JP2011168859A - 鍛造性に優れるオーステナイト系ステンレス快削鋼棒線 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】質量%で、C≦0.150%、Si:0.1〜2.0%、Mn0.1〜3.0%、P≦0.05%、S:0.01%〜0.15%、Ni:6.0〜25.0%、Cr:14.0〜26.0%、N≦0.250%、Al:0.002〜0.010%、Ca:0.001〜0.010%、O:0.001%〜0.025%、残部Feおよび不可避的不純物からなる鋼で、かつ質量比で0.25≦Ca/Al≦2.50および0.10≦Ca/O≦0.30の条件を満たすことにより、低軟化点を有するCaO−SiO2−Al2O3系の酸化物と(Mn,Cr)Sの硫化物との複合介在物を形成することを特徴とする鍛造性に優れるオーステナイト系ステンレス快削鋼線材。
【選択図】図2
Description
鍛造性に優れたSUS304やSUSXM7は被削性が悪く、被削性の優れたSUS303は鍛造性が悪いという相反する特徴を有している。従って、複雑な形状を有する部品では材料歩留が悪くても被削性の高い鋼を使用し、切削加工にて製造しているのが通常であった。
すなわち、本発明の要旨とするところは特許請求の範囲の記載した通りの下記内容である。
(1)質量%で、C≦0.150%、Si:0.1〜2.0%、Mn0.1〜3.0%、P≦0.05%、S:0.01%〜0.15%、Ni:6.0〜25.0%、Cr:14.0〜26.0%、N≦0.250%、Al:0.002〜0.010%、Ca:0.001〜0.010%、O:0.001%〜0.025%、残部Feおよび不可避的不純物からなる鋼で、かつ質量比で0.25≦Ca/Al≦2.50および0.10≦Ca/O≦0.30の条件を満たすことにより、低軟化点を有するCaO−SiO2−Al2O3系の酸化物と(Mn,Cr)Sの硫化物との複合介在物を形成することを特徴とする鍛造性に優れるオーステナイト系ステンレス快削鋼線材。
(1)前記鋼は、質量%で、B≦0.010%を含有することを特徴とする(1)に記載の鍛造性に優れるオーステナイト系ステンレス快削鋼線材。
(3)前記鋼は、質量%で、Cu:1.0〜4.0%を含有することを特徴とする(1)または(2)に記載の鍛造性に優れるオーステナイト系ステンレス快削鋼線材。
(4)前記鋼は、質量%で、Mo≦1.50%を含有することを特徴とする(1)〜(3)のいずれか一項に記載の鍛造性に優れるオーステナイト系ステンレス快削鋼線材。
C≦0.150%
Cはオーステナイト相安定化元素であるが多量に含有させると耐食性、鍛造性、耐工具磨耗性が劣化するため上限を0.150%とした。好ましくは0.050%以下、さらに好ましくは0.030%以下である。
Siは脱酸剤として作用し、耐酸化性を向上させるにも有効な元素であるので0.1%以上含有させるが、必要以上の含有は鍛造性、耐工具磨耗性を劣化させるため2.0%を上限とした。好ましくは0.1〜0.4%である。
MnはMnSとして被削性を向上させる効果があるため、0.1%以上含有させるが、過剰な含有は耐食性や靭性を低下させるためその上限を3.0%とした。好ましくは1.0〜2.5%である。
Pは含有量が多いと熱間加工性を低下させるため0.05%を上限とした。好ましくは0.04%以下である。
Sは被削性を改善する元素であるため0.01%以上含有させるが、大量に含有させると硫化物を中心とした介在物が粗大化し、鍛造性が劣化する。そのため微量Al、Caを添加(制御)して、低融点酸化物と硫化物の複合介在物とさせ、被削性と鍛造性を兼備させるために0.15%の範囲とした。好ましくは0.01%〜0.12%である。
