JP3778140B2 - Free-cutting steel - Google Patents

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JP3778140B2
JP3778140B2 JP2002189123A JP2002189123A JP3778140B2 JP 3778140 B2 JP3778140 B2 JP 3778140B2 JP 2002189123 A JP2002189123 A JP 2002189123A JP 2002189123 A JP2002189123 A JP 2002189123A JP 3778140 B2 JP3778140 B2 JP 3778140B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、切削加工において工具寿命および切りくず処理性等の被削性に優れた快削鋼に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、切削加工時の工具寿命および切りくず処理性に優れた快削鋼としては、JIS G4804に規定されている硫黄快削鋼および鉛快削鋼、あるいはその他としてカルシウム快削鋼、テルル快削鋼、セレン快削鋼またはビスマス快削鋼等、種々の快削鋼が開発されている。なかでも、鉛快削鋼は被削性に優れ、しかもテルル、ビスマス等に比較して経済的なことから、快削鋼として多用されている。しかし、鉛は人体に有害であることから、鋼材の製造工程のみならず、それを用いた機械部品の製造工程において、大がかりな排気設備を必要とし、また鋼材のリサイクル面でも問題があった。このため、従来、鉛を添加せずに鉛添加鋼と同等程度の被削性を有する快削鋼の開発が望まれていた。
【0003】
上記の要請に応えるものとして、例えば特開昭50−96416号公報では、鋼中のCを黒鉛として存在させ、この黒鉛の切欠き潤滑作用を利用することによって、鉛を用いることなしに被削性を改善する方法が開示されている。しかしながら、この方法は、鋼中のCを黒鉛化する必要上、その前処理として熱処理が不可欠であり、必ずしも経済的な方法とはいえなかった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、この発明は、鉛を用いることなしに、しかも圧延のままで被削性に優れる快削鋼について提案することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、鉛を添加せずとも圧延のままで鉛添加鋼と同等の被削性を有する鋼材の組成について鋭意検討したところ、被削性の向上には、組織中に面積率で5%以上の擬ポリゴナルフェライトを含有させることが有効であることを見出した。
【0006】
ここで、擬ポリゴナルフェライトとは、日本鉄鋼協会基礎研究会ベイナイト調査委員会において定義されている組織であり、低炭素鋼においてフェライトよりもせん断的に変態し、マルテンサイトよりも拡散的に変態した組織である。すなわち、光学顕微鏡で観察される組織的に言えば、通常のフェライト(ポリゴナルフェライト)が比較的滑らかな粒界を持つのに対し、擬ポリゴナルフェライトは粒界が不規則に角ばった形状となる。また、擬ポリゴナルフェライトは、ポリゴナルフェライトに比べ転位を多く含み、転位密度が高い。
【0007】
この擬ポリゴナルフェライトは、切削時に切りくずが生成した際に、鋼材のせん断変形を容易にする作用があるため、切りくず生成を容易にして切削抵抗を減少させ工具寿命および切りくず処理性等の切削性を向上させる作用を有する。なお、擬ポリゴナルフェライト以外の残りの組織は、フェライトやパーライト等いずれの組織でも良く、特に規定する必要はない。
【0008】
すなわち、この発明の要旨構成は、次のとおりである。
(1)C:0.15mass%未満、Si:0.1mass%未満、Mn:0.1〜4.0mass%、S:0.05〜0.5mass%、P:0.2mass%以下、Nb:0.1mass%以下およびO:0.0015〜0.050mass%を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、かつ組織中に擬ポリゴナルフェライトを面積率で5%以上含むことを特徴とする快削鋼。
【0009】
(2)上記(1)において、さらにCu:2.0mass%以下、Ni:2.0mass%以下、Cr:3.0mass%以下およびMo:2.0mass%以下のいずれか1種または2種以上を含有することを特徴とする快削鋼。
【0010】
(3)上記(1)または(2)において、さらにW:0.1mass%以下およびV:0.5mass%以下のいずれか1種または2種を含有することを特徴とする快削鋼。
【0011】
(4)上記(1)、(2)または(3)において、さらにTe:0.2mass%以下、Se:0.2mass%以下、Sn:0.3mass%以下、Zr:0.2mass%以下、Ca:0.02mass%以下、REM:0.03mass%以下、Bi:0.3mass%以下、Sb:0.2mass%以下、Co:0.1mass%以下、N:0.04mass%以下のいずれか1種または2種以上を含有することを特徴とする快削鋼。
【0012】
(5)上記(1)ないし(4)のいずれかにおいて、さらにMg:0.02mass%以下、Hf:0.1mass%以下およびAl:1.0mass%以下のいずれか1種または2種以上を含有することを特徴とする快削鋼。
【0013】
【発明の実施の形態】
次に、この発明の快削鋼において、成分組成を、上記の範囲に限定した理由について説明する。
