JP3898959B2 - 快削鋼 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は切削加工で成形し、自動車や産業機械などの部品として使用する機械構造用鋼に関わり、特にセメンタイトを黒鉛化することで被削性が向上した黒鉛鋼に関わるものである。
【０００２】
【従来の技術】
中炭素鋼の組織をフェライトと黒鉛の組織にすることにより切削性が向上することは従来から知られており、黒鉛による切削性の向上は、層間結合力が弱い結晶構造をもつことから潤滑性に優れること、あるいは黒鉛がチップブレーカーとして機能するためと考えられ、その技術は特開昭４９−６７８１６号公報に開示されている。しかしながら、この方法では切削工具寿命はＰｂ快削鋼並に向上するものの、工具と被削材の間に形成される構成刃先が大きく成長することにより切削面の表面粗さが粗くなる問題が残されている。
【０００３】
切削面粗さを改善する手段として特開平６−２１２３５２号公報では工具と被削材の界面に潤滑性に優れたＰｂ、Ｂｉ、ＭｎＳ、ＭｎＴｅ、ＭｎＳｅなどの被膜を形成させることで工具とフェライトの凝着を防止し、構成刃先の生成を抑制できることが開示されている。しかし、ＰｂやＢｉ、Ｓの多量添加は著しく黒鉛化を阻害し、黒鉛化のための焼鈍時間を延長しなくてはならず、製造コストが増加する問題が残されている。
【０００４】
一方、黒鉛の析出を促進する手段として特開平２−１１１８４２号公報では、ＢＮを黒鉛の析出核として利用することが有効であり、この結果、黒鉛粒径は約５〜１０μｍ程度に微細化することが開示されている。しかし、本発明者らの調査によると、この方法では黒鉛粒径は微細化されているものの黒鉛間の最大距離は１００μｍ程度あり黒鉛分散は不均一である。この原因は、ＢＮはγ粒界やＭｎＳ上に析出するため、熱間圧延方向に伸長化したＭｎＳ上にＢＮが列状に析出したり、旧γ粒界に沿って編み目状にＢＮが析出した結果、黒鉛も列状や網目状に析出し不均一分散になる。更に、ＢＮを黒鉛析出核に利用するにはＢＮ析出のための熱処理が必要となり熱処理工程が増加し製造コストが上昇する。制御圧延によりＢＮの析出処理を圧延中に行うことも想定できるが、精密な温度管理が必要となる等、製造工程が制約される課題が残されている。また、ＢＮの利用では黒鉛の不均一分散が原因で切削面粗さが改善しない問題が残されている。
【０００５】
また、特開平７−３３９０号公報では、Ｚｒの添加によりＺｒＮが黒鉛化を阻害する固溶Ｎを低減し、黒鉛化を促進することが開示されている。更に、特開平１０−１４０２８１号公報ではＣａとＺｒの複合添加によりこれらの複合硫化物を生成し、ＢＮの析出核として機能した結果、５〜１０ｈの焼鈍で黒鉛化率が７０％になることが開示されている。しかし、これらの従来方法ではＺｒの炭窒化物あるいはＺｒの硫化物を生成するために、約０．０１〜０．２ｍａｓｓ．％のＺｒの多量添加が必要である。このため１０μｍを超える粗大なＺｒ（ＣＮ）やＺｒＳ等の析出物が生成し、疲労強度や靭性などの機械的特性を劣化したり、硬質なＺｒ（ＣＮ）が工具の摩耗を促進し工具寿命が劣化する問題が残されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は切削工具寿命に優れると共に、切削表面粗さも優れた黒鉛快削鋼を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは黒鉛快削鋼の炭素含有量を０．８％超とし、かつＳ量を０．０５％以上として、Ｚｒを微量添加することで、切削工具寿命と切削面粗さの両立が可能となることを見出した。被削性の改善機構は、黒鉛とフェライトの二相構造により適度に構成刃先が成長し工具摩耗を抑制すると共に、高Ｃ、高Ｓ化により潤滑性が向上したことに加えて黒鉛の均一微細分散化により、構成刃先の成長が適度に抑制された結果、工具と被削材の間の過剰な隙間を防止し切削表面粗さが改善したと考えられる。
【０００８】
炭素含有量が０．８％を超える鋼では、セメンタイトを黒鉛化した際に黒鉛粒径が粗大化し、不均一分散となり切削面粗さが劣化する。黒鉛の粗大不均一分散の原因は、黒鉛体積率が多いことに加え、高炭素化により溶鋼中の酸素濃度が低下し、黒鉛の析出核となるＡｌ2Ｏ3等の酸化物が減少したことによると考えられる。
【０００９】
一方、Ｓ含有量が０．０５％を超える鋼は黒鉛化時間を著しく長時間化する。ＭｎＳなどの硫化物として析出していないＳが黒鉛化を著しく阻害していると考えられる。
【００１０】
本発明者らは、鋼にＺｒを微量添加することにより、０．８％を超える高炭素鋼で、かつＳを０．０５％以上含有しても酸化物が微細分散し、それらを析出核にして黒鉛が均一微細に分散し、切削面の粗さを改善すると共に、黒鉛化時間も著しく短縮化することを見出した。
【００１１】
Ｚｒの添加による酸化物の微細分散化効果はとりわけＣａＯやＴｉ2Ｏ3等の酸化物で顕著に認められ、またこれらの酸化物を核に析出するＭｎＳも顕著な微細分散化が認められる。ＣａＯやＴｉ2Ｏ3、あるいはＭｎＳなどは黒鉛の析出サイトとして機能するため、Ｚｒ添加によりこれらの酸化物や硫化物を微細分散させた鋼材は、焼鈍処理を行うことでこれらの酸化物や硫化物を核として黒鉛が析出する。また酸化物や硫化物はＢＮなどの炭窒化物と異なり溶鋼中あるいはγ単相域で析出するため組織の影響を受けずに均一分散させることができる。更に黒鉛の析出サイトが多量分散することにより黒鉛化速度が増加し黒鉛化に要する焼鈍時間も短縮化できる。
【００１２】
