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公開番号2025141841
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-29
出願番号2025033619
出願日2025-03-04
発明の名称マルテンサイト系快削ステンレス棒状鋼材及びその製造方法
出願人日本製鉄株式会社
代理人弁理士法人樹之下知的財産事務所
主分類C22C 38/00 20060101AFI20250919BHJP(冶金;鉄または非鉄合金;合金の処理または非鉄金属の処理)
要約【課題】精密切削加工時の工具寿命に優れ、切削加工で優れた平坦度を有する切削表面性状を得ることができる、高硬度・高耐食性のマルテンサイト系快削ステンレス棒状鋼材及びその製造方法を提供する。
【解決手段】C:0.08～0.60%、Si:0.10～2.0%、Mn:0.1～3.0%、S:0.15～0.40%、P:0.10%以下、Cr:11.0～16.0%、残部Feおよび不純物からなる化学成分を有し、平均Cr炭化物円相当径が0.80μm以下であり、Cr炭化物数密度が0.10個/μm²以上であり、平均Cr窒化物円相当径が0.80μm以下であり、Cr窒化物数密度が0.05個/μm²以上であることを特徴とするマルテンサイト系快削ステンレス棒状鋼材である。さらに好ましくは、平均硫化物円相当径が5.0μm以下であり、硫化物数密度が0.010個/μm²以上である。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
質量％で、
Ｃ：０．０８～０．６０％、
Ｓｉ：０．１０～２．０％、
Ｍｎ：０．１０～３．０％、
Ｓ：０．１５～０．４０％、
Ｐ：０．１０％以下、
Ｃｒ：１１．０～１６．０％、
残部Ｆｅおよび不純物からなる化学成分を有し、
平均Ｃｒ炭化物円相当径が０．８０μｍ以下であり、Ｃｒ炭化物数密度が０．１０個／μｍ
２
以上であり、平均Ｃｒ窒化物円相当径が０．８０μｍ以下であり、Ｃｒ窒化物数密度が０．０５個／μｍ
２
以上であることを特徴とするマルテンサイト系快削ステンレス棒状鋼材。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
質量％で、
Ｃ：０．０８～０．６０％、
Ｓｉ：０．１０～２．０％、
Ｍｎ：０．１０～３．０％、
Ｓ：０．１５～０．４０％、
Ｐ：０．１０％以下、
Ｃｒ：１１．０～１６．０％、
残部Ｆｅおよび不純物からなる化学成分を有し、
平均Ｃｒ炭化物円相当径が０．８０μｍ以下であり、Ｃｒ炭化物数密度が０．１０個／μｍ
２
以上であり、平均Ｃｒ窒化物円相当径が０．８０μｍ以下であり、Ｃｒ窒化物数密度が０．０５個／μｍ
２
以上であり、平均硫化物円相当径が５．０μｍ以下であり、硫化物数密度が０．０１０個／μｍ
２
以上であることを特徴とするマルテンサイト系快削ステンレス棒状鋼材。
【請求項３】
鋼の前記化学成分が、前記Ｆｅの一部に替えて、質量％で、
Ｂ：０．０１％以下、
Ｎ：０．１５％以下、
Ａｌ：０．００８％以下、
Ｏ：０．０１５％以下、
Ｎｉ：１．５％以下、
Ｃｕ：１．５％以下、
Ｃｏ：１．５％以下、
Ｍｏ：２．５％以下、
Ｗ：２．５％以下、
Ｂｉ：０．２％以下、
Ｓｎ：０．３％以下、
Ｓｂ：０．３％以下、
Ａｇ：０．３％以下、
Ｔｅ：０．１％以下、
Ｖ：０．８％以下、
Ｎｂ：０．３％以下、
Ｔｉ：０．３％以下、
Ｔａ：０．３％以下、
Ｍｇ：０．０１％以下、
Ｃａ：０．０１％以下、
Ｈｆ：０．０１％以下、
及びＲＥＭ：０．０５％以下からなる群から選ばれる１種又は２種以上を含有するものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のマルテンサイト系快削ステンレス棒状鋼材。
【請求項４】
