(57)【要約】【課題】仕上被削性に優れた機械構造用鋼を提供する。【解決手段】Ｃを０．０５〜０．７％（質量％の意。以下、同じ）の範囲で含有する機械構造用鋼において、さらにＡｌ，Ｔｉ，Ｖ及びＮｂから選択される少なくとも一種の窒化物形成元素を含有させ、トータルＮ含有量から化合物型Ｎ含有量を差し引くことによって求まる固溶Ｎ量（％）を０．００４％以下に抑制する。【選択図】　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃを０．０５〜０．７％（質量％の意。以下、同じ）の範囲で含有する機械構造用鋼において、さらにＡｌ，Ｔｉ，Ｖ及びＮｂから選択される少なくとも一種の窒化物形成元素を含有し、
トータルＮ含有量から化合物型Ｎ含有量を差し引くことによって求まる固溶Ｎ量（％）が、０．００４％以下に抑制されている仕上被削性に優れた切削用鋼材。
【請求項２】
前記機械構造用鋼は、Ｓ：０．１２％以下、Ｐｂ：０．３％以下、Ｃａ：０．００８％以下の範囲内で、Ｓ、Ｐｂ及びＣａから選択された少なくとも１種をさらに含有するものである請求項１に記載の鋼材。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の切削用鋼材を粗切削した後、仕上切削することによって得られる機械構造用部品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は機械構造用鋼をベースとした鋼材、より詳細には一旦切削加工した後に再度切削加工する際の被削性に優れた鋼材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車部品をはじめとする種々の機械部品は、切削加工によって製造されているものが大半を占めている。切削加工においては、ある程度の形状まで切削加工した後（粗切削）、所定寸法に精度を合わせること、所定形状を形成することなどを目的として再び切削加工（仕上切削加工）することが多い。例えば、ドリル等で下穴を開けた後、穴精度を高めるためにリーマ加工する場合又は溝切りするためにタップ加工する場合などが該当する。
【０００３】
前記機械部品の製造に際して被削性を向上するためには、Ｓ，Ｐｂ，Ｃａなどの快削元素を添加した快削鋼がよく使用されている（例えば、特許文献１参照）。一方、製造部品に求められる機械的特性等の理由から、快削鋼ではない機械構造用鋼を切削加工することも多い。
【０００４】
ところが、快削鋼を切削する場合には粗切削及び仕上切削共に良好な被削性が得られているにも拘わらず、機械構造用鋼を切削する場合には、粗切削に比べて仕上切削時には被削性が著しく低下し、工具寿命が短くなっている。
【０００５】
【特許文献１】
特公平５−３７２２５号公報（請求項１、従来技術の欄）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の様な事情に着目してなされたものであって、その目的は、機械的特性に優れ、かつ仕上被削性（すなわち仕上切削時の工具寿命）にも優れた切削用鋼材及び機械構造用部品を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは前記課題を解決するために鋭意研究を重ねる過程において、粗切削加工後の加工面に着目した。この加工面には、粗切削時に変形を受けることによって形成される加工変質層が存在している。そして本発明者らは、前記加工変質層は極めて薄い層であり、快削鋼（例えば、ＪＩＳ　Ｇ　４８０４で規定する硫黄及び硫黄複合快削鋼。なおこれら鋼はＳを０．０８質量％以上含有しており、Ｃは最大でも０．４８質量％程度である）を仕上切削する場合には工具寿命に全く影響を与えなかったにも拘わらず、機械構造用鋼を仕上切削する場合には工具寿命に大きな影響を与えることを発見し、鋼中の固溶Ｎを低減すれば加工変質層を軟化でき、機械構造用鋼であっても仕上切削時の工具寿命を改善できることを見出し、本発明を完成した。
