(57)【要約】【課題】  工具寿命をさらに高めることができるＰｂフリー快削鋼を提供する。【解決手段】  工具寿命がさらに高められたＰｂフリー快削鋼は、Ｃ：０．１〜０．７％（質量％の意；以下、同じ）、Ｓｉ：０．０１〜２．５％、Ｍｎ：０．１〜３％、Ｓ：０．０１〜０．２％、Ｃａ：０．０００２〜０．０２％、Ｍｇ：０．０００２〜０．０１％を含有しており、面積２０μｍ2以上であり、かつＭｇ及びＣａを合計で３質量％以上含有する硫化物系介在物の個数が１００ｍｍ2当たり２００個以上である。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ  ：０．１〜０．７％（質量％の意；以下、同じ）、
Ｓｉ：０．０１〜２．５％、
Ｍｎ：０．１〜３％、
Ｓ  ：０．０１〜０．２％、
Ｃａ：０．０００２〜０．０２％、
Ｍｇ：０．０００２〜０．０１％を含有し、
面積２０μｍ2以上であり、かつＭｇ及びＣａを合計で３質量％以上含有する硫化物系介在物の個数が１００ｍｍ2当たり２００個以上であることを特徴とする工具寿命に優れたＰｂフリー快削鋼。
【請求項２】
Ｃ  ：０．１〜０．７％、
Ｓｉ：０．０１〜２．５％、
Ｍｎ：０．１〜３％、
Ｓ  ：０．０１〜０．２％、
Ｃａ：０．０００２〜０．０２％、
Ｍｇ：０．０００２〜０．０１％を含有し、
面積２０μｍ2以上であり、かつＭｇ及びＣａを合計で３質量％以上含有する硫化物系介在物の個数が１００ｍｍ2当たり２００個以上であり、
長径が５μｍ以上、アスペクト比が６．０以上である硫化物系介在物が、全硫化物系介在物に対して２０％以上（個数比）となっていることを特徴とする切屑処理性に優れたＰｂフリー快削鋼。
【請求項３】
さらにＡｌ：０．００１〜０．１％含有している請求項１又は２に記載のＰｂフリー快削鋼。
【請求項４】
さらにＴｉ：０．００１〜０．３％含有している請求項１〜３のいずれかに記載のＰｂフリー快削鋼。
【請求項５】
さらにＶ：０．００３〜０．３％、及びＮ：０．００１〜０．０３％を含有している請求項１〜４のいずれかに記載のＰｂフリー快削鋼。
【請求項６】
さらにＣｕ：０．３％以下（０％を含まない）、Ｎｉ：１．５％以下（０％を含まない）、Ｃｒ：１．５％以下（０％を含まない）、Ｍｏ：１％以下（０％を含まない）から選択された少なくとも１種を含有し、残部はＦｅ及び不可避不純物である請求項１〜５のいずれかに記載のＰｂフリー快削鋼。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＰｂフリー快削鋼（硫黄系快削鋼）に関するものであり、より詳細には工具寿命が特に改善された鋼に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、各種鋼材の被削性（切り屑処理性など）を改善する手法として、Ｐｂを添加することが一般的に行われている。Ｐｂの添加によって、鋼材の機械的性質を損なうことなく、該鋼材の切り屑処理性や仕上げ面粗さを改善し得ると共に、鋼材を処理する工具の寿命向上も可能である。しかしながら、Ｐｂは人体に有害であることから、近年、Ｐｂを添加することなくＰｂ添加鋼（Ｐｂ快削鋼）並みの被削性が達成された鋼材の開発が求められている。
【０００３】
すなわちＰｂ快削鋼ではＰｂによって切屑処理性を確保していたが、かかるＰｂを使用しなくても切屑処理性を確保するために種々の検討がなされており、例えばＭｎＳを鋼中に分散させた硫黄快削鋼が代表的なものとして知られている。この硫黄快削鋼では、マトリクスの硬さを調節し、かつアスペクト比の大きなＭｎＳを利用することによって切屑処理性を向上させている。しかしかかる硫黄快削鋼では、ＭｎＳが圧延方向に伸びており、機械的強度などに異方性があることが指摘されている。硫黄系快削鋼は、機械的強度の異方性を改善する観点、また工具寿命をさらに向上させる観点などから種々の検討が加えられており、特に硫化物系介在物を球状化する技術が種々報告されている（特許文献１〜３など）。
