JPH06336644A - Steel for machine structure excellent in machinability - Google Patents

Steel for machine structure excellent in machinability

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Publication number
JPH06336644A
JPH06336644A JP28255493A JP28255493A JPH06336644A JP H06336644 A JPH06336644 A JP H06336644A JP 28255493 A JP28255493 A JP 28255493A JP 28255493 A JP28255493 A JP 28255493A JP H06336644 A JPH06336644 A JP H06336644A
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JP
Japan
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steel
machinability
graphitization
graphite
added
Prior art date
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Pending
Application number
JP28255493A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshiyuki Hoshino
俊幸 星野
Satoshi Yasumoto
聡 安本
Akihiro Matsuzaki
明博 松崎
Kenichi Amano
虔一 天野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH06336644A publication Critical patent/JPH06336644A/en
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Abstract

PURPOSE:To eliminate pretreatment before graphitization annealing in steel and to improve its machinability by specifying C, Si, Mn, Cr, Ti, B, N, O, Ni or the like and forming its structure of ferrite and graphite. CONSTITUTION:This steel for machine structures is formed of a compsn. contg., by weight, 0.1 to 1.5% C, 0.5 to 2% Si, 0.1 to 2% Mn, <=0.1% Cr, 0.005 to 0.1% Ti, 0.0003 to 0.015% B, 0.0015 to 0.015% N and <=0.003% O, and the balance Fe or furthermore contg. one or more kinds selected from 0.1 to 3% Ni, 0.1 to 3% Cu, 0.005 to 0.5% V and 0.005 to 0.05% Nb. Then, its structure is constituted of ferrite and graphite, hardening as pretreatment is eliminated, and its machinability is made excellent.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、産業機械および自動
車部品等の素材として用いられる機械構造用鋼、即ち黒
鉛複合快削鋼に関し、とくにその被削性の向上を図らん
として開発したものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a steel for machine structural use used as a material for industrial machines and automobile parts, that is, a graphite composite free-cutting steel, and is developed especially with the aim of improving its machinability. is there.

【0002】[0002]

【従来の技術】産業機械や自動車部品等に用いられる鋼
材のうち、切削加工によって所定の形状を得るものに
は、優れた被削性が要求される。かかる鋼材について
は、従来、機械構造用炭素鋼にPb, Te, Bi, P, Caおよ
びS等を単独または複合添加して、その被削性の向上を
図ってきた。中でもPbは、その添加によって鋼材の機械
的性質の劣化を伴わず、またTeやBi等に比較して経済的
なことから、快削性元素として多用されている。
2. Description of the Related Art Among steel materials used for industrial machines, automobile parts, etc., those having a predetermined shape by cutting are required to have excellent machinability. Conventionally, such steel materials have been improved in machinability by adding Pb, Te, Bi, P, Ca and S, etc., singly or in combination, to carbon steel for machine structural use. Above all, Pb is often used as a free-machining element because its addition does not cause deterioration of the mechanical properties of steel materials and is economical compared to Te, Bi and the like.

【0003】しかし、Pbは人体に極めて有害であること
から、鋼材の製造工程のみならず、それを用いた機械部
品の製造工程において、大がかりな排気設備を必要と
し、また鋼材のリサイクルの上からも多くの問題があっ
た。このため従来から、Pbを添加することなしに、Pb添
加鋼と同等程度の被削性を有する鋼材の開発が望まれて
きたが、最近、Pb添加快削鋼に代わるものとして黒鉛鋼
が注目されている。
However, since Pb is extremely harmful to the human body, a large-scale exhaust facility is required not only in the manufacturing process of steel products but also in the manufacturing process of machine parts using it, and it is necessary to recycle steel products. There were many problems too. Therefore, it has been desired to develop a steel material having machinability equivalent to that of Pb-added steel without adding Pb, but recently, graphite steel has been attracting attention as an alternative to Pb-added free-cutting steel. Has been done.

【0004】黒鉛を用いた快削鋼としては、例えば特開
昭49-67816号、特開昭49−103817号および特開昭50-964
16号各公報に開示の鋼が知られている。これらの鋼材
は、鋼中のCを黒鉛として存在させ、その切欠および潤
滑効果を利用することにより、Pbを用いることなしに被
削性を改善したものである。しかし、これらの鋼材は、
鋼中のCを黒鉛化するために、いずれも前処理としての
焼入れが不可欠であり、必ずしも経済的とは言えなかっ
た。
As free-cutting steel using graphite, for example, JP-A-49-67816, JP-A-49-103817 and JP-A-50-964 are known.
The steel disclosed in each publication of No. 16 is known. These steel materials have the machinability improved without using Pb by making C in the steel exist as graphite and utilizing the notch and the lubricating effect. However, these steel materials
In order to graphitize C in steel, quenching as a pretreatment was indispensable in all cases, and it was not always economical.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】この発明は、従来技術
が抱えている上記の問題を有利に克服できる技術の開発
を目的としており、黒鉛化に際し、前処理としての焼入
れが不要で、しかも被削性に優れた機械構造用鋼、即ち
黒鉛複合快削鋼を提案することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is aimed at developing a technique capable of advantageously overcoming the above-mentioned problems of the prior art, and does not require quenching as a pretreatment during graphitization, and is not The purpose is to propose a machine structural steel having excellent machinability, that is, a graphite composite free-cutting steel.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】さて発明者らは、上記の
問題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、鋼中にTiおよ
びBを複合添加すると共に、鋼中のCrおよびO量を抑制
してやれば、前処理として焼入れを行わずとも熱間圧延
ままで黒鉛化を行うことが可能となり、しかも被削性も
格段に向上することの知見を得た。この発明は、上記の
知見に立脚するものである。
[Means for Solving the Problems] As a result of intensive studies to solve the above problems, the inventors have added Ti and B in the steel together and suppressed the amounts of Cr and O in the steel. By doing so, it was found that it is possible to perform graphitization as hot rolling without performing quenching as a pretreatment, and further, machinability is significantly improved. The present invention is based on the above findings.