【０００８】
すなわち、本発明に係る仕上被削性に優れた切削用鋼材は、Ｃを０．０５〜０．７％（質量％の意。以下、同じ）の範囲で含有する機械構造用鋼（機械構造用炭素鋼、機械構造用合金鋼など）であり、
さらにＡｌ，Ｔｉ，Ｖ及びＮｂから選択される少なくとも一種の窒化物形成元素を含有しており、
トータルＮ含有量から化合物型Ｎ含有量を差し引くことによって求まる固溶Ｎ量（％）が、０．００４％以下に抑制されている点に要旨を有するものである。
【０００９】
前記切削用鋼材は、Ｓ：０．１２％以下、Ｐｂ：０．３％以下、及びＣａ：０．００８％以下の範囲内で、Ｓ、Ｐｂ、及びＣａから選択された少なくとも１種をさらに含有していてもよい。
【００１０】
前記切削用鋼材は、粗切削した後、仕上切削することによって機械構造用部品を得るのに有用である。
【００１１】
なお本明細書において、仕上切削とは、目的を問わず一旦切削した箇所を再度切削することを意味し、寸法精度調整のための仕上切削、所定形状形成のための仕上切削などを含む意味で使用する。また仕上被削性とは、前記仕上切削加工時の被削性（工具寿命）を意味する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の切削用鋼材は、機械構造用鋼をベースとした鋼材である。
【００１３】
前記機械構造用鋼は、強化元素としてのＣや、焼入性元素（Ｍｎ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｎｉなど）を含有する鋼であり、引張強さなどの機械的特性に優れているため、起重機、生産機械、自動車、エンジンなどの機械部品として有用である。機械構造用鋼としては、具体的には、機械構造用炭素鋼、機械構造用合金鋼など（例えば、日本工業規格や日本自動車規格（ＪＡＳＯ）が規定する機械構造用炭素鋼、機械構造用合金鋼など）が挙げられる。機械構造用炭素鋼であるか機械構造用合金鋼であるかによって炭素含有量が異なるものの、いずれにしてもＣを０．０５〜０．７％（質量％の意。以下、同じ）程度の範囲で含有している。また機械構造用炭素鋼及び機械構造用合金鋼のいずれにおいても、特に断りのない限り快削性元素（Ｓ，Ｐｂ，Ｃａなど）を実質的に含有していない。例えば、Ｓは０．０４％以下程度、好ましくは０．０２５％以下程度の範囲であれば本発明の機械構造用鋼であるといえ、Ｐｂは０．０４％以下程度、好ましくは０．０１％以下程度の範囲であれば本発明の機械構造用鋼であるといえ、Ｃａは０．０００５％以下程度、好ましくは０．０００３％以下程度の範囲であれば本発明の機械構造用鋼であるといえる。なおＳ含有量を０％とすることは困難であるため、通常、Ｓ含有量は０％超である。一方、Ｐｂ及びＣａは、０％であってもよい。以下、機械構造用炭素鋼（ＳＣ材）と機械構造用合金鋼（ＳＡ材）に分けて、それぞれさらに詳細に説明する。
【００１４】
（１）機械構造用炭素鋼
機械構造用炭素鋼としては、例えば、成分組成がＣ：０．０８〜０．６１％、Ｓｉ：０．１５〜０．３５％、Ｍｎ：０．３０〜１．３０％、Ｐ：０．０３０％以下（０％を含まない）、Ｓ：０．０３５％以下（０％を含まない）、Ｃｕ：０．３０％以下（０％を含む）、Ｎｉ：０．２０％以下（０％を含む）、Ｃｒ：０．２０％以下（０％を含む）である鋼が使用できる。なお残部は、通常、Ｆｅ及び不可避的不純物である。このような鋼としては、例えば、ＪＩＳ　Ｇ　４０５１に規定されている鋼、特にＳ１０Ｃ〜Ｓ５８Ｃ鋼が使用できる。
【００１５】
（２）機械構造用合金鋼
