JP4348164B2 - 被削性に優れる鋼 - Google Patents
被削性に優れる鋼 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4348164B2 JP4348164B2 JP2003374517A JP2003374517A JP4348164B2 JP 4348164 B2 JP4348164 B2 JP 4348164B2 JP 2003374517 A JP2003374517 A JP 2003374517A JP 2003374517 A JP2003374517 A JP 2003374517A JP 4348164 B2 JP4348164 B2 JP 4348164B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- steel
- machinability
- mns
- cutting
- effect
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims description 60
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims description 60
- 229910001562 pearlite Inorganic materials 0.000 claims description 20
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 2
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 40
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 33
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 25
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 10
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 10
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 10
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 9
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 6
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 229910000915 Free machining steel Inorganic materials 0.000 description 5
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 4
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 3
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 3
- 238000004881 precipitation hardening Methods 0.000 description 3
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 3
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910017231 MnTe Inorganic materials 0.000 description 2
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 238000004925 denaturation Methods 0.000 description 2
- 230000036425 denaturation Effects 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 2
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 2
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 235000019362 perlite Nutrition 0.000 description 2
- 239000010451 perlite Substances 0.000 description 2
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 2
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 2
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 241001391944 Commicarpus scandens Species 0.000 description 1
- 241000872198 Serjania polyphylla Species 0.000 description 1
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 239000010962 carbon steel Substances 0.000 description 1
- 229910001567 cementite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000009749 continuous casting Methods 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 230000001627 detrimental effect Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- KSOKAHYVTMZFBJ-UHFFFAOYSA-N iron;methane Chemical compound C.[Fe].[Fe].[Fe] KSOKAHYVTMZFBJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 238000010606 normalization Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 150000003568 thioethers Chemical class 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
- 230000037303 wrinkles Effects 0.000 description 1
Images
Description
本発明は、自動車や一般機械などに用いられる鋼に関するもので、特に切削時の工具寿命と切削表面粗さおよび切り屑処理性に優れた被削性に優れた鋼に関する。
一般機械や自動車は多種の部品を組み合わせて製造されているが、その部品は要求精度と製造効率の観点から、多くの場合、切削工程を経て製造されている。その際、コスト低減と生産能率の向上が求められ、鋼にも被削性の向上が求められている。特に従来ＳＵＭ２３やＳＵＭ２４Ｌは被削性を重要視して開発されてきた。これまで被削性を向上させるためにＳ，Ｐｂなどの被削性向上元素を添加するのが有効であることが知られている。しかし需要家によってはＰｂは環境負荷として使用を避ける場合も有り、その使用量を低減する方向にある。
これまでもＰｂを添加しない場合にはＳのようにＭｎＳのような切削環境下で軟質となる介在物を形成して被削性を向上させる手法が使われている。しかしいわゆる低炭鉛快削鋼ＳＵＭ２４Ｌには低炭硫黄快削鋼ＳＵＭ２３と同量のＳが添加されている。従って従来以上のＳ量を添加する必要がある。しかし、多量のＳ添加ではＭｎＳを単に粗大にするだけで、被削性向上に有効なＭｎＳ分布にならないだけでなく、圧延、鍛造等において破壊起点になって圧延疵等の製造上の問題を多く引き起こす。さらに、ＳＵＭ２３をベースとする硫黄快削鋼では構成刃先が付着しやすく、構成刃先の脱落および切り屑分離現象に伴う、切削表面に凹凸が生じ、表面粗さが劣化する。従って、被削性の観点からも表面粗さが劣化による精度低下が問題である。切り屑処理性においても、切り屑が短く分断しやすい方が良好とされているが、単なるＳ添加だけではマトリックスの延性が大きいため、十分に分断されず、大きく改善できなかった。
さらにＳ以外の元素、Ｔｅ，Ｂｉ，Ｐ等も被削性向上元素として知られているが、ある程度被削性を向上させることができても、圧延や熱間鍛造時に割れを生じ易くなるため、極力少ない方が望ましいとされている。（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４参照。）。
本発明は、圧延や熱間鍛造における不具合を避けつつ工具寿命と表面粗さの両者を改善し、従来の低炭鉛快削鋼と同等以上の被削性を有する鋼を提供する。
切削は切り屑を分離する破壊現象であり、それを促進させることが一つのポイントとなる。この効果はＳを単純に増量するだけでは限界がある。本発明者らは、Ｓを増量するだけでなく、マトリックスを脆化させることで破壊を容易にして工具寿命を延長するとともに切削表面の凹凸を抑制することで被削性が向上することを知見した。
本発明は上記知見に基づいてなされたもので、その要旨は次のとおりである。
