JP2011241424A - Steel material excellent in machinability and damping property - Google Patents

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昌 坂本
Masayuki Hashimura
雅之 橋村
敏三 ▲樽▼井
Toshizo Tarui
Daisuke Hiragami
大輔 平上
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a steel material excellent in productivity without performing heat treatment over a long time, that is, annealing over a long time for graphitization, and excellent in machinability and a damping property.SOLUTION: This steel material contains, by mass%, 0.3-1.2% of C, 2.0-3.0% of Si, >0.05% and ≤0.5% of Mn, 0.2-1.0% of Al, ≤0.02% of P, 0.007-0.2% of S, 0.0015-0.030% of N and ≤0.003% of O, wherein the content of Si and Mn is in a range satisfying the following expression: {5≤Si/Mn}; the residue has a component composition comprising Fe and unavoidable impurities; a steel structure includes a ferrite structure and graphite; and a graphitization degree is >80%.

Description

本発明は、被削性及び制振性に優れた鋼材に関するものであり、特に、自動車や産業用機械等の部品に用いられる、被削性及び制振性に優れた鋼材に関する。   The present invention relates to a steel material excellent in machinability and vibration damping properties, and more particularly to a steel material excellent in machinability and vibration damping properties used for parts such as automobiles and industrial machines.

近年、自動車や産業用機械等の部品、例えば、自動車の足回り部品や歯車等のような切削加工部品に用いられる鋼材に対し、より一層の被削性及び制振性の向上が求められている。   In recent years, there has been a demand for further improvements in machinability and vibration damping for steel materials used for parts such as automobiles and industrial machines, for example, machined parts such as undercarriage parts and gears of automobiles. Yes.

ここで、上述のような切削部品に用いられる鋼材としては、Pb(鉛)を添加することで被削性を向上させた鋼が快削鋼として利用されている。しかしながら、Pbは有害物質であることから、近年、極力使用しないことが求められている。Pbを添加しない快削鋼としては、Sを添加した硫黄快削鋼が利用されているが、硫黄快削鋼中に存在するMnSは鋼の靭性を劣化させるという欠点がある。ここで、黒鉛鋼は、Pbを添加する必要がないため、人体への健康被害はないこと、また、硫黄快削鋼のように鋼材の靭性を劣化させることがない等の点で優れている。さらに、鋼中の黒鉛により、鉛快削鋼や硫黄快削鋼では全く得られることの無い制振性を有するという特徴があるため、黒鉛鋼については、従来から多くの研究がなされてきた。   Here, as a steel material used for the cutting parts as described above, steel whose machinability is improved by adding Pb (lead) is used as free-cutting steel. However, since Pb is a harmful substance, it has been demanded not to use it as much as possible in recent years. As free-cutting steel to which Pb is not added, sulfur-free-cutting steel to which S is added is used, but MnS present in the sulfur-free-cutting steel has a drawback that the toughness of the steel is deteriorated. Here, graphite steel is excellent in that there is no health damage to the human body because there is no need to add Pb, and the toughness of the steel material is not deteriorated unlike sulfur free-cutting steel. . Furthermore, graphite steel has a characteristic that it has vibration damping properties that cannot be obtained at all with lead free-cutting steel or sulfur free-cutting steel. Therefore, much research has been conducted on graphite steel.

ここで、特許文献1には、主な元素として、C:0.1 〜1.2%、Si:0.5〜3.0%、Mn:0.1〜1.5%の範囲で含有し、鋼中の黒鉛粒を平均粒径0.1〜10μm、最大径20μm以下に制御することで制振性(特許文献1中においては、騒音を軽減する性能と記載)の優れた黒鉛鋼からなる鋼部品が開示されている。
また、特許文献2には、主な元素として、C:0.1 〜2.0%、Si:0.5〜2.0%、Mn:0.1〜2.0%の範囲で含有し、さらにS:0.1〜0.7%、Mg:0.0001〜0.009%を含有することで、短時間の熱処理で軟質化する黒鉛快削鋼が開示されている。
また、特許文献3には、主な元素として、C:0.8%超〜2.0%、Si:0.5〜2.0%、Mn:0.1〜2.0%の範囲で含有し、さらにS:0.05〜0.5%、Zr:0.0005〜0.005%を含有することで、優れた被削性、即ち、工具寿命と切削面粗さを両立できるという効果が得られる黒鉛快削鋼が開示されている。
Here, in patent document 1, it contains as a main element in the range of C: 0.1-1.2%, Si: 0.5-3.0%, Mn: 0.1-1.5% In addition, the graphite grains in the steel have an excellent vibration damping property (described as performance to reduce noise in Patent Document 1) by controlling the graphite grains in the steel to an average particle size of 0.1 to 10 μm and a maximum diameter of 20 μm or less. A steel part is disclosed.
Moreover, in patent document 2, it contains as a main element in the range of C: 0.1-2.0%, Si: 0.5-2.0%, Mn: 0.1-2.0%. Further, a graphite free-cutting steel that is softened by heat treatment in a short time by containing S: 0.1 to 0.7% and Mg: 0.0001 to 0.009% is disclosed.
In Patent Document 3, as main elements, C: more than 0.8% to 2.0%, Si: 0.5 to 2.0%, Mn: 0.1 to 2.0% Further, by containing S: 0.05 to 0.5% and Zr: 0.0005 to 0.005%, it is possible to achieve both excellent machinability, that is, tool life and cutting surface roughness. A graphite free-cutting steel that is effective is disclosed.

一方、Pbを添加しないことから人体への健康被害がなく、さらに、Sを多量に添加しないため鋼の靭性が劣化しない快削鋼としては、Alを0.1%超0.3%以下で添加した鋼が、特許文献4に開示されている。ここで、一般に、特許文献1〜3等に記載のような黒鉛快削鋼は、炭素を含有した鋼を熱処理することによってしか得られないため、製造に時間を要するというデメリットもあるが、特許文献4に記載の鋼は、被削性を得るための熱処理を必要としないというメリットがある。   On the other hand, there is no health damage to the human body because Pb is not added. Furthermore, as free-cutting steel that does not deteriorate the toughness of steel because a large amount of S is not added, Al is more than 0.1% and 0.3% or less. The added steel is disclosed in Patent Document 4. Here, generally, the graphite free-cutting steel as described in Patent Documents 1 to 3 and the like can be obtained only by heat-treating the steel containing carbon. The steel described in Document 4 has the advantage that it does not require heat treatment to obtain machinability.

特開2009−228049号公報JP 2009-228049 A 特開2003−34841号公報JP 2003-34841 A 特開2003−239038号公報JP 2003-239038 A 特開2008−13788号公報JP 2008-13788 A

しかしながら、本発明者等が鋭意検討した結果、従来開発されてきた技術には、以下のような問題があることが明らかとなった。   However, as a result of intensive studies by the present inventors, it has become clear that the conventionally developed technology has the following problems.

まず、特許文献1に記載の技術は、制振性の優れた黒鉛快削鋼であることには相違ないものの、自動車業界をはじめとする産業界からのニーズに対し、被削性、とりわけ工具寿命と切削後の鋼材表面粗さが要求を満たしておらず、一層の向上が必要である。   First, although the technique described in Patent Document 1 must be a graphite free-cutting steel with excellent vibration damping properties, it meets the needs from the industry including the automobile industry, and in particular machinability, especially tools. The service life and the steel surface roughness after cutting do not meet the requirements, and further improvement is necessary.

また、特許文献2に記載の技術は、長時間熱処理しないと被削性が得られないという黒鉛鋼の欠点については改善されている。しかしながら、特許文献2に記載の鋼は、短時間で軟質化(黒鉛化)するため、SとMgの添加を必要とする。実際に、特許文献2の実施例には、S量が0.2%超で添加された発明例が多数開示されている。この点について、本発明者等が鋭意研究した結果、このような多量のSの添加は、鋼の靭性が低下し、産業機械や自動車の部品への適用が限定されてしまうという問題が生じる。   Further, the technique described in Patent Document 2 is improved with respect to the disadvantage of graphite steel that machinability cannot be obtained unless heat treatment is performed for a long time. However, since the steel described in Patent Document 2 softens (graphitizes) in a short time, it requires addition of S and Mg. Actually, the examples of Patent Document 2 disclose a number of invention examples in which the amount of S is added in excess of 0.2%. As a result of intensive studies by the present inventors on this point, the addition of such a large amount of S causes a problem that the toughness of the steel is lowered and the application to parts of industrial machines and automobiles is limited.

