JP2000319751A

JP2000319751A - 鍛造性と被削性に優れる鋼

Info

Publication number: JP2000319751A
Application number: JP2000060199A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Hashimura; 雅之橋村; Hiroshi Hirata; 浩平田; Koichi Isobe; 浩一磯部
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1999-03-09
Filing date: 2000-03-06
Publication date: 2000-11-21

Abstract

(57)【要約】【課題】鍛造加工性と被削性の良い鋼を提供する。【解決手段】重量％で、Ｃ：０．１〜０．８５％、
Ｓｉ：０．０１〜１．５％、Ｍｎ：０．０５〜２．０
％、Ｐ：０．００３〜０．２％、Ｓ：０．００３〜
０．５％、Ｚｒ：０．０００３〜０．０１％を含有する
とともにＡｌ：０．０１％以下、ｔｏｔａｌ−Ｏ：０．
０２％以下、ｔｏｔａｌ−Ｎ：０．０２％以下に制限
し、残部がＦｅおよび不可避的不純物よりなることを特
徴とする鍛造性と被削性に優れる鋼。この鋼は、最弱方
向の機械的性質の低下を抑制して鍛造加工性を向上させ
つつ、被削性の良好な鋼である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は自動車や一般機械な
どに用いられる鋼に関するものであり、特に熱間鍛造と
被削性に優れた鋼に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年鋼の高強度化が進む反面、加工性が
低下するため、鍛造や切削能率の低下させない鋼に対す
るニーズが高まっている。これまで熱間鍛造に対しては
介在物の低減、高温延性を増す元素の添加、高温延性阻
害元素の低減などが一般的な対策であった。一方、被削
性を向上させるためにＳ、Ｐｂなどの被削性向上元素を
添加するのが有効であることが知られているが、それら
被削性向上に有効な元素は高温延性を低下させるので、
熱間鍛造と被削性の両立は困難である。Ｐｂ、Ｂｉは被
削性を向上し、鍛造への影響も比較的少ないとされてい
るが、高温延性を低減することが知られている。ＳはＭ
ｎＳのような切削環境下で軟質となる介在物を形成して
被削性を向上させるが、ＭｎＳ寸法はＰｂ等の粒子に比
べて大きく、応力集中元となり易い。特に鍛造や圧延に
よりＭｎＳは伸延すると異方性を生じ、特定の方向に極
端に弱くなる。また設計上もその様な異方性を考慮する
必要が生じる。したがってこのような快削元素の異方性
を最低限にする技術が必要になる。またＰに関しても被
削性を向上させることが知られているが、熱間鋳造時に
割れを生じ易いために多く添加することが出来ず、被削
性向上効果にも限界がある。Ｔｅを添加すれば異方性が
解消されることが主張されているが（特開昭５５−４１
９４３）、Ｔｅは鋳造時および圧延、鍛造時に割れを生
じ易い。

【０００３】そこでこのような熱間延性と被削性を両立
するにはさらなる技術革新が必要である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記実状に対
応するため、熱間延性と被削性の良好な鋼を提供するこ
とを目的とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】一般に鋼は圧延や鍛造に
より加工が加わるが、その際の塑性流動により、機械的
性質に異方性を生じる。鍛造時にはその異方性に起因す
る割れが実質の鍛造限界を示す。したがって鍛造性を向
上させるには介在物の形状を極力球形に近くし、異方性
を最低限に抑制することが有効である。またたとえ異方
性を生じても介在物の寸法が小さければ、異方性の影響
は小さく出来る。そのため、被削性を向上させるＭｎＳ
を微細に分散し、かつその形状を球状に維持するための
鋼材成分とすることが望ましい。

【０００６】本発明は以上の知見に基づいてなされた鍛
造性と被削性に優れた鋼であって、その要旨は以下に示
すとおりである。

【０００７】（１）質量％で、Ｃ：０．１〜０．８
５％、Ｓｉ：０．０１〜１．５％、Ｍｎ：０．０５〜
２．０％、Ｐ：０．００３〜０．２％、Ｓ：０．０
０３〜０．５％、Ｚｒ：０．０００３〜０．０１％を含
有するとともにＡｌ：０．０１％以下、ｔｏｔａｌ−
Ｏ：０．０２％以下、ｔｏｔａｌ−Ｎ：０．０２％以下
に制限し、残部がＦｅおよび不可避的不純物よりなるこ
とを特徴とする鋼。

