JP2002069569A

JP2002069569A - 機械的特性に優れた機械構造用快削鋼

Info

Publication number: JP2002069569A
Application number: JP2000263998A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kako; 浩家口; Yosuke Shinto; 陽介新堂; Takehiro Tsuchida; 武広土田; Takahiro Kudo; 高裕工藤; Masato Shikaiso; 正人鹿礒; Masami Somekawa; 雅実染川
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2000-08-31
Filing date: 2000-08-31
Publication date: 2002-03-08
Anticipated expiration: 2020-08-31
Also published as: KR20020017960A; PL349382A1; TW538128B; BR0105134A; US6579385B2; DE60114333T2; DE60114333D1; US20020044878A1; CA2355588C; EP1184477A1; CN1341769A; ES2250273T3; JP3524479B2; EP1184477B1; PL194646B1; CA2355588A1; KR100443341B1; CN1138015C

Abstract

(57)【要約】【課題】 Pbフリーで、従来のPb添加鋼に匹敵する優れ
た被削性（切り屑分断性と工具寿命）と機械的特性（横
方向衝撃値）を安定して確実に発揮することのできる機
械構造用快削鋼を提供する。【解決手段】硫化物系介在物が存在する機械構造用快
削鋼において、Mgを0.0005〜0.02質量%含有し、下記
（1）式で規定される硫化物粒子分布指数F1が0.4〜0.6
5、または、下記（2）式で規定される硫化物粒子分布指
数F2が1〜2.5であるように操業する。尚、式の説明は本
文参照。 F1＝X₁／（A／n）^1/2・・・・（1） F2＝σ／X₂ ・・・・（2）

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、産業機械や自動
車、電気製品等の部品の様に、切削加工を施すことが予
定されている機械構造用快削鋼に関し、殊に被削性改善
成分としてのPbを実質的に含まない所謂Pbフリーで、被
削性に優れると共に、機械的特性にも優れる機械構造用
快削鋼を提供しようとするものである。

【０００２】

【従来の技術】産業機械や自動車、電気製品等の部品に
おいては、素材を切削加工してこれら部品を製造するも
のであるから、該素材としては被削性の良好なものであ
ることが要求される。こうしたことから、素材としては
機械構造用快削鋼が常用されており、これら快削鋼は鋼
中に被削性改善成分としてPbやS等を含有させたものが
多く、特にPbは少量の添加で優れた被削性を発揮するこ
とが知られている。

【０００３】こうした技術として、例えば特開昭59−20
5453号には、低炭素イオウ快削鋼を対象として、SにT
e，PbおよびBiの全てを複合添加すると共に、長径と短
径が夫々ある値以上で、且つ（長径／短径）比が5以下
である様なMnS系介在物が全MnS介在物の50%以上を占
め、更に酸化物介在物中のAl₂O₃の含有量が15%以下であ
る快削鋼について提案されている。

【０００４】また、特開昭62−23970号には、連続鋳造
法による低炭素硫黄-鉛快削鋼で、C，Mn，P，S，Pb，
O，Si，Al等の各含有量を規定すると共に、MnS系介在物
の平均サイズや酸化物と結合していない硫化物系介在物
の割合を規定することによって、被削性を改善する技術
が提案されている。

【０００５】これらの技術は、いずれもPbとSを複合添
加した快削鋼であるが、Pbによる環境汚染の問題がクロ
ーズアップされるに及び、鉄鋼材料においてもPbの使用
が制限される傾向にあり、所謂Pbフリーで被削性を改善
する技術の研究が積極的に進められている。

【０００６】こうした状況の下で、硫黄快削鋼における
MnS等の硫化物系介在物の大きさや形状等の形態制御に
よって被削性を改善する研究が主流をなしているが、Pb
快削鋼に匹敵する被削性を発揮する快削鋼は実現されて
いない。また、硫化物系介在物の形態制御によって被削
性を改善する研究では、鋼材を圧延したり鍛造する際に
母材の塑性変形に伴ってMnS等の硫化物系介在物が長く
変形し、これが原因して機械的特性に異方性を生じ、或
る方向における衝撃値が低下するという問題も指摘され
ている。

