JPH0734190A - 被削性および冷間鍛造性に優れた機械構造用鋼 - Google Patents
被削性および冷間鍛造性に優れた機械構造用鋼Info
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- JPH0734190A JPH0734190A JP17648293A JP17648293A JPH0734190A JP H0734190 A JPH0734190 A JP H0734190A JP 17648293 A JP17648293 A JP 17648293A JP 17648293 A JP17648293 A JP 17648293A JP H0734190 A JPH0734190 A JP H0734190A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 機械構造用鋼に、被削性と冷間鍛造性とを併
せて付与する。 【構成】Ｃ：0.1 〜1.5 mass％、 Si：0.5 mass％未
満、Mn：0.1 〜2.0 mass％、 Al：0.01〜0.5 mass
％、Ｂ：0.0003〜0.0150mass％、Ｎ：0.0015〜0.0150ma
ss％、Ｏ：0.0030mass％以下を含み、かつNi：0.1 〜3.
0 mass％、 Cu：0.1 〜3.0 mass％、Co：0.1 〜3.0
mass％のうちから選ばれる１種または２種以上を含有
し、さらにＰ：0.005 〜0.15mass％、Ｓ：0.005 〜0.25
mass％、Se：0.003 〜0.10mass％、Ca：0.0002〜0.30ma
ss％、Te：0.002 〜0.5 mass％、Pb：0.03〜0.30mass
％、およびBi：0.01〜0.3 mass％のうちから選ばれる１
種または２種以上の被削性向上元素を含有し、残部は実
質的にFeの組成になり、しかも主としてフェライトおよ
び黒鉛よりなる金属組織とする。
せて付与する。 【構成】Ｃ：0.1 〜1.5 mass％、 Si：0.5 mass％未
満、Mn：0.1 〜2.0 mass％、 Al：0.01〜0.5 mass
％、Ｂ：0.0003〜0.0150mass％、Ｎ：0.0015〜0.0150ma
ss％、Ｏ：0.0030mass％以下を含み、かつNi：0.1 〜3.
0 mass％、 Cu：0.1 〜3.0 mass％、Co：0.1 〜3.0
mass％のうちから選ばれる１種または２種以上を含有
し、さらにＰ：0.005 〜0.15mass％、Ｓ：0.005 〜0.25
mass％、Se：0.003 〜0.10mass％、Ca：0.0002〜0.30ma
ss％、Te：0.002 〜0.5 mass％、Pb：0.03〜0.30mass
％、およびBi：0.01〜0.3 mass％のうちから選ばれる１
種または２種以上の被削性向上元素を含有し、残部は実
質的にFeの組成になり、しかも主としてフェライトおよ
び黒鉛よりなる金属組織とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、産業機械および自動車
等の機械部品の素材として用いられる機械構造用炭素鋼
に関し、特にその被削性および冷間鍛造性の向上を意図
したものである。
等の機械部品の素材として用いられる機械構造用炭素鋼
に関し、特にその被削性および冷間鍛造性の向上を意図
したものである。
【０００２】
【従来の技術】産業機械および自動車等の機械部品は、
一般に、機械構造用炭素鋼や合金鋼を素材とし、冷間鍛
造や切削工程を経て所定形状に成形された後、機械部品
としての強度を確保するために焼入れ、焼戻し処理が施
されて製品とされる。従って、この種の鋼材に対して
は、被削性と同時に冷間鍛造性が要求される。
一般に、機械構造用炭素鋼や合金鋼を素材とし、冷間鍛
造や切削工程を経て所定形状に成形された後、機械部品
としての強度を確保するために焼入れ、焼戻し処理が施
されて製品とされる。従って、この種の鋼材に対して
は、被削性と同時に冷間鍛造性が要求される。
【０００３】鋼材の被削性を改善する方法としては、鋼
材にPb、Ｓ、Bi、TeおよびCa等の快削性元素を添加し、
鋼中に非金属介在物を形成させる方法が公知である。他
方、冷間鍛造性、特に冷間鍛造時における変形能を改善
する手段としては、被削性の場合とは反対に鋼中の非金
属介在物を低減することが行われている。従って、被削
性と冷間鍛造性は、産業機械や自動車部品等の機械構造
用鋼材に対して常に要求されている特性でありながら、
これらを両立させることは極めて難しく、どちらかの特
性を犠牲にせざるを得ないという問題があった。
材にPb、Ｓ、Bi、TeおよびCa等の快削性元素を添加し、
鋼中に非金属介在物を形成させる方法が公知である。他
方、冷間鍛造性、特に冷間鍛造時における変形能を改善
する手段としては、被削性の場合とは反対に鋼中の非金
属介在物を低減することが行われている。従って、被削
性と冷間鍛造性は、産業機械や自動車部品等の機械構造
用鋼材に対して常に要求されている特性でありながら、
これらを両立させることは極めて難しく、どちらかの特
性を犠牲にせざるを得ないという問題があった。
【０００４】上記の問題の解決策として、特開昭51-576
21号公報では、鋼中のセメンタイトを黒鉛化することに
より冷間鍛造性と被削性とを同時に向上させた鋼材を提
案している。しかし、本発明者らの検討によれば、以下
に述べる問題を残している。すなわち、上記の方法で
は、Si含有量が 1.9〜3.0 mass％と高いので、鋼中のセ
メンタイトは比較的早く黒鉛化が完了するものの、Siは
フェライト相中に固溶してフェライトの変形能を低下さ
