JPS60427B2 - 冷間鍛造性のすぐれた快削鋼 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、冷間鍛造性のすぐれだ決削鋼に関する。

詳しくは本発明は、ステンレス鋼または耐熱鋼であって
快削性付与元素としてＳを用いたものにおいて、Ｓ量に
対応して適量のＴｅをも添加し、かつ０量を調節して鋼
中の硫化物系介在物の形状を改善することにより、袷間
鍛造性のすぐれた快肖り鋼を提供するものである。本発
明はまた、このような冷間鍛造性のすぐれた快削鋼を製
造する方法をも包含する。

ステンレス鋼または耐熱鋼を切削加工する際には、これ
らの鋼は延性が高く切削により発生する熱量が大きく、
しかも熱伝導性が小さいため工具と切くず間の切削熱が
逃げ難く、両者が凝着する傾向がある。

そのため切削面にムシレが生じやすく、工具が速やかに
チッピングや溶損しやすく、また切りくずが連続して作
業性を著しくそこなうといった困難に直面する。そこで
従来から、これらの鋼にＳを中心として、Ｐｂ、Ｓｅあ
るいはＣａなどの快削性付与元素を少量含有させた快削
鋼が開発されて来た。しかし、これらの快削性付与元素
「とくにその効果が高いとして広く用いられているＳは
、一方で、鋼の強度を低下させ冷間鍛造性を損なう。こ
の理由は、Ｓの添加により生じた硫化物系介在物が鋼中
で辰伸された形態で存在し、そこに応力が集中して硫化
物を起点とする切欠き現象が起るためと考えられている
。そこで、硫化物系介在物の形状をできるだけ球状に近
くして、応力集中を緩和することにより上記の問題を解
決することが試みられてきた。

最近では、たとえば特開昭５４一１１０１６号は、Ｔｅ
−Ｓの添加により快削性を与えた構造用鋼において、Ｔ
ｅ／Ｓを約０．１前後にえらぶとともに特定量のＣａお
よびＮを存在させることにより、快削性と異方性が改善
されることを開示している。本発明者らは、ステンレス
鋼および耐熱鋼の分野で、Ｔｅ−Ｓ系快削鋼がすぐれた
袷間鍛造性を兼ね備えるためにはどのような条件をみた
す必要があるか、またその快削鋼を製造する好適な方法
はどのようなものであるか、を追求して次の知見を得た
。

すなわち、ステンレス鋼および耐熱鋼が所期の快削性お
よびすぐれた冷間鍛造性を兼ね備えるためには、含有さ
れる硫化物のうち長径が２仏以上の比較的大型のものは
、その少なくとも８０％が長短蚤比が１０以下でなけれ
ばならないこと、またこのような硫化物系介在物は、Ｔ
ｅ／Ｓの重量割合を０．０４またはそれ以上にえらび、
かつ０含有量を０．０１５％以下に制限することによっ
て実現できること、である。さらには、この鋼はＴｅ以
外の成分を調整した溶鋼にＴｅを添加して均一に分散さ
せることにより製造できること、そして上記Ｔｅの添加
に先立って、溶鋼中に非酸化性ガスを導入して強制縄拝
することにより、快削性および冷間鍛造性にとって有害
な主として酸化物系の介在物からなる大型の介在物を浮
上分離させ除去するのが好ましいこと、をも知った。以
上の新規な知見にもとづく本発明の冷間鍛造性のすぐれ
た快削鋼は、Ｃ：２．０％以下、Ｓｉ：５．０％以下、
Ｍｎ：２０．０％以下、Ｃｒ：７．５〜３０．０％、Ｓ
：０．４％以下およびＴｅ：０．５％以下を含有し（た
だしＴｅ／Ｓの重量比は０．０４〆上）、０：０．０１
５％以下であって、残余が実質的にＦｅからなる組成を
有し、その中に存在する硫イＱ物系介在物のうち長径が
２仏以上の比較的大型のものは少なくとも８０％が長短
蓬比１０以下であることを特徴とする。

