JP3558600B2 - 調質後の被削性が優れた低合金工具鋼 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、焼き鈍し等の調質処理をした後、使用に供される低合金工具鋼に関し、特に、調質により硬度が５５ＨＲＣ（ロックウエル硬度Ｃスケール）を超えるような場合においても、被削性が優れた低合金工具鋼に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、被削性にばらつきが少なく、旋削加工性等の被削性が優れた快削鋼として、特開２０００−２１９９３６号公報に開示されたものがある。この従来の快削鋼は、Ｓ、Ｃａ、Ａｌ及びＯを夫々適量ずつ複合添加することにより、硫化物を均一微細に分散させることにより被削性を向上させ、硫化物のＣａ含有量を１０質量％以下とすると共に、円相当径が５μｍ以上の硫化物の個数を３．３ｍｍ２当たり５個以上含有することにより、被削性を改善したものである。なお、この「円相当径」とは、介在物の断面積と同一の面積を有する円を想定した場合のこの円の直径をいう。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来の快削鋼（低合金工具鋼）は、焼なまし材での被削性を改善するため、Ｃａ、Ｍｎ又はＳ等を添加しているが、調質後の硬度が５５ＨＲＣを超えるような場合には、このような対策では十分な被削性を確保することができず、また、靭性も低いものであった。従って、調質により硬度が５５ＨＲＣを超えるような用途に使用される低合金工具鋼として、調質後の被削性が高い低合金工具鋼の開発が要望されている。
【０００４】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、調質後の硬度が５５ＨＲＣを超える場合であっても、調質後において被削性が劣化せず、優れた被削性が得られる調質後の被削性が優れた低合金工具鋼を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る調質後の快削性が優れた低合金工具鋼は、Ｃ：０．６乃至０．９０質量％、Ｓｉ：０．５０乃至２．００質量％、Ｍｎ：０．５０乃至２．００質量％、Ｐ：０．００１乃至０．０３０質量％、Ｓ：０．０３０乃至０．１５０質量％、Ｃｒ：０．５０乃至２．００質量％、Ｍｏ：０．２０乃至０．７０質量％、Ｖ：０．０２乃至０．１０質量％、Ａｌ：０．０００２乃至０．０００９質量％、Ｔｉ：０．０００１乃至０．００３５質量％、Ｎ：０．００１０乃至０．００９０質量％、Ｏ：０．０００１乃至０．００２０質量％、Ｍｇ：０．０００１乃至０．０００９質量％及びＨ：０．０００２質量％以下を含有する鋼材であって、断面積が３μｍ ２ 以上の炭化物が視野面積５５００μｍ２当たり５個以下であり、炭化物の総量が視野面積５５００μｍ２当たり３００個以下であり、鋼材清浄度はＡ系の硫化物系介在物が０．１乃至０．５％であり、Ｂ＋Ｃ系の酸化物系介在物が０．０１５％以下であることを特徴とする。
【０００６】
また、この低合金工具鋼において、Ｃａ：０．０００５乃至０．０２質量％を含有しても良い。更に、本発明は上記各成分を上記組成のように含有することにより、本発明の効果を奏するものであり、その他の成分を添加することを排除するものではない。しかし、上記各成分以外はＦｅ及び不可避的不純物のみが含有されるものとしても良い。更にまた、ＡｌとＮとの含有量（質量％）の積Ａｌ×Ｎを０．００００１０以下とすることが好ましい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の調質後の被削性が優れた低合金工具鋼について詳細に説明する。本願発明者等が鋭意研究した結果、従来の快削鋼では、調質後の硬度が５５ＨＲＣを超える場合、従来、問題にならなかった介在物又は粗大な炭化物による被削性の劣化が生じることを見いだした。従って、調質後における被削性を高めるためには、この介在物又は粗大な炭化物を制御する必要がある。更に、これらの介在物制御を行うためには、従来、不純物とされていた元素であるＡｌ、Ｔｉ、Ｏ、Ｎ、Ｍｇ、Ｎｂ又はＣａを規制し、更に調質材での靱性を劣化させるＨを規制する必要があることを知見した。また、Ｎ、Ｏ又はＭｇ等を制御することにより、介在物の清浄度であるＢ系及びＣ系の酸化物系介在物を０．０１５％以下に制御することで、被削性が改善された低合金工具鋼が得られることを見出した。更に、炭化物の総量が視野面積５５００μｍ２当たり３００個以下で、望ましくは５０個以下とし、断面積が３μｍ２（円相当径２μｍ）以上の炭化物が５個以下で、望ましくは０にすると、著しく被削性が改善されることが判明した。本発明は、このような知見に基づいて完成されたものである。
【０００８】
次に、本発明の調質後の被削性が優れた低合金工具鋼の組成限定理由について説明する。
【０００９】
Ｃ：０．６乃至０．９質量％
Ｃは、硬度と強度とを確保するために保有させる元素であり、Ｃ含有量が０．６質量％未満では、金型中心部での硬度と強度とが確保できない。また、Ｃ含有量が０．９質量％を超えると、靱性又は被削性が低下する。従って、Ｃ含有量は０．６乃至０．９質量％とする。
【００１０】
Ｓｉ：０．５乃至２．０質量％
Ｓｉは、鋼材の中心まで焼入性を向上させるために必要な元素であり、Ｓｉ含有量が０．５質量％未満では所望の効果が得られない。また、Ｓｉ含有量が２．０質量％を超えると、延性が低下し、また塑性加工時に割れが発生し易くなる。従って、Ｓｉ含有量は０．５乃至２．０質量％とする。
【００１１】
Ｍｎ：０．５乃至２．０質量％
Ｍｎは硫化物形成元素であり、Ｍｎ含有量が０．５質量％未満では、必要量の硫化物が得られない。また、Ｍｎ含有量が２．０質量％を超えると、鋼の硬さを高くして被削性が低下する。従って、Ｍｎ含有量は０．５乃至２．０質量％とする。
【００１２】
Ｐ：０．００１乃至０．０３０質量％
Ｐは、被削性、特に仕上げ面性状の改善のために有用な元素であり、Ｐ含有量が０．００１質量％未満ではその効果が得られない。また、Ｐ含有量が０．０３０質量％を超えると、靱性の低下が著しい。従って、Ｐ含有量は０．００１乃至０．０３０質量％とする。
【００１３】
Ｓ：０．０３乃至０．１５質量％
Ｓは、被削性を向上させるために含有させる元素であり、Ｓ含有量が０．０３質量％未満では、被削性が改善されない。また、Ｓ含有量が０．１５質量％を超えると、靱性の低下が著しい。従って、Ｓ含有量は０．０３乃至０．１５質量％とする。
