JP4478137B2

JP4478137B2 - Ｂ含有低炭非鉛快削鋼の製造方法

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Publication number: JP4478137B2
Application number: JP2006314241A
Authority: JP
Inventors: 太朗廣角; 健一郎宮本; 淳青木; 水野　　淳
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2006-11-21
Filing date: 2006-11-21
Publication date: 2010-06-09
Anticipated expiration: 2026-11-21
Also published as: JP2008126273A

Description

本発明は、自動車や一般機械などに用いられ、切削時の工具寿命と仕上げ面粗さおよび切屑処理性に優れる、Ｂを添加した低炭快削鋼の製造方法に関わり、詳しくは、連続鋳造用スライディングノズルプレートの溶損防止を図る方法に関するものである。

自動車や一般機械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。特に低炭硫黄快削鋼（ＳＵＭ２３）や低炭硫黄鉛複合快削鋼（ＳＵＭ２４Ｌ）は被削性を重視して発明され、Ｓ、Ｐｂなどの元素が被削性向上に有効であることが広く知られている。

しかし需要家によっては、環境負荷の大きい元素であるＰｂを含有する快削鋼の使用を避ける場合があり、その使用量は削減される方向にある。Ｐｂを使用しない快削鋼として、例えば特許文献１および特許文献２にて開示されているように、Ｂを添加して鋼中でＢＮを析出させ、被削性を確保する対策がとられている。

一方、連続鋳造において、タンディッシュから鋳型への溶鋼注入量制御のため、一般的にタンディッシュと浸漬ノズルとの間に２枚重ねあるいは３枚以上の中部に孔を有したスライディングノズルプレートが用いられている。タンディッシュのスライディングノズルプレートの耐火材料としては、耐熱衝撃性や鋼中介在物（主に酸化物）との反応性の観点から、質量％で８０％以上のＺｒＯ₂とその他の成分からなるＺｒＯ₂系耐火物（以後単にＺｒＯ₂系と称する）が広く適用されている。

特開２００１−３２９３３５号公報特開２００４−１７６１７６号公報

Ｂ含有低炭快削鋼を連続鋳造するに際し、タンディッシュにＺｒＯ₂系耐火物を用いたスライディングノズルを適用した場合、スライディングノズルプレートの溶鋼と接する内孔部（孔の壁および摺動面）が特に溶損しやすく、鋳造中に溶鋼の流量が乱れて安定的な鋳造ができなくなるばかりか、鋳造間でのタンディッシュ交換が必要となるなど連々鋳の実施にも支障をきたし、生産障害をきたす場合がある。このような問題を回避する方法に関して、前述した特許文献１および特許文献２にて開示されている発明は何ら言及していない。

本発明は上記事情を鑑みてなされたもので、自動車や一般機械などに用いられ、切削時の工具寿命と仕上げ面粗さおよび切屑処理性に優れる、Ｂを添加した低炭快削鋼の製造において、ＺｒＯ₂系耐火物製の連続鋳造用スライディングノズルプレートの溶損を防止する製造方法を提供するものである。

ＺｒＯ₂系スライディングノズルプレートの溶損は、溶鋼中に非金属介在物として存在するＭｎＯあるいはＭｎＯ−Ｂ₂Ｏ₃系酸化物（以後まとめてＭｎＯ−Ｂ₂Ｏ₃系酸化物と称する）が耐火物に付着し、その結果、耐火物の粒界を侵食することにより発生、進行する。Ｂ含有低炭快削鋼を従来の方法で溶製すると、溶鋼中にＭｎＯ−Ｂ₂Ｏ₃系酸化物が生成する。Ｂ含有低炭快削鋼を連続鋳造するに際してスライディングノズルプレートの溶損が激しかった理由はここにあり、それがために良好な被削性と耐溶損性を両立させることは困難であった。

本発明者らは、ＺｒＯ₂系スライディングノズルプレートを用いてＢ含有低炭非鉛快削鋼を製造する方法の開発を狙いとして、ＺｒＯ₂系スライディングノズルプレートと介在物の反応性抑制について鋭意検討し、新たな金属学的効果を知見して本発明に至った。