せるために、冷間鍛造時の変形能が低下し、またSiの固
溶強化作用により冷間鍛造時の変形抵抗も高い。また、
この方法では、黒鉛化後の黒鉛粒径が大きくため、冷間
鍛造における変形能および被削性の改善は比較的低位に
留まっている。さらに、工業的規模での生産を考える
と、黒鉛化のためにまた長時間の焼なまし処理を必要と
し、熱処理コストが高い。
21号公報では、鋼中のセメンタイトを黒鉛化することに
より冷間鍛造性と被削性とを同時に向上させた鋼材を提
案している。しかし、本発明者らの検討によれば、以下
に述べる問題を残している。すなわち、上記の方法で
は、Si含有量が 1.9〜3.0 mass％と高いので、鋼中のセ
メンタイトは比較的早く黒鉛化が完了するものの、Siは
フェライト相中に固溶してフェライトの変形能を低下さ
せるために、冷間鍛造時の変形能が低下し、またSiの固
溶強化作用により冷間鍛造時の変形抵抗も高い。また、
この方法では、黒鉛化後の黒鉛粒径が大きくため、冷間
鍛造における変形能および被削性の改善は比較的低位に
留まっている。さらに、工業的規模での生産を考える
と、黒鉛化のためにまた長時間の焼なまし処理を必要と
し、熱処理コストが高い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述したよ
うな従来法における問題を有利に克服したもので、Siの
含有量を低減しても、黒鉛化時間の短縮のみならず、黒
鉛化後における黒鉛粒の微細化を可能ならしめ、もって
優れた被削性と冷間鍛造性とを兼備させた機械構造用炭
素鋼を提案することを目的とする。
うな従来法における問題を有利に克服したもので、Siの
含有量を低減しても、黒鉛化時間の短縮のみならず、黒
鉛化後における黒鉛粒の微細化を可能ならしめ、もって
優れた被削性と冷間鍛造性とを兼備させた機械構造用炭
素鋼を提案することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】さて本発明者らは、上記
の課題を解決するために、鋼中セメンタイトの黒鉛化挙
動について検討したところ、以下の知見を得るに至っ
た。すなわち、セメンタイトの黒鉛化は、セメンタイト
の分解→フェライト中のＣの拡散→黒鉛の結晶化の過程
により進行する。セメンタイトの分解に対しては、Si、
Ni、CuおよびCo等、セメンタイトよりもむしろフェライ
ト中に固溶する元素の添加が有効である。また、黒鉛の
結晶化に対しては、ALＮやＢＮ等の窒化物が有効であ
り、これらを核として黒鉛化が促進される。そして、か
ような黒鉛の結晶化の核となる窒化物を多数形成させて
おけば、セメンタイトの分解を促進するSi等の合金元素
を低減したとしても、黒鉛化は著しく促進される。これ
らの窒化物が黒鉛の結晶化の核として作用する理由は、
まだ明確には解明されていないけれども、結晶構造が黒
鉛と類似しているためと推定している。
の課題を解決するために、鋼中セメンタイトの黒鉛化挙
動について検討したところ、以下の知見を得るに至っ
た。すなわち、セメンタイトの黒鉛化は、セメンタイト
の分解→フェライト中のＣの拡散→黒鉛の結晶化の過程
により進行する。セメンタイトの分解に対しては、Si、
Ni、CuおよびCo等、セメンタイトよりもむしろフェライ
ト中に固溶する元素の添加が有効である。また、黒鉛の
結晶化に対しては、ALＮやＢＮ等の窒化物が有効であ
り、これらを核として黒鉛化が促進される。そして、か
ような黒鉛の結晶化の核となる窒化物を多数形成させて
おけば、セメンタイトの分解を促進するSi等の合金元素
を低減したとしても、黒鉛化は著しく促進される。これ
らの窒化物が黒鉛の結晶化の核として作用する理由は、
まだ明確には解明されていないけれども、結晶構造が黒
鉛と類似しているためと推定している。
【０００７】また、このような窒化物をあらかじめ形成
させておくことによって、黒鉛化が促進されるだけでな
く、黒鉛化後の黒鉛粒径が著しく細粒化されることも併
せて見出された。しかも、黒鉛の粒径と冷間鍛造性およ
び被削性との関係について検討したところ、黒鉛の粒径
が微細なほど冷間鍛造性および被削性とも向上すること
の知見を得た。本発明は、上記の知見に立脚するもので
ある。
させておくことによって、黒鉛化が促進されるだけでな
く、黒鉛化後の黒鉛粒径が著しく細粒化されることも併
せて見出された。しかも、黒鉛の粒径と冷間鍛造性およ
び被削性との関係について検討したところ、黒鉛の粒径
が微細なほど冷間鍛造性および被削性とも向上すること
の知見を得た。本発明は、上記の知見に立脚するもので
ある。
【０００８】すなわち、本発明の要旨構成は次のとおり
である。 １） Ｃ：0.1 〜1.5 mass％、 Si：0.5 mass％未
満、Mn：0.1 〜2.0 mass％、 Al：0.01〜0.5 mass
％、Ｂ：0.0003〜0.0150mass％、Ｎ：0.0015〜0.0150ma
ss％、Ｏ：0.0030mass％以下を含み、かつNi：0.1 〜3.
0 mass％、 Cu：0.1 〜3.0 mass％、Co：0.1 〜3.0
mass％のうちから選んだ１種または２種以上を含有し、
残部は実質的にFeの組成になり、しかも金属組織が主と
してフェライトおよび黒鉛よりなることを特徴とする被
削性および冷間鍛造性に優れた機械構造用鋼（第１発
明）。
である。 １） Ｃ：0.1 〜1.5 mass％、 Si：0.5 mass％未
満、Mn：0.1 〜2.0 mass％、 Al：0.01〜0.5 mass
％、Ｂ：0.0003〜0.0150mass％、Ｎ：0.0015〜0.0150ma
ss％、Ｏ：0.0030mass％以下を含み、かつNi：0.1 〜3.