【０００８】（２）質量％で、Ｃ：０．１〜０．８
５％、Ｓｉ：０．０１〜１．５％、Ｍｎ：０．０５〜
２．０％、Ｐ：０．００３〜０．２％、Ｓ：０．０
０３〜０．５％、Ｚｒ：０．０００３〜０．０１％を含
有するとともにＡｌ：０．０１％以下、ｔｏｔａｌ−
Ｏ：０．０２％以下、ｔｏｔａｌ−Ｎ：０．０２％以下
に制限し、さらに、Ｃｒ：０．０１〜２．０％、Ｎｉ：
０．０５〜２．０％、Ｍｏ：０．０５〜１．０％のうち
１種または２種以上を含み、残部がＦｅおよび不可避的
不純物よりなることを特徴とする鋼。

【０００９】（３）上記（１）または（２）に記載の
鋼が、質量％で、Ｖ：０．２％超〜１．０％、Ｎｂ：
０．００５〜０．２％、Ｔｉ：０．００５〜０．１％の
うち１種を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物より
なることを特徴とする鋼。

【００１０】（４）上記（１）または（２）に記載の
鋼が、質量％で、Ｎｂ:０．００５〜０．２％、Ｔｉ：
０．００５〜０．１％を含み、残部がＦｅおよび不可避
的不純物よりなることを特徴とする鋼。

【００１１】（５）上記（１）または（２）に記載の
鋼が、質量％で、Ｖ：０．０５〜１．０％と、さら
に、Ｎｂ：０．００５〜０．２％、Ｔｉ：０．００５〜
０．１％のうち１種または２種を含み、残部がＦｅおよ
び不可避的不純物よりなることを特徴とする鋼。

【００１２】（６）上記（１）乃至（５）のいずれか
に記載の鋼が、質量％で、Ｃａ：０．０００２〜０．０
０５％、Ｍｇ：０．０００３〜０．００５％、Ｔｅ：
０．０００３〜０．００５％のうち１種または２種以上
を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物よりなること
を特徴とする鋼。

【００１３】（７）上記（１）乃至（６）のいずれか
に記載の鋼が、質量％で、Ｂｉ：０．０５〜０．５％、
Ｐｂ：０．０１〜０．５％のうちの１種または２種を含
み、残部がＦｅおよび不可避的不純物よりなることを特
徴とする鋼。

【００１４】（８）上記（１）乃至（７）のいずれか
に記載の鋼が、質量％で、Ｂ：０．０００５％以上
０．００４％未満を含み、残部がＦｅおよび不可避的不
純物よりなることを特徴とする鋼。

【００１５】

【発明の実施の形態】Ｃは鋼材の基本強度に大きな影響
を及ぼす元素であり、十分な強度を得るために０．１〜
０．８５％とした。０．１％未満では十分な強度を得ら
れず、他の合金元素をさらに多量に投入せざるを得ず、
０．８５％を超えると過共析に近くなり、硬質の炭化物
を多く析出するので被削性を著しく低下させる。

【００１６】Ｓｉは脱酸元素として添加されるが、フェ
ライトの強化や焼戻し軟化抵抗を付与するために添加す
る。本発明においては脱酸元素としても必要である。
０．０１％未満ではその効果は認められず、１．５％を
超えると脆化し、高温での変形抵抗も増加するのでこれ
を上限とした。

【００１７】Ｍｎは鋼中硫黄をＭｎＳとして固定・分散
させるために必要であるとともに、マトリックスに固溶
させて焼入れ性の向上や焼入れ後の強度を確保するため
に必要である。その下限値は０．０５％で、それ未満で
あるとＳがＦｅＳとなり脆くなる。Ｍｎ量が大きくなる
と素地の硬さが大きくなり冷間加工性が低下するととも
に、強度や焼入れ性に及ぼす影響も飽和するので、２．
０％を上限とした。

【００１８】Ｐは鋼中において素地の硬さが大きくな
り、冷間加工性だけでなく、熱間加工性や鋳造特性が低
下するので、その上限を０．２％にしなければならな
い。一方、被削性に効果がある元素で下限値を０．００
３％とした。

