JP3429911B2 - 被削性と焼入性に優れた微細黒鉛均一分散鋼とその製造方法 - Google Patents
被削性と焼入性に優れた微細黒鉛均一分散鋼とその製造方法Info
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- JP3429911B2 JP3429911B2 JP17617895A JP17617895A JP3429911B2 JP 3429911 B2 JP3429911 B2 JP 3429911B2 JP 17617895 A JP17617895 A JP 17617895A JP 17617895 A JP17617895 A JP 17617895A JP 3429911 B2 JP3429911 B2 JP 3429911B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、冷間加工後（鍛造
および／または切削）に焼入・焼戻して使用される自動
車部品および産業機械部品を対象とした、微細黒鉛均一
分散鋼およびその製造方法に係わるものである。
および／または切削）に焼入・焼戻して使用される自動
車部品および産業機械部品を対象とした、微細黒鉛均一
分散鋼およびその製造方法に係わるものである。
【０００２】
【従来の技術】黒鉛分散鋼に関して、鋼の化学成分と焼
鈍条件を制御することにより、固相状態でフェライト＋
パーライト組織をフェライト＋黒鉛組織に変態させる技
術に関する論文がＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔ
ｈｅ Ｊａｐａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｍｅｔ
ａｌｓ，ｖｏｌ．３０（１９６６）、Ｐ２７９に報告さ
れている。具体的には、例えば、化学成分はＣ：０．２
４％、Ｓｉ：１．１８％、Ｍｎ：０．２４％、Ｎｉ：
２．０３％であり、黒鉛化焼鈍は加熱温度：６５０℃、
加熱時間：ほぼ２８hrである。この系統の鋼の被削性に
ついては、日本金属学会誌Ｖｏ１．５２（１９８８）、
Ｐ１２８５．に報告されている。すなわち、黒鉛化率が
大きくなると、１）切削抵抗主分力及び切削抵抗送り分
力がほぼ半減すること。２）せん断角が大きくなりせん
断応力が低減すること。３）摩擦係数が小さくなるこ
と。４）切屑のカール半径が小さくなり処理性が良好に
なること、が報告されている。
鈍条件を制御することにより、固相状態でフェライト＋
パーライト組織をフェライト＋黒鉛組織に変態させる技
術に関する論文がＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔ
ｈｅ Ｊａｐａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｍｅｔ
ａｌｓ，ｖｏｌ．３０（１９６６）、Ｐ２７９に報告さ
れている。具体的には、例えば、化学成分はＣ：０．２
４％、Ｓｉ：１．１８％、Ｍｎ：０．２４％、Ｎｉ：
２．０３％であり、黒鉛化焼鈍は加熱温度：６５０℃、
加熱時間：ほぼ２８hrである。この系統の鋼の被削性に
ついては、日本金属学会誌Ｖｏ１．５２（１９８８）、
Ｐ１２８５．に報告されている。すなわち、黒鉛化率が
大きくなると、１）切削抵抗主分力及び切削抵抗送り分
力がほぼ半減すること。２）せん断角が大きくなりせん
断応力が低減すること。３）摩擦係数が小さくなるこ
と。４）切屑のカール半径が小さくなり処理性が良好に
なること、が報告されている。
【０００３】しかし、現状の黒鉛分散鋼は工業的に使用
されるに至っていない。その理由は、特公昭５３−４６
７７４号公報に述べられているように、現状技術で得ら
れる黒鉛分散鋼には粗大黒鉛が混在している点にある。
黒鉛寸法が大きく、不均一分散していると、高周波加熱
焼入れのような加熱保持時間が数秒と短い場合に、黒鉛
が十分にオーステナイト中に溶解し難く、かつ拡散距離
が長くなり炭素原子が偏析するため、マルテンサイト＋
フェライトの混在組織となりやすい。その結果焼入硬さ
不足、焼入れ硬さむら等が発生する。また、黒鉛間の距
離が大きくなると切削仕上げ面粗さが劣化する。
されるに至っていない。その理由は、特公昭５３−４６
７７４号公報に述べられているように、現状技術で得ら
れる黒鉛分散鋼には粗大黒鉛が混在している点にある。
黒鉛寸法が大きく、不均一分散していると、高周波加熱
焼入れのような加熱保持時間が数秒と短い場合に、黒鉛
が十分にオーステナイト中に溶解し難く、かつ拡散距離
が長くなり炭素原子が偏析するため、マルテンサイト＋
フェライトの混在組織となりやすい。その結果焼入硬さ
不足、焼入れ硬さむら等が発生する。また、黒鉛間の距
離が大きくなると切削仕上げ面粗さが劣化する。
【０００４】これらの問題を解決するための方法とし
て、化学成分調整と製造方法に関するいくつかの提案が
なされている。成分調整については、特開平２−１１１
８４２号公報にＢＮを黒鉛の析出核として利用するこ
と、及び酸素含有量を３０ppm 以下にすることが有効で
あることが開示されている。よく知られているようにＢ
Ｎは黒鉛を微細析出させる効果がある。しかし、ＢＮは
オーステナイト結晶粒界に偏析するために、ＢＮを核発
生サイトとする黒鉛も同様にフェライト粒界に偏析す
る。すなわち、化学成分を調整する方法では黒鉛の均一
