JP2003226934A - 被削性にすぐれた機械構造用鋼 - Google Patents
被削性にすぐれた機械構造用鋼Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 機械構造用鋼において、被削性に加えて、切
屑破砕性の高い快削鋼と、その製造方法を提供する。 【解決手段】 重量％で、Ｃ：０．０５〜０．８％、Ｓ
ｉ：０．０１〜２．５％、Ｍｎ：０．１〜３．５％、
Ｓ：０．０１〜０．２％、Ａｌ：０．００１〜０．０２
０％、Ｃａ：０．０００５〜０．０２％、Ｏ：０．００
０５〜０．０１％およびＮ：０．００１〜０．０４％を
含有し、残部が不可避の不純物およびＦｅからなる組成
の合金を溶製し、その際、特定の条件を満たす操業を行
なうことにより調整された脱酸を行ない、特定の「二重
構造介在物」を有する鋼を得たのち、Ｔｉ：０．００２
〜０．０２０％およびＺｒ：０．００２〜０．０４０％
の１種または２種を添加して、調整された脱酸後の鋼中
のＯとＴｉまたはＺｒとの反応により微細なＴｉ酸化物
またはＺｒ酸化物を形成させ、これらを含む複合酸化物
を核としてＭｎＳ介在物を析出させる。
屑破砕性の高い快削鋼と、その製造方法を提供する。 【解決手段】 重量％で、Ｃ：０．０５〜０．８％、Ｓ
ｉ：０．０１〜２．５％、Ｍｎ：０．１〜３．５％、
Ｓ：０．０１〜０．２％、Ａｌ：０．００１〜０．０２
０％、Ｃａ：０．０００５〜０．０２％、Ｏ：０．００
０５〜０．０１％およびＮ：０．００１〜０．０４％を
含有し、残部が不可避の不純物およびＦｅからなる組成
の合金を溶製し、その際、特定の条件を満たす操業を行
なうことにより調整された脱酸を行ない、特定の「二重
構造介在物」を有する鋼を得たのち、Ｔｉ：０．００２
〜０．０２０％およびＺｒ：０．００２〜０．０４０％
の１種または２種を添加して、調整された脱酸後の鋼中
のＯとＴｉまたはＺｒとの反応により微細なＴｉ酸化物
またはＺｒ酸化物を形成させ、これらを含む複合酸化物
を核としてＭｎＳ介在物を析出させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超硬工具による切
削を行なったときの被削性がすぐれ、かつ、切屑の破砕
性がよい機械構造用鋼と、その製造方法に関する。本発
明はまた、被削性および切屑破砕性に加えて、すぐれた
疲労強度および曲げ矯正性を示す機械構造用鋼と、その
製造方法にも関する。
削を行なったときの被削性がすぐれ、かつ、切屑の破砕
性がよい機械構造用鋼と、その製造方法に関する。本発
明はまた、被削性および切屑破砕性に加えて、すぐれた
疲労強度および曲げ矯正性を示す機械構造用鋼と、その
製造方法にも関する。
【０００２】本発明において、「二重構造介在物」の語
は、酸化物を主体とする介在物が芯となり、その周囲
を、硫化物を主体とする介在物が取囲んでいる構造の介
在物をいう。「工具寿命比」および「寿命比」の語は、
超硬工具による切削、とくに旋削において、同一のＳ含
有量をもつ在来のイオウ快削鋼の工具寿命と本発明の快
削鋼の工具寿命との比を意味する。ＭｎＳ介在物に関し
て、「微細に分散した」とは、在来の鋼中におけるＭｎ
Ｓ介在物よりは微細な粒であり、かつ、凝集あるいは集
中することなく、鋼中に平均的に分布している状態を意
味する。
は、酸化物を主体とする介在物が芯となり、その周囲
を、硫化物を主体とする介在物が取囲んでいる構造の介
在物をいう。「工具寿命比」および「寿命比」の語は、
超硬工具による切削、とくに旋削において、同一のＳ含
有量をもつ在来のイオウ快削鋼の工具寿命と本発明の快
削鋼の工具寿命との比を意味する。ＭｎＳ介在物に関し
て、「微細に分散した」とは、在来の鋼中におけるＭｎ
Ｓ介在物よりは微細な粒であり、かつ、凝集あるいは集
中することなく、鋼中に平均的に分布している状態を意
味する。
【０００３】
【従来の技術】被削性が高い機械構造用鋼に関する研究
は長年にわたって行なわれており、出願人もこれまでに
多数の提案をしてきた。最近のものとしては、特開平１
０−２８７９５３号「機械的性質とドリル穴あけ加工性
に優れた機械構造用鋼」が、ひとつの代表である。この
快削鋼は、ＣａＯを８〜６２％含むカルシウムアルミネ
ート酸化物介在物を内部に包み込んだ、長径／短径比が
５以下であるような紡錘型の、Ｃａを１％以上含むカル
シウム・マンガン硫化物介在物を含有することを特徴と
するものである。この発明は、すぐれた被削性を実現し
たが、実施に当たって、ときにより被削性にバラツキが
見られることが経験された。これは、カルシウム・マン
ガン硫化物介在物の存在形態が種々あり得るためと解さ
れる。
は長年にわたって行なわれており、出願人もこれまでに
多数の提案をしてきた。最近のものとしては、特開平１
０−２８７９５３号「機械的性質とドリル穴あけ加工性
に優れた機械構造用鋼」が、ひとつの代表である。この
快削鋼は、ＣａＯを８〜６２％含むカルシウムアルミネ
ート酸化物介在物を内部に包み込んだ、長径／短径比が
５以下であるような紡錘型の、Ｃａを１％以上含むカル
シウム・マンガン硫化物介在物を含有することを特徴と
するものである。この発明は、すぐれた被削性を実現し
たが、実施に当たって、ときにより被削性にバラツキが
見られることが経験された。これは、カルシウム・マン
ガン硫化物介在物の存在形態が種々あり得るためと解さ
れる。
【０００４】続いて出願人は、特開２０００−３４５３
８号「旋削加工性に優れた機械構造用鋼」において、Ｃ
ａ含有硫化物をＣａ含有量に従って三区分し、観察視野
の面積に占める面積率を、Ｃａ含有量が４０％を超える
ものをＡ、０．３〜４０％のものをＢ、０．３％未満の
ものをＣとするとき、Ａ／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）≦０．３、か
つＢ／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）≧０．１の条件を満たすとき、旋
削工具寿命が著しく延びることを開示した。
８号「旋削加工性に優れた機械構造用鋼」において、Ｃ
ａ含有硫化物をＣａ含有量に従って三区分し、観察視野
の面積に占める面積率を、Ｃａ含有量が４０％を超える
ものをＡ、０．３〜４０％のものをＢ、０．３％未満の
ものをＣとするとき、Ａ／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）≦０．３、か
つＢ／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）≧０．１の条件を満たすとき、旋
削工具寿命が著しく延びることを開示した。
【０００５】さらに研究を進めた出願人は、特開２００
０−２１９９３６号「快削鋼」に至って、介在物の存在
すべき個数を明らかにして、被削性のバラツキを軽減す
ることに成功した。この発明の鋼は、０．１〜１％のＣ
ａを含有する円相当直径５μｍ以上の硫化物を３．３mm
２当たり５個以上含有することを特徴とする。しかし、
被削性のバラツキに関して、なお改善の余地があった。
０−２１９９３６号「快削鋼」に至って、介在物の存在
すべき個数を明らかにして、被削性のバラツキを軽減す
ることに成功した。この発明の鋼は、０．１〜１％のＣ
ａを含有する円相当直径５μｍ以上の硫化物を３．３mm
２当たり５個以上含有することを特徴とする。しかし、
被削性のバラツキに関して、なお改善の余地があった。
【０００６】そこで出願人は、被削性のバラツキを改善
した機械構造用鋼であって、とくに超硬工具切削性が高
く、前記した工具寿命比にして５倍以上の被削性を達成
した快削鋼を開発して、これも提案した（特願２００１
−１７４６０６「超硬工具旋削性にすぐれた機械構造用
の快削鋼」）。この快削鋼は、介在物の存在形態に特徴
があって、「ＣａＯ含有量が８〜６２重量％の酸化物系
介在物と接して存在する、１．０重量％以上のＣａを含
有する硫化物系介在物の占有面積が、視野面積３．５mm
２当たり２．０×１０-4mm２以上」というのが、それで
ある。このような二重構造介在物の形態の代表的な例
を、上記特許出願に示した。
