(57)【要約】【課題】被削性向上のために、高Ｓ化成分にさらにＣａおよびＭｇを併添した鋼であって、さらに強度特性を維持するために、ＭｎＳが微細に分散して球状化され、さらに結晶粒の微細化のためにＡｌを含有している鋼を、ノズルを少しも閉塞することなく製造すること。【解決手段】  所定の基本成分を含有する鋼であって、とくにＳを０．０２％以下に調製した溶鋼に、ＣａおよびＭｇを添加してＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯの酸化物に転化制御し、あるいはさらに、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｔｉ、ＺｒまたはＨｆの1種もしくは2種以上を添加してこれらの複合酸化物に転化制御したのち、所定量のＳを追添し、Ａｌ：０．１％以下（０を含む。）、Ｓ：０．０２〜０．２％、Ｃａ:０．０１％以下、Ｍｇ：０．０１％以下を含有する鋼を溶製することを特徴とする被削性と強度特性にすぐれた機械構造用鋼の製造法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の基本成分を含有し、Ｓを０．０２％（重量％、以下同じ。）以下に調製した溶鋼に、ＣａおよびＭｇを添加してＣａＯ−ＭｇＯ系の酸化物に転化制御したのち、所定量のＳを追添し、Ａｌ：０．１％以下（０を含む。）、Ｓ：０．０２％超０．２％以下、Ｃａ:０．０１％以下およびＭｇ：０．０１％以下を含有する鋼を溶製することを特徴とする被削性と強度特性にすぐれた機械構造用鋼の製造法。
【請求項２】
所定の基本成分を含有し、Ｓを０．０２％（重量％、以下同じ。）以下に調製した溶鋼に、Ａｌ、ＣａおよびＭｇを添加してＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ系の複合酸化物に転化制御したのち、所定量のＳを追添し、Ａｌ：０．１％以下、Ｓ：０．０２％超０．２％以下、Ｃａ:０．０１％以下およびＭｇ：０．０１％以下を含有する鋼を溶製することを特徴とする被削性と強度特性にすぐれた機械構造用鋼の製造法。
【請求項３】
所定の基本成分を含有し、Ｓを０．０２％以下に調製した溶鋼に、重量比が５≦（Ｃａ／Ｓ0）≦３０、６≦（Ｃａ／Ｍｇ）≦８ならびに０.４≦（Ａｌ＋Ｓ0）≦０．６５の各条件を同時に満足するように、Ａｌ、ＣａおよびＭｇを添加して、ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ系の複合酸化物に転化制御したのち、所定量のＳを追添し、Ａｌ：０．１％以下、Ｓ：０．０２％超０．２％以下、Ｃａ:０．０１％以下およびＭｇ：０．０１％以下を含有する鋼を溶製することを特徴とする被削性と強度特性にすぐれた機械構造用鋼の製造法。
ここで、Ｓ0は、Ａｌ、ＣａおよびＭｇを添加する前のＳを０．０２％以下に調製した溶鋼中に含まれるＳの含有重量を示す。
【請求項４】
所定の基本成分を含有し、Ｓを０．０２％以下に調製した溶鋼に、Ａｌ、ＣａおよびＭｇを添加し、さらに、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｔｉ、ＺｒまたはＨｆの１種もしくは２種以上を添加し、ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ−ＭｘＯｙ（Ｍ＝Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｌａ，Ｃｅ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｔｉ、ＺｒまたはＨｆ）の複合酸化物に転化制御したのち、所定量のＳを追添し、Ａｌ：０．１％以下、Ｓ：０．０２〜０．２％、Ｃａ:０．０１％以下、Ｍｇ：０．０１％以下を含有する鋼を溶製することを特徴とする被削性と強度特性にすぐれた機械構造用鋼の製造法。
【請求項５】
所定の基本成分を含有し、Ｓを０．０２％以下に調製した溶鋼に、重量比が５≦（Ｃａ／Ｓ0）≦３０、６≦（Ｃａ／Ｍｇ）≦８ならびに０.４≦（Ａｌ＋Ｓ0）≦０．６５の各条件を同時に満足するように、Ａｌ、ＣａおよびＭｇを添加し、さらに、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｔｉ、ＺｒまたはＨｆの１種もしくは２種以上を添加し、ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ−ＭｘＯｙ
系（Ｍ＝Ｎａ、Ｋ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｌａ，Ｃｅ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｔｉ、ＺｒまたはＨｆ）の複合酸化物に転化制御したのち、所定量のＳを追添し、Ａｌ：０．１％以下、Ｓ：０．０２％超０．２％以下、Ｃａ:０．０１％以下およびＭｇ：０．０１％以下を含有する鋼を溶製することを特徴とする被削性と強度特性にすぐれた機械構造用鋼の製造法。