【０００７】ところで被削性は、（1）切削抵抗、（2）
工具寿命、（3）仕上げ面粗さ、（4）切り屑分断性、等
の項目によって評価されるものであり、従来ではこれら
の項目のうち工具寿命と仕上げ面粗さが重要視されてき
たが、近年機械加工の自動化や無人化が進められる中
で、作業効率や安全性の観点から切り屑分断性も軽視で
きない重要な課題となっている。即ち、切り屑分断性
は、切削時に切り屑が短尺に分断されることを評価する
特性であるが、この特性が悪くなると切り屑が螺旋状に
長く伸びて切削工具に絡まる等の障害が生じ、切削の安
全操業を阻害する。従来のPb添加鋼ではこうした切り屑
分断性の点においても、比較的良好な被削性が発揮され
ていたのであるが、Pbフリーの鋼材においてはこの特性
が良好であるものは実現されていない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、こうした状
況の下でなされたものであって、その目的は、Pbフリー
で、従来のPb添加鋼に匹敵する優れた被削性（特に、切
り屑分断性と工具寿命）と機械的特性（横方向衝撃値）
を安定して確実に発揮することのできる機械構造用快削
鋼を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成し得た本
発明の機械構造用快削鋼とは、硫化物系介在物が存在す
る機械構造用快削鋼において、Mgを0.0005〜0.02%
（「質量%」の意味。以下同じ。）含有すると共に、下
記（1）式で規定される硫化物系介在物粒子の分布指数F
1が0.4〜0.65である点に要旨を有するものである。 F1＝X₁／（A／n）^1/2・・・・・（1）但し、X₁：観察視野内の各粒子毎に該粒子に最も近接し
て存在する別の粒子との距離を、観察視野に存在する全
粒子について実測して、5つの視野について測定して、
平均して求められる値（μm） A：観察面積（mm²） n：上記観察面積内で観察される硫化物系介在物粒子数
（個）また、上記本発明の目的は、Mgを0.0005〜0.02%含有す
ると共に、下記（2）式で規定される硫化物系介在物粒
子の分布指数F2が1〜2.5である様な機械構造用快削鋼に
おいても達成することができる。 F2＝σ／X₂ ・・・・・（2）但し、σ：単位面積当たりの硫化物系介在物粒子数の標
準偏差 X₂：単位面積当たりの硫化物系介在物粒子数の平均値

【００１０】上記いずれの機械構造用快削鋼において
も、硫化物系介在物の長径L1と短径L2の比（L1／L2）が
1.5〜5であるという要件を満足することが好ましく、こ
れによって機械的特性（横方向衝撃値）および被削性
（特に、切り屑分断性と工具寿命）を更に改善すること
ができる。

【００１１】本発明の機械構造用快削鋼の化学成分とし
ては、Mg以外に、機械構造用快削鋼として求められる物
性などを確保する意味からして、C：0.01〜0.7%、Si：
0.01〜2.5%、Mn：0.1〜3%、S：0.01〜0.2%、P：0.05%以
下（0%を含む）、Al：0.1%以下（0%を含む）およびN：
0.002〜0.02%を夫々含有するものであることが好まし
い。また、必要によって更に（a）Ti：0.002〜0.2%、C
a：0.0005〜0.02%および希土類元素：合計で0.0002〜0.
2%よりなる群から選ばれる少なくとも1種、（b）Bi：0.
3%以下（0%を含まない）、等を含有させることも有用で
ある。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明者らは、上記課題を解決す
べく、特に切り屑分断性と快削鋼中の硫化物系介在物と
の関係について、様々な角度から検討してきた。その結
果、MnS等の硫化物系介在物の大きさや形状だけではな
く、硫化物系介在物の分布状態も切り屑分断性に関係が
あることを明らかにした。更に、研究を進めると、硫化
物系介在物の分布状態を制御し、且つMgを0.0005〜0.02
%含有すると、Pbフリーで、機械的特性（横方向衝撃
値）と切り屑分断性に優れると共に、工具寿命にも優れ
た機械構造用快削鋼を提供することができ、本発明に想
到した。以下、本発明の作用効果について説明する。

