JP2000282172A - 被削性と靱性に優れた機械構造用鋼材及び機械構造部品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】被削性、なかでもドリル寿命と切り屑処理性に
優れ、良好な硬さと靱性のバランスを有する機械構造用
鋼材と機械構造部品を提供する。 【解決手段】C：0.05〜0.55％、Si：0.50〜2.5％、Mn：
0.01〜2.00％、S：0.005〜0.080％、Cr≦2.00％、P≦0.
035％、V≦0.50％、N≦0.0150％、Al≦ 0.04％、Ni≦2.
0％、Mo≦1.5％、B≦0.01％、Bi≦0.10％、Ca≦0.05
％、Pb≦ 0.12％、Ti＜0.04％、Zr＜0.04％、Ti+Zr＜0.
04％、Te≦0.05％、Nd≦0.05％、Nb≦0.1％、Cu≦1.5
％、Se≦0.5％ を含有し、100C+11Si+18Mn+32Cr+45Mo+6
V≦100、-23C+Si(5-2Si)-4Mn+104S-3Cr-9V+10≧0、3.2C
+0.8Mn+5.2S+0.5Cr-120N+2.6Pb+4.1Bi-0.001α² +0.13
α≧3.0を満たし、残部がFeと不純物からなる化学組成
で、組織の10〜80％がフェライト相である被削性と靱性
に優れた機械構造用鋼材。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は被削性と靱性に優れ
た機械構造用鋼材及び機械構造部品に関する。より詳し
くは、JIS Z 2202に規定の３号シャルピー衝撃試験片
（２ｍｍＵノッチシャルピー試験片）を用いた衝撃試験
における室温での吸収エネルギー（ _UＥ_RT）が４０Ｊ以
上で、更に、被削性、なかでもドリル穿孔時の「ドリル
寿命」と「切り屑処理性」に極めて優れたＨｖ硬さが１
６０〜３５０の機械構造用鋼材及び機械構造部品に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】各種の機械構造部品は、熱間鍛造などの
熱間加工で所定の形状に粗加工され、次いで、切削加工
によって所望形状に仕上げられてそのままで、つまり非
調質のままで使用されたり、切削加工の後に更に熱処理
（例えば、焼ならし、焼ならし−焼戻し、焼入れ−焼戻
し）されて使用されるか、熱間加工の後に熱処理を施さ
れ、次いで、切削加工によって所望形状に仕上げられて
使用される。なお、一部の部品のように、最終処理とし
ての表面硬化処理（浸炭焼入れ、窒化、高周波焼入れな
ど）を施されてから使用される場合もある。

【０００３】被削性に優れた鋼、すなわち快削鋼は快削
性付与元素（快削元素）によって、Ｓ（硫黄）系、Ｐｂ
（鉛）系、Ｓ−Ｐｂ系、Ｃａ系、Ｓ−Ｐｂ−Ｃａ系、Ｔ
ｉ系、黒鉛系などに分類される。これらの快削鋼のう
ち、最終製品に硬さが要求される機械構造用の快削鋼と
しては、Ｓ快削鋼やＰｂ快削鋼及びそれらの複合快削鋼
が用いられることが多い。これは、硬さが上がると被削
性が劣化するので、Ｐｂ、Ｓ、Ｃａなどの快削性付与元
素を多量に添加して被削性を改善するためである。しか
し、上記のＰｂ、Ｓ、Ｃａなどの多量添加は、必然的に
靱性の低下を招いてしまう。このため、近年、機械構造
部品が高硬度化するにともなって、機械構造用の快削鋼
として従来多用されてきた前記の快削鋼では所望の高い
靱性を確保し難いという問題が生じている。例えば、Ｈ
ｖ硬さで１６０以上を必要とするような高硬度機械構造
部品の場合、前記の快削鋼が被削性を高めるために大量
のＳを含有していたり、切り屑処理性を高めるために多
くのＰｂを含有しているので、靱性の異方性が大きくな
り、しかも靱性そのものが著しく低下してしまう。この
ため、例えば、ＷＯ９８／２３７８４号の国際公開公報
に、Ｔｉを０．０４〜１．０質量％含んでＴｉ炭硫化物
を微細に分散させた、被削性に優れるとともに良好な硬
さと靱性のバランスを有する機械構造用の快削鋼材が開
示されている。しかし、産業界における被削性向上に対
する要望はますます大きなものとなっており、最近では
自動化された生産ラインで更なる切削時間短縮のために
切削速度を一層上昇させることも試みられている。この
ため、前記公報で提案された鋼材の被削性を凌ぐととも
に、良好な靱性を有する機械構造用鋼材が求められてい
る。

【０００４】被削性を向上させる新しい技術として、Ｓ
ｉ含有量を高めた「プラスチック成形金型用鋼」が特開
平９−４９０６７号公報に開示されている。しかし、こ
の公報で提案された「プラスチック成形金型用鋼」をそ
のまま機械構造部品の素材鋼として用いても、近年にお
いて機械構造部品に要求されているような良好な硬度と
靱性のバランスを必ずしも安定して確保できるわけでは
ない。加えて、機械構造部品のうちでもコンロッドや歯
車といった自動車用部品のように自動化された生産ライ
ンで大量生産される部品の切削時に要求される安定した
切り屑処理性が得られるわけではない。これは、金型の
切削加工が１品毎に解放された状態で行われるため、前
記公報で提案された「プラスチック成形金型用鋼」の場
合には、被削性としての切り屑処理性は問題にならず、
したがって、切り屑処理性に対する配慮がなされていな
いためである。更に、金型には通常「靱性」は必要とさ
れないし、金型のなかでも特に「プラスチック成型用金
型」の場合は、被加工材が軟質なプラスチックであるた
め、「板金金型」や「鍛造金型」のような鋼材を被加工
材とする金型とは異なって、硬さも必要とされない。む
しろ、硬さを下げて軟質化させることで被削性を高め、
切削加工時間を短縮することが行われている。つまり、
前記公報で提案された「プラスチック成形金型用鋼」の
場合には、良好な硬さと靱性のバランスを確保するため
の配慮が十分にはなされていないのである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記現状に
鑑みなされたもので、その目的は、JIS Z 2202に規定の
３号シャルピー衝撃試験片を用いた衝撃試験における室
温での吸収エネルギー（_UＥ_RT）が４０Ｊ以上で、被削
性、なかでも通常のＣｏを含有する高速度鋼製のドリル
（所謂「ハイスドリル」）を用いて（穴深さ）／（穴直
径）が５以上の所謂「深穴」をあけた場合の「ドリル寿
命」と「切り屑処理性」に極めて優れたＨｖ硬さが１６
０〜３５０の機械構造用鋼材及び機械構造部品を提供す
ることである。なお、本発明の目標とする「ドリル寿
命」としての穿孔個数は１５０以上である。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、下記
（１）〜（３）に示す被削性と靱性に優れた機械構造用
鋼材及び（４）に示す機械構造部品にある。

【０００７】（１）質量％で、Ｃ：０．０５〜０．５５
％、Ｓｉ：０．５０〜２．５％、Ｍｎ：０．０１〜２．
００％、Ｓ：０．００５〜０．０８０％、Ｃｒ：０〜
２．０％、Ｐ：０．０３５％以下、Ｖ：０〜０．５０
％、Ｎ：０．０１５０％以下、Ａｌ：０．０４％以下、
Ｎｉ：０〜２．０％、Ｍｏ：０〜１．５％、Ｂ：０〜
０．０１％、Ｂｉ：０〜０．１０％、Ｃａ：０〜０．０
５％、Ｐｂ：０〜０．１２％、Ｔｉ：０〜０．０４％未
満、Ｚｒ：０〜０．０４％未満で、且つ、Ｔｉ（％）＋
Ｚｒ（％）：０〜０．０４％未満、Ｔｅ：０〜０．０５
％、Ｎｄ：０〜０．０５％、Ｎｂ：０〜０．１％、Ｃ
ｕ：０〜１．５％、Ｓｅ：０〜０．５％を含有し、下記
式で表されるｆｎ１の値が１００以下、下記式で表
されるｆｎ２の値が０以上、下記式で表されるｆｎ３
の値が３．０以上を満たし、残部がＦｅ及び不純物から
なる化学組成で、面積割合で組織に占めるフェライト相
の割合が１０〜８０％、Ｈｖ硬さが１６０〜３５０であ
る被削性と靱性に優れた機械構造用鋼材。

