JP2004027297A - 表面疵の少ない被削性に優れた硫黄および硫黄複合快削鋼 - Google Patents
表面疵の少ない被削性に優れた硫黄および硫黄複合快削鋼 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】従来量と比べて酸素量を減じても同量の硫黄量および鉛量の従来鋼に比較して、切り屑処理性、表面粗さを含めた被削性に優れ、さらには表面疵の少ない低炭素Ｓ−Ｃｒ−Ｍｎ複合快削鋼を提供する。
【解決手段】Ｓ：０．１６〜０．４９％、Ｏ：０．００２〜０．０１０％、Ｃ：０．０２〜０．０１５％、Ｍｎ：０．０５〜１．８％、Ｃｒ：０．３〜２．３％（以上、ｍａｓｓ％）の組成を含有し、長径１０μｍ以上の粒径を有する硫化物系介在物の内、アスペクト比５以下のものが８０％以上を占める組織とする。
【選択図】 なし
【解決手段】Ｓ：０．１６〜０．４９％、Ｏ：０．００２〜０．０１０％、Ｃ：０．０２〜０．０１５％、Ｍｎ：０．０５〜１．８％、Ｃｒ：０．３〜２．３％（以上、ｍａｓｓ％）の組成を含有し、長径１０μｍ以上の粒径を有する硫化物系介在物の内、アスペクト比５以下のものが８０％以上を占める組織とする。
【選択図】 なし
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、被削性向上元素である硫黄および鉛を含有した硫黄および硫黄複合快削鋼に関するものであり、さらには、従来量と比べて酸素量を減じても同量の硫黄量および鉛量の従来鋼に比較して被削性が優れ、且つ、酸素量を減じているため表面疵が少ない快削鋼に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
硫黄および硫黄複合快削鋼は，被削性に有効な硫化物の形態制御を行うために大量の酸素を含有している。しかしながら、全ての酸素が硫化物に固溶しないため、同時に、巨大酸化物の生成が回避できず、地疵の原因となり、加工製品に対して重大な欠陥を発生させていた。
【０００３】
そこで，これに対応するため特開平１−３０９９４６号公報には、酸素量を０．００８％以下とする快削鋼が開示されている。以下、これを従来技術１という。また、特開２０００−１６０２８４には、Ｓを増量添加する快削鋼が開示されている。以下、これを従来技術２という。さらに、特開平９−２５５３９号公報には、快削性元素としてＮｄを添加した快削鋼が開示されている。以下、これを従来技術３という。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術１は、酸素量を０．００８％以下に限定しているが、この場合、単に酸素量を低減しているのみなので、硫化物の形態制御が十分でなく、このために伸長した硫化物が存在するようになることから、被削性の観点からみて不安である。また、従来技術２は、Ｓを大量に添加しているので、熱間延性の観点から不安である。さらに、従来技術３は、対象とする鋼種が０．２〜０．６％Ｃを含有した非調質鋼であると共に、特殊な元素であるＮｄを用いているため、低コスト化を考えた場合に不安である。
【０００５】
この発明は、上記した問題点を解決するためになされたものであり、従来量と比べて酸素量を減じても同量の硫黄量および鉛量の従来鋼に比較して、被削性が優れた快削鋼を提供すると共に、低酸素化が達成されるため鋳造時に発生するブローホールに起因する圧延時の表面疵発生を抑制した、表面疵の少ない快削鋼を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記目的達成のために鋭意研究を重ねた。この結果、下記の知見を得た。
【０００７】
（１）Ｃｒ、ＭｎおよびＳの適量添加ならびにＣｒ／Ｓ比の適正化を図ることにより、適量の硫化物に対し、その組成をＳ−Ｃｒ−Ｍｎの複合系とすると、この複合系の組成の硫化物系介在物は、熱間加工時における伸長を抑制するので、その結果、大型且つ紡錘状の硫化物系介在物を得ることができる。
【０００８】
（２）硫化物系介在物が大型であるほど、また、紡錘状に近いほど被削性が向上することは従来から知られているが、この発明においても硫化物系介在物は、大型且つ紡錘状であるため、従来鋼より減じた酸素量であっても、切屑処理性，表面粗さを含めた被削性は、従来鋼と同等以上である。
【０００９】
（３）従来鋼より酸素量を減ずることが可能となったため、従来鋼に比べて、鋳造時に発生するブローホールの低減が可能となる。ブローホールの低減は、それを起点とした圧延時の表面疵の発生を抑制するので、圧延材の表面疵は減少する。