【００１３】本発明の機械的特性に優れた機械構造用快
削鋼は、上記の様にMgを0.0005〜0.02%含有させる点と
硫化物系介在物の分布状態を規定した点に特徴がある。

【００１４】Mg：0.0005〜0.02% 快削鋼にMgを添加すると、Mg含有酸化物が硫化物系介在
物の核となって、該介在物の形態を制御し、粗大な硫化
物系介在物が減少し、機械的特性（横方向衝撃値）及び
切り屑分断性の両方に優れた機械構造用快削鋼を得るこ
とができる。また、Mgを添加すると、通常、硬質アルミ
ナ系酸化物として存在する酸化物組成がMgを含有した酸
化物に変化することで、硬質アルミナ系酸化物の硬さが
低下する。尚、Mg含有酸化物が固いことによってもたら
され得る不利益は、該Mg含有酸化物が硫化物によって包
み込まれる効果によって、工具寿命が改善されることに
つながる。しかしながら、Mg含有量が0.0005%未満で
は、硫化物中の固溶Mg量が十分ではなく、硫化物系介在
物の形態制御を十分にすることができない。また、0.02
%を超えると、硫化物が固くなりすぎて被削性（切り屑
分断性）が低下する。

【００１５】機械化された切削加工においては、切削時
の切り屑が細かく分断されることが被削性の評価項目の
一つとして求められていることは前述した通りである。
この切り屑の分断は、鋼中に存在する介在物付近への応
力の集中が原因となって亀裂が発生して起こるものであ
ることを本発明者らは確認している。また、介在物が鋼
中に細長く伸びた状態で存在するときは、或る一定の方
向の切削に対しては良好な切り屑分断性が得られるもの
の、切削方向が変わると切り屑分断性が急に低下すると
いう問題がある。一方、球状の介在物の場合には、切削
方向によって被削性が変わるという異方性はないもの
の、切り屑分断性は必ずしも良好であるとは言えなかっ
た。

【００１６】本発明者らは、上記の様な切削加工時の解
析に基づいて、上記硫化物系介在物粒子の分布状態を評
価する手段について様々な角度から検討したところ、Mg
を0.0005〜0.02%含有し、且つ前記（1）式または（2）
式で規定される硫化物系介在物粒子の分布指数F1または
F2が所定の範囲となれば、上記目的が見事に達成される
ことを見出した。次に、これら硫化物系介在物粒子の分
布指数F1，F2について説明する。

【００１７】まず、硫化物系介在物粒子の分布指数F1の
意味するところは、観察視野の各介在物粒子毎に該粒子
に最も近接して存在する粒子との距離を、観察視野に存
在する全粒子について実測し、5つの視野について測定
し、その平均値X₁と、観察した全粒子を均一に格子点に
整列させた場合の粒子間距離（A／n）^1/2［但し、A：観
察面積（mm²）、n：上記観察面積内で観察される硫化物
系介在物粒子数（個）］との比の値［X₁／（A／
n）^1/2］である。

【００１８】例として、観察視野内の硫化物系介在物粒
子が12個の場合について、図1を用いて説明する。実際
の観察視野には図1の（a）に示した様に硫化物系介在物
粒子が分布しており、各硫化物系介在物毎の最近接距離
をx₁〜x₁₂とすると、その平均値X₁は、 X₁＝（x₁+x₂+・・・+x₁₂）／12 となる。また、図1の（b）の様に該硫化物系介在物粒子
が均一に分布していると仮定すると、各硫化物系介在物
粒子毎の最近接距離は x₁=x₂＝・・・・＝x₁₂ となり、観察面積をAとすると、最近接距離X₂は、 X₂＝（x₁+x₂+・・・+x₁₂）／12 ＝（A／12）^1/2 と表すことができる。X₁とX₂の比を硫化物系介在物粒子
の分布指数F1とする。