Niは耐食性を向上させるとともに、鍛造性を改善させる元素である。そのため下限を6.0%とした。また、Niは高価な元素であり、過度の添加は固溶強化により材料を硬質化し、鍛造性劣化、工具寿命の劣化を引き起こす。そのため上限を25.0%とした。鍛造性の点から、より好ましくは8.0%〜11.0%である。
Crはマトリックスに固溶し、耐食性向上にさせる元素である。14.0%以下では耐食性が悪くなり、多いとオーステナイト相が不安定となるとともに、熱間でスケール生成を抑制し、熱間圧延疵の原因となることから、上限を26.0%とした。好ましくは17.0%〜19.0%である。
Nはオーステナイト相を安定化させるために有効な元素である。しかし過度の添加は固溶強化により材料を硬質化させ、鍛造性劣化、工具寿命を低下させる。そのため上限を0.250%とした。好ましくは0.010%〜0.030%である。
Alは脱酸剤として作用するとともに、後述の低軟化点を有するCaO−SiO2−Al2O3系の酸化物を生成し、硫化物との複合介在物とさせ、硫化物の微細分散に重要な元素であるが、多量に含有すると硬質な粗大非金属酸化物として存在するために鍛造性を低下させる。そこで、その範囲を0.002%以上0.010%以下とした。好ましくは0.002〜0.008%である。
Caは低軟化点のCaO−SiO2−Al2O3系の酸化物を生成させるのに重要な元素である。Al、Siなどの脱酸元素とOの微妙なコントロールにより後述する低融点のCaO−SiO2−Al2O3系酸化物を生成し、硫化物との複合介在物として、硫化物を微細に分散させる。これらの効果を得るためには少なくとも0.001%以上の添加が必要である。しかし、多量に含有させると、これらの効果が得られなくなることに加え、製造性も低下することから、その上限を0.010%とした。好ましくは0.001〜0.007%である。
OはAl、Caと同じく、CaO−SiO2−Al2O3系酸化物となり、硫化物との複合介在物として、微細に分散させるため、Oの含有は必須である。0.001%以下ではその効果は小さく、0.025%を超えると硬質のCr2O3が増大して鍛造性及び被削性を低下させるので、その範囲を0.001%以上0.025%以下とした。好ましくは0.005〜0.020%である。
CaO−SiO2−Al2O3系の酸化物を生成させ、(Mn,Cr)Sの硫化物と複合介在物にするためにはCa/Al比をコントロールすることが必要である。Ca/Al比が0.25未満であると、CaO量が少なくなり、SiO2−Al2O3系の酸化物が多く存在し、複合介在物になりにくくなるとともに、硬質な酸化物が多くなることから鍛造性、被削性が劣化する。また、Ca/Al比が2.50を超えると、2CaO・SiO2が多く生成され、複合介在物になりにくくなり、複合介在物の微細化による鍛造性の向上代が低下することに加え、鋳造時にノズルが溶損し、製造性に問題が発生するため、質量比で0.25≦Ca/Al≦2.5とした。
Ca/OについてもCaO−SiO2−Al2O3系の酸化物を生成させ、(Mn,Cr)Sの硫化物と複合介在物にするためにはCa/O比をコントロールすることが重要である。Ca/O比が0.10未満であると、SiO2−MnO−Cr2O3系の酸化物が多くなり、CaO−SiO2−Al2O3系の酸化物が少なるため、複合介在物が生成しにくくなり鍛造性が劣化する。また0.30を超えると、MnO量が減少し、複合介在物を生成しにくくなり鍛造性が劣化し、また鋳造時にノズルが溶損し、製造性に問題が発生するため、質量比で0.10≦Ca/O≦0.30とした。
極微量のAl、O、Caをコントロールすることにより、(Mn,Cr)S系の硫化物の接種核として働き、複合介在物として、硫化物を微細に分散させる低融点のCaO−SiO2−Al2O3系の酸化物となり、その結果、鍛造性、被削性が向上することを見出した。
B≦0.010%
