【SUS(ステンレス鋼)の旋盤】様々なステンレスについて切削性、特性を経験のもと網羅的に解説

SUSの切削性
目次

1.SUSとは?

SUSとは、ステンレス鋼の略称です。ステンレス鋼は、クロムやニッケルなどの合金元素を鉄に添加することで、耐食性や強度を向上させた鋼です。

この記事を書いた人
  • 旋盤歴22年(汎用、半NC、NC旋盤、C陣制御の複合加工機)
  • 旋盤屋を経営
  • 自動車、製鉄、航空機、工作機械、半導体などの単品仕事で営んでおります
  • 加工の奥深さに日々精進
  • 本ブログでは、私が勉強してインプット、アウトプット用に作成しています。細心の注意を払っておりますが、間違いがある場合があるのでよく確認してください。

1-1. SUSの種類

ステンレス鋼には、大きく分けて以下の3つの種類があります。

  • オーステナイト系SUS SUS304、SUS316など
  • フェライト系SUS SUS430など
  • マルテンサイト系SUS SUS403、SUS410、SUS440、SUS420J1、SUS420J2など

その他のステンレス鋼

  • 折出硬化系SUS  SUS630、SUS631など


他にもありますが、私が削ったことがあり、聞いたりしたものしか記述していません。
20年以上旋盤やっていて聞いたことが無い材料もあったりします。
他にも調べたものを下記に記述します。

  • 2相系(オーステナイトとフェライトの中間) SUS329J1、SUS329J2
  • スーパー2相系 SAF2507、DP3W
  • スーパーオーステナイト系 SUS312L、SUS836L
  • スーパーフェライト系
  • ステンレスの鋳造品

などがあります。

2. SUS(ステンレス鋼)の基本特性

SUSは鉄にクロムを合金化したもので、耐食性、耐熱性、そして強度を兼ね備えています。また、ニッケルやモリブデンの添加により、その特性が大きく変わります。これらの特性は旋盤での加工においても重要であり、理解することが切削の効率性向上に繋がります。

SUSの特徴は、以下のとおりです。

  • 耐食性:酸や塩分に強く、腐食しにくい。
  • 強度:靭性(ねばい)と強度を両立した、優れた性能を持つ。

2-1. SUSの特徴

SUSの主な特徴は、以下のとおりです。

  • 切削性:オーステナイト系は切削抵抗が高く構成刃先ができやすい。
        マルテンサイト系は焼き入れ前は難しくないです。鋼と同じように削れます。
  • 溶接加工:溶接できます。(オーステナイト系)
  • 加工面:熱の影響で加工硬化が起きる。(オーステナイト系)
項目オーステナイトフェライトマルテンサイト
代表材料SUS304,SUS316SUS430SUS403,SUS410,SUS440,SUS420J1
炭素量少ない少ない多い
焼き入れ出来ない×出来ない×出来る〇
溶接出来る出来る出来る
切削チップステンレス用◎ステンレス用◎
鋼用〇
ステンレス用◎
鋼用〇

2. オーステナイト、フェライト、マルテンサイトとは?

オーステナイト、フェライト、マルテンサイトは、結晶構造の名前です。

2-1. オーステナイトの特徴(SUS304,SUS316など)

オーステナイトの代表的なSUS304の含有元素(参考値)

クロム (Cr): 約17.5% – 20%
ニッケル (Ni): 約8% – 10.5%
炭素 (C): 通常は0.07%以下

オーステナイトの特徴は、以下のとおりです。

  • 耐食性:酸や塩分に強く、腐食しにくい。
  • 加工硬化しやすい
  • 強度:靭性と強度を両立した、優れた強度を持つ。
  • 非磁性:磁石にくっつかない。
  • 溶接できる
  • 溶着しやすい
靭性とは

簡単に言うと材料の粘り強さです

加工硬化とは

切削時の刃先の温度の影響で加工した面が硬くなる現象

SUS用チップ
SUS用チップ
SUS用チップ例
SUS用チップ
ねじ男

現場メモ📋
SUS用チップは三菱マテリアルのUS735のコーティング使ってます。調子良いです。

SUS304 荒取り
SUS304 荒取り 切粉
SUS304仕上げ
SUS304 仕上げ 切粉
ねじ男

SUS303もオーステナイトの分類ですが、硫黄Sが入っており快削ステンレス鋼です。

ねじ男

SUS304L,SUS316LのLとある時がありましたが、調べたら低炭素(Low carbon)のLです。これらは快削ステンレス鋼の分類です。

2-2. フェライトの特徴(SUS430など)

フェライト系の代表的なSUS430の含有元素(参考値)

