JP2922105B2 - 被削性の優れた低炭硫黄系快削鋼 - Google Patents

被削性の優れた低炭硫黄系快削鋼

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JP2922105B2 JP32262593A JP32262593A JP2922105B2 JP 2922105 B2 JP2922105 B2 JP 2922105B2 JP 32262593 A JP32262593 A JP 32262593A JP 32262593 A JP32262593 A JP 32262593A JP 2922105 B2 JP2922105 B2 JP 2922105B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は被削性に優れた低炭硫黄
系快削鋼に関わるものである。
【0002】
【従来の技術】従来、連続鋳造法等で硫黄系快削鋼を製
造する際の被削性改善方法について以下のようなものが
提案されている。特公昭59−19182号公報では、
連続鋳造法で製造する際に、%〔S〕/%〔C〕%
〔O〕比を制限して、ブローホールの発生を抑え、被削
性に有害な脱酸生成物を作るAl、Si等の脱酸剤の添
加や脱ガス処理を採用しない方法が提案されている。
【0003】特開昭59−205453号公報ではSに
Te、Pb及びBiを複合添加してしかも短径と長径が
ある値以上にすると共に長径/短径比が5以下のMnS
が全MnSの50%以上を占める快削鋼製造方法が提案
されている。特開昭62−23970号公報では連続鋳
造法による硫黄−鉛快削鋼でC、Mn、P、S、Pb、
O、Si、Alの濃度範囲を規定すると共に、Mn硫化
物系介在物の平均サイズや酸化物と結合していない硫化
物系介在物の割合を規定する快削鋼を提案している。
【0004】本発明者らの経験ではMnSの短径、長径
や長径/短径比や、Mn硫化物系介在物の平均サイズや
酸化物と結合していない硫化物系介在物の割合が特開昭
59−205453号公報や特開昭62−23970号
公報の条件を満足していても被削性が良好でなかった
り、逆にそれらの条件を満足していなくても被削性が良
好な場合があった。
【0005】特開昭62−207547号公報及び特開
昭62−207548号公報に開示されている発明は連
続鋳造法における比水量を制限したり、連鋳機内で鋳片
を保温、加熱して鋳片の冷却速度の低減を図り、MnS
粒の大型化することで被削性の改善を達成しようとして
いる。また、特開平2−155548号公報では連続鋳
造の際のタンディッシュ溶鋼加熱度を10℃以上とする
と共に鋳片断面内特定位置の冷却速度を特定値以下に制
御して被削性を改善する方法が示されている。
【0006】特開昭62−207547号、特開昭62
−207548号及び特開平2−155548号公報に
開示されている発明は既設の連鋳機では設備制約から保
温帯、加熱帯が設置できなかったり、暖冷却は鋳片形状
によってはバルジングを助長し内部割れを発生し易くす
るため適用できない場合がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】連続鋳造法では低炭硫
黄系快削鋼を製造しようとすると、各成分濃度が均一な
ため被削性を含めた鋼材の特性は均一なものが得やすい
が、一般に鋳片の断面サイズは鋼塊に比べ小さく、それ
に起因してMnS系介在物のサイズが減少するため被削
性が低下してしまう。鋳片の断面サイズが小さいほど被
削性を確保する上で不利となる。
【0008】本発明は連続鋳造方法等で被削性等鋼材特
性のロット内変動が少なくしようとする際にも被削性が
優れた快削鋼を提供するものである。
【0009】
【問題点を解決するための手段】本発明者らはスライム
法で抽出されるような大型の酸化物系介在物(以降スラ
イム介在物と称す)の量と被削性の関係について調査
し、仕上面粗さやドリル寿命といった被削性に対してス
ライム介在物量が影響を及ぼし、その介在物量が増加す
ると被削性が劣化することを見出した。また、従来から
指摘されているようなAl2 3 系、SiO2 系に加え
Al2 3 −SiO2 系、Al2 3 −MnO系さらに
MnO−SiO2 系の大型酸化物及びこれらが複合化し
た大型介在物も被削性に有害なことを見出した。
【0010】このような大型の酸化物系介在物が被削性
を劣化させているといった知見に基づき従来の快削鋼に
改良を加え、切削面の仕上面粗さやドリル寿命等が良好
な被削性の優れた快削鋼を開発した。即ち、連続鋳造法
で製造される低炭硫黄系快削鋼において鋼中に含まれる
被削性に有害な大型の酸化物系介在物の量を制限するこ
とで工具摩耗を抑制し、工具の寿命を延すと共に工具摩
耗に起因する切削仕上面粗さの増大を防止しようとする
ものであり、その要旨とするところは下記のとおりであ
る。 (1)質量%でC:0.05〜0.15%、Mn:0.