【００１４】
Ａｌ：０．０００２乃至０．０００９質量％
Ａｌは、脱酸と同時に微細な酸化物を生成させるために添加する元素であり、Ａｌ含有量が０．０００２質量％未満ではその効果が得られない。また、Ａｌ含有量が０．０００９質量％を超えると、硬質で粗大なアルミナが生成し、酸化・窒化物系の介在物量も多くなり、被削性を悪化させる。Ａｌ含有量を本発明の範囲内にすると、０．０５μｍ２以下の微細な酸化物が生成し、Ｃ系介在物であるＡｌＮを生成させず、Ｂ＋Ｃ系介在物の合計を０．０１５質量％以下とさせることができる。これらのＢ＋Ｃ系介在物に角張った形状を有するＡｌＮが少量でも含まれると、切削工具が欠けやすくなり、被削性を悪化させる。ＡｌＮを生成させないためには、Ａｌの含有量とＮの含有量との積が０．０００４５以下であればよい。しかし、実用鋼塊では、成分偏析等が発生するため、Ａｌの含有量とＮの含有量との積を０．００００１０以下に規制することにより、製品の全ての位置でＡｌＮの生成を抑えることができる。このＡｌＮを含まない窒化・酸化物として、ＭｎＳ等のＡ系介在物を０．１乃至０．５％含有させると、被削性を悪化させず、耐摩耗性を良好にすることができる。従って、Ａｌ含有量は０．０００２乃至０．０００９質量％とする。
【００１５】
Ｃａ：０．０００５乃至０．０２質量％
Ｃａは、脱酸させるために添加する元素であり、Ｃａ含有量が０．０００５質量％未満ではその効果が得られない。また、Ｃａ含有量が０．０２質量％を超えると、硬質の酸化物が生成する上に、ＣａＳを形成して鋳造工程においてノズルの閉塞等の多大な障害をもたらす。従って、Ｃａ含有量は０．０００５乃至０．０２質量％とする。
【００１６】
Ｍｇ：０．０００１乃至０．０００９質量％
後述するＯの含有量が０．０００１乃至０．００２０質量％の場合、Ｍｇの含有量は０．０００１乃至０．０００９質量％の範囲がよい。Ｍｇは、脱酸させるために添加する元素であり、Ｍｇ含有量が０．０００１質量％未満ではその効果が得られない。また、Ｍｇ含有量が０．０００９質量％を超えると、Ｍｇ２ＳｉＯ４の粗大な硬質のＭｇ酸化物が生成される。従って、Ｍｇ含有量は０．０００１乃至０．０００９質量％とする。
【００１７】
Ｏ：０．０００１乃至０．００２０質量％
Ｏは、被削性を悪化させる酸化物を生成するため、規制する必要がある。Ｏ含有量が０．０００４質量％を超えると酸化物を生成する。しかし、Ｏ含有量が０．００２０質量％までは、酸化物は硫化物によりくるまれるので、Ｃａ、Ｔｉ、Ｎｂ又はＭｇ等の酸化物による被削性の悪化がない。この場合、酸化物を作りやすいＡｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｎｂ又はＭｇ等の元素と同時に、Ｏを規制する必要がある。また、Ｏ含有量の下限値は、本来０質量％にすることが望ましいが、このような低レベルに脱酸することはコスト面において不利であり、このため、Ｏ含有量の下限値を０．０００１質量％とした。従って、Ｏ含有量は０．０００１乃至０．００２０質量％とする。好ましくは、Ｏ含有量は０．０００９質量％以下、更に望ましくは、Ｏ含有量は０．０００４質量％以下である。
【００１８】
Ｃｒ：０．５０乃至２．００質量％
Ｃｒは、焼入れ性を向上させるために有効な元素であり、そのためには、Ｃｒ含有量を最小限０．５０質量％必要である。しかし、Ｃｒ含有量が２．００質量％を超えると、コスト面において不利である。従って、Ｃｒ含有量は０．５０乃至２．００質量％とする。
【００１９】
Ｍｏ：０．２乃至０．７０質量％
Ｍｏは、Ｃｒと同様に焼入れ性を向上させるために有効な元素であり、最小限０．２質量％必要であるが、０．７０質量％を超えると、コスト面において不利である。従って、Ｍｏ含有量は０．２乃至０．７０質量％とする。
【００２０】
Ｔｉ：０．０００１乃至０．００３５質量％以下
Ｔｉは、Ｎと結合してＴｉＮを形成し、Ｂの焼入性向上効果をより高くするために含有させる元素である。しかし、Ｔｉ含有量が０．００３５質量％を超えると、ＴｉＮが過多となり、被削性を悪化させ、同時に熱間加工時に割れが多発する。一方、Ｔｉの添加により焼き入れ性を向上させるためには、Ｔｉ含有量の下限値は０．０００１質量％とすることが必要である。従って、Ｔｉ含有量は０．０００１乃至０．００３５質量％以下とする。
【００２１】
Ｖ：０．０２乃至０．１０質量％
Ｖは、Ｃ又はＮと結合して炭窒化物を生成して結晶粒を微細化し、靱性を向上させるために含有させる元素であり、このような効果を得るためには、Ｖ含有量は０．０２質量％以上とする必要がある。しかし、Ｖ含有量が０．１質量％を超えて含有させても、その効果が飽和する上にコストが嵩む。従って、Ｖ含有量は０．０２乃至０．１０質量％とする。
【００２２】
Ｈ：０．０００２質量％以下
Ｈは、水素脆性等を起こすため、規制する必要がある。Ｃｒを０．５乃至２．０質量％添加した材料では、Ｈ含有量が０．０００２質量％を超えると水素脆化を起こし、製品中に割れが発生する。従って、Ｈ含有量は０．０００２質量％以下に規制する。望ましくは、Ｈ含有量は０．００００５質量％以下に規制する。
【００２３】
Ｎ：０．００１０乃至０．００９０質量％
Ｎは、被削性を悪化させるＡｌＮ窒化物を生成するため、Ａｌの含有量とＮの含有量との積を０．００００１０以下に制限することが好ましい。Ａｌが０．０００２乃至０．０００９質量％添加され、Ｔｉの添加により焼入れ性を向上させるためにＴｉを０．０００１乃至０．００３５質量％添加している。このため、被削性を悪化させるＡｌＮ及びＴｉＮ等の窒化物生成を抑えるために、Ｎ含有量を０．００９０質量％以下に規制することが重要である。Ｎ含有量が０．００９０質量％までは窒化物は硫化物にくるまれるので、Ａｌ又はＴｉ等の窒化物による被削性の悪化がない。この場合、Ｎの含有量は、窒化物を作りやすいＡｌ、Ｓｉ、Ｔｉ又はＮｂ等の元素と同時に規制することが好ましい。
【００２４】
また、Ｎ含有量の下限値は、０質量％にすると、結晶粒が粗大化するので、Ｎ含有量の下限値は０．００１０質量％を限度とした。従って、Ｎ含有量は０．００１０乃至０．００９０質量％とする。
【００２５】
硫化物の面積率：円相当径５μｍ以上の硫化物が３．３ｍｍ ２ 当たり５個以上硫化物の面積率は、円相当径５μｍ以上の硫化物が３．３ｍｍ２当たり５個以上であることが好ましい。硫化物は被削性を悪化させる酸化物等をくるみ、被削性の悪化を防止する作用があるからである。