【0007】すなわち、この発明の要旨構成は次のとお
りである。 1.C:0.1 〜1.5 wt%、 Si:0.5 〜2.0 wt%、M
n:0.1 〜2.0 wt%、 Cr:0.10wt%以下、Ti:0.005
〜0.1 wt%、B:0.0003〜0.0150wt%、N:0.0015〜
0.0150wt%およびO:0.0030wt%以下を含有し、残部は
Feおよび不可避不純物の組成になり、組織が主としてフ
ェライトと黒鉛からなることを特徴とする被削性に優れ
た機械構造用鋼(第1発明)。
That is, the gist of the present invention is as follows. 1. C: 0.1-1.5 wt%, Si: 0.5-2.0 wt%, M
n: 0.1-2.0 wt%, Cr: 0.10 wt% or less, Ti: 0.005
~ 0.1 wt%, B: 0.0003 ~ 0.0150 wt%, N: 0.0015 ~
0.0150wt% and O: 0.0030wt% or less, the balance is
A steel for machine structural use (first invention), which has a composition of Fe and unavoidable impurities and is mainly composed of ferrite and graphite, and is excellent in machinability.

【0008】2.C:0.1 〜1.5 wt%、 Si:0.5 〜
2.0 wt%、Mn:0.1 〜2.0 wt%、 Cr:0.10wt%以
下、Ti:0.005 〜0.1 wt%、B:0.0003〜0.0150wt%、
N:0.0015〜0.0150wt%およびO:0.0030wt%以下を含
有し、かつNi:0.1 〜3.0 wt%、 Cu:0.1 〜3.0 wt
%、V:0.005 〜0.50wt%およびNb:0.005 〜0.05wt%
のうちから選んだ一種または二種以上を含有し、残部は
Feおよび不可避的不純物の組成になり、組織が主として
フェライトと黒鉛からなることを特徴とする被削性に優
れた機械構造用鋼(第2発明)。
2. C: 0.1-1.5 wt%, Si: 0.5-
2.0 wt%, Mn: 0.1 to 2.0 wt%, Cr: 0.10 wt% or less, Ti: 0.005 to 0.1 wt%, B: 0.0003 to 0.0150 wt%,
N: 0.0015 to 0.0150 wt% and O: 0.0030 wt% or less, Ni: 0.1 to 3.0 wt%, Cu: 0.1 to 3.0 wt%
%, V: 0.005-0.50 wt% and Nb: 0.005-0.05 wt%
Contains one or more selected from
A mechanical structural steel excellent in machinability, characterized in that it has a composition of Fe and inevitable impurities, and its structure is mainly composed of ferrite and graphite (second invention).

【0009】3.第1発明または第2発明の鋼に、さら
にPb:0.03〜0.30wt%、 Te:0.002 〜0.50wt%、
P:0.010 〜0.15wt%、 Ca:0.0002〜0.30wt%、Bi:
0.01〜0.30wt%、 Se:0.003 〜0.10wt%およびS:0.
010 〜0.25wt%のうちから選んだ1種または2種以上を
含有し、残部はFeおよび不可避的不純物の組成になり、
組織が主としてフェライトおよび黒鉛からなることを特
徴とする被削性に優れた機械構造用鋼。(第3発明)
3. In addition to the steel of the first invention or the second invention, Pb: 0.03 to 0.30 wt%, Te: 0.002 to 0.50 wt%,
P: 0.010 to 0.15 wt%, Ca: 0.0002 to 0.30 wt%, Bi:
0.01-0.30wt%, Se: 0.003-0.10wt% and S: 0.
It contains one or more selected from 010 to 0.25 wt%, and the balance is Fe and inevitable impurities.
A steel for machine structural use with excellent machinability, whose structure is mainly composed of ferrite and graphite. (Third invention)

【0010】[0010]

【作用】この発明に従い、TiおよびBを複合添加すると
共に、鋼中へのCrおよびOの混入量を抑制することによ
り、前処理としての焼入れの必要なしに黒鉛化が進行す
る機構は、次のとおりと考えられる。 (1) 鋼中のO量を低く規制することによって、基地中の
Si量が増大し黒鉛化を促進する。 (2) 鉄炭化物の黒鉛化は、鉄炭化物の分解、フェライト
中のC原子の拡散、黒鉛の結晶化および分解した鉄炭化
物の構成成分であるFe原子の拡散の過程よりなり、ここ
に鋼中のCrは、炭化物を安定化しその分解を遅延させる
悪弊があるが、Cr量を低く規制することによって焼鈍時
における鉄炭化物の分解が早まり、黒鉛化が進行する。 (3) BおよびTiは、Nと結合して窒化物を形成するが、
この窒化物形成により、強力な鉄炭化物安定元素である
固溶N量が減少するので、間接的に鉄炭化物は不安定と
なり、その結果、焼鈍時における鉄炭化物の分解が早ま
ると同時に、上記窒化物は黒鉛の結晶化の核としても作
用する。
According to the present invention, by adding Ti and B in combination and suppressing the amounts of Cr and O mixed in the steel, graphitization proceeds without quenching as a pretreatment. It is thought to be as follows. (1) By controlling the amount of O in steel to be low,
Si content increases and promotes graphitization. (2) Graphitization of iron carbide is composed of decomposition of iron carbide, diffusion of C atom in ferrite, crystallization of graphite and diffusion of Fe atom which is a constituent of decomposed iron carbide. Cr has the adverse effect of stabilizing the carbide and delaying its decomposition, but by controlling the Cr content to be low, the decomposition of iron carbide during annealing is accelerated, and graphitization proceeds. (3) B and Ti combine with N to form a nitride,
Due to the formation of this nitride, the amount of solid solution N, which is a strong iron carbide stabilizing element, is decreased, so that the iron carbide is indirectly unstable, and as a result, the decomposition of the iron carbide is accelerated during annealing, and at the same time, the nitriding The substance also acts as a nucleus for crystallization of graphite.