（１）質量％で、Ｃ：０．０１１〜０．２％、Ｓｉ：０．００１〜０．５％、Ｍｎ：０．５〜３．０％、Ｐ：０．００１〜０．２％、Ｓ：０．５〜１．０％、Ｂ：０．００５超〜０．０５％、ｔｏｔａｌ−Ｎ：０．００２〜０．０２％、ｔｏｔａｌ−Ｏ：０．０００５〜０．０３５％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、ミクロ組織においてパーライト面積率が５％以下であることを特徴とする被削性に優れる鋼。
（２）前記鋼において、質量％で、鋼中のＭｎとＳの比Ｍｎ／Ｓ：１．２〜２．８であることを特徴とする（１）に記載の被削性に優れる鋼。
（３）前記鋼が、質量％で、さらに、Ｖ：０．０５〜１．０％、Ｎｂ：０．００５〜０．２％、Ｃｒ：０．０１〜２．０％、Ｍｏ：０．０５〜１．０％、Ｗ：０．０５〜１．０％の１種または２種以上を含有することを特徴とする（１）または（２）に記載の被削性に優れる鋼。
（４）前記鋼が、質量％で、さらに、Ｎｉ：０．０５〜２．０％、Ｃｕ：０．０１〜２．０％の１種または２種を含有することを特徴とする（１）〜（３）のいずれかの項に記載の被削性に優れる鋼。
（５）前記鋼が、質量％で、さらに、Ｓｎ：０．００５〜２．０％、Ｚｎ：０．０００５〜０．５％の１種または２種を含有することを特徴とする（１）〜（４）のいずれかの項に記載の被削性に優れる鋼。
（６）前記鋼が、質量％で、さらに、Ｔｉ：０．０００５〜０．１％、Ｃａ：０．０００２〜０．００５％、Ｚｒ：０．０００５〜０．１％、Ｍｇ：０．０００３〜０．００５％の１種または２種以上を含有することを特徴とする（１）〜（５）のいずれかの項に記載の被削性に優れる鋼。
（７）前記鋼が、質量％で、さらに、Ｔｅ：０．０００３〜０．０５％、Ｂｉ：０．００５〜０．５％、Ｐｂ：０．０１〜０．５％の１種または２種以上を含有することを特徴とする（１）〜（６）のいずれかの項に記載の被削性に優れる鋼。
（８）前記鋼において、Ａｌ：０．０１５％以下に制限することを特徴とする請求項１〜７のいずれかの項に記載の被削性に優れる鋼。（１）〜（７）のいずれかの項に記載の被削性に優れる鋼。
以上説明したように、本発明は切削時の工具寿命と切削表面粗さ、および切り屑処理性に優れた特性を有するため自動車用部材、一般機械用部材に用いることが可能となる。
本発明は、鉛を添加することなく、十分な被削性、特に良好な表面粗さを得るためにマトリックスを脆化させるとともに、工具／被削材の接触面の潤滑を良好にするため、Ｂを多量に添加することを特徴としている。さらにＳ量も比較的多量に添加し、それらを微細分散させるためＭｎとＳの添加量の比率を精密に制御する。また、鋼のミクロ組織に関しても、従来の炭素鋼で見られるパーライトを制御した。すなわち化学成分ではＣ添加量を抑制し、粗大なパーライトの析出を抑制し、熱処理により粗大なパーライト粒の生成を抑制する、すなわち自然放冷でよく見られるパーライトバンドを抑制した被削性に優れた鋼である。
次に、本発明で規定する鋼成分の限定理由について説明する。
Ｃは、鋼材の基本強度と鋼中の酸素量に関係するので被削性に大きな影響を及ぼす。Ｃを多く添加して強度を高めると被削性を低下させるのでその上限を０．２％とした。一方、被削性を低下させる硬質酸化物生成を防止しつつ、凝固過程でのピンホール等の高温での固溶酸素の弊害を抑制するため、酸素量を適量に制御する必要がある。単純に吹錬によってＣ量を低減させすぎるとコストがかさむだけでなく、鋼中酸素量が多量に残留してピンホール等の不具合の原因となる。従ってピンホール等の不具合を容易に防止できるＣ量の範囲内で０．０１１％を下限とした。Ｃ量の好ましい下限は０．０５％である。
Ｓｉの過度な添加は硬質酸化物を生じて被削性を低下させるが、適度な添加は酸化物を軟質化させ、被削性を低下させない。その上限は０．５％であり、それ以上では硬質酸化物を生じる。０．００１％以下では酸化物の軟質化が困難になるとともに工業的にはコストがかかる。
Ｍｎは、鋼中硫黄をＭｎＳとして固定・分散させるために必要である。また鋼中酸化物を軟質化させ、酸化物を無害化させるために必要である。その効果は添加するＳ量にも依存するが、０．５％以下では添加ＳをＭｎＳとして十分に固定できず、ＳがＦｅＳとなり脆くなる。Ｍｎ量が大きくなると素地の硬さが大きくなり被削性や冷間加工性が低下するので、３．０％を上限とした。
Ｐは、鋼中において素地の硬さが大きくなり、冷間加工性だけでなく、熱間加工性や鋳造特性が低下するので、その上限を０．２％にしなければならない。一方、被削性向上に効果がある元素で下限値を０．００１％とした。
Ｓは、Ｍｎと結合してＭｎＳ介在物として存在する。ＭｎＳは被削性を向上させるが、伸延したＭｎＳは鍛造時の異方性を生じる原因の一つである。大きなＭｎＳは避けるべきであるが、被削性向上の観点からは多量の添加が好ましい。従ってＭｎＳを微細分散させることが好ましい。Ｐｂを添加しない場合の従来の硫黄快削鋼以上の被削性の向上には０．５％以上の添加が必要である。一方、１％を越えると粗大ＭｎＳの生成が避けられないだけでなく、ＦｅＳ等による鋳造特性、熱間変性特性の劣化から製造中に割れを生じるので、これを上限とした。