従来からＺｒを含有した黒鉛鋼は知られていたが、本発明はＺｒの添加量を０．００５％以下にすることでＺｒＳ、ＺｒＮ、ＺｒＣの生成を抑制したことがポイントである。従来技術によるＺｒを利用した硫化物の形態制御は硫化物の組成をＭｎＳから変形能が小さい（Ｚｒ、Ｘ）Ｓとしたことによる。このためＺｒの添加量は０．０１ｍａｓｓ．％以上とする必要があった。しかし、Ｚｒの多量添加は粗大な（Ｚｒ、Ｘ）Ｓあるいは硬質なＺｒ（ＮＣ）を生成し、機械的特性が劣化する。本発明では、逆にＺｒの添加量を０．０００５〜０．００５％の範囲にすることで、（Ｚｒ、Ｘ）Ｓ及びＺｒ（ＣＮ）の析出を抑制し、即ち含有Ｚｒの内、ＺｒＳあるいはＺｒ（ＣＮ）として析出するＺｒ量を約５０％以下に抑制し機械的特性を劣化させる粗大な介在物や硬質なＺｒ（ＣＮ）の生成を防止した。この際、添加Ｚｒは酸化物Ｔｉ2Ｏ3やＣａＯに固溶することで、酸化物のサイズが均一微細化し、更に酸化物を核に析出するＭｎＳの均一微細分散をなし得た。この結果、酸化物やＭｎＳを核に析出する黒鉛の析出制御を達成するに至った。
【００１３】
更に、黒鉛の析出サイトが多量分散することにより黒鉛化速度が増加し黒鉛化に要する焼鈍時間も短縮化できる。本発明者は以上のような知見に基づき従来困難であった高Ｃかつ高Ｓの鋼でも短時間で黒鉛化が可能であり、切削面の粗さに優れた黒鉛快削鋼を得るに至った。
【００１４】
本発明の要旨は以下の通りである。
【００１５】
（１） 質量％で、
Ｃ：０．８超〜２．０％、
Ｓｉ：０．５〜２．０％、
Ｍｎ：０．１〜２．０％、
Ｐ：０．５％以下（０％含む）、
Ｓ：０．０５〜０．５％、
Ｃｕ：０．０１〜１．０％、
Ｚｒ：０．０００５〜０．００５％、
Ｎ：０．０００１〜０．０２％
Ａｌ：０．００１〜０．０４％
を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物であり、Ｚｒを含む酸化物を１０3個／ｍｍ2以上含有し、質量％で０．１％以上の黒鉛を含有することを特徴とする快削鋼。
【００１６】
（２） 更に、質量％で、
Ｔｉ：０．００５〜０．０５％、
Ｃａ：０．０００５〜０．００５％、
Ｍｇ：０．０００５〜０．００５％
の１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１記載の快削鋼。
【００１７】
（３） 更に、質量％で、
Ｍｏ：０．０１〜０．５％、
Ｃｒ：０．０１〜０．７％、
Ｎｉ：０．０５〜３％、
Ｃｏ：０．０５〜３％、
Ｂ ：０．０００１〜０．０１％
の１種または２種以上を含有することを特徴とする上記（１）または（２）記載の快削鋼である。
【００１８】
（４） 更に、質量％で
Ｎｂ：０．００５〜０．０８％、
Ｖ ：０．００５〜０．２％、
の１種または２種以上を含有することを特徴とする上記（１）乃至（３）の内のいずれかに記載の快削鋼である。
【００１９】
（５） 更に、質量％で
Ｐｂ：０．０５％以下、
Ｂｉ：０．０５％以下、
Ｓｎ：０．０５〜０．２％、
Ｔｅ：０．００２〜０．０２％、
Ｓｅ：０．００２〜０．０２％
の１種または２種以上を含有することを特徴とする上記（１）乃至（４）の内のいずれかに記載の快削鋼である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の化学成分の請求範囲を上記のように定めた理由を以下に示す。
【００２１】
Ｃは黒鉛を生成し切削工具寿命を向上させる。工具寿命改善に必要な黒鉛量を十分確保するためその下限値を０．８％超とした。２．０％を超えると熱間延性が劣化し連続鋳造性の際、割れが発生しやすくなるため上限を２．０％とした。
【００２２】
Ｓｉは黒鉛化を促進する有力な元素の一つである。短時間の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％である。ただしＳｉ含有量が増大するとフェライト相が固溶硬化し切削工具寿命の劣化を招くので、上限値を２．０％とした。
【００２３】
ＭｎはＳと結合してＭｎＳ、あるいはマトリックス中に固溶Ｍｎとして存在する。ＭｎＳは単独あるいは複合介在物を形成し黒鉛の生成サイトとなると共に、潤滑性を向上し切削面粗さを改善する。十分なＭｎＳ量を確保するしためその下限値を０．１％とした。ただし固溶Ｍｎ量が大きくなると黒鉛化を著しく阻害するので上限値は２．０％とした。
【００２４】
Ｐは鋼中で粒界偏析や中心偏析を起こし靭性劣化の原因となるので少ないほど望ましいが、一方で切削面の粗さを改善するため、その上限値を０．５％（０％を含む）とした。
ＳはＭｎ、ＣｕあるいはＭｇ等の合金元素と反応して硫化物として存在する。これらの硫化物は黒鉛の核生成サイトとして機能すると共に、潤滑性が向上し切削面粗さを改善する。ただし０．０５％未満では十分な量の硫化物が確保できず、またＳ量が多すぎると熱間延性を劣化させるため上限値を０．５％とした。
【００２５】
Ｃｕはセメンタイトを不安定化させると共に硫化物を生成し黒鉛化を促進する。０．０１％未満では効果が不十分であり、また１％を超えて添加しても効果は飽和する。
【００２６】
ＺｒはＣａＯやＴｉ2Ｏ3などの酸化物やＭｎＳなどの硫化物を微細分散化させる。これらの酸化物や硫化物は黒鉛の析出サイトとして有効に機能し黒鉛の均一分散化及び短時間黒鉛化に有効である。ただし、Ｚｒの添加量が０．０００５％未満ではこれらの効果が認められず、０．００５％を超えて添加すると粗大な（Ｚｒ、Ｘ）Ｓや硬質なＺｒ（ＣＮ）を形成し、Ｚｒによる酸化物の微細化効果が減少するだけでなく破壊特性や被削性を劣化させる。
【００２７】
ＮはＡｌやＴｉと結合してＡｌＮやＴｉＮを生成し、結晶粒の細粒化に有効であり、変形能を向上させる。０．０００１％未満では効果がなく、０．０２％を超えて添加しても効果が飽和するばかりでなく黒鉛化を著しく阻害する。
【００２８】
ＡｌはＯと結合して酸化物、あるいはＮと結合してＡｌＮを形成する。ＡｌＮは結晶粒の細粒化に有効であり、焼入れ焼戻し後の靭性を向上させる。０．００１％未満ではＡｌＮの量が不十分で細粒化効果が現れず、０．０４％を超えるとＡｌ脱酸が支配的になりＺｒの効果が飽和する。
