JPH09500421A - 快削性マルテンサイト系ステンレス鋼 - Google Patents
快削性マルテンサイト系ステンレス鋼Info
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Abstract
(57)【要約】
被削性と硬さ性能と耐食性とを良好に兼ね備え、表１中におおよその重量％で示した成分を有するマルテンサイト系ステンレス鋼合金が開示されている。特に、この合金は、少なくとも約３２ＨＲＣの硬さ性能と、約９６ＨＲＢ−３８ＨＲＣの硬さ範囲を含む広範な硬さ範囲でシングルポイント旋削，総形工具旋削及びドリル加工における良好な被削性とを有する。
Description
【発明の詳細な説明】
快削性マルテンサイト系ステンレス鋼
発明の分野
本発明は、改善されたマルテンサイト系ステンレス鋼合金、特に、被削性と硬
さ性能(hardness capability)と耐食性とをユニークに兼ね備えた合金と、それ
により作られた製品に関するものである。
発明の背景
ステンレス鋼は、炭素鋼や低合金鋼と比較して高強度で加工硬化率が高いため
、一般に炭素鋼や低合金鋼よりは機械加工するのが困難である。ステンレス鋼は
、炭素鋼や低合金鋼よりは強力な機械と低機械加工速度とを必要とする。更に、
ステンレス鋼は高強度で加工硬化率が高いため、機械加工中にしばしば工具の耐
用寿命を短縮させることとなる。マルテンサイト系ステンレス鋼，フェライトス
テンレス鋼，オーステナイト系ステンレス鋼及び析出硬化系ステンレス鋼を機械
加工する上での多くの予防処置と同様に上述の制約があることは、よく知られて
おり、金属ハンドブックデスク版(Metals Handbook Desk Edition)の１５−８頁
，１５−９頁（ボーイヤ アンド ゴール １９８５年度版(Boyer and Gall ed
．1985)）において論じられている。
ステンレス鋼の或る等級のものは、被削性を改善するために硫黄，セレン，燐
又は鉛の如き元素を添加することによって修正されている。例えば、ＡＩＳＩ
Ｔｙｐｅ ４１６、快削性マルテンサイト等級のステンレス鋼は、重量％で実質
的に、
Ｃ 最大０．１５
Ｍｎ 最大１．２５
Ｓｉ 最大１．００
Ｐ 最大０．０６０
Ｓ 最少０．１５
Ｃｒ １２．００−１４．００
Ｆｅ 残部
を含有している。Ｔｙｐｅ ４１６ ステンレス鋼においては、望ましい強度レ
ベルを提供するべく炭素が存在し、良好な被削性を提供するべく硫黄が存在し、
更に耐食性を持たせるべくクロムが存在する。
マンガンを含有させ又はテルルとアルミニウムと銅との化合物を含有させるこ
とによってＴｙｐｅ ４１６の被削性を向上させる試みがなされている。これら
の元素はステンレス鋼の被削性に利するものであることが知られているが、多量
に存在し過ぎると、耐食性，処理能力、即ち、熱間加工性及び溶融容易性の如き
望ましい特性を低下させることとなることも知られている。例えば、テルルは熱
間加工性に悪影響を及ぼす。マンガンが多過ぎると、耐食性に悪影響を及ぼす。
アルミニウム含有合金の場合には、工具寿命に有害な酸化アルミニウムの生成を
防止するためにより費用のかかる溶融技術によって処理することがしばしば必要
となる。銅はドリル加工(drilling)に利するものではあるが、炭素及び窒素と共
に注意深くバランスしない限り旋削(turning)における被削性を低減させるもの
であることを本願発明者は発見した。
従って、旋削及びドリル加工の双方において、Ｔｙｐｅ ４１６ ステンレス
鋼よりは好ましい被削性を有し且つＴｙｐｅ ４１６ ステンレス鋼と少なくと
も同レベルの処理能力，耐食性及び硬さ性能を発揮するステンレス鋼を手に入れ
ることが非常に望ましい。
発明の概要
本発明に依れば、Ｔｙｐｅ ４１６と少なくとも同程度の良好な硬さ性能と耐
食性と処理能力と共に、Ｔｙｐｅ ４１６ ステンレス鋼よりも良好な総合的被
削性を発揮するマルテンサイト系ステンレス鋼が得られる。総合的被削性とは、
シングルポイント旋削（single-point turning）及び総形工具旋削（form-tool
turning）（特に明言していない限り、以下「旋削」という。）における被削性
とドリル加工における被削性との組み合せを言う。本発明のマルテンサイト系ス
テンレス鋼の３つの好ましい成分は、重量％にして次の通りである。
本合金の残部は、望ましい特性を低下させることのない少量の添加元素と、市販
等級の鋼において見られ１％の百分の数％の量から本合金が兼ね備えている望ま
しい特性を低下させることのないより多くの量にまで変わることのある通常の不
純物とを除いては、実質的に鉄である。例えば、残部には、チタン及びジルコニ
ウムの各々を約０．０５ｗ／ｏまで、好ましくは約０．０２ｗ／ｏまで、コバル
トを約０．５ｗ／ｏまで、好まし