機械構造用合金鋼としては、例えば、成分組成がＣ：０．１２〜０．５０％、Ｓｉ：０．１５〜０．３５％、Ｍｎ：０．３０〜１．６５％、Ｐ：０．０３０％以下（０％を含まない）、Ｓ：０．０３５％以下（０％を含まない）、Ｃｕ：０．３０％以下（０％を含む）であって、Ｎｉ：０．４０〜４．５０％、Ｃｒ：０．２０〜３．５０％、Ｍｏ：０．１５〜０．７０％から選択された少なくとも一種を含有する鋼が使用できる。なお残部は、通常、Ｆｅ及び不可避的不純物である。このような鋼としては、例えば、ニッケルクロム鋼（ＪＩＳ　Ｇ　４１０２に規定するＳＮＣ鋼など）、ニッケルクロムモリブデン鋼（ＪＩＳ　Ｇ　４１０３に規定するＳＮＭＣ鋼など）、クロム鋼（ＪＩＳ　Ｇ　４１０４に規定するＳＣｒ鋼など）、クロムモリブデン鋼（ＪＩＳ　Ｇ　４１０５に規定するＳＣＭ鋼など）、機械構造用マンガン鋼（ＪＩＳ　Ｇ　４１０６に規定するＳＭｎ鋼など）、機械構造用マンガンクロム鋼（ＪＩＳ　Ｇ　４１０６に規定するＳＭｎＣ鋼など）などが挙げられる。
【００１６】
さらに本発明の切削用鋼材は、前記機械構造用鋼に限定されない。すなわち、快削鋼に分類されない範囲で、前記機械構造用鋼に快削性元素（Ｓ，Ｐｂ，Ｃａなど）を添加してもよく、他の元素を添加してもよい。なお機械的性質や異方性を重視する場合、Ｓは０．０５％以下とする。
【００１７】
快削鋼は、鋼自体が柔らかくなってしまうため仕上切削にそもそも苦労せず、しかも機械的特性が不十分となるため本発明の対象外とした。
【００１８】
そして本発明では、切削用鋼材中の固溶Ｎ量を低減している。固溶Ｎ量を低減すると、粗切削加工後の加工変質層を軟化及び薄化することができ、仕上切削時の被削性を改善できるため、仕上切削時の工具寿命を延長することができる。固溶Ｎ量は、０．００４％以下、好ましくは０．００３８％以下、さらに好ましくは０．００３５％以下程度である。ただし固溶Ｎ量を０％とすることは困難であるため、通常、０．００１％以上（特に０．００２％以上）程度である。
【００１９】
なお固溶Ｎ量は、鋼中のトータル（ｔｏｔａｌ）Ｎ量及び化合物型Ｎ量（アニオン性Ｎ量）を測定し、トータルＮ量から化合物型Ｎ量を差し引くことによって求めることができる。
【００２０】
鋼材中の固溶Ｎは、Ａｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂから選択された少なくとも一種によって窒化物を形成することによって低減することができる。好ましい窒化物形成元素はＡｌである。Ａｌは溶鋼の脱酸剤として鋼中に残存しており、残存元素を有効利用できる点で有利である。なお各元素の量は、例えば、以下の範囲から選択できる。
【００２１】
ｓｏｌ．Ａｌ：０〜０．１％
Ｖ　：０〜０．３％
Ｔｉ：０〜０．１％
Ｎｂ：０〜０．１％
切削用鋼材中の固溶Ｎ量を上記範囲に制御するためには、切削用鋼材を製造するに際して、所定の条件で熱間圧延する必要がある。すなわち熱間圧延前の鋼片の加熱温度を低くし、熱間圧延温度を低くし、熱間圧延後の冷却速度を遅くすることによって固溶Ｎ量を低減することができ、固溶Ｎ量を上記範囲に制御することができる。具体的な加熱温度、圧延温度、冷却速度は、鋼の組成に応じて適宜設定できるが、例えば、以下の通りである。
【００２２】
（１）加熱温度
鋼片の加熱温度は、例えば、１０００℃以下（好ましくは９９０℃以下）である。加熱温度が高すぎると、固溶Ｎ量が増大する。なお鋼片の加熱温度は、通常、９００℃以上程度である。加熱温度が低すぎると圧延時の圧延ロールの負荷が増大する。
【００２３】
（２）圧延温度
圧延温度は、例えば、９４０℃以下（好ましくは９２０℃以下）である。圧延温度が高すぎると、固溶Ｎ量が増大する。なお圧延温度は、通常、８００℃以上（好ましくは８３０℃以上）程度である。圧延温度が低すぎると、圧延ロールの負荷が増大し、寸法精度も低下し、表面疵も発生しやすくなる。
【００２４】
（３）冷却速度
冷却速度は、固溶Ｎ量を制御するためには最も重要な制御手段となる。冷却速度は、０．５℃／ｓｅｃ以下（好ましくは０．４℃／ｓｅｃ以下）である。冷却速度を遅くすることによって固溶Ｎ量を低減することができる。前記冷却速度は、例えば、圧延後の鋼板をシート等でカバーすることによって達成することができる。
【００２５】
なお冷却速度を制御するのは、通常、冷却開始温度〜６００℃程度の範囲で十分である。
【００２６】