【０００４】
例えば、特許文献１には、鋼中Ｏ2を４０〜６０ｐｐｍに低減した上でＭｇ、Ｂａ、ＣａなどをＳ、Ｓｅ、Ｔｅなどと併用添加すると、鋼中に形成される球状の快削性介在物が細かく分散し、異方性が改善されると共に工具寿命が向上することが記載されている。なお前記Ｍｇ、Ｂａ、Ｃａの添加法については、特別な工夫はなされていない。また実際には、ＭｇとＢａの複合添加、及びＣａとＢａの複合添加のみであり、ＭｇとＣａを複合添加した例はない。さらには工具寿命の点でもさらなる改善が求められる。
【０００５】
特許文献２には、溶鋼中の酸素量を５〜１５ｐｐｍとして鋼質に悪影響をおよぼす酸化物系介在物を著しく少なくし、該酸化物系介在物を微細化することによって、後から大量に析出する硫化物系介在物中に核として取り込まれるようにしている。このようにすると硫化物系介在物の異方性が改善され、鋼の機械的性質が向上するとしている。なおこの文献では、Ｍｇは使用されていない。またＣａを添加する場合に、まずＣａを添加した後でスラグを改質するためのさらなるＣａ添加は行われていない。さらには工具寿命の点でもさらなる改善が求められる。
【０００６】
特許文献３は、Ａｌ2Ｏ3がクラスター状になって粗大化することを回避した発明であり、Ａｌを添加する前にＭｇやＣａを複数回添加することによってクラスター化していないＭｇＯを核としてＣａやＭｎＳを析出させている。そして硫化物系介在物の粗大化を防止すると共に略球状化させ、鋼の切屑処理性と横目靭性とを高めている。しかしこの方法では、ＭｇやＣａの添加後にＡｌを添加して脱酸する必要がある。また溶鋼を脱酸することについては記載されているが、溶鋼中のフリー酸素濃度は厳密に制御されていない。
【０００７】
また逆に硫化物系介在物を球状化することを否定する文献もある。例えば特許文献４では、硫化物系介在物を球状化すると、切屑分断の起点となる応力集中源を減らしてしまい、切屑処理性に関してはその効果が発揮されないと指摘している。そしてこの特許文献４では、硫化物中の平均酸素含有量を１０％以下となるようにして硫化物の延性を高めることを推奨している。また脱酸のためには、鋳造直前にＣａ、Ｍｇ等を添加して脱酸を行うことを提案している。なおこの特許文献では、前記Ｃａ、Ｍｇは多く歩留まらせる必要はなく、鋼中に微量歩留まればよいとしており、ＣａやＭｇを添加した後でスラグを改質する為のさらなるＭｇ・Ｃａ添加は行われていない。また溶鋼中のフリー酸素濃度は厳密に制御されていない。
【０００８】
さらに酸化物系介在物に着目した発明もある。すなわち特許文献５は、酸化物系介在物（Ａｌ2Ｏ3など）は転動疲労寿命に悪影響を及ぼすことに着目した発明であり、この酸化物系介在物を極力微細分散させることによって、応力集中を回避する発明である。具体的には、全Ｏ含有量に応じてＭｇを適正量添加することによって酸化物組成をＡｌ2Ｏ3からＭｇＯ・Ａｌ2Ｏ3あるいはＭｇＯに変換することにより、酸化物の凝集合体を防止し、微細分散を図っている。なおこの文献ではＣａを使用していない。
【特許文献１】特公昭５１−４９３４号公報（第４頁右欄第２３〜３０行）
【特許文献２】特開平１−１６８８４８号公報（第２頁右下欄）
【特許文献３】特開２００２−１４６４７３号公報（段落００２１〜００２３）
【特許文献４】特開２００１−１３１６８４号公報（段落０００９〜００１０）
【特許文献５】特許第２９７８０３８号公報（段落０００２、０００７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