また、特許文献3に記載の技術は、工具寿命が向上し、切削後の鋼材表面粗さが改善されているものの、これは、Sの添加によるところが大きく、実際に、特許文献3の実施例には、S量が0.2%超で添加された発明例が多数開示されている。このため、上述した特許文献2の場合と同様、多量のSの添加によって鋼の靭性が低下し、産業機械や自動車の部品への適用が限定されてしまうという問題が生じる。   In addition, although the technique described in Patent Document 3 has improved tool life and improved steel surface roughness after cutting, this is largely due to the addition of S. Discloses a number of invention examples in which the S content exceeds 0.2%. For this reason, similarly to the case of Patent Document 2 described above, the addition of a large amount of S causes a problem that the toughness of the steel is lowered and application to industrial machinery and automobile parts is limited.

また、特許文献4に記載の技術は、Pbを添加しないために人体への健康被害が無く、また、Sを多量に添加しないため、靭性等の機械的特性が劣化しない優れた快削鋼と言えるものの、被削性の性能、例えば、詳細を後述する工具寿命で比較した場合、黒鉛鋼よりも劣位となる。さらに、特許文献4に記載の快削鋼は、制振性に関しては通常の鋼材と何ら変わらないという欠点がある。従って、本発明が課題とする、優れた被削性と制振性のうちの片方の特性しか満足できないという問題があった。   In addition, the technique described in Patent Document 4 does not add Pb, so there is no health damage to the human body, and since a large amount of S is not added, excellent free-cutting steel that does not deteriorate mechanical properties such as toughness Although it can be said, when it compares with the machinability performance, for example, the tool life which will be described later, it is inferior to graphite steel. Furthermore, the free-cutting steel described in Patent Document 4 has a drawback that it is not different from ordinary steel materials in terms of vibration damping properties. Accordingly, there is a problem that only one of the excellent machinability and vibration damping properties, which is an object of the present invention, can be satisfied.

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、制振性を有する黒鉛快削鋼の被削性をさらに向上させるとともに、長時間の熱処理、即ち、黒鉛化の長時間焼鈍を行うことなく生産性に優れ、被削性及び制振性に優れた鋼材を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and further improves the machinability of graphite free-cutting steel having vibration damping properties, and without performing long-time heat treatment, that is, long-time annealing of graphitization. The object is to provide a steel material that is excellent in productivity and excellent in machinability and vibration control.

本発明者等は、短時間の熱処理で被削性及び制振性の優れた鋼材を製造するため、鋭意研究を行った。この結果、特に、黒鉛鋼にAlを多めに添加することで被削性をさらに向上させ、且つ、ケイ素(Si)の含有量を高め、なお且つ、マンガン(Mn)量を低めにし、Siとマンガンの組成比Si/Mnを高めにすることで黒鉛化に要する時間を短縮できる鋼が得られることを見出した。さらに、黒鉛化焼鈍後の鋼の組織におけるフェライト組織と、黒鉛の組織における黒鉛組織の割合を適正にすることで、優れた被削性と制振性が得られることを見出し、本発明を完成させた。
即ち、本発明の要旨は以下の通りである。
The inventors of the present invention conducted intensive research in order to produce a steel material having excellent machinability and vibration damping properties by a short heat treatment. As a result, in particular, the machinability is further improved by adding a large amount of Al to graphite steel, the content of silicon (Si) is increased, and the amount of manganese (Mn) is decreased, and Si and It has been found that a steel capable of shortening the time required for graphitization can be obtained by increasing the manganese composition ratio Si / Mn. Furthermore, the present inventors have found that excellent machinability and vibration damping properties can be obtained by making the ratio of the ferrite structure in the steel structure after graphitization annealing and the ratio of the graphite structure in the graphite structure appropriate. I let you.
That is, the gist of the present invention is as follows.

[1] 質量%で、C:0.3〜1.2%、Si:2.0〜3.0%、Mn:0.05%超0.5%以下、Al:0.2〜1.0%、P:0.02%以下、S:0.007〜0.2%、N:0.0015〜0.030%、O:0.003%以下を含有し、且つ、SiとMnの含有量が次式{5≦Si/Mn}を満たす範囲とされ、残部がFe及び不可避的不純物からなる成分組成を有し、鋼組織がフェライト組織及び黒鉛を含み、且つ、黒鉛化率が80%超であることを特徴とする、被削性及び制振性に優れた鋼材。   [1] By mass%, C: 0.3 to 1.2%, Si: 2.0 to 3.0%, Mn: more than 0.05% and 0.5% or less, Al: 0.2 to 1. 0%, P: 0.02% or less, S: 0.007 to 0.2%, N: 0.0015 to 0.030%, O: 0.003% or less, and of Si and Mn The content is in a range satisfying the following formula {5 ≦ Si / Mn}, the balance has a component composition consisting of Fe and inevitable impurities, the steel structure includes a ferrite structure and graphite, and the graphitization rate is 80 A steel material with excellent machinability and vibration control characteristics, characterized by being over%.

[2] さらに、質量%で、Cr:0.3%以下、Mo:0.2%以下、W:0.2%以下の内の1種あるいは2種以上を含有することを特徴とする、上記[1]に記載の被削性及び制振性に優れた鋼材。
[3] さらに、質量%で、V:0.1%以下、Nb:0.05%以下、Ti:0.05%以下、の内の1種あるいは2種以上を含有することを特徴とする、上記[1]又は[2]に記載の被削性及び制振性に優れた鋼材。
[4] さらに、質量%で、Ni:0.1〜3.0%を含有することを特徴とする、上記[1]〜[3]の何れか1項に記載の被削性及び制振性に優れた鋼材。
[5] さらに、質量%で、B:0.0003〜0.01%を含有することを特徴とする、上記[1]〜[4]の何れか1項に記載の被削性及び制振性に優れた鋼材。
[6] さらに、質量%で、Mg:0.0001〜0.01%を含有することを特徴とする、上記[1]〜[5]の何れか1項に記載の被削性及び制振性に優れた鋼材。
[7] さらに、質量ppmで、Zr:5〜80ppm以下を含有することを特徴とする、上記[1]〜[6]の何れか1項に記載の被削性及び制振性に優れた鋼材。
[2] Further, it is characterized by containing one or more of Cr: 0.3% or less, Mo: 0.2% or less, W: 0.2% or less in mass%. The steel material excellent in machinability and vibration damping properties according to the above [1].
[3] Further, it is characterized by containing one or more of V: 0.1% or less, Nb: 0.05% or less, Ti: 0.05% or less in mass%. A steel material excellent in machinability and vibration damping properties according to [1] or [2].
[4] The machinability and vibration suppression according to any one of the above [1] to [3], further comprising Ni: 0.1 to 3.0% by mass. Excellent steel material.
[5] The machinability and vibration suppression according to any one of the above [1] to [4], further comprising B: 0.0003 to 0.01% by mass%. Excellent steel material.
[6] The machinability and vibration suppression according to any one of [1] to [5] above, further containing Mg: 0.0001 to 0.01% by mass%. Excellent steel material.
[7] Furthermore, it is excellent in machinability and damping properties according to any one of the above [1] to [6], characterized by containing, in mass ppm, Zr: 5 to 80 ppm or less. Steel material.

本発明の被削性及び制振性に優れた鋼材によれば、上記構成の如く、母材の成分組成を適正範囲としたうえで、鋼組織中における黒鉛の割合を適正に制御することにより、優れた被削性を備え、さらに、制振性をも兼ね備えた鋼材が実現できる。
従って、自動車や産業用機械等の部品に用いる鋼材に本発明を適用することで、部品から発生する騒音の低減の他、生産性の向上や切削工具の長寿命化等のメリットが得られるので、その社会的貢献は計り知れない。
According to the steel material excellent in machinability and vibration damping property of the present invention, as described above, the component composition of the base material is within an appropriate range, and the proportion of graphite in the steel structure is appropriately controlled. It is possible to realize a steel material having excellent machinability and also having vibration damping properties.
Therefore, by applying the present invention to steel materials used for parts such as automobiles and industrial machines, in addition to reducing noise generated from parts, there are advantages such as improved productivity and longer tool life. The social contribution is immeasurable.

