JPS628500B2

JPS628500B2 -

Info

Publication number: JPS628500B2
Application number: JP54001782A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Kato; Shozo Abeyama; Atsuyoshi Kimura
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 1979-01-13
Filing date: 1979-01-13
Publication date: 1987-02-23
Also published as: JPS5594462A

Description

【発明の詳細な説明】

本願発明は快削性をもつ高炭素高マンガン鋼に
関するものである。高炭素高マンガン鋼は強靭
で、耐衝撃性、耐摩耗性がすぐれているため、レ
ールクロツシング、クラツシヤ用歯板、キヤタピ
ラー、土砂堀削用具などに用いられている。一
方、高炭素高マンガン鋼は安定なオーステナイト
組織を有し、非磁性であることから最近、リニア
モータ駆動による磁気浮上方式の鉄道用ガイトウ
エイ、該融合反応装置を収容する鉄筋コンクリー
ト構造物で代表されるような強磁場構造材料（異
形棒鋼、異形型鋼を含む）として利用されはじめ
てきた。これらの構造材料として、(1)非磁性（透磁率が
小さい）であり、(2)常温付近の温度における熱膨
張係数が小さく、(3)被削性および溶接性が良好
で、(4)強じんかつ耐食性に富むことなどが要求さ
れるにいたつた。従来の非磁性鋼材としてはSUS304、SUS316な
どのオーステナイト系ステンレス鋼が著名である
が、これらの鋼材は通常の炭素鋼にくらべて０〜
100℃間の熱膨脹係数が約17.3×10^-6／℃で高い
うえ、冷間加工を施すと透磁率（Ｈ＝200θｅ）
が約1.5以上になるほか、高価格であるため好適
とはいえない。これに対し、Mnを多量に含有す
る高マンガン鋼は非磁性であり、熱膨脹係数も
Mn量に比例して小さくなり、安価であるが、被
削性が劣るという欠点がある。このため、既に特許出願した快削高炭素高マン
ガン鋼（特願昭52−101458）の開発経験から、さ
らに高マンガン含有鋼領域にも適用できること、
これにより熱膨脹係数もさらに小さくなることを
知見した。本願発明はこれらの知見にもとづくものであつ
て、その要旨は、 (1) Ｃ：0.5を超え〜2.0％、Si：2.0％以下、
Mn：20を超え〜40％、残部が不可避的不純物
およびFeからなる高マンガン鋼において、酸
化物組成がCaO−Al₂O₃−SiO₂三元状態図にお
けるゲーレナイト領域にあつて、該３成分含有
量の総和が全酸化物量の少なくとも80％以上を
占めるように調整し、かつ0.0005〜0.0200％の
Caを含有することを特徴とする快削性をもつ
高炭素高マンガン鋼。 (2) Ｃ：0.5を超え〜2.0％、Si：2.0％以下、
Mn：20を超え〜40％を基本成分とし、さらに
Ni：10％以下、Cr：15％以下、Mo：３％以
下、Cu：２％以下、Ｗ：２％以下、Co：２％
以下、Ｎ：0.4％以下、Ti：２％以下、Nb：２
％以下、Zr：２％以下、Ｖ：２％以下、Ｂ：
0.01％以下、Al：２％以下の少なくとも１種を
含有し、残部が不可避的不純物およびFeから
なる高マンガン鋼において、酸化物組成がCaO
−Al₂O₃−SiO₂三元状態図におけるゲーレナイ
ト領域にあつて、該３成分含有量の総和が全酸
化物量の少なくとも80％以上を占めるように調
整し、かつ0.0005〜0.0200％のCa含有すること
を特徴とする快削性をもつ高炭素高マンガン
鋼。 (3) Ｃ：0.5を超え〜2.0％、Si：2.0％以下、
Mn：20を超え〜40％を基本成分とし、さらに
Ｓ：0.03〜0.20％、Pb：0.03〜0.30％、Se：
0.03〜0.30％、Te：0.005〜0.20％の少なくと
も１種を含有し、残部が不可避的不純物および
Feからなる高マンガン鋼において、酸化物組
成がCaO−Al₂O₃−SiO₂三元状態図におけるゲ
ーレナイト領域にあつて、該３成分含有量の総
和が全酸化物量の約80％以上を占めるように調
整し、かつ0.0005〜0.0200％のCaを含有するこ
とを特徴とする快削性をもつ高炭素高マンガン
鋼。 (4) Ｃ：0.5を超え〜2.0％、Si：2.0％以下、
Mn：20を超え〜40％を基本成分とし、さらに
Ni：10％以下、Cr：15％以下、Mo：３％以
下、Cu：２％以下、Ｗ：２％以下、Co：２％
以下、Ｎ：0.4％以下、Ti：２％以下、Nb：２
％以下、Zr：２％以下、Ｖ：２％以下、Ｂ：
0.01％以下、Al：２％以下の少なくとも１種
