JP2003183770A - 機械構造用鋼及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】実質的にPbを含有せず、被削性、特に、切り屑
分断性と超硬工具を用いた切削加工での工具寿命とに優
れた機械構造用鋼の提供。 【解決手段】C、Si、Mn、S、P、Ca、N及びAlを含み、残
部Fe及び不純物からなり、[Ca]e = T.[Ca]−（T.[O]／
(O)_ＯＸ）×(Ca)_ＯＸ で表される[Ca]eの値が5ppm以
下、又は／並びに、酸化物系介在物中に含まれるMnOの
割合が0.05以下及びCa/Oの値が0.8以下である機械構造
用鋼。ここで、[Ca]eは有効Ca濃度指数（質量ppm）、T.
[Ca]とT.[O]は質量ppm単位でのCaとOの含有量、(O)_ＯＸ
と(Ca)_ＯＸは酸化物系介在物中に含まれるOとCaの割合
である。必要に応じて、Ti、Cr、V、Mo、Nb、Cu及びNi
の一種以上、又は／並びに、Se、Te、Bi、Mg及びREMの
一種以上を含有してもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被削性に優れる機
械構造用鋼及びその製造方法に係り、特に、Ｐｂを含ま
ないにもかかわらず、自動加工ラインで要求される切り
屑分断性に極めて優れ、しかも超硬工具を用いた切削加
工での工具寿命にも優れる機械構造用鋼及びその製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】産業用機械、建設用機械、自動車をはじ
めとする輸送用機械などに用いられる各種の機械構造部
品は、素材である機械構造用鋼を熱間鍛造などの熱間加
工で所定の形状に粗加工した後、切削加工によって所望
の形状に仕上げられることが多い。このため、機械構造
用鋼には良好な機械的性質とともに、高い被削性が要求
されてきた。

【０００３】近年、切削加工工程の自動化及び高速化が
進んだこともあり、安全、且つ高い生産性を安定的に実
現するために、被削性に優れる機械構造用鋼、なかで
も、切り屑分断性に優れるとともに超硬工具を用いた切
削加工時に長い工具寿命が確保できる機械構造用鋼に対
する要求が増大している。

【０００４】従来、機械構造用鋼の切り屑分断性を向上
させることを目的として、Ｐｂを添加することが行われ
てきた。しかし、近年の環境問題の高まりに伴い、Ｐｂ
を添加しなくても切り屑分断性に優れる機械構造用鋼が
望まれている。

【０００５】超硬工具を用いた切削加工に用いられるＰ
ｂ非添加の快削性を有する機械構造用鋼として、Ｃａ快
削鋼がよく知られている。Ｃａ快削鋼においては低融点
酸化物が形成されるので、これによって超硬工具が保護
され、工具寿命が高まるからである。

【０００６】しかし、例えば、「電気製鋼」第４４巻第
１号の８１〜８８頁に記載されているように、Ｃａ快削
鋼はＰｂ快削鋼と比較して切り屑分断性に劣る。このた
め、Ｓなどの切り屑分断性を高める元素と併用する必要
があり、一般には、Ｃａ−Ｓ快削鋼が使用されてきた。
ところが、Ｃａ−Ｓ快削鋼の場合には酸化物の形態制御
が実施されるため、実質的な酸素含有量が高くなって粗
大な硫化物が生成する場合があり、良好な切り屑分断性
を確実に得られないことがあった。このようにＰｂ非添
加鋼の切り屑分断性を安定して高めることは困難であっ
た。

【０００７】特開平１１−２２２６４６号公報には、実
質的にＰｂを含まない組成で、単独の２０μｍ以上の長
さの硫化物、或いは複数でほぼ直列状に連なった長さが
２０μｍ以上の硫化物群が圧延方向断面１ｍｍ^２ に３
０個以上存在していることを特徴とする切り屑分断性に
優れた機械構造用鋼が開示されている。しかし、この鋼
の製造に当たっては、硫化物形態を制御する際に、製鋼
条件ばかりか圧延条件も変更する必要があるなど、多大
な制約を受けるものである。

【０００８】特開２０００−２１９９３６号公報には、
所定の化学組成を有し、１〜１０％のＣａを含有する円
相当直径５μｍ以上の硫化物を３．３ｍｍ^２ あたり５
個以上有することを特徴とする快削鋼が提案されてい
る。しかし、この公報で開示された発明は、ＭｎＳに１
０％以下のＣａＳを含む硫化物を分散させることによ
り、材料異方性や工具寿命の改善に着目してなされたも
のであって、切り屑分断性の改善については全く配慮さ
れていない。

【０００９】特開２０００−２８２１７１号公報には、
実質的にＰｂを含まない組成で、硫化物粒子分布指数が
０．５以下であることを特徴とする切り屑分断性に優れ
た機械構造用鋼が開示されている。しかし、本願発明者
らが一般的な鋼として自動車規格JASO M 106-92（制
定：社団法人自動車技術会、制定期日：１９７７年５月
２８日、改正期日：１９９２年３月３０日）に記載のＳ
１及びＳ２の被削性改善鋼を用いて前記公報で提案され
た硫化物粒子分布指数を求めたところ、その値が０．５
以下になる条件で所望の機械特性や被削性を確保できる
鋼を見出すことはできなかった。

【００１０】特開昭５７-１４０８５３号公報には、
「重量％で、ｓｏｌ．Ａｌを０．００２〜０．００５％
に制限すると同時にＯ（酸素）を０．００４０％以下に
し、０．０１５０％以下のＣａを（Ｃａ％−０．７×Ｏ
％）／Ｓ％≧０．１０の範囲で含有させたＣａ−Ｓ快削
鋼」が開示されている。このＣａ−Ｓ快削鋼の場合、確
かに、硫化物の伸長防止と低融点酸化物の確保とが同時
に果たされ、このため工具寿命の改善には有効である。
しかし、０．０１％を超える多量のＣａを含有する場合
は粗大な硫化物が生成することがあり、したがって、必
ずしも良好な切り屑分断性が同時に得られるというもの
ではない。

【００１１】特公平５-１５７７７号公報には、脱酸と
結晶粒調整のために、「重量％で、Ａｌを０．０１５〜
０．０６０％とし、Ｏ（酸素）を２０ｐｐｍ以下にした
Ｃａ−Ｓ快削鋼」が開示されている。この公報で提案さ
れたＣａ−Ｓ快削鋼の場合、確かに、Ｓ快削鋼やＣａ脱
酸調整鋼と比べた場合の切り屑分断性は優れたものであ
る。しかし、その切り屑分断性はＰｂ快削鋼に比べると
劣るものである。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記現状に
鑑みてなされたもので、その目的は、実質的にＰｂを含
まない鋼であって、自動加工ラインで要求される切り屑
分断性に極めて優れ、しかも超硬工具を用いた切削加工
での工具寿命にも優れる機械構造用鋼及びその製造方法
を提供することである。

【００１３】ここで、本発明の機械構造用鋼における被
削性の目標は、前記の自動車規格JASO M 106-92に記載
のＬ１及びＬ２の被削性改善鋼、すなわち、質量％で、
０．０４〜０．３０％程度のＰｂを含む快削鋼と同等の
被削性を確保することである。

【００１４】具体的には、例えば、旋削時の「切り屑分
断性」の目標は、後述する旋削条件、つまり、潤滑は乾
式として超硬工具Ｐ２０のチップを使用し、２．０ｍｍ
の切り込み量、０．２５ｍｍ／ｒｅｖの送り量、１３２
〜１６０ｍ／分の切削速度の条件で旋削した場合の、代
表的な切り屑１０個あたりの質量が２０ｇ以下を満足す
ることである。

【００１５】又、ドリル加工の「切り屑分断性」の目標
は、後述するドリル加工条件、つまり、潤滑剤としてJI
S K 2241で規定されるＷ１種の水溶性切削油剤（エマル
ジョン型）を使用し、通常の直径が５ｍｍの高速度鋼
（ハイス）製ドリルを用いて、０．１５ｍｍ／ｒｅｖの
送り量、１８．５ｍ／分の切削速度で深さ５０ｍｍの穴
を加工した場合の代表的な切り屑１００個あたりの質量
が１．３ｇ以下を満足することである。

【００１６】「工具寿命」の目標は、例えば、上記の条
件で旋削した場合に、逃げ面摩耗が０．２ｍｍとなるま
での時間が１５分以上であることである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、下記
（１）〜（４）及び（６）〜（１１）に示す機械構造用
鋼材並びに、（５）に示す機械構造用鋼の製造方法にあ
る。

【００１８】（１）質量％で、Ｃ：０．１〜０．６％、
Ｓｉ：０．０１〜２．０％、Ｍｎ：０．２〜２．０％、
Ｓ：０．００５〜０．２０％、Ｐ：０．１％以下、Ｃ
ａ：０．０００１〜０．０１％、Ｎ：０．００１〜０．
０２％及びＡｌ：０．１％以下を含有し、残部がＦｅ及
び不純物からなり、下記 (1)式で表される有効Ｃａ濃度
指数が５ｐｐｍ以下である機械構造用鋼。但し、下記
(1)式中の[Ca]eは有効Ｃａ濃度指数（質量ｐｐｍ）、T.
[Ca]は質量ｐｐｍ単位でのＣａの含有量、T.[O]は質量
ｐｐｍ単位でのＯ（酸素）の含有量、(O)_ＯＸは酸化物
系介在物中に含まれるＯ（酸素）の割合、(Ca)_ＯＸは酸
化物系介在物中に含まれるＣａの割合を示す。

【００１９】 [Ca]e = T.[Ca]−（T.[O]／(O)_ＯＸ）×(Ca)_ＯＸ ・・・(1)。

【００２０】（２）Ｆｅの一部に代えて、Ｔｉ：０．１
％以下、Ｃｒ：２．５％以下、Ｖ：０．５％以下、Ｍ
ｏ：１．０％以下、Ｎｂ：０．１％以下、Ｃｕ：１．０
％以下及びＮｉ：２．０％以下から選択される１種以上
を含有する上記（１）に記載の機械構造用鋼。

【００２１】（３）Ｆｅの一部に代えて、Ｓｅ：０．０
１％以下、Ｔｅ：０．０１％以下、Ｂｉ：０．１％以
下、Ｍｇ：０．０１％以下及びＲＥＭ（希土類元素）：
０．０１％以下から選択される１種以上を含有する上記
（１）に記載の機械構造用鋼。

【００２２】（４）Ｆｅの一部に代えて、Ｔｉ：０．１
％以下、Ｃｒ：２．５％以下、Ｖ：０．５％以下、Ｍ
ｏ：１．０％以下、Ｎｂ：０．１％以下、Ｃｕ：１．０
％以下及びＮｉ：２．０％以下から選択される１種以上
並びに、Ｓｅ：０．０１％以下、Ｔｅ：０．０１％以
下、Ｂｉ：０．１％以下、Ｍｇ：０．０１％以下及びＲ
ＥＭ（希土類元素）：０．０１％以下から選択される１
種以上を含有する上記（１）に記載の機械構造用鋼。

【００２３】（５）Ｃａを除く化学組成が上記（１）か
ら（４）までのいずれかに記載されたものである溶鋼中
に、下記 (2)式で表される撹拌動力が６０Ｗ／ｔ以下と
なる条件で溶鋼を撹拌しつつ、下記 (3)式で表されるＡ
の値が２０以下となる条件でＣａを添加した後、連続鋳
造する上記（１）から（４）までのいずれかに記載の機
械構造用鋼の製造方法。但し、下記 (2)式中のεは溶鋼
１トン当たりの撹拌動力（Ｗ／ｔ）、Qは吹き込みガス
量（ｍ^３ (Normal)／ｓ）、T_Ｌは溶鋼温度（Ｋ）、W_Ｌ
は溶鋼量（ｔ）、ρは溶鋼の密度（7×10^３ｋｇ／
ｍ^３）、Hはガス吹き込み深さ（ｍ）、Pは雰囲気圧力
（Ｎ／ｍ^２）、T_Ｇは吹き込みガス温度（Ｋ）、αは溶
鋼１トン当たりに対するＣａ添加量（ｇ／ｔ）を示す。