C:0.15mass%未満
Cは、強度確保のために添加する。しかし、0.15mass%以上を添加すると、擬ポリゴナルフェライト組織が得られなくなり、また切削加工時の工具磨耗が増大し、被削性が低下するため、0.15mass%未満に制限する。さらに擬ポリゴナルフェライト組織を確保する上では、0.10mass%未満とすることが好ましい。
【0014】
Si:0.1mass%未満
Siは、脱酸に有効な元素であるが、0.1mass%以上添加すると、工具寿命が低下するため、0.1mass%未満に制限する必要がある。さらに好ましくは、0.05mass%未満とする。
【0015】
Mn:0.1〜4.0mass%
Mnは、SあるいはOと結合してMnSあるいはMnS−MnO複合介在物を生成し、これにより被削性を向上させる作用がある。また、焼入性を向上するため、強度の確保にも有効である。このためには、0.1mass%以上で添加する。一方、4.0mass%を超えると、過度に強度が上昇して被削性が低下するため、0.1〜4.0mass%の範囲に限定する。なお、好適範囲は0.5〜2.0mass%である。さらに好ましくは、1.0〜2.0mass%である。
【0016】
S:0.05〜0.5mass%
Sは、鋼中でMnと結合しMnSとして存在あるいは、S、Oと結合しMnS−MnO複合介在物として存在し、切削加工時の応力集中源となり切りくずの分断を容易にして被削性を向上させるので添加する。しかし、0.05mass%未満ではその添加効果に乏しく、一方0.5mass%を超えて添加すると熱間加工性を低下させるため、0.05mass%以上0.5mass%以下の範囲に限定する。なお、好適範囲は0.1〜4mass%である。
【0017】
P:0.2mass%以下
Pは、生成した切りくず中のクラックの伝播を容易にすることによって、切りくず処理性を顕著に向上させるため、好ましくは0.05mass%以上で添加する。しかしながら、0.2mass%を超えて添加すると、熱間加工性を低下させることから、0.2mass%以下の範囲に限定する。さらに好ましくは、0.1mass%以下である。
【0018】
Nb:0.1mass%以下
Nbは、擬ポリゴナルフェライト組織の生成を促進し、被削性を向上させる。また、強度確保にも有効であり、このために添加することができる。しかし、過剰に添加した場合、成分コストが上昇する上、過度に強度が上昇して被削性の低下を招くため、0.1mass%以下の範囲に制限する。さらに好ましくは、0.08mass%以下の添加とする。尚、擬ポリゴナルフェライト組織を面積率で5%以上とするには、Nbを0.004mass%以上とすることが好ましい。
【0019】
O:0.0015〜0.050mass%
Oは、SとともにMnと結合してMnS−MnO複合介在物を形成する。MnS−MnO複合介在物は、MnS単独介在物に比べ鋼中での生成サイズが大きく、またMnS−MnO複合介存物は熱間圧延時に延伸しづらく、比較的球状に近い形状で存在するため、切削加工時に応力集中源として作用し、切削性を向上させる効果がある。このために積極的に添加するが、0.0015mass%未満の添加ではその効果が小さく、一方0.050mass%を超えて添加すると、鋼魂に内部欠略が発生するようになるため、0.0015mass%以上0.050mass%以下の範囲に限定した。さらに好ましくは、0.0050mass%以上0.030mass%以下である。
【0020】
また、この発明では上記した基本成分の他に、所定の化学成分を添加あるいは添加を規制することにより、更なる被削性の向上あるいは強度の調整を行うことができる。
まず、強度の上昇あるいは焼入性向上のために、Cu:2.0mass%以下、Ni:2.0mass%以下、Cr:3.0mass%以下およびMo:2.0mass%以下のいずれか1種または2種以上を添加することが有利である。
【0021】
Cu:2.0mass%以下
Cuは、焼入性を向上させ、強度を確保するのに有効である。しかし、2.0mass%を超えて添加すると、強度が上昇して被削性が低下するとともに、コストが上昇するため、2.0mass%以下の範囲に限定する。さらに好ましくは、1.0mass%以下とする。
【0022】
Ni:2.0mass%以下
Niは、焼入性向上による強度確保のために、添加することができる。しかしながら、過剰に添加しても、高価である上、強度が上昇して被削性が低下するため、2.0mass%以下の範囲に限定する。さらに好ましくは、1.0mass%以下とする。
【0023】
Cr:3.0mass%以下
Crは、焼入性を向上し、強度確保に有効なため添加できる。しかし、3.0mass%を超えて添加すると、強度が上昇して被削性が低下するとともに、成分コストが上昇するため、3.0mass%以下の添加とする。さらに好ましくは、1.5mass%以下とする。
【0024】
Mo:2.0mass%以下
Moは、強度確保のために添加することができる。しかしながら、過剰に添加した場合、高価である上、強度が上昇しすぎて被削性が低下するため、2.0mass%以下の範囲に限定する。さらに好ましくは、1.0mass%以下とする。
【0025】
次に、強度向上を図るために、W:0.1mass%以下およびV:0.5mass%以下のいずれか1種または2種を添加することができる。
W:0.1mass%以下
Wは、固溶による強度向上作用があるが、0.1mass%を超えて添加すると、被削性が低下するため、0.1mass%以下の添加とする。さらに好ましくは、0.05mass%以下である。尚、Wにより強度を向上させるためには、0.01mass%以上添加することが好ましい。
