JP2002003991A - Free cutting steel - Google Patents

Free cutting steel

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JP2002003991A
JP2002003991A JP2000185761A JP2000185761A JP2002003991A JP 2002003991 A JP2002003991 A JP 2002003991A JP 2000185761 A JP2000185761 A JP 2000185761A JP 2000185761 A JP2000185761 A JP 2000185761A JP 2002003991 A JP2002003991 A JP 2002003991A
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machinability
steel
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cutting
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Application number
JP2000185761A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasuhiro Omori
靖浩 大森
Toshiyuki Hoshino
俊幸 星野
Kenichi Amano
虔一 天野
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JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide free cutting steel excellent in machinability in an as-rolled state without addition of lead. SOLUTION: The chemical composition of the steel is regulated so that it consists of, by mass, <0.05% C, <=2.5% Si, 0.10-4.0% Mn, >0.20-0.8% S, >0.004-<0.08% B, >0.008-0.050% O, <0.050% N and the balance Fe with inevitable impurities.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、快削鋼に関し、
特に切削加工において、工具寿命および切り屑処理性等
の被削性の有利な向上を図ろうとするものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to free-cutting steel,
Particularly, in a cutting process, an attempt is made to advantageously improve machinability such as tool life and chip disposability.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、切削加工時の工具寿命や切り屑処
理性等の被削性に優れた快削鋼としては、JISに規定
されている硫黄快削鋼および鉛快削鋼、あるいはその他
としてカルシウム快削鋼、テルル快削鋼、セレン快削鋼
およびビスマス快削鋼など種々の鋼材が開発されてい
る。
2. Description of the Related Art Conventionally, free-cutting steels having excellent machinability, such as tool life and chip disposability during cutting, include sulfur free-cutting steel and lead free-cutting steel specified in JIS, and other materials. Various steel materials such as calcium free cutting steel, tellurium free cutting steel, selenium free cutting steel, and bismuth free cutting steel have been developed.

【0003】中でも、鉛快削鋼は、被削性に優れ、しか
もテルル、ビスマス等に比較して経済的なことから、快
削鋼として多用されている。しかしながら、鉛は人体に
有害であることから、鋼材の製造過程だけでなく、それ
を用いた機械部品の製造過程において、環境対策を必要
とし、また鋼材のリサイクル先が限られるなど問題があ
った。このため、従来から、鉛を添加せずに鉛添加鋼と
同等程度の被削性を有する快削鋼の開発が望まれてい
た。
[0003] Above all, lead free-cutting steels are widely used as free-cutting steels because they have excellent machinability and are more economical than tellurium or bismuth. However, since lead is harmful to the human body, there were problems not only in the manufacturing process of steel products but also in the manufacturing process of mechanical parts using it, requiring environmental measures and limiting the recycling destination of steel products. . For this reason, conventionally, there has been a demand for the development of a free-cutting steel having the same machinability as lead-added steel without adding lead.

【0004】上記の要請に応えるものとして、例えば特
開昭50−96416 号公報には、鋼中のCを黒鉛として存在
させ、この黒鉛の切欠き潤滑作用を利用することによっ
て、鉛を用いることなしに被削性を改善する方法が提案
されている。しかしながら、この方法は、鋼中のCを黒
鉛化する必要上、その前処理として熱処理が不可欠であ
ることから、必ずしも経済的な方法とはいえないところ
に問題を残していた。
In order to meet the above demand, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 50-96416 discloses a method in which carbon in steel is present as graphite, and lead is used by utilizing the notch lubrication effect of the graphite. There has been proposed a method for improving machinability without the use of such a material. However, this method has a problem that it is not necessarily an economical method because it is necessary to graphitize C in steel and heat treatment is indispensable as a pretreatment thereof.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】この発明は、上記の実
情に鑑み開発されたもので、鉛を用いることなく、しか
も圧延ままで被削性に優れる快削鋼を提案することを目
的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been developed in view of the above circumstances, and has as its object to propose a free-cutting steel which is excellent in machinability without using lead and as-rolled. .

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】さて、発明者らは、鉛を
添加せずとも圧延ままで鉛添加鋼と同等の被削性を有す
る鋼材の組成について、鋭意検討した結果、以下に述べ
る知見を得た。 1) 鋼中のセメンタイトを低減することによって、工具
磨耗が低減し、工具寿命が向上する。この効果は、C量
を0.05mass%未満に低下させることで特に顕著となる。
Means for Solving the Problems The inventors of the present invention have conducted intensive studies on the composition of a steel material having the same machinability as lead-added steel as rolled without adding lead. I got 1) By reducing cementite in steel, tool wear is reduced and tool life is improved. This effect is particularly remarkable when the C content is reduced to less than 0.05 mass%.

【0007】2) C量を0.05mass%未満に低下させる
と、一方で生成した切り屑が破断しづらくなり切り屑処
理性が低下する。これを解決するためには、 (a) Bを0.004 mass%超、0.08mass%未満、Nを 0.050
mass%未満の範囲で添加するおよび (b) Mnを0.10mass%以上、Sを0.20mass%超およびOを
0.008mass%超添加するという2つの手段を同時にとる
ことが特に有効である。
2) If the C content is reduced to less than 0.05 mass%, on the other hand, the generated chips are difficult to break, and the chip disposability deteriorates. To solve this, (a) B is more than 0.004 mass%, less than 0.08 mass%, and N is 0.050 mass%.
(b) Mn is 0.10 mass% or more, S is more than 0.20 mass% and O is added.
It is particularly effective to take the two measures of adding more than 0.008 mass% at the same time.