【００１０】
（４）Ｓ量の上昇と共に被削性が向上することは従来から知られている。一方、機械的性質の異方性の問題からＳ量の上限値が存在するが、この発明の硫化物系介在物は、大型且つ紡錘状であるために、その上限値を上昇させることが可能となり、その結果、切屑処理性、表面粗さを含めた被削性が著しく向上する。
【００１１】
この発明は、上記知見に基づきなされたものであって、下記を特徴とする。
【００１２】
請求項１記載の発明は、Ｓ：０．１６〜０．４９％、Ｏ：０．００２〜０．０１０％（以上、ｍａｓｓ％）を含有し、長径１０μｍ以上の粒径を有する硫化物系介在物の内、アスペクト比５以下のものが８０％以上を占めることに特徴を有するものである。
【００１３】
請求項２記載の発明は、Ｃ：０．０２〜０．１５％、Ｍｎ：０．０５〜１．８％、Ｃｒ：０．３〜２．３％、Ｓ：０．１６〜０．４９％、Ｏ：０．００２〜０．０１０％（以上、ｍａｓｓ％）残部：Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、且つ、Ｃｒ／Ｓ比：２〜６を満足することに特徴を有するものである。
【００１４】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、Ｓｉ：０．１％以下、Ｐ：０．０４〜０．１２％、Ａｌ：０．０１％以下（以上、ｍａｓｓ％）をさらに含有することに特徴を有するものである。
【００１５】
請求項４記載の発明は、請求項１から３の内の何れか１つに記載の発明において、Ｃａ：０．０００１〜０．００９０％、Ｐｂ：０．０１〜０．４０％、Ｓｅ：０．０２〜０．３０％、Ｔｅ：０．０３〜０．１５％、Ｂｉ：０．０２〜０．２０％、Ｓｎ：０．００３〜０．０２０％、Ｂ：０．００４〜０．０１０％、Ｎ：０．００５〜０．０１５％、Ｃｕ：０．０５〜０．５０％、Ｔｉ：０．００３〜０．０９０％、Ｖ：０．００５〜０．２００％、Ｚｒ：０．００５〜０．０９０％、Ｍｇ：０．０００５〜０．００８０％（以上、ｍａｓｓ％）の内の少なくとも１種を含有することに特徴を有するものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明の数値の限定理由について説明する。
【００１７】
Ｃ：０．０２〜０．１５ｍａｓｓ％
Ｃは、鋼の強度および被削性に大きな影響を及ぼすので重要な元素であるが、その含有量が０．０２ｍａｓｓ％未満では十分な強度が得られない。一方、その含有量が０．１５ｍａｓｓ％を超えると強度が高くなりすぎて被削性が劣化する。従って、Ｃ含有量は、０．０２〜０．１５ｍａｓｓ％、好ましくは、０．０２〜０．１０ｍａｓｓ％の範囲内とする。
【００１８】
Ｓｉ：０．１ｍａｓｓ％以下
Ｓｉは、脱酸元素であり、この酸化物は、硫化物の生成核として作用して、硫化物の生成を促進すると共に硫化物を微細化して、切削工具寿命を劣化させる。このために工具寿命を更に延ばしたい場合には、その含有量を０．１ｍａｓｓ％以下、好ましくは、０．０３ｍａｓｓ％以下に低減した方がよい。
【００１９】
Ｍｎ：０．０５〜１．８０ｍａｓｓ％
Ｍｎは、被削性に重要な硫化物形成元素であるが、その含有量が０．０５ｍａｓｓ％未満では、硫化物量が少ないために十分な被削性が得られない。一方、その含有量が１．８０％を超えると、硫化物が長く伸長してしまうために被削性が低下してしまう。従って、Ｍｎ含有量は、０．０５〜１．８０ｍａｓｓ％、好ましくは、０．２２〜０．６０ｍａｓｓ％未満の範囲内とする。
【００２０】
Ｐ：０．０４〜０．１２ｍａｓｓ％
Ｐは、切削加工時に構成刃先の生成を抑制することにより、仕上げ面粗さを低減させるのに有効な元素であるが、その含有率が０．０４ｍａｓｓ％未満では、十分な効果が得られない。一方、その含有量が０．１２ｍａｓｓ％を超えると、その効果が飽和すると共に熱間加工性および延性の低下が著しい。従って，Ｐ含有量は、０．０４〜０．１２ｍａｓｓ％の範囲内とする。
【００２１】
Ｓ：０．１６〜０．４９ｍａｓｓ％
Ｓは、被削性に有効な硫化物形成元素であるが、その含有量が０．１６ｍａｓｓ％未満では，硫化物量が少ないために被削性に対する効果が小さい。一方、０．４９ｍａｓｓ％を超えると、熱間加工性ならびに延性の低下が著しい。従って、Ｓ含有量は、０．１６〜０．４９ｍａｓｓ％の範囲内とする。
【００２２】
Ｃｒ：０．３〜２．３ｍａｓｓ％
