（５）Ｂ：０．０２０％以下、Ａｌ：０．２０％以下、Ｍｇ：０．０２０％以下、Ｚｒ：０．２０％以下、ＲＥＭ：０．０２０％以下の１種または２種以上を含有することを特徴とする前記（１）〜（４）に記載の耐食性、冷鍛性および熱間加工性に優れた快削ステンレス鋼。
（５）Ｂ：０．０２０％以下、Ａｌ：０．２０％以下、Ｍｇ：０．０２０％以下、Ｚｒ：０．２０％以下、ＲＥＭ：０．０２０％以下の１種または２種以上を含有することを特徴とする前記（１）〜（４）に記載の耐食性、冷鍛性および熱間加工性に優れた快削ステンレス鋼。
（６）Ｐ：０．２０％以下、Ｎ：０．２０％以下、Ｏ：０．０３０％以下の１種または２種以上を含有することを特徴とする前記（１）〜（５）に記載の耐食性、冷鍛性および熱間加工性に優れた快削ステンレス鋼。
（７）硫化物系介在物に含まれるＣｒ量の平均値が、質量％で１５〜３５％であることを特徴とする前記（１）〜（６）に記載の耐食性、冷鍛性および熱間加工性に優れた快削ステンレス鋼にある。
（７）硫化物系介在物に含まれるＣｒ量の平均値が、質量％で１５〜３５％であることを特徴とする前記（１）〜（６）に記載の耐食性、冷鍛性および熱間加工性に優れた快削ステンレス鋼にある。
以上述べたように、本発明によるＭｎの添加量を式にて定め、硫化物中のＣｒ量を１５〜３５％に高精度で制御することにより、耐食性を重視する用途に好適で、冷鍛性と熱間加工性に優れたＳ添加快削ステンレス鋼を提供することができる。
以下、本発明に係る成分組成の限定理由について説明する。
Ｃ：０．４０％以下
Ｃは、その添加量に伴って強度を上昇させる元素であり、所望の強度を調整するのに有効な元素である。しかしながら、過度に増加すると、炭化物の析出により耐食性および被削性が低下するので、その上限を０．４０％とした。
Ｓｉ：２．０％以下
Ｓｉは、脱酸元素として有効である。しかし、過度に増量すると硬さを上昇させて靱性が悪化するので、上限を２．０％とした。
Ｃ：０．４０％以下
Ｃは、その添加量に伴って強度を上昇させる元素であり、所望の強度を調整するのに有効な元素である。しかしながら、過度に増加すると、炭化物の析出により耐食性および被削性が低下するので、その上限を０．４０％とした。
Ｓｉ：２．０％以下
Ｓｉは、脱酸元素として有効である。しかし、過度に増量すると硬さを上昇させて靱性が悪化するので、上限を２．０％とした。
Ｍｎ：０．２０〜０．９０％
Ｍｎは、脱酸元素として有効であるだけでなく、硫化物を生成し、その組成に重要な影響を与える元素である。式１に示すように、他の成分バランスにもよるが、０．２０％未満であると硫化物中のＭｎ濃度が低くなりすぎて被削性が低下し、０．９０％を超えると逆に硫化物中のＭｎ濃度が高くなりすぎて耐食性が低下するので、その範囲を０．２０〜０．９０％とした。
Ｍｎは、脱酸元素として有効であるだけでなく、硫化物を生成し、その組成に重要な影響を与える元素である。式１に示すように、他の成分バランスにもよるが、０．２０％未満であると硫化物中のＭｎ濃度が低くなりすぎて被削性が低下し、０．９０％を超えると逆に硫化物中のＭｎ濃度が高くなりすぎて耐食性が低下するので、その範囲を０．２０〜０．９０％とした。
Ｓ：０．０５〜０．４０％
Ｓは、被削性向上元素として極めて有効な元素であるが、含有量が０．０５％未満ではこの効果が十分発揮されない。また、０．４０％を超えて添加すると、添加量に見合うだけの被削性向上効果が得られない上、熱間加工性を劣化させるので、その範囲を０．０５〜０．４０％とした。
Ｓは、被削性向上元素として極めて有効な元素であるが、含有量が０．０５％未満ではこの効果が十分発揮されない。また、０．４０％を超えて添加すると、添加量に見合うだけの被削性向上効果が得られない上、熱間加工性を劣化させるので、その範囲を０．０５〜０．４０％とした。