Ｂは、ＢＮとして析出すると被削性向上に効果がある。これらの効果は０．００５％以下では顕著でなく、０．０５％を超えて添加してもその効果が飽和し、ＢＮが多く析出しすぎるとかえって鋳造特性、熱間変性特性の劣化から製造中に割れを生じる。そこで０．００５超〜０．０５％を範囲とした。
Ｎ（ｔｏｔａｌ−Ｎ）は、固溶Ｎの場合、鋼を硬化させる。特に切削においては動的ひずみ時効によって刃先近傍で硬化し、工具の寿命を低下させるが、切削表面粗さを改善する効果もある。また、Ｂと結びついてＢＮを生成して被削性を向上させる。０．００２％以下では固溶窒素による表面粗さ向上効果やＢＮによる被削性改善効果が認められないので、これを下限とした。また０．０２％を越えると固溶窒素が多量に存在するためかえって工具寿命を低下させる。また鋳造途中に気泡を生成し、疵などの原因となる。従って本発明ではそれらの弊害が顕著になる０．０２％を上限とした。
Ｏ（ｔｏｔａｌ−Ｏ）は、フリーで存在する場合には冷却時に気泡となり、ピンホールの原因となる。また、酸化物を軟質化し、被削性に有害な硬質酸化物を抑制するためにも制御が必要である。さらに、ＭｎＳの微細分散させる際にも析出核として酸化物を利用する。０．０００５％未満では十分にＭｎＳを微細分散させることができず、粗大なＭｎＳを生じ、機械的性質にも悪影響を及ぼすので０．０００５％を下限とした。さらに酸素量０．０３５％を越えると鋳造中に気泡となりピンホールとなるため、その上限を０．０３５％以下とした。
次にパーライト面積率を５％以下とする理由を説明する。一般に炭素を含む鋼を変態点以上の温度から冷却すると、フェライト・パーライト組織となる。本発明の対象となるＣ量の比較的少ない鋼の場合、変態点（Ａ3 点）以上の温度から空冷後、切り出してその内部を鏡面研磨してナイタールでエッチングすると、図１のようなミクロ組織を観察することができる。黒い粒がパーライトと呼ばれるフェライトとセメンタイトの複合組織であるが、通常、このようにナイタールによって黒く見える粒は白くみえるフェライト粒よりも硬質であり、鋼の変形／破断挙動において局部的にフェライト粒とは異なる挙動を示す。このことは切削において切りくずの破断挙動において、均一変形／破断を阻害するため、構成刃先の生成に大きく関与し、さらには切削面の表面粗さを劣化させる。従って、Ｃに起因する組織的不均一を極力排除することが重要である。そこでナイタールでエッチングされる黒い粒をパーライト粒とみなし、このパーライト粒が多すぎると組織不均一を引き起こし、表面粗さ劣化の原因になるのでその面積率を５％以下に制限した。図４にパーライト面積率と表面粗さの関係を示した。
ここで測定方法の詳細に関して述べる。圧延または鍛造後の鋼の長手方向断面（Ｌ断面）に切断、樹脂埋め込みサンプルを鏡面研磨し、ナイタールエッチングした。ナイタールにて黒色にエッチングされた物の内、灰色のＭｎＳを除いた粒径（円相当径）１μｍ以上の粒を画像処理装置で解析し、その面積率を求めた。面積率測定の画像処理時に、黒色に見えるパーライトに合わせた“しきい値”設定で画像濃淡を合わせ、グレーに見える介在物（ＭｎＳ等）を画面上から消すことで、パーライトのみを測定対象とした。この時の認識最小パーライトは約１μｍであるが、１μｍ未満のパーライトは被削性に影響を及ぼさないので、認識されなくても影響はない。
本発明での、測定視野は、１視野０．２mm2 （０．４mm×０．５mm）を４００倍以上の倍率で２０視野測定し、計４mm2 の面積について、パーライト面積率を算出した。
Ｍｎ／Ｓに関してはすでに熱間延性に大きく影響し、通常、Ｍｎ／Ｓ＞３でなければ製造性を大きく低下させることが知られている。その原因はＦｅＳの生成であるが、本発明においては、低Ｃ、かつ高Ｓの領域ではその比率をさらにＭｎ／Ｓ：１．２〜２．８まで低下させることができることを見出した。Ｍｎ／Ｓ：１．２以下ではＦｅＳが多く生成し、熱間延性を極端に低下させ、製造性を大きく低下させる。
図２にＭｎ／Ｓ≦２．８とＭｎ／Ｓ＞２．８の場合の微細なＭｎＳをレプリカ法を用い、透過型電子顕微鏡にて観察した例を示す。Ｍｎ／Ｓ＞２．８の場合には図２（ｂ）に示すような粗大なＭｎＳのみとなり、表面粗さを小さくすることができない。一方、Ｍｎ／Ｓ：１．２〜２．８と規制した場合には図２（ａ）に示すような微細なＭｎＳの生成が得られる。
この微細なＭｎＳは連続鋳造やインゴットによる鋳造後、９００℃以上の加熱を繰り返すことにより、個数を増加させることができる。
なお、ＭｎＳとは、純粋なＭｎＳのみならず、ＭｎＳを主体に含み、Ｆｅ，Ｃａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｍｇ，ＲＥＭ等の硫化物がＭｎＳと固溶したり結合して共存している介在物や、ＭｎＴｅのようにＳ以外の元素がＭｎと化合物を形成してＭｎＳと固溶・結合して共存している介在物や、酸化物を核として析出した上記介在物が含まれるものであり、化学式では、（Ｍｎ，Ｘ）（Ｓ，Ｙ）（ここで、Ｘ：Ｍｎ以外の硫化物形成元素、Ｙ：Ｓ以外でＭｎと結合する元素）として表記できるＭｎ硫化物系介在物を総称して言うものである。