【0011】以上説明したように、この発明では、熱間
圧延後そのまま黒鉛化処理を施すことが可能となり、従
来、黒鉛化促進のために不可欠とされた前処理としての
焼入れを施す必要なしに、従来のPb添加快削鋼と同等以
上の被削性を有し、一方、もし少量のPb等の快削性元素
を加えたならば、極めて高い被削性を有する機械構造用
鋼が得られるのである。なお、この発明において、潤滑
作用に基づく快削性の点からは、組織中に少なくとも体
積率として0.6 %以上の黒鉛相を含有させることが望ま
しい。
As described above, according to the present invention, it is possible to perform the graphitization treatment as it is after the hot rolling, and it is possible to perform the quenching as the pretreatment which has been indispensable for promoting the graphitization conventionally. , Has machinability equal to or higher than that of conventional Pb-added free-cutting steel, while if a small amount of free-cutting element such as Pb is added, machine structural steel with extremely high machinability is obtained. Be done. In the present invention, from the viewpoint of free-cutting property based on the lubricating action, it is desirable that the structure contains at least 0.6% by volume of the graphite phase.

【0012】この発明において、成分組成を前記の範囲
に限定した理由を以下に示す。 C:0.1 〜1.5 wt% Cは、黒鉛相を形成する上で不可欠なだけでなく、機械
部品の強度を確保する上で必須の元素であるが、含有量
が 0.1wt%未満ではその効果が小さく、また 1.5wt%を
超えて多量に含有させてもその効果は飽和するので、
0.1〜1.5 wt%の範囲に限定した。
In the present invention, the reason why the component composition is limited to the above range is shown below. C: 0.1-1.5 wt% C is an essential element not only for forming the graphite phase but also for ensuring the strength of mechanical parts, but if the content is less than 0.1 wt%, its effect is The effect is saturated even if it is small and contained in a large amount exceeding 1.5 wt%.
It was limited to the range of 0.1 to 1.5 wt%.

【0013】Si:0.5 〜 2.0wt% Siは、鋼の溶製時に脱酸剤として作用するだけでなく、
鋼中の鉄炭化物を不安定にして黒鉛化を促進する働きも
あるので、積極的に添加する。しかしながら、含有量が
0.5wt%未満ではその効果に乏しく、また 2.0wt%を超
えて含有させてもその効果は飽和に達するだけでなく、
液相発生温度が低下し熱間圧延時における適正温度範囲
が狭まるので、 0.5〜2.0 wt%の範囲で含有させるもの
とした。
Si: 0.5-2.0 wt% Si not only acts as a deoxidizer during the melting of steel,
Since it also has the function of destabilizing iron carbide in steel and promoting graphitization, it is positively added. However, if the content is
If less than 0.5 wt%, the effect is poor, and if more than 2.0 wt% is contained, the effect reaches saturation,
Since the liquidus generation temperature decreases and the appropriate temperature range during hot rolling narrows, the content was made to fall within the range of 0.5 to 2.0 wt%.

【0014】Mn:0.1 〜2.0 wt% Mnは、鋼の溶製時に脱酸剤として有効に寄与するだけで
なく、鋼材の強度を確保する上でも有用な元素である
が、含有量が 0.1wt%未満ではその効果に乏しく、また
2.0wt%を超えて添加すると靱性の劣化を招くので、
0.1〜2.0 wt%の範囲に限定した。
Mn: 0.1-2.0 wt% Mn is an element that not only contributes effectively as a deoxidizer during the melting of steel, but is also useful for ensuring the strength of the steel material, but its content is 0.1 wt. If it is less than%, the effect is poor, and
If added in excess of 2.0 wt%, the toughness will deteriorate, so
It was limited to the range of 0.1-2.0 wt%.

【0015】Cr:0.10wt%以下 Crは、鉄炭化物を安定化し、黒鉛化を阻害する元素であ
るので、極力低減することが望ましいが、0.10wt%まで
は許容できる。
Cr: 0.10 wt% or less Cr is an element that stabilizes iron carbide and inhibits graphitization, so it is desirable to reduce it as much as possible, but 0.10 wt% is acceptable.

【0016】Ti:0.005 〜0.1 wt% Tiは、Nと結合してTiNを形成し、鉄炭化物の安定化を
阻止すると同時に、黒鉛の結晶化における核として作用
する有用元素であり、また脱酸剤としても有効に寄与す
る。従ってTiは積極的に添加するが、含有量が 0.005wt
%未満ではその添加効果に乏しく、一方 0.1wt%を超え
て添加すると逆に黒鉛化が阻害されるので、0.005 〜0.
1 wt%の範囲で含有させるものとした。
Ti: 0.005-0.1 wt% Ti is a useful element that combines with N to form TiN, prevents the stabilization of iron carbides, and at the same time acts as a nucleus in the crystallization of graphite. It also contributes effectively as an agent. Therefore, Ti is positively added, but the content is 0.005wt
If it is less than 0.1%, its effect is poor, while if it exceeds 0.1% by weight, graphitization is adversely affected, so 0.005 to 0.
The content was set to be 1 wt%.