ここで、Ｓ0は、Ａｌ、ＣａおよびＭｇを添加する前のＳを０．０２％以下に調製した溶鋼中に含まれるＳの含有量を示す。
【請求項６】
複合酸化物がＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３飽和のＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯであることを特徴とする請求項２また３に記載された被削性と強度特性にすぐれた機械構造用鋼の製造法。
【請求項７】
複合酸化物がＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３飽和のＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ−ＭｘＯｙ系であることを特徴とする請求項４または５に記載された被削性と強度特性にすぐれた機械構造用鋼の製造法。
【請求項８】
溶鋼を１５５０℃以上の温度で鋳造することを特徴とする請求項１〜７に記載の被削性と強度特性にすぐれた機械構造用鋼の製造法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＡｌおよびＳを含有する快削鋼を、その鋳造時にノズルを閉塞することがないように溶製し、被削性と強度特性のよい機械構造用鋼を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の切削加工の高速化と自動化の発展にともない、機械構造用部品に要求される鋼材の被削性がますます重要視されるようになり、被削性を一段と改善した快削鋼の需要は著しく高まっている。しかも、鋼材には、軽量化の観点からさらなる高強度化が要求されている。
【０００３】
一般に、この種鋼材の被削性は、鋼の高強度化が増すにつれて劣化する傾向があるため、このふたつの相反する特性を同時に満足する鋼材が要求されるのは当然である。この要求に対しては、鉛快削鋼が主流であったが、鉛による環境汚染は鉛の使用を規制し、無鉛タイプの快削鋼の研究開発を積極化している。
【０００４】
すでにその結果は、いくつかの発明となって下記するような特許文献に公開され、一部は実用化されているものもある。
【０００５】
ＭｎＳを利用するタイプの快削鋼として、特許文献１は、切り屑の分断性と工具寿命を保持して被削性を向上する横目靭性にすぐれた鋼を示す。また、特許文献２は、被削性にすぐれ、強度異方性の小さい機械構造用鋼を示す。さらに、特許文献３は、機械的性質にすぐれ、ドリル穴あけ加工性によい機械構造用鋼が示されている。これらは、鋼中のＳ量を増してＭｎＳを多く生じさせるとともに、同ＭｎＳ中にＣａやＭｇを含有させることによって、ＭｎＳの分布および形態を制御し、以って鋼の機械的性質および被削性の双方を改善しようとする。
【０００６】
ところが、このように、高Ｓ鋼中にＣａ、Ｍｇを添加すると、溶鋼中にＣａＳ、ＭｇＳが生成し、これらの固体硫化物は、溶鋼の鋳造時にノズルの内部に付着して閉塞に至ることがすでに知られている。ノズル閉塞は安定鋳造を阻害するばかりか、これを溶解しようとして吹き込む酸素は、溶鋼を酸化して酸化物系介在物を増加させる。一方で、ノズル内壁の付着物が剥離して溶鋼中に混入して巨大介在物になると、鋼の強度特性を著しく劣化するのは当然である。
【０００７】
したがって、この種鋼の溶製にあたっては、鋳造ノズルの閉塞を阻止することが必須であり、下記非特許文献１は、Ａｌ２Ｏ３を含有する溶鋼にＣａを添加することによって、酸化物を低融点（約1４００℃）の１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３に改質し、ノズル内壁への付着を防止する方法を掲載する。ところが、現実には、快削鋼として、０．０１％以上のＳを含有すると、上記したＣａ添加によるＡｌ２Ｏ３の改質と競合して、固体のＣａＳも発生してノズルの閉塞を誘発する。もっとも、下記特許文献４は、その対策案を示すが、Ａｌ２Ｏ３とＣａＳのみを考慮したノズル閉塞低減方法であり、硫化物形態制御の点でなお十分ではない。
【０００８】
下記する特許文献５は、ＡｌおよびＳを含有する鋼であって、脱酸生成物としてアルミナ系介在物 を不可避的に含有する溶鋼に、まずＣａを、ついでＭｇをそれぞれ添加する方法を示す。この操作により、酸化物組成がＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３の２元系である１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３が、さらに低融点のＣａＯ：４６％、：Ａｌ２Ｏ３４７％、ＭｇＯ：７％。融点約1３４０℃）のＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ３元系に改質される。これにより、ノズルの閉塞を防止し、同時に、ＣａＯの活量低下によるＣａＳ生成の大幅生成を抑制し、ＣａＳを複合化した酸化物が消滅し、介在欠陥物が軽減できるという。ところが、この方法は、ノズル閉塞の緩和および大型介在物の低減が期待できるとしても、硫化物を形態制御するためのＣａおよびＭｇの量がＳに対して少ないため、ますます要求度が増している被削性と強度特性にすぐれた機械構造用鋼を提供するにはなお不十分である。