5〜2.0%、S:0.1〜0.4%、P:0.05〜
0.10%、O:0.005〜0.040%を基本成分
とし、さらにSiを0.1%以下、Alを0.009%
以下に制限し、Nを20〜150ppm の範囲で、残部実
質的にFeからなる鋼であって、Al2 3 、Si
2 、MnOのうち1種以上、および/またはAl2
3 、SiO2 、MnOのうち2種以上が結合した介在物
のうち1種以上の酸化物を質量で合計50%以上を含む
介在物のうち径が53μm以上のものは鋼1kg当り10
0個以下であることを特徴とする低炭硫黄快削鋼。
【0011】尚、この鋼において前記介在物のうち径が
53μm未満のものの個数は限定するものではなく、ま
た、前記介在物の全ての径が53μm未満の鋼も含まれ
るのは言うまでもない。 (2)上記快削鋼にPb、Bi、Teのうち少なくとも
1種以上をそれらのトータル質量で0.01〜0.40
%含有した低炭硫黄系複合快削鋼。
【0012】
【作用】本発明の成分限定理由について以下に説明す
る。 C:Cは仕上面粗さ確保上0.05%以上が必要であ
る。0.15%以上ではパーライト組織が多くなり、そ
の結果被削性が低下する。そのため、C:0.05〜
0.15%に限定した。 Mn:Mnは熱間圧延時にFeSの液膜脆化による熱間
加工性の低下に起因する表面割れを防止するには0.5
%以上が必要である。2.0%以上ではマトリックスの
固溶Mn量が増大し、マトリックスが硬化するため被削
性が低下する。そのため、Mn:0.5〜2.0%に限
定した。 P:Pは仕上面粗さ改善には0.05%以上が必要であ
る。0.10%以上では機械的性質、冷間加工性が劣化
する。そのためP:0.05〜0.10%に限定した。 S:SはMnSを鋼中に生成させて仕上面粗さを改善す
るには0.1%以上が必要である。一方、冷間加工性を
確保するには0.4%以下でなければならないので、
S:0.1〜0.4%に限定した。 Pb、Bi、Te:これらの元素は切屑破砕性を向上す
ると共に仕上面粗さを向上させるためトータル重量で
0.05%以上加えると被削性改善が図られる。しか
し、トータル質量で0.4%を越えると熱間加工性およ
び面疲労特性が劣化する。そのため、トータル質量を
0.01〜0.40%に限定した。 O:Oは0.005%以下ではMnSが小型化し被削性
の劣化が大きいため0.005%以上が必要である。し
かし、0.040%以上では耐火物の溶損が激しく、溶
損した耐火物が鋼中に混入すると被削性が低下し、ま
た、CO気泡の急激な発生による突沸現象が発生し、連
続鋳造法では鋳造が困難となる。そこで、O:0.00
5〜0.040%に限定した。 Si、Al:Siが0.1%、Alが0.009%を越
えると被削性に有害な硬質な酸化物であるSiO2 やA
2 3 が顕著に増加し、被削性を害するため、Siを
0.1%以下、Alを0.009%以下に限定する必要
がある。 N:Nは20〜200ppm の範囲では工具寿命を顕著に
低下させずに仕上面粗さを改善するので、この範囲に限
定した。
【0013】非金属介在物の限定理由は、Al2 3
SiO2 、Al2 3 −SiO2 、Al2 3 −Mn
O、MnO−SiO2 またはMnO−SiO2 −Al2
3 を質量で50%以上含有する酸化物系介在物は硬度
が高い介在物であり、しかもこれらの介在物のうちその
径が53μm以上の大型酸化物が増加すると工具摩耗が
顕著となり、工具寿命の低下と仕上面粗さの増大を招
く。
【0014】特公平3−37822号公報に記述されて
いるように、Al2 3 系やSiO 2 系の介在物が被削
性を劣化させることは知られているが、本発明者らが低
炭系硫黄およびPb等を含有する複合快削鋼の被削性の
