(57)【要約】【課題】高周波焼入れして使用する機械構造用快削鋼において、鋼成分からＰｂフリー化して環境に配慮し、さらに硫化物の形態を制御すると共に高周波焼入れ時の焼き割れを低減して歩留りを向上した機械構造用快削鋼を提供する。【解決手段】質量％で、Ｃ：０．３５〜０．６５％、Ｓｉ：０．０３〜１．０％、Ｍｎ：０．３０〜２．５０％、Ｓ：０．０１５〜０．３５％、Ａｌ：０．０６０％以下、Ｃａ：０．０００５〜０．０１％を含有し、さらにＮｉ：０．１〜３．５％、Ｃｒ：０．１〜２．０％、Ｍｏ：０．０５〜１．００％から選択した元素を１種または２種以上を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなり、鋼中の硫化物の大きさが長径３０μｍ以下で、かつ、アスペクト比が５以下の素材を切削後あるいは鍛造後、部品の一部を高周波焼入れして使用する機械構造用快削鋼。【選択図】　　　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．３５〜０．６５％、Ｓｉ：０．０３〜１．０％、Ｍｎ：０．３０〜２．５０％、Ｓ：０．０１５〜０．３５％、Ａｌ：０．０６０％以下、Ｃａ：０．０００５〜０．０１％を含有し、さらにＮｉ：０．１〜３．５％、Ｃｒ：０．１〜２．０％、Ｍｏ：０．０５〜１．００％から選択した元素を１種または２種以上を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなり、かつ、鋼中の硫化物の大きさが長径３０μｍ以下であり、素材を切削後あるいは鍛造後、部品の一部を高周波焼入れして使用することを特徴とする機械構造用快削鋼。
【請求項２】
鋼中の硫化物はアスペクト比が５以下であることを特徴とする請求項１記載の機械構造用快削鋼。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼材を切削後あるいは鍛造後に部品の一部を高周波焼入れして用いる耐焼き割れ性に優れる機械構造用快削鋼に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、機械構造用快削鋼においてＰｂ快削鋼が一般的に使用されていたが、近年、環境への影響を考慮してＰｂフリー化を実施する動きがある。一方、Ｓ快削鋼はＰｂ快削鋼と同様に従来から多く使用されている。しかし、Ｓ快削鋼は機械的性質の低下の問題や以下に示すような高周波焼入れ時の焼割れの問題がある。
【０００３】
Ｓ快削鋼は、被削性向上のためにＳが添加されている。このため硫化物のＭｎＳが鋼中に多く存在する。この硫化物の形状は、熱間加工によって細長く延伸された状態になっており、この鋼材からなる素材を部品形状に切削あるいは鍛造し、その後に部品の一部を高周波焼入れを行った場合、鋼中に内在する硫化物を起点にして焼き割れが生じ易い問題がある。さらに、この焼き割れ発生時には硫化物に沿って深く割れが進展する場合が多い問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、高周波焼入れして使用する機械構造用快削鋼において、鋼成分からＰｂフリー化して環境に配慮し、さらに硫化物の形態を制御すると共に高周波焼入れ時の焼き割れを低減して歩留りを向上した機械構造用快削鋼を提供する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための本発明の手段は、請求項１の発明では、質量％で、Ｃ：０．３５〜０．６５％、Ｓｉ：０．０３〜１．０％、Ｍｎ：０．３０〜２．５０％、Ｓ：０．０１５〜０．３５％、Ａｌ：０．０６０％以下、Ｃａ：０．０００５〜０．０１％を含有し、さらにＮｉ：０．１〜３．５％、Ｃｒ：０．１〜２．０％、Ｍｏ：０．０５〜１．００％から選択した元素を１種または２種以上を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなり、かつ、鋼中の硫化物の大きさが長径３０μｍ以下であり、素材を切削後あるいは鍛造後、部品の一部を高周波焼入れして使用することを特徴とする機械構造用快削鋼である。
【０００６】
請求項２の発明では、鋼中の硫化物はアスペクト比が５以下であることを特徴とする請求項１の手段の機械構造用快削鋼である。なお、本願発明で、アスペクト比とは硫化物の形状の長径／短径をいう。
【０００７】