【特許文献１】特開２００２−０６９５７０号公報
【特許文献２】特開２００２−１８０１８４号公報
【特許文献３】特開平１０−２８７９５３号公報
【特許文献４】特開昭６３−７３２２号公報
【特許文献５】特開平８−２２５８２２号公報
【非特許文献１】昭和５６年４月丸善株式会社刊行  「カルシウム鋼」 ８１〜８３頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、被削性向上のために、高Ｓ化成分にさらにＣａおよびＭｇを併添した鋼であって、さらに強度特性を維持するために、ＭｎＳが微細に分散して球状化され、さらに結晶粒の微細化のためにＡｌを含有している鋼を、ノズルを少しも閉塞することなく製造することを課題とする.
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するために、
（１）所定の基本成分を含有し、Ｓを０．０２％（重量％、以下同じ。）以下に調製した溶鋼に、ＣａおよびＭｇを添加してＣａＯ−ＭｇＯ系の酸化物に転化制御したのち、所定量のＳを追添し、Ａｌ：０．１％以下（０を含む。）、Ｓ：０．０２％超０．２％以下、Ｃａ:０．０１％以下およびＭｇ：０．０１％以下を含有する鋼を溶製することを特徴とする被削性と強度特性にすぐれた機械構造用鋼の製造法、
（２）所定の基本成分を含有し、Ｓを０．０２％（重量％、以下同じ。）以下に調製した溶鋼に、Ａｌ、ＣａおよびＭｇを添加してＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ系の複合酸化物に転化制御したのち、所定量のＳを追添し、Ａｌ：０．１％以下、Ｓ：０．０２％超０．２％以下、Ｃａ:０．０１％以下およびＭｇ：０．０１％以下を含有する鋼を溶製することを特徴とする被削性と強度特性にすぐれた機械構造用鋼の製造法。
（３）所定の基本成分を含有し、Ｓを０．０２％以下に調製した溶鋼に、重量比が５≦（Ｃａ／Ｓ0）≦３０、６≦（Ｃａ／Ｍｇ）≦８ならびに０.４≦（Ａｌ＋Ｓ0）≦０．６５の各条件を同時に満足するように、Ａｌ、ＣａおよびＭｇを添加して、ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ系の複合酸化物に転化制御したのち、所定量のＳを追添し、Ａｌ：０．１％以下、Ｓ：０．０２％超０．２％以下、Ｃａ:０．０１％以下およびＭｇ：０．０１％以下を含有する鋼を溶製することを特徴とする被削性と強度特性にすぐれた機械構造用鋼の製造法、
ここで、Ｓ0は、Ａｌ、ＣａおよびＭｇを添加する前のＳを０．０２％以下に調製した溶鋼中に含まれるＳの含有重量を示す。
（４）所定の基本成分を含有し、Ｓを０．０２％以下に調製した溶鋼に、Ａｌ、ＣａおよびＭｇを添加し、さらに、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｔｉ、ＺｒまたはＨｆの１種もしくは２種以上を添加し、ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ−ＭｘＯｙ（Ｍ＝Ｎａ、Ｋ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｌａ，Ｃｅ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｔｉ、ＺｒまたはＨｆ）の複合酸化物に転化制御したのち、所定量のＳを追添し、Ａｌ：０．１％以下、Ｓ：０．０２〜０．２％、Ｃａ:０．０１％以下、Ｍｇ：０．０１％以下を含有する鋼を溶製することを特徴とする被削性と強度特性にすぐれた機械構造用鋼の製造法、
（５）所定の基本成分を含有し、Ｓを０．０２％以下に調製した溶鋼に、重量比が５≦（Ｃａ／Ｓ0）≦３０、６≦（Ｃａ／Ｍｇ）≦８ならびに０.４≦（Ａｌ＋Ｓ0）≦０．６５の各条件を同時に満足するように、Ａｌ、ＣａおよびＭｇを添加し、さらに、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｔｉ、ＺｒまたはＨｆの１種もしくは２種以上を添加し、ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ−ＭｘＯｙ系（Ｍ＝Ｎａ、Ｋ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｌａ，Ｃｅ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｔｉ、ＺｒまたはＨｆ）の複合酸化物に転化制御したのち、所定量のＳを追添し、Ａｌ：０．１％以下、Ｓ：０．０２％超０．２％以下、Ｃａ:０．０１％以下およびＭｇ：０．０１％以下を含有する鋼を溶製することを特徴とする被削性と強度特性にすぐれた機械構造用鋼の製造法、