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、工具寿命をさらに高めることができるＰｂフリー快削鋼、又は工具寿命に悪影響を与えることなく切屑処理性をさらに高めることのできるＰｂフリー快削鋼を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
Ｐｂフリー快削鋼において工具寿命を高めるためには、ＭｇやＣａを添加することが考えられる。しかしＭｇやＣａを添加しただけではその効果は十分ではなく、さらなる改善が求められた。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た結果、溶鋼中のフリー酸素濃度を厳密に制御すると共に、ＭｇやＣａの添加方法を工夫してスラグの成分調整を行うことによって硫化物系介在物の組成、形態、及び量を適切に制御すれば、工具寿命をさらに高めることができ、又は工具寿命に悪影響を与えることなく切屑処理性をさらに高めることができることを見出し、本発明を完成した。
【００１１】
すなわち、本発明に係る工具寿命に優れたＰｂフリー快削鋼は、Ｃ：０．１〜０．７％（質量％の意；以下、同じ）、Ｓｉ：０．０１〜２．５％、Ｍｎ：０．１〜３％、Ｓ：０．０１〜０．２％、Ｃａ：０．０００２〜０．０２％、Ｍｇ：０．０００２〜０．０１％を含有しており、
面積が２０μｍ2以上であってＭｇ及びＣａを合計で３質量％以上含有する硫化物系介在物の個数が１００ｍｍ2当たり２００個以上である点に要旨を有するものである。このＰｂフリー快削鋼はさらに、長径が５μｍ以上、アスペクト比が６．０以上である硫化物系介在物が、全硫化物系介在物に対して２０％以上（個数比）となっていてもよく、この場合は切屑処理性を高めることができる。本発明のＰｂフリー快削鋼は、さらにＡｌ：０．００１〜０．１％、Ｔｉ：０．００１〜０．３％、Ｖ：０．００３〜０．３％、Ｎ：０．００１〜０．０３％、Ｃｕ：０．３％以下（０％を含まない）、Ｎｉ：１．５％以下（０％を含まない）、Ｃｒ：１．５％以下（０％を含まない）、Ｍｏ：１％以下（０％を含まない）などを含有していてもよく、残部はＦｅ及び不可避不純物であってもよい。
【００１２】
なお本明細書では、本発明について「硫化物系介在物」と称する場合、単独で存在する硫化物の他、酸化物と硫化物とからなる介在物（例えば、酸化物が硫化物で完全に包み込まれている介在物、酸化物の一部が硫化物で覆われている介在物など）も含む意味で使用し、特にそのことを明確にしたい場合には「全硫化物系介在物」と表現する。従って（全）硫化物系介在物中のＭｇ量及びＣａ量とは、単独で存在する硫化物系介在物については該介在物中の硫化物に含まれるＭｇ量及びＣａ量を意味し、酸化物と硫化物とからなる介在物については、該介在物中の硫化物に含まれるＭｇ量及びＣａ量、及び該介在物中の酸化物に含まれるＭｇ量及びＣａ量の合計を意味する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、特定の成分系において硫化物１−Ｍｇ・Ｃａ含有大径タイプを所定量以上含有しているため、Ｐｂフリー快削鋼の工具寿命をさらに高めることができる。また硫化物２−Ｍｇ・Ｃａ含有細長タイプを所定量以上とすると、工具寿命に悪影響を与えることなく切屑処理性をさらに高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
硫化物系介在物はＰｂフリー快削鋼の切屑処理性を高める上で重要であるが、本発明では硫化物系介在物の組成、形態、及び量を厳密に制御することによって工具寿命をも高めている。すなわち本発明では、面積が２０μｍ2以上であり、かつＭｇ及びＣａを合計で３質量％以上含有する硫化物系介在物（以下、硫化物１−Ｍｇ・Ｃａ含有大径タイプと称する場合がある）を１００ｍｍ2当たり２００個以上、好ましくは２３０個以上、さらに好ましくは２５０個以上とする必要がある。この硫化物１−Ｍｇ・Ｃａ含有大径タイプを多くするほど、工具寿命を延ばすことができる。なお硫化物１−Ｍｇ・Ｃａ含有大径タイプの数の上限は特に限定されないが、通常、１０００個以下（例えば５００個以下）程度である。