熱間加工の仕上圧延温度が８００～１１５０℃であり、熱間加工後に４００℃以上、７００℃未満で３０～３００分保定し、４００℃まで２０～５００℃／ｈの速度で冷却するバッチ焼鈍を施すこと、または、前記バッチ焼鈍に加えて７００～８５０℃で３０～１０００秒保定のストランド焼鈍を施すことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のマルテンサイト系快削ステンレス棒状鋼材の製造方法。
【請求項５】
更に、減面率２０．０～９９．０％の冷間加工を行うことを特徴とする請求項４に記載のマルテンサイト系快削ステンレス棒状鋼材の製造方法。
【請求項６】
熱間加工の仕上圧延温度が８００～１１５０℃であり、熱間加工後に４００℃以上、７００℃未満で３０～３００分保定し、４００℃まで２０～５００℃／ｈの速度で冷却するバッチ焼鈍を施すこと、または、前記バッチ焼鈍に加えて７００～８５０℃で３０～１０００秒保定のストランド焼鈍を施すことを特徴とする請求項３に記載のマルテンサイト系快削ステンレス棒状鋼材の製造方法。
【請求項７】
更に、減面率２０．０～９９．０％の冷間加工を行うことを特徴とする請求項６に記載のマルテンサイト系快削ステンレス棒状鋼材の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐食性が必要な小型部品に切削される材料に関して、工具摩耗と構成刃先を抑制した切削性に優れるマルテンサイト系快削ステンレス棒状鋼材及びその製造方法に関するものである。
続きを表示（約 2,700 文字）【背景技術】
【０００２】
３８０Ｈｖ以上の高硬度・高耐食性マルテンサイト系ステンレス鋼は、耐摩耗性，疲労強度，耐食性の観点から、産業用機器や精密機器部品に使用される。特に棒線を素材とする磨棒から切削加工される精密機器部品は、回転体に使用されることが多いので、とりわけ精密な切削加工性が必要になる。具体的には、切削加工時の工具摩耗が２００μｍ以下と小さく、且つ、切削加工後において、微小な構成刃先痕が散見される程度の平滑な切削表面が求められる。工具摩耗は被削材に存在する硬質な析出物や介在物によって促進する。構成刃先は切削工具先端上に母材が凝着により生成・成長する堆積物であり、切削途中に工具先端から脱落することで切削表面上に圧着されて表面性状を劣化させる。
【０００３】
これまで、高硬度・高耐食性マルテンサイト系ステンレス鋼においてＳを含有し、硫化物組成・サイズと炭化物サイズを規定して、耐摩耗性と切削性を向上させたマルテンサイト系快削ステンレス鋼の提案がある（特許文献１）。しかしながら、１０μｍ
２
以上の非常に大きな炭化物サイズしか考慮されておらず、切削工具寿命と切削表面性状を十分に満足することができない。
【０００４】
更に、高冷間加工性の冷間工具鋼において、炭化物の平均円相当径や介在物の清浄度を規定して、冷間加工性と被削性を向上した鋼が提案されている（特許文献２）。しかしながら、炭化物の平均円相当径を０．２５μｍ以上０．８μｍ以下とすることで、低硬度により被削性と冷間加工性を向上させる提案である。炭化物の平均円相当径が０．８μｍ超の粗大炭化物が工具摩耗促進により被削性を劣化させることに関しては述べられておらず、炭化物の平均円相当径が０．２５μｍ未満の場合、硬さが高く、被削性向上の効果が得られないとされている。また、切削表面性状に関しては述べられていない。
【０００５】
更に、Ｓ含有のマルテンサイト系ステンレス快削鋼において、ＢとＮを含有してＢＮ系金属間化合物のサイズを規定した鋼、または鋼中の介在物のアスペクト比を小さくして構成刃先の形成を抑制することにより、表面性状に優れる鋼が提案されている（特許文献３、特許文献４）。しかしながら、工具寿命に関しては述べられていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２０１５－１３７３８１号公報