【００２９】
Ｔｉは酸化物Ｔｉ2Ｏ3や炭窒化物ＴｉＮあるいはＴｉＣを形成する。Ｚｒとの複合析出した酸化物は単独あるいはＭｎＳとの複合体を形成し黒鉛の析出サイトとして機能する。一方、炭窒化物はピンニング粒子として機能しγ粒の成長を抑制する効果があり破壊靭性値を向上させる。０．００５％未満では黒鉛の析出促進効果あるいは結晶粒細粒化の効果は小さく、また０．０５％を超えて添加すると逆に靭性が劣化すると共に被削性も劣化する。
【００３０】
Ｃａは酸化物ＣａＯを形成する。Ｚｒと複合析出したＣａＯは単独あるいはＭｎＳとの複合体を形成し黒鉛の析出サイトとして機能する。０．０００５％未満では効果は少なく、０．００５％を超えて添加するとＣａ脱酸が支配的となり粗大なＣａＯが形成され破壊特性が劣化する。
Ｍｇは酸化物ＭｇＯやＭｇＡｌ2Ｏ4を形成し、これらの単独あるいはＺｒとの複合介在物は黒鉛の析出サイトとして機能する。０．０００５％未満では効果が少なく、０．００５％以上含有するには製鋼コストが増加する。
【００３１】
Ｍｏは焼入性を確保するために添加する。焼入性の効果を十分得るために、添加量の下限値を０．０１％とした。また０．５％を超えて添加するとフェライト地の硬さが上昇し被削性が劣化すると共に黒鉛化を阻害する。
【００３２】
Ｃｒは焼入性を確保するために添加する。焼入性の効果を十分得るために添加量の下限値を０．０１％とした。また０．７％を超えて添加すると著しく黒鉛化を阻害する。
【００３３】
Ｎｉ、Ｃｏはセメンタイトを不安定化させ黒鉛化を促進させると共に、焼入性を高め強度を確保するのに効果的である。０．０５％未満では効果が不十分であり、また３％を超えて添加しても効果は飽和する共に経済的に極めて不利となる。
【００３４】
Ｂは焼入れ性の向上を目的に添加する。効果を得るには０．０００１％以上を添加しなければならない。ただし０．０１％以上添加すると黒鉛化を阻害すると共に、Ｂ化合物が粒界に析出し破壊靭性を劣化させる。
【００３５】
ＮｂはＮｂＣあるいはＮｂＮを形成し、ピンニング粒子として機能しγ粒の成長を抑制する効果があり破壊靭性値を向上させる。０．００５％未満では結晶粒細粒化の効果は小さく、また０．０８％を超えて添加すると逆に靭性が劣化すると共に被削性も劣化する。
【００３６】
ＶはＶＣあるいはＶＮを形成し、ピンニング粒子として機能しγ粒の成長を抑制する効果があり破壊靭性値を向上させる。０．００５％未満では結晶粒細粒化の効果は小さく、また０．２％を超えて添加すると逆に靭性が劣化すると共に被削性も劣化する。
【００３７】
Ｐｂ、Ｂｉは工具と被削材の界面において凝着を抑制する作用があるので、切削仕上げ面粗さを顕著に改善するが、０．０５％を超えると黒鉛化を著しく阻害するため上限をそれぞれ０．０５％とした。
【００３８】
ＳｎもＰｂ、Ｂｉと同様に仕上げ面粗さを改善する効果がある。両者共に０．０５％未満では効果が少なく、０．２％を超えると効果が飽和する。
【００３９】
Ｔｅ、Ｓｅも同様に切削仕上げ面を改善する効果がある。０．００２％未満では効果が小さく、０．０２％を超えると熱間加工性が低下する。
【００４０】
本発明ではＺｒを含有する酸化物を特定の個数含有する。Ｚｒを含有する酸化物とはＴｉ2Ｏ3やＣａＯなどの酸化物中にＺｒを含有した酸化物である。このようにＺｒが酸化物中に固溶することで酸化物のサイズは微細化し、個数が増加する。これらの酸化物は直接あるいはＭｎＳを媒介にして黒鉛の析出サイトとして機能し、黒鉛を均一分散化させる。Ｚｒを含む酸化物の個数が１０3個／ｍｍ2未満であれば析出サイトが不足し黒鉛は均一に分散することなく、切削面の粗さが劣化する。
【００４１】
更に、本発明では含有炭素の一部を黒鉛化させる。黒鉛の質量％が０．１％未満では黒鉛のもつ潤滑性を確保できず被削性が劣化するため、黒鉛量の下限を０．１％とした。
【００４２】
熱間圧延あるいは熱間鍛造における加工温度、冷却速度を制御するか、焼鈍時間等を制御することによって、鋼中炭素の一部を黒鉛の形態で析出させて０．１％以上の黒鉛を含有させることができる。
【００４３】
【実施例】
表１に示す成分の鋼を溶製鋳造し、分塊圧延によりビレットを製造した。次いでビレットを再加熱してφ２０のサイズに熱間圧延した。表２に次式で表される硫化物または炭窒化物として析出するＺｒの分率、
（ＺｒＳ中のＺｒ量＋Ｚｒ（ＣＮ）中のＺｒ量）／鋼の全Ｚｒ含有量×１００
及び、主たる酸化物の種類、Ｚｒを含有する酸化物の個数、粗大Ｚｒ介在物の有無を示す。更に、黒鉛化率９０％までの焼鈍時間を示す。Ｚｒの分率の測定は化学分析により求めた。ここで鋼中Ｚｒの分析方法であるが、ＪＩＳ Ｇ １２３７−１９９７付属書３と同様の方法でサンプルを処理した後、鋼中Ｎｂ量の分析と同様に鋼中Ｚｒ量をＩＣＰ（誘導結合プラズマ発光分光分析法）によって測定した。ただし、本発明での実施例の測定に供したサンプルは２ｇ／鋼種で、ＩＣＰにおける検量線も微量Ｚｒに適するように設定して測定した。即ち、Ｚｒ濃度が１〜２００ｐｐｍとなるようにＺｒ標準液を希釈して異なるＺｒ濃度の溶液を作成し、そのＺｒ量を測定することで検量線を作成した。なおこれらのＩＣＰに関する共通的な方法についてはＪＩＳ Ｋ ０１１６−１９９５（発光分光分析方法通則）及びＪＩＳ Ｚ ８００２−１９９１ （分析、試験の許容差通則）による。
【００４４】
【表１】
【００４５】
【表２】
【００４６】
主たる酸化物の組成とＺｒを含有する酸化物の個数は、熱間圧延後の棒鋼を１２００℃に６０分間加熱し水焼入れしたサンプルの１／２Ｒ部より抽出レプリカ試料を作製し、ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）を用いて５００００倍の倍率で１０００μｍ2の面積を観察することで評価した。介在物の同定はエネルギー分散型Ｘ線検出器（ＥＤＳ）と、ＴＥＭ電子線回折で行った。