【００１９】上記の様にして規定される硫化物系介在物
粒子の分布指数F1は、硫化物分布が完全に均一なときに
は1に近い値をとり、不均一なときには1から外れて1よ
りも小さい値となる。そして、本発明者らが検討したと
ころによると、Mgを0.0005〜0.02%含有する本発明の快
削鋼では、このF1の値が0.4〜0.65の範囲にあるとき
に、硫化物系介在物粒子の形態及び分布状態のバランス
が良くなり、切り屑分断性および横方向衝撃値が共に良
好な状態になる。一方、0.65を超えると硫化物系介在物
粒子は均一に存在するものの、切り屑分断性が良いとは
いえない。また、F1の値が0.4未満であると、硫化物系
介在物粒子が凝集し、圧延もしくは鍛造時に細長く延び
た状態となり、切り屑分断性及び横方向衝撃値の両特性
に優れた快削鋼を得ることが出来ない。

【００２０】一方、硫化物系介在物粒子の分布指数F2の
意味するところは、ある面積の視野を格子状に分割し、
各格子の中に存在する硫化物系介在物の個数の標準偏差
σを、単位面積当たりの硫化物系介在物粒子数の平均値
X₂で規格化した値である。この場合には、硫化物系介在
物が完全に均一な分布であれば、F2の値は0に近づくこ
とになる。そして、Mgを0.0005〜0.02%含有する本発明
の快削鋼では、このF2の値が1〜2.5の範囲にあれば、硫
化物系介在物粒子の形態並びに分布状態が良好となり、
切り屑分断性および横方向衝撃値が共に良好な状態にな
る。一方、1未満では硫化物系介在物粒子が均一に分布
し、切り屑分断性が低下することを明らかにした。ま
た、F2の値が2.5を超えると、硫化物系介在物粒子は凝
集し圧延もしくは鍛造により細長く延びたものが形成さ
れ、十分な横方向衝撃値を得ることが出来ない。

【００２１】また、本発明の機械構造用快削鋼鋼におい
ては、硫化物系介在物の長径L1と短径L2の比（L1／L2：
アスペクト比）を1.5〜5に制御することが好ましく、こ
れによって更に優れた切り屑分断性と横方向衝撃値が発
揮される。即ち、硫化物系介在物は圧延や鍛造によって
ある程度変形するものであるが、鍛造もしくは圧延で伸
展した方向に対し、平行に試料を切断して観察したとき
の硫化物系介在物の上記アスペクト比が平均で1.5未満
であると、切り屑分断性が低下し、一方この値が大き過
ぎて5を超えると横方向の衝撃値が低下することにな
る。

【００２２】尚、鋼材の種類については特に限定するも
のではないが、機械構造用快削鋼としての要求特性を満
足させるという観点から、Mg以外にC：0.01〜0.7%、S
i：0.01〜2.5%、Mn：0.1〜3%、S：0.01〜0.2%、P：0.05
%以下（0%を含む）、Al：0.1%以下（0%を含む）および
N：0.002〜0.02%を夫々含有するものであることが好ま
しく、この様に化学成分組成を調整することによって、
機械構造用快削鋼として必要な引張強度を保有しつつ良
好な特性が得られ、硫化物系介在物の分布や形状も良好
になって、被削性および機械的特性のいずれもより優れ
たものとなる。これらの各成分の作用は、下記の通りで
ある。

【００２３】C：0.01〜0.7% Cは、最終製品の強度を確保するのに最も重要な元素で
あり、こうした観点からC含有量は0.01%以上であること
が好ましい。しかしながら、C含有量が過剰になると、
靭性が低下すると共に工具寿命などの被削性にも悪影響
を与えるので0.7%以下とすることが好ましい。尚、C含
有量のより好ましい下限は、0.05%であり、より好まし
い上限は0.5%である。