【0017】B:0.0003〜0.0150wt% Bは、Nと結合してBNを形成し、鉄炭化物の安定化を阻
止すると同時に、黒鉛の結晶化における核として作用
し、黒鉛化を促進するので積極的に添加するが、0.0003
wt%未満ではその効果が小さく、また0.0150wt%を超え
て添加すると逆に黒鉛化が阻害されるので、0.0003〜0.
0150wt%の範囲で含有させるものとした。
B: 0.0003 to 0.0150 wt% B combines with N to form BN, inhibits the stabilization of iron carbides, and at the same time acts as a nucleus in the crystallization of graphite and promotes graphitization, so it is positive. 0.0003
If it is less than wt%, its effect is small, and if it is added in excess of 0.0150 wt%, graphitization is adversely affected, so 0.0003 to 0.
The content was set to be in the range of 0150 wt%.

【0018】N:0.0015〜0.0150wt% Nは、TiおよびBと窒化物を形成し、これを核として黒
鉛の結晶化を促進させるので積極的に添加するが、含有
量が0.0015wt%未満ではその効果が小さく、一方0.0150
wt%を超えて添加すると逆に黒鉛化が阻害されるので、
0.0015〜0.0150wt%の範囲で含有させるものとした。
N: 0.0015 to 0.0150 wt% N forms a nitride with Ti and B and promotes crystallization of graphite by using this as a nucleus, so it is positively added, but if the content is less than 0.0015 wt%. Its effect is small, while 0.0150
If added in excess of wt%, the graphitization will be adversely affected.
The content was set to 0.0015 to 0.0150 wt%.

【0019】O:0.0030wt%以下 Oは、Siと結合してSiO2を形成し、Siによる黒鉛化の作
用を害するので極力低減することが好ましいけれども、
0.0030wt%までは許容できる。
O: 0.0030 wt% or less O combines with Si to form SiO 2 and impairs graphitization by Si, so it is preferable to reduce it as much as possible.
Up to 0.0030wt% is acceptable.

【0020】以上、基本成分について説明したが、この
発明では、さらに強度改善元素としてNi, Cu, V及びNb
のうちから選んだ一種または二種以上を、以下の範囲で
含有させることができる。 Ni:0.1 〜3.0 wt% Niは、鋼の焼入れ性を高め、焼入れ・焼戻し処理による
強度の向上に有用なだけでなく、黒鉛化の促進にも有効
に寄与するが、 0.1wt%未満ではその添加効果に乏し
く、またNiは高価な元素であるので 3.0wt%を超えて添
加するとコストの上昇を招くので、 0.1〜3.0 wt%の範
囲に限定した。
Although the basic components have been described above, in the present invention, Ni, Cu, V and Nb are further added as strength improving elements.
One or more selected from the above can be contained in the following range. Ni: 0.1 to 3.0 wt% Ni not only enhances the hardenability of steel and is not only useful for improving the strength by quenching and tempering treatment, but also contributes effectively to the promotion of graphitization. Since the effect of addition is poor, and Ni is an expensive element, addition of more than 3.0 wt% causes an increase in cost, so the range was limited to 0.1-3.0 wt%.

【0021】Cu:0.1 〜3.0 wt% Cuは、鋼の焼入れ性を高めると共に、析出強化により焼
入れ・焼戻し後の強度向上に有効に寄与し、また黒鉛化
の促進にも有用な元素である。しかしながら、含有量が
0.1wt%に満たないとその添加効果に乏しく、一方 3.0
wt%を超えて添加しても効果は飽和に達するので、 0.1
〜3.0 wt%の範囲に限定した。
Cu: 0.1 to 3.0 wt% Cu is an element that not only enhances the hardenability of steel, but also contributes effectively to the improvement of the strength after quenching and tempering by precipitation strengthening and is also useful for promoting graphitization. However, if the content is
If less than 0.1 wt%, the effect of addition is poor, while 3.0
Even if added in excess of wt%, the effect reaches saturation, so 0.1
Limited to ~ 3.0 wt%.

【0022】V:0.005 〜0.50wt% Vは、鋼の焼入れ性を高めると共に、微細なV炭窒化物
を形成し、その析出強化によって焼入れ・焼戻し後にお
ける強度を向上させる有用元素である。含有量が 0.005
wt%に満たないとその添加効果に乏しく、一方0.50wt%
を超えて添加してもその効果が飽和するので、 0.005〜
0.50wt%の範囲に限定した。
V: 0.005 to 0.50 wt% V is a useful element that enhances the hardenability of steel, forms fine V carbonitrides, and enhances the strength after quenching and tempering by precipitation strengthening thereof. Content 0.005
If it is less than wt%, its effect is poor, while 0.50 wt%
Since the effect will be saturated even if added over 0.005%,
It was limited to the range of 0.50 wt%.

【0023】Nb:0.005 〜0.05wt% Nbは、Vと同様、鋼の焼入れ性を高めると共に、微細な
Nb炭窒化物を形成し、その析出強化によって焼入れ・焼
戻し後における強度を向上させる有用元素である。含有
量が 0.005wt%に満たないとその添加効果に乏しく、一
方0.05wt%を超えて添加しても効果が飽和するので、
0.005〜0.05wt%の範囲に限定した。
Nb: 0.005 to 0.05 wt% Nb, like V, enhances the hardenability of the steel and,
It is a useful element that forms Nb carbonitride and improves its strength after quenching and tempering by strengthening its precipitation. If the content is less than 0.005 wt%, the effect of addition is poor, while if added over 0.05 wt%, the effect saturates.
It was limited to the range of 0.005 to 0.05 wt%.