Ｃｒは、圧延等の熱間加工時における硫化物の伸長を抑制させるのに有効な元素であり、この作用により被削性を向上させることができる、この発明の根幹に関わる重要な元素である。しかし、その含有量が０．３ｍａｓｓ％未満では、硫化物の伸長を抑制させる効果が充分でなく、伸長した硫化物が残存してしまうため、本来の十分な効果が期待できない。一方、その含有量が２．３ｍａｓｓ％を超えて添加しても、硫化物の伸長を抑制する効果が飽和し、しかも、過剰な量の添加は経済的に不利である。従って、Ｃｒ含有量は、０．３〜２．３ｍａｓｓ％、好ましくは、０．３〜１．５ｍａｓｓ％の範囲内とする。
【００２３】
Ａｌ：０．０１ｍａｓｓ％以下
Ａｌは、Ｓｉと同様に脱酸元素であり、この酸化物は、硫化物の生成核として作用して、硫化物の生成を促進すると共に硫化物を微細化して、切削工具寿命を劣化させる。このために工具寿命を更に延ばしたい場合には、０．０１ｍａｓｓ％以下、好ましくは、０．００３ｍａｓｓ％以下にする。
【００２４】
Ｏ：０．００２〜０．０１０ｍａｓｓ％
Ｏは、圧延等の熱間加工時における硫化物の伸長を抑制させるのに有効な元素であり、この作用により被削性を向上させることができる重要な元素であるが、その含有量が０．００２ｍａｓｓ％未満では、硫化物の伸長を抑制させる効果が十分でなく、伸長した硫化物が残存してしまうために、本来の十分な効果が期待できない。一方、Ｏは、鋳造時にブローホールを発生させ、それを起点として圧延時に表面疵が発生するために含有量が多すぎると有害である。Ｏ含有量が０．０１０％を超えると、前述した鋳造時のブローホールが大量に発生し、それを起点として圧延時に大量に表面疵が発生するため、ならびに、硫化物の伸長を抑制する効果が飽和する。従って、Ｏ含有量は、０．００２〜０．０１０ｍａｓｓ％の範囲内とする。
【００２５】
Ｃａ：０．０００１〜０．００９０ｍａｓｓ％、Ｐｂ：０．０１〜０．４０ｍａｓｓ％、Ｓｅ：０．０２〜０．３０ｍａｓｓ％、Ｔｅ：０．０３〜０．１５ｍａｓｓ％、Ｂｉ：０．０２〜０．２０ｍａｓｓ％、Ｓｎ：０．００３〜０．０２０ｍａｓｓ％、Ｂ：０．００４〜０．０１０ｍａｓｓ％、Ｎ：０．００５〜０．０１５ｍａｓｓ％、Ｃｕ：０．０５〜０．５０ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．００３〜０．０９０ｍａｓｓ％、Ｖ：０．００５〜０．２００ｍａｓｓ％、Ｚｒ：０．００５〜０．０９０ｍａｓｓ％、Ｍｇ：０．０００５〜０．００８０ｍａｓｓ％の内の少なくとも１種
Ｃａ、Ｐｂ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｂｉ、Ｓｎ、Ｂ、Ｎ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｍｇは、被削性が重視される場合に添加される。しかしながら、Ｃａ：０．０００１ｍａｓｓ％、Ｐｂ：０．０１ｍａｓｓ％、Ｓｅ：０．０２ｍａｓｓ％、Ｔｅ：０．０３ｍａｓｓ％、Ｂｉ：０．０２ｍａｓｓ％、Ｓｎ：０．００３ｍａｓｓ％、Ｂ：０．００４ｍａｓｓ％、Ｎ：０．００５ｍａｓｓ％、Ｃｕ：０．０５ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．００３ｍａｓｓ％、Ｖ：０．００５ｍａｓｓ％、Ｚｒ：０．００５ｍａｓｓ％、Ｍｇ：０．０００５ｍａｓｓ％未満では、十分な効果が得られない。
【００２６】
一方、Ｃａ：０．００９０ｍａｓｓ％、Ｐｂ：０．４０ｍａｓｓ％、Ｓｅ：０．３０ｍａｓｓ％、Ｔｅ：０．１５ｍａｓｓ％、Ｂｉ：０．２０ｍａｓｓ％、Ｓｎ：０．０２０ｍａｓｓ％、Ｂ：０．０１０ｍａｓｓ％、Ｎ：０．０１５ｍａｓｓ％、Ｃｕ：０．５０ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．０９０ｍａｓｓ％、Ｖ：０．２００ｍａｓｓ％、Ｚｒ：０．０９０ｍａｓｓ％、Ｍｇ：０．００８０ｍａｓｓ％を超えて添加しても、この効果が飽和してしまい、また、経済的にも不利である。
【００２７】
従って、Ｃａ：０．０００１〜０．００９０ｍａｓｓ％、Ｐｂ：０．０１〜０．４０ｍａｓｓ％、Ｓｅ：０．０２〜０．３０ｍａｓｓ％、Ｔｅ：０．０３〜０．１５ｍａｓｓ％、Ｂｉ：０．０２〜０．２０ｍａｓｓ％、Ｓｎ：０．００３〜０．０２０ｍａｓｓ％、Ｂ：０．００４〜０．０１０ｍａｓｓ％、Ｎ：０．００５〜０．０１５ｍａｓｓ％、Ｃｕ：０．０５〜０．５０ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．００３〜０．０９０ｍａｓｓ％、Ｖ：０．００５〜０．２００ｍａｓｓ％、Ｚｒ：０．００５〜０．０９０ｍａｓｓ％、Ｍｇ：０．０００５〜０．００８０ｍａｓｓ％の範囲内とする。
【００２８】