本発明に係る被削性及び制振性に優れた鋼材の一例を説明する模式図であり、実施例において、プランジ切削法によって被削性を評価する際の切削方法を示す概略図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic diagram explaining an example of the steel material excellent in the machinability and vibration suppression nature which concerns on this invention, and is a schematic diagram which shows the cutting method at the time of evaluating machinability by the plunge cutting method in an Example. 本発明に係る被削性及び制振性に優れた鋼材の一例を説明する模式図であり、実施例において、被削性を評価する際のドリル寿命VL1000に及ぼすSi/Mnの影響を示すグラフである。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic diagram explaining an example of the steel material excellent in the machinability and vibration damping nature which concerns on this invention, and is a graph which shows the influence of Si / Mn exerted on the drill life VL1000 at the time of evaluating machinability in an Example. It is. 本発明に係る被削性及び制振性に優れた鋼材の一例を説明する模式図であり、実施例において、プランジ切削法によって被削性を評価する際の切削面粗さに及ぼすSi/Mnの影響を示すグラフである。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic diagram explaining an example of the steel material excellent in the machinability and vibration damping nature which concerns on this invention, and it has Si / Mn which affects the cutting surface roughness at the time of evaluating machinability by a plunge cutting method in an Example. It is a graph which shows the influence of.

以下、本発明の被削性及び制振性に優れた鋼材の実施形態について説明する。なお、この実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために詳細に説明するものであるから、特に指定の無い限り、本発明を限定するものではない。   Hereinafter, an embodiment of a steel material excellent in machinability and vibration damping properties of the present invention will be described. In addition, since this embodiment is described in detail for better understanding of the gist of the invention, the present invention is not limited unless otherwise specified.

『鋼成分(母材の成分組成)』
まず、本発明を実施するにあたって規定した必須元素の成分範囲の限定理由について説明する。なお、以下の説明において、各元素の添加量は全て「質量%」で表す。
"Steel component (component composition of base material)"
First, the reason for limiting the component range of the essential elements defined in carrying out the present invention will be described. In the following description, the amount of each element added is all represented by “mass%”.

「C:炭素」0.3〜1.2%
Cは、固溶硬化能の強い元素であり、また析出硬化能も強いため、鋼に強度をもたらす最も基本的な元素である。また、鋼の焼入れ処理及び焼戻し処理を行った場合には、マルテンサイト組織の強度を高める元素である。また、Cは、鋼組織中において黒鉛として析出し、被削性及び制振性を向上させるために必須の元素である。
しかしながら、Cの含有量が0.3%未満だと、鋼材の強度が低下するとともに、黒鉛の析出量が不十分となり、被削性及び制振性の向上効果が得られなくなる。また、Cの含有量が1.2%を超えると、熱間圧延時の加工性が低下するため、その含有量を0.3〜1.2%の範囲とした。また、Cの含有量は、より好ましくは0.4〜1.2%の範囲である。
“C: Carbon” 0.3-1.2%
C is an element having a strong solid solution hardening ability and a strong precipitation hardening ability, and is therefore the most basic element that brings strength to steel. Further, when steel is quenched and tempered, it is an element that increases the strength of the martensite structure. C is an element essential for precipitation as graphite in the steel structure and improving machinability and vibration damping.
However, if the C content is less than 0.3%, the strength of the steel material decreases, and the amount of graphite deposited becomes insufficient, so that the effect of improving machinability and vibration damping properties cannot be obtained. Moreover, since the workability at the time of hot rolling will fall when content of C exceeds 1.2%, the content was made into the range of 0.3-1.2%. The C content is more preferably in the range of 0.4 to 1.2%.

「Si:ケイ素」2.0〜3.0%
Siは、母材中のCとの結合力が小さく、鋼組織における黒鉛化処理を促進する有力な元素の一つであるとともに、強度を向上させる効果がある。本発明においては、短時間の焼鈍処理によって鋼組織中に十分な黒鉛を析出させるためには、Siの含有量を適正範囲に制御することが必要であることから、その下限値は2.0%である。但し、Siの含有量が増大すると、フェライト相が固溶硬化し、切削工具の寿命が短くなるため、その上限値を3.0%とした。
"Si: silicon" 2.0-3.0%
Si has a small bonding force with C in the base material, and is one of influential elements for promoting graphitization treatment in the steel structure, and has an effect of improving strength. In the present invention, in order to deposit sufficient graphite in the steel structure by a short annealing treatment, it is necessary to control the Si content within an appropriate range, so the lower limit is 2.0. %. However, when the Si content is increased, the ferrite phase is solid-solution hardened and the life of the cutting tool is shortened. Therefore, the upper limit is set to 3.0%.

なお、後述のMnの添加量が増大した場合には、黒鉛化処理が著しく阻害されるため、これを防止するためには、SiをMnよりも多量とし、具体的には、Si/Mnを5以上とする必要がある。   Note that when the amount of Mn to be described later increases, the graphitization treatment is remarkably inhibited. Therefore, in order to prevent this, Si is made larger than Mn, specifically, Si / Mn is added. It should be 5 or more.

「Al:アルミニウム」0.2〜1.0%
Alは、Oと結合して酸化物を形成する脱酸元素として添加され、また、黒鉛化を促進する作用があり、また、固溶Alを十分に確保することで、被削性を向上させることができる。さらに、AlはNと結合して窒化物(AlN)を形成し、このAlNの作用により、結晶粒を細粒化させ、鋼の靭性を向上させる効果がある。
しかしながら、Alの含有量が0.2%未満では上述のような黒鉛化処理を促進する十分な効果が得られない。また、Alの含有量が0.2%未満では、黒鉛鋼の場合の被削性を向上させる効果も小さい。一方、Alが1.0%を超えると、熱間圧延時に鋼材割れが発生する。また、焼入れ処理を行う場合には、十分な量のマルテンサイト組織が得られず、強度が低下することから、Alの含有量を0.2〜1.0%の範囲とした。
"Al: Aluminum" 0.2-1.0%
Al is added as a deoxidizing element that combines with O to form an oxide, and has the effect of promoting graphitization. Also, by sufficiently securing solid solution Al, machinability is improved. be able to. Furthermore, Al combines with N to form a nitride (AlN), and the effect of this AlN has the effect of reducing crystal grains and improving the toughness of the steel.
However, if the Al content is less than 0.2%, a sufficient effect of promoting the graphitization treatment as described above cannot be obtained. Further, when the Al content is less than 0.2%, the effect of improving the machinability in the case of graphite steel is small. On the other hand, when Al exceeds 1.0%, a steel material crack occurs during hot rolling. In addition, when a quenching process is performed, a sufficient amount of martensite structure cannot be obtained, and the strength decreases, so the Al content is set to a range of 0.2 to 1.0%.

「Mn:マンガン」Mn:0.05%超0.5%以下
Mnは、と結合してMnSを形成し、Sに因る熱間脆性を防止する効果がある。しかしながら、Mnは、0.05%以下の添加量では、上述のような熱間脆性を防止する効果が得られない。従って、Mnの下限値を0.05%とする。一方、Mn量が大きくなると、黒鉛化を著しく阻害するので、Mnの上限値は0.5%とした。
“Mn: Manganese” Mn: more than 0.05% and 0.5% or less Mn combines with to form MnS and has an effect of preventing hot brittleness due to S. However, when Mn is added in an amount of 0.05% or less, the effect of preventing hot brittleness as described above cannot be obtained. Therefore, the lower limit of Mn is set to 0.05%. On the other hand, when the amount of Mn increases, graphitization is significantly inhibited, so the upper limit of Mn is set to 0.5%.

また、本発明においては、Mnの添加による黒鉛化処理の阻害作用を抑制するため、SiをMnよりも多く添加する。具体的には、SiとMnの含有量を、次式{5≦Si/Mn}で表される関係に規定することで、短時間の焼鈍処理によって鋼組織中に十分な黒鉛を析出させることが可能となる。これにより、鋼材の被削性及び制振性を向上させることができる。   Moreover, in this invention, in order to suppress the inhibitory effect of the graphitization process by addition of Mn, Si is added more than Mn. Specifically, by prescribing the content of Si and Mn to the relationship represented by the following formula {5 ≦ Si / Mn}, sufficient graphite is precipitated in the steel structure by a short annealing treatment. Is possible. Thereby, the machinability and vibration control property of steel materials can be improved.

「P:リン」P:0.02%以下
Pは、鋼材中で粒界偏析や中心偏析を起こし、靭性劣化の原因となるので含有量が少ないことが望ましいが、被削性の観点からは、切削面の粗さを改善するため、表面粗さを必要とする鋼材の場合には少量を添加する。しかしながら、Pの含有量が0.02%を超えると、上記問題が顕著となるので、その上限を0.02%以下に規定した。
“P: Phosphorus” P: 0.02% or less P is a grain boundary segregation and center segregation in steel, and causes a deterioration in toughness. In order to improve the roughness of the cutting surface, a small amount is added in the case of steel materials that require surface roughness. However, when the P content exceeds 0.02%, the above problem becomes remarkable, so the upper limit is defined as 0.02% or less.