【００１５】
なお硫化物１−Ｍｇ・Ｃａ含有大径タイプを所定量以上とするためには、以下のようにして製鋼する必要がある。第１には鋳造直前の溶鋼の段階で、鋼中のフリー酸素濃度を厳密に制御する必要がある。すなわちフリー酸素濃度が低すぎると、酸化物がＭｇＯ単独タイプ又はＭｇＯ−Ａｌ2Ｏ3複合タイプとなり、この酸化物を核としてＭｎＳが析出するために硫化物系介在物中のＣａ量が不足するため、硫化物１−Ｍｇ・Ｃａ含有大径タイプが不足する。これに対して、フリー酸素濃度を増やすと酸化物がＣａＯ−ＭｇＯ−ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3複合タイプ（ＣａＯ：３０〜６０質量％、ＭｇＯ：２〜３０質量％、ＳｉＯ2：３０〜６８質量％、Ａｌ2Ｏ3：０〜２０質量％）と、ＭｇＯ−Ａｌ2Ｏ3の共存系となり、総合的にみれば酸化物中のＣａ量が増大してこの酸化物を核としてＭｎＳが析出するため、硫化物１−Ｍｇ・Ｃａ含有大径タイプを増やすことができる。一方、フリー酸素濃度が高すぎると、酸化物がＣａＯ−ＭｇＯ−ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3複合タイプの単独系となるが、この場合には酸化物の個数自体が却って減少する。そのため該酸化物を核として生成する硫化物１−Ｍｇ・Ｃａ含有大径タイプの個数も減少してしまう。溶鋼中のフリー酸素濃度は、硫化物１−Ｍｇ・Ｃａ含有大径タイプの設定個数に応じて適宜設定できるが、例えば２〜８ｐｐｍ（質量基準）程度である。
【００１６】
第２には、Ｍｇ及びＣａを取鍋にワイヤー供給する通常のＭｇ・Ｃａ添加に加えて、取鍋処理の後半にもＭｇ及びＣａを加えてスラグの成分調整を行う必要がある。このことによってＭｇ及びＣａの歩留まり不足を解消でき、硫化物１−Ｍｇ・Ｃａ含有大径タイプの数を増大できる。なおスラグ成分は、ＣａＯ：３０〜４０質量％、ＣａＦ2：１０〜１８質量％、ＳｉＯ2：２０〜２８質量％、Ａｌ2Ｏ3：５質量％以下、ＭｇＯ：１０〜２５質量％、Ｔ．Ｆｅ：１質量％以下、ＭｎＯ：２質量％以下とする。
【００１７】
上記のようにして硫化物１−Ｍｇ・Ｃａ含有大径タイプを所定量以上とすることによって工具寿命を延ばすことができるメカニズムは、以下の通りであると推察される。すなわち硫化物１−Ｍｇ・Ｃａ含有大径タイプが少ない場合、酸化物系介在物は、上述したように、ＣａＯ−ＭｇＯ−ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3複合タイプの単独系となるケースと、ＭｇＯ単独、又はＭｇＯ−Ａｌ2Ｏ3複合タイプとなるケースとに大別される。そして前者（ＣａＯ−ＭｇＯ−ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3複合タイプ）のケースでは、ＭｎＳに包まれない酸化物が非常に多くなり、該酸化物が直接工具と接触するために工具寿命を低下させる。また後者（ＭｇＯ単独、又はＭｇＯ−Ａｌ2Ｏ3複合タイプ）のケースでは、酸化物は微細となってＭｎＳに包み込まれやすくなる点で工具寿命向上に寄与するものの、ＭｎＳに包み込まれなかった酸化物が工具寿命に著しい悪影響を与えるため、総合的にみたときにはやはり工具寿命を低下させる。これらに対して硫化物１−Ｍｇ・Ｃａ含有大径タイプを所定量以上とした場合、酸化物はＣａＯ−ＭｇＯ−ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3複合タイプと、ＭｇＯ−Ａｌ2Ｏ3の共存系となっており、ＣａＯ−ＭｇＯ−ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3複合タイプの単独系の場合に比べて酸化物が硫化物に包み込まれ易くなっており、工具寿命向上に有利である。