分散を達成するに至っていない。
て、化学成分調整と製造方法に関するいくつかの提案が
なされている。成分調整については、特開平２−１１１
８４２号公報にＢＮを黒鉛の析出核として利用するこ
と、及び酸素含有量を３０ppm 以下にすることが有効で
あることが開示されている。よく知られているようにＢ
Ｎは黒鉛を微細析出させる効果がある。しかし、ＢＮは
オーステナイト結晶粒界に偏析するために、ＢＮを核発
生サイトとする黒鉛も同様にフェライト粒界に偏析す
る。すなわち、化学成分を調整する方法では黒鉛の均一
分散を達成するに至っていない。
【０００５】次に、微細な黒鉛を均一に分散させるため
の製造方法に関する研究状況について述べる。黒鉛核発
生箇所を導入して黒鉛化を促進させるための知見が、日
本金属学会誌、Ｖｏ１．３０（１９６６）、Ｐ２７９及
びＶｏ１．４３（１９７９）、Ｐ６４０に紹介されてい
る。即ち、フェライト中の炭素過飽和、マルテンサイト
変態歪、加工歪が黒鉛析出箇所として有効であることを
述べている。上記の知見を応用した工業的な先行技術を
以下に紹介する。炭素過飽和の状態（マルテンサイト組
織）とマルテンサイト変態歪を利用する方法として、特
開昭４９−６７８１７号公報がある。これによると、Ｃ
（Ｔｏｔａｌ）：０．４５〜１．５％、黒鉛：０．４５
〜１．５０％、Ｓｉ：０．５〜２．５％、Ｍｎ：０．１
〜２．０％、Ｐ：０．０２〜０．１５％、Ｓ：０．００
１〜０．０１５％、Ｎ：０．００８〜０．０２％、Ｎ
ｉ：０．１〜２．０％、Ａｌ，Ｔｉの１種又は２種で
０．０１５〜０．５％、Ｃａ：０．０００５〜０．０３
０％を含有する鋼を、熱延後、７５０〜９５０℃に再加
熱して焼入れしてマルテンサイト変態させ、これを再々
加熱して６００〜７５０℃で焼鈍する製造方法である。
この方法は加工歪が付加されていないために黒鉛化のた
めの焼鈍時間が長くなり、また熱延後に加熱工程を２回
必要とするために製造コストに問題がある。
の製造方法に関する研究状況について述べる。黒鉛核発
生箇所を導入して黒鉛化を促進させるための知見が、日
本金属学会誌、Ｖｏ１．３０（１９６６）、Ｐ２７９及
びＶｏ１．４３（１９７９）、Ｐ６４０に紹介されてい
る。即ち、フェライト中の炭素過飽和、マルテンサイト
変態歪、加工歪が黒鉛析出箇所として有効であることを
述べている。上記の知見を応用した工業的な先行技術を
以下に紹介する。炭素過飽和の状態（マルテンサイト組
織）とマルテンサイト変態歪を利用する方法として、特
開昭４９−６７８１７号公報がある。これによると、Ｃ
（Ｔｏｔａｌ）：０．４５〜１．５％、黒鉛：０．４５
〜１．５０％、Ｓｉ：０．５〜２．５％、Ｍｎ：０．１
〜２．０％、Ｐ：０．０２〜０．１５％、Ｓ：０．００
１〜０．０１５％、Ｎ：０．００８〜０．０２％、Ｎ
ｉ：０．１〜２．０％、Ａｌ，Ｔｉの１種又は２種で
０．０１５〜０．５％、Ｃａ：０．０００５〜０．０３
０％を含有する鋼を、熱延後、７５０〜９５０℃に再加
熱して焼入れしてマルテンサイト変態させ、これを再々
加熱して６００〜７５０℃で焼鈍する製造方法である。
この方法は加工歪が付加されていないために黒鉛化のた
めの焼鈍時間が長くなり、また熱延後に加熱工程を２回
必要とするために製造コストに問題がある。
【０００６】加工歪を利用する方法として、特開昭６３
−９５８０号公報がある。これによると、Ｃ：０．０１
５〜０．１４０％、Ｍｎ：０．３％以下、Ｓｏｌ．Ａ
ｌ：０．０２〜０．３０％、Ｎ：０．００６％以下、
Ｐ：０．０１％以下、Ｓ：０．０１０％以下を含有する
と共に式Ｐ（％）×Ｓ（％）≦１０×１０-6を満足し、
さらにＳｉ；０．０３〜２．５０％、Ｎｉ；０．１〜
４．０％、Ｃｕ：０．０３〜１．００％のうち１種以上
を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる鋼を熱
間圧延した後、圧下率３０％以上で冷間圧延して加工歪
を導入し、次いで焼鈍する製造方法である。しかし、棒
鋼、線材の場合に熱間圧延後にさらに圧下率３０％で冷
間圧延できる工程を新たに必要とするために現実的な製
造方法とは言えない。
−９５８０号公報がある。これによると、Ｃ：０．０１
５〜０．１４０％、Ｍｎ：０．３％以下、Ｓｏｌ．Ａ
ｌ：０．０２〜０．３０％、Ｎ：０．００６％以下、
Ｐ：０．０１％以下、Ｓ：０．０１０％以下を含有する
と共に式Ｐ（％）×Ｓ（％）≦１０×１０-6を満足し、
さらにＳｉ；０．０３〜２．５０％、Ｎｉ；０．１〜
４．０％、Ｃｕ：０．０３〜１．００％のうち１種以上
を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる鋼を熱
間圧延した後、圧下率３０％以上で冷間圧延して加工歪
を導入し、次いで焼鈍する製造方法である。しかし、棒
鋼、線材の場合に熱間圧延後にさらに圧下率３０％で冷
間圧延できる工程を新たに必要とするために現実的な製
造方法とは言えない。
【０００７】以上に述べたように、切削性と焼入性に優
れた微細黒鉛均一分散鋼を得るための化学成分と製造方
法に係わる知見は見出されていないため、未だに工業的
規模で利用されるに至っていない。
れた微細黒鉛均一分散鋼を得るための化学成分と製造方
法に係わる知見は見出されていないため、未だに工業的
規模で利用されるに至っていない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、黒