ここで、Ｓ0は、Ａｌ、ＣａおよびＭｇを添加する前のＳを０．０２％以下に調製した溶鋼中に含まれるＳの含有重量を示す。
（６）複合酸化物がＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３飽和のＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯであることを特徴とする上記２または３に記載された被削性と強度特性にすぐれた機械構造用鋼の製造法、
（７）複合酸化物がＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３飽和のＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ−ＭｘＯｙ系であることを特徴とする上記４または５に記載された被削性と強度特性にすぐれた機械構造用鋼の製造法、ならびに
（８）溶鋼を１５５０℃以上の温度で鋳造することを特徴とする上記１〜７に記載の被削性と強度特性にすぐれた機械構造用鋼の製造法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、必要とするＳ成分の全量を最初から配合した溶鋼にＣａやＭｇ等を添加しないで、０．０２％以下の低Ｓに調整した溶鋼にＣａおよびＭｇを添加し、あるいはさらにＬｉ、Ｂａ、ＲＥＭ、Ｔｉ等の元素Ｍを追添して、これらの複合酸化物に転化調整してから、不足分のＳを追添して所定のＳ量を鋼中に確保する方法である。このようにして溶製することにより、ＣａＳやＭｇＳの固体硫化物の生成が抑制され、それらが鋳造時にノズルの内壁に付着して閉塞することがない。しかも、付着物が剥落して溶鋼中に混入し、巨大介在物となって鋼の強度特性を著しく劣化することもない。その結果、被削性および強度特性にすぐれた高品質の機械構造用鋼が容易に製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明は、基本成分として、Ａｌ：０．1％（０を含む。）以下、Ｓ：０．０２％超０．２％以下、Ｃａ：０．０１％以下およびＭｇ：０．０１％以下を含有する快削鋼を溶製する方法である。
【００１３】
Ａｌは、鋼を溶製する際の脱酸元素として重要であるほか、窒化物を生成してオーステナイト結晶粒の微細化にも有効であるが、過剰に加えると、結晶粒が粗大化して鋼の靭性に悪影響をおよぼすので、０．１％以下とし、より好ましくは０．０５％以下に抑制するのが良い。
【００１４】
Ｓは、硫化物系介在物を生成して被削性を向上させるのに有効な元素であり、こうした効果を発揮させるには０．０２％を超えて含有させることが必要である。しかしながら、過剰に含まれるとＭｎＳなどの硫化物が起点となって、割れが発生しやすくなるため０．２％以下に抑えることが肝要である。
【００１５】
Ｃａは、０．０００１％未満では、被削性（工具寿命）および鋼の強度特性が満足できない。しかし、過剰になると、上記硫化物が硬くなり、切り屑の分断性を低下するので、０．０２％を上限とした。好ましくは、０．０１％以下がよい。
【００１６】
ＭｇについてもＣａと同じことがいえるので、０．０００１％〜０．０２％の範囲とし、好ましくは０．０１％以下に抑えるのがよい。
【００１７】
つぎに、本発明は、以上の基本成分を含有する鋼を溶製するにあたって、ＣａおよびＭｇの添加との関係で、Ｓを２回に分けて添加するのが大きな特徴である。
【００１８】
すなわち、０．０２％以下にＳを調整した炉内の溶鋼に、まずＣａとＭｇを添加する。この添加方法はとくに限定されないが、蒸発しやすいので、たとえば、Ｃａ、Ｍｇ合金材の粒状物を鉄製チューブ中に充填したものをそのまま溶湯に供給し、あるいは、上記粒状物を不活性ガスに乗せて溶湯中に吹き込む方法で添加する。なお、両元素は添加歩留りがよくないので、製鋼工程の作業性を考慮し、取鍋、タンデイッシュあるいはモールド等に存在する溶鋼に、数回に分けて添加し、歩留りを向上することができる。なおまた、両元素の大気酸化ロスを防止するために、溶鋼をスラグ、とくにＣａＯ、ＭｇＯを含有するスラグで覆っておくのが好ましい。
【００１９】
本発明では、ＣａおよびＭｇの添加操作を終えた溶鋼を取鍋に移したのち、目標値に対して不足分のＳを溶鋼に追添して所定量のＳを確保することにより、最初に総量のＳを添加して溶製した鋼と全く同品質の鋼が得られる。そして、０．０２％以下の低Ｓ量の溶鋼に好ましくはＡｌ、ＣａおよびＭｇを添加してＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ系の酸化物に転化させると、高Ｓの溶鋼にＣａ、Ｍｇを添加する方法で懸念されるＣａＳやＭｇＳのような固体の硫化物発生がなく、したがってノズルの内壁にそれらの固体硫化物が付着して閉塞するおそれが激減する。
【００２０】
