(57)【要約】【課　題】鉛を用いることなしに、圧延ままで被削性に優れる鋼材を、安価でしかも安定して製造する快削鋼の製造方法を提案する。【解決手段】質量％で、Ｃ：０．０５％未満、Ｓｉ：０．０２％以上２．５　％未満、Ｍｎ：０．１　〜４．０　％、Ｓ：０．１５〜０．５　％、Ｔｉ：０．００３　〜０．３　％、Ｂ：０．０００３〜０．００４０％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる組成の鋳片に、加熱温度を１１００〜１２５０℃、圧延終了温度を１０００℃以上とする熱間圧延を施し、あるいはさらに圧延終了後、６００　℃までの温度域を１．０　℃／ｍｉｎ　以下の平均冷却速度で冷却し、好ましくはＨｖ１３０　以下の鋼材とする。【選択図】　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ：０．０５％未満、　　　　　　　　Ｓｉ：０．０２％以上　２．５％未満、
Ｍｎ：０．１　〜４．０　％、　　　　　　　Ｓ：０．１５〜０．５　％、
Ｔｉ：０．００３　〜０．３　％、　　　　　　Ｂ：０．０００３〜０．００４０％
を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる組成の鋳片に、加熱温度を１１００〜１２５０℃、圧延終了温度を１０００℃以上とする熱間圧延を施して被削性に優れた鋼材とすることを特徴とする快削鋼の製造方法。
【請求項２】
前記熱間圧延の終了後、６００　℃までの温度域を平均冷却速度で１．０　℃／ｍｉｎ　以下の冷却速度で冷却することを特徴とする請求項１に記載の快削鋼の製造方法。
【請求項３】
前記鋼材が、Ｈｖ　１３０　以下の硬さを有することを特徴とする請求項１または２に記載の快削鋼の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、快削鋼の製造方法に係り、切削加工時における切り屑処理性等の被削性や工具寿命の向上に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、切削加工時における切り屑処理性等の被削性等や工具寿命に優れた快削鋼として、ＪＩＳに規定されている硫黄快削鋼、および鉛快削鋼、あるいはその他としてのカルシウム快削鋼、テルル快削鋼、セレン快削鋼、ビスマス快削鋼等、種々の鋼材が開発されている。
【０００３】
中でも、鉛快削鋼は被削性に優れ、しかもテルルやビスマス等に比較して経済性に優れていることから、快削鋼として多用されている。
しかし、鉛は人体に有害であることから、鋼材の製造過程や、それを用いた機械部品の製造過程において大がかりな排気設備を必要とし、また鋼材のリサイクル面でも問題があった。
【０００４】
このため、従来から、鉛を添加させずに鉛快削鋼と同等程度の被削性を有する快削鋼の開発が望まれていた。
このような要求に対し、例えば、特開昭５０−９６４１６　号公報には、鋼中のＣを黒鉛として存在させ、この黒鉛の切欠き潤滑作用を利用することによって、鉛を用いることなしに被削性を改善する方法が提案されている。しかし、この方法は、鋼中のＣを黒鉛化するための熱処理が不可欠であり、必ずしも経済的な方法とは言えないところに問題を残していた。
【０００５】
また、特開２００１−１５２２８２　号公報には、Ｃ：０．０５％未満、Ｓｉ：２．５　％以下、Ｍｎ：０．１　〜４．０　％、Ｓ：０．２　超〜０．５　％、Ａｌ：０．０１％以下、Ｔｉ：０．００３　〜０．３　％、Ｂ：０．０００３〜０．００４０％未満を含有する快削鋼が記載されている。また、特開２００１−１５２２８３　号公報には、Ｃ：０．０５％未満、Ｓｉ：２．５　％以下、Ｍｎ：０．１　〜４．０　％、Ｓ：０．２　超〜０．５　％、Ｔｉ：０．００３　〜０．３　％、Ｂ：０．０００３〜０．００４０％未満、Ｎ：０．０１％未満を含有する快削鋼が記載されている。