鉛粒の微細化及び均一分散（フェライト粒内及び粒界）
化のために、必要な化学成分と製造方法を案出し、それ
により切削性と焼入れ性に優れた微細黒鉛均一分散鋼を
提供せんとするものである。
鉛粒の微細化及び均一分散（フェライト粒内及び粒界）
化のために、必要な化学成分と製造方法を案出し、それ
により切削性と焼入れ性に優れた微細黒鉛均一分散鋼を
提供せんとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨とするとこ
ろは、以下のとおりである。 （１）質量％で、Ｃ：０．２０〜０．９０％、Ｓｉ：
０．５〜１．５％、Ｍｎ：０．３〜１．０％、Ｐ≦０．
０３５％、Ｓ：０．０１０〜０．０３５％、Ａｌ：０．
０２〜０．０５％、Ｂ：０．００１〜０．００４％、
Ｎ：０．００２〜０．００８％を含有し、さらに、Ｗ：
０．０２〜０．２０％、Ｔａ：０．０２〜０．２０％の
一種または二種を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物
からなり、平均粒径４．０μｍ以下、粒数１０００個／
mm2以上の黒鉛０．２０〜０．９０％を有することを特
徴とする被削性と焼入性に優れた微細黒鉛均一分散鋼。（２）質量％で、Ｃ：０．２０〜０．９０％、Ｓｉ：
０．５〜１．５％、Ｍｎ：０．３〜１．０％、Ｐ≦０．
０３５％、Ｓ：０．０１０〜０．０３５％、Ａｌ：０．
０２〜０．０５％、Ｂ：０．００１〜０．００４％、
Ｎ：０．００２〜０．００８％を含有し、さらに、 Ｗ：
０．０２〜０．２０％、Ｔａ：０．０２〜０．２０％の
一種または二種、および、 Ｎｂ：０．０２〜０．２０％
を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、平均
粒径４．０μｍ以下、粒数１０００個／mm 2 以上の黒鉛
０．２０〜０．９０％を有することを特徴とする被削性
と焼入性に優れた微細黒鉛均一分散鋼。 （３）質 量％で、Ｃ：０．２０〜０．９０％、Ｓｉ：
０．５〜１．５％、Ｍｎ：０．３〜１．０％、Ｐ≦０．
０３５％、Ｓ：０．０１０〜０．０３５％、Ａｌ：０．
０２〜０．０５％、Ｂ：０．００１〜０．００４％、
Ｎ：０．００２〜０．００８％を含有し、さらに、Ｗ：
０．０２〜０．２０％、Ｔａ：０．０２〜０．２０％の
一種または二種を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物
からなる鋼材を、その熱間圧延ラインの後方に設置した
水却装置により、冷却開始温度をＡr3点以上、冷却終了
温度をＭｓ点以下、平均冷却速度を５〜１００℃／ｓと
して冷却後、さらに自然冷却し、次いで加熱温度６５０
〜７３０℃で黒鉛化処理することを特徴とする平均粒径
４．０μｍ以下、粒数１０００個／mm2以上の黒鉛０．
２０〜０．９０％を有する被削性と焼入性に優れた微細
黒鉛均一分散鋼の製造方法。（４）質量％で、Ｃ：０．２０〜０．９０％、Ｓｉ：
０．５〜１．５％、Ｍｎ：０．３〜１．０％、Ｐ≦０．
０３５％、Ｓ：０．０１０〜０．０３５％、Ａｌ：０．
０２〜０．０５％、Ｂ：０．００１〜０．００４％、
Ｎ：０．００２〜０．００８％を含有し、さらに、 Ｗ：
０．０２〜０．２０％、Ｔａ：０．０２〜０．２０％の
一種または二種および、 Ｎｂ：０．０２〜０．２０％を
含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる鋼材を、
その熱間圧延ラインの後方に設置した水却装置により、
冷却開始温度をＡ r3 点以上、冷却終了温度をＭｓ点以
下、平均冷却速度を５〜１００℃／ｓとして冷却後、さ
らに自然冷却し、次いで加熱温度６５０〜７３０℃で黒
鉛化処理することを特徴とする平均粒径４．０μｍ以
下、粒数１０００個／mm 2 以上の黒鉛０．２０〜０．９
０％を有する被削性と焼入性に優れた微細黒鉛均一分散
鋼の製造方法。
ろは、以下のとおりである。 （１）質量％で、Ｃ：０．２０〜０．９０％、Ｓｉ：
０．５〜１．５％、Ｍｎ：０．３〜１．０％、Ｐ≦０．
０３５％、Ｓ：０．０１０〜０．０３５％、Ａｌ：０．
０２〜０．０５％、Ｂ：０．００１〜０．００４％、
Ｎ：０．００２〜０．００８％を含有し、さらに、Ｗ：
０．０２〜０．２０％、Ｔａ：０．０２〜０．２０％の
一種または二種を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物
からなり、平均粒径４．０μｍ以下、粒数１０００個／
mm2以上の黒鉛０．２０〜０．９０％を有することを特
徴とする被削性と焼入性に優れた微細黒鉛均一分散鋼。（２）質量％で、Ｃ：０．２０〜０．９０％、Ｓｉ：
０．５〜１．５％、Ｍｎ：０．３〜１．０％、Ｐ≦０．
０３５％、Ｓ：０．０１０〜０．０３５％、Ａｌ：０．
０２〜０．０５％、Ｂ：０．００１〜０．００４％、
Ｎ：０．００２〜０．００８％を含有し、さらに、 Ｗ：
０．０２〜０．２０％、Ｔａ：０．０２〜０．２０％の
一種または二種、および、 Ｎｂ：０．０２〜０．２０％
を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、平均
粒径４．０μｍ以下、粒数１０００個／mm 2 以上の黒鉛
０．２０〜０．９０％を有することを特徴とする被削性
と焼入性に優れた微細黒鉛均一分散鋼。 （３）質 量％で、Ｃ：０．２０〜０．９０％、Ｓｉ：