さらにはＣａＯ−ＭｇＯ−ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3複合タイプは他の酸化物に比べて工具寿命に与える悪影響が少ない為、たとえ僅かにＭｎＳに包み込まれなくても工具寿命に与える弊害を実質的に無視できる。これらのことが総合的に寄与して、硫化物１−Ｍｇ・Ｃａ含有大径タイプを所定量以上とした場合には工具寿命を延ばすことができる。
【００１８】
また本発明では、硫化物１−Ｍｇ・Ｃａ含有大径タイプの制御に加えて、長径が５μｍ以上、アスペクト比が６．０以上である硫化物系介在物（以下、硫化物２−Ｍｇ・Ｃａ含有細長タイプと称する場合がある）を、全硫化物系介在物に対して２０％以上（個数比）、好ましくは２５％以上（個数比）、さらに好ましくは３０％以上（個数比）としてもよい。硫化物２−Ｍｇ・Ｃａ含有細長タイプは、異方性が大きいため切屑処理性を高めるのに有効である。しかも硫化物２−Ｍｇ・Ｃａ含有細長タイプは、異方性が大きいため、最悪の場合には酸化物系介在物を包み込むことが難しくなり、工具寿命を低下させるものの、本発明では硫化物１−Ｍｇ・Ｃａ含有大径タイプを所定量以上として工具寿命の底上げを行っているため、最悪の場合でも工具寿命が低下する虞はない。さらには硫化物２−Ｍｇ・Ｃａ細長タイプによる工具寿命低下効果よりも、硫化物１−Ｍｇ・Ｃａ含有大径タイプによる工具寿命向上効果の方が勝ることもあり、かかる場合には工具寿命の向上と切屑処理性の向上の両方を達成することもできる。すなわち硫化物１−Ｍｇ・Ｃａ含有大径タイプと、硫化物２−Ｍｇ・Ｃａ含有細長タイプの両方を所定量以上とすることで、切屑処理性を高めることができ、また最悪の場合でも工具寿命を低下させることはない（工具寿命が向上することもある）。なお硫化物２−Ｍｇ・Ｃａ含有細長タイプの割合の上限は、例えば、７０％（個数比）程度、好ましくは６５％（個数比）程度、さらに好ましくは６０％（個数比）程度である。
【００１９】
硫化物１−Ｍｇ・Ｃａ含有大径タイプを所定割合にするための上述の製法を採用すると、硫化物２−Ｍｇ・Ｃａ含有細長タイプの割合も所定の範囲となることが多いが、積極的に硫化物２−Ｍｇ・Ｃａ含有細長タイプの割合を増大させる操作を行ってもよい。例えば介在物中の酸素濃度を減らせば、硫化物２−Ｍｇ・Ｃａ含有細長タイプの割合を増やすことができる。前記介在物中の酸素濃度は、脱酸剤（Ａｌ，Ｔｉなど）を添加することによって減らすことができる。特にＡｌ及びＴｉを併用すると、硫化物２−Ｍｇ・Ｃａ細長タイプの割合を、例えば４５％以上（特に５０％以上）とすることができる。
【００２０】
本発明では、上述したように硫化物系介在物の組成、形態、量などが制御されているのに加えて、鋼成分も所定範囲に制御されている必要がある。Ｐｂフリー快削鋼の被削性（切屑処理性、工具寿命など）を確保するためには、硫化物系介在物の利用のみならず、マトリクスの硬さ調整なども必要だからである。従って本発明の鋼は、Ｃ：０．１〜０．７％（質量％の意；以下、同じ）、Ｓｉ：０．０１〜２．５％、Ｍｎ：０．１〜３％、Ｓ：０．０１〜０．２％、Ｃａ：０．０００２〜０．０２％、Ｍｇ：０．０００２〜０．０１％に調整されている必要がある。以下、成分限定の理由の詳細について説明する。
【００２１】
Ｃ：０．１〜０．７％
Ｃは最終製品の強度を確保するために必要な元素であるが、過剰になると被削性が低下する。Ｃ量は他の元素との関係も考慮した上で設定されるが、本発明では０．１％以上（好ましくは０．２％以上、さらに好ましくは０．３％以上、特に０．３３％以上）、０．７％以下（好ましくは０．６％以下、さらに好ましくは０．５％以下）とする。
【００２２】
Ｓｉ：０．０１〜２．５％