【００２４】 ε＝(371×Q×T_Ｌ)/W_Ｌ×ln｛1＋(9.8×ρ×H)/P｝＋｛1−(T_Ｇ／T_Ｌ)｝・・( 2)、Ａ＝α／ε・・・(3)。

【００２５】（６）質量％で、Ｃ：０．１〜０．６％、
Ｓｉ：０．０１〜２．０％、Ｍｎ：０．２〜２．０％、
Ｓ：０．００５〜０．２０％、Ｐ：０．１％以下、Ｃ
ａ：０．０００１〜０．０１％、Ｎ：０．００１〜０．
０２％及びＡｌ：０．１％以下を含み、残部がＦｅ及び
不純物からなり、酸化物系介在物中に含まれるＭｎＯの
割合が０．０５以下で、且つ、下記 (4)式を満足する機
械構造用鋼。但し、下記の(4)式中の元素記号は、その
元素の質量％での鋼中含有量を表す。

【００２６】Ｃａ／Ｏ≦０．８・・・(4)。

【００２７】（７）Ｆｅの一部に代えて、Ｔｉ：０．１
％以下、Ｃｒ：２．５％以下、Ｖ：０．５％以下、Ｍ
ｏ：１．０％以下、Ｎｂ：０．１％以下、Ｃｕ：１．０
％以下及びＮｉ：２．０％以下から選択される１種以上
を含有する上記（６）に記載の機械構造用鋼。

【００２８】（８）Ｆｅの一部に代えて、Ｓｅ：０．０
１％以下、Ｔｅ：０．０１％以下、Ｂｉ：０．１％以
下、Ｍｇ：０．０１％以下及びＲＥＭ（希土類元素）：
０．０１％以下から選択される１種以上を含有する上記
（６）に記載の機械構造用鋼。

【００２９】（９）Ｆｅの一部に代えて、Ｔｉ：０．１
％以下、Ｃｒ：２．５％以下、Ｖ：０．５％以下、Ｍ
ｏ：１．０％以下、Ｎｂ：０．１％以下、Ｃｕ：１．０
％以下及びＮｉ：２．０％以下から選択される１種以上
並びに、Ｓｅ：０．０１％以下、Ｔｅ：０．０１％以
下、Ｂｉ：０．１％以下、Ｍｇ：０．０１％以下及びＲ
ＥＭ（希土類元素）：０．０１％以下から選択される１
種以上を含有する上記（６）に記載の機械構造用鋼。

【００３０】（１０）Ｃａが０．０００１〜０．００４
８％で、且つ、不純物中のＯ（酸素）が０．００２〜
０．００６％である上記（１）から（４）までのいずれ
かに記載の機械構造用鋼。

【００３１】（１１）不純物中のＯ（酸素）が０．００
２〜０．００６％である上記（６）から（９）までのい
ずれかに記載の機械構造用鋼。

【００３２】以下、上記の（１）〜（１１）の鋼又は製
造方法に係る発明をそれぞれ（１）〜（１１）の発明と
いう。

【００３３】上記（１）〜（４）及び（６）〜（９）の
発明における「酸化物系介在物中に含まれるＯ（酸素）
の割合」、「酸化物系介在物中に含まれるＣａの割合」
及び「酸化物系介在物中に含まれるＭｎＯの割合」は、
それぞれ「酸化物系介在物の質量を１」とした場合の
「Ｏ（酸素）の割合」、「Ｃａの割合」及び「ＭｎＯの
割合」を指す。

【００３４】又、（３）、（４）、（８）及び（９）の
各発明における「ＲＥＭ（希土類元素）」は、Ｓｃ、Ｙ
及びランタノイドの合計１７元素の総称であり、ＲＥＭ
の含有量は上記元素の合計含有量を指す。

【００３５】本発明者らは、実質的にＰｂを含まない化
学組成の機械構造用鋼に被削性を改善する元素として良
く知られているＣａ及びＳを含有させた鋼、すなわちＣ
ａ−Ｓ快削鋼を用いて被削性の検討を行った。

【００３６】その結果、化学組成がほぼ同一で、しか
も、硬度や強度が同じ水準にあっても、硫化物の形態に
よって被削性、とりわけ切り屑分断性が大きく異なる場
合があることが判明した。

【００３７】そこで、更に調査を続けたところ、切り屑
分断性を支配するのは、Ｃａ−Ｓ快削鋼中に分散するＭ
ｎＳを主要構成化合物とする硫化物（以下、ＭｎＳ系硫
化物と表記する）の分布形態であることが明らかにな
り、下記（ａ）〜（ｇ）の知見が得られた。

【００３８】（ａ）ＭｎＳ系硫化物は、個々の粒子が均
一に分散する場合と、コロニーとして集まる場合がある
が、個々の粒子が均一に分散するよりも、それぞれのコ
ロニーが均一に分散する方が、切り屑分断性は良好にな
る。これは、個々のＭｎＳ系硫化物が、例えば、断面積
比で示される圧延比に応じて伸展、分断されるのに対し
て、コロニー状のＭｎＳ系硫化物は、メタルフローに応
じて変化するだけであるからと考えられる。

【００３９】（ｂ）コロニー状のＭｎＳ系硫化物の生成
及びその分散は、凝固過程における固相率が高い時期に
ＭｎＳ系硫化物とδ−フェライト相、或いは、ＭｎＳ系
硫化物とオーステナイト相がほぼ同時期に晶出する状態
の、いわゆる「共晶状のＭｎＳ系硫化物」の生成及びそ
の分散に関連づけることができる。

【００４０】なお、共晶状のＭｎＳ系硫化物が、溶鋼の
化学組成を変更したり、凝固速度を極端に変更したりす
ることによって生成することは古くから知られている。
しかし、機械構造用Ｃａ−Ｓ快削鋼の実用的な化学組成
の範囲で、且つ、連続鋳造を前提とした実用的な凝固速
度の範囲で、共晶状のＭｎＳ系硫化物を生成、分散させ
る技術は、確立されていなかった。

【００４１】（ｃ）ＭｎＳ系硫化物の形態は、これを形
成するＭｎ及びＳの含有量だけではなく、界面エネルギ
ーに影響を与えるＯ（酸素）の含有量並びに、Ｓ及びＯ
の活量に大きな影響を及ぼすＣａの含有量の影響を受け
る。

【００４２】（ｄ）通常、化学分析で得られるＯの含有
量及びＣａの含有量は、それぞれ鋼中の全Ｏ（酸素）含
有量及び全Ｃａ含有量である。すなわち、これらの含有
量は、真にＭｎＳ系硫化物の形態制御に影響を及ぼす溶
存Ｏ（酸素）の含有量及び溶存Ｃａの含有量ではない。
しかし、凝固過程での樹間に存在する溶鋼中の溶存Ｏの
含有量及び溶存Ｃａの含有量を測定することは極めて困
難である。そこで、本発明者らは実測できるＯの含有量
及びＣａの含有量に基づいて、溶存Ｏの含有量及び溶存
Ｃａの含有量を把握する手段として、有効Ｃａ濃度指数
[Ca]eを採用した。この有効Ｃａ濃度指数 [Ca]eを所定
の範囲に調整することにより、実用的な化学組成範囲に
あるＣａ−Ｓ快削鋼を通常の連続鋳造速度で製造した場
合にも、共晶状のＭｎＳ系硫化物を後述する面積率で４
０％以上安定、且つ確実に生成、分散させることが可能
となり、高い切り屑分断性を付与することができる。

【００４３】なお、有効Ｃａ濃度指数[Ca]eを表す (1)
式中のT.[O]とT.[Ca]が、それぞれ質量ｐｐｍ単位での
Ｏの含有量とＣａの含有量を指し、(O)_ＯＸと(Ca)_ＯＸ
が、それぞれ「酸化物系介在物の質量を１」とした場合
の「Ｏ（酸素）の割合」と「Ｃａの割合」を指すことは
前述のとおりである。

【００４４】（ｅ）一方、上記の（ａ）と（ｂ）からわ
かるように、切り屑分断性は共晶状のＭｎＳ系硫化物の
生成量の増加とともに向上する。これは、共晶状のＭｎ
Ｓ系硫化物が、微細なＭｎＳ系硫化物集合体の周りを鋼
の平均的な組成よりもＭｎ濃度の低い層が覆ったもので
あるため、個々のＭｎＳ系硫化物が粗大に析出した場合
よりも大きな切欠効果を発揮できるからである。

【００４５】（ｆ）共晶状のＭｎＳ系硫化物の生成量
は、Ｃａの含有量とＯ（酸素）の含有量との比（つま
り、「Ｃａ／Ｏ」の値）及び酸化物系介在物中に含まれ
るＭｎＯの割合とも関連を有する。そして、それらの値
を所定の範囲にすることにより、実用的な製造プロセス
で、特定の化学組成範囲にあるＣａ−Ｓ快削鋼の共晶状
のＭｎＳ系硫化物の生成量を、後述する面積率で４０％
以上安定、且つ確実に確保することが可能となり、高い
切り屑分断性を付与することができる。

【００４６】（ｇ）Ｃａが０．０００１〜０．００４８
％で、且つ、不純物中のＯ（酸素）が０．００２〜０．
００６％であれば、共晶状のＭｎＳ系硫化物の形態制御
をより確実に行えるので、実用的な化学組成範囲にある
Ｃａ−Ｓ快削鋼に、一層安定して且つ確実に、高い切り
屑分断性を持たせることができる。

【００４７】（１）〜（４）及び（６）〜（１１）の発
明は、上記の知見に基づいて完成されたものである。

【００４８】一方、本発明者らは、上記の有効Ｃａ濃度
指数 [Ca]eを所望の値に調整するための製鋼方法を検討
した。小型の実験装置では、Ｏの含有量が低値で安定す
ること、及びＣａ処理の歩留りが予想可能であることか
ら、合金成分の添加量や添加順序を工夫することで所望
の有効Ｃａ濃度指数 [Ca]eを得ることができるが、大型
設備を用いる製造の場合には、これらの工夫だけでは所
望の値を得ることは困難である。

【００４９】そこで、本発明者らは、転炉又は電気炉に
よる溶解−二次精錬−連続鋳造の各工程からなる製鋼方
法を前提として、有効Ｃａ濃度指数 [Ca]e及び鋳片に分
散する共晶状のＭｎＳ系硫化物について検討した。

【００５０】その結果、溶鋼の化学組成を規制するとと
もに、二次精錬における溶鋼の撹拌条件及びＣａの添加
量を適正化すれば、前記（１）〜（４）の発明に係る機
械構造用鋼が比較的容易に得られることが判明した。

【００５１】前記（５）の発明は、上記の知見に基づい
て完成されたものであり、前記（１）〜（４）の発明に
係る機械構造用鋼を大型設備を用いて製造する場合の１
つの好ましい態様を示すものである。

【００５２】

【発明の実施の形態】先ず、本発明の機械構造用鋼にお
ける化学組成とその限定理由について述べる。なお、以
下の説明において、各元素の含有量の「％」表示は「質
量％」を意味する。又、「ｐｐｍ」表示は「質量ｐｐ
ｍ」を意味する。

【００５３】Ｃ：０．１〜０．６％ Ｃは、鋼の引張強度を確保するために必要な元素であ
り、又、機械構造用鋼として必要な靱性を付与させるこ
とができるので、その含有量を０．１％以上とする。一
方、その含有量が０．６％を超えると、快削性の前提と
なる素地の加工性が損なわれる。したがって、Ｃの含有
量を０．１〜０．６％とした。

【００５４】Ｓｉ：０．０１〜２．０％ Ｓｉは、脱酸及び固溶強化作用を有する元素である。こ
れらの効果を得るためには、その含有量を０．０１％以
上とする必要がある。しかし、その含有量が２．０％を
超えると、固溶強化が過剰となる。したがって、Ｓｉの
含有量を０．０１〜２．０％とした。なお、Ｓｉの更に
好ましい含有量は０．１〜１．０％である。