【0008】その理由は、次のとおりである。この発明
で規定する組成範囲に成分調整を行うことで、鋼中Oは
Mnと結合してMnOを生成する。これによりMnO上にMnS
が生成し、MnO−MnS複合介在物が形成される。MnO−
MnS複合介在物は圧延で伸延しづらく、比較的球状に近
い形状で存在するため、切削加工時に応力集中源として
作用する。この際、Bを上記の範囲で添加しておくこと
により、MnO−MnS複合介在物と母相との界面にBが偏
析し、MnO−MnS複合介在物の塑性変形をより一層抑制
して、応力集中作用によるクラックの生成を促進する。
また、BおよびNは、組織中の転位上に偏析し易い性質
があり、MnO−MnS複合介在物への応力集中で周りの母
地に生成した転位上へ偏析して母地を脆化させ、生成し
たクラックの伝播を容易にする。さらに、BとNの結合
により生成するBNは、よく知られているように潤滑作
用を有すると共に応力集中源として作用することによ
り、工具寿命向上および切り屑破断性の向上に有効に寄
与する。これらの作用によって、切り屑の破断性が顕著
に向上する結果、C量が0.05mass%未満という低C鋼に
おいても、切り屑長さが5mm以下といった細かな切り屑
が生成するようになり、切り屑処理性が格段に向上す
る。
The reason is as follows. By adjusting the composition within the composition range specified in the present invention, O in steel
Combines with Mn to produce MnO. As a result, MnS on MnO
Are generated, and a MnO-MnS composite inclusion is formed. MnO-
Since the MnS composite inclusions are hardly elongated by rolling and exist in a relatively spherical shape, they act as a stress concentration source during cutting. At this time, by adding B in the above range, B segregates at the interface between the MnO-MnS composite inclusion and the matrix, and further suppresses plastic deformation of the MnO-MnS composite inclusion, It promotes the formation of cracks due to stress concentration.
In addition, B and N have a property of easily segregating on dislocations in the structure, and segregate on dislocations generated in the surrounding matrix by stress concentration on the MnO-MnS composite inclusions, thereby embrittle the matrix. Facilitates the propagation of the generated cracks. Further, BN generated by the combination of B and N has a lubricating action and acts as a stress concentration source, as is well known, thereby effectively contributing to an improvement in tool life and an improvement in chip breakage. As a result of these actions, the breakability of the chips is significantly improved. As a result, even in a low C steel having a C content of less than 0.05 mass%, fine chips having a chip length of 5 mm or less are generated, The chip controllability is significantly improved.

【0009】3) 上記1) に加えて、工具寿命の向上に
は、適量のMnおよびBの添加が有効である。この理由
は、Mn,Bの添加によって組織中にベイナイト組織が生
成し、このベイナイト組織はフェライトに比べて硬質で
あり、またベイナイト組織中の炭化物がランダムな方位
を持つ平板上のセメンタイトが集積した構造を有するた
め、それ自体変形しづらく、このため切削加工時に応力
集中源となり、応力集中が起こった際に、周りのフェラ
イトに対して切り欠き効果を持つために、切り屑生成が
容易となるからである。組織中にベイナイト組織を混存
化させた場合には、上記した作用により、切削時の切削
抵抗が低下し、工具寿命が向上する。この発明は、上記
の知見に立脚するものである。
3) In addition to the above 1), addition of appropriate amounts of Mn and B is effective for improving the tool life. The reason is that the addition of Mn and B forms a bainite structure in the structure. The bainite structure is harder than ferrite, and the carbides in the bainite structure accumulate cementite on a flat plate having a random orientation. Due to the structure, it is difficult to deform itself, so it becomes a source of stress concentration during cutting, and when stress concentration occurs, it has a notch effect on the surrounding ferrite, making chip generation easy Because. When the bainite structure is mixed in the structure, the cutting resistance during cutting is reduced and the tool life is improved by the above-described action. The present invention is based on the above findings.

【0010】すなわち、この発明の要旨構成は次のとお
りである。 1.質量百分率で、 C:0.05%未満、Si:2.5 %以下、Mn:0.10%以上、4.
0 %以下、S:0.20%超、0.8 %以下、B:0.004 %
超、0.08%未満、O:0.008 %超、0.050 %以下および
N:0.050 %未満を含有し、残部はFeおよび不可避的不
純物の組成になることを特徴とする快削鋼。
That is, the gist of the present invention is as follows. 1. By mass percentage, C: less than 0.05%, Si: 2.5% or less, Mn: 0.10% or more, 4.
0% or less, S: more than 0.20%, 0.8% or less, B: 0.004%
A free-cutting steel characterized by containing more than 0.08%, O: more than 0.008%, 0.050% or less and N: less than 0.050%, with the balance being Fe and inevitable impurities.