0 mass％、 Cu：0.1 〜3.0 mass％、Co：0.1 〜3.0
mass％のうちから選んだ１種または２種以上を含有し、
残部は実質的にFeの組成になり、しかも金属組織が主と
してフェライトおよび黒鉛よりなることを特徴とする被
削性および冷間鍛造性に優れた機械構造用鋼（第１発
明）。
【０００９】２）上記の第１発明において、さらにCr：
0.05〜1.0 mass％、 Mo：0.05〜0.5 mass％のうちか
ら選んだ１種または２種を含有させた被削性および冷間
鍛造性に優れた機械構造用鋼（第２発明）。
0.05〜1.0 mass％、 Mo：0.05〜0.5 mass％のうちか
ら選んだ１種または２種を含有させた被削性および冷間
鍛造性に優れた機械構造用鋼（第２発明）。
【００１０】３）上記の第１発明において、さらにＶ：
0.05〜0.5 mass％、 Nb：0.005 〜0.05mass％Ti：0.
005 〜0.05mass％のうちから選んだ少なくとも１種を含
有させた被削性および冷間鍛造性に優れた機械構造用鋼
（第３発明）。
0.05〜0.5 mass％、 Nb：0.005 〜0.05mass％Ti：0.
005 〜0.05mass％のうちから選んだ少なくとも１種を含
有させた被削性および冷間鍛造性に優れた機械構造用鋼
（第３発明）。
【００１１】４）上記の第１発明において、さらにCr：
0.05〜1.0 mass％、 Mo：0.05〜0.5 mass％のうちか
ら選んだ１種または２種と、Ｖ：0.05〜0.5 mass％、
Nb：0.005 〜0.05mass％Ti：0.005 〜0.05mass％のう
ちから選んだ少なくとも１種とを含有させた被削性およ
び冷間鍛造性に優れた機械構造用鋼（第４発明）。
0.05〜1.0 mass％、 Mo：0.05〜0.5 mass％のうちか
ら選んだ１種または２種と、Ｖ：0.05〜0.5 mass％、
Nb：0.005 〜0.05mass％Ti：0.005 〜0.05mass％のう
ちから選んだ少なくとも１種とを含有させた被削性およ
び冷間鍛造性に優れた機械構造用鋼（第４発明）。
【００１２】5) 第１発明〜第４発明のいずれか１つに
記載の鋼に対し、さらに、Ｓ：0.005 〜0.25mass％、
Ｐ：0.005 〜0.15mass％、Se：0.003 〜0.10mass％、C
a：0.0002〜0.30mass％、Te：0.002 〜0.5 mass％、P
b：0.03〜0.30mass％、およびBi：0.01〜0.3 mass％の
うちから選ばれる１種または２種以上の被削性向上元素
を含有させてなる被削性および冷間鍛造性に優れた機械
構造用鋼（第５発明）。
記載の鋼に対し、さらに、Ｓ：0.005 〜0.25mass％、
Ｐ：0.005 〜0.15mass％、Se：0.003 〜0.10mass％、C
a：0.0002〜0.30mass％、Te：0.002 〜0.5 mass％、P
b：0.03〜0.30mass％、およびBi：0.01〜0.3 mass％の
うちから選ばれる１種または２種以上の被削性向上元素
を含有させてなる被削性および冷間鍛造性に優れた機械
構造用鋼（第５発明）。
【００１３】
【作用】以下、本発明において、鋼の成分組成を上記の
範囲に限定した理由について説明する。 Ｃ：0.1 〜1.5 mass％ Ｃは、黒鉛相を形成する上で不可欠なだけでなく、機械
部品としての強度を確保する上で必須の成分である。し
かしながら、含有量が 0.1mass％未満では被削性を向上
させるほど十分な黒鉛相が形成されず、一方 1.5mass％
を超えて含有されると冷間鍛造性が低下するので、 0.1
〜1.5 mass％の範囲に限定した。
範囲に限定した理由について説明する。 Ｃ：0.1 〜1.5 mass％ Ｃは、黒鉛相を形成する上で不可欠なだけでなく、機械
部品としての強度を確保する上で必須の成分である。し
かしながら、含有量が 0.1mass％未満では被削性を向上
させるほど十分な黒鉛相が形成されず、一方 1.5mass％
を超えて含有されると冷間鍛造性が低下するので、 0.1
〜1.5 mass％の範囲に限定した。
【００１４】Si：0.5 mass％未満 Siは、セメンタイトの黒鉛化を促進する元素であり、ま
た脱酸材としても有効ではあるが、その反面、黒鉛化後
のフェライト相の延性を低下させ、冷間鍛造性を低下さ
せる不利があるので、冷間鍛造性の改善の面からはあま
りに多量の添加は好ましくなく、上記の利益、不利益を
勘案して、本発明では 0.5mass％未満の範囲で含有させ
るものとした。
た脱酸材としても有効ではあるが、その反面、黒鉛化後
のフェライト相の延性を低下させ、冷間鍛造性を低下さ
せる不利があるので、冷間鍛造性の改善の面からはあま
りに多量の添加は好ましくなく、上記の利益、不利益を
勘案して、本発明では 0.5mass％未満の範囲で含有させ
るものとした。
【００１５】Mn：0.1 〜2.0 mass％ Mnは、機械部品としての強度を確保する上で有効な成分
であるが、 0.1mass％未満の添加では満足いくほどの強