【００１９】ＳはＭｎと結合してＭｎＳ介在物として存
在する。ＭｎＳは被削性を向上させるが、伸延したＭｎ
Ｓは鍛造時の異方性を生じる原因の一つである。異方性
の程度と要求される被削性によって調整されるべきであ
るが、同時に熱間および冷間鍛造における割れの原因と
なり易いので、その上限値を０．５％とした。下限は現
状の工業生産レベルでコストが大幅に上昇しない限界で
ある０．００３％とした。

【００２０】Ｚｒは脱酸元素であり、酸化物を生成す
る。酸化物はＺｒＯ₂と考えられＺｒＯ₂がＭｎＳの析出
核となるので、ＭｎＳの析出サイトを増やし、ＭｎＳを
均一分散させる。またＺｒはＭｎＳに固溶して複合硫化
物を生成してその変形能を低下させ、圧延や熱間鍛造し
てもＭｎＳ形状の伸延を抑制する働きがある。したがっ
て異方性の低減に有効な元素である。０．０００３％未
満ではその効果は顕著ではなく、０．０１％以上添加し
ても歩留まりが極端に悪くなるばかりでなく、硬質のＺ
ｒＯ₂やＺｒＳなどを大量に生成し、かえって被削性や
衝撃値や疲労特性などの機械的性質を低下させる。した
がって成分範囲を０．０００３〜０．０１％と規定し
た。

【００２１】これまでもＺｒ添加によってＭｎＳが球状
化するとの知見はあったが、「鉄と鋼」第６２年（１９
７６）７号ｐ．８９３には、ＭｎＳ−Ｚｒ₃Ｓ₄の共晶介
在物を生じるとＭｎＳの変形能を低下させてＭｎＳの伸
延を抑制できること、それには０．０７％Ｓに対して
０．０２％以上必要であることが記されている。このよ
うな知見はＭｎＳの変形能を抑制するために複合硫化物
を生成させることが重要であり、そのために多量のＺｒ
添加を必要としていた。しかし、過剰なＺｒはＺｒ系の
窒化物および硫化物のような酸化物以外の硬質介在物お
よびそのクラスターを生成し、機械的性質と被削性を低
下させる。つまり、多量Ｚｒ添加によってＭｎＳ変形能
を低下させるには硬質介在物とクラスターによる弊害を
伴う。

【００２２】一方、本発明は、ＭｎＳの変形能よりもＭ
ｎＳの析出核としてのＺｒ系酸化物の役割に注目した。
そして、鋼中にＭｎＳが微細に分散すれば、たとえＭｎ
Ｓが圧延や鍛造によって伸延されても鋼にとって致命的
な欠陥にならないと考えて快削鋼を開発してきた。検討
の結果、０．０１％以下のＺｒ添加で生成されるＺｒ系
酸化物は微細分散可能であるとともにＭｎＳの析出核と
なり易いことを見出し、それを積極的に利用すること
で、ＭｎＳを微細分散した機械的性質と被削性に優れた
鋼を開発した。

【００２３】本発明では、Ｚｒは酸化物として単独また
は他の酸化物と複合して存在し、その分布は微細分散
し、鋼中でＭｎＳの析出核になり易い。そしてＭｎＳの
析出核としてのＺｒ系酸化物を微細分散させるだけであ
れば、Ｓに対して過剰なＺｒを添加する必要がないの
で、過剰Ｚｒから生成されるＺｒ系の窒化物および硫化
物のような酸化物以外の硬質介在物およびそのクラスタ
ーを生成せず、多量Ｚｒ添加になる弊害、即ち衝撃値な
どの機械的性質や被削性の低下を伴わない。

【００２４】Ａｌは脱酸元素で鋼中ではＡｌ₂Ｏ₃を形成
する。Ａｌ₂Ｏ₃は硬質なので切削時に工具損傷の原因と
なり、摩耗を促進させる。またＡｌを添加するとＯが少
なくなり、ＺｒＯ₂が生成しにくい。また微細なＺｒＯ₂
のを均一分散させるためにもＡｌを添加しない方が良
い。この影響はＺｒの添加量や歩留まり、そしてＭｎＳ
の分布や形状に大きく影響し、本発明では硬質Ａｌ₂Ｏ₃
の抑制とＺｒＯ₂を微細均一分散させるために０．０１
％以下に制限した。このことでＺｒの添加量を大きく低
減でき、Ｚｒ添加の析出核としての効果とＭｎＳとの複
合化効果を大きくすることが出来る。