【００５５】Ｍｎ：０．２〜２．０％ Ｍｎは、共晶状のＭｎＳ系硫化物を形成して切り屑分断
性を高めるとともに、焼入れ性を向上させて鋼の引張強
度を増大させるのに有効な元素である。又、Ｍｎは脱酸
作用も有する。Ｍｎの含有量が少ないと、ＦｅＳが増加
して脆化を招くので、その含有量は０．２％以上とする
必要がある。しかし、Ｍｎの含有量が２．０％を超える
と、焼入れ性が高くなりすぎるため、被削性が損なわれ
る。したがって、Ｍｎの含有量を０．２〜２．０％とし
た。なお、Ｍｎの更に好ましい含有量は０．４〜２．０
％である。

【００５６】Ｓ：０．００５〜０．２０％ Ｓは、共晶状のＭｎＳ系硫化物を形成して、鋼の被削
性、なかでも切り屑分断性を高めるのに有効な元素であ
る。この効果を得るためには、Ｓの含有量を０．００５
％以上とする必要があり、特に、Ｓの含有量が０．０１
％以上の場合に前記の効果が顕著となる。一方、その含
有量が０．２０％を超えると、鍛造時に割れが生じた
り、材料異方性等の機械特性の劣化が顕著となって、一
般用途に適さなくなる。したがって、Ｓの含有量を０．
００５〜０．２０％とした。なお、Ｓの更に好ましい含
有量は０．０１〜０．１８％である。

【００５７】Ｐ：０．１％以下 Ｐは、靱性の劣化や延性の低下をもたらす。特に、その
含有量が０．１％を超えると靱性の劣化や延性の低下が
大きくなる。一方、Ｐは、固溶強化作用によって引張強
度及び疲労強度を高める作用も有し、この効果はＰの含
有量が０．０４％以上で確実に得られる。したがって、
引張強度及び疲労強度を高めたい場合には、Ｐを添加し
て０．０４％以上含有させてもよい。しかし、Ｐを添加
する場合でもその含有量が０．１％を超えると、上記の
ように靱性の劣化や延性の低下が大きくなる。したがっ
てＰの含有量を０．１％以下とした。なお、Ｐの含有量
は、０．０５％以下とすることが好ましい。

【００５８】Ｃａ：０．０００１〜０．０１％ Ｃａは、被削性の向上と硫化物の形態制御のために必須
の元素である。すなわち、Ｃａは、酸化物系介在物中に
含まれた状態で鋼中に存在する場合、被削性、特に高速
切削時の超硬工具の摩耗を抑制する作用を有する。更
に、ＣａはＯ（酸素）及びＳに対して大きな親和力を有
することから、ＭｎＳ系硫化物の形態制御因子として重
要な元素である。Ｃａの含有量が極微量であっても、Ｍ
ｎＳ系硫化物の形態制御の効果を発揮するが、０．００
０１％未満では、被削性の改善に寄与するには少なすぎ
る。一方、０．０１％を超えて含有させても前記の効果
は飽和し、コストが嵩むばかりである。したがって、Ｃ
ａの含有量を０．０００１〜０．０１％とした。なお、
Ｃａの更に好ましい含有量は０．０００１〜０．００４
８％である。

【００５９】Ｎ：０．００１〜０．０２％ Ｎは、窒化物を形成して結晶粒を微細化し、靱性及び疲
労特性を向上させる作用を有する。上記の窒化物の作用
を確実なものとするためには、Ｎの含有量を０．００１
％以上とする必要がある。しかし、その含有量が０．０
２％を超えると窒化物が粗大になって、却って靱性の劣
化を招く。したがって、Ｎの含有量を０．００１〜０．
０２％とした。なお、Ｎの更に好ましい含有量は０．０
０２〜０．０２％である。

【００６０】Ａｌ：０．１％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及びＭｎを含有させるので、Ｓ
ｉ及びＭｎ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
しなくてもよい。一方、Ａｌを積極的に添加すれば、脱
酸効果が高まるとともに、窒化物を形成してオーステナ
イト粒を微細にするので、靱性の改善効果が得られ、こ
れらの効果はＡｌの含有量が０．０１０％以上で確実に
得られる。したがって、脱酸効果と靱性の改善効果を得
たい場合には、Ａｌを添加して０．０１０％以上含有さ
せてもよい。しかし、Ａｌを０．１％を超えて含有させ
ても、脱酸効果がほぼ飽和するばかりか、窒化物が粗大
化するために却って靱性の低下をきたす。したがって、
Ａｌの含有量を０．１％以下とした。

【００６１】なお、脱酸剤としてのＡｌ添加の有無に拘
わらず、含有量としてのＡｌが０．０００３〜０．００
５％の場合には、酸化物系介在物が軟質化し、特に高速
切削条件下での工具寿命を長くすることができる。した
がって、高速切削条件下での工具寿命を長くしたい場合
には、Ａｌの含有量を０．０００３〜０．００５％とし
てもよい。このような微量のＡｌ含有量の制御は、例え
ば、ＦｅＳｉ合金鉄やＣａＳｉ合金鉄に含まれるＡｌ量
を考慮した上でのＡｌ添加量の調整や、溶鋼とスラグや
耐火物に含有されるＡｌ_２Ｏ_３との反応を考慮した上
で、スラグ中のＡｌ_２Ｏ_３含有量を調整したり耐火物中
のＡｌ_２Ｏ_３含有量を制限することによって達成するこ
とができる。

【００６２】前記の（１）及び（６）の発明に係る機械
構造用鋼は、上記の化学成分を含有し、残部がＦｅ及び
不純物からなる鋼である。

【００６３】前記の（２）及び（７）の発明に係る機械
構造用鋼は、引張強度、靱性などの機械的性質を向上さ
せることを目的として、上記（１）及び（６）の発明の
鋼のＦｅの一部に代えて、Ｔｉ：０．１％以下、Ｃｒ：
２．５％以下、Ｖ：０．５％以下、Ｍｏ：１．０％以
下、Ｎｂ：０．１％以下、Ｃｕ：１．０％以下及びＮ
ｉ：２．０％以下から選択される１種以上を含有させた
鋼である。

【００６４】一般に、鋼の引張強度を高めると被削性が
低下することが知られているが、上記のＴｉからＮｉま
でのいずれの元素も、それぞれ適正な範囲の含有量であ
れば、後述のＭｎＳ系硫化物の形態制御による被削性の
向上効果を妨げることなく、鋼の引張強度を高める作用
を有する。これらのＴｉからＮｉまでの元素は以下に述
べる範囲内でそれぞれを単独で含有させてもよいし、２
種以上を複合して含有させてもよい。

【００６５】Ｔｉ：０．１％以下 Ｔｉは、炭化物、窒化物及び炭窒化物を形成して結晶粒
を微細化するので、鋼の引張強度が高まるとともに靱性
も良好になる。これらの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、その含有量が０．１％を超えると、前記の効果が飽
和するばかりか、硬質のＴｉＮなどの分散量が増加する
ため被削性の低下をきたす。したがって、Ｔｉを添加す
る場合には、その含有量を０．１％以下とするのがよ
い。

【００６６】Ｃｒ：２．５％以下 Ｃｒは、鋼の引張強度を高めるのに有用な元素である。
この効果を確実に得るには、Ｃｒは０．０３％以上の含
有量とすることが望ましい。しかし、その含有量が２．
５％を超えると、被削性の低下が顕著となる。したがっ
て、Ｃｒを添加する場合には、その含有量を２．５％以
下とするのがよい。

【００６７】Ｖ：０．５％以下 Ｖは、Ｔｉと同様に、炭化物、窒化物及び炭窒化物を形
成して結晶粒を微細化するので、鋼の引張強度が高まる
とともに靱性も良好になる。これらの効果を確実に得る
には、Ｖ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、前記の
効果が飽和するばかりか、被削性の著しい低下をきた
す。したがって、Ｖを添加する場合には、その含有量を
０．５％以下とするのがよい。

【００６８】Ｍｏ：１．０％以下 Ｍｏは、鋼の引張強度を高めるのに有用な元素である。
この効果を確実に得るには、Ｍｏは０．０５％以上の含
有量とすることが望ましい。しかし、その含有量が１．
０％を超えると、熱間加工後の組織が異常に粗大化して
靱性の低下をきたす。したがって、Ｍｏを添加する場合
には、その含有量を１．０％以下とするのがよい。

【００６９】Ｎｂ：０．１％以下 Ｎｂは、炭化物、窒化物及び炭窒化物を形成して結晶粒
を微細化するので、鋼の引張強度が高まるとともに靱性
も良好になる。これら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、前記の効果が飽
和するばかりか、被削性の著しい低下をきたす。したが
って、Ｎｂを添加する場合には、その含有量を０．１％
以下とするのがよい。

【００７０】Ｃｕ：１．０％以下 Ｃｕは、析出強化によって鋼の引張強度を高める作用を
有する。この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１．０％を超えると、熱間加工性が劣化することに加
えて、析出物が粗大化して前記の効果が飽和したり、却
って低下することがある。更に、コストも嵩むばかりで
ある。したがって、Ｃｕを添加する場合には、その含有
量を１．０％以下とするのがよい。

【００７１】Ｎｉ：２．０％以下 Ｎｉは、固溶強化によって鋼の引張強度を高める作用を
有する。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、Ｎｉを２．
０％を超えて含有させても、前記の効果は飽和しコスト
が嵩むばかりである。したがって、Ｎｉを添加する場合
には、その含有量を２．０％以下とするのがよい。

【００７２】前記の（３）及び（８）の発明に係る機械
構造用鋼は、被削性を更に向上させることを目的とし
て、前述の（１）及び（６）の発明の鋼のＦｅの一部に
代えて、Ｓｅ：０．０１％以下、Ｔｅ：０．０１％以
下、Ｂｉ：０．１％以下、Ｍｇ：０．０１％以下及びＲ
ＥＭ（希土類元素）：０．０１％以下から選択される１
種以上を含有させた鋼である。

【００７３】上記のＳｅからＲＥＭまでのいずれも、そ
れぞれ適正な範囲の含有量であれば、後述のＭｎＳ系硫
化物の形態制御による切り屑分断性の向上効果を阻害す
ることなく、被削性を更に高める作用を有する。上記の
ＳｅからＲＥＭまでは以下に述べる範囲内でそれぞれを
単独で含有させてもよいし、２種以上を複合して含有さ
せてもよい。

【００７４】Ｓｅ：０．０１％以下 Ｓｅは、周期律表においてＳと同族元素であって、
（Ｓ、Ｓｅ）Ｍｎを形成する。本発明においてＳｅは、
ＭｎＳ系硫化物を形態制御するとともに、微量添加によ
って上記ＭｎＳ系硫化物の形態制御効果を阻害すること
なく、熱間圧延でのＭｎＳ系硫化物の伸展を抑制するの
で、同一のＳ含有量水準で鋼の被削性を一段と高める効
果を有する。Ｓｅの被削性向上効果を確実に得るには、
その含有量を０．００１％以上とすることが望ましい。
しかし、Ｓｅを０．０１％を超えて含有させても、前記
の効果は飽和しコストが嵩むばかりである。したがっ
て、Ｓｅを添加する場合には、その含有量を０．０１％
以下とするのがよい。

【００７５】Ｔｅ：０．０１％以下 Ｔｅも、周期律表においてＳと同族元素であって、
（Ｓ、Ｔｅ）Ｍｎを形成する。本発明においてＴｅは、
ＭｎＳ系硫化物を形態制御するとともに、微量添加によ
って上記ＭｎＳ系硫化物の形態制御効果を阻害すること
なく、熱間圧延でのＭｎＳ系硫化物の伸展を抑制するの
で、同一のＳ含有量水準で鋼の被削性を一層高める効果
を有する。Ｔｅの上記被削性向上効果を確実に得るに
は、その含有量を０．００１％以上とすることが望まし
い。しかし、Ｔｅを０．０１％を超えて含有させても、
前記の効果は飽和しコストが嵩むばかりである。したが
って、Ｔｅを添加する場合には、その含有量を０．０１
％以下とするのがよい。

【００７６】Ｂｉ：０．１％以下 Ｂｉは、鋼の被削性を一段と高める効果を有する元素で
ある。Ｂｉは、ＭｎＳ系硫化物の周囲に複合して析出
し、熱間圧延によるＭｎＳ系硫化物の伸展を防止する作
用を有する。上記のＭｎＳ系硫化物の伸展防止効果は、
本発明におけるＭｎＳ系硫化物の形態制御と複合して得
られるので、同一のＳ含有量水準で鋼の被削性が一層高
まることになる。Ｂｉの被削性向上効果を確実に得るに
は、その含有量を０．０１％以上とすることが好まし
い。しかし、Ｂｉを０．１％を超えて含有させても、前
記の効果は飽和しコストが嵩むばかりである。したがっ
て、Ｂｉを添加する場合には、その含有量を０．１％以
下とするのがよい。