【００２６】
Ａ系介在物の清浄度：０．１乃至０．５％
硫化物は被削性の悪化を防止する作用があるので、ＪＩＳ Ｇ０５５５における介在物の清浄度についてＡ系介在物はｄＡ６０×４００を０．１乃至０．５％とする。この場合、ｄＡ６０は介在物の種類及び測定視野数を示し、４００は観察倍率を示し、０．１乃至０．５％は介在物の清浄度を示す。従って、ｄＡ６０×４００とは、Ａ系介在物を４００倍で測定視野数６０で観察することにより、得られた清浄度が０．１乃至０．５％であることを示す。Ａ系介在物の保有量（清浄度）が０．１％未満では被削性の改善効果が得られない。また、Ａ系介在物は保有量（清浄度）が０．５％を超えると靱性を劣化させる。従って、Ａ系介在物の清浄度は０．１乃至０．５％とする。
【００２７】
Ｂ系＋Ｃ系介在物の清浄度：ｄＢ＋ｄＣ６０×４００≦０．０１５％
ＪＩＳ Ｇ０５５５におけるＢ系のＡｌ２Ｏ３、Ｃ系のＡｌＮ等の介在物又はＣ系介在物のＴｉＮ若しくはＳｉＯ２等は、被削性を悪化させるためにｄＢ＋ｄＣ６０×４００≦０．０１５％とする必要がある。従って、Ｂ系及びＣ系の介在物の清浄度は０．０１５％以下とする。望ましくは、Ｂ系＋Ｃ系介在物の清浄度は０％が良い。これらのＢ系＋Ｃ系の介在物を制御するためには、Ｏ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｎｂ及びＮの制限が重要である。
【００２８】
炭化物の個数：（ａ）調質材及び焼なまし材において断面積が３μｍ ２ （円相当径２μｍ）以上の炭化物が視野面積５５００μｍ ２ 当たり５個以下であり、望ましくは０個、（ｂ）炭化物の総量が視野面積５５００μｍ ２ 当たり３００個以下、望ましくは５０個以下
熱処理済みの鋼（プレハードン鋼）の被削性は、特に３μｍ２（円相当径：２μｍ）以上の粗大炭化物が熱処理後に残留すると、被削性が著しく悪化する。このため、上述の粗大炭化物の個数は視野面積５５００μｍ２当たり５個以下とし、望ましくは０にする必要がある。また、炭化物の個数を視野面積５５００μｍ２当たり３００個以下、望ましくは５０個以下にすることで被削性を著しく改善できる。また、同様の効果は焼なまし材にも現れる。
【００２９】
炭化物の構成
本成分系では、炭化物の組成がＦｅ３ＣとＭ２３Ｃ６とにより構成されている。Ｍ２３Ｃ６は焼なまし状態での炭化物合計の３０体積％以上であり、円相当径が２μｍを超えないことが重要である。更に、焼入れ後の炭化物が１体積％以下であり、望ましくは０体積％である。
【００３０】
なお、本発明においては、上述の元素以外にも、下記に示す元素を下記に示す組成で含有してもよい。
【００３１】
Ｃｕ：２．０質量％以下
Ｃｕは、組織を緻密にし、強度を向上させる元素であるが、Ｃｕ含有量が２．０％を超えると熱間加工性を低下させると共に、被削性も低下する。従って、Ｃｕ含有量は２．０質量％以下とする。
【００３２】
Ｎｉ：４．０質量％以下
Ｎｉは、Ｃｒと同様に焼入れ性を向上させるために有効な元素であるが、Ｎｉ含有量が４．０質量％を超えるとコスト面において不利であり、また被削性も低下する。従って、Ｎｉ含有量は４．０質量％以下とする。
【００３３】
Ｂ：０．０００３乃至０．０１質量％
Ｂは、焼入れ性を向上させるために含有させる元素であり、Ｂ含有量が０．０００３質量％未満ではその効果が得られない。また、Ｂ含有量が０．０１質量％を超えると結晶粒が粗大化すると共に、その熱間加工時に割れが多発する。従って、Ｂ含有量は０．０００３乃至０．０１質量％とする。
【００３４】
Ｎｂ：０．２質量％以下
Ｎｂは、高温における結晶粒の粗大化を防止するために有効な元素であるが、０．２質量％を超えて含有させてもその効果が飽和する。従って、Ｎｂ含有量は０．２質量％以下とする。
【００３５】
Ｔａ：０．５質量％以下
Ｔａは、結晶粒を微細化し、靱性を向上させるのに有効な元素であるが、Ｔａ含有量が０．５質量％を超えて含有させてもその効果が飽和する。従って、Ｔａ含有量は０．５質量％以下とする。
【００３６】
Ｚｒ：０．５質量％以下
Ｚｒは、Ｔａと類似した性質を有し、結晶粒を微細化し、靱性を向上させるために含有させる元素であるが、Ｚｒを０．５質量％を超えて含有させてもその効果が飽和する。従って、Ｚｒ含有量は０．５％以下とする。
【００３７】
Ｐｂ：０．０００５質量％以下
Ｐｂは、よく知られた被削性を向上させる元素であり、鋼中において単独又は硫化物外周に付着するような形態で存在し、それ自身が被削性を向上させる効果を有する。しかし、調質鋼の場合、切削温度が高くなり、かえって被削性を悪化させる。従って、Ｐｂ含有量は０．０００５質量％以下とする。
【００３８】
Ｂｉ：０．０００５質量％以下
Ｂｉは、Ｐｂと類似した性質を有し、よく知られた被削性を向上させる元素である。しかし、Ｐｂと同様に調質鋼の場合、切削温度が高くなり、かえって被削性を悪化させる。従って、Ｂｉ含有量は０．０００５質量％以下とする。
【００３９】
Ｓｅ：０．５質量％以下
Ｓｅは、よく知られた被削性を向上させる元素であるが、Ｓｅ含有量が０．５質量％を超えると熱間加工性が低下して割れが多発する。従って、Ｓｅ含有量は０．５質量％以下とする。
【００４０】
Ｔｅ：０．１質量％以下
Ｔｅは、よく知られた被削性を向上させる元素であるが、含有量が０．５質量％を超えると熱間加工性を低下して割れが多発するので、Ｔｅ含有量は０．５質量％以下とする。
【００４１】
また、本発明においては、本発明の作用効果を阻害しない範囲で、その他の元素を含有することもできる。
【００４２】
【実施例】
以下、本発明の実施例に係る低合金工具鋼の特性について、比較例と比較して本発明の効果について具体的に説明する。
【００４３】
先ず、１０ｋｇの原料を真空溶解炉にて溶製してインゴット得、そのインゴットを４５ｍｍ×６５ｍｍ角断面に鍛造した後、寸法が４０ｍｍ×６０ｍｍ×１００ｍｍの試験材を製作した。その後、この試験材を９００乃至１０５０℃の温度に１時間加熱した後、油冷又は水冷により冷却して焼入れした。その後、２００乃至４５０℃の温度で２時間の焼戻し処理をして、硬度を５５±０．５ＨＲＣにした。試験材の組成を下記表１乃至１３に示す。表１及び２は実施例１乃至１０、表３及び４は実施例１１乃至２１、表５及び６は実施例２２乃至３５、表７乃至９は実施例３６乃至４７である。また、表１０及び１１は比較例４８乃至５８，表１２及び１３は比較例５９乃至７０である。これらの表において、表示した元素以外は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。