Ｃｒ：１０〜３０％
Ｃｒは、マトリックスに固溶して鋼表面に酸化保護被膜を形成して耐食性を向上させる元素であるとともに、硫化物にも含有されると耐食性を著しく改善する。しかし、１０％未満では十分な被膜ができず耐食性が不十分で、３０％を超えると靱性および被削性が低下することから、その範囲を１０〜３０％とした。
Ｃｒは、マトリックスに固溶して鋼表面に酸化保護被膜を形成して耐食性を向上させる元素であるとともに、硫化物にも含有されると耐食性を著しく改善する。しかし、１０％未満では十分な被膜ができず耐食性が不十分で、３０％を超えると靱性および被削性が低下することから、その範囲を１０〜３０％とした。
Ｎｉ：２５％以下
Ｎｉは、オーステナイト生成元素で、オーステナイト系ステンレス鋼では基本元素である。延靱性を改善し、非酸化性酸に対する耐食性を向上させる効果がある。しかし、２５％を超えると本発明であるＳ添加快削鋼では熱間加工性が悪化するので、その上限を２５％とした。
Ｎｉは、オーステナイト生成元素で、オーステナイト系ステンレス鋼では基本元素である。延靱性を改善し、非酸化性酸に対する耐食性を向上させる効果がある。しかし、２５％を超えると本発明であるＳ添加快削鋼では熱間加工性が悪化するので、その上限を２５％とした。
Ｍｏ：３．０％以下
Ｍｏは、Ｃｒの酸化保護被膜を強固にし耐食性を改善する効果がある。しかし、３．０％を超えるとσ相が析出しやすくなり機械的性質を低下させるので、その上限を３．０％とした。
Ｃｕ：３．０％以下
Ｃｕは、オーステナイト系ステンレス鋼に添加されると冷間加工性を向上する働きがある。しかし、３．０％を超えると熱間加工性が悪化するので、その上限を３．０％とした。
Ｍｏは、Ｃｒの酸化保護被膜を強固にし耐食性を改善する効果がある。しかし、３．０％を超えるとσ相が析出しやすくなり機械的性質を低下させるので、その上限を３．０％とした。
Ｃｕ：３．０％以下
Ｃｕは、オーステナイト系ステンレス鋼に添加されると冷間加工性を向上する働きがある。しかし、３．０％を超えると熱間加工性が悪化するので、その上限を３．０％とした。
Ｃｏ：３．０％以下
Ｃｏは、強度を高め耐熱性や耐摩耗性を改善する元素である。しかし、３．０％を超えると熱間加工性が劣化するので、その上限を３．０％とした。
Ｔｉ：０．５０％以下、Ｖ：０．５０％以下、Ｎｂ：０．５０％以下、Ｗ：０．５０％以下、Ｔａ：０．５０％以下、Ｈｆ：０．５０％以下
これらの元素は炭窒化物を生成し耐食性を改善する効果がある。しかし、０．５０％を超えると被削性が悪化することから、各々の上限を０．５０％とした。
Ｃｏは、強度を高め耐熱性や耐摩耗性を改善する元素である。しかし、３．０％を超えると熱間加工性が劣化するので、その上限を３．０％とした。
Ｔｉ：０．５０％以下、Ｖ：０．５０％以下、Ｎｂ：０．５０％以下、Ｗ：０．５０％以下、Ｔａ：０．５０％以下、Ｈｆ：０．５０％以下
これらの元素は炭窒化物を生成し耐食性を改善する効果がある。しかし、０．５０％を超えると被削性が悪化することから、各々の上限を０．５０％とした。
Ｓｅ：０．２０％以下、Ｔｅ：０．１０％以下、Ｓｎ：０．３０％以下、Ｐｂ：０．５０％以下、Ｂｉ：０．３０％以下、Ｃａ：０．０２０％以下
これらの元素は被削性を改善する効果がある。しかし、それぞれの上限を超えると、効果が飽和したり熱間加工性が低下したりするので、各々の上限を０．０２０％とした。
これらの元素は被削性を改善する効果がある。しかし、それぞれの上限を超えると、効果が飽和したり熱間加工性が低下したりするので、各々の上限を０．０２０％とした。
Ｂ：０．０２０％以下、Ａｌ：０．２０％以下、Ｍｇ：０．０２０％以下、Ｚｒ：０．２０％以下、ＲＥＭ：０．０２０％以下