Ｃｒ／Ｓ比：２〜６
Ｃｒ／Ｓ比は、圧延等の熱間加工時における硫化物の伸長の度合いを左右する重要なインデックスで、この比を限定することにより被削性を向上させることのできる、所望の伸長度の硫化物が得られる。しかし、その比が２未満であると、Ｍｎ−Ｓ単独系の硫化物の生成により、伸長した硫化物が顕著となるために、被削性が劣化する。一方、その比が６を超えると、硫化物の伸長を抑制する効果が飽和してしまう。従って、Ｃｒ／Ｓ比は、２〜６、好ましくは、２〜４の範囲内とする。
【００２９】
ミクロ組織
ミクロ組織は、フェライト・パーライト主体の組織である。旧オーステナイト粒径は、大きい方が被削性に対しては有利な方向にあるが、特には、細粒であっても被削性は良好である。製品の機械的性質の観点から言えば、粒度番号７番（ＪＩＳ Ｇ ０５５１のオーステナイト粒度測定法による粒度）を超えた細粒の方が好ましい。
【００３０】
長径１０μｍ以上の粒径を有する硫化物系介在物の内、アスペクト比５以下のものが８０％以上
被削性に対しては、硫化物系介在物が紡錘状に生成していた方が有利である。そのためには、アスペクト比は５以下である必要があり、且つ、その割合は長径１０μｍ以上の硫化物系介在物の内、８０％以上を占有する必要がある。なお、アスペクト比の概念を図１に示す。
【００３１】
【実施例】
以下に、この発明を実施例に従って詳細に説明する。
【００３２】
表１に示す、この発明の範囲内の化学成分組成を有する鋼（以下、本発明例という）Ｎｏ．１〜６、および本発明の範囲外の化学成分組成を有する鋼（以下、比較例という）Ｎｏ．７〜１１、ならびに参考例として、Ｎｏ．１２のＳＵＭ２３Ｌを溶製し、鋳造断面４００ｍｍ×３００ｍｍの鋼塊に鋳造後、それぞれ直径８０ｍｍの棒鋼に熱間圧延した。更に、９２５℃に１時間加熱後、室温まで空冷する方法で焼ならし処理を施した。
【００３３】
【表１】
【００３４】
上記のようにして製造された本発明例、比較鋼および参考例の鋼からなる棒鋼の各々を用いて、以下のような試験を実施した。
【００３５】
硫化物系介在物の形態測定は、棒鋼の中間部の縦５．５ｍｍ×横１１ｍｍの領域に存在するもの全てについてＬ（長径、圧延方向の長さ）、ならびに、ｄ（厚み、圧延直角方向の長さ）を画像解析装置により測定し、長径１０μｍ以上の硫化物系介在物の内、アスペクト比Ｌ／ｄ≦５のものが占める割合を測定した。
【００３６】
被削性試験は、表２に示す条件で実施し、評価した。なお、表面疵試験は、３００ｍｍ試験片を酸洗し、表面疵総長さを求めた。試験結果を表３に示す。
【００３７】
【表２】
【００３８】
【表３】
【００３９】
表３から明らかなように、Ｎｏ．１〜４の本発明例は、何れもＮｏ．１２の参考例にあるＳＵＭ２３Ｌに比較して、良好な特性を有している。
【００４０】
Ｎｏ．５は、Ｎｏ．１２の参考例にあるＳＵＭ２３Ｌに比較して、Ｓ量が同じで、Ｏ量が１／２の場合の例であるが、ＳＵＭ２３Ｌとほぼ同等の被削性である。加えて、表面疵は殆ど見当たらない。
【００４１】
Ｎｏ．６は、Ｎｏ．１２の参考例にあるＳＵＭ２３Ｌに比較して、Ｓ量、Ｏ量が同じ場合の例であるが、ＳＵＭ２３Ｌに比較して被削性が良好である。
【００４２】
これに対して、Ｎｏ．７は、Ｍｎ量が本発明範囲を外れて多いので、硫化物のアスペクト比が大きくなることにより、被削性が本発明例よりも劣っている。
【００４３】
Ｎｏ．８は、Ｓ量が本発明範囲を外れて少ないので、被削性に有効な硫化物系介在物総量の不足により、被削性が本発明例よりも劣っている。
【００４４】
Ｎｏ．９は、Ｃｒ量が本発明範囲を外れて少ないので、硫化物のアスペクト比が大きくなることにより、被削性が本発明鋼よりも劣っている。
【００４５】
Ｎｏ．１０は、Ｏ量が本発明範囲を外れて少ないので、被削性が本発明鋼よりも劣っている。
【００４６】
Ｎｏ．１１は、Ｃｒ／Ｓ比が本発明範囲を外れて小さいので、硫化物のアスペクト比が大きくなることにより、被削性が本発明鋼よりも劣っている。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、切り屑処理性、表面粗さを含めた被削性に優れ、さらには表面疵の少ない低炭素Ｓ−Ｃｒ−Ｍｎ複合快削鋼を得ることができるといった有用な効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】アスペクト比の説明図である。
【発明の属する技術分野】
