(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ：０．３〜２．０％、
Ｓｉ：０．５〜２．０％、
Ｍｎ：０．０５〜３．０％、
Ｐ：０．００１〜０．１％、
Ｓ：０．０１〜０．７％、
Ａｌ：０．００１〜０．０１％、
Ｎ：０．００１〜０．００６％
を含み、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなり、ＭｎとＳの含有比率が質量％で２≦［Ｍｎ％］／［Ｓ％］≦６かつ鋼中Ｃが黒鉛として存在する比率（黒鉛率：黒鉛として析出した炭素量／鋼中炭素含有量）が８０％を超える組織を有することを特徴とする被削性に優れた機械構造用鋼。
【請求項２】
さらに質量％で、
Ｚｒ：０．０００５〜０．００４％、
Ｃａ：０．０００３〜０．００４％、
Ｌａ：０．０００５〜０．００２％、
Ｃｅ：０．０００５〜０．００２％、
Ｍｇ：０．０００５〜０．００４％
の１種または２種以上を含むことを特徴とする請求項１記載の被削性に優れた機械構造用鋼。
【請求項３】
さらに質量％で、
Ｂ：０．０００１〜０．００６％
を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の被削性に優れた機械構造用鋼。
【請求項４】
さらに質量％で、
Ｃｒ：０．０５〜０．５％、
Ｔｉ：０．００５〜０．０１％、
Ｖ：０．０１〜０．１％、
Ｎｂ：０．００５〜０．０４％、
Ｍｏ：０．０５〜０．５％、
Ｗ：０．０５〜０．５％
の１種または２種以上を含むことを特徴とする請求項１〜３の内のいずれかに記載の被削性に優れた機械構造用鋼。
【請求項５】
さらに質量％で、
Ｐｂ：０．０１〜０．０５％、
Ｂｉ：０．０１〜０．１％、
Ｔｅ：０．０００５〜０．０１％、
Ｓｅ：０．０００５〜０．０１％、
Ｓｎ：０．０１〜０．５％
の１種または２種以上を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の被削性に優れた機械構造用鋼。
【請求項６】
さらに質量％で、
Ｎｉ：０．０５〜３．０％、
Ｃｕ：０．１〜３．０％、
Ｃｏ：０．１〜３．０％
の１種または２種以上を含むことを特徴とする請求項１〜５の内のいずれかに記載の被削性に優れた機械構造用鋼。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は被削性および冷間鍛造性に優れた機械構造用鋼に関わる。ここでいう被削性とは切削工具寿命、切削表面粗さおよび切り屑処理性である。
【０００２】
【従来の技術】
通常の炭素鋼レベルの炭素量を有する鋼でも炭素を黒鉛化し、フェライト＋グラファイトの２相組織とすることで、冷間加工性と被削性が向上することが特開平３−１４０４１１号公報などに見られる。しかしそのような組織を実現するためには長時間の焼鈍が必要であり、生産能率とコストの点で問題があった。従って焼鈍時間の短縮が課題であった。
【０００３】
切削に関しても切削工具寿命は同一Ｃ量で黒鉛を有しない鋼や、軟質の快削鋼に比べて良好である。その理由は切削工具刃先に強固な構成刃先が生成し、それが切削工具の保護膜となるためと考えられる。黒鉛鋼は他の鋼に比べ構成刃先が生成しやすく、その大きさは大きい。しかしこのことは逆に安定した表面創成が困難であり、表面粗さが劣化するという問題を引き起こす。さらに黒鉛鋼は母材が軟質であるため、切り屑も延性に富むので分断されにくく、切り屑処理性に劣る。このようなことから黒鉛鋼はＳＡＥ１２Ｌ１４やＳＵＭ２３に代表される良好な切削工具寿命と表面品質を兼備した従来の低炭快削鋼の代替にはなっていなかった。つまり黒鉛鋼は特に表面品質の点で大きく従来の快削鋼に劣っていた。
【０００４】
この表面粗さの改善には鋼を硬質にすることが有効であるが、それは逆に切削工具寿命を低下させることになるので、切削工具寿命と表面品質、切り屑処理性のすべてを兼ね備えることはできなかった。
【０００５】