【0024】さらにまた本発明においては、上記各成分
の他に、下記の成分元素の内から選ばれるいずれか1種
または2種以上を含有させることができる。これらの元
素の含有は、鋼中Cの黒鉛化による被削性の向上効果と
相俟って、鋼の被削性をより一層向上させることにな
る。
Furthermore, in the present invention, in addition to the above components, any one or more selected from the following component elements can be contained. The inclusion of these elements, together with the effect of improving the machinability due to graphitization of C in the steel, further improves the machinability of the steel.

【0025】Pb:0.03〜0.30wt% Pbは、融点が低いため、切削時の鋼材の発熱により溶融
し、液体潤滑効果により被削性を著しく向上させる元素
であるが、他方で黒鉛化を阻害し逆に被削性を低下させ
るので、両特性を満足させるために、0.03〜0.30wt%の
範囲内で添加する。
Pb: 0.03 to 0.30 wt% Pb has a low melting point, so it is an element that melts due to the heat generation of the steel material during cutting and significantly improves machinability due to the liquid lubrication effect, but on the other hand it inhibits graphitization. On the contrary, since it reduces machinability, it is added in the range of 0.03 to 0.30 wt% in order to satisfy both characteristics.

【0026】Te:0.002 〜0.50wt% このTeは、MnTeを形成し、これがチップブレーカーとし
て作用することにより被削性を向上させる。一方で、黒
鉛化を阻害する元素でもあるので、多量に添加すると被
削性は却って劣化する。そこで、被削性向上への寄与が
認められると同時に黒鉛化への阻害が顕著に認められな
い範囲内につき検討した結果、その適正量は0.002 〜0.
50wt%である。
Te: 0.002 to 0.50 wt% Te forms MnTe, which acts as a chip breaker to improve machinability. On the other hand, since it is also an element that inhibits graphitization, if added in a large amount, machinability rather deteriorates. Therefore, as a result of studying within a range where contribution to improvement of machinability is recognized and inhibition to graphitization is not significantly observed, the appropriate amount is 0.002 to 0.
It is 50 wt%.

【0027】P:0.010 〜0.15wt% Pは、フェライト相を硬化させることにより被削性を向
上させる元素であるが、他方で黒鉛化を阻害する元素で
もある。被削性を向上させるためには、少なくとも0.01
0 wt%以上の添加が必要である。しかし、0.15wt%を超
えて添加すると黒鉛化を阻害して逆に被削性を低下させ
ることになるので、0.15wt%を上限として添加する。
P: 0.010 to 0.15 wt% P is an element that improves the machinability by hardening the ferrite phase, but is also an element that inhibits graphitization. At least 0.01 to improve machinability
It is necessary to add 0 wt% or more. However, if added in excess of 0.15 wt%, graphitization will be hindered and machinability will be adversely reduced, so 0.15 wt% is added as the upper limit.

【0028】Ca:0.0002〜0.30wt% このCaは、Ca系の酸化物を形成し、これが黒鉛化の核と
して作用し黒鉛化を促進することにより、さらに、MnS
の形態を紡錘形にすることにより被削性を改善する。こ
のような作用は、0.0002wt%未満の添加では明確に顕れ
ず、一方0.30wt%を越えて添加すると酸化物系非金属物
が多くなり、これが機械部品としての疲労強度を低下さ
せるので、このCaの添加量は0.0002〜0.30wt%の範囲と
する。
Ca: 0.0002 to 0.30 wt% This Ca forms Ca-based oxides, which act as nuclei for graphitization and promote graphitization, thereby further improving the MnS content.
The machinability is improved by making the form of the spindle shape. Such an effect does not clearly appear when added in an amount of less than 0.0002 wt%, whereas when added in excess of 0.30 wt%, oxide-based non-metallic substances increase, which reduces the fatigue strength of machine parts. The amount of Ca added is in the range of 0.0002 to 0.30 wt%.

【0029】Bi:0.01〜0.30wt% Biは、Pbと同様に融点が低いため、切削時の鋼材の発熱
により溶融し、液体潤滑効果により被削性を著しく向上
させる元素であるが、他方で黒鉛化を阻害し逆に被削性
を低下させるので、両特性を満足させるために0.01〜0.
30wt%の範囲内で添加する。
Bi: 0.01 to 0.30 wt% Bi has a low melting point like Pb, so it is an element that melts due to the heat generation of the steel material during cutting and significantly improves the machinability due to the liquid lubrication effect. It inhibits graphitization and conversely reduces machinability.
Add within the range of 30wt%.

【0030】Se:0.003 〜0.10wt% このSeは、Mnと結合し、MnSeを形成することによりこれ
がチップブレーカーとして作用することにより被削性を
改善する。同時に、このMnSeが黒鉛化の核となり黒鉛化
を促進することにより被削性を向上させる。この効果は
0.003wt %未満ではその効果が小さく、一方0.10wt%を
越えて添加してもその効果が飽和するので0.003 〜0.10
wt%の範囲内で添加する。
Se: 0.003 to 0.10 wt% This Se combines with Mn to form MnSe, which acts as a chip breaker to improve machinability. At the same time, this MnSe serves as a nucleus for graphitization and promotes graphitization, thereby improving machinability. This effect
If it is less than 0.003 wt%, its effect is small. On the other hand, if it is added in excess of 0.10 wt%, the effect is saturated, so 0.003 to 0.10
Add in the range of wt%.