【００２４】Si：0.01〜2.5% Siは、脱酸性元素として有効である他、固溶強化によっ
て機械構造部品の高強度化に寄与する元素であり、こう
した効果を発揮させる為には、0．01%以上含有させるこ
とが好ましく、より好ましくは0.1%以上とするのが良
い。しかしながら、過剰に含有させると、被削性に悪影
響が現れてくるので、2.5%以下とすることが好ましく、
より好ましくは2%以下とするのが良い。

【００２５】Mn：0.1〜3% Mnは、鋼材の焼入れ性を高めて強度増大に寄与するだけ
でなく、硫化物系介在物を形成して切り屑分断性の向上
にも寄与する元素であり、これらの効果を有効に発揮さ
せる為には0.1%以上含有させることが好ましい。しかし
ながら、過剰に含有させると、被削性を却って低下させ
るので、3%以下とするのが好ましく、より好ましくは2%
以下に抑えるのが良い。

【００２６】S：0.01〜0.2% Sは硫化物系介在物を形成して、被削性を向上させるの
に有効な元素であり、こうした効果を発揮させる為には
0.01%以上含有させることが好ましく、より好ましくは
0.03%以上とするのが良い。しかしながら、Sの含有量が
過剰になるとMnSなどの硫化物を起点として割れが生じ
易くなることから、0.2%以下とすることが好ましい。よ
り好ましくは0.12%以下とするのが良い。

【００２７】P：0.05%以下（0%を含む） Pは、粒界偏析を起こして耐衝撃性を劣化させる傾向が
あるので、0.05%以下、より好ましくは0.02%以下に抑え
るべきである。

【００２８】Al：0.1%以下（0%を含む） Alは、鋼材を溶製する際の脱酸性元素として重要である
他、窒化物を形成してオーステナイト結晶粒の微細化に
も有効であるが、過剰になると逆に結晶粒が粗大化して
靭性に悪影響を及ぼすので、0.1%以下に抑えるのが良
く、より好ましくは0.05%以下に抑えるのが良い。

【００２９】N：0.002〜0.02% Nは、AlやTi等と微細な窒化物を形成して、組織の微細
化や強度の向上に寄与する。こうした効果を発揮させる
為には、0.002%以上含有させることが好ましいが、過剰
になると粗大な窒化物を形成することがあるので、0.02
%以下に抑えるべきである。

【００３０】本発明に係る機械構造用快削鋼における好
ましい化学成分組成は上記の通りであり、残部は基本的
に鉄および不可避不純物からなるものであるが、本発明
では上記の様にMgを0.0005〜0.02%含有する快削鋼にお
ける硫化物系介在物の分布状態を規定したところに技術
思想としての特徴を有するものであるから、Mg以外の化
学成分組成は本発明を限定するものではなく、機械構造
用快削鋼の用途や要求特性によって、上記好ましい化学
成分組成から若干外れることがあってもかまわない。ま
た、上記以外にも、必要によって更に、下記の元素を含
有させることも有効である。

【００３１】Ti：0.002〜0.2%、Ca：0.0005〜0.02%およ
び希土類元素：合計で0.0002〜0.2%よりなる群から選ば
れる1種以上鋼材を溶製する場合には、TiやCa、希土類元素を添加す
ることによって硫化物系介在物粒子の分布状態等が変化
し、添加しない場合に比べて優れた特性が得られる。但
し、Ti含有量が0.002%に満たないとその添加効果が不十
分であり、0.2%を超えて過剰に含有すると衝撃値が著し
く低下することになる。また、Caの場合は、含有量が0.
0005%に満たないと添加効果が不十分であり、添加量が
0.02%を超えると、Tiの場合と同様に衝撃値が低下する
原因となる。更に、Ce，La，Pr，Nd等の希土類元素の場
合は、その含有量が合計で0.0002%に満たないとその添
加効果が不十分であり、0.2%を超えるとTiやCaと同様に
衝撃値が低下することになる。尚、これらの元素は、Ti
やCa、希土類元素の添加はいずれか1種類でも良く、2種
類以上同時に添加しても良い。また、その場合の合計含
有量は、0.22%超えると横方向衝撃値が低下するので、
上限は0.22%である。