【0026】
V:0.5mass%以下
Vは、V(C、N)による析出強化により強度を向上する作用があるが、0.5mass%を超えて添加すると被削性が低下するため、0.5mass%以下の添加とする。さらに好ましくは、0.4mass%以下である。尚、Vにより強度を向上させるためには、0.01mass%以上添加することが好ましい。
【0027】
また、被削性の更なる向上を図るために、Te:0.2mass%以下、Se:0.2mass%以下、Sn:0.3mass%以下、Zr:0.2mass%以下、Ca:0.02mass%以下、REM:0.03mass%以下、Bi:0.3mass%以下、Sb:0.2mass%以下、Co:0.1mass%以下、N:0.04mass%以下のいずれか1種または2種以上を含有することができる。
【0028】
Te:0.2mass%以下、Se:0.2mass%以下
TeおよびSeは、Mnと結合してMnTeおよびMnSeをそれぞれ形成して、これがチップブレーカーとして作用することにより、被削性を改善する。しかし、それぞれ0.2mass%を超えて添加すると、効果が飽和する上、成分コストの上昇を招くため、0.2mass%以下の添加とする。さらに好ましくは、それぞれ0.1mass%以下である。尚、TeおよびSeにより被削性を向上させるためには、それぞれ0.005mass%以上添加することが好ましい。
【0029】
Ca:0.02mass%以下、REM:0.03mass%以下、Zr:0.2mass%以下
Ca、REMおよびZrは、MnSとともに硫化物を形成し、これがチップブレーカーとして作用することにより、被削性を改善する。しかしながら、Ca:0.02mass%、REM:0.03mass%およびZr:0.2mass%を超えて添加しても、効果が飽和する上、成分コストの上昇を招くため、これらを添加量の上限とする。さらに好ましくは、Ca:0.01mass%以下、REM:0.015mass%以下およびZr:0.1mass%以下である。
【0030】
Bi:0.3mass%以下
Bi もPbと同様、切削時の溶融、潤滑および脆化作用により、被削性を向上させるため、この目的で添加することができる。しかしながら、0.3mass%を超えて添加しても、効果が飽和するばかりか、成分コストが上昇するため、0.3mass%以下の範囲に制限する。さらに好ましくは、0.2mass%以下である。尚、Biにより被削性を向上させるためには、0.001mass%以上添加することが好ましい。
【0031】
Sn:0.3mass%以下、Sb:0.2mass%以下およびCo:0.1mass%以下
Sn、SbおよびCoは、脆化作用により被削性を向上させる元素である。しかしながら、Sn:0.3mass%、Sb:0.2mass%およびCo:0.1mass%を超えて添加しても、効果が飽和する上、コストが上昇し、経済的に不利となるため、添加量を上記の範囲に制限する。さらに好ましくは、Sn:0.15mass%以下、Sb:0.1mass%以下およびCo:0.05mass%以下である。
【0032】
N:0.04mass%以下
Nは、切削時に切りくずを脆化させる作用を有するために、切りくず処理性および工具寿命を向上させる働きがある。しかしながら、0.04mass%を超えて添加した場合、鋼塊の内部欠陥および表面庇が発生するため、0.04mass%以下の添加とする。なお好ましくは0.02mass%以下の添加とする。
【0033】
Al:1.0mass%以下、Mg:0.02mass%以下およびHf:0.1mass%以下
Al、MgおよびHfは、脱酸元素であるとともに応力集中源となり、被削性を改善する効果があるため、添加することができる。しかしながら、過剰に添加すると効果が飽和する上、成分コストが上昇するため、添加量としてはそれぞれ上記の範囲に制限する。さらに好ましくは、Al:0.05mass%以下、Mg:0.01mass%以下およびHf:0.05mass%以下である。
【0034】
以上の、Cu、Ni、Cr、Sn、Zr、Ca、REM、Sb、Co、N、Mg、HfおよびAlの添加成分は、いずれも微量の添加によって、上記した作用を発現するため、特に下限を設ける必要はない。
【0035】
なお、この発明では、その主旨からPbは基本的に添加しないが、これは技術的に添加することができないという意味ではない。すなわち、単に快削性の面だけ考慮すればよいのであれば、その添加を妨げるものではない。しかしながら、この場合であっても、環境衛生の面から添加量は0.25mass%以下程度に抑制することが好ましい。
【0036】
また、この発明においては、組織中に含まれる、擬ポリゴナルフェライトを面積率で5%以上とすることが肝要である。この理由は、擬ポリゴナルフェライトが切削時の切りくず生成の際に、鋼材のせん断変形を容易にする効果を有するために、切りくず生成が容易となり、その結果切削抵抗が減少して工具寿命あるいは切りくず処理性等の切削性を向上させる働きがあるためである。
【0037】
切削性向上のためには、擬ポリゴナルフェライトが面積率で5%以上、より好ましくは10mass%以上存在させることが必要である。
【0038】
以下に、この発明の快削鋼の製造方法について説明する。
まず、素材の製造については、従来公知の転炉あるいは電気炉等で溶製した後、連続鋳造法あるいは造塊・分魂法によってスラブあるいはブルームとする。次いで、熱間圧延により所定の形状とする。熱間圧延に際しては、5%以上の擬ポリゴナルフェライト組織を得るために、仕上圧延を960℃以下とする制御圧延および/または、圧延終了後に水冷(5〜80℃/sの冷却速度)で冷却する制御冷却を施すことが効果的である。しかる後、所定の部品形状に成形後、機械部品とする。また、窒化あるいは浸炭処理等を施して製品とする場合もある。