【０００６】
【発明の解決しようとする課題】
特開２００１−１５２２８２　号公報、特開２００１−１５２２８３　号公報に記載された技術では、Ｃ含有量を０．０５質量％未満に低減し、鋼中のセメンタイトを減少させて、切削加工時の工具摩耗を低減し、工具寿命の向上を図り、さらにＣ含有量の低減に伴う切り屑処理性低下に対し、（ａ）Ｂを０．００３　〜０．００４０％未満の範囲で添加する、（ｂ）Ｔｉを０．００３　〜０．３　質量％、Ｓを０．２質量％を超えて添加する、の２つの対策を同時に行なっている。特開２００１−１５２２８２　号公報、特開２００１−１５２２８３　号公報に記載された技術では、ＴｉおよびＳの添加により、鋼中にＴｉＳ　および（Ｍｎ，Ｔｉ）Ｓが生成し、これらが切削加工時に生成した切り屑中で応力集中源として作用し、切り屑処理性が向上するとしている。また、さらに同時に０．００３　〜０．００４０％未満の範囲でＢを添加すると、ＴｉＳ　および（Ｍｎ，Ｔｉ）Ｓの周囲にＢが偏析し、ＴｉＳ　および（Ｍｎ，Ｔｉ）Ｓの塑性変形を抑制し、応力集中作用により切り屑中でクラック発生を促進するとしている。
【０００７】
しかしながら、特開２００１−１５２２８２　号公報、特開２００１−１５２２８３　号公報に記載された技術では、安定して所望の被削性が確保できない場合があるという問題があった。
本発明は、従来技術の上記したような状況に鑑みてなされたものであり、快削鋼を、鉛を用いることなしに、しかも圧延ままで被削性に優れる鋼材　（快削鋼）を、しかも、環境衛生上の問題もなく、安価で安定して製造できる快削鋼の製造方法を提案することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、鉛を添加することなく、圧延ままで鉛添加鋼と同等の被削性を有する鋼材とするために、被削性に及ぼす各種要因、とくに製造条件の影響について鋭意検討を行った。その結果、Ｃ：０．０５質量％未満とし、Ｂ：０．００３　〜０．００４０質量％、Ｔｉ：０．００３　〜０．３　質量％、Ｓ：０．１５〜０．５　質量％を同時に含有するように鋼組成を調整するだけでは、ＭｎＳ　の伸展を充分に抑制することができず被削性が低下する場合があり、Ｍｎ：０．１　〜４．０　質量％とＭｎ含有量を調整したうえで、熱間圧延条件を適正化する必要があることを見出した。
【０００９】
本発明は、上記した知見に基づき、さらに検討を加えて完成されたものである。すなわち、本発明は、質量％で、Ｃ：０．０５％未満、Ｓｉ：０．０２％以上２．５　％未満、Ｍｎ：０．１　〜４．０　％、Ｓ：０．１５〜０．５　％、Ｔｉ：０．００３　〜０．３　％、Ｂ：０．０００３〜０．００４０％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる組成の鋳片に、加熱温度を１１００〜１２５０℃、圧延終了温度を１０００℃以上とする熱間圧延を施して被削性に優れた鋼材とすることを特徴とする快削鋼の製造方法であり、また、本発明では、前記熱間圧延の終了後、６００　℃までの温度域を平均冷却速度で１．０　℃／ｍｉｎ　以下の冷却速度で冷却することが好ましく、また、本発明では、前記鋼材が、Ｈｖ　１３０　以下の硬さを有することが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
まず、本発明で用いる鋳片の組成限定理由について説明する。なお、以下組成についての質量％は、単に％と記す。
Ｃ：０．０５％未満、
Ｃは、強度を増加する元素であり、本発明では所要の強度を確保するために０．０１％以上含有することが望ましいが、０．０５％以上含有すると、切削加工時の工具摩耗が増大し、被削性が低下する。このため、Ｃは０．０５％未満に限定した。なお、好ましくは０．０１〜０．０４％である。
【００１１】
Ｓｉ：０．０２％以上２．５　％未満