【０００８】 ｆｎ１＝１００Ｃ＋１１Ｓｉ＋１８Ｍｎ＋３２Ｃｒ＋４５Ｍｏ＋６Ｖ・・・ ｆｎ２＝−２３Ｃ＋Ｓｉ（５−２Ｓｉ）−４Ｍｎ＋１０４Ｓ−３Ｃｒ−９Ｖ＋ １０・・・ ｆｎ３＝３．２Ｃ＋０．８Ｍｎ＋５．２Ｓ＋０．５Ｃｒ−１２０Ｎ＋２．６Ｐ ｂ＋４．１Ｂｉ−０．００１α² ＋０．１３α・・・ ここで、各式における元素記号はその元素の質量％での
含有量を示し、αは組織におけるフェライト相の％での
面積割合を示す。

【０００９】（２）質量％で、Ｃ：０．０５〜０．５５
％、Ｓｉ：０．５０〜２．５％、Ｍｎ：０．０１〜２．
００％、Ｓ：０．００５〜０．０８０％、Ｃｒ：０〜
２．０％、Ｐ：０．０３５％以下、Ｖ：０〜０．５０
％、Ｎ：０．０１５０％以下、Ａｌ：０．０４％以下、
Ｎｉ：０〜２．０％、Ｍｏ：０〜１．５％、Ｂ：０〜
０．０１％、Ｂｉ：０〜０．１０％、Ｃａ：０〜０．０
５％、Ｐｂ：０〜０．１２％、Ｔｉ：０〜０．０４％未
満、Ｔｅ：０〜０．０５％、Ｎｄ：０〜０．０５％、Ｎ
ｂ：０〜０．１％、Ｃｕ：０〜１．５％、Ｓｅ：０〜
０．５％を含有し、上記式で表されるｆｎ１の値が１
００以下、上記式で表されるｆｎ２の値が０以上、上
記式で表されるｆｎ３の値が３．０以上を満たし、残
部がＦｅ及び不可避不純物からなる化学組成で、面積割
合で組織に占めるフェライト相の割合が１０〜８０％、
Ｈｖ硬さが１６０〜３５０である被削性と靱性に優れた
機械構造用鋼材。

【００１０】（３）鋼材の加工長手方向縦断面における
介在物に関して、ｎ₁ を最大直径が０．５〜３μｍの介
在物の個数、ｎ₂ を最大直径が３μｍを超える介在物の
個数として、下記式で表されるｆｎ４の値が５．０以
上である上記（１）又は（２）に記載の被削性と靱性に
優れた機械構造用鋼材。

【００１１】ｆｎ４＝ｎ₁／ｎ₂ ・・・ （４）上記（１）〜（３）のいずれかに記載の機械構造
用鋼材を素材とし、切削による加工を受けた機械構造部
品。

【００１２】ドリル穿孔条件は前記のとおり、通常のＣ
ｏを含有するハイスドリルを用いて（穴深さ）／（穴直
径）が５以上の所謂「深穴」をあけるものである。なお
前記の「穴」はドリル加工方向に貫通しない所謂「盲
穴」であってもよいし、貫通した「孔」であってもよ
い。

【００１３】なお、穴を１つドリル穿孔した際、穿孔開
始直後にドリル先端から排出される切り屑を除いた他の
切り屑の切断状況は種々の形態をとる。前記式で表さ
れるｆｎ３は「切り屑処理性」としての「切り屑切断指
数」を示すもので、その値と前記の切り屑の切断状況の
間の関係は図１に示すとおりである。なお、このｆｎ３
の値が０以下になる場合にはすべて「０」と定義する。
組織の面積割合は顕微鏡観察したときの組織割合をい
う。更に、本発明における鋼材の「加工長手方向縦断
面」（以下「Ｌ断面」という）とは、鋼材の加工方向に
平行に、その中心線を通って切断した面のことをいう。
又、介在物の「最大直径」とは「Ｌ断面における個々の
介在物の最も幅の広い部分」のことを指す。

【００１４】本発明者らは、鋼材の化学組成と組織が被
削性及び機械的性質としての硬さと靱性に及ぼす影響に
ついて調査・研究を重ねた。その結果、下記の知見を得
た。 （ａ）鋼材の組織中に占めるフェライト相の面積割合
（以下、「フェライト相」を単に「フェライト」とい
う。又、「面積割合」は単に「割合」ということもあ
る）を制御すれば、被削性としてのドリル加工性、なか
でも切り屑処理性を大きく高めることができる。 （ｂ）前記式で表されるｆｎ１の値を１００以下にす
れば、Ｈｖ硬さで１６０〜３５０の高硬度機械構造部品
に対して、JIS Z 2202に規定の３号シャルピー衝撃試験
片を用いた衝撃試験における室温での吸収エネルギー
（ _UＥ_RT）が４０Ｊ以上の良好な靱性を具備させること
ができる。 （ｃ）前記式で表されるｆｎ２の値を０以上にすれ
ば、通常のＣｏを含有するハイスドリルを用いて上記の
高硬度機械構造部品に（穴深さ）／（穴直径）が５以上
の所謂「深穴」をあける場合、「ドリル寿命」としての
穿孔個数を１５０以上にすることができる。 （ｄ）被削性としての「切り屑処理性」を高めること
は、特にドリル穿孔の場合にドリルの寿命安定化や高寿
命化が図れるとともに、切り屑の後処理を不要にして作
業工程を自動化するために重要不可欠であるが、従来の
ように多量のＳを含有させなくとも「切り屑処理性」を
高めることができる。 （ｅ）組織中に占めるフェライトの割合を適正に制御す
ることに加えて、前記式で表されるｆｎ３（「切り屑
切断指数」）の値を３．０以上にすれば、上記の高硬度
機械構造部品に対して、前記ドリル加工（ドリル穿孔）
を行う場合の切り屑処理性が改善されて切り屑の排出が
容易となる。このため、ドリル寿命を安定して高めるこ
とができるし、切り屑の後処理が不要になるので作業工
程を自動化することができる。 （ｆ）鋼材のＬ断面における介在物に関して、前記式
で表されるｆｎ４の値を５．０以上にすれば、例えば熱
間鍛造による成形後の機械構造部品が非破壊検査（超音
波探傷検査や磁粉探傷検査など）で不良品とされること
を防止できるし、最終処理として表面硬化処理（浸炭焼
入れ、窒化、高周波焼入れなど）が施される場合の割れ
を防止することもできる。

【００１５】本発明は、上記の知見に基づいて完成され
たものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の各要件について詳
しく説明する。なお、各元素の含有量の「％」表示は
「質量％」を意味する。 （Ａ）鋼材の化学組成 Ｃ：０．０５〜０．５５％ Ｃは、鋼の硬さを高めて機械構造部品に所望の高い硬さ
を付与するのに必須の元素である。加えてＣには、被削
性としての「切り屑処理性」を高める作用がある。しか
し、その含有量が０．０５％未満では前記効果が得難
い。一方、Ｃの含有量が高すぎると「切り屑処理性」は
飽和あるいは却って低下し、更に靱性の劣化及び旋削時
の工具摩耗量の増大（つまり、旋削工具寿命の低下）を
きたす。特に、その含有量が０．５５％を超えると靱性
の劣化が著しくなるし、被削性は前記の旋削摩耗性を含
めてすべて低下する。したがって、Ｃの含有量を０．０
５〜０．５５％とした。

