JP3196579B2 - 強度と靭性に優れた快削非調質鋼 - Google Patents
強度と靭性に優れた快削非調質鋼Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、強度と靭性に優れ
た快削非調質鋼に関する。更に詳しくは、熱間加工後に
焼入れ焼戻しの調質処理を施さずとも優れた強度と靭性
を有する、機械構造用部品などの素材として好適なＰｂ
非添加型の快削非調質鋼に関するものである。
た快削非調質鋼に関する。更に詳しくは、熱間加工後に
焼入れ焼戻しの調質処理を施さずとも優れた強度と靭性
を有する、機械構造用部品などの素材として好適なＰｂ
非添加型の快削非調質鋼に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、高い引張強度と疲労強度（以下、
引張強度と疲労強度を単に「強度」という場合もある）
並びに高靭性を必要とする鋼製の機械構造部品などは、
熱間加工で所定の形状に粗加工し、次いで切削加工によ
って最終の所望形状とした後、焼入れ焼戻しの調質処理
を施すのが一般的であった。しかしこの調質処理には多
くのエネルギーとコストを費やす。そこで近年、省エネ
ルギーの社会的要請に応え、且つ一方では低コスト化を
図るために、熱間加工のままで使用できる非調質鋼の開
発が盛んに行われている。
引張強度と疲労強度を単に「強度」という場合もある）
並びに高靭性を必要とする鋼製の機械構造部品などは、
熱間加工で所定の形状に粗加工し、次いで切削加工によ
って最終の所望形状とした後、焼入れ焼戻しの調質処理
を施すのが一般的であった。しかしこの調質処理には多
くのエネルギーとコストを費やす。そこで近年、省エネ
ルギーの社会的要請に応え、且つ一方では低コスト化を
図るために、熱間加工のままで使用できる非調質鋼の開
発が盛んに行われている。
【０００３】また、熱間加工後の切削加工を容易にする
目的から、被削性に優れた快削鋼に対する要求もますま
す大きくなっている。
目的から、被削性に優れた快削鋼に対する要求もますま
す大きくなっている。
【０００４】一般に鋼の被削性は金属組織に大きく依存
し、フェライト・パーライト組織を有する鋼の場合には
被削性が良好であり、フェライト・ベイナイト組織やベ
イナイトあるいはマルテンサイトの単相組織の鋼にあっ
ては被削性が悪いことが知られている。またＰｂ、Ｔ
ｅ、Ｂｉ、ＣａおよびＳなどの快削元素を単独あるいは
複合添加すれば被削性が向上することも周知の事実であ
る。従って、従来は非調質鋼に前記の快削元素を添加し
て熱間加工後の切削加工性を改善する方法が採られてき
た。
し、フェライト・パーライト組織を有する鋼の場合には
被削性が良好であり、フェライト・ベイナイト組織やベ
イナイトあるいはマルテンサイトの単相組織の鋼にあっ
ては被削性が悪いことが知られている。またＰｂ、Ｔ
ｅ、Ｂｉ、ＣａおよびＳなどの快削元素を単独あるいは
複合添加すれば被削性が向上することも周知の事実であ
る。従って、従来は非調質鋼に前記の快削元素を添加し
て熱間加工後の切削加工性を改善する方法が採られてき
た。
【０００５】例えば、本発明者もＰｂを含有させた特定
の化学組成を有し、フェライト・パーライト組織を有す
る「強度と靭性に優れた快削非調質鋼」を特願平７−１
３２６１号の出願で提案した。しかし、先の提案も強度
と靭性に優れた快削非調質鋼を提供はできるものの、Ｐ
ｂ添加という点では問題を有するものではあった。
の化学組成を有し、フェライト・パーライト組織を有す
る「強度と靭性に優れた快削非調質鋼」を特願平７−１
３２６１号の出願で提案した。しかし、先の提案も強度
と靭性に優れた快削非調質鋼を提供はできるものの、Ｐ
ｂ添加という点では問題を有するものではあった。
【０００６】Ｐｂはこれを添加しても鋼の機械的性質の
劣化をきたすことはなく、更にＴｅやＢｉなどに比較し
て安価であるため、快削元素として常用されてきた。し
かしながら高濃度のＰｂ蒸気は人体に有害なため、鋼材
および機械構造部品の製造工程においてＰｂ蒸気回収の
ための大がかりな設備を必要とし、また鋼材のリサイク
ルの点からも問題を有するものである。このため一部の
国家においては鋼に対するＰｂ添加を規制しようとする
動きも出てきている。こうした状況からＰｂ非添加型で
Ｐｂ添加鋼と同等以上の被削性を有する鋼材の開発が待
望されている。
劣化をきたすことはなく、更にＴｅやＢｉなどに比較し
て安価であるため、快削元素として常用されてきた。し
かしながら高濃度のＰｂ蒸気は人体に有害なため、鋼材
および機械構造部品の製造工程においてＰｂ蒸気回収の
ための大がかりな設備を必要とし、また鋼材のリサイク
ルの点からも問題を有するものである。このため一部の
国家においては鋼に対するＰｂ添加を規制しようとする
動きも出てきている。こうした状況からＰｂ非添加型で
Ｐｂ添加鋼と同等以上の被削性を有する鋼材の開発が待
望されている。
【０００７】斯様な状況の下、例えば、特開平２−１１
１８４２号公報と特開平６−２７９８４９号公報には、
鋼中のＣを黒鉛として存在させ、この黒鉛の切欠き並び
に潤滑効果を利用することによってＰｂ非添加型で被削
性を向上させた「被削性、焼入性に優れた熱間圧延鋼
材」と「被削性に優れた機械構造用鋼の製造方法」がそ
れぞれ提案されている。
１８４２号公報と特開平６−２７９８４９号公報には、
鋼中のＣを黒鉛として存在させ、この黒鉛の切欠き並び
に潤滑効果を利用することによってＰｂ非添加型で被削
性を向上させた「被削性、焼入性に優れた熱間圧延鋼
材」と「被削性に優れた機械構造用鋼の製造方法」がそ
れぞれ提案されている。
