JPH0577012A - 被削性の優れた硫黄系快削鋼の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被削性の優れた硫黄含有量０．０８〜０．４
０％の硫黄系快削鋼の製造を可能とする。 【構成】 連続鋳造法や造塊法により硫黄含有量０．０
８〜０．４０％の硫黄系快削鋼を製造する際に、鋳型へ
注入する溶鋼のトータル酸素量を２５０ｐｐｍ以上にし
て鋳造し、且つ、鋳片または鋼塊が凝固する際、鋳片幅
中央の断面内の鋳片表面と断面中央の中間点において、
あるいは、鋼塊幅中央の断面内の鋼塊表面と断面中央の
中間点において、液相線温度〜１４００℃の温度区間の
平均冷却速度を５０℃／分以下とする。 【効果】 被削性の優れた快削鋼の製造やより効率的な
小断面鋳片や鋼塊での快削鋼の製造が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は連続鋳造法及び造塊法に
おける被削性の優れた硫黄系快削鋼の製造方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、連続鋳造法で硫黄快削鋼を製造す
る際の被削性改善方法については特開昭６２―２０７５
４７や特開昭６２―２０７５４８に開示されている。

【０００３】これらの発明は比水量の制限あるいは比水
量の制限に加え、連鋳機内に設けた保温帯や加熱帯を利
用し、鋳片の緩冷却化を図り鋼中に形成されるＭｎＳの
大型化を図り被削性を改善しようとする技術である。

【０００４】これらについては目標とする緩冷却のレベ
ルについては明らかにされていない。

【０００５】一方、特開平２―１５５５４８においては
連続鋳造法においてタンディシュの溶鋼加熱度を１０℃
以上とし硬質介在物を低減すると共に、鋳片特定部位の
冷却速度を３０℃／分以下にしてＭｎＳの大型化を図り
硫黄系快削鋼の被削性を改善する方法も開示されてい
る。

【０００６】これらの発明を適用することにより硫黄系
快削鋼の被削性は改善されるが、鋳片あるいは鋼塊の小
断面化により工程の省略を図ろうとする際、小断面化に
伴いＭｎＳが小型化し、これら従来の技術では目標とす
る被削性レベルを満足できない場合がある。

【０００７】また、自動切削工程では切削工具の寿命が
長く、その交換回数が少ないほど生産性が改善されるた
め、常に鋼材の被削性改善が要求されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明はＪＩＳ規格の
硫黄及び硫黄複合快削鋼に該当する硫黄含有量０．０８
〜０．４０％の快削鋼において、以上述べたような従来
の技術で十分満足できていない被削性レベルの達成を可
能とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨とするとこ
ろは以下の通りである。

【００１０】１．連続鋳造法により硫黄含有量０．０８
〜０．４０％の硫黄系快削鋼を製造するに際し、鋳型へ
注入する溶鋼のトータル酸素量を２５０ｐｐｍ以上にし
て鋳造し、且つ、鋳片が凝固する際、鋳片幅中央の断面
内の鋳片表面と断面中央の中間点において、液相線温度
〜１４００℃の温度区間の平均冷却速度を５０℃／分以
下とする硫黄系快削鋼の製造方法。と

【００１１】２．造塊法により硫黄含有量０．０８〜
０．４０％の硫黄快削鋼を製造するに際し、鋳型へ注入
する溶鋼のトータル酸素量を２５０ｐｐｍ以上にして鋳
造し、且つ、鋼塊が凝固する際、鋼塊幅中央の断面内の
鋼塊表面と断面中央の中間点において、液相線温度〜１
４００℃の温度区間の平均冷却速度を５０℃／分以下と
する硫黄系快削鋼の製造方法。である。

【００１２】尚、液相線温度〜１４００℃の温度区間の
平均冷却速度とは液相線温度間の温度差を液相線温度か
ら１４００℃まで低下するに要した時間で割って定義さ
れる冷却速度である。

【００１３】図３（１）、（２）に冷却速度を定義した
鋳片、鋼塊内の位置をそれぞれ示す。

【００１４】該冷却速度は温度回復法、エンタルピー法
等による凝固計算により把握される。

【００１５】

【作用】硫黄系快削鋼の被削性は鋼中に形成されるＭｎ
Ｓが大きいほど改善されることが知られている。

【００１６】また、本発明者らが被削性に及ぼす冶金因
子の影響について調査した結果、鋳片または鋼塊におけ
るＭｎＳ中のＦｅ含有量が高く、ＭｎＳが圧延で延伸さ
れにくいほど成品での被削性が改善されることが分っ
た。

【００１７】そこで、ＭｎＳのサイズをできるだけ大き
くし、しかもＭｎＳのＦｅ含有量を低下することにより
ＭｎＳを延伸しにくくして被削性を改善する方法につい
て種々検討し、以下の方法を見出した。