「S:硫黄」S:0.007〜0.2%
Sは、Mnの他、Mg等の合金元素と反応して硫化物として存在する。これらの硫化物は、黒鉛の核生成サイトとして機能するとともに、潤滑性を向上させて切削面粗さを改善するので、優れた被削性が得られる。但し、Sの含有量が0.007%未満では十分な量の硫化物が確保できず、上記効果が得られ難くなる。また、Sの含有量が多過ぎると、鋼の靱性が劣化するだけでなく、冷間及び熱間延性を劣化させることから、冷間加工時に割れが発生したり、熱間での圧延や鍛造時に割れが発生するため、その上限を0.2%とした。
“S: sulfur” S: 0.007 to 0.2%
S reacts with alloy elements such as Mg in addition to Mn and exists as a sulfide. These sulfides function as graphite nucleation sites and improve lubricity to improve the cutting surface roughness, so that excellent machinability is obtained. However, if the content of S is less than 0.007%, a sufficient amount of sulfide cannot be secured, and the above effect is difficult to obtain. Further, if the content of S is too large, not only the toughness of the steel deteriorates but also the cold and hot ductility deteriorates, so that cracking occurs during cold working, hot rolling and forging. Since cracks sometimes occur, the upper limit was made 0.2%.

「N:窒素」0.0015〜0.030%
Nは、AlやTiと結合してAlNやTiN等の窒化物を形成し、結晶粒の細粒化に有効であり、鋼の靱性を向上させる効果がある。Nの含有量が0.0015%未満では上記効果が得られ難く、また、0.030%を超えて添加しても、その効果が飽和するばかりでなく、Alと反応して固溶Al量を下げることで、黒鉛化および被削性を向上させる作用を阻害する。従って、Nの含有量は、0.0015〜0.030%の範囲とした。
“N: Nitrogen” 0.0015 to 0.030%
N combines with Al and Ti to form nitrides such as AlN and TiN, and is effective in making crystal grains fine and has the effect of improving the toughness of steel. If the N content is less than 0.0015%, the above effect is difficult to obtain, and even if added over 0.030%, the effect is not only saturated, but also reacts with Al to form a solid solution Al amount. By lowering, the action of improving graphitization and machinability is inhibited. Therefore, the N content is in the range of 0.0015 to 0.030%.

「O:酸素」0.003%以下
Oは、他の元素と結合して酸化物を形成し、加工性を低下させるおそれがあることから、含有量を抑える必要がある。Oの含有量が0.003%を超えると、上記傾向が顕著となることから、Oの含有量の上限をこの数値に規定した。
“O: Oxygen” 0.003% or less O is bound to other elements to form an oxide, which may reduce workability, so the content needs to be suppressed. When the content of O exceeds 0.003%, the above tendency becomes remarkable. Therefore, the upper limit of the content of O is defined as this value.

本発明においては、上記必須元素に加え、さらに、以下に説明するような元素を選択的に添加することができる。具体的には、質量%又は質量ppmで、Cr:0.3%以下、Mo:0.2%以下、W:0.2%以下の内の1種あるいは2種以上をさらに含有する成分組成とすることができる。また、V:0.1%以下、Nb:0.05%以下、Ti:0.05%以下、の内の1種あるいは2種以上をさらに含有する成分組成とすることができる。
また、Ni:0.1〜3.0%をさらに含有する成分組成とすることができる。また、B:0.0003〜0.01%をさらに含有する成分組成とすることができる。また、Mg:0.0001〜0.01%をさらに含有する成分組成とすることができる。また、Zr:5〜80ppm以下をさらに含有する成分組成とすることができる。
以下、本発明における選択成分元素の添加範囲の限定理由につい説明する。
In the present invention, in addition to the above essential elements, elements as described below can be selectively added. Specifically, the component composition further contains one or more of Cr: 0.3% or less, Mo: 0.2% or less, W: 0.2% or less in mass% or mass ppm. It can be. Moreover, it can be set as the component composition which further contains 1 type or 2 types or more in V: 0.1% or less, Nb: 0.05% or less, and Ti: 0.05% or less.
Moreover, it can be set as the component composition which further contains Ni: 0.1-3.0%. Moreover, it can be set as the component composition which further contains B: 0.0003-0.01%. Moreover, it can be set as the component composition which further contains Mg: 0.0001-0.01%. Moreover, it can be set as the component composition which further contains Zr: 5-80 ppm or less.
Hereinafter, the reason for limiting the addition range of the selected component element in the present invention will be described.

「Ni:ニッケル」0.1〜3.0%、
Niは、セメンタイトを不安定化させ、黒鉛化処理を促進するとともに、焼入性を高め、強度を確保するのに効果的な元素である。Niの含有量が0.1%未満では、上記効果が不十分であり、また、3%を超えてNiを添加しても、その効果は飽和するとともに、経済的に極めて不利となる。従って、Niの含有量は、0.1〜3.0%の範囲に規定した。
“Ni: nickel” 0.1 to 3.0%,
Ni is an element effective for destabilizing cementite and promoting graphitization treatment, enhancing hardenability, and ensuring strength. If the Ni content is less than 0.1%, the above effect is insufficient, and even if Ni is added in excess of 3%, the effect is saturated and extremely disadvantageous economically. Therefore, the Ni content is specified in the range of 0.1 to 3.0%.

「B:ボロン」0.0003〜0.01%
Bは、焼入れ性を向上させて鋼材を高強度化する効果がある。また、Bは、Nと結合することで黒鉛の核生成サイトであるBNを生成し、黒鉛化処理を促進するとともに、析出する黒鉛を微細化する。このような効果を得るためには、Bを0.0003%以上で添加する必要がある。但し、Bが0.01%を超えて過剰に添加されると、黒鉛組織が微細化し過ぎるため、鋼材の被削性が低下するおそれがあり、また、粒界にB化合物が析出することで靱性を低下させる。従って、Bの含有量は0.0003〜0.01%の範囲であることが好ましい。
“B: Boron” 0.0003 to 0.01%
B has the effect of improving the hardenability and increasing the strength of the steel material. Further, B combines with N to generate BN, which is a nucleation site of graphite, and promotes the graphitization treatment and refines the precipitated graphite. In order to obtain such an effect, it is necessary to add B at 0.0003% or more. However, if B is added in excess of 0.01%, the graphite structure becomes too fine, so the machinability of the steel may be reduced, and the B compound is precipitated at the grain boundaries. Reduce toughness. Therefore, the B content is preferably in the range of 0.0003 to 0.01%.

「Mg:マグネシウム」0.0001〜0.01%
Mgは、Oと結合して、酸化物であるMgOやMgAlを形成し、これらは単独あるいは硫化物との複合介在物を生成する。このようなMg系介在物は、ピンニング粒子としての効果や、黒鉛もしくはBNの核生成サイトとなり、黒鉛の均一分散に効果に作用する。Mgの含有量が0.0001%未満では効果が少なく、また、0.01%以上で含有させると製鋼コストが増加する。
“Mg: Magnesium” 0.0001 to 0.01%
Mg combines with O to form oxides such as MgO and MgAl 2 O 4 , which generate single inclusions or complex inclusions with sulfides. Such Mg-based inclusions are effective as pinning particles, and serve as nucleation sites for graphite or BN, and have an effect on the uniform dispersion of graphite. When the Mg content is less than 0.0001%, the effect is small, and when the Mg content is 0.01% or more, the steelmaking cost increases.

また、本発明に係る鋼材は、鋼を切削して部品形状とした後、高周波焼入れして部品とする場合がある。Mgの添加は黒鉛粒の微細化に効果があり、例え黒鉛化率が同じ場合であっても、微細分散している方が高周波焼入れ等の性能に優れる。即ち、高周波焼入れのように、短時間加熱による硬化処理において均一な表面硬化層を形成させるためには、黒鉛が鋼中に短時間で固溶、拡散しなければならない。そのため、短い拡散距離で、表面一帯に均一にCを拡散できるように黒鉛を微細分散させることが非常に有効であり、この点でMgは非常に有効な元素である。しかしながら、上記同様、Mgの含有量が少な過ぎると黒鉛の微細化効果が得られず、また、含有量が多過ぎると黒鉛が微細化し過ぎるため、鋼材の被削性が低下するおそれがあることから、その含有量を0.0001〜0.01%の範囲に規定した。   Further, the steel material according to the present invention may be made into a part by induction hardening after cutting steel into a part shape. The addition of Mg is effective in making the graphite grains finer, and even if the graphitization rate is the same, the finely dispersed one is superior in performance such as induction hardening. That is, in order to form a uniform surface hardened layer in a hardening treatment by short-time heating, such as induction hardening, graphite must be dissolved and diffused in the steel in a short time. Therefore, it is very effective to finely disperse graphite so that C can be uniformly diffused over the entire surface with a short diffusion distance. In this respect, Mg is a very effective element. However, as described above, if the Mg content is too small, the effect of refining the graphite cannot be obtained, and if the content is too large, the graphite becomes too fine and the machinability of the steel may be reduced. Therefore, the content was specified in the range of 0.0001 to 0.01%.