【0011】2.上記1において、質量百分率で、さら
に Cu≦2.0 %,Ni≦2.0 %,Cr≦3.0 %,Mo≦2.0 %およ
びNb≦0.10% のうちから選んだ1種または2種以上を含有する組成に
なることを特徴とする快削鋼。
2. In the above item 1, the composition contains one or more selected from among Cu ≦ 2.0%, Ni ≦ 2.0%, Cr ≦ 3.0%, Mo ≦ 2.0% and Nb ≦ 0.10% by mass percentage. Free-cutting steel characterized by the following.

【0012】3.上記1または2において、質量百分率
で、さらに W≦0.1 %およびV≦0.5 % のうちから選んだ1種または2種を含有する組成になる
ことを特徴とする快削鋼。
3. A free-cutting steel according to the above item 1 or 2, characterized in that the composition further comprises one or two selected from W ≦ 0.1% and V ≦ 0.5% by mass percentage.

【0013】4.上記1,2または3において、質量百
分率で、さらに P≦0.2 %,Te≦0.2 %,Se≦0.2 %,Ca≦0.02%,RE
M ≦0.02%,Zr≦0.2 %,Bi≦0.3 %,Sn≦0.3 %,Sb
≦0.2 %,Co≦0.1 %およびTi≦0.3 % のうちから選んだ1種または2種以上を含有する組成に
なることを特徴とする快削鋼。
4. In the above 1, 2 or 3, P ≦ 0.2%, Te ≦ 0.2%, Se ≦ 0.2%, Ca ≦ 0.02%, RE
M ≤ 0.02%, Zr ≤ 0.2%, Bi ≤ 0.3%, Sn ≤ 0.3%, Sb
A free-cutting steel having a composition containing one or more selected from among ≦ 0.2%, Co ≦ 0.1% and Ti ≦ 0.3%.

【0014】5.上記1,2,3または4において、質
量百分率で、さらに Mg≦0.02%,Hf≦0.1 %およびAl≦1.0 % のうちから選んだ1種または2種以上を含有する組成に
なることを特徴とする快削鋼。
5. In the above 1, 2, 3 or 4, the composition is characterized in that the composition contains one or more selected from among Mg ≦ 0.02%, Hf ≦ 0.1% and Al ≦ 1.0% by mass percentage. Free cutting steel.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、この発明において、鋼材の
成分組成を上記の範囲に限定した理由について説明す
る。 C:0.05mass%(以下、単に%で示す)未満 Cは、強度確保のために添加する。しかしながら、0.05
%以上添加すると、切削加工時の工具摩耗が増大し、被
削性が低下するため、Cは0.05%未満に制限した。な
お、好ましくは0.04%以下である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the reason why the composition of a steel material in the present invention is limited to the above range will be described. C: less than 0.05 mass% (hereinafter simply referred to as%) C is added to ensure strength. However, 0.05
%, The wear of the tool during cutting increases and the machinability decreases. Therefore, C was limited to less than 0.05%. In addition, it is preferably 0.04% or less.

【0016】Si:2.5 %以下 Siは、固溶強化による強度確保に有効であり、また脱酸
元素としても有効であるが、2.5 %を超えて添加すると
工具寿命が低下するため、2.5 %以下に制限した。好ま
しくは 0.6%以下である。
Si: 2.5% or less Si is effective in securing strength by solid solution strengthening and is also effective as a deoxidizing element. However, if added in excess of 2.5%, the tool life is shortened, so that 2.5% or less. Restricted to. Preferably it is 0.6% or less.

【0017】Mn:0.10%以上、4.0 %以下 Mnは、焼入性を向上して、ベイナイト組織の生成を促進
し、被削性を向上させる働きがある。また、強度確保の
面でも有効である。さらに、Sと結合してMnSをあるい
はOおよびSと結合してMnO−MnS複合介在物を形成
し、これによって被削性を向上させる作用もある。これ
らの効果を得るためには、少なくとも0.10%の含有が必
要であるが、4.0 %を超えると強度が上昇し、被削性が
低下するため、Mnは0.10〜4.0 %の範囲に限定した。な
お、より好適には 0.5〜2.5 %の範囲である。
Mn: 0.10% or more and 4.0% or less Mn has a function of improving hardenability, promoting formation of a bainite structure, and improving machinability. It is also effective in securing strength. Further, it has the effect of forming MnO-MnS composite inclusions by combining with S and MnS or with O and S, thereby improving machinability. To obtain these effects, the content of at least 0.10% is necessary. However, if it exceeds 4.0%, the strength increases and the machinability decreases, so Mn was limited to the range of 0.10 to 4.0%. It is more preferably in the range of 0.5 to 2.5%.

【0018】S:0.20%超、0.8 %以下 Sは、鋼中でMnと結合し、MnSとなって切削加工時の応
力集中源となり、切り屑の分断を容易にして被削性を向
上させる有用元素である。しかしながら、含有量が0.20
%以下ではその添加効果に乏しく、一方 0.8%を超えて
添加すると熱間加工性の低下を招くため、Sは0.20%
超、0.8 %以下の範囲に限定した。
S: more than 0.20%, not more than 0.8% S combines with Mn in steel and becomes MnS, which is a source of stress concentration during cutting, facilitates cutting of chips, and improves machinability. It is a useful element. However, the content is 0.20
%, The effect of the addition is poor. On the other hand, if it exceeds 0.8%, the hot workability is reduced.
Exceeded to a range of 0.8% or less.