と、Ｓ：0.03〜0.20％、Pb：0.03〜0.30％、
Se：0.03〜0.30％、Te：0.0005〜0.20％の少な
くとも１種を含有し、残余が不可避的不純物お
よびFeからなる高マンガン鋼において、酸化
組成物がCaO−Al₂O₃−SiO₂三元状態図におけ
るゲーレナイト領域にあつて、該３成分含有量
の総和が全酸化物量の約80％以上を占めるよう
に調整し、かつ0.0005〜0.0200％のCaを含有す
ることを特徴とする快削性をもつ高炭素高マン
ガン鋼である。すなわち、本願発明は高炭素高マンガン鋼の被
削性を改善するために、切削時の工具刃先表層温
度に相当する温度で軟化するような酸化物を該鋼
中に残留させるとともに、該酸化物が工具刃先面
に堆積（付着）させて工具摩耗を抑制、つまり工
具寿命を延長させるために、FeSi、Al、CaSiに
よる脱酸条件を検討し、適量のCaO−Al₂O₃−
SiO₂系酸化物を残留させるとともに、前記酸化
物組成に調整して、Caを0.0005〜0.0200％含有さ
せることによつて達成させたものである。また、
さらにＳ、Pb、Se、Teを適量含有することによ
つて切削（穴明け）時の潤滑作用および応力集中
効果による切削せん断面のひずみ減少、つまり切
削エネルギーの減少効果と相まつて工具摩耗防止
効果を助長させると同時に、切り宵の破砕性およ
び仕上げ面粗さの向上が達成できた。つぎに、本願発明鋼の成分範囲の数値限定理由
について説明する。 (1) Ｃ：0.5を超え〜2.0％、Si：２％以下、Mn：
20を超え〜40％通常の高マンガン鋼は、Ｃ：0.5を超え〜2.0
％、Si：２％以下、Mn：10〜20％の範囲であ
るが、本願発明は０〜100℃間の熱膨脹係数を
小さくするためにMnを20を超え〜40％に増量
した。なお、Si2％以下にはSiO₂を形成するための
Siを含む。 (2) Ni：10％以下、Cr：15％以下、Mo：３％以
下、Cu：２％以下、Ｗ：２％以下、Co：２％
以下、Ｎ：0.4％以下、Ti：２％以下、Nb：２
％以下、Zr：２％以下、Ｖ：２％以下、Ｂ：
0.01％以下、Al：２％以下これらの元素は高マンガン鋼の強靭性、耐食
性、耐摩耗性などを向上させるために選択添加
する。これらのうち、Cr、Ti、Nb、Zr、Ｖ、
Alなどのフエライト化元素を含有させる場合
はNiのごときオーステナイト化元素を含有さ
せることが望ましい。しかし、いづれも多量に
含有すると熱間加工性が損なわれるから上記範
囲に限定した。 (3) Ca：0.0005〜0.0200％従来の高炭素高マンガン鋼を切削する場合の
工具刃先の平均温度は高炭素鋼のそれにくらべ
て高く、また工具切刃面上に酸化物を堆積（付
着）させるためには、前記温度付近で軟化する
組成の酸化物を適当量鋼中に残留させる必要が
ある。この酸化物組成を調査したところ、図の
CaO−Al₂O₃−SiO₂三元状態図におけるムライ
ト領域の酸化物、アノールサイト領域の酸化物
にくらべて、ゲーレナイト領域の酸化物は例外
なく工具刃先面上に付着し、この場合の鋼中
Ca量およびCaOを形成するためのCa量の合計
量は0.0005〜0.0200％であり、この範囲から外
れると工具寿命の改善効果が減少するほか、高
マンガン鋼自体の強靭性が損なわれるから好ま
しくない。 (4) Ｓ：0.03〜0.20％、Pb：0.03〜0.30％、Se：
0.03〜0.30％、Te：0.005〜0.20％これらの元素はCa含有高マンガン鋼の被削
性をさらに改善するために含有させるものであ
つて、Pbは被加工物と工具との間に潤滑作用
を与え、また、Ｓ、Se、TeはMnと化合物をつ
くり鋼中に均一分散させることにより応力集中
による切削エネルギー減少効果をもたらし、工
具寿命を延長する効果がある。しかしながら多
量に含有すると熱間加工性、靭性を低下させる
ため、Ｓは0.03〜0.20％、Pbは0.03〜0.30％、
Seは0.03〜0.30％、Teは0.005〜0.20％の範囲
が好ましい。なお、本願発明鋼中にＰが多量に
含まれると低融点の含Ｐ共晶化合物を形成し
て、溶接熱影響部に割れが生じ易くなるから
0.06％以下、特に電子ビームを溶接する場合は
0.030％以下にすることが好ましい。つぎに本
願発明鋼の特徴を実施例により詳細に説明す
る。実施例第１表に示す化学成分の高炭素高マンガン鋼溶
湯をアルゴンガス精錬して鋼中酸素量を微量化し
たのちCaSiAl合金を溶鋼１トンあたりそれぞれ
１〜５Kgおよび20〜100ｇ添加して脱酸処理して
鋼中にコランダムおよびゲーレナイト領域のCaO
−Al₂O₃−SiO₂系酸化物が残留するように調整し
た。その後前記溶湯をもつて小型鋼塊を製造し、
つぎに熱間加工を施し、ついで1050℃の溶体化処
理を行い、各種の試験片を採取した。