【００１７】Ｓｉ：０．５０〜２．５％ Ｓｉは、被削性改善に有効な元素である。前記の作用は
Ｓｉを０．５０％以上含有させることで得られる。一
方、Ｓｉ含有量が２．０％程度で被削性改善効果は飽和
し、２．５％を超えると切り屑の変形様式が断続的な剪
断変形へと移行して切り屑厚さが大きく変動し、却って
工具寿命が損なわれる。したがって、Ｓｉの含有量を
０．５０〜２．５％とした。なお、Ｓｉは硬さの向上に
は余り寄与しないものの多量に添加すると靱性を劣化さ
せるので、機械構造用鋼材の被削性改善のためにＳｉを
多量使用する場合、靱性保持との兼ね合いが重要とな
る。

【００１８】Ｍｎ：０．０１〜２．００％ Ｍｎは、鋼中のＳを固定して熱間加工性を高める作用を
有する。しかし、その含有量が０．０１％未満では前記
の効果が得られない。一方、Ｍｎには硬さを高める作用
があり、靱性改善の作用もあるが、快削性を有する機械
構造部品に対しては靱性、被削性を低下させてしまう。
このため、機械構造用鋼材の場合には、靱性を高めると
ともに被削性を改善する（工具寿命を長くし、切り屑処
理性を容易にする）ためにＭｎ含有量は低くすることが
好ましい。更に、Ｍｎ含有量を低くすると、主にＭｎＳ
を減少させることになって介在物の微細分散化が行える
ので、最終処理として表面硬化処理が施される場合の割
れを防止することもできる。したがって、Ｍｎの含有量
を０．０１〜２．００％とした。

【００１９】なお、Ｍｎの含有量は機械構造部品に所望
の硬さを付与できる限りなるべく低くする方がよく、そ
の上限は１．０％とすることが好ましい。機械構造部品
に対して靱性と被削性がともに高いレベルで要求される
場合にはＭｎ含有量の上限は０．５％とすることが一層
望ましい。なお、Ｍｎ含有量の上限を０．３％とすれ
ば、靱性、なかでも低温域における靱性を高めることが
でき、しかも、被削性の向上とＭｎＳ系介在物が減少し
て最大直径が３μｍを超える介在物が減少するので、介
在物の微細分散化に対しても一層の効果が得られる。

【００２０】Ｓ：０．００５〜０．０８０％ Ｓは、鋼中でＭｎＳを形成して被削性を改善する作用、
なかでも旋削における工具寿命を改善する作用を有す
る。しかし、その含有量が０．００５％未満では前記の
効果が得難い。一方、Ｓを多量に添加すると、Ｌ断面に
おいて、最大直径が３μｍを超えるＭｎＳが多くなるの
で靱性の異方性が顕著になり、更に、靱性そのものが劣
化する場合がある。特に、Ｓの含有量が０．０８０％を
超えると靱性の劣化が著しくなる。したがって、Ｓの含
有量を０．００５〜０．０８０とした。

【００２１】靱性に顕著な異方性を生じさせることなく
高硬度鋼材の被削性を高めるためには、Ｌ断面における
ＭｎＳの最大直径を小さくし、しかも被削性を高めるこ
とができる手段が必要となる。このため、本発明におい
ては、合金元素の組み合わせやフェライトの割合を適正
に制御する。なお、靱性の確保が重視される場合のＳ含
有量の上限は０．０３５％とすることが望ましい。この
場合には、合金元素の組み合わせやフェライトの割合に
対する制御を厳しくすることで、十分な被削性を確保す
ることができる。更に、靱性の確保が極めて重視される
場合のＳ含有量の上限は０．０２％とすることが好まし
い。この場合にも、例えば、Ｓｉの含有量を高めるとと
もにＭｎの含有量を低くし、更に、適正量のＣｒやＶを
含有させることによって十分な被削性を確保することが
可能である。

【００２２】Ｃｒ：０〜２．０％ Ｃｒは添加しなくてもよい。添加すれば、硬さを高める
作用がある。更に、被削性としての「切り屑処理性」を
高める作用や微細な介在物（ＣｒＳ）を鋼材中にもたら
す作用も有する。こうした効果を確実に得るにはＣｒは
０．２％以上の含有量とすることが好ましい。Ｃｒの含
有量は０．５％以上とすることが一層好ましい。しか
し、その含有量が２．０％を超えると組織中のフェライ
トの割合が大きく低下するので、「切り屑処理性」は逆
に著しく低下するし、靱性も大きく劣化する。したがっ
て、Ｃｒの含有量を０〜２．０％とした。なお、Ｃｒ含
有量の上限は、Ｃ含有量が０．２５％程度以下の場合に
は１．５％とすることが好ましい。０．５５％を上限と
する前記範囲のＣ含有量に対して、Ｃｒ含有量の上限は
１．０％とすることが一層好ましい。

【００２３】Ｐ：０．０３５％以下 Ｐは靱性を低下させてしまう。特にその含有量が０．０
３５％を超えると靱性の低下が著しくなる。したがっ
て、Ｐの含有量を０．０３５％以下とした。 Ｖ：０〜０．５０％ Ｖは添加しなくてもよい。添加すれば、靱性やドリル寿
命を大きく低下させることなく硬さを大きく高める作用
を有し、更に、旋削時の工具摩耗を抑制する効果があ
る。こうした効果を確実に得るにはＶは０．０１％以上
の含有量とすることが好ましい。しかし、その含有量が
０．５０％を超えると、未固溶のＶ炭窒化物が生成して
硬さの向上に寄与しないばかりか、靱性、被削性の低下
を招く。したがって、Ｖの含有量を０〜０．５０％とし
た。

【００２４】Ｎ：０．０１５０％以下 Ｎはその含有量を制限することが極めて重要である。す
なわち、Ｎは「切り屑処理性」を劣化させてしまい、特
に、その含有量が０．０１５０％を超えると、「切り屑
処理性」の低下が極めて著しくなる。このため、他の
「切り屑処理性」改善元素を添加しても「切り屑処理
性」が改善できない。したがって、Ｎの含有量を０．０
１５０％以下とした。なお、従来Ｎは非調質鋼の硬さ上
昇のために添加されていたが、既に述べたＣ、Ｓｉ、Ｍ
ｎ、Ｃｒ及びＶなどの含有量を適正に制御することで、
Ｎを意図的に添加しなくても所望の硬さが得られるた
め、Ｎ含有量はできるだけ低く抑えることが望ましく、
０．０１００％以下にするのがよい。硬さがＨｖ２８０
以下になって、切り屑処理性が劣化し易い場合には、特
にＮの含有量を０．００６０％以下にすることが好まし
い。