０．５〜１．５％、Ｍｎ：０．３〜１．０％、Ｐ≦０．
０３５％、Ｓ：０．０１０〜０．０３５％、Ａｌ：０．
０２〜０．０５％、Ｂ：０．００１〜０．００４％、
Ｎ：０．００２〜０．００８％を含有し、さらに、Ｗ：
０．０２〜０．２０％、Ｔａ：０．０２〜０．２０％の
一種または二種を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物
からなる鋼材を、その熱間圧延ラインの後方に設置した
水却装置により、冷却開始温度をＡr3点以上、冷却終了
温度をＭｓ点以下、平均冷却速度を５〜１００℃／ｓと
して冷却後、さらに自然冷却し、次いで加熱温度６５０
〜７３０℃で黒鉛化処理することを特徴とする平均粒径
４．０μｍ以下、粒数１０００個／mm2以上の黒鉛０．
２０〜０．９０％を有する被削性と焼入性に優れた微細
黒鉛均一分散鋼の製造方法。（４）質量％で、Ｃ：０．２０〜０．９０％、Ｓｉ：
０．５〜１．５％、Ｍｎ：０．３〜１．０％、Ｐ≦０．
０３５％、Ｓ：０．０１０〜０．０３５％、Ａｌ：０．
０２〜０．０５％、Ｂ：０．００１〜０．００４％、
Ｎ：０．００２〜０．００８％を含有し、さらに、 Ｗ：
０．０２〜０．２０％、Ｔａ：０．０２〜０．２０％の
一種または二種および、 Ｎｂ：０．０２〜０．２０％を
含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる鋼材を、
その熱間圧延ラインの後方に設置した水却装置により、
冷却開始温度をＡ r3 点以上、冷却終了温度をＭｓ点以
下、平均冷却速度を５〜１００℃／ｓとして冷却後、さ
らに自然冷却し、次いで加熱温度６５０〜７３０℃で黒
鉛化処理することを特徴とする平均粒径４．０μｍ以
下、粒数１０００個／mm 2 以上の黒鉛０．２０〜０．９
０％を有する被削性と焼入性に優れた微細黒鉛均一分散
鋼の製造方法。
【００１０】
【作用】本発明者らは種々の検討を重ねた結果、Ｗ，Ｔ
ａの一種または二種、若しくは、Ｗ，Ｔａの一種または
二種およびＮｂを添加すると、黒鉛粒径が小さくなるこ
と、および析出箇所がフェライト結晶粒内および粒界の
双方となり、黒鉛が均一分散することを新しく見出し
た。これはＷ 2 Ｃ，ＷＣ，Ｔａ 2 Ｃ，Ｎｂ 2 Ｃの結晶構造
がＢＮと同じ六方晶であり、同じく六方晶である黒鉛の
析出箇所になるためと推測される。また、黒鉛が均一分
散するのは、これらの炭化物の粒界、粒内にかかわらず
均一分散していることと関係していると考えられる。
ａの一種または二種、若しくは、Ｗ，Ｔａの一種または
二種およびＮｂを添加すると、黒鉛粒径が小さくなるこ
と、および析出箇所がフェライト結晶粒内および粒界の
双方となり、黒鉛が均一分散することを新しく見出し
た。これはＷ 2 Ｃ，ＷＣ，Ｔａ 2 Ｃ，Ｎｂ 2 Ｃの結晶構造
がＢＮと同じ六方晶であり、同じく六方晶である黒鉛の
析出箇所になるためと推測される。また、黒鉛が均一分
散するのは、これらの炭化物の粒界、粒内にかかわらず
均一分散していることと関係していると考えられる。
【００１１】従来は、これらの元素は炭化物を形成する
ために黒鉛化を遅延させると考えられていた。しかし、
本発明者らは、これらの元素がセメンタイトにほとんど
固溶しないこと、及び転位上に析出することに着目し、
常識に反して、これらの炭化物が黒鉛の析出核となり、
黒鉛粒子の微細化、均一分散に効果あることを初めて見
出した。
ために黒鉛化を遅延させると考えられていた。しかし、
本発明者らは、これらの元素がセメンタイトにほとんど
固溶しないこと、及び転位上に析出することに着目し、
常識に反して、これらの炭化物が黒鉛の析出核となり、
黒鉛粒子の微細化、均一分散に効果あることを初めて見
出した。
【００１２】また、本発明者らは、熱間圧延直後の鋼材
を、その熱間圧延ラインの後方に設置した水冷却装置に
より、冷却開始温度をＡr3点以上、冷却終了温度をＭs
点以下、平均冷却速度を５〜１００℃／ｓとして冷却
後、さらに自然冷却し、次いで加熱温度６５０〜７３０
℃で黒鉛化処理することにより黒鉛が微細化することを
見出した。これはマルテンサイト変態歪に加えて、熱間
圧延後の急冷によりマルテンサイトに残留する圧延歪が
付加されるために、マルテンサイトが内包する歪の総量
が増え、その結果、黒鉛発生箇所が増加したたためと考
えられる。
を、その熱間圧延ラインの後方に設置した水冷却装置に
より、冷却開始温度をＡr3点以上、冷却終了温度をＭs
点以下、平均冷却速度を５〜１００℃／ｓとして冷却
後、さらに自然冷却し、次いで加熱温度６５０〜７３０
℃で黒鉛化処理することにより黒鉛が微細化することを
見出した。これはマルテンサイト変態歪に加えて、熱間
圧延後の急冷によりマルテンサイトに残留する圧延歪が
付加されるために、マルテンサイトが内包する歪の総量
が増え、その結果、黒鉛発生箇所が増加したたためと考
えられる。
【００１３】本願の特許請求の範囲を上記のように定め
た理由を以下に示す。請求項１および２については、Ｃ
は十分な被削性能を得るために必要な黒鉛の量を確保す
るために、その下限値を０．２０％とした。上限は熱処
理における焼割れを防止するために０．９０％とした。
Ｓｉは鋼中の炭素原子との結合力が小さく、黒鉛化を促
進する有力な元素の１つであるために必須の元素であ
る。焼入＋焼鈍処理により、十分な黒鉛を析出させて高
い黒鉛化率とするためには、Ｓｉを添加することが必要