【0039】
【実施例】
表1に示す化学組成の鋼を転炉にて溶製し、連続鋳造によりブルームとした後、150mm角のビレットに熱間圧延し、さらに棒鋼圧延により30mmφの棒鋼とした。棒鋼圧延においては、制御圧延または制御冷却を実施した。かくして得られた棒鋼の被削性について調査した。その結果を、表2に示す。
【0040】
ここで、被削性試験は、超硬工具(PlO)を用い、切削速度:200m/min、送り:0.25mm/rev.、切込み:2.Ommおよび無潤滑の条件で外周旋削試験により行った。工具寿命判定は、超硬工具逃げ面摩耗が0.2mmに達するまでの総切削時間で評価した。
【0041】
【表1】

Figure 0003778140
【0042】
【表2】
Figure 0003778140
【0043】
表2に示すとおり、No.1〜No.14の発明鋼は、いずれも超硬工具寿命が14.8〜37.Ominと優れた工具寿命が得られ、No.25の従来鉛添加鋼JIS SUM24Lの12.4minに比べて非常に良好な寿命が得られている。切りくず形状に関してもいずれも長さが5mm以下と細かな良好な切りくずが得られている。
【0044】
これに対し、No.15〜No.23の比較鋼のうち、No.15はCが範囲外であり、擬ポリゴナルフェライト組織が得られなくなった結果、発明鋼に比べて超硬工具寿命が著しく低下し、切りくず形状も劣化している。No.16は、SiおよびOが、この発明の範囲外であるため、工具寿命が低下し切りくず形状が劣化している。No.17は、Mnがこの発明の上限より高いため、工具寿命が低下している。No.18は、Mnがこの発明の下限よりも低いため、擬ポリゴナルフェライト組織分率が低下して範囲外となり、工具寿命および切りくず形状が劣化している。No.19は、Pが発明の上限より高いため、圧延時に熱間割れが発生したため圧延を中止し、評価不能であった。No.20は、Sが発明の上限より高いため、圧延時に熱間割れが発生したため圧延を中止し、評価不能であった。No.21は、Sがこの発明の下限より低いため、工具寿命が低下し、切りくず形状が劣化している。No.22は、Nbがこの発明の上限より高いため、工具寿命が低下している。No.23は、Oがこの発明の上限より高いため、鋼塊に内部欠絶が発生し圧延不能であったため、評価不能であった。No.24は、鋼記号11の鋼に制御圧延および制御冷却を施さずに製造したところ、擬ポリゴナルフェライト組織分率がこの発明の下限以下となった場合であり、工具寿命が低下し、切りくず形状も劣化している。
【0045】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明によれば、鉛を添加せずとも、圧延のままの状態で、鉛添加快削鋼と同等以上の被削性を有する、鋼材を得ることができる。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a free-cutting steel excellent in machinability such as tool life and chip disposal in cutting.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as free-cutting steel with excellent tool life and chip control during cutting, sulfur free-cutting steel and lead free-cutting steel specified in JIS G4804, or other calcium free-cutting steel and tellurium free-cutting steel Various free cutting steels such as steel, selenium free cutting steel or bismuth free cutting steel have been developed. Among these, lead free-cutting steel is frequently used as free-cutting steel because it has excellent machinability and is economical compared to tellurium, bismuth and the like. However, since lead is harmful to the human body, not only a steel material manufacturing process but also a mechanical part manufacturing process using the lead material requires a large exhaust facility, and there is also a problem in terms of steel recycling. For this reason, conventionally, the development of free-cutting steel having machinability equivalent to that of lead-added steel without adding lead has been desired.