「Cr:クロム」0.3%以下
「Mo:モリブデン」0.2%以下
「W:タングステン」0.2%以下
Crは、鋼材の焼入れ性を確保し、強度向上に寄与する元素である。一方、Crの含有量が多過ぎると、黒鉛化処理を著しく阻害するおそれがあるため、その上限を0.3%に規定した。
“Cr: Chromium” 0.3% or less “Mo: Molybdenum” 0.2% or less “W: Tungsten” 0.2% or less Cr is an element that secures the hardenability of the steel material and contributes to strength improvement. On the other hand, if the Cr content is too high, the graphitization may be remarkably inhibited, so the upper limit is defined as 0.3%.

また、Moは、Crと同様、鋼材の焼入れ性を確保し、強度向上に寄与する元素である。一方、Moの含有量が多過ぎると、フェライト組織の硬さが上昇し、冷間加工性が損なわれるとともに黒鉛化処理を阻害することから、その上限を0.2%に規定した。   Mo, like Cr, is an element that ensures the hardenability of the steel material and contributes to strength improvement. On the other hand, if the Mo content is too large, the hardness of the ferrite structure increases, the cold workability is impaired and the graphitization treatment is hindered, so the upper limit was defined as 0.2%.

また、Wは、Cr及びMoと同様、鋼材の焼入れ性を確保し、強度向上に寄与する元素である一方、過剰に添加すると、変態終了時間が長くなって生産性が低下するとともに、黒鉛化処理を阻害することから、その上限値を0.2%に規定した。   W, like Cr and Mo, is an element that secures the hardenability of the steel material and contributes to the improvement of strength. On the other hand, when added in excess, the transformation end time becomes longer and the productivity is lowered, and graphitization is achieved. Since the treatment is inhibited, the upper limit value is defined as 0.2%.

「V:バナジウム」0.1%以下
「Nb:ニオブ」0.05%以下
「Ti:チタン」0.05%以下
V、Nb、Tiは、C又はNと結合して炭化物や窒化物を形成し、ピンニング粒子として機能することでオーステナイト粒の成長を抑制し、破壊靭性値を向上させる効果を有し、さらに、黒鉛の核生成サイトとして作用する。しかしながら、V、Nb、Tiの含有量が多過ぎると、連続焼鈍等を行う場合に、フェライトの再結晶を大幅に遅延させることから、焼鈍後に未再結晶フェライトが残りやすく、大幅な延性低下をもたらすとともに、被削性及び靱性も低下するため、その上限を、V:0.1%以下、Nb:0.05%以下、Ti:0.05%以下に規定した。
“V: Vanadium” 0.1% or less “Nb: Niobium” 0.05% or less “Ti: Titanium” 0.05% or less V, Nb, and Ti combine with C or N to form carbides and nitrides. In addition, it functions as pinning particles, thereby suppressing the growth of austenite grains and improving the fracture toughness value, and further acts as a nucleation site for graphite. However, if the content of V, Nb, Ti is too large, the recrystallization of the ferrite is greatly delayed when performing continuous annealing, etc., so that unrecrystallized ferrite tends to remain after annealing, resulting in a significant decrease in ductility. In addition, the machinability and toughness are also lowered, so the upper limit was defined as V: 0.1% or less, Nb: 0.05% or less, Ti: 0.05% or less.

「Zr:ジルコニウム」5〜80ppm以下
Zrは、黒鉛の核生成サイトであるZr酸化物や、MnS等の硫化物を微細分散化させる作用がある。これらの酸化物や硫化物は、黒鉛の析出サイトとして有効に機能し、黒鉛の微細分散化及び短時間黒鉛化に有効である。但し、ただし、Zrの添加量が5ppm未満では上記効果が認められず、また、80ppmを超えて添加すると、粗大で硬質な(Zr、X)Sや(Xは、Mn等の硫化物を生成する合金元素を意味する)、Zr(CN)を形成し、Zrによる酸化物の微細化効果が減少するだけでなく、破壊特性を劣化させる。従って、被削性の観点からも、Zrの含有量を5〜80ppm以下の範囲に規定する。
“Zr: Zirconium” 5 to 80 ppm or less Zr has the effect of finely dispersing Zr oxide, which is a nucleation site of graphite, and sulfides such as MnS. These oxides and sulfides function effectively as graphite precipitation sites, and are effective for fine dispersion of graphite and short-time graphitization. However, the above effect is not observed when the amount of Zr added is less than 5 ppm, and when it exceeds 80 ppm, coarse and hard (Zr, X) S and (X is a sulfide such as Mn. Zr (CN) is formed, and not only the oxide refinement effect by Zr is reduced, but also the fracture characteristics are deteriorated. Therefore, also from the viewpoint of machinability, the content of Zr is specified in the range of 5 to 80 ppm or less.

『鋼組織』
本発明に係る鋼材は、上述のように、鋼組織がフェライト組織及び黒鉛を含み、且つ、黒鉛化率が80%超として構成されている。
"Steel structure"
As described above, the steel material according to the present invention is configured such that the steel structure includes a ferrite structure and graphite, and the graphitization rate exceeds 80%.

一般に、炭素を含有する鋼材を黒鉛化処理する場合には、熱処理を施すことで鋼組織中のセメンタイト組織を黒鉛化する。また、このような黒鉛化処理を促進する元素として、AlやSi等を母材に添加することで効果的に黒鉛化し、また、処理時間が短くなるので、焼鈍等の熱処理時間を短縮でき、生産性が向上する。このような、黒鉛化処理された鋼材は、切削加工して各種部品を製造する際の被削性に優れたものとなる。また、このような鋼材を用いた部品は、優れた制振性を示すものとなる。
また、上述の如く、母材にAlを添加した場合には、鋼材を加工する際の被削性がより向上するので、製品品質や、鋼部品を製造する際の生産性がさらに向上するという効果が得られる。
Generally, when a steel containing carbon is graphitized, the cementite structure in the steel structure is graphitized by performing a heat treatment. In addition, as an element that promotes such graphitization treatment, it is effectively graphitized by adding Al, Si, etc. to the base material, and since the treatment time is shortened, the heat treatment time such as annealing can be shortened, Productivity is improved. Such a graphitized steel material is excellent in machinability when it is cut to produce various parts. In addition, a part using such a steel material exhibits excellent vibration damping properties.
In addition, as described above, when Al is added to the base material, the machinability when processing the steel material is further improved, so that the product quality and the productivity when manufacturing the steel parts are further improved. An effect is obtained.

上述のような、被削性及び制振性向上の効果を得るためには、鋼組織中において黒鉛の占める割合、即ち、黒鉛化率が80%超であることが必要である。鋼組織における黒鉛の割合が、例えば、面積率で80%を超えた状態であれば、上記した被削性及び制振性向上の効果が安定して得られる。鋼組織中における黒鉛化率が80%以下だと、上記効果が安定して得られない。   In order to obtain the effect of improving machinability and vibration damping as described above, the ratio of graphite in the steel structure, that is, the graphitization rate, needs to be more than 80%. If the ratio of graphite in the steel structure exceeds, for example, 80% in terms of area ratio, the above-described effects of improving machinability and vibration damping can be stably obtained. If the graphitization rate in the steel structure is 80% or less, the above effects cannot be obtained stably.

上述のように、本発明においては、特に、母材の成分組成におけるSi、Al及びMnの含有量を厳密に制御することにより、鋼組織を適正に制御することが可能となる。即ち、鋼組織を、フェライト組織及び黒鉛を含み、且つ、黒鉛化率が80%超となるように制御することで、鋼材の被削性及び制振性を向上させることが可能となる。   As described above, in the present invention, particularly, the steel structure can be appropriately controlled by strictly controlling the contents of Si, Al, and Mn in the composition of the base material. That is, it is possible to improve the machinability and vibration damping of the steel material by controlling the steel structure so as to include a ferrite structure and graphite and the graphitization rate exceeds 80%.