次に、本発明においては、上述した成分に加え、Ｖ，Ｎｂ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｎｉ，Ｓｎ，Ｚｎ，Ｔｉ，Ｃａ，Ｚｒ，Ｍｇ，Ｔｅ，Ｂｉ，Ｐｂの１種または２種以上を必要に応じて添加することができる。
Ｖは、炭窒化物を形成し、二次析出硬化により鋼を強化することができる。０．０５％以下では高強度化に効果はなく、１．０％を超えて添加すると多くの炭窒化物を析出し、かえって機械的性質を損なうので、これを上限とした。
Ｎｂも炭窒化物を形成し、二次析出硬化により鋼を強化することができる。０．００５％以下では高強度化に効果はなく、０．２％を超えて添加すると多くの炭窒化物を析出し、かえって機械的性質を損なうので、これを上限とした。
Ｃｒは、焼入れ性向上、焼戻し軟化抵抗付与元素である。そのため高強度化が必要な鋼には添加される。その場合、０．０１％以上の添加を必要とする。しかし多量に添加するとＣｒ炭化物を生成し脆化させるため、２．０％を上限とした。
Ｍｏは、焼戻し軟化抵抗を付与するとともに、焼入れ性を向上させる元素である。０．０５％未満ではその効果が認められず、１．０％を超えて添加してもその効果が飽和しているので、０．０５％〜１．０％を添加範囲とした。
Ｗは、炭化物を形成し、二次析出硬化により鋼を強化することができる。０．０５％以下では高強度化に効果はなく、１．０％を超えて添加すると多くの炭化物が析出し、かえって機械的性質を損うのでこれを上限とした。
Ｎｉは、フェライトを強化し、延性を延性向上させるとともに焼入れ性向上、耐食性向上にも有効である。０．０５％未満ではその効果は認められず、２．０％を超えて添加しても、機械的性質の点では効果が飽和するので、これを上限とした。
Ｃｕはフェライトを強化し、焼入れ性向上、耐食性向上にも有効である。０．０１％未満で、その効果は認められず、２．０％を超えて添加しても、機械的性質の点では効果が飽和するので、これを上限とした。特に熱間延性を低下させ、圧延時の疵の原因となりやすいので、Ｎｉと同時に添加することが好ましい。
Ｓｎはフェライトを脆化させ、工具寿命を延ばすとともに、表面粗さ向上に効果がある。０．００５％未満ではその効果は認められず、２．０％を超えて添加しても、機械的性質の点では効果が飽和するので、これを上限とした。
Ｚｎはフェライトを脆化させ、工具寿命を延ばすとともに、表面粗さ向上に効果がある。０．０００５％未満ではその効果は認められず、０．５％を超えて添加しても、機械的性質の点では効果が飽和するので、これを上限とした。
Ｔｉも炭窒化物を形成し、鋼を強化する。また脱酸元素でもあり、軟質酸化物を形成させることで被削性を向上させることが可能である。０．０００５％以下ではその効果が認められず、０．１％を超えて添加してもその効果が飽和する。またＴｉは高温でも窒化物となりオーステナイト粒の成長を抑制する。そこで上限を０．１％とした。尚、ＴｉはＮと化合してＴｉＮを形成するが、ＴｉＮは硬質物質で被削性を低下させる。また被削性向上に有効なＢＮを造るのに必要なＮ量を低減させる。そのためＴｉ添加量は０．０１０％以下が好ましい。
Ｃａは、脱酸元素であり、軟質酸化物を生成し、被削性を向上させるだけでなく、ＭｎＳに固溶してその変形能を低下させ、圧延や熱間鍛造してもＭｎＳ形状の伸延を抑制する働きがある。したがって異方性の低減に有効な元素である。０．０００２％未満ではその効果は顕著ではなく、０．００５％以上添加しても歩留まりが極端に悪くなるばかりでなく、硬質のＣａＯを大量に生成し、かえって被削性を低下させる。従って添加範囲を０．０００２〜０．００５％と規定した。
Ｚｒは、脱酸元素であり、酸化物を生成する。酸化物はＭｎＳの析出核になりＭｎＳの微細均一分散に効果がある。またＭｎＳに固溶してその変形能を低下させ、圧延や熱間鍛造してもＭｎＳ形状の伸延を抑制する働きがある。したがって異方性の低減に有効な元素である。０．０００５％未満ではその効果は顕著ではなく、０．１％以上添加しても歩留まりが極端に悪くなるばかりでなく、硬質のＺｒＯ2 やＺｒＳなどを大量に生成し、かえって被削性を低下させる。従って添加範囲を０．０００５〜０．１％と規定した。なお、ＭｎＳの微細分散を図る場合には、ＺｒとＣａとの複合添加が好ましい。
Ｍｇは、脱酸元素であり、酸化物を生成する。酸化物はＭｎＳの析出核になりＭｎＳの微細均一分散に効果があり、異方性の低減に有効な元素である。０．０００３％未満ではその効果は顕著ではなく、０．００５％以上添加しても歩留まりが極端に悪くなるばかりで効果は飽和する。従って添加範囲を０．０００３〜０．００５％と規定した。
Ｔｅは、被削性向上元素である。またＭｎＴｅを生成したり、ＭｎＳと共存することでＭｎＳの変形能を低下させてＭｎＳ形状の伸延を抑制する働きがある。したがって異方性の低減に有効な元素である。この効果は０．０００３％未満では認められず、０．０５％を超えると効果が飽和する。