【0031】S:0.010 〜0.25wt% Sは、MnSを形成し、これが切削時のチップブレーカー
として作用し被削性を向上させるとともに黒鉛化の核と
なることにより黒鉛化を促進し、その結果として被削性
を向上させる作用がある。その添加量が0.010 wt%未満
ではその効果に乏しいために0.010 wt%以上添加する
が、一方で0.25wt%を越えて添加しても効果が飽和する
ので、上限を0.25wt%とした。
S: 0.010 to 0.25 wt% S forms MnS, which acts as a chip breaker at the time of cutting to improve the machinability and at the same time serves as a core of graphitization, thereby promoting graphitization. Has the effect of improving machinability. If the addition amount is less than 0.010 wt%, the effect is poor, so 0.010 wt% or more is added. On the other hand, if the addition amount exceeds 0.25 wt%, the effect is saturated, so the upper limit was made 0.25 wt%.

【0032】以上成分のそれぞれの作用効果と限定理由
について説明したが、本発明においては、さらに、機械
部品の強度を、焼入れ・焼もどし処理またはフェライト
相の析出強化により確保するために、上述した成分元素
以外の有効な成分元素を適宜に添加してもよい。
Although the action and effect of each component and the reason for limitation have been described above, in the present invention, further, in order to secure the strength of the mechanical part by quenching / tempering treatment or precipitation strengthening of the ferrite phase, the above-mentioned is given. Effective component elements other than the component elements may be added appropriately.

【0033】また、本発明においては、特に規定しない
が、被削性の改善のためにさらにSnの添加を行ってもよ
い。ただし、Snは極めて強力な黒鉛化阻害元素であるの
で、その添加量としては、0.5 wt%未満に制限する必要
がある。
In the present invention, although not particularly specified, Sn may be further added to improve machinability. However, Sn is an extremely strong graphitization-inhibiting element, so the addition amount must be limited to less than 0.5 wt%.

【0034】なお、金属組織的には、本発明の構成は、
主として黒鉛とフェライトよりなる組織にすることが必
要であるが、添加C量の50%程度まではセメンタイトと
して存在させてもよい。
In terms of metallographic structure, the structure of the present invention is
It is necessary to make the structure mainly composed of graphite and ferrite, but it may be present as cementite up to about 50% of the added C amount.

【0035】上述した基本成分組成範囲に調整すること
によって、前処理としての焼入れの必要なしに金属組織
が主にフェライトと黒鉛からなる被削性に優れた鋼材を
得ることができる。ここに、前述した自己潤滑作用によ
る被削性の確保に必要な10%以上の黒鉛相を得るには、
黒鉛化処理は 600℃〜Ac1の温度領域に5〜30hの条
件で行うのが好ましい。
By adjusting the compositional range of the basic components described above, it is possible to obtain a steel material having a metal structure mainly composed of ferrite and graphite and having excellent machinability, without the need for quenching as a pretreatment. Here, in order to obtain 10% or more of the graphite phase necessary for securing the machinability due to the self-lubricating action described above,
The graphitization treatment is preferably performed in the temperature range of 600 ° C. to Ac 1 for 5 to 30 hours.

【0036】次に、この発明の製造方法について説明す
る。まず素材の製造については、従来公知の転炉、電気
炉などで溶製した後、連続鋳造法または造塊・分塊法に
よってスラブまたはブルームとする。ついで熱間圧延に
より所定の形状としたのち、上記の条件下で黒鉛化焼な
ましを施して、金属組織中に所定量の黒鉛相を析出させ
る。ここで、快削元素を含む場合の熱間圧延は、1000℃
以上の加熱および850 ℃以上の圧延とするのが望まし
い。しかるのち所定の部品形状に成形後、機械部品とす
る。なお窒化処理を施して製品とする場合もある。
Next, the manufacturing method of the present invention will be described. First, regarding the production of the raw material, it is melted in a conventionally known converter, electric furnace, or the like, and then formed into a slab or a bloom by a continuous casting method or an ingot-agglomeration method. Then, after hot rolling into a predetermined shape, graphitization annealing is performed under the above conditions to precipitate a predetermined amount of graphite phase in the metal structure. Here, hot rolling in the case of containing free-cutting elements is 1000 ° C.
The above heating and rolling at 850 ° C or higher are desirable. Then, after forming into a predetermined part shape, a machine part is formed. The product may be subjected to a nitriding treatment.

【0037】[0037]

【実施例】【Example】

実施例1 表1に示す化学組成の鋼を転炉にて溶製し、連続鋳造に
よりブルームとしたのち、ビレット圧延を経て、52mmφ
の棒鋼とした。ついで 700℃, 10hの加熱後、空冷によ
る黒鉛化焼なまし処理を施したのち、黒鉛化率、硬さお
よび被削性について調査した。被削性試験は、高速度工
具鋼SKH4を用いて、切り込み:2mm、送り速度:0.25mm
/rev.および切削速度:70 m/minの条件で実施し、切削
不能となるまでの時間(工具寿命)で評価した。また、
硬さについては、 35 mmφ×100 mml の試験片を作製
し、 870℃, 30 minの加熱保持後、焼入れ、ついで 550
℃, 1hの焼戻し処理を行った後の硬さで評価した。得
られた調査結果を表2に示す。
Example 1 Steels having the chemical compositions shown in Table 1 were melted in a converter, bloomed by continuous casting, billet-rolled, and 52 mmφ.
Of steel bar. Then, after heating at 700 ° C. for 10 hours, a graphitization annealing treatment by air cooling was performed, and then the graphitization rate, hardness and machinability were investigated. For the machinability test, using high-speed tool steel SKH4, depth of cut: 2 mm, feed rate: 0.25 mm
/ rev. and cutting speed: It was carried out under the condition of 70 m / min, and evaluated by the time until cutting became impossible (tool life). Also,
As for hardness, a test piece of 35 mmφ × 100 mml was prepared, heated at 870 ° C for 30 min, quenched, then quenched at 550
The hardness was evaluated after the tempering treatment for 1 hour at ℃. Table 2 shows the obtained investigation results.