また切り屑処理性についてもＭｎＳの活用やＣａ等による軟質酸化物等の活用が考えられるが、Ｍｎは黒鉛化を阻害する代表的元素であり、黒鉛鋼のための焼鈍時間が長くなり、実用工業レベルでは実用化できなかった。また黒鉛化焼鈍の時間はＡｌの添加によって短縮できることが知られているが、Ａｌを添加するとＣａ等による軟質酸化物が生成しない。さらにはＡｌ添加によって生じるＡｌ2Ｏ3系酸化物は硬質のため、切削工具寿命を低下させる。
【０００６】
このように短時間の焼鈍時間で主にフェライト＋グラファイトの２相組織とすることが可能で、長い切削工具寿命と高品質の表面品質をした良好な被削性を有する鋼の開発が課題であった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は短時間の焼鈍で軟質化するとともに黒鉛を含む組織となって冷間鍛造性に優れ、さらに切削においては切削工具寿命、切削面の表面粗さおよび切り屑の処理性に優れた機械構造用鋼を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の課題を解決するためになされ、その要旨は
（１）  質量％で、
Ｃ：０．３〜２．０％、
Ｓｉ：０．５〜２．０％、
Ｍｎ：０．０５〜３．０％、
Ｐ：０．００１〜０．１％、
Ｓ：０．０１〜０．７％、
Ａｌ：０．００１〜０．０１％、
Ｎ：０．００１〜０．００６％
を含み、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなり、ＭｎとＳの含有比率が質量％で２≦［Ｍｎ％］／［Ｓ％］≦６かつ鋼中Ｃが黒鉛として存在する比率（黒鉛率：黒鉛として析出した炭素量／鋼中炭素含有量）が８０％を超える組織を有することを特徴とする被削性に優れた機械構造用鋼。
【０００９】
（２）  さらに質量％で、
Ｚｒ：０．０００５〜０．００４％、
Ｃａ：０．０００３〜０．００４％、
Ｌａ：０．０００５〜０．００２％、
Ｃｅ：０．０００５〜０．００２％、
Ｍｇ：０．０００５〜０．００４％
の１種または２種以上を含むことを特徴とする上記（１）記載の被削性に優れた機械構造用鋼。
【００１０】
（３）  さらに質量％で、
Ｂ：０．０００１〜０．００６％
を含むことを特徴とする上記（１）または（２）に記載の被削性に優れた機械構造用鋼。
【００１１】
（４）  さらに質量％で、
Ｃｒ：０．０５〜０．５％、
Ｔｉ：０．００５〜０．０１％、
Ｖ：０．０１〜０．１％、
Ｎｂ：０．００５〜０．０４％、
Ｍｏ：０．０５〜０．５％、
Ｗ：０．０５〜０．５％
の１種または２種以上を含むことを特徴とする上記（１）〜（３）の内のいずれかに記載の被削性に優れた機械構造用鋼。
【００１２】
（５）  さらに質量％で、
Ｐｂ：０．０１〜０．０５％、
Ｂｉ：０．０１〜０．１％、
Ｔｅ：０．０００５〜０．０１％、
Ｓｅ：０．０００５〜０．０１％、
Ｓｎ：０．０１〜０．５％
の１種または２種以上を含むことを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれかに記載の被削性に優れた機械構造用鋼。
【００１３】
（６）  さらに質量％で、
Ｎｉ：０．０５〜３．０％、
Ｃｕ：０．１〜３．０％、
Ｃｏ：０．１〜３．０％
の１種または２種以上を含むことを特徴とする上記（１）〜（５）の内のいずれかに記載の被削性に優れた機械構造用鋼。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を詳細に説明する。
【００１５】
まず、本発明で鋼成分を限定した理由を説明する。
【００１６】