【００４４】
炭化物の測定は、研磨後にピクラール又はナイタール等で腐食した試験材を３０００倍の倍率で写真撮影し、この写真を画像解析して０．０７μｍ２以上の大きさの炭化物を調査した。その結果から、５５００μｍ２の視野面積当たりの炭化物の総量（個数）を測定した。また、同一視野面積当たりの断面積が３μｍ２以上の炭化物の個数も測定した。断面積が３μｍ２以上の炭化物は表２、４、６、９、１１及び１３においては、「粗大炭化物」と表す。
【００４５】
割れ試験は、寸法が５０ｍｍ×５０ｍｍ×１００ｍｍの試験材を８００乃至１０５０℃の範囲の所定の温度で１時間加熱し、その後油冷した。次いで、この試験材を中央部で切断し、割れがあるか否かを目視で確認し、割れ性を３段階で評価した。評価は、割れがない場合を「割れなし」とし、１ｍｍ程度の割れがある場合を「多少割れる」とし、５ｍｍ以上の割れがある場合を「割れ発生」と判定した。
【００４６】
切削試験は、上述のように５５ＨＲＣに調質された寸法が４０ｍｍ×６０ｍｍ×１００ｍｍの試験材を直径が６ｍｍのＴｉＡｌＮコ−ティングした高速度工具（エンドミル）を使用して、潤滑油を使用せずにドライ加工した。このドライ加工の切削速度は２０ｍ／分、送り速度は１２５ｍｍ／分（０．０６ｍｍ／刃）、切り込み量は９×０．６ｍｍである。なお、この切り込み量は、試験材のコーナー部を、エンドミルの送り方向に垂直の断面において、深さ９ｍｍ、幅０．６ｍｍで削りだしたものである。この切削条件でドライ加工を実施し、高速度工具が溶損するまでの期間を加工寿命とした。被削性は、ＳＫＳ３の加工寿命を１として算出した値である。この結果を表２、４、６、９、１１及び１３に示す。
【００４７】
【表１】
【００４８】
【表２】
【００４９】
【表３】
【００５０】
【表４】
【００５１】
【表５】
【００５２】
【表６】
【００５３】
【表７】
【００５４】
【表８】
【００５５】
【表９】
【００５６】
【表１０】
【００５７】
【表１１】
【００５８】
【表１２】
【００５９】
【表１３】
【００６０】
上記表２、４、６及び９に示すように、実施例Ｎｏ．１乃至４７は被削性が極めて優れていると共に、割れ試験の結果も良好であった。
【００６１】
また、上記表１１に示すように、水素が０．０００２１質量％以上含有されている比較例Ｎｏ．４８乃至５８及び比較例Ｎｏ．６４，６５，６７及び６８においては、割れ試験において割れが検出された。更に、比較例Ｎｏ．５９乃至６３及び実施例Ｎｏ．１乃至４７に示すように、水素を０．０００２０質量％以下に規制することにより、割れの発生を抑制することができた。
【００６２】
比較例Ｎｏ．５９乃至６５に見られるように、Ｓ、Ａｌ、Ｎ、Ｏ、Ｍｇ、Ｎｂ及びＴｉのうち２種類又は３種類を規制することにより、比較例Ｎｏ．４８乃至５５（既存鋼ＳＫＳ３、ＳＫＳ４Ｓ）又は比較例Ｎｏ．５６乃至５８等に比べ、比較例Ｎｏ．５９乃至６５は２．０乃至１０倍以上被削性を改善できる。これらの性能は、３μｍ２以上の粗大炭化物の個数を５個以下にし、更に炭化物の総数を３００個以下にすることにより得られる。
【００６３】
更に、Ｓ、Ａｌ、Ｎ、Ｏ、Ｍｇ、Ｎｂ及びＴｉの組成範囲を所定範囲にすると共に、介在物の清浄度をＡ系介在物で０．１乃至０．５０％又はＢ＋Ｃ系介在物を０．０１５％以下に制限をすることにより、比較例Ｎｏ．４８（ＳＫＳ３）に比べて９８乃至１４０倍以上も被削性が良好になる。
【００６４】
これらの効果は、焼き入れ温度を９００℃以上の高温とすることにより、顕著となり、３μｍ２以上の粗大炭化物が０％となり、炭化物総数も５０個以下となり、Ｂ＋Ｃ系の介在物も０．００９％以下にすることにより、比較例Ｎｏ．４８（ＳＫＳ３）の２００倍以上の改善が可能となる。
【００６５】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、組成を適切に規定し、炭化物の大きさ及び個数を適切に規定しているので、調質後の被削性が優れていると共に、割れの発生が防止された低合金工具鋼を得ることができる。
【発明の属する技術分野】
本発明は、焼き鈍し等の調質処理をした後、使用に供される低合金工具鋼に関し、特に、調質により硬度が５５ＨＲＣ（ロックウエル硬度Ｃスケール）を超えるような場合においても、被削性が優れた低合金工具鋼に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、被削性にばらつきが少なく、旋削加工性等の被削性が優れた快削鋼として、特開２０００−２１９９３６号公報に開示されたものがある。この従来の快削鋼は、Ｓ、Ｃａ、Ａｌ及びＯを夫々適量ずつ複合添加することにより、硫化物を均一微細に分散させることにより被削性を向上させ、硫化物のＣａ含有量を１０質量％以下とすると共に、円相当径が５μｍ以上の硫化物の個数を３．３ｍｍ２当たり５個以上含有することにより、被削性を改善したものである。なお、この「円相当径」とは、介在物の断面積と同一の面積を有する円を想定した場合のこの円の直径をいう。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来の快削鋼（低合金工具鋼）は、焼なまし材での被削性を改善するため、Ｃａ、Ｍｎ又はＳ等を添加しているが、調質後の硬度が５５ＨＲＣを超えるような場合には、このような対策では十分な被削性を確保することができず、また、靭性も低いものであった。従って、調質により硬度が５５ＨＲＣを超えるような用途に使用される低合金工具鋼として、調質後の被削性が高い低合金工具鋼の開発が要望されている。