した機械構造用鋼であって、とくに超硬工具切削性が高
く、前記した工具寿命比にして５倍以上の被削性を達成
した快削鋼を開発して、これも提案した（特願２００１
−１７４６０６「超硬工具旋削性にすぐれた機械構造用
の快削鋼」）。この快削鋼は、介在物の存在形態に特徴
があって、「ＣａＯ含有量が８〜６２重量％の酸化物系
介在物と接して存在する、１．０重量％以上のＣａを含
有する硫化物系介在物の占有面積が、視野面積３．５mm
２当たり２．０×１０-4mm２以上」というのが、それで
ある。このような二重構造介在物の形態の代表的な例
を、上記特許出願に示した。
【０００７】上記のような二重構造介在物を確実に生成
させることができる製造方法は、鋼の溶製に当たり、下
記の条件を満たす操業を行なうことであって、これも上
記特許出願において開示した。 ［Ｓ］／［Ｏ］：８〜４０ ［Ｃａ］×［Ｓ］：１×１０-5〜１×１０-3 ［Ｃａ］／［Ｓ］：０．０１〜２０ かつ ［Ａｌ］：０．００１〜０．０２０％
させることができる製造方法は、鋼の溶製に当たり、下
記の条件を満たす操業を行なうことであって、これも上
記特許出願において開示した。 ［Ｓ］／［Ｏ］：８〜４０ ［Ｃａ］×［Ｓ］：１×１０-5〜１×１０-3 ［Ｃａ］／［Ｓ］：０．０１〜２０ かつ ［Ａｌ］：０．００１〜０．０２０％
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上述
した二重構造介在物の形態を利用することにより被削性
のバラツキを改善し、工具寿命比にして５倍以上の被削
性改善を可能にした機械構造用の快削鋼において、さら
なる改良を加え、切削屑の破砕性がよく、機械加工とく
に旋削に適した鋼を提供することにある。被削性および
切屑破砕性に加えて、すぐれた疲労強度および曲げ矯正
性を示す機械構造用の快削鋼を提供することも、本発明
の目的に含まれる。
した二重構造介在物の形態を利用することにより被削性
のバラツキを改善し、工具寿命比にして５倍以上の被削
性改善を可能にした機械構造用の快削鋼において、さら
なる改良を加え、切削屑の破砕性がよく、機械加工とく
に旋削に適した鋼を提供することにある。被削性および
切屑破砕性に加えて、すぐれた疲労強度および曲げ矯正
性を示す機械構造用の快削鋼を提供することも、本発明
の目的に含まれる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成する、
本発明の被削性にすぐれ、切屑破砕性のよい機械構造用
の快削鋼は、基本的な合金組成として、重量％で、Ｃ：
０．０５〜０．８％、Ｓｉ：０．０１〜２．５％、Ｍ
ｎ：０．１〜３．５％、Ｓ：０．０１〜０．２％、Ａ
ｌ：０．００１〜０．０２０％、Ｃａ：０．０００５〜
０．０２％、Ｏ：０．０００５〜０．０１％およびＮ：
０．００１〜０．０４％に加えてＴｉ：０．００２〜
０．０２０％およびＺｒ：０．００２〜０．０４０％の
１種または２種を含有し、残部が不可避の不純物および
Ｆｅからなる合金組成を有し、ＣａＯ含有量が０．２〜
６２重量％の酸化物系介在物と接して存在する、１．０
重量％以上のＣａを含有する硫化物系介在物の占有面積
が、視野面積３．５mm２当たり２．０×１０-4mm２以上
であり、ＭｎＳ介在物が微細に分散している機械構造用
鋼である。
本発明の被削性にすぐれ、切屑破砕性のよい機械構造用
の快削鋼は、基本的な合金組成として、重量％で、Ｃ：
０．０５〜０．８％、Ｓｉ：０．０１〜２．５％、Ｍ
ｎ：０．１〜３．５％、Ｓ：０．０１〜０．２％、Ａ
ｌ：０．００１〜０．０２０％、Ｃａ：０．０００５〜
０．０２％、Ｏ：０．０００５〜０．０１％およびＮ：
０．００１〜０．０４％に加えてＴｉ：０．００２〜
０．０２０％およびＺｒ：０．００２〜０．０４０％の
１種または２種を含有し、残部が不可避の不純物および
Ｆｅからなる合金組成を有し、ＣａＯ含有量が０．２〜
６２重量％の酸化物系介在物と接して存在する、１．０
重量％以上のＣａを含有する硫化物系介在物の占有面積
が、視野面積３．５mm２当たり２．０×１０-4mm２以上
であり、ＭｎＳ介在物が微細に分散している機械構造用
鋼である。
【００１０】上記の被削性にすぐれ、切屑破砕性のよい
機械構造用の快削鋼を製造する本発明の方法は、重量％
で、Ｃ：０．０５〜０．８％、Ｓｉ：０．０１〜２．５
％、Ｍｎ：０．１〜３．５％、Ｓ：０．０１〜０．２
％、Ａｌ：０．００１〜０．０２０％、Ｃａ：０．００
０５〜０．０２％、Ｏ：０．０００５〜０．０１％およ
びＮ：０．００１〜０．０４％を含有し、残部が不可避
の不純物およびＦｅからなる組成の合金を溶製し、その
際、下記の条件を満たす操業を行なうことにより調整さ
れた脱酸を行ない、 ［Ｓ］／［Ｏ］：８〜４０ ［Ｃａ］×［Ｓ］：１×１０-5〜１×１０-3 ［Ｃａ］／［Ｓ］：０．０１〜２０ かつ ［Ａｌ］：０．００１〜０．０２０％ ＣａＯ含有量が０．２〜６２重量％の酸化物系介在物と
接して存在する、１．０重量％以上のＣａを含有する硫
化物系介在物の占有面積が、視野面積３．５mm２当たり
２．０×１０-4mm２以上となるようにしたのち、Ｔｉ：
０．００２〜０．０２０％およびＺｒ：０．００２〜
０．０４０％の１種または２種を添加して、調整された
脱酸後の鋼中のＯとＴｉおよび（または）Ｚｒとの反応
により微細なＴｉ酸化物および（または）Ｚｒ酸化物を
形成させ、これらを含有する複合酸化物を核としてＭｎ
Ｓ介在物を析出させることにより、微細に分散したＭｎ
Ｓ介在物を得ることからなる。
機械構造用の快削鋼を製造する本発明の方法は、重量％
で、Ｃ：０．０５〜０．８％、Ｓｉ：０．０１〜２．５
％、Ｍｎ：０．１〜３．５％、Ｓ：０．０１〜０．２
％、Ａｌ：０．００１〜０．０２０％、Ｃａ：０．００
０５〜０．０２％、Ｏ：０．０００５〜０．０１％およ
びＮ：０．００１〜０．０４％を含有し、残部が不可避
の不純物およびＦｅからなる組成の合金を溶製し、その
際、下記の条件を満たす操業を行なうことにより調整さ
れた脱酸を行ない、 ［Ｓ］／［Ｏ］：８〜４０ ［Ｃａ］×［Ｓ］：１×１０-5〜１×１０-3 ［Ｃａ］／［Ｓ］：０．０１〜２０ かつ ［Ａｌ］：０．００１〜０．０２０％ ＣａＯ含有量が０．２〜６２重量％の酸化物系介在物と
接して存在する、１．０重量％以上のＣａを含有する硫
化物系介在物の占有面積が、視野面積３．５mm２当たり
２．０×１０-4mm２以上となるようにしたのち、Ｔｉ：
０．００２〜０．０２０％およびＺｒ：０．００２〜
０．０４０％の１種または２種を添加して、調整された
脱酸後の鋼中のＯとＴｉおよび（または）Ｚｒとの反応
により微細なＴｉ酸化物および（または）Ｚｒ酸化物を
形成させ、これらを含有する複合酸化物を核としてＭｎ
Ｓ介在物を析出させることにより、微細に分散したＭｎ
Ｓ介在物を得ることからなる。
【００１１】
【発明の実施形態】本発明の機械構造用鋼において、基
本的な合金組成の鋼の組成を上記のように限定した理由
は、つぎのとおりである。
本的な合金組成の鋼の組成を上記のように限定した理由
は、つぎのとおりである。
【００１２】Ｃ：０．０５〜０．８％
Ｃは強度を確保するために必要な成分であり、０．０５
％未満の含有量では、機械構造用鋼としての強度が不足
である。一方、ＣはＳの活量を増大させるので、多量に
なると、上記した[Ｓ]／[Ｏ]、[Ｃａ]×[Ｓ]、[Ｃａ]／
[Ｓ]および特定の[Ａｌ]量のバランスの下で、二重構造
介在物を得ることが難しくなる。Ｃを多量にすると、靱
性や被削性も低くなるので、０．８％という上限を設け
た。
％未満の含有量では、機械構造用鋼としての強度が不足
である。一方、ＣはＳの活量を増大させるので、多量に
なると、上記した[Ｓ]／[Ｏ]、[Ｃａ]×[Ｓ]、[Ｃａ]／
[Ｓ]および特定の[Ａｌ]量のバランスの下で、二重構造
介在物を得ることが難しくなる。Ｃを多量にすると、靱
性や被削性も低くなるので、０．８％という上限を設け
た。
【００１３】Ｓｉ：０．０１〜２．５％
Ｓｉは溶製時の脱酸剤として鋼の成分となり、焼入性を
高める働きもある。この効果は、０．０１％に達しない
少量では期待できない。ＳｉもまたＳの活量を増大させ
るので、多量のＳｉの存在は、多量のＣと同じ問題を生