【0019】B:0.004 %超、0.08%未満 Bは、MnO−MnS複合介在物と母相との界面に偏析し、
切り屑生成時のMnO−MnS複合介在物の塑性変形を抑制
して、応力集中によるクラックの生成を促進し、切り屑
処理性を向上させる。また、Nとの結合により生成する
BNは、潤滑作用および応力集中源としての作用を有す
るため工具寿命および切り屑破断性を向上させる。さら
に、焼入性を向上させ、ベイナイト組織を生成し、工具
寿命を向上させる作用を有することから、積極的に添加
する。しかしながら、含有量が0.004 %以下ではその効
果が小さく、一方0.08%以上添加しても、その効果は飽
和に達し、むしろ成分コストの上昇を招くため、Bは
0.004%超、0.08%未満の範囲に限定した。なお、好ま
しくは 0.015%以下である。
B: more than 0.004% and less than 0.08% B segregates at the interface between the MnO—MnS composite inclusion and the matrix,
The present invention suppresses plastic deformation of the MnO-MnS composite inclusion during chip generation, promotes generation of cracks due to stress concentration, and improves chip processing. Further, BN generated by bonding with N has a lubricating action and an action as a stress concentration source, so that the tool life and the chip breaking property are improved. Further, since it has an effect of improving hardenability, generating a bainite structure and improving tool life, it is positively added. However, when the content is 0.004% or less, the effect is small. On the other hand, when the content is 0.08% or more, the effect reaches saturation and rather increases the component cost.
It is limited to the range of more than 0.004% and less than 0.08%. In addition, it is preferably 0.015% or less.

【0020】O:0.008 %超、0.050 %以下 Oは、Mnと結合してMnOを生成する。これによりMnO上
にMnSが生成し、MnO−MnS複合介在物が形成される。
MnO−MnS複合介在物は圧延で伸延しづらく、比較的球
状に近い形状で存在するため、切削加工時に応力集中源
として作用する。このためOは積極的に添加するが、0.
008 %以下の添加ではその効果が小さく、一方 0.050%
を超えて添加すると鋼塊に内部欠陥が発生するようにな
るため、Oは 0.008%超、0.050 %以下の範囲に限定し
た。なお、好ましくは 0.030%以下である。
O: more than 0.008%, not more than 0.050% O combines with Mn to form MnO. Thereby, MnS is generated on MnO, and a MnO-MnS composite inclusion is formed.
Since the MnO-MnS composite inclusion is hard to be elongated by rolling and exists in a relatively spherical shape, it acts as a stress concentration source during cutting. For this reason, O is added positively, but O.
At 008% or less, the effect is small, while 0.050%
If O is added in excess of 0%, internal defects occur in the steel ingot, so O was limited to a range of more than 0.008% and 0.050% or less. Incidentally, the content is preferably 0.030% or less.

【0021】N:0.050 %未満 Nは、組織中の転位上に偏析し易い性質があり、切削時
のMnO−MnS複合介在物への応力集中で周りの母地に生
成した転位上へ偏析して母地を脆化させ、生成したクラ
ックの伝播を容易にすることで切り屑破断性を向上させ
る。また、Bとの結合によりBNを形成し、その潤滑作
用および応力集中作用により、工具寿命および切り屑破
断性を向上させる作用があるので積極的に添加する。し
かしながら、含有量が0.05%以上になると鋼塊の内部欠
陥および表面疵が発生するため、Nは0.05%未満に限定
した。
N: less than 0.050% N tends to segregate on dislocations in the structure, and segregates on dislocations formed in the surrounding matrix due to stress concentration on the MnO-MnS composite inclusion during cutting. In this way, the base material is embrittled to facilitate propagation of generated cracks, thereby improving chip breakability. Further, BN is formed by bonding with B, and is positively added because it has a function of improving tool life and chip breaking property by its lubricating action and stress concentration action. However, when the content is 0.05% or more, internal defects and surface defects of the steel ingot occur, so N was limited to less than 0.05%.

【0022】以上、基本成分について説明したが、この
発明では上記した基本成分の他に、以下の成分を添加す
ることにより、被削性や強度の一層の向上を図ることが
できる。まず、焼入性を向上させ、ベイナイト組織を生
成させて被削性を向上させ、また強度を上昇させるため
に、Cu,Ni,Cr, MoおよびNbのうちから選んだ1種また
は2種以上を添加することができる。
Although the basic components have been described above, the present invention can further improve machinability and strength by adding the following components in addition to the basic components described above. First, one or more selected from Cu, Ni, Cr, Mo and Nb to improve hardenability, generate a bainite structure to improve machinability, and increase strength. Can be added.