また、上述したように、本発明においては、Mnの添加量が増大して黒鉛化処理が著しく阻害されるのを防止し、黒鉛化率を高めるため、SiをMnよりも多量、具体的には、SiとMnの含有量を、次式{5≦Si/Mn}で表される関係に規定する。これにより、短時間の焼鈍処理によって鋼組織中に十分な黒鉛を析出させることが可能となるので、鋼材の被削性及び制振性が向上するとともに、生産性を顕著に向上させることができる。   Further, as described above, in the present invention, the amount of Mn added is increased to prevent the graphitization treatment from being significantly inhibited and the graphitization rate is increased. Defines the content of Si and Mn in the relationship represented by the following formula {5 ≦ Si / Mn}. As a result, sufficient graphite can be precipitated in the steel structure by a short annealing treatment, so that the machinability and vibration damping of the steel material can be improved and the productivity can be remarkably improved. .

ここで、本発明において説明する被削性とは、鋼材を切削加工するときの削られやすさを示し、例えば、切削抵抗や工具の寿命、切削仕上げ面の程度等の他、切削屑の形状と処理の難易さ等の特性によって表される。
また、本発明で説明する制振性とは、振動エネルギーを熱エネルギーに代えることによって、振動の大きさを減衰させる特性を表すものであり、従来から主流であった、剛性変更や振動絶縁による防振性とは異なる指標である。このような制振性を高めることで、振動を可能な限り抑制し、本発明に係る鋼材を用いて製造された各種部品が使用される環境を良好に維持することが可能となる。
Here, the machinability described in the present invention indicates the ease of cutting when cutting a steel material, for example, cutting resistance, tool life, degree of cutting finish surface, etc. And is represented by characteristics such as difficulty of processing.
In addition, the vibration damping property described in the present invention represents a characteristic that attenuates the magnitude of vibration by substituting vibration energy with thermal energy. It is an index different from the anti-vibration property. By improving such vibration damping properties, it is possible to suppress vibrations as much as possible and maintain a good environment in which various parts manufactured using the steel material according to the present invention are used.

なお、本発明の鋼材の鋼組織は、例えば、鋼材を切断、研磨後、その研磨面を光学顕微鏡等によって観察することにより、その組織の面積率やサイズ等を調べることが可能である。   The steel structure of the steel material of the present invention can be examined, for example, by cutting and polishing the steel material, and then observing the polished surface with an optical microscope or the like, thereby examining the area ratio or size of the structure.

『製造方法』
以下に、上記した本発明に係る被削性及び制振性に優れた鋼材を製造する方法の一例について説明する。本実施形態では、上記した構成の鋼材を製造するにあたり、以下の手順及び条件で製造することが可能であるが、本発明の鋼材を製造する方法は、以下に説明する方法に限定されるものではなく、本発明の構成を実現できる方法であれば、如何なる方法を採用することも可能である。
"Production method"
Below, an example of the method of manufacturing the steel material excellent in the machinability and vibration damping nature concerning the above-mentioned this invention is explained. In this embodiment, when manufacturing the steel material having the above-described configuration, it is possible to manufacture the steel material according to the following procedure and conditions. However, the method for manufacturing the steel material of the present invention is limited to the method described below. Instead, any method can be adopted as long as the configuration of the present invention can be realized.

上記した構成の被削性及び制振性に優れた鋼材を製造するにあたっては、まず、上述した成分組成を有する鋼塊を鋳造する。ここで、熱間圧延に供する鋼塊の製造方法は、特に限定されるものではなく、連続鋳造等で製造したものを適宜用いることができる。また、本発明の製造方法は、鋳造後、直ちに熱間圧延を行う連続鋳造−直接圧延(CC−DR)プロセスにも適合できる。   In manufacturing the steel material having the above-described structure and excellent machinability and vibration damping properties, first, a steel ingot having the above-described component composition is cast. Here, the manufacturing method of the steel ingot used for hot rolling is not particularly limited, and those manufactured by continuous casting or the like can be used as appropriate. The production method of the present invention can also be adapted to a continuous casting-direct rolling (CC-DR) process in which hot rolling is performed immediately after casting.

次いで、圧延の完了した鋼材を、オンライン水冷及び空冷法によって冷却する。この際、オンライン水冷では、マルテンサイト及びベイナイトもしくはその混合組織を主体とした組織が、空冷ではフェライト・パーライトもしくはパーライトを主体とした組織が析出する。   Next, the rolled steel is cooled by online water cooling and air cooling. At this time, a structure mainly composed of martensite and bainite or a mixed structure thereof is precipitated in online water cooling, and a structure mainly composed of ferrite / pearlite or pearlite is precipitated in air cooling.

次いで、例えば、上記成分組成を有する鋼材を、500〜740℃の温度に再加熱して保持することで黒鉛化焼鈍を施すことにより、鋼組織中のCを黒鉛化する。この際、熱処理条件(黒鉛化焼鈍条件)を適宜調整することにより、鋼組織を、フェライト組織及び黒鉛を含む組織としながら、黒鉛化率を80%超に制御する。この際、黒鉛化率を80%超とするためには、上記の再加熱温度を500〜740℃の範囲とすることが必要である。この再加熱温度が500℃未満か、又は、740℃を超えると、黒鉛化処理の効率が低下して処理時間が長くなり、生産性が低下する。また、再加熱を行う際の保持時間としては、5〜10hrの範囲とすることが好ましい。再加熱の際の保持時間が5hr未満だと、組織中に十分な量の黒鉛を析出できないおそれがあり、また、10hrを超える保持時間だと、生産性が低下する。   Next, for example, C in the steel structure is graphitized by subjecting the steel material having the above component composition to re-heating to a temperature of 500 to 740 ° C. and performing graphitization annealing. At this time, by appropriately adjusting the heat treatment conditions (graphitization annealing conditions), the graphitization rate is controlled to be more than 80% while the steel structure is a ferrite structure and a structure containing graphite. At this time, in order to make the graphitization rate exceed 80%, it is necessary to set the reheating temperature in the range of 500 to 740 ° C. When this reheating temperature is less than 500 ° C. or exceeds 740 ° C., the efficiency of the graphitization treatment is lowered, the treatment time is lengthened, and the productivity is lowered. Moreover, it is preferable to set it as the range of 5-10 hr as holding time at the time of performing reheating. If the holding time during reheating is less than 5 hr, a sufficient amount of graphite may not be precipitated in the structure. If the holding time exceeds 10 hr, productivity is lowered.

以上説明したような本発明に係る被削性及び制振性に優れた鋼材によれば、上記構成の如く、母材の成分組成を適正範囲としたうえで、鋼組織中における黒鉛の割合を適正に制御することにより、優れた被削性を備え、さらに、制振性をも兼ね備えた鋼材が実現できる。従って、自動車や産業用機械等の部品に用いる鋼材に本発明を適用することで、部品の制振性等の製品品質向上の他、生産性の向上や切削工具の長寿命化等のメリットが得られるので、その社会的貢献は計り知れない。   According to the steel material having excellent machinability and vibration damping properties according to the present invention as described above, the composition ratio of the base material is within an appropriate range as described above, and the proportion of graphite in the steel structure is By appropriately controlling, it is possible to realize a steel material having excellent machinability and also having vibration damping properties. Therefore, by applying the present invention to steel materials used for parts such as automobiles and industrial machines, in addition to improving product quality such as vibration damping of parts, there are merits such as improved productivity and longer tool life. The social contribution is immeasurable.

以下、本発明に係る被削性及び制振性に優れた鋼材の実施例を挙げ、本発明をより具体的に説明するが、本発明は、もとより下記実施例に限定されるものではなく、前、後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。   Hereinafter, examples of the steel material excellent in machinability and vibration damping according to the present invention will be given and the present invention will be described more specifically, but the present invention is not limited to the following examples from the beginning, The present invention can be implemented with appropriate modifications within a range that can be adapted to the gist of the following, and these are all included in the technical scope of the present invention.

[実施例]
実施例では、まず、製鋼工程において溶鋼の脱酸・脱硫と化学成分を制御することにより、下記表1に示す成分組成の鋼塊を得た。その後、得られた鋼塊に熱間圧延を施すことにより、φ50mmの鋼材を作成した。
[Example]
In the Examples, first, steel ingots having the component compositions shown in Table 1 below were obtained by controlling the deoxidation / desulfurization of the molten steel and chemical components in the steelmaking process. Thereafter, the obtained steel ingot was hot-rolled to prepare a steel material having a diameter of 50 mm.