ＢｉおよびＰｂは、被削性向上に効果のある元素である。その効果は０．００５％以下では認められず、０．５％を超えて添加しても被削性向上効果が飽和するだけでなく、熱間鍛造特性が低下して疵の原因となりやすい。
Ａｌは、脱酸元素で鋼中ではＡｌ2 Ｏ3 やＡｌＮを形成する。しかし、Ａｌ2 Ｏ3 は硬質なので切削時に工具損傷の原因となり、摩耗を促進させる。そこでＡｌ2 Ｏ3 を多量に生成しない０．０１５％以下に制限した。特に工具寿命を優先させる場合には０．００５％以下が好ましい。
本発明の効果を実施例によって説明する。表１、表２（表１のつづき１）、表３（表１のつづき２）、表４（表１のつづき３）、表５（表１のつづき４）、表６（表１のつづき５）に示す供試材のうち、Ｎｏ．１３は２７０ｔ転炉で、その他は２ｔ真空溶解炉で溶製後、ビレットに分塊圧延、さらにφ６０mmに圧延した。
表の熱処理の項において、焼準と記された実施例は９２０℃で１０min 以上保持し、空冷したものである。ＱＴと記された発明例は９２０℃から圧延ライン後端の水槽に投入し急冷後、焼鈍にて７００℃で１時間以上保持した。これによりパーライト面積率を調整した。発明例でもＣ量が低いものは焼準でもパーライト面積率を低減することができる。
表１〜表６の実施例１〜８６に示す材料の被削性評価はドリル穿孔試験で表７に切削条件を示す。累積穴深さ１０００mmまで切削可能な最高の切削速度（いわゆるＶＬ１０００、単位はｍ／min ）で被削性を評価した。
さらに切削における表面品質を示す切削表面粗さを評価した。その切削条件を表８に、その評価方法（以後、プランジ切削試験と記す）の概要を図３に示す。プランジ切削試験では工具は短時間切削を繰り返す。一回の切削で工具は被削材長手方向に動かず、回転している被削材中心に向かって動くため、短時間の切削後、工具は引き抜かれるが、その形状は基本的には工具は刃先形状が被削材表面に転写される。構造刃先の付着や工具の磨耗損傷によりこの転写された切削面の表面粗さは影響を受ける。この表面粗さを表面粗さ計で測定した。１０点表面粗さＲｚ（μｍ）を表面粗さを示す指標とした。
発明例１〜１０、１２〜４０及び４２〜７５は、いずれも比較例７６〜８６に対してドリル工具寿命に優れるとともに、プランジ切削における表面粗さが良好であった。これはＢによってフェライトが局部的に脆化され、表面創成がスムーズに行われたために良好な表面粗さを得られたと考えられる。
これらの表面粗さの改善効果はＳが０．５％超の場合に顕著であるが、Ｓ量がそれより少ない場合でも切りくず処理性に効果が見られた。
さらにＭｎとＳの比率が従来鋼によく見られる３程度でも効果が認められるが、Ｍｎ／Ｓを小さくすると、より工具寿命が向上するとともに、表面粗さも向上する。この原因はＢ多量添加の環境下では微細なＭｎＳがフェライト中にも微細分散し、潤滑効果と脆化効果の両面に有効に機能するためと考えられる。ただし実施例８５のようにＭｎ／Ｓが小さすぎるとＦｅＳが生成するため、圧延割れを生じる。本発明に関する評価では実施例８５は圧延割れのため、被削性等の評価が全くできなかったので、表中にはその評価結果を表記しなかった。
Ｃ量を若干変更した場合（表１〜表６、実施例３７〜４０及び４２〜７５）でもＢを大量に添加すること、さらに、パーライト面積率を制御することで良好な工具寿命と切削表面粗さを得ることができた。
なお、切り屑処理性に関しては切り屑のカール時の曲率が小さいもの、あるいは分断されているものが好ましい。そこで切り屑が２０mmを超えた曲率半径で３巻き以上連続してカールして長く延びた切り屑を不良とした。巻数が多くとも曲率半径が小さいもの、あるいは曲率半径が大きくとも切り屑長さが１００mmに達しなかったものは良好とした。
Claims (8)
- 質量％で、
Ｃ：０．０１１〜０．２％、
Ｓｉ：０．００１〜０．５％、
Ｍｎ：０．５〜３．０％、
Ｐ：０．００１〜０．２％、
Ｓ：０．５〜１．０％、
Ｂ：０．００５超〜０．０５％、
ｔｏｔａｌ−Ｎ：０．００２〜０．０２％、
ｔｏｔａｌ−Ｏ：０．０００５〜０．０３５％
を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、ミクロ組織においてパーライト面積率が５％以下であることを特徴とする被削性に優れる鋼。 - 前記鋼において、質量％で、鋼中のＭｎとＳの比Ｍｎ／Ｓ：１．２〜２．８であることを特徴とする請求項１に記載の被削性に優れる鋼。
- 前記鋼が、質量％で、さらに、Ｖ：０．０５〜１．０％、Ｎｂ：０．００５〜０．２％、Ｃｒ：０．０１〜２．０％、Ｍｏ：０．０５〜１．０％、Ｗ：０．０５〜１．０％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に記載の被削性に優れる鋼。
- 前記鋼が、質量％で、さらに、Ｎｉ：０．０５〜２．０％、Ｃｕ：０．０１〜２．０％の１種または２種を含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載の被削性に優れる鋼。