【０００８】しかし、特開平２−１１１８４２号公報に
提案された鋼材は、Ｂを添加しＢ窒化物（ＢＮ）を黒鉛
化の核として黒鉛化を促進させるものであって、Ｂの添
加が必須であるため凝固時に割れを生じ易いという問題
を含んでいる。一方、特開平６−２７９８４９号公報に
記載の方法は、Ａｌ添加とともに鋼中Ｏ（酸素）を低く
規制することで熱間圧延ままで黒鉛化を促進させるもの
であるが、熱間圧延後に黒鉛化焼なまし処理を施す必要
があるため、必ずしも経済的とはいえないものである。
更に、前記した２つの公報における提案はいずれも黒鉛
化を活用したものであるため、所定の形状に加工した機
械構造部品などに所望の機械的特性を付与するために
は、必ず焼入れ焼戻しの調質処理を施さねばならず、
「非調質化」と「高強度鋼の被削性の向上」を両立させ
たいとする産業界の要請には応えきれないものであっ
た。
提案された鋼材は、Ｂを添加しＢ窒化物（ＢＮ）を黒鉛
化の核として黒鉛化を促進させるものであって、Ｂの添
加が必須であるため凝固時に割れを生じ易いという問題
を含んでいる。一方、特開平６−２７９８４９号公報に
記載の方法は、Ａｌ添加とともに鋼中Ｏ（酸素）を低く
規制することで熱間圧延ままで黒鉛化を促進させるもの
であるが、熱間圧延後に黒鉛化焼なまし処理を施す必要
があるため、必ずしも経済的とはいえないものである。
更に、前記した２つの公報における提案はいずれも黒鉛
化を活用したものであるため、所定の形状に加工した機
械構造部品などに所望の機械的特性を付与するために
は、必ず焼入れ焼戻しの調質処理を施さねばならず、
「非調質化」と「高強度鋼の被削性の向上」を両立させ
たいとする産業界の要請には応えきれないものであっ
た。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記した問
題に鑑みなされたもので、Ｐｂ非添加の鋼であって、通
常の熱間加工と冷却の条件で、それも焼戻しを含めて熱
処理を行うことなく非調質のままで、高い強度と良好な
靭性を有し、しかも優れた被削性を有する機械構造部品
などの素材用の鋼を、低コストで提供することを目的と
する。
題に鑑みなされたもので、Ｐｂ非添加の鋼であって、通
常の熱間加工と冷却の条件で、それも焼戻しを含めて熱
処理を行うことなく非調質のままで、高い強度と良好な
靭性を有し、しかも優れた被削性を有する機械構造部品
などの素材用の鋼を、低コストで提供することを目的と
する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の課題
を解決するため非調質鋼の化学組成および組織につい
て、なかでもＳ快削鋼をベースにＭｎＳの形態を制御し
て被削性を向上させることに関して研究を重ねた。その
結果、下記の知見を得るに至った。
を解決するため非調質鋼の化学組成および組織につい
て、なかでもＳ快削鋼をベースにＭｎＳの形態を制御し
て被削性を向上させることに関して研究を重ねた。その
結果、下記の知見を得るに至った。
【００１１】（ａ）鋼にＮｄを添加することにより、溶
鋼の比較的高温域でＮｄ2 Ｓ3 が微細に分散して生成
し、これを核にしてＭｎＳが微細に分散析出する。
鋼の比較的高温域でＮｄ2 Ｓ3 が微細に分散して生成
し、これを核にしてＭｎＳが微細に分散析出する。
【００１２】（ｂ）ＭｎＳの微細分散によりフェライト
生成核密度が高くなりフェライト量の増加とともにフェ
ライト粒が微細化する。
生成核密度が高くなりフェライト量の増加とともにフェ
ライト粒が微細化する。
【００１３】（ｃ）上記（ａ）に述べたようにＭｎＳは
比較的高温で生成するため、ＭｎＳの形態は球状化す
る。
比較的高温で生成するため、ＭｎＳの形態は球状化す
る。
【００１４】（ｄ）ＭｎＳが比較的高温で生成すること
からＭｎＳ中のＦｅの固溶量が減少し、ＭｎＳの熱間変
形能が小さくなる。なお、この機構については次のよう
に考えられる。
からＭｎＳ中のＦｅの固溶量が減少し、ＭｎＳの熱間変
形能が小さくなる。なお、この機構については次のよう
に考えられる。
【００１５】通常ＭｎＳは凝固末期の過飽和領域で生成
するためオーステナイト粒界に沿った形で存在し、偏析
を起こし易い。更に、こうした生成ではＭｎＳ中にＦｅ
を多く固溶しており、Ｆｅを固溶していないＭｎＳより
熱間変形能が大きくなる。このことは切削剪断域でのＭ
ｎＳの変形が大きくなることを意味し、チップブレーカ
ーとしての効果が小さくなることに通じる。ところが、
Ｎｄ添加によってＭｎＳが凝固時の比較的高温域で生成
すると、凝固冷却時にＭｎＳ中に固溶していたＦｅと溶
鋼中のＭｎとの置換反応が生じ、その結果凝固終了時の
ＭｎＳ中のＦｅの固溶量が減少する。
するためオーステナイト粒界に沿った形で存在し、偏析
を起こし易い。更に、こうした生成ではＭｎＳ中にＦｅ
を多く固溶しており、Ｆｅを固溶していないＭｎＳより
熱間変形能が大きくなる。このことは切削剪断域でのＭ
ｎＳの変形が大きくなることを意味し、チップブレーカ
ーとしての効果が小さくなることに通じる。ところが、
Ｎｄ添加によってＭｎＳが凝固時の比較的高温域で生成
すると、凝固冷却時にＭｎＳ中に固溶していたＦｅと溶
鋼中のＭｎとの置換反応が生じ、その結果凝固終了時の
ＭｎＳ中のＦｅの固溶量が減少する。
【００１６】（ｅ）Ｎｄ2 Ｓ3 自身もチップブレーカー
としての作用を有する。
としての作用を有する。
【００１７】Ｎｄを含有させるに際しての一番の問題と
考えられる鋼材原料のコストアップについては、比較的
安価なミッシュメタルを活用することで原料費を抑える
ことが可能である。更に、Ｎｄは近年では高性能磁石な
どに幅広く用いられているので、コストをそれほど上げ