くは約０．２５ｗ／ｏまで、バナジウムを約０．２ｗ／ｏまで、好ましくは約０
．１ｗ／ｏまで、アルミニウムを０．０１ｗ／ｏまで、好ましくはほんの０．０
０５ｗ／ｏ含有させることができる。
上記表は、便宜上要約したものとして提供したに過ぎないものであって、互い
に組み合わせて利用される本発明の合金の各元素の範囲の下限値及び上限値を制
限し又は互いに組み合わせてのみ利用される元素の範囲を制限するものではない
。従って、その範囲の一つ以上を、残りの元素の他の範囲の一つ以上と共に使用
することができる。更に、或る好ましい具体例の或る元素の最小値又は最大値を
、他の好ましい具体例のその元素の最小値又は最大値と共に使用することができ
る。この明細書を通して、特に指摘しない限り、％で示した全ての成分は重量％
で示されているものとする。
本発明に依れば、実質的に完全なマルテンサイトミクロ組織において、特にシ
ングルポイント旋削及び総形工具旋削における総合的被削性と硬さ性能と耐食性
とを兼ね備えた改善された特性を有する合金を提供するべく元素がバランスされ
ている。
茲で及び本明細書を通して、次のように定義する。シングルポイント旋削とは
、「回転している製作品の回転軸に向け又は沿って、回転しないシングルポイン
ト切削工具を移動させてその工具を製作品の表面に対して押し当てることによっ
て素材を除去すること」を言う。総形工具旋削とは、「回転している製作品に回
転しない丸い又はフラットなシングルエッジ総形工具の逆の形を付けるために製
作品の回転軸を横切るようにその工具を移動させて工具を製作品の表面に対して
押し当てることによって素材を除去すること」を言う。硬さ性能とは、「９００
Ｆ（４８２Ｃ）の焼戻し温度から得ることのできる硬さ」を言う。マルテンサイ
ト系ステンレス鋼は、約９００Ｆ（４８２Ｃ）で焼戻した後に、一般に最高の硬
さを確保する。
発明の好ましい具体例の詳細な説明
本発明に依れば、硬さ性能に利するために本合金中には炭素及び窒素が存在す
る。本合金の多くの応用分野にとっては、ＡＳＴＭ仕様書Ａ５８２（ASTM speci
fication
A582）に従って測定される少なくとも約３２ＨＲＣの硬さ性能が望ましい。炭素
及び窒素は、同様に、本合金におけるデルタフェライトの生成を抑制する。従っ
て、炭素と窒素の各々を約０．０７ｗ／ｏまで、より好ましくは約０．０５ｗ／
ｏまで本合金中に存在させることができる。炭素と窒素の双方共本合金の旋削に
おける被削性に悪影響を及ぼす。従って、炭素及び窒素の各濃度(concentration
)だけでなく炭素と窒素の組み合わせの濃度も制限しなければならない。本合金
中には、約０．０８ｗ／ｏまで、より好ましくは約０．０６ｗ／ｏまでの量の炭
素＋窒素が存在する。好ましくは、本合金は炭素及び窒素を夫々約０．０３ｗ／
ｏまで含有し、約０．０４ｗ／ｏまでの濃度の炭素＋窒素を含有している。
銅は、本合金の良好な硬さ性能に寄与し、ドリル加工における本合金の被削性
に利する。従って、少なくとも約１．０ｗ／ｏ、より好ましくは少なくとも約２
．０ｗ／ｏの銅が本合金中に存在する。銅が多過ぎると、旋削における本合金の
被削性を害するが、炭素及び窒素よりは有害ではない。従って、旋削における望
ましい硬さ性能と改善された被削性との双方を確保するためには、本合金中に存
在させてもよい炭素と窒素の幾分か又は全てに代えて銅を存在させることができ
る。この点で、本合金は、ＡＩＳＩ Ｔｙｐｅ ４１６と比較してかなり低量の
炭素＋窒素を含有することができ、依然として望ましい硬さ性能を発揮する。銅
が多過ぎると、同様に本合金の熱間加工性を害する。従って、銅は、約３．５ｗ
／ｏ以下、より好ましくは約３．０ｗ／ｏ以下に制限される。好ましくは、本合
金は約２．２−２．７ｗ／ｏの銅を含有している。
硫黄は、総合的被削性に有益な効果をもたらすので、本合金中に存在する。従
って、少なくとも約０．１５ｗ／ｏ、より好ましくは少なくとも約０．２０ｗ／
ｏの硫黄が存在する。然しながら、硫黄が多過ぎると、本合金の加工性，耐食性
，延性の如き機械的特性に悪影響を及ぼす。そのため、約０．５５ｗ／ｏ以下、
より好ましくは約０．５０ｗ／ｏ以下の硫黄が本合金中に存在する。好ましくは
、本合金は約０．２５−０．４５ｗ／ｏの硫黄を含有している。
クロムは、本合金の良好な耐食性に寄与し、従って少なくとも約１０．０％の
クロムが本合金中に存在する。クロムはフェライト生成元素であり、デルタフェ
ライトの生成を促進させる。本合金中に存在するデルタフェライトの量を制限す
るために、クロムは、約１４．０ｗ／ｏ以下、より好ましくは約１３．０ｗ／ｏ
以下に制限する。好ましくは、本合金は約１０．０−１２．０ｗ／ｏのクロムを
含有している。
マンガンは、総合的被削性に有益な効果をもたらすために、本合金中に存在さ
せることができる。然しながら、マンガンは硫黄と結合して本合金の耐食性に悪