【００１８】その一つは、連鋳法、造塊法ともに鋳型へ
注入する溶鋼のトータル酸素を２５０ｐｐｍ以上にして
鋳造する方法である。

【００１９】硫黄系快削鋼の場合、鋳片および鋼塊中に
生成するＭｎＳの大半は凝固中にミクロ偏析でＭｎとＳ
が液相に濃化し、ＭｎとＳの溶解度積が限界（平衡溶解
度積）を越えた時点で液相中に晶出して生成する。

【００２０】本発明者らが溶鋼酸素のＭｎＳ生成挙動に
及ぼす影響について、溶鋼酸素レベルを変えて鋼塊を溶
製する実験や、そのようにして溶製した鋼塊からサンプ
ルを採取して一方向凝固実験を行なって凝固中のＭｎＳ
生成挙動を調査した結果、トータル酸素の高い材料ほど
ＭｎＳの溶解度小さいため凝固初期からＭｎＳが晶出
し、その後成長して大型化することが分った。

【００２１】また、鋼塊中のＭｎＳ組成について調査し
た結果、ＭｎＳ中のＦｅ含有量は凝固初期からＭｎＳが
生成するほど低下することが判明した。

【００２２】１３００℃以上の高温域ではＭｎＳが生成
して時間が経過するにつれ平衡に近づきＭｎＳ中のＦｅ
がＭｎに置換されるためと考えられる。

【００２３】従って、凝固する際の酸素を高めることは
ＭｎＳの大型化のみならず、ＭｎＳのＦｅ含有量を減少
させる効果を有し、その両方の効果により成品の被削性
を大幅に改善できる。

【００２４】もう一つの方法は、鋳片や鋼塊が凝固する
際の液相線温度〜１４００℃の温度区間で冷却速度を小
さくする方法であり、この温度区間の冷却速度を減少す
ることによりＭｎＳの成長の律速段階であるＭｎの固相
内拡散を促進することでＭｎＳの成長を促すことができ
る。

【００２５】一方、上記温度区間において緩冷却化する
ことによりＭｎＳ中のＦｅのＭｎへの置換が進むのでＦ
ｅ含有量の減少にもこの冷却速度の減少は効果を有す
る。

【００２６】さらに、実施例のところでも後述するよう
にトータル酸素を高くして鋳造する方法と液相線温度〜
１４００℃の温度区間の緩冷却を組合せることにより、
それら単独に適用した場合に比べＭｎＳの大型化および
ＭｎＳ中のＦｅ含有量の低下を一層促進可能であり、そ
の結果成品における被削性はさらに改善される。

【００２７】図１に連鋳のタンディッシュにおけるトー
タル酸素と成品においてプランジカットで調査した仕上
面粗さ指数の関係を示す。

【００２８】図２には鋳片の幅中央の断面内の鋳片表面
と断面中央の中間点における液相線温度〜１４００℃の
温度区間の冷却速度と仕上面粗さ指標の関係を示す。

【００２９】これらの図から明らかなように溶鋼のトー
タル酸素が高いほど、冷却速度が小さいほど仕上面粗さ
は改善され、被削性が向上しているが、トータル酸素が
２５０ｐｐｍ以上ではそれ未満に比べトータル酸素アッ
プによる改善代は小さく、一方、冷却速度については５
０℃／分以上で冷却速度を減少すると仕上面粗さを大き
く改善できるのに対し、５０℃／分以下では冷却速度を
減少してもあまり改善されない。

【００３０】本発明において鋳型へ注入する溶鋼のトー
タル酸素量を２５０ｐｐｍ以上とし、冷却速度を５０℃
／分以下にするのは以上の理由による。

【００３１】また、成品横断面内のかなりの範囲で被削
性改善効果が得るにも、鋳片または鋼塊が凝固する際の
前述の冷却速度を５０℃／分以下とする必要があった。

【００３２】

【実施例】低炭系の硫黄快削鋼（ＳＵＭ２３）を転炉で
２ｃｈ溶製し、そのうち１ｃｈを転炉でＣを通常の目標
より吹き下げて出鋼にすることにより溶鋼のフリー酸素
を高めタンディッシュ（ＴＤ）でのトータル酸素を２５
０ｐｐｍ以上に調整し、もう１Ｃｈは通常通り目標のＣ
で吹き止める溶鋼を行ない、ＴＤでのトータル酸素を２
５０ｐｐｍ以下に抑えた。第１表にＴＤでの溶鋼組成を
示す。

【００３３】また、２Ｃｈ共に断面サイズが１６２ｍｍ
×１６２ｍｍの鋳片に鋳造し、一つのストランドにおい
て２次冷却帯の下流に設けた加熱帯で鋳片表面を加熱
し、緩冷却化を図った。