じ、二重構造介在物の生成を妨げるおそれがある。多量
のＳｉはまた、延性を損ない、塑性加工時に割れが発生
しやすくなることもあって、２．５％が添加量の上限で
ある。
高める働きもある。この効果は、０．０１％に達しない
少量では期待できない。ＳｉもまたＳの活量を増大させ
るので、多量のＳｉの存在は、多量のＣと同じ問題を生
じ、二重構造介在物の生成を妨げるおそれがある。多量
のＳｉはまた、延性を損ない、塑性加工時に割れが発生
しやすくなることもあって、２．５％が添加量の上限で
ある。
【００１４】Ｍｎ：０．１〜３．５％
Ｍｎは、硫化物を生成する重要な元素である。０．１％
未満の量では、介在物の量が足りないが、３．５％を超
える過大な含有量になると、鋼を硬くして被削性を低下
させる。
未満の量では、介在物の量が足りないが、３．５％を超
える過大な含有量になると、鋼を硬くして被削性を低下
させる。
【００１５】Ｓ：０．０１〜０．２％
Ｓは被削性の向上にとって、有用というより、不可欠な
成分であって、０．０１％以上を存在させる。本発明の
目標である工具寿命比５以上を達成するには、０．０１
％以上のＳを必要とする。Ｓ量が０．２％を超えると、
靱性と延性を悪くするばかりか、ＣａとともにＣａＳを
生成する。ＣａＳは融点が高いため、鋳造工程の障害に
なる。
成分であって、０．０１％以上を存在させる。本発明の
目標である工具寿命比５以上を達成するには、０．０１
％以上のＳを必要とする。Ｓ量が０．２％を超えると、
靱性と延性を悪くするばかりか、ＣａとともにＣａＳを
生成する。ＣａＳは融点が高いため、鋳造工程の障害に
なる。
【００１６】Ａｌ：０．００１〜０．０２０％
酸化物系介在物の組成を適切に調整する上で必要であ
り、少なくとも０．００１％を添加する。０．２０％を
超えると硬質のアルミナクラスターを生成し、これが鋼
の被削性を損なう。
り、少なくとも０．００１％を添加する。０．２０％を
超えると硬質のアルミナクラスターを生成し、これが鋼
の被削性を損なう。
【００１７】Ｃａ：０．０００５〜０．０２％
Ｃａは、本発明の鋼にとってきわめて重要な成分であ
る。硫化物中にＣａを含有させるために、０．０００５
％以上の添加を必須とする。一方、０．０２％を上回る
過剰のＣａの添加は、前記した高融点のＣａＳの生成を
招き、鋳造の障害になる。
る。硫化物中にＣａを含有させるために、０．０００５
％以上の添加を必須とする。一方、０．０２％を上回る
過剰のＣａの添加は、前記した高融点のＣａＳの生成を
招き、鋳造の障害になる。
【００１８】Ｏ：０．０００５〜０．０１％
Ｏは酸化物の生成に必要な元素である。過度に脱酸した
鋼においては高融点のＣａＳが多量に生成し、鋳造の支
障になるから、少なくとも０．０００５％、好ましくは
０．００１５％を超えるＯが必要である。一方、０．０
１％を超えるＯは、多量の硬質な酸化物をもたらし、そ
の結果、被削性が悪くなるとともに、所望のカルシウム
硫化物の生成が困難になる。ＣａおよびＡｌを使用して
複合脱酸を行なうると、ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３系の複合酸
化物が生成するが、これは低融点の介在物であって、被
削性にとっては好ましい。
鋼においては高融点のＣａＳが多量に生成し、鋳造の支
障になるから、少なくとも０．０００５％、好ましくは
０．００１５％を超えるＯが必要である。一方、０．０
１％を超えるＯは、多量の硬質な酸化物をもたらし、そ
の結果、被削性が悪くなるとともに、所望のカルシウム
硫化物の生成が困難になる。ＣａおよびＡｌを使用して
複合脱酸を行なうると、ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３系の複合酸
化物が生成するが、これは低融点の介在物であって、被
削性にとっては好ましい。
【００１９】複合酸化物の生成に加えて、Ｏは、下に述
べるように、Ｔｉおよび（または）Ｚｒと微細な酸化物
を形成してこれがＭｎＳの析出核となることで、ＭｎＳ
を微細化する。この作用を期待するには、ある最低量の
Ｔｉ酸化物、Ｚｒ酸化物または（Ｔｉ＋Ｚｒ）酸化物を
生成させなければならないから、 ［Ｏ］／［Ｎ］：０．０６以上 の条件を与える必要がある。
べるように、Ｔｉおよび（または）Ｚｒと微細な酸化物
を形成してこれがＭｎＳの析出核となることで、ＭｎＳ
を微細化する。この作用を期待するには、ある最低量の
Ｔｉ酸化物、Ｚｒ酸化物または（Ｔｉ＋Ｚｒ）酸化物を
生成させなければならないから、 ［Ｏ］／［Ｎ］：０．０６以上 の条件を与える必要がある。
【００２０】Ｎ：０．００１〜０．０４％
Ｎは結晶粒の粗大化を防止するのに有効な成分であり、
また、Ｔｉと結合してＴｉＮを生成する上で、重要であ
る。こうした観点から、０．００１％以上のＮの存在が
必要である。過大なＮ量は鋳造欠陥などを引き起こすか
ら、０．０４％を上限とした。
また、Ｔｉと結合してＴｉＮを生成する上で、重要であ
る。こうした観点から、０．００１％以上のＮの存在が
必要である。過大なＮ量は鋳造欠陥などを引き起こすか
ら、０．０４％を上限とした。
【００２１】Ｔｉ：０．００２〜０．０２０％およびＺ
ｒ：０．００２〜０．０４０％の１種または２種 微量のＴｉまたはＺｒは、ＣａおよびＡｌで脱酸された
鋼中のＯと結合して、微細な酸化物を形成する。これが
ＭｎＳの析出に対し、核としてはたらくので、ＭｎＳを
微細に分散させるのに役立つ。ＴｉとＺｒとは、それぞ
れ単独でも効果はあるが、２種を併用（たとえば、Ｔ
ｉ：０．００５％＋Ｚｒ：０．０１５％）する方が、Ｍ
ｎＳの微細化効果が高く、有利である。二重構造介在物
およびその他の酸化物の生成に影響を与えずに、適量の
Ｔｉ酸化物またはＺｒ酸化物を生成させるためには、Ｔ
ｉおよびＺｒの量を、それぞれ上記した０．００２〜
０．０２０％、０．００２〜０．０４０％の範囲に調整
する必要がある。本発明の構造用鋼において必須である
二重構造介在物を確実に形成させるには、調整脱酸を実
施したのちに、Ｔｉおよび（または）Ｚｒの添加を行な
うことが肝要である。
ｒ：０．００２〜０．０４０％の１種または２種 微量のＴｉまたはＺｒは、ＣａおよびＡｌで脱酸された
鋼中のＯと結合して、微細な酸化物を形成する。これが
ＭｎＳの析出に対し、核としてはたらくので、ＭｎＳを
微細に分散させるのに役立つ。ＴｉとＺｒとは、それぞ
れ単独でも効果はあるが、２種を併用（たとえば、Ｔ
ｉ：０．００５％＋Ｚｒ：０．０１５％）する方が、Ｍ
ｎＳの微細化効果が高く、有利である。二重構造介在物
およびその他の酸化物の生成に影響を与えずに、適量の
Ｔｉ酸化物またはＺｒ酸化物を生成させるためには、Ｔ
ｉおよびＺｒの量を、それぞれ上記した０．００２〜
０．０２０％、０．００２〜０．０４０％の範囲に調整
する必要がある。本発明の構造用鋼において必須である
二重構造介在物を確実に形成させるには、調整脱酸を実
施したのちに、Ｔｉおよび（または）Ｚｒの添加を行な
うことが肝要である。
【００２２】ＴｉおよびＺｒはまた、微細なＴｉ(ＣＮ)
またはＺｒ(ＣＮ)を生成した場合、熱間鍛造時の旧オー
ステナイト結晶粒度の成長を抑制する作用がある。これ
を期待するには、上記の下限量である０．００２％以上
のＴｉまたは０．００２％以上のＺｒの存在と、 ［Ｔｉ＋Ｚｒ］×［Ｎ］：５×１０-６〜２×１０-３ の条件とを与える必要がある。本発明の鋼においてこの
バランスを達成したものは、被削性および切屑破砕性に
加えて、すぐれた疲労強度および曲げ矯正性を示し、こ
の性質が要求されるクランクシャフトやコンロッドの材
料として好適である。
またはＺｒ(ＣＮ)を生成した場合、熱間鍛造時の旧オー
ステナイト結晶粒度の成長を抑制する作用がある。これ
を期待するには、上記の下限量である０．００２％以上
のＴｉまたは０．００２％以上のＺｒの存在と、 ［Ｔｉ＋Ｚｒ］×［Ｎ］：５×１０-６〜２×１０-３ の条件とを与える必要がある。本発明の鋼においてこの
バランスを達成したものは、被削性および切屑破砕性に
加えて、すぐれた疲労強度および曲げ矯正性を示し、こ
の性質が要求されるクランクシャフトやコンロッドの材