【００７７】Ｍｇ：０．０１％以下 Ｍｇは、鋼の被削性を一段と高める作用を有する。すな
わち、Ｍｇは強脱酸元素であるため溶鋼段階でＭｇＯや
ＭｇＯ−Ａｌ_２Ｏ_３系介在物を形成するが、ＭｎＳ系硫
化物の形態制御には悪影響を及ぼさず、上記の酸化物系
介在物を晶出核としてＭｎＳ系硫化物が生成するので、
ＭｎＳ系硫化物が微細分散することになって被削性を高
めることになる。なお、前記の酸化物系介在物は硬質で
あるが、上述のとおりＭｎＳ系硫化物と共存するので工
具寿命が低下することはなく、安定した切り屑分断性の
向上効果が得られる。こうした効果を確実に得るには、
Ｍｇは０．０００５％以上の含有量とすることが好まし
い。しかし、Ｍｇのような沸点が低く蒸発しやすい元素
を０．０１％を超えて含有させることは、コスト面から
好ましくない。したがって、Ｍｇを添加する場合には、
その含有量を０．０１％以下とするのがよい。

【００７８】ＲＥＭ（希土類元素）：０．０１％以下 ＲＥＭは、前述のとおりＳｃ、Ｙ及びランタノイドの合
計１７元素を指し、ランタノイドの場合、工業的にはミ
ッシュメタルの形で添加される。なお、本発明でいうＲ
ＥＭの含有量が上記元素の合計含有量を指すことは既に
述べたとおりである。

【００７９】ＲＥＭは、鋼の被削性を一段と高める効果
を有する。この効果を得るには、ＲＥＭは０．０００１
％以上の含有量とすることが好ましく、０．００１％以
上の含有量であれば一層確実に効果が得られる。すなわ
ち、ＲＥＭはＯ（酸素）及びＳとの親和力が大きいた
め、その含有量が０．０００１％以上でＯ及びＳの活量
に影響を及ぼし、更に、０．００１％以上でＲＥＭ酸硫
化物やＲＥＭ硫化物を含有する介在物を形成する。上記
のＲＥＭ酸硫化物やＲＥＭ硫化物を起点に共晶状のＭｎ
Ｓ系硫化物が生成する場合があるので共晶化が安定す
る。しかし、ＲＥＭの含有量が０．０１％を超えると、
ＲＥＭ酸硫化物やＲＥＭ硫化物を含む硫化物の割合が増
加して、共晶状のＭｎＳ系硫化物が減少するため、却っ
て被削性が低下する。したがって、ＲＥＭを添加する場
合には、その含有量を０．０１％以下とするのがよい。

【００８０】前記の（４）及び（９）の発明に係る機械
構造用鋼は、引張強度、靱性などの機械的性質を向上さ
せること、及び被削性を更に向上させることを目的とし
て、前述の（１）及び（６）の発明の鋼のＦｅの一部に
代えて、Ｔｉ：０．１％以下、Ｃｒ：２．５％以下、
Ｖ：０．５％以下、Ｍｏ：１．０％以下、Ｎｂ：０．１
％以下、Ｃｕ：１．０％以下及びＮｉ：２．０％以下か
ら選択される１種以上、並びに、Ｓｅ：０．０１％以
下、Ｔｅ：０．０１％以下、Ｂｉ：０．１％以下、Ｍ
ｇ：０．０１％以下及びＲＥＭ（希土類元素）：０．０
１％以下から選択される１種以上を含有させた鋼であ
る。

【００８１】なお、本発明の機械構造用鋼においては下
記の（Ａ）又は（Ｂ）の条件を満足すればよいので、不
純物元素としてのＯ（酸素）の含有量については、特に
制限しなくてもよい。しかし、Ｏは、被削性、特に高速
切削時の工具の摩耗を抑制する効果があるものの、機械
構造用鋼の場合にはその含有量が高すぎると靱性が劣化
することがあるため、Ｏの含有量は、０．０１２５％以
下であることが望ましく、０．０１０％以下であれば一
層望ましい。なお、０．００６％以下であれば更に望ま
しい。Ｏ含有量の下限は特に設けないが、共晶状のＭｎ
Ｓ系硫化物の形態制御をより確実にするため、Ｏの含有
量は０．０００５％以上とすることが好ましく、０．０
０２％以上とすることが一層好ましい。

【００８２】本発明の機械構造用鋼は、既に述べた化学
組成を有するとともに、上述のように、下記の（Ａ）又
は（Ｂ）の条件を満足する必要がある。

【００８３】（Ａ）：前記(1)式で表される有効Ｃａ濃
度指数[Ca]eが５ｐｐｍ以下であること。

【００８４】（Ｂ）：酸化物系介在物中に含まれるＭｎ
Ｏの割合が０．０５以下で、且つ、前記(4)式を満たす
こと。すなわち、酸化物系介在物中に含まれるＭｎＯの
割合が０．０５以下で、且つ、「Ｃａ／Ｏ」の値が０．
８以下であること。

【００８５】すなわち、（１）〜（４）の発明は、前記
の化学組成を有するとともに、共晶状のＭｎＳ系硫化物
を後述する面積率で４０％以上、安定、且つ確実に生
成、分散させるために、上記（Ａ）の条件を満足する必
要がある。これによって、（１）〜（４）の発明の鋼は
高い切り屑分断性を有するものとなる。

【００８６】（６）〜（９）の発明は、前記の化学組成
を有するとともに、共晶状のＭｎＳ系硫化物の生成量
を、後述する面積率で４０％以上安定、且つ確実に確保
させるために、上記（Ｂ）の条件を満足する必要があ
る。これによって、（６）〜（９）の発明の鋼は高い切
り屑分断性を有するものとなる。

【００８７】なお、（１０）の発明は（１）〜（４）の
発明におけるＣａの含有量と不純物中のＯ（酸素）の含
有量を厳しく制限するものである。又、（１１）の発明
は（６）〜（９）の発明における不純物中のＯの含有量
を（したがって、（４）式からＣａの含有量も同時に）
厳しく制限するものである。上記の制限によって、（１
０）及び（１１）の発明の鋼は一層安定、且つ確実に、
高い切り屑分断性を有するものとなる。

【００８８】先ず、条件（Ａ）について説明する。

【００８９】前記 (1)式中のT.[Ca]とT.[O]は、通常の
方法で分析されるｐｐｍ単位でのＣａ含有量とＯ（酸
素）含有量であり、(O)_ＯＸ及び(Ca)_ＯＸはそれぞれ、
ＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線マイクロアナライザー）
などの分析装置によって求められる「酸化物系介在物中
に含まれるＯ（酸素）の割合」及び「酸化物系介在物中
に含まれるＣａの割合」である。なお、(O)_ＯＸと(Ca)
_ＯＸがそれぞれ、「酸化物系介在物の質量を１」とした
場合の、「Ｏ（酸素）の割合」及び「Ｃａの割合」を指
すことは既に述べたとおりである。

【００９０】上記の(O)_ＯＸ及び(Ca)_ＯＸは、下記の要
領で求めることができる。

【００９１】すなわち、前記のＥＤＸを用いて、観察さ
れた酸化物系介在物中の点、又は、その介在物の約１／
４の面積を被覆する面に電子線を照射して、その介在物
中に含まれる酸化物を構成する元素の濃度を測定する。
これを化学量論的組成を仮定した酸化物組成に換算し
て、酸化物系介在物中に含まれるＯの割合及びＣａの割
合とすればよい。

【００９２】ここで、酸化物系介在物の組成は、多少の
バラツキを有するものであるが、無作為に抽出した１０
〜３０個程度の酸化物系介在物の平均組成を採用し、こ
れからＯの割合及びＣａの割合を求めればよい。なお、
脱酸元素の含有量が固有の鋼や定まった製鋼法によって
製造される鋼の場合には、(O)_ＯＸ及び(Ca)_ＯＸとし
て、それぞれ経験値としての０．３〜０．５程度の値及
び０．０１〜０．４程度の値を用いてもよい。

【００９３】以下、有効Ｃａ濃度指数[Ca]eを５ｐｐｍ
以下に制限する理由について詳細に説明する。

【００９４】本願発明者らは、雰囲気の調整が可能な高
周波誘導炉を用いて、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｓ、Ｐ、Ｃａ、
Ｎ及びＡｌの含有量がそれぞれ、０．３９〜０．４１
％、０．１７〜０．２３％、０．６〜０．７％、０．０
４５〜０．０５５％、０．０１５〜０．０２５％、０．
０００５〜０．００６％、０．００２〜０．００５％及
び０．００１〜０．００３％で、本発明で規定する範囲
内にある種々の鋼の１５０ｋｇ鋼塊を作製した。すなわ
ち、通常の方法で雰囲気調整して溶解し、鋳型に注入す
る１〜２分前にＣａＳｉ合金鉄を添加してＣａ処理を行
った。この際、ＣａＳｉ合金鉄の添加量を変化させて種
々の有効Ｃａ濃度指数[Ca]eが得られるようにした。そ
の後、通常の方法で鋳型に注入して凝固させた。

【００９５】次いで、これらの鋼を１４７３Ｋに加熱
し、減面率が約９３％、仕上げ温度が１２７３〜１３７
３Ｋの熱間鍛造を行って、直径が５５〜６０ｍｍの丸棒
を作製した。なお、熱間鍛造後の冷却条件は大気中放冷
とした。

【００９６】このようにして得た各鋼の丸棒を用いて、
有効Ｃａ濃度指数[Ca]e、共晶状のＭｎＳ系硫化物の面
積率及び切り屑分断性を調査した。

【００９７】すなわち、上記の直径が５５〜６０ｍｍの
丸棒から鍛造軸に平行に切断した断面（以下、圧延方向
又は鍛造軸に平行に切断した断面をＬ断面という）を被
検面とする試験片を作製して鏡面研磨した後、既に述べ
たＥＤＸを用いる通常の方法によって(O)_ＯＸ及び(Ca)
_ＯＸを求めた。次いで、これらの値と、通常の方法で分
析して得たｐｐｍ単位でのＣａ含有量とＯ（酸素）含有
量とから、有効Ｃａ濃度指数[Ca]eを求めた。

【００９８】又、上記の鏡面研磨したＬ断面を被検面と
して、倍率が２００倍の光学顕微鏡で１２視野観察し、
共晶状のＭｎＳ系硫化物の面積率を求めた。以下、倍率
が２００倍の光学顕微鏡で１２視野観察した場合の共晶
状のＭｎＳ系硫化物の面積率の平均値を単に「共晶状の
ＭｎＳ系硫化物の面積率」という。ここで、共晶状のＭ
ｎＳ系硫化物の面積率は、共晶状のＭｎＳ系硫化物の面
積を全硫化物の面積で割った値をいい、通常の画像処理
によって比較的容易に求めることができる。ここで、上
記の観察における延べ観察面積は約２．０ｍｍ^２ であ
る。

【００９９】なお、共晶状のＭｎＳ系硫化物は、コロニ
ー状のＭｎＳ系硫化物のことを指し、数個〜数十個のＭ
ｎＳ系硫化物が数１０〜３００μｍ程度の大きさのコロ
ニー状に集まるので、その分散状況から比較的容易に判
定できる。

【０１００】切り屑分断性は、旋削試験によって評価し
た。すなわち、潤滑は乾式として超硬工具Ｐ２０のチッ
プを使用し、２．０ｍｍの切り込み量、０．２５ｍｍ／
ｒｅｖの送り量、１３２ｍ／分の切削速度の条件で旋削
し、代表的な切り屑１０個あたりの質量を測定して切り
屑分断性を評価した。

【０１０１】上記各種の試験結果を図１及び図２に示
す。

【０１０２】図１は有効Ｃａ濃度指数[Ca]eと共晶状の
ＭｎＳ系硫化物の面積率との関係を示す図であり、図２
は、有効Ｃａ濃度指数[Ca]eと切り屑分断性との関係を
示す図である。なお、図２の縦軸では、切り屑１０個あ
たりの質量を「ｇ／１０ｐ」で表示した。