この発明は、被削性向上元素である硫黄および鉛を含有した硫黄および硫黄複合快削鋼に関するものであり、さらには、従来量と比べて酸素量を減じても同量の硫黄量および鉛量の従来鋼に比較して被削性が優れ、且つ、酸素量を減じているため表面疵が少ない快削鋼に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
硫黄および硫黄複合快削鋼は，被削性に有効な硫化物の形態制御を行うために大量の酸素を含有している。しかしながら、全ての酸素が硫化物に固溶しないため、同時に、巨大酸化物の生成が回避できず、地疵の原因となり、加工製品に対して重大な欠陥を発生させていた。
【０００３】
そこで，これに対応するため特開平１−３０９９４６号公報には、酸素量を０．００８％以下とする快削鋼が開示されている。以下、これを従来技術１という。また、特開２０００−１６０２８４には、Ｓを増量添加する快削鋼が開示されている。以下、これを従来技術２という。さらに、特開平９−２５５３９号公報には、快削性元素としてＮｄを添加した快削鋼が開示されている。以下、これを従来技術３という。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術１は、酸素量を０．００８％以下に限定しているが、この場合、単に酸素量を低減しているのみなので、硫化物の形態制御が十分でなく、このために伸長した硫化物が存在するようになることから、被削性の観点からみて不安である。また、従来技術２は、Ｓを大量に添加しているので、熱間延性の観点から不安である。さらに、従来技術３は、対象とする鋼種が０．２〜０．６％Ｃを含有した非調質鋼であると共に、特殊な元素であるＮｄを用いているため、低コスト化を考えた場合に不安である。
【０００５】
この発明は、上記した問題点を解決するためになされたものであり、従来量と比べて酸素量を減じても同量の硫黄量および鉛量の従来鋼に比較して、被削性が優れた快削鋼を提供すると共に、低酸素化が達成されるため鋳造時に発生するブローホールに起因する圧延時の表面疵発生を抑制した、表面疵の少ない快削鋼を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記目的達成のために鋭意研究を重ねた。この結果、下記の知見を得た。
【０００７】
（１）Ｃｒ、ＭｎおよびＳの適量添加ならびにＣｒ／Ｓ比の適正化を図ることにより、適量の硫化物に対し、その組成をＳ−Ｃｒ−Ｍｎの複合系とすると、この複合系の組成の硫化物系介在物は、熱間加工時における伸長を抑制するので、その結果、大型且つ紡錘状の硫化物系介在物を得ることができる。
【０００８】
（２）硫化物系介在物が大型であるほど、また、紡錘状に近いほど被削性が向上することは従来から知られているが、この発明においても硫化物系介在物は、大型且つ紡錘状であるため、従来鋼より減じた酸素量であっても、切屑処理性，表面粗さを含めた被削性は、従来鋼と同等以上である。
【０００９】
（３）従来鋼より酸素量を減ずることが可能となったため、従来鋼に比べて、鋳造時に発生するブローホールの低減が可能となる。ブローホールの低減は、それを起点とした圧延時の表面疵の発生を抑制するので、圧延材の表面疵は減少する。
【００１０】
（４）Ｓ量の上昇と共に被削性が向上することは従来から知られている。一方、機械的性質の異方性の問題からＳ量の上限値が存在するが、この発明の硫化物系介在物は、大型且つ紡錘状であるために、その上限値を上昇させることが可能となり、その結果、切屑処理性、表面粗さを含めた被削性が著しく向上する。
【００１１】
この発明は、上記知見に基づきなされたものであって、下記を特徴とする。
【００１２】
請求項１記載の発明は、Ｓ：０．１６〜０．４９％、Ｏ：０．００２〜０．０１０％（以上、ｍａｓｓ％）を含有し、長径１０μｍ以上の粒径を有する硫化物系介在物の内、アスペクト比５以下のものが８０％以上を占めることに特徴を有するものである。
【００１３】
請求項２記載の発明は、Ｃ：０．０２〜０．１５％、Ｍｎ：０．０５〜１．８％、Ｃｒ：０．３〜２．３％、Ｓ：０．１６〜０．４９％、Ｏ：０．００２〜０．０１０％（以上、ｍａｓｓ％）残部：Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、且つ、Ｃｒ／Ｓ比：２〜６を満足することに特徴を有するものである。
【００１４】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、Ｓｉ：０．１％以下、Ｐ：０．０４〜０．１２％、Ａｌ：０．０１％以下（以上、ｍａｓｓ％）をさらに含有することに特徴を有するものである。
【００１５】
