JP4265776B2 - 被削性に優れた硫黄および硫黄複合快削鋼 - Google Patents
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Mn/Cr比:2.53〜5
を満足し、鋼中の硫化物について、円相当径で20μm以上の大型硫化物が1mm2当り100個以上存在し、同じ領域に円相当径で1μm以下の微細硫化物が1mm2当り1000個以上存在し、硫化物晶出時の硫化物と溶鋼が共存する固液共存温度域が30℃以上であり、固相中の飽和S溶解度が150massppm以上であり、固相線温度が1300℃以上であることに特徴を有するものである。
Cは、鋼の強度および被削性に大きな影響を及ぼすので重要な元素である。しかしながら、その含有量が0.02%未満では十分な強度が得られない。また、含有量が0.15%を超えると強度が高くなりすぎて、被削性が劣化する。好ましくは0.10%以下である。従って、C含有量は、0.02〜0.15%の範囲内とする。
Siは、脱酸元素であり、この酸化物は硫化物の生成核として作用し、硫化物の生成を促進し硫化物を微細化することから、工具寿命をさらに延ばしたい場合は、0.1%以下に低減した方が良い。好ましくは0.03%以下に低減した方が良い。
Mnは、被削性に重要な硫化物形成元素である。しかし、一方で、飽和S溶解度を減少させる元素である。その含有量が0.05%未満では、硫化物量が少ないため、十分な被削性が得られない。同時に、固相線温度が1300℃未満となるため、熱間加工性が低下し、圧延表面疵が生じやすくなる。好ましくは、0.22%以上とする。また、含有量が1.8%を超えると、硫化物晶出時の硫化物と溶鋼とが共存する固液共存温度域が30℃未満となり、その結果、晶出する硫化物の大部分が円相当径で3〜10μmと小さく晶出することから、被削性、とりわけ、工具寿命、切屑処理性が低下してしまう。また、飽和S溶解度が小さいことから、被削性に対して十分な量の微細硫化物を析出できないため、被削性、とりわけ、面粗さが低下してしまう。好ましくは、0.90%未満とする。従って、Mn含有量は、0.05〜1.8%の範囲内とする。
Pは、切削加工時に構成刃先の生成を抑制することにより、面粗さを低減させるのに有効な元素である。しかしながら、その含有量が0.04%未満では、十分な効果が得られず、一方、0.12%を超えるとその効果が飽和するとともに熱間加工性および延性の低下が著しい。従って、P含有量は、0.04〜0.12%の範囲内とする。
Sは、被削性に有効な大型硫化物ならびに微細硫化物形成元素である。しかしながら、その含有量が0.16%未満では、硫化物量が少ないため、被削性に対する効果が小さい。同時に、硫化物晶出時の硫化物と溶鋼が共存する固液共存温度域が30℃未満となり、その結果、晶出する硫化物の大部分が円相当径で3〜10μmと小さく晶出することから、被削性、とりわけ、工具寿命、切屑処理性が低下してしまう。一方、0.49%を超えると固相線温度が1300℃未満となるため、熱間加工性が低下し、圧延表面疵が生じやすくなる。従って、S含有量は、0.16〜0.49%の範囲内とする。
Crは、硫化物晶出時の硫化物と溶鋼とが共存する固液共存温度域、飽和S溶解度、ならびに、固相線温度に大きく影響を及ぼす、この発明の根幹に関わる重要な元素である。しかしながら、その含有量が0.3%未満では固相線温度がかなり低温となり、熱間加工性が低下して、圧延時に表面疵が発生する。また、Crは、飽和S溶解度を増加させる元素であることから、被削性に対して十分な量の微細硫化物を析出できないため、被削性、とりわけ、面粗さが低下してしまう。一方、含有量が2.3%を超えると硫化物晶出時の硫化物と溶鋼とが共存する固液共存温度域が30℃未満となり、その結果、晶出する析出物の大部分が円相当径で3〜10μmと小さく晶出することから、被削性、とりわけ、工具寿命、切屑処理性が低下してしまう。好ましくは、1.5%以下である。従って、Cr含有量は、0.3〜2.3%の範囲内とする。