【表】第１表に示す供試鋼材中に残留する酸化物組
成、組成領域を第２表に示す。それらの酸化物組
成から数例をえらびその組成と類似の耐火物（ゼ
ーゲル錐）を調製し、軟化溶融温度を測定したと
ころ、いずれも前記の温度範囲で軟化することを
確認した。

【表】前記供試材の0.2％耐力、熱膨脹係数（試験片
を−100〜100℃間の温度範囲に加熱冷却した場合
の平均熱膨脹係数）、透磁率（試験片をＨ＝200θ
ｅの磁場中に置いた場合）の測定結果を第３表に
示す。同表にみられるとおり、Mn量を増すにし
たがつて平均熱膨脹係数が小さくなることがわか
る。また、第１表に示す供試合金ではCr量を増
すにしたがつて0.2％耐力の増加傾向がみられ
る。

【表】

【表】つぎに各供試材より切削試験片を採取し、第４
表に示す。切削条件により切削試験した場合の工
具寿命を第５表に示す。同表で明きらかなとお
り、鋼中に残留する酸化物のＲ値がほぼ同等であ
つても、その組成が概ねゲーレナイト領域にある
場合、超硬工具およびハイス工具の寿命がすぐれ
ていることがわかつた。また、鋼中酸化物組成を上記のようにゲーレナ
イト領域にある高マンガン鋼において、Caと
Ｓ、Pb、Se、Teなどと複合添加することにより
ハイス工具の寿命がさらに向上

【表】

【表】することをも示している。以上のとおり、本願発明鋼は従来の高炭素高マ
ンガン鋼の難点とされていた難削性を解決したこ
とにより、形状の如何を問わず被削性が重視され
る高強度非磁性、かつ低膨脹鋼材、耐摩耗性鋼材
に好適である。

【図面の簡単な説明】

図はCaO−Al₂O₃−SiO₂三元状態図。

Claims

【特許請求の範囲】１Ｃ：0.5を超え〜2.0％、Si：2.0％以下、
Mn：20を超え〜40％、残部が不可避的不純物お
よびFeからなる高マンガン鋼において、酸化物
組成がCaO−Al₂O₃−SiO₂三元状態図におけるゲ
ーレナイト領域にあつて、該３成分系酸化物量が
全酸化物量の少なくとも80％以上を占めるように
調整し、かつ0.0005〜0.0200％のCaを含有するこ
とを特徴とする快削性をもつ高炭素高マンガン
鋼。２Ｃ：0.5を超え〜2.0％、Si：2.0％以下、
Mn：20を超え〜40％、さらにNi：10％以下、
Cr：15％以下、Mo：３％以下、Cu：２％以下、
Ｗ：２％以下、Co：２％以下、Ｎ：0.4％以下、
Ti：２％以下、Nb：２％以下、Zr：２％以下、
Ｖ：２％以下、Ｂ：0.01％以下、Al：２％以下の
少なくとも１種を含有し、残部が不可避的不純物
およびFeからなる高マンガン鋼において、酸化
物組成がCaO−Al₂O₃−SiO₂三元状態図における
ゲーレナイト領域にあつて、該３成分系酸化物量
が全酸化物量の少なくとも80％以上を占めるよう
に調整し、かつ0.0005〜0.0200％のCaを含有する
ことを特徴とする快削性をもつ高炭素高マンガン
鋼。３Ｃ：0.5を超え〜2.0％、Si：2.0％以下、
Mn：20を超え〜40％、さらにＳ：0.03〜0.20
％、Pb：0.03〜0.30％、Se：0.03〜0.30％、Te：
0.005〜0.20％の少なくとも１種を含有し、残部
が不可避的不純物およびFeからなる高マンガン
鋼において、酸化物組成がCaO−Al₂O₃−SiO₂三
元状態図におけるゲーレナイト領域にあつて、該
３成分系酸化物量が全酸化物量の少なくとも80％
以上を占めるように調整し、かつ0.0005〜0.0200
％のCaを含有することを特徴とする快削性をも
つ高炭素高マンガン鋼。４Ｃ：0.5を超え〜2.0％、Si：2.0％以下、
Mn：20を超え〜40％、さらにNi：10％以下、
Cr：15％以下、Mo：３％以下、Cu：２％以下、
Ｗ：２％以下、Co：２％以下、Ｎ：0.4％以下、
Ti：２％以下、Nb：２％以下、Zr：２％以下、
Ｖ：２％以下、Ｂ：0.01％以下、Al：２％の少な
くとも１種と、Ｓ：0.03〜0.20％、Pb：0.03〜
0.30％、Se：0.03〜0.30％、Te：0.005〜0.20％の
少なくとも１種を含有し、残部が不可避的不純物
およびFeからなる高マンガン鋼において、酸化
物組成がCaO−Al₂O₃−SiO₂三元状態図における
ゲーレナイト領域にあつて、該３成分系酸化物量
が全酸化物量の少なくとも80％以上を占めるよう
に調整し、かつ0.0005〜0.0200％のCaを含有する
ことを特徴とする快削性をもつ高炭素高マンガン
鋼。