本発明の切削用鋼材は、種々の機械構造用部品、特に自動車部品をはじめとする種々の機械部品に極めて有用である。これら機械構造用部品の製造に際しては、切削用鋼材をある程度の形状まで切削加工した後（粗切削）、仕上切削加工することによって製造されており、本発明の切削用鋼材は仕上切削時の工具寿命に優れているため、極めて容易に機械構造用部品を製造することができる。
【００２７】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【００２８】
下記表１に示す化学成分の機械構造用炭素鋼又は機械構造用合金鋼を高周波真空溶解炉を用いて溶製した後、鋳造した。得られた各鋳片を熱間鍛造して１５５ｍｍ角の鋼片としたあと、さらに加熱して熱間圧延を行い、直径５０ｍｍの棒鋼を得た。なお熱間圧延時の鋼片の加熱温度、圧延温度、及び冷却速度は下記表４に示した通りである（なお、下記表４において冷却速度が０．３〜０．５℃／ｓｅｃとなっているのは、圧延鋼板に徐冷カバーを被せることによって達成したものである）。
【００２９】
得られた棒鋼の化合物型Ｎ含有量（アニオン性Ｎ含有量）、固溶Ｎ量、及び表面硬さを下記のようにして測定した。次いで、上記棒鋼の表面を表２に示す条件で切削し（粗切削）、切削後の表面硬さ、及び加工硬化深さを下記のようにして測定した。その後、上記粗切削面を表３に示す条件で切削し（仕上切削）、仕上切削時の工具寿命を下記のようにして測定した。
【００３０】
［化合物型Ｎ含有量］
棒鋼から切り出した試料を電気分解することによって化合物型Ｎ（アニオン性Ｎ）を抽出し、この抽出液を濃縮することによって得られる残渣をＪＩＳ　Ｇ　１２２８に規定するアンモニア蒸留分離インドフェノール青吸光光度法に準拠して処理することによって、化合物型Ｎ含有量を測定した。
【００３１】
［固溶Ｎ量］
下記式に基づいて、固溶Ｎ量を算出した。
【００３２】
固溶Ｎ量（質量％）＝トータルＮ含有量（質量％）−化合物型Ｎ含有量（質量％）
［表面硬さ・加工硬化深さ］
表面硬さ及び加工硬化深さの測定は、いずれも、マイクロビッカース硬度計（荷重：３００ｇ）を用いて行った。すなわち表面から深さ２５μｍ位置の硬さを測定して、この硬さを表面硬さとすると共に、該深さ２５μｍ位置から、深さ０．０２ｍｍ間隔で硬さを測定し、芯部（内部）と同等の硬さになるところを加工硬化深さとした。
【００３３】
具体的には、以下のように測定した。すなわち棒鋼を湿式にて切断（厚さ５ｍｍ）して、横断面（テストピース）を切り出し、この横断面を研磨した。そしてこの研磨面のマイクロビッカース硬さを測定することにより、棒鋼表面からの深さが異なる部位の硬さを求めた。
【００３４】
［工具寿命］
上記仕上切削において、工具の横逃げ面摩耗量（フランク摩耗量）が０．２ｍｍとなるまでの切削時間を測定し、工具寿命とした。なお途中で工具が破損した場合には、それまでの切削時間を工具寿命とした。
【００３５】
結果を表４に示す。
【００３６】
【表１】
2004100021.tif 000002
【００３７】
【表２】
2004100021.tif 000003
【００３８】
【表３】
2004100021.tif 000004
【００３９】
【表４】
2004100021.tif 000005
【００４０】
表４より明らかなように、実験例１Ｂ及び５Ｂは冷却速度が速すぎるため、実験例２Ｂ〜４Ｂ及び６Ｂ〜９Ｂは加熱温度及び圧延温度が高すぎるため、固溶Ｎ量が大きくなっている。そのため粗切削後の表面硬さが硬くなり、しかも深く加工硬化するため、仕上切削時の工具寿命が短い。これらに対して、実験例１Ａ〜９Ａでは、圧延条件が適切であって固溶Ｎ量が少ないために粗切削時の表面硬化を防止でき、実験例１Ｂ〜９Ｂに対して工具寿命を１．５〜２．３倍に延長することができる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明の機械構造用鋼によれば、固溶Ｎ量（％）が所定範囲以下に抑制されているため、仕上切削時の工具寿命を延長できる。そのため機械構造用部品を容易に製造することができる。