[0003]
In response to the above requirements, for example, in Japanese Patent Laid-Open No. 50-96416, C in steel is present as graphite, and by utilizing the notch lubrication action of this graphite, it is possible to cut without using lead. A method for improving performance is disclosed. However, this method is not necessarily an economical method because heat treatment is indispensable as a pretreatment for graphitizing C in steel.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Accordingly, an object of the present invention is to propose a free-cutting steel that is excellent in machinability while being rolled without using lead.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The inventors diligently studied the composition of a steel material having machinability equivalent to that of lead-added steel without adding lead, and as a result, the area ratio in the structure was 5% for improving machinability. It has been found that it is effective to contain at least% pseudo-polygonal ferrite.
[0006]
Here, pseudopolygonal ferrite is a structure defined by the Japan Iron and Steel Institute Basic Research Group, Bainite Research Committee, which transforms in a low-carbon steel in a shearing manner rather than ferrite and in a diffusive transformation rather than martensite. Organization. That is, in terms of the structure observed with an optical microscope, normal ferrite (polygonal ferrite) has a relatively smooth grain boundary, whereas pseudopolygonal ferrite has a shape with irregularly angular boundaries. Become. Pseudopolygonal ferrite contains more dislocations and higher dislocation density than polygonal ferrite.
[0007]
This pseudo-polygonal ferrite has the effect of facilitating shear deformation of steel materials when chips are generated during cutting. Therefore, chip generation is facilitated, cutting resistance is reduced, tool life and chip processability, etc. It has the effect | action which improves machinability. The remaining structure other than the pseudopolygonal ferrite may be any structure such as ferrite or pearlite, and need not be specified.
[0008]
That is, the gist of the present invention is as follows.
(1) C: less than 0.15 mass%, Si: less than 0.1 mass%, Mn: 0.1 to 4.0 mass%, S: 0.05 to 0.5 mass%, P: 0.2 mass% or less, Nb: 0.1 mass% or less, and O: 0.0015 A free-cutting steel containing ˜0.050 mass%, the balance being Fe and unavoidable impurities, and the structure containing pseudopolygonal ferrite in an area ratio of 5% or more.
[0009]
(2) In the above (1), Cu: 2.0 mass% or less, Ni: 2.0 mass% or less, Cr: 3.0 mass% or less, and Mo: 2.0 mass% or less Free-cutting steel characterized by
[0010]
(3) In the above (1) or (2), the free cutting steel further contains any one or two of W: 0.1 mass% or less and V: 0.5 mass% or less.
[0011]
(4) In the above (1), (2) or (3), Te: 0.2 mass% or less, Se: 0.2 mass% or less, Sn: 0.3 mass% or less, Zr: 0.2 mass% or less, Ca: 0.02 mass % Or less, REM: 0.03 mass% or less, Bi: 0.3 mass% or less, Sb: 0.2 mass% or less, Co: 0.1 mass% or less, N: 0.04 mass% or less Free-cutting steel characterized by
[0012]
(5) In any one of the above (1) to (4), Mg: 0.02 mass% or less, Hf: 0.1 mass% or less, and Al: 1.0 mass% or less Free-cutting steel characterized by
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, the reason why the component composition of the free cutting steel of the present invention is limited to the above range will be described.
C: Less than 0.15 mass% C is added to ensure strength. However, when 0.15 mass% or more is added, a pseudo-polygonal ferrite structure cannot be obtained, and tool wear at the time of cutting increases and machinability decreases, so the amount is limited to less than 0.15 mass%. Furthermore, in order to secure a pseudo-polygonal ferrite structure, it is preferable that the content be less than 0.10 mass%.
[0014]
Si: Less than 0.1 mass%
Si is an element effective for deoxidation, but if it is added in an amount of 0.1 mass% or more, the tool life is reduced, so it is necessary to limit it to less than 0.1 mass%. More preferably, it is less than 0.05 mass%.
[0015]
Mn: 0.1-4.0mass%
Mn combines with S or O to produce MnS or MnS-MnO composite inclusions, thereby improving the machinability. Moreover, since hardenability is improved, it is effective in ensuring strength. For this purpose, it is added at 0.1 mass% or more. On the other hand, if it exceeds 4.0 mass%, the strength is excessively increased and the machinability is lowered, so that it is limited to the range of 0.1 to 4.0 mass%. In addition, a suitable range is 0.5-2.0 mass%. More preferably, it is 1.0-2.0 mass%.
[0016]
S: 0.05-0.5mass%
S combines with Mn in steel and exists as MnS, or combines with S and O as MnS-MnO composite inclusions, and becomes a stress concentration source during cutting, making it easy to cut chips and machinability. Add to improve. However, if it is less than 0.05 mass%, the effect of addition is poor. On the other hand, if it exceeds 0.5 mass%, the hot workability is lowered, so it is limited to the range of 0.05 mass% to 0.5 mass%. In addition, a suitable range is 0.1-4 mass%.