これらの元素は熱間加工性を改善する効果がある。しかし、それぞれの上限を超えると、効果が飽和したり逆に熱間加工性が低下したりするので、各々の上限を定めた。
Ｐ：０．２０％以下、Ｎ：０．２０％以下、Ｏ：０．０３０％以下
これらの元素は不純物であり、熱間加工性や機械的性質を低下させるために含有量はなるべく少ない方が良いが、本発明が提供する効果を著しく阻害しない許容できる範囲内として定めた。
これらの元素は熱間加工性を改善する効果がある。しかし、それぞれの上限を超えると、効果が飽和したり逆に熱間加工性が低下したりするので、各々の上限を定めた。
Ｐ：０．２０％以下、Ｎ：０．２０％以下、Ｏ：０．０３０％以下
これらの元素は不純物であり、熱間加工性や機械的性質を低下させるために含有量はなるべく少ない方が良いが、本発明が提供する効果を著しく阻害しない許容できる範囲内として定めた。
ｅｘｐ｛（１２＋０．１８×［％Ｃｒ］−３６×［％Ｓ］）／２２｝×［％Ｓ］≦［％Ｍｎ］≦ｅｘｐ｛（３２＋０．１８×［％Ｃｒ］−３６×［％Ｓ］）／２２｝×［％Ｓ］ この式は、硫化物を耐食性と被削性の改善に好適な組成に制御し、かつ良好な冷鍛性と熱間加工性を有するための、合金元素成分調整方法を示すものであって、本発明において最も重要なものである。Ｍｎ量が最左辺にて計算される値よりも少なくなると、硫化物中のＣｒ量が増加して被削性と冷鍛性が低下し、Ｍｎ量が最右辺より多くなると、硫化物中のＭｎ量が多くなって耐食性が低下すると共にマトリックスへの固溶強化のため冷鍛性と熱間加工性が低下する。従って、上記範囲とした。
図１は、１２％Ｃｒ−０．１７％Ｓ鋼、１２％Ｃｒ−０．３２％Ｓ鋼、１９％Ｃｒ−０．３２％Ｓ鋼、１８％Ｃｒ−８％Ｎｉ−０．３２％Ｓ鋼のそれぞれの鋼種系についての硫化物系介在物中のＣｒ量に及ぼすＭｎ／Ｓ比、Ｃｒ量およびＳ量の影響を示す図である。この図から分かるように、硫化物中Ｃｒ量は、Ｍｎ／Ｓ比の低下、合金元素としてのＣｒ量の増加、およびＳ量の低下に伴って増加することが分かる。また、図２〜６は、１２％Ｃｒ−０．１７％Ｓ鋼について、被削性、耐食性、冷鍛性、熱間加工性に及ぼすＭｎ量の影響を示す図である。本発明によりＭｎ量を制御して添加した場合に、上記特性を兼ね備えた快削ステンレス鋼を得ることができる。
以下、本発明について実施例によって具体的に説明する。
表１および表２に示す成分組成の鋼を真空誘導炉にて溶製して１００ｋｇの鋼塊とし、鍛伸後熱処理を行ない、各種試験に供した。試験は硫化物系介在物調査、塩水噴霧試験、サイクル湿潤試験、孔食電位試験、ドリル寿命試験、旋削工具摩耗試験、冷鍛性試験および熱間加工性試験を行った。その結果を表３および表４に示す。
表１および表２に示す成分組成の鋼を真空誘導炉にて溶製して１００ｋｇの鋼塊とし、鍛伸後熱処理を行ない、各種試験に供した。試験は硫化物系介在物調査、塩水噴霧試験、サイクル湿潤試験、孔食電位試験、ドリル寿命試験、旋削工具摩耗試験、冷鍛性試験および熱間加工性試験を行った。その結果を表３および表４に示す。
（１）硫化物系介在物調査
φ２０ｍｍ鍛伸−熱処理後、組織観察用に長手方向に平行に試験片を切り出し、エメリー紙とバフを用いて鏡面まで研磨した後、各供試材当たり３０個の硫化物系介在物の組織をエネルギー分散型Ｘ線分析装置にて定量分析した。
φ２０ｍｍ鍛伸−熱処理後、組織観察用に長手方向に平行に試験片を切り出し、エメリー紙とバフを用いて鏡面まで研磨した後、各供試材当たり３０個の硫化物系介在物の組織をエネルギー分散型Ｘ線分析装置にて定量分析した。
（２）塩水噴霧試験
