SUS303 vs SUS304：スイス型旋盤加工における切削性能比較ガイド

材料選定はスイス型旋盤でのコスト効率の良い加工に不可欠です。最も一般的なステンレス鋼SUS304とその改良版SUS303合金は、切削性とその他特性でどう異なるのでしょうか。

最高品質の機械加工部品を生産するには、加工プロセスに影響する複数の要因を考慮する必要があります。考慮の出発点は：

• 作業に最適な機械の選定、作業に適した工具の選定
• 最も適した材料
• そして最後に後処理技術

本記事では、加工ジョブの材料選定詳細に焦点を当てます。

幅広い機械加工用途でステンレス鋼は第一選択材料です。優れた機械的・化学的特性に加え、ほぼあらゆる用途に適した多様な合金が存在します。

スイス型旋盤での部品加工には、オーステナイト系ステンレス鋼合金が最も一般的に使用されます。オーステナイト系ステンレス鋼はクロム、ニッケル、マンガンを主要合金元素として含みます。このグループで最も広く使用される合金はSUS304、別名18-8ステンレス鋼です。多くの利点がある一方で、SUS304は非常に急速に加工硬化する傾向があるため、難削特性を示します。切削性を向上させるため、材料科学者はSUS304に硫黄またはセレンを添加しました。その結果生まれたステンレス鋼がSUS303です。SUS303の材料組成は他の特性もわずかに変化させています。SUS304とSUS303の違いを詳しく見ていきましょう。

---

物理的・機械的特性

密度、弾性率、固有電気抵抗、比熱、熱伝導率、熱膨張率、透磁率、焼鈍温度など、SUS304とSUS303のほとんどの物理的特性は同一です。機械的特性にはわずかな差異があります。SUS303はSUS304よりわずかに引張強さが高い一方、降伏強さと伸びは低くなっています。

化学的特性

SUS304とSUS303の化学組成の主な違いは、後者への硫黄添加です。添加硫黄に加え、SUS303はリン含有量が大幅に増加しています。SUS303Seバージョンはセレンを含みますが、現在では303Seの生産は稀です。

SUS303UXやSUS304Cuなどのステンレス鋼合金は、さらに銅を化学組成に含みます。銅は加工硬化と透磁率を低減し、耐食性を向上させ、合金の切削性を高めます。

---

切削性

アルミニウムや低炭素鋼などと比較すると、ステンレス鋼はより難削です。長く糸状のチップを生成しやすく、工具にビルトアップエッジを形成させます。ステンレス鋼加工の違いの背景にある特性は：高引張強さ、降伏強さと引張強さの大きな開き、高延性と靭性、高加工硬化率、低熱伝導率です。

これらの特性と振る舞いの違いがあっても、適切な技術でステンレス鋼は加工可能です。すなわち、ステンレス鋼にはより大きな動力、より低い切削速度、正の送りのみ、剛性の高い工具と治具、チップブレーカーやチップカーラーの活用、加工中の優れた潤滑と冷却が必要です。

多くのステンレス鋼合金の中には、より切削しやすいものもあります。切削性に優れたステンレス鋼合金ファミリーは「快削合金」と呼ばれます。SUS303はこのファミリーの最も一般的なメンバーです。快削合金は硫黄、セレン、鉛、銅、アルミニウム、リンなどの追加組成元素を含みます。快削合金は加工工具との接触時に摩擦と材料付着が少なく、加工中にチップが容易に分断されます。

SUS303ステンレス鋼は、非快削タイプのSUS304に比べて切削性が向上しています。一方、SUS304ステンレス鋼の溶接性はSUS303より優れています。

---

耐食性

すべてのオーステナイト系ステンレス鋼タイプは優れた耐食性を持ちます。合金の化学組成差が耐食性の差を生みます。SUS303ステンレス鋼は、硫黄とリンの添加によりSUS304比で耐食性が低下します。

SUS303は大気腐食、滅菌剤、有機化学薬品、染料に耐えます。硝酸には良好、硫酸には中程度、ハロゲン酸には不向きです。最適な耐食性を得るには、SUS303製全部品を加工後に洗浄・不動態化し、グリス、油、指紋、工具由来の残留鉄粉などの異物を除去すべきです。

---

用途

切削性向上により、SUS303ステンレス鋼は多くの切削を要する部品製造に使用されます。SUS303の最も一般的な用途は、ネジ、ナット、ボルト、航空機継手、ギア、ブッシング、電気部品、バルブボディ、シャフト、バルブの機械加工です。

SUS304は最も人気のあるステンレス鋼合金の一つとして、キッチン家電、食品・液体処理装置、建設資材、海洋機器、化学容器、自動車部品、建築装飾、熱交換器の製造に使用されます。

高耐食性と低炭素含有により、SUS304ステンレス鋼は医療機器の材料として最適です。SUS304は生体組織と滅菌溶液と化学反応せず、医療用途に典型的な過酷で反復的な摩耗に耐えられます。

切削性は鋼合金の重要特性ですが、高腐食環境と水中用途では耐食性が最優先事項です。SUS316はステンレス鋼合金中で最高レベルの耐食性を持ちます。SUS316はSUS304と非常に似ていますが、モリブデン含有量が増加しており高耐食性を発揮します。SUS316は整形外科インプラントと人工心臓弁の合金として選ばれています。

---

結論

ステンレス鋼合金には幅広いバリエーションがあります。世界中のステンレス鋼材料の大半がSUS304ですが、切削性が低い特性があります。材料の切削性に焦点を当てる多くの用途でSUS303ステンレス鋼が採用されます。SUS303には望ましい非焼き付き特性もあります。焼き付きは摺動面間の付着による摩耗形態であり、この特性により部品分解が容易になります。

SUS303はスイス型旋盤旋削加工の第一選択材料です。材料選定は切削性対コストの比率に影響します。弊社経験では、最も安い材料が必ずしも低コストをもたらすとは限りません。このトピックは「品質の真のコスト」ブログ記事で扱っています。切削性の低い材料は頻繁な工具交換、ダウンタイム増加、仕上げ面不良を招きます. ステンレス鋼加工における経験則の一つ：切削性が低下するにつれ、関連加工コストは増大する。