上記の合金組成は、ステンレス鋼および耐熱鋼の分野に
わたるものである。各鋼に着目したときは、組成はそれ
ぞれ次のとおりあらわすことがでさる。（残余はＦｅ）
（ステンレス鋼） （耐 熱 鋼） Ｃ： ２．０％以下 １．０％以下Ｓｉ：
２．０％以下 ５．０％以下 ．Ｍｈ：
１０ ％以下 ２０％以下Ｃｒ： １
０妥び３０％ ７．５％び３０％Ｔ宣言
８言多量÷（Ｔｅ／Ｓ２ＱＭ）○：
０．０１５％以下介在物に関する以外の各成分の役
割および範囲の限定理由は、おおむね各鋼について既に
知られたところであるが、以下に記しておく。

Ｃ：２．０％以下（ステンレス鋼では２．０％以下、耐
熱鋼では１．０％以下）耐食性の面からは少ない方がよ
く、とくに耐食性の良好なオーステナィト系ステンレス
鋼では ％までとする。

一方、Ｃ含量が低いと硬さ、強度が十分でないから、こ
れら特性の要求が高いときは２．０％まで含有させる。
Ｓｊ：５．０％以下（ステンレス鋼では２．０％以下、
耐熱鋼では５．０％以下）鋼の溶製時に脱酸剤として必
要なほか、焼入れ性、焼戻し軟化抵抗性の向上に有効で
あって、とくに耐熱鋼では多量に使用する。

ただし、衝撃強度が著しく影響をうけるため、５．０％
までとする。Ｍｎ：２０％以下（ステンレス鋼では１０
％以下、耐熱鋼では２０％以下）オーステナィトを安定
化する元素で、Ｎｉの代りに使用する。

Ｍｎ含量の大小は耐食性にはあまり影響しないが、多す
ぎると被削性を低める。Ｃｒ：７．５〜３０％（ステン
レス鋼では１０〜３０％、耐熱鋼では７．５〜３０％）
鋼がステンレスであるためにも、また耐熱性を有する上
でも、もっと重要な構成元素であって、安定な酸化物被
膜により耐食性または耐酸化性を与える。

そのために必要な含有量はそれぞれ上記のとおりである
。次に「快削性付与元素の組み合わせＴｅ−Ｓおよび０
含有量の限定について、介在物の形態と関連させて説明
する。

Ｓ：０．４０％以下 快削性をもたらす主要な介在物であるＭ盃系介在物の形
成に不可欠であって、多量になるほど快削性は高まるが
、袷間鍛造性および耐食性が低下するので上記限界に止
める。

Ｔｅ：０．５０％以下 冷間鍛造性に対する影響の大きいＭ鷹系介在物の形態を
調整することと、それ自体で快削性を与える点で重要な
元素である。

あまり大量では熱間加工性が劣るので制約がある。硫化
物系介在物の形態を改善するためには、Ｔｅ／Ｓの重量
割合が０．０４〆上であることを要する。○：０．０１
５％以下鋼中の０は、山２０３やＳｉＱの形をとるが、
ステンレス鋼や耐熱鋼のようにＣｒを多量に含有する場
合は、Ｃの３をも多量に形成する。

これらの酸化物介在物は極めて硬く、切削工具をひどく
損傷する。また、冷間鍛造ワレの発生起点にもなるので
、０含有量はできるだけ低くおさえるべきである。許容
される限度が上記０．０１５％であることがわかった。
硫化物系介在物の形態と分布： 快削性および冷間鍛造性が鋼中の硫化物系介在物の形態
と分布に大きく依存することを本発明者らは確認し、硫
化物の形態を種々変化させた鋼の特性をしらべた。