ないようにするためには、この残材を鋼材原料として活
用すれば良い。
考えられる鋼材原料のコストアップについては、比較的
安価なミッシュメタルを活用することで原料費を抑える
ことが可能である。更に、Ｎｄは近年では高性能磁石な
どに幅広く用いられているので、コストをそれほど上げ
ないようにするためには、この残材を鋼材原料として活
用すれば良い。
【００１８】上記知見に基づく本発明は下記（１）〜
（４）に示す化学組成および組織を有する強度、靭性に
優れた快削非調質鋼を要旨とする。
（４）に示す化学組成および組織を有する強度、靭性に
優れた快削非調質鋼を要旨とする。
【００１９】（１）重量％で、Ｃ：０．２〜０．６％、
Ｓｉ：０．３〜１．５％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、
Ｐ：０．０１〜０．０７％、Ｓ：０．０１〜０．１５
％、Ｃｒ：０．１〜２．０％、Ａｌ：０．００２〜０．
０５％、Ｎ：０．０１〜０．０５％およびＮｄ：０．０
０５〜０．１％を含み、且つＶ：０．０５〜０．３％、
Ｔｉ：０．００５〜０．０５％およびＮｂ：０．００５
〜０．０５％のうちの１種以上を含有し、残部がＦｅお
よび不可避不純物からなり、更に、フェライト・パーラ
イト組織を有する強度と靭性に優れた快削非調質鋼。
Ｓｉ：０．３〜１．５％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、
Ｐ：０．０１〜０．０７％、Ｓ：０．０１〜０．１５
％、Ｃｒ：０．１〜２．０％、Ａｌ：０．００２〜０．
０５％、Ｎ：０．０１〜０．０５％およびＮｄ：０．０
０５〜０．１％を含み、且つＶ：０．０５〜０．３％、
Ｔｉ：０．００５〜０．０５％およびＮｂ：０．００５
〜０．０５％のうちの１種以上を含有し、残部がＦｅお
よび不可避不純物からなり、更に、フェライト・パーラ
イト組織を有する強度と靭性に優れた快削非調質鋼。
【００２０】（２）上記（１）に記載の成分に加えて更
に、重量％で、Ｃａ：０．００１〜０．０１％、Ｓｅ：
０．１〜０．５％、Ｔｅ：０．００５〜０．０５％およ
びＢｉ：０．０５〜０．４％のうちの１種以上を含有
し、更に、フェライト・パーライト組織を有する強度と
靭性に優れた快削非調質鋼。
に、重量％で、Ｃａ：０．００１〜０．０１％、Ｓｅ：
０．１〜０．５％、Ｔｅ：０．００５〜０．０５％およ
びＢｉ：０．０５〜０．４％のうちの１種以上を含有
し、更に、フェライト・パーライト組織を有する強度と
靭性に優れた快削非調質鋼。
【００２１】（３）上記（１）に記載の成分に加えて更
に、重量％で、Ｍｏ：０．０５〜０．５％およびＣｕ：
０．５〜１．０％のうちの１種以上を含有し、残部がＦ
ｅおよび不可避不純物からなり、更に、フェライト・パ
ーライト組織を有する強度と靭性に優れた快削非調質
鋼。
に、重量％で、Ｍｏ：０．０５〜０．５％およびＣｕ：
０．５〜１．０％のうちの１種以上を含有し、残部がＦ
ｅおよび不可避不純物からなり、更に、フェライト・パ
ーライト組織を有する強度と靭性に優れた快削非調質
鋼。
【００２２】（４）上記（１）に記載の成分に加えて更
に、重量％で、Ｃａ：０．００１〜０．０１％、Ｓｅ：
０．１〜０．５％、Ｔｅ：０．００５〜０．０５％およ
びＢｉ：０．０５〜０．４％のうちの１種以上、並びに
Ｍｏ：０．０５〜０．５％およびＣｕ：０．５〜１．０
％のうちの１種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可避
不純物からなり、更に、フェライト・パーライト組織を
有する強度と靭性に優れた快削非調質鋼。
に、重量％で、Ｃａ：０．００１〜０．０１％、Ｓｅ：
０．１〜０．５％、Ｔｅ：０．００５〜０．０５％およ
びＢｉ：０．０５〜０．４％のうちの１種以上、並びに
Ｍｏ：０．０５〜０．５％およびＣｕ：０．５〜１．０
％のうちの１種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可避
不純物からなり、更に、フェライト・パーライト組織を
有する強度と靭性に優れた快削非調質鋼。
【００２３】
【作用】以下に、本発明における鋼の化学組成および組
織を上記のように限定する理由を説明する。なお、成分
含有量の「％」は「重量％」を意味する。
織を上記のように限定する理由を説明する。なお、成分
含有量の「％」は「重量％」を意味する。
【００２４】（Ａ）鋼の化学組成 Ｃ：Ｃは強度を確保するために添加するが、その含有量
が０．２％未満では添加効果に乏しく、一方、０．６％
を超えると靭性が劣化するので、その含有量を０．２〜
０．６％とした。なお、Ｃ含有量は０．２５〜０．５％
とすることが好ましい。
が０．２％未満では添加効果に乏しく、一方、０．６％
を超えると靭性が劣化するので、その含有量を０．２〜
０．６％とした。なお、Ｃ含有量は０．２５〜０．５％
とすることが好ましい。
【００２５】Ｓｉ：Ｓｉは鋼の脱酸およびフェライトの
強化のために添加するが０．３％未満ではこれらの効果
は不十分であり、一方、１．５％を超えると前記の効果
が飽和するばかりか靭性の低下をきたすので、その含有
量を０．３〜１．５％とした。Ｓｉの好ましい含有量は
０．５〜１．３％である。
強化のために添加するが０．３％未満ではこれらの効果
は不十分であり、一方、１．５％を超えると前記の効果
が飽和するばかりか靭性の低下をきたすので、その含有
量を０．３〜１．５％とした。Ｓｉの好ましい含有量は
０．５〜１．３％である。
【００２６】Ｍｎ：Ｍｎは固溶強化によって疲労強度を
向上させる効果を有する。しかし、その含有量が０．５