また、Ｓ追添後の溶鋼段階では、ＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３を核にしたＣａＳあるいはＭｇＳが生成し、凝固時にはこれらの周囲にＭｎＳができ、その結果、最終的には、ＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３を核とする（Ｍｎ、Ｃａ、Ｍｇ）Ｓの形態となる。そして、これらは、後工程の鋼材圧延時にＭｎＳの延伸を抑制し、材料特性の異方性を防止、低減する効果をもたらす。
【００２１】
さらに、本発明は、ＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３飽和のＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ系の酸化物に制御することができる。このためには、Ａｌ、Ｃａ、ＭｇおよびＳ（Ｃａ等の添加前）を、下記３条件のすべてを満足するような濃度範囲で添加すればよい。なお、ここでＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３飽和とは、固体ＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３と液体ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯが共存している状態を意味する。
【００２２】
・  条件１  ５≦（Ｃａ／Ｓ0）≦３０（重量比、以下同じ。）
・  条件２  ６≦（Ｃａ／Ｍｇ）≦８
・  条件３  ０.４≦（Ａｌ＋Ｓ0）／（Ｃａ＋Ｍｇ）≦０．６５
なお、ここで、Ｓ0は、０．０２％以下に調製された、Ａｌ、ＣａおよびＭｇ添加前の溶鋼中のＳ含有重量を示す。
【００２３】
条件１においてＣａ／Ｓの比が５以下では、ＣａがＳとの直接反応により、ＣａＳの生成に消費され、酸化物の組成制御に使用できない。また、同比が３０より大となると、ＣａＯの活量を増大させ、ＣａＳの生成を抑制できるＡｌ、Ｓ濃度の安定領域を狭めることになる。
【００２４】
条件２においてＣａ／Ｍｇの比が６より小さくなると、液相酸化物の量が減少し、逆に８より大となると、ＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３飽和の酸化物への制御が困難となる。
【００２５】
条件３において、（Ａｌ＋Ｓ0）／（Ｃａ＋Ｍｇ）の比が０．４より小であるとＣａＯの活量を増大させ、ＣａＳの生成を抑制できるＡｌ、Ｓ濃度の安定領域を狭くする。また、０．６５より大となると、酸化物がＡｌ２Ｏ３側にシフトしてその融点を上昇させ、固体酸化物がノズルを閉塞するのでよくない。
【００２６】
なお、上述したようなＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３飽和のＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ系酸化物への制御操作を、製鋼の１６００℃にて実施する場合は、Ａｌ２Ｏ３／（Ａｌ２Ｏ３＋ＣａＯ＋ＭｇＯ）の比が６０〜８０％となるように制御するとよい。これは既知のＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯの相平衡図から明らかである。
【００２７】
図１は、上述した各種系の酸化物への転化の際のＣａＳの生成状態を、ＡｌおよびＳの含有量との関係においてプロットしたものである。同図に示すとおり、単なるＣａ添加により、酸化物をＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３系（例えばＡｌ２Ｏ３濃度：５８〜６４％、ａＣａＯ＝０．０９、ａＡｌ２Ｏ３＝０．４２）に制御した場合、０．０２％ＡｌにおけるＣａＳを生成しない上限Ｓ量は約０．０３％である。
【００２８】
これに対してＣａ+Ｍｇの添加により、ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ系（例えば、Ａｌ２Ｏ３濃度：３．５％、ａＣａＯ＝０．０５、ａＭｇＯ＝０．１５、ａＡｌ２Ｏ３＝０．５４）の液相に制御した場合は、単なるＣａ添加の場合よりも酸化物が低融点化するとともにａＣａＯが低下し、上限Ｓ量が約０．０６％まで上昇する。また、図１の三角印はＭｇ添加量をさらに増やし、ＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３飽和ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ系（例えば、Ａｌ２Ｏ３濃度：５８〜６４％、ＭｇＯ濃度：１０％、ａＣａＯ＝０．０７、ａＭｇＯ＝０．７、ａＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３＝１）の液相に制御した場合であるが、これより上限Ｓ量はＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ系と同等レベルとなることが読み取れる。