料として好適である。
【００２３】不純物として不可避なＰについていえば、
これは靱性にとっては有害な成分であって、０．２％を
超えて存在させることはできないが、一方でＰは、被削
性とくに仕上面性状を改善する成分でもある。この効果
は、０．００１％以上の存在で認められる。
これは靱性にとっては有害な成分であって、０．２％を
超えて存在させることはできないが、一方でＰは、被削
性とくに仕上面性状を改善する成分でもある。この効果
は、０．００１％以上の存在で認められる。
【００２４】本発明の機械構造用の快削鋼は、上記した
基本的な合金組成に加えて、鋼の用途により必要となる
ところに従い、つぎのグループに属する元素の１種また
は２種以上を、下に規定する組成範囲内で、追加的に含
有することができる。それらの変更態様において、任意
に添加することができる各合金成分の働きと組成範囲の
限定理由を、つぎに述べる。
基本的な合金組成に加えて、鋼の用途により必要となる
ところに従い、つぎのグループに属する元素の１種また
は２種以上を、下に規定する組成範囲内で、追加的に含
有することができる。それらの変更態様において、任意
に添加することができる各合金成分の働きと組成範囲の
限定理由を、つぎに述べる。
【００２５】Ｃｒ：３．５％以下、Ｍｏ：２．０％以下
ＣｒおよびＭｏは、焼入性を高めるので、適量を添加す
るとよい。しかし、多量に添加すると熱間加工性を損ね
て、割れを招く。コスト面の配慮もあって、それぞれの
上限を、Ｃｒは３．５％、Ｍｏは２．０％と定めた。
るとよい。しかし、多量に添加すると熱間加工性を損ね
て、割れを招く。コスト面の配慮もあって、それぞれの
上限を、Ｃｒは３．５％、Ｍｏは２．０％と定めた。
【００２６】Ｃｕ：２．０％以下
Ｃｕは、組織を緻密にし、強度を高める。多量の添加
は、熱間加工性にとっても、被削性にとっても好ましく
ないから、２．０％以下の添加に止める。
は、熱間加工性にとっても、被削性にとっても好ましく
ないから、２．０％以下の添加に止める。
【００２７】Ｎｉ：４．０％以下
Ｎｉも、ＣｒおよびＭｏと同様に焼入性を高めるが、被
削性にはマイナスの存在である。それと、コストを考え
て、４．０％を上限とした。
削性にはマイナスの存在である。それと、コストを考え
て、４．０％を上限とした。
【００２８】Ｂ：０．０００５〜０．０１％
Ｂは微量の添加で焼入性を高める。この効果を得るに
は、０．０００５％以上の添加を必要とする。０．０１
％を超える添加は、熱間加工性を損ねて有害である。
は、０．０００５％以上の添加を必要とする。０．０１
％を超える添加は、熱間加工性を損ねて有害である。
【００２９】Ｎｂ：０．２％以下
Ｎｂは、高温における結晶粒の粗大化を防ぐ上で有用で
ある。その効果は量の増大につれて飽和するので、０．
２％以下の範囲で添加するのが得策である。
ある。その効果は量の増大につれて飽和するので、０．
２％以下の範囲で添加するのが得策である。
【００３０】Ｖ：０．５％以下
ＶはＣやＮと結合して炭窒化物をつくり、結晶粒を微細
化する。この効果は、０．５％を超えると飽和する。
化する。この効果は、０．５％を超えると飽和する。
【００３１】Ｐｂ：０．４％以下、Ｂｉ：０．４％以下
どちらも、被削性改善元素である。Ｐｂは、単独で、ま
たは硫化物の外周に付着する形で存在し、それ自身が被
削性を高める。０．４％という上限は、これ以上のＰｂ
を添加しても鋼に溶解せず、凝集・沈殿して鋼の欠陥に
なることを理由に設けた。Ｂｉも同様である。
たは硫化物の外周に付着する形で存在し、それ自身が被
削性を高める。０．４％という上限は、これ以上のＰｂ
を添加しても鋼に溶解せず、凝集・沈殿して鋼の欠陥に
なることを理由に設けた。Ｂｉも同様である。
【００３２】Ｓｅ：０．４％以下、Ｔｅ：０．２％以下
これらも、被削性改善元素である。それぞれの上限０．
４％、０．２％、０．１％および０．０５％は、熱間加
工性への悪影響を考慮して定めた。
４％、０．２％、０．１％および０．０５％は、熱間加
工性への悪影響を考慮して定めた。
【００３３】本発明にしたがう機械構造用の快削鋼の内
部に存在する介在物は、図１に見るように、二重構造介
在物とＭｎＳ介在物とである。二重構造介在物は、ＥＰ
ＭＡ分析によれば、芯部がＣａ，Ｍｇ，ＳｉおよびＡｌ
の酸化物であり、その周囲を、ＣａＳを含有するＭｎＳ
が取り囲んでいる。ＭｎＳ介在物は、微細に分散してい
る。これに対し、単にＭｎＳの被削性改善効果を求めた
従来の快削鋼の中におけるＭｎＳは、図２のように大型
である（図２のＭｎＳは、圧延により伸張されてい
る）。
部に存在する介在物は、図１に見るように、二重構造介
在物とＭｎＳ介在物とである。二重構造介在物は、ＥＰ
ＭＡ分析によれば、芯部がＣａ，Ｍｇ，ＳｉおよびＡｌ
の酸化物であり、その周囲を、ＣａＳを含有するＭｎＳ
が取り囲んでいる。ＭｎＳ介在物は、微細に分散してい
る。これに対し、単にＭｎＳの被削性改善効果を求めた
従来の快削鋼の中におけるＭｎＳは、図２のように大型
である（図２のＭｎＳは、圧延により伸張されてい
る）。
【００３４】二重構造介在物の形態は、後に論じる機構
を通じて、本発明で目標とした、工具寿命比５という被
削性を達成するために必要なものであり、このような介
在物の形態を実現するための条件が、これも前記した操
業条件である。それらの条件がもつ意義は、先の発明の
開示に当たり、データをもってすでに説明したが、本発
明にとっても重要であるから、以下にその説明を再掲す
る。
を通じて、本発明で目標とした、工具寿命比５という被
削性を達成するために必要なものであり、このような介
在物の形態を実現するための条件が、これも前記した操
業条件である。それらの条件がもつ意義は、先の発明の
開示に当たり、データをもってすでに説明したが、本発
明にとっても重要であるから、以下にその説明を再掲す
る。
【００３５】ＣａＯ含有量が０．２〜６２重量％の酸化
物系介在物と接して存在する、１．０重量％以上のＣａ
を含有する硫化物系介在物の占有面積が、視野面積３．
５mm２当たり２．０×１０-4mm２以上 上記の条件を満たす介在物の占有面積と、超硬工具によ
る旋削を行なったときに得られる工具寿命と、同一Ｓ含
有量のイオウ快削鋼が示す工具寿命に対する比との相関
を、図３のグラフに示す。このデータは、本発明に従う
Ｓ４５Ｃ系の快削鋼に対して旋削を行なって得たもので
あって、工具寿命比５以上の結果は、二重構造介在物が
２．０×１０-4mm２以上を占めたときに達成できること
を示している。
物系介在物と接して存在する、１．０重量％以上のＣａ
を含有する硫化物系介在物の占有面積が、視野面積３．
５mm２当たり２．０×１０-4mm２以上 上記の条件を満たす介在物の占有面積と、超硬工具によ
る旋削を行なったときに得られる工具寿命と、同一Ｓ含
有量のイオウ快削鋼が示す工具寿命に対する比との相関
を、図３のグラフに示す。このデータは、本発明に従う
Ｓ４５Ｃ系の快削鋼に対して旋削を行なって得たもので
あって、工具寿命比５以上の結果は、二重構造介在物が
２．０×１０-4mm２以上を占めたときに達成できること
を示している。
【００３６】Ａｌ：０．００１〜０．０２０％
Ａｌ含有量と工具寿命比との相関をプロットして得たの
が、図４のグラフである。このグラフは、工具寿命比５
以上の目標達成のためには、Ａｌ含有量が上記した範囲
内にあることの必要性を示している。
が、図４のグラフである。このグラフは、工具寿命比５
以上の目標達成のためには、Ａｌ含有量が上記した範囲
内にあることの必要性を示している。
【００３７】［Ｓ］／［Ｏ］：８〜４０
種々のＳ含有量およびＯ含有量をもつ機械構造用の快削
鋼において、工具寿命比５以上の目標を達成できるか否
かを、異なるプロットにより区別したのが、図５のグラ
フである。目標を達成したもの（●プロット）は、
［Ｓ］／［Ｏ］＝８の直線と［Ｓ］／［Ｏ］＝４０の直
線とに挟まれた三角形の領域内にあり、そうでないもの
（×プロット）は領域外にあることがわかる。
鋼において、工具寿命比５以上の目標を達成できるか否
かを、異なるプロットにより区別したのが、図５のグラ
フである。目標を達成したもの（●プロット）は、