【００４７】
粗大Ｚｒ介在物は黒鉛化焼鈍後の棒鋼の１／２Ｒ部より採取したサンプルを用いＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）により総視野１ｍｍ2を観察することで評価した。１０μｍを超えるＺｒを含有する介在物を粗大Ｚｒ介在物とした。視野中に観察されたＺｒ系介在物がいずれも１０以下の場合、無しとした。
【００４８】
黒鉛化率９０％までの焼鈍時間は、熱間圧延材を７００℃の焼鈍炉に種々の時間保持し次式で示される黒鉛化率を求め、黒鉛化率が９０％に達する焼鈍時間とした。
黒鉛化率（％）=（鋼中黒鉛含有量／鋼の炭素含有量）×１００
ここで、炭素含有量及び黒鉛含有量は化学分析により定量した。
【００４９】
表２に示したように本発明鋼の請求範囲を満足する鋼１〜２１は含有Ｚｒの内ＺｒＳあるいはＺｒ（ＣＮ）の形態で析出している割合はいずれも２４％以下である。また主な酸化物はＺｒを含有したＡｌ2Ｏ3やＴｉ2Ｏ3やＣａＯあるいはＭｇＡｌ2Ｏ4などである。機械的特性や被削性を劣化させる粗大Ｚｒ系介在物の生成が顕著に抑制されている。更に、黒鉛化率９０％までの焼鈍時間は本発明鋼はいずれも１１ｈ以下である。Ｚｒを含有しない鋼種３１、Ｃｕを含有しない鋼２９は、それぞれ２６ｈ、２４ｈで黒鉛化が遅延する。Ｚｒの含有量が本発明範囲を超える鋼種は、１９μｍ以上の粗大なＺｒ系介在物を生成する。
【００５０】
被削性試験結果は表３に示す。被削性試験に用いた供試材は表１の鋼種１〜３４である。表３に示す、熱間圧延後の棒鋼の焼鈍条件を制御した黒鉛化処理、あるいは熱間鍛造または熱間圧延の条件を制御した黒鉛化処理を行った。鋼種１８、１９は１２５０℃で熱間鍛造し、空冷した材料を用いた。鋼種２０、２１は圧延温度を制御して黒鉛含有量を調整した熱間圧延ままの棒鋼を用いた。鋼中の黒鉛含有量は化学分析により定量した。被削性の評価にはドリル寿命（ＶＬ１０００）と切削面粗さ（Ｒｚ）で評価した。
【００５１】
【表３】
【００５２】
ここでドリル寿命を示す指標ＶＬ１０００とは累積穴深さ１０００ｍｍまで穿孔可能な最大のドリル周速のことで、この値が大きいほど高速で切削可能であり、被削性に優れることを意味する。被削性の評価には黒鉛化焼鈍後のサンプルを用いた。なお、鋼１６は熱間圧延ままサンプルで評価した。切削試験は講義寿命を示す指標であるＶＬ１０００で評価した。φ５ｍｍのストレートドリルを用い送り０．３３ｍｍ／ｒｅｖで水溶性切削油を用いて、ドリル周速を変化させてドリル折損までの累積穿孔深さを測定し、それをもとにＶＬ１０００を求めた。
【００５３】
切削面粗さはプランジ切削したときの切削表面を蝕針式粗さ計で測定しＪＩＳＢ０６０１に準拠した十点平均粗さＲｚで評価した。切削条件はプランジ切削用高速度工具ＳＫＨ５７を用いて、切削速度８０ｍ／ｍｉｎ、送り０．０５ｍ／ｒｅｖで表面粗さＲｚを評価した。
【００５４】
硫黄快削鋼ＳＵＭ２３のＶＬ１０００は９０ｍ／ｍｉｎであり、黒鉛の含有量が０．１％を超える鋼のＶＬ１０００はいずれの鋼種でも硫黄快削鋼より優れた工具寿命である。図１に黒鉛量と工具寿命ＶＬ１０００との関係を示す。図２にＺｒ含有量と工具寿命ＶＬ１０００の関係を示す。Ｚｒ量が０．００５％を超える鋼ではＶＬ１０００が劣化する。
【００５５】
一方切削面粗さは、図３に示すようにＳ量の増加に伴い減少する。硫黄快削鋼ＳＵＭ２３の切削面粗さは２６μｍであり、Ｓ量が０．０５〜０．５％の範囲とすることでＲｚはＳＵＭ２３より小さくなり切削面粗さに優れる。Ｓ量が０．０５％〜０．５％の範囲でもＣ量が本発明の範囲を外れる鋼種は切削面粗さが劣化する。図４にＣ量とＲｚの関係を示す。Ｃ量の増加に伴い、Ｒｚが低下し、Ｃ量が０．８超〜２．０％の範囲ではＳＵＭ２３より小さくなり切削面粗さに優れる。本発明の範囲を満たす鋼種は硫黄快削鋼ＳＵＭ２３より優れた切削面粗さである。
【００５６】
本請求範囲を満たす鋼は切削工具寿命と切削面粗さの両面において硫黄快削鋼より優れた特性を示し、被削性が優れている。
【００５７】
【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、黒鉛が微細分散し、切削工具寿命と切削仕上げ面粗さに優れた黒鉛鋼を低コストで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るものがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】工具寿命に及ぼす黒鉛量の影響を示す図である。
【図２】工具寿命に及ぼすＺｒ含有量の影響を示す図である。
【図３】切削表面粗さに及ぼすＳ含有量の影響を示す図である。
【図４】切削表面粗さに及ぼすＣ含有量の影響を示す図である。
【発明の属する技術分野】
本発明は切削加工で成形し、自動車や産業機械などの部品として使用する機械構造用鋼に関わり、特にセメンタイトを黒鉛化することで被削性が向上した黒鉛鋼に関わるものである。
【０００２】
【従来の技術】
中炭素鋼の組織をフェライトと黒鉛の組織にすることにより切削性が向上することは従来から知られており、黒鉛による切削性の向上は、層間結合力が弱い結晶構造をもつことから潤滑性に優れること、あるいは黒鉛がチップブレーカーとして機能するためと考えられ、その技術は特開昭４９−６７８１６号公報に開示されている。しかしながら、この方法では切削工具寿命はＰｂ快削鋼並に向上するものの、工具と被削材の間に形成される構成刃先が大きく成長することにより切削面の表面粗さが粗くなる問題が残されている。
【０００３】
