JPH04289158A - 鋼表面の被削性の優れた機械構造用鋼およびその製造方法 - Google Patents
鋼表面の被削性の優れた機械構造用鋼およびその製造方法Info
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- JPH04289158A JPH04289158A JP5278691A JP5278691A JPH04289158A JP H04289158 A JPH04289158 A JP H04289158A JP 5278691 A JP5278691 A JP 5278691A JP 5278691 A JP5278691 A JP 5278691A JP H04289158 A JPH04289158 A JP H04289158A
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Landscapes
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、旋盤などにより鋼表面
を切削加工する際の被削性の優れた機械構造用鋼および
その製造方法に関するものである。
を切削加工する際の被削性の優れた機械構造用鋼および
その製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】切削加工技術の進展、自動車その他の機
械生産量の増大に伴い、被削性の優れた鋼材の必要性が
大きくなっている。特に、切削加工の自動化、高能率化
によって切屑処理性、切削仕上面の良好な鋼材が望まれ
ている。被削性を改善させるために、例えば特開昭55
−85658号公報、特開昭57−140853号公報
、特開昭62−33747号公報に示されているような
S系快削鋼、Pb快削鋼、Ca快削鋼およびこれらの複
合快削鋼が開発され、実用化されている。
械生産量の増大に伴い、被削性の優れた鋼材の必要性が
大きくなっている。特に、切削加工の自動化、高能率化
によって切屑処理性、切削仕上面の良好な鋼材が望まれ
ている。被削性を改善させるために、例えば特開昭55
−85658号公報、特開昭57−140853号公報
、特開昭62−33747号公報に示されているような
S系快削鋼、Pb快削鋼、Ca快削鋼およびこれらの複
合快削鋼が開発され、実用化されている。
【0003】一方、本発明者らは機械構造用電気抵抗溶
接鋼管を対象として、特願平2−20177号に示した
ようなNの青熱脆性を積極的に活用することによって被
削性の優れた鋼材を製造し得ることを示した。
接鋼管を対象として、特願平2−20177号に示した
ようなNの青熱脆性を積極的に活用することによって被
削性の優れた鋼材を製造し得ることを示した。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】前記した従来の快削鋼
においては、以下に示す問題点がある。即ち、基準鋼と
比較して機械的性質、冷間加工性や溶接性などが劣化す
るため、その用途が限定される場合が多い。さらに、こ
れらの快削鋼を用いて被削性の良好な機械構造用溶接鋼
管を製造しようとする際には、これらの快削鋼に生成す
る介在物により溶接性が劣化し、溶接割れ、超音波探傷
時のUST不良などによる大幅な歩留低下の原因となる
ため、溶接管の素材として使用することはできない。
においては、以下に示す問題点がある。即ち、基準鋼と
比較して機械的性質、冷間加工性や溶接性などが劣化す
るため、その用途が限定される場合が多い。さらに、こ
れらの快削鋼を用いて被削性の良好な機械構造用溶接鋼
管を製造しようとする際には、これらの快削鋼に生成す
る介在物により溶接性が劣化し、溶接割れ、超音波探傷
時のUST不良などによる大幅な歩留低下の原因となる
ため、溶接管の素材として使用することはできない。
【0005】一方、Nの青熱脆性を積極的に利用する方
法は、製鋼段階においてNを多量に添加するのが比較的
難しく、多量に添加した場合においては、溶接性の劣化
についても否定することはできない。本発明は、これら
の問題点を解消し、機械構造用鋼の被削性改善要求に応
えることを目的としてなされたものである。
法は、製鋼段階においてNを多量に添加するのが比較的
難しく、多量に添加した場合においては、溶接性の劣化
についても否定することはできない。本発明は、これら
の問題点を解消し、機械構造用鋼の被削性改善要求に応
えることを目的としてなされたものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨とするとこ
ろは下記のとおりである。 (1) 重量%表示で、C:0.02〜0.60%、
Si:0.40%以下、Mn:0.20〜2.0%、P
:0.030%以下、S:0.040%以下、sol.