Ｃ含有量は黒鉛量を確保して被削性を向上させるために０．３％以上必要であり、これ未満の場合には黒鉛量が少なく、被削性、特に切削工具寿命延長効果が少ない。また強度が要求される部材に使用する場合には、焼入れ焼き戻しを施して部品としての強度を確保するが、その際の強度はＣ量に依存するため、強度部材に使用する場合でも０．３％以上の含有量が必要である。また被削性の観点からは黒鉛は刃先近傍での鋼の変形を容易にするとともに、切り屑−母材分離時の破壊起点となる。従ってＣ量を多くして黒鉛量が多くすることが好ましいが、多すぎると熱間延性が低下し、鋳造や圧延等の製造工程にて割れを生じやすくなる。そのため製造工程における割れを防止するために２．０％を上限とした。
【００１７】
Ｓｉは鋼中の炭素活量を大きくすることにより、黒鉛化を促進する作用がある。０．５％未満ではその効果が小さいので、その下限値を０．５％とした。また２．０％を超えると、フェライト硬さが大きくなって硬化したり、硬質なＳｉ系酸化物を生成するので工具寿命を損なう。さらに鋼の靭性が損なわれるなどの弊害が顕著となる。そこで上限値を２．０％とした。またＳｉは黒鉛化率を調整する元素として使用でき、含有量が低いほど焼鈍後の黒鉛化率が小さくなる。
【００１８】
Ｍｎは鋼中硫黄をＭｎＳとして固定・分散させるために必要な量およびマトリックスに固溶させて焼入れ後の強度を確保するために必要な量を加算した量が必要であり、その下限値は０．０５％である。しかしＭｎ量が大きくなると素地の硬さが大きくなり冷間加工性が低下する上、Ｍｎは黒鉛化阻害元素であり、後述するようにＳとの関係を考慮する必要がある。Ｓ添加量との関係を考慮する必要があるが、Ｓ添加量の上限を考慮するとＭｎ添加量の上限値は３．０％である。これ以上のＭｎ添加は黒鉛化に要する焼鈍時間が長くなり、工業的に成り立たなくなる。また素地の硬さが大きくなり冷間鍛造性を低下させる。
【００１９】
Ｐは鋼中において素地の硬さが大きくなり、冷間加工性が低下するので、その上限を０．１％にしなければならない。一方、表面粗さを必要とする鋼の場合には０．００１％未満ではその効果が認められないので０．００１％を下限とした。
【００２０】
Ｓは一般に被削性を向上させる元素として知られている。しかし被削性を向上させるにはＭｎＳ介在物として存在することが重要で、Ｓと結合して硫化物を生成するに十分なＭｎが添加されていることが必要である。Ｓ添加量は０．０１％未満では被削性向上効果が認められず、０．７％を超えると鋳造や圧延等の製造工程で割れを生じやすくなったり、冷間加工性を低下させたりするので、Ｓ添加量を０．０１〜０．７％とした。
【００２１】
さらにＭｎおよびＳと被削性および黒鉛化挙動との関係を述べる。またその関係をもとに２≦Ｍｎ／Ｓ≦６と規定した理由を詳しく述べる。
【００２２】
鋼にＭｎおよびＳを添加すると、その一部がＭｎＳを生成する。鋼中ＭｎＳは切削工具刃先近傍で切り屑生成のための破壊起点となったり、工具すくい面上での潤滑効果により鋼の切削工具寿命を向上させる。一方、黒鉛鋼は黒鉛が変形と破壊の点から被削性を向上させることは前述したとおりである。その黒鉛の介在した切り屑分離では切削工具上に構成刃先を生成しやすくなり、さらに構成刃先が強固に工具と凝着することで工具保護膜となり、構成刃先が実質の刃先となるために切削工具寿命を延長すると考えられる。
【００２３】
しかし構成刃先による切削では安定した表面創成が困難であり、表面粗さが劣化し、構成刃先が大きい方が表面粗さが粗い。従って表面粗さの小さな良好な表面を得るためには構成刃先の成長を抑制することが重要で、さらに構成刃先の成長を抑制するためには工具すくい面上の潤滑を大きくすることが重要との結論に至った。そこで研究の結果、構成刃先を制御する手法として黒鉛鋼においても黒鉛とともにＭｎＳを十分に存在させることで切削表面粗さが改善されることを見いだした。
【００２４】
ＭｎＳを十分に存在させるには、ＭｎとＳを多量に添加することが重要であるが、Ｍｎ、Ｓの両者とも黒鉛化阻害元素であることが知られ、ＭｎまたはＳを単独で多く添加すると黒鉛化できないことが知られている。
【００２５】
しかし研究の結果、ＭｎおよびＳを多量に添加しても、そのほとんどをＭｎＳとして鋼中に存在させ、マトリックス中に残存するＭｎおよびＳ量を抑制することで黒鉛化を阻害しないことを見いだした。黒鉛鋼の製造工程を考えた場合、ＭｎＳは鋳造末期に生成する。そのため添加量を適正に調整することで黒鉛化焼鈍時には添加したＭｎとＳのほとんどをＭｎＳとしておくことが可能であり、黒鉛化を短時間で終了させることが可能である。すなわちＭｎとＳの添加量比率を２≦Ｍｎ／Ｓ≦６とすることで添加したＭｎとＳのほとんどをＭｎＳとして鋼中に分布させるとともに、黒鉛化を短時間で終了させ、黒鉛とＭｎＳを多量に鋼中に含む鋼を作れることを見いだした。
【００２６】
このように鋼中に黒鉛とＭｎＳを分布させることによって、良好な切削工具寿命、切削表面粗さおよび切り屑処理性を達成できることを見いだした。ここで重要なことは通常ＭｎＳが存在すると切削工具寿命が向上すると考えられているが、本発明の黒鉛鋼の場合、ＭｎＳは工具保護膜である構成刃先の成長を抑制するため、切削工具寿命はむしろ低下する傾向にある。
【００２７】
Ａｌは鋼の脱酸元素であり脱酸して圧延時の表面キズを防止するために必要であるが、その添加量が多くなると鋼中で多量のＡｌ2Ｏ3系の酸化物を生成する。しかしＡｌ2Ｏ3は硬質であり、切削工具寿命を低下させる。従ってその上限を０．０１％とした。一方Ａｌは黒鉛化促進元素であり、黒鉛化阻害元素であるＮをＡｌＮとして固定することで黒鉛化を促進できる。また添加量が微量の場合にはＳｉ、Ｍｎ等と複合酸化物を生成して切削工具寿命に対して無害であるため、下限を０．００１％とした。
【００２８】
Ｎに関しては窒化物として存在しない固溶窒素はセメンタイト中に溶けこみ、セメンタイトの分解を阻害することから、黒鉛化阻害元素となる。また被削性の観点からも固溶窒素はマトリックスを硬化させるため、切削工具寿命を低下させる。一方、ＡｌＮ等の窒化物は黒鉛析出核となるため、黒鉛化を促進する。０．００６％を超えると固溶窒素が多くなり黒鉛化を阻害し、切削工具寿命を低下させるためこれを上限とした。窒化物を生成する０．００１％を下限とした。
【００２９】
Ｚｒは酸化物、窒化物、炭化物、硫化物を形成する。それらは析出核として黒鉛化焼鈍時間を短縮する。また窒化物生成時には固溶Ｎを低減させる。またＭｎＳなどの硫化物の形状を球状化させ、機械的性質の圧延異方性を緩和することができる。さらに焼入れ性も向上させることができる。Ｚｒが０．０００５％未満ではその効果が小さく、０．００４％を超えるとその効果が飽和するだけでなく、Ｚｒ系硫化物、窒化物等も生成し、それらがクラスターを造ることによって機械的性質を損なったり切削工具寿命を低下させたりする。
【００３０】
ＣａはＭｎＳの球状化による圧延異方性の緩和と被削性向上を必要とする場合に有効である。また析出したＣａ系介在物は黒鉛の析出核として作用する。しかしＣａは多量に添加しすぎると硬質な酸化物、硫化物を生じ、被削性や機械的性質を低下させる。従って適正量を添加することが重要である。被削性向上等の効果は０．０００３％未満では効果が小さく、０．００４％を超えると析出物によって被削性や機械的性質を損なうおそれがあるため、これを上限とした。
【００３１】
ＬａおよびＣｅはいわゆるＲＥＭともよばれ、脱酸効果がある。黒鉛化には酸化物として黒鉛の析出核になるため適度の添加は好ましい。しかし多量の添加では酸化物が硬質化し、切削工具寿命を低下させたり、クラスターを生じて延性を損なうなどの弊害を多く生じる。そこでＬａは析出核としての効果が期待できる０．０００５％を下限とし、硬質な酸化物によって弊害を生じない０．００２％を上限とした。またＣｅに関しても析出核としての効果が期待できる０．０００５％を下限とし、硬質な酸化物によって弊害を生じない０．００２％を上限とした。
【００３２】
ＭｇはＭｇＯなどの酸化物生成元素であるとともに、硫化物を生成する。ＭｇＳはＭｎＳなどと共存することも多い。このような酸化物、硫化物は黒鉛析出核になり、黒鉛の微細分散と焼鈍時間の短縮に有用である。その効果はＭｇ０．０００５％未満では認められず、０．００４％を超えると酸化物、硫化物を多く生成し、鋼の被削性や機械的性質に悪影響を及ぼす。従ってＭｇ０．０００５〜０．００４％とした。
【００３３】
ＢはＮと反応してオーステナイト結晶粒界にＢＮとして析出するので黒鉛化を阻害する固溶Ｎ低減に役立つ。またＢＮの結晶構造は黒鉛と同じく六方晶系であり、黒鉛の析出核となる。また固溶Ｂは焼入れ性を向上させる元素であり、焼入れ性を必要とする場合に添加することが望ましい。その効果は０．０００１％未満では認められず、０．００６％を超えるとＢＮを析出させる効果や焼入れ性向上効果が飽和するので上限を０．００６％以下とした。
【００３４】
Ｃｒは焼入れ性向上元素であるが、同時に黒鉛化阻害元素である。そのため焼入れ性向上が必要な場合には０．０５％以上の添加を必要とする。しかし多量に添加すると黒鉛化を阻害するので焼鈍時間が長くなるため、０．５％を上限とした。
【００３５】
Ｔｉは鋼中でＴｉＮを形成し、オーステナイト粒径を小さくする。黒鉛は旧オーステナイト粒界や析出物という、いわば格子の不均一部に析出する傾向にあり、Ｔｉの炭窒化物は黒鉛の析出核としての役割と、オーステナイト粒径微細化による黒鉛析出核の創出という役割を担う。さらにＮを窒化物として固定するために、固溶Ｎを低減させる。Ｔｉが０．００５％未満ではその効果が小さく、０．０１％を超えるとその効果が飽和するとともに、多くのＴｉＮが析出して機械的性質を損なう。またＴｉは炭化物を形成し、セメンタイトを安定化するため、過剰なＴｉ添加は焼鈍による黒鉛化および軟質化を阻害する。そのため上限を０．０１％とした。
【００３６】
Ｖは炭窒化物を形成し、オーステナイト粒径微細化と析出核の両面で黒鉛化焼鈍時間を短縮する。また窒化物生成時に黒鉛化を阻害する固溶Ｎを低減させる。Ｖが０．０１％未満ではその効果が小さく、０．１％を超えるとＴｉと同様、炭化物を形成し、セメンタイトを安定化するため、過剰なＶ添加は焼鈍による黒鉛化および軟質化を阻害する。そのため黒鉛化を阻害しない０．１％を上限とした。
【００３７】
Ｎｂは炭窒化物を形成し、オーステナイト粒径微細化と析出核の両面で黒鉛化焼鈍時間を短縮する。また窒化物生成時に固溶Ｎを低減させる。Ｎｂが０．００５％未満ではその効果が小さく、０．０４％を超えるとその効果が飽和するとともに、多くの未溶解炭化物が残留するために機械的性質を損なう。またＴｉおよびＶと同様、炭化物を形成し、セメンタイトを安定化するため、過剰なＮｂ添加は焼鈍による黒鉛化および軟質化を阻害する。そのため黒鉛化を阻害しない０．０４％を上限とした。
【００３８】
Ｍｏは焼入れ後の強度を増加させるが、０．０５％未満ではその効果が小さくいので、０．０５％を下限とした。Ｍｏは炭化物を生じやすく炭素の活量を低下させる元素で黒鉛化を阻害する元素である。ただし黒鉛化阻害効果はＴｉ、Ｖ等よりも小さい。そこで黒鉛化阻害効果が顕著となる０．５％を上限とし、黒鉛の核生成を大きく阻害しない添加量にとどめた。ただし他の焼入れ性向上元素に比べ、黒鉛化阻害の程度が小さいので、焼入れ性を向上させるために指定した範囲内でＭｏ添加量を多くすればよい。
【００３９】
Ｗは焼入れ後の強度を増加させる。炭化物を生成しやすく、炭素の活量を低下させるため、黒鉛化を阻害する。しかし黒鉛化阻害の程度が小さいので焼入れ性を向上させる場合には指定した範囲で添加すればよい。０．０５％未満では焼入れ性および焼戻し軟化抵抗の増加に寄与しない。また０．５％を超えて添加すると黒鉛化が阻害させるので０．５％を上限とした。
【００４０】
Ｐｂは被削性向上元素である。被削性を必要とする場合には０．０１％以上必要であり、０．０５％を超えると黒鉛化を阻害するとともに圧延きずなどの製造上の問題を生じるため、これを上限とした。
【００４１】
Ｂｉは被削性向上に有効で、０．０１％未満ではその効果が小さく、０．１％以上ではその効果が飽和するのでこれを上限とした。
【００４２】
Ｔｅは被削性向上元素であるとともいに、ＭｎＳの球状化による圧延異方性の緩和に役立つ。０．０００５％未満では効果が小さく、０．０１％を超えると黒鉛化阻害や圧延きずなどの問題を引き起こすので、これを上限とした。
【００４３】
Ｓｅは被削性向上に有効で、０．０００５％未満ではその効果が小さく、０．０１％以上ではその効果が飽和するのでこれを上限とした。
【００４４】
Ｓｎは鋼を脆化させるために切り屑処理性向上に効果がある。しかし黒鉛化を阻害する元素であり、０．０１％未満では効果が無く、０．５％を超えると黒鉛化阻害効果が顕著になる。そこでＳｎ添加量を０．０１〜０．５％と規定した。
【００４５】
Ｎｉは黒鉛化挙動にほとんど影響せず、黒鉛化を阻害させずに焼入れ性や耐食性を向上させることができる。またＣｕを添加する場合には熱間延性を確保するために添加しても製造工程における割れの発生等を抑制できる。０．０５％未満ではその効果が小さいので下限を０．０５％とした。しかしマトリックスを硬化させることにくわえて延性が増すために、切削においては切削工具寿命と切り屑処理性を劣化させる。３．０％以上では特にその効果が顕著なため、上限を３．０％とした。
【００４６】
Ｃｕは黒鉛化挙動にほとんど影響せず耐食性の向上に効果がある。０．１％未満ではその効果が認められず、３．０％以上では鋳造、圧延等の製造工程で粒界を劣化させ、割れを生じ強卯になるので、これを上限とした。
【００４７】
Ｃｏは高温強度を向上させるとともに黒鉛化を促進させる効果がある。０．１％未満ではその効果は認められない。添加量が３．０％を超えると高温強度や延性の向上のための工具寿命低下が顕著になるのでこれを上限とした。
【００４８】
鋼中Ｃは大部分がセメンタイトまたは黒鉛として存在するが、黒鉛は劈開性を有するので容易に変形できる。マトリックスが軟質であれば冷間鍛造性に優れ、切削時には内部潤滑剤と破壊起点の両方の機能から被削性を向上させる。黒鉛化率に関しては焼鈍後に次式で示される黒鉛化率を求める。
黒鉛化率（％）＝（鋼中黒鉛含有量／鋼の炭素含有量）×１００
ここで、炭素含有量および黒鉛含有量は化学分析により定量分析結果である。この黒鉛化率が８０％以下では黒鉛化率が不十分であり、軟質化していないだけでなく、黒鉛の有する切削切り屑分離特性等の被削性向上メカニズムが機能しなくなる。そこで黒鉛化率の下限を８０％を超えるものとした。この結果、従来鋼ではセメンタイトとして強度に寄与していたCの大半が黒鉛として鋼中に存在するため、軟質化し、ビッカース硬さではＨＶ１４０程度かそれ以下となる。
【００４９】
【実施例】
表１、表２に示す化学成分を有する鋼を溶製し、７５０〜８５０℃でφ５０ｍｍに圧延した。比較例を含む一部の試験片については１２００℃以上で鍛造した。圧延材はＣ量が０．５％以下のものに関しては圧延直後に８００〜９００℃からオンライン水冷装置によって水冷した。またその他の実施例に関しては空冷した。このように冷却した熱処理材を再度６９０℃に加熱し、２４時間焼鈍した。
【００５０】
黒鉛化が進行するに従って硬度が低下する。表には６９０℃によって２４時間焼鈍後のビッカース硬度を表記した。
【００５１】
【表１】
0004494676.tif 000002
【００５２】
【表２】
0004494676.tif 000003
【００５３】
切削試験はφ５ｍｍの高速度鋼ドリルによる孔あけ加工で、切削条件は切削速度を変化させ、工具寿命１０００ｍｍ以上となるドリル周速度いわゆるＶＬ１０００（ｍ／ｍｉｎ）を被削性の指標として用いた。なお送り量は０．３３ｍｍ／ｒｅｖで不水溶性油を用いた湿式切削である。
【００５４】
さらに切削表面粗さを評価するため、被削材を回転させ、工具を半径方向にのみ送ることで丸棒に溝加工を施す切削、いわゆるプランジ切削加工を行った。その概要は図１に示す。切削条件は切削速度８０ｍ／ｍｉｎ、工具送り０．０５ｍｍ／ｒｅｖで、２．５ｓ切削後、工具を引き抜き６ｓ間空転させる操作を１サイクルとし、切削により次々と溝が丸棒表面に創成されるので、その１００サイクル目の溝底の切削表面粗さを測定した。表面粗さはＪＩＳＢ０６０１に準拠した十点平均粗さＲｚを用いた。
【００５５】
また１２００℃まで加熱して９００℃まで放冷して据え込み鍛造したときの割れの有無を目視によって判定した。熱間における据え込み試験片はφ２０ｍｍ×３０ｍｍで熱電対を取り付けてあり、高周波により１２００℃まで加熱し、加熱終了後鍛造用平面ダイス上で９００℃まで温度が下がるのを待ってひずみ８０％で据え込み鍛造を行った。ここでひずみとは下記式（１）で定義される、いわゆる公称ひずみである。
【００５６】
ε＝（Ｈ0−Ｈ）／Ｈ0                                ・  ・  ・  （１）
ここでε：ひずみ、Ｈ0：変形前の試験片高さ、Ｈ：変形後の試験片高さである。
【００５７】
表中にはその判定結果を○×によって示し、×は外周部に大きな割れが生じ不適と判定された例である。
【００５８】
表１および２中の化学成分に関する網がけは本発明の規定外の部分であり、評価結果（硬さ、ドリル被削性、切削表面粗さ、熱間延性割れ有無）の網がけはその結果生じた不適である。実施例１０８には従来の硫黄快削鋼ＳＵＭ２３を比較のために示した。
【００５９】
発明例と比較例の比較が示すように、Ｓｉ、Ｎ、Ｍｎ／Ｓ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｖ、Ｐｂ等の規定が本発明の規定から外れると黒鉛化が遅れ、２４時間の焼鈍では未だ硬質のため、工具寿命の点で大きく劣る。これらを発明例と同様の硬度にするにはさらに長時間の焼鈍が必要となる。このように所定時間で軟質化できなかった比較例に関しては切削表面粗さや熱間延性に関して評価しなかった。
【００６０】
さらにＡｌ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ等の規定が本発明と異なると、鋼中に生成される酸化物が硬質であったり、窒化物、硫化物等のクラスターを生じることから、２４時間程度の焼鈍で軟質化は可能であるものの、ドリル被削性のような工具寿命はやはり発明例に大きく劣る。
【００６１】
切削表面粗さの点では適度のＳ添加が重要である。実施例３７および８９に見られるようなＳ添加量を抑制して軟質化の焼鈍温度短縮を図ると、表面粗さの点で劣る。
【００６２】
しかし表面粗さの改善を目的としてＳを添加した場合でもＭｎ／Ｓが規定外の場合には黒鉛化が遅れ、２４時間程度の焼鈍では軟質化できない。このことは切削性能だけでなく冷間鍛造性に劣ることを意味する。図２にＭｎ／Ｓと２４時間焼鈍後の硬さの関係を示す。Ｍｎ／Ｓ＞６の場合、すなわちＭｎが過剰な場合、焼鈍時間２４時間ではＨＶ１４０以下への軟質化は達成できず、軟質化するにはかなりの焼鈍時間延長が必要になる。またＭｎ／Ｓ＜２の場合、すなわちＳが過剰な場合も同様に焼鈍時間２４時間ではＨＶ１４０以下への軟質化は達成できず、軟質化するにはかなりの焼鈍時間延長が必要になる。さらにＳが過剰な場合には熱間延性も極端に低下させ、割れが発生し、鋳造、圧延時の割れ発生の原因となる。このようにＳ添加によって高性能化を図るにはＭｎ／Ｓが非常に重要であることがわかる。
【００６３】
【発明の効果】
本発明の鋼はＭｎＳと黒鉛の効果により優れた切削工具寿命と高品質の切削表面粗さの兼備を可能にした。さらにＭｎ／Ｓを適正にすることで軟質化の焼鈍時間を短縮でき、容易に良好な被削性、冷間鍛造性を得ることができる。さらに熱間延性にも優れるため、実工程での製造が容易になり、従来より高性能な快削鋼を供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】プランジ切削方法を示す図である。
【図２】Ｍｎ／Ｓと２４時間焼鈍後の硬さの関係を示す図である。
【符号の説明】
１  切削工具
２  切削面
【図１】
0004494676.tif 000004
【図２】
0004494676.tif 000005