本発明鋼では、Ｃａの添加により、硫化物の形態を制御し、従来鋼に見られるような細長く延伸された硫化物を減少させることで、高周波焼入れ時に割れの起点となることを防止する。万一、割れが発生した場合にも、割れは浅く、深くまで進展しないことから、高周波焼入れ後の例えば研磨などの加工で容易に取り除くことができるものである。
【０００８】
上記の鋼成分の限定理由を説明する。なお、％は質量％である。
Ｃ：０．３５〜０．６５％
Ｃは、高周波焼入用機械構造用鋼としての強度を確保するために必要で０．３５％以上添加する。しかし、多すぎる場合、切削性や靱性の低下を招くことから上限を０．６５％とする。そこで、Ｃは０．３５〜０．６５％とする。
【０００９】
Ｓｉ：０．０３〜１．００％
Ｓｉは、フェライトを強化するために、０．０３％以上添加する。しかし、多すぎると延性を低下させる他に、高硬度の酸化物であるＳｉＯ２を生成させて被削性を低下させることから、上限を１．００％とする。そこで、Ｓｉは０．０３〜１．００％とする。
【００１０】
Ｍｎ：０．３０〜２．５０％
Ｍｎは、機械構造用鋼としての強度、靱性、焼入性を確保するために必要であり、さらに硫化物系介在物を生成するために必須の元素であり、これらの効果を得るためにら０．３０％以上添加する。しかし、多すぎると硬さ上昇により被削性の低下を招くことから、上限を２．５０％とする。そこで、Ｍｎは０．３０〜２．５０％とする。
【００１１】
Ｓ：０．０１５〜０．３５％
Ｓは、被削性を改善させる硫化物系介在物の生成元素であり、被削性改善効果を得るために０．０１５％以上添加する。しかし、多すぎると耐衝撃性が低下するため、上限を０．３５％とする。そこでＳは０．０１５〜０．３５％とする。
【００１２】
Ａｌ：０．０６０％以下
Ａｌは、製鋼工程上、脱酸のために必要な元素であるが、０．０６０％以上添加してもＡｌ２Ｏ３の形成により被削性を低下するので上限を０．０６０％とする。そこでＡｌは０．０６０％以下とする。
【００１３】
Ｃａ：０．０００５〜０．０１０％（５〜１００ｐｐｍ）
Ｃａは、Ｍｎと共に硫化物の生成元素であり、その添加により被削性が向上する。さらにＣａの添加は硫化物の形態制御効果があり、硫化物の形態を変化させることで機械的性質の向上をはじめ、高周波焼入れ時の割れ発生を低減することができ、その効果の点から０．０００５％以上添加する。しかし、Ｃａは製鋼段階での歩留りが悪く、また、必要以上に添加してもその効果は飽和するので、上限を０．０１０％とする。そこでＣａ：０．０００５〜０．０１０％とする。
【００１４】
次いで、ＭｎＳの硫化物サイズを長径で３０μｍ以下、かつアスペクト比で５以下とする理由は、硫化物の長径およびアスペクト比がそれらより大きい場合、機械的性質を著しく低下させるためである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態として、表１に示す供試材組成のＮｏ．１〜５の発明鋼とＮｏ．１〜３の従来のＳ快削鋼である比較鋼を、電気炉で溶製し、取鍋精錬、脱ガス処理をして連続鋳造により、鋳片とし、加熱炉で加熱して圧延して鋼材とした。これらの鋼中の硫化物の大きさは表３に示すとおりであり、発明鋼はいずれも長径が３０μｍ以下であった。なお、発明鋼は鋼組成としてＣａを含有するものである。さらに、表１の鋼成分のＰは不可避不純物である。
【００１６】
【表１】
2004027259.tif 000002
【００１７】
上記で得られた鋼材から、さらにそれぞれ発明鋼と比較鋼のテストピースを作製し、それぞれの被削性および高周波焼入れ時の割れ発生率について調査を行った。被削性については、表２に示す条件で行った。
【００１８】
【表２】
2004027259.tif 000003
【００１９】
被削性及び高周波焼入れ時の割れ発生率の評価結果を表３に示す。本発明鋼の高周波焼入れ後の割れ発生率は、比較鋼に比べ、大幅に低減しており、なおかつ被削性は同等以上を示すことが確かめられた。
【００２０】
【表３】
2004027259.tif 000004
【００２１】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の機械構造用快削鋼は、鋼成分にＣａを含有せしめることにより、従来のＳ快削鋼と同等の切削性を有しながら、かつ高周波焼入れ時の割れ発生に対して、非常に優れた効果を持つものである。