【００２９】
なお、前述の目標とする酸化物組成範囲内において、酸化物中のＡｌ２Ｏ３濃度を高くすることにより、ａＣａＯが低下し、ＣａＳの未生成領域は増大するが、酸化物組成が目標組成からより高Ａｌ２Ｏ３側（液相が存在しない領域）にずれた場合は、ＣａＳではなくＡｌ２Ｏ３系の固体酸化物により、ノズルの閉塞が起こる。
【００３０】
また、本発明は、ＣａおよびＭｇを添加した後に残量のＳを溶鋼に添加する前に、元素Ｍ（Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｓｒ、Ｂａ、Lａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｔｉ、ＺｒまたはＨｆ）の１種もしくは２種以上を溶鋼に添加することができる。これらを添加すると、ＣａおよびＭｇは、ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ−ＭｘＯｙ系の複合酸化物に、あるいはＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３飽和のＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ−ＭｘＯｙ系の複合酸化物に制御される。
【００３１】
このように、ＣａおよびＭｇの酸化物がＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯの３元系から、ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ−ＭｘＯｙの複合酸化物に転化制御すると、後者は前者より低融点化し、既述したようなノズルの閉塞防止に有利に作用する。また、この複合酸化物の生成後、過剰に存在する元素Ｍ（Ｌｉ、Ｂａ、ＲＥＭ、Ｔｉ等）は、溶鋼の凝固時に硫化物、すなわち（Ｍｎ、Ｍ）Ｓを形成し、後工程の鋼材圧延時にＭｎＳの延伸を抑制し、材料特性の異方性を防止、低減する効果がある。
【００３２】
上記元素Ｍ（Ｌｉ、Ｂａ、ＲＥＭ、Ｔｉ等）は、溶鋼に対して０．０００１〜０．３％の範囲で添加することにより、先に添加しておいたＣａおよびＭｇと反応して、ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ−ＭｘＯｙあるいはさらに、ＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３飽和のＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ−ＭｘＯｙの複合酸化物に転化する。また、これらの元素Ｍは、鉄合金材の形で供給されることが好ましい。
【００３３】
なお、ここに述べたＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３飽和のＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ−ＭｘＯｙ複合酸化物に転化するための方法としては、既述したＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３飽和のＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ系酸化物の場合と同じ３条件１〜３がそのまま適用できることはいうまでもない。
【００３４】
以上のほか、本発明の実施時に炉内の溶鋼を鋳型に鋳造するとき、鋳造温度を１５５０℃以上の可及的高温にすることにより、ＣａＳ未生成領域が増大し、ノズル耐火物の介在物付着をより低減させる。また、前記Ｌｉ等の元素Ｍを添加することにより、酸化物はさらに低融点化し、ＣａＳ未生成領域は増大する。
（実施例）５００ｋｇの溶鋼が保持できる誘導炉で、Ｃ：０．２％、Ｓｉ：０．２％、Ｍｎ：０．８％、Ｐ：０．０１％、Ｓ：０．０２％、Ｃｒ：１％，Ｍｏ：０．２％、Ａｌ：０．００５〜０．０２％の組成を有する溶鋼を溶解、保持し、この溶鋼にＣａおよびＭｇをそれぞれＣａ−Ｓｉ等のＣａ合金及びＦｅ−Ｓｉ−Ｍｇ等のＭｇ合金の形で添加した。ついで、同溶鋼を取鍋に移し、特定の溶鋼にはさらに元素Ｍ（Ｌｉ、Ｂａ、ＲＥＭ、Ｔｉ等）の所定量を添加して複合酸化物を安定的に制御したのち、残量のＳを添加した。
【００３５】
この工程では、表１、３、５に示したように、本発明の実施例群１〜３は、すべて０．０２％の低Ｓの溶鋼にＣａ、Ｍｇを添加してから、不足分のＳを追添した。これらに対して、表７の比較例群は、本発明から外れて、中Ｓ群（０．０３〜０．１２％）および高Ｓ群（＞０．１２％）各レベルＳの溶鋼を対象として、ＣａあるいはＣａ、Ｍｇを添加した。しかし、これらの比較例群は、Ｃａ、Ｍｇ等の添加重量比を加減して本発明から外れたものとした。
【００３６】