【００２５】Ａｌ：０．０４％以下 Ａｌは鋼の脱酸に有効な元素であるが、本発明において
は既に述べた量のＳｉを含有させるので、Ｓｉで脱酸す
ることができる。したがって、Ａｌで脱酸処理すること
は特に必要でないため、Ａｌは添加しなくても良い。な
お、Ａｌの含有量が０．０４％を超えると工具と切り屑
との凝着が著しくなるので、ドリル加工や旋削で工具寿
命の低下が生じる。したがって、Ａｌの含有量を０．０
４％以下とした。良好な靱性を確保するためには鋼中の
Ｏ（酸素）含有量を０．０１５％以下に制御することが
望ましいため、Ｃ含有量が０．１５％程度以下の低炭素
鋼の場合や、Ｍｎ、Ｃｒなど合金元素の添加量が多い鋼
の場合、つまり、ｆｎ１の値の制限条件からＳｉ含有量
が低く前記したＳｉだけでは脱酸が十分に行えない場合
には、Ａｌは０．０１０％以上の含有量とすることが好
ましい。 Ｎｉ：０〜２．０％ Ｎｉは添加しなくてもよい。添加すれば、硬さと靱性を
高める作用がある。この効果を確実に得るにはＮｉは
０．２％以上の含有量とすることが好ましい。しかし、
その含有量が２．０％を超えると前記の効果が飽和する
ばかりか、切り屑と工具との凝着が著しくなって工具寿
命が低下し、コストが嵩んで経済性に欠ける。したがっ
て、Ｎｉの含有量を０〜２．０％とした。 Ｍｏ：０〜１．５％ Ｍｏも添加しなくてもよい。添加すれば、硬さと靱性を
高める作用がある。この効果を確実に得るにはＭｏは
０．１％以上の含有量とすることが好ましい。しかし、
その含有量が１．５％を超えると前記の効果が飽和しコ
ストが嵩んで経済性に欠ける。したがって、Ｍｏの含有
量を０〜１．５％とした。 Ｂ：０〜０．０１％ Ｂは添加しなくてもよい。添加すれば、被削性を一段と
高める作用がある。この効果を確実に得るにはＢは０．
００１０％以上の含有量とすることが好ましい。しか
し、その含有量が０．０１％を超えると靱性及び熱間加
工性の低下をきたす。したがって、Ｂの含有量を０〜
０．０１％とした。 Ｂｉ：０〜０．１０％ Ｂｉは添加しなくてもよい。添加すれば、被削性を一段
と高める作用がある。この効果を確実に得るにはＢｉは
０．０１％以上の含有量とすることが好ましい。しか
し、その含有量が０．１０％を超えると靱性及び熱間加
工性の低下をきたす。したがって、Ｂｉの含有量を０〜
０．１０％とした。 Ｃａ：０〜０．０５％ Ｃａは添加しなくてもよい。添加すれば、主にＭｎＳを
球状化するので、例えば熱間鍛造による成形後の機械構
造部品が非破壊検査で不良品とされることを防止できる
し、最終処理として表面硬化処理が施される場合の割れ
を防止することもできる。この効果を確実に得るにはＣ
ａは０．００１％以上の含有量とすることが好ましい。
しかし、その含有量が０．０５％を超えると熱間加工性
の著しい低下をきたす。したがって、Ｃａの含有量を０
〜０．０５％とした。 Ｐｂ：０〜０．１２％ Ｐｂも添加しなくてもよい。添加すれば、被削性を一段
と高める作用がある。この効果を確実に得るにはＰｂは
０．０２％以上の含有量とすることが好ましい。しか
し、その含有量が０．１２％を超えると靱性及び熱間加
工性の低下をきたす。したがって、Ｐｂの含有量を０〜
０．１２％とした。 Ｔｉ：０〜０．０４％未満 Ｔｉは添加しなくてもよい。添加すれば、Ｔｉの硫化物
を形成してＭｎＳの生成を抑制するので、介在物の微細
分散化が行える。更に、Ｔｉの炭化物が析出するので硬
さを高めることもできる。こうした効果を確実に得るに
はＴｉは０．００５％以上の含有量とすることが好まし
い。しかし、Ｔｉを多く含有させると成分系によっては
靱性が低下する場合があり、特に、その含有量が０．０
４％以上になると靱性が著しく低下する場合がある。し
たがって、Ｔｉの含有量を０〜０．０４％未満とした。 Ｚｒ：０〜０．０４％未満 Ｚｒは添加しなくてもよい。添加すれば、Ｚｒの硫化物
を形成してＭｎＳの生成を抑制するので、介在物の微細
分散化が行える。更に、Ｚｒの炭化物が析出するので硬
さを高めることもできる。こうした効果を確実に得るに
はＺｒは０．００５％以上の含有量とすることが好まし
い。しかし、Ｚｒを多く含有させると成分系によっては
靱性が低下する場合があり、特に、その含有量が０．０
４％以上になると靱性が著しく低下する場合がある。し
たがって、Ｚｒの含有量を０〜０．０４％未満とした。 Ｔｉ（％）＋Ｚｒ（％）：０〜０．０４％未満 ＴｉとＺｒの含有量が上記した範囲にあっても、その含
有量の和であるＴｉ（％）＋Ｚｒ（％）の値が０．０４
％以上になると靱性が著しく低下する場合がある。した
がって、ＴｉとＺｒの含有量の和であるＴｉ（％）＋Ｚ
ｒ（％）の値を０〜０．０４％未満とした。 Ｔｅ：０〜０．０５％ Ｔｅも添加しなくてもよい。添加すれば、主にＭｎＳを
球状化するので、例えば熱間鍛造による成形後の機械構
造部品が非破壊検査で不良品とされることを防止できる
し、最終処理として表面硬化処理が施される場合の割れ
を防止することもできる。この効果を確実に得るにはＴ
ｅは０．００５％以上の含有量とすることが好ましい。
しかし、その含有量が０．０５％を超えると熱間加工性
の著しい低下をきたす。したがって、Ｔｅの含有量を０
〜０．０５％とした。 Ｎｄ：０〜０．０５％ Ｎｄは添加しなくてもよい。添加すれば、主にＭｎＳを
球状化するので、例えば熱間鍛造による成形後の機械構
造部品が非破壊検査で不良品とされることを防止できる
し、最終処理として表面硬化処理が施される場合の割れ
を防止することもできる。この効果を確実に得るにはＮ
ｄは０．００５％以上の含有量とすることが好ましい。
しかし、その含有量が０．０５％を超えると熱間加工性
の著しい低下をきたす。したがって、Ｎｄの含有量を０
〜０．０５％とした。 Ｎｂ：０〜０．１％ Ｎｂは添加しなくてもよい。添加すれば、結晶粒を微細
にして靱性を高める作用がある。この効果を確実に得る
にはＮｂは０．００５％以上の含有量とすることが好ま
しい。しかし、その含有量が０．１％を超えると粗大な
Ｎｂ炭窒化物が未固溶で残留し、却って靱性が低下す
る。したがって、Ｎｂの含有量を０〜０．１％とした。 Ｃｕ：０〜１．５％ Ｃｕは添加しなくてもよい。添加すれば、硬さの向上に
効果があり、しかも靱性劣化が殆ど生じない。更に、鋼
中で低融点の硫化物を形成して被削性を改善する作用も
有する。こうした効果を確実に得るにはＣｕは０．２％
以上の含有量とすることが好ましい。しかし、その含有
量が１．５％を超えると熱間加工性の著しい低下を招
く。したがって、Ｃｕの含有量を０〜１．５％とした。

【００２６】Ｓｅ：０〜０．５％ Ｓｅは添加しなくてもよい。添加すれば、被削性を一段
と高める作用を有する。この効果を確実に得るにはＳｅ
は０．０５％以上の含有量とすることが好ましい。しか
し、その含有量が０．５％を超えると靱性と熱間加工性
の著しい低下を招く。したがって、Ｓｅの含有量を０〜
０．５％とした。本発明においては、Ｏ（酸素）の含有
量は特に規定しなくてもよい。しかし、良好な靱性を確
保するためにその含有量は０．０１５％以下とすること
が好ましい。

【００２７】なお、従来の快削鋼には所謂「脱酸調整
鋼」として実用化されているものがある。この「脱酸調
整鋼」はＳｉやＡｌの含有量を規制して十分な脱酸を実
施せず、Ｃａなどの元素を添加してＳｉ、Ａｌ、Ｃａな
どの複合酸化物を形成させ、且つ、これらの複合酸化物
の組成比を適正に制御することで酸化物の融点を低下さ
せ、被削性を改善するものである。これに対して、本発
明に係る機械構造用鋼材及び機械構造部品においては、
被削性改善のために上記の低融点酸化物を利用する必要
はない。前記各元素の含有量及び次に詳しく述べる前記
式と式で表されるｆｎ２とｆｎ３の値を適正な範囲
に制御し、更に、次項（Ｂ）で述べる組織中に占めるフ
ェライトの割合を適正な範囲に制御することで、Ｈｖ硬
さ１６０〜３５０という高硬度であっても、十分な被削
性が確保できるのである。したがって、たとえ本発明に
係る機械構造用鋼材及び機械構造部品における酸化物
が、前記した「脱酸調整鋼」の場合の組成比にあったと
しても、被削性の改善はその酸化物に基づくものではな
い。