Al:0.001〜0.006%、Ca:0.020%
以下を含有し、残部鉄および不可避的不純物からなり、
N2 ガスあるいはNH3 を含む雰囲気中での熱処理
によって鋼中表面下に吸窒させ、鋼の表面下においてN
を0.0040%以上固溶させたことを特徴とする鋼表
面の被削性の優れた機械構造用鋼。
ろは下記のとおりである。 (1) 重量%表示で、C:0.02〜0.60%、
Si:0.40%以下、Mn:0.20〜2.0%、P
:0.030%以下、S:0.040%以下、sol.
Al:0.001〜0.006%、Ca:0.020%
以下を含有し、残部鉄および不可避的不純物からなり、
N2 ガスあるいはNH3 を含む雰囲気中での熱処理
によって鋼中表面下に吸窒させ、鋼の表面下においてN
を0.0040%以上固溶させたことを特徴とする鋼表
面の被削性の優れた機械構造用鋼。
【0007】(2) 重量%表示で、sol.Al:
0.001〜0.006%を含む機械構造用炭素鋼を、
N2 ガスあるいはNH3 を含む雰囲気中での500
℃以上の熱処理によって鋼中表面下に吸窒させ、Nを固
溶させることを特徴とする鋼表面の被削性の優れた機械
構造用鋼の製造方法。ここで、本発明は、切屑温度領域
での延性劣化により被削性を向上させるためにNの青熱
脆性を活用したものであるが、この鋼中の固溶Nを、N
を含む雰囲気中での熱処理によって鋼表面に得ることを
特徴としたものである。
0.001〜0.006%を含む機械構造用炭素鋼を、
N2 ガスあるいはNH3 を含む雰囲気中での500
℃以上の熱処理によって鋼中表面下に吸窒させ、Nを固
溶させることを特徴とする鋼表面の被削性の優れた機械
構造用鋼の製造方法。ここで、本発明は、切屑温度領域
での延性劣化により被削性を向上させるためにNの青熱
脆性を活用したものであるが、この鋼中の固溶Nを、N
を含む雰囲気中での熱処理によって鋼表面に得ることを
特徴としたものである。
【0008】
【作用】以下に、本発明の詳細について述べる。請求項
1の鋼の成分範囲を決定した根拠については、以下の通
りである。Cは機械的強度を確保するのに必須であるた
め、下限を0.02%とした。また、0.60%を超え
ると靭性および被削性が低下する上、溶接性、加工性な
どを損なうため、その上限を0.60%とした。
1の鋼の成分範囲を決定した根拠については、以下の通
りである。Cは機械的強度を確保するのに必須であるた
め、下限を0.02%とした。また、0.60%を超え
ると靭性および被削性が低下する上、溶接性、加工性な
どを損なうため、その上限を0.60%とした。
【0009】Siは脱酸上鋼に含まれる元素であるが、
過剰に添加すると延性を低下させるほか、Siスケール
の生成によって表面性状を劣化させるため、その上限を
0.40%とした。Mnは一般に鋼の強度、靭性を確保
する上で不可欠な元素であり、Sによる熱間脆性を回避
する意味を併せて、下限を0.20%とした。しかしな
がら、過度の添加は、加工性・溶接性を劣化させるため
、2.0%以下とした。
過剰に添加すると延性を低下させるほか、Siスケール
の生成によって表面性状を劣化させるため、その上限を
0.40%とした。Mnは一般に鋼の強度、靭性を確保
する上で不可欠な元素であり、Sによる熱間脆性を回避
する意味を併せて、下限を0.20%とした。しかしな
がら、過度の添加は、加工性・溶接性を劣化させるため
、2.0%以下とした。
【0010】Pは一般に鋼中に固溶して生地を脆化させ
ることにより被削性を向上させる元素であるが、この量
が多いと溶接性、冷間加工性を劣化させる。従って、そ
の上限を0.030%とした。Sは切削性を改善するた
めに有効な元素であるが、Sの増大とともに溶接性、冷
間加工性を劣化させるため、その上限値を0.040%
とした。なお、後述のNの効果と併せて、その効果を最
大限に発揮させるためには0.01%以上の添加が望ま
しい。
ることにより被削性を向上させる元素であるが、この量
が多いと溶接性、冷間加工性を劣化させる。従って、そ
の上限を0.030%とした。Sは切削性を改善するた
めに有効な元素であるが、Sの増大とともに溶接性、冷
間加工性を劣化させるため、その上限値を0.040%
とした。なお、後述のNの効果と併せて、その効果を最
大限に発揮させるためには0.01%以上の添加が望ま