クロム (Cr): 約16% – 18%
ニッケル (Ni): 0.75%以下
炭素 (C): 通常は0.12%以下

フェライトの特徴は、以下のとおりです。

  • 耐食性:オーステナイト系>フェライト系>マルテンサイト系となり、耐食性は低い
  • 切削性:オーステナイトより加工しやすい。鋼用にチップでも可。

2-3. マルテンサイトの特徴(SUS403,SUS410,SUS440,SUS420J2など)

マルテンサイトの特徴は、以下のとおりです。

マルテンサイトの代表的なSUS420J2の含有元素(参考値)

クロム (Cr): 約12% – 14%
炭素 (C): 約0.1% – 1.0%

例)SUS410:クロム 11.50–13.00 %、炭素 0.15 %

例)SUS420J2:クロム 12.00–14.00 %、炭素 0.26–0.40 %

※炭素量は低、中、高炭素系マルテンサイト系ステンレス鋼とあります。

  • 耐食性:オーステナイト系SUSとフェライト系SUSと比較すると、耐食性が劣る。
  • 強度:オーステナイト系SUSとフェライト系SUSと比較すると、炭素量が多いので強度が高い。
  • 磁性:磁石にくっつく。
  • 焼き入れ:出来る。
  • チップは鋼用でも削れます。
SUS420J
SUS420J2 荒取り
SUS420J 仕上げ
SUS420J2 仕上げ
ねじ男

上の写真のSUS420J2は、鋼用のチップで削りました。

3. オーステナイト、フェライト、マルテンサイトの比較

オーステナイト、フェライト、マルテンサイトの比較は、以下の表の通りです。

項目オーステナイトフェライトマルテンサイト
代表材料SUS304,SUS316SUS430SUS403,SUS410,SUS440,SUS420J1
結晶構造面心立方体心立方体心立方
耐食性優れている劣る劣る
熱伝導率0.0380.0550.064
熱膨張率17.310.410.4
磁性非磁性磁性磁性

オーステナイト系SUSは熱伝導率が低く、熱膨張率が高いという特徴があります。

熱伝導率が低いということは、刃物に熱がたまりやすい

熱膨張率が高いということは、歪やすいということが言えると推測できます。

4. SUSの加工におけるオーステナイト、フェライト、マルテンサイトの違い

SUSの加工におけるオーステナイト、フェライト、マルテンサイトの違いは、以下のとおりです。

項目オーステナイト系SUSフェライト系SUSマルテンサイト系SUS
切削工具
(チップ)
ステンレス用鋼用でも〇鋼用でも〇
切削油切削油切削油切削油
切削性難易度高め(切削抵抗が大)難易度低め難易度低め
加工硬化起こりやすい起こりにくい起こりにくい
バリ取り起こりやすい起こりにくい起こりにくい

5.その他のステンレス鋼

5.1 折出硬化系SUS  SUS630、SUS631

・定義と特性

銅やアルミニウムなどの元素を添加し、析出硬化と呼ばれる硬化現象を利用するステンレス鋼。
母相に析出させた微細な析出物により硬化を起こす。

・母相の種類

一般的に、オーステナイトとマルテンサイトの2つの母相が使われる。
析出硬化系は、微細な析出物を母相中に分散・現出させることで硬化を引き起こす。

・切削性

ステンレス鋼の中で最も硬く、ねばりが強いので切削性は悪いです。

ねじ男

SUS631は溶着と加工硬化が起こりやすく、SUS304より難削材です。

5.2  2相系(オーステナイトとフェライトの中間) SUS329J1、SUS329J2

耐食性: 二相系ステンレス鋼は、オーステナイト相のクロムとニッケルにより高い耐食性を持ちます。これにより、腐食や錆びに対する優れています

強度と硬度: フェライト相の存在により、強度と硬度が向上します。

オーステナイトとフェライトの良いとこ取りですね。

・加工性:切削抵抗も高く、耐熱合金で良くみられるクレーター摩耗や境界摩耗を起こしやす。オーステナイト系と同じく少し難しいです。

6. SUSの加工における注意点

SUSの加工における注意点は、以下のとおりです。

  • 加工硬化

オーステナイト系SUSは、加工によって硬化しやすい(加工面からの深さ0.2㎜位)性質があります。加工硬化を防ぐためには、切込み深さや送り量を調整するなどの対策が必要です。

  • 腐食

SUSは、腐食に強い性質がありますが、加工によって表面の酸化膜が破壊されると、腐食しやすくなります。

  • バリ

SUSは、加工によってバリが発生しやすい性質があります。バリが発生すると、加工精度や品質に影響を与える可能性があります。バリ取りを適切に行うことで、バリを防止することができます。

7. まとめ

旋盤でSUSを加工する際には、オーステナイト、フェライト、マルテンサイトのそれぞれの特徴を理解しておくことが大切です。私の経験では、どの材料でもni(ニッケル)が多く含まれていると、粘りがあり削りにくいです。

この記事で書かれいることを頭に入れて切削することで、より理解が深まります。

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