【００２８】ｆｎ１：１００以下 各元素の含有量を既に述べた範囲に制御しても、前記
式で表されるｆｎ１の値が１００を超えると、JIS Z 22
02に規定の３号シャルピー衝撃試験片を用いた衝撃試験
で、４０Ｊ以上の室温吸収エネルギー（ _UＥ_RT）が得ら
れず、高硬度機械構造部品に良好な靱性を付与できな
い。したがって、ｆｎ１の値を１００以下とした。この
ｆｎ１の下限の値は、本発明の鋼材が前記の硬さ範囲
（Ｈｖ：１６０〜３５０）及び下記の被削性に関するｆ
ｎ２、ｆｎ３の規定も満たす必要があることから決定さ
れる。なお、機械構造部品が寒冷地で使用される場合に
は、JIS Z 2202に規定の３号シャルピー衝撃試験片を用
いた−５０℃における衝撃試験で２０Ｊ以上の吸収エネ
ルギー（_UＥ_-50）が要求されることがある。この場合に
は、下記式で表されるｆｎ５の値を１００以下にすれ
ばよい。

【００２９】 ｆｎ５＝８７Ｃ＋７Ｓｉ＋１０Ｍｎ＋４１Ｃｒ＋１５Ｍｏ＋５０Ｖ・・・ なお、上記式における元素記号はその元素の質量％で
の含有量を示す。 ｆｎ２：０以上 機械構造用鋼材の場合には、被削性のなかでも特にドリ
ル加工性（ドリル穿孔性）を高めることが重要である。
すなわち、機械構造部品にはドリル加工によって油穴で
代表されるように、最大直径に対して深さが大きい所謂
「深穴」があけられる。この「深穴」を加工する場合の
ドリル材質としては、耐摩耗性に優れた超硬合金を使用
することが困難なため、Ｃｏを含有し靱性と耐摩耗性に
優れた高速度鋼（ハイス）が専ら使用されている。この
ため、ドリル加工性としてのドリル寿命については、ド
リル材質の改良による向上は大きくは望めず、被加工材
である機械構造用鋼材に依存するところが大きい。

【００３０】機械構造用鋼材のドリル加工性としては、
「ドリル寿命」としての穿孔個数と「切り屑処理性」の
２つを高める必要があり、このうち「ドリル寿命」は被
加工鋼材の硬さと化学組成に依存する。すなわち、被加
工鋼材の硬さが高くなると「ドリル寿命」は低下するも
のの、それは被加工鋼材の化学組成に大きく依存し、前
記式で表されるｆｎ２の値が０以上の場合、機械構造
部品に通常のＣｏを含有するハイスドリルを用いて所謂
「深穴」（（穴深さ）／（穴直径）が５以上の穴）を加
工すると、「ドリル寿命」として１５０以上の大きな穿
孔個数が得られる。したがって、ｆｎ２の値を０以上と
した。このｆｎ２の上限の値は、本発明の鋼材が前記の
硬さ範囲（Ｈｖ：１６０〜３５０）で、靱性に関するｆ
ｎ１及び下記の被削性に関するｆｎ３の規定も満たす必
要があることから決定される。 ｆｎ３：３．０以上 次項（Ｂ）で述べる組織中に占めるフェライトの面積割
合を適正に制御することに加えて、前記式で表される
ｆｎ３（「切り屑切断指数」）の値を３．０以上にした
場合に初めて切り屑処理性が改善され、深穴加工におい
て、切り屑の排出が容易となる（図１参照）。このた
め、ドリル寿命を安定して高めることができるし、切り
屑の後処理が不要になるので作業工程を自動化すること
ができる。なお、「切り屑切断指数」であるｆｎ３の値
が３．０未満の場合には切り屑切断性が著しく低下する
ので、図１に示すように長く伸びた切り屑が発生する。
このため、切り屑の後処理が必要となって、作業工程の
自動化は困難である。更に、ドリル寿命も低下してしま
う。したがって、ｆｎ３の値を３，０以上とした。

【００３１】合金元素の含有量とフェライトの面積割合
で規定される「切り屑切断指数」ｆｎ３は、硬さ、靱性
及びドリル寿命と関連を有する。つまり、硬さが高くな
ると切り屑切断性は良好になるが、靱性とドリル寿命は
低下する。一方、硬さが低すぎると、靱性は高くなるも
のの、延性が向上するため切り屑処理性が劣化する。し
たがって、このｆｎ３の上限の値は、本発明の鋼材が前
記の硬さ範囲（Ｈｖ：１６０〜３５０）で、靱性に関す
るｆｎ１、被削性に関するｆｎ２及びフェライトの割合
の各規定も満たす必要があることから決定される。な
お、実質的には８．０程度が上限の値となる。 （Ｂ）鋼材の組織 上記の化学組成を有する機械構造用鋼材の被削性、なか
でもドリル穿孔時の「切り屑処理性」を高めるために
は、組織に占めるフェライトの割合を面積割合で１０〜
８０％とする必要がある。フェライトは軟質相であるた
め、ドリル加工（ドリル穿孔）の際に優先的に変形し、
切り屑切断の起点となって「切り屑処理性」が高まるの
である。しかし、フェライトの割合が１０％未満では、
上記の効果が得られず切り屑処理性が低下する。更に、
「切り屑処理性」としての「切り屑切断指数」ｆｎ３の
値が３．０を下回ってしまう場合もある。一方、フェラ
イトの割合が８０％を超えると、次項（Ｃ）で述べるＨ
ｖ硬さで１６０以上の高硬度が確保し難くなるし、軟質
の組織が過剰となって却って「切り屑処理性」が低下し
てしまう。したがって、組織に占めるフェライトの割合
を１０〜８０％とした。

【００３２】ここで、既に述べたように組織の割合（つ
まり、面積割合）は顕微鏡観察したときの組織割合のこ
とを指す。

【００３３】組織におけるフェライト以外の残りの部分
は、パーライト、ベイナイトやマルテンサイトである。
なお、所定の組織は非調質処理、つまり最終の熱間加工
後に冷却したままでも得られるし、熱間加工後に焼なら
し、焼ならし−焼戻し、焼入れ−焼戻しなどの熱処理を
行っても得られる。なお、組織にベイナイトやマルテン
サイトといった低温での変態生成物が含まれる場合に
は、良好な靱性を確保するために焼戻し処理することが
好ましい。一方、コスト面からは熱処理を行わずに所定
の組織が得られる非調質処理とすることが好ましい。こ
の「非調質処理」の場合には、熱処理を行う必要がない
ためコスト面で有利であるし、工程が簡素化できるため
に納期の面でも有利である。 （Ｃ）Ｈｖ硬さ 硬さがＨｖ硬さで１６０未満の機械構造部品は、使用時
に変形したり、大きな摩耗を生じたり、疲労破壊を起こ
したりするので、たとえ靱性や被削性に優れていても利
用し難い。一方、硬さがＨｖ硬さで３５０を超えると、
所望の良好な靱性と被削性を確保することが困難とな
る。特に、「非調質処理」の場合には靱性が確保できな
くなると同時に、組織に占めるフェライトの割合を１０
〜８０％として被削性を確保することが極めて困難にな
る。したがって、Ｈｖ硬さを１６０〜３５０とした。 （Ｄ）介在物 鋼材のＬ断面における介在物については、前記式で表
されるｆｎ４の値を５．０以上にするのがよい。これ
は、前記（Ａ）項で規定した化学組成を有する機械構造
用鋼材の場合、ｆｎ４の値を５．０以上にすることで長
く延びたＭｎＳが極めて少なくなって、例えば熱間鍛造
による成形後の機械構造部品が非破壊検査で不良品とさ
れることを防止できるし、最終処理として表面硬化処理
が施される場合の割れを防止することもできるからであ
る。なお、前記（Ａ）項で規定した化学組成を有する機
械構造用鋼材においては、最大直径が３μｍを超える介
在物の大部分はＭｎＳであり、最大直径が０．５〜３μ
ｍの介在物は硫化物（例えばＣｒＳ）、炭化物、窒化物
などでＭｎＳも一部含まれる。