[0017]
P: 0.2 mass% or less P is preferably added in an amount of 0.05 mass% or more in order to facilitate the propagation of cracks in the generated chips, thereby significantly improving chip disposal. However, if added over 0.2 mass%, the hot workability is lowered, so the range is limited to 0.2 mass% or less. More preferably, it is 0.1 mass% or less.
[0018]
Nb: 0.1 mass% or less
Nb promotes the formation of a pseudo-polygonal ferrite structure and improves the machinability. It is also effective for securing the strength, and can be added for this purpose. However, when added excessively, the component cost increases and the strength increases excessively, leading to a decrease in machinability, so the content is limited to a range of 0.1 mass% or less. More preferably, the addition is 0.08 mass% or less. In order to make the pseudopolygonal ferrite structure 5% or more in terms of area ratio, Nb is preferably 0.004 mass% or more.
[0019]
O: 0.0015 to 0.050 mass%
O combines with S together with Mn to form MnS-MnO complex inclusions. MnS-MnO composite inclusions are larger in steel than MnS single inclusions, and MnS-MnO composite inclusions are difficult to stretch during hot rolling and exist in a relatively spherical shape. It acts as a stress concentration source during cutting and has the effect of improving machinability. For this purpose, it is added positively, but if it is added less than 0.0015 mass%, the effect is small, while if it exceeds 0.050 mass%, internal shortage will occur in the steel soul, so 0.0015 mass% or more The range was limited to 0.050 mass% or less. More preferably, it is 0.0050 mass% or more and 0.030 mass% or less.
[0020]
In the present invention, in addition to the basic components described above, by adding or restricting the addition of a predetermined chemical component, the machinability can be further improved or the strength can be adjusted.
First, in order to increase strength or improve hardenability, Cu: 2.0 mass% or less, Ni: 2.0 mass% or less, Cr: 3.0 mass% or less and Mo: 2.0 mass% or less, one or more It is advantageous to add
[0021]
Cu: 2.0 mass% or less
Cu is effective in improving hardenability and ensuring strength. However, if added over 2.0 mass%, the strength is increased, the machinability is lowered, and the cost is increased. Therefore, the amount is limited to 2.0 mass% or less. More preferably, it is 1.0 mass% or less.
[0022]
Ni: 2.0 mass% or less
Ni can be added to ensure strength by improving hardenability. However, even if added excessively, it is expensive and the strength is increased and the machinability is lowered. Therefore, the amount is limited to 2.0 mass% or less. More preferably, it is 1.0 mass% or less.
[0023]
Cr: 3.0 mass% or less
Cr can be added because it improves hardenability and is effective in securing strength. However, if added over 3.0 mass%, the strength is increased, the machinability is lowered, and the component cost is increased, so the addition is made 3.0 mass% or less. More preferably, it is 1.5 mass% or less.
[0024]
Mo: 2.0 mass% or less
Mo can be added to ensure strength. However, when added excessively, it is expensive, and the strength is excessively increased and the machinability is lowered. Therefore, the amount is limited to 2.0 mass% or less. More preferably, it is 1.0 mass% or less.
[0025]
Next, in order to improve the strength, any one or two of W: 0.1 mass% or less and V: 0.5 mass% or less can be added.
W: 0.1 mass% or less W has an effect of improving strength by solid solution, but if added over 0.1 mass%, the machinability deteriorates, so 0.1 mass% or less is added. More preferably, it is 0.05 mass% or less. In addition, in order to improve intensity | strength by W, it is preferable to add 0.01 mass% or more.
[0026]
V: 0.5 mass% or less V has the effect of improving strength by precipitation strengthening with V (C, N), but if added over 0.5 mass%, the machinability decreases, so addition of 0.5 mass% or less And More preferably, it is 0.4 mass% or less. In addition, in order to improve intensity | strength by V, it is preferable to add 0.01 mass% or more.
[0027]
In order to further improve machinability, Te: 0.2 mass% or less, Se: 0.2 mass% or less, Sn: 0.3 mass% or less, Zr: 0.2 mass% or less, Ca: 0.02 mass% or less, REM : 0.03 mass% or less, Bi: 0.3 mass% or less, Sb: 0.2 mass% or less, Co: 0.1 mass% or less, N: 0.04 mass% or less, or one or more of them can be contained.
[0028]
Te: 0.2 mass% or less, Se: 0.2 mass% or less
Te and Se combine with Mn to form MnTe and MnSe, respectively, which act as a chip breaker, thereby improving machinability. However, if the addition exceeds 0.2 mass%, the effect is saturated and the cost of ingredients is increased. Therefore, the addition is 0.2 mass% or less. More preferably, it is 0.1 mass% or less respectively. In order to improve machinability with Te and Se, it is preferable to add 0.005 mass% or more respectively.