【００３２】Bi：0.3%以下（0%を含まない） Biは被削性を向上させるのに有効な元素であるが、過剰
に含有してもその効果が飽和するばかりでなく、熱間鍛
造性を劣化させて機械的特性を低下させることになるの
で0.3%以下とすべきである。

【００３３】更に、上記のTiやCa、希土類元素以外に、
Ni，Cr，Mo，Cu，V，Nb，B等を含有しても、本発明の要
件を満足する機械構造用快削鋼を得ることができる。

【００３４】本発明の機械構造用快削鋼の製造方法とし
ては、溶製法を用いる場合には、Mgを添加する為に用い
るMg合金の種類の選択、該Mg合金添加時の溶存酸素量、
Mg合金添加から鋳造開始までの時間、鋳造開始後凝固す
るまでの平均凝固速度（冷却速度）をバランス良く調整
することが重要である。これらをバランス良く調整する
ことにより、Mgを0.0005〜0.02%含有し、且つ上記（1）
式または（2）式で規定する硫化物系介在物粒子の分布
指数F1、F2を本発明の範囲に制御することができる。特
に、Mg合金添加時の溶存酸素量はMgの効果発揮に重要で
あり、後記実施例では必要に応じてMg合金添加前のAl添
加量をコントロールすることにより溶存酸素量の調整を
行っている。また、本発明で対象とする硫化物系介在物
は、その種類については特定するものではなく、Mn，C
a，Zr，Ti、Mg，その他の元素の硫化物や、これらの複
合硫化物、炭硫化物、酸硫化物等であっても良く、介在
物の分布状態が上記（1）式または（2）式で規定する要
件を満足するものであれば良い。

【００３５】以下、本発明を実施例によって更に詳細に
説明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のもの
ではなく、前・後記の趣旨に徴して設計変更することは
いずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。

【００３６】

【実施例】快削鋼中の硫化物系介在物粒子の分布状態を
種々変えて比較検討するために、各種鋼材を以下の様に
溶製した。

【００３７】高周波真空溶解炉を用いて、溶鋼中にまず
Cを添加し、続いてFe-Mn合金、Fe-Si合金を添加し、更
にFe-Cr合金、Fe-S合金を添加した。その後、AlとMgを
添加したが、Mg添加に関しては塊状のNi-Mg合金、Si-Mg
合金、Ni-Mg-Ca合金のいずれかを使用した。Mg合金添加
時の溶鋼中の溶存酸素は、Mg合金添加前のAl添加量をコ
ントロールすることにより調整した。またMg合金添加
後、鋳造までの時間および鋳造後の平均凝固速度を種々
変化させて、140mmφのインゴットを鋳造した。各サン
プルの化学成分組成を表1に示し、Mg合金添加時の溶存
酸素量、添加合金種、鋳造までの時間、平均凝固速度を
表2に示す。

【００３８】

【表１】

【００３９】

【表２】

【００４０】上記鋳造で得られた鋳塊を約1200℃に加熱
し、80mmφに熱間鍛造して、適当な寸法に切断し、焼入
れ・焼戻しを実施してビッカース硬さを270±10に揃え
た。そして、切削試験および工具寿命の測定、衝撃試験
を行うと共に、硫化物系介在物粒子の形態測定を行っ
た。

【００４１】切削試験は、鍛造で展伸させた方向と平行
な方向に切削する様に、鍛造で展伸させた方向と垂直な
方向に切り出した試験片を用いた。ハイス製（直径：10
mm）のストレートドリルを用いて、2穴分の切り屑の個
数をカウントした。また、切削条件は、速度：20m／mi
n、送り速度：0.2mm／revおよび穴深さ：10mmとし、乾
式切削を実施した。工具寿命の測定は、速度を50m／min
にした以外は、切削試験と同一の条件を用い、切削不能
になるまでの穴深さを求めた。