度が得られず、一方 2.0mass％を超えると黒鉛化後の変
形抵抗が上昇するので、 0.1〜2.0 mass％の範囲に限定
した。
であるが、 0.1mass％未満の添加では満足いくほどの強
度が得られず、一方 2.0mass％を超えると黒鉛化後の変
形抵抗が上昇するので、 0.1〜2.0 mass％の範囲に限定
した。
【００１６】Al：0.01〜0.5 mass％ Alは、強力な脱酸材であると同時に、Ｎと結合してAlＮ
を形成し、黒鉛の結晶化の核として有効に作用するので
積極的に用いるが、0.01mass％未満ではその効果に乏し
く、一方 0.5mass％を超えて添加してもその効果は飽和
に達するので、0.01〜0.5 mass％の範囲で含有させるも
のとした。
を形成し、黒鉛の結晶化の核として有効に作用するので
積極的に用いるが、0.01mass％未満ではその効果に乏し
く、一方 0.5mass％を超えて添加してもその効果は飽和
に達するので、0.01〜0.5 mass％の範囲で含有させるも
のとした。
【００１７】Ｂ：0.0003〜0.0150mass％ Ｂは、Ｎと結合してＢＮを形成することにより、これが
黒鉛結晶化の核となり黒鉛化を促進するので積極的に添
加する。またＢは、焼入れ性の向上にも寄与する元素で
あり、、焼入れ・焼戻し処理によって機械部品としての
強度を確保する上でも有用である。しかしながら、含有
量が0.0003mass％未満ではその添加効果に乏しく、一方
0.0150mass％を超えて添加すると連続鍛造時に鋳片の割
れが助長されるので、0.0003〜0.0150mass％の範囲に限
定した。
黒鉛結晶化の核となり黒鉛化を促進するので積極的に添
加する。またＢは、焼入れ性の向上にも寄与する元素で
あり、、焼入れ・焼戻し処理によって機械部品としての
強度を確保する上でも有用である。しかしながら、含有
量が0.0003mass％未満ではその添加効果に乏しく、一方
0.0150mass％を超えて添加すると連続鍛造時に鋳片の割
れが助長されるので、0.0003〜0.0150mass％の範囲に限
定した。
【００１８】Ｏ：0.0030mass％以下 Ｏは、鋼中に硬質な非金属介在物を形成し冷間鍛造性お
よび被削性を劣化させるので、極力低減することが望ま
しいが、0.0030mass％までなら許容される。
よび被削性を劣化させるので、極力低減することが望ま
しいが、0.0030mass％までなら許容される。
【００１９】Ni：0.1 〜3.0 mass％、Cu：0.1 〜3.0 ma
ss％、Co：0.1 〜3.0 mass％ Ni、CuおよびCoは、いずれもセメンタイトの分解を促進
することにより黒鉛化の促進に有利に寄与するだけでな
く、フェライト相中に固溶してもSiのようにフェライト
相の延性を阻害せず、また固溶強化作用もSiよりも弱い
ので冷間鍛造性を害しない利点があるので、積極的に添
加する。しかしながら、いずれも含有量が 0.1mass％に
満たないとその添加効果に乏しく、一方 3.0mass％を超
えて含有させてもその効果は飽和に達するので、それぞ
れ 0.1〜3.0 mass％の範囲で含有させるものとした。
ss％、Co：0.1 〜3.0 mass％ Ni、CuおよびCoは、いずれもセメンタイトの分解を促進
することにより黒鉛化の促進に有利に寄与するだけでな
く、フェライト相中に固溶してもSiのようにフェライト
相の延性を阻害せず、また固溶強化作用もSiよりも弱い
ので冷間鍛造性を害しない利点があるので、積極的に添
加する。しかしながら、いずれも含有量が 0.1mass％に
満たないとその添加効果に乏しく、一方 3.0mass％を超
えて含有させてもその効果は飽和に達するので、それぞ
れ 0.1〜3.0 mass％の範囲で含有させるものとした。
【００２０】以上、基本成分について説明したが、本発
明では以下の元素をさらに添加することもできる。 Cr：0.05〜1.0 mass％、Mo：0.05〜0.5 mass％ CrおよびMoは、焼入れ性の向上元素として均等であり、
機械部品としての強度を焼入れ・焼戻し処理によって確
保する場合に有用である。しかしながら、これらの元素
は、セメンタイトを安定化して黒鉛化を遅延させる働き
もある。従って、これらの元素の添加に際しては、焼入
れ性向上に効果があり、一方で黒鉛化を阻害しない範囲
で添加する必要があり、かかる観点からそれぞれCr：0.
05〜1.0mass％、Mo：0.05〜0.5 mass％の範囲に限定し
た。
明では以下の元素をさらに添加することもできる。 Cr：0.05〜1.0 mass％、Mo：0.05〜0.5 mass％ CrおよびMoは、焼入れ性の向上元素として均等であり、
機械部品としての強度を焼入れ・焼戻し処理によって確
保する場合に有用である。しかしながら、これらの元素
は、セメンタイトを安定化して黒鉛化を遅延させる働き
もある。従って、これらの元素の添加に際しては、焼入
れ性向上に効果があり、一方で黒鉛化を阻害しない範囲
で添加する必要があり、かかる観点からそれぞれCr：0.