[0029]
Ca: 0.02 mass% or less, REM: 0.03 mass% or less, Zr: 0.2 mass% or less
Ca, REM and Zr form a sulfide together with MnS, which improves the machinability by acting as a chip breaker. However, even if Ca: 0.02 mass%, REM: 0.03 mass%, and Zr: 0.2 mass% are added, the effect is saturated and the component cost is increased. More preferably, they are Ca: 0.01 mass% or less, REM: 0.015 mass% or less, and Zr: 0.1 mass% or less.
[0030]
Bi: 0.3 mass% or less
Bi, like Pb, can be added for this purpose because it improves machinability by melting, lubrication and embrittlement during cutting. However, even if added over 0.3 mass%, not only the effect is saturated, but also the component cost increases, so the range is limited to 0.3 mass% or less. More preferably, it is 0.2 mass% or less. In addition, in order to improve machinability by Bi, it is preferable to add 0.001 mass% or more.
[0031]
Sn: 0.3 mass% or less, Sb: 0.2 mass% or less, and Co: 0.1 mass% or less
Sn, Sb and Co are elements that improve machinability by the embrittlement effect. However, Sn: 0.3mass%, Sb: 0.2mass% and Co: Even if added over 0.1mass%, the effect is saturated and the cost is increased, which is economically disadvantageous. Limit to the range. More preferably, they are Sn: 0.15 mass% or less, Sb: 0.1 mass% or less, and Co: 0.05 mass% or less.
[0032]
N: 0.04 mass% or less N has an effect of embrittlement of chips at the time of cutting, and thus has an effect of improving chip disposal and tool life. However, when added over 0.04 mass%, internal defects and surface defects of the steel ingot are generated, so 0.04 mass% or less is added. The addition is preferably 0.02 mass% or less.
[0033]
Al: 1.0 mass% or less, Mg: 0.02 mass% or less, and Hf: 0.1 mass% or less
Al, Mg, and Hf can be added because they are deoxidizing elements and become a stress concentration source and have an effect of improving machinability. However, if added excessively, the effect is saturated and the component cost increases, so the amount added is limited to the above range. More preferably, Al: 0.05 mass% or less, Mg: 0.01 mass% or less, and Hf: 0.05 mass% or less.
[0034]
Cu, Ni, Cr, Sn, Zr, Ca, REM, Sb, Co, N, Mg, Hf, and Al, all of which have the above-described effects due to the addition of a small amount, especially lower limit There is no need to provide.
[0035]
In the present invention, Pb is basically not added for the purpose, but this does not mean that it cannot be technically added. That is, if only the free-cutting property is considered, the addition is not hindered. However, even in this case, it is preferable to suppress the addition amount to about 0.25 mass% or less from the viewpoint of environmental hygiene.
[0036]
In the present invention, it is important that the pseudo-polygonal ferrite contained in the structure is 5% or more in area ratio. This is because the pseudo-polygonal ferrite has the effect of facilitating the shear deformation of the steel material when generating chips during cutting, which facilitates chip generation, resulting in reduced cutting resistance and tool life. Or it is because it has the effect | action which improves machinability, such as chip disposal.
[0037]
In order to improve machinability, it is necessary that pseudopolygonal ferrite be present in an area ratio of 5% or more, more preferably 10 mass% or more.
[0038]
Below, the manufacturing method of the free-cutting steel of this invention is demonstrated.
First, regarding the production of the raw material, after melting in a conventionally known converter or electric furnace or the like, it is made into a slab or bloom by a continuous casting method or an agglomeration / separation method. Subsequently, it is made into a predetermined shape by hot rolling. At the time of hot rolling, in order to obtain a pseudopolygonal ferrite structure of 5% or more, controlled rolling with a finish rolling of 960 ° C. or lower and / or water cooling after completion of rolling (cooling rate of 5 to 80 ° C./s) It is effective to perform controlled cooling for cooling. Then, after forming into a predetermined part shape, it is set as a machine part. In some cases, nitriding or carburizing treatment is performed to obtain a product.
[0039]
【Example】
Steels having the chemical composition shown in Table 1 were melted in a converter, made into a bloom by continuous casting, hot rolled into a 150 mm square billet, and further rolled into a 30 mmφ steel bar. In the steel bar rolling, controlled rolling or controlled cooling was performed. The machinability of the steel bar thus obtained was investigated. The results are shown in Table 2.
[0040]
Here, the machinability test was performed by a peripheral turning test using a cemented carbide tool (PlO) under conditions of cutting speed: 200 m / min, feed: 0.25 mm / rev., Depth of cut: 2.Omm, and no lubrication. . The tool life evaluation was evaluated by the total cutting time until the carbide flank wear reached 0.2 mm.