【００２５】Ｏはｆｒｅｅで存在する場合には冷却時に
気泡となり、ピンホールの原因となる。またＳｉ、Ａ
ｌ、Ｚｒなどと結合すると硬質酸化物を生成するため、
制限が必要である。本鋼ではＺｒの微細分散効果が無く
なる０．０２％を上限として制限した。

【００２６】Ｎは固溶Ｎの場合、鋼を硬化させる。特に
切削においては動的ひずみ時効によって刃先近傍で硬化
し、工具の寿命を低下させる。またＴｉ、Ａｌ、Ｖなど
の窒化物として存在する場合もオーステナイト粒の成長
を抑制するので制限が必要である。特に高温域ではＴｉ
ＮやＺｒＮを生成する。また窒化物を生成しない場合で
も鋳造途中に気泡を生成し、疵などの原因となる。本発
明ではその弊害が顕著になる０．０２％を上限とした。

【００２７】Ｃｒは焼入れ性向上、焼戻し軟化抵抗付与
元素である。そのため高強度化が必要な鋼には添加され
る。その場合、０．０１％以上の添加を必要とする。し
かし多量に添加するとＣｒ炭化物を生成し脆化させるた
め、２．０％を上限とした。

【００２８】Ｎｉはフェライトを強化し、延性を向上さ
せるとともに焼入れ性向上、耐食性向上にも有効であ
る。０．０５％未満ではその効果は認められず、２．０
％を超えて添加しても、機械的性質の点では効果が飽和
するので、これを上限とした。

【００２９】Ｍｏは焼戻し軟化抵抗を付与するととも
に、焼入れ性を向上させる元素である。０．０５％未満
ではその効果が認められず、１．０％を超えて添加して
もその効果が飽和しているので、０．０５〜１．０％を
添加範囲とした。

【００３０】Ｂは固溶している場合は粒界強化や焼入れ
性に効果があり、析出する場合にはＢＮとして析出する
ので被削性に効果がある。これらの効果は０．０００５
％未満では顕著でなく、０．００４％以上添加してもそ
の効果が飽和し、ＢＮが多く析出しすぎるとかえって鋼
の機械的性質を損なう。そこで０．０００５％以上０．
００４％未満を範囲とした。

【００３１】Ｖは炭窒化物を形成し、二次析出硬化によ
り鋼を強化することが出来る。０．２％以下では高強度
化に効果はなく、１．０％を超えて添加すると多くの炭
窒化物を析出し、かえって機械的性質を損なうので、こ
れを上限とした。

【００３２】Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉなどは鋼中で窒化物、炭化
物、炭窒化物などを生成する。それらはピン止め粒子と
してオーステナイト粒の成長を抑制するために、鍛造や
熱処理時に変態点以上に加熱した場合のオーステナイト
粒径を制御する元素として用いられることも多い。その
析出温度はそれぞれ異なるが、工業的に実施されている
熱処理の温度制御の精度を考えると、極力広い温度域で
ピン止め効果を発揮してオーステナイト粒径を制御する
ことが必要である。特に熱間鍛造では、形状により冷却
温度が部材内の位置によっても大きく異なる。

【００３３】Ｎｂ、Ｔｉは比較的高温において析出物を
生成するのに対して、Ｖはこれらより低温において炭化
物を析出するのでＶを添加することが好ましいが、Ｖを
単独で添加する場合には、Ｖは０．２％超１．０％以下
とすることにより効果が達成できる。また、ＶとＮｂ、
Ｔｉのいずれかまたは両方を併用することでピン止め粒
子として最適な寸法の析出物を均一に鋼中に分散させる
ことが出来る。

【００３４】このような数種の元素を併用する場合に
は、単独添加の場合より添加量を抑制してもオーステナ
イト粒径を制御することが出来、Ｖの下限は０．０５％
の添加でも効果が認められるようになる。

【００３５】したがって、Ｎｂ、Ｔｉの１種または２種
をＶと同時に添加する場合のＶの下限は０．０５％とし
た。

【００３６】Ｎｂも炭窒化物を形成し、二次析出硬化に
より鋼を強化することが出来る。０．００５％以下では
高強度化に効果はなく、０．２％を超えて添加すると多
くの炭窒化物を析出し、かえって機械的性質を損なうの
で、これを上限とした。

【００３７】Ｔｉも炭窒化物を形成し、鋼を強化する。
また脱酸元素でもあり、軟質酸化物を形成させることで
被削性を向上させることが可能である。０．００５％以
下ではその効果が認められず、０．１％を超えて添加し
てもその効果が飽和する。またＴｉは高温でも窒化物と
なりオーステナイト粒の成長を抑制する。そこで上限を
０．１％とした。