切削面粗さを改善する手段として特開平６−２１２３５２号公報では工具と被削材の界面に潤滑性に優れたＰｂ、Ｂｉ、ＭｎＳ、ＭｎＴｅ、ＭｎＳｅなどの被膜を形成させることで工具とフェライトの凝着を防止し、構成刃先の生成を抑制できることが開示されている。しかし、ＰｂやＢｉ、Ｓの多量添加は著しく黒鉛化を阻害し、黒鉛化のための焼鈍時間を延長しなくてはならず、製造コストが増加する問題が残されている。
【０００４】
一方、黒鉛の析出を促進する手段として特開平２−１１１８４２号公報では、ＢＮを黒鉛の析出核として利用することが有効であり、この結果、黒鉛粒径は約５〜１０μｍ程度に微細化することが開示されている。しかし、本発明者らの調査によると、この方法では黒鉛粒径は微細化されているものの黒鉛間の最大距離は１００μｍ程度あり黒鉛分散は不均一である。この原因は、ＢＮはγ粒界やＭｎＳ上に析出するため、熱間圧延方向に伸長化したＭｎＳ上にＢＮが列状に析出したり、旧γ粒界に沿って編み目状にＢＮが析出した結果、黒鉛も列状や網目状に析出し不均一分散になる。更に、ＢＮを黒鉛析出核に利用するにはＢＮ析出のための熱処理が必要となり熱処理工程が増加し製造コストが上昇する。制御圧延によりＢＮの析出処理を圧延中に行うことも想定できるが、精密な温度管理が必要となる等、製造工程が制約される課題が残されている。また、ＢＮの利用では黒鉛の不均一分散が原因で切削面粗さが改善しない問題が残されている。
【０００５】
また、特開平７−３３９０号公報では、Ｚｒの添加によりＺｒＮが黒鉛化を阻害する固溶Ｎを低減し、黒鉛化を促進することが開示されている。更に、特開平１０−１４０２８１号公報ではＣａとＺｒの複合添加によりこれらの複合硫化物を生成し、ＢＮの析出核として機能した結果、５〜１０ｈの焼鈍で黒鉛化率が７０％になることが開示されている。しかし、これらの従来方法ではＺｒの炭窒化物あるいはＺｒの硫化物を生成するために、約０．０１〜０．２ｍａｓｓ．％のＺｒの多量添加が必要である。このため１０μｍを超える粗大なＺｒ（ＣＮ）やＺｒＳ等の析出物が生成し、疲労強度や靭性などの機械的特性を劣化したり、硬質なＺｒ（ＣＮ）が工具の摩耗を促進し工具寿命が劣化する問題が残されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は切削工具寿命に優れると共に、切削表面粗さも優れた黒鉛快削鋼を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは黒鉛快削鋼の炭素含有量を０．８％超とし、かつＳ量を０．０５％以上として、Ｚｒを微量添加することで、切削工具寿命と切削面粗さの両立が可能となることを見出した。被削性の改善機構は、黒鉛とフェライトの二相構造により適度に構成刃先が成長し工具摩耗を抑制すると共に、高Ｃ、高Ｓ化により潤滑性が向上したことに加えて黒鉛の均一微細分散化により、構成刃先の成長が適度に抑制された結果、工具と被削材の間の過剰な隙間を防止し切削表面粗さが改善したと考えられる。
【０００８】
炭素含有量が０．８％を超える鋼では、セメンタイトを黒鉛化した際に黒鉛粒径が粗大化し、不均一分散となり切削面粗さが劣化する。黒鉛の粗大不均一分散の原因は、黒鉛体積率が多いことに加え、高炭素化により溶鋼中の酸素濃度が低下し、黒鉛の析出核となるＡｌ2Ｏ3等の酸化物が減少したことによると考えられる。
【０００９】
一方、Ｓ含有量が０．０５％を超える鋼は黒鉛化時間を著しく長時間化する。ＭｎＳなどの硫化物として析出していないＳが黒鉛化を著しく阻害していると考えられる。
【００１０】
本発明者らは、鋼にＺｒを微量添加することにより、０．８％を超える高炭素鋼で、かつＳを０．０５％以上含有しても酸化物が微細分散し、それらを析出核にして黒鉛が均一微細に分散し、切削面の粗さを改善すると共に、黒鉛化時間も著しく短縮化することを見出した。
【００１１】
Ｚｒの添加による酸化物の微細分散化効果はとりわけＣａＯやＴｉ2Ｏ3等の酸化物で顕著に認められ、またこれらの酸化物を核に析出するＭｎＳも顕著な微細分散化が認められる。ＣａＯやＴｉ2Ｏ3、あるいはＭｎＳなどは黒鉛の析出サイトとして機能するため、Ｚｒ添加によりこれらの酸化物や硫化物を微細分散させた鋼材は、焼鈍処理を行うことでこれらの酸化物や硫化物を核として黒鉛が析出する。また酸化物や硫化物はＢＮなどの炭窒化物と異なり溶鋼中あるいはγ単相域で析出するため組織の影響を受けずに均一分散させることができる。更に黒鉛の析出サイトが多量分散することにより黒鉛化速度が増加し黒鉛化に要する焼鈍時間も短縮化できる。
【００１２】
従来からＺｒを含有した黒鉛鋼は知られていたが、本発明はＺｒの添加量を０．００５％以下にすることでＺｒＳ、ＺｒＮ、ＺｒＣの生成を抑制したことがポイントである。従来技術によるＺｒを利用した硫化物の形態制御は硫化物の組成をＭｎＳから変形能が小さい（Ｚｒ、Ｘ）Ｓとしたことによる。このためＺｒの添加量は０．０１ｍａｓｓ．％以上とする必要があった。しかし、Ｚｒの多量添加は粗大な（Ｚｒ、Ｘ）Ｓあるいは硬質なＺｒ（ＮＣ）を生成し、機械的特性が劣化する。本発明では、逆にＺｒの添加量を０．０００５〜０．００５％の範囲にすることで、（Ｚｒ、Ｘ）Ｓ及びＺｒ（ＣＮ）の析出を抑制し、即ち含有Ｚｒの内、ＺｒＳあるいはＺｒ（ＣＮ）として析出するＺｒ量を約５０％以下に抑制し機械的特性を劣化させる粗大な介在物や硬質なＺｒ（ＣＮ）の生成を防止した。この際、添加Ｚｒは酸化物Ｔｉ2Ｏ3やＣａＯに固溶することで、酸化物のサイズが均一微細化し、更に酸化物を核に析出するＭｎＳの均一微細分散をなし得た。この結果、酸化物やＭｎＳを核に析出する黒鉛の析出制御を達成するに至った。
【００１３】
更に、黒鉛の析出サイトが多量分散することにより黒鉛化速度が増加し黒鉛化に要する焼鈍時間も短縮化できる。本発明者は以上のような知見に基づき従来困難であった高Ｃかつ高Ｓの鋼でも短時間で黒鉛化が可能であり、切削面の粗さに優れた黒鉛快削鋼を得るに至った。