Ｓｉは、脱酸剤として作用するとともに、固溶強化により強度を向上させる作用を有する元素であり、これらの効果を得るためには、少なくとも０．０２％以上の含有を必要とするが、２．５　％以上含有すると、鋼材硬さが増加しすぎて、　工具寿命の低下を招く。このため、Ｓｉは０．０２％以上２．５　％未満に限定した。なお、好ましくは０．２　〜０．６　％である。
【００１２】
Ｍｎ：０．１　〜４．０　％
Ｍｎは、Ｓと結合してＭｎＳを生成し、被削性を向上させる作用を有するとともに、強度確保に有効な元素である。このような効果を得るためには、少なくとも０．１　％以上の含有を必要とする。一方、４．０　％を超えて含有すると、強度が増加しすぎて工具寿命の低下を招く。このため、Ｍｎは０．１　〜４．０　％の範囲に限定した。
なお、好ましくは０．５　〜２．５　％である。
【００１３】
Ｓ：０．１５〜０．５　％
Ｓは、Ｔｉ、Ｍｎと結合し、ＴｉＳ　、ＭｎＳ　、（Ｍｎ，Ｔｉ）Ｓを形成し、切削加工時の応力集中源となり、切り屑の分断を容易にして被削性を向上させる元素であるが、０．１５％未満では上記した効果が認められない。一方、０．５　％を超える含有は、熱間加工性が低下する。このため、Ｓは０．１５〜０．５　％の範囲に限定した。なお、好ましくは０．２　〜０．４　％である。
【００１４】
Ｔｉ：０．００３　〜０．３　％
Ｔｉは、Ｓと結合しＴｉＳ　、（Ｍｎ，Ｔｉ）Ｓを形成し、切削加工時の応力集中源となり切り屑の分断を容易にし、被削性を向上させる元素であるが、このような効果は少なくとも０．００３　％以上の含有で認められる。一方、０．３　％を超える含有は、粗大なＴｉＮが析出し工具寿命を低下させる。このため、Ｔｉは０．００３　〜０．３　％の範囲に限定した。なお、好ましくは０．０２〜０．１　％である。
【００１５】
Ｂ：０．０００３〜０．００４０％
Ｂは、ＴｉＳ　、ＭｎＳ　や（Ｍｎ，Ｔｉ）Ｓと母相との界面に偏析し、ＴｉＳ　、ＭｎＳ　や（Ｍｎ，Ｔｉ）Ｓの熱間圧延による伸延を抑制して、切削加工時の応力集中によりクラックの生成を促進し、被削性を向上させる効果を有する。このような効果は、少なくとも０．０００３％以上の含有で認められるが、一方、０．００４０％を超えて含有しても、効果が飽和し、含有量に見合う効果を期待できず、製造コストの高騰を招く。このため、Ｂは０．０００３〜０．００４０％に限定した。なお、好ましくは０．００１　〜０．００３　％である。　上記した成分以外の残部は、Ｆｅおよび不可避的不純物からなる。なお、不可避的不純物としては、Ｎ：０．０５％以下、Ｏ：０．０５％以下、Ｐ：０．２　％以下が許容できる。
【００１６】
上記した組成を有する鋳片に、ついで、熱間圧延を施し所定寸法形状の鋼材とする。本発明では、鋳片に施す熱間圧延は、加熱温度を１１００〜１２５０℃、圧延終了温度を１０００℃以上とする熱間圧延とする。
加熱温度：１１００〜１２５０℃
ＭｎＳ　の伸延は被削性を劣化させるため、被削性向上のためにはＭｎＳの形態制御を行なう必要がある。ＭｎＳの形態制御のためには、鋳片の熱間圧延条件を制御することが重要である。熱間圧延時の加熱温度を上げるに伴い、ＭｎＳ　が一部固溶し、加熱前よりもＭｎＳ　の粒径が減少する。熱間圧延においては、ＭｎＳの粒径が小さい方が伸延度は小さい。また、一旦固溶したＭｎＳ　は熱間圧延の途中で比較的微細に再析出するので、鋼材の平均的なＭｎＳ　の伸延度は低温加熱の場合に比較して抑制される。本発明では、ＭｎＳの伸延を抑制するために、まず熱間圧延時の加熱温度を１１００〜１２５０℃の範囲の温度に調整する。加熱温度が１１００℃未満では、ＭｎＳが全く固溶せず、鋳造時の粗大なＭｎＳ　のまま圧延され伸延が著しくなり、切削加工時の応力集中効果が低減し被削性が劣化する。一方、１２５０℃を超えると、結晶粒界が部分的に溶解し、熱間変形能が低下するため熱間圧延が困難になる。このため、加熱温度は１１００〜１２５０℃の範囲の温度に限定した。なお、好ましくは１１５０〜１２００℃である。