【0023】Cu:2.0 %以下 Cuは、焼入性を向上させ、ベイナイト組織生成による被
削性の向上および強度を確保するために添加することが
できる。しかしながら、含有量が 2.0%を超えると、強
度が上昇して被削性が低下すると共に、コストが上昇す
るので、Cuは2.0 %以下で含有させるものとした。特に
好ましくは 1.0%以下である。
Cu: 2.0% or less Cu can be added to improve the hardenability, to improve the machinability due to the formation of bainite structure, and to secure the strength. However, if the content exceeds 2.0%, the strength is increased, the machinability is reduced, and the cost is increased. Therefore, Cu is contained at 2.0% or less. Especially preferably, it is 1.0% or less.

【0024】Ni:2.0 %以下 Niは、焼入性向上によるベイナイト組織生成による被削
性の向上および強度確保のために添加することができ
る。しかしながら、過剰な添加は、高価につくだけでな
く、強度が上昇して被削性の低下を招くので、Niは 2.0
%以下で含有させるものとした。なお好ましくは 1.0%
以下である。
Ni: 2.0% or less Ni can be added in order to improve machinability by forming a bainite structure by improving hardenability and to secure strength. However, excessive addition not only increases the cost, but also increases the strength and lowers the machinability.
% Or less. Preferably 1.0%
It is as follows.

【0025】Cr:3.0 %以下 Crは、焼入性の向上により、ベイナイト組織の生成を促
進させ、ひいては被削性および強度を向上させる有用元
素である。しかしながら、3.0 %を超えて添加すると、
強度が上昇して被削性が低下するだけでなく、成分コス
トも上昇するので、Crは 3.0%以下で含有させるものと
した。なお、好ましくは 1.5%以下である。
Cr: 3.0% or less Cr is a useful element that promotes the formation of a bainite structure by improving hardenability, and thereby improves machinability and strength. However, when added above 3.0%,
Since not only the strength is increased and the machinability is reduced, but also the component cost is increased, the content of Cr is set to 3.0% or less. Incidentally, the content is preferably 1.5% or less.

【0026】Mo:2.0 %以下 Moは、焼入性向上によるベイナイト組織生成による被削
性の向上および強度確保のために添加することができ
る。しかしながら、過剰な添加は、高価につくだけでな
く、強度が上昇して被削性が低下するので、Moは 2.0%
以下で含有させるものとした。なお好ましくは 1.0%以
下である。
Mo: 2.0% or less Mo can be added in order to improve machinability by forming a bainite structure by improving hardenability and secure strength. However, excessive addition not only increases the cost, but also increases the strength and reduces the machinability.
It was made to be contained below. It is more preferably at most 1.0%.

【0027】Nb:0.10%以下 Nbは、焼入性を向上させ、ベイナイト組織生成による被
削性の向上および強度を確保するために添加することが
できる。しかしながら、過剰に添加した場合、成分コス
トが上昇するだけでなく、強度が上昇して被削性の低下
を招くので、Nbは0.10%以下で含有させるものとした。
Nb: 0.10% or less Nb can be added in order to improve hardenability, improve machinability due to formation of bainite structure, and secure strength. However, if added in excess, not only increases the component cost, but also increases the strength and lowers the machinability. Therefore, Nb is contained at 0.10% or less.

【0028】また、強度向上を図るために、WおよびV
のうちから選んだ1種または2種を添加することができ
る。 W:0.1 %以下 Wは、固溶による強度向上作用を有するが、0.1 %を超
えて添加すると被削性が低下するので、Wは 0.1%以下
で含有させるものとした。
In order to improve the strength, W and V
One or two selected from the above can be added. W: 0.1% or less W has an effect of improving the strength by solid solution, but if added in excess of 0.1%, the machinability is reduced. Therefore, W is contained at 0.1% or less.

【0029】V:0.5 %以下 Vは、V(C,N)による析出強化により強度を向上さ
せる有用元素であるが、0.5 %を超えて添加すると被削
性が低下するため、Vは 0.5%以下で含有させるものと
した。
V: not more than 0.5% V is a useful element for improving the strength by precipitation strengthening by V (C, N). However, when added in excess of 0.5%, the machinability is reduced. It was made to be contained below.

【0030】さらに、被削性のさらなる向上を図るため
に、P, Te, Se, Ca, REM, Zr, Bi,Sn, Sb, CoおよびTi
のうちから選んだ1種または2種以上を含有させること
ができる。 P:0.2 %以下 Pは、生成した切り屑中のクラックの伝播を容易にする
ことで、切り屑処理性を顕著に向上させる作用がある
が、0.2 %を超えて添加すると熱間加工性を低下させる
ので、P量は 0.2%以下に限定した。
Further, in order to further improve the machinability, P, Te, Se, Ca, REM, Zr, Bi, Sn, Sb, Co and Ti
One or two or more selected from the above can be contained. P: 0.2% or less P has the effect of significantly improving the chip disposability by facilitating the propagation of cracks in the generated chips, but when added in excess of 0.2%, the hot workability is reduced. To reduce the amount, the P content was limited to 0.2% or less.