【０１０３】図１から、有効Ｃａ濃度指数[Ca]eが５ｐ
ｐｍ以下の場合に、共晶状のＭｎＳ系硫化物割合が増加
し、安定、且つ確実に共晶状のＭｎＳ系硫化物の面積率
が４０％以上となることが明らかである。更に、図２か
ら、有効Ｃａ濃度指数[Ca]eが５ｐｐｍ以下で安定、且
つ確実に切り屑分断性が向上して切り屑質量が低下する
ことも明らかである。したがって、前記の (1)式で表さ
れる有効Ｃａ濃度指数[Ca]eを５ｐｐｍ以下とした。

【０１０４】なお、有効Ｃａ濃度指数[Ca]eが１ｐｐｍ
以下の場合には、図１から、安定、且つ確実に共晶状の
ＭｎＳ系硫化物の面積率が８０％を上回ることが、更
に、図２から、安定、且つ確実に切り屑質量が一層低下
して切り屑分断性が向上することがわかる。したがっ
て、有効Ｃａ濃度指数 [Ca]eは１ｐｐｍ以下とすること
が望ましい。

【０１０５】次に、条件（Ｂ）について説明する。

【０１０６】前記 (4)式中のＣａとＯは、通常の方法で
分析されるＣａ含有量とＯ（酸素）含有量である。又、
酸化物系介在物中に含まれるＭｎＯの割合は、ＥＤＸな
どの分析装置によって求められる「酸化物系介在物の質
量を１」とした場合の、「ＭｎＯの割合」を指す。

【０１０７】上記の「酸化物系介在物中に含まれるＭｎ
Ｏの割合」は、既に述べた (1)式中の(O)_ＯＸ及び(Ca)
_ＯＸと同様に、下記の要領で求めることができる。

【０１０８】すなわち、例えばＥＤＸを用いて、観察さ
れた酸化物系介在物中の点、又は、その介在物の約１／
４の面積を被覆する面に電子線を照射して、その介在物
中に含まれる酸化物を構成する元素の濃度を測定する。
これを化学量論的組成を仮定した酸化物組成に換算し
て、酸化物系介在物中に含まれるＭｎＯの割合を求めれ
ばよい。ここで、酸化物系介在物の組成は、多少のバラ
ツキを有するものであるが、無作為に抽出した１０〜３
０個程度の酸化物系介在物の平均組成を採用し、これか
らＭｎＯの割合を求めればよい。

【０１０９】以下、酸化物系介在物中に含まれるＭｎＯ
の割合を０．０５以下に制限するとともにＣａ／Ｏの値
を０．８以下に制限する理由について詳細に説明する。

【０１１０】本願発明者らは、表１に示す化学組成の鋼
を３トン大気溶解炉を用いて溶製した。すなわち、JIS
G 4051に記載のＳ４８Ｃの基本組成にＳを添加した鋼を
溶解し、３ｔ鋼塊を作製した。

【０１１１】表１に記載の鋼のうち、鋼MC1〜MC3は通常
のＰｂ快削鋼である。なお、鋼MA1〜MB10については、
Ａｌ、Ｓｉ及びＭｎの添加量を調整することによってＯ
（酸素）の含有量を調整し、又、鋳型に注入する直前に
ＣａＳｉ合金鉄を添加し、その添加量を変化させること
でＣａ含有量を調整した。

【０１１２】

【表１】

【０１１３】次いで、これらの鋼を１５２３Ｋに加熱し
た後、１２７３Ｋ以上で仕上げる熱間圧延を行って直径
８０ｍｍの丸棒を作製した。なお、上記熱間圧延におけ
る減面率は約９７％であった。

【０１１４】次いで、上記の丸棒に１１５３Ｋに加熱後
２時間保持の焼ならし処理を施した。

【０１１５】このようにして得た丸棒を用いて、共晶状
のＭｎＳ系硫化物の面積率、酸化物系介在物中に含まれ
るＭｎＯの割合、切り屑分断性及び工具寿命を調査し
た。なお、鋼MC1〜MC3は通常のＰｂ快削鋼であり、Ｃａ
を添加していない。このため、鋼MC1〜MC3については、
共晶状のＭｎＳ系硫化物の面積率、及び酸化物系介在物
中に含まれるＭｎＯの割合の調査は行わなかった。

【０１１６】上記の直径が８０ｍｍの丸棒からＬ断面を
被検面とする試験片を作製して鏡面研磨した後、既に述
べたＥＤＸを用いる通常の方法によって酸化物系介在物
中に含まれるＭｎＯの割合を求めた。

【０１１７】又、上記の鏡面研磨したＬ断面を被検面と
して、倍率が２００倍の光学顕微鏡で１２視野観察し、
共晶状のＭｎＳ系硫化物の面積率を求めた。なお、既に
述べたように、共晶状のＭｎＳ系硫化物の面積率は、共
晶状のＭｎＳ系硫化物の面積を全硫化物の面積で割った
値をいい、通常の画像処理によって比較的容易に求める
ことができる。

【０１１８】切り屑分断性は、旋削試験によって評価し
た。すなわち、潤滑は乾式として超硬工具Ｐ２０のチッ
プを使用し、２．０ｍｍの切り込み量、０．２５ｍｍ／
ｒｅｖの送り量、１６０ｍ／分の切削速度の条件で旋削
し、代表的な切り屑１０個あたりの質量を測定して切り
屑分断性を評価した。又、上記の条件で旋削した場合の
工具寿命を調査した。ここで、逃げ面摩耗が０．２ｍｍ
となるまでの時間を工具寿命と規定した。

【０１１９】上記各種の試験結果を表２に示す。

【０１２０】

【表２】

【０１２１】図３は、表１の鋼MA1〜MA10及び鋼MB1〜MB
10について、共晶状のＭｎＳ系硫化物の面積率と切り屑
分断性との関係を整理した図である。この図３には比較
のために、鋼MC1〜MC3の切り屑質量のラインを記載し
た。なお、図３の縦軸では、切り屑１０個あたりの質量
を「ｇ／１０ｐ」で表示した。既に述べたように、横軸
の共晶状のＭｎＳ系硫化物の面積率は、倍率が２００倍
の光学顕微鏡で１２視野観察した場合の共晶状のＭｎＳ
系硫化物の面積率の平均値を指す。

【０１２２】図３から、共晶状のＭｎＳ系硫化物の面積
率の増加とともに切り屑分断性が向上することがわか
る。そして、この図３と表２から、共晶状のＭｎＳ系硫
化物の面積率が４０％以上の場合に、０．０５％のＰｂ
を含有する快削鋼（鋼MC1）と同等の切り屑分断性が得
られ、共晶状のＭｎＳ系硫化物の面積率が８０％以上の
場合に、０．１４〜０．２５％のＰｂを含む快削鋼（鋼
MC2及び鋼MC3）と同等の切り屑分断性が得られることが
明らかである。

【０１２３】図４は、鋼MC1〜MC3のＰｂ快削鋼を除いた
鋼について、酸化物系介在物中に含まれるＭｎＯの割合
とＣａ／Ｏの値とが共晶状のＭｎＳ系硫化物の面積率に
及ぼす影響を示す図である。なお、この図４の縦軸は
「酸化物中のＭｎＯの割合」と表示し、又、共晶状のＭ
ｎＳ系硫化物の面積率が４０％以上である場合を「○」
印で、４０％を下回る場合を「●」で表した。

【０１２４】図４から、Ｃａ／Ｏの値が０．８以下、且
つ、酸化物系介在物中に含まれるＭｎＯの割合が０．０
５以下の場合に、安定、且つ確実に、共晶状のＭｎＳ系
硫化物の面積率が４０％以上になることがわかる。

【０１２５】Ｃａ／Ｏの値が０．８を超えると、硫化物
中にＣａが固溶し始め、その結果、Ｃａを固溶したＣａ
Ｓなどの硫化物が形成されやすくなる。このＣａを固溶
した硫化物は共晶状のＭｎＳ系硫化物よりも高い温度で
晶出し、鋳片の凝固組織とは無関係に点在する孤立状の
硫化物となるので、共晶状のＭｎＳ系硫化物の面積率の
低下を招くと考えられる。

【０１２６】酸化物系介在物中に含まれるＭｎＯの割合
が０．０５を超えると、ＭｎＯを多く含む硫化物が形成
され、この硫化物も前記のＣａを固溶した硫化物と同様
に共晶状のＭｎＳ系硫化物よりも高い温度で晶出し、鋳
片の凝固組織とは無関係に点在する孤立状の硫化物とな
る。したがって、共晶状のＭｎＳ系硫化物の面積率の低
下を招くと考えられる。

【０１２７】図５は、鋼MC1〜MC3のＰｂ快削鋼を除いた
鋼について、図３と図４の結果をまとめたもので、酸化
物系介在物中に含まれるＭｎＯの割合とＣａ／Ｏの値と
が切り屑分断性に及ぼす影響を示す図である。この図５
においては、切り屑１０個あたりの質量が２０ｇ以下を
満足する場合を「○」印で表し、切り屑１０個あたりの
質量が２０ｇを超える場合を「●」で表示した。

【０１２８】上記の図５は、Ｃａ／Ｏの値が０．８以
下、且つ、酸化物系介在物中に含まれるＭｎＯの割合が
０．０５以下を満足する場合に、安定、且つ確実に、共
晶状のＭｎＳ系硫化物の面積率が４０％以上になって、
その結果、目標とする切り屑分断性が得られること、つ
まり所定の条件で旋削した場合に、代表的な切り屑１０
個あたりの質量が２０ｇ以下を満足することを示すもの
である。

【０１２９】上記のことから、本発明においては、Ｃａ
／Ｏの値を０．８以下、且つ、酸化物系介在物中に含ま
れるＭｎＯの割合を０．０５以下とした。

【０１３０】なお、表２から明らかなように、表１の化
学組成を有する鋼MA1〜MB10の場合、工具寿命は何れも
１５分以上で目標に達していた。

【０１３１】既に述べたように、（１）〜（４）の発明
の鋼は、前述の化学組成を有するとともに、前記（Ａ）
の条件を満足することによって、安定、且つ確実に、面
積率で４０％以上の共晶状のＭｎＳ系硫化物を生成、分
散させることができ、これによって高い切り屑分断性を
有するものとなる。

【０１３２】（６）〜（９）の発明の鋼は、前述の化学
組成を有するとともに、前記（Ｂ）の条件を満足するこ
とによって、安定、且つ確実に、共晶状のＭｎＳ系硫化
物の面積率が安定して４０％以上になり、高い切り屑分
断性を有するものとなる。

【０１３３】（１０）の発明は（１）〜（４）の発明に
おけるＣａの含有量と不純物中のＯ（酸素）の含有量を
厳しく制限することによって、一層安定、且つ確実に、
高い切り屑分断性を有するものとなる。又、（１１）の
発明は（６）〜（９）の発明における不純物中のＯの含
有量を（したがって、（４）式からＣａの含有量も同時
に）厳しく制限することによって、一層安定、且つ確実
に、高い切り屑分断性を有するものとなる。

【０１３４】次に、前記（５）の発明について説明す
る。

【０１３５】（５）の発明の製造方法においては、Ｃａ
を除く化学組成が（１）〜（４）の発明のいずれかを満
たすものである溶鋼中に、前記 (2)式で表される撹拌動
力εが６０Ｗ／ｔ以下となる条件で溶鋼を撹拌しつつ、
前記 (3)式で表されるＡの値が２０以下となる条件でＣ
ａを添加した後、連続鋳造する。

【０１３６】この（５）の発明は、本願発明者らが行っ
た前記の溶鋼１トン当たりの撹拌動力εとＯ（酸素）含
有量との関係及び、前記 (3)式で表されるＡの値と(1)
式で表される有効Ｃａ濃度指数[Ca]eとの関係を把握す
るために行った下記の実験結果に基づいて得られたもの
であり、大型設備を用いた場合にも比較的容易に前記
（１）〜（４）の発明に係る機械構造用鋼を製造するこ
とができる１つの好ましい態様である。