バラツキ原因を調査した結果、被削性の悪い材料にAl
2 3 系やSiO2 系介在物以外に、Al2 3 −Si
2 、Al2 3 −MnO、MnO−SiO2 またはM
nO−SiO2 −Al 2 3 を多く含有する酸化物系介
在物も工具摩耗を助長させることが分った。Al2 3
−SiO2 、Al2 3 −MnOまたはMnO−SiO
2 −Al2 3を多く含有する酸化物系介在物は純粋な
Al2 3 やSiO2 程ではないがMnSに比べる硬度
は数倍から数十倍の硬度を有し、そのため工具を摩耗さ
せる原因となると考えられる。
【0015】また、被削性は上記被削性に有害な組成の
介在物のサイズにも依存し、上記組成でも介在物径がミ
クロンやサブミクロンオーダーと微細に分散している限
りは、それらの被削性に及ぼす影響は小さく、それらの
介在物量が増加しても被削性の劣化はあまり認められな
い。本発明者が光学顕微鏡やスライム法で酸化物系介在
物を調査した結果では、上記介在物のうち径が10μm
以上のものが増加すると被削性に影響が認められ、特に
スライム法が抽出されるような上記介在物のうち径が5
3μm以上のものが増加すると被削性は著しく劣化し
た。
【0016】図1には後述する本発明鋼と比較鋼におけ
る前記被削性に有害な酸化物のうち、その径が53μm
以上の酸化物系介在物量とプランジカットの仕上面粗さ
の関係を示す。硫黄系およびPb等を含有する複合快削
鋼共に、径が53μm以上の大型酸化物が増加するにつ
れ仕上面粗さ(Rz)が増大しているが、特に鋼材1kg
当りに含まれるスライム介在物量が100個を越えると
Rzが顕著に悪化している。逆に鋼材中に含まれる上記
介在物量を100(個/kg)以下に減少することで仕上
面粗さは改善できる。尚、径が53μm以上の大型酸化
物が減少すると53μm未満の酸化物も減少する傾向に
あり、それらの減少も被削性の改善に寄与していると考
えられる。
【0017】以上述べたような被削性に有害な上記大型
の酸化物系介在物を減少させるには、Al、Siの濃度
を前述の範囲に制御して上記介在物の生成を抑制するだ
けでは不十分であり、例えば、連続鋳造法で本快削鋼を
製造する場合は連鋳鋳片の断面サイズを大きくしたり、
鋳造速度を小さくする、容量の大きいタンディシュを使
用する、タンディッシュ誘導加熱装置を用いて鋳造時の
溶鋼過熱度を大きく取る、あるいは、垂直部を有する連
続鋳造機を用いる等により、積極的に介在物の浮上分離
を促進する必要がある。
【0018】以下に本発明の実施例に基づいて、さらに
詳述する。
【0019】
【実施例】本発明鋼の実施例として本発明の成分鋼およ
び比較鋼について、162mm×162mm断面の中断面ブ
ルームに鋳造し、その鋳片を棒鋼工場の加熱炉で120
0℃に加熱、圧延した80φの棒鋼で被削性を調査し
た。また、比較鋼の製造では鋳造速度を2.5m/min
としたが、発明鋼の製造では鋳造速度を1.5m/min
に制限してストランンド内に注入された大型介在物の浮
上分離を図った。
【0020】被削性はプランジカット及びドリル切削で
評価した。その被削試験条件は以下のとおりである。 プランジカット条件:工具:SKH57、切削速
度:80m/min 送り:0.05mm/rev、 2sec切削/5sec非切削 仕上面粗さはJIS Rzで評価した。
【0021】ドリル穴開け条件:工具:SKH9 1
0φ、 切削速度:70〜90m/min 送り:0.33mm/rev、切削油:有り ドリル切削性は1000mm穴開けするのに最大可能切削
速度Vl.1000(m/min )で評価した。
【0022】酸化物系介在物はブルーム鋳片表層部から
40mm幅×40mm厚さ×200mm長のサンプルを切出
し、そのサンプルよりスライム法により酸化物系介在物
を抽出し、EPMAで介在物組成を調査した。被削性調
査結果を表1および2にまとめて示し、図1に大型介在
物量と仕上げ面粗さの関係をプロットした。
【0023】
【表1】
【0024】
【表2】
【0025】Pb、Bi、Teを添加しない本発明鋼は
表2のNo.1〜3鋼であり、それに対応する比較鋼は
No.11〜13鋼である。さらに、Pb、Bi、Te
を添加した本発明鋼はNo.4〜10鋼で、その場合の
比較鋼はNo.14〜20鋼である。
【0026】Pb、Bi、Teを添加した鋼、しなかっ
た鋼共にAl2 3 、SiO2 、Al2 3 −Si
2 、Al2 3 −MnOまたはMnO−SiO2 を主
成分とする大型の酸化物系介在物が比較鋼に比べ少ない
本発明鋼の方がそれらの介在物が多い比較鋼に比べ仕上
面粗さ、ドリル寿命は顕著に改善されており、本発明鋼
の方が被削性が優れている。
【0027】Pb、Bi、Teを添加しない本発明鋼と
それらを添加する比較鋼を比べると大型酸化物が大幅に
減少している本発明鋼の被削性は同等以上である。即
ち、Pb、Bi、Teといった快削性元素を添加する従
来鋼と同等以上の被削性を有する快削鋼がそれらの添加
なしに製造できるようになり、その分製造コストを低減
できる。
【0028】
【発明の効果】以上の本発明の実施例からも明らかなよ
うに、連続鋳造法で本発明鋼を製造すれば、被削性等鋼
材特性のロット内変動が少なく、しかも被削性に優れた
快削鋼を提供することが可能であり、産業上の効果も極
めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】大型酸化物系介在物量と仕上げ面粗さの関係を
示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小川 敏文 北海道室蘭市仲町12番地 新日本製鐵株 式会社 室蘭製鐵所内 (56)参考文献 特開 平6−100978(JP,A) 特開 平5−331592(JP,A) 特開 平5−247585(JP,A) 特開 平1−298138(JP,A) 特開 昭63−121642(JP,A) 特開 昭61−110754(JP,A) 特開 昭56−105460(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C22C 38/00 301 C22C 38/06 C22C 38/60

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 質量%でC:0.05〜0.15%、M
    n:0.5〜2.0%、S:0.1〜0.4%、P:
    0.05〜0.10%、O:0.005〜0.040%
    を基本成分とし、さらにSiを0.1%以下、Alを
    0.009%以下に制限し、Nを20〜150ppm の範
    囲で、残部実質的にFeからなる鋼であって、Al2
    3 、SiO2 、MnOのうち1種以上、および/または
    Al2 3、SiO2 、MnOのうち2種以上が結合し
    た介在物のうち1種以上の酸化物を質量で合計50%以
    上を含む介在物のうち径が53μm以上のものは鋼1kg
    当り100個以下であることを特徴とする低炭硫黄快削
    鋼。
  2. 【請求項2】 更にPb、Bi、Teのうち少なくとも
    1種以上をそれらのトータル質量%で0.01〜0.4
    0%含有した請求項1記載の低炭硫黄系複合快削鋼。
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