影響を及ぼすマンガン硫化物（manganese sulfides）を生成する。従って、最上
でない耐食性が許容される場合には、約１．２５ｗ／ｏまで、より好ましくは約
０．７５ｗ／ｏまで、更に好ましくは約０．５ｗ／ｏまでのマンガンを本合金中
に存在させることができる。
本合金によって提供される他の望ましい特性に利するために、制限された量の
添加元素を本合金中に存在させてもよい。例えば、本合金の靭性に利するために
約１．０ｗ／ｏまでのニッケルを本合金中に存在させることができる。然しなが
ら、ニッケルが多過ぎると、本合金の焼戻し耐性(temper resistance)を増大さ
せ、臨界温度（Ａcl）を低下させることとなり、その両者によって、最適被削性
のための低硬さレベルに焼なましされる合金能力を制約することとなるため、ニ
ッケルは好ましくは約０．７５ｗ／ｏ以下、より好ましくは約０．５ｗ／ｏ以下
に制限する。モリブデンは、特に塩化物含有雰囲気中における耐食性に利するた
めに、本合金中に約１．０ｗ／ｏまで存在させることができる。モリブデンは、
デルタフェライトの生成を促進させるので、好ましくは約０．７５ｗ／ｏ以下、
より好ましくは約０．５ｗ／ｏ以下に制限する。
本合金の総合的被削性に更に利するために、約０．１０ｗ／ｏまで、好ましく
は約０．０５ｗ／ｏまでのテルルと、約０．２５ｗ／ｏまで、好ましくは約０．
１０ｗ／ｏまでのセレンと、約０．１５ｗ／ｏまで、好ましくは約０．１０ｗ／
ｏまでのビスマスを本合金中に存在させることができる。
本合金の熱間加工性に利するために、約０．０１ｗ／ｏまで、好ましくは約０
．００
５ｗ／ｏまでホウ素を存在させることができる。脱酸添加物(deoxidizing addit
ions)からの残留物として、約１．０ｗ／ｏまで、好ましくは約０．７５ｗ／ｏ
まで珪素を存在させることができる。
本合金の靭性に利するために約０．１０ｗ／ｏまでニオブを存在させることが
できるが、ニオブが多過ぎると本合金の焼戻し耐性を増大させ、それにより被削
性に悪影響を及ぼす。従って、コロンビウムが存在する場合には、コロンビウム
は好ましくは約０．０５ｗ／ｏ以下に制限する。本合金の加工面仕上げの質を改
善するべく燐を約０．０６ｗ／ｏまで、より好ましくは約０．０５ｗ／ｏまで、
更に好ましくは約０．０４ｗ／ｏまで存在させることができる。
本合金が加工された状態(wrought condition)にある時に、デルタフェライト
の存在を制限するために、オーステナイト生成元素、ニッケル，窒素，炭素，マ
ンガン及び銅、フェライト生成元素、クロム，モリブデン及び珪素をそれらの各
重量％範囲内においてバランスする。本合金をドリル加工又はシングルポイント
旋削によって機械加工する場合には、体積で約１１％までデルタフェライトを加
工された状態にある本合金中に存在させることができる。然しながら、本合金が
総形工具旋削、例えば、ねじ切り盤によって機械加工する場合には、デルタフェ
ライトは、非常に低レベルに、即ち、加工された状態において約４体積％以下、
より好ましくは約３体積％以下に制限する。機械加工の態様に拘らず最良の結果
を得るためには、本合金が加工された状態においてデルタフェライトを実質的に
含まないよう元素をバランスする。
銅と、炭素＋窒素は、望ましい総合的被削性と望ましい硬さ性能の双方を提供
するべく、各重量％範囲内においてバランスする。本合金の硬さに関して、銅と
炭素＋窒素との間には逆の関係が存在する。従って、本合金が非常に低量、例え
ば、約０．０１ｗ／ｏ未満の炭素＋窒素を含有している場合には、銅の濃度は、
銅の上限重量％又はその近くとする。逆に、本合金が炭素＋窒素の上限重量％又
はその近くの量の炭素＋窒素を含有している場合には、銅の濃度は、銅の下限重
量％又はその近くとする。
本合金は、ＡＩＳＩ Ｔｙｐｅ ４１６ ステンレス鋼と同様に望ましい様々
な硬さ、例えば、９６−９８ＨＲＢ，２６−３２ＨＲＣ又は３１−３８ＨＲＣに
熱処理することができる。焼なましされた状態、典型的には約９６−９８ＨＲＢ
の硬さレベルで、Ｔｙｐｅ ４１６ ステンレス鋼と比較して旋削における改善
された被削性が望まれる場合には、銅及び炭素＋窒素の濃度は、上述したこれら
の元素の広範な範囲内にすることができる。然しながら、Ｔｙｐｅ ４１６ ス
テンレス鋼と比較して、より高い硬度、例えば、約２６−３２ＨＲＣ又はそれよ
り高い硬度で、旋削における改善された被削性が望まれる場合には、銅及び炭素
＋窒素の濃度は、上述したこれらの元素の好適な範囲に制限する。従って、選択
された硬度レベルにおける望ましい被削性を提供するためには、体積％デルタフ
ェライトをコントロールすることに加えて、銅及び炭素＋窒素の重量％をそれら
の範囲内でコントロールする。
本発明の合金を溶融し、鋳造し又は加工するには特別な技術を必要としない。
アーク溶融の後に続いてＡＯＤ（argon-oxygen decarburization）を行うことは