％未満では所望の効果が得られず、２．０％を超えると
焼入れ性が高くなりすぎてベイナイト組織や島状マルテ
ンサイト組織の生成を促進し、耐久比（疲労限度／引張
強度）および降伏比（耐力／引張強度）が低下するよう
になる。従って、Ｍｎの含有量を０．５〜２．０％とし
た。なお、Ｍｎ含有量は０．７〜１．７％とすることが
好ましい。
向上させる効果を有する。しかし、その含有量が０．５
％未満では所望の効果が得られず、２．０％を超えると
焼入れ性が高くなりすぎてベイナイト組織や島状マルテ
ンサイト組織の生成を促進し、耐久比（疲労限度／引張
強度）および降伏比（耐力／引張強度）が低下するよう
になる。従って、Ｍｎの含有量を０．５〜２．０％とし
た。なお、Ｍｎ含有量は０．７〜１．７％とすることが
好ましい。
【００２７】Ｐ：Ｐは固溶強化元素であり、引張強度お
よび疲労強度を向上させる効果がある。
よび疲労強度を向上させる効果がある。
【００２８】しかし、その含有量が０．０１％未満では
添加効果に乏しく、一方、０．０７％を超えるとその効
果が飽和するとともに靭性の劣化および延性（加工性）
の低下をもたらすので、その含有量を０．０１〜０．０
７％とした。Ｐの好ましい含有量は０．０１５〜０．０
５％である。
添加効果に乏しく、一方、０．０７％を超えるとその効
果が飽和するとともに靭性の劣化および延性（加工性）
の低下をもたらすので、その含有量を０．０１〜０．０
７％とした。Ｐの好ましい含有量は０．０１５〜０．０
５％である。
【００２９】Ｓ：Ｓは快削性の向上に有効な元素であ
る。更に、Ｎｄ2 Ｓ3 とＭｎＳの微細分散析出に基づい
てフェライト生成核密度を高くし、フェライト量を増加
させるとともにフェライト粒を微細化する効果を有す
る。しかし、その含有量が０．０１％未満では所望の効
果が得られず、一方、０．１５％を超えるとそれらの効
果が飽和するばかりか、却って靭性が劣化するようにな
るので、その含有量を０．０１〜０．１５％とした。な
お、Ｓ含有量は０．０２〜０．１３％とすることが好ま
しい。
る。更に、Ｎｄ2 Ｓ3 とＭｎＳの微細分散析出に基づい
てフェライト生成核密度を高くし、フェライト量を増加
させるとともにフェライト粒を微細化する効果を有す
る。しかし、その含有量が０．０１％未満では所望の効
果が得られず、一方、０．１５％を超えるとそれらの効
果が飽和するばかりか、却って靭性が劣化するようにな
るので、その含有量を０．０１〜０．１５％とした。な
お、Ｓ含有量は０．０２〜０．１３％とすることが好ま
しい。
【００３０】Ｃｒ：Ｃｒは固溶強化によって疲労強度を
向上させる効果を有する。しかし、その含有量が０．１
％未満では所望の効果が得られず、２．０％を超えると
焼入れ性が高くなりすぎてベイナイト組織や島状マルテ
ンサイト組織の生成を促進し、耐久比並びに降伏比が低
下するようになる。従って、Ｃｒの含有量を０．１〜
２．０％とした。Ｃｒの好ましい含有量は０．１５〜
１．５％である。
向上させる効果を有する。しかし、その含有量が０．１
％未満では所望の効果が得られず、２．０％を超えると
焼入れ性が高くなりすぎてベイナイト組織や島状マルテ
ンサイト組織の生成を促進し、耐久比並びに降伏比が低
下するようになる。従って、Ｃｒの含有量を０．１〜
２．０％とした。Ｃｒの好ましい含有量は０．１５〜
１．５％である。
【００３１】Ａｌ：Ａｌは鋼の脱酸の安定化および均質
化を図るのに有効な元素である。しかし、その含有量が
０．００２％未満では所望の効果が得られず、０．０５
％を超えるとその効果が飽和するとともに、却って鋼の
被削性を低下させることになるのでその含有量を０．０
０２〜０．０５％とした。なお、Ａｌ含有量は０．００
５〜０．０２％とすることが好ましい。
化を図るのに有効な元素である。しかし、その含有量が
０．００２％未満では所望の効果が得られず、０．０５
％を超えるとその効果が飽和するとともに、却って鋼の
被削性を低下させることになるのでその含有量を０．０
０２〜０．０５％とした。なお、Ａｌ含有量は０．００
５〜０．０２％とすることが好ましい。
【００３２】Ｎ：Ｎはそれ自体固溶強化によって強度を
向上させることに加えて、鋼中においてＶ、ＴｉやＮｂ
と結合して窒化物や炭窒化物として微細に析出し、オー
ステナイト粒を微細化して靭性を向上させる。しかし、
その含有量が０．０１％未満では所望の効果が得られ
ず、０．０５％を超えるとその効果は飽和してしまい、
逆に靭性を劣化させることになるのでその含有量を０．
０１〜０．０５％とした。
向上させることに加えて、鋼中においてＶ、ＴｉやＮｂ
と結合して窒化物や炭窒化物として微細に析出し、オー
ステナイト粒を微細化して靭性を向上させる。しかし、
その含有量が０．０１％未満では所望の効果が得られ
ず、０．０５％を超えるとその効果は飽和してしまい、
逆に靭性を劣化させることになるのでその含有量を０．
０１〜０．０５％とした。
【００３３】Ｎｄ：Ｎｄは本発明において極めて重要な
意味を持つ元素である。すなわち、ＮｄはＮｄ2 Ｓ3 と
してチップブレーカーの作用を有し被削性を向上させ
る。更に、Ｎｄ2 Ｓ3 が溶鋼の比較的高温域で微細に分
散して生成することにより、ＭｎＳを微細に分散析出さ
せてフェライト生成核密度を高め、フェライト量を増加
させるとともにフェライト粒を微細化して、微細なフェ
ライト・パーライト組織となして鋼を高強度・高靭性化
する効果がある。加えて、ＭｎＳを球状化させ、更にＭ
ｎＳ中のＦｅの固溶量を減少させてることで、ＭｎＳの
熱間変形能を小さくして鋼の被削性を向上させる。しか
し、その含有量が０．００５％未満では前記の効果が得
難く、一方、０．１％を超えるとフェライトが過剰に生