[0041]
[Table 1]
Figure 0003778140
[0042]
[Table 2]
Figure 0003778140
[0043]
As shown in Table 2, the invention steels of No. 1 to No. 14 all have a carbide tool life of 14.8 to 37.Omin. Compared to 12.4min, very good life is obtained. As for the chip shape, good fine chips as small as 5 mm or less were obtained.
[0044]
On the other hand, among the comparative steels of No.15 to No.23, C is out of range for No.15, and the pseudopolygonal ferrite structure can no longer be obtained. The chip shape is significantly lowered and the chip shape is also deteriorated. In No. 16, since Si and O are outside the scope of the present invention, the tool life is reduced and the chip shape is deteriorated. No. 17 has a lower tool life because Mn is higher than the upper limit of the present invention. In No. 18, since Mn is lower than the lower limit of the present invention, the pseudo-polygonal ferrite structure fraction falls and falls outside the range, and the tool life and chip shape are deteriorated. In No. 19, since P was higher than the upper limit of the invention, hot cracking occurred during rolling, so rolling was stopped and evaluation was impossible. In No. 20, since S was higher than the upper limit of the invention, hot cracking occurred during rolling, so rolling was stopped and evaluation was impossible. In No. 21, since S is lower than the lower limit of the present invention, the tool life is reduced and the chip shape is deteriorated. No. 22 has a lower tool life because Nb is higher than the upper limit of the present invention. No. 23 was not able to be evaluated because O was higher than the upper limit of the present invention, and the steel ingot was internally broken and could not be rolled. No.24 was manufactured without subjecting the steel of steel symbol 11 to controlled rolling and controlled cooling, and the pseudopolygonal ferrite structure fraction was below the lower limit of the present invention, and the tool life decreased. The chip shape has also deteriorated.
[0045]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a steel material having machinability equivalent to or higher than that of a lead-added free-cutting steel can be obtained in the state of rolling without adding lead.

Claims (5)

C:0.15mass%未満、
Si:0.1mass%未満、
Mn:0.1〜4.0mass%、
S:0.05〜0.5mass%、
P:0.2mass%以下、
Nb:0.1mass%以下および
O:0.0015〜0.050mass%
を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、かつ組織中に擬ポリゴナルフェライトを面積率で5%以上含むことを特徴とする快削鋼。
C: Less than 0.15 mass%,
Si: less than 0.1 mass%
Mn: 0.1-4.0mass%,
S: 0.05-0.5 mass%,
P: 0.2 mass% or less,
Nb: 0.1 mass% or less and O: 0.0015 to 0.050 mass%
A free-cutting steel characterized in that the balance is made of Fe and inevitable impurities, and the structure contains pseudopolygonal ferrite in an area ratio of 5% or more.
請求項1において、さらにCu:2.0mass%以下、Ni:2.0mass%以下、Cr:3.0mass%以下およびMo:2.0mass%以下のいずれか1種または2種以上を含有することを特徴とする快削鋼。In Claim 1, Cu: 2.0mass% or less, Ni: 2.0mass% or less, Cr: 3.0mass% or less and Mo: 2.0mass% or less are contained 1 type or 2 types or more, It is characterized by the above-mentioned. Free-cutting steel. 請求項1または請求項2において、さらにW:0.1mass%以下およびV:0.5mass%以下のいずれか1種または2種を含有することを特徴とする快削鋼。The free-cutting steel according to claim 1 or 2, further comprising any one or two of W: 0.1 mass% or less and V: 0.5 mass% or less. 請求項1、2または3において、さらにTe:0.2mass%以下、Se:0.2mass%以下、Sn:0.3mass%以下、Zr:0.2mass%以下、Ca:0.02mass%以下、REM:0.03mass%以下、Bi:0.3mass%以下、Sb:0.2mass%以下、Co:0.1mass%以下、N:0.04mass%以下のいずれか1種または2種以上を含有することを特徴とする快削鋼。In Claim 1, 2, or 3, Furthermore, Te: 0.2 mass% or less, Se: 0.2 mass% or less, Sn: 0.3 mass% or less, Zr: 0.2 mass% or less, Ca: 0.02 mass% or less, REM: 0.03 mass% A free-cutting steel characterized by containing one or more of Bi: 0.3 mass% or less, Sb: 0.2 mass% or less, Co: 0.1 mass% or less, and N: 0.04 mass% or less. 請求項1ないし4のいずれかにおいて、さらにMg:0.02mass%以下、Hf:0.1mass%以下およびAl:1.0mass%以下のいずれか1種または2種以上を含有することを特徴とする快削鋼。The free cutting according to any one of claims 1 to 4, further comprising any one or more of Mg: 0.02 mass% or less, Hf: 0.1 mass% or less, and Al: 1.0 mass% or less. steel.
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