であり、その下限値は０．５％でなければならない。
１．５％を越えると黒鉛化率は大きくなるものの、フェ
ライト相に固溶するＳｉ含有量の増加により、硬さが大
きくなるために冷間加工性能が劣化する。黒鉛化による
硬さの低減効果が相殺されるので、上限値を１．５％に
限定した。
た理由を以下に示す。請求項１および２については、Ｃ
は十分な被削性能を得るために必要な黒鉛の量を確保す
るために、その下限値を０．２０％とした。上限は熱処
理における焼割れを防止するために０．９０％とした。
Ｓｉは鋼中の炭素原子との結合力が小さく、黒鉛化を促
進する有力な元素の１つであるために必須の元素であ
る。焼入＋焼鈍処理により、十分な黒鉛を析出させて高
い黒鉛化率とするためには、Ｓｉを添加することが必要
であり、その下限値は０．５％でなければならない。
１．５％を越えると黒鉛化率は大きくなるものの、フェ
ライト相に固溶するＳｉ含有量の増加により、硬さが大
きくなるために冷間加工性能が劣化する。黒鉛化による
硬さの低減効果が相殺されるので、上限値を１．５％に
限定した。
【００１４】Ｍｎは、鋼中硫黄をＭｎＳとして固定・分
散させるために、必要な量及びマトリックスに固溶させ
て強度を確保するために、必要な量を加算した量が必要
であり、その下限値は０．３％である。Ｍｎ量が多くな
ると黒鉛化を著しく阻害するので、上限値は１．０％と
した。Ｐは、鋼中において粒界に析出した燐化合物、フ
ェライトに固溶したＰとして存在するために、被削性を
改善するものの、熱間加工性を著しく損なうので、その
上限を０．０３５％とした。
散させるために、必要な量及びマトリックスに固溶させ
て強度を確保するために、必要な量を加算した量が必要
であり、その下限値は０．３％である。Ｍｎ量が多くな
ると黒鉛化を著しく阻害するので、上限値は１．０％と
した。Ｐは、鋼中において粒界に析出した燐化合物、フ
ェライトに固溶したＰとして存在するために、被削性を
改善するものの、熱間加工性を著しく損なうので、その
上限を０．０３５％とした。
【００１５】Ｓは、Ｍｎと結合してＭｎＳ介在物として
存在する。鋼中のＭｎＳ介在物の量が増えると工具とＭ
ｎＳ介在物とが接触する機会が増加し、ＭｎＳ介在物が
工具すくい面上で塑性変形して被膜を形成する。その結
果、フェライトと工具との接触する機会が減少するため
に、凝着は抑制され切削仕上げ面の性状は向上する。凝
着を抑制するためには、Ｓの下限値は０．０１０％必要
である。Ｓは冷間鍛造性を損なうので上限値は０．０３
５％とした。
存在する。鋼中のＭｎＳ介在物の量が増えると工具とＭ
ｎＳ介在物とが接触する機会が増加し、ＭｎＳ介在物が
工具すくい面上で塑性変形して被膜を形成する。その結
果、フェライトと工具との接触する機会が減少するため
に、凝着は抑制され切削仕上げ面の性状は向上する。凝
着を抑制するためには、Ｓの下限値は０．０１０％必要
である。Ｓは冷間鍛造性を損なうので上限値は０．０３
５％とした。
【００１６】Ａｌは、鋼中酸素を酸化物系介在物として
除去する。また、結晶粒度を調整するために、０．０２
％以上の添加が必要である。脱酸の効果は０．０５％で
飽和するので上限値を０．０５％とした。ＢとＮは、Ｂ
Ｎを生成して黒鉛化焼鈍時間を短縮させる。短縮効果を
充分得るためには、０．００１％以上のＢを添加しなけ
ればならない。Ｂが０．００４％を越えると短縮効果は
飽和するので、その上限を０．００４％とした。Ｎは
０．００１〜０．００４％ＢをＢＮとするため必要な
量、即ち０．００２〜０．００８％である。
除去する。また、結晶粒度を調整するために、０．０２
％以上の添加が必要である。脱酸の効果は０．０５％で
飽和するので上限値を０．０５％とした。ＢとＮは、Ｂ
Ｎを生成して黒鉛化焼鈍時間を短縮させる。短縮効果を
充分得るためには、０．００１％以上のＢを添加しなけ
ればならない。Ｂが０．００４％を越えると短縮効果は
飽和するので、その上限を０．００４％とした。Ｎは
０．００１〜０．００４％ＢをＢＮとするため必要な
量、即ち０．００２〜０．００８％である。
【００１７】Ｗ，Ｔａ，Ｎｂは黒鉛核の生成サイトの役
割をする。黒鉛粒数を１０００個／mm2 とすることによ
り、平均粒径を小さく（４μｍ以下）するためには、生
成サイトを一定数以上確保しなければならない。そのた
めにはそれぞれ０．０２％以上添加しなければならな
い。その結果、フェライト粒界及び粒内を問わず均一に
分散させることができる。０．２０％を越えると前記効
果が飽和しフェライト地の硬さが上昇するので、その上
限値を０．２０％とした。
割をする。黒鉛粒数を１０００個／mm2 とすることによ
り、平均粒径を小さく（４μｍ以下）するためには、生
成サイトを一定数以上確保しなければならない。そのた
めにはそれぞれ０．０２％以上添加しなければならな
い。その結果、フェライト粒界及び粒内を問わず均一に
分散させることができる。０．２０％を越えると前記効
果が飽和しフェライト地の硬さが上昇するので、その上
限値を０．２０％とした。
【００１８】黒鉛の平均粒径は、焼入れ性の点からその
上限を４μｍとしなければならない。４μｍを越える
と、焼入れ組織がフェライト＋マルテンサイトの混合組
織となって硬さむらが顕著になる。黒鉛の粒数が１００
０個／mm2 未満では、黒鉛間の距離が大きくなり炭素の
拡散距離が大きくなるために、焼入組織はマルテンサイ
ト＋フェライトの不完全焼入組織となる。そのために下