【0031】Te:0.2 %以下, Se:0.2 %以下 TeおよびSeはそれぞれ、Mnと結合してMnTeおよびMnSeを
形成し、これがチップブレーカーとして作用することに
より被削性を改善する。しかしながら、0.2 %を超えて
添加すると効果が飽和する上に、成分コストの上昇を招
くので、いずれも 0.2%以下で含有させるものとした。
Te: 0.2% or less, Se: 0.2% or less Te and Se combine with Mn to form MnTe and MnSe, which act as chip breakers to improve machinability. However, the addition of more than 0.2% saturates the effect and increases the cost of the components.

【0032】Ca:0.02%以下, REM:0.02%以下, Zr:
0.2 %以下 Ca, REM およびZrはいずれも、MnSと共に硫化物を形成
し、これがチップブレーカーとして作用することにより
被削性を改善する。しかしながら、Ca:0.02%、 REM:
0.02%およびZr:0.2 %を超えて添加しても効果が飽和
する上、成分コストの上昇を招くため、いずれも上記の
範囲で含有させるものとした。
Ca: 0.02% or less, REM: 0.02% or less, Zr:
0.2% or less All of Ca, REM and Zr form sulfides with MnS, which improves the machinability by acting as a chip breaker. However, Ca: 0.02%, REM:
Addition of more than 0.02% and Zr: 0.2% saturates the effect and increases the cost of the components. Therefore, both of them are contained in the above ranges.

【0033】Bi:0.3 %以下 Biは、切削時の溶融、潤滑および脆化作用により、被削
性を向上させるので、この目的で添加することができ
る。しかしながら、0.3 %を超えて添加しても効果が飽
和するばかりか、成分コストが上昇するので、Biは 0.3
%以下で含有させるものとした。
Bi: 0.3% or less Bi can be added for this purpose because it improves the machinability by the action of melting, lubrication and embrittlement during cutting. However, adding more than 0.3% not only saturates the effect, but also increases the component cost.
% Or less.

【0034】Sn:0.3 %以下, Sb:0.2 %以下,Co:0.
1 %以下 Sn, SbおよびCoはいずれも、脆化作用により被削性を向
上させる元素である。しかしながら、Sn:0.3 %、Sb:
0.2 %およびCo:0.1 %を超えて添加しても、効果が飽
和する上、コストが上昇し、経済的に不利となるので、
いずれも上記の範囲で含有させるものとした。
Sn: 0.3% or less, Sb: 0.2% or less, Co: 0.
1% or less Sn, Sb and Co are all elements that improve machinability by embrittlement. However, Sn: 0.3%, Sb:
The addition of more than 0.2% and Co: 0.1% saturates the effect, increases the cost and is disadvantageous economically.
All were contained in the above range.

【0035】Ti:0.3 %以下 Tiは、TiSおよび (Mn,Ti)Sを生成して切り屑中の応力
集中源となり、切り屑処理性を向上させる作用がある。
しかしながら、0.3 %を超えて添加すると粗大なTiNを
析出するため、切削加工時の工具磨耗が増大し、被削性
が低下するので、Tiは 0.3%以下の範囲に限定した。な
お、好ましくは0.01%以下である。
Ti: not more than 0.3% Ti generates TiS and (Mn, Ti) S and becomes a source of stress concentration in chips, and has an effect of improving chip disposability.
However, if added in excess of 0.3%, coarse TiN precipitates, increasing tool wear during cutting and reducing machinability. Therefore, Ti was limited to a range of 0.3% or less. In addition, it is preferably 0.01% or less.

【0036】その他、以下の元素を添加することもでき
る。 Mg:0.02%以下およびHf:0.1 %以下 MgおよびHfはそれぞれ、脱酸元素であるだけでなく、応
力集中源となって被削性を改善する効果があるので、必
要に応じて添加することができる。しかしながら、過剰
に添加すると効果が飽和する上、成分コストの上昇を招
くので、添加量としてはそれぞれ上記の範囲に制限し
た。
In addition, the following elements can be added. Mg: 0.02% or less and Hf: 0.1% or less Mg and Hf are not only deoxidizing elements, but also have the effect of improving the machinability as a stress concentration source. Can be. However, if added excessively, the effect is saturated and the component cost is increased. Therefore, the added amount is limited to the above range.

【0037】Al:1.0 %以下 Alは、固溶強化による強度の確保および脱酸に有効な元
素であり、また酸化物である Al2O3が切削加工時の応力
集中源として作用し、被削性を改善する効果もある。反
面、酸化物が硬質であるため工具磨耗が促進される作用
もある。従って、固溶強化および応力集中源としての効
果を利用する場合に添加することができる。しかしなが
ら、1.0 %を超えて添加すると硬質酸化物による工具摩
耗促進効果が著しくなるだけでなく、コストアップとも
なるので、1.0 %以下に制限した。なお、好ましくは0.
02%未満である。
Al: 1.0% or less Al is an element effective for securing strength by solid solution strengthening and deoxidizing. Al 2 O 3 which is an oxide acts as a stress concentration source during cutting, and is not affected. It also has the effect of improving machinability. On the other hand, since the oxide is hard, it also has the effect of promoting tool wear. Therefore, it can be added when utilizing the effects of solid solution strengthening and stress concentration. However, if the addition exceeds 1.0%, not only the effect of promoting hard tool wear by the hard oxide becomes remarkable, but also the cost increases, so the content was limited to 1.0% or less. Incidentally, preferably 0.
Less than 02%.