つぎに、各溶鋼を１０分程度保持し、温度調整を行った後、取鍋のストッパを開き、直径１２ｍｍのノズルから、取鍋の下部に設置した鋳型に鋳造した。鋳造温度は１５５０℃とした。同時に、鋳型の下部に設置した重量測定用のロードセルで、溶湯の注入速度を計測した。また、注入完了後にノズル内壁の付着物を定量的に観察した。
【００３７】
さらに、得られた各鋼塊を１５５□ｍｍに鍛造し、すべて同じ条件で直径３０ｍｍに圧延したのち、各圧延材の被削性および強度特性を評価した。
【００３８】
各圧延材試片のＡｌ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｓならびに元素Ｍの最終含有量の値およびノズルの閉塞指数は、表２、４、６、８に示した通りである。n値は、ノズルの閉塞指数を示す。
【００３９】
表１および２の実施例群１は、０．０２％以下の低Ｓ含有溶鋼にＣａ等を添加してから、残Ｓを追添する本発明の方法を示す。これらは、いずれもＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３飽和のＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ系酸化物を生成し、ｎ値は１で、実質的にノズルの閉塞を生じていない。
【００４０】
これに対して、表７の比較例が明示するように、中ないし高Ｓ含有の溶鋼にＣａ等を添加する既知の溶製法（比較例１〜６）では、ノズルが固体硫化物によって閉塞することが顕著である。
さらにＬｉ、Ｂａ、Ｔｉ等の元素Ｍを併添すると、ノズルの閉塞は実質的に生じないことがわかる。すなわち、表３〜６は、０．０２％Ｓの溶鋼にこれら元素Ｍを併添したものであるが、すべてノズルの閉塞を生じていない。また、表３、４は、Ｃａ、Ｍｇ等の添加重量比に関する条件を一部外した場合であるが、元素Ｍの添加により液体酸化物を生成し、固体介在物を見ない。一方、表５、６の場合は、同時にＣａ、Ｍｇ等の添加重量比に関する３条件を満足させた場合で、ＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３飽和のＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ−ＭｘＯｙ酸化物を生成し、n値は１である。
【００４１】
なお、各表は以下の内容をそれぞれ示すものである。
表１：本発明実施例群１の成分含有量
表２：本発明実施例群１のＣａ等添加条件および固体介在物
表３：本発明実施例群２の成分含有量
表４：本発明実施例群２のＣａ等添加条件および固体介在物
表５：本発明実施例群３の成分含有量
表６：本発明実施例群３のＣａ等添加条件および固体介在物
表７：比較例群の成分含有量
表８：比較例群のＣａ等添加条件および固体介在物
【表１】
2006312776.tif 000002
【表２】
2006312776.tif 000003
【表３】
2006312776.tif 000004
【表４】
2006312776.tif 000005
【表５】
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【表６】
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【表７】
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【表８】
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【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】ＳおよびＡｌの相関によるＣａＳの生成状況をあらわすグラフである。
【図１】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年9月4日(2006.9.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項５】
所定の基本成分を含有し、Ｓを０．０２％以下に調製した溶鋼に、重量比が５≦（Ｃａ／Ｓ）≦３０、６≦（Ｃａ／Ｍｇ）≦８ならびに０.４≦（Ａｌ＋Ｓ）≦０．６５の各条件を同時に満足するように、Ａｌ、ＣａおよびＭｇを添加し、さらに、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｔｉ、ＺｒまたはＨｆの１種もしくは２種以上を添加し、ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ−ＭｘＯｙ系（Ｍ＝Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｌａ，Ｃｅ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｔｉ、ＺｒまたはＨｆ）の複合酸化物に転化制御したのち、所定量のＳを追添し、Ａｌ：０．１％以下、Ｓ：０．０２％超０．２％以下、Ｃａ:０．０１％以下およびＭｇ：０．０１％以下を含有する鋼を溶製することを特徴とする被削性と強度特性にすぐれた機械構造用鋼の製造法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するために、