限値を１０００個／mm2としなければならない。鋼中Ｃ
のほぼ全量を黒鉛化させるために、黒鉛の下限値はＣ含
有量の下限値０．２０％と、上限値は同じくＣ含有量の
上限値１．０％と一致しなければならない。
上限を４μｍとしなければならない。４μｍを越える
と、焼入れ組織がフェライト＋マルテンサイトの混合組
織となって硬さむらが顕著になる。黒鉛の粒数が１００
０個／mm2 未満では、黒鉛間の距離が大きくなり炭素の
拡散距離が大きくなるために、焼入組織はマルテンサイ
ト＋フェライトの不完全焼入組織となる。そのために下
限値を１０００個／mm2としなければならない。鋼中Ｃ
のほぼ全量を黒鉛化させるために、黒鉛の下限値はＣ含
有量の下限値０．２０％と、上限値は同じくＣ含有量の
上限値１．０％と一致しなければならない。
【００１９】請求項３および４の発明の化学成分および
製造条件の限定理由について述べる。Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，
Ｐ，Ｓ，Ａｌ，Ｂ，Ｎ，Ｗ，Ｔａ，Ｎｂについては請求
項１および２と全く同じである。製造条件については、
熱間仕上圧延した直後の鋼材を、その熱延ラインの延長
線上に設置した冷却装置により強制冷却するのは、熱間
圧延による圧延歪を焼入れマルテンサイト組織に残存さ
せるためである。この方法によると、熱延後の赤熱状態
の鋼材の熱エネルギーを焼入れに利用でき再加熱を必要
としないので、結果として熱処理コストの低減をはかる
ことができる。
製造条件の限定理由について述べる。Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，
Ｐ，Ｓ，Ａｌ，Ｂ，Ｎ，Ｗ，Ｔａ，Ｎｂについては請求
項１および２と全く同じである。製造条件については、
熱間仕上圧延した直後の鋼材を、その熱延ラインの延長
線上に設置した冷却装置により強制冷却するのは、熱間
圧延による圧延歪を焼入れマルテンサイト組織に残存さ
せるためである。この方法によると、熱延後の赤熱状態
の鋼材の熱エネルギーを焼入れに利用でき再加熱を必要
としないので、結果として熱処理コストの低減をはかる
ことができる。
【００２０】鋼材表面で測定した冷却開始温度は、マル
テンサイト変態歪と圧延歪とを同時に発生させて、黒鉛
生成サイト数を多くするためにＡr3点以上でなければな
らない。冷却終了温度は充分なマルテンサイト変態組織
を得て黒鉛生成を容易にするためにＭs 点以下でなけれ
ばならない。平均冷却速度の下限値を５℃／ｓとしたの
は、マルテンサイト変態組織を得るためと加工歪を残留
させて黒鉛化を容易にするためであり、上限値を１００
℃／ｓとしたのは、これ以上に急冷却してもマルテンサ
イト変態量は増加しないためである。次に、焼鈍温度の
下限値を６５０℃、上限値を７３０℃に限定したのは、
この温度範囲における黒鉛化時間が最も短いためであ
る。
テンサイト変態歪と圧延歪とを同時に発生させて、黒鉛
生成サイト数を多くするためにＡr3点以上でなければな
らない。冷却終了温度は充分なマルテンサイト変態組織
を得て黒鉛生成を容易にするためにＭs 点以下でなけれ
ばならない。平均冷却速度の下限値を５℃／ｓとしたの
は、マルテンサイト変態組織を得るためと加工歪を残留
させて黒鉛化を容易にするためであり、上限値を１００
℃／ｓとしたのは、これ以上に急冷却してもマルテンサ
イト変態量は増加しないためである。次に、焼鈍温度の
下限値を６５０℃、上限値を７３０℃に限定したのは、
この温度範囲における黒鉛化時間が最も短いためであ
る。
【００２１】
【実施例】次に実施例により本発明の効果をさらに具体
的に示す。本発明の棒鋼及び線材の実施例として、表１
および表２に化学成分と製造条件を示す。
的に示す。本発明の棒鋼及び線材の実施例として、表１
および表２に化学成分と製造条件を示す。
【００２２】
【表１】
【００２３】
【表２】
【００２４】本試験に使用した棒鋼及び線材の直径は１
０〜３０mmである。棒鋼は熱延ラインの延長線上に設置
した冷却装置により棒鋼表面の全面に単位面積当たり
０．３〜０．５トン／ｍ2 の冷却水を均一に散水するこ
とにより冷却した。冷却装置は長さ２０ｍで、円周上に
多数の冷却水を供給するための孔を有するパイプで、棒
鋼はパイプの中心線上を通過する際に冷却される。
０〜３０mmである。棒鋼は熱延ラインの延長線上に設置
した冷却装置により棒鋼表面の全面に単位面積当たり
０．３〜０．５トン／ｍ2 の冷却水を均一に散水するこ
とにより冷却した。冷却装置は長さ２０ｍで、円周上に
多数の冷却水を供給するための孔を有するパイプで、棒
鋼はパイプの中心線上を通過する際に冷却される。
【００２５】一方、線材は、熱延ラインの延長線上に設
置した水冷槽を通過させる方法により冷却した。温度は
鋼材の表面を光温度計により測定した。平均冷却速度
は、冷却開始温度と冷却終了温度との差を冷却時間で除
すことにより求めた。その後、自然冷却させ、さらにオ
フラインとの焼鈍炉で黒鉛化処理した。表３に黒鉛の分
散（黒鉛粒径、黒鉛間の最大距離、黒鉛量）、及び性能
評価結果（仕上げ面粗さ、焼き入れ後の硬さの変動幅）
を示す。
置した水冷槽を通過させる方法により冷却した。温度は
鋼材の表面を光温度計により測定した。平均冷却速度
は、冷却開始温度と冷却終了温度との差を冷却時間で除
すことにより求めた。その後、自然冷却させ、さらにオ