【0038】なお、本発明では、その主旨から、Pbは基
本的に添加しないが、これは技術的に添加することがで
きないという意味ではない。すなわち、単に快削性の面
だけ考慮すれば良いのであれば、その添加を妨げるもの
ではない。しかしながら、この場合であっても、環境衛
生の面から添加量は 0.2%以下程度に抑制することが好
ましい。
In the present invention, Pb is basically not added for the purpose thereof, but this does not mean that Pb cannot be technically added. That is, as long as it is only necessary to consider only the free-cutting property, it does not hinder the addition. However, even in this case, the amount of addition is preferably suppressed to about 0.2% or less from the viewpoint of environmental hygiene.

【0039】次に、この発明鋼の好適製造条件について
説明する。まず、素材の製造については、従来公知の転
炉または電気炉等で溶製した後、連続鋳造法または造塊
−分塊法によってスラブまたはブルームとする。つい
で、常法に従う熱間圧延により所定の形状とする。しか
るのち、所定の部品形状に成形後、機械部品とする。ま
た、窒化または浸炭処理等を施して製品とする場合もあ
る。
Next, preferred conditions for producing the steel of the present invention will be described. First, in the production of a raw material, after smelting in a conventionally known converter or electric furnace or the like, a slab or a bloom is formed by a continuous casting method or an ingot-bulking method. Next, a predetermined shape is formed by hot rolling according to a conventional method. Then, after forming into a predetermined part shape, it is made into a mechanical part. In some cases, the product is subjected to nitriding or carburizing treatment to obtain a product.

【0040】[0040]

【実施例】表l,2に示す成分組成になる鋼材を、転炉
にて溶製し、連続鋳造によりブルームとしたのち、150m
m 角ビレットに熱間圧延し、ついで加熱温度:1200℃、
仕上温度:950 ℃の条件下での棒鋼圧延により、35mmφ
の棒鋼とした。このようにして得られた棒鋼の硬さ、被
削性について調査した結果を表3に示す。ここで、硬さ
は、棒鋼の径の 1/4の深さ位置から採取したサンプルを
用いて、ビッカース硬度計により荷重:98.07 Nで測定
した。また、被削性は、ハイス工具(SKH4)を用い、切削
速度:100m/min、送り:0.25mm/rev. 、切込み:2.0 m
m、無潤滑の条件で、外周旋削試験により評価した。さ
らに、工具寿命判定は、完全損傷までの総切削時間で評
価した。
EXAMPLE A steel material having the composition shown in Tables 1 and 2 was melted in a converter and made into a bloom by continuous casting.
hot rolled into m-square billet, then heating temperature: 1200 ℃
Finishing temperature: 35mmφ by bar rolling at 950 ° C
Steel bar. Table 3 shows the results obtained by examining the hardness and machinability of the bar steel thus obtained. Here, the hardness was measured at a load of 98.07 N by a Vickers hardness tester using a sample taken from a depth of 1/4 of the diameter of the steel bar. The machinability was measured using a high speed tool (SKH4), cutting speed: 100m / min, feed: 0.25mm / rev., Cutting depth: 2.0m
The evaluation was performed by a peripheral turning test under the condition of m and no lubrication. Further, the tool life judgment was evaluated based on the total cutting time until complete damage.

【0041】[0041]

【表1】 [Table 1]

【0042】[0042]

【表2】 [Table 2]

【0043】[0043]

【表3】 [Table 3]

【0044】表3に示したとおり、No.1〜16の発明例は
いずれも、工具寿命が26.8〜32.9 minと、 No.27の従来
の鉛添加非調質鋼(JIS SUM24L)の16.5 minに比べると
格段に向上している。また、切り屑形状に関しても、い
ずれも長さが5mm以下と細かな良好な切り屑が得られて
いる。これに対し、 No.17〜No.26 の比較例のうち、N
o.17 はBがこの発明の下限に満たないため、切り屑形
状および工具寿命が悪化している。No.18 はSiがこの発
明の上限を超えているため、工具寿命が低下している。
No.19 はCがこの発明の上限を超えているため、発明例
に比べ工具寿命が半分以下に低下している。 No.20は、
Mnがこの発明の下限に満たないため、工具寿命が低下
し、また切り屑形状も悪くなっている。No.21 はMnがこ
の発明の上限を超えているため、工具寿命が低下してい
る。No.22 はSがこの発明の下限に満たないため、工具
寿命が低下し、切り屑形状も悪くなっている。No.23 は
Sがこの発明の上限を超えているため、圧延時に熱間割
れが生じ、圧延の中止を余儀なくされたため、評価不能
であった。No.24 はNがこの発明の上限より高いため、
鋼塊に内部欠陥が生じ評価不能であった。No.25 はOが
この発明の下限に満たないため、工具寿命が短く、また
切り屑形状も悪化している。No.26 はOがこの発明の上
限を超えているため、鋼塊に内部欠陥が発生し、評価不
能であった。
As shown in Table 3, the invention examples of Nos. 1 to 16 all had a tool life of 26.8 to 32.9 min and 16.5 min of the No. 27 conventional lead-added non-heat treated steel (JIS SUM24L). It is much improved compared to. Regarding the shape of the chips, fine chips having a length of 5 mm or less were obtained. On the other hand, among the comparative examples of No. 17 to No. 26, N
In o.17, since B is less than the lower limit of the present invention, the chip shape and tool life are deteriorated. In No. 18, the tool life was shortened because Si exceeded the upper limit of the present invention.
In No. 19, since C exceeded the upper limit of the present invention, the tool life was reduced to less than half as compared with the invention example. No.20 is
Since Mn is less than the lower limit of the present invention, the tool life is shortened, and the chip shape is also deteriorated. In No. 21, the tool life was shortened because Mn exceeded the upper limit of the present invention. In No. 22, since S was less than the lower limit of the present invention, the tool life was shortened and the chip shape was also poor. No. 23 could not be evaluated because S exceeded the upper limit of the present invention, so that hot cracking occurred during rolling and rolling had to be stopped. In No. 24, since N is higher than the upper limit of the present invention,
An internal defect occurred in the steel ingot and could not be evaluated. In No. 25, since O is less than the lower limit of the present invention, the tool life is short, and the chip shape is also deteriorated. In No. 26, since O exceeded the upper limit of the present invention, internal defects occurred in the steel ingot, and the steel ingot could not be evaluated.