【００３８】Ｃａは脱酸元素であり、軟質酸化物を生成
し、被削性を向上させるだけでなく、ＭｎＳに固溶して
その変形能を低下させ、圧延や熱間鍛造してもＭｎＳ形
状の伸延を抑制する働きがある。したがって異方性の低
減に有効な元素である。０．０００２％未満ではその効
果は顕著ではなく、０．００５％を超えて添加しても歩
留まりが極端に悪くなるばかりでなく、硬質のＣａＯを
大量に生成し、かえって被削性を低下させる。したがっ
て成分範囲を０．０００２〜０．００５％と規定した。

【００３９】Ｍｇは脱酸元素であり、酸化物を生成す
る。酸化物はＭｎＳの析出核になりＭｎＳの微細均一分
散に効果がある。したがって異方性の低減に有効な元素
である。０．０００３％未満ではその効果は顕著ではな
く、０．００５％を超えて添加しても歩留まりが極端に
悪くなるばかりで効果は飽和する。したがって成分範囲
を０．０００３〜０．００５％と規定した。

【００４０】Ｔｅは被削性向上元素である。またＭｎＴ
ｅを生成したり、ＭｎＳと共存することでＭｎＳの変形
能を低下させてＭｎＳ形状の伸延を抑制する働きがあ
る。したがって異方性の低減に有効な元素である。この
効果は０．０００３％未満では認められず、０．００５
％を超えると鋳造時の割れの原因となり易い。

【００４１】ＢｉおよびＰｂは被削性向上に効果のある
元素である。その効果は０．０５％未満では認められ
ず、０．５％を超えて添加しても被削性向上効果が飽和
するだけでなく、熱間鍛造特性が低下して疵の原因とな
り易い。

【００４２】

【実施例】本発明の効果を実施例によって説明する。表
１に示す供試材は２ｔ真空溶解炉で溶製後、ビレットに
分解圧延、さらにφ６０ｍｍに圧延した。圧延後、熱間
加工性評価用熱間据え込み試験片、冷間加工評価用冷間
据え込み試験片を切り出して据え込み試験を行った。ま
た一部は熱処理として１２００℃に加熱後、放冷して切
削試験に供した。

【００４３】ここで鋼中Ｚｒの分析方法であるが、ＪＩ
ＳＧ１２３７−１９９７付属書３と同様の方法でサ
ンプルを処理した後、鋼中Ｎｂ量と同様に鋼中Ｚｒ量を
ＩＣＰ（誘導結合プラズマ発光分光分析法）によって測
定した。ただし本発明での実施例の測定に供したサンプ
ルは２ｇ／鋼種で、ＩＣＰにおける検量線も微量Ｚｒに
適するように設定して測定した。即ち、Ｚｒ濃度が１〜
２００ｐｐｍとなるようにＺｒ標準液を希釈して異なる
Ｚｒ濃度の溶液を作成し、そのＺｒ量を測定することで
検量線を作成した。なお、これらのＩＣＰに関する共通
的な方法については、ＪＩＳＫ０１１６−１９９５
（発光分光分析方法通則）およびＪＩＳＺ８００２−
１９９１（分析、試験の許容差通則）による。

【００４４】図１は鍛造加工性（熱間、冷間）評価用試
験片切り出し位置と試験片形状を説明するための図であ
る。図１（ａ）の切り出し位置１で、据え込み試験片の
切り出し方向は、鋼中ＭｎＳ２が長手方向になるように
図１（ｂ）、（ｃ）に示す熱間据え込み試験片３および
ノッチ５を設けた冷間据え込み試験片４を切り出した。

【００４５】図２は据え込み試験での割れ発生位置を説
明する図である。据え込み試験では図２に示すように荷
重６の負荷をかけて試験片が変形７すると外周部に周方
向に引張応力が生じる。その際、多くの場合、鋼中のＭ
ｎＳが破壊源となり割れ８を生じる場合が多い。このよ
うに切り出した試験片の据え込み試験により、鍛造時の
加工性を評価できる。