【0038】[0038]

【表1】 [Table 1]

【0039】[0039]

【表2】 [Table 2]

【0040】表1のNo.1〜12は発明鋼、No.13 〜18は比
較鋼、No.19, 20 は JIS規格S53CにPbを添加したPb快
削鋼である。表2から明らかなように、発明鋼はいずれ
も、黒鉛化処理後、鋼中Cは70%以上黒鉛化している。
このため被削性に優れ、No.20 のPb快削鋼と同等以上の
工具寿命が得られている。これに対し、Si, Cr, Ti,
B,OおよびNがそれぞれこの発明の適正範囲を逸脱し
た比較鋼はいずれも、黒鉛化が十分には進行してなく、
No.19および20と比べても被削性に劣っている。また、
焼入れ・焼戻し後の硬さをみると、Cu, Ni, NbおよびV
の一種または二種以上を添加したNo.6〜12はいずれも、
同一のC量のNo.3に比較して焼入れ・焼戻し後の硬さが
上昇しており、QT処理後に強度確保が必要な場合に有
効であることを示している。
In Table 1, Nos. 1 to 12 are invention steels, Nos. 13 to 18 are comparative steels, and Nos. 19 and 20 are Pb free-cutting steels obtained by adding Pb to JIS standard S53C. As is clear from Table 2, in each of the invention steels, C in the steel is graphitized by 70% or more after the graphitization treatment.
Therefore, it has excellent machinability and has a tool life equivalent to or better than that of No. 20 Pb free-cutting steel. On the other hand, Si, Cr, Ti,
In each of the comparative steels in which B, O and N deviated from the proper ranges of the present invention, graphitization did not proceed sufficiently,
Machinability is inferior to Nos. 19 and 20. Also,
Looking at the hardness after quenching and tempering, Cu, Ni, Nb and V
No. 6-12 which added one or more of
The hardness after quenching and tempering is higher than that of No. 3 with the same C content, indicating that it is effective when it is necessary to secure the strength after QT treatment.

【0041】実施例2 表3および表4に示す化学組成の鋼を転炉にて溶製し、
真空脱ガス溶製後、連続鋳造によりブルームとしたの
ち、150 mm角のビレットとした後、熱間圧延により52mm
φの棒鋼とした。これらの棒鋼に 700℃×10h →空冷の
黒鉛化処理を施し、黒鉛化焼なまし後の黒鉛化率、硬さ
および高速度工具鋼による被削性試験を実施した。被削
性試験は、高速度工具鋼SKH4を用い、切り込み:2mm、
送り:0.25mm/rev. 、切削速度:70m/min の条件で実施
し、切削不能となるまでの時間を工具寿命として評価し
た。得られた結果を表5に示す。
Example 2 Steels having chemical compositions shown in Tables 3 and 4 were melted in a converter,
After vacuum degassing and melting, continuous casting was performed to form blooms, then 150 mm square billets were formed, and then hot rolling was performed to 52 mm.
φ steel bar. These steel bars were subjected to a graphitization treatment of 700 ° C. × 10 h → air cooling, and a graphitization rate after graphitization annealing, hardness, and a machinability test with a high speed tool steel were carried out. For the machinability test, high-speed tool steel SKH4 was used and the cut: 2 mm,
It was carried out under the conditions of feed: 0.25 mm / rev. And cutting speed: 70 m / min, and the time until cutting became impossible was evaluated as the tool life. The results obtained are shown in Table 5.

【0042】[0042]

【表3】 [Table 3]

【0043】[0043]

【表4】 [Table 4]

【0044】[0044]

【表5】 [Table 5]

【0045】供試鋼No.1〜11は、第3発明鋼である。ま
た、No.17 〜22は、第2発明鋼、No.12 〜16は第1発明
鋼である。No.23 〜28は、黒鉛化に必要な元素が発明の
範囲外にあるものである。さらに、No.29 および30は、
JISの機械構造用炭素鋼にPbを添加したPb快削鋼であ
る。第3発明鋼と第1〜第2の発明鋼のNo. 12〜22を比
較すると、同一C量の場合には第3の発明の方が、工具
寿命は高いのみでなく、従来鋼と比較しても工具寿命は
極めて向上している。比較鋼No. 23〜28は、黒鉛化率が
低いために工具寿命は極めて短く、被削性に劣ってい
る。
Specimen steel Nos. 1 to 11 are the third invention steels. Further, Nos. 17 to 22 are second invention steels, and Nos. 12 to 16 are first invention steels. Nos. 23 to 28 are those in which the elements necessary for graphitization are outside the scope of the invention. Furthermore, No. 29 and 30 are
It is a Pb free-cutting steel in which Pb is added to JIS mechanical carbon steel. Comparing No. 12 to 22 of the third invention steel and the first to second invention steels, when the amount of C is the same, the third invention is not only longer in tool life but also compared with the conventional steel. Even so, the tool life has been greatly improved. Comparative Steel Nos. 23 to 28 have a very short tool life due to a low graphitization rate and are inferior in machinability.