Bは熱間加工性や軟質化を改善するために添加される元素であり、0.002%以上の添加により安定した効果が得られる。しかし過剰に添加するとBの化合物が析出し、熱間加工性を劣化させるので、その上限を0.010%とした。好ましくは0.002〜0.004%である。
Cu:1.0〜4.0%
Cuはオーステナイト相安定元素であり、鍛造性を改善させる重要な元素である。後述する更に好ましい鍛造性を得るためには少なくとも1.0%以上の添加が必要であるが、4.0%を超えて含有すると熱間加工性が悪化することから上限を4.0%とした。好ましくは2.0〜4.0%である。
Mo≦1.50%
MoはCrと同様に耐食性を向上させるのに有効な元素であり0.1%以上の添加により安定した効果が得られる。しかし、多量に添加すると熱間加工性が低下するために上限を1.50%とした。好ましくは0.10〜1.40%である。
また、本願発明の好ましい形態として、更に鍛造性を向上させるためには、S:0.05%以下、C:0.030%以下、N:0.030%以下にすることが好ましく、かつその時の試験片の横断面における表層から深さ1mmの間の長径2μm未満の硫化物、酸化物などの介在物数の割合が80%以上であることにより、80%以上の鍛造性を示す。表層から深さ1mmの間は鍛造加工時に応力が集中するため、介在物が破壊の起点になりやすいため、介在物の大きさとその割合は重要である。2μm未満の介在物数の割合が少なくなると鍛造性が劣化することから、80%以上の鍛造性を確保するためには、2μm未満の介在物の割合が80%以上必要である。
表1、2に本発明の実施例の化学成分と鍛造性、被削性(切屑処理性、耐工具磨耗性)の評価結果を示す。
(1−H/H0)×100(%)
本発明鋼No.1〜26は限界据込率が70%以上であった。
切削試験は直径22mmに熱間鍛伸した棒鋼を供試材として、超硬工具(P20種)を用いて、切削速度(50〜200m/min)、切込み(0.1〜1.0mm)、送り速度(0.01〜0.1mm/rev)で外周切削をおこなった。被削性の評価は切屑処理性、耐工具磨耗性にて評価した。
製造性は熱間圧延後の表面疵の有無で評価した。本発明鋼については表面疵は確認されなかった。
一方、比較例No.27〜46は本発明に比べ、鍛造性、被削性(切屑処理性、耐工具磨耗性)製造性、コストのいずれかが劣っていた。
以上実施例から分かるように本発明例に優位性は明らかである。
Claims (4)
- 質量%で、
C≦0.150%、
Si:0.1〜2.0%、
Mn0.1〜3.0%、
P≦0.05%、
S:0.01〜0.15%、
Ni:6.0〜25.0%、
Cr:14.0〜26.0%、
N≦0.250%、
Al:0.002〜0.010%、
Ca:0.001〜0.010%、
O:0.001%〜0.025%、残部Feおよび不可避的不純物からなる鋼で、かつ質量比で0.25≦Ca/Al≦2.50および0.10≦Ca/O≦0.30の条件を満たすことにより、低軟化点を有するCaO−SiO2−Al2O3系の酸化物と(Mn,Cr)Sの硫化物との複合介在物を形成することを特徴とする鍛造性に優れるオーステナイト系ステンレス快削鋼線材。 - 前記鋼は、質量%で、B≦0.010%を含有することを特徴とする請求項1に記載の鍛造性に優れるオーステナイト系ステンレス快削鋼線材。
- 前記鋼は、質量%で、Cu:1.0〜4.0%を含有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の鍛造性に優れるオーステナイト系ステンレス快削鋼線材。
- 前記鋼は、質量%で、Mo≦1.50%を含有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の鍛造性に優れるオーステナイト系ステンレス快削鋼線材。
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