しい。
【0011】Alは、一般に脱酸上含まれる元素であり
、リムド鋼ベースのものを考慮して、sol.Alの下
限値を0.001%とした。なお、本発明では、青熱脆
性効果を最大限に発揮させるため、Nを鋼中に固溶させ
ることが必須となる。これに対し、Alは窒化物を生成
し固溶量を減少させるため、sol.Alの上限値を0
.006%とした。
、リムド鋼ベースのものを考慮して、sol.Alの下
限値を0.001%とした。なお、本発明では、青熱脆
性効果を最大限に発揮させるため、Nを鋼中に固溶させ
ることが必須となる。これに対し、Alは窒化物を生成
し固溶量を減少させるため、sol.Alの上限値を0
.006%とした。
【0012】Caは硫化物MnSの形態を制御し靱性を
向上させる効果を有しているほか、酸化物生成により工
具寿命、切削抵抗を良好とする。しかし、0.02%を
超えて添加すると大型介在物となり、靱性に悪影響を及
ぼす。このため添加量の上限を0.02%に制限した。
向上させる効果を有しているほか、酸化物生成により工
具寿命、切削抵抗を良好とする。しかし、0.02%を
超えて添加すると大型介在物となり、靱性に悪影響を及
ぼす。このため添加量の上限を0.02%に制限した。
【0013】上記成分により溶製、鋳造された鋼は、棒
鋼圧延、鋼管圧延により棒鋼、鋼管等の製品、あるいは
熱間圧延後に溶接鋼管などの製品とされた後、吸窒熱処
理を実施され、切削加工に供される。本発明においては
、切屑温度領域である200〜400℃域において延性
を低下させるNの青熱脆性効果を活用しており、鋼中へ
の0.0040重量%以上のNの固溶により、その効果
を発揮する。本発明では、その切削性の向上に効果を発
揮する固溶N量を、Nを含む雰囲気中での熱処理による
環境中のNの吸収によって得るものである。
鋼圧延、鋼管圧延により棒鋼、鋼管等の製品、あるいは
熱間圧延後に溶接鋼管などの製品とされた後、吸窒熱処
理を実施され、切削加工に供される。本発明においては
、切屑温度領域である200〜400℃域において延性
を低下させるNの青熱脆性効果を活用しており、鋼中へ
の0.0040重量%以上のNの固溶により、その効果
を発揮する。本発明では、その切削性の向上に効果を発
揮する固溶N量を、Nを含む雰囲気中での熱処理による
環境中のNの吸収によって得るものである。
【0014】なお、Nの鋼中への吸収量は、熱処理の温
度、雰囲気中のNの分圧によってほぼ決定され、温度が
高いほど、N2 ガス分圧が高いほど、その溶解量は大
きくなる。ここで、500℃より低い温度環境下におい
ては、Nの吸収量が非常に小さくなる上、後述の浸透速
度は極端に遅くなり、適当な浸透深さを確保することが
できないため、その熱処理温度は500℃以上とした。
度、雰囲気中のNの分圧によってほぼ決定され、温度が
高いほど、N2 ガス分圧が高いほど、その溶解量は大
きくなる。ここで、500℃より低い温度環境下におい
ては、Nの吸収量が非常に小さくなる上、後述の浸透速
度は極端に遅くなり、適当な浸透深さを確保することが
できないため、その熱処理温度は500℃以上とした。
【0015】N2 とH2 の混合ガスを環境として用
い、その混合比を変化させた場合の窒素吸収量と、温度
を変化させた場合の窒素吸収量のそれぞれの一例を図2
、図3に示す。NH3 ガスを環境としている場合にお
いても、傾向は同様である。一方、鋼の表面に固溶した
Nは鋼中へと浸透するが、この浸透深さは、上記溶解量
、熱処理時間およびNの鋼中の拡散係数によって決定さ
れる。この浸透深さを大きくしたい場合には、当然長時
間の熱処理を必要とするわけであるが、この意味から、
本発明は切込み代の比較的小さい場合の切削加工に対し
て、特に大きな効力を発揮するものと考えられる。
い、その混合比を変化させた場合の窒素吸収量と、温度
を変化させた場合の窒素吸収量のそれぞれの一例を図2
、図3に示す。NH3 ガスを環境としている場合にお
いても、傾向は同様である。一方、鋼の表面に固溶した
Nは鋼中へと浸透するが、この浸透深さは、上記溶解量
、熱処理時間およびNの鋼中の拡散係数によって決定さ
れる。この浸透深さを大きくしたい場合には、当然長時
間の熱処理を必要とするわけであるが、この意味から、
本発明は切込み代の比較的小さい場合の切削加工に対し