【０１３７】すなわち、本願発明者らは、Ｃ、Ｓｉ、Ｍ
ｎ、Ｓ、Ｐ、Ｎ及びＡｌの含有量がそれぞれ、０．３５
〜０．５５％、０．１５〜０．２０％、０．６〜０．８
％、０．０４〜０．０６％、０．０１５〜０．０２％、
０．０１２〜０．０２０％及び０．００１〜０．００５
％である７０〜７２トンの溶鋼を用いて、これを取鍋底
部に設けたポーラスプラグからＡｒガスによって撹拌し
つつ、Ｃａ純分計算で溶鋼１トン当たり８０〜４００ｇ
のＣａＳｉ合金鉄を添加する実験を行った。

【０１３８】なお、上記の実験において、溶鋼温度は、
１８２３〜１９２３Ｋの範囲、Ａｒガス撹拌時間は１２
００〜３６００秒の範囲で行い、撹拌末期の約６００秒
間にＣａＳｉ合金鉄を添加するＣａ処理を行った。

【０１３９】図６は、前記の撹拌動力εとＯ（酸素）含
有量との関係を示す図である。

【０１４０】この図６から、 (2)式で表される撹拌動力
εが６０Ｗ／ｔを超えると、Ｏ（酸素）含有量が０．０
１２５％を上回り、機械構造用鋼として要求される清浄
度を満たすことができない場合があることがわかった。
したがって、 (2)式で表される撹拌動力εを６０Ｗ／ｔ
以下とした。なお、 (2)式で表される撹拌動力εを５５
Ｗ／ｔ以下とすれば、Ｏ含有量を安定且つ確実に０．０
０６％以下にすることができる。

【０１４１】図７は、上記の撹拌動力εが６０Ｗ／ｔ以
下の条件でＣａＳｉ合金鉄を添加した場合における、
(3)式で表されるＡの値と(1)式で表される有効Ｃａ濃度
指数[Ca]eとの関係を示す図である。なお、この実験で
は、タンディッシュ内の溶鋼を鉄ボンブで採取して化学
組成の分析に供するとともに、上記鉄ボンブ試料中の酸
化物系介在物を前述したＥＤＸを用いて観察、分析し、
酸化物系介在物に含まれるＯ（酸素）とＣａの割合、つ
まり(O)_ＯＸと(Ca)_ＯＸを求め、前記の(1)式から有効Ｃ
ａ濃度指数[Ca]eを算出した。

【０１４２】この図７から、 (3)式で表されるＡの値が
２０以下の場合、安定且つ確実に、有効Ｃａ濃度指数[C
a]eを５ｐｐｍ以下にできることがわかる。したがっ
て、 (3)式で表されるＡの値を２０以下とした。

【０１４３】上記（５）の発明の方法によって、大型設
備を用いた場合にも比較的容易に前記（１）〜（４）の
発明に係る機械構造用鋼を製造することができる。

【０１４４】なお、前述の（６）〜（９）の発明に係る
機械構造用鋼は、例えば次に示すように、製鋼炉から出
鋼した後の取鍋精錬段階でいわゆる「スラグ−メタル反
応」を利用した脱酸制御としての下記２つの条件を満足
させることによって製造することができる。

【０１４５】１つの条件は、取鍋精錬末期のＣａＳｉ合
金鉄などの添加によるＣａ処理を行う前段階での脱酸制
御である。つまり、脱酸元素であるＳｉ及びＭｎ、場合
によっては更にＡｌが含有されており、且つ、取鍋スラ
グ中のＦｅとＭｎＯの合計含有量が５％以下、鋼中のＯ
（酸素）含有量が０．０１２５％以下、好ましくは０．
０１０％以下、より好ましくは０．００６％以下に精錬
がなされている状態で、前記のＣａＳｉ合金鉄などを添
加してＣａ含有量を所定の範囲になるようにすること
で、Ｃａ／Ｏの値を安定して０．８以下にすることがで
きる。

【０１４６】もう１つの条件は、大型の製鋼炉を用いた
場合に特に留意すべき事柄で、製鋼炉から出鋼した際の
脱酸制御である。つまり、製鋼炉から出鋼した際に、Ｓ
ｉ、Ｍｎ及びＡｌなどの脱酸剤の添加量を調整して、取
鍋精錬初期の段階における鋼中のＯ（酸素）含有量を
０．０１２５％以下、好ましくは０．０１０％以下、よ
り好ましくは０．００６％以下になるようにしておけ
ば、取鍋精錬の初期から酸化物系介在物中のＭｎＯの割
合を低くすることができ、これによって、酸化物系介在
物中のＭｎＯの割合を安定して０．０５以下にすること
ができる。

【０１４７】

【実施例】次に実施例によって本発明をより具体的に説
明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はない。

【０１４８】（実施例１）雰囲気調整可能な高周波誘導
炉を用いて、表３に示す化学組成の鋼の１５０ｋｇ鋼塊
を作製した。すなわち、不活性ガス雰囲気下において、
１８２３〜１８７３Ｋの温度で溶解して合金成分を調整
した後、酸化鉄及びＣａＳｉ合金鉄のワイヤーを添加す
るとともにＡｒガスで撹拌してＯ（酸素）含有量及びＣ
ａ含有量を調整し、次いで鋳型に注入して凝固させ、直
径が約２２０ｍｍ径の丸形鋼塊とした。

【０１４９】次に、上記の鋼塊を１４７３Ｋに加熱し、
１２７３Ｋ以上で仕上げる熱間鍛造を行って直径が５７
ｍｍの丸棒を作製した。熱間鍛造後の冷却は大気中放冷
とした。

【０１５０】

【表３】

【０１５１】このようにして得た各鋼の丸棒を用いて、
有効Ｃａ濃度指数[Ca]e及び切り屑分断性を調査した。

【０１５２】すなわち、上記の直径が５７ｍｍの丸棒か
らＬ断面を被検面とする試験片を作製して鏡面研磨した
後、既に述べたＥＤＸを用いる通常の方法によって(O)
_ＯＸ及び(Ca)_ＯＸを求めた。次いで、これらの値と、ｐ
ｐｍ単位でのＣａ含有量とＯ（酸素）含有量とから、有
効Ｃａ濃度指数[Ca]eを求めた。

【０１５３】切り屑分断性は、旋削及びドリル加工によ
って評価した。

【０１５４】旋削による試験は、潤滑は乾式として超硬
工具Ｐ２０のチップを使用し、２．０ｍｍの切り込み
量、０．２５ｍｍ／ｒｅｖの送り量、１３２ｍ／分の切
削速度の条件で行い、代表的な切り屑１０個あたりの質
量を測定して切り屑分断性を評価した。

【０１５５】ドリル加工による試験は、潤滑剤としてJI
S K 2241で規定されるＷ１種の水溶性切削油剤（エマル
ジョン型）を使用し、通常の高速度鋼（ハイス）製の直
径が５ｍｍのドリルを用いて、０．１５ｍｍ／ｒｅｖの
送り量、１８．５ｍ／分の切削速度で深さ５０ｍｍの穴
を加工する条件で行い、代表的な切り屑１００個あたり
の質量を測定して切り屑分断性を評価した。

【０１５６】上記各種の試験結果を表４、図８及び図９
に示す。

【０１５７】

【表４】

【０１５８】図８は、有効Ｃａ濃度指数[Ca]eと旋削加
工における切り屑分断性との関係を示す図である。な
お、図８の縦軸では、切り屑１０個あたりの質量を「ｇ
／１０ｐ」で表示した。

【０１５９】図８から、種々のＳ含有量レベルの鋼を旋
削加工する場合、有効Ｃａ濃度指数[Ca]eを５ｐｐｍ以
下にすることにより、代表的な切り屑１０個あたりの質
量を安定、且つ確実に、２０ｇ以下にできることが明ら
かである。なお、有効Ｃａ濃度指数 [Ca]eを１ｐｐｍ以
下にすることによって、切り屑１０個あたりの質量は１
０ｇ程度まで減少し、一層良好な切り屑分断性を示すこ
とも明らかである。

【０１６０】図９は、有効Ｃａ濃度指数[Ca]eとドリル
加工における切り屑分断性との関係を示す図である。な
お、図９の縦軸では、切り屑１００個あたりの質量を
「ｇ／１００ｐ」で表示した。

【０１６１】図９から、有効Ｃａ濃度指数[Ca]eを５ｐ
ｐｍ以下にすることにより、代表的な切り屑１００個あ
たりの質量を安定、且つ確実に、１．３ｇ以下にでき、
ドリル加工の場合にも良好な切り屑分断性が得られるこ
とが明らかである。なお、有効Ｃａ濃度指数 [Ca]eを１
ｐｐｍ以下にすることによって、切り屑１００個あたり
の質量は１．０ｇ以下になり、一層良好な切り屑分断性
を示すことも明らかである。

【０１６２】なお、有効Ｃａ濃度指数[Ca]eが５ｐｐｍ
以下の場合、十分な工具寿命が確保されていることを確
認した。

【０１６３】（実施例２）雰囲気調整可能な高周波誘導
炉を用いて、表５に示す化学組成の鋼の１５０ｋｇ鋼塊
を作製し、直径が５７ｍｍの丸棒を得た。なお、製造方
法は、前記実施例１の場合と同様である。

【０１６４】

【表５】

【０１６５】このようにして得た各鋼の丸棒を用いて、
前記実施例１に記載した方法によって、有効Ｃａ濃度指
数[Ca]e及び切り屑分断性を調査した。

【０１６６】表６に、既に述べたＥＤＸを用いる通常の
方法によって求めた(O)_ＯＸ及び(Ca)_ＯＸの値、有効Ｃ
ａ濃度指数[Ca]eを示す。同表には、旋削及びドリル加
工によって評価した切り屑分断性、つまり、前記した条
件で旋削した場合の代表的な切り屑１０個あたりの質量
及びドリル加工した場合の代表的な切り屑１００個あた
りの質量も示した。

【０１６７】

【表６】

【０１６８】有効Ｃａ濃度指数[Ca]eと切り屑分断性と
の関係を図１０及び１１に示す。なお、図１０の縦軸で
は、切り屑１０個あたりの質量を「ｇ／１０ｐ」で、
又、図１１の縦軸では、切り屑１００個あたりの質量を
「ｇ／１００ｐ」で表示した。

【０１６９】上記の各図から、有効Ｃａ濃度指数[Ca]e
を５ｐｐｍ以下にすることにより、安定、且つ確実に、
良好な切り屑分断性が確保できることが明らかである。

【０１７０】すなわち、有効Ｃａ濃度指数[Ca]eと旋削
加工における切り屑分断性との関係を示す図１０から、
有効Ｃａ濃度指数[Ca]eを５ｐｐｍ以下にすることによ
り、安定、且つ確実に、代表的な切り屑１０個あたりの
質量を２０ｇ以下にできるので、良好な切り屑分断性が
得られ、特に、有効Ｃａ濃度指数 [Ca]eを１ｐｐｍ以下
にすることによって、切り屑１０個あたりの質量は１０
ｇ程度まで減少し、一層良好な切り屑分断性を示すこと
が明らかである。

【０１７１】又、有効Ｃａ濃度指数[Ca]eとドリル加工
における切り屑分断性との関係を示す図１１から、有効
Ｃａ濃度指数[Ca]eを５ｐｐｍ以下にすることにより、
安定、且つ確実に、代表的な切り屑１００個あたりの質
量が１．３ｇ以下を満足するようになるので、ドリル加
工の場合にも良好な切り屑分断性が得られることが明ら
かで、特に、有効Ｃａ濃度指数 [Ca]eを１ｐｐｍ以下に
することによって、切り屑１００個あたりの質量は１．
０ｇ以下になり、一層良好な切り屑分断性を示すことが
明らかである。

【０１７２】なお、実施例１の場合と同様に、有効Ｃａ
濃度指数[Ca]eが５ｐｐｍ以下の場合、十分な工具寿命
が確保されていることを確認した。

【０１７３】（実施例３）雰囲気調整可能な高周波誘導
炉を用いて、表７に示す化学組成の鋼の１５０ｋｇ鋼塊
を作製し、直径が５７ｍｍの丸棒を得た。なお、製造方
法は、前記実施例１及び２の場合と同様である。