フラインとの焼鈍炉で黒鉛化処理した。表３に黒鉛の分
散（黒鉛粒径、黒鉛間の最大距離、黒鉛量）、及び性能
評価結果（仕上げ面粗さ、焼き入れ後の硬さの変動幅）
を示す。
【００２６】
【表３】
【００２７】黒鉛粒径の測定は、次の方法によった。黒
鉛粒子に電子線を照射して、反射電子線の強度を２値化
することによりＳＥＭ画面上に黒鉛を結像させて、解析
システムを使用して粒径を測定・解析した。１視野の面
積は１００μｍ×１００μｍで視野数は２５であり、測
定総面積は０．２５μｍ2 である。黒鉛間の最大距離は
倍率５００倍の光学顕微鏡写真上で測定した。写真上に
黒鉛の存在しない箇所のみを含む円弧を描きその直径の
最大値を黒鉛間の最大距離とした。本発明鋼の黒鉛粒径
及び黒鉛間の最大距離は従来鋼のそれよりいずれも小さ
くなっている。
鉛粒子に電子線を照射して、反射電子線の強度を２値化
することによりＳＥＭ画面上に黒鉛を結像させて、解析
システムを使用して粒径を測定・解析した。１視野の面
積は１００μｍ×１００μｍで視野数は２５であり、測
定総面積は０．２５μｍ2 である。黒鉛間の最大距離は
倍率５００倍の光学顕微鏡写真上で測定した。写真上に
黒鉛の存在しない箇所のみを含む円弧を描きその直径の
最大値を黒鉛間の最大距離とした。本発明鋼の黒鉛粒径
及び黒鉛間の最大距離は従来鋼のそれよりいずれも小さ
くなっている。
【００２８】黒鉛化率は次式により算出した。
（鋼中黒鉛含有量／鋼の炭素含有量）×１００（％）
鋼の炭素含有量及び黒鉛量はいずれも化学分析により定
量した。本発明による棒鋼の黒鉛化率は焼鈍時間が１５
時間前後と短いにも係わらず、１００％と著しく優れた
結果である。従来法の場合には黒鉛化率は４０〜８０％
程度と低い。
量した。本発明による棒鋼の黒鉛化率は焼鈍時間が１５
時間前後と短いにも係わらず、１００％と著しく優れた
結果である。従来法の場合には黒鉛化率は４０〜８０％
程度と低い。
【００２９】仕上げ面粗さはＴｉＮを被覆した超硬合金
工具により切削した面のＲｍａｘを触針式粗さ計を使用
して評価した。切削条件は、切削速度Ｖ：２５０ｍ／mi
n 、送りｆ：０．２５mm／rev.切込ｄ：２．０mmであ
る。本発明鋼の仕上げ面粗さの方が優れている。焼入れ
性は、黒鉛析出状態の直径２５mmの丸棒を高周波焼入
（１０００℃×３sec →水冷）して、丸棒断面の硬さの
変動幅を測定することにより評価した。本発明鋼の焼入
れ性は従来鋼のそれと比較して著しく高い。
工具により切削した面のＲｍａｘを触針式粗さ計を使用
して評価した。切削条件は、切削速度Ｖ：２５０ｍ／mi
n 、送りｆ：０．２５mm／rev.切込ｄ：２．０mmであ
る。本発明鋼の仕上げ面粗さの方が優れている。焼入れ
性は、黒鉛析出状態の直径２５mmの丸棒を高周波焼入
（１０００℃×３sec →水冷）して、丸棒断面の硬さの
変動幅を測定することにより評価した。本発明鋼の焼入
れ性は従来鋼のそれと比較して著しく高い。
【００３０】最後に、表４に本発明鋼を穿孔したドリル
の寿命が如何に優れているかを、既存の鉛快削鋼を切削
したドリルの寿命と比較することにより示す。
の寿命が如何に優れているかを、既存の鉛快削鋼を切削
したドリルの寿命と比較することにより示す。
【００３１】
【表４】
【００３２】既存の鉛快削鋼の化学成分は、Ｃ：０．４
１％、Ｓｉ：０．２２％、Ｍｎ：１．５８％、Ｓ：０．
０５７％、Ｐｂ：０．２０％、Ｃａ：０．００１１％で
ある。ドリル材種は高速度鋼、形状は径１０mm、長さ１
３０mm、先端角１１８°である。送りは０．３３mm／re
v で、深さ３０mmの穴を多数穿孔し、ドリルが完全損傷
した時を寿命とした。穴の深さの総計が１０００mmでド
リル寿命となるドリルの周速（Ｖl1000 ）を被削性の良
否の判定基準とした。本発明鋼のＶl1000 は１３６ｍ／
min で、鉛快削鋼のＶl1000 ：７１ｍ／min と比較して
著しくすぐれている。
１％、Ｓｉ：０．２２％、Ｍｎ：１．５８％、Ｓ：０．
０５７％、Ｐｂ：０．２０％、Ｃａ：０．００１１％で
ある。ドリル材種は高速度鋼、形状は径１０mm、長さ１
３０mm、先端角１１８°である。送りは０．３３mm／re
v で、深さ３０mmの穴を多数穿孔し、ドリルが完全損傷
した時を寿命とした。穴の深さの総計が１０００mmでド
リル寿命となるドリルの周速（Ｖl1000 ）を被削性の良
否の判定基準とした。本発明鋼のＶl1000 は１３６ｍ／
min で、鉛快削鋼のＶl1000 ：７１ｍ／min と比較して
著しくすぐれている。
【００３３】
【発明の効果】以上の実施例からも明らかなように、本
発明によれば、冷間加工性と焼入れ性に優れた微細黒鉛
均一分散鋼を提供することが可能であり、産業上の効果
は極めて顕著なものがある。
発明によれば、冷間加工性と焼入れ性に優れた微細黒鉛
均一分散鋼を提供することが可能であり、産業上の効果
は極めて顕著なものがある。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平７−97659（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−3390（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C22C 38/00 - 38/60
C21D 6/00
C21D 8/00
Claims (4)