【００４２】また、衝撃試験には、鍛造で展伸させた方
向と直角に切り出した試験片を用い、シャルピー衝撃試
験を実施し横方向の衝撃値を求めた。

【００４３】一方、硫化物の形態測定は、鍛造で展伸さ
せた方向と平行な方向に切り出した試験片を用いた。光
学顕微鏡を用いて倍率：100倍で、1視野当たり0.5mm×
0.5mmの面積を100視野ずつ観察し、硫化物系介在物の形
状と分布状態を以下の要領で画像解析した。

【００４４】（硫化物系介在物の形状）硫化物系介在物
粒子の形状については、観察した100視野の全てに対し
て、面積が1.0μm²以上の硫化物系介在物について長
径、短径、面積および個数を測定した。尚、介在物粒子
が2つの観察視野にまたがって存在する場合は、重複し
て個数をカウントしない様に、視野の4辺の内、隣接す
る画像と接する2辺に重なる介在物粒子は計測しない。
つまり、図2の（a）の様に右辺と底辺に接する介在物粒
子はカウントせず、次の観察視野の介在物としてカウン
トする。具体的には、図2の（b）に示した様に視野内の
硫化物系介在物粒子の個数をカウントした。

【００４５】（硫化物系介在物の分布状態）硫化物系介
在物粒子の分布状態の評価は、下記の様にして硫化物系
介在物粒子の分布指数F1またはF2で評価した。

【００４６】［F1］面積：0.5mm×0.5mmの各視野について、面積：1.0μm²
以上の硫化物系介在物粒子の重心を求め、各硫化物形介
在物について他の硫化物系介在物との重心間距離を測定
し、各粒子について最も近接して存在する粒子との距離
を求めた。そして、各視野の最近接粒子間距離の実測値
の平均値X₁と、同一面積に同数の硫化物系介在物粒子を
格子状に均一分散させた場合の最近接粒子間距離［（A
／n）^1/2］との比［X₁／（A／n）^1/2］をとって、硫化
物系介在物粒子の分布指数F1とした。これを、5視野に
ついて測定して平均値を求めた。尚、対象とする硫化物
の面積を1.0μm²以上としたのは、これより小さな硫化
物を制御してもあまり効果がないからである。

【００４７】［F2］面積：0.5mm×0.5mmの各視野について、0.1mm×0.1mmの
格子25個に分割（縦方向、横方向に夫々均一に5分割）
し、各格子内に重心位置が含まれるものの個数を測定
し、25個の各格子間での個数のばらつきを標準偏差σと
して算出し、この標準偏差σを、個数の平均値X₂（単位
面積当たりの硫化物粒子個数の平均値）で規格化した値
（σ／X₂）を硫化物系介在物粒子の分布指数F2とした。
これを、5視野について測定して平均値を求めた。表3に
硫化物系介在物粒子の分布指数および形態（アスペクト
比）と、切削試験、工具寿命測定、衝撃試験の結果を示
す。

【００４８】

【表３】

【００４９】図3に、硫化物系介在物粒子の分布指数F1
に対して、（a）切り屑個数、（b）工具寿命、（c）横
方向衝撃値をプロットし、図4に、F2に対して（a）切り
屑個数、（b）工具寿命、（c）横方向衝撃値をプロット
した。ここで、F1又はF2を満足する本発明例を●で示
し、比較例を○で示した。

【００５０】これらの結果から、次の様に考察できる。
No.1，6，7，9〜13は、本発明例であり、製造条件のバ
ランスが良く、F1、F2、アスペクト比の全てを満たす快
削鋼であり、切り屑分断性並びに機械的特性（横方向衝
撃値）共に良好である。図1の（b）や図2の（b）を見て
分かるように、本発明例は特に工具寿命に優れている機
械構造用快削鋼である。