【０１７４】

【表７】

【０１７５】このようにして得た各鋼の丸棒を用いて、
前記実施例１及び２に記載した方法によって、有効Ｃａ
濃度指数[Ca]e及び切り屑分断性を調査した。

【０１７６】表８に、既に述べたＥＤＸを用いる通常の
方法によって求めた(O)_ＯＸ及び(Ca)_ＯＸの値、有効Ｃ
ａ濃度指数[Ca]eを示す。同表には、旋削及びドリル加
工によって評価した切り屑分断性、つまり、前記した条
件で旋削した場合の代表的な切り屑１０個あたりの質量
及びドリル加工した場合の代表的な切り屑１００個あた
りの質量も示した。

【０１７７】

【表８】

【０１７８】有効Ｃａ濃度指数[Ca]eと切り屑分断性と
の関係を図１２及び１３に示す。なお、図１２の縦軸で
は、切り屑１０個あたりの質量を「ｇ／１０ｐ」で、
又、図１３の縦軸では、切り屑１００個あたりの質量を
「ｇ／１００ｐ」で表示した。

【０１７９】上記の各図から、有効Ｃａ濃度指数[Ca]e
を５ｐｐｍ以下にすることにより、安定、且つ確実に、
良好な切り屑分断性が確保できることが明らかである。

【０１８０】すなわち、有効Ｃａ濃度指数[Ca]eと旋削
加工における切り屑分断性との関係を示す図１２から、
有効Ｃａ濃度指数[Ca]eを５ｐｐｍ以下にすることによ
り、安定、且つ確実に、代表的な切り屑１０個あたりの
質量が２０ｇ以下を満足するようになるので良好な切り
屑分断性が得られ、特に、有効Ｃａ濃度指数 [Ca]eを１
ｐｐｍ以下にすることによって、切り屑１０個あたりの
質量は１０ｇ程度まで減少し、一層良好な切り屑分断性
を示すことが明らかである。

【０１８１】又、有効Ｃａ濃度指数[Ca]eとドリル加工
における切り屑分断性との関係を示す図１３から、有効
Ｃａ濃度指数[Ca]eを５ｐｐｍ以下にすることにより、
安定、且つ確実に、代表的な切り屑１００個あたりの質
量を１．３ｇ以下にできるので、ドリル加工の場合にも
良好な切り屑分断性が得られることが明らかで、特に、
有効Ｃａ濃度指数 [Ca]eを１ｐｐｍ以下にすることによ
って、切り屑１００個あたりの質量は１．０ｇ以下にな
り、一層良好な切り屑分断性を示すことが明らかであ
る。

【０１８２】なお、実施例１及び２の場合と同様に、有
効Ｃａ濃度指数[Ca]eが５ｐｐｍ以下の場合、十分な工
具寿命が確保されていることを確認した。

【０１８３】（実施例４）７０ｔ（トン）の溶鋼を、転
炉−二次精錬−連続鋳造の工程で処理し、Ｃ、Ｓｉ、Ｍ
ｎ、Ｓ、Ｐ、Ｎ、Ａｌ及びＣｒの含有量がそれぞれ、
０．５３％、０．２２％、０．７５％、０．０５％、
０．０２％、０．０１７％、０．００２％及び０．１％
である機械構造用鋼を作製した。

【０１８４】なお、転炉から取鍋に出鋼する際に、Ｃ、
Ｓｉ、Ｍｎ、Ｓ、Ｐ、Ｎ及びＣｒの成分調整を行い、除
滓及び造滓剤の添加を行った後、取鍋をアーク加熱設備
を有するポーラスガス撹拌が可能な二次精錬工程に搬送
し、アーク加熱による昇熱とＡｒガスによるガス撹拌を
適宜行い、更に、成分調整を行った。次いで、所定のＣ
ａ含有量になるようにＣａＳｉ合金鉄のワイヤーを添加
し、２分間の撹拌を行って二次精錬を終了した。この際
の溶鋼のガス撹拌条件及びＣａ添加条件を表９に示す。

【０１８５】

【表９】

【０１８６】二次精錬後の溶鋼は通常の方法で連続鋳造
して４２０ｍｍ×３２０ｍｍの鋳片とし、その後、通常
の方法による分塊圧延と熱間鍛造を施し、直径８０ｍｍ
の丸棒とした。なお、熱間鍛造時の加熱温度は１４７３
Ｋで、鍛造仕上げ温度は１２７３Ｋ以上とした。熱間鍛
造後の冷却は大気中放冷とした。

【０１８７】上記のようにして得た直径が８０ｍｍの丸
棒を用いて、有効Ｃａ濃度指数[Ca]eを調査した。

【０１８８】すなわち、上記の丸棒からＬ断面を被検面
とする試験片を作製して鏡面研磨した後、既に述べたＥ
ＤＸを用いる通常の方法によって(O)_ＯＸ及び(Ca)_ＯＸ
を求めた。次いで、これらの値と、ｐｐｍ単位でのＣａ
含有量とＯ（酸素）含有量とから、有効Ｃａ濃度指数[C
a]eを求めた。

【０１８９】表１０に、上記有効Ｃａ濃度指数[Ca]eの
調査結果を示す。なお、表１０にはｐｐｍ単位でのＯ
（酸素）含有量とＣａ含有量、すなわち、T.[O]とT.[C
a]も併せて示した。

【０１９０】

【表１０】

【０１９１】表９に示すように、本発明例と比較例にお
ける溶鋼の撹拌動力εの値は、それぞれ３２Ｗ／ｔと１
７Ｗ／ｔで、（５）の発明で規定する範囲内にあった。
一方、前記 (3)式で表されるＡ値は、本発明例の場合が
７．８で（５）の発明で規定する範囲内であるのに対
し、比較例の場合には２３．５と高く、（５）の発明で
規定する範囲から外れるものであった。

【０１９２】このため、表１０から明らかなように、本
発明例の場合には、有効Ｃａ濃度指数[Ca]e は−３ｐｐ
ｍであった。一方、比較例の場合には、有効Ｃａ濃度指
数[Ca]e は５．１ｐｐｍであった。

【０１９３】（実施例５）表１１及び表１２に示す化学
組成の鋼を３トン大気溶解炉を用いて溶製し、３ｔ鋼塊
を作製した。なお、Ａｌ、Ｓｉ及びＭｎの添加量を調整
することによってＯ（酸素）の含有量を調整し、又、鋳
型に注入する直前にＣａＳｉ合金鉄を添加し、その添加
量を変化させることでＣａ含有量を調整した。

【０１９４】

【表１１】

【０１９５】

【表１２】

【０１９６】次いで、これらの鋼を１５２３Ｋに加熱し
てから１２７３Ｋで仕上げる熱間圧延を行って直径８０
ｍｍの丸棒を作製した。次いで、上記の各丸棒に１１５
３Ｋに加熱後２時間保持の焼ならし処理を施した。

【０１９７】このようにして得られた各鋼の丸棒を用い
て、共晶状のＭｎＳ系硫化物の面積率、酸化物系介在物
中に含まれるＭｎＯの割合、切り屑分断性及び工具寿命
を調査した。

【０１９８】すなわち、上記の直径が８０ｍｍの丸棒か
らＬ断面を被検面とする試験片を作製して鏡面研磨した
後、既に述べたＥＤＸを用いる通常の方法によって酸化
物系介在物中に含まれるＭｎＯの割合を求めた。

【０１９９】又、上記の鏡面研磨したＬ断面を被検面と
して、倍率が２００倍の光学顕微鏡で１２視野観察し、
共晶状のＭｎＳ系硫化物の面積率を求めた。

【０２００】切り屑分断性は、旋削試験によって評価し
た。すなわち、潤滑は乾式として超硬工具Ｐ２０のチッ
プを使用し、２．０ｍｍの切り込み量、０．２５ｍｍ／
ｒｅｖの送り量、１６０ｍ／分の切削速度の条件で旋削
し、代表的な切り屑１０個あたりの質量を測定して切り
屑分断性を評価した。又、上記の条件で旋削した場合の
工具寿命を調査した。ここで、逃げ面摩耗が０．２ｍｍ
となるまでの時間を工具寿命と規定した。

【０２０１】上記各種の試験結果を表１３に示す。図１
４は、酸化物系介在物中に含まれるＭｎＯの割合とＣａ
／Ｏの値とが切り屑切断性に及ぼす影響を示す図であ
る。なお、この図１４の縦軸では、酸化物系介在物中に
含まれるＭｎＯの割合を「酸化物中のＭｎＯの割合」と
表示した。又、切り屑１０個あたりの質量が２０ｇ以下
を満足する場合に「○」印で、切り屑１０個あたりの質
量が２０ｇを超えて目標に未達である場合に「●」でプ
ロットした。

【０２０２】

【表１３】

【０２０３】表１３、及び酸化物系介在物中に含まれる
ＭｎＯの割合とＣａ／Ｏの値とが切り屑分断性に及ぼす
影響を示す図１４から、Ｃａ／Ｏの値が０．８以下、且
つ、酸化物系介在物中に含まれるＭｎＯの割合が０．０
５以下を満足する場合、切り屑１０個あたりの質量は２
０ｇ以下で、良好な切り屑分断性を有することが明らか
である。なお、この場合、工具寿命は１５分以上で目標
を達成していることを確認した。

【０２０４】

【発明の効果】本発明の機械構造用鋼は被削性、特に、
自動加工ラインで要求される切り屑分断性に優れるとと
もに超硬工具を用いた切削加工での工具寿命にも優れる
ので、産業用機械、建設用機械、自動車をはじめとする
輸送用機械など各種機械構造部品の素材として利用する
ことができる。更に、本発明の機械構造用鋼は実質的に
Ｐｂを含まないので、地球環境に優しい鋼として好適で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】有効Ｃａ濃度指数[Ca]eと共晶状のＭｎＳ系硫
化物の面積率との関係を示す図である。

【図２】有効Ｃａ濃度指数[Ca]eと切り屑分断性との関
係を示す図である。

【図３】共晶状のＭｎＳ系硫化物の面積率と切り屑分断
性との関係を示す図である。

【図４】酸化物系介在物中に含まれるＭｎＯの割合とＣ
ａ／Ｏの値とが共晶状のＭｎＳ系硫化物の面積率に及ぼ
す影響を示す図である。

【図５】酸化物系介在物中に含まれるＭｎＯの割合とＣ
ａ／Ｏの値とが切り屑分断性に及ぼす影響を示す図であ
る。

【図６】溶鋼１トン当たりの溶鋼の撹拌動力εと溶鋼中
に含まれる全Ｏ（酸素）含有量との関係を示す図であ
る。

【図７】(2)式で表される撹拌動力εが６０Ｗ／ｔ以下
の条件でＣａＳｉ合金鉄を添加した場合における、(3)
式で表されるＡの値と(1)式で表される有効Ｃａ濃度指
数[Ca]eとの関係を示す図である。

【図８】有効Ｃａ濃度指数[Ca]eと旋削加工における切
り屑分断性との関係を示す図である。

【図９】有効Ｃａ濃度指数[Ca]eとドリル加工における
切り屑分断性との関係を示す図である。

【図１０】有効Ｃａ濃度指数[Ca]eと旋削加工における
切り屑分断性との関係を示す別の図である。

【図１１】有効Ｃａ濃度指数[Ca]eとドリル加工におけ
る切り屑分断性との関係を示す別の図である。

【図１２】有効Ｃａ濃度指数[Ca]eと旋削加工における
切り屑分断性との関係を示す更に別の図である。

【図１３】有効Ｃａ濃度指数[Ca]eとドリル加工におけ
る切り屑分断性との関係を示す更に別の図である。

【図１４】酸化物系介在物中に含まれるＭｎＯの割合と
Ｃａ／Ｏの値とが切り屑分断性に及ぼす影響を示す別の
図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ２２Ｄ 11/117 Ｂ２２Ｄ 11/117 Ｃ２１Ｃ 7/04 Ｃ２１Ｃ 7/04 Ｃ Ｃ２２Ｃ 38/06 Ｃ２２Ｃ 38/06 38/60 38/60 (72)発明者 加藤 徹 大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号 住友金属工業株式会社内 (72)発明者 渡里 宏二 大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号 住友金属工業株式会社内 (72)発明者 松井 直樹 大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号 住友金属工業株式会社内 (72)発明者 多比良 裕章 大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号 住友金属工業株式会社内 Ｆターム(参考） 4E004 JA10 MB08 MB14 MB20 NB04 NC01 4K013 AA06 BA14 CA02 CB01 CC01 CD04 EA25 EA28