φ２０ｍｍ鍛伸−熱処理後、φ１２ｍｍ×Ｌ２１ｍｍの耐食性試験片を作製して試験に供した。試験条件は、５％ＮａＣｌ水溶液、３５℃−２４ｈ噴霧にて行い、試験後の発銹程度をレイティングにより評価した。レイティングは、Ａ：発銹なし、Ｂ：発銹面積率５％未満、Ｃ：発銹面積率５％〜２０％未満、Ｄ：発銹面積率２０％以上として評価した。
φ２０ｍｍ鍛伸−熱処理後、φ１２ｍｍ×Ｌ２１ｍｍの耐食性試験片を作製して試験に供した。試験条件は、５％ＮａＣｌ水溶液、３５℃−２４ｈ噴霧にて行い、試験後の発銹程度をレイティングにより評価した。レイティングは、Ａ：発銹なし、Ｂ：発銹面積率５％未満、Ｃ：発銹面積率５％〜２０％未満、Ｄ：発銹面積率２０％以上として評価した。
（３）サイクル湿潤試験
φ２０ｍｍ鍛伸−熱処理後、φ１２ｍｍ×Ｌ２１ｍｍの耐食性試験片を作製して試験に供した。試験条件は、相対湿度９０％、［（２０℃−１．５ｈ） ←→（５０℃−４．５ｈ）］×２０サイクルで行い、試験後の発銹程度をレイティングした。レイティングは、Ａ：発銹なし、Ｂ：発銹面積率５％未満、Ｃ：発銹面積率５％〜２０％未満、Ｄ：発銹面積率２０％以上として評価した。
（４）孔食電位試験
φ２０ｍｍ鍛伸−熱処理後、長手方向に平行に試験片を切り出し、３０℃、３．５％ＮａＣｌ水溶液を用いて孔食電位測定を行った。試験条件は、ＪＩＳ Ｇ０５７７に準拠した。孔食電位のレイティングは、Ａ：０．４ｍＶ以上、Ｂ：０．３〜０．４ｍＶ未満、Ｃ：０．２〜０．３ｍＶ未満、Ｄ：０．０８〜０．２ｍＶ未満、Ｅ：０．０８ｍＶ未満で評価した。
φ２０ｍｍ鍛伸−熱処理後、φ１２ｍｍ×Ｌ２１ｍｍの耐食性試験片を作製して試験に供した。試験条件は、相対湿度９０％、［（２０℃−１．５ｈ） ←→（５０℃−４．５ｈ）］×２０サイクルで行い、試験後の発銹程度をレイティングした。レイティングは、Ａ：発銹なし、Ｂ：発銹面積率５％未満、Ｃ：発銹面積率５％〜２０％未満、Ｄ：発銹面積率２０％以上として評価した。
（４）孔食電位試験
φ２０ｍｍ鍛伸−熱処理後、長手方向に平行に試験片を切り出し、３０℃、３．５％ＮａＣｌ水溶液を用いて孔食電位測定を行った。試験条件は、ＪＩＳ Ｇ０５７７に準拠した。孔食電位のレイティングは、Ａ：０．４ｍＶ以上、Ｂ：０．３〜０．４ｍＶ未満、Ｃ：０．２〜０．３ｍＶ未満、Ｄ：０．０８〜０．２ｍＶ未満、Ｅ：０．０８ｍＶ未満で評価した。
（５）ドリル寿命試験
φ６０ｍｍ鍛伸−熱処理材について、鍛伸方向に平行に、一定条件で、ドリルが折損または溶損して穿孔不能になるまでドリル穿孔を行った。同条件で試験を３回繰り返し、その平均値をドリル寿命とした。使用ドリル：ＳＫＨ５１、φ５ｍｍストレートドリル、穿孔深さ：１５ｍｍ、切削速度：３０ｍ／ｍｉｎ、送り量：０．１ｍｍ／ｒｅｖ、クーラント：なし、で行った。
φ６０ｍｍ鍛伸−熱処理材について、鍛伸方向に平行に、一定条件で、ドリルが折損または溶損して穿孔不能になるまでドリル穿孔を行った。同条件で試験を３回繰り返し、その平均値をドリル寿命とした。使用ドリル：ＳＫＨ５１、φ５ｍｍストレートドリル、穿孔深さ：１５ｍｍ、切削速度：３０ｍ／ｍｉｎ、送り量：０．１ｍｍ／ｒｅｖ、クーラント：なし、で行った。
（６）旋削工具摩耗試験
φ６０ｍｍ鍛伸−熱処理材について、周方向に一定条件で旋削を行った。切削距離２０００ｍのときの工具逃げ面摩耗を測定した。使用工具：超硬Ｐ２０、正方形ネガティブチップ、刃先Ｒ０．４ｍｍ、切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ、切込量：１．０ｍｍ、送り量：０．２ｍｍ／ｒｅｖ、クーラント：なし、で行った。
ドリル寿命および旋削摩耗は、Ｎｏ．１〜１９は、Ｎｏ．１０のドリル寿命（穴数）または旋削工具摩耗量（ｍｍ）に対する各供試材のドリル寿命または旋削工具摩耗量の比で表した。同様に、Ｎｏ．２０〜３６については、Ｎｏ．２８を基準とし、また、Ｎｏ．３７〜４８については、Ｎｏ．４６を基準とした。