特開２００６－１９３７９０号公報
特開２０１３－１８５１９５号公報
国際公開ＷＯ２０１９／２４０２０９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明者は、上記の背景技術に記載の公知の技術またはそれらの組み合わせでは、優れた切削性を付与した高硬度・高耐食マルテンサイト系快削ステンレス鋼において、切削加工時の工具摩耗を２００μｍ以下に抑制した優れた工具寿命が実現できず、さらには工具寿命と構成刃先痕を抑制した優れた平滑な表面性状の両立ができないことを知見した。
【０００８】
本発明の解決すべき課題は、腐食環境の厳しい環境下で使用されるマルテンサイト系ステンレス鋼の精密部品用として、切削加工時の工具寿命に優れ、さらに好ましくは切削加工で優れた平坦度を有する切削表面性状を得ることができる、高硬度・高耐食性のマルテンサイト系快削ステンレス棒状鋼材及びその製造方法を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者等は、上記課題を解決するために、焼入れ処理で３８０Ｈｖ以上の高硬度が得られるＳ含有のマルテンサイト系快削ステンレス鋼において種々検討した。その結果、Ｃｒ炭化物およびＣｒ窒化物の平均円相当径と数密度を制御することで精密切削加工時の工具寿命が優れ、さらに好ましくは、硫化物の平均円相当径と数密度を制御することで構成刃先痕を抑制して平滑性に優れる表面性状が得られる知見を得た。
【００１０】
本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、その要旨とするところは以下の通りである。
［１］質量％で、Ｃ：０．０８～０．６０％、Ｓｉ：０．１０～２．０％、Ｍｎ：０．１０～３．０％、Ｓ：０．１５～０．４０％、Ｐ：０．１０％以下、Ｃｒ：１１．０～１６．０％、残部Ｆｅおよび不純物からなる化学成分を有し、
平均Ｃｒ炭化物円相当径が０．８０μｍ以下であり、Ｃｒ炭化物数密度が０．１０個／μｍ
２
以上であり、平均Ｃｒ窒化物円相当径が０．８０μｍ以下であり、Ｃｒ窒化物数密度が０．０５個／μｍ
２
以上であることを特徴とするマルテンサイト系快削ステンレス棒状鋼材。
［２］質量％で、Ｃ：０．０８～０．６０％、Ｓｉ：０．１～２．０％、Ｍｎ：０．１～３．０％、Ｓ：０．１５～０．４０％、Ｐ：０．１０％以下、Ｃｒ：１１．０～１６．０％、残部Ｆｅおよび不純物からなる化学成分を有し、
平均Ｃｒ炭化物円相当径が０．８０μｍ以下であり、Ｃｒ炭化物数密度が０．１０個／μｍ
２
以上であり、平均Ｃｒ窒化物円相当径が０．８０μｍ以下であり、Ｃｒ窒化物数密度が０．０５個／μｍ
２
以上であり、平均硫化物円相当径が５．０μｍ以下であり、硫化物数密度が０．０１０個／μｍ
２
以上であることを特徴とするマルテンサイト系快削ステンレス棒状鋼材。
［３］鋼の前記化学成分が、前記Ｆｅの一部に替えて、質量％で、Ｂ：０．０１％以下、Ｎ：０．１５％以下、Ａｌ：０．００８％以下、Ｏ：０．０１５％以下、Ｎｉ：１．５％以下、Ｃｕ：１．５％以下、Ｃｏ：１．５％以下、Ｍｏ：２．５％以下、Ｗ：２．５％以下、Ｂｉ：０．２％以下、Ｓｎ：０．３％以下、Ｓｂ：０．３％以下、Ａｇ：０．３％以下、Ｔｅ：０．１％以下、Ｖ：０．８％以下、Ｎｂ：０．３％以下、Ｔｉ：０．３％以下、Ｔａ：０．３％以下、Ｍｇ：０．０１％以下、Ｃａ：０．０１％以下、Ｈｆ：０．０１％以下、及びＲＥＭ：０．０５％以下からなる群から選ばれる１種又は２種以上を含有するものであることを特徴とする［１］または［２］に記載のマルテンサイト系快削ステンレス棒状鋼材。
（【００１１】以降は省略されています）

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