成するため強度が低下し、更に疲労特性も劣化してしま
う。従って、Ｎｄの含有量を０．００５〜０．１％とし
た。Ｎｄの好ましい含有量は０．００５〜０．０８％で
ある。
意味を持つ元素である。すなわち、ＮｄはＮｄ2 Ｓ3 と
してチップブレーカーの作用を有し被削性を向上させ
る。更に、Ｎｄ2 Ｓ3 が溶鋼の比較的高温域で微細に分
散して生成することにより、ＭｎＳを微細に分散析出さ
せてフェライト生成核密度を高め、フェライト量を増加
させるとともにフェライト粒を微細化して、微細なフェ
ライト・パーライト組織となして鋼を高強度・高靭性化
する効果がある。加えて、ＭｎＳを球状化させ、更にＭ
ｎＳ中のＦｅの固溶量を減少させてることで、ＭｎＳの
熱間変形能を小さくして鋼の被削性を向上させる。しか
し、その含有量が０．００５％未満では前記の効果が得
難く、一方、０．１％を超えるとフェライトが過剰に生
成するため強度が低下し、更に疲労特性も劣化してしま
う。従って、Ｎｄの含有量を０．００５〜０．１％とし
た。Ｎｄの好ましい含有量は０．００５〜０．０８％で
ある。
【００３４】Ｖ、ＴｉおよびＮｂ：Ｖ、ＴｉおよびＮｂ
はいずれも微細な窒化物や炭窒化物として析出し、オ−
ステナイト粒を微細化して鋼の靭性を向上させ、また鋼
の強度、特に疲労強度を向上させる効果を有する。その
ためこれらの元素の１種以上を添加する。しかし、Ｖの
場合には、０．０５％未満の含有量では所望の効果が得
られず、０．３％を超えて含有させてもその効果が飽和
して原料コストが嵩むばかりである。一方、Ｔｉの場合
には、０．００５％未満の含有量では所望の効果が得ら
れず、０．０５％を超えて含有させると粗大なＴｉ炭窒
化物が生成して却って疲労強度と靭性の低下をきたす。
更に、Ｎｂの場合にも、０．００５％未満の含有量では
所望の効果が得られず、０．０５％を超えて含有すると
前記効果が飽和するばかりか却って粗大な窒化物が生じ
て靭性と疲労強度の低下をもたらす。従って、これらの
元素の１種以上を添加するに際して、その含有量はＶ：
０．０５〜０．３％、Ｔｉ：０．００５〜０．０５％お
よびＮｂ：０．００５〜０．０５％とした。
はいずれも微細な窒化物や炭窒化物として析出し、オ−
ステナイト粒を微細化して鋼の靭性を向上させ、また鋼
の強度、特に疲労強度を向上させる効果を有する。その
ためこれらの元素の１種以上を添加する。しかし、Ｖの
場合には、０．０５％未満の含有量では所望の効果が得
られず、０．３％を超えて含有させてもその効果が飽和
して原料コストが嵩むばかりである。一方、Ｔｉの場合
には、０．００５％未満の含有量では所望の効果が得ら
れず、０．０５％を超えて含有させると粗大なＴｉ炭窒
化物が生成して却って疲労強度と靭性の低下をきたす。
更に、Ｎｂの場合にも、０．００５％未満の含有量では
所望の効果が得られず、０．０５％を超えて含有すると
前記効果が飽和するばかりか却って粗大な窒化物が生じ
て靭性と疲労強度の低下をもたらす。従って、これらの
元素の１種以上を添加するに際して、その含有量はＶ：
０．０５〜０．３％、Ｔｉ：０．００５〜０．０５％お
よびＮｂ：０．００５〜０．０５％とした。
【００３５】本発明の強度と靭性に優れた快削非調質鋼
には、上記の成分に加えて、更にＣａ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｂ
ｉのうちの１種以上および／またはＭｏ、Ｃｕのうちの
１種以上を含んでいても良い。これらの合金元素の作用
効果と望ましい含有量は下記のとおりである。
には、上記の成分に加えて、更にＣａ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｂ
ｉのうちの１種以上および／またはＭｏ、Ｃｕのうちの
１種以上を含んでいても良い。これらの合金元素の作用
効果と望ましい含有量は下記のとおりである。
【００３６】Ｃａ、Ｓｅ、ＴｅおよびＢｉ：Ｃａ、Ｓ
ｅ、ＴｅおよびＢｉには被削性を向上させる作用があ
る。従って、Ｃａ、Ｓｅ、ＴｅおよびＢｉはより一層の
被削性を要求される場合に添加しても良い。但し、Ｃａ
の場合には、０．００１％未満の含有量では所望の効果
が得られず、０．０１％を超えて含有しても前記の効果
が飽和するばかりか却って粗大介在物を生成して疲労強
度の低下をきたす。また、Ｓｅの場合にも０．１％未満
の含有量では所望の効果が得られず、０．５％を超えて
含有しても前記の効果が飽和するばかりか却って粗大介
在物を生成して疲労強度の低下をきたす。Ｔｅの場合に
は、０．００５％未満の含有量では所望の効果が得られ
ず、０．０５％を超えて含有させると粗大介在物を生成
して疲労強度の低下をもたらす。更に、Ｂｉの場合に
も、０．０５％未満の含有量では所望の効果が得られ
ず、０．４％を超えて含有しても前記の効果が飽和する
ばかりか却って粗大介在物を生成して疲労強度の低下を
きたす。従って、これらの合金元素を１種以上添加する
場合には、Ｃａ：０．００１〜０．０１％、Ｓｅ：０．
１〜０．５％、Ｔｅ：０．００５〜０．０５％およびＢ
ｉ：０．０５〜０．４％の含有量とするのが良い。
ｅ、ＴｅおよびＢｉには被削性を向上させる作用があ
る。従って、Ｃａ、Ｓｅ、ＴｅおよびＢｉはより一層の
被削性を要求される場合に添加しても良い。但し、Ｃａ
の場合には、０．００１％未満の含有量では所望の効果
が得られず、０．０１％を超えて含有しても前記の効果
が飽和するばかりか却って粗大介在物を生成して疲労強
度の低下をきたす。また、Ｓｅの場合にも０．１％未満
の含有量では所望の効果が得られず、０．５％を超えて
含有しても前記の効果が飽和するばかりか却って粗大介