【０００４】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、調質後の硬度が５５ＨＲＣを超える場合であっても、調質後において被削性が劣化せず、優れた被削性が得られる調質後の被削性が優れた低合金工具鋼を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る調質後の快削性が優れた低合金工具鋼は、Ｃ：０．６乃至０．９０質量％、Ｓｉ：０．５０乃至２．００質量％、Ｍｎ：０．５０乃至２．００質量％、Ｐ：０．００１乃至０．０３０質量％、Ｓ：０．０３０乃至０．１５０質量％、Ｃｒ：０．５０乃至２．００質量％、Ｍｏ：０．２０乃至０．７０質量％、Ｖ：０．０２乃至０．１０質量％、Ａｌ：０．０００２乃至０．０００９質量％、Ｔｉ：０．０００１乃至０．００３５質量％、Ｎ：０．００１０乃至０．００９０質量％、Ｏ：０．０００１乃至０．００２０質量％、Ｍｇ：０．０００１乃至０．０００９質量％及びＨ：０．０００２質量％以下を含有する鋼材であって、断面積が３μｍ ２ 以上の炭化物が視野面積５５００μｍ２当たり５個以下であり、炭化物の総量が視野面積５５００μｍ２当たり３００個以下であり、鋼材清浄度はＡ系の硫化物系介在物が０．１乃至０．５％であり、Ｂ＋Ｃ系の酸化物系介在物が０．０１５％以下であることを特徴とする。
【０００６】
また、この低合金工具鋼において、Ｃａ：０．０００５乃至０．０２質量％を含有しても良い。更に、本発明は上記各成分を上記組成のように含有することにより、本発明の効果を奏するものであり、その他の成分を添加することを排除するものではない。しかし、上記各成分以外はＦｅ及び不可避的不純物のみが含有されるものとしても良い。更にまた、ＡｌとＮとの含有量（質量％）の積Ａｌ×Ｎを０．００００１０以下とすることが好ましい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の調質後の被削性が優れた低合金工具鋼について詳細に説明する。本願発明者等が鋭意研究した結果、従来の快削鋼では、調質後の硬度が５５ＨＲＣを超える場合、従来、問題にならなかった介在物又は粗大な炭化物による被削性の劣化が生じることを見いだした。従って、調質後における被削性を高めるためには、この介在物又は粗大な炭化物を制御する必要がある。更に、これらの介在物制御を行うためには、従来、不純物とされていた元素であるＡｌ、Ｔｉ、Ｏ、Ｎ、Ｍｇ、Ｎｂ又はＣａを規制し、更に調質材での靱性を劣化させるＨを規制する必要があることを知見した。また、Ｎ、Ｏ又はＭｇ等を制御することにより、介在物の清浄度であるＢ系及びＣ系の酸化物系介在物を０．０１５％以下に制御することで、被削性が改善された低合金工具鋼が得られることを見出した。更に、炭化物の総量が視野面積５５００μｍ２当たり３００個以下で、望ましくは５０個以下とし、断面積が３μｍ２（円相当径２μｍ）以上の炭化物が５個以下で、望ましくは０にすると、著しく被削性が改善されることが判明した。本発明は、このような知見に基づいて完成されたものである。
【０００８】
次に、本発明の調質後の被削性が優れた低合金工具鋼の組成限定理由について説明する。
【０００９】
Ｃ：０．６乃至０．９質量％
Ｃは、硬度と強度とを確保するために保有させる元素であり、Ｃ含有量が０．６質量％未満では、金型中心部での硬度と強度とが確保できない。また、Ｃ含有量が０．９質量％を超えると、靱性又は被削性が低下する。従って、Ｃ含有量は０．６乃至０．９質量％とする。
【００１０】
Ｓｉ：０．５乃至２．０質量％
Ｓｉは、鋼材の中心まで焼入性を向上させるために必要な元素であり、Ｓｉ含有量が０．５質量％未満では所望の効果が得られない。また、Ｓｉ含有量が２．０質量％を超えると、延性が低下し、また塑性加工時に割れが発生し易くなる。従って、Ｓｉ含有量は０．５乃至２．０質量％とする。
【００１１】
Ｍｎ：０．５乃至２．０質量％
Ｍｎは硫化物形成元素であり、Ｍｎ含有量が０．５質量％未満では、必要量の硫化物が得られない。また、Ｍｎ含有量が２．０質量％を超えると、鋼の硬さを高くして被削性が低下する。従って、Ｍｎ含有量は０．５乃至２．０質量％とする。
【００１２】
Ｐ：０．００１乃至０．０３０質量％
Ｐは、被削性、特に仕上げ面性状の改善のために有用な元素であり、Ｐ含有量が０．００１質量％未満ではその効果が得られない。また、Ｐ含有量が０．０３０質量％を超えると、靱性の低下が著しい。従って、Ｐ含有量は０．００１乃至０．０３０質量％とする。
【００１３】
Ｓ：０．０３乃至０．１５質量％
Ｓは、被削性を向上させるために含有させる元素であり、Ｓ含有量が０．０３質量％未満では、被削性が改善されない。また、Ｓ含有量が０．１５質量％を超えると、靱性の低下が著しい。従って、Ｓ含有量は０．０３乃至０．１５質量％とする。
【００１４】
Ａｌ：０．０００２乃至０．０００９質量％
Ａｌは、脱酸と同時に微細な酸化物を生成させるために添加する元素であり、Ａｌ含有量が０．０００２質量％未満ではその効果が得られない。また、Ａｌ含有量が０．０００９質量％を超えると、硬質で粗大なアルミナが生成し、酸化・窒化物系の介在物量も多くなり、被削性を悪化させる。Ａｌ含有量を本発明の範囲内にすると、０．０５μｍ２以下の微細な酸化物が生成し、Ｃ系介在物であるＡｌＮを生成させず、Ｂ＋Ｃ系介在物の合計を０．０１５質量％以下とさせることができる。これらのＢ＋Ｃ系介在物に角張った形状を有するＡｌＮが少量でも含まれると、切削工具が欠けやすくなり、被削性を悪化させる。ＡｌＮを生成させないためには、Ａｌの含有量とＮの含有量との積が０．０００４５以下であればよい。しかし、実用鋼塊では、成分偏析等が発生するため、Ａｌの含有量とＮの含有量との積を０．００００１０以下に規制することにより、製品の全ての位置でＡｌＮの生成を抑えることができる。このＡｌＮを含まない窒化・酸化物として、ＭｎＳ等のＡ系介在物を０．１乃至０．５％含有させると、被削性を悪化させず、耐摩耗性を良好にすることができる。従って、Ａｌ含有量は０．０００２乃至０．０００９質量％とする。
【００１５】
Ｃａ：０．０００５乃至０．０２質量％
Ｃａは、脱酸させるために添加する元素であり、Ｃａ含有量が０．０００５質量％未満ではその効果が得られない。また、Ｃａ含有量が０．０２質量％を超えると、硬質の酸化物が生成する上に、ＣａＳを形成して鋳造工程においてノズルの閉塞等の多大な障害をもたらす。従って、Ｃａ含有量は０．０００５乃至０．０２質量％とする。
【００１６】
Ｍｇ：０．０００１乃至０．０００９質量％
後述するＯの含有量が０．０００１乃至０．００２０質量％の場合、Ｍｇの含有量は０．０００１乃至０．０００９質量％の範囲がよい。Ｍｇは、脱酸させるために添加する元素であり、Ｍｇ含有量が０．０００１質量％未満ではその効果が得られない。また、Ｍｇ含有量が０．０００９質量％を超えると、Ｍｇ２ＳｉＯ４の粗大な硬質のＭｇ酸化物が生成される。従って、Ｍｇ含有量は０．０００１乃至０．０００９質量％とする。