- 前記鋼が、質量％で、さらに、Ｓｎ：０．００５〜２．０％、Ｚｎ：０．０００５〜０．５％の１種または２種を含有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかの項に記載の被削性に優れる鋼。
- 前記鋼が、質量％で、さらに、Ｔｉ：０．０００５〜０．１％、Ｃａ：０．０００２〜０．００５％、Ｚｒ：０．０００５〜０．１％、Ｍｇ：０．０００３〜０．００５％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１〜５のいずれかの項に記載の被削性に優れる鋼。
- 前記鋼が、質量％で、さらに、Ｔｅ：０．０００３〜０．０５％、Ｂｉ：０．００５〜０．５％、Ｐｂ：０．０１〜０．５％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１〜６のいずれかの項に記載の被削性に優れる鋼。
- 前記鋼において、Ａｌ：０．０１５％以下に制限することを特徴とする請求項１〜７のいずれかの項に記載の被削性に優れる鋼。
Priority Applications (9)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003374517A JP4348164B2 (ja) | 2002-11-15 | 2003-11-04 | 被削性に優れる鋼 |
| CN2007101960130A CN101215665B (zh) | 2002-11-15 | 2003-11-14 | 切削性优良的钢及其制造方法 |
| DE60318745T DE60318745T2 (de) | 2002-11-15 | 2003-11-14 | Stahl mit hervorragender zerspanbarkeit und herstellungsverfahren dafür |
| PCT/JP2003/014547 WO2004050932A1 (ja) | 2002-11-15 | 2003-11-14 | 被削性に優れる鋼とその製造方法 |
| US10/534,858 US7488396B2 (en) | 2002-11-15 | 2003-11-14 | Superior in machinability and method of production of same |
| KR1020057008721A KR100708430B1 (ko) | 2002-11-15 | 2003-11-14 | 피삭성이 우수한 강과 그 제조 방법 |
| TW092132048A TWI249579B (en) | 2002-11-15 | 2003-11-14 | A steel having an excellent cuttability and a method for producing the same |
| EP03772791A EP1580287B1 (en) | 2002-11-15 | 2003-11-14 | Steel excellent in machinability and method for production thereof |
| US12/288,542 US8137484B2 (en) | 2002-11-15 | 2008-10-20 | Method of production of steel superior in machinability |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002332665 | 2002-11-15 | ||
| JP2003374517A JP4348164B2 (ja) | 2002-11-15 | 2003-11-04 | 被削性に優れる鋼 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004176177A JP2004176177A (ja) | 2004-06-24 |
| JP4348164B2 true JP4348164B2 (ja) | 2009-10-21 |
Family
ID=32716256
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003374517A Expired - Fee Related JP4348164B2 (ja) | 2002-11-15 | 2003-11-04 | 被削性に優れる鋼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4348164B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| BRPI0719310B1 (pt) * | 2006-11-28 | 2018-01-23 | Nippon Steel Corporation | Aço para usinagem superior em capacidade de produção. |