、溶融及び精錬の好ましい方法であるが、他の方法を利用することもできる。必
要ならば、本合金を粉末冶金技術によって製造することができる。
本発明に依る合金を中間還元(intermediate reduction)後に必要である再加熱
をしながら、約２０００−２３００Ｆ（１０９３−１２６０Ｃ）、好ましくは２
１５０−２２５０Ｆ（１１７６−１２３２Ｃ）の炉温度から熱間加工する。約１
８００−１９００Ｆ（９８２−１０３８Ｃ）でオーステナイト化し、好ましくは
オイルで焼入れし、次に約８５０−１４５０Ｆ（４５４−７８８Ｃ）の炉温度で
約２−８時間、好ましくは約４時間焼戻し又は焼なましし、次に焼戻し又は焼な
まし温度から空冷することにより本合金は硬化する。
本発明の合金は、広範な種々の利用のために様々な形態に形成することができ
、従来の手法を用いてビレット，バー，ロッド，ワイヤー，ストリップ，プレー
ト又はシートに形成される。その好ましい手法は、インゴットを熱間加工してビ
レットの形態にし次
いでそのビレットを熱間圧延してバー，ワイヤー又はストリップとする方法であ
る。本合金は、冷間又は温間ヘディング（cold or warm heading）の如きアプセ
ット法(upsetprocess)によってボルト，ナット等のファスナーに成形することが
できる。
実施例
表１には、本発明に依る合金の実施例１−８の重量％での成分と比較例ヒート
Ａ−Ｈの重量％での成分を示した。
例Ｉ
実施例１−４及び比較例ヒートＡ−Ｇをアルゴン下で誘導溶融し、３−１／４
インチ（８．２６ｃｍ）の角インゴットに鋳造した。実施例及び比較例ヒートの
各々を２１５０Ｆ（１１７７Ｃ）の熱間加工温度から１−３／４インチ（４．４
５ｃｍ）の角棒に鍛造し、２１５０Ｆ（１１７７Ｃ）に再加熱し、１−３／１６
インチ（３．０１ｃｍ）の角棒に鍛造して、次に空気中で冷却した。
体積％フェライトを測定するために、１−３／１６インチ（３．０１ｃｍ）の
各角棒の一部から金属組織学上の長尺なサンプルを切り取った。その金属組織学
上のサンプルを１時間１８２５Ｆ（９９６Ｃ）でオーステナイト化させ、室温で
オイルによって焼入れした。次に、各ミクロ組織サンプルにおけるｖ／ｏデルタ
フェライトをポイントカウンティング法(point counting method)によって測定
した。
実施例及び比較例ヒートの最大硬さ性能を測定するために、断面硬さ性能サン
プルを１−３／１６インチ（３．０１ｃｍ）の各角棒から切り取った。その硬さ
性能サンプルを１時間１８２５Ｆ（９９７Ｃ）でオーステナイト化させ、室温で
オイルによって焼入れし、９００Ｆ（４８２Ｃ）で４時間焼戻しし、次に空冷し
た。次に、各サンプルの硬度をロックウエル Ｃ スケール（Rockwell C scale
）で試験した。
ＡＩＳＩ Ｔｙｐｅ ４１６ 合金は、約９７−９８ＨＲＢの硬さで焼なまし
された状態でしばしば販売されている。本合金の被削性を市販されているＴｙｐ
ｅ ４１６合金のものと比較するために、１−３／１６インチ（３．０１ｃｍ）
の各角棒から長尺な被削性サンプルを切り取り、約９７−９８ＨＲＢの硬さを持
たせるために後述する熱処理を施した。各被削性サンプルを１時間１８２５Ｆ（
９９７Ｃ）でオーステナイト化させ、オイル焼入れし、４時間１１５０Ｆと１３
２５Ｆ（６２１Ｃと７１９Ｃ）との間の最終焼なまし温度で焼なましし、次に空
冷した。各サンプルの最終焼なまし温度は、所望の９７−９８ＨＲＢ硬さを持た
せるべく見積もられる初期基準温度を選択し、所望の硬さが得られるまで各サン
プルを用いて初期基準温度を２５−５０Ｆ（１２−２４Ｃ）までに変更すること
によって決定した。
長さが６インチ（１５．２ｃｍ）のドリル加工サンプル棒を１−３／１６イン
チ（３．０１ｃｍ）の各角棒から切り取った。そのドリル加工サンプル棒を１時
間１８２５Ｆ（９９６Ｃ）でオーステナイト化させ、室温でオイルによって焼入
れし、４時間（上述した）最終焼なまし温度で焼なましし、次に空冷した。その
熱処理した棒を周回りが１インチ（２．５４ｃｍ）のものにし、次に機械研削し
、約１／２インチ（１．２７ｃｍ）幅の平行な平面を形成するよう仕上げた。次
に、その棒をコントロール下で１インチの千分の１の平均的な侵入深さ（averag
e depth of penetration）を測定するためにドリル侵入試験を行った。一定の荷
重下で６７０ｒｐｍ又はそれに極めて近いドリル回転で１５秒の時間的間隔で直
径が１／４インチ（０．６４ｃｍ）のドリルによるサンプルへの平均的な侵入深
さを測定することによって各サンプル棒についてのドリル侵入値を得た。ドリル
ビットを試料の表面に導いて１００ポンド（４５Ｋｇ）の一定の力をドリルに付
加することによって、一定の荷重を付与した。
９７−９８ＨＲＢの硬さレベルでの旋削における合金の被削性を判断するため