Ｓｉは脱酸剤であって、硫化物２−Ｍｇ・Ｃａ含有細長タイプの割合を増大させるのに有用であり、また固溶強化によって最終製品の強度を高めるのにも有用であるが、過剰になると被削性が低下する。Ｓｉ量も他の元素との関係を考慮した上で設定されるが、本発明では０．０１％以上（好ましくは０．０５％以上、さらに好ましくは０．１％以上）、２．５％以下（好ましくは１％以下、さらに好ましくは０．５％以下）とする。
【００２３】
Ｍｎ：０．１〜３％
Ｍｎは硫化物系介在物を形成し、Ｐｂフリー快削鋼において被削性を高めるために不可欠な元素であり、また鋼材の焼入性を高めて強度向上にも寄与するが、過剰になると被削性が低下する。Ｍｎ量は０．１％以上（好ましくは０．３％以上、さらに好ましくは０．５％以上、特に０．７％以上）、３％以下（好ましくは２％以下、さらに好ましくは１．５％以下）である。
【００２４】
Ｓ：０．０１〜０．２％
ＳもＰｂフリー快削鋼の被削性を高めるのに不可欠な元素であるが、過剰になると加工性を低下させる。Ｓ量は０．０１％以上（好ましくは０．０２％以上、さらに好ましくは０．０３％以上）、０．２％以下（好ましくは０．１％以下、さらに好ましくは０．０８％以下）である。
【００２５】
Ｃａ：０．０００２〜０．０２％
Ｃａは硫化物１−Ｍｇ・Ｃａ含有大径タイプや硫化物２−Ｍｇ・Ｃａ含有細長タイプを形成する為に必須となる元素であり、歩留まりが悪く過剰にすることが困難な元素である。Ｃａ量は、０．０００２％以上（好ましくは０．０００３％以上、さらに好ましくは０．０００５％以上）、０．０２％以下（好ましくは０．０１％以下、さらに好ましくは０．００５％以下、特に０．００３％以下）である。
【００２６】
Ｍｇ：０．０００２〜０．０１％
Ｍｇも硫化物１−Ｍｇ・Ｃａ含有大径タイプや硫化物２−Ｍｇ・Ｃａ含有細長タイプを形成する為に必須となる元素であり、歩留まりが悪く過剰にすることが困難な元素である。Ｍｇ量は、０．０００２％以上（好ましくは０．０００３％以上、さらに好ましくは０．０００５％以上）、０．０１％以下（好ましくは０．００５％以下、さらに好ましくは０．００３％以下）である。
【００２７】
なお硫化物１−Ｍｇ・Ｃａ含有大径タイプや硫化物２−Ｍｇ・Ｃａ含有細長タイプを所定量以上とする観点から、ＣａとＭｇの合計量は、通常、０．０００５％以上、好ましくは０．００１％以上、さらに好ましくは０．００２％以上となっている。ＣａとＭｇの合計量の上限は特に限定されないが、通常、０．０３％以下、好ましくは０．０１％以下、さらに好ましくは０．００７％以下程度である。
【００２８】
本発明の鋼は脱酸元素（Ｔｉ、Ａｌなど）を含有していてもよい。これら元素を脱酸剤として使用すると、硫化物２−Ｍｇ・Ｃａ含有細長タイプを増大させることができる。Ｔｉ及びＡｌは単独で添加してもよく、組み合わせて添加してもよいが、通常Ａｌを添加し、さらに硫化物２−Ｍｇ・Ｃａ含有細長タイプを増大させたい場合にＴｉを追加することが多い。Ａｌ量は、例えば０．００１％以上（好ましくは０．００５％以上、さらに好ましくは０．０１％以上）、０．１％以下（好ましくは０．０６％以下、さらに好ましくは０．０４％以下）程度である。Ａｌの上限を設定したのは、Ａｌ2Ｏ3が過剰となって被削性を低下させる虞があるためである。一方、Ｔｉ量は、例えば０．００１％以上（好ましくは０．０１％以上、さらに好ましくは０．０２％以上）、０．３％以下（好ましくは０．２％以下、さらに好ましくは０．１％以下）である。
【００２９】
また本発明の鋼は、Ｖを含有していてもよい。Ｖ（及び前述のＴｉ、Ａｌ）は窒化物を形成してオーステナイト結晶粒を微細化し、鋼製品の靭性や疲労寿命を高めるのに有効である。Ｖ量は、例えば、０．０３％以上（好ましくは０．０５％以上、さらに好ましくは０．０８％以上）、０．３％以下（好ましくは０．２％以下、さらに好ましくは０．１５％以下）程度である。