その結果、硫化物系介在物のうち長径が２〃以上の比較
的大型のものが冷間鍛造性を左右し、これが長短蓬比で
１０以内にあって極端に線状に辰伸されていない形態を
もつならば悪影響を示さないこと、そしてこのようなも
のが全硫化物系介在物中の個数にもとづいて８０％また
はそれ以上の大部分を占めるという条件がみたされてい
ればよいことを知ったのである。この事実は後に実例を
もって示す。本発明の冷間鍛造性のすぐれた快削鋼は、
ステンレス鋼または耐熱鋼としての用途に向ける上で必
要があれば、強度、耐食性、耐摩耗性、耐スケール性な
どを改善するために、下記の一つまたは二つ以上のグル
ープに属する元素を添加することができる。

Ｎｉ：４０％以下、 Ｍｏ：４．０％以下、 Ｗ：５．０％以下、Ｔｉ：２．０％以下、Ｖ：２．０％
以下、Ｎｂ：１．５％以下またはＲＥＭ（稀土類金属）
：０．５％以下の１種または２種以上、ＡＩ：２．０％
以下、 Ｃｏ：２５％以下、 Ｂ：０．０５％以下、Ｎ：０．８０％以下またはＺｒ：
２％以下の１種または２種以上、Ｔａ：１．５％以下 Ｃｕ：７％以下。

各添加元素の作用と含有量の範囲の限定理由を次に記す
。

Ｎｊ：４０％以下 ステンレス鋼にとっても耐熱鋼にとっても好ましい重要
な添加元素であって、安定なオーステナィトをつくり、
鋼の鋤性を向上させる。

４０％より多く存在させても高価になるだけで意味がな
い。

Ｍｏ：４．０％以下 Ｃｒ系ステンレス鋼では非酸化性雰囲気に対する耐食ｉ
性を改善する。

Ｃｒ−Ｎｊ系ステンレス鋼に対しても受動態を強化する
。また耐熱鋼では高温強さを向上する。しかし多量のＭ
ｏを含有すると耐食性、高温強さが劣化するため４．０
％以下とする。Ｗ：０．５％以下、Ｔｉ：２．０％以下
、Ｖ：２．０％以下しＮｂ：１．５％以下：いずれも炭
化物をつくって析出硬化し、強度を向上させる。

Ｔｉ、Ｎｂはさらに粒界腐食の防止にも有効である。し
かし、上記限界を超えると、いずれも快肖ＵＩ性、熱間
加工性、轍性を低下させる。ＲＥＭ：０．５％以下 強度向上に役立つ。

ただし多量では熱間加工性にとってマイナスとなる。Ａ
Ｉ：２．０％以下 鋼製品の表面にきわめて安定な酸化物保護被膜を形成し
て、耐スケール性を向上させる。

また耐熱鋼においては、クリープ被断強さを著しく向上
させる。ただし量が多すぎると、造塊時の湯流れが悪く
製造性を阻害し、また決削性にも有害となる。Ｃｏ：２
５％以下 高温強度を高める上で顕著な効果があり、耐熱鋼におい
て多量に使用する。

もっとも快削性にとってはむしろ有害であるから、含有
量は制約を受ける。Ｂ：０。

０５％以下 粒界にホウ化物として析出し、熱間強度を増す。

結晶微細化にも有効である。しかし、多すぎると熱間加
工性、快削性、袷間鍛造性を低減する。Ｚｒ：２．０％
以下 熱間強度、結晶粒の微細化の両方に有効な点はＢと同じ
である。

これもあまり多く加えると快削性を低くする。Ｎ：０．
８０％以下オーステナィト鋼の耐力を上昇させ、高温強
度を高める。

一方、過大になると低温靭‘性を害する。Ｔａ：１．５
％以下 耐酸化性と高温強度の向上に役立つ。

しかし多量の存在は冷間鍛造性、挟削性の双方に不利益
である。Ｃｕ；７．０％以下 非酸化性雰囲気に対する耐食性を改善するが、あまり大
量に加えると熱間加工性によくない。

本発明の冷間鍛造性のすぐれた決削鋼は、被削性を一層
高めることを希望する場合には、Ｐｂ：０．３０％以下
、Ｓｅ：０．３０％以下、Ｃａ：０．０６％以下または
Ｂｊ：０．３０％以下の１種または２種以上を添加する
と効果がある。