【００１７】
Ｏ：０．０００１乃至０．００２０質量％
Ｏは、被削性を悪化させる酸化物を生成するため、規制する必要がある。Ｏ含有量が０．０００４質量％を超えると酸化物を生成する。しかし、Ｏ含有量が０．００２０質量％までは、酸化物は硫化物によりくるまれるので、Ｃａ、Ｔｉ、Ｎｂ又はＭｇ等の酸化物による被削性の悪化がない。この場合、酸化物を作りやすいＡｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｎｂ又はＭｇ等の元素と同時に、Ｏを規制する必要がある。また、Ｏ含有量の下限値は、本来０質量％にすることが望ましいが、このような低レベルに脱酸することはコスト面において不利であり、このため、Ｏ含有量の下限値を０．０００１質量％とした。従って、Ｏ含有量は０．０００１乃至０．００２０質量％とする。好ましくは、Ｏ含有量は０．０００９質量％以下、更に望ましくは、Ｏ含有量は０．０００４質量％以下である。
【００１８】
Ｃｒ：０．５０乃至２．００質量％
Ｃｒは、焼入れ性を向上させるために有効な元素であり、そのためには、Ｃｒ含有量を最小限０．５０質量％必要である。しかし、Ｃｒ含有量が２．００質量％を超えると、コスト面において不利である。従って、Ｃｒ含有量は０．５０乃至２．００質量％とする。
【００１９】
Ｍｏ：０．２乃至０．７０質量％
Ｍｏは、Ｃｒと同様に焼入れ性を向上させるために有効な元素であり、最小限０．２質量％必要であるが、０．７０質量％を超えると、コスト面において不利である。従って、Ｍｏ含有量は０．２乃至０．７０質量％とする。
【００２０】
Ｔｉ：０．０００１乃至０．００３５質量％以下
Ｔｉは、Ｎと結合してＴｉＮを形成し、Ｂの焼入性向上効果をより高くするために含有させる元素である。しかし、Ｔｉ含有量が０．００３５質量％を超えると、ＴｉＮが過多となり、被削性を悪化させ、同時に熱間加工時に割れが多発する。一方、Ｔｉの添加により焼き入れ性を向上させるためには、Ｔｉ含有量の下限値は０．０００１質量％とすることが必要である。従って、Ｔｉ含有量は０．０００１乃至０．００３５質量％以下とする。
【００２１】
Ｖ：０．０２乃至０．１０質量％
Ｖは、Ｃ又はＮと結合して炭窒化物を生成して結晶粒を微細化し、靱性を向上させるために含有させる元素であり、このような効果を得るためには、Ｖ含有量は０．０２質量％以上とする必要がある。しかし、Ｖ含有量が０．１質量％を超えて含有させても、その効果が飽和する上にコストが嵩む。従って、Ｖ含有量は０．０２乃至０．１０質量％とする。
【００２２】
Ｈ：０．０００２質量％以下
Ｈは、水素脆性等を起こすため、規制する必要がある。Ｃｒを０．５乃至２．０質量％添加した材料では、Ｈ含有量が０．０００２質量％を超えると水素脆化を起こし、製品中に割れが発生する。従って、Ｈ含有量は０．０００２質量％以下に規制する。望ましくは、Ｈ含有量は０．００００５質量％以下に規制する。
【００２３】
Ｎ：０．００１０乃至０．００９０質量％
Ｎは、被削性を悪化させるＡｌＮ窒化物を生成するため、Ａｌの含有量とＮの含有量との積を０．００００１０以下に制限することが好ましい。Ａｌが０．０００２乃至０．０００９質量％添加され、Ｔｉの添加により焼入れ性を向上させるためにＴｉを０．０００１乃至０．００３５質量％添加している。このため、被削性を悪化させるＡｌＮ及びＴｉＮ等の窒化物生成を抑えるために、Ｎ含有量を０．００９０質量％以下に規制することが重要である。Ｎ含有量が０．００９０質量％までは窒化物は硫化物にくるまれるので、Ａｌ又はＴｉ等の窒化物による被削性の悪化がない。この場合、Ｎの含有量は、窒化物を作りやすいＡｌ、Ｓｉ、Ｔｉ又はＮｂ等の元素と同時に規制することが好ましい。
【００２４】
また、Ｎ含有量の下限値は、０質量％にすると、結晶粒が粗大化するので、Ｎ含有量の下限値は０．００１０質量％を限度とした。従って、Ｎ含有量は０．００１０乃至０．００９０質量％とする。
【００２５】
硫化物の面積率：円相当径５μｍ以上の硫化物が３．３ｍｍ ２ 当たり５個以上硫化物の面積率は、円相当径５μｍ以上の硫化物が３．３ｍｍ２当たり５個以上であることが好ましい。硫化物は被削性を悪化させる酸化物等をくるみ、被削性の悪化を防止する作用があるからである。
【００２６】
Ａ系介在物の清浄度：０．１乃至０．５％
硫化物は被削性の悪化を防止する作用があるので、ＪＩＳ Ｇ０５５５における介在物の清浄度についてＡ系介在物はｄＡ６０×４００を０．１乃至０．５％とする。この場合、ｄＡ６０は介在物の種類及び測定視野数を示し、４００は観察倍率を示し、０．１乃至０．５％は介在物の清浄度を示す。従って、ｄＡ６０×４００とは、Ａ系介在物を４００倍で測定視野数６０で観察することにより、得られた清浄度が０．１乃至０．５％であることを示す。Ａ系介在物の保有量（清浄度）が０．１％未満では被削性の改善効果が得られない。また、Ａ系介在物は保有量（清浄度）が０．５％を超えると靱性を劣化させる。従って、Ａ系介在物の清浄度は０．１乃至０．５％とする。
【００２７】
Ｂ系＋Ｃ系介在物の清浄度：ｄＢ＋ｄＣ６０×４００≦０．０１５％
ＪＩＳ Ｇ０５５５におけるＢ系のＡｌ２Ｏ３、Ｃ系のＡｌＮ等の介在物又はＣ系介在物のＴｉＮ若しくはＳｉＯ２等は、被削性を悪化させるためにｄＢ＋ｄＣ６０×４００≦０．０１５％とする必要がある。従って、Ｂ系及びＣ系の介在物の清浄度は０．０１５％以下とする。望ましくは、Ｂ系＋Ｃ系介在物の清浄度は０％が良い。これらのＢ系＋Ｃ系の介在物を制御するためには、Ｏ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｎｂ及びＮの制限が重要である。
【００２８】
炭化物の個数：（ａ）調質材及び焼なまし材において断面積が３μｍ ２ （円相当径２μｍ）以上の炭化物が視野面積５５００μｍ ２ 当たり５個以下であり、望ましくは０個、（ｂ）炭化物の総量が視野面積５５００μｍ ２ 当たり３００個以下、望ましくは５０個以下
熱処理済みの鋼（プレハードン鋼）の被削性は、特に３μｍ２（円相当径：２μｍ）以上の粗大炭化物が熱処理後に残留すると、被削性が著しく悪化する。このため、上述の粗大炭化物の個数は視野面積５５００μｍ２当たり５個以下とし、望ましくは０にする必要がある。また、炭化物の個数を視野面積５５００μｍ２当たり３００個以下、望ましくは５０個以下にすることで被削性を著しく改善できる。また、同様の効果は焼なまし材にも現れる。