【００３０】
オーステナイト結晶粒を微細化するためには、Ｎも所定量以上含有している必要がある。しかしＮが過剰になると逆に靭性を劣化させる。Ｎ量は、例えば、０．００１％以上（好ましくは０．００２％以上、さらに好ましくは０．００３％以上）、０．０３％以下（好ましくは０．０２％以下、さらに好ましくは０．０１５％以下）である。
【００３１】
本発明の鋼は、強化元素（Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏなど）を含有していてもよい。これらの元素を添加することによって最終製品の強度を向上させることができる。ただし過剰に添加すると被削性を低下させる為、本発明に悪影響を与えない範囲で添加する必要がある。Ｃｕ量は、例えば、０％超（好ましくは０．０１％以上、さらに好ましくは０．０５％以上）、０．３％以下（好ましくは０．２％以下、さらに好ましくは０．１５％以下）程度の範囲から選択できる。Ｎｉ量は、例えば、０％超（好ましくは０．０１％以上、さらに好ましくは０．０５％以上）、１．５％以下（好ましくは１．０％以下、さらに好ましくは０．８％以下）程度の範囲から選択できる。Ｃｒ量は、例えば、０％超（好ましくは０．０１％以上、さらに好ましくは０．１％以上）、１．５％以下（好ましくは１．０％以下、さらに好ましくは０．８％以下）程度の範囲から選択できる。Ｍｏ量は、例えば、０％超（好ましくは０．０１％以上、さらに好ましくは０．０５％以上）、１％以下（好ましくは０．５％以下、さらに好ましくは０．３％以下）程度の範囲から選択できる。なおＣｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏは、単独で添加してもよく適宜組み合わせて添加してもよい。
【００３２】
本発明の鋼は、残部はＦｅ及び不可避不純物であってもよい。
【実施例１】
【００３３】
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。
【００３４】
実験例１
Ｃａ及びＭｇ以外の合金成分を調整した鋼を溶製した後、取鍋にＣａワイヤー及びＭｇワイヤーを供給することによってＣａ及びＭｇを添加した。また取鍋でＲＨ脱ガスを行い、溶鋼中のフリー酸素量を調整した。その後、一部の鋼種については、取鍋における処理の後半でもさらにＭｇ及びＣａを追加してスラグの成分調整を行った。スラグ調整しなかった溶鋼及びスラグ調整した溶鋼のいずれについても、取鍋からタンディッシュに移し、連続鋳造することによって連続鋳造片とし、さらに圧延することによって表１〜２にしめす成分組成の棒鋼（直径８０ｍｍ）を得た。得られた棒鋼の特性を以下のようにして調べた。
【００３５】
［硫化物系介在物］
棒鋼のＤ／４位置（Ｄは棒鋼の直径の意）で圧延方向に平行となる断面を切り出し、研磨した。該断面を、Ｘ線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ；日本電子製「ＪＣＭＡ−７３３」）で分析（加速電圧２０ｋＶ、倍率１００倍、１００視野）することによって硫化物系介在物中のＣａ量及びＭｇ量（合計量）を求めた。
【００３６】
このＥＰＭＡの測定結果に基づき、面積２０μｍ2以上であり、かつＭｇ及びＣａを合計で３質量％以上含有する硫化物系介在物（硫化物１−Ｍｇ・Ｃａ含有大径タイプ）の個数をカウントした。また長径が５μｍ以上、アスペクト比が６．０以上である硫化物系介在物（硫化物２−Ｍｇ・Ｃａ含有細長タイプ）の割合（個数比；全硫化物系介在物を１００％とする）の算出も行った。
【００３７】
［被削性］
得られた棒鋼に対して下記の条件でドリル切削を行い、ドリルの破損確率３０％となるときの総加工長さを測定した。
工具    ：φ１０ストレートドリル  ＳＫＨ５１
切削速度：３０ｍ／ｍｉｎ
送り速度：０．２０ｍｍ／ｒｅｖ