φ６０ｍｍ鍛伸−熱処理材について、周方向に一定条件で旋削を行った。切削距離２０００ｍのときの工具逃げ面摩耗を測定した。使用工具：超硬Ｐ２０、正方形ネガティブチップ、刃先Ｒ０．４ｍｍ、切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ、切込量：１．０ｍｍ、送り量：０．２ｍｍ／ｒｅｖ、クーラント：なし、で行った。
ドリル寿命および旋削摩耗は、Ｎｏ．１〜１９は、Ｎｏ．１０のドリル寿命（穴数）または旋削工具摩耗量（ｍｍ）に対する各供試材のドリル寿命または旋削工具摩耗量の比で表した。同様に、Ｎｏ．２０〜３６については、Ｎｏ．２８を基準とし、また、Ｎｏ．３７〜４８については、Ｎｏ．４６を基準とした。
（７）冷鍛性試験
φ２０ｍｍ鍛伸−熱処理後、φ１４ｍｍ×Ｌ２１ｍｍの据込試験片を作製し、冷間にて長手方向に圧縮して割れが発生するまでの圧縮率（限界据込率）を測定した。
限界据込率について、Ａ：７０％以上、Ｂ：６５〜７０％未満、Ｃ：６０〜６５％未満、Ｄ：５５〜６０％未満、Ｅ：５５％未満で評価した。
φ２０ｍｍ鍛伸−熱処理後、φ１４ｍｍ×Ｌ２１ｍｍの据込試験片を作製し、冷間にて長手方向に圧縮して割れが発生するまでの圧縮率（限界据込率）を測定した。
限界据込率について、Ａ：７０％以上、Ｂ：６５〜７０％未満、Ｃ：６０〜６５％未満、Ｄ：５５〜６０％未満、Ｅ：５５％未満で評価した。
（８）熱間加工性
鋳片からφ８ｍｍ×Ｌ１００ｍｍの試験片を作製し、１２００℃に加熱して５０ｍｍ／ｓで引張り破断させ、破断部の断面収縮率から絞り値を求めた。
熱間加工性については、Ａ：１２００℃における絞り値が８０％以上、Ｂ：７０〜８０％未満、Ｃ：６０〜７０％未満、Ｄ：６０％未満で評価した。
鋳片からφ８ｍｍ×Ｌ１００ｍｍの試験片を作製し、１２００℃に加熱して５０ｍｍ／ｓで引張り破断させ、破断部の断面収縮率から絞り値を求めた。
熱間加工性については、Ａ：１２００℃における絞り値が８０％以上、Ｂ：７０〜８０％未満、Ｃ：６０〜７０％未満、Ｄ：６０％未満で評価した。
表３および表４に示すように、Ｎｏ．１〜９、Ｎｏ．２０〜２７、Ｎｏ．３７〜４５は本発明鋼であり、Ｎｏ．１０〜１９、Ｎｏ．２８〜３６、Ｎｏ．４６〜４９は比較鋼である。比較鋼Ｎｏ．１０はＳ含有量が低いために、被削性が劣る。比較鋼Ｎｏ．１１〜１２はいずれもＭｎ含有量が低いために、比較鋼Ｎｏ．１０と同様に、被削性が劣る。比較鋼Ｎｏ．１３は（１）式を満足していないために、硫化物中のＣｒ量が不十分で耐食性が劣る。Ｎｏ．１４〜１５はいずれもＭｎ含有量が高いために、耐食性、および熱間加工性ないし限界据込率が劣る。
比較鋼Ｎｏ．１６は（１）式を満足していないために、硫化物中のＣｒ量が過剰になって被削性および限界据込率が悪い。比較鋼Ｎｏ．１７はＭｎ含有量が高いために、耐食性が悪く、かつ限界据込率および熱間加工性が悪い。比較鋼Ｎｏ．１８はＣ含有量が高いために、耐食性、被削性、限界据込率および熱間加工性が悪い。比較鋼Ｎｏ．１９はＳ含有量が高いために、耐食性、限界据込率および熱間加工性が悪い。
比較鋼Ｎｏ．２８はＳ含有量が低いために、被削性が劣る。比較鋼Ｎｏ．２９はＭｎ含有量が低いために、限界据込率が悪く、比較鋼Ｎｏ．３０は逆にＭｎ含有量が高いために、耐食性が劣り、かつ限界据込率および熱間加工性が劣る。比較鋼Ｎｏ．３１は（１）式を満足していないために、限界据込率が悪い。比較鋼Ｎｏ．３２、３３はＭｎ含有量が高いために、耐食性および限界据込率ないし熱間加工性が劣る。比較鋼Ｎｏ．３４はＳｉ含有量が高いために、被削性および熱間加工性が劣る。