［Ｓ］／［Ｏ］＝８の直線と［Ｓ］／［Ｏ］＝４０の直
線とに挟まれた三角形の領域内にあり、そうでないもの
（×プロット）は領域外にあることがわかる。
【００３８】［Ｃａ］／［Ｓ］：０．０１〜２０
［Ｃａ］×［Ｓ］：１×１０−５〜１×１０−３
上記と同様に、種々のＳ含有量およびＣａ含有量をもつ
機械構造用の快削鋼において、工具寿命比５以上の目標
を達成できるか否かを示したのが、図５のグラフであ
る。目標を達成したもの（●プロット）は、［Ｃａ］／
［Ｓ］が０．０１である直線と０．２０である直線とに
挟まれ、かつ、［Ｃａ］×［Ｓ］が１×１０−５である
直線と１×１０−３である直線とに挟まれた四辺形の領
域に集中していることがわかる。上記の［Ｓ］／
［Ｏ］、［Ｃａ］／［Ｓ］および［Ｃａ］×［Ｓ］の条
件を同時にみたすものは、すべて工具寿命比５以上の目
標を達成している。
機械構造用の快削鋼において、工具寿命比５以上の目標
を達成できるか否かを示したのが、図５のグラフであ
る。目標を達成したもの（●プロット）は、［Ｃａ］／
［Ｓ］が０．０１である直線と０．２０である直線とに
挟まれ、かつ、［Ｃａ］×［Ｓ］が１×１０−５である
直線と１×１０−３である直線とに挟まれた四辺形の領
域に集中していることがわかる。上記の［Ｓ］／
［Ｏ］、［Ｃａ］／［Ｓ］および［Ｃａ］×［Ｓ］の条
件を同時にみたすものは、すべて工具寿命比５以上の目
標を達成している。
【００３９】本発明の機械構造用鋼がすぐれた被削性を
示す理由として発明者らが考えているのは、二重構造介
在物による、工具表面のよりよい保護および潤滑という
機構である。これもさきの発明の開示に含めてあるが、
再度説明する。
示す理由として発明者らが考えているのは、二重構造介
在物による、工具表面のよりよい保護および潤滑という
機構である。これもさきの発明の開示に含めてあるが、
再度説明する。
【００４０】二重構造介在物は、芯部がＣａＯ・Ａｌ２
Ｏ３系の複合酸化物であり、その周りを（Ｃａ，Ｍｎ）
Ｓ系の複合硫化物が取り巻いている。この酸化物は、Ｃ
ａＯ−Ａｌ２Ｏ３系の中では低融点のものであり、一
方、複合硫化物は、単純な硫化物ＭｎＳよりも高融点で
ある。この二重構造介在物は、酸化物をＣａＯ−Ａｌ２
Ｏ３系の低融点のものにすることにより、確実に硫化物
が酸化物を取り巻く形で析出する。切削にあたって硫化
物系介在物が軟化して工具表面を被覆し、保護するとい
う作用はよく知られているが、硫化物だけしか存在しな
いと、この被膜の生成および維持は安定しない。さきの
発明の発明者らが見出したところでは、硫化物系介在物
にＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３系の低融点酸化物が共存すると、
被膜が安定に生成する上、（Ｃａ，Ｍｎ）Ｓ系の複合硫
化物は、単純なＭｎＳよりも、潤滑性能が高い。
Ｏ３系の複合酸化物であり、その周りを（Ｃａ，Ｍｎ）
Ｓ系の複合硫化物が取り巻いている。この酸化物は、Ｃ
ａＯ−Ａｌ２Ｏ３系の中では低融点のものであり、一
方、複合硫化物は、単純な硫化物ＭｎＳよりも高融点で
ある。この二重構造介在物は、酸化物をＣａＯ−Ａｌ２
Ｏ３系の低融点のものにすることにより、確実に硫化物
が酸化物を取り巻く形で析出する。切削にあたって硫化
物系介在物が軟化して工具表面を被覆し、保護するとい
う作用はよく知られているが、硫化物だけしか存在しな
いと、この被膜の生成および維持は安定しない。さきの
発明の発明者らが見出したところでは、硫化物系介在物
にＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３系の低融点酸化物が共存すると、
被膜が安定に生成する上、（Ｃａ，Ｍｎ）Ｓ系の複合硫
化物は、単純なＭｎＳよりも、潤滑性能が高い。
【００４１】（Ｃａ，Ｍｎ）Ｓ系の複合硫化物が工具表
面に被膜を形成する意義は、「熱拡散摩耗」とよばれる
超硬工具の摩耗を抑制する効果にある。熱拡散摩耗は、
工具が切削対象から生じる切り屑に高温で接すると、工
具材料を構成するタングステン・カーバイドＷＣに代表
される炭化物が熱分解して、Ｃが切り屑金属中に拡散し
て失われる結果、工具が脆くなって進む摩耗である。潤
滑性の高い被膜が工具表面に生成すると、工具の温度上
昇が防がれて、Ｃの拡散が抑制される。
面に被膜を形成する意義は、「熱拡散摩耗」とよばれる
超硬工具の摩耗を抑制する効果にある。熱拡散摩耗は、
工具が切削対象から生じる切り屑に高温で接すると、工
具材料を構成するタングステン・カーバイドＷＣに代表
される炭化物が熱分解して、Ｃが切り屑金属中に拡散し
て失われる結果、工具が脆くなって進む摩耗である。潤
滑性の高い被膜が工具表面に生成すると、工具の温度上
昇が防がれて、Ｃの拡散が抑制される。
【００４２】本発明の快削鋼の二重構造介在物ＣａＯ−
Ａｌ２Ｏ３／（Ｃａ，Ｍｎ）Ｓは、観点を変えてみれ
ば、従来のイオウ快削鋼の介在物であるＭｎＳと、従来
のカルシウム快削鋼の介在物であるアノルサイトＣａＯ
・Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２との、それぞれの利点を併せ
もつものということができる。ＭｎＳは、工具表面にお
いて潤滑性を示すが、被膜の安定性がいまひとつであ
り、熱拡散摩耗に対しては無力である。一方、ＣａＯ・
Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２は、安定な被膜を形成して熱拡
散摩耗を防ぐが、潤滑性に乏しい。これに対し本発明の
二重構造介在物は、安定な被膜を形成して熱拡散摩耗を
効果的に防止するとともに、よりよい潤滑性を示す。
Ａｌ２Ｏ３／（Ｃａ，Ｍｎ）Ｓは、観点を変えてみれ
ば、従来のイオウ快削鋼の介在物であるＭｎＳと、従来
のカルシウム快削鋼の介在物であるアノルサイトＣａＯ
・Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２との、それぞれの利点を併せ
もつものということができる。ＭｎＳは、工具表面にお
いて潤滑性を示すが、被膜の安定性がいまひとつであ
り、熱拡散摩耗に対しては無力である。一方、ＣａＯ・
Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２は、安定な被膜を形成して熱拡
散摩耗を防ぐが、潤滑性に乏しい。これに対し本発明の
二重構造介在物は、安定な被膜を形成して熱拡散摩耗を
効果的に防止するとともに、よりよい潤滑性を示す。
【００４３】このような二重構造介在物の生成は、前述
のように低融点の複合酸化物を用意することから始まる
ので、まずＡｌ量が重要であって、少なくとも０．００
１％の存在が必要である。Ａｌが多量に過ぎると、複合
酸化物の融点が高くなってしまうから、０．０２０％以
内にする。つぎに、ＣａＳの生成量を調節するために、
［Ｃａ］×［Ｓ］および［Ｃａ］／［Ｓ］を、前記した
値にコントロールするわけである。
のように低融点の複合酸化物を用意することから始まる
ので、まずＡｌ量が重要であって、少なくとも０．００
１％の存在が必要である。Ａｌが多量に過ぎると、複合
酸化物の融点が高くなってしまうから、０．０２０％以
内にする。つぎに、ＣａＳの生成量を調節するために、
［Ｃａ］×［Ｓ］および［Ｃａ］／［Ｓ］を、前記した
値にコントロールするわけである。
【００４４】上述した機構は仮説ではなく、事実に即し
たものであることが、さきの発明において、その快削鋼
を旋削した後の超硬工具表面の状態と、そこに付着した
溶融介在物の分析結果とを、在来のイオウ快削鋼を旋削
した場合との対比によって明らかになった。
たものであることが、さきの発明において、その快削鋼
を旋削した後の超硬工具表面の状態と、そこに付着した
溶融介在物の分析結果とを、在来のイオウ快削鋼を旋削
した場合との対比によって明らかになった。
【００４５】本発明の機械構造用の快削鋼を特徴づける
切屑破砕性のよさは、前述のようにＭｎＳ介在物の微細
化によってもたらされる。介在物量が一定であることを
前提にすると、微細化は介在物の数の増大を意味する。