（１）所定の基本成分を含有し、Ｓを０．０２％（重量％、以下同じ。）以下に調製した溶鋼に、ＣａおよびＭｇを添加してＣａＯ−ＭｇＯ系の酸化物に転化制御したのち、所定量のＳを追添し、Ａｌ：０．１％以下（０を含む。）、Ｓ：０．０２％超０．２％以下、Ｃａ:０．０１％以下およびＭｇ：０．０１％以下を含有する鋼を溶製することを特徴とする被削性と強度特性にすぐれた機械構造用鋼の製造法、
（２）所定の基本成分を含有し、Ｓを０．０２％（重量％、以下同じ。）以下に調製した溶鋼に、Ａｌ、ＣａおよびＭｇを添加してＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ系の複合酸化物に転化制御したのち、所定量のＳを追添し、Ａｌ：０．１％以下、Ｓ：０．０２％超０．２％以下、Ｃａ:０．０１％以下およびＭｇ：０．０１％以下を含有する鋼を溶製することを特徴とする被削性と強度特性にすぐれた機械構造用鋼の製造法。
（３）所定の基本成分を含有し、Ｓを０．０２％以下に調製した溶鋼に、重量比が５≦（Ｃａ／Ｓ）≦３０、６≦（Ｃａ／Ｍｇ）≦８ならびに０.４≦（Ａｌ＋Ｓ）≦０．６５の各条件を同時に満足するように、Ａｌ、ＣａおよびＭｇを添加して、ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ系の複合酸化物に転化制御したのち、所定量のＳを追添し、Ａｌ：０．１％以下、Ｓ：０．０２％超０．２％以下、Ｃａ:０．０１％以下およびＭｇ：０．０１％以下を含有する鋼を溶製することを特徴とする被削性と強度特性にすぐれた機械構造用鋼の製造法、
（４）所定の基本成分を含有し、Ｓを０．０２％以下に調製した溶鋼に、Ａｌ、ＣａおよびＭｇを添加し、さらに、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｔｉ、ＺｒまたはＨｆの１種もしくは２種以上を添加し、ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ−ＭｘＯｙ（Ｍ＝Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｌａ，Ｃｅ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｔｉ、ＺｒまたはＨｆ）の複合酸化物に転化制御したのち、所定量のＳを追添し、Ａｌ：０．１％以下、Ｓ：０．０２〜０．２％、Ｃａ:０．０１％以下、Ｍｇ：０．０１％以下を含有する鋼を溶製することを特徴とする被削性と強度特性にすぐれた機械構造用鋼の製造法、
（５）所定の基本成分を含有し、Ｓを０．０２％以下に調製した溶鋼に、重量比が５≦（Ｃａ／Ｓ）≦３０、６≦（Ｃａ／Ｍｇ）≦８ならびに０.４≦（Ａｌ＋Ｓ）≦０．６５の各条件を同時に満足するように、Ａｌ、ＣａおよびＭｇを添加し、さらに、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｔｉ、ＺｒまたはＨｆの１種もしくは２種以上を添加し、ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ−ＭｘＯｙ系（Ｍ＝Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｌａ，Ｃｅ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｔｉ、ＺｒまたはＨｆ）の複合酸化物に転化制御したのち、所定量のＳを追添し、Ａｌ：０．１％以下、Ｓ：０．０２％超０．２％以下、Ｃａ:０．０１％以下およびＭｇ：０．０１％以下を含有する鋼を溶製することを特徴とする被削性と強度特性にすぐれた機械構造用鋼の製造法、
（６）複合酸化物がＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３飽和のＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯであることを特徴とする上記２または３に記載された被削性と強度特性にすぐれた機械構造用鋼の製造法、
（７）複合酸化物がＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３飽和のＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ−ＭｘＯｙ系であることを特徴とする上記４または５に記載された被削性と強度特性にすぐれた機械構造用鋼の製造法、ならびに
（８）溶鋼を１５５０℃以上の温度で鋳造することを特徴とする上記１〜７に記載の被削性と強度特性にすぐれた機械構造用鋼の製造法である。