請求項４記載の発明は、請求項１から３の内の何れか１つに記載の発明において、Ｃａ：０．０００１〜０．００９０％、Ｐｂ：０．０１〜０．４０％、Ｓｅ：０．０２〜０．３０％、Ｔｅ：０．０３〜０．１５％、Ｂｉ：０．０２〜０．２０％、Ｓｎ：０．００３〜０．０２０％、Ｂ：０．００４〜０．０１０％、Ｎ：０．００５〜０．０１５％、Ｃｕ：０．０５〜０．５０％、Ｔｉ：０．００３〜０．０９０％、Ｖ：０．００５〜０．２００％、Ｚｒ：０．００５〜０．０９０％、Ｍｇ：０．０００５〜０．００８０％（以上、ｍａｓｓ％）の内の少なくとも１種を含有することに特徴を有するものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明の数値の限定理由について説明する。
【００１７】
Ｃ：０．０２〜０．１５ｍａｓｓ％
Ｃは、鋼の強度および被削性に大きな影響を及ぼすので重要な元素であるが、その含有量が０．０２ｍａｓｓ％未満では十分な強度が得られない。一方、その含有量が０．１５ｍａｓｓ％を超えると強度が高くなりすぎて被削性が劣化する。従って、Ｃ含有量は、０．０２〜０．１５ｍａｓｓ％、好ましくは、０．０２〜０．１０ｍａｓｓ％の範囲内とする。
【００１８】
Ｓｉ：０．１ｍａｓｓ％以下
Ｓｉは、脱酸元素であり、この酸化物は、硫化物の生成核として作用して、硫化物の生成を促進すると共に硫化物を微細化して、切削工具寿命を劣化させる。このために工具寿命を更に延ばしたい場合には、その含有量を０．１ｍａｓｓ％以下、好ましくは、０．０３ｍａｓｓ％以下に低減した方がよい。
【００１９】
Ｍｎ：０．０５〜１．８０ｍａｓｓ％
Ｍｎは、被削性に重要な硫化物形成元素であるが、その含有量が０．０５ｍａｓｓ％未満では、硫化物量が少ないために十分な被削性が得られない。一方、その含有量が１．８０％を超えると、硫化物が長く伸長してしまうために被削性が低下してしまう。従って、Ｍｎ含有量は、０．０５〜１．８０ｍａｓｓ％、好ましくは、０．２２〜０．６０ｍａｓｓ％未満の範囲内とする。
【００２０】
Ｐ：０．０４〜０．１２ｍａｓｓ％
Ｐは、切削加工時に構成刃先の生成を抑制することにより、仕上げ面粗さを低減させるのに有効な元素であるが、その含有率が０．０４ｍａｓｓ％未満では、十分な効果が得られない。一方、その含有量が０．１２ｍａｓｓ％を超えると、その効果が飽和すると共に熱間加工性および延性の低下が著しい。従って，Ｐ含有量は、０．０４〜０．１２ｍａｓｓ％の範囲内とする。
【００２１】
Ｓ：０．１６〜０．４９ｍａｓｓ％
Ｓは、被削性に有効な硫化物形成元素であるが、その含有量が０．１６ｍａｓｓ％未満では，硫化物量が少ないために被削性に対する効果が小さい。一方、０．４９ｍａｓｓ％を超えると、熱間加工性ならびに延性の低下が著しい。従って、Ｓ含有量は、０．１６〜０．４９ｍａｓｓ％の範囲内とする。
【００２２】
Ｃｒ：０．３〜２．３ｍａｓｓ％
Ｃｒは、圧延等の熱間加工時における硫化物の伸長を抑制させるのに有効な元素であり、この作用により被削性を向上させることができる、この発明の根幹に関わる重要な元素である。しかし、その含有量が０．３ｍａｓｓ％未満では、硫化物の伸長を抑制させる効果が充分でなく、伸長した硫化物が残存してしまうため、本来の十分な効果が期待できない。一方、その含有量が２．３ｍａｓｓ％を超えて添加しても、硫化物の伸長を抑制する効果が飽和し、しかも、過剰な量の添加は経済的に不利である。従って、Ｃｒ含有量は、０．３〜２．３ｍａｓｓ％、好ましくは、０．３〜１．５ｍａｓｓ％の範囲内とする。
【００２３】
Ａｌ：０．０１ｍａｓｓ％以下
Ａｌは、Ｓｉと同様に脱酸元素であり、この酸化物は、硫化物の生成核として作用して、硫化物の生成を促進すると共に硫化物を微細化して、切削工具寿命を劣化させる。このために工具寿命を更に延ばしたい場合には、０．０１ｍａｓｓ％以下、好ましくは、０．００３ｍａｓｓ％以下にする。
【００２４】
Ｏ：０．００２〜０．０１０ｍａｓｓ％
Ｏは、圧延等の熱間加工時における硫化物の伸長を抑制させるのに有効な元素であり、この作用により被削性を向上させることができる重要な元素であるが、その含有量が０．００２ｍａｓｓ％未満では、硫化物の伸長を抑制させる効果が十分でなく、伸長した硫化物が残存してしまうために、本来の十分な効果が期待できない。一方、Ｏは、鋳造時にブローホールを発生させ、それを起点として圧延時に表面疵が発生するために含有量が多すぎると有害である。Ｏ含有量が０．０１０％を超えると、前述した鋳造時のブローホールが大量に発生し、それを起点として圧延時に大量に表面疵が発生するため、ならびに、硫化物の伸長を抑制する効果が飽和する。従って、Ｏ含有量は、０．００２〜０．０１０ｍａｓｓ％の範囲内とする。