本発明の鋼におけるＭｎＳ介在物の量は、主としてＳ含
有量によって決定される。Ｓ量は０．０１〜０．２％に
わたって変化するから、ＭｎＳ量もまたそれに伴って変
化し、微細化した介在物の個数も増減する。本発明の鋼
の中では、ＭｎＳ介在物は、在来の鋼中のＭｎＳ介在物
よりは微細であるが、それらの中で、存在が切屑破砕性
に影響するものは、やはり平均粒径が１．０μｍ以上の
ものである。（ここで、「平均粒径」とは、顕微鏡視野
に表われた粒子断面の長径と短径との平均値をいう。）
切屑破砕性のよさは、前述のようにＭｎＳ介在物の微細
化によってもたらされる。介在物量が一定であることを
前提にすると、微細化は介在物の数の増大を意味する。
本発明の鋼におけるＭｎＳ介在物の量は、主としてＳ含
有量によって決定される。Ｓ量は０．０１〜０．２％に
わたって変化するから、ＭｎＳ量もまたそれに伴って変
化し、微細化した介在物の個数も増減する。本発明の鋼
の中では、ＭｎＳ介在物は、在来の鋼中のＭｎＳ介在物
よりは微細であるが、それらの中で、存在が切屑破砕性
に影響するものは、やはり平均粒径が１．０μｍ以上の
ものである。（ここで、「平均粒径」とは、顕微鏡視野
に表われた粒子断面の長径と短径との平均値をいう。）
【００４６】Ｓ含有量は異なるが、いずれも切屑破砕性
の高い本発明の鋼について、平均粒径１．０μｍ以上の
ＭｎＳ介在物の単位断面積（mm２）あたりの存在個数
を、倍率４００倍の光学顕微鏡を用いて調査したとこ
ろ、つぎの介在物数が得られ、Ｓ量との関係も、ほぼ一
定であることがわかった。鋼のＳ含有量 ＭｎＳ介在物個数 ０．０１％Ｓ当り ０．０１％ ５．４個／mm２ ５．４個／mm２ ０．０３％ １６．２個／mm２ ５．４個／mm２ ０．０６２％ ３２．０個／mm２ ５．２個／mm２ ０．１２５％ ３２．０個／mm２ ６．２個／mm２ このデータから、さまざまなＳ含有量の範囲にわたっ
て、ＭｎＳ介在物の個数がＳ含有量０．０１％あたり５
個／mm２以上であれば、良好な切屑破砕性が確保できる
ことが結論された。
の高い本発明の鋼について、平均粒径１．０μｍ以上の
ＭｎＳ介在物の単位断面積（mm２）あたりの存在個数
を、倍率４００倍の光学顕微鏡を用いて調査したとこ
ろ、つぎの介在物数が得られ、Ｓ量との関係も、ほぼ一
定であることがわかった。鋼のＳ含有量 ＭｎＳ介在物個数 ０．０１％Ｓ当り ０．０１％ ５．４個／mm２ ５．４個／mm２ ０．０３％ １６．２個／mm２ ５．４個／mm２ ０．０６２％ ３２．０個／mm２ ５．２個／mm２ ０．１２５％ ３２．０個／mm２ ６．２個／mm２ このデータから、さまざまなＳ含有量の範囲にわたっ
て、ＭｎＳ介在物の個数がＳ含有量０．０１％あたり５
個／mm２以上であれば、良好な切屑破砕性が確保できる
ことが結論された。
【００４７】
【実施例】下記の実施例および比較例の表において、番
号が大文字（Ａ，Ｂ，…）で始まるものは実施例であ
り、小文字（ａ，ｂ，…）で始まるものは比較例であ
る。組成の表は重量％表示、残部Ｆｅであるが、Ｏ，
Ｎ，ＣａおよびＭｇはｐｐｍ表示である。溶製した合金
はインゴットに鋳造し、このインゴットから径７２mmの
丸棒型の試験片を採取して、試験に供した。各試験の方
法と評価は、つぎのとおりである。
号が大文字（Ａ，Ｂ，…）で始まるものは実施例であ
り、小文字（ａ，ｂ，…）で始まるものは比較例であ
る。組成の表は重量％表示、残部Ｆｅであるが、Ｏ，
Ｎ，ＣａおよびＭｇはｐｐｍ表示である。溶製した合金
はインゴットに鋳造し、このインゴットから径７２mmの
丸棒型の試験片を採取して、試験に供した。各試験の方
法と評価は、つぎのとおりである。
【００４８】［介在物面積］ Ａｌ２Ｏ３を含有する酸
化物に接して存在する、Ｃａを含有する硫化物が、２×
１０-4mm２／３．５mm２以上の専有面積を有する場合を
良好（○印）、そうでないとき不良（×印）とした。
化物に接して存在する、Ｃａを含有する硫化物が、２×
１０-4mm２／３．５mm２以上の専有面積を有する場合を
良好（○印）、そうでないとき不良（×印）とした。
【００４９】［被削性］ 超硬工具を用いた、つぎの条
件の旋削を行なって、 速 度：２００ｍ／分 送 り：０．２mm／回転 深 さ：２．０mm Ｓ含有量が０．０１〜０．２％の範囲にあるイオウ快削
鋼の工具寿命を標準として、その５倍の工具寿命が達成
できたとき被削性良好（○印）、２倍以上５倍未満のと
き被削性可（△印）、２倍未満のとき被削性不良（×
印）とした。工具寿命は、横逃げ面平均摩耗幅が０．２
mmになるまでの加工時間で評価した。
件の旋削を行なって、 速 度：２００ｍ／分 送 り：０．２mm／回転 深 さ：２．０mm Ｓ含有量が０．０１〜０．２％の範囲にあるイオウ快削
鋼の工具寿命を標準として、その５倍の工具寿命が達成
できたとき被削性良好（○印）、２倍以上５倍未満のと
き被削性可（△印）、２倍未満のとき被削性不良（×
印）とした。工具寿命は、横逃げ面平均摩耗幅が０．２
mmになるまでの加工時間で評価した。
【００５０】［保護被膜の有無］ 切削工具の表面に付
着した物質を分析して、Ｃａ，ＭｎおよびＳが検出され
た場合に潤滑性の保護被膜が形成されたと考え（○
印）、そうでない場合は形成されなかった（×印）とし
た。
着した物質を分析して、Ｃａ，ＭｎおよびＳが検出され
た場合に潤滑性の保護被膜が形成されたと考え（○
印）、そうでない場合は形成されなかった（×印）とし
た。
【００５１】［切屑の破砕性］ 下記の条件で切削した
場合の切屑を採取し、 速 度：１５０ｍ／分 送 り：０．０２５〜０．２００mm／回転 深 さ：０．３〜１．０mm 工 具：ＤＮＭＧ１５０４８０−ＭＡ その長さによって０〜４点の点数をつけ、３０回の切削
試験により得られた点数の合計を「切屑破砕性指数」と
した。同一イオウ含有量のイオウ快削鋼に比べて切屑破
砕性指数が高い場合を良好（○印）、同点または低い場
合を不良（×印）とした。
場合の切屑を採取し、 速 度：１５０ｍ／分 送 り：０．０２５〜０．２００mm／回転 深 さ：０．３〜１．０mm 工 具：ＤＮＭＧ１５０４８０−ＭＡ その長さによって０〜４点の点数をつけ、３０回の切削
試験により得られた点数の合計を「切屑破砕性指数」と
した。同一イオウ含有量のイオウ快削鋼に比べて切屑破
砕性指数が高い場合を良好（○印）、同点または低い場
合を不良（×印）とした。
【００５２】［実施例１］Ｓ４５Ｃ系を対象にして本発
明を適用した。合金組成を表１（実施例）および表２
（比較例）に示し、各快削鋼の成分比すなわち［Ｓ］／
［Ｏ］、［Ｃａ］・［Ｓ］×１０−５および［Ｃａ］／
［Ｓ］の値と、介在物の形態、保護被膜の形成の有無、
被削性および切屑破砕性とを、まとめて表３（実施例）
および表４（比較例）に示した。
明を適用した。合金組成を表１（実施例）および表２
（比較例）に示し、各快削鋼の成分比すなわち［Ｓ］／
［Ｏ］、［Ｃａ］・［Ｓ］×１０−５および［Ｃａ］／
［Ｓ］の値と、介在物の形態、保護被膜の形成の有無、
被削性および切屑破砕性とを、まとめて表３（実施例）
および表４（比較例）に示した。
【００５３】表１ Ｓ４５Ｃ系 実施例
【００５４】表２ Ｓ４５Ｃ系 比較例
【００５５】表３ Ｓ４５Ｃ系 実施例
【００５６】表４ Ｓ４５Ｃ系 比較例
【００５７】［実施例２］Ｓ１５Ｃ系の快削鋼につい
て、実施例１と同様に、合金の溶製および被削性の試験
を行なった。合金組成を表５（実施例）および表６（比
較例）に、試験結果を表７（実施例）および表８（比較
例）に、それぞれ示す。
て、実施例１と同様に、合金の溶製および被削性の試験
を行なった。合金組成を表５（実施例）および表６（比
較例）に、試験結果を表７（実施例）および表８（比較
例）に、それぞれ示す。
【００５８】表５ Ｓ１５Ｃ系 実施例
【００５９】表６ Ｓ１５Ｃ系 比較例
【００６０】表７ Ｓ１５Ｃ系 実施例
【００６１】表８ Ｓ１５Ｃ系 比較例
【００６２】［実施例３］Ｓ５５Ｃ系快削鋼について、
実施例１と同様に、合金の溶製および被削性の試験を行
なった。合金組成を表９（実施例）および表１０（比較
例）に、試験結果を表１１（実施例）および表１２（比
較例）に、それぞれ示す。