実施例では、圧延後の冷却方法としては、オンライン水冷及び空冷の2種類にて行っており、下記表1に併せて示した。ここで、オンライン水冷では、マルテンサイト及びベイナイトもしくはその混合組織を主体とした組織が、空冷ではフェライト・パーライトもしくはパーライトを主体とした組織が焼鈍前組織となる。   In the examples, as the cooling method after rolling, two types of on-line water cooling and air cooling are used, which are shown in Table 1 below. Here, in the on-line water cooling, the structure mainly composed of martensite and bainite or a mixed structure thereof is the structure before annealing, and the structure mainly composed of ferrite / pearlite or pearlite is the structure before annealing.

Figure 2011241424
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Figure 2011241424
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次に、熱間圧延及び圧延後の冷却を終えた鋼材を680℃の温度に再加熱して、表2に示す時間(黒鉛化焼鈍時間)で保持して焼鈍を施し、鋼組織の黒鉛化処理を行うことにより、本発明例及び比較例の試験片を製造した。   Next, the steel material that has been subjected to hot rolling and cooling after rolling is reheated to a temperature of 680 ° C., and is retained for the time shown in Table 2 (graphitizing annealing time) to perform annealing, thereby graphitizing the steel structure. By performing the treatment, test pieces of the present invention and comparative examples were produced.

次に、上記手順及び条件で製造した試験片について、以下のような評価試験を行った。
まず、黒鉛化焼鈍した鋼材を切断して研磨し、総視野0.4mmの範囲内を光学顕微鏡で観察して、平均黒鉛粒径と黒鉛の粒子数を測定した。そして、この測定によって得られた平均黒鉛粒径と黒鉛の粒子数、さらに黒鉛の密度から、鋼材中の黒鉛含有量を計算し、下記(1)式で定義される黒鉛化率を計算した。
黒鉛化率(%)=(鋼材中の黒鉛含有量/鋼材の炭素含有量)×100 ・・・(1)
Next, the following evaluation test was done about the test piece manufactured by the said procedure and conditions.
First, the graphitized and annealed steel material was cut and polished, and the range of the total visual field of 0.4 mm 2 was observed with an optical microscope to measure the average graphite particle size and the number of graphite particles. And from the average graphite particle diameter obtained by this measurement, the number of graphite particles, and the density of graphite, the graphite content in the steel was calculated, and the graphitization rate defined by the following formula (1) was calculated.
Graphitization rate (%) = (content of graphite in steel / carbon content of steel) × 100 (1)

また、冷間鍛造性の指標である焼鈍後硬さは、上記黒鉛化率を求めるのに用いたものと同じサンプルにおける中心部を荷重10kgの条件で、ビッカース硬さ計によって3点測定した平均値にて評価した。   Further, the hardness after annealing, which is an index of cold forgeability, is an average obtained by measuring three points with a Vickers hardness meter at the center of the same sample used for obtaining the graphitization rate under a load of 10 kg. The value was evaluated.

また、被削性の評価については、黒鉛化焼鈍を施した鋼材から、被削性評価用サンプルを作製し、このサンプルを用いて、ドリル寿命(VL1000)及び切削面粗さ(Rz)で評価した。
ここで、ドリル寿命を示す指標VL1000とは、累積穴深さ1000mmまで穿孔可能な最大のドリル周速のことであり、この値が大きいほど高速で切削加工を行うことが可能であり、被削性に優れることを意味する。本実施例においては、ドリルとしてφ5mmのストレートドリルを用い、送り0.25mm/revにて、水溶性切削油を用いてドリル周速を変化させ、ドリル折損までの累積穴深さを測定し、この数値を基にVL1000を求め、結果を表2に記載した。なお、この際の切削油としては、市販の水溶性のものを用いた。
In addition, for machinability evaluation, a machinability evaluation sample is prepared from a steel material subjected to graphitization annealing, and this sample is used to evaluate the drill life (VL1000) and the cutting surface roughness (Rz). did.
Here, the index VL1000 indicating the drill life is a maximum drill peripheral speed capable of drilling up to a cumulative hole depth of 1000 mm, and the larger this value is, the faster the cutting can be performed. It means that it has excellent properties. In this example, a φ5 mm straight drill was used as the drill, and at a feed of 0.25 mm / rev, the drill peripheral speed was changed using a water-soluble cutting oil, and the accumulated hole depth until drill breakage was measured. VL1000 was calculated based on this value, and the results are shown in Table 2. Note that a commercially available water-soluble oil was used as the cutting oil at this time.

また、切削面粗さは、図1の模式図に示すようなプランジ切削方法によって被削性評価用サンプルを切削した際の切削表面を、蝕針式粗さ計を用いて測定し、JIS B0601に準拠した十点平均粗さRzで評価した。この際の切削条件は、図1に示すような切削工具1を用い、切削速度80m/min、工具送り0.05mm/revで、2.5secの時間で切削した後、工具を引き抜いて6secの時間で空転させる操作を1サイクルとする条件とした。そして、この条件下において、切削によって鋼材表面に順次創成される溝について、その100サイクル目の溝底における切削面2の切削表面粗さを測定した。この切削面粗さとしては、プランジ切削用高速度工具:SKH57を用いて、切削速度80m/min、送り0.05m/revで、表面粗さRzを評価し、結果を表2に記載した。   Further, the cutting surface roughness was measured by using a stylus roughness meter to measure the cutting surface when the machinability evaluation sample was cut by the plunge cutting method as shown in the schematic diagram of FIG. 1, and JIS B0601. The ten-point average roughness Rz based on The cutting conditions at this time were as follows. Using a cutting tool 1 as shown in FIG. 1, the cutting speed was 80 m / min, the tool feed was 0.05 mm / rev and the cutting was performed for 2.5 seconds, and then the tool was pulled out for 6 seconds. The operation of idling with time was defined as one cycle. And under this condition, the cutting surface roughness of the cutting surface 2 at the groove bottom of the 100th cycle was measured for the grooves sequentially created on the steel material surface by cutting. As the cutting surface roughness, the surface roughness Rz was evaluated using a high speed tool for plunge cutting: SKH57 at a cutting speed of 80 m / min and a feed of 0.05 m / rev. The results are shown in Table 2.

また、制振性については、振動の対数減衰率によって評価した。具体的には、まず、機械加工により、幅30mm、長さ300mm、厚さ5mmの板状に加工した試験片の片面中央部に歪ゲージを粘着した。さらに、試験片の長手方向の両端から67mm離れた2箇所を糸で固定し、試験片が水平になり、且つ、歪ゲージが下側になるように、2本の糸で試験片を吊り下げた状態に保持した。次いで、その状態にて、φ10mmの鋼球を、試験片より50mm上方から、ガイドを用いて試験片の中央部に落下させた。そして、落下後の試験片の振動を、試験片下面に粘着した歪ゲージにて検出し、対数減衰率を測定した。   Further, the vibration damping property was evaluated by the logarithmic attenuation rate of vibration. Specifically, first, a strain gauge was adhered to the central portion of one surface of a test piece that was processed into a plate shape having a width of 30 mm, a length of 300 mm, and a thickness of 5 mm by machining. Furthermore, the two test pieces are suspended with two threads so that the two points 67 mm away from both ends in the longitudinal direction of the test piece are fixed with a thread, the test piece is horizontal, and the strain gauge is on the lower side. Held in the same state. Then, in that state, a steel ball having a diameter of 10 mm was dropped from the upper side of the test piece 50 mm onto the center of the test piece using a guide. Then, the vibration of the test piece after dropping was detected with a strain gauge adhered to the lower surface of the test piece, and the logarithmic decay rate was measured.

さらに、実施例1においては、各サンプルの黒鉛化性能差を顕著な状態として評価するため、黒鉛化率が80%に到達する際の所要焼鈍時間と、この際の平均黒鉛粒径を測定した。なお、所要焼鈍時間は、温度680℃にて黒鉛化率が80%に達する保持時間と定義した。また、平均黒鉛粒径は総視野0.4mmの光顕組織より求めた。 Furthermore, in Example 1, in order to evaluate the difference in graphitization performance of each sample as a remarkable state, the required annealing time when the graphitization rate reached 80% and the average graphite particle size at this time were measured. . The required annealing time was defined as the holding time at which the graphitization rate reached 80% at a temperature of 680 ° C. The average graphite particle size was determined from an optical microscope having a total visual field of 0.4 mm 2 .