添加量の限界は、冷間鍛造性、強度、耐食性あるいは耐
熱性といった諸特性への影響を考慮して定めたものであ
る。これらは、もちろん上記の各添加元素と併用するこ
ともできる。以上記述した本発明の袷間鍛造性のすぐれ
た快削鋼を製造する第１のポイントは、成分の適確な調
整にある。

まず、炉内でＳを除く快削性付与元素以外の合金成分の
含有量を所定の値に調節した溶鋼を用意する。０合量の
規制は、真空脱ガスなどの既存の方法により行なうこと
ができる。

次に、炉、取りなべあるいは夕ンディシュ中にあるこの
溶鋼に、Ｔｅ／Ｓ２０．０４の条件をみたすようにＴｅ
を添加して、均一に分散させればよい。Ｔｅの添加は、
注入管中で行なうこともできる。Ｐｂ、Ｓｅ、Ｃａまた
はＢｉを添加する場合は、Ｔｅの添加とともに、または
Ｔｅ添加の前後に行なえばよい。Ｔｅ（および場合によ
ってはさらに別の快削性付与元素）の添加に際して、主
として酸化物系介在物である大型の非金属介在物をでき
るだけ除去することが望ましく、この目的には、炉、取
りなべまたはタンディシュ内の溶鋼中にアルゴンのよう
な非酸化性のガスを導入して強制縄拝することが効果的
である。

この操作はＴｅの添加に先立って行なうこともできるし
、またＴｅを添加しつつ行なってもよい。製造の第２の
ポイントは、前述した硫化物系介在物の形態および分布
の条件がみたされるようなすなわち比較的大型の介在物
のうち極端に線状に展伸されていないものが大部分を占
める結果となるような素材製造手段の採用にある。

この観点からすれば、連続鋳造法は好ましいインゴット
製造手段ということができ、一方、冷間引抜のような介
在物の展伸を結果するような加工手段は避けなければな
らない。この事実もまた、後に実例をもって示す。本発
明によれば、耐食性を要求されるステンレス鋼あるいは
高温強度を要求される耐熱鋼の分野において、これらの
性質を何ら損うことなくすぐれた冷間鍛造性を有する快
削鋼が与えられる。

すなわち、ステンレス鋼および耐熱鋼において、従来は
困難とされていた快削性と冷間鍛造性の両立が実現した
わけである。従って、これら鋼の従来からの各種用途へ
の使用が著しく容易になるばかりでなく、加工技術上の
制約から未だ試みられていなかった用途へのこれら鋼材
の使用も可能となる。実施例 １ （ステンレス鋼） 塩基性耐火物の内張りをした電気炉を用いて、種々の化
学組成のステンレス鋼を藩製した。

諸成分の調整は、Ｔｅをはじめとする快削性付与元素を
除く合金元素を炉内で所定量にしたのち、Ｔｅを溶鋼中
のＳ量に応じて取りなべ中で添加し、さらに若干の場合
はＰｂ、Ｓｅ、Ｂｉおよび（または）Ｔａをも添加し、
均一に分散させた。成分調整の済んだ溶鋼は下注法によ
り造擁したのち、直径６０肌の丸榛に、圧延または鍛造
した。一部のものはさらに冷間引抜き加工を施した。各
供許村の組成を第１表に示す。供試材番号の末尾が１〜
４のものは本発明に従った例であり、記号ＡまたはＢの
ものは比較例である。なお、３一Ａは冷間引抜き加工を
施したものである。第 １ 表前記の供試材丸棒から試
験片を採取し、下記のような試験を行なった。

‘１｝ 硫化物系介在物の形態および分布丸棒から圧延
または鍛造の方向に平行に顕微鏡用試料を切り出し、研
摩して鏡検した。

一定の視野内にみえる硫化物系介在物中、長径２仏以上
のもの２００個について長短径の比を測定し、その平均
値Ｌ／Ｓおよび長短蓬比が１０以内のものが占める個数
基準の割合Ｒ（％）を算出した。第２表にこれらの値を
示す。