【００２５】
Ｃａ：０．０００１〜０．００９０ｍａｓｓ％、Ｐｂ：０．０１〜０．４０ｍａｓｓ％、Ｓｅ：０．０２〜０．３０ｍａｓｓ％、Ｔｅ：０．０３〜０．１５ｍａｓｓ％、Ｂｉ：０．０２〜０．２０ｍａｓｓ％、Ｓｎ：０．００３〜０．０２０ｍａｓｓ％、Ｂ：０．００４〜０．０１０ｍａｓｓ％、Ｎ：０．００５〜０．０１５ｍａｓｓ％、Ｃｕ：０．０５〜０．５０ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．００３〜０．０９０ｍａｓｓ％、Ｖ：０．００５〜０．２００ｍａｓｓ％、Ｚｒ：０．００５〜０．０９０ｍａｓｓ％、Ｍｇ：０．０００５〜０．００８０ｍａｓｓ％の内の少なくとも１種
Ｃａ、Ｐｂ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｂｉ、Ｓｎ、Ｂ、Ｎ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｍｇは、被削性が重視される場合に添加される。しかしながら、Ｃａ：０．０００１ｍａｓｓ％、Ｐｂ：０．０１ｍａｓｓ％、Ｓｅ：０．０２ｍａｓｓ％、Ｔｅ：０．０３ｍａｓｓ％、Ｂｉ：０．０２ｍａｓｓ％、Ｓｎ：０．００３ｍａｓｓ％、Ｂ：０．００４ｍａｓｓ％、Ｎ：０．００５ｍａｓｓ％、Ｃｕ：０．０５ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．００３ｍａｓｓ％、Ｖ：０．００５ｍａｓｓ％、Ｚｒ：０．００５ｍａｓｓ％、Ｍｇ：０．０００５ｍａｓｓ％未満では、十分な効果が得られない。
【００２６】
一方、Ｃａ：０．００９０ｍａｓｓ％、Ｐｂ：０．４０ｍａｓｓ％、Ｓｅ：０．３０ｍａｓｓ％、Ｔｅ：０．１５ｍａｓｓ％、Ｂｉ：０．２０ｍａｓｓ％、Ｓｎ：０．０２０ｍａｓｓ％、Ｂ：０．０１０ｍａｓｓ％、Ｎ：０．０１５ｍａｓｓ％、Ｃｕ：０．５０ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．０９０ｍａｓｓ％、Ｖ：０．２００ｍａｓｓ％、Ｚｒ：０．０９０ｍａｓｓ％、Ｍｇ：０．００８０ｍａｓｓ％を超えて添加しても、この効果が飽和してしまい、また、経済的にも不利である。
【００２７】
従って、Ｃａ：０．０００１〜０．００９０ｍａｓｓ％、Ｐｂ：０．０１〜０．４０ｍａｓｓ％、Ｓｅ：０．０２〜０．３０ｍａｓｓ％、Ｔｅ：０．０３〜０．１５ｍａｓｓ％、Ｂｉ：０．０２〜０．２０ｍａｓｓ％、Ｓｎ：０．００３〜０．０２０ｍａｓｓ％、Ｂ：０．００４〜０．０１０ｍａｓｓ％、Ｎ：０．００５〜０．０１５ｍａｓｓ％、Ｃｕ：０．０５〜０．５０ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．００３〜０．０９０ｍａｓｓ％、Ｖ：０．００５〜０．２００ｍａｓｓ％、Ｚｒ：０．００５〜０．０９０ｍａｓｓ％、Ｍｇ：０．０００５〜０．００８０ｍａｓｓ％の範囲内とする。
【００２８】
Ｃｒ／Ｓ比：２〜６
Ｃｒ／Ｓ比は、圧延等の熱間加工時における硫化物の伸長の度合いを左右する重要なインデックスで、この比を限定することにより被削性を向上させることのできる、所望の伸長度の硫化物が得られる。しかし、その比が２未満であると、Ｍｎ−Ｓ単独系の硫化物の生成により、伸長した硫化物が顕著となるために、被削性が劣化する。一方、その比が６を超えると、硫化物の伸長を抑制する効果が飽和してしまう。従って、Ｃｒ／Ｓ比は、２〜６、好ましくは、２〜４の範囲内とする。
【００２９】
ミクロ組織
ミクロ組織は、フェライト・パーライト主体の組織である。旧オーステナイト粒径は、大きい方が被削性に対しては有利な方向にあるが、特には、細粒であっても被削性は良好である。製品の機械的性質の観点から言えば、粒度番号７番（ＪＩＳ Ｇ ０５５１のオーステナイト粒度測定法による粒度）を超えた細粒の方が好ましい。
【００３０】
長径１０μｍ以上の粒径を有する硫化物系介在物の内、アスペクト比５以下のものが８０％以上
被削性に対しては、硫化物系介在物が紡錘状に生成していた方が有利である。そのためには、アスペクト比は５以下である必要があり、且つ、その割合は長径１０μｍ以上の硫化物系介在物の内、８０％以上を占有する必要がある。なお、アスペクト比の概念を図１に示す。
【００３１】
【実施例】
以下に、この発明を実施例に従って詳細に説明する。
【００３２】