に、１−３／１６インチ（３．０１ｃｍ）の各角棒から長さが１０インチ（２５
．４ｃｍ）の旋削サンプル棒を切り取った。この旋削サンプル棒を１８２５Ｆ（
９９６Ｃ）で１時間オーステナイト化させ、室温でオイルによって焼入れし、（
上述した）最終焼なまし温度で４時間焼なましし、次に空冷した。約９６．５−
９８ＨＲＢの硬度を確保するべく、各旋削サンプル棒を焼なましした。熱処理し
たこの棒を周回りが０．９８８インチ（２．５１０ｃｍ）のものに形成した。２
７５ ＳＦＰＭ（８４ ＳＭＰＭ）カッティング速度，０．００８５インチ／回
転（０．２２ｃｍ／回転）フィード（feed）及び０．０６２５インチ（０．１５
９ｃｍ）の切削深さという条件下での旋盤操作を伴った、潤滑油を差さないシン
グルポイント高速鋼工具を用いて旋盤工具寿命試験を行うことによって旋削被削
性を鑑定した。工具寿命の値は、工具が極めて摩耗し又は消耗する前に、切削工
具が試験サンプルの長さに沿って移動した距離を測定することによって確定され
る。
実施例１−４及び比較例ヒートＡ−Ｇについての、デルタフェライトの体積％
（ｖ／ｏ δ），ロックウエル Ｃ 硬度スケールで測定した硬さ性能（ＨＲＣ
硬さ性能），ドリル加工における被削性（平均的ドリル深さ（インチ）），シ
ングルポイント旋削における被削性（平均的工具寿命（インチ））を含む上述し
た金属組織学上の硬さ及び被削性試験の結果を表IIに示した。有用な参考資料と
なる表IIには、試験した実施例と比較例ヒートの各々のＣｒ，Ｃｕ，Ｃ，Ｎ及び
Ｃ＋Ｎの重量％も示した。
表IIのデーターは、本発明に依る合金の典型例である実施例１−４が同じ硬さ
レベルで、Ｔｙｐｅ ４１６ ステンレス鋼の典型例であるヒートＡ及びＢより
はシングルポイント旋削における優れた被削性を有するものであることを証明し
ている。更に、表IIのデーターは、実施例１−４の各々が、少なくとも３２ＨＲ
Ｃの硬さ性能と、最小限の望ましい硬さと、ヒートＡ及びＢと少なくとも同程度
に良好なドリル加工における被削性とを有するものであることを証明している。
実施例２とヒートＣ，Ｄ及びＥの各々が同じ濃度の銅を有しているが、Ｃ＋Ｎ
の組み合わせ濃度が異なっていることを表IIから銘記することが重要である。４
つの実施例の中でＣ＋Ｎ濃度が最も低い実施例２は、ヒートＣ，Ｄ又はＥよりは
シングルポイント旋削における極めて良好な被削性を有している。同様に、実施
例３，４及びヒートＦ，Ｇの各々は、同じ量の銅を有しているが、Ｃ＋Ｎの濃度
は異なっている。ヒートＦ又はＧよりは低い濃度のＣ＋Ｎを有している実施例３
及び４は、ヒートＦ及びＧよりはシングルポイント旋削における極めて良好な被
削性を有している。更に、実施例４よりは低濃度のＣ＋Ｎを有している実施例３
は、実施例４よりはシングルポイント旋削における良好な被削性を有している。
こうして、表IIにおけるデーターは、本合金の特徴であるシングルポイント旋削
における良好な被削性を得るために炭素と窒素の組み合わせ濃度（％Ｃ＋％Ｎ）
をコントロールすることの重要性を更に示している。
例II
実施例５，６及び比較例ヒートＨをアルゴン下で誘導溶融し、７−１／２イン
チ（１９．１ｃｍ）の角インゴットに鋳造した。このインゴットを２１５０−２
２５０Ｆ（１１７７−１２３２Ｃ）の鍛造温度から３−１／８インチ（７．９ｃ
ｍ）の角ビレットに鍛造し、１４３５Ｆ（７８０Ｃ）で焼なましし、炉で冷却し
、次いで機械研削した。このビレットを次に２２５０Ｆ（１２３２Ｃ）に加熱し
、熱間圧延して１．０９３インチ（２．７７６ｃｍ）の丸棒にし、１４３５Ｆ（
７８０Ｃ）で焼なましし、次いで炉で冷却した。この１．０９３インチ（２．７
７６ｃｍ）の丸棒を次に１８３２Ｆ（１０００Ｃ）で１時間オーステナイト化さ
せ、室温でオイルによって焼入れし、９８−９９ＨＲＢの硬さをもたらすために
選択された温度で４時間焼なましし、次いで空冷した。焼なましした棒を次に旋
削又は心無し研削によって周回りが１インチ（２．５４ｃｍ）のものに機械加工
した。
１インチ（２．５４ｃｍ）の丸棒から切り取った長尺なサンプルにポイントカ
ウンティング法を用いることによって体積％デルタフェライト、ｖ／ｏ δを測
定した。例Ｉ
において述べたのと同様の方法を用いて各棒の硬さ性能を確認した。
重大な工具摩耗又は工具消耗前に加工された部品の平均的な数によって判断さ
れる、総形工具旋削における本合金の被削性を確認するために、３２９ ＳＦＰ
Ｍ、 荒削り及び仕上げ削りの双方において水乳化切削液(water emulsified cu
tting fluid)(５％溶液)を用いながらの０．００２０インチ／回転（０．００５
１ｃｍ／回転）の荒成形工具フィード及び０．０００８インチ／回転（０．００
２０ｃｍ／回転）の仕上げ成形工具フィードの如きねじ切り盤操作を伴ったＡＳ
ＴＭ Ｅ６１８によって１インチ（２．５４ｃｍ）の丸棒にねじ切り盤試験を行