‘２｝ 冷間鍛造性 径６０肌の丸棒の中心部を除く部分から、直径９肋ｔ長
さ１２側の試験片を切り出し、熱処理を行なってから、
直径８脚、長さ１２肋に研摩仕上げし、冷間アプセット
試験を各３０回行ない、それぞれの限界ひずみの平均値
を求めた。

ここで、限界ひずみは、ｌｎ著 （ＨＯ；１２側 Ｈ：圧縮ワレ発生時の試料長さ、側） であらわされる。

その値を、熱処理の条件とともに第２表に示す。

また、１８Ｃｒ−鮒ｊ系ステンレス鋼において、１０５
０ｑＣ×１時間、水冷の熱処理を施した場合の限界ひず
みの値と、大型の硫化物系介在物の形態および分布との
関係を図面に示す。

第２表および図面のグラフから、本発明によれば比較例
より最高１．３音の限界ひずみの向上が実現することが
わかる。‘３１ 被削性 径６仇帆の丸棒に熱処理を加えたのち黒皮を除去して、
下記の条件で切削試験に供した。

（６０分寿命切削速度） 寿命判定 フランク摩耗 ＶＢ＝０．２側切削試験の結
果を第２表にあわせて示す。

本発明によるときは被削性も大幅に改善されることが確
認できた。【４１ 耐食性 径６仇奴の丸棒から直径１５側、長さ２仇肋の試験片を
切出し、成分に対応する熱処理を施した後、研摩仕上げ
した。

この試験片を１％の塩酸水溶液中に２０午Ｃで６時間浸
潰した後の腐食減量を測定した。

その結果を、やはり第２表に示す。

本発明の鋼の耐食性は比較例とほぼ同一である。第 ２
表 実施例 ２ （耐熱鋼） 例１と同様な方法で、種々の化学組成の耐熱鋼を溶製し
、直径６仇吻の丸棒を得た。

各供試材の組成を第３表に示す。

第１表と同様に、供試村番号の末尾が数字１〜４のもの
は本発明の例であり「記号ＡまたはＢのものは比較例で
ある。１３一Ａは冷間引抜き加工を施したものである。

第 ３ 表 前記の供試材丸棒から試験片を採取し、下記の試験を行
なった。

｛１’ 硫化物系介在物の形態および分布■ 冷間鍛造
性 （３’被削性 以上については実施例１と同じ試験法を採取し、同様な
結果を得た。

‘４｝ 高温強度 径６物肋の丸棒の中心部を除き外周部から熱間引張り試
験片を切り出し、熱処理を加えたのち、平行部直径肌肌
こ仕上げ加工し、８００ｑｏにおける引張り強さおよび
絞り試験を行なった。

結果を、上記（１１〜【３’の試験の結果とともに第４
表に掲げる。本発明による耐熱鋼は、比較例とくるべて
ほとんど同一の高温強度と絞り特性を有することが表か
らわかる。聡 船