本発明の要旨は、以下のとおりである。
（１）質量％で、Ｃ：０．００５〜０．２％、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：０．３〜３．０％、Ｐ：０．２％以下、Ｓ：０．０３〜１．０％、Ｂ：０．００１〜０．０１５％、Ｏ：０．００５〜０．０３５％、Ｎ：０．００３〜０．０１５％、Ａｌ：０．０１％以下、Ｚｒ：０．００４〜０．０４％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる鋼を、ＺｒＯ₂系スライディングノズルプレートを用いて連続鋳造により製造するに際し、連続鋳造に供する溶鋼中酸化物中の平均ＺｒＯ₂濃度を質量％で１０〜７０％とすることを特徴とするＢ含有低炭非鉛快削鋼の製造方法。
（２）連続鋳造に供する溶鋼のＭｎ、Ｂ、およびＺｒの成分調整に際して、ＭｎおよびＢを先に添加した後、Ｚｒを添加することを特徴とする上記（１）に記載のＢ含有低炭非鉛快削鋼の製造方法。
（３）鋼の成分が、さらに、質量％で、Ｃａ：０．００３０％以下、Ｓｎ：２．０％以下、Ｚｎ：０．５％以下の内の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）のＢ含有低炭非鉛快削鋼の製造方法。
（４）鋼の成分が、さらに、質量％で、Ｖ：０．２％以下、Ｎｂ：０．２％以下、Ｗ：１．０％以下の内の１種または２種以上を含有することを特徴とする（１）乃至（３）のいずれかに記載のＢ含有低炭非鉛快削鋼の製造方法。
（５）鋼の成分が、さらに、質量％で、Ｃｒ：２．０％以下、Ｍｏ：１．０％以下の内の１種または２種を含有することを特徴とする（１）乃至（４）のいずれかに記載のＢ含有低炭非鉛快削鋼の製造方法。
（６）鋼の成分が、さらに、質量％で、Ｎｉ：２．０％以下、Ｃｕ：２．０％以下の内の１種または２種を含有することを特徴とする（１）乃至（５）のいずれかに記載のＢ含有低炭非鉛快削鋼の製造方法。

本発明によれば、自動車や一般機械などに用いられ、切削時の工具寿命と仕上げ面粗さおよび切屑処理性に優れる、Ｂを添加した低炭快削鋼を連続鋳造で製造する場合において、連続鋳造用スライディングノズルプレートの溶損を防止することができる。

本発明で知見した新たな金属学的効果について以下に説明する。

ＺｒＯ₂系スライディングノズルプレートの溶損は、溶鋼中の非金属介在物であるＭｎＯを主成分とする酸化物が耐火物に付着し、耐火物の粒界を侵食することにより発生、進行する。さらに被削性確保に有効なＢが共存する場合、ＭｎＯ酸化物がＢ₂Ｏ₃と複合する。このＭｎＯ−Ｂ₂Ｏ₃系酸化物は耐火物を溶損させる効果が大きく、ＺｒＯ₂系スライディングノズルプレートを用いた安定操業は困難であった。

そこで、ＺｒＯ₂系スライディングノズルプレートの構成元素であり、かつ鋼中Ｏとの親和力においてＭｎやＢ以上であるＺｒを添加することで、被削性を劣化させることなくＭｎＯ−Ｂ₂Ｏ₃系酸化物とＺｒＯ₂系スライディングノズルプレート間での反応性を抑制することを検討した。

以下に、Ｚｒの添加によりＺｒＯ₂系スライディングノズルプレートの溶損が大幅に抑制される理由を説明する。

ＺｒＯ₂系スライディングノズルプレートの溶損は、ＭｎＯ−Ｂ₂Ｏ₃系酸化物が耐火物の粒界を侵食することにより発生、進行する。言い換えれば、製鋼温度において、ＭｎＯ−Ｂ₂Ｏ₃系溶融酸化物へのＺｒＯ₂の溶解度が大きいことがＺｒＯ₂系スライディングノズルプレート溶損の直接の原因となっている。