表１に示す、この発明の範囲内の化学成分組成を有する鋼（以下、本発明例という）Ｎｏ．１〜６、および本発明の範囲外の化学成分組成を有する鋼（以下、比較例という）Ｎｏ．７〜１１、ならびに参考例として、Ｎｏ．１２のＳＵＭ２３Ｌを溶製し、鋳造断面４００ｍｍ×３００ｍｍの鋼塊に鋳造後、それぞれ直径８０ｍｍの棒鋼に熱間圧延した。更に、９２５℃に１時間加熱後、室温まで空冷する方法で焼ならし処理を施した。
【００３３】
【表１】
上記のようにして製造された本発明例、比較鋼および参考例の鋼からなる棒鋼の各々を用いて、以下のような試験を実施した。
【００３５】
硫化物系介在物の形態測定は、棒鋼の中間部の縦５．５ｍｍ×横１１ｍｍの領域に存在するもの全てについてＬ（長径、圧延方向の長さ）、ならびに、ｄ（厚み、圧延直角方向の長さ）を画像解析装置により測定し、長径１０μｍ以上の硫化物系介在物の内、アスペクト比Ｌ／ｄ≦５のものが占める割合を測定した。
【００３６】
被削性試験は、表２に示す条件で実施し、評価した。なお、表面疵試験は、３００ｍｍ試験片を酸洗し、表面疵総長さを求めた。試験結果を表３に示す。
【００３７】
【表２】
【表３】
表３から明らかなように、Ｎｏ．１〜４の本発明例は、何れもＮｏ．１２の参考例にあるＳＵＭ２３Ｌに比較して、良好な特性を有している。
【００４０】
Ｎｏ．５は、Ｎｏ．１２の参考例にあるＳＵＭ２３Ｌに比較して、Ｓ量が同じで、Ｏ量が１／２の場合の例であるが、ＳＵＭ２３Ｌとほぼ同等の被削性である。加えて、表面疵は殆ど見当たらない。
【００４１】
Ｎｏ．６は、Ｎｏ．１２の参考例にあるＳＵＭ２３Ｌに比較して、Ｓ量、Ｏ量が同じ場合の例であるが、ＳＵＭ２３Ｌに比較して被削性が良好である。
【００４２】
これに対して、Ｎｏ．７は、Ｍｎ量が本発明範囲を外れて多いので、硫化物のアスペクト比が大きくなることにより、被削性が本発明例よりも劣っている。
【００４３】
Ｎｏ．８は、Ｓ量が本発明範囲を外れて少ないので、被削性に有効な硫化物系介在物総量の不足により、被削性が本発明例よりも劣っている。
【００４４】
Ｎｏ．９は、Ｃｒ量が本発明範囲を外れて少ないので、硫化物のアスペクト比が大きくなることにより、被削性が本発明鋼よりも劣っている。
【００４５】
Ｎｏ．１０は、Ｏ量が本発明範囲を外れて少ないので、被削性が本発明鋼よりも劣っている。
【００４６】
Ｎｏ．１１は、Ｃｒ／Ｓ比が本発明範囲を外れて小さいので、硫化物のアスペクト比が大きくなることにより、被削性が本発明鋼よりも劣っている。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、切り屑処理性、表面粗さを含めた被削性に優れ、さらには表面疵の少ない低炭素Ｓ−Ｃｒ−Ｍｎ複合快削鋼を得ることができるといった有用な効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】アスペクト比の説明図である。
Claims (4)
- Ｓ：０．１６〜０．４９％、
Ｏ：０．００２〜０．０１０％（以上、ｍａｓｓ％）
を含有し、長径１０μｍ以上の粒径を有する硫化物系介在物の内、アスペクト比５以下のものが８０％以上を占めることを特徴とする、表面疵の少ない被削性に優れた硫黄および硫黄複合快削鋼。 - Ｃ：０．０２〜０．１５％、
Ｍｎ：０．０５〜１．８％、
Ｃｒ：０．３〜２．３％、
Ｓ：０．１６〜０．４９％、
Ｏ：０．００２〜０．０１０％（以上、ｍａｓｓ％）
残部：Ｆｅおよび不可避的不純物
からなり、且つ、下記条件
Ｃｒ／Ｓ比：２〜６
を満足することを特徴とする、表面疵の少ない被削性に優れた硫黄および硫黄複合快削鋼。 - Ｓｉ：０．１％以下、
Ｐ：０．０４〜０．１２％、
Ａｌ：０．０１％以下（以上、ｍａｓｓ％）
をさらに含有することを特徴とする、請求項１または２記載の、表面疵の少ない被削性に優れた硫黄および硫黄複合快削鋼。 - Ｃａ：０．０００１〜０．００９０％、
Ｐｂ：０．０１〜０．４０％、
Ｓｅ：０．０２〜０．３０％、
Ｔｅ：０．０３〜０．１５％、
Ｂｉ：０．０２〜０．２０％、
Ｓｎ：０．００３〜０．０２０％、
Ｂ：０．００４〜０．０１０％、
Ｎ：０．００５〜０．０１５％、
Ｃｕ：０．０５〜０．５０％、
Ｔｉ：０．００３〜０．０９０％、
Ｖ：０．００５〜０．２００％、
Ｚｒ：０．００５〜０．０９０％、
Ｍｇ：０．０００５〜０．００８０％（以上、ｍａｓｓ％）
の内の少なくとも１種を含有する、請求項１から３の内の何れか１つに記載の、表面疵の少ない被削性に優れた硫黄および硫黄複合快削鋼。
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