05〜1.0mass％、Mo：0.05〜0.5 mass％の範囲に限定し
た。
【００２１】Ｖ：0.05〜0.5 mass％、Nb：0.005 〜0.05
mass％、Ti：0.005 〜0.05mass％ Ｖ、NbおよびTiはいずれも、Ｎと結合して窒化物を形成
し、これらが黒鉛化時に黒鉛結晶化の核として作用する
ことによって黒鉛化の促進を図ると同時に、黒鉛の微細
化を促進する作用もある。また、これら元素は微細な炭
化物を形成し、その析出強化により強度の向上にも寄与
する。そこで、これらの元素は、黒鉛化速度をより速く
する必要のある場合、黒鉛粒をより微細にする必要のあ
る場合、または機械部品としての強度を焼入れ・焼戻し
処理によらずに確保する場合、あるいは大型の機械部品
に要求される強度をQTで確保する場合に、硬化しにくい
部材中心部の強度を一層増加させる必要のある場合に利
用する。含有量はそれぞれ、Ｖ：0.05〜0.5 mass％、N
b：0.005 〜0.05mass％、Ti：0.005 〜0.05mass％の範
囲とするが、各元素の下限値は上記した効果を得るため
に必要な最低量より規定され、一方上限値は、添加によ
って炭化物の形成量が多くなる結果、鋼中に形成される
黒鉛量が減少し、被削性の低下を招くことのない許容上
限より規定される。
mass％、Ti：0.005 〜0.05mass％ Ｖ、NbおよびTiはいずれも、Ｎと結合して窒化物を形成
し、これらが黒鉛化時に黒鉛結晶化の核として作用する
ことによって黒鉛化の促進を図ると同時に、黒鉛の微細
化を促進する作用もある。また、これら元素は微細な炭
化物を形成し、その析出強化により強度の向上にも寄与
する。そこで、これらの元素は、黒鉛化速度をより速く
する必要のある場合、黒鉛粒をより微細にする必要のあ
る場合、または機械部品としての強度を焼入れ・焼戻し
処理によらずに確保する場合、あるいは大型の機械部品
に要求される強度をQTで確保する場合に、硬化しにくい
部材中心部の強度を一層増加させる必要のある場合に利
用する。含有量はそれぞれ、Ｖ：0.05〜0.5 mass％、N
b：0.005 〜0.05mass％、Ti：0.005 〜0.05mass％の範
囲とするが、各元素の下限値は上記した効果を得るため
に必要な最低量より規定され、一方上限値は、添加によ
って炭化物の形成量が多くなる結果、鋼中に形成される
黒鉛量が減少し、被削性の低下を招くことのない許容上
限より規定される。
【００２２】なお、本発明では、一般に被削性向上元素
として知られるＳ, Ｐ, Se, Ca, Te, Pb等をさらに添加
することができる。 Ｐ：0.005 〜0.15mass％ Ｐは、フェライト層を硬化させることによって被削性を
向上させる有用元素であるが、一方で黒鉛化を阻害する
元素でもある。被削性向上のためには、少なくとも0.00
5 mass％の添加が必要であり、一方0.15mass％を超えて
添加すると黒鉛化が阻害され、その結果、逆に被削性の
低下を招くので、0.15mass％未満の範囲に限定した。
として知られるＳ, Ｐ, Se, Ca, Te, Pb等をさらに添加
することができる。 Ｐ：0.005 〜0.15mass％ Ｐは、フェライト層を硬化させることによって被削性を
向上させる有用元素であるが、一方で黒鉛化を阻害する
元素でもある。被削性向上のためには、少なくとも0.00
5 mass％の添加が必要であり、一方0.15mass％を超えて
添加すると黒鉛化が阻害され、その結果、逆に被削性の
低下を招くので、0.15mass％未満の範囲に限定した。
【００２３】Ｓ：0.005 〜0.25mass％ Ｓは、MnＳを形成し、これが切削時のチップブレーカー
として作用して被削性を向上させると共に、黒鉛化の核
になることにより黒鉛化を促進する。その結果、被削性
を一層向上させるので積極的に添加するが、0.005 mass
％未満ではその添加効果に乏しく、一方、0.25mass％を
超えて含有させても効果が飽和するので、0.005 〜0.25
mass％の範囲に限定した。
として作用して被削性を向上させると共に、黒鉛化の核
になることにより黒鉛化を促進する。その結果、被削性
を一層向上させるので積極的に添加するが、0.005 mass
％未満ではその添加効果に乏しく、一方、0.25mass％を
超えて含有させても効果が飽和するので、0.005 〜0.25
mass％の範囲に限定した。
【００２４】Se：0.003 〜0.10mass％ 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して被削性を向上させると同
時に、MnSeが黒鉛化の核となり黒鉛化を促進することに
よりさらに被削性を向上させるので、積極的に添加す
る。しかし、その添加量が0.003 mass％未満では上記の
効果が小さく、一方、0.10mass％を超えるとその効果が
飽和するので、0.003 〜0.10mass％の範囲に限定した。
ップブレーカーとして作用して被削性を向上させると同
時に、MnSeが黒鉛化の核となり黒鉛化を促進することに
よりさらに被削性を向上させるので、積極的に添加す
る。しかし、その添加量が0.003 mass％未満では上記の
効果が小さく、一方、0.10mass％を超えるとその効果が
飽和するので、0.003 〜0.10mass％の範囲に限定した。
【００２５】Ca：0.0002〜0.30mass％ 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。また、MnＳと結合し、MnＳの
析出形態を紡錘形にすることによって被削性の向上に寄
与するので積極的に添加する。しかし、その添加量が0.
0002mass％未満ではその添加効果に乏しく、一方、0.30
mass％を超えて添加すると酸化物系非金属物が多く形成
され、これが機械部品としての疲労強度を低下させるの
で、0.0003〜0.30mass％の範囲に限定した。
作用し黒鉛化を促進する。また、MnＳと結合し、MnＳの
析出形態を紡錘形にすることによって被削性の向上に寄
与するので積極的に添加する。しかし、その添加量が0.