実施例１と同様に、合金の溶製および被削性の試験を行
なった。合金組成を表９（実施例）および表１０（比較
例）に、試験結果を表１１（実施例）および表１２（比
較例）に、それぞれ示す。
【００６３】表９ Ｓ５５Ｃ系 実施例
【００６４】表１０ Ｓ５５Ｃ系 比較例
【００６５】表１１ Ｓ５５Ｃ系 実施例
【００６６】表１２ Ｓ５５Ｃ系 比較例
【００６７】［実施例４］ＳＣｒ４１５系快削鋼につい
て、実施例１と同様に合金の溶製および被削性の試験を
行なった。合金組成を表１３（実施例）および表１４
（比較例）に、試験結果を表１５（実施例）および表１
６（比較例）に、それぞれ示す。
て、実施例１と同様に合金の溶製および被削性の試験を
行なった。合金組成を表１３（実施例）および表１４
（比較例）に、試験結果を表１５（実施例）および表１
６（比較例）に、それぞれ示す。
【００６８】表１３ ＳＣｒ４１５系 実施例
【００６９】表１４ ＳＣｒ４１５系 比較例
【００７０】表１５ ＳＣｒ４１５系 実施例
【００７１】表１６ ＳＣｒ４１５系 比較例
【００７２】［実施例５］ＳＣＭ４４０系快削鋼につい
て、実施例１と同様に，合金の溶製および被削性の試験
を行なった。合金組成を表１７（実施例）および表１８
（比較例）に、試験結果を表１９（実施例）および表２
０（比較例）に、それぞれ示す。
て、実施例１と同様に，合金の溶製および被削性の試験
を行なった。合金組成を表１７（実施例）および表１８
（比較例）に、試験結果を表１９（実施例）および表２
０（比較例）に、それぞれ示す。
【００７３】表１７ ＳＣＭ４４０系 実施例
【００７４】表１８ ＳＣＭ４４０系 比較例
【００７５】表１９ ＳＣＭ４４０系 実施例
【００７６】表２０ ＳＣＭ４４０系 比較例
【００７７】
【発明の効果】本発明の機械構造用の快削鋼において
も、さきに開示した快削鋼と同じ被削性が実現してい
る。すなわち、高い被削性をもたらす介在物である二重
構造介在物が最適の形態で存在するから、切削とくに超
硬工具旋削において、在来のイオウ快削鋼に対して工具
寿命が５倍以上という目標を容易に達成することができ
る。
も、さきに開示した快削鋼と同じ被削性が実現してい
る。すなわち、高い被削性をもたらす介在物である二重
構造介在物が最適の形態で存在するから、切削とくに超
硬工具旋削において、在来のイオウ快削鋼に対して工具
寿命が５倍以上という目標を容易に達成することができ
る。
【００７８】さらに本発明の機械構造用の快削鋼では、
微量のＴｉおよび（または）Ｚｒを添加することによ
り、微細に分散したＭｎＳ介在物を有し、それによって
切屑破砕性が高い快削鋼となっているから、旋削にとっ
てとりわけ好都合である。鋼中に微細なＴｉ(ＣＮ)およ
び（または）Ｚｒ(ＣＮ)を生成させた製品は、熱間鍛造
時の旧オーステナイト結晶粒の成長を抑制することがで
きるから、被削性および切屑破砕性に加えて、疲労強度
や曲げ矯正性が高く、このような性質が要求される用途
にとって有用である。
微量のＴｉおよび（または）Ｚｒを添加することによ
り、微細に分散したＭｎＳ介在物を有し、それによって
切屑破砕性が高い快削鋼となっているから、旋削にとっ
てとりわけ好都合である。鋼中に微細なＴｉ(ＣＮ)およ
び（または）Ｚｒ(ＣＮ)を生成させた製品は、熱間鍛造
時の旧オーステナイト結晶粒の成長を抑制することがで
きるから、被削性および切屑破砕性に加えて、疲労強度
や曲げ矯正性が高く、このような性質が要求される用途
にとって有用である。
【００７９】本発明の製造方法は、上記のような機械構
造用の快削鋼を確実に製造できる方法であって、調整さ
れた脱酸を行なうことにより二重構造介在物を有利に形
成させ、さらに適切なタイミングで、つまり調整脱酸に
より二重構造介在物が形成させたのちに、適量のＴｉお
よび（または）Ｚｒを添加することにより、ＭｎＳ介在
物が微細に分散することにより切屑破砕性のよい快削鋼
を得ることができる。Ｔｉ量および（または）Ｚｒ量と
ともにＯ量およびＮ量を適切にえらんでこの製造方法を
実施すれば、鋼中に微細なＴｉ(ＣＮ)および（または）
Ｚｒ(ＣＮ)が生成し、疲労強度や曲げ矯正性が改善され
た機械構造用の快削鋼が製造できる。
造用の快削鋼を確実に製造できる方法であって、調整さ
れた脱酸を行なうことにより二重構造介在物を有利に形
成させ、さらに適切なタイミングで、つまり調整脱酸に
より二重構造介在物が形成させたのちに、適量のＴｉお
よび（または）Ｚｒを添加することにより、ＭｎＳ介在
物が微細に分散することにより切屑破砕性のよい快削鋼
を得ることができる。Ｔｉ量および（または）Ｚｒ量と
ともにＯ量およびＮ量を適切にえらんでこの製造方法を
実施すれば、鋼中に微細なＴｉ(ＣＮ)および（または）
Ｚｒ(ＣＮ)が生成し、疲労強度や曲げ矯正性が改善され
た機械構造用の快削鋼が製造できる。
【図１】 本発明にしたがう機械構造用の快削鋼中の、
介在物の形状を示す顕微鏡写真。
介在物の形状を示す顕微鏡写真。
【図２】 在来のイオウ快削鋼中の、介在物の形状を示
す顕微鏡写真。
す顕微鏡写真。
【図３】 機械構造用の快削鋼中において、「二重構造
介在物」が占める面積と工具寿命比との関係を示すグラ
フ。
介在物」が占める面積と工具寿命比との関係を示すグラ
フ。
【図４】 機械構造用の快削鋼における、Ａｌ含有量と
工具寿命比との関係をプロットしたグラフ。
工具寿命比との関係をプロットしたグラフ。
【図５】 種々のＳ含有量およびＯ含有量をもつ機械構
造用の快削鋼において、工具寿命比５以上の目標が達成
できたか否かを示したグラフ。
造用の快削鋼において、工具寿命比５以上の目標が達成
できたか否かを示したグラフ。
【図６】 種々のＳ含有量およびＣａ含有量をもつ機械
構造用の快削鋼において、工具寿命比５以上の目標が達
成できたか否かを示したグラフ。
構造用の快削鋼において、工具寿命比５以上の目標が達
成できたか否かを示したグラフ。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 紅林 豊
愛知県名古屋市南区大同町ニ丁目30番地
大同特殊鋼株式会社技術開発研究所内
(72)発明者 保母 誠
愛知県名古屋市南区大同町ニ丁目30番地
大同特殊鋼株式会社技術開発研究所内
Ｆターム(参考） 4K013 AA06 BA14 FA02
Claims (7)
- 【請求項１】 重量％で、Ｃ：０．０５〜０．８％、Ｓ
ｉ：０．０１〜２．５％、Ｍｎ：０．１〜３．５％、
Ｓ：０．０１〜０．２％、Ａｌ：０．００１〜０．０２
０％、Ｃａ：０．０００５〜０．０２％、Ｏ：０．００
０５〜０．０１％およびＮ：０．００１〜０．０４％に
加えて、Ｔｉ：０．００２〜０．０２０％およびＺｒ：
０．００２〜０．０４０％の１種または２種を含有し、
残部が不可避の不純物およびＦｅからなる合金組成を有
し、ＣａＯ含有量が０．２〜６２重量％の酸化物系介在
物と接して存在する、１．０重量％以上のＣａを含有す
る硫化物系介在物の占有面積が、視野面積３．５mm２当
たり２．０×１０-4mm２以上であり、ＭｎＳ介在物が微
細に分散していることにより、被削性にすぐれるととも
に切屑破砕性が高い機械構造用鋼。 - 【請求項２】 請求項１に規定した合金成分に加えて、
さらに、Ｃｒ：３．５％以下、Ｍｏ：２．０％以下、Ｃ
ｕ：２．０％以下、Ｎｉ：４．０％以下およびＢ：０．
０００５〜０．０１％の１種または２種以上を含有す
る、被削性にすぐれるとともに切屑破砕性が高い機械構
造用鋼。 - 【請求項３】 請求項１に規定した合金成分に加えて、
さらに、Ｎｂ：０．２％以下およびＶ：０．５％以下の
１種または２種を含有する、被削性にすぐれるとともに
切屑破砕性が高い機械構造用鋼。 - 【請求項４】 請求項１に規定した合金成分に加えて、
さらに、Ｐｂ：０．４％以下、Ｂｉ：０．４％以下、Ｓ
ｅ：０．４％以下およびＴｅ：０．２％以下の１種また
は２種以上を含有する、被削性にすぐれるとともに切屑
破砕性が高い機械構造用鋼。 - 【請求項５】 微細に分散した平均粒径１．０μｍ以上
のＭｎＳ介在物の数が、Ｓ含有量０．０１％あたり５個
／mm２以上である、被削性にすぐれるとともに切屑破砕