【００２９】
炭化物の構成
本成分系では、炭化物の組成がＦｅ３ＣとＭ２３Ｃ６とにより構成されている。Ｍ２３Ｃ６は焼なまし状態での炭化物合計の３０体積％以上であり、円相当径が２μｍを超えないことが重要である。更に、焼入れ後の炭化物が１体積％以下であり、望ましくは０体積％である。
【００３０】
なお、本発明においては、上述の元素以外にも、下記に示す元素を下記に示す組成で含有してもよい。
【００３１】
Ｃｕ：２．０質量％以下
Ｃｕは、組織を緻密にし、強度を向上させる元素であるが、Ｃｕ含有量が２．０％を超えると熱間加工性を低下させると共に、被削性も低下する。従って、Ｃｕ含有量は２．０質量％以下とする。
【００３２】
Ｎｉ：４．０質量％以下
Ｎｉは、Ｃｒと同様に焼入れ性を向上させるために有効な元素であるが、Ｎｉ含有量が４．０質量％を超えるとコスト面において不利であり、また被削性も低下する。従って、Ｎｉ含有量は４．０質量％以下とする。
【００３３】
Ｂ：０．０００３乃至０．０１質量％
Ｂは、焼入れ性を向上させるために含有させる元素であり、Ｂ含有量が０．０００３質量％未満ではその効果が得られない。また、Ｂ含有量が０．０１質量％を超えると結晶粒が粗大化すると共に、その熱間加工時に割れが多発する。従って、Ｂ含有量は０．０００３乃至０．０１質量％とする。
【００３４】
Ｎｂ：０．２質量％以下
Ｎｂは、高温における結晶粒の粗大化を防止するために有効な元素であるが、０．２質量％を超えて含有させてもその効果が飽和する。従って、Ｎｂ含有量は０．２質量％以下とする。
【００３５】
Ｔａ：０．５質量％以下
Ｔａは、結晶粒を微細化し、靱性を向上させるのに有効な元素であるが、Ｔａ含有量が０．５質量％を超えて含有させてもその効果が飽和する。従って、Ｔａ含有量は０．５質量％以下とする。
【００３６】
Ｚｒ：０．５質量％以下
Ｚｒは、Ｔａと類似した性質を有し、結晶粒を微細化し、靱性を向上させるために含有させる元素であるが、Ｚｒを０．５質量％を超えて含有させてもその効果が飽和する。従って、Ｚｒ含有量は０．５％以下とする。
【００３７】
Ｐｂ：０．０００５質量％以下
Ｐｂは、よく知られた被削性を向上させる元素であり、鋼中において単独又は硫化物外周に付着するような形態で存在し、それ自身が被削性を向上させる効果を有する。しかし、調質鋼の場合、切削温度が高くなり、かえって被削性を悪化させる。従って、Ｐｂ含有量は０．０００５質量％以下とする。
【００３８】
Ｂｉ：０．０００５質量％以下
Ｂｉは、Ｐｂと類似した性質を有し、よく知られた被削性を向上させる元素である。しかし、Ｐｂと同様に調質鋼の場合、切削温度が高くなり、かえって被削性を悪化させる。従って、Ｂｉ含有量は０．０００５質量％以下とする。
【００３９】
Ｓｅ：０．５質量％以下
Ｓｅは、よく知られた被削性を向上させる元素であるが、Ｓｅ含有量が０．５質量％を超えると熱間加工性が低下して割れが多発する。従って、Ｓｅ含有量は０．５質量％以下とする。
【００４０】
Ｔｅ：０．１質量％以下
Ｔｅは、よく知られた被削性を向上させる元素であるが、含有量が０．５質量％を超えると熱間加工性を低下して割れが多発するので、Ｔｅ含有量は０．５質量％以下とする。
【００４１】
また、本発明においては、本発明の作用効果を阻害しない範囲で、その他の元素を含有することもできる。
【００４２】
【実施例】
以下、本発明の実施例に係る低合金工具鋼の特性について、比較例と比較して本発明の効果について具体的に説明する。
【００４３】
先ず、１０ｋｇの原料を真空溶解炉にて溶製してインゴット得、そのインゴットを４５ｍｍ×６５ｍｍ角断面に鍛造した後、寸法が４０ｍｍ×６０ｍｍ×１００ｍｍの試験材を製作した。その後、この試験材を９００乃至１０５０℃の温度に１時間加熱した後、油冷又は水冷により冷却して焼入れした。その後、２００乃至４５０℃の温度で２時間の焼戻し処理をして、硬度を５５±０．５ＨＲＣにした。試験材の組成を下記表１乃至１３に示す。表１及び２は実施例１乃至１０、表３及び４は実施例１１乃至２１、表５及び６は実施例２２乃至３５、表７乃至９は実施例３６乃至４７である。また、表１０及び１１は比較例４８乃至５８，表１２及び１３は比較例５９乃至７０である。これらの表において、表示した元素以外は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。
【００４４】
炭化物の測定は、研磨後にピクラール又はナイタール等で腐食した試験材を３０００倍の倍率で写真撮影し、この写真を画像解析して０．０７μｍ２以上の大きさの炭化物を調査した。その結果から、５５００μｍ２の視野面積当たりの炭化物の総量（個数）を測定した。また、同一視野面積当たりの断面積が３μｍ２以上の炭化物の個数も測定した。断面積が３μｍ２以上の炭化物は表２、４、６、９、１１及び１３においては、「粗大炭化物」と表す。
【００４５】
割れ試験は、寸法が５０ｍｍ×５０ｍｍ×１００ｍｍの試験材を８００乃至１０５０℃の範囲の所定の温度で１時間加熱し、その後油冷した。次いで、この試験材を中央部で切断し、割れがあるか否かを目視で確認し、割れ性を３段階で評価した。評価は、割れがない場合を「割れなし」とし、１ｍｍ程度の割れがある場合を「多少割れる」とし、５ｍｍ以上の割れがある場合を「割れ発生」と判定した。
【００４６】
切削試験は、上述のように５５ＨＲＣに調質された寸法が４０ｍｍ×６０ｍｍ×１００ｍｍの試験材を直径が６ｍｍのＴｉＡｌＮコ−ティングした高速度工具（エンドミル）を使用して、潤滑油を使用せずにドライ加工した。このドライ加工の切削速度は２０ｍ／分、送り速度は１２５ｍｍ／分（０．０６ｍｍ／刃）、切り込み量は９×０．６ｍｍである。なお、この切り込み量は、試験材のコーナー部を、エンドミルの送り方向に垂直の断面において、深さ９ｍｍ、幅０．６ｍｍで削りだしたものである。この切削条件でドライ加工を実施し、高速度工具が溶損するまでの期間を加工寿命とした。被削性は、ＳＫＳ３の加工寿命を１として算出した値である。この結果を表２、４、６、９、１１及び１３に示す。
【００４７】
【表１】
【表２】
【表３】
【表４】
【表５】
【表６】
【表７】
【表８】
【表９】
【表１０】
【表１１】
【表１２】
【表１３】
上記表２、４、６及び９に示すように、実施例Ｎｏ．１乃至４７は被削性が極めて優れていると共に、割れ試験の結果も良好であった。