【0046】[0046]

【発明の効果】かくしてこの発明によれば、Pbを用いる
ことなく、従来のPb複合快削鋼と同等の被削性を得るこ
とができるので、環境に悪影響を及ぼすことなしに機械
部品の工業的製造が可能となる。また、必要に応じて快
削性元素を添加すれば鋼中Cの黒鉛化による被削性の向
上効果とあいまって、一層被削性に優れた機械構造用鋼
を得ることが可能である。さらに、本発明鋼について
は、黒鉛化焼鈍前の前処理が必ずしも必要ではなく、圧
延ままで黒鉛化が可能なことから、生産性にも優れてい
る。
As described above, according to the present invention, the machinability equivalent to that of the conventional Pb composite free-cutting steel can be obtained without using Pb, so that the mechanical parts industry can be manufactured without adversely affecting the environment. Manufacturing becomes possible. Further, if a free-cutting element is added as required, it is possible to obtain a steel for machine structural use which is further excellent in machinability together with the effect of improving the machinability by graphitizing C in the steel. Further, the steel of the present invention does not necessarily require a pretreatment before graphitization annealing and can be graphitized as it is rolled, and therefore has excellent productivity.

フロントページの続き (72)発明者 松崎 明博 千葉県千葉市中央区川崎町1番地 川崎製 鉄株式会社技術研究本部内 (72)発明者 天野 虔一 千葉県千葉市中央区川崎町1番地 川崎製 鉄株式会社技術研究本部内Front page continuation (72) Inventor Akihiro Matsuzaki 1 Kawasaki-cho, Chuo-ku, Chiba, Chiba Prefecture, Kawasaki Steel Corporation Technical Research Division (72) Inventor Shinichi Amano 1 Kawasaki-cho, Chuo-ku, Chiba, Chiba Prefecture Iron & Steel Co., Ltd.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】C:0.1 〜1.5 wt%、 Si:0.5 〜2.0
wt%、 Mn:0.1 〜2.0 wt%、 Cr:0.10wt%以下、 Ti:0.005 〜0.1 wt%、B:0.0003〜0.0150wt%、 N:0.0015〜0.0150wt%およびO:0.0030wt%以下 を含有し、残部はFeおよび不可避不純物の組成になり、
組織が主としてフェライトと黒鉛からなることを特徴と
する被削性に優れた機械構造用鋼。
1. C: 0.1-1.5 wt%, Si: 0.5-2.0
wt%, Mn: 0.1-2.0 wt%, Cr: 0.10 wt% or less, Ti: 0.005-0.1 wt%, B: 0.0003-0.0150 wt%, N: 0.0015-0.0150 wt% and O: 0.0030 wt% or less However, the balance becomes the composition of Fe and unavoidable impurities,
A steel for machine structural use with excellent machinability, whose structure is mainly composed of ferrite and graphite.
【請求項2】C:0.1 〜1.5 wt%、 Si:0.5 〜2.0
wt%、 Mn:0.1 〜2.0 wt%、 Cr:0.10wt%以下、 Ti:0.005 〜0.1 wt%、B:0.0003〜0.0150wt%、 N:0.0015〜0.0150wt%、O:0.0030wt%以下 を含有し、かつ Ni:0.1 〜3.0 wt%、 Cu:0.1 〜3.0 wt%、 V:0.005 〜0.50wt%およびNb:0.005 〜0.05wt% のうちから選んだ一種または二種以上を含有し、残部は
Feおよび不可避的不純物の組成になり、組織が主として
フェライトと黒鉛からなることを特徴とする被削性に優
れた機械構造用鋼。
2. C: 0.1-1.5 wt%, Si: 0.5-2.0
wt%, Mn: 0.1-2.0 wt%, Cr: 0.10 wt% or less, Ti: 0.005-0.1 wt%, B: 0.0003-0.0150 wt%, N: 0.0015-0.0150 wt%, O: 0.0030 wt% or less And Ni: 0.1 to 3.0 wt%, Cu: 0.1 to 3.0 wt%, V: 0.005 to 0.50 wt% and Nb: 0.005 to 0.05 wt%.
A steel for machine structural use, which has a composition of Fe and inevitable impurities, and whose structure is mainly composed of ferrite and graphite, and which has excellent machinability.
【請求項3】請求項1または2に記載の鋼に、さらに Pb:0.03〜0.30wt%、 Te:0.002 〜0.50wt%、 P:0.010 〜0.15wt%、 Ca:0.0002〜0.30wt%、 Bi:0.01〜0.30wt%、 Se:0.003 〜0.10wt%および S:0.010 〜0.25wt% のうちから選んだ1種または2種以上を含有し、残部は
Feおよび不可避的不純物の組成になり、組織が主として
フェライトおよび黒鉛からなることを特徴とする被削性
に優れた機械構造用鋼。
3. The steel according to claim 1, further comprising Pb: 0.03 to 0.30 wt%, Te: 0.002 to 0.50 wt%, P: 0.010 to 0.15 wt%, Ca: 0.0002 to 0.30 wt%, Bi. : 0.01 to 0.30 wt%, Se: 0.003 to 0.10 wt% and S: 0.010 to 0.25 wt% One or more selected from the rest, and the balance
A steel for machine structural use, which has a composition of Fe and unavoidable impurities and is mainly composed of ferrite and graphite and has excellent machinability.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11350067A (en) * 1998-06-04 1999-12-21 Toa Steel Co Ltd Free cutting hot working steel, coarse shape material, free cutting hot working product using them and production thereof

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JPH11350067A (en) * 1998-06-04 1999-12-21 Toa Steel Co Ltd Free cutting hot working steel, coarse shape material, free cutting hot working product using them and production thereof

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