- 【請求項１】 質量％で、Ｃ：０．２０〜０．９０％、
Ｓｉ：０．５〜１．５％、Ｍｎ：０．３〜１．０％、Ｐ
≦０．０３５％、Ｓ：０．０１０〜０．０３５％、Ａ
ｌ：０．０２〜０．０５％、Ｂ：０．００１〜０．００
４％、Ｎ：０．００２〜０．００８％を含有し、さら
に、 Ｗ：０．０２〜０．２０％、Ｔａ：０．０２〜０．２０
％の一種または二種を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不
純物からなり、平均粒径４．０μｍ以下、粒数１０００
個／mm2以上の黒鉛０．２０〜０．９０％を有すること
を特徴とする被削性と焼入性に優れた微細黒鉛均一分散
鋼。 - 【請求項２】 質量％で、Ｃ：０．２０〜０．９０％、
Ｓｉ：０．５〜１．５％、Ｍｎ：０．３〜１．０％、Ｐ
≦０．０３５％、Ｓ：０．０１０〜０．０３５％、Ａ
ｌ：０．０２〜０．０５％、Ｂ：０．００１〜０．００
４％、Ｎ：０．００２〜０．００８％を含有し、さら
に、 Ｗ：０．０２〜０．２０％、Ｔａ：０．０２〜０．２０
％の一種または二種、および、 Ｎｂ：０．０２〜０．２０％を含有し、残部Ｆｅ及び不
可避的不純物からなり、平均粒径４．０μｍ以下、粒数
１０００個／mm 2 以上の黒鉛０．２０〜０．９０％を有
することを特徴とする被削性と焼入性に優れた微細黒鉛
均一分散鋼。 - 【請求項３】 質量％で、Ｃ：０．２０〜０．９０％、
Ｓｉ：０．５〜１．５％、Ｍｎ：０．３〜１．０％、Ｐ
≦０．０３５％、Ｓ：０．０１０〜０．０３５％、Ａ
ｌ：０．０２〜０．０５％、Ｂ：０．００１〜０．００
４％、Ｎ：０．００２〜０．００８％を含有し、さら
に、 Ｗ：０．０２〜０．２０％、Ｔａ：０．０２〜０．２０
％の一種または二種を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不
純物からなる鋼材を、その熱間圧延ラインの後方に設置
した水却装置により、冷却開始温度をＡr3点以上、冷却
終了温度をＭｓ点以下、平均冷却速度を５〜１００℃／
ｓとして冷却後、さらに自然冷却し、次いで加熱温度６
５０〜７３０℃で黒鉛化処理することを特徴とする平均
粒径４．０μｍ以下、粒数１０００個／mm2以上の黒鉛
０．２０〜０．９０％を有する被削性と焼入性に優れた
微細黒鉛均一分散鋼の製造方法。 - 【請求項４】 質量％で、Ｃ：０．２０〜０．９０％、
Ｓｉ：０．５〜１．５％、Ｍｎ：０．３〜１．０％、Ｐ
≦０．０３５％、Ｓ：０．０１０〜０．０３５％、Ａ
ｌ：０．０２〜０．０５％、Ｂ：０．００１〜０．００
４％、Ｎ：０．００２〜０．００８％を含有し、さら
に、 Ｗ：０．０２〜０．２０％、Ｔａ：０．０２〜０．２０
％の一種または二種および、 Ｎｂ：０．０２〜０．２０％を含有し、残部Ｆｅ及び不
可避的不純物からなる鋼材を、その熱間圧延ラインの後
方に設置した水却装置により、冷却開始温度をＡ r3 点以
上、冷却終了温度をＭｓ点以下、平均冷却速度を５〜１
００℃／ｓとして冷却後、さらに自然冷却し、次いで加
熱温度６５０〜７３０℃で黒鉛化処理することを特徴と
する平均粒径４．０μｍ以下、粒数１０００個／mm 2 以
上の黒鉛０．２０〜０．９０％を有する被削性と焼入性
に優れた微細黒鉛均一分散鋼の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17617895A JP3429911B2 (ja) | 1995-07-12 | 1995-07-12 | 被削性と焼入性に優れた微細黒鉛均一分散鋼とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17617895A JP3429911B2 (ja) | 1995-07-12 | 1995-07-12 | 被削性と焼入性に優れた微細黒鉛均一分散鋼とその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0925540A JPH0925540A (ja) | 1997-01-28 |
| JP3429911B2 true JP3429911B2 (ja) | 2003-07-28 |
Family
ID=16009028
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17617895A Expired - Fee Related JP3429911B2 (ja) | 1995-07-12 | 1995-07-12 | 被削性と焼入性に優れた微細黒鉛均一分散鋼とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3429911B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104145032B (zh) * | 2012-03-05 | 2016-02-10 | 丰田自动车株式会社 | 机械加工零件的制造方法及机械加工零件 |
-
1995
- 1995-07-12 JP JP17617895A patent/JP3429911B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0925540A (ja) | 1997-01-28 |
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