0002mass％未満ではその添加効果に乏しく、一方、0.30
mass％を超えて添加すると酸化物系非金属物が多く形成
され、これが機械部品としての疲労強度を低下させるの
で、0.0003〜0.30mass％の範囲に限定した。
【００２６】Te：0.002 〜0.5 mass％ Teは、MnTeを形成し、これがチップブレーカーとして作
用し、被削性を向上させるので積極的に用いるが、一方
で黒鉛化を阻害する元素であるので、多量に添加すると
被削性を逆に劣化させる。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0.002 〜0.5 mass％の範囲内で含有させることとし
た。
用し、被削性を向上させるので積極的に用いるが、一方
で黒鉛化を阻害する元素であるので、多量に添加すると
被削性を逆に劣化させる。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0.002 〜0.5 mass％の範囲内で含有させることとし
た。
【００２７】Pb：0.03〜0.3 mass％ 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向上させる元素である
が、一方で黒鉛化を阻害し逆に被削性を低下させる作用
もあるので、両特性を勘案して0.03〜0.30mass％の範囲
に限定した。
し、液体潤滑効果により被削性を向上させる元素である
が、一方で黒鉛化を阻害し逆に被削性を低下させる作用
もあるので、両特性を勘案して0.03〜0.30mass％の範囲
に限定した。
【００２８】Bi：0.01〜0.30mass％ 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向上させる
作用があるが、一方で黒鉛化を阻害し逆に被削性を低下
させるので、両特性を勘案して0.01〜0.30mass％の範囲
に限定した。
により溶融し、液体潤滑効果により被削性を向上させる
作用があるが、一方で黒鉛化を阻害し逆に被削性を低下
させるので、両特性を勘案して0.01〜0.30mass％の範囲
に限定した。
【００２９】また本発明では、成分組成のみならず、金
属組織が重要であり、主にフェライトと黒鉛の組織とす
る必要がある。というのは、黒鉛の潤滑作用により切削
時に切削工具の温度上昇を抑制し、それにより切削工具
の寿命を向上させようとするのが、本発明に必須の条件
だからである。ここに、鋼中における黒鉛量の好適含有
量は、0.1 〜1.2 ％である。そのためには、黒鉛化処理
として 600〜750 ℃の温度領域において５〜20時間保持
する処理が必要である。なおかかる黒鉛化処理におい
て、前処理としての焼入れは必要ない。
属組織が重要であり、主にフェライトと黒鉛の組織とす
る必要がある。というのは、黒鉛の潤滑作用により切削
時に切削工具の温度上昇を抑制し、それにより切削工具
の寿命を向上させようとするのが、本発明に必須の条件
だからである。ここに、鋼中における黒鉛量の好適含有
量は、0.1 〜1.2 ％である。そのためには、黒鉛化処理
として 600〜750 ℃の温度領域において５〜20時間保持
する処理が必要である。なおかかる黒鉛化処理におい
て、前処理としての焼入れは必要ない。
【００３０】なお、上記被削性向上元素を添加した場合
には、熱間加工性が劣化するので、約1000℃以上の加熱
および 850℃以上の熱間圧延を行うことが好ましい。そ
して、黒鉛化の熱処理としては、Ａc1点以下の温度領域
に５〜30時間程度保持するのみで充分に黒鉛化させるこ
とが可能であるが、かかる被削性向上元素として、とく
にTe, Ｐ，Bi, Pb等の黒鉛化を阻害する元素が単独で添
加される場合には、上記範囲内で処理時間を長くした方
が好ましい。
には、熱間加工性が劣化するので、約1000℃以上の加熱
および 850℃以上の熱間圧延を行うことが好ましい。そ
して、黒鉛化の熱処理としては、Ａc1点以下の温度領域
に５〜30時間程度保持するのみで充分に黒鉛化させるこ
とが可能であるが、かかる被削性向上元素として、とく
にTe, Ｐ，Bi, Pb等の黒鉛化を阻害する元素が単独で添
加される場合には、上記範囲内で処理時間を長くした方
が好ましい。
【００３１】
実施例１ 表１, 表２に示す成分組成になる鋼材を、転炉溶製し、
連続鋳造によりブルームとしたのち、棒鋼圧延により35
mmφの棒鋼とした。ついで、 700℃，19ｈの黒鉛化処理
を施した。かくして得られた鋼材の硬さ、黒鉛量および
黒鉛粒径を画像解析装置によって測定した。また黒鉛化
率は、測定した黒鉛量と添加したＣがすべて黒鉛化した
場合の黒鉛量との比率で定義した。さらに、被削性試験
および冷間鍛造試験を行った。ここに、被削性試験は、
高速度工具鋼SKH4を用い、外周旋削の条件により行っ
た。切削時の切り込み深さおよび送り量はそれぞれ 2.0
mm、0.25mm／rev.であり、切削不能となるまでの時間を
工具寿命と定義した。また冷間鍛造試験は、15mmφ×2
2.5mmｌの円柱状の試験片を用い、圧縮試験により行っ
た。圧縮時の変形荷重から変形抵抗を算出すると共に、
試験後の試験片側面に発生した割れを目視により確認
し、試験片の半数に割れが発生する圧縮率を限界圧縮率
とした。得られた試験結果を表３に示す。
連続鋳造によりブルームとしたのち、棒鋼圧延により35
mmφの棒鋼とした。ついで、 700℃，19ｈの黒鉛化処理
を施した。かくして得られた鋼材の硬さ、黒鉛量および
黒鉛粒径を画像解析装置によって測定した。また黒鉛化
率は、測定した黒鉛量と添加したＣがすべて黒鉛化した
場合の黒鉛量との比率で定義した。さらに、被削性試験
および冷間鍛造試験を行った。ここに、被削性試験は、
高速度工具鋼SKH4を用い、外周旋削の条件により行っ
た。切削時の切り込み深さおよび送り量はそれぞれ 2.0
mm、0.25mm／rev.であり、切削不能となるまでの時間を
工具寿命と定義した。また冷間鍛造試験は、15mmφ×2
2.5mmｌの円柱状の試験片を用い、圧縮試験により行っ
た。圧縮時の変形荷重から変形抵抗を算出すると共に、
試験後の試験片側面に発生した割れを目視により確認
し、試験片の半数に割れが発生する圧縮率を限界圧縮率
とした。得られた試験結果を表３に示す。
【００３２】
【表１】
【００３３】
【表２】
【００３４】
【表３】
【００３５】表中、No.1〜13は第１〜第４発明鋼であ
る。また No.14〜26はNo.1〜13からSiを本発明の範囲外
に高めた鋼である。さらに No.26〜31は、Si以外の成分
が本発明の適正範囲を逸脱した鋼である。なお No.32お
よび33はJIS S25CおよびJIS S45CにPbを添加した快削鋼
である。表３から明らかなように、No.1〜26はいずれ
も、被削性はPb快削鋼よりも優れているが、No.1〜13お
よび No.14〜26を比較すると、変形抵抗はいずれも No.