【００１４】
本発明の要旨は以下の通りである。
【００１５】
（１） 質量％で、
Ｃ：０．８超〜２．０％、
Ｓｉ：０．５〜２．０％、
Ｍｎ：０．１〜２．０％、
Ｐ：０．５％以下（０％含む）、
Ｓ：０．０５〜０．５％、
Ｃｕ：０．０１〜１．０％、
Ｚｒ：０．０００５〜０．００５％、
Ｎ：０．０００１〜０．０２％
Ａｌ：０．００１〜０．０４％
を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物であり、Ｚｒを含む酸化物を１０3個／ｍｍ2以上含有し、質量％で０．１％以上の黒鉛を含有することを特徴とする快削鋼。
【００１６】
（２） 更に、質量％で、
Ｔｉ：０．００５〜０．０５％、
Ｃａ：０．０００５〜０．００５％、
Ｍｇ：０．０００５〜０．００５％
の１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１記載の快削鋼。
【００１７】
（３） 更に、質量％で、
Ｍｏ：０．０１〜０．５％、
Ｃｒ：０．０１〜０．７％、
Ｎｉ：０．０５〜３％、
Ｃｏ：０．０５〜３％、
Ｂ ：０．０００１〜０．０１％
の１種または２種以上を含有することを特徴とする上記（１）または（２）記載の快削鋼である。
【００１８】
（４） 更に、質量％で
Ｎｂ：０．００５〜０．０８％、
Ｖ ：０．００５〜０．２％、
の１種または２種以上を含有することを特徴とする上記（１）乃至（３）の内のいずれかに記載の快削鋼である。
【００１９】
（５） 更に、質量％で
Ｐｂ：０．０５％以下、
Ｂｉ：０．０５％以下、
Ｓｎ：０．０５〜０．２％、
Ｔｅ：０．００２〜０．０２％、
Ｓｅ：０．００２〜０．０２％
の１種または２種以上を含有することを特徴とする上記（１）乃至（４）の内のいずれかに記載の快削鋼である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の化学成分の請求範囲を上記のように定めた理由を以下に示す。
【００２１】
Ｃは黒鉛を生成し切削工具寿命を向上させる。工具寿命改善に必要な黒鉛量を十分確保するためその下限値を０．８％超とした。２．０％を超えると熱間延性が劣化し連続鋳造性の際、割れが発生しやすくなるため上限を２．０％とした。
【００２２】
Ｓｉは黒鉛化を促進する有力な元素の一つである。短時間の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％である。ただしＳｉ含有量が増大するとフェライト相が固溶硬化し切削工具寿命の劣化を招くので、上限値を２．０％とした。
【００２３】
ＭｎはＳと結合してＭｎＳ、あるいはマトリックス中に固溶Ｍｎとして存在する。ＭｎＳは単独あるいは複合介在物を形成し黒鉛の生成サイトとなると共に、潤滑性を向上し切削面粗さを改善する。十分なＭｎＳ量を確保するしためその下限値を０．１％とした。ただし固溶Ｍｎ量が大きくなると黒鉛化を著しく阻害するので上限値は２．０％とした。
【００２４】
Ｐは鋼中で粒界偏析や中心偏析を起こし靭性劣化の原因となるので少ないほど望ましいが、一方で切削面の粗さを改善するため、その上限値を０．５％（０％を含む）とした。
ＳはＭｎ、ＣｕあるいはＭｇ等の合金元素と反応して硫化物として存在する。これらの硫化物は黒鉛の核生成サイトとして機能すると共に、潤滑性が向上し切削面粗さを改善する。ただし０．０５％未満では十分な量の硫化物が確保できず、またＳ量が多すぎると熱間延性を劣化させるため上限値を０．５％とした。
【００２５】
Ｃｕはセメンタイトを不安定化させると共に硫化物を生成し黒鉛化を促進する。０．０１％未満では効果が不十分であり、また１％を超えて添加しても効果は飽和する。
【００２６】
ＺｒはＣａＯやＴｉ2Ｏ3などの酸化物やＭｎＳなどの硫化物を微細分散化させる。これらの酸化物や硫化物は黒鉛の析出サイトとして有効に機能し黒鉛の均一分散化及び短時間黒鉛化に有効である。ただし、Ｚｒの添加量が０．０００５％未満ではこれらの効果が認められず、０．００５％を超えて添加すると粗大な（Ｚｒ、Ｘ）Ｓや硬質なＺｒ（ＣＮ）を形成し、Ｚｒによる酸化物の微細化効果が減少するだけでなく破壊特性や被削性を劣化させる。
【００２７】
ＮはＡｌやＴｉと結合してＡｌＮやＴｉＮを生成し、結晶粒の細粒化に有効であり、変形能を向上させる。０．０００１％未満では効果がなく、０．０２％を超えて添加しても効果が飽和するばかりでなく黒鉛化を著しく阻害する。
【００２８】
ＡｌはＯと結合して酸化物、あるいはＮと結合してＡｌＮを形成する。ＡｌＮは結晶粒の細粒化に有効であり、焼入れ焼戻し後の靭性を向上させる。０．００１％未満ではＡｌＮの量が不十分で細粒化効果が現れず、０．０４％を超えるとＡｌ脱酸が支配的になりＺｒの効果が飽和する。
【００２９】
Ｔｉは酸化物Ｔｉ2Ｏ3や炭窒化物ＴｉＮあるいはＴｉＣを形成する。Ｚｒとの複合析出した酸化物は単独あるいはＭｎＳとの複合体を形成し黒鉛の析出サイトとして機能する。一方、炭窒化物はピンニング粒子として機能しγ粒の成長を抑制する効果があり破壊靭性値を向上させる。０．００５％未満では黒鉛の析出促進効果あるいは結晶粒細粒化の効果は小さく、また０．０５％を超えて添加すると逆に靭性が劣化すると共に被削性も劣化する。
【００３０】
Ｃａは酸化物ＣａＯを形成する。Ｚｒと複合析出したＣａＯは単独あるいはＭｎＳとの複合体を形成し黒鉛の析出サイトとして機能する。０．０００５％未満では効果は少なく、０．００５％を超えて添加するとＣａ脱酸が支配的となり粗大なＣａＯが形成され破壊特性が劣化する。
Ｍｇは酸化物ＭｇＯやＭｇＡｌ2Ｏ4を形成し、これらの単独あるいはＺｒとの複合介在物は黒鉛の析出サイトとして機能する。０．０００５％未満では効果が少なく、０．００５％以上含有するには製鋼コストが増加する。
【００３１】
Ｍｏは焼入性を確保するために添加する。焼入性の効果を十分得るために、添加量の下限値を０．０１％とした。また０．５％を超えて添加するとフェライト地の硬さが上昇し被削性が劣化すると共に黒鉛化を阻害する。
【００３２】
Ｃｒは焼入性を確保するために添加する。焼入性の効果を十分得るために添加量の下限値を０．０１％とした。また０．７％を超えて添加すると著しく黒鉛化を阻害する。
【００３３】
Ｎｉ、Ｃｏはセメンタイトを不安定化させ黒鉛化を促進させると共に、焼入性を高め強度を確保するのに効果的である。０．０５％未満では効果が不十分であり、また３％を超えて添加しても効果は飽和する共に経済的に極めて不利となる。
【００３４】
Ｂは焼入れ性の向上を目的に添加する。効果を得るには０．０００１％以上を添加しなければならない。ただし０．０１％以上添加すると黒鉛化を阻害すると共に、Ｂ化合物が粒界に析出し破壊靭性を劣化させる。
【００３５】
ＮｂはＮｂＣあるいはＮｂＮを形成し、ピンニング粒子として機能しγ粒の成長を抑制する効果があり破壊靭性値を向上させる。０．００５％未満では結晶粒細粒化の効果は小さく、また０．０８％を超えて添加すると逆に靭性が劣化すると共に被削性も劣化する。
【００３６】
ＶはＶＣあるいはＶＮを形成し、ピンニング粒子として機能しγ粒の成長を抑制する効果があり破壊靭性値を向上させる。０．００５％未満では結晶粒細粒化の効果は小さく、また０．２％を超えて添加すると逆に靭性が劣化すると共に被削性も劣化する。
【００３７】
Ｐｂ、Ｂｉは工具と被削材の界面において凝着を抑制する作用があるので、切削仕上げ面粗さを顕著に改善するが、０．０５％を超えると黒鉛化を著しく阻害するため上限をそれぞれ０．０５％とした。
【００３８】
ＳｎもＰｂ、Ｂｉと同様に仕上げ面粗さを改善する効果がある。両者共に０．０５％未満では効果が少なく、０．２％を超えると効果が飽和する。
【００３９】
Ｔｅ、Ｓｅも同様に切削仕上げ面を改善する効果がある。０．００２％未満では効果が小さく、０．０２％を超えると熱間加工性が低下する。
【００４０】
本発明ではＺｒを含有する酸化物を特定の個数含有する。Ｚｒを含有する酸化物とはＴｉ2Ｏ3やＣａＯなどの酸化物中にＺｒを含有した酸化物である。このようにＺｒが酸化物中に固溶することで酸化物のサイズは微細化し、個数が増加する。これらの酸化物は直接あるいはＭｎＳを媒介にして黒鉛の析出サイトとして機能し、黒鉛を均一分散化させる。Ｚｒを含む酸化物の個数が１０3個／ｍｍ2未満であれば析出サイトが不足し黒鉛は均一に分散することなく、切削面の粗さが劣化する。
【００４１】
更に、本発明では含有炭素の一部を黒鉛化させる。黒鉛の質量％が０．１％未満では黒鉛のもつ潤滑性を確保できず被削性が劣化するため、黒鉛量の下限を０．１％とした。
【００４２】
熱間圧延あるいは熱間鍛造における加工温度、冷却速度を制御するか、焼鈍時間等を制御することによって、鋼中炭素の一部を黒鉛の形態で析出させて０．１％以上の黒鉛を含有させることができる。
【００４３】
【実施例】
表１に示す成分の鋼を溶製鋳造し、分塊圧延によりビレットを製造した。次いでビレットを再加熱してφ２０のサイズに熱間圧延した。表２に次式で表される硫化物または炭窒化物として析出するＺｒの分率、
（ＺｒＳ中のＺｒ量＋Ｚｒ（ＣＮ）中のＺｒ量）／鋼の全Ｚｒ含有量×１００
及び、主たる酸化物の種類、Ｚｒを含有する酸化物の個数、粗大Ｚｒ介在物の有無を示す。更に、黒鉛化率９０％までの焼鈍時間を示す。Ｚｒの分率の測定は化学分析により求めた。ここで鋼中Ｚｒの分析方法であるが、ＪＩＳ Ｇ １２３７−１９９７付属書３と同様の方法でサンプルを処理した後、鋼中Ｎｂ量の分析と同様に鋼中Ｚｒ量をＩＣＰ（誘導結合プラズマ発光分光分析法）によって測定した。ただし、本発明での実施例の測定に供したサンプルは２ｇ／鋼種で、ＩＣＰにおける検量線も微量Ｚｒに適するように設定して測定した。即ち、Ｚｒ濃度が１〜２００ｐｐｍとなるようにＺｒ標準液を希釈して異なるＺｒ濃度の溶液を作成し、そのＺｒ量を測定することで検量線を作成した。なおこれらのＩＣＰに関する共通的な方法についてはＪＩＳ Ｋ ０１１６−１９９５（発光分光分析方法通則）及びＪＩＳ Ｚ ８００２−１９９１ （分析、試験の許容差通則）による。
【００４４】
【表１】
【表２】
主たる酸化物の組成とＺｒを含有する酸化物の個数は、熱間圧延後の棒鋼を１２００℃に６０分間加熱し水焼入れしたサンプルの１／２Ｒ部より抽出レプリカ試料を作製し、ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）を用いて５００００倍の倍率で１０００μｍ2の面積を観察することで評価した。介在物の同定はエネルギー分散型Ｘ線検出器（ＥＤＳ）と、ＴＥＭ電子線回折で行った。
【００４７】
粗大Ｚｒ介在物は黒鉛化焼鈍後の棒鋼の１／２Ｒ部より採取したサンプルを用いＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）により総視野１ｍｍ2を観察することで評価した。１０μｍを超えるＺｒを含有する介在物を粗大Ｚｒ介在物とした。視野中に観察されたＺｒ系介在物がいずれも１０以下の場合、無しとした。
【００４８】
黒鉛化率９０％までの焼鈍時間は、熱間圧延材を７００℃の焼鈍炉に種々の時間保持し次式で示される黒鉛化率を求め、黒鉛化率が９０％に達する焼鈍時間とした。
黒鉛化率（％）=（鋼中黒鉛含有量／鋼の炭素含有量）×１００
ここで、炭素含有量及び黒鉛含有量は化学分析により定量した。
【００４９】
表２に示したように本発明鋼の請求範囲を満足する鋼１〜２１は含有Ｚｒの内ＺｒＳあるいはＺｒ（ＣＮ）の形態で析出している割合はいずれも２４％以下である。また主な酸化物はＺｒを含有したＡｌ2Ｏ3やＴｉ2Ｏ3やＣａＯあるいはＭｇＡｌ2Ｏ4などである。機械的特性や被削性を劣化させる粗大Ｚｒ系介在物の生成が顕著に抑制されている。更に、黒鉛化率９０％までの焼鈍時間は本発明鋼はいずれも１１ｈ以下である。Ｚｒを含有しない鋼種３１、Ｃｕを含有しない鋼２９は、それぞれ２６ｈ、２４ｈで黒鉛化が遅延する。Ｚｒの含有量が本発明範囲を超える鋼種は、１９μｍ以上の粗大なＺｒ系介在物を生成する。
【００５０】
被削性試験結果は表３に示す。被削性試験に用いた供試材は表１の鋼種１〜３４である。表３に示す、熱間圧延後の棒鋼の焼鈍条件を制御した黒鉛化処理、あるいは熱間鍛造または熱間圧延の条件を制御した黒鉛化処理を行った。鋼種１８、１９は１２５０℃で熱間鍛造し、空冷した材料を用いた。鋼種２０、２１は圧延温度を制御して黒鉛含有量を調整した熱間圧延ままの棒鋼を用いた。鋼中の黒鉛含有量は化学分析により定量した。被削性の評価にはドリル寿命（ＶＬ１０００）と切削面粗さ（Ｒｚ）で評価した。
【００５１】
【表３】
ここでドリル寿命を示す指標ＶＬ１０００とは累積穴深さ１０００ｍｍまで穿孔可能な最大のドリル周速のことで、この値が大きいほど高速で切削可能であり、被削性に優れることを意味する。被削性の評価には黒鉛化焼鈍後のサンプルを用いた。なお、鋼１６は熱間圧延ままサンプルで評価した。切削試験は講義寿命を示す指標であるＶＬ１０００で評価した。φ５ｍｍのストレートドリルを用い送り０．３３ｍｍ／ｒｅｖで水溶性切削油を用いて、ドリル周速を変化させてドリル折損までの累積穿孔深さを測定し、それをもとにＶＬ１０００を求めた。
【００５３】
切削面粗さはプランジ切削したときの切削表面を蝕針式粗さ計で測定しＪＩＳＢ０６０１に準拠した十点平均粗さＲｚで評価した。切削条件はプランジ切削用高速度工具ＳＫＨ５７を用いて、切削速度８０ｍ／ｍｉｎ、送り０．０５ｍ／ｒｅｖで表面粗さＲｚを評価した。
【００５４】
硫黄快削鋼ＳＵＭ２３のＶＬ１０００は９０ｍ／ｍｉｎであり、黒鉛の含有量が０．１％を超える鋼のＶＬ１０００はいずれの鋼種でも硫黄快削鋼より優れた工具寿命である。図１に黒鉛量と工具寿命ＶＬ１０００との関係を示す。図２にＺｒ含有量と工具寿命ＶＬ１０００の関係を示す。Ｚｒ量が０．００５％を超える鋼ではＶＬ１０００が劣化する。
【００５５】
一方切削面粗さは、図３に示すようにＳ量の増加に伴い減少する。硫黄快削鋼ＳＵＭ２３の切削面粗さは２６μｍであり、Ｓ量が０．０５〜０．５％の範囲とすることでＲｚはＳＵＭ２３より小さくなり切削面粗さに優れる。Ｓ量が０．０５％〜０．５％の範囲でもＣ量が本発明の範囲を外れる鋼種は切削面粗さが劣化する。図４にＣ量とＲｚの関係を示す。Ｃ量の増加に伴い、Ｒｚが低下し、Ｃ量が０．８超〜２．０％の範囲ではＳＵＭ２３より小さくなり切削面粗さに優れる。本発明の範囲を満たす鋼種は硫黄快削鋼ＳＵＭ２３より優れた切削面粗さである。
【００５６】
本請求範囲を満たす鋼は切削工具寿命と切削面粗さの両面において硫黄快削鋼より優れた特性を示し、被削性が優れている。
【００５７】
【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、黒鉛が微細分散し、切削工具寿命と切削仕上げ面粗さに優れた黒鉛鋼を低コストで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るものがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】工具寿命に及ぼす黒鉛量の影響を示す図である。
【図２】工具寿命に及ぼすＺｒ含有量の影響を示す図である。
【図３】切削表面粗さに及ぼすＳ含有量の影響を示す図である。
【図４】切削表面粗さに及ぼすＣ含有量の影響を示す図である。
Claims (5)
- 質量％で、
Ｃ：０．８超〜２．０％、
Ｓｉ：０．５〜２．０％、
Ｍｎ：０．１〜２．０％、
Ｐ：０．５％以下（０％含む）、
Ｓ：０．０５〜０．５％、
Ｃｕ：０．０１〜１．０％、
Ｚｒ：０．０００５〜０．００５％、
Ｎ：０．０００１〜０．０２％
Ａｌ：０．００１〜０．０４％
を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物であり、Ｚｒを含む酸化物を１０3個／ｍｍ2以上含有し、質量％で０．１％以上の黒鉛を含有することを特徴とする快削鋼。 - 更に、質量％で、
Ｔｉ：０．００５〜０．０５％、
Ｃａ：０．０００５〜０．００５％、
Ｍｇ：０．０００５〜０．００５％
の１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１記載の快削鋼。 - 更に、質量％で、
Ｍｏ：０．０１〜０．５％、
Ｃｒ：０．０１〜０．７％、
Ｎｉ：０．０５〜３％、
Ｃｏ：０．０５〜３％、
Ｂ ：０．０００１〜０．０１％
の１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１または２記載の快削鋼。 - 更に、質量％で
Ｎｂ：０．００５〜０．０８％、
Ｖ ：０．００５〜０．２％
の１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１乃至３の内のいずれかに記載の快削鋼。 - 更に、質量％で
Ｐｂ：０．０５％以下、
Ｂｉ：０．０５％以下、
Ｓｎ：０．０５〜０．２％、
Ｔｅ：０．００２〜０．０２％、
Ｓｅ：０．００２〜０．０２％
の１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１乃至４の内のいずれかに記載の快削鋼。
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