【００４６】熱間における据え込み試験片はφ２０ｍｍ
×３０ｍｍで熱電対を取り付けてあり、高周波により１
０００℃まで加熱し、３ｓ以内に据え込み鍛造を行っ
た。さまざまなひずみで鍛造し、図３に示すように、試
験片の変形前９および変形後１０の割れの発生するひず
みを限界ひずみとして測定した。ここでひずみとは式
（１）で定義される、いわゆる公称ひずみである。

【００４７】ε＝（Ｈ₀−Ｈ）／Ｈ₀ 式（１）ここでε：ひずみ、Ｈ₀：変形前の試験片高さ、Ｈ：変
形後の試験片高さを意味する。

【００４８】表１に加工性を評価した実施例を示す。表
１実施例１〜５はＳ４５Ｃをベースとした鋼でＳ量を変
化させている。その比較例として実施例６〜１０はＺｒ
を添加していない鋼である。また実施例（比較例）１１
および１２はＡｌ量多量添加かつＺｒ無添加でＰｂを添
加したもの、実施例（比較例）１３および１４はＺｒを
添加しているものの、Ａｌ量を多量添加してＳ量を変化
させてある。実施例１５はＡｌ多量添加し、Ｚｒを無添
加の比較例である。同一のＳ量で比較すると、Ｐｂを添
加した実施例１１、１２は熱間鍛造性に劣る。またＳ量
が多くなると、Ｚｒを添加した発明例２〜５は比較例７
〜１０より優れる。さらにＳ量が多い場合にはＺｒの有
無に関わらず、Ａｌ量が多いと実施例１４、１５のよう
に熱間加工性が発明例より劣った。

【００４９】

【表１】

【００５０】図４は表１の実施例に関して熱間鍛造性に
及ぼすＳ量の影響を示す図である。

【００５１】また冷間加工性を評価するために冷間据え
込み試験を行った。図１のように切り出した素材を８５
０℃から焼き入れた後、７００℃で１２ｈｒの球状化焼
鈍した。その後、機械加工で２ｍｍのノッチ付きφ７ｍ
ｍ×１４ｍｍ冷間据え込み試験片を作成した。図５は実
施例１〜１５の冷間加工における限界ひずみ測定結果で
ある。ひずみの定義は式１と同様である。

【００５２】同様に表２にＳ４５ＣにＶを添加し、オー
ステナイト粒径を微細化するとともに、強度を向上させ
た実施例を示す。図６に表２の実施例の１０００℃にお
ける熱間鍛造性評価結果を示す。この場合にもＳ量が増
加すれば熱間鍛造性が低下しているが、同一Ｓ量で比較
すると実施例１７〜２０（発明例）は実施例２２〜２５
（比較例）より良好な熱間鍛造性を示した。

【００５３】

【表２】

【００５４】表１に示した実施例について被削性を評価
した結果を図７に示す。被削性評価はドリル穿孔試験で
行い、表３にその切削条件を示す。累積穴深さ１０００
ｍｍまで切削可能な最高の切削速度（いわゆるＶＬ１０
００）で被削性を評価した。

【００５５】

【表３】

【００５６】図７に示すようにＳ量が多くなると被削性
が向上する。しかし同一Ｓ量で比較するとＡｌを多量に
添加した場合（実施例１３〜１５）はＡｌを規定内に制
限した場合より被削性が劣る。Ａｌが規定内の場合、Ｚ
ｒの有無で比較すると、いずれのＳ量においても同等の
被削性である。またＰｂを添加した実施例１１、１２と
比較すると、実施例２と１１が同等の被削性であるが、
図４に示すように熱間加工性は実施例２の方が優れた。
同様に実施例３と１２の比較では同等の被削性にもかか
わらず実施例３（発明例）の方が熱間加工性が優れた。
このように本発明は熱間加工性と被削性を両立するのに
有効である。

【００５７】同様の効果はＶを添加して高強度化した場
合でも見られ、表２に被削性を評価した結果を数値で示
したが、同一Ｓ量で比較した場合には発明例は比較例と
同様の被削性であった。したがって、本発明を用いれば
高強度化しても鍛造性と被削性の両立が達成できる。