て、特に大きな効力を発揮するものと考えられる。
【0016】上記のように、Nが比較的多く固溶してい
るのは鋼表面だけであるため、Nの多量添加による母材
の機械的性質、冷間加工性、溶接性の劣化は生じること
はない。また、この熱処理は機械構造用鋼において冷間
加工後などに必要に応じて実施される軟化焼鈍や焼準な
どの熱処理を兼ねることも可能である。
るのは鋼表面だけであるため、Nの多量添加による母材
の機械的性質、冷間加工性、溶接性の劣化は生じること
はない。また、この熱処理は機械構造用鋼において冷間
加工後などに必要に応じて実施される軟化焼鈍や焼準な
どの熱処理を兼ねることも可能である。
【0017】
【実施例】表1は本発明を実施するにあたって使用に供
した鋼の化学組成を示したものである。このうちAは本
発明のsol.Al範囲を満足する機械構造用鋼、Bは
これを満足しない機械構造用鋼、Cはこれを満足する機
械構造用電気抵抗溶接管をそれぞれ示したものである。 これらは、すべて一般に市販されているものと同等の成
分系であり、特に被削性を考慮して快削元素を添加した
ものではない。
した鋼の化学組成を示したものである。このうちAは本
発明のsol.Al範囲を満足する機械構造用鋼、Bは
これを満足しない機械構造用鋼、Cはこれを満足する機
械構造用電気抵抗溶接管をそれぞれ示したものである。 これらは、すべて一般に市販されているものと同等の成
分系であり、特に被削性を考慮して快削元素を添加した
ものではない。
【0018】表1に示された成分の鋼を溶製して連続鋳
造し、A,Bについては分塊、棒鋼圧延によりφ60m
mの棒鋼を製造し、Cについては熱間圧延を行った後、
電気抵抗溶接管を製造し、本発明に従い吸窒処理を適用
したものと適用しないものについて切削試験を実施した
。表2に吸窒処理条件および切削試験の結果得られた切
屑処理性指数を示す。なお、切削試験は旋盤による旋削
によって実施し、切削速度:50〜200mm/min
、送り:0.1〜0.5mm/rev、切込み:1.5
mmの切削条件で超硬工具を用いた。切屑処理性指数は
、切屑長さ50mm以下が得られる条件数の全条件数に
対する百分率で示した。
造し、A,Bについては分塊、棒鋼圧延によりφ60m
mの棒鋼を製造し、Cについては熱間圧延を行った後、
電気抵抗溶接管を製造し、本発明に従い吸窒処理を適用
したものと適用しないものについて切削試験を実施した
。表2に吸窒処理条件および切削試験の結果得られた切
屑処理性指数を示す。なお、切削試験は旋盤による旋削
によって実施し、切削速度:50〜200mm/min
、送り:0.1〜0.5mm/rev、切込み:1.5
mmの切削条件で超硬工具を用いた。切屑処理性指数は
、切屑長さ50mm以下が得られる条件数の全条件数に
対する百分率で示した。
【0019】本発明鋼は比較鋼と比べて非常に切屑処理
性が良好であることが分かる。図1に表1中A−1鋼の
吸窒処理後の鋼中のN濃度分布例を示す。鋼表面部にお
いてNが固溶しており、これによって切屑処理性が良好
になったものと推定される。この例の場合、表面下3m
m程度の切削加工については非常に良好であるものと考
えられる。
性が良好であることが分かる。図1に表1中A−1鋼の
吸窒処理後の鋼中のN濃度分布例を示す。鋼表面部にお
いてNが固溶しており、これによって切屑処理性が良好
になったものと推定される。この例の場合、表面下3m
m程度の切削加工については非常に良好であるものと考
えられる。
【0020】なお、従来の機械構造用鋼に対して、本発
明で示したような吸窒処理を実施することによって、切
屑処理性を向上させることが可能であることは言うまで
もない。
明で示したような吸窒処理を実施することによって、切
屑処理性を向上させることが可能であることは言うまで
もない。
【0021】
【表1】
【0022】
【表2】
【0023】
【発明の効果】以上の実施例からも分かるように、本発
明によって製造された鋼の切削性は、従来鋼に比較して
飛躍的に向上している。なお、母材としては、従来材と
何等変わりのないものであるから、冷間加工性能、溶接
性などの劣化もない。本発明によれば、被削性の優れた
機械構造用鋼を製造することが可能である。
明によって製造された鋼の切削性は、従来鋼に比較して