【００３４】他のストランドについては比較のため加熱
せず、放冷のままとした。

【００３５】

【表１】

【００３６】尚、機内で加熱した場合、前記冷却速度は
３４℃／分で、加熱せず放冷した場合は該冷却速度は６
０℃／分となった。

【００３７】第２表に鋳片の幅中央の１／４厚み部で評
価したＭｎＳの平均粒径およびＭｎＳ中のＦｅ含有量を
示す。

【００３８】ＭｎＳの平均粒径は画像解析により、Ｍｎ
Ｓ中のＦｅ含有量はＥＰＭＡで測定した。

【００３９】本表よりＴＤにおけるトータル酸素量を２
５０ｐｐｍ以上としたＡチャージの方が２５０ｐｐｍ以
下のＢチャージより同じ冷却条件ではＭｎＳの平均粒径
は大きく、しかもＭｎＳ中のＦｅ含有量が低いことが分
る。

【００４０】また、機内加熱で緩冷却化した場合と放冷
した場合では緩冷却をした方が、ＭｎＳサイズ大きく、
しかもＭｎＳ中のＦｅ含有量が低い。

【００４１】本発明の実施例に該当するＡチャージで緩
冷却したケースにおいて、ＭｎＳが最も大型化し、Ｍｎ
Ｓ中のＦｅ含有量も最も低下できている。

【００４２】

【表２】

【００４３】図１及び図２には上記鋳片を直径６０ｍｍ
の棒鋼に圧延し、プランジカット試験により被削性を評
価した結果を示す。

【００４４】これらの図よりトータル酸素の高いＡチャ
ージの方がトータル酸素の低いＢチャージより仕上面粗
さは良好であり、Ａチャージの中でも緩冷却した方が放
冷して冷却速度が大きい場合に比べ仕上面粗さ指数は小
さい。

【００４５】以上より注入する溶鋼のトータル酸素量を
高めると共に凝固中の冷却速度を減少する本発明法が被
削性の改善に極めて有効なことが分る。

【００４６】造塊法においても３００ｋｇ鋼塊を用いて
連鋳法と同様な実験を行ない、本発明法を適用した場合
にＭｎＳが大きく、ＭｎＳ中のＦｅ含有量が低くなり被
削性が改善されることを確認した。

【００４７】尚、硫黄含有量０．０８〜０．４０％の硫
黄快削鋼をベースにＰｂ、Ｂｉ、Ｔｅ等の元素を添加し
た快削鋼でも本発明の方法によりＭｎＳは大型化し、Ｍ
ｎＳ中のＦｅ含有量を低下させることは硫黄快削鋼と全
く同様に可能であり、従って、本発明はこれらの鋼種の
被削性改善に対しても非常に有効な方法である。

【００４８】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明を適用する
ことにより硫黄系の快削鋼の被削性は大幅に改善可能で
あり、その結果切削工程では切削精度が改善されると共
に工具寿命が伸びる結果、切削工程での生産性は大幅に
改善される。

【００４９】また、被削性の面から不利な小断面ＣＣや
小鋼塊での製造においても被削性の優れた鋼材の製造が
可能となり、これらニアネットシェイプ化に伴う工程の
省略により一層の省エネ及び省力化が達成される。

【図面の簡単な説明】

【図１】プランジカットによる被削性調査結果を示し、
タンディッシュトータル酸素と仕上面粗さ指数の関係を
示す図である。

【図２】プランジカットによる被削性調査結果を示し、
鋳片冷却速度と仕上面粗さ指数の関係を示す図である。

【図３】鋳片および鋼塊における冷却速度の定義位置を
示す説明図。 （１）は鋳片、（２）は鋼塊の場合を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 連続鋳造法により硫黄含有量０．０８〜
   ０．４０％の硫黄系快削鋼を製造するに際し、鋳型へ注
   入する溶鋼のトータル酸素量を２５０ｐｐｍ以上にして
   鋳造し、且つ、鋳片が凝固する際、鋳片幅中央の断面内
   の鋳片表面と断面中央の中間点において、液相線温度〜
   １４００℃の温度区間の平均冷却速度を５０℃／分以下
   とする硫黄系快削鋼の製造方法。
2. 【請求項２】 造塊法により硫黄含有量０．０８〜０．
   ４０％の硫黄快削鋼を製造するに際し、鋳型へ注入する
   溶鋼のトータル酸素量を２５０ｐｐｍ以上にして鋳造
   し、且つ、鋼塊が凝固する際、鋼塊幅中央の断面内の鋼
   塊表面と断面中央の中間点において、液相線温度〜１４
   ００℃の温度区間の平均冷却速度を５０℃／分以下とす
   る硫黄系快削鋼の製造方法。