在物を生成して疲労強度の低下をきたす。Ｔｅの場合に
は、０．００５％未満の含有量では所望の効果が得られ
ず、０．０５％を超えて含有させると粗大介在物を生成
して疲労強度の低下をもたらす。更に、Ｂｉの場合に
も、０．０５％未満の含有量では所望の効果が得られ
ず、０．４％を超えて含有しても前記の効果が飽和する
ばかりか却って粗大介在物を生成して疲労強度の低下を
きたす。従って、これらの合金元素を１種以上添加する
場合には、Ｃａ：０．００１〜０．０１％、Ｓｅ：０．
１〜０．５％、Ｔｅ：０．００５〜０．０５％およびＢ
ｉ：０．０５〜０．４％の含有量とするのが良い。
【００３７】ＭｏおよびＣｕ：ＭｏおよびＣｕは疲労強
度を向上させる効果を有する。このうちＭｏにはフェラ
イト・パーライト組織を微細化して靭性を向上させる効
果もある。従って、ＭｏおよびＣｕは必要に応じて添加
しても良い。しかし、Ｍｏの場合には０．０５％未満の
含有量では所望の効果が得られず、０．５％を超えて含
有すると熱間鍛造後の組織が異常粗大化して靭性および
疲労強度の劣化をきたす。一方、Ｃｕの場合には０．５
％未満の含有量では所望の効果が得られず、１．０％を
超えて含有させても疲労強度向上の効果が飽和しコスト
が嵩むばかりか靭性の劣化をきたす。従って、これらの
合金元素を１種以上添加する場合には、Ｍｏ：０．０５
〜０．５％、Ｃｕ：０．５〜１．０％の含有量とするの
が良い。
度を向上させる効果を有する。このうちＭｏにはフェラ
イト・パーライト組織を微細化して靭性を向上させる効
果もある。従って、ＭｏおよびＣｕは必要に応じて添加
しても良い。しかし、Ｍｏの場合には０．０５％未満の
含有量では所望の効果が得られず、０．５％を超えて含
有すると熱間鍛造後の組織が異常粗大化して靭性および
疲労強度の劣化をきたす。一方、Ｃｕの場合には０．５
％未満の含有量では所望の効果が得られず、１．０％を
超えて含有させても疲労強度向上の効果が飽和しコスト
が嵩むばかりか靭性の劣化をきたす。従って、これらの
合金元素を１種以上添加する場合には、Ｍｏ：０．０５
〜０．５％、Ｃｕ：０．５〜１．０％の含有量とするの
が良い。
【００３８】（Ｂ）鋼の組織 上記の化学組成を有する鋼であっても、熱間加工後常温
まで冷却したままでその組織がベイナイトやマルテンサ
イトといった所謂「低温変態生成物」からなるもので
は、被削性が劣化することに加えて変態歪による曲がり
が生じるため曲がり取りの矯正工程が必要となりコスト
アップにつながる。従って、良好な被削性を有するとと
もに変態歪を低減するために鋼の組織をフェライト・パ
ーライト組織としなければならない。そのための製造法
としては例えば、鋼片を１０５０〜１３００℃に加熱し
てから直径１００ｍｍ程度の丸棒に熱間鍛造し、９００
℃以上の温度で仕上げた後空冷あるいは放冷する処理が
ある。
まで冷却したままでその組織がベイナイトやマルテンサ
イトといった所謂「低温変態生成物」からなるもので
は、被削性が劣化することに加えて変態歪による曲がり
が生じるため曲がり取りの矯正工程が必要となりコスト
アップにつながる。従って、良好な被削性を有するとと
もに変態歪を低減するために鋼の組織をフェライト・パ
ーライト組織としなければならない。そのための製造法
としては例えば、鋼片を１０５０〜１３００℃に加熱し
てから直径１００ｍｍ程度の丸棒に熱間鍛造し、９００
℃以上の温度で仕上げた後空冷あるいは放冷する処理が
ある。
【００３９】なお、フェライト・パーライト組織におけ
るフェライトの体積分率が２０〜６０％で、且つフェラ
イトの結晶粒度がＪＩＳ粒度番号７以上の場合、特に強
度と靭性に優れたものとなる。
るフェライトの体積分率が２０〜６０％で、且つフェラ
イトの結晶粒度がＪＩＳ粒度番号７以上の場合、特に強
度と靭性に優れたものとなる。
【００４０】
【実施例】表１〜４に示す化学組成の鋼を１５０ｋｇ真
空溶解炉を用い通常の方法によって溶製した。表１、２
における鋼１〜１９は本発明鋼、表３、４における鋼２
０〜３７は成分のいずれかが本発明で規定する含有量の
範囲から外れた比較鋼である。
空溶解炉を用い通常の方法によって溶製した。表１、２
における鋼１〜１９は本発明鋼、表３、４における鋼２
０〜３７は成分のいずれかが本発明で規定する含有量の
範囲から外れた比較鋼である。
【００４１】次いで、これらの本発明鋼および比較鋼を
１２５０℃の温度に１時間加熱してから１０００℃で仕
上げる熱間鍛造を１回あるいは２〜３回行って直径６０
ｍｍの丸棒を作製した。なお、直径６０ｍｍの丸棒とす
るための最終の熱間鍛造工程において、１０００℃での
熱間鍛造仕上げ後の冷却条件を冷却速度が５〜３０℃／
ｍｉｎとなるように空冷または放冷して鋼の組織がフェ
ライト・パーライトになるようにした。
１２５０℃の温度に１時間加熱してから１０００℃で仕
上げる熱間鍛造を１回あるいは２〜３回行って直径６０
ｍｍの丸棒を作製した。なお、直径６０ｍｍの丸棒とす
るための最終の熱間鍛造工程において、１０００℃での
熱間鍛造仕上げ後の冷却条件を冷却速度が５〜３０℃／
ｍｉｎとなるように空冷または放冷して鋼の組織がフェ
ライト・パーライトになるようにした。
【００４２】こうして得られた丸棒の表面から１５ｍｍ
の位置（Ｒ／２部位置、Ｒ：丸棒の半径）から、ＪＩＳ
１４Ａ号の引張試験片、ＪＩＳ３号衝撃試験片および小
野式回転曲げ試験片（平行部の直径が８ｍｍでその長さ
が１８．４ｍｍ）を採取し、引張特性（引張強度、耐
力）、衝撃特性（吸収エネルギー）および疲労強度を調
査した。被削性はドリル穿孔試験による工具寿命で判定
した。すなわち、直径６０ｍｍの丸棒を２５ｍｍ長さの