飛躍的に向上している。なお、母材としては、従来材と
何等変わりのないものであるから、冷間加工性能、溶接
性などの劣化もない。本発明によれば、被削性の優れた
機械構造用鋼を製造することが可能である。
【図1】図1は吸窒熱処理後の鋼中のN濃度分布例を示
す図である。
す図である。
【図2】図2は混合気中のN2 のガス比とN吸収量の
関係を示す図である。
関係を示す図である。
【図3】図3は吸窒熱処理温度とN吸収量の関係を示す
図である。
図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 重量%表示で、C:0.02〜0.6
0%、Si:0.40%以下、Mn:0.20〜2.0
%、P:0.030%以下、S:0.040%以下、s
ol.Al:0.001〜0.006%、Ca:0.0
20%以下を含有し、残部鉄および不可避的不純物から
なり、N2 ガスあるいはNH3 を含む雰囲気中での
熱処理によって鋼中表面下に吸窒させ、鋼の表面下にお
いてNを0.0040%以上固溶させたことを特徴とす
る鋼表面の被削性の優れた機械構造用鋼。 - 【請求項2】 重量%表示で、sol.Al:0.0
01〜0.006%を含む機械構造用炭素鋼を、N2
ガスあるいはNH3 を含む雰囲気中での500℃以上
の熱処理によって鋼中表面下に吸窒させ、Nを固溶させ
ることを特徴とする鋼表面の被削性の優れた機械構造用
鋼の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5278691A JPH04289158A (ja) | 1991-03-18 | 1991-03-18 | 鋼表面の被削性の優れた機械構造用鋼およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5278691A JPH04289158A (ja) | 1991-03-18 | 1991-03-18 | 鋼表面の被削性の優れた機械構造用鋼およびその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04289158A true JPH04289158A (ja) | 1992-10-14 |
Family
ID=12924523
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5278691A Withdrawn JPH04289158A (ja) | 1991-03-18 | 1991-03-18 | 鋼表面の被削性の優れた機械構造用鋼およびその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04289158A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004143579A (ja) * | 2002-08-27 | 2004-05-20 | Kobe Steel Ltd | 切り屑処理性に優れた機械構造用鋼、およびその製造方法 |
US6773561B1 (en) | 1999-08-27 | 2004-08-10 | Asahi Kasei Kabushiki Kaisha | Unit cell for alkali chloride metal aqueous solution electrolytic tank |
-
1991
- 1991-03-18 JP JP5278691A patent/JPH04289158A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6773561B1 (en) | 1999-08-27 | 2004-08-10 | Asahi Kasei Kabushiki Kaisha | Unit cell for alkali chloride metal aqueous solution electrolytic tank |
JP2004143579A (ja) * | 2002-08-27 | 2004-05-20 | Kobe Steel Ltd | 切り屑処理性に優れた機械構造用鋼、およびその製造方法 |
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