切削油  ：不水溶性
また前記ドリル試験で排出される切屑の質量と個数を調べた。
【００３８】
結果を表１〜４に示す。
【００３９】
【表１】
2005023409.tif 000002
【００４０】
【表２】
2005023409.tif 000003
【００４１】
【表３】
2005023409.tif 000004
【００４２】
【表４】
2005023409.tif 000005
【００４３】
表１〜４から明らかなように、Ｃａ及びＭｇワイヤーを供給しただけでスラグ調整しなかった例（Ｎｏ．１４〜１７、１９〜２４）では、硫化物１−Ｍｇ・Ｃａ含有大径タイプの個数が不足し、ドリル寿命が不十分となっている。
【００４４】
一方、溶鋼中のフリー酸素量を適切に制御し、スラグ調整を行った例（Ｎｏ．１〜１２）では、硫化物１−Ｍｇ・Ｃａ含有大径タイプの個数が適正となっているため、工具寿命に優れている。また硫化物２−Ｍｇ・Ｃａ含有細長タイプの個数も適正となっているため、切屑処理性にも優れている。特にＴｉ添加を行って介在物中の酸素量を抑制した例（Ｎｏ．７）では、工具寿命に優れているだけでなく、硫化物２−Ｍｇ・Ｃａ含有細長タイプの個数が最大となっており、切屑処理性にも極めて優れている。
【００４５】
なお溶鋼中のフリー酸素量を適切に制御し、かつスラグ調整を行うことによって硫化物１−Ｍｇ・Ｃａ含有大径タイプ及び硫化物２−Ｍｇ・Ｃａ含有細長タイプの個数を適切にした場合であっても、成分設計が不適切な場合には、工具寿命が低下している（Ｎｏ．１３、Ｎｏ．１８）。
【００４６】
実験例２
Ｃａ及びＭｇ以外の合金成分を調整した鋼を溶製した後、取鍋にＣａワイヤー及びＭｇワイヤーを供給することによってＣａ及びＭｇを添加した。また取鍋でＲＨ脱ガスを行い、溶鋼中のフリー酸素量を調整した。さらに取鍋における処理の後半でもＭｇ及びＣａを追加してスラグの成分調整を行った。その後、溶鋼を取鍋からタンディッシュに移し、連続鋳造することによって連続鋳造片とし、さらに圧延することによって直径８０ｍｍの棒鋼を得た。得られた棒鋼の特性を以下のようにして調べた。
【００４７】
［硫化物系介在物中のＣａ量及びＭｇ量］
実験例１と同様にしてＥＰＭＡ分析を行うことによって硫化物系介在物中のＣａ量及びＭｇ量（合計量）を求めた。
【００４８】
結果を表５に示す。
【００４９】
【表５】
2005023409.tif 000006
【００５０】
表５から明らかなように、溶鋼中のフリー酸素濃度と硫化物系介在物中のＭｇ量及びＣａ量（合計量）とは密接な関係がある。すなわち硫化物１−Ｍｇ・Ｃａ含有大径タイプを所定量以上とするためには溶鋼中のフリー酸素濃度の制御が重要であることが判る。
【００５１】
実験例３
Ｃａ及びＭｇ以外の合金成分を調整した鋼を溶製した後、取鍋にＣａワイヤー及びＭｇワイヤーを供給することによってＣａ及びＭｇを添加した。また取鍋でＲＨ脱ガスを行い、溶鋼中のフリー酸素量を調整した。さらに取鍋における処理の後半でもＭｇ及びＣａを添加してスラグの成分調整を行った。その後、溶鋼を取鍋からタンディッシュに移し、連続鋳造することによって連続鋳造片とし、さらに圧延することによって直径８０ｍｍの棒鋼を得た。得られた棒鋼の特性を以下のようにして調べた。
【００５２】
［硫化物系介在物中のＣａ量及びＭｇ量］
実験例１と同様にして棒鋼のＤ／４位置をＥＰＭＡ分析し、介在物の形状及び組成を調べた。長径が５μｍ以上の硫化物系介在物について、アスペクト比を算出し、その平均を求めた。
【００５３】
結果を表６に示す。
【００５４】
【表６】
2005023409.tif 000007
【００５５】
表６から明らかなように、Ｔｉ（脱酸剤）量と硫化物系介在物のアスペクト比とは密接な関係がある。従ってＴｉ（脱酸剤）量を制御することによって、硫化物２−Ｍｇ・Ｃａ含有細長タイプの量を制御できることが判る。