【００６１】
また、上記表１１に示すように、水素が０．０００２１質量％以上含有されている比較例Ｎｏ．４８乃至５８及び比較例Ｎｏ．６４，６５，６７及び６８においては、割れ試験において割れが検出された。更に、比較例Ｎｏ．５９乃至６３及び実施例Ｎｏ．１乃至４７に示すように、水素を０．０００２０質量％以下に規制することにより、割れの発生を抑制することができた。
【００６２】
比較例Ｎｏ．５９乃至６５に見られるように、Ｓ、Ａｌ、Ｎ、Ｏ、Ｍｇ、Ｎｂ及びＴｉのうち２種類又は３種類を規制することにより、比較例Ｎｏ．４８乃至５５（既存鋼ＳＫＳ３、ＳＫＳ４Ｓ）又は比較例Ｎｏ．５６乃至５８等に比べ、比較例Ｎｏ．５９乃至６５は２．０乃至１０倍以上被削性を改善できる。これらの性能は、３μｍ２以上の粗大炭化物の個数を５個以下にし、更に炭化物の総数を３００個以下にすることにより得られる。
【００６３】
更に、Ｓ、Ａｌ、Ｎ、Ｏ、Ｍｇ、Ｎｂ及びＴｉの組成範囲を所定範囲にすると共に、介在物の清浄度をＡ系介在物で０．１乃至０．５０％又はＢ＋Ｃ系介在物を０．０１５％以下に制限をすることにより、比較例Ｎｏ．４８（ＳＫＳ３）に比べて９８乃至１４０倍以上も被削性が良好になる。
【００６４】
これらの効果は、焼き入れ温度を９００℃以上の高温とすることにより、顕著となり、３μｍ２以上の粗大炭化物が０％となり、炭化物総数も５０個以下となり、Ｂ＋Ｃ系の介在物も０．００９％以下にすることにより、比較例Ｎｏ．４８（ＳＫＳ３）の２００倍以上の改善が可能となる。
【００６５】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、組成を適切に規定し、炭化物の大きさ及び個数を適切に規定しているので、調質後の被削性が優れていると共に、割れの発生が防止された低合金工具鋼を得ることができる。
Claims (5)
- Ｃ：０．６乃至０．９０質量％、Ｓｉ：０．５０乃至２．００質量％、Ｍｎ：０．５０乃至２．００質量％、Ｐ：０．００１乃至０．０３０質量％、Ｓ：０．０３０乃至０．１５０質量％、Ｃｒ：０．５０乃至２．００質量％、Ｍｏ：０．２０乃至０．７０質量％、Ｖ：０．０２乃至０．１０質量％、Ａｌ：０．０００２乃至０．０００９質量％、Ｔｉ：０．０００１乃至０．００３５質量％、Ｎ：０．００１０乃至０．００９０質量％、Ｏ：０．０００１乃至０．００２０質量％、Ｍｇ：０．０００１乃至０．０００９質量％及びＨ：０．０００２質量％以下を含有する鋼材であって、断面積が３μｍ ２ 以上の炭化物が視野面積５５００μｍ２当たり５個以下であり、炭化物の総量が視野面積５５００μｍ２当たり３００個以下であり、鋼材清浄度はＡ系の硫化物系介在物が０．１乃至０．５％であり、Ｂ＋Ｃ系の酸化物系介在物が０．０１５％以下であることを特徴とする調質後の被削性が優れた低合金工具鋼。
- Ｃ：０．６乃至０．９０質量％、Ｓｉ：０．５０乃至２．００質量％、Ｍｎ：０．５０乃至２．００質量％、Ｐ：０．００１乃至０．０３０質量％、Ｓ：０．０３０乃至０．１５０質量％、Ｃｒ：０．５０乃至２．００質量％、Ｍｏ：０．２０乃至０．７０質量％、Ｖ：０．０２乃至０．１０質量％、Ａｌ：０．０００２乃至０．０００９質量％、Ｔｉ：０．０００１乃至０．００３５質量％、Ｎ：０．００１０乃至０．００９０質量％、Ｏ：０．０００１乃至０．００２０質量％、Ｍｇ：０．０００１乃至０．０００９質量％、Ｃａ：０．０００５乃至０．０２質量％及びＨ：０．０００２質量％以下を含有する鋼材であって、断面積が３μｍ ２ 以上の炭化物が視野面積５５００μｍ２当たり５個以下であり、炭化物の総量が視野面積５５００μｍ２当たり３００個以下であり、鋼材清浄度はＡ系の硫化物系介在物が０．１乃至０．５％であり、Ｂ＋Ｃ系の酸化物系介在物が０．０１５％以下であることを特徴とする調質後の被削性が優れた低合金工具鋼。
- Ｃ：０．６乃至０．９０質量％、Ｓｉ：０．５０乃至２．００質量％、Ｍｎ：０．５０乃至２．００質量％、Ｐ：０．００１乃至０．０３０質量％、Ｓ：０．０３０乃至０．１５０質量％、Ｃｒ：０．５０乃至２．００質量％、Ｍｏ：０．２０乃至０．７０質量％、Ｖ：０．０２乃至０．１０質量％、Ａｌ：０．０００２乃至０．０００９質量％、Ｔｉ：０．０００１乃至０．００３５質量％、Ｎ：０．００１０乃至０．００９０質量％、Ｏ：０．０００１乃至０．００２０質量％、Ｍｇ：０．０００１乃至０．０００９質量％及びＨ：０．０００２質量％以下を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなると共に、断面積が３μｍ ２ 以上の炭化物が視野面積５５００μｍ２当たり５個以下であり、炭化物の総量が視野面積５５００μｍ２当たり３００個以下であり、鋼材清浄度はＡ系の硫化物系介在物が０．１乃至０．５％であり、Ｂ＋Ｃ系の酸化物系介在物が０．０１５％以下であることを特徴とする調質後の被削性が優れた低合金工具鋼。
- Ｃ：０．６乃至０．９０質量％、Ｓｉ：０．５０乃至２．００質量％、Ｍｎ：０．５０乃至２．００質量％、Ｐ：０．００１乃至０．０３０質量％、Ｓ：０．０３０乃至０．１５０質量％、Ｃｒ：０．５０乃至２．００質量％、Ｍｏ：０．２０乃至０．７０質量％、Ｖ：０．０２乃至０．１０質量％、Ａｌ：０．０００２乃至０．０００９質量％、Ｔｉ：０．０００１乃至０．００３５質量％、Ｎ：０．００１０乃至０．００９０質量％、Ｏ：０．０００１乃至０．００２０質量％、Ｍｇ：０．０００１乃至０．０００９質量％、Ｃａ：０．０００５乃至０．０２質量％及びＨ：０．０００２質量％以下を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなると共に、断面積が３μｍ ２ 以上の炭化物が視野面積５５００μｍ２当たり５個以下であり、炭化物の総量が視野面積５５００μｍ２当たり３００個以下であり、鋼材清浄度はＡ系の硫化物系介在物が０．１乃至０．５％であり、Ｂ＋Ｃ系の酸化物系介在物が０．０１５％以下であることを特徴とする調質後の被削性が優れた低合金工具鋼。
- ＡｌとＮとの含有量（質量％）の積Ａｌ×Ｎを０．００００１０以下とすることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の調質後の被削性が優れた低合金工具鋼。
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