14〜26の方が高く、発明鋼であるNo.1〜13に比べると冷
間鍛造性に劣っている。また No.27〜31は、黒鉛化率が
低く、そのため変形抵抗が著しく高い。被削性は、Pb快
削鋼よりは優れているものの、本発明鋼には及ばない。
る。また No.14〜26はNo.1〜13からSiを本発明の範囲外
に高めた鋼である。さらに No.26〜31は、Si以外の成分
が本発明の適正範囲を逸脱した鋼である。なお No.32お
よび33はJIS S25CおよびJIS S45CにPbを添加した快削鋼
である。表３から明らかなように、No.1〜26はいずれ
も、被削性はPb快削鋼よりも優れているが、No.1〜13お
よび No.14〜26を比較すると、変形抵抗はいずれも No.
14〜26の方が高く、発明鋼であるNo.1〜13に比べると冷
間鍛造性に劣っている。また No.27〜31は、黒鉛化率が
低く、そのため変形抵抗が著しく高い。被削性は、Pb快
削鋼よりは優れているものの、本発明鋼には及ばない。
【００３６】実施例２ 表４, 表５に示す化学組成の鋼（被削性向上元素添加
鋼）を、実施例１と同様にして52mmφ棒鋼とした。得ら
れた鋼材の黒鉛化率, 黒鉛粒径, 硬さおよび工具寿命に
ついて調べた結果を表６にまとめて示す。供試鋼No.1〜
13は、第５発明鋼の例である。また、No. 14〜26は、発
明鋼から必須成分であるPb, Bi, TeおよびCa等の被削性
向上元素を除いたものである。No. 27〜28は、本発明に
おいて黒鉛化のための必須添加元素が、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, Bi, Teを添加したPb快削鋼である。本発
明鋼と比較鋼No. 14〜26を比較すると、本発明鋼の方
が、工具寿命は高いのみでなく、従来鋼と比較すれば工
具寿命は極めて向上している。さらに、本発明鋼の黒鉛
化率は、比較鋼No. 14〜26に比べて全体的に低位である
が、これは、 700℃×10ｈといった比較的短時間の処理
を施したためであり、前述したように30ｈ程度に処理時
間を延長すれば一層の寿命向上を図ることができる。比
較鋼No. 27, 28は、黒鉛化率が低いために工具寿命は極
めて低く、被削性に劣っている。
鋼）を、実施例１と同様にして52mmφ棒鋼とした。得ら
れた鋼材の黒鉛化率, 黒鉛粒径, 硬さおよび工具寿命に
ついて調べた結果を表６にまとめて示す。供試鋼No.1〜
13は、第５発明鋼の例である。また、No. 14〜26は、発
明鋼から必須成分であるPb, Bi, TeおよびCa等の被削性
向上元素を除いたものである。No. 27〜28は、本発明に
おいて黒鉛化のための必須添加元素が、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, Bi, Teを添加したPb快削鋼である。本発
明鋼と比較鋼No. 14〜26を比較すると、本発明鋼の方
が、工具寿命は高いのみでなく、従来鋼と比較すれば工
具寿命は極めて向上している。さらに、本発明鋼の黒鉛
化率は、比較鋼No. 14〜26に比べて全体的に低位である
が、これは、 700℃×10ｈといった比較的短時間の処理
を施したためであり、前述したように30ｈ程度に処理時
間を延長すれば一層の寿命向上を図ることができる。比
較鋼No. 27, 28は、黒鉛化率が低いために工具寿命は極
めて低く、被削性に劣っている。
【００３７】
【表４】
【００３８】
【表５】
【００３９】
【表６】
【００４０】
【発明の効果】かくしてこの発明によれば、冷間鍛造時
の変形抵抗が低く、同時に被削性に優れた鋼材を容易に
得ることができ、機械部品の製造に資すること大であ
る。
の変形抵抗が低く、同時に被削性に優れた鋼材を容易に
得ることができ、機械部品の製造に資すること大であ
る。
───────────────────────────────────────────────────── 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
Claims (5)
- 【請求項１】Ｃ：0.1 〜1.5 mass％、 Si：0.5 mass
％未満、 Mn：0.1 〜2.0 mass％、 Al：0.01〜0.5 mass％、 Ｂ：0.0003〜0.0150mass％、Ｎ：0.0015〜0.0150mass
％、 Ｏ：0.0030mass％以下 を含み、かつ Ni：0.1 〜3.0 mass％、 Cu：0.1 〜3.0 mass％、 Co：0.1 〜3.0 mass％ のうちから選んだ１種または２種以上を含有し、残部は
実質的にFeの組成になり、しかも金属組織が主としてフ
ェライトおよび黒鉛よりなることを特徴とする被削性お
よび冷間鍛造性に優れた機械構造用鋼。 - 【請求項２】Ｃ：0.1 〜1.5 mass％、 Si：0.5 mass
％未満、 Mn：0.1 〜2.0 mass％、 Al：0.01〜0.5 mass％、 Ｂ：0.0003〜0.0150mass％、Ｎ：0.0015〜0.0150mass
％、 Ｏ：0.0030mass％以下 を含み、かつ Ni：0.1 〜3.0 mass％、 Cu：0.1 〜3.0 mass％ Co：0.1 〜3.0 mass％ のうちから選んだ１種または２種以上を含有し、さらに Cr：0.05〜1.0 mass％、 Mo：0.05〜0.5 mass％ のうちから選んだ１種または２種を含有し、残部は実質
的にFeの組成になり、しかも金属組織が主としてフェラ
イトおよび黒鉛よりなることを特徴とする被削性および
冷間鍛造性に優れた機械構造用鋼。 - 【請求項３】Ｃ：0.1 〜1.5 mass％、 Si：0.5 mass
％未満、 Mn：0.1 〜2.0 mass％、 Al：0.01〜0.5 mass％、 Ｂ：0.0003〜0.0150mass％、Ｎ：0.0015〜0.0150mass
％、 Ｏ：0.0030mass％以下 を含み、かつ Ni：0.1 〜3.0 mass％、 Cu：0.1 〜3.0 mass％ Co：0.1 〜3.0 mass％ のうちから選んだ１種または２種以上を含有し、さらに Ｖ：0.05〜0.5 mass％、 Nb：0.005 〜0.05mass％ Ti：0.005 〜0.05mass％ のうちから選んだ少なくとも１種を含有し、残部は実質
的にFeの組成になり、しかも金属組織が主としてフェラ
イトおよび黒鉛よりなることを特徴とする被削性および
冷間鍛造性に優れた機械構造用鋼。 - 【請求項４】Ｃ：0.1 〜1.5 mass％、 Si：0.5 mass