【００３４】ｆｎ４の値が１０以上になると介在物の大
部分は最大直径が３μｍ以下となる。このため、非破壊
検査における不良判定基準が厳しい場合には、ｆｎ４の
値を１０以上とすることが望ましい。このｆｎ４の上限
の値は、特に規定されるものではなく、大きければ大き
いほどよい。

【００３５】前記介在物の個数は、顕微鏡の倍率を最大
直径０．５μｍの介在物が認識できる程度の倍率（例え
ば４００倍）として測定すればよい。ここで、ｆｎ４の
値を５．０以上とするためには、Ｃｒを添加しない場合
は、例えば、（イ）ＭｎとＳの含有量をそれぞれ０．５
％以下、０．０５％以下と低くするか、（ロ）Ｔｅ、Ｔ
ｉやＮｄを適正量添加するかして、ＭｎＳを鋼の凝固段
階で微細、且つ後の熱間加工で長く延伸しない組成にす
ればよい。Ｃｒを添加して介在物をＣｒＳとして微細分
散させる場合は、例えば、Ｍｎの含有量を０．５％以下
にするとともに、ＳｉやＡｌで脱酸した後でＣｒを添加
し、更にその後でＭｎを添加すればよい。なお、上記の
いずれの場合においても、真空精錬やとりべ精錬など２
次精錬の過程で溶鋼を十分攪拌して粗大なＭｎＳを浮上
させ、更に、凝固時の鋼塊の冷却速度を十分大きくし
て、２次デンドライトアーム間隔を２５０μｍ以下にす
ることが望ましい。このため、鋼塊は連続鋳造で製造す
ることが好ましい。上記の処理を行えば、所謂「マクロ
偏析」や「Ｓ偏析」が極めて少ない良好な鋼塊が得られ
る。

【００３６】介在物形態を制御して被削性を改善する従
来型の快削鋼は所謂「脱酸調整鋼」として実用化されて
いる。この「脱酸調整鋼」の場合には、セミキルド型の
鋼を基本の組成として、ＳｉＯ₂、ＭｎＯ、Ａｌ₂Ｏ₃、
ＣａＯ、ＴｉＯ₂など酸化物の組成比を適正に制御する
ことで初めて被削性を高めることが可能となる。これに
対して、本発明に係る機械構造用鋼材の場合には、酸化
物を初めとする介在物の組成範囲には関係なく、つま
り、介在物の組成範囲がいかなるものであろうと、既に
述べた（Ａ）項の化学組成規定と（Ｂ）項の組織規定を
満たせば、（Ｃ）項の硬さ範囲（Ｈｖ：１６０〜３５
０）で、良好な靱性と被削性が得られるものである。加
えて、本項（Ｄ）の介在物規定を満たすことによって、
例えば熱間鍛造による成形後の機械構造部品が非破壊検
査で不良品とされることを防止できるし、最終処理とし
て表面硬化処理が施される場合の割れを防止することも
できるのである。

【００３７】本発明に係る機械構造部品は、既に述べた
本発明に係る機械構造用鋼材を熱間鍛造などの熱間加工
で所定の形状に粗加工し、次いで、所望形状に切削加工
して製造される。あるいは、上記の切削加工の後、例え
ば、焼ならし、焼ならし−焼戻し、焼入れ−焼戻しなど
の熱処理を施して製造される。又、前記熱間加工の後に
熱処理を施され、次いで、所望形状に切削加工して製造
されることもある。なお、一部の部品には表面硬化処理
として、浸炭焼入れ、窒化及び高周波焼入れなどの熱処
理やショットピーニングなどの塑性加が施されることも
ある。以下、実施例により本発明を詳しく説明する。

【００３８】

【実施例】（実施例１）表１〜４に示す化学組成の鋼を
１５０ｋｇの真空溶解炉又は７０トン転炉を用いて溶製
した。７０トン転炉を用いて溶製したのは鋼Ａ４と鋼Ｂ
８で、転炉で溶製後連続鋳造した。他の鋼はすべて１５
０ｋｇ真空溶解炉で溶製したものである。なお、表１〜
４には、それぞれ式、式及び式で表されるｆｎ
１、ｆｎ２及びｆｎ５の値も併せて示した。なお、Ｏ
（酸素）の含有量は、鋼Ｂ１１が０．０１９５％と０．
０１５％を上回っていたが、他の鋼はすべて０．０１５
％以下であった。

【００３９】表１、表２における鋼Ａ１〜Ｂ１８は化学
組成が本発明で規定する範囲内にある本発明例の鋼であ
る。一方、表３、表４における鋼Ｃ１〜Ｅ３は本発明で
規定する条件から外れた比較例の鋼である。比較例の鋼
のうち、鋼Ｃ１〜Ｃ１４は各元素のいずれかの含有量が
本発明で規定する範囲から外れ、更に、鋼Ｃ１を除いて
ｆｎ１とｆｎ２の少なくとも一方が本発明で規定する条
件から外れた鋼である。鋼Ｄ１〜Ｄ８は各元素の含有量
は本発明で規定する範囲内にあるものの、ｆｎ１とｆｎ
２の少なくとも一方が本発明で規定する条件から外れた
鋼である。鋼Ｅ１〜Ｅ３はそれぞれ従来型のＰｂ−Ｓ−
Ｃａ快削鋼、Ｐｂ−Ｓ快削鋼、Ｓ快削鋼に相当する鋼で
ある。

【００４０】なお、鋼Ａ３と鋼Ａ４は、Ｍｎ及びＳの含
有量を低くし、ＭｎＳを微細にしてｆｎ４の値が５．０
以上になるようにした。

【００４１】鋼Ｂ１〜Ｂ３、鋼Ｂ６〜Ｂ１８、鋼Ｃ２、
鋼Ｃ６、鋼Ｃ７、鋼Ｄ１、Ｄ２及び鋼Ｄ５は、Ｃｒの硫
化物を優先的に生成させるために、先ずＳｉで脱酸した
後Ｃｒを添加し、次にＡｌを添加し、最後にＭｎを添加
してｆｎ４の値が５．０以上になるようにした。

【００４２】

【表１】

【表２】

【表３】

【表４】 次いで、これらの鋼の鋼塊を１２５０℃に加熱してから
１０００℃以上で仕上げる熱間加工（熱間鍛造）を行
い、直径６０ｍｍの丸棒を作製した。なお、熱間鍛造後
は空冷して非調質鋼材の製造プロセスを模擬した。な
お、本発明例の鋼Ａ３、鋼Ａ４、鋼Ａ８、鋼Ｂ４及び鋼
Ｂ５と、比較例の鋼Ｃ５、鋼Ｃ６、鋼Ｃ１２及び鋼Ｄ４
〜Ｄ６は熱間加工後の空冷を行った後、鋼組成に応じて
８５０〜１０００℃に加熱して焼ならし又は焼入れを行
い、鋼Ｄ５を除いて、その後更に焼戻しも行った。

【００４３】こうして得られた丸棒の表面から１５ｍｍ
の位置（丸棒の半径の１／２の位置、以下、Ｒ／２部位
置という）から、熱間鍛造方向に平行にJIS Z 2201に規
定の１４Ａ号引張試験片（平行部の直径：８ｍｍ）とJI
S Z 2202に規定の３号シャルピー衝撃試験片（２ｍｍＵ
ノッチシャルピー試験片）を採取し、室温での引張特性
と靱性（吸収エネルギー）及び−５０℃での靱性（吸収
エネルギー）を調査した。