[評価結果]
表1、2及び図2、3のグラフに、本実施例における製造条件と評価結果の一覧を示している。ここで、図2は、ドリル寿命VL1000に及ぼすSi/Mnの影響を示すグラフであり、図3は、プランジ切削法によって被削性を評価する際の切削面粗さに及ぼすSi/Mnの影響を示すグラフである。
[Evaluation results]
The graphs in Tables 1 and 2 and FIGS. 2 and 3 show a list of manufacturing conditions and evaluation results in this example. Here, FIG. 2 is a graph showing the influence of Si / Mn on the drill life VL1000, and FIG. 3 shows the influence of Si / Mn on the cutting surface roughness when the machinability is evaluated by the plunge cutting method. It is a graph which shows.

表1、2に示すように、本発明で規定する成分組成を有し、また、本発明で規定する鋼組織とされた本発明例(試験No.1〜26)は、何れも、鋼組織がフェライト組織及び80%超の黒鉛を含む鋼材であった。また、図2、3のグラフにも示すように、本発明例は、被削性を示す指標であるドリル寿命(VL1000)が150m/min以上で、切削面粗さ(Rz)が25.6μm以下であった。またさらに、本発明例では、制振性を示す指標である振動の対数減衰率が0.010以上であった。これらの評価結果より、本発明例の鋼板は、優れた被削性を備え、さらに、制振性をも兼ね備えていることが確認できた。   As shown in Tables 1 and 2, the present invention examples (test Nos. 1 to 26) having the component composition defined in the present invention and the steel structure defined in the present invention are all steel structures. Was a steel material containing a ferrite structure and more than 80% graphite. As shown in the graphs of FIGS. 2 and 3, in the example of the present invention, the drill life (VL1000), which is an index indicating machinability, is 150 m / min or more, and the cutting surface roughness (Rz) is 25.6 μm. It was the following. Furthermore, in the example of the present invention, the logarithmic damping factor of vibration, which is an index indicating damping performance, was 0.010 or more. From these evaluation results, it was confirmed that the steel sheet of the example of the present invention had excellent machinability and also had vibration damping properties.

なお、黒鉛化処理の性能については、本発明例の何れにおいても、焼鈍時間が10時間以下と優れた特性を示した。また、それらの中でも、圧延後に水冷を行なったサンプルは、さらに、黒鉛化処理が速く、ほとんどのサンプルが、3時間以内の焼鈍で黒鉛化率が80%に達した。   In addition, as for the performance of the graphitization treatment, in any of the examples of the present invention, the annealing time was 10 hours or less and showed excellent characteristics. Among them, the samples that were water-cooled after rolling were further graphitized, and most of the samples reached a graphitization rate of 80% after annealing within 3 hours.

これに対し、比較例(試験No.30〜42)の鋼材は、本発明で規定する成分組成や鋼組織の何れかが満たされていないため、被削性、制振性、黒鉛化率80%到達までの所要焼鈍時間の内の何れかの特性が劣る結果となった。
また、比較例において、試験No.27は、Mnが本発明の規定範囲を下回るために熱間脆性が生じ、圧延時に鋼材が割れた例である。また、試験No.28は、Alが本発明の規定範囲を超えるため、熱間圧延時に鋼材が割れた例である。また、試験No.29は、Sが本発明の規定範囲を超えるために熱間脆性が生じ、圧延時に鋼材が割れた例である。
On the other hand, since the steel materials of the comparative examples (test Nos. 30 to 42) do not satisfy any of the component composition and steel structure defined in the present invention, machinability, vibration damping property, and graphitization rate 80 % Of the required annealing time until reaching% was inferior.
In the comparative example, the test No. No. 27 is an example in which Mn is below the specified range of the present invention, resulting in hot brittleness and cracking of the steel material during rolling. In addition, Test No. No. 28 is an example in which the steel material was cracked during hot rolling because Al exceeded the specified range of the present invention. In addition, Test No. No. 29 is an example in which hot brittleness occurs because S exceeds the specified range of the present invention, and the steel material cracks during rolling.

ここで、表2及び図2のグラフに示すように、Si/Mnが5以下の場合には、VL1000の値が低い値を示した。一方、Si/Mnが5以上でも、Al量やC量が規定以下である場合には、発明鋼と比較してVL1000の値は小さかった。
また、表2及び図3のグラフに示すように、プランジ切削時の切削面粗さ(Rz)は、VL1000と同様、Si/Mnが5以下である場合に、その特性が急激に低下した。
Here, as shown in the graph of Table 2 and FIG. 2, when Si / Mn was 5 or less, the value of VL1000 showed a low value. On the other hand, even when Si / Mn was 5 or more, the value of VL1000 was smaller than that of the invention steel when the Al content or C content was less than the specified value.
Moreover, as shown in the graph of Table 2 and FIG. 3, the characteristic of the cutting surface roughness (Rz) at the time of plunge cutting sharply decreased when Si / Mn was 5 or less, similar to VL1000.

以上説明した実施例の結果より、本発明の鋼材が、優れた被削性及び制振性を備えていることが明らかである。   From the results of the examples described above, it is clear that the steel material of the present invention has excellent machinability and vibration damping properties.

1…切削工具、2…切削面 1 ... cutting tool, 2 ... cutting surface

Claims (7)

質量%で、
C :0.3〜1.2%、
Si:2.0〜3.0%、
Mn:0.05%超0.5%以下、
Al:0.2〜1.0%、
P :0.02%以下、
S :0.007〜0.2%、
N :0.0015〜0.030%、
O :0.003%以下
を含有し、且つ、SiとMnの含有量が次式{5≦Si/Mn}を満たす範囲とされ、残部がFe及び不可避的不純物からなる成分組成を有し、
鋼組織がフェライト組織及び黒鉛を含み、且つ、黒鉛化率が80%超であることを特徴とする、被削性及び制振性に優れた鋼材。
% By mass
C: 0.3-1.2%
Si: 2.0 to 3.0%,
Mn: more than 0.05% and 0.5% or less,
Al: 0.2 to 1.0%,
P: 0.02% or less,
S: 0.007 to 0.2%,
N: 0.0015 to 0.030%,
O: 0.003% or less, and the content of Si and Mn is a range satisfying the following formula {5 ≦ Si / Mn}, and the balance has a component composition consisting of Fe and inevitable impurities,
A steel material excellent in machinability and vibration damping, wherein the steel structure contains a ferrite structure and graphite, and the graphitization rate is more than 80%.
さらに、質量%で、
Cr:0.3%以下、
Mo:0.2%以下、
W :0.2%以下
の内の1種あるいは2種以上を含有することを特徴とする、請求項1に記載の被削性及び制振性に優れた鋼材。
Furthermore, in mass%,
Cr: 0.3% or less,
Mo: 0.2% or less,
The steel material having excellent machinability and vibration damping properties according to claim 1, characterized by containing one or more of W: 0.2% or less.
さらに、質量%で、
V :0.1%以下、
Nb:0.05%以下、
Ti:0.05%以下、
の内の1種あるいは2種以上を含有することを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載の被削性及び制振性に優れた鋼材。
Furthermore, in mass%,
V: 0.1% or less,
Nb: 0.05% or less,
Ti: 0.05% or less,
The steel material excellent in machinability and vibration damping property according to claim 1 or 2, characterized by containing one or more of the above.
さらに、質量%で、
Ni:0.1〜3.0%
を含有することを特徴とする、請求項1〜請求項3の何れか1項に記載の被削性及び制振性に優れた鋼材。
Furthermore, in mass%,
Ni: 0.1 to 3.0%
The steel material excellent in machinability and vibration damping properties according to any one of claims 1 to 3, characterized in that
さらに、質量%で、
B :0.0003〜0.01%
を含有することを特徴とする、請求項1〜請求項4の何れか1項に記載の被削性及び制振性に優れた鋼材。
Furthermore, in mass%,
B: 0.0003 to 0.01%
The steel material excellent in machinability and vibration damping property according to any one of claims 1 to 4, characterized in that
さらに、質量%で、
Mg:0.0001〜0.01%
を含有することを特徴とする、請求項1〜請求項5の何れか1項に記載の被削性及び制振性に優れた鋼材。
Furthermore, in mass%,
Mg: 0.0001 to 0.01%
The steel material excellent in machinability and vibration-damping property according to any one of claims 1 to 5, characterized by comprising:
さらに、質量ppmで、
Zr:5〜80ppm以下
を含有することを特徴とする、請求項1〜請求項6の何れか1項に記載の被削性及び制振性に優れた鋼材。
Furthermore, in mass ppm,
Zr: 5-80 ppm or less, The steel material excellent in the machinability and vibration damping property of any one of Claims 1-6 characterized by the above-mentioned.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113355603A (en) * 2021-06-15 2021-09-07 北京科技大学 Structural-function integrated high-carbon damping vibration attenuation steel and preparation method thereof

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