った。
ドリル加工における被削性を判断するために、例Ｉにおいて述べたのと同様の
方法を用いて実施例６及びヒートＨの試験サンプルに平均的なドリル侵入試験を
行った。
表IIIには、デルタフェライトの体積％（ｖ／ｏ δ），ロックウエル Ｃ
硬さスケールで測定される硬さ性能（ＨＲＣ 硬さ性能），重大な工具摩耗又は
工具消耗前に加工された平均的な部品の数によって判断されるねじ切り盤試験に
おける総形工具旋削の被削性（平均的部品数），平均的なドリル侵入によって判
断されるドリル加工における被削性（平均的ドリル深さ（インチ））を含む、金
属組織学上の硬さ及び被削性試験の結果を示した。容易に参照できる表IIIには
、試験した各サンプルのＣｒ，Ｃｕ，Ｃ，Ｎ及びＣ＋Ｎの重量％も示した。
表IIIのデーターは、０体積％のデルタフェライトを有する本合金の実施例６
が、
Ｔｙｐｅ ４１６ ステンレス鋼の典型例であるヒートＨよりは優れた、総形工
具旋削における被削性とドリル加工における被削性とを有しているものであるこ
とを示している。一方、８ｖ／ｏデルタフェライトを有している実施例５は、ヒ
ートＨと同程度の総形工具旋削における被削性を有しているが、表II中のデータ
ーに鑑みて優れたドリル被削性を有することが期待できる。こうして、そのデー
ターは、Ｔｙｐｅ ４１６ ステンレス鋼と比較して総形工具旋削における改善
された被削性を確保するにはデルタフェライトの含有量を制限する必要性がある
ことを示している。実施例５及び６が少なくとも３２ＨＲＣの硬さ性能、最小限
の望ましい硬さを有していることを表IIIから銘記することが重要である。
例III
実施例７及び８をアルゴン下で誘導溶融し、３−１／４インチ（８．２３ｃｍ
）の角インゴットを鋳造した。このインゴットを、１−３／４インチにおいて再
加熱しながら２１５０Ｆ（１１７７Ｃ）の鍛造温度から１−１／４インチ（３．
１８ｃｍ）の角棒を鍛造し、空冷し、１８３０Ｆ（９９９Ｃ）で１時間オーステ
ナイト化させ、次に室温でオイルによって焼入れした。実施例７及び８の硬さ性
能は、例Ｉ及びIIにおいて述べた方法によって判断した。フェライト含有量につ
いては、光顕微鏡検査法(light micro-scopy)によって確認した。次に、実施例
８から切り取った１−１／４インチ（３．１８ｃｍ）の角棒を９７５Ｆ（５２４
Ｃ）で、実施例７から切り取った１−１／４インチ（３．１８ｃｍ）の角棒を１
０００Ｆ（５３８Ｃ）で、４時間焼戻しし、２９−３０ＨＲＣの硬さを確保する
べく空冷した。焼戻しした棒を周回りが１インチ（２．５４ｃｍ）のものに形成
し、長さが１１−１／２インチ（２９．２ｃｍ）の旋削サンプルを切除した。こ
の旋削サンプルを、２５０ ＳＦＰＭ（７６ＳＭＰＭ）の切削スピード，０．０
０６６インチ／回転（０．０１６８ｃｍ／回転）フィード及び０．０６２５イン
チ（０．１５９ｃｍ）の切削深さを有する、潤滑油が差されていないシングルポ
イント高速鋼工具を用いて旋盤工具寿命試験を実施することによって試験を行っ
た。
表IVには、実施例７及び８についての、体積％フェライト（ｖ／ｏ δ），ロ
ックウエル Ｃ 硬度スケールで測定される硬さ性能（硬さ性能 ＨＲＣ），平
均的な工具寿命試験において判断されるシングルポイント旋削における被削性（
平均的工具寿命（インチ））を含む、金属組織学上の硬さ及び被削性試験の結果
を示した。表IVには、各試験サンプルのＣｒ，Ｃｕ，Ｃ，Ｎ及びＣ＋Ｎの重量％
も示した。
表IVのデーターは、本合金の好ましい範囲内における銅及び炭素＋窒素の濃度
を有している実施例８が、２９−３０ＨＲＣの硬さレベルで、実施例７よりは良
好な被削性を有するものであることを証明している。更に、実施例８は、同じ硬
度レベルでこの試験において約２．４インチ（６．１ｃｍ）の平均的工具寿命を
有するＴｙｐｅ ４１６ステンレス鋼よりは極めて良好な被削性を有する。
上記記載中で用いた用語及び表現は、本発明の説明上の用語として用いたにす
ぎず、本発明の内容を限定するものではなく、そのような用語及び表現を用いた
からと言って、そのことに、記述した本発明の形態と均等なもの又はその一部を
排除する意図はないが、権利が請求されている本発明の範囲内で種々の変更を加