％未満、 Mn：0.1 〜2.0 mass％、 Al：0.01〜0.5 mass％、 Ｂ：0.0003〜0.0150mass％、Ｎ：0.0015〜0.0150mass
％、 Ｏ：0.0030mass％以下 を含み、かつ Ni：0.1 〜3.0 mass％、 Cu：0.1 〜3.0 mass％ Co：0.1 〜3.0 mass％ のうちから選んだ１種または２種以上を含有し、さらに Cr：0.05〜1.0 mass％、 Mo：0.05〜0.5 mass％ のうちから選んだ１種または２種と、 Ｖ：0.05〜0.5 mass％、 Nb：0.005 〜0.05mass％ Ti：0.005 〜0.05mass％ のうちから選んだ少なくとも１種とを含有し、残部は実
質的にFeの組成になり、しかも金属組織が主としてフェ
ライトおよび黒鉛よりなることを特徴とする被削性およ
び冷間鍛造性に優れた機械構造用鋼。 - 【請求項５】請求項１〜４のいずれか１つの鋼に記載し
た鋼に対し、さらに、Ｐ：0.005 〜0.15mass％、Ｓ：0.
005 〜0.25mass％、 Se：0.003 〜0.10mass％、Ca：0.0002〜0.30mass％、 Te：0.002 〜0.5 mass％、Pb：0.03〜0.30mass％、 およびBi：0.01〜0.3 mass％ のうちから選ばれる１種または２種以上の被削性向上元
素を含有させてなる被削性および冷間鍛造性に優れた機
械構造用鋼。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17648293A JP3249646B2 (ja) | 1993-07-16 | 1993-07-16 | 被削性および冷間鍛造性に優れた機械構造用鋼 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17648293A JP3249646B2 (ja) | 1993-07-16 | 1993-07-16 | 被削性および冷間鍛造性に優れた機械構造用鋼 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0734190A true JPH0734190A (ja) | 1995-02-03 |
| JP3249646B2 JP3249646B2 (ja) | 2002-01-21 |
Family
ID=16014443
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17648293A Expired - Fee Related JP3249646B2 (ja) | 1993-07-16 | 1993-07-16 | 被削性および冷間鍛造性に優れた機械構造用鋼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3249646B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004005567A1 (ja) * | 2002-07-03 | 2004-01-15 | Mitsubishi Steel Mfg. Co.,Ltd. | 硫黄含有快削性機械構造用鋼 |
| US7093526B2 (en) | 1999-05-20 | 2006-08-22 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Forming die apparatus |
| WO2008025096A1 (en) * | 2006-09-01 | 2008-03-06 | Nucor Corporation | Thin cast strip with controlled manganese and low oxygen levels and method for making same |
| KR20160080122A (ko) * | 2014-12-26 | 2016-07-07 | 주식회사 포스코 | 경화능이 우수한 중탄소 쾌삭강 및 그 제조방법 |
| CN111394656A (zh) * | 2020-05-06 | 2020-07-10 | 合肥易知谷机械设计有限公司 | 一种热轧卷板和热轧卷板的生产方法 |
-
1993
- 1993-07-16 JP JP17648293A patent/JP3249646B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7093526B2 (en) | 1999-05-20 | 2006-08-22 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Forming die apparatus |
| US7690417B2 (en) | 2001-09-14 | 2010-04-06 | Nucor Corporation | Thin cast strip with controlled manganese and low oxygen levels and method for making same |
| WO2004005567A1 (ja) * | 2002-07-03 | 2004-01-15 | Mitsubishi Steel Mfg. Co.,Ltd. | 硫黄含有快削性機械構造用鋼 |
| US7014812B2 (en) | 2002-07-03 | 2006-03-21 | Mitsubishi Steel Mfg. Co., Ltd. | Sulfur-containing free-cutting steel for machine structural use |
| WO2008025096A1 (en) * | 2006-09-01 | 2008-03-06 | Nucor Corporation | Thin cast strip with controlled manganese and low oxygen levels and method for making same |
| KR20160080122A (ko) * | 2014-12-26 | 2016-07-07 | 주식회사 포스코 | 경화능이 우수한 중탄소 쾌삭강 및 그 제조방법 |
| CN111394656A (zh) * | 2020-05-06 | 2020-07-10 | 合肥易知谷机械设计有限公司 | 一种热轧卷板和热轧卷板的生产方法 |
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|---|---|
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