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】質量％で、Ｃ：０．１〜０．６％、Ｓｉ：
   ０．０１〜２．０％、Ｍｎ：０．２〜２．０％、Ｓ：
   ０．００５〜０．２０％、Ｐ：０．１％以下、Ｃａ：
   ０．０００１〜０．０１％、Ｎ：０．００１〜０．０２
   ％及びＡｌ：０．１％以下を含有し、残部がＦｅ及び不
   純物からなり、下記 (1)式で表される有効Ｃａ濃度指数
   が５ｐｐｍ以下であることを特徴とする機械構造用鋼。 [Ca]e = T.[Ca]−（T.[O]／(O)_ＯＸ）×(Ca)_ＯＸ ・・・(1) 但し、(1)式中の記号の定義は下記のとおりである。 [Ca]e：有効Ｃａ濃度指数（質量ｐｐｍ）、 T.[Ca]：質量ｐｐｍ単位でのＣａの含有量、 T.[O]：質量ｐｐｍ単位でのＯ（酸素）の含有量、 (O)_ＯＸ：酸化物系介在物中に含まれるＯ（酸素）の割
   合、 (Ca)_ＯＸ：酸化物系介在物中に含まれるＣａの割合。
2. 【請求項２】質量％で、Ｃ：０．１〜０．６％、Ｓｉ：
   ０．０１〜２．０％、Ｍｎ：０．２〜２．０％、Ｓ：
   ０．００５〜０．２０％、Ｐ：０．１％以下、Ｃａ：
   ０．０００１〜０．０１％、Ｎ：０．００１〜０．０２
   ％及びＡｌ：０．１％以下を含み、更に、Ｔｉ：０．１
   ％以下、Ｃｒ：２．５％以下、Ｖ：０．５％以下、Ｍ
   ｏ：１．０％以下、Ｎｂ：０．１％以下、Ｃｕ：１．０
   ％以下及びＮｉ：２．０％以下から選択される１種以上
   を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなり、下記 (1)式
   で表される有効Ｃａ濃度指数が５ｐｐｍ以下であること
   を特徴とする機械構造用鋼。 [Ca]e = T.[Ca]−（T.[O]／(O)_ＯＸ）×(Ca)_ＯＸ ・・・(1) 但し、(1)式中の記号の定義は下記のとおりである。 [Ca]e：有効Ｃａ濃度指数（質量ｐｐｍ）、 T.[Ca]：質量ｐｐｍ単位でのＣａの含有量、 T.[O]：質量ｐｐｍ単位でのＯ（酸素）の含有量、 (O)_ＯＸ：酸化物系介在物中に含まれるＯ（酸素）の割
   合、 (Ca)_ＯＸ：酸化物系介在物中に含まれるＣａの割合。
3. 【請求項３】質量％で、Ｃ：０．１〜０．６％、Ｓｉ：
   ０．０１〜２．０％、Ｍｎ：０．２〜２．０％、Ｓ：
   ０．００５〜０．２０％、Ｐ：０．１％以下、Ｃａ：
   ０．０００１〜０．０１％、Ｎ：０．００１〜０．０２
   ％及びＡｌ：０．１％以下を含み、更に、Ｓｅ：０．０
   １％以下、Ｔｅ：０．０１％以下、Ｂｉ：０．１％以
   下、Ｍｇ：０．０１％以下及びＲＥＭ（希土類元素）：
   ０．０１％以下から選択される１種以上を含有し、残部
   がＦｅ及び不純物からなり、下記 (1)式で表される有効
   Ｃａ濃度指数が５ｐｐｍ以下であることを特徴とする機
   械構造用鋼。 [Ca]e = T.[Ca]−（T.[O]／(O)_ＯＸ）×(Ca)_ＯＸ ・・・(1) 但し、(1)式中の記号の定義は下記のとおりである。 [Ca]e：有効Ｃａ濃度指数（質量ｐｐｍ）、 T.[Ca]：質量ｐｐｍ単位でのＣａの含有量、 T.[O]：質量ｐｐｍ単位でのＯ（酸素）の含有量、 (O)_ＯＸ：酸化物系介在物中に含まれるＯ（酸素）の割
   合、 (Ca)_ＯＸ：酸化物系介在物中に含まれるＣａの割合。
4. 【請求項４】質量％で、Ｃ：０．１〜０．６％、Ｓｉ：
   ０．０１〜２．０％、Ｍｎ：０．２〜２．０％、Ｓ：
   ０．００５〜０．２０％、Ｐ：０．１％以下、Ｃａ：
   ０．０００１〜０．０１％、Ｎ：０．００１〜０．０２
   ％及びＡｌ：０．１％以下を含み、Ｔｉ：０．１％以
   下、Ｃｒ：２．５％以下、Ｖ：０．５％以下、Ｍｏ：
   １．０％以下、Ｎｂ：０．１％以下、Ｃｕ：１．０％以
   下及びＮｉ：２．０％以下から選択される１種以上を含
   有し、更に、Ｓｅ：０．０１％以下、Ｔｅ：０．０１％
   以下、Ｂｉ：０．１％以下、Ｍｇ：０．０１％以下及び
   ＲＥＭ（希土類元素）：０．０１％以下から選択される
   １種以上を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなり、下
   記 (1)式で表される有効Ｃａ濃度指数が５ｐｐｍ以下で
   あることを特徴とする機械構造用鋼。 [Ca]e = T.[Ca]−（T.[O]／(O)_ＯＸ）×(Ca)_ＯＸ ・・・(1) 但し、(1)式中の記号の定義は下記のとおりである。 [Ca]e：有効Ｃａ濃度指数（質量ｐｐｍ）、 T.[Ca]：質量ｐｐｍ単位でのＣａの含有量、 T.[O]：質量ｐｐｍ単位でのＯ（酸素）の含有量、 (O)_ＯＸ：酸化物系介在物中に含まれるＯ（酸素）の割
   合、 (Ca)_ＯＸ：酸化物系介在物中に含まれるＣａの割合。
5. 【請求項５】Ｃａ成分を除く化学組成が請求項１から４
   までのいずれかに記載されたものである溶鋼中に、下記
   (2)式で表される撹拌動力が６０Ｗ／ｔ以下となる条件
   で溶鋼を撹拌しつつ、下記 (3)式で表されるＡの値が２
   ０以下となる条件でＣａを添加した後、連続鋳造するこ
   とを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載の
   機械構造用鋼の製造方法。 ε＝(371×Q×T_Ｌ)/W_Ｌ×ln｛1＋(9.8×ρ×H)/P｝＋｛1−(T_Ｇ／T_Ｌ)｝・・ ・(2) Ａ＝α／ε・・・(3) 但し、(2)式及び(3)式中の記号の定義は下記のとおりで
   ある。 ε：溶鋼１トン当たりの撹拌動力（Ｗ／ｔ）、 Q：吹き込みガス量（ｍ^３ (Normal)／ｓ）、 T_Ｌ：溶鋼温度（Ｋ）、 W_Ｌ：溶鋼量（ｔ）、 ρ：溶鋼の密度（7×10^３ｋｇ／ｍ^３）、 H：ガス吹き込み深さ（ｍ）、 P：雰囲気圧力（Ｎ／ｍ^２）、 T_Ｇ：吹き込みガス温度（Ｋ）、 α：溶鋼１トン当たりに対するＣａ添加量（ｇ／ｔ）。
6. 【請求項６】質量％で、Ｃ：０．１〜０．６％、Ｓｉ：
   ０．０１〜２．０％、Ｍｎ：０．２〜２．０％、Ｓ：
   ０．００５〜０．２０％、Ｐ：０．１％以下、Ｃａ：
   ０．０００１〜０．０１％、Ｎ：０．００１〜０．０２
   ％及びＡｌ：０．１％以下を含み、残部がＦｅ及び不純
   物からなり、酸化物系介在物中に含まれるＭｎＯの割合
   が０．０５以下で、且つ、下記 (4)式を満足することを
   特徴とする機械構造用鋼。 Ｃａ／Ｏ≦０．８・・・(4) 但し、(4)式中の元素記号は、その元素の質量％での鋼
   中含有量を表す。
7. 【請求項７】質量％で、Ｃ：０．１〜０．６％、Ｓｉ：
   ０．０１〜２．０％、Ｍｎ：０．２〜２．０％、Ｓ：
   ０．００５〜０．２０％、Ｐ：０．１％以下、Ｃａ：
   ０．０００１〜０．０１％、Ｎ：０．００１〜０．０２
   ％及びＡｌ：０．１％以下を含み、更に、Ｔｉ：０．１
   ％以下、Ｃｒ：２．５％以下、Ｖ：０．５％以下、Ｍ
   ｏ：１．０％以下、Ｎｂ：０．１％以下、Ｃｕ：１．０
   ％以下及びＮｉ：２．０％以下から選択される１種以上
   を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなり、酸化物系介
   在物中に含まれるＭｎＯの割合が０．０５以下で、且
   つ、下記 (4)式を満足することを特徴とする機械構造用
   鋼。 Ｃａ／Ｏ≦０．８・・・(4) 但し、(4)式中の元素記号は、その元素の質量％での鋼
   中含有量を表す。
8. 【請求項８】質量％で、Ｃ：０．１〜０．６％、Ｓｉ：
   ０．０１〜２．０％、Ｍｎ：０．２〜２．０％、Ｓ：
   ０．００５〜０．２０％、Ｐ：０．１％以下、Ｃａ：
   ０．０００１〜０．０１％、Ｎ：０．００１〜０．０２
   ％及びＡｌ：０．１％以下を含み、更に、Ｓｅ：０．０
   １％以下、Ｔｅ：０．０１％以下、Ｂｉ：０．１％以
   下、Ｍｇ：０．０１％以下及びＲＥＭ（希土類元素）：
   ０．０１％以下から選択される１種以上を含有し、残部
   がＦｅ及び不純物からなり、酸化物系介在物中に含まれ
   るＭｎＯの割合が０．０５以下で、且つ、下記 (4)式を
   満足することを特徴とする機械構造用鋼。 Ｃａ／Ｏ≦０．８・・・(4) 但し、(4)式中の元素記号は、その元素の質量％での鋼
   中含有量を表す。
9. 【請求項９】質量％で、Ｃ：０．１〜０．６％、Ｓｉ：
   ０．０１〜２．０％、Ｍｎ：０．２〜２．０％、Ｓ：
   ０．００５〜０．２０％、Ｐ：０．１％以下、Ｃａ：
   ０．０００１〜０．０１％、Ｎ：０．００１〜０．０２
   ％及びＡｌ：０．１％以下を含み、Ｔｉ：０．１％以
   下、Ｃｒ：２．５％以下、Ｖ：０．５％以下、Ｍｏ：
   １．０％以下、Ｎｂ：０．１％以下、Ｃｕ：１．０％以
   下及びＮｉ：２．０％以下から選択される１種以上を含
   有し、更に、Ｓｅ：０．０１％以下、Ｔｅ：０．０１％
   以下、Ｂｉ：０．１％以下、Ｍｇ：０．０１％以下及び
   ＲＥＭ（希土類元素）：０．０１％以下から選択される
   １種以上を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなり、酸
   化物系介在物中に含まれるＭｎＯの割合が０．０５以下
   で、且つ、下記 (4)式を満足することを特徴とする機械
   構造用鋼。 Ｃａ／Ｏ≦０．８・・・(4) 但し、(4)式中の元素記号は、その元素の質量％での鋼
   中含有量を表す。
10. 【請求項１０】Ｃａが０．０００１〜０．００４８％
    で、且つ、不純物中のＯ（酸素）が０．００２〜０．０
    ０６％である請求項１から４までのいずれかに記載の機
    械構造用鋼。
11. 【請求項１１】不純物中のＯ（酸素）が０．００２〜
    ０．００６％である請求項６から９までのいずれかに記
    載の機械構造用鋼。