性が高い機械構造用鋼。 - 【請求項６】 請求項１ないし５のいずれかに記載した
機械構造用鋼を製造する方法であって、重量％で、Ｃ：
０．０５〜０．８％、Ｓｉ：０．０１〜２．５％、Ｍ
ｎ：０．１〜３．５％、Ｓ：０．０１〜０．２％、Ａ
ｌ：０．００１〜０．０２０％、Ｃａ：０．０００５〜
０．０２％、Ｏ：０．０００５〜０．０１％およびＮ：
０．００１〜０．０４％を含有し、残部が不可避の不純
物およびＦｅからなる組成の合金を溶製し、その際、下
記の条件を満たす操業を行なうことにより調整された脱
酸を行ない、 ［Ｓ］／［Ｏ］：８〜４０ ［Ｃａ］×［Ｓ］：１×１０-5〜１×１０-3 ［Ｃａ］／［Ｓ］：０．０１〜２０ かつ ［Ａｌ］：０．００１〜０．０２０％ ＣａＯ含有量が０．２〜６２重量％の酸化物系介在物と
接して存在する、１．０重量％以上のＣａを含有する硫
化物系介在物の占有面積が、視野面積３．５mm２当たり
２．０×１０-4mm２以上となるようにしたのち、Ｔｉ：
０．００２〜０．０２０％およびＺｒ：０．００２〜
０．０４０％の１種または２種を添加して、調整された
脱酸後の鋼中のＯとＴｉおよび（または）Ｚｒとの反応
により微細なＴｉ酸化物および（または）Ｚｒ酸化物を
形成させ、これらを含む複合酸化物を核としてＭｎＳ介
在物を析出させることにより、微細に分散したＭｎＳ介
在物を得ることからなる、被削性にすぐれるとともに切
屑破砕性が高い機械構造用鋼の製造方法。 - 【請求項７】 Ｔｉおよび（または）Ｚｒを添加したと
き、下記の条件が満たされるようＮ量を調節することに
より、微細なＴｉ（ＣＮ）および（または）Ｚｒ（Ｃ
Ｎ）を形成させ、 ［Ｔｉ＋Ｚｒ］×［Ｎ］：５×１０-６〜２×１０-３ これらを核としてＭｎＳ介在物を析出させるとともに、
熱間鍛造時の旧オーステナイト結晶粒度を微細に保つこ
とにより、被削性および切屑破砕性に加えて、すぐれた
疲労強度、および曲げ矯正性を示す機械構造用鋼を得る
請求項６の製造方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002119677A JP4023196B2 (ja) | 2001-11-28 | 2002-04-22 | 被削性にすぐれた機械構造用鋼 |
| US10/305,064 US6764645B2 (en) | 2001-11-28 | 2002-11-27 | Steel for machine structural use having good machinability and chip-breakability |
| EP02026499A EP1316624B1 (en) | 2001-11-28 | 2002-11-28 | Steel for machine structural use having good machinability and chip-breakability |
| CNB021518653A CN1276114C (zh) | 2001-11-28 | 2002-11-28 | 具有良好切削性和切屑破碎性的机械结构用钢 |
| DE60213743T DE60213743T2 (de) | 2001-11-28 | 2002-11-28 | Stahl mit guter Zerspanbarkeit und Spanbrechung für Maschinenbauanwendungen |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001-362733 | 2001-11-28 | ||
| JP2001362733 | 2001-11-28 | ||
| JP2002119677A JP4023196B2 (ja) | 2001-11-28 | 2002-04-22 | 被削性にすぐれた機械構造用鋼 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003226934A true JP2003226934A (ja) | 2003-08-15 |
| JP4023196B2 JP4023196B2 (ja) | 2007-12-19 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002119677A Expired - Fee Related JP4023196B2 (ja) | 2001-11-28 | 2002-04-22 | 被削性にすぐれた機械構造用鋼 |
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|---|---|
| JP (1) | JP4023196B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005350702A (ja) * | 2004-06-08 | 2005-12-22 | Sanyo Special Steel Co Ltd | 被削性に優れた機械構造用鋼 |
| JP2006336071A (ja) * | 2005-06-01 | 2006-12-14 | Kobe Steel Ltd | 破断分割性に優れたコネクティングロッド用鋼 |
| JP2009287111A (ja) * | 2008-06-02 | 2009-12-10 | Kobe Steel Ltd | 機械構造用鋼 |
| WO2016117571A1 (ja) * | 2015-01-23 | 2016-07-28 | 株式会社神戸製鋼所 | 転動疲労特性に優れた軸受用鋼材および軸受部品 |
| WO2018021451A1 (ja) * | 2016-07-27 | 2018-02-01 | 新日鐵住金株式会社 | 機械構造用鋼 |
| CN114959501A (zh) * | 2022-06-29 | 2022-08-30 | 马鞍山钢铁股份有限公司 | 一种Te微合金化高碳胀断连杆用钢及制造方法和应用 |
| JP7469632B2 (ja) | 2020-05-12 | 2024-04-17 | 日本製鉄株式会社 | 鋼材及びその製造方法 |
-
2002
- 2002-04-22 JP JP2002119677A patent/JP4023196B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2006336071A (ja) * | 2005-06-01 | 2006-12-14 | Kobe Steel Ltd | 破断分割性に優れたコネクティングロッド用鋼 |
| JP4676817B2 (ja) * | 2005-06-01 | 2011-04-27 | 株式会社神戸製鋼所 | 破断分割性に優れたコネクティングロッド用鋼 |
| JP2009287111A (ja) * | 2008-06-02 | 2009-12-10 | Kobe Steel Ltd | 機械構造用鋼 |
| WO2016117571A1 (ja) * | 2015-01-23 | 2016-07-28 | 株式会社神戸製鋼所 | 転動疲労特性に優れた軸受用鋼材および軸受部品 |
| JP2016135901A (ja) * | 2015-01-23 | 2016-07-28 | 株式会社神戸製鋼所 | 転動疲労特性に優れた軸受用鋼材および軸受部品 |
| WO2018021451A1 (ja) * | 2016-07-27 | 2018-02-01 | 新日鐵住金株式会社 | 機械構造用鋼 |
| JPWO2018021451A1 (ja) * | 2016-07-27 | 2019-06-13 | 日本製鉄株式会社 | 機械構造用鋼 |
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| CN114959501A (zh) * | 2022-06-29 | 2022-08-30 | 马鞍山钢铁股份有限公司 | 一种Te微合金化高碳胀断连杆用钢及制造方法和应用 |
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