本発明は、上に述べたＭｎＯ−Ｂ₂Ｏ₃系溶融酸化物へのＺｒＯ₂の溶解度に注目してなされたものである。すなわち、溶鋼中に予めＺｒを含有させておくことにより脱酸生成物として生成されるＺｒＯ₂とＭｎＯ−Ｂ₂Ｏ₃系酸化物が反応し、ＭｎＯ−Ｂ₂Ｏ₃−ＺｒＯ₂系酸化物となる。この酸化物は既にＺｒＯ₂を含有しているため、ＺｒＯ₂系スライディングノズルプレートと接触した場合、ＭｎＯ−Ｂ₂Ｏ₃系溶融酸化物と比較して大幅に溶損量は抑制される。

本発明で規定した溶鋼中酸化物は、例えば、以下のような方法で定量的に測定される。

タンディッシュから溶鋼サンプルを採取し、水冷する。これを鏡面研磨し、光学顕微鏡を用いて１０００倍の倍率で少なくとも１ｍｍ²以上の面積にわたって観察する。

対象となる酸化物のうち少なくとも１０個以上について、Ｘ線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）に付属の波長分散型分光法（ＷＤＳ）を用いて組成を分析し、酸化物の平均組成を求める。このとき、ほぼＺｒＯ₂のみ検出される相、ＭｎＯやＢ₂Ｏ₃が共に検出される相の両方が存在するが、その場合は観察面の面積分率で重み付けすることにより酸化物の平均組成を求める。また、酸化物組成の分析値に地鉄のＦｅが検出される場合は、分析値からＦｅを除外して酸化物の平均組成を求める。

質量％でＣ：０．０５〜０．０８％、Ｓｉ：０．０１〜０．０２％、Ｍｎ：１．０〜１．５％、Ｐ：０．０６５〜０．１２０％、Ｓ：０．３３〜０．５０％、Ａｌ：０．００１％〜０．００９％、Ｚｒ：０％〜０．０５５％、Ｂ：０．００６〜０．０１４％、Ｏ：０．００８１〜０．０２４２％、Ｎ：０．００４６〜０．０１３９％の溶鋼の連続鋳造において、質量％でＺｒＯ₂：９２〜９４％、ＣａＯ：２〜４％、Ｃ：３〜５％であるＺｒＯ₂系スライディングプレートを使用したときの、該プレートのノズル溶損状況と鋼材の被削性について調査した。

図１は、溶鋼中酸化物中の平均ＺｒＯ₂濃度とノズル溶損状況の関係を示す。なお、ＴＤ−ＳＮ溶損指数は、上記溶鋼組成のうちＺｒを添加していない例におけるＺｒＯ₂系スライディングノズルプレートの平均溶損速度（溶損量／通過溶鋼量）を１として、各々のスライディングノズルプレートの溶損速度を指数化した値である。

図２は、溶鋼中酸化物中の平均ＺｒＯ₂濃度と鋼材の被削性の関係を示す。なお、被削性は鋳造後鋳片を５０ｍｍφの丸棒に圧延することにより得た鋼材製品のプランジ切削試験による仕上面粗さで表す。

図１より、溶鋼中酸化物中の平均ＺｒＯ₂濃度が質量％で１０％未満の場合、ＺｒＯ₂系スライディングノズルプレートの溶損抑制効果が十分でない。これは、ＭｎＯ−Ｂ₂Ｏ₃−ＺｒＯ₂系酸化物がさらなるＺｒＯ₂溶解能を有するためである。よって溶鋼中酸化物中の平均ＺｒＯ₂濃度の下限は１０％とする。

一方、図２により、溶鋼中酸化物中の平均ＺｒＯ₂濃度が質量％で７０％を超える場合、鋼材の被削性は大幅に劣化する。これは、ＺｒＯ₂の凝集合体挙動や酸化物硬度の極端な増大が見られるようになるためである。さらにこのような酸化物が溶鋼中で凝集合体により粗大化すると、浸漬ノズル閉塞による操業上の懸念もあるため望ましくない。よって溶鋼中酸化物中の平均ＺｒＯ₂濃度の上限は７０％とする。