Alは、Siと同様に脱酸元素であり、この酸化物は、硫化物の生成核として作用し、硫化物の生成を促進し硫化物を微細化することから、工具寿命をさらに延ばしたい場合は、0.01%以下に低減した方が良い。好ましくは、0.003%以下である。
O、Nは、被削性を重視するために添加するが、その添加量がO:0.003%未満、N:0.005%未満では十分な効果が得られない。一方、O:0.035%、N:0.015%を超えて添加してもこの効果が飽和してしまい、また、経済的にも不利である。従って、O:0.003〜0.035%、N:0.005〜0.015%の範囲内とする。
Mn/Cr比は、硫化物晶出時の硫化物と溶鋼との固液共存温度域、飽和S溶解度、ならびに、固相線温度を左右する重要なインデックスで、この比を限定することにより、硫化物晶出時の硫化物と溶鋼との固液共存温度域を30℃以上、飽和S溶解度を150massppm以上、ならびに、固相線温度を1300℃以上とすることのできる、本発明の根幹に関わる重要なインデックスである。その比が2.53未満であると固相線温度がかなり低温となり、熱間加工性が低下し、圧延時に表面疵が発生する。一方、その比が5を超えると、硫化物晶出時の硫化物と溶鋼との固液共存温度域が30℃未満となり、硫化物が大型化しないために、被削性、とりわけ、工具寿命、切屑処理性が向上しない。同時に、飽和S溶解度が小さくなり、被削性に対して十分な量の微細硫化物を析出できないため、被削性、とりわけ、面粗さが低下してしまう。好ましくは、3.5以下である。従って、Mn/Cr比は、2.53〜5の範囲内とする。
硫化物晶出時の硫化物と溶鋼との固液共存温度域を30℃以上とすることにより、硫化物は大型化し、被削性、とりわけ、工具寿命、切屑処理性向上に寄与するため、この発明の根幹をなす因子である。
固相線温度を1300℃以上とすることにより、熱間加工性の低下を抑制し、圧延時の表面疵を防止するため、この発明の根幹をなす因子である。
固相中の飽和S溶解度を150 massppm以上とすることにより、被削性を向上、特に面粗さを向上させるのに十分な量の微細硫化物を析出させることが可能となる。また、同時に、この微細析出物は、圧延再加熱時のオーステナイト粒成長の抑制、あるいは、フェライト変態の核として機能し、圧延材のミクロ組織を細粒化させる。ミクロ組織の微細化も被削性を向上、特に面粗さを向上させるため、この発明の根幹をなす因子である。
被削性に関しては、大型硫化物と微細硫化物が混在していた方が有利である。大型硫化物と微細硫化物とを混在させることにより、大型硫化物の切欠き効果より発生した切屑中の亀裂を微細硫化物が伝播・成長することが助長されるので、被削性が飛躍的に向上する。また、被削性のうち、大型硫化物は、工具摩耗、切屑処理性を主に向上させ、微細硫化物は、面粗さを主に向上させる。そのためには、円相当径で20μm以上の大型硫化物が1mm2当たり100個以上存在し、かつ、同じ領域内に円相当径で1μm以下の微細な硫化物系介在物が、1mm2当たり1000個以上存在することが必要である。
表面疵は、面状に発生しているため、占有する面積の形で求めた。
Claims (1)
- C :0.02〜0.15%、
Si:0.1%以下、
Mn:0.05〜1.8%、
P :0.04〜0.12%、
S :0.16〜0.49%、
Cr:0.3〜2.3%、
Al:0.01%以下、
O :0.003〜0.035%、
N :0.005〜0.015%(以上、mass%)、
残部:不可避的に混入する元素およびFe
からなり、かつ、下記条件
Mn/Cr比:2.53〜5
を満足し、鋼中の硫化物について、円相当径で20μm以上の大型硫化物が1mm2当り100個以上存在し、同じ領域に円相当径で1μm以下の微細硫化物が1mm2当り1000個以上存在し、硫化物晶出時の硫化物と溶鋼が共存する固液共存温度域が30℃以上であり、固相中の飽和S溶解度が150massppm以上であり、固相線温度が1300℃以上であることを特徴とする、被削性に優れた硫黄および硫黄複合快削鋼。
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