えることが可能である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １．被削性，硬さ性能及び耐食性とを良好に兼ね備えたマルテンサイト系 ステンレス鋼合金であって、重量％にして、実質上、 炭素 ０．０７まで 窒素 ０．０７まで 炭素＋窒素 ０．０８まで 銅 １．０−３．０ クロム １０．０−１４．０ 硫黄 ０．１５−０．５５ マンガン １．２５まで 珪素 １．０まで 燐 ０．０６まで ニッケル １．０まで モリブデン １．０まで ホウ素 ０．０１まで テルル ０．１０まで セレン ０．２５まで ビスマス ０．１５まで ニオブ ０．１０まで 含有し、残部が実質的に鉄であって、加工された状態において前記合金が約１１ 体積％までのデルタフェライトを有するよう前記元素がバランスされているマル テンサイト系ステンレス鋼合金。 ２．炭素＋窒素を約０．０６ｗ／ｏまで含有している、請求の範囲第１項 に記載の合金。 ３．炭素と窒素の各々を約０．０５ｗ／ｏまで含有している、請求の範囲 第１項に記載の合金。 ４．銅を約２．０−３．０ｗ／ｏ含有している、請求の範囲第１項に記載 の合金。 ５．銅を約２．２−２．７ｗ／ｏ含有している、請求の範囲第１項に記載 の合金。 ６．加工された状態において前記合金が約４体積％までのデルタフェライ トを含むよう前記元素がバランスされている、請求の範囲第１項に記載の合金。 ７．炭素＋窒素を約０．０６ｗ／ｏまで含有している、請求の範囲第６項 に記載の合金。 ８．炭素と窒素の各々を約０．０５ｗ／ｏまで含有している、請求の範囲 第６項に記載の合金。 ９．銅を約２．０−３．０ｗ／ｏ含有している、請求の範囲第６項に記載 の合金。 １０．焼なまし状態において前記合金が実質的にデルタフェライトを有しな いよう 前記元素がバランスされている、請求の範囲第１項に記載の合金。 １１．炭素＋窒素を約０．０６ｗ／ｏまで含有している、請求の範囲第１０ 項に記載の合金。 １２．炭素と窒素の各々を約０．０５ｗ／ｏまで含有している、請求の範囲 第１０項に記載の合金。 １３．銅を約２．０−３．０ｗ／ｏ含有している、請求の範囲第１０項に記 載の合金。 １４．被削性，硬さ性能及び耐食性とを良好に兼ね備えたマルテンサイト系 ステンレス鋼合金であって、重量％にして、実質上、 炭素 ０．０５まで 窒素 ０．０５まで 炭素＋窒素 ０．０６まで 銅 ２．０−３．０ クロム １０．０−１３．０ 硫黄 ０．２０−０．５０ マンガン ０．７５まで 珪素 １．０まで 燐 ０．０５まで ニッケル ０．７５まで モリブデン ０．７５まで ホウ素 ０．００５まで テルル ０．０５まで セレン ０．１０まで ビスマス ０．１０まで ニオブ ０．０５まで 含有し、残部が実質的に鉄であって、加工された状態において前記合金が約４体 積％までのデルタフェライトを有するよう前記元素がバランスされているマルテ ンサイト系ステンレス鋼合金。 １５．炭素＋窒素を約０．０４ｗ／ｏまで含有している、請求の範囲第１４ 項に記載の合金。 １６．炭素と窒素の各々を約０．０３ｗ／ｏまで含有している、請求の範囲 第１４項に記載の合金。 １７．銅を約２．２−２．７ｗ／ｏ含有している、請求の範囲第１４項に記 載の合金。 １８．加工された状態において前記合金が実質的にデルタフェライトを有し ないよう前記元素がバランスされている、請求の範囲第１４項に記載の合金。 １９．炭素＋窒素を約０．０４ｗ／ｏまで含有している、請求の範囲第１８ 項に記載の合金。 ２０．炭素と窒素の各々を約０．０３ｗ／ｏまで含有している、請求の範囲 第１８項に記載の合金。 ２１．銅を約２．２−２．７ｗ／ｏ含有している、請求の範囲第１８項に記 載の合金。 ２２．被削性，硬さ性能及び耐食性とを良好に兼ね備えたマルテンサイト系 ステンレス鋼合金であって、重量％にして、実質上、 炭素 ０．０７まで 窒素 ０．０７まで 炭素＋窒素 ０．０８まで 銅 １．０−３．５ クロム １０．０−１４．０ 硫黄 ０．１５−０．５５ マンガン １．２５まで 珪素 １．０まで 燐 ０．０６まで ニッケル １．０まで モリブデン １．０まで ホウ素 ０．０１まで テルル ０．１０まで セレン ０．２５まで ビスマス ０．１５まで ニオブ ０．１０まで 含有し、残部が実質的に鉄であって、加工された状態において前記合金が約３体 積％までのデルタフェライトを有するよう前記元素がバランスされているマルテ ンサイト系ステンレス鋼合金。 ２３．炭素＋窒素を約０．０６ｗ／ｏまで含有している、請求の範囲第２２ 項に記載の合金。 ２４．炭素と窒素の各々を約０．０５ｗ／ｏまで含有している、請求の範囲 第２２項に記載の合金。 ２５．銅を約２．０−３．０ｗ／ｏ含有している、請求の範囲第２２項に記 載の合金。 ２６．銅を約２．２−２．７ｗ／ｏ含有している、請求の範囲第２２項に記 載の合金。 ２７．被削性，硬さ性能及び耐食性とを良好に兼ね備えたマルテンサイト系 ステンレス鋼合金であって、重量％にして、実質上、 炭素 ０．０７まで 窒素 ０．０７まで 炭素＋窒素 ０．０８まで 銅 １．０−３．５ クロム １０．０−１４．０ 硫黄 ０．１５−０．５５ マンガン １．２５まで 珪素 １．０まで 燐 ０．０６まで ニッケル １．０まで モリブデン １．０まで ホウ素 ０．０１まで テルル ０．１０まで セレン ０．２５まで ビスマス ０．１５まで ニオブ ０．１０まで 含有し、残部が実質的に鉄であって、加工された状態において前記合金が実質的 にデルタフェライトを有しないよう前記元素がバランスされているマルテンサイ ト系ステンレス鋼合金。 ２８．炭素＋窒素を約０．０６ｗ／ｏまで含有している、請求の範囲第２７ 項に記載の合金。 ２９．炭素と窒素の各々を約０．０４ｗ／ｏまで含有している、請求の範囲 第２７項に記載の合金。 ３０．銅を約２．０−３．０ｗ／ｏ含有している、請求の範囲第２７項に記 載の合金。 ３１．銅を約２．２−２．７ｗ／ｏ含有している、請求の範囲第２７項に記 載の合金。 ３２．被削性，硬さ性能及び耐食性とを良好に兼ね備えたマルテンサイト系 ステンレス鋼合金であって、重量％にして、実質上、 炭素 ０．０７まで 窒素 ０．０７まで 炭素＋窒素 ０．０８まで 銅 １．０−３．５ クロム １０．０−１４．０ 硫黄 ０．１５−０．５５ マンガン １．２５まで 珪素 １．０まで 燐 ０．０６まで ニッケル １．０まで モリブデン １．０まで ホウ素 ０．０１まで テルル ０．１０まで セレン ０．２５まで ビスマス ０．１５まで ニオブ ０．１０まで 含有し、残部が実質的に鉄であって、加工された状態において前記合金が約７− １１体積％のデルタフェライトを有するよう前記元素がバランスされているマル テンサイト系ステンレス鋼合金。 ３３．炭素＋窒素を約０．０６ｗ／ｏまで含有している、請求の範囲第３２ 項に記載の合金。 ３４．炭素と窒素の各々を約０．０５ｗ／ｏまで含有している、請求の範囲 第３２項に記載の合金。 ３５．銅を約２．０−３．０ｗ／ｏ含有している、請求の範囲第３２項に記 載の合 金。 ３６．銅を約２．２−２．７ｗ／ｏ含有している、請求の範囲第３２項に記 載の合金。 ３７．被削性，硬さ性能及び耐食性とを良好に兼ね備えたマルテンサイト系 ステンレス鋼合金であって、重量％にして、実質上、 炭素 ０．０５まで 窒素 ０．０５まで 炭素＋窒素 ０．０６まで 銅 ２．０−３．０ クロム １０．０−１３．０ 硫黄 ０．２０−０．５０ マンガン ０．７５まで 珪素 １．０まで 燐 ０．０５まで ニッケル ０．７５まで モリブデン ０．７５まで ホウ素 ０．００５まで テルル ０．０５まで セレン ０．１０まで ビスマス ０．１０まで ニオブ ０．０５まで 含有し、残部が実質的に鉄であって、加工された状態において前記合金が約７− １１体積％のデルタフェライトを有するよう前記元素がバランスされているマル テンサイト系 ステンレス鋼合金。 ３８．炭素＋窒素を約０．０４ｗ／ｏまで含有している、請求の範囲第３７ 項に記載の合金。 ３９．炭素と窒素の各々を約０．０３ｗ／ｏまで含有している、請求の範囲 第３７項に記載の合金。 ４０．銅を約２．２−２．７ｗ／ｏ含有している、請求の範囲第３７項に記 載の合金。 ４１．被削性，硬さ性能及び耐食性とを良好に兼ね備えたマルテンサイト系 ステンレス鋼合金であって、重量％にして、実質上、 炭素 ０．０３まで 窒素 ０．０３まで 炭素＋窒素 ０．０４まで 銅 ２．２−２．７ クロム １０．０−１２．０ 硫黄 ０．１５−０．４５ マンガン １．２５まで 珪素 ０．７５まで 燐 ０．０４まで ニッケル ０．５まで モリブデン ０．５まで 含有し、残部が実質的に鉄であって、加工された状態において前記合金が約３体 積％の デルタフェライトを有するよう前記元素がバランスされているマルテンサイト系 ステンレス鋼合金。 ４２．硫黄を約０．２０−０．４５ｗ／ｏ含有している、請求の範囲第４１ 項に記載の合金。 ４３．マンガンを約０．７５ｗ／ｏまで含有している、請求の範囲第４１項 に記載の合金。 ４４．被削性，硬さ性能及び耐食性とを良好に兼ね備えたマルテンサイト系 ステンレス鋼合金であって、重量％にして、実質上、 炭素 ０．０３まで 窒素 ０．０３まで 炭素＋窒素 ０．０４まで 銅 ２．２−２．７ クロム １０．０−１２．０ 硫黄 ０．２５−０．４５ マンガン ０．５まで 珪素 ０．７５まで 燐 ０．０４まで ニッケル ０．５まで モリブデン ０．５まで 含有し、残部が実質的に鉄であって、加工された状態において前記合金が実質的 にデルタフェライトを有しないよう前記元素がバランスされているマルテンサイ ト系ステンレス鋼合金。 ４５．被削性，硬さ性能及び耐食性とを良好に兼ね備えたマルテンサイト系 ステンレス鋼合金であって、重量％にして、実質上、 炭素 ０．０３まで 窒素 ０．０３まで 炭素＋窒素 ０．０４まで 銅 ２．２−２．７ クロム １０．０−１２．０ 硫黄 ０．２５−０．４５ マンガン ０．５まで 珪素 ０．７５まで 燐 ０．０４まで ニッケル ０．５まで モリブデン ０．５まで 含有し、残部が実質的に鉄であって、加工された状態において前記合金が約７− １１体積％のデルタフェライトを有するよう前記元素がバランスされているマル テンサイト系ステンレス鋼合金。
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