【図面の簡単な説明】

図面は１８Ｃｒ−棚ｊスチレン鋼であってＴｅ−Ｓによ
り快削性を与えたものについてアプセツト試験を行なっ
たときの、硫化物系介在物の形態および分布と袷間鍛造
性との関係をあらわすグラフである。 グラフの横軸は長径２仏以上の比較的大型の硫化物系介
在物の長径／短径の比が１０以内のものの全硫化物系介
在物中に占める個数基準での割合（％）であり、縦軸は
冷間鍛造性のめやすとなる限界ひずみの値である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Ｃ：２．０％以下、Ｓｉ：５．０％以下、Ｍｎ：２
   ０．０％以下、Ｃｒ：７．５〜３０．０％、Ｓ：０．４
   ％以下およびＴｅ：０．５％以下を含有し（ただしＴｅ
   ／Ｓの重量比は０．０４以上）、Ｏ：０．０１５％以下
   であって、残余が実質的にＦｅからなる組成を有し、そ
   の中に存在する硫化物系介在物であって長径が２μ以上
   の比較的大型のものはその少なくとも８０％が長短径比
   が１０以下であることを特徴とする冷間鍛造性のすぐれ
   た快削鋼。 ２ Ｃ：２．０％以下、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：１
   ０％以下、Ｃｒ：１０〜３０％、Ｓ：０．４％以下およ
   びＴｅ：０．５％以下を含有し、Ｏ：０．０１５％以下
   であって、残余が実質的にＦｅからなる組成を有し、Ｔ
   ｅ／Ｓの重量比および硫化物系介在物の形状が前記の特
   徴を有するステンレス鋼である特許請求の範囲第１項の
   冷間鍛造性のすぐれた快削鋼。 ３ Ｃ：１．０％以下、Ｓｉ：５．０％以下、Ｍｎ：２
   ０．０％以下、Ｃｒ：７．５〜３０．０％、Ｓ：０．４
   ％以下およびＴｅ：０．０５％以下を含有し、Ｏ：０．
   ０１５％以下であって、残余が実質的にＦｅからなる組
   成を有し、Ｔｅ／Ｓの重量比および硫化物系介在物の形
   状が前記の特徴を有する耐熱鋼である特許請求の範囲第
   １項の冷間鍛造性のすぐれた快削鋼。 ４ Ｃ：２．０％以下、Ｓｉ：５．０％以下、Ｍｎ：２
   ０．０％以下、Ｃｒ：７．５〜３０．０％、Ｓ：０．４
   ％以下およびＴｅ：０．５％以下を含有し（ただしＴｅ
   ／Ｓの重量比は０．０４以上）、Ｏ：０．０１５％以下
   であって、さらに下記の少なくともひとつのグループの
   添加元素を含有し、Ｎｉ：４０％以下、 Ｍｏ：４．０％以下、 Ｗ：５．０％以下、Ｔｉ：２．０％以下、Ｖ：２．０％
   以下、Ｎｂ：１．５％以下またはＲＥＭ（希土類金属）
   ：０．５％以下の１種または２種以上、Ａｌ：２．０％
   以下、 Ｃｏ：２５％以下、 Ｂ：０．０５％以下、Ｎ：０．０８％以下またはＺｒ：
   ２％以下の１種または２種以上Ｔａ：１．５％以下、な
   らびに Ｃｕ：７％以下、 残余が実質的にＦｅからなる組成を有し、その中に存在
   する硫化物系介在物であって長径が２μ以上の比較的大
   型のものはその少なくとも８０％が長短径比１０以下で
   あることを特徴とする冷間鍛造性のすぐれた快削鋼。 ５ Ｃ：２．０％以下、Ｓｉ：５．０％以下、Ｍｎ：２
   ０．０％以下、Ｃｒ：７．５〜３０．０％、Ｓ：０．４
   ％以下およびＴｅ：０．５％以下を含有し（ただしＴｅ
   ／Ｓの重量比は０．０４以上）、Ｏ：０．０１５％以下
   であって、さらに下記の少なくともひとつのグループの
   添加元素を含有し、Ｎｉ：４０％以下、 Ｍｏ：４．０％以下、 Ｗ：５．０％以下、Ｔｉ：２．０％以下、Ｖ：２．０％
   以下、Ｎｂ：１．５％以下またはＲＥＭ（希土類金属）
   ：０．５％以下の１種または２種以上、Ａｌ：２．０％
   以下、 Ｃｏ：２５％以下、 Ｂ：０．０５％以下、Ｎ：０．８０％以下またはＺｒ：
   ２％以下の１種または２種以上Ｔａ：１．５％以下、な
   らびに Ｃｕ：７％以下、 かつ、Ｐｂ：０．３％以下、Ｓｅ：０．３％以下、Ｃａ
   ：０．０６％以下またはＢｉ：０．３％以下の１種また
   は２種以上をも含有し、残余が実質的にＦｅからなる組
   成を有し、その中に存在する硫化物系介在物であって長
   径が２μ以上の比較的大型のものはそれの少なくとも８
   ０％が長短径比１０以下であることを特徴とする冷間鍛
   造性のすぐれた快削鋼。