【００５１】一方、No.2〜5，8は比較例であり、快削鋼
の製造条件のバランスがとれておらず、アスペクト比は
満足するものの、F1、F2共に満足するものでは無かっ
た。つまり、切り屑分断性は良好であるが、機械的特性
（横方向衝撃値）並びに工具寿命には優れていない快削
鋼である。特に、No.8はMgの含有量も本発明の要件から
外れている。

【００５２】更に、No.14も比較例であり、Mgを全く含
有していない例である。No.14は、F1、F2、アスペクト
比の全てについて本発明要件を満足せず、機械的特性
（横方向衝撃値）は本発明例にほぼ匹敵するものである
が、切り屑分断性並びに工具寿命は非常に悪い結果であ
った。

【００５３】

【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、Mg
を含有し、且つ硫化物系介在物粒子の分布状態を適切に
規定することによって、Pbフリーでも従来のPb添加鋼に
匹敵する機械的特性（横方向衝撃値）と切り屑処理性を
有する快削鋼であり、更に、優れた工具寿命を安定して
確実に発揮することのできる機械構造用鋼が実現でき
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】硫化物系介在物粒子の分布指数F1の算出方法を
具体的に説明するための図である。

【図２】観察視野に存在する硫化物系介在物の個数をカ
ウントする方法を説明する為の図である。

【図３】F1の値に対し、（a）切り屑個数、（b）工具寿
命、（c）横方向衝撃値を夫々グラフにしたものであ
る。

【図４】F2の値に対し、（a）切り屑個数、（b）工具寿
命、（c）横方向衝撃値を夫々グラフにしたものであ
る。

フロントページの続き (72)発明者土田武広神戸市西区高塚台１丁目５番５号株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者工藤高裕神戸市西区高塚台１丁目５番５号株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者鹿礒正人神戸市灘区灘浜東町２番地株式会社神戸製鋼所神戸製鉄所内 (72)発明者染川雅実神戸市灘区灘浜東町２番地株式会社神戸製鋼所神戸製鉄所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】硫化物系介在物が存在する機械構造用快
削鋼において、Mgを0.0005〜0.02質量%含有し、下記
（1）式で規定される硫化物系介在物粒子の分布指数F1
が0.4〜0.65であることを特徴とする機械的特性に優れ
た機械構造用快削鋼。 F1＝X₁／（A／n）^1/2・・・・（1）但し、X₁：観察視野内の各粒子毎に該粒子に最も近接し
て存在する別の粒子との距離を、観察視野に存在する全
粒子について実測した。これを5つの視野について測定
して、平均して求められる値（μm） A：観察面積（mm²） n：上記観察面積内で観察される硫化物系介在物粒子数
（個）
【請求項２】硫化物系介在物が存在する機械構造用快
削鋼において、Mgを0.0005〜0.02質量%含有し、下記
（2）式で規定される硫化物系介在物粒子の分布指数F2
が1〜2.5であることを特徴とする機械的特性に優れた機
械構造用快削鋼。 F2＝σ／X₂ ・・・・（2）但し、σ：単位面積当たりの硫化物系介在物粒子数の標
準偏差 X₂：単位面積当たりの硫化物系介在物粒子数の平均値
【請求項３】硫化物系介在物の長径L1と短径L2の比
（L1／L2）が1.5〜5である請求項1または2に記載の機械
構造用快削鋼。
【請求項４】質量%で、 C ： 0.01〜0.7% Si ： 0.01〜2.5% Mn ： 0.1〜3% S ： 0.01〜0.2% P ： 0.05%以下（0%を含む） Al ： 0.1%以下（0%を含む） N ： 0.002〜0.02% を夫々含有するものである請求項1〜3のいずれかに記載
の機械構造用快削鋼。
【請求項５】更に、質量%で、 Ti ： 0.002〜0.2% Ca ： 0.0005〜0.02% 希土類元素：合計で0.0002〜0.2% よりなる群から選ばれる少なくとも1種を含有するもの
である請求項4に記載の機械構造用快削鋼。
【請求項６】更に、質量%で、Bi：0.3%以下（0%を含
まない）を含有するものである請求項4または5に記載の
機械構造用快削鋼。