【００４４】直径６０ｍｍの丸棒から２０ｍｍ長さの硬
さ試験片を切り出し、断面にてＲ／２部位置のＨｖ硬さ
測定も行った。なお、６ヶ所測定した平均の値をＨｖ硬
さとした。更に、丸棒のＲ／２部位置を中心にして、熱
間鍛造方向に平行に採取した試験片のＬ断面を鏡面研磨
し、倍率が４００倍の光学顕微鏡で６０視野観察して、
介在物の調査も行った。この後更に、鏡面研磨した被検
面をナイタルで腐食して倍率が４００倍の光学顕微鏡で
観察してＲ／２部位置の組織観察を行い、フェライトの
割合（面積率）測定と組織の判定を行った。ドリル穿孔
試験及び旋削試験による被削性の調査も行った。

【００４５】ドリル穿孔試験は、直径６０ｍｍの丸棒の
直径方向に深さ５０ｍｍの穴をあけ、刃先磨損により穿
孔不能となった時の直前の穴の数をドリル寿命とした。
穿孔は、ドリル直径が６．０ｍｍ、全長が２２５ｍｍで
先端角が１１８度のＣｏを６％含有するハイスドリルを
使用し、エマルジョン（水溶性潤滑剤）で潤滑しなが
ら、回転速度９８０ｒｐｍ、送り量０．１５ｍｍ／ｒｅ
ｖ．の条件で行った。

【００４６】旋削試験は、超硬合金のチップにチップブ
レーカーを施したものをベースに、Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）−ア
ルミナ−ＴｉＮのコーテイングを施したものを用いて、
無潤滑、切削速度１６０ｍ／分、送り量０．２５ｍｍ／
ｒｅｖ．、切り込み３ｍｍの条件で行った。なお、３０
分切削した後のチップの逃げ面の摩耗量で被削性を評価
した。なお、鋼Ｃ１０及び鋼Ｃ１１は熱間鍛造で割れを
生じたので、これらの鋼に対しては上記のＲ／２部位置
の組織観察を行い、フェライトの割合（面積率）測定と
組織の判定だけを行った。

【００４７】表５〜８に、上記の各種試験結果を示す。
この表５〜８の熱処理欄における「Ｎ」は焼ならし、
「Ｔ」は焼戻し、「Ｑ」は焼入れを示し、「−」は非調
質処理であることを示す。又、組織欄における「Ｆ」は
フェライト、「Ｐ」はパーライト、「Ｂ」はベイナイ
ト、「Ｍ」はマルテンサイトを示す。「α」が組織にお
けるフェライトの面積割合を指すことは既に述べたとお
りである。上記の表には焼戻し温度（℃）も括弧内に併
せて示した。

【００４８】なお、鋼Ｃ１０及び鋼Ｃ１１の各々の組織
は、相が「Ｂ＋Ｍ」と「Ｆ＋Ｍ」であり、フェライト割
合（α）が０％と２１％であった。したがって、前記条
件で直径６０ｍｍの丸棒を作製した際のｆｎ３の値は、
鋼Ｃ１０の場合が３．２、鋼Ｃ１１の場合が４．９であ
った。

【００４９】

【表５】

【表６】

【表７】

【表８】 表５、表６に示したように、鋼の化学組成が本発明で規
定する範囲内にあり、更に、ｆｎ３の値及び組織に占め
るフェライトの割合も本発明の条件を満足する本発明例
の試験番号１〜２７の場合、Ｈｖ硬さが１８８〜３２５
の高強度であるにも拘わらず、ドリル寿命、靱性に優
れ、「切り屑処理性」も良好であった。上記の各試験番
号の場合には、旋削摩耗量も２００μｍ未満と良好で、
ｆｎ５の値が１００を上回る鋼Ｂ１４を供試鋼とした試
験番号２４を除いて、_UＥ_-50も２０Ｊ以上で低温での靱
性にも優れていた。

【００５０】なお、上記の試験番号のなかでもｆｎ４が
５．０以上という介在物に関する規定を満たす試験番号
３、４、１１〜１３及び１６〜２７の場合には、熱間鍛
造後は勿論のこと、浸炭焼入れ又は高周波焼入れによる
表面硬化処理後の磁粉探傷試験においても異常な磁気模
様、つまり、供試材の表面または表面直下に存在する割
れなどにより生じる磁粉の模様は観察されなかった。こ
れに対して、ｆｎ４の値が５．０未満の場合のうちで、
試験番号９及び１５の場合、熱間鍛造後には疵は無かっ
たものの、表面硬化処理により異常な磁気模様が生じる
場合があった。

【００５１】一方、表７、表８に示した比較例のうち試
験番号２８の場合、供試鋼である鋼Ｂ１８の化学組成は
本発明で規定する範囲内にあるが（表１参照）、ｆｎ３
の値が本発明で規定する条件から外れるため「切り屑処
理性」は劣るものであった。試験番号２９〜４８の場合
は、供試鋼における各元素のいずれかの含有量、ｆｎ１
〜ｆｎ３の値、組織に占めるフェライトの割合の少なく
とも１つが本発明の条件から外れるため、Ｈｖ硬さで１
３８と硬さが低かったり、ドリル寿命が短かかったり、
靱性、「切り屑処理性」や旋削摩耗性に劣っていた。

【００５２】従来型のＰｂ−Ｓ−Ｃａ快削鋼、Ｐｂ−Ｓ
快削鋼、Ｓ快削鋼に相当する鋼Ｅ１〜Ｅ３をそれぞれ供
試鋼とする試験番号４９〜５１の場合は、靱性が低いも
のであった。更に、試験番号５１の場合は鋼Ｅ３のｆｎ
２の値が本発明で規定する条件から外れるためドリル寿
命も短いものであった。試験番号５０と５１の場合は、
旋削摩耗量も２００μｍを超えた。

【００５３】なお、鋼Ｃ１０及び鋼Ｃ１１が熱間鍛造で
割れを生じたため、組織観察によるフェライトの割合測
定と組織の判定だけを行い、他の試験は実施しなかった
ことは既に述べたとおりである。 （実施例２）０．１５％Ｃ−１．０％Ｓｉ−０．０２５
％Ｓ−０．５％Ｃｒ−０．０１％Ａｌ−０．００５％Ｎ
−０．０２％Ｐを基本の化学組成とし、Ｍｎ含有量を変
化させた各種の鋼を１５０ｋｇの真空溶解炉を用いて溶
製した。

【００５４】次いで、これらの鋼の鋼塊を１２５０℃に
加熱してから１０００℃以上で仕上げる熱間鍛造を行
い、直径６０ｍｍの丸棒を作製した。なお、熱間鍛造後
は空冷して非調質鋼材の製造プロセスを模擬した。

【００５５】こうして得られた直径６０ｍｍの丸棒を前
記実施例１と同じ穿孔条件で、その直径方向に深さ５０
ｍｍの穴をあけるドリル穿孔試験を行った。

【００５６】図２に、ドリル寿命としての穿孔個数に及
ぼすＭｎ含有量の影響を整理して示す。図２から、Ｍｎ
含有量が低いほどドリル穿孔個数が多く被削性が良好な
ことが明らかである。 （実施例３）０．４３％Ｃ−１．０％Ｓｉ−０．０５％
Ｓ−０．５％Ｃｒ−０．０１％Ａｌ−０．００５％Ｎ−
０．０２％Ｐを基本の化学組成とし、Ｍｎ含有量を変化
させた各種の鋼を１５０ｋｇの真空溶解炉を用いて溶製
した。