溶鋼中酸化物中の平均ＺｒＯ₂濃度を上記本発明範囲内に制御するためには、鋼中にＺｒを添加し、鋼中のＺｒ濃度を規定範囲内に調整することが有効である。即ち、ＺｒはＺｒＯ₂系スライディングノズルプレートの溶損の原因となるＭｎＯ−Ｂ₂Ｏ₃系酸化物を改質し、溶損を抑制する上で重要な元素である。Ｚｒ濃度が０．００４％未満の場合、溶鋼中酸化物中の平均ＺｒＯ₂濃度を１０質量％以上とすることができず、ＭｎＯ−Ｂ₂Ｏ₃−ＺｒＯ₂系酸化物中のＭｎＯ、Ｂ₂Ｏ₃濃度低減効果が小さく、溶損抑制の効果が発現しない。よって下限を０．００４％とする。一方、Ｚｒ濃度が０．０４％を超えると、溶鋼中酸化物中の平均ＺｒＯ₂濃度を７０質量％以下とすることができず、ＭｎＯ−Ｂ₂Ｏ₃系酸化物の還元が過剰に進行し、酸化物中のＭｎＯおよびＢ₂Ｏ₃濃度が極端に小さくなる。その結果、鋼中酸化物は硬質化し、被削性の低減を招くため好ましくない。よって上限を０．０４％とする。

さらに、溶鋼中酸化物中の平均ＺｒＯ₂濃度を制御するためには、添加するＺｒを溶鋼中Ｏ濃度に応じて調整することが有効である。そのためには、Ｚｒ濃度に関して本発明の範囲内でさらに以下の式で限定される範囲とすることが好ましい。
０．２９≦［％Ｚｒ］／［％Ｏ］≦２．４
ここで、［％Ｚｒ］および［％Ｏ］はそれぞれ鋼中ＺｒおよびＯ濃度を質量％で表したものである。なお、Ｏ濃度は介在物等を含めた溶鋼全体中の濃度であり、鋼中に溶存している酸素を示すものではない。

Ｚｒは鋼中Ｏとの親和力においてＭｎやＢより大きい。よって、ＭｎやＢが既にＭｎＯ−Ｂ₂Ｏ₃系酸化物として溶鋼中に存在する状態でＺｒを添加した場合、上記酸化物の一部を還元し、本発明範囲内の添加により溶鋼中酸化物中の平均ＺｒＯ₂濃度として質量％で１０％以上７０％以下含有するＭｎＯ−Ｂ₂Ｏ₃−ＺｒＯ₂系酸化物を生成する。逆に、Ｚｒが既にＺｒＯ₂として溶鋼中に存在する状態でＭｎ、Ｂを添加したとしても、ＺｒＯ₂を安定して還元することはできない。よって、Ｚｒを添加しない状態で前記溶鋼中にＭｎ、Ｂを添加した後にＺｒを添加することが好ましい。ここで、Ｚｒを添加するとは、Ｚｒを積極的に添加することを意味しており、製鉄原料等から不可避的に混入しているＺｒを意味するものではなく、この不可避的に混入しているＺｒがＭｎ、Ｂを添加する前に含有していても問題はない。

次に、各々の化学成分の限定理由について、すでに説明したＺｒを除いた成分について説明する。なお、％はいずれも質量％を意味する。

Ｃは鋼材の基本強度と鋼中のＯ量に関係するので被削性に大きな影響を及ぼす。Ｃの下限である０．００５％は母材の強度、および溶存Ｏ過多に起因するピンホールを抑制するための最小値である。一方、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％とする。

Ｓｉは脱酸のために鋼に含有されるが、多すぎると硬質介在物を生じて被削性を低下させるため、上限を０．５％とする。本発明の脱酸はＭｎ、Ｂ、Ｚｒだけでも十分可能であり、十分な被削性を得るためには、Ｓｉを０．１％以下にするのが望ましい。また下限は０％である。

Ｍｎは鋼中Ｓ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、酸化物を無害化す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、０．３％未満では鋼中ＳをＭｎＳとして十分に固定できず、表面疵や割れの発生要因となり望ましくない。よって下限を０．３％とする。一方、Ｍｎ濃度が過大になると素地の固さが大きくなり、被削性や冷間加工性が低下する。よって上限を３．０％とする。

Ｐは本発明方法においては不純物元素であり、０．２％以下とする。Ｐの低減は偏析の軽減を通じて鋳造特性や加工性を改善する。したがって、下限は０％である。

ＳはＭｎと結合してＭｎＳを主成分とする硫化物として存在する。ＭｎＳを主成分とする硫化物は被削性を向上させるが、延伸したＭｎＳを主成分とする硫化物は鍛造時の異方性を生じる原因の１つである。大きなＭｎＳを主成分とする硫化物は避けるべきであるが、被削性向上の観点からは適量の添加は望ましい。よって下限を０．０３％とする。一方、Ｓ濃度が過大になると粗大ＭｎＳを主成分とする硫化物の生成が避けられないだけでなく、ＦｅＳなどによる鋳造特性、熱間変形特性の劣化をもたらし製造中に割れを生じる。よって上限を１．０％とする。

ＢはＢＮとして析出すると被削性向上に効果がある。特にＭｎＳを主成分とする硫化物と複合析出して母材中に微細分散することでより顕著となる。これらの効果はＢ濃度０．００１％未満では十分に得られないため、下限を０．００１％とする。一方、Ｂ濃度が０．０１５％を超えるとその効果は飽和し、コスト増を招き望ましくない。よって上限を０．０１５％とする。

本発明の快削鋼はＭｎＳの微細分散により被削性を向上させる際に析出核として酸化物を利用するため、Ｏ濃度の制御が必要である。Ｏ濃度０．００５％未満では十分にＭｎＳを主成分とする硫化物を微細分散させることができず、粗大なＭｎＳを生じ、被削性や機械的性質にも悪影響を及ぼす。さらに溶鋼中で脱硫反応が促進され、鋼中Ｓ濃度の制御が困難になる。よって下限を０．００５％とする。
一方、Ｏは酸化物とならず鋼中に単独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。硬質酸化物の生成により被削性の劣化や疵の原因になる場合もある。さらに被削性向上のために添加しているＢを溶鋼中で酸化物として消費してしまい、ＢＮになる有効Ｂ量を減少させて被削性に影響を及ぼす場合がある。Ｏ濃度０．０３５％を超えるとピンホールの発生原因となるだけでなく、溶鋼中でＢの酸化物が生成しやすくなり、実質的にＢＮとなるＢが減少して被削性を劣化させる。よって上限を０．０３５％とする。

ＮはＢと結合してＢＮを生成し、被削性を向上させる。この効果はＮ濃度０．００３％未満では十分に得られず、さらにＢ濃度によっては多量の固溶Ｂが残存し、鋼材の硬化を招き好ましくない。よって下限を０．００３％とする。また、Ｎ濃度が０．０１５％を超えるとＢＮによる被削性向上効果が飽和し、さらにＢ濃度によっては多量の固溶Ｎが残存し、圧延疵の発生を招き好ましくない。よって上限を０．０１５％とする。そのうえで、製造性と被削性の両立を図るには、Ｎ濃度に関して本発明の範囲内でさらに以下の式で限定される範囲とすることが好ましい。
１．３×［％Ｂ］−０．００２２≦［％Ｎ］≦１．３×［％Ｂ］＋０．００３４
ここで、［％Ｂ］および［％Ｎ］はそれぞれ鋼中ＢおよびＮ濃度を質量％で表したものである。

Ａｌは脱酸元素であり、鋼中でＡｌ₂Ｏ₃やＡｌＮを生成する。しかしＡｌ₂Ｏ₃は硬質で凝集しやすいため、大径の有害介在物となりやすく、切削時に工具摩耗を促進させる。またＡｌＮを生成することでＢＮを生成するためのＮを消費してしまい、被削性の低下を招く。したがって上限を０．０１％とする。また下限は０％である。

本発明においては、製品に求める特性を発現させるため、さらに以下の元素を１種または２種以上溶鋼に添加してもよい。なお、すべての元素について選択元素として添加する場合、０％は含まない。

Ｃａは脱酸元素であり、鋼中の酸素量を制御することができ、酸化物を形成しやすいＢの歩留りを安定させ、更に硬質酸化物の生成を抑制することができる。また微量であれば軟質酸化物を生成し、被削性を向上させる働きがある。しかし、０．００３０％を超えると多量の軟質酸化物が生成することで工具刃先へ凹凸をもって付着し、そのため仕上げ面粗さが極端に悪くなるばかりでなく、硬質の酸化物も大量に生成し、更に被削性や熱間延性を低下させる。よって上限を０．００３０％とする。

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。しかし、２．０％を超えて添加してもその効果が飽和し、コスト増を招くため好ましくない。よって上限を２．０％とする。

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。しかし、０．５％を超えて添加してもその効果が飽和し、コスト増を招くため好ましくない。よって上限を０．５％とする。

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。しかし、０．２％を超え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。よって上限を０．２％とする。

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。しかし、０．２％を超え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。よって上限を０．２％とする。

Ｗ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。しかし、１．０％を超え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。よって上限を１．０％とする。

Ｃｒは焼入れ性向上、焼戻し軟化抵抗付与元素であり、母材の強度を向上させる。しかし、２．０％を超えるとＣｒ炭化物を生成し脆化させる。よって上限を２．０％とする。

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。しかし、１．０％を超えて添加してもその効果は飽和し、コスト増を招くため好ましくない。よって上限を１．０％とする。

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。しかし、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し、コスト増を招くため好ましくない。よって上限を２．０％とする。

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。しかし、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し、コスト増を招くため好ましくない。よって上限を２．０％とする。なお、Ｃｕは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。

次に、本発明の実施例について説明する。

表１に示す組成の鋼を３００ｔ転炉−ＬＦプロセスにて溶製した。Ｍｎ、Ｂ、ＺｒはいずれもＬＦ操業中に添加し、Ｚｒ添加前には金型サンプラーを用いてサンプルを採取し、溶鋼中Ｏ濃度を測定した。その後、質量％でＺｒＯ₂：９０〜９４％、ＣａＯ：２〜４％、Ｃ：３〜５％からなるＺｒＯ₂系スライディングノズルプレートを設置した浸漬ノズルを用いて１辺２２０ｍｍの鋳片に鋳造した。その際、いくつかの比較例においては鋳造時にノズルの顕著な溶損が生じた。

酸化物組成はタンディッシュ中の溶鋼から金型サンプラーにて採取したサンプル中から任意の１０個を選択後ＥＰＭＡに付属のＷＤＳにより定量し、平均組成を求めた。

また、鋳造後はスライディングノズルを回収し、溶損量から溶損指数を計算した。ここで、溶損指数とは不可避的に混入するＺｒ以外にＺｒを添加しない場合の鋼Ｂ１、Ｂ２のＺｒＯ₂系スライディングノズルプレートの平均溶損速度を１として、各々の溶損速度を指数化した値である。

鋳片は５０ｍｍ径の丸棒に圧延し、後に示す被削性試験に供した。いずれも結果は表２に示す。

材料の被削性はドリル穿孔試験、プランジ切削試験、長手旋削試験の代表的な３種類の切削方法によって評価した。ドリル穿孔試験は累積穴深さ１０００ｍｍまで切削可能な最高の切削速度（いわゆるＶＬ１０００、単位：ｍ／ｍｉｎ）で被削性を評価する方法である。プランジ切削試験は高速度鋼の突切工具によって工具形状（構成刃先形状）を転写して仕上げ面粗さを評価する方法である。長手旋削試験は超硬工具を長手方向に送りながら鋼材外周を切り込む切削方法で、プランジ切削と同様、工具形状の転写での仕上げ面粗さを評価する方法である。実験では工具摩耗が進行した状態での被削性の差を評価できる８００個切削後の仕上げ面粗さで評価した。仕上げ面粗さは触針式粗さ計で測定し、１０点表面粗さＲｚ（単位：μｍ）を仕上面粗さを示す指標とした。切屑処理性に関しては切屑カール時の半径が小さいもの、あるいは分断されているものが好ましく、○とした。巻き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屑長さが１００ｍｍに達しなかったものは良好で○とした。切屑が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屑を不良とし、×とした。

表１および２から、本発明例（Ａ１〜Ａ１２）では、ドリル穿孔試験、プランジ切削試験、長手旋削試験いずれも良好な値を示す上、溶損指数も小さい。

一方、本発明の範囲から外れる比較例をＢ１〜Ｂ１５およびＣ１〜Ｃ６に示す。鋼Ｂ１〜Ｂ１５はＺｒ量が発明の要件を満たさないため、溶鋼中酸化物中の平均ＺｒＯ₂濃度が本発明範囲を外れた例である。鋼Ｃ１〜Ｃ４は本発明の成分範囲を満たしているが、溶鋼中Ｏ濃度に対するＺｒ添加量が好ましい範囲から外れているため、溶鋼中酸化物中の平均ＺｒＯ₂濃度が本発明範囲から外れ、望ましい効果が得られなかった例である。また、鋼Ｃ５〜Ｃ６はＭｎ、Ｂ、Ｚｒの添加順序が不適切であったため、溶鋼中酸化物中ＺｒＯ₂濃度が本発明範囲を外れた例である。

溶鋼中酸化物中の平均ＺｒＯ₂濃度とノズル溶損状況の関係を示す図である。溶鋼中酸化物中の平均ＺｒＯ₂濃度と鋼材の被削性の関係を示す図である。

Claims

質量％で、
Ｃ：０．００５〜０．２％
Ｓｉ：０．５％以下
Ｍｎ：０．３〜３．０％
Ｐ：０．２％以下
Ｓ：０．０３〜１．０％
Ｂ：０．００１〜０．０１５％
Ｏ：０．００５〜０．０３５％
Ｎ：０．００３〜０．０１５％
Ａｌ：０．０１％以下
Ｚｒ：０．００４〜０．０４％
を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる鋼を、ＺｒＯ₂系スライディングノズルプレートを用いて連続鋳造により製造するに際し、連続鋳造に供する溶鋼中酸化物中の平均ＺｒＯ₂濃度を質量％で１０〜７０％とすることを特徴とするＢ含有低炭非鉛快削鋼の製造方法。
連続鋳造に供する溶鋼のＭｎ、Ｂ、およびＺｒの成分調整に際して、ＭｎおよびＢを先に添加した後、Ｚｒを添加することを特徴とする請求項１に記載のＢ含有低炭非鉛快削鋼の製造方法。
鋼の成分が、さらに、質量％で、
Ｃａ：０．００３０％以下
Ｓｎ：２．０％以下
Ｚｎ：０．５％以下
の内の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Ｂ含有低炭非鉛快削鋼の製造方法。
鋼の成分が、さらに、質量％で、
Ｖ：０．２％以下
Ｎｂ：０．２％以下
Ｗ：１．０％以下
の内の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のいずれかに記載のＢ含有低炭非鉛快削鋼の製造方法。
鋼の成分が、さらに、質量％で、
Ｃｒ：２．０％以下
Ｍｏ：１．０％以下
の内の１種または２種を含有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のＢ含有低炭非鉛快削鋼の製造方法。
鋼の成分が、さらに、質量％で、
Ｎｉ：２．０％以下
Ｃｕ：２．０％以下
の内の１種または２種を含有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のＢ含有低炭非鉛快削鋼の製造方法。