JP2003293081A - 被削性および転動疲労特性に優れた機械構造用鋼 - Google Patents
被削性および転動疲労特性に優れた機械構造用鋼Info
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Abstract
た硫化物系快削鋼において、機械的強度の異方性が軽減
されており、さらに転動疲労特性に優れた硫化物系快削
鋼を提供する。 【解決手段】 鋼中に、MnSを主成分としMn、Sを
原子%比でMn/S=0.6〜1.4の1:1前後から
なり、均一に分散された微細な硫化物系介在物が単位面
積当たり5000個/mm2以上存在する、質量%で、
S:0.05〜0.40%を含有することを特徴とする
被削性および転動疲労特性に優れた機械構造用鋼。
Description
に使用する機械構造用鋼、特に被削性に優れた機械構造
用快削鋼に関する。
用部品に用いられる機械構造用鋼は、主に旋削加工やド
リル加工を施して最終形状に加工されるため、切削ライ
ンの自動化への対応、切削工具の寿命の延長による部品
製造コストの低減などの観点から優れた被削性を必要と
する。また、実部品での使用にあたって優れた転動疲労
特性を必要とする。
はPbを含有した鉛快削鋼が多用されてきたが、環境負
荷物質低減のためPbの使用が制限される方向にある。
また、Pbは転動疲労特性に悪影響を及ぼす問題があ
る。そこで、Pbと同様の低融点物質であり、切削時の
剪断域において切粉の生成を容易にするBiを含有させ
た鋼があり、機械的強度が良好であるという利点を有す
るが、原料調達に問題があり、製造コストの上昇を招く
問題がある。一方、原料調達や製造の面から、Pb快削
鋼の代替鋼として硫化物系快削鋼が有望である。硫化物
系快削鋼は比較的広範な切削加工に対して良好な被削性
を示し、S量を調整することでPb快削鋼並の被削性を
達成することが可能である。しかし、硫化物は熱間圧延
または熱間鍛造時に鋼材の圧鍛方向に伸長するため、圧
延方向から直角方向に近づくにつれて衝撃強度の機械的
強度が低下するという異方性を示し、機械的強度が低下
する問題がある。
示されているように、発明者らはCa、Mgなどの添加
により硫化物系介在物の形状を制御し、異方性を軽減し
た鋼を開発しているが、依然として、Mn、Sを主成分
とする大型の晶出硫化物が主体であるため、衝撃特性や
転動疲労特性向上の観点から、なお、改善の余地があ
る。
する課題は、上記の従来のPb快削鋼に代わる環境問題
に配慮した硫化物系快削鋼において、被削性が従来の機
械構造用快削鋼と同等以上であり、機械的強度の異方性
が既開発の硫化物系快削鋼以上に軽減されており、さら
に転動疲労特性がPb快削鋼以上優れた硫化物系快削鋼
を提供することである。
めの本発明の手段は、請求項1の発明では、鋼中に、M
nSを主成分とする微細な硫化物系介在物が単位面積当
たり5000個/mm 2以上存在することを特徴とする
被削性および転動疲労特性に優れた機械構造用鋼であ
る。
でMn/S=0.6〜1.4の1:1前後の割合で、含
有し、このとき質量%で、S:0.05〜0.40%を
含有することを特徴とする請求項1の手段の被削性およ
び転動疲労特性に優れた機械構造用鋼である。
21〜0.70%、Si:0.05〜1.00%、M
n:0.05〜1.0%、P:0.030%以下、S:
0.05〜0.40%、Cu:0.30%以下、Al:
0.003〜0.030%、N:0.0200%以下、
を含有し、残部Feおよび不可避不純物からなることを
特徴とする請求項1または2の手段の被削性および転動
疲労特性に優れた機械構造用鋼である。
明において、鋼成分は、さらに、質量%で、Ni:0.
1〜3.5%、Cr:0.1〜3.5%、Mo:0.0
5〜1.0%のうちの1種または2種以上を含有するこ
とを特徴とする被削性および転動疲労特性に優れた機械
構造用鋼である。
手段の発明においては、鋼成分は、さらに、質量%で、
V:0.01〜0.30%、Ti:0.001〜0.1
5%、Nb:0.001〜0.3%、B:0.0003
〜0.015%のうちの1種または2種以上を含有する
ことを特徴とする被削性および転動疲労特性に優れた機
械構造用鋼である。
れか1項の手段の発明において、鋼成分は、さらに、質
量%で、Ca:0.0005〜0.02000%、M
g:0.0005〜0.02000%、Se:0.00
02〜0.0150%、Te:0.0002〜0.01
50%、Zr:0.0002〜0.0150%、Pb:
0.005〜0.30%、Bi:0.005〜0.30
%のうちの1種または2種以上を含有することを特徴と
する被削性および転動疲労特性に優れた機械構造用鋼で
ある。
説明する。なお、%は質量%である。 C:0.21〜0.70% Cは、機械構造用鋼としての強度を確保するための必須
の元素であり、0.21%以上添加する。しかし、多過
ぎると硬さの増加から被削性の劣化を招くので、上限を
0.70%とする。
を0.05%とする。しかし、過剰に添加すると延性を
低下させるほか、鋼中に高硬度の介在物であるSiO2
生成させて被削性も劣化させるため、上限を1.00%
とする。
保する上で重要な元素であり、かつ、本発明における硫
化物系介在物の生成に不可欠な元素である。熱間加工に
おける粒界脆化をもたらすFeSの生成を抑制するた
め、下限を0.05%とする。しかし、多過ぎると硬さ
の増加から被削性の劣化を招くので、上限を1.00%
とする。なお、Mn量はS量に準じて増減させるもので
ある。
れる量の0.030%以下とする。
あり、被削性確保のためには0.05%未満ではその効
果は十分でなく、0.40%を超えると熱間加工性を損
ない、さらに衝撃異方性を劣化する。そこで0.05〜
0.40%とし、好ましくは0.10〜0.30%とす
る。
される量の0.30%以下とする。
未満では十分でなく、通常の電気炉レベルで含有される
量の0.030%以下とする。
れる量の0.02%以下とする。ただし、Vを含有する
鋼では、V窒化物を形成してフェライト析出サイトとな
り被削性を向上するが多すぎても効果は飽和する。そこ
で好ましくは0.0050〜0.020%とする。
3.5%、Mo:0.05〜1.0%のうちの1種また
は2種以上 Ni、Cr、Moは、鋼の焼入性および靱性を向上させ
る元素で、これらの性質をさらに向上させる必要のある
場合に添加する。その効果を得るためには、Niは0.
1%以上、Crは0.1%以上、Moは0.05%以上
必要であり、多量に添加した場合には、被削性を阻害す
ることから、Niは3.5%以下、Crは3.5%以
下、Moは1.0%以下とする必要があり、これらは選
択的に1種または2種以上含有させることができる。
01〜0.15%、Nb:0.001〜0.3%、B:
0.0003〜0.015%のうちの1種または2種以
上 V、Ti、Nb、BのうちV、Ti、Nbは鋼中に微細
な炭窒化物を生成し、これらの析出物により熱間加工時
のオーステナイト粒径を微細化し、靱性を向上させる効
果がある。各元素の下限はそれらの効果を得るために必
要な量で、各元素の上限は、V、Ti、Nbは多過ぎる
とコスト上昇を招き、被削性も低下させる。Bは焼入性
の確保のため、0.0003%以上添加されても良く、
多量に添加しても効果が飽和するため、上限を0.01
5%以下とする。これらの元素は選択的に1種または2
種以上を添加することができる。
Mg:0.0005〜0.02000%、Se:0.0
002〜0.0150%、Te:0.0002〜0.0
150%、Zr:0.0002〜0.0150%、P
b:0.005〜0.30%、Bi:0.005〜0.
30%のうちの1種または2種以上 Ca、Mgは、介在物形態制御効果による被削性向上、
衝撃異方性の改善のためには少なくとも0.0005%
を含有する必要があり、0.02000%以上添加して
もそれらの効果は飽和する。Se、Te、Zrは、被削
性確保のために0.0002%を必要とするが、0.0
150%より多いと熱間加工性を低下する。さらに、P
b、Biは、被削性確保のために0.005%必要であ
るが0.30%より多いと熱間加工性を低下する。さら
に、Biは機械的性質の異方性をほとんど劣化させるこ
となく、切粉処理性及び穿孔性を改善するのに有効であ
るため、そのような特性が特に必要な場合に添加する。
これらの元素は被削性の面からそのうちの1種または2
種以上を添加することができる。
理由 Mn/S原子%比は、その値が小さ過ぎるとFeS生成
による熱間脆性が大きくなり、その値が大き過ぎると晶
出による大型MnSが増加し、機械的性質の異方性が生
じる。そこで、Mn/Sは原子%比で0.6〜1.4と
し、好ましくは0.8〜1.2とする。SおよびMn/
S原子%比を以上のように規定することにより、析出あ
るいは晶出によって生成する1μm程度のMnSを主体
とする微細硫化物が多数分散するため、同じS量でも被
削性により優れたものとなる。この効果により鍛伸・圧
延方向に伸長した大型MnSを低減することで機械的強
度の異方性を軽減し、さらには、転動面の剥離起点の一
因となる介在物の小型化による転動疲労特性の向上に寄
与するものである。
nSを主成分とした晶出あるいは析出によって生成する
介在物で、円相当直径で0.1〜3μmのものを指して
おり、これらの介在物中にはMnとS以外に、Cr、
V、Cu、Fe、O等のマトリックス中の元素やCa、
Mg、Ti、Zr等の硫化物あるいは炭硫化物形成元素
を含む場合もある。また、これらの微細硫化物以外に、
通常の大型硫化物や酸化物、炭窒化物等が存在していて
も良い。
て説明する。表1に示す鋼成分の本発明に係る発明鋼の
No.1〜No.8および本発明の比較のための比較鋼
のNo.9〜No.16を、それぞれ100kgを真空
誘導炉により、溶解し、インゴットに鋳造し、1200
℃に加熱し、圧鍛によりカク45mm、カク45m
m×65mm、φ65mmの3種類の鋼片に作製し
た。次いでこれらはいずれも870℃で3.6ks保持
後に水冷して焼入れし、次いで、600℃に3.6ks
保持後に水冷して焼戻した。なお、表1において、比較
鋼の網かけ部分の数値は、本発明の範囲から逸脱するも
のを示している。
示す条件でドリル寿命試験を実施した。
す条件で旋削超硬工具摩耗試験を実施した。
は、圧鍛方向(以下、「L方向」という。)と圧鍛方向
に直角の方向(以下、「T方向」という。)から2mm
Uノッチのシャルピー衝撃試験片を作製し、シャルピー
衝撃試験(常温)を実施した。
寿命試験片を作製し、表4に示す条件のスラスト寿命試
験を実施した。
び比較鋼の鋼種の硫化物個数と、被削性を示すドリル寿
命試験、および旋削超硬工具摩耗試験、並びに機械的性
質の異方性を示す指標であるT、L方向の衝撃値比、ま
た転動疲労特性の指標となるスラスト寿命試験結果を表
5に示す。なお、表5における比較鋼の鋼種の硫化物個
数の網かけ部分は本発明の請求項の範囲から外れるもの
を示す。
の発明鋼では、いずれも硫化物個数が5000個/mm
2以上であり、その結果被削性に優れており、かつ、強
度、転動疲労寿命共に優れている。これに対し、比較例
のNo.9〜No.16の比較鋼はいずれも硫化物個数
が5000個/mm2未満の高々4510個/mm2で、
被削性において劣り、強度、衝撃値異方性、転動疲労寿
命共に劣っていることがわかる。
s比を0.6〜1.4の1:1前後とし、MnSを主成
分とする微細な硫化物系介在物が単位面積当たり500
0個/mm2以上存在するものとし、特に、質量%で、
S:0.05〜0.40%を含有する本発明に係る機械
構造用鋼は、転動疲労特性に優れた機械的強度異方性の
少ない被削性に優れた機械構造用鋼であり、従来にない
優れた効果を奏するものである。
Claims (6)
- 【請求項1】 鋼中に、MnSを主成分とする微細な硫
化物系介在物が単位面積当たり5000個/mm2以上
存在することを特徴とする被削性および転動疲労特性に
優れた機械構造用鋼。 - 【請求項2】 Mn、Sを原子%比でMn/S=0.6
〜1.4の1:1前後を含有し、かつ、質量%でS:
0.05〜0.40%を含有することを特徴とする請求
項1に記載の被削性および転動疲労特性に優れた機械構
造用鋼。 - 【請求項3】 質量%で、C:0.21〜0.70%、
Si:0.05〜1.00%、Mn:0.05〜1.0
%、P:0.030%以下、S:0.05〜0.40
%、Cu:0.30%以下、Al:0.003〜0.0
30%、N:0.0200%以下、を含有し、残部Fe
および不可避不純物からなることを特徴とする請求項1
または2に記載の被削性および転動疲労特性に優れた機
械構造用鋼。 - 【請求項4】 請求項3に記載の発明において、鋼成分
は、さらに、質量%で、Ni:0.1〜3.5%、C
r:0.1〜3.5%、Mo:0.05〜1.0%のう
ちの1種または2種以上を含有することを特徴とする被
削性および転動疲労特性に優れた機械構造用鋼。 - 【請求項5】 請求項3または4に記載の発明におい
て、鋼成分は、さらに、質量%で、V:0.01〜0.
30%、Ti:0.001〜0.15%、Nb:0.0
01〜0.3%、B:0.0003〜0.015%のう
ちの1種または2種以上を含有することを特徴とする被
削性および転動疲労特性に優れた機械構造用鋼。 - 【請求項6】 請求項3〜5のいずれか1項に記載の発
明において、鋼成分は、さらに、質量%で、Ca:0.
0005〜0.02000%、Mg:0.0005〜
0.02000%、Se:0.0002〜0.0150
%、Te:0.0002〜0.0150%、Zr:0.
0002〜0.0150%、Pb:0.005〜0.3
0%、Bi:0.005〜0.30%のうちの1種また
は2種以上を含有することを特徴とする被削性および転
動疲労特性に優れた機械構造用鋼。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002104737A JP2003293081A (ja) | 2002-04-08 | 2002-04-08 | 被削性および転動疲労特性に優れた機械構造用鋼 |
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JP2002104737A JP2003293081A (ja) | 2002-04-08 | 2002-04-08 | 被削性および転動疲労特性に優れた機械構造用鋼 |
Publications (1)
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---|---|
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ID=29242994
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Country Status (1)
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2002
- 2002-04-08 JP JP2002104737A patent/JP2003293081A/ja active Pending
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