【００５７】次いで、これらの鋼の鋼塊を１２５０℃に
加熱してから１０００℃以上で仕上げる熱間鍛造を行
い、直径６０ｍｍの丸棒を作製した。なお、熱間鍛造後
は空冷して非調質鋼材の製造プロセスを模擬した。こう
して得られた直径６０ｍｍの丸棒について、前記実施例
１と同様にＲ／２部位置を中心にして、熱間鍛造方向に
平行に採取した試験片のＬ断面を鏡面研磨し、倍率が４
００倍の光学顕微鏡で６０視野観察して、介在物を調査
した。

【００５８】図３にｆｎ４、つまり介在物の微細化に及
ぼすＭｎ含有量の影響を整理して示す。図３から、Ｍｎ
含有量が低いほどｆｎ４の値が大きくなることが明らか
である。 （実施例４）０．４３％Ｃ−０．６％Ｍｎ−０．０４％
Ｓ−０．５％Ｃｒ−０．０１％Ａｌ−０．００５％Ｎ−
０．０２％Ｐを基本の化学組成とし、Ｓｉ含有量を変化
させた各種の鋼を１５０ｋｇの真空溶解炉を用いて溶製
した。

【００５９】次いで、これらの鋼の鋼塊を１２５０℃に
加熱してから１０００℃以上で仕上げる熱間鍛造を行
い、直径６０ｍｍの丸棒を作製した。なお、熱間鍛造後
は空冷して非調質鋼材の製造プロセスを模擬した。

【００６０】こうして得られた直径６０ｍｍの丸棒を前
記実施例１と同じ穿孔条件で、その直径方向に深さ５０
ｍｍの穴をあけるドリル穿孔試験を行った。更に、前記
実施例１と同じ条件で旋削試験も行った。、図４及び図
５に、それぞれドリル寿命としての穿孔個数及び旋削摩
耗量に及ぼすＳｉ含有量の影響を整理して示す。図４、
図５から、Ｓｉ含有量が０．５０％以上になるとドリル
穿孔個数は１５０を超え、旋削摩耗量も２００μｍ以下
となるが、Ｓｉの含有量が２．５％を超えるとこれらの
特性は急速に劣化してしまうことが明らかである。

【００６１】

【発明の効果】本発明の機械構造用鋼材は被削性、硬さ
と靱性に優れているので機械構造部品の素材として利用
することができる。この被削性と靱性に優れた機械構造
用鋼材は比較的容易に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】「切り屑処理性」としての「切り屑切断指数」
ｆｎ３の値と切り屑の切断状況の間の関係を示す図であ
る。

【図２】Ｍｎ含有量とドリル穿孔個数（ドリル寿命）と
の関係を示す図である。

【図３】Ｍｎ含有量と介在物の微細化を示すｆｎ４の値
との関係を示す図である。

【図４】Ｓｉ含有量とドリル穿孔個数（ドリル寿命）と
の関係を示す図である。

【図５】Ｓｉ含有量と旋削摩耗量との関係を示す図であ
る。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】質量％で、Ｃ：０．０５〜０．５５％、Ｓ
   ｉ：０．５０〜２．５％、Ｍｎ：０．０１〜２．００
   ％、Ｓ：０．００５〜０．０８０％、Ｃｒ：０〜２．０
   ％、Ｐ：０．０３５％以下、Ｖ：０〜０．５０％、Ｎ：
   ０．０１５０％以下、Ａｌ：０．０４％以下、Ｎｉ：０
   〜２．０％、Ｍｏ：０〜１．５％、Ｂ：０〜０．０１
   ％、Ｂｉ：０〜０．１０％、Ｃａ：０〜０．０５％、Ｐ
   ｂ：０〜０．１２％、Ｔｉ：０〜０．０４％未満、Ｚ
   ｒ：０〜０．０４％未満で、且つ、Ｔｉ（％）＋Ｚｒ
   （％）：０〜０．０４％未満、Ｔｅ：０〜０．０５％、
   Ｎｄ：０〜０．０５％、Ｎｂ：０〜０．１％、Ｃｕ：０
   〜１．５％、Ｓｅ：０〜０．５％を含有し、下記式で
   表されるｆｎ１の値が１００以下、下記式で表される
   ｆｎ２の値が０以上、下記式で表されるｆｎ３の値が
   ３．０以上を満たし、残部がＦｅ及び不純物からなる化
   学組成で、面積割合で組織に占めるフェライト相の割合
   が１０〜８０％、Ｈｖ硬さが１６０〜３５０である被削
   性と靱性に優れた機械構造用鋼材。 ｆｎ１＝１００Ｃ＋１１Ｓｉ＋１８Ｍｎ＋３２Ｃｒ＋４５Ｍｏ＋６Ｖ・・・ ｆｎ２＝−２３Ｃ＋Ｓｉ（５−２Ｓｉ）−４Ｍｎ＋１０４Ｓ−３Ｃｒ−９Ｖ＋ １０・・・ ｆｎ３＝３．２Ｃ＋０．８Ｍｎ＋５．２Ｓ＋０．５Ｃｒ−１２０Ｎ＋２．６Ｐ ｂ＋４．１Ｂｉ−０．００１α² ＋０．１３α・・・ ここで、各式における元素記号はその元素の質量％での
   含有量を示し、αは組織におけるフェライト相の％での
   面積割合を示す。
2. 【請求項２】質量％で、Ｃ：０．０５〜０．５５％、Ｓ
   ｉ：０．５０〜２．５％、Ｍｎ：０．０１〜２．００
   ％、Ｓ：０．００５〜０．０８０％、Ｃｒ：０〜２．０
   ％、Ｐ：０．０３５％以下、Ｖ：０〜０．５０％、Ｎ：
   ０．０１５０％以下、Ａｌ：０．０４％以下、Ｎｉ：０
   〜２．０％、Ｍｏ：０〜１．５％、Ｂ：０〜０．０１
   ％、Ｂｉ：０〜０．１０％、Ｃａ：０〜０．０５％、Ｐ
   ｂ：０〜０．１２％、Ｔｉ：０〜０．０４％未満、Ｔ
   ｅ：０〜０．０５％、Ｎｄ：０〜０．０５％、Ｎｂ：０
   〜０．１％、Ｃｕ：０〜１．５％、Ｓｅ：０〜０．５％
   を含有し、上記式で表されるｆｎ１の値が１００以
   下、上記式で表されるｆｎ２の値が０以上、上記式
   で表されるｆｎ３の値が３．０以上を満たし、残部がＦ
   ｅ及び不可避不純物からなる化学組成で、面積割合で組
   織に占めるフェライト相の割合が１０〜８０％、Ｈｖ硬
   さが１６０〜３５０である被削性と靱性に優れた機械構
   造用鋼材。 ｆｎ１＝１００Ｃ＋１１Ｓｉ＋１８Ｍｎ＋３２Ｃｒ＋４５Ｍｏ＋６Ｖ・・・ ｆｎ２＝−２３Ｃ＋Ｓｉ（５−２Ｓｉ）−４Ｍｎ＋１０４Ｓ−３Ｃｒ−９Ｖ＋ １０・・・ ｆｎ３＝３．２Ｃ＋０．８Ｍｎ＋５．２Ｓ＋０．５Ｃｒ−１２０Ｎ＋２．６Ｐ ｂ＋４．１Ｂｉ−０．００１α² ＋０．１３α・・・
3. 【請求項３】鋼材の加工長手方向縦断面における介在物
   に関して、ｎ₁ を最大直径が０．５〜３μｍの介在物の
   個数、ｎ₂ を最大直径が３μｍを超える介在物の個数と
   して、下記式で表されるｆｎ４の値が５．０以上であ
   る請求項１又は２に記載の被削性と靱性に優れた機械構
   造用鋼材。 ｆｎ４＝ｎ₁／ｎ₂ ・・・
4. 【請求項４】請求項１〜３のいずれかに記載の機械構造
   用鋼材を素材とし、切削による加工を受けた機械構造部
   品。