比較鋼Ｎｏ．３５はＣｒ含有量が低く、比較鋼Ｎｏ．３５は逆に高いために、耐食性および熱間加工性、ないしは被削性が悪い。比較鋼Ｎｏ．４６はＳ含有量が低いために、被削性が劣る。比較鋼Ｎｏ．４７は（１）式を満足していないために、硫化物中のＣｒ量が過剰で被削性ないし限界据込率が劣る。比較鋼Ｎｏ．４８はＭｎ含有量が高いために、耐食性が劣り、かつ限界据込率および熱間加工性が悪い。
以上、表３および表４から分かるように、成分組成を規制し、かつＭｎの添加量を式にて定めると共に硫化物中のＣｒ量を一定に制御することにより、耐食性、被削性、および限界据込率並びに熱間加工性の優れた快削ステンレス鋼を得ることができた。
以上、表３および表４から分かるように、成分組成を規制し、かつＭｎの添加量を式にて定めると共に硫化物中のＣｒ量を一定に制御することにより、耐食性、被削性、および限界据込率並びに熱間加工性の優れた快削ステンレス鋼を得ることができた。
Claims (7)
- 質量％で、
Ｃ：０．４０％以下、
Ｓｉ：２．０％以下、
Ｍｎ：０．２０〜０．９０％、
Ｓ：０．０５〜０．４０％、
Ｃｒ：１０〜３０％
を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなるステンレス鋼であって、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｓの含有量をそれぞれ［％Ｃｒ］、［％Ｍｎ］、［％Ｓ］としたときに、式（１）を満足することを特徴とする耐食性、冷鍛性および熱間加工性に優れた快削ステンレス鋼。
ｅｘｐ｛（１２＋０．１８×［％Ｃｒ］−３６×［％Ｓ］）／２２｝×［％Ｓ］≦［％Ｍｎ］≦ｅｘｐ｛（３２＋０．１８×［％Ｃｒ］−３６×［％Ｓ］）／２２｝×［％Ｓ］ …… （１） - Ｎｉ：２５％以下、Ｍｏ：３．０％以下、Ｃｕ：３．０％以下、Ｃｏ：３．０％以下の１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１に記載の耐食性、冷鍛性および熱間加工性に優れた快削ステンレス鋼。
- Ｔｉ：０．５０％以下、Ｖ：０．５０％以下、Ｎｂ：０．５０％以下、Ｗ：０．５０％以下、Ｔａ：０．５０％以下、Ｈｆ：０．５０％以下の１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１または２に記載の耐食性、冷鍛性および熱間加工性に優れた快削ステンレス鋼。
- Ｓｅ：０．２０％以下、Ｔｅ：０．１０％以下、Ｓｎ：０．３０％以下、Ｐｂ：０．３０％以下、Ｂｉ：０．３０％以下、Ｃａ：０．０２０％以下の１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１〜３に記載の耐食性、冷鍛性および熱間加工性に優れた快削ステンレス鋼。
- Ｂ：０．０２０％以下、Ａｌ：０．２０％以下、Ｍｇ：０．０２０％以下、Ｚｒ：０．２０％以下、ＲＥＭ：０．０２０％以下の１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１〜４に記載の耐食性、冷鍛性および熱間加工性に優れた快削ステンレス鋼。
- Ｐ：０．２０％以下、Ｎ：０．２０％以下、Ｏ：０．０３０％以下の１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１〜５に記載の耐食性、冷鍛性および熱間加工性に優れた快削ステンレス鋼。
- 硫化物系介在物に含まれるＣｒ量の平均値が、質量％で１５〜３５％であることを特徴とする請求項１〜６に記載の耐食性、冷鍛性および熱間加工性に優れた快削ステンレス鋼。
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