【００５８】表４にＺｒ量を変化させた実施例を示す。
表４の実施例に実施例２および３を加え、機械的性質と
Ｚｒ量の関係を検討した。図８（ａ）にＺｒ量の衝撃
値、硫化物アスペクト比および硫化物の単位面積当たり
の個数を示す。衝撃試験片の切り出しかたは図８（ｂ）
にあるとおりで、長手方向に切り出す場合をＬ、断面方
向に切り出す場合をＣとした。Ｚｒを添加しない場合、
圧延長手方向の衝撃値は優れるものの、断面方向の衝撃
値は極めて低い。Ｓ量が多くなるとその傾向がより顕著
になる。しかしＺｒを添加すると長手方向の衝撃値がわ
ずかに低下するものの、断面方向は大きく向上する。そ
の原因は硫化物の微細分散とアスペクト比の改善による
ものと考えられる。特に硫化物数が増加し、微細に分散
するとたとえアスペクト比の大きな硫化物が含まれてい
ても寸法が小さいために機械的性質への影響も小さくな
ると考えられる。

【００５９】

【表４】

【００６０】さらに表５にＡｌ量を変化させた実施例を
示す。Ａｌ量が増加すると被削性が低下することは既に
述べたが、Ａｌ量の効果を明確にするため、表５の実施
例に実施例２および２７を加え、硫化物形状に及ぼすＡ
ｌ量の影響を図９に示す。Ｚｒを微量添加した場合には
Ａｌ量が０．０１％を超えると硫化物数が減少するとと
もに、アスペクト比が増加した。この結果、熱間据え込
み試験における限界ひずみが低下する。またＡｌの増加
とともに被削性ＡＬ１０００が明らかに低下する。この
ため本発明ではＡｌを０．０１％以下に規定した。

【００６１】

【表５】

【００６２】表６に他の元素への影響を検討した実施例
を示す。その製造方法と熱間加工性および被削性評価方
法は表１に示す実施例と同様である。実施例４１〜７２
はさまざまな合金元素を添加した場合の熱間限界ひずみ
と被削性を示した。比較例は被削性の差は小さくとも熱
間限界ひずみの点で大きく劣った。また実施例７３〜７
８に示すような基本的な強度をＣ量によって変化させた
場合にも発明例は比較例より優れる。実施例７９、７８
はそれぞれｔｏｔａｌ−Ｏ量とｔｏｔａｌ−Ｎ量を発明
の範囲外にした比較例である。これらは実施例２と比較
すると、熱間限界ひずみと被削性の両面で劣った。この
ように本発明に含まれる実施例は同一のＳ量で比較した
場合、良好な熱間加工性と被削性を両立していることが
わかる。

【００６３】

【表６】

【００６４】図１０は、被削性への弊害をドリル工具寿
命の指標であるＶＬ１０００（１０００ｍｍの累積孔深
さを穿孔可能な最大切削速度）にて評価した結果であ
る。Ｚｒを多量に添加すると被削性が低下していること
がわかる。また、図８の衝撃値においても過剰なＺｒ添
加はＭｎＳのアスペクトに優れるものの、ＺｒＮやＺｒ
Ｓなどのクラスターを生じて衝撃値が低下していること
がわかる。

【００６５】なお、図４〜１０において、図中の添字は
実施例Ｎｏ．を示している。

【００６６】

【発明の効果】以上のような内容により、熱間加工性、
機械的性質、被削性を兼ね備えた鋼を供することが出来
る。特に本発明の技術は熱処理やミクロ組織などの影響
を大きく受けず、硫化物の形状制御を基本としているの
で、調質鋼や非調質鋼を区別する必要がない。また加工
に関しても熱間鍛造だけでなく、冷間鍛造に対しても有
効で、鍛造加工性、機械的性質、被削性を必要とする広
範囲な鋼に対して有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】鍛造加工性（熱間、冷間）評価用試験片切り出
し位置と試験片形状を説明するための図である。

【図２】据え込み試験での割れ発生位置を説明する図で
ある。

【図３】鍛造加工性評価（据え込み試験）時のひずみの
定義を説明する図である。

【図４】表１の実施例に関して熱間鍛造性に及ぼすＳ量
の影響を示す図である。

【図５】表１の実施例に関して冷間鍛造性に及ぼすＳ量
の影響を示す図である。

【図６】表２の実施例に関して熱間加工性に及ぼすＳ量
の影響を示す図である。

【図７】表１の実施例に関して被削性に及ぼすＳ量の影
響を示す図である。

【図８】衝撃値、硫化物形状および硫化物数に及ぼすＺ
ｒ量の影響を示す図である。

【図９】硫化物形状、数、熱間鍛造性および被削性に及
ぼすＡｌ添加量の影響を示す図である。

【図１０】工具寿命に及ぼすＺｒ量の影響を示す図であ
る。

【符号の説明】

１切りだし位置２ＭｎＳ３熱間据え込み試験片４冷間据え込み試験片５ノッチ６荷重７変形後８割れ９変形前１０変形後Ｈ₀ 変形前の試験片高さＨ変形後の試験片高さＬ長手方向衝撃試験片Ｃ断面方向衝撃試験片