輪切りにしたものを用いてその長さ方向に貫通穴をあ
け、刃先摩損により穿孔不能となったときの貫通穴の個
数を判定基準とした。穿孔条件は、ＪＩＳ高速度工具鋼
ＳＫＨ５１のφ５ｍｍテーパドリルを使用し、水溶性の
潤滑剤を用いて、送り０．２０ｍｍ／ｒｅｖ、回転数１
８００ｒｐｍで行った。
の位置（Ｒ／２部位置、Ｒ：丸棒の半径）から、ＪＩＳ
１４Ａ号の引張試験片、ＪＩＳ３号衝撃試験片および小
野式回転曲げ試験片（平行部の直径が８ｍｍでその長さ
が１８．４ｍｍ）を採取し、引張特性（引張強度、耐
力）、衝撃特性（吸収エネルギー）および疲労強度を調
査した。被削性はドリル穿孔試験による工具寿命で判定
した。すなわち、直径６０ｍｍの丸棒を２５ｍｍ長さの
輪切りにしたものを用いてその長さ方向に貫通穴をあ
け、刃先摩損により穿孔不能となったときの貫通穴の個
数を判定基準とした。穿孔条件は、ＪＩＳ高速度工具鋼
ＳＫＨ５１のφ５ｍｍテーパドリルを使用し、水溶性の
潤滑剤を用いて、送り０．２０ｍｍ／ｒｅｖ、回転数１
８００ｒｐｍで行った。
【００４３】これらの結果を表５、６に示す。表５と表
６の比較から、本発明鋼は良好な被削性を有するととも
に、強度（引張強度と疲労強度）と靭性に優れているこ
とが明らかである。すなわち、本発明鋼１〜１１につい
ては所望の機械的性質（引張特性は耐力（ＰＳ）：６０
０ＭＰａ以上で引張強度（ＴＳ）：９００ＭＰａ以上、
疲労特性は疲労強度（σw ）：４５０ＭＰａ以上で耐久
比（σw ／ＴＳ）：０．５以上、吸収エネルギー（ UＥ
20）：４０Ｊ以上、穿孔数：４０個以上）が得られてい
る。これに対して比較鋼２０は本発明で重要であるＮｄ
が規定の含有量の範囲を下回るため、前記した所望の機
械的性質のうち被削性と靭性が得られておらず耐久比も
低い。一方、比較鋼２１はＮｄが規定の含有量範囲から
高めに外れるため強度と耐久比が低い。また比較鋼２２
〜２７では各々Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、ＳおよびＣｒの含
有量が、更に比較鋼２８ではＶ、ＴｉおよびＮｂの含有
量が規定の範囲から外れるため所望の疲労特性と靭性並
びに被削性が得られていない。
６の比較から、本発明鋼は良好な被削性を有するととも
に、強度（引張強度と疲労強度）と靭性に優れているこ
とが明らかである。すなわち、本発明鋼１〜１１につい
ては所望の機械的性質（引張特性は耐力（ＰＳ）：６０
０ＭＰａ以上で引張強度（ＴＳ）：９００ＭＰａ以上、
疲労特性は疲労強度（σw ）：４５０ＭＰａ以上で耐久
比（σw ／ＴＳ）：０．５以上、吸収エネルギー（ UＥ
20）：４０Ｊ以上、穿孔数：４０個以上）が得られてい
る。これに対して比較鋼２０は本発明で重要であるＮｄ
が規定の含有量の範囲を下回るため、前記した所望の機
械的性質のうち被削性と靭性が得られておらず耐久比も
低い。一方、比較鋼２１はＮｄが規定の含有量範囲から
高めに外れるため強度と耐久比が低い。また比較鋼２２
〜２７では各々Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、ＳおよびＣｒの含
有量が、更に比較鋼２８ではＶ、ＴｉおよびＮｂの含有
量が規定の範囲から外れるため所望の疲労特性と靭性並
びに被削性が得られていない。
【００４４】本発明鋼１２〜１６は快削元素であるＣ
ａ、Ｓｅ、ＴｅおよびＢｉを規定範囲内で含有するため
前記した所望の機械的性質が得られ、且つ被削性は向上
している。一方、比較鋼２９〜３３は前記の各快削元素
の含有量が規定の範囲から外れるため所望の疲労特性が
得られていない。
ａ、Ｓｅ、ＴｅおよびＢｉを規定範囲内で含有するため
前記した所望の機械的性質が得られ、且つ被削性は向上
している。一方、比較鋼２９〜３３は前記の各快削元素
の含有量が規定の範囲から外れるため所望の疲労特性が
得られていない。
【００４５】本発明鋼１７〜１９は強化元素であるＭｏ
とＣｕを規定範囲内で含有するため所望の機械的性能が
得られており、特に疲労強度面で優れたものとなってい
る。
とＣｕを規定範囲内で含有するため所望の機械的性能が
得られており、特に疲労強度面で優れたものとなってい
る。
【００４６】これに対して比較鋼３４、３５ではＭｏ、
Ｃｕが規定の含有量の範囲から外れるため前記した所望
の疲労強度と靭性が得られていない。また、比較鋼３
６、３７では本発明で重要であるＮｄが規定の含有量の
範囲から外れるため、前記した所望の機械的性質のうち
靭性と被削性が得られていない。
Ｃｕが規定の含有量の範囲から外れるため前記した所望
の疲労強度と靭性が得られていない。また、比較鋼３
６、３７では本発明で重要であるＮｄが規定の含有量の
範囲から外れるため、前記した所望の機械的性質のうち
靭性と被削性が得られていない。
【００４７】
【表１】
【００４８】
【表２】
【００４９】
【表３】
【００５０】
【表４】
【００５１】
【表５】
【００５２】
【表６】
【００５３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の快削非調
質鋼は強度と靭性に優れ、しかも環境に悪影響を及ぼす
Ｐｂ非添加鋼であるため、産業上極めて有用である。
質鋼は強度と靭性に優れ、しかも環境に悪影響を及ぼす
Ｐｂ非添加鋼であるため、産業上極めて有用である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C22C 38/00 301 C22C 38/28 C22C 38/60
Claims (4)
- 【請求項１】重量％で、Ｃ：０．２〜０．６％、Ｓｉ：