【0045】[0045]

【発明の効果】かくして、この発明によれば、特に鉛を
添加せずとも、圧延ままの状態で、鉛添加快削鋼と同等
以上の被削性を有する鋼材を安価に得ることができる。
As described above, according to the present invention, a steel material having machinability equal to or higher than that of a lead-added free-cutting steel can be obtained in an as-rolled state at a low cost without adding lead.

フロントページの続き (72)発明者 天野 虔一 岡山県倉敷市水島川崎通1丁目(番地な し) 川崎製鉄株式会社水島製鉄所内Continuing on the front page (72) Inventor Kenichi Amano 1-chome, Kawasaki-dori, Mizushima, Kurashiki-shi, Okayama Pref. Kawasaki Steel Corporation Mizushima Steel Works

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 質量百分率で、C:0.05%未満、Si:2.
5 %以下、Mn:0.10%以上、4.0 %以下、S:0.20%
超、0.8 %以下、B:0.004 %超、0.08%未満、O:0.
008 %超、0.050 %以下およびN:0.050 %未満を含有
し、残部はFeおよび不可避的不純物の組成になることを
特徴とする快削鋼。
(1) In terms of mass percentage, C: less than 0.05%, Si: 2.
5% or less, Mn: 0.10% or more, 4.0% or less, S: 0.20%
Over, 0.8% or less, B: Over 0.004%, less than 0.08%, O: 0.
A free-cutting steel containing more than 008%, less than 0.050% and N: less than 0.050%, with the balance being Fe and inevitable impurities.
【請求項2】 請求項1において、質量百分率で、さら
にCu≦2.0 %,Ni≦2.0 %,Cr≦3.0 %,Mo≦2.0 %お
よびNb≦0.10% のうちから選んだ1種または2種以上を含有する組成に
なることを特徴とする快削鋼。
2. The method according to claim 1, wherein one or more selected from the group consisting of Cu ≦ 2.0%, Ni ≦ 2.0%, Cr ≦ 3.0%, Mo ≦ 2.0% and Nb ≦ 0.10% by mass percentage. A free-cutting steel characterized by having a composition containing:
【請求項3】 請求項1または2において、質量百分率
で、さらに W≦0.1 %およびV≦0.5 % のうちから選んだ1種または2種を含有する組成になる
ことを特徴とする快削鋼。
3. A free-cutting steel according to claim 1, wherein the composition further comprises one or two selected from W ≦ 0.1% and V ≦ 0.5% by mass percentage. .
【請求項4】 請求項1,2または3において、質量百
分率で、さらに P≦0.2 %,Te≦0.2 %,Se≦0.2 %,Ca≦0.02%,RE
M ≦0.02%,Zr≦0.2 %,Bi≦0.3 %,Sn≦0.3 %,Sb
≦0.2 %,Co≦0.1 %およびTi≦0.3 % のうちから選んだ1種または2種以上を含有する組成に
なることを特徴とする快削鋼。
4. The method according to claim 1, wherein, in terms of mass percentage, P ≦ 0.2%, Te ≦ 0.2%, Se ≦ 0.2%, Ca ≦ 0.02%, RE
M ≤ 0.02%, Zr ≤ 0.2%, Bi ≤ 0.3%, Sn ≤ 0.3%, Sb
A free-cutting steel having a composition containing one or more selected from among ≦ 0.2%, Co ≦ 0.1% and Ti ≦ 0.3%.
【請求項5】 請求項1,2,3または4において、質
量百分率で、さらに Mg≦0.02%,Hf≦0.1 %およびAl≦1.0 % のうちから選んだ1種または2種以上を含有する組成に
なることを特徴とする快削鋼。
5. The composition according to claim 1, wherein the composition further comprises one or more selected from Mg ≦ 0.02%, Hf ≦ 0.1% and Al ≦ 1.0% by mass percentage. Free-cutting steel characterized by becoming.
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