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１２年８月２３日（２０００．８．２
３）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００６２】表６に他の元素への影響を検討した実施例
を示す。その製造方法と熱間加工性および被削性評価方
法は表１に示す実施例と同様である。実施例４１〜７２
はさまざまな合金元素を添加した場合の熱間限界ひずみ
と被削性を示した。比較例は被削性の差は小さくとも熱
間限界ひずみの点で大きく劣った。また実施例７３〜７
８に示すような基本的な強度をＣ量によって変化させた
場合にも発明例は比較例より優れる。実施例７９、８０
はそれぞれｔｏｔａｌ−Ｏ量とｔｏｔａｌ−Ｎ量を発明
の範囲外にした比較例である。これらは実施例２と比較
すると、熱間限界ひずみと被削性の両面で劣った。この
ように本発明に含まれる実施例は同一のＳ量で比較した
場合、良好な熱間加工性と被削性を両立していることが
わかる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】質量％で、Ｃ：０．１〜０．８５％、
Ｓｉ：０．０１〜１．５％、Ｍｎ：０．０５〜２．０
％、Ｐ：０．００３〜０．２％、Ｓ：０．００３〜
０．５％、Ｚｒ：０．０００３〜０．０１％を含有する
とともにＡｌ：０．０１％以下、ｔｏｔａｌ−Ｏ：０．
０２％以下、ｔｏｔａｌ−Ｎ：０．０２％以下に制限
し、残部がＦｅおよび不可避的不純物よりなることを特
徴とする鋼。
【請求項２】質量％で、Ｃ：０．１〜０．８５％、
Ｓｉ：０．０１〜１．５％、Ｍｎ：０．０５〜２．０
％、Ｐ：０．００３〜０．２％、Ｓ：０．００３〜
０．５％、Ｚｒ：０．０００３〜０．０１％を含有する
とともにＡｌ：０．０１％以下、ｔｏｔａｌ−Ｏ：０．
０２％以下、ｔｏｔａｌ−Ｎ：０．０２％以下に制限
し、さらに、Ｃｒ：０．０１〜２．０％、Ｎｉ：０．０
５〜２．０％、Ｍｏ：０．０５〜１．０％のうち１種ま
たは２種以上を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物
よりなることを特徴とする鋼。
【請求項３】請求項１または請求項２に記載の鋼が、
質量％で、Ｖ：０．２％超〜１．０％、Ｎｂ：０．０
０５〜０．２％、Ｔｉ：０．００５〜０．１％のうち１
種を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物よりなるこ
とを特徴とする鋼。
【請求項４】請求項１または請求項２に記載の鋼が、
質量％で、Ｎｂ:０．００５〜０．２％、Ｔｉ：０．０
０５〜０．１％を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純
物よりなることを特徴とする鋼。
【請求項５】請求項１または請求項２に記載の鋼が、
質量％で、Ｖ：０．０５〜１．０％と、さらに、Ｎ
ｂ：０．００５〜０．２％、Ｔｉ：０．００５〜０．１
％のうち１種または２種を含み、残部がＦｅおよび不可
避的不純物よりなることを特徴とする鋼。
【請求項６】請求項１乃至請求項５のいずれかに記載
の鋼が、質量％で、Ｃａ：０．０００２〜０．００５
％、Ｍｇ：０．０００３〜０．００５％、Ｔｅ：０．０
００３〜０．００５％のうち１種または２種以上を含
み、残部がＦｅおよび不可避的不純物よりなることを特
徴とする鋼。
【請求項７】請求項１乃至請求項６のいずれかに記載
の鋼が、質量％で、Ｂｉ：０．０５〜０．５％、Ｐｂ：
０．０１〜０．５％のうちの１種または２種を含み、残
部がＦｅおよび不可避的不純物よりなることを特徴とす
る鋼。
【請求項８】請求項１乃至請求項７のいずれかに記載
の鋼が、質量％で、Ｂ：０．０００５％以上０．００
４％未満を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物より
なることを特徴とする鋼。