| JP5241734B2 (ja) * | 2006-12-28 | 2013-07-17 | ポスコ | 被削性及び熱間圧延性の優れた環境親和型無鉛快削鋼 |
-
2003
- 2003-11-04 JP JP2003374517A patent/JP4348164B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2004176177A (ja) | 2004-06-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5652555B2 (ja) | 軸受鋼とその製造方法 | |
| JP4267260B2 (ja) | 被削性に優れた鋼 | |
| US7264684B2 (en) | Steel for steel pipes | |
| TWI412606B (zh) | 高周波淬火用鋼 | |
| KR101355321B1 (ko) | 표면경화강 및 그 제조 방법 | |
| CN102378822B (zh) | 冷加工性、切削性、渗碳淬火后的疲劳特性优良的表面硬化钢及其制造方法 | |
| KR101600211B1 (ko) | 켄칭용 강재, 켄칭용 강재의 제조 방법, 및 동력 전달 부품 | |
| WO2004050932A1 (ja) | 被削性に優れる鋼とその製造方法 | |
| JP4478072B2 (ja) | 高強度ばね用鋼 | |
| JPH1129839A (ja) | 高靭性ばね鋼 | |
| KR20080102382A (ko) | 피삭성과 강도 특성이 우수한 기계 구조용 강 | |
| JP4986203B2 (ja) | 工具寿命に優れたｂｎ快削鋼 | |
| JP2008013788A (ja) | 被削性と強度特性に優れた機械構造用鋼 | |
| JP4264329B2 (ja) | 被削性に優れる鋼 | |
| JP2010216008A (ja) | 高強度機械部品用素材鋼板およびその製造方法並びに高強度機械部品製造方法 | |
| CN111601908B (zh) | 渗碳轴承钢部件及渗碳轴承钢部件用棒钢 | |
| JP2009108340A (ja) | 被削性と焼入れ性に優れた焼入れ鋼材 | |
| JP2006183136A (ja) | 高強度ばね用鋼 | |
| JP2012237052A (ja) | 冷間鍛造性および結晶粒粗大化抑制能に優れた肌焼鋼とその製造方法 | |
| JP4348164B2 (ja) | 被削性に優れる鋼 | |
| JP4213948B2 (ja) | 被削性に優れる鋼 | |
| JP4323778B2 (ja) | 被削性に優れる鋼の製造方法 | |
| JP2009108357A (ja) | マルテンサイト型熱間鍛造用非調質鋼及び熱間鍛造非調質鋼部品 | |
| WO2018139672A1 (ja) | 自動車足回り部品用鋼管および自動車足回り部品 | |
| WO2018139671A1 (ja) | 自動車足回り部品用鋼管および自動車足回り部品 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050913 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080930 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20081127 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20090707 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20090717 |
|
| R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 4348164 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120724 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120724 Year of fee payment: 3 |
|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120724 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130724 Year of fee payment: 4 |
|
| S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130724 Year of fee payment: 4 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |