【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
本発明は、携帯時計の切削加工部品等に用いら
れる硫黄快削鋼及び鉛硫黄快削鋼に係わるもので
あり、特に硫黄快削鋼の快削成分であるMnSの
形態をCrSなる快削成分に変更せしめ鋼中に細か
く一様に分散させ工具寿命の向上を可能ならしめ
たこと、及びＮの添加により材料の若干の脆化を
はかり、被切削部品のカエリ等を極めて少なくし
たことを特徴とする快削鋼に係わるものである。
従来から使用されている快削炭素鋼は、Ｓ，
Pb，Te，Se，Caの１種もしくは２種以上を少量
添加して、鋼中に単体もしくは化合物の形態で介
在せしめることによつて得た「内部微少切欠効
果」および「潤滑効果」を狙うものが主である。
稀に、Ag，Al，As，Cu，Ｃ（遊離炭素）Ｐ，Sn
等を添加し、生地自身を脆弱化させたり、あるい
は微細な析出物によつて快削制を附与せしめよう
とする等、多くの試みがなされているが、上記の
いずれも基本材料の機械的強度と耐蝕制の犠性の
上に成り立つものである。
現在一般的に広く使用されている硫黄快削鋼の
快削成分の形態はMnSとなつている。このMnS
は柔軟で、チツプブレーカーとして働き切削を細
かく分断すること及び潤滑効果との効果により切
削性を高めているわけであるが、一方において
は、材料に方向性を持たせる欠点がある。
つまり材料の圧延方向により、機械的強度が異
なり圧延方向に横方向の抗張力は縦方向に比し、
抗張力で約50％も低いことが確認されている。上
記の機械的強度の劣化の原因としてはMnSの平
均粒径によるものであり、このMnSの圧延方向
に沿う縦方向の長さは20〜30μに達したおり（横
方向は２〜3μ）かなり長く存在する。また耐蝕
性も劣化させる傾向にある。
硫黄快削鋼にかかわる多くの欠陥を改善するも
のとして、鉛快削鋼が開発され、精密部品等に広
い範囲で応用実用化されているが、基本的には硫
黄快削鋼の有する諸欠陥が多少緩和された程度で
あり、根本から解決したものとは認め難い。特に
微細な腕時計など時計部品の中に大きく偏析した
鉛を含有するままに800℃〜900℃の熱処理を施す
と部品表面に露出していた鉛が溶出し、その跡が
ピンホール、凹み等のキズとなつて残り、部品精
度、寸法精度を低下させる。さらには、メツキ液
等の残存により、精密機械のもつとも嫌う錆の欠
陥につながる。
その他、Se，Te，などを用いた快削鋼もMnと
の化合物では基本的に硫黄快削鋼、鉛快削鋼とほ
ぼ同程度の性能にとどまるものである。
時計部品の製造に携わる発明者らは、しばしば
発生するこの様な致命欠陥を解消し、さらには高
度の安定性と信頼性を有し、時計製造の如き精密
工業に真に適応した新しい快削炭素鋼の出現を希
求していたものである。
本発明による快削炭素鋼は、従来の快削鋼にみ
られる欠陥を解決しながら、さらに切削性を向上
せしめたところに特徴を有するものである。
本発明によるところの快削成分は、基本的に従
来の快削成分であるMnSとは異なりCrSにしたこ
とに特徴がある。つまりMnSに比しCrSは圧延に
より細かく分断しやすいことにより、切粉の破砕
性が良くなりまた細かく分断することによりバイ
トの潤滑性を増し、飛躍的に切削性が向上する。
また、MnSに比し、CrSは、電気化学的に貴であ
り耐食性の向上にも寄与する。したがつて、CrS
にした本発明の快削鋼は、従来の快削鋼にはみら
れない被削性を有し、且つ耐食性にも優れたもの
といえる。
さらに、本発明はＮを添加したことも第２の特
徴である。特に精密部品の様な0.005mm程度のカ
エリも嫌う切削加工において、窒素は鋼を若干脆
弱化させることにより、カエリを極小にすること
が可能である。
以上、述べたCrSの効果は、重量比でCr3.5％
未満では認め難く5.9％を越えると基本材料にね
ばさが増しカエリ等が大きくなり効果が少なくな
るため、Crは3.5〜5.9％の添加量が望ましい。Ｓ
は0.24％未満では切削性の向上が望めず、0.25％
をこえると材料製造上困難なため0.24〜0.25％の
添加量とした。MnはCrよりＳと化合物を作り易
いため0.21％以下に押える必要がある。すなわち
快削成分としてのMnを、本快削鋼の成分におい
て0.21％以下としたのは、これ以上になると快削
成分の結晶形状が、圧延もしくは引抜き加工した
とき細長い形状（縦15〜30μｍ、横２〜3μｍ）に
なり、0.21％以下では結晶形状が縦約5μｍ、横２
〜3μｍの分断された形状となり切削性に寄与す
ることによる。
Ｎは0.05％未満であると材料の脆化が少なくて
カエリを少なくする効果が少なく、0.08％をこえ
ると硬質窒化物をつくり、かえつて工具の摩耗を
きたす。
また、Ｃは0.4〜1.2％が好ましい。Ｃが0.4％未
満では、セメンタイトの量が少なく、したがつて
生地のフエライトが多くなることによつて軟化し
てカエリが出易く、1.2％をこえるとセメンタイ
トの量が多くなり、バイトの摩耗をきたす。
なお、表１において添加されるSi，Ｐは炭素鋼
において通常添加されるもので、不純物と見な
す。
以下実施例にしたがい本発明を詳述する。
実施例 １
表１に示す化学成分からなる材料を自動旋盤に
かけ、腕時計用部品の一つである４番カナを湿式
加工した。バイトは超硬工具（Ko1）を用いた。
材料径は1.2φmmである。回転数4500rpm、送り
0.003mm／revの条件で切削を行つた。
The present invention relates to sulfur free-cutting steel and lead-sulfur free-cutting steel used for cutting parts of mobile watches, etc. In particular, the form of MnS, which is a free-cutting component of sulfur-free-cutting steel, is replaced with a free-cutting component called CrS. It is characterized by making it possible to improve the tool life by finely and uniformly dispersing it into the steel, and by adding N to slightly embrittle the material, which minimizes burrs on the parts to be cut. This relates to free-cutting steel. The free-cutting carbon steels that have been used conventionally are S,
Aiming for the "internal micro-notch effect" and "lubrication effect" obtained by adding a small amount of one or more of Pb, Te, Se, and Ca to the steel, either alone or in the form of a compound. Things are the main thing.
Rarely, Ag, Al, As, Cu, C (free carbon) P, Sn
Many attempts have been made to make the fabric itself brittle by adding substances such as This is based on physical strength and corrosion resistance. The free-cutting component of sulfur free-cutting steel, which is currently widely used, is MnS. This MnS
is flexible, works as a chip breaker, and improves cutting performance by dividing the cutting into small pieces and has a lubricating effect, but on the other hand, it has the disadvantage of imparting directionality to the material. In other words, the mechanical strength differs depending on the rolling direction of the material, and the tensile strength in the transverse direction of rolling is greater than that in the longitudinal direction.
It has been confirmed that the tensile strength is approximately 50% lower. The cause of the above deterioration in mechanical strength is the average grain size of MnS, and the length of this MnS in the longitudinal direction along the rolling direction reaches 20 to 30μ (2 to 3μ in the transverse direction). Exist for a long time. It also tends to deteriorate corrosion resistance. Lead free-cutting steel was developed to improve many of the defects associated with sulfur free-cutting steel, and has been put to practical use in a wide range of precision parts, but basically the defects of sulfur free-cutting steel are The problem has only been alleviated to some extent, and it is difficult to admit that the problem has been fundamentally resolved. In particular, if heat treatment is applied to 800 to 900 degrees Celsius while still containing large amounts of segregated lead in minute watch parts, the lead exposed on the surface of the parts will be eluted, leaving traces such as pinholes and dents. They remain as scratches and reduce component accuracy and dimensional accuracy. Furthermore, residual plating liquid etc. can lead to rust defects, which precision machines hate. In addition, free-cutting steels using Se, Te, etc., when combined with Mn, have basically the same performance as sulfur free-cutting steel and lead free-cutting steel. Inventors involved in the manufacture of watch parts have solved these fatal defects that often occur, and have developed a new free-cutting machine that has a high degree of stability and reliability, and is truly suitable for precision industries such as watchmaking. It was hoped that carbon steel would emerge. The free-cutting carbon steel according to the present invention is characterized in that it has improved machinability while solving the defects found in conventional free-cutting steels. The free-cutting component according to the present invention is basically characterized by using CrS, unlike MnS, which is a conventional free-cutting component. In other words, compared to MnS, CrS is easier to break into small pieces by rolling, which improves the crushability of chips, and by breaking them into small pieces, the lubricity of the cutting tool increases, dramatically improving cutting performance.
Furthermore, compared to MnS, CrS is electrochemically more noble and contributes to improved corrosion resistance. Therefore, CrS
It can be said that the free-cutting steel of the present invention has machinability not seen in conventional free-cutting steels and also has excellent corrosion resistance. Furthermore, the second feature of the present invention is that N is added. Particularly in cutting work, where burrs as small as 0.005 mm are averse to precision parts, nitrogen makes the steel slightly brittle, making it possible to minimize burrs. The effect of CrS mentioned above is Cr3.5% by weight.
If it is less than 5.9%, it will be difficult to notice, and if it exceeds 5.9%, the basic material will become sticky and burrs will increase, reducing the effect, so it is desirable that Cr be added in an amount of 3.5 to 5.9%. S
If it is less than 0.24%, no improvement in machinability can be expected, and 0.25%
Since it would be difficult to manufacture the material if it exceeded this amount, the amount added was set at 0.24 to 0.25%. Since Mn forms a compound with S more easily than Cr, it is necessary to keep it below 0.21%. In other words, the reason why Mn as a free-cutting component is set to 0.21% or less in the composition of this free-cutting steel is that if it exceeds this value, the crystal shape of the free-cutting component will become elongated (15 to 30 μm in length, If it is less than 0.21%, the crystal shape will be about 5 μm in height and 2 μm in width.
This is because it becomes a divided shape of ~3 μm and contributes to machinability. If N is less than 0.05%, the material becomes less brittle and less effective in reducing burrs, while if it exceeds 0.08%, hard nitrides are formed and the tool wears out. Further, C is preferably 0.4 to 1.2%. If C is less than 0.4%, the amount of cementite is small, and the fabric becomes soft and burrs are likely to occur due to the increase in ferrite. Come. Note that Si and P added in Table 1 are commonly added to carbon steel and are considered as impurities. The present invention will be described in detail below with reference to Examples. Example 1 A material consisting of the chemical components shown in Table 1 was placed on an automatic lathe to wet-process No. 4 pinion, which is one of the parts for a wristwatch. A carbide tool (Ko1) was used as the bite.
The material diameter is 1.2φmm. Rotation speed 4500rpm, feed
Cutting was performed under the condition of 0.003mm/rev.
【表】
その結果表２に示す。【table】
The results are shown in Table 2.
【表】
本発明材は従来材の比較例と対比すると約５〜
９％のバイト寿命が延びたのをはじめ、従来材で
は品質不安定なため、歩留りが80％と悪かつたも
のが歩留り98％と飛躍的に向上した。
次に切り落とした部品を洗浄し大気中に放置し
その発錆状況を確認したところ、従来材は１日で
点状に錆が発生したが本発明材は３日以上変色し
なかつた。このことからも耐食性が向上したこと
がわかる。
以上述べたように、本発明によればCr，Ｓ，
Ｃ，Ｎ，MnをFeに所定の量添加することによ
り、化学的安定性を向上させるとともに、他の成
分との相乗作用も効果的に働いて、被削性も、例
えば鋼材を圧延もしくは引抜きをしても安定的に
維持・向上させることができるすぐれた効果を有
する。
なお、本発明は、Ｓに限らずSe，Te等の快削
成分を添加した鋼にも応用出来るものである。[Table] When compared with the comparative example of conventional material, the present invention material has a
The tool life has been extended by 9%, and the yield of conventional materials, which were unstable at 80%, has dramatically improved to 98%. Next, the cut-off parts were washed and left in the atmosphere to check for rusting. The conventional material developed dotted rust within one day, but the material of the present invention did not change color for more than three days. This also shows that the corrosion resistance was improved. As described above, according to the present invention, Cr, S,
By adding a predetermined amount of C, N, and Mn to Fe, chemical stability is improved, and synergistic effects with other components also work effectively, improving machinability, such as rolling or drawing of steel materials. It has excellent effects that can be stably maintained and improved even when Note that the present invention is applicable not only to S but also to steels to which free-cutting components such as Se and Te are added.