０．３〜１．５％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｐ：０．
０１〜０．０７％、Ｓ：０．０１〜０．１５％、Ｃｒ：
０．１〜２．０％、Ａｌ：０．００２〜０．０５％、
Ｎ：０．０１〜０．０５％およびＮｄ：０．００５〜
０．１％を含み、且つＶ：０．０５〜０．３％、Ｔｉ：
０．００５〜０．０５％およびＮｂ：０．００５〜０．
０５％のうちの１種以上を含有し、残部がＦｅおよび不
可避不純物からなり、更に、フェライト・パーライト組
織を有する強度と靭性に優れた快削非調質鋼。 - 【請求項２】請求項１に記載の成分に加えて更に、重量
％で、Ｃａ：０．００１〜０．０１％、Ｓｅ：０．１〜
０．５％、Ｔｅ：０．００５〜０．０５％およびＢｉ：
０．０５〜０．４％のうちの１種以上を含有し、更に、
フェライト・パーライト組織を有する強度と靭性に優れ
た快削非調質鋼。 - 【請求項３】請求項１に記載の成分に加えて更に、重量
％で、Ｍｏ：０．０５〜０．５％およびＣｕ：０．５〜
１．０％のうちの１種以上を含有し、残部がＦｅおよび
不可避不純物からなり、更に、フェライト・パーライト
組織を有する強度と靭性に優れた快削非調質鋼。 - 【請求項４】請求項１に記載の成分に加えて更に、重量
％で、Ｃａ：０．００１〜０．０１％、Ｓｅ：０．１〜
０．５％、Ｔｅ：０．００５〜０．０５％およびＢｉ：
０．０５〜０．４％のうちの１種以上、並びにＭｏ：
０．０５〜０．５％およびＣｕ：０．５〜１．０％のう
ちの１種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物
からなり、更に、フェライト・パーライト組織を有する
強度と靭性に優れた快削非調質鋼。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17494395A JP3196579B2 (ja) | 1995-07-11 | 1995-07-11 | 強度と靭性に優れた快削非調質鋼 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17494395A JP3196579B2 (ja) | 1995-07-11 | 1995-07-11 | 強度と靭性に優れた快削非調質鋼 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0925539A JPH0925539A (ja) | 1997-01-28 |
| JP3196579B2 true JP3196579B2 (ja) | 2001-08-06 |
Family
ID=15987450
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17494395A Expired - Fee Related JP3196579B2 (ja) | 1995-07-11 | 1995-07-11 | 強度と靭性に優れた快削非調質鋼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3196579B2 (ja) |
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| KR100401951B1 (ko) * | 1999-01-28 | 2003-10-17 | 스미토모 긴조쿠 고교 가부시키가이샤 | 기계구조용 강재 |
| GB0005023D0 (en) * | 2000-03-03 | 2000-04-26 | British Steel Ltd | Steel composition and microstructure |
| CN100447281C (zh) | 2001-11-30 | 2008-12-31 | Jfe条钢株式会社 | 易切钢 |
| JP3929035B2 (ja) * | 2002-07-03 | 2007-06-13 | 三菱製鋼株式会社 | 硫黄含有快削性機械構造用鋼 |
| CN105908092B (zh) * | 2016-04-28 | 2018-01-09 | 武汉钢铁有限公司 | 汽车骨架用高强度高刚度结构钢及其生产方法 |
| JP6927444B1 (ja) | 2019-12-23 | 2021-09-01 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 快削鋼およびその製造方法 |
| KR20220131326A (ko) | 2020-03-31 | 2022-09-27 | 제이에프이 스틸 가부시키가이샤 | 쾌삭강 및 그 제조 방법 |
| TWI779544B (zh) | 2020-03-31 | 2022-10-01 | 日商杰富意鋼鐵股份有限公司 | 易切削鋼及其製造方法 |
| CN112080700B (zh) * | 2020-09-14 | 2022-02-01 | 新余钢铁股份有限公司 | 一种高硫低铝易切削钢连铸板坯及其生产方法 |
| CN113046631B (zh) * | 2021-02-22 | 2022-08-19 | 南京钢铁股份有限公司 | 易切削非调质钢及其制备方法 |
-
1995
- 1995-07-11 JP JP17494395A patent/JP3196579B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH0925539A (ja) | 1997-01-28 |
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