【００１７】
圧延終了温度：１０００℃以上
本発明では、ＭｎＳの形態制御のために、上記した加熱温度の制御に加えて、さらに熱間圧延の圧延終了温度を制御する。本発明者らの検討によれば、ＭｎＳ　は、熱間圧延時に９００　〜１０００℃の温度域で最も伸延し、この温度域より高い温度域、あるいは低い温度域では伸延度が小さいことが新たに判明しており、熱間圧延をこの温度範囲を避けた圧延とすることがＭｎＳ　の伸延を抑制し、被削性を向上させることに有効である。このようなことから、本発明では熱間圧延の圧延終了温度を１０００℃以上に限定した。しかし、圧延終了温度が１１００℃を超えて高くなりすぎると、熱間圧延後の冷却に際し、焼入れ組織となりやすく、鋼材硬さが高くなりすぎ、被削性が低下する。このため、圧延終了温度は１１００℃以下とすることが好ましい。
【００１８】
熱間圧延終了後の冷却：６００　℃までの温度域を平均冷却速度で１．０　℃／ｍｉｎ　以下
本発明では、上記した条件で熱間圧延を施したのち、６００　℃までの温度域を平均冷却速度１．０　℃／ｍｉｎ　以下で冷却することが好ましい。圧延終了後、上記した冷却速度で冷却することにより、鋼材硬さをＨｖ１３０以下にすることができる。平均冷却速度が１．０　℃／ｍｉｎ　を超えて大きくなると、焼入れ組織となりやすく、鋼材硬さが上昇する。なお、好ましくは０．２　〜０．９　℃／ｍｉｎ　である。
【００１９】
鋼材の硬さが高くなると切削加工時の発熱量が大きくなり工具寿命が低下する。このような工具寿命や被削性向上の観点から、好ましい鋼材硬さはＨｖ　１３０　以下である。なお、鋼材硬さは、上記した範囲内の成分含有量に応じ圧延終了後の冷却速度を上記した範囲内で制御することによりＨｖ　１３０　以下に調整することができる。
【００２０】
【実施例】
表１に示す組成の溶鋼を転炉で溶製し、連続鋳造法によりブルーム（鋳片）としたのち、表２に示す条件で熱間圧延を施し、直径５０ｍｍφの丸棒鋼　（鋼材）とした。なお、鉛添加非調整材を従来例とした。得られた丸棒鋼について、硬さ試験、被削性試験を実施した。
【００２１】
硬さ試験は、得られた丸棒鋼の径１／４の位置から採取したサンプルについて、ビッカース硬度計（荷重９８．０Ｎ）を用いて行い、硬さＨｖ　を求めた。
被削性試験は、得られた丸棒鋼について、ハイス工具（ＳＫＨ４）を用いて、切削速度：１００ｍ／ｍｉｎ　、送り：０．２５ｍｍ／ｒｅｖ．、切込み：２．０　ｍｍ、無潤滑の条件で、外周旋削を行い、工具が完全損傷するまでの総切削時間を工具寿命とし、また切り屑形状を測定し、被削性を評価した。なお、切り屑形状は、長さ５ｍｍ以下の細かい切り屑の場合を◎、細かい切り屑の中に中位（５ｍｍ超え２０ｍｍ以下）の切り屑が混合する場合を○、中位の切り屑の中に長い（長さ２０ｍｍ超）切り屑が混合する場合を△、長い切り屑の場合を×、として評価した。
【００２２】
得られた結果を表２に示す。
【００２３】
【表１】
2004052064.tif 000002
【００２４】
【表２】
2004052064.tif 000003
【００２５】
本発明例はいずれも、２０ｍｉｎ　以上の優れた工具寿命を示し、従来例である鉛添加非調質鋼（ＪＩＳ　ＳＵＭ　２４）に比べても優れた被削性を有している。また、本発明例は、切り屑形状も５ｍｍ以下の細かな良好な切り屑となっており、切り屑処理性にも優れていることがわかる。これに対し、本発明の範囲を外れる比較例は、工具寿命も短いうえ、切り屑処理性にも劣る場合がある。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、特に鉛を添加せずとも、圧延ままの状態で、鉛添加